| 研究課題/領域番号 |
19H02444
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
西川 宏 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (90346180)
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| 研究分担者 |
齋藤 美紀子 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (80386739)
水野 潤 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (60386737)
桑江 博之 早稲田大学, 理工学術院, 助教 (40801212) [辞退]
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | エレクトロニクス実装 / 高温はんだ代替接合 / 3次元ナノ構造 / 焼結型接合 |
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| 研究実績の概要 |
本研究ではこれまでの研究成果をより発展させ、Dealloying法によるナノポーラス構造に限定することなく、新たな3次元ナノ構造形成技術に取り組み、新たな低温固相接合技術の確立に向けて研究を推進している。具体的には本年度は、下記の３項目について研究を行った。
（１）3次元ナノ構造表面を利用した接合メカニズムと接合部劣化挙動の解明：劣化挙動解明のための信頼性試験の環境、およびシート材料の機械的特性を評価するための設備を整えた。またAuナノポーラス構造を利用した接合部に対して、パワーサイクル試験を実施したところ、故障が発生した場合、Siチップと合金シート界面に残存するポーラス層中で剥離が発生していることが確認できた。
（２）めっき法を利用したトップダウン型3次元ナノ構造形成と接合性評価：めっき法を用いてAu-Ag合金膜やNi-Fe合金膜を作製し、選択溶解モードについて検討を進めた。Auの溶解度を向上させるために用いるチオ尿素が作製後には表面に存在し、熱処理を行うことによりピークが消失することを顕微ラマン分光法により確認した。チオ尿素有無と熱処理により異なる溶解モードとなることが推定された。また異なる基板材料としてSiC基板上に形成されたカーボンナノチューブ（CNTs）上に溶液中での金属膜形成検討を進めた。
（３）原子層堆積（ALD）法によるボトムアップ型3次元ナノ構造形成と接合性評価：Cu接合結果へ影響を与える結晶性を明らかにするためにCu上へのPt-ALD成膜後の結晶性評価を行った結果、①Cuは接合に適した(111)面が最も強いこと②Ptは結晶性を持っていないこと③Ptが成膜時にCu中へ拡散している可能性を確認した。次に中間層としているALD極薄膜の電気特性の影響を評価するためにサンプル作製完了した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度計画した内容について、全て予定通り実験を着手し、結果も順調に得られ、一部では当初の計画以上に進捗が見られた。具体的には、接合部劣化挙動の解明については、信頼性試験としてパワーサイクル試験の環境を整え、評価を開始し、ナノポーラス構造による接合界面の破壊がかくにんできた。めっき法を利用した3次元ナノ構造形成では、Au-Ag合金膜以外にも、Ni-Fe合金膜までの作製に着手するとともに、基板材料を変えた検討にも着手した。ALD法についても、当初の計画通りにCu上へのALDによるPt薄膜層の成膜手法の構築を行い、3次元ナノ構造薄膜Pt層を用いたCu-Cu直接接合の検討及び、界面状態の解明による薄膜金属材料の検討に着手している。国際会議での発表も予定しており、当初の計画以上に進展しているものと自負している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後も、Dealloying法によるナノポーラス構造に限定することなく、新たな3次元ナノ構造形成技術に取り組むとともに、3次元ナノ構造表面を利用した固相接合プロセスにより形成される接合部界面構造や接合メカニズムなどの解明を進め、超音波などの外部エネルギーを利用しない新たな低温固相接合技術の確立に向けて研究を推進する。3次元ナノ構造表面を利用した接合メカニズムの解明については検討を開始、Dealloying法により、形状・サイズの異なるナノ構造を作製し、独自の加熱加圧接合装置により接合実験をおこないながら、ナノ構造表面が接合部形成や界面構造に及ぼす影響を把握することに努める。まためっき法については、Au-Ag合金膜を中心にチオ尿素有無と熱処理有無などの条件と溶解特性やその後の形態についてまとめ、特に接合強度への影響については論文にまとめていく予定である。基板材料を変えた検討についても、SiC基板上に形成されたCNTs上の金属膜形成検討を進め、より接合強度の高い膜形成プロセスについての知見を得ることに注力したい。原子層堆積（ALD）法によるボトムアップ型3次元ナノ構造形成については、これまでに作製した膜に対するXRDなどを用いた解析を進めるとともい、接合実験も開始し、接合断面観察や電気特性評価を通じた接合メカニズムの解明を行う。Au, Ru等の他の金属についても同様に評価・解析を行う。
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