Room temperature bonding of metal oxide films by surface activated bonding method

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14629
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: 内海 淳 東京農業大学, その他部局等, 特命准教授 (70768390)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 常温接合 / 表面活性化 / 酸化物 / エネルギー損失分光法（EELS） / 化学結合状態 / 電子構造

Outline of Annual Research Achievements

熱処理不要な優位性を持つ表面活性化法による常温接合技術は、多くの材料に適用可能だが酸化物系材料は難しい。しかしながら、サファイア同士では強固な接合が確認できており、その接合機構を解明することでさらなる適用材料の拡大が期待でき、今後ニーズ増大が予想される異種材料間接合への展開に向けた基盤技術整備につながる。
本年度では、常温接合法を用いたサファイア間接合界面において昨年度実施した電子エネルギー損失分光法（EELS）による分析から得られた吸収端近傍微細構造（ELNES）に関する解析を行った。その結果、昨年度実施した透過電子顕微鏡（TEM）による観察結果から確認されている接合界面における厚さ1nm程度の中間層領域では、サファイアの結晶形態であるα-Al2O3におけるAlの配位数となる6配位の構造だけでなく、4配位であることを示す構造も確認された。酸化アルミのもう一つの安定化結晶形態であるγ-Al2O3においは、Alは70％が6配位、残りが4配位の構造であることが知られている。そのため、今回の解析結果から表面活性化により結晶性が乱されていると思われるサファイア接合界面における中間層領域では、α-Al2O3状態においてAlの配位数が一部4配位に変化している、または六方晶系であるα-Al2O3状態と混在してγ-Al2O3に近いような立方晶系化した構造が形成されている可能性を示唆しているものと考えられる。
この結果は、表面活性化による常温接合法を用いたサファイア間接合における接合メカニズム解明に関して有用であり、酸化物系材料の接合技術の確立に資する知見になると期待できる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

酸化アルミ膜を成膜したSiウェハ同士における常温接合試験は受託加工の利用を予定している。限られた試料数で最大限の試験結果を確保するには、1回ごとの接合結果を見定めた上で都度条件の検討を行い、試験を進めることが必須であると考えたため、立ち合いによる試験を予定していた。しかしながら、コロナ感染状況等により出張可否や受託先での対応状況などにより立ち合い試験が困難となった。そのため、予定とおりの試験を実施することを優先と考え、本年度予定していた接合試験を次年度に実施することとした。接合試験の予定は変更したが、接合界面の構造解析を進めることで今後の研究推進上有用な知見が得られたこともあり、やや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

表面活性化法による酸化アルミ薄膜間の常温接合試験を加速化する。併せて、TEMによる接合界面の微細構造解析などを行い、酸化物系材料における接合機構解明に向けたデータを整備し、その接合技術の確立を目指す。

Causes of Carryover

コロナ感染状況により当初予定して立ち合いによる接合試験の実施が、出張や受託加工における対応などが困難となり次年度に実施予定としたため。また、接合に必要となる成膜依頼も長期保存による膜質劣化が懸念されるため、併せて次年度実施としたため。次年度に成膜加工及びその試料を用いた接合試験に関する受託加工・評価費用のために使用予定である。