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Characterization of Cu-Cu direct bonding in ambient atmosphere enabled using (111)-oriented nanotwinned-copper

材料科学 扫描电子显微镜 高分辨率透射电子显微镜 电子背散射衍射 透射电子显微镜 扩散焊 微晶 热扩散率 复合材料 冶金 微观结构 分析化学(期刊) 纳米技术 化学 物理 色谱法 量子力学
作者
Minghui Zhang,Li-Yin Gao,Junjie Li,Rong Sun,Zhi‐Quan Liu
出处
期刊:Materials Chemistry and Physics [Elsevier BV]
卷期号:306: 128089-128089 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.matchemphys.2023.128089
摘要

The copper-copper (Cu-Cu) direct bonding technology was proposed in recent years in order to realize precise preparation and reliable service under high current density for three-dimension (3D) packaging in the post-Moore-era. In this study, Cu-Cu direct bonding was achieved in the ambient atmosphere by utilizing highly (111) oriented copper with nanotwin structure (called (111) nt-Cu). The thermal compression with a pressure of 30 MPa was conducted on a couple of Cu films at 300 and 400 °C in air. The Cu-Cu joints after bonding were further investigated by scanning electron microscopy (SEM), electron back-scattered diffraction (EBSD) and transmission electron microscopy (TEM). Different from the polycrystalline copper, perfect bonding was achieved as confirmed by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and electron energy loss spectroscopy (EELS). The shear strength after air bonding was measured as 96.04 ± 5.67 MPa on average, which demonstrated relatively high performance in traditional Cu-Cu bonding. The excellent resistance to oxidation and fast Cu(111) surface diffusivity of (111) nt-Cu guaranteed the bonding process. Above all, the achievement of (111) nt-Cu high performance bonding in the ambient atmosphere should give an insight into developing new interconnected technology.
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