常温接合によるマイクロシステムインテグレーション

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025215
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 須賀 唯知 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40175401)
• 研究分担者: HOWLADER M. M. R. 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教員 (40334354) ; 細田 直江 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (50280954) ; 伊藤 寿浩 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (80262111)
• キーワード: 常温接合 / ウエハ接合 / 異種半導体接合 / 表面活性化 / イオン衝撃 / 水素ラジカル / 接合

研究概要

Si/Si, Si/GaAs, Si/InPの異種半導体ウエハに対して表面活性化の検討と、常温接合の実験を行った。Si/Si、Si/GaAsについてはバルク破壊が生じるのに対し、Si/InPの結合は弱く、破壊は接合界面で生じた。光電子分光XPSおよび原子間力顕微鏡AFMによる破壊面の観察によればInがSi側に残留しており、破壊がInP/Si界面ではなく、InP/In界面で生じていることが分かった。このInはイオン衝撃によって接合前のInP表面に偏析したものと思われる。また、p-Si/p-Si常温接合界面の電圧・電流特性は、接合面の残留ガスへの露出により大きな影響を受けることが明かとなった。一方、SiとSiのウエハ接合に関連しては、銅ならびに金薄膜を介した接合の可能性を検討した。銅はSi上に、SiO2/SiN/TaN/Ta/の中間層を介して、80nmの厚さに形成した。水素のラジカル処理では、接合できず、酸素ラジカルでの処理に、アルゴンイオン衝撃を併用することによって、ウエハ全面での接合が可能であることを示した、60s程度のイオン衝撃によって、銅表面の炭素、ならびに酸化物は効果的に除去された。ただし、この程度のイオン衝撃では、表面粗さの劣化はない。引張り試験では接合は非常に強固であり(6.47MPa以下)、Siのバルク破壊が生じた。基本的に、接合したウエハをダイシングし、その際に破壊が生じないことでウエハ全面の接合性を確保できることを明らかにした。さらに、金については、微細なパターニングを行い、+-5ミクロンのレベルで接合が可能であること。また、Si-Siについては、真空気密性が確保できることを示した。Si/Si, Si/GaAs, Si/InPの異種半導体ウエハに対して表面活性化の検討と、常温接合の実験を行った。Si/Si、Si/GaAsについてはバルク破壊が生じるのに対し、Si/InPの結合は弱く、破壊は接合界面で生じた。光電子分光XPSおよび原子間力顕微鏡AFMによる破壊面の観察によればInがSi側に残留しており、破壊がInP/Si界面ではなく、InP/In界面で生じていることが分かった。このInはイオン衝撃によって接合前のInP表面に偏析したものと思われる。また、p-si/p-si常温接合界面の電圧・電流特性は、接合面の残留ガスへの露出により大きな影響を受けることが明かとなった。一方、SiとSiのウエハ接合に関連しては、銅ならびに金薄膜を介した接合の可能性を検討した。銅はSi上に、SiO2/SiN/TaN/Ta/の中間層を介して、80nmの厚さに形成した。水素のラジカル処理では、接合できず、酸素ラジカルでの処理に、アルゴンイオン衝撃を併用することによって、ウエハ全面での接合が可能であることを示した。60S程度のイオン衝撃によって、銅表面め炭素、ならびに酸化物は効果的に除去された。ただし、この程度のイオン衝撃では、表面粗さの劣化はない。引張り試験では接合は非常に強固であり(6.47MPa以下)、Siのバルク破壊が生じた。基本的に、接合したウエハをダイシングし、その際に破壊が生じないことでウエハ全面の接合性を確保できることを明らかにした。さらに、金については、微細なパターニングを行い、+-5ミクロンのレベルで接合が可能であること。また、Si-Siについては、真空気密性が確保できることを示した。

研究成果

• [文献書誌] 須賀唯知: "今後の実装技術の展開 実装工学コンソーシアムIMSI"エレクトロニクス実装学会誌. 4-3. 1-5 (2001)
• [文献書誌] 須賀唯知: "「鉛フリーはんだ」その開発の意義と動向"環境管理. 37-11. 1-5 (2001)
• [文献書誌] 須賀唯知: "接合と分離のエコデザイン-可逆的インターコネクション"未来材料. 12. 32-36 (2001)
• [文献書誌] Tadatomo Suga: "Reversible Interconnection To Boosta Recycling"Look Japan. 47-548. 28-29 (2001)
• [文献書誌] 伊藤寿浩: "平坦化CMPによるCu表面の常温接合と次世代実装技術"トライポロジ. 167-7. 24-26 (2001)
• [文献書誌] Tadatomo Suga: "Bump-less Interconnect using Surface Activated Bonding Method"Advanced Metallization Conference (ADMETA) 2001. 84-84 (2001)
• [文献書誌] Yuzo Matsuzawa: "Room-temperature Interconnection of Electroplated Au Microbump by Means of Surface Bonding Method"IEEE, Electronic Eomponents & Technology Conference(ECTC), 51st, Proceedings. 69-70 (2001)
• [文献書誌] Tadatomo Suga: "Bump-less Interconnect for Next Generation System Packaging"IEEE, Electronic Eomponents & Technology Conference(ECTC), 51st, Proceedings. 1003-1008 (2001)
• [文献書誌] Tadatomo Suga: "A New Wafer-bonder of Ultra-high Precision Using Surface Activated Bonding(SAB) Concept"IEEE, Electronic Eomponents & Technology Conference(ECTC), 51st, Proceedings. 1013-1018 (2001)
• [文献書誌] Akitsu Shigeto: "Room-Temperature Direct Bonding of CMP-Cu film for Bumpless Interconnection"IEEE, Electronic Eomponents & Technology Conference(ECTC), 51st, Proceedings. 755-760 (2001)
• [文献書誌] Tadatomo Suga: "New Fabrication Technology og Polimer/Metal Lamination"Polytronic 2001. 29-34 (2001)
• [文献書誌] 須賀唯知: "将来の実装技術と実装エコデザイン"SEMICON Japan'01 Int.Packaging Strategy Symp.(IPSS). 77-83 (2001)
• [文献書誌] 須賀唯知: "日本の鉛フリーはんだの動向"JISSO/PROTECフォーラムジャパン2001. 140-145 (2001)
• [文献書誌] Tadatomo Suga: "Surface Activated Bonding and its Applications in Microelectronics"The Sino-Japan Symposium on Nanotechnology and Nanomaterials, Proceedings. 48-48 (2001)
• [文献書誌] C.Lee: "スーパーコネクトを実現する原子レベル接合技術"応用物理学会 第29回薄膜・表面物理セミナー. 77-84 (2001)
• [文献書誌] Akitsu Shigeto: "MEMSブローブカードのためのフリッティングコンタクド(第4報) 雰囲気とフリッティング特性"精密工学会秋季大会論文集. 604-604 (2001)
• [文献書誌] 岡田浩尚: "φ200mmSiウエハの常温接合(第2報) -Au薄膜の接合性の検討-"精密工学会秋季大会論文集. 605-605 (2001)
• [文献書誌] 重藤暁津: "次世代MEMSパッケージング技術のための表面活性化常温直接接合法を用いたCu電極バンプレス接続"精密工学会秋季大会論文集. 606-606 (2001)
• [文献書誌] 高木秀樹: "金属膜中間層を用いた異種材料のウエハ常温接合"精密工学会秋季大会論文集. 607-607 (2001)
• [文献書誌] 細田奈麻絵: "可逆的インターコネクション水素を利用した接合界面の分離"日本金属学会講演概要集. 133-133 (2001)
• [文献書誌] 細田奈麻絵: "水素吸蔵合金を利用した接合界面の分離"日本金属学会講演概要集. 465-465 (2001)
• [文献書誌] 山口博: "表面活性化によるダイヤモンドの常温接合"日本金属学会講演概要集. 469-469 (2001)
• [文献書誌] Kenichi Kataoka: "Low-Contact-Force and Compliant Mems Probe Card"MEMS'02 Proceedings. 364-367 (2002)
• [文献書誌] 河村晋吾: "フリッティングを用いた抵接触力MEMSプローブカードのためのマイクロカンチレバーの開発"精密工学会春季大会論文集. (未定). (2002)
• [文献書誌] 片岡憲一: "MEMSブローブカードのためのフリッティングコンタクト(第5報)電圧・電流印加法とフリッティング特性"精密工学会春季大会論文集. (未定). (2002)