LOW TEMPERATURE DIRECT COPPER-COPPER BONDING

• Main Authors: THORKELSSON, Kari, BANIK, Stephen J. II, BUCKALEW, Bryan, OBERST, Justin, PONNUSWAMY, Thomas Anand
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 04.03.2021
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ELECTRICITY; SEMICONDUCTOR DEVICES

Direct copper-copper bonding at low temperatures is achieved by electroplating copper features on a substrate followed by electroplanarizing the copper features. The copper features are electroplated on the substrate under conditions so that nanotwinned copper structures are formed. Electroplanarizing the copper features is performed by anodically biasing the substrate and contacting the copper features with an electrolyte so that copper is electrochemically removed. Such electrochemical removal is performed in a manner so that roughness is reduced in the copper features and substantial coplanarity is achieved among the copper features. Copper features having nanotwinned copper structures, reduced roughness, and better coplanarity enable direct copper-copper bonding at low temperatures. Une liaison cuivre-cuivre directe à basses températures est obtenue par placage électrolytique d'éléments en cuivre sur un substrat puis par électroplanarisation des éléments en cuivre. Les éléments en cuivre sont électroplaqués sur le substrat dans des conditions telles qu'il se forme des structures de cuivre nanojumelées. L'électroplanarisation des éléments en cuivre est réalisée par polarisation anodique du substrat et mise en contact des éléments en cuivre avec un électrolyte de façon à éliminer électrochimiquement le cuivre. Une telle élimination électrochimique est réalisée de telle sorte que la rugosité est réduite dans les éléments en cuivre et qu'une coplanarité substantielle est obtenue parmi les éléments en cuivre. Des éléments en cuivre ayant des structures de cuivre nanojumelées, une rugosité réduite et une meilleure coplanarité permettent d'obtenir une liaison cuivre-cuivre directe à basses températures.