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低温大気中接合によるウエハスケール3次元集積化に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 08F08386
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

須賀 唯知  東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授

研究分担者 王 英輝  東京大学, 大学院・工学系研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2008 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2010年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2009年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2008年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードウエハ接合 / 金属薄膜 / 表面活性化 / 無鉛はんだ / 表面酸化
研究概要

最終年度は、ウエハの金属薄膜を介した接合を、大気中低温での接合に適用することを検討した。Au、Sn、Cuの薄膜のうち、Auを用いて接合面のパターン化を行い、平面状の接合面では応力集中がコーナー、エッジ部にあること、これを解消するために、接合面を微細なパターンに分割することが有効であることを実験的に示した。具体的には、Siウエハにシード層としてTi膜、その上にAuのEB蒸着膜を100nm形成したもの、および3μm厚のAuの電解メッキ膜をエッチングにより、バンプ状パターンにしたものを用いた。その結果、バンプピッチが広いほど、バンプサイズを10μmから5μmへと小さくするほど、エッジ部の不均一性が解消し、応力分布がなだらかとなることがわかった。これらの結果を検証するため、応力集中の2次元計算を有限要素法を用いて計算し、パターンの分割周期やパターン幅がどのように接合面の応力の均一性に寄与するかをさらに定量的に示した。その結果、接合における不均一性は接合加圧時の応力分布に比例して増加していることも判明した。また、シリコンの大気中低温接合については、150℃程度の低温加熱であれば、Au、Snについてはアルゴンプラズマでの活性化後、接合可能であることが明らかとなった。これらの成果は、Geウエハの直接接合に適用された。ドープの程度の異なるしたGeウエハの接合では、界面には5nm程度のアモルファスは形成されるものの、通常のエピタキシャル成長で形成される界面と比べると格段にシャープなプロファイルの界面が形成された。これは、界面での光電変換素子機能を使う場合においては重要な要件であり、この手法の有効性が示された。

報告書

(3件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2010 2009 2008

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (17件)

  • [雑誌論文] High-Precision Alignment for Low Temperature Wafer Bonding2009

    • 著者名/発表者名
      Chenxi Wang, Shingo Taniyama, Ying-Hui Wang, Tadatomo Suga
    • 雑誌名

      Journal of Electrochemical Society 156

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low-Temperature Bumpless Bonding for SAW Components2008

    • 著者名/発表者名
      Ying-Hui Wang, Takahiro Sato, Tsuyoshi Sugiura, Tadatomo Suga
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics 47

      ページ: 2521-2525

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Surface Contamination on Solid-State Bondability of Sn-Ag-Cu Bumps in Ambient Air2008

    • 著者名/発表者名
      Ying-Hui Wang, Tadatomo Suga
    • 雑誌名

      Jou Materials Transactions 49

      ページ: 1508-1512

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Influence of Bonding Atmosphere on Low-Temperature Wafer Bonding2010

    • 著者名/発表者名
      Ying-Hui Wang
    • 学会等名
      the 60th Electronic Components and Technology Conference (ECTC 2010)
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Low-Temperature Bonding for Microdevices2010

    • 著者名/発表者名
      Ying-Hui Wang
    • 学会等名
      Symposium on Design, Test, Integration & Packaging of MEMS/MOEMS
    • 発表場所
      Seville, Spain
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Surface Activation for Micro-Bumps and Its Improvement on Bonding at Low Temperature2010

    • 著者名/発表者名
      Ying-Hui Wang
    • 学会等名
      International Conference on Electronics Packaging (ICEP 2010)
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Hokkaido, Japan
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Low Temperature Bonding of Si Wafers in Nitrogen Atmosphere2010

    • 著者名/発表者名
      Keigo Oshikawa
    • 学会等名
      International Conference on Electronics Packaging (ICEP 2010)
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center, Hokkaido, Japan
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Metal Surface Cleanliness and Its Improvement on Bonding2010

    • 著者名/発表者名
      Ying-hui Wang
    • 学会等名
      International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging (ICEPT-HDP)
    • 発表場所
      Xian, China
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] [Keynote] Low temperature wafer bonding for 3D system integration2010

    • 著者名/発表者名
      Tadatomo Suga
    • 学会等名
      International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging (ICEPT-HDP)
    • 発表場所
      Xian, China
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Low Temperature/Room Temperature Bonding of Si Wafer in Ambient Air and N_22010

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      2nd International IEEE Workshqp on Low Temperature Bonding for 3D Integration
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Low Temperature Bonding of Ge for Infrared Detectors2010

    • 著者名/発表者名
      倉山竜二
    • 学会等名
      2nd International IEEE Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Low-temperature Wafer Bonding Using Gold Layers2009

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging(ICEPT-HDP)
    • 発表場所
      Beijing,China
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 表面活性化によるGeウェハの常温接合2009

    • 著者名/発表者名
      倉山竜二
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Low-Pressure Ar Plasma Treatment on Micro-Bump Bonding2009

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      2009年度精密工学会春季大会学術講演会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 金属薄膜を介したシリコンウエハ低温接合2009

    • 著者名/発表者名
      谷山慎悟
    • 学会等名
      第23回エレクトロニクス実装学会講演大会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 20-μm-Pitch Au Micro-bump Interconnection at Room Temperature in Ambient Air2008

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      the 58th Electronic Components and Technology Conference (ECTC2008)
    • 発表場所
      Florida, USA
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Influence of Surface Contamination on Low-Temperature Bonding of 20-μm-Pitch Au Micro-Bumps2008

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      International Conference on Electronics Packaging (ICEP2008)
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] High-Precision Alignment for Low Temperature Wafer Bonding2008

    • 著者名/発表者名
      Chenxi Wang
    • 学会等名
      ECS Transactions
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] The Chip-on-Board Bonding Using Non-Conductive Film and Metallic Bumps by the Surface Activated Bonding Method2008

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      IEEE 9^<th> VLSI Packaging Workshop in Japan
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Room Temperature Wafer Bonding Using Surface Activated Bonding Method2008

    • 著者名/発表者名
      王英輝
    • 学会等名
      IEEE 9^<th> VLSI Packaging Workshop in Japan
    • 発表場所
      京都
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書

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公開日: 2008-04-01   更新日: 2024-03-26  

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