表面活性化：酸素大気圧プラズマ活性化によるAu薄膜接合
出典: finemems
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Au表面活性化接合法における表面活性化プロセスについては、これまで用いられてきたアルゴン減圧プラズマが用いられてきた。一方で、酸素大気圧プラズマはワイヤボンディングのアッシングや液晶パネルの電極線上に用いられてきたが、ダイボンディングへの適用はなされてこなかった。酸素大気圧プラズマを表面活性化プロセスに導入することにより、プロセス全体の大気解放環境下への持ち出しが可能となり、生産プロセスの簡略化、コスト削減が望める。酸素大気圧プラズマを用いた表面活性化接合実験のサンプルとしては、２種類の表面粗さのAu薄膜電極を持つSi基板を用意した（表面平均自乗粗さは0.65 nmと3.94 nm）。結果として、酸素大気圧プラズマを用いた表面活性化接合実験では、平坦な試料のみについて接合強度が得られた。これは表面形状に及ぼす影響の小さい酸素大気圧プラズマを用いた実験では、加圧による密着面積の増大という点において、平坦な試料が有利なためであると考えられる。一方で、アルゴン減圧プラズマを用いた接合実験では、表面粗さの大きい試料について１８０秒程度の長時間照射によって接合強度が飛躍的に増大するという結果を得た。これは、アルゴン減圧プラズマの長時間照射によって電極表面に形成される波長50 nm以下の微細凹凸が接合界面での電極原子の拡散を促進しているためではないかと考えられる。加えて、酸素大気圧プラズマを用いて接合した試料とアルゴン減圧プラズマを用いて接合した試料では、最大強度は後者の方が勝る結果となった。この原因としては、酸素大気圧プラズマ照射後の試料をXPSで観察したところ、電極表面に酸化金の形成が確認されたことが挙げられる。また、酸素大気圧プラズマ照射により電極の親水性が増すことが確認されており、大気中での接合において電極表面に水分子が再吸着することも原因として挙げられる。
対象材料
電極薄膜：試料1（Ti/Au:3/20, RMS粗さ:0.65 nm）、試料2（Ti/Au:100/500, RMS粗さ3.94 nm）
装置
表面活性化フリップチップボンダ
条件
表面活性化：アルゴン減圧プラズマ照射0～180 sec、酸素大気圧プラズマ照射0～180 sec 接合時間：30秒 接合温度：150℃ 接合荷重：100 MPa
禁則事項
留意事項
文献情報，参考文献
[1]今村鉄平, "MEMSスイッチにおけるスティクションに関する研究", 平成19年度東京大学工学系研究科精密機工学専攻修士論文
[2]T. Imamura, E. Higurashi, T. Suga and R. Sawada, "Au-Au Surface Activated Bonding Using Physical and Chemical Plasma Cleanings: A Comparative Study", Proc. of Int. Conf. on Electronics Packaging (ICEP) (2007) 45-48
[3]T. Imamura, E. Higurashi, T. Suga and R. Sawada, "Low temperature Au-Au bonding using physical or chemical plasma activations", Proc. of 24th Sensor Symposium (2007) 24-27
[4]B. Koslowski, H.-G. Boyen, C. Wilderotter, G. Kastle, P. Ziemann, R. Wahrenberg, P. Oelhafen, "Oxidation of preferentially (1 1 1)-oriented Au films in an oxygen plasma investigated by scanning tunneling microscopy and photoelectron spectroscopy", Surface Science 475 (2001) 1-10
