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公開番号2025068202
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-25
出願番号2024178887
出願日2024-10-11
発明の名称銅部材の接合方法及び誘電体層の接合方法
出願人国立成功大学,NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY
代理人弁理士法人後藤特許事務所
主分類H01L 21/60 20060101AFI20250418BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】強度及び品質により優れた銅/貴金属/銅の接合構造を得て、さらに誘電体層の接合効果を向上させ、かつ、製品の熱堆積の問題を改善し、表面酸化物を減少させるとともに銅原子の拡散を改善する銅部材の接合方法及び誘電体層の接合方法を提供する。
【解決手段】銅部材の接合方法は、第1銅部材を酸化させて、第1銅部材の表面に第1銅酸化物構造を形成するとともに、第2銅部材を酸化させて、第2銅部材の表面に第2銅酸化物構造を形成するステップと、第1銅部材及び第2銅部材を、貴金属イオン含有反応溶液に浸漬して、ガルバニック反応を起こすことにより、第1銅酸化物構造を第1貴金属酸化物構造に置換するとともに、第2銅酸化物構造を第2貴金属酸化物構造に置換するステップと、25℃～500℃で、第1銅部材と第2銅部材を接続するために、第1貴金属酸化物構造と第2貴金属酸化物構造を接合するステップと、を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１銅部材を酸化させて、前記第１銅部材の表面に第１銅酸化物構造を形成するとともに、第２銅部材を酸化させて、前記第２銅部材の表面に第２銅酸化物構造を形成するステップＳ１１と、
前記第１銅酸化物構造を含む前記第１銅部材及び前記第２銅酸化物構造を含む前記第２銅部材を、貴金属イオン含有反応溶液に浸漬して、ガルバニック反応を起こすことにより、前記第１銅酸化物構造を第１貴金属酸化物構造に置換するとともに、前記第２銅酸化物構造を第２貴金属酸化物構造に置換するステップＳ１２と、
２５℃～５００℃で、前記第１銅部材と前記第２銅部材を接続するために、前記第１貴金属酸化物構造と前記第２貴金属酸化物構造を直接接触させて接合するステップＳ１３と、を含む、
銅部材の接合方法。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
ステップＳ１１の前に、前記第１銅部材及び前記第２銅部材に対して化学的機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）処理を行うステップＳ１０をさらに含む、
請求項１に記載の銅部材の接合方法。
【請求項３】
前記貴金属イオンは、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金及びイリジウムからなる群から選択される、
請求項１に記載の銅部材の接合方法。
【請求項４】
第１誘電体層の表面の第１銅層を酸化させて、前記第１銅層の表面に第１銅酸化物構造を形成するとともに、第２誘電体層の表面の第２銅層を酸化させて、前記第２銅層の表面に第２銅酸化物構造を形成するステップＳ２１と、
前記第１銅酸化物構造を含む前記第１銅層及び前記第２銅酸化物構造を含む前記第２銅層を、貴金属イオン含有反応溶液に浸漬して、ガルバニック反応を起こすことにより、前記第１銅酸化物構造を第１貴金属酸化物構造に置換するとともに、前記第２銅酸化物構造を第２貴金属酸化物構造に置換するステップＳ２２と、
２５℃～５００℃で、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層を接続するために、前記第１貴金属酸化物構造と前記第２貴金属酸化物構造を直接接触させて接合するステップＳ２３と、を含む、
誘電体層の接合方法。
【請求項５】
ステップＳ２１の前に、前記第１銅層及び前記第２銅層に対して化学的機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）処理を行うステップＳ２０をさらに含む、
請求項４に記載の誘電体層の接合方法。
【請求項６】
前記貴金属イオンは、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金及びイリジウムからなる群から選択される、
請求項４に記載の誘電体層の接合方法。
【請求項７】
前記第１銅層は、蒸着により前記第１誘電体層の表面に形成され、前記第２銅層は、蒸着により前記第２誘電体層の表面に形成される、
請求項４に記載の誘電体層の接合方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合方法に関し、特に銅部材の接合方法及び誘電体層の接合方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ウェハボンディングの１つの技術は、銅－銅ハイブリッドボンディング技術であり、主にボンディングするように準備される２枚のウェハに対して、銅及び誘電体を含む金属配線層をそれぞれ製造するという技術である。誘電体は、シリカ又は他の高分子材料であってもよく、銅は、蒸着により誘電体の表面に設けられてもよい。
【０００３】
銅－銅ハイブリッドボンディング技術のプロセスは、主に、上記金属配線層を化学的機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）し洗浄した後、これらの２枚のウェハを対向させて位置合わせし、ボンディング時に、銅金属と銅金属を位置合わせし、誘電体と誘電体を位置合わせし、これらの２枚のウェハのボンディング界面での形状、位置を完全に同じにし、これらの２枚の銅イオン層が互いに拡散して相手のウェハに入って永久的な密着接合を形成する。
【０００４】
しかしながら、銅表面は、研磨、ポリシング研磨された後、大気に接触すると自然酸化して、酸化銅又は亜酸化銅などの銅酸化物が形成されるとともに、接合昇温過程において厚くなって銅原子の拡散を阻害するため、接合効果が低く、製品の性能、歩留り及び信頼性に影響を与える。
【０００５】
以上より、従来の銅部材の接合方法を改善する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、銅表面の研磨、ポリシング研磨後に自然酸化により接合効果が低下するという技術的問題を解決するために、銅部材の接合方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、第１銅部材を酸化させて、前記第１銅部材の表面に第１銅酸化物構造を形成するとともに、第２銅部材を酸化させて、前記第２銅部材の表面に第２銅酸化物構造を形成するステップＳ１１と、前記第１銅酸化物構造を含む前記第１銅部材及び前記第２銅酸化物構造を含む前記第２銅部材を、貴金属イオン含有反応溶液に浸漬して、ガルバニック反応を起こすことにより、前記第１銅酸化物構造を第１貴金属酸化物構造に置換するとともに、前記第２銅酸化物構造を第２貴金属酸化物構造に置換するステップＳ１２と、２５℃～５００℃で、前記第１銅部材と前記第２銅部材を接続するために、前記第１貴金属酸化物構造と前記第２貴金属酸化物構造を直接接触させて接合するステップＳ１３と、を含む、銅部材の接合方法が提供される。
【０００８】
本発明の一実施形態では、ステップＳ１１の前に、前記第１銅部材及び前記第２銅部材に対して化学的機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）処理を行うステップＳ１０をさらに含む。
【０００９】
本発明の一実施形態では、前記貴金属イオンは、銀、金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金及びイリジウムからなる群から選択される。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の別の実施形態によれば、第１誘電体層の表面の第１銅層を酸化させて、前記第１銅層の表面に第１銅酸化物構造を形成するとともに、第２誘電体層の表面の第２銅層を酸化させて、前記第２銅層の表面に第２銅酸化物構造を形成するステップＳ２１と、前記第１銅酸化物構造を含む前記第１銅層及び前記第２銅酸化物構造を含む前記第２銅層を、貴金属イオン含有反応溶液に浸漬して、ガルバニック反応を起こすことにより、前記第１銅酸化物構造を第１貴金属酸化物構造に置換するとともに、前記第２銅酸化物構造を第２貴金属酸化物構造に置換するステップＳ２２と、２５℃～５００℃で、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層を接続するために、前記第１貴金属酸化物構造と前記第２貴金属酸化物構造を直接接触させて接合するステップＳ２３と、を含む、誘電体層の接合方法が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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