常温接合によるマイクロシステムインテグレーション

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13025215
• 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, 寄付研究部門教員 (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

Cu-Cuの直接接合に係わるCu表面ならびにCu接合界面の観察、ならびに、ダイヤモンドと金属(アルミニウム)の常温接合に係わるシミュレーションならびに実験を行った。
前者については、グローバルインテグレーションで中心的な役割を果たすバンプレスインターコネクトの基盤研究テーマであり、後者は、その際に必要となる常温接合のメカニズムに係わる研究テーマである。前者については、CMP-Cu膜同士を直接接合したのち、加熱処理時の界面をTEM観察、界面の信頼性の評価を行った.その結果、加熱時間増加に伴いボイドが消滅、界面全体のうねりもなだらかになり、ボイド近辺の圧縮応力が緩和されていることが判明した。これにより、Cu-Cu常温接合界の高信頼性のメカニズムが明らかとなった。さらに、この知見をもとに、バンプレス接合を試み、全6000接続部のバンプレス接合に成功した。後者については、第一原理分子動力学法によりダイヤモンドとAlの原理的な接合性を検討し,さらに実際に接合界面を透過電子顕微鏡によって直接観察した。シミュレーションはCASTEPを用いて、i)C原子のAl(001)面への吸着、ii)Al原子のダイヤモンド再構成(001)面への吸着、iii)ダイヤモンド再構成(001)面とAl(001)面の接合、に対して行った。その結果、i)C原子がAlの表面より下方へと移動し,大きなエネルギーゲインが得られる。ii)Al原子の接近に伴ってダイヤモンド再構成構造が解ける。iii)もii)同様に再構成構造が解け、エネルギーゲインが得られているため,再構成ダイヤモンドとAlの間には安定に結合が生じ、両者は原理的に直接接合することが可能であることが分かった。実際、天然単結晶ダイヤモンドと多結晶アルミニウムの常温接合をAr-FABを照射、雰囲気10-6Paで接合が可能であった。その結果、界面には厚さは3nm程度の中間層が存在していることがわかった。これはXPS分析により、FAB照射によって導入されたダイヤモンドのアモルファス層であると判定された。

研究成果

• [文献書誌] H.Okada, T.Nara, M.M.R.Howlader, H.Takagi, R.Maeda, T.Itoh, T.Suga: "Sealing using surface activated bonding method"Abstruct of Eurosensors XVI. 137-138 (2002)
• [文献書誌] T.Suga, T.Itoh, Z.H.Xu, M.Tomita, A.Yamauchi: "Surface activated bonding for new flip chip and bumpless interconnect systems"Proceedings of IEEE, 52nd Electronic Components & Technology Conference. 105-111 (2002)
• [文献書誌] Q.Wang, Z.H.Xu, M.M.R.Howlader, T.Itoh, T.Suga: "Reliability and microstructure of Au-Al and Au-Cu direct bonding fabricate by the surface activated bonding"Proceedings of IEEE, 52nd Electronic Components & Technology Conference. 915-919 (2002)
• [文献書誌] Z.H.Xu, M.Tomita, T.Itoh, T.Suga: "Flip-chip bonding using SAB technique at low temperature"Proceedings of IEEE, 5th Int. Symp. on High Density Packaging and Component Failure Analysis in Electronics Manufacturing. 95-98 (2002)
• [文献書誌] T.Suga, T.Itoh, A.Shigetou: "Next generation electronic packaging and bumpless interconnection"Proceedings of 1st Int. Symp. on Microelectronics and Packaging. 247-252 (2002)
• [文献書誌] T.Suga: "Room temperature joining of inorganic materials and its application in microelectronics"Abstract of 10th Int. Ceramics Congress & 3rd Forum on New Materials. 59 (2002)
• [文献書誌] 冨田 誠, Z.H.XU, 伊藤寿浩, 須賀唯知: "表面活性化による低温フリップチップ接合"第12回マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集. 23-26 (2002)
• [文献書誌] 岡田浩尚, 前田龍太郎, 高木秀樹, M.M.R.Howlader, 伊藤寿浩, 須賀唯知: "表面活性化法による封止接合(第2報) -評価用Siマイクロ構造の設計と製作-"精密工学会学術講演会講演論文集. 325 (2002)
• [文献書誌] 須賀唯知: "常温接合の最新動向"日本金属学会分科会シンポジウム予稿「接合・溶接技術の最前線」. 18 (2002)
• [文献書誌] 須賀唯知: "表面実装ポケットブック「実装の将来 エレクトロニクス・エコデザイン」"日刊工業新聞社. 212 (2002)