Page 44 - 電路板季刊第107期

器記錄高度變化以獲取表面形貌資訊。為精確量測銅墊膨脹，本研究使用具備
溫控功能的 Dimension ICON AFM (Bruker Inc.)，並在氬氣 (Ar) 保護下，於室溫
至 200°C 範圍內進行測量。利用輕拍模式(Tapping Mode)可達到次奈米的垂直解
42 專業技術 以臨場升溫AFM揭示3D IC異質接合於尺寸微縮下之挑戰
析度，確保對銅墊膨脹的高精度量測。此儀器之示意圖如圖 二。
二
圖

圖二、 臨場升溫原子力顯微鏡之示意圖，其包含可溫控之試片載台及探針、
圖 二 、
圖 二、臨場升溫原子力顯微鏡之示意圖，其包含可溫控之試片載台及探針、氣
氣流控制系統、橡膠罩 [4]。
流控制系統、橡膠罩 [4]。
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本研究使用不同尺寸的銅墊 (9微米、3微米、1微米) 進行測試，製程流程如下：

2. 測試試片製作流程
1. 透過電漿輔助化學氣相沉積系統 (Plasma-enhanced chemical vapor deposition,
PECVD) 沉積二氧化矽作為介電層。
本研究使用不同尺寸的銅墊 (9 微米、3 微米、1 微米) 進行測試，製程流程
2. 利用黃光製程及乾蝕刻製作二氧化矽栓孔。
如下：
3. 依序以濺鍍 (Sputtering) 鍍上鉭 (Ta) 作為接著層，及銅作為種子層。

1. 透過 電 漿輔助 化學 氣相沉 積系統 (Plasma-enhanced chemical vapor
4. 以電鍍(Electroplating)銅進行填孔。
5. 透過兩步驟化學機械平坦化去除過量的銅與鉭層，並將銅表面控制略低於二氧化矽
deposition, PECVD) 沉積二氧化矽作為介電層。
表面。
2. 利用黃光製程及乾蝕刻製作二氧化矽栓孔。
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3. 依序以濺鍍 (Sputtering) 鍍上鉭 (Ta) 作為接著層，及銅作為種子層。
透過in-situ AFM量測銅墊的表面形貌，如圖 三，可發現隨著溫度上升，銅墊的
4. 以電鍍(Electroplating)銅進行填孔。
顏色由深棕往淺白變化，顯示銅墊表面高度隨溫度提高而增加，而最小尺寸之1微米銅
5. 透過兩步驟化學機械平坦化去除過量的銅與鉭層，並將銅表面控制略低
墊，其顏色變化較不明顯，代表膨脹量亦較小。相同的結果可以在橫截面之膨脹曲線
圖 (圖 四) 看到，在200℃下，9 微米、3 微米與1 微米 銅墊的膨脹量分別為6.4 nm、
於二氧化矽表面。
3.7 nm與2.3 nm，顯示隨尺寸縮小，膨脹量顯著減少。此結果亦代表，在尺寸微縮
下，由化學機械平坦化的銅墊凹陷量需更嚴格的控制。若銅墊的膨脹量不足以填補
結果與討論
果
與
論
討
結
CMP形成的凹陷，則可能導致接合失敗。因此，當異質接合間距持續縮小，CMP的製
程窗口將變得更窄，影響良率。
透過 in-situ AFM 量測銅墊的表面形貌，如圖 三，可發現隨著溫度上升，銅
三
圖
墊的顏色由深棕往淺白變化，顯示銅墊表面高度隨溫度提高而增加，而最小尺
寸之 1 微米銅墊，其顏色變化較不明顯，代表膨脹量亦較小。相同的結果可以