ボトムアップ型選択成長技術のハイブリッド接合への応用

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K20426
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 井上 史大 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (00908303)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: ハイブリッド接合 / 無電解めっき / 原子層堆積

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的はリソグラフィ、エッチング、研磨、圧着といった従来の半導体製造技術の延長にない新規なボトムアップ堆積手法と表面活性化接合を用いて、三次元実装のハイブリッド接合を実証、またその選択堆積や接合のメカニズムを明らかにし、挟ピッチダイ接
合の実用化を加速させることにある。
本研究の独創的な点は自己組織化(ボトムアップ)を用いて、機械的な加工に依存せずハイブリッド接合を達成することにある。これにより狭ピッチの接合が可能になるだけにとどまらず、低コスト、低温にて異種デバイスの積層が可能となる。さらにはSAM膜の表面機能化機構を利用したセルフアライメントも期待でき、自己集積といった自動化工程の可能性さえも秘めている。プロセスの狭ピッチ化や低温化は接合できるデバイスのさらなる拡大を意味し、新規な融合デバイスの創成に寄与する技術革新となり得る。
2021年度は無電解めっきと化学機械研磨を中心に研究を進めた。無電解めっきでは毒性の低いグリオキシル酸を使用し、かつpH調整剤にTMAHを使用することで半導体プロセスに互換性のある薬品を見出いし、実験を行った。今のところ温度にて反応を調整することで、Cu、Pt、Ru、Co上にめっき可能であると判明しているが、同時に溶存酸素の影響も観察された。CMPに関しては各金属基板上でバリアスラリーがどのような電気化学挙動を示すか解析した。研磨圧力を加えることによって腐食電位や腐食電流が大きくことなると分かった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

無電解めっき、CMP、接合各工程のプロセス立ち上げに成功し、実験を継続している。

Strategy for Future Research Activity

今後はALDと直接接合を中心に研究開発を進める。まずはALD-Al2O3をSi表面に堆積し、接合することで加工可能であると証明する。また溶存酸素のきわめて少ない環境において無電解めっきを行い、溶存酸素と無電解めっきの影響を評価する。

Causes of Carryover

今年度使用予定の消耗品費とするため

Research Products

• [Int'l Joint Research] imec(ベルギー)
  • Country Name: BELGIUM
  • Counterpart Institution: imec
• [Journal Article] Application of the surface planer process to Cu pillars and wafer support tape for high-coplanarity wafer-level packaging (2022)
  • Author(s): Inoue Fumihiro、Phommahaxay Alain、Gokita Yohei、M?ller Berthold、Beyne Eric
  • Journal Title: The International Journal of Advanced Manufacturing Technology Volume: 119 Pages: 3427～3435
  • DOI: 10.1007/s00170-021-08622-x
• [Journal Article] Electrochemical deposition of indium from chloride bath for low-temperature microbump bonding (2022)
  • Author(s): Park Kimoon、Inoue Fumihiro、Derakhshandeh Jaber、Yoo Bongyoung
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 61 Pages: 041003～041003
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac52ba
• [Journal Article] Area-Selective Electroless Deposition of Cu for Hybrid Bonding (2021)
  • Author(s): Inoue Fumihiro、Iacovo Serena、El-Mekki Zaid、Kim Soon-Wook、Struyf Herbert、Beyne Eric
  • Journal Title: IEEE Electron Device Letters Volume: 42 Pages: 1826～1829
  • DOI: 10.1109/LED.2021.3124960
• [Presentation] Electrodeposition of Indium for Low Temperature 3D Stacking (2021)
  • Author(s): Fumihiro Inoue, Kimoon Park, Jaber Derakhshandeh, Bongyoung Yoo
  • Organizer: 2021 7th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The unique properties of SiCN as bonding material for hybrid bonding (2021)
  • Author(s): Serena Iacovo, Soon-Wook Kim, Fuya Nagano, Lan Peng, Fumihiro Inoue, Alain Phommahaxay, Eric Beyne
  • Organizer: 2021 7th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] A study on IMC morphology and integration flow for low temperature and high throughput TCB down to pitch microbumps (2021)
  • Author(s): J. Derakhshandeh, C. Gerets, F. Inoue, G. Capuz, V. Cherman, M. Lofrano, L. Hou, T. Cochet, I. De Preter, T. Webers, P. Bex, G. Jamieson, M. Maehara, E. Shafahian, J. Bertheau, E. Beyne, D. Charles La Tulipe, G. Beyer, G. Van der Plas, A. Miller
  • Organizer: 2021 IEEE 71st Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of bonding activation sequences to enable ultra-low Cu/SiCN wafer level hybrid bonding (2021)
  • Author(s): S. Iacovo, L. Peng, F. Nagano, T. Uhrmann, Jürgen Burggraf, A. Fehkhrer, T. Conard, F. Inoue, S-W. Kim, J. De Vos, A. Phommahaxay, E. Beyne
  • Organizer: 2021 IEEE 71st Electronic Components and Technology Conference (ECTC)
  • Int'l Joint Research