常温接合によるマイクロシステムインテグレーション

使用室温键合的微系统集成

• 批准号: 13025215
• 负责人: 須賀 唯知
• 金额: $ 26.94万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13025215/
• 关键词: 常温接合; FEM; 接触解析; 接合面積; バンプ; 接触率; マイクロシステム; 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

本研究の目的は、マイクロシステムインテグレーションの基盤技術として「常温接合」という新しい手法を適用し、ダメージの少ない活性化手法を新たに検討し、その接合への適用可能性を明らかにするものである。そのために,、従来の,メタラジカルな接合手法に頼ることなく、接合界面創製の原理に忠実な「常温接合」を適用する。本研究では、特に、Cuなどのメタルの接合に対し、接合過程における接触と界面形成の力学的条件を解析することにより、常温接合のマイクロシステムインテグレーションへの適用可能性とその条件を検証した。すなわち、低温での接合,接合の信頼性の確保などに際しては,対向する接合面との密着と結合の形成の関係が問題となり、その接触メカニズムを明らかにする必要がでてくる。しかしながら,表面の凹凸の存在と圧接過程には,定量的な関係を議論するだけのデータがなく,定性的な議論に終始することが多かった.そこで本研究では、Cuを対象に,その接合界面での接触と変形過程を有限要素法FEMにより定量的に解析し,接合の条件を明らかにすることを試みた。解析対象としたのは、Cuバンプであり,100μm厚,ビッカース硬度120Hvの圧延銅箔(無酸素銅H材)からエッチングにより形成したものである。接触解析はこのCuバンプに厚さ17μmの対向銅箔を接触させて加圧する場合を対象とする.圧下率(圧縮変位÷圧縮前のCuバンプ高さ)と接触率の関係は,まず圧下率と接触面での圧力をマクロモデルにより求め,さらに接触面での圧力と接触率の関係求めることにより,最終的に算出した。その結果,Cuバンプと対向銅箔の直接接合には接触率〜1が1つの必要条件になることがわかった。

は の purpose, this study マ イ ク ロ シ ス テ ム イ ン テ グ レ ー シ ョ ン の base plate technology と し て "normal temperature joint と" い う new し い を applicable し, ダ メ ー ジ の less な い activation technique を new た に beg し 検, そ の joint へ の applicable possibility を Ming ら か に す る も の で あ る. そ の た め に, and for 従 の, メ タ ラ ジ カ ル な joint technique に 頼 る こ と な く, joint interface created の principle に loyalty be な す "normal temperature joint" を apply る. This study で は, に, Cu な ど の メ タ ル の joint に し seaborne, joint process に お け る contact form の と interface mechanics conditions を parsing す る こ と に よ り, normal temperature joint の マ イ ク ロ シ ス テ ム イ ン テ グ レ ー シ ョ ン へ の applicable possibility と そ の conditions を 検 card し た. す な わ ち, low temperature で の joint, joint letter の 頼 sex の ensure な ど に interstate し て は, polices to す る faying surface と の indiscrete と combined の form の masato to fasten が と な り, そ の contact メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に す る necessary が で て く る. の し か し な が ら, surface concave and convex の is と 圧 meet process に は, quantitative な masato is を comment す る だ け の デ ー タ が な く, qualitative な of に beginning す る こ と が more か っ た. そ こ で this study で は, Cu を like に, seaborne そ の joint interface で の contact と - processes of を finite element method (FEM に よ り quantitative analytical し に, joint を の conditions For example, ら にする にする とを try みた. Parsing like と seaborne し た の は, Cu バ ン プ で あ り, 100 microns thick, ビ ッ カ ー ス hardness is 120 hv の 圧 delay copper foil (acid free element copper H) か ら エ ッ チ ン グ に よ り form し た も の で あ る. Contact analysis: <s:1> <s:1> <s:1> Cuバ プに プに thick さ17μm <s:1> opposite copper foil を contact させて pressurization する situation を opposite とする. Under 圧 rate (圧 shrink - a present before 圧 shrinkage の Cu バ ン プ さ) と contact rate の masato は, ま ず 圧 rate under と contact で の pressure を マ ク ロ モ デ ル に よ り め, さ ら に contact で の pressure と contact rate の masato め department o る こ と に よ り, final に calculate し た. As a result, the direct bonding of Cuバ バ プと プと with copper foil rods in the opposite direction has a に に contact rate of ~ 1が1 バ とがわ necessary conditions になる になる とがわ った った.

项目成果

T.H.Kim, M.M.R.Howlader, T.Suga: "Wafer-scale surface activated bonding of Cu-Cu, Cu-Si, and Cu-SiO2 at low temperature"Proc.Int.Symp.Semiconductor Wafer bonding VII, ECS. 2003-9. 239-247 (2003)

T.H.Kim、M.M.R.Howlader、T.Suga：“低温下 Cu-Cu、Cu-Si 和 Cu-SiO2 的晶圆级表面激活键合”Proc.Int.Symp.Semiconductor Wafer bond VII，ECS。

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)

Yuichi Suga：“表面贴装袖珍书“贴装的未来 - 电子生态设计””日刊工业新闻 212 (2002)。

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)

Hironao Okada：“φ200mm Si晶圆的室温键合（第2次报告）-Au薄膜的键合性能检查-”日本精密工程学会秋季会议记录605-605（2001年）。

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)

Q.Wang、Z.H.Xu、M.M.R.Howlader、T.Itoh、T.Suga：“通过表面活化键合制造的 Au-Al 和 Au-Cu 直接键合的可靠性和微观结构”IEEE 会议录，第 52 届电子元件

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)

Z.H.Xu、M.Tomita、T.Itoh、T.Suga：“低温下使用 SAB 技术的倒装芯片键合”IEEE 会议录，第 5 期 Int。