接合サンプル作製

厚さ 300μm，抵抗率0.01Ωcmの単結晶シリコンウエハ Si(001)を用意し，ダイサーを

用いて 10×10mm（Top-side chip）および10×12mm（Bottom-side chip）の２種類の形状 に切り出した後，以下の手順ではんだ膜と Al/Ni ナノ多層膜を積層した接合用試料を 作製した．まず切り出した全てのチップ状試験片を脱脂・純水洗浄した．次に Top-side

と Bottom-side の両方の Si 上に，DC マグネトロンスパッタリング法を用いて 50nmCr

層と 500nmNi層を成膜した．その後，Ni層表面上に厚さ2, 4, 6, 8, 12 μm の Sn-3.5Ag 層を成膜した．ここでCr/Ni層はSn-3.5Ag層の密着性を確保するための下地層である．

最後に Bottom-side chip の Sn-3.5Ag 表面側に二元 DC マグネトロンスパッタリング法

を用いて Al/Niナノ多層膜を成膜した．_{表 3-1}

Sputtering condition for Al/Ni reactive multilayer film

比が Al:Ni=1:1の状態で均一に反応した場合，AlNi合金が生成される．このAlNiは

Al-Ni 系金属間化合物の中では最も生成エンタルピーが高く，発熱量は Al-Ni 系金属間化 合物では最大値を示すことから，本実験では前章と同様，Al:Ni 原子比が1:1になるよ

うに 60nmAl/40nmNi をバイレイヤーとして，総厚 30μmまで成膜した．

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表 3-1

Sputtering condition for Al/Ni reactive multilayer film

次に，作製した Top-side chipと Bottom-side chipを一対として， 自己伝播発熱反 応による瞬間はんだ接合体を作製した．図 3-1 (a)および(b)に示す様に Top-side chip

の Sn-3.5Ag 表面と Bottom-side chipの Al/Ni 表面を対向させた状態で，真空チャン

バー付き縦型プレス式加圧装置内に水平に静置する．4×10^-4Pa まで減圧後，3MPa も

しくは 20MPaの圧力で試料を加圧した状態で，直流安定化電源で 10V-0.1Aを印加し

た電極を Al/Ni 層に接触させて自己伝播発熱反応を誘起させた．反応後の接合試料は

図 1(c),(d)に示す様に Al-Ni 化合物を挟む形で一体化している．このように作製した

Sn-3.5Ag層厚さと加圧条件の異なる接合試料を以降の測定に供した．

なお，前章では瞬間接合試料に接合不良が認められ，これが著しい熱抵抗の増加を 招いていた．接合前の加圧の際，加圧治具は試料上面を偏りなく，均一に加圧しなけれ ばならないが，本実験では均一な加圧ができているかを事前に確認した．具体的には，

プレスケール(富士フィルム(株) PSC-LLW)を用いて加圧冶具と接合試料の当たりを確 認した．_{図 3-2}にプレスケールの模式図と加圧後のプレスケールを示す．_{図 3-2} (a)の ようにプレスケールは Aフィルムと Cフィルムの 2つから構成されており，薬品が塗

(a) Al/Ni multilayer film

Target Al Ni

Applied power [W] 100 80

Ar pressure [Pa]

Time [sec] 236 167

0.2

(b) The outermost layer

Target Al Ni

Applied power [W] 100 80

Ar pressure [Pa]

Time [sec]

236 167

0.2

3933 4175

1967 2088

0.5μm

1.0μm

60nm/40nm

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布されている面同士を重ね合わせて使用する．A フィルムには発色剤，C フィルムに は顕色剤が塗布されており，加圧の際に顕色剤に発色剤が付着し，反応することで赤 く発色する．加圧治具が均一に加圧できていない場合，_{図 3-2} (b)のように赤い部分が 偏っていることがわかる．一方，均一に加圧できている場合，図 3-2 (c)のように加圧 箇所全体が赤く均一に染まっていることがわかる．以上のように，加圧が適切に行わ れていることを都度確認しながら，接合実験を進めた．

図 3-1

Schematic process flow of Al/Ni reactive soldering for Si chips.

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図 3-2 The schematic process for pre-scale.

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