CMPやプラズマ処理不要、新規接合膜による300mmウエハー接合に成功：研究開発の最前線

横浜国立大学は、新規接合膜を用いて、300mmシリコンウエハー上への成膜と直接接合に成功した。CMPやプラズマ処理を行うことなく、接合界面が形成されたことも確かめた。

[MONOist]

　横浜国立大学は2025年6月2日、新規接合膜のALD-Al₂O₃を用いて、300mmシリコンウエハー上への成膜と直接接合に成功したと発表した。CMP（化学機械研磨）やプラズマ処理を行うことなく、接合界面が形成されたことを確かめた。

新規膜接合技術の模式図［クリックで拡大］ 出所：横浜国立大学

　ALD-Al₂O₃は、従来のSiO₂（二酸化ケイ素）やSiCNに比べて高い熱伝導率を持つ。KOKUSAI ELECTRICと共同で実施した研究では、原子層堆積（ALD）法を用いて、300mmシリコンウエハー上に5nm厚のALD-Al₂O₃を成膜。透過電子顕微鏡と超音波による観察を実施したところ、ボイド（空孔）のない接合界面を形成できた。

　同大学が国際規格化を進めるダブルカンチレバー法による評価では、十分な接合強度が示された。また、昇温脱離を用いた解析により、Al₂O₃膜には成膜温度に依存した水分とオープンスペース量の違いが見られ、接合界面のボイド形成や接合強度に影響することが分かった。膜中の水分が多い場合は接合強度の飽和や空孔形成を引き起こすが、適切な水分が接合形成に役立つことも確認した。

　熱伝導率はSiO₂よりも高く、接合界面の熱抵抗を低減できる。これにより、基板の裏側に電源供給用ネットワークを設けるBSPDN（Backside Power Delivery

Network）構造の熱マネジメント向上へが期待される。

300mmウエハー上での接合実証と熱特性評価［クリックで拡大］ 出所：横浜国立大学

　ウエハー表面を平たん化するCMPやプラズマ処理が不要になったことで、工程の簡略化とコスト削減が見込まれる。今後、従来の接合材料の代替として期待されるとともに、次世代の半導体3Dデバイスの熱放散課題に対応する有望なプロセス基盤となり得るとしている。

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