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2022 Fiscal Year Annual Research Report

高電力パワーIC実現に向けたヘテロジニアスインテグレーション技術の研究

Research Project

Project/Area Number 21H01314
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

松本 聡  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (10577282)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小金丸 正明  鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (20416506)
新海 聡子  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (90374785)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords3次元パワーIC / ヘテロジニアスインテグレーション / GaN
Outline of Annual Research Achievements

GaN/Si(111)基板とSi(100)基板とを貼り合わせ後、Si(111)基板とbuffer及びGaNの除去プロセスの検討を進めた。Si(111)基板除去の際、ドライエッチングの条件によってはSi(111)層上に付着物が形成すること、ウエットエッチングによるSi(111)基板除去のプロセスの際、膜剥がれが生じることが明らかなった。付着物を除去するプロセスと膜剥がれを生じないプロセスを開発した。これらの開発したプロセスを用いてSi(111)基板を除去した後、buffer層をエッチングするプロセス条件を明らかにした。またGaN層やbuffer層にThrough Semiconductor Viaを形成する際レジストパタンを形成する必要があるが、レジスト塗布条件を明らかにするとともにパタン形成が可能なことを明らかにした。
4インチ配線パタン付きSi(100)基板と4インチGaN/Si(111)基板の接着及び、研削・研磨、CMPによるSi(111)層の薄層化を実現した。開発したプロセスにおける接着強度はダイシングに耐えうる接着強度であった。
ラマン分光法および有限要素法解析により、GaN/AlGaN界面の応力場を評価した。ラマン分光法では界面のナノオーダー領域の応力評価を行うことは難しいことが示唆さたため、R5年度は分子静力学法により評価を実施する。
SOIパワーデバイスに対し、プロセスや実装残留応力に起因する電気特性変動を実験とシミュレーションで評価した。その結果、寄生バイポーラ領域で電気特性変動が加速されることを示した。
TEM画像にサンプリングモアレ法を適用し、GaN/AlGaN界面の応力場評価を行うための試験片をFIB加工により作製した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Si(111)層を完全に除去し、bufferを除去するプロセスを確立したこと、4インチのパタン付き基板の接着プロセスとSi(111)基板の薄層化プロセスを実現したことから概ね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

デバイスシミュレーションと有限要素法による熱応力解析により、耐圧、プロセス、構造による基板の反り・ひずみ・応力等のシミュレーションを行い、4インチ基板に適した基板構造と基板製造プロセスを明らかにする。なお、基板作製方法は、これまで開発した平坦度0.5nm以下の接着面の平坦化技術、室温での表面活性化接合技術、ドライエッチングとウエットエッチングによるSi(111)基板除去技術を採用する。また、作製した基板を用いて、断面のラマン顕微鏡やTEMによる応力評価方法検討するとともに、前記評価結果を有限要素法による応力シミュレーション技術に反映する。
GaNパワーデバイスとSiデバイスの電気的接続するためにはThrough Semiconductor Via(TSV)の形成プロセスの確立が必須であり、昨年度開発したBuffer層とGaN層のエッチングプロセスをもとにTSV形成プロセスを確立する。
また、応力の影響を評価する ためのTEG(Test Element Group)の試作を行う。 4 点曲げ負荷下によりデバイスに応力を負荷し、その際の
電気特性変動を評価する。

  • Research Products

    (6 results)

All 2023 2022

All Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] 次世代スイッチング電源の設計方法としてのVirtual Prototypingの提案とこれを用いたスイッチング電源の小型化の検討2023

    • Author(s)
      古江文乃, 宮坂晋永, 大串悠介, 山西理樹, 松本聡, 長谷川雅考
    • Organizer
      電子情報通信学会電子通信エネルギー技術研究会
  • [Presentation] Design Consideration of 3D Power SoC Using Virtual Prototyping2022

    • Author(s)
      A. Furue, S. Miyasaka, Y. Ohgushi, R. Yamanishi, and S. Matsumoto
    • Organizer
      International Conference on Electronics Packaging 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 2次元材料を3次元パワーICに導入するためのシミュレーションによる検討2022

    • Author(s)
      古江文乃, 松本聡, 長谷川雅考
    • Organizer
      第32回マイクロエレクトロニクスシンポジウム
  • [Presentation] ゲートドライバーICの1チップ化・高機能化に向けての検討2022

    • Author(s)
      大串悠介, 松本聡
    • Organizer
      電子情報通信学会電子通信エネルギー技術研究会
  • [Presentation] 有限要素法解析とラマン分光法によるパワーデバイス用GaN-on-Si構造の応力場評価2022

    • Author(s)
      尾ノ上義喜,小金丸正明,松本聡,池田徹
    • Organizer
      CMD2022 日本機械学会第35回計算力学講演会
  • [Presentation] SOI-nMOSFETにおける機械的応力効果のゲート長さおよび負荷方向依存性のデバイスシミュレーション2022

    • Author(s)
      塩田智基,小金丸正明,塩塚航生,松本聡,池田徹
    • Organizer
      CMD2022 日本機械学会第35回計算力学講演会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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