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실험계획법을 통한 구리 질화물 패시베이션 형성을 위한 아르곤 플라즈마 영향 분석

Analysis of Ar Plasma Effects for Copper Nitride Passivation Formation via Design of Experiment

김사라은경|박해성
한국마이크로전자및패키징학회 (The Microelectronics And Packaging Society)|2019.09|마이크로전자 및 패키징학회지 (Jornal of the Microelectronics and Packaging Society)|제26권 제3호|pp. 51-57

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plasma treatmentDesign of experimentpassivation layerfull factorialCu-Cu bonding
주제분류재료공학

초록

구리 표면을 대기 중의 산화로부터 보호하기 위해서 아르곤(Ar)과 질소(N2) 가스를 이용하는 two-step플라즈마 공정으로 산화 방지층인 구리 질화물 패시베이션 형성을 연구하였다. Ar 플라즈마는 구리 표면에 존재하는 이물질을제거하는 동시에 표면을 활성화시켜 다음 단계에서 진행되는 N2 플라즈마 공정 시 질소 원자와 구리의 반응을 촉진시키는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 two-step 플라즈마 공정 중 Ar 플라즈마 공정 조건이 구리 질화물 패시베이션 형성에 미치는 영향을 실험계획법의 완전요인설계를 통하여 분석하였다. XPS 분석에 의하면 Ar 플라즈마 공정 시 낮은 RF 파워와 압력을 사용할 경우 구리 산화물 피크(peak) 면적은 감소하고, 반대로 구리 질화물(Cu4N, Cu3N) 피크 면적은 증가하였다. Ar 플라즈마 공정 시 구리 질화물 형성의 주 효과는 RF 파워로 나타났으며 플라즈마 공정 변수간 교호작용은거의 없었다.

Abstract

To protect the Cu surface from oxidation in air, a two-step plasma process using Ar and N2 gases was studied to form a copper nitride passivation as an anti-oxidant layer. The Ar plasma removes contaminants on the Cu surface and it activates the surface to facilitate the reaction of copper and nitrogen atoms in the next N2 plasma process. This study investigated the effect of Ar plasma on the formation of copper nitride passivation on Cu surface during the twostep plasma process through the full factorial design of experiment (DOE) method. According to XPS analysis, when using low RF power and pressure in the Ar plasma process, the peak area of copper oxides decreased while the peak area of copper nitrides increased. The main effect of copper nitride formation in Ar plasma process was RF power, and there was little interaction between plasma process parameters.

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