常温接合によるマイクロシステムインテグレーション

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13025215
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 須賀 唯知 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40175401)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): HOWLADER M. M. R. 東京大学, 先端科学技術研究センター, 寄付研究部門教員 (40334354) ; 伊藤 寿浩 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (80262111)
• Keywords: 常温接合 / FEM / 接触解析 / 接合面積 / バンプ / 接触率 / マイクロシステム

Research Abstract

本研究の目的は、マイクロシステムインテグレーションの基盤技術として「常温接合」という新しい手法を適用し、ダメージの少ない活性化手法を新たに検討し、その接合への適用可能性を明らかにするものである。そのために,、従来の,メタラジカルな接合手法に頼ることなく、接合界面創製の原理に忠実な「常温接合」を適用する。本研究では、特に、Cuなどのメタルの接合に対し、接合過程における接触と界面形成の力学的条件を解析することにより、常温接合のマイクロシステムインテグレーションへの適用可能性とその条件を検証した。すなわち、低温での接合,接合の信頼性の確保などに際しては,対向する接合面との密着と結合の形成の関係が問題となり、その接触メカニズムを明らかにする必要がでてくる。しかしながら,表面の凹凸の存在と圧接過程には,定量的な関係を議論するだけのデータがなく,定性的な議論に終始することが多かった.そこで本研究では、Cuを対象に,その接合界面での接触と変形過程を有限要素法FEMにより定量的に解析し,接合の条件を明らかにすることを試みた。
解析対象としたのは、Cuバンプであり,100μm厚,ビッカース硬度120Hvの圧延銅箔(無酸素銅H材)からエッチングにより形成したものである。接触解析はこのCuバンプに厚さ17μmの対向銅箔を接触させて加圧する場合を対象とする.圧下率(圧縮変位÷圧縮前のCuバンプ高さ)と接触率の関係は,まず圧下率と接触面での圧力をマクロモデルにより求め,さらに接触面での圧力と接触率の関係求めることにより,最終的に算出した。その結果,Cuバンプと対向銅箔の直接接合には接触率〜1が1つの必要条件になることがわかった。

Research Products

• [Publications] T.H.Kim, M.M.R.Howlader, T.Suga: "Wafer-scale surface activated bonding of Cu-Cu, Cu-Si, and Cu-SiO2 at low temperature"Proc.Int.Symp.Semiconductor Wafer bonding VII, ECS. 2003-9. 239-247 (2003)
• [Publications] M.M.R.Howlader, H.Okada, T.Itoh, T.Suga: "Development of an UHV surface activated bonding machine for MEMS packaging"Proc.Int.Symp.Semiconductor Wafer bonding VII, ECS. 2003-9. 309-320 (2003)
• [Publications] Akitsu Shigetou, Toshihiro Itoh, Mie Matsuo, N.Hayasaka, Katsuya Okumura, Tadatomo Suga: "Room Temperature Bonding of Ultra-Fine Pitch and Low-Profiled Cu Electrodes for Bump-Less Interconnect"53rd Electronic Components & Technology Conference (ECTC). 848-852 (2003)
• [Publications] Edited by S.Bengtsson, H.Baumart, C.H.Hunt, T.Suga: "Semiconductor Wafer Bonding : Science, Technology and Applications"Electro-Chemical Society. 389 (2003)