2018 Fiscal Year Annual Research Report
３次元Power supply on chip用プラットフォームの構築
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18H01430
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松本 聡 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (10577282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 雅考 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (20357776)
新海 聡子 九州工業大学, マイクロ化総合技術センター, 准教授 (90374785)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 集積化電源 / ウエハー接合技術 / 表面活性化接合 / 排熱・抜熱技術 / ２次元物質 / ｈ－BN |
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| Outline of Annual Research Achievements |
GaNパワーデバイスとSi-LSIと積層構造実現を狙いとして、低温でのウエハー接合の検討を進めた。接合対象としたウエハーはp-CVD SiO2/SiとGaN/Si(111)基板である。接着面としてはシリコン酸化膜ーシリコン酸化膜、Al2O3－Al2O3とした。接合方法は酸素プラズマによる表面活性化接合とArビームによる表面活性化接合を検討対象とした。いずれの方法でもも低温（室温）で接合可能であった。接合後、接合強度等を評価した結果、超高真空中で接着面をAl2O3－Al2O3としたArビームによる表面活性化接合が適していることを明らかにした。
接合後のプロセスに関しては、GaNをエピタキシャル成長したSi（111)基板を裏面側から研削・研磨することにより薄層化した。また、ダイサーによるダイシング行った。その結果、室温で接合したウエハーにおいても研削・研磨プロセス、ダイシングプロセスともに問題が発生しないことを明らかにした。本研究で採用した接合により、GaNパワーデバイスとSi-LSIの積層構造の実現が可能になった。
排熱層に関して原子レベルで平坦な厚膜h-BN層形成を目標に検討を進めた。h-BN表面の平坦化および基板との密着強度向上など接合に必要な技術開発を実施した。厚膜になるにしたがって表面粗度の増加をいかに抑えるかがh-BNを利用する際のポイントであることが判明した。また基板との密着強度向上も必要であることを明らかとした。排熱層としてのグラファイト薄膜をシリコン基板と中間層や接着剤を用いることなく積層して形成した積層体の形成技術を開発し、この積層体はシリコン基板と比較して高い熱伝導特性を有することを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
GaN/Si(111)基板とSi基板の接合技術を開発したこと、ｈ－BN排熱層として使用するための条件を明らかにしたこと、排熱層としてグラファイト薄膜をSi基板に直接接合する技術を開発したことから研究はおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度開発した積層基板を用いて、GaN/Si基板のGaNバッファ層を除去する技術を開発するとともに、Si(111)基板やGaNのバッファ層を除去した影響について、TEG(Test Element Group)を試作し、電気的特性を評価することによりを明らかにする。TEGの試作に向けて、パタン付きのウエハーの接合技術を開発する。
h-BNをパワーSoCに組み込む技術に関しては、h-BN上に絶縁膜を堆積して平坦化する技術を開発するとともに、TSV(Through Silicon ViA)の形成を目的としてｈ－BNのエッチング技術について検討進める。また、シミュレーションによりｈ－BNを排熱層として利用する際、最も有効な層構成を明らかにする。
排熱層としての厚膜h-BNの表面粗度抑制と基板との密着強度向上の方法を探索する。排熱層としてのグラファイト薄膜をシリコン基板と中間層や接着剤を用いることなく積層して形成した積層体の形成技術を発展させ、シリコン基板/グラファイト薄膜/シリコン基板、およびシリコン基板/グラファイト薄膜/酸化膜付きシリコン基板のサンドイッチ構造の形成法を開発する。厚膜hBNの排熱特性の確認と並行して、シリコンウェハと直接接合したグラファイト膜の排熱層としての機能を検証する。
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[Journal Article] Formation of environmentally stable hole-doped graphene films with instantaneous and high-density carrier doping via a boron-based oxidant2019
Author(s)
Kaito Kanahashi, Naoki Tanaka, Yoshiaki Shoji, Mina Maruyama, Il Jeon, Kenji Kawahara, Masatou Ishihara, Masataka Hasegawa, Hiromichi Ohta, Hiroki Ago, Yutaka Matsuo, Susumu Okada, Takanori Fukushima, Taishi Takenobu
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Journal Title
npj 2D Materials and Applications
Volume: 3:7
Pages: 019-0090-x
DOI
Peer Reviewed
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