Page 34 - 電路板季刊第111期

32 專業技術 從保護到活化：光移除技術如何提升銅-銅接合品質

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宋振銘 / 陳維廷 / 陳志銘 / 福島譽史
國立中興大學 材料科學與工程學系
國立中興大學 循環經濟學院 半導體與綠色科技學位學程
國立中興大學 化學工程學系
日本東北大學 醫工學專攻

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隨著封裝技術朝向更高可靠度與更小互連間距演進，高效運算、人工智慧以及異質
整合技術持續推動半導體製程走向更高的密度與更低的電阻。為了實現晶片間高速傳輸
與低功耗的目標，2.5D與3D堆疊架構已成為主流，而銅-銅直接接合因具備高導電性、
可支援超微間距互連以及具備低阻抗的優勢，成為支撐此類先進封裝的關鍵技術。然
而，銅本身高度容易氧化的特性，使得接合表面在封裝前的任何步驟，從清洗、搬運、
儲存到進入接合設備，都可能因微小氧化而造成接合品質不穩定。銅表面僅需數奈米厚
的氧化層，便足以阻礙原子擴散，甚至導致介面空洞與可靠度下降。因此，如何確保銅
在接合前仍維持原子級潔淨，是當前產業面臨的重要挑戰。
基於此需求，本研究提出以ڌࠦϞዚڭᚐᄴ為核心的暫時性抗氧化策略。這些保護
層由不同鏈段與結構的有機分子所組成，可透過化學鍵結在銅表面形成均勻且緻密的分
子薄膜，阻隔環境中的氧氣與水氣進入金屬表層。經氧化實驗驗證，未受保護的銅在中
溫條件下會迅速生成可觀察的氧化層；相較之下，施加保護層後的表面能顯著延緩氧化
反應，使材料在各製程節點之間的可等待時間得以有效延長。提高銅在整體封裝製程流
程中的可用性與穩定度，特別是對要求跨站點搬運與中溫前處理的晶圓級封裝而言，更
具實際效益。
然而，所有保護手段最終都必須面對同一個問題：νОίટΥۃҁΌ୅ৰڭᚐᄴk
若有機物殘留於介面，會形成阻擋金屬鍵結的污染層，使接合界面無法有效接合，
甚至導致金屬無法進行原子擴散。因此，移除方式若不夠徹底，反而降低整體接合品
質。傳統濕式清洗雖能去除部分有機層，但常伴隨金屬腐蝕、乾燥難度以及環境保護等
問題，不利於進入奈米尺度的超微間距互連。
本團隊因此提出一種˜Έ™̙୅ৰόٙ৻ό̘ৰҦஔj利用短波長的真空紫外光
（VUV）搭配微量Ϟዚაं؟(圖一)，透過光化學反應將保護層快速分解。此方法屬於
非接觸式乾式製程，不需任何溶液，也不會造成金屬蝕刻。VUV本身具有極高能量，足
以直接切斷有機分子的化學鍵，而有機酸在光照下會生成具有高度反應性的物種，能降
低保護層的鍵結能，使其更易解離。更重要的是，在光照過程中所產生的活性物種會與
銅表面產生短暫反應，形成一層具表面活化能力的反應層，使銅在後續熱壓接合時更容
易進行原子互擴散。