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共晶接合の秘密：低温で高強度接合を実現するには？
今日の急速な技術開発の時代では、低温で高強度の接続を実現する方法が重要な課題となっています。共晶接合とも呼ばれる共晶接合は、中間金属層を使用して共晶系を形成するウェーハ接合技術です。この技術の特徴は、二相平衡のプロセスを経ずに、特定の組成と温度下で固体から液体、または液体から固体への直接変換を実現できることです。これにより、必要な温度が大幅に軽減され、これが優れた基盤となります。輪の強いつながりが新たな扉を開く結晶。
共晶合金の融解温度は、共晶結合にとって重要な 2 つの純粋な元素の融点よりも低いことがよくあります。
研究によると、この技術は 1992 年に Venkatasubramanian らによって報告されて以来、GaAs-AlGaAs などのエピタキシャル材料をシリコン基板上に転写するために使用され、1994 年には太陽電池への応用がさらに検証されました。 。共晶接合の利点は、特に低温環境で実行した場合に、気密パッケージングと電気的相互接続を 1 回限りのプロセスで実現できることであり、最終アセンブリでの応力が軽減されるため、エレクトロニクス計画にとって理想的なソリューションとなります。
効果的な共晶接合を実現するには、接合温度、持続時間、ツール圧力など、いくつかの重要なパラメータを考慮する必要があります。これらのパラメータはそれぞれ、最終的な接合強度と信頼性に影響します。
共晶結合の概要
共晶結合の基本原理は、シリコン (Si) とさまざまな金属が合金化されて共晶系を形成できるということです。シリコン-金 (Si-Au) およびシリコン-アルミニウム (Si-Al) は、最も一般的な共晶形成方法です。この接合手順は通常、Au/Al フィルムでコーティングされたシリコンまたはガラス ウェーハに適用されます。
正しい合金の選択は、加工温度と使用する材料の適合性によって異なります。
さらに、共晶接合は直接接合よりも基板の粗さと平坦度に対する制限が少ないため、実際の用途ではより柔軟になります。陽極接合と比較すると、高電圧は必要ありません。これは静電微小電気機械システム (MEMS) にとって特に重要です。さらに有利な点は、有機中間層の接合プロセスと比較して、共晶接合の方がより効果的にガス放出を促進し、シール性を向上させることができることである。
操作手順
前処理
共晶接合を成功させるための重要なステップは、表面の準備です。準備の前に、シリコン表面の酸化物層は拡散バリアとして機能するため、強力な結合を促進するために除去する必要があります。一般的な除去方法には、ウェット化学エッチング (フッ化水素酸洗浄など)、ドライ化学エッチング、および化学蒸着が含まれます。用途によっては、水素プラズマや CF4 などのフッ素ガスを使用して表面を前処理する必要もあります。
共晶金属をシリコン ウェーハに確実に良好に接着させるもう 1 つの方法は、接着層を使用することです。これらの薄い金属層は酸化物層に効果的に付着し、共晶金属と相互作用して、下層との結合を促進します。
接着プロセス
基板の前処理が完了したら、酸化層の再形成を防ぐために直ちに接触させます。接合プロセス中、基板は通常、極性水素と不活性ガス流の還元雰囲気にさらされ、これにより金属接触が促進されます。
装置内の熱と圧力が均一であることは、固定を成功させるために非常に重要です。ドーパントが原子レベルで接触すると、ドーパントは共晶温度まで加熱され、金属間反応が促進され、適切な機械的圧力を使用してサポートされます。
冷却プロセス
温度が共晶点を下回ると、材料混合物が凝固し始め、通常はシリコン基板上に薄膜が形成されます。重要なのは、冷却中の応力による亀裂を防ぐための正しいプロセス パラメーターにあります。
潜在的な用途
共晶接合は優れた接合強度を備えているため、圧力センサーや流体デバイスの製造に特に適しています。マイクロメカニカル センサーとアクチュエーターの製造では、電子的または機械的機能を複数のウェハー間で分散させることができ、新しいアプリケーション シナリオが開かれます。
技術の進歩に伴い、共晶接合は電子部品製造の分野で不可欠な部分になりつつあります。将来、私たちはこのテクノロジーを真に習得し、より多くのイノベーションの開発を促進できるでしょうか?
