KOKUSAI ELECTRICは2025年6月2日、横浜国立大学総合学術高等研究院 半導体・量子集積エレクトロニクス研究センター ヘテロ集積研究拠点長 井上史大准教授とそのチームとの共同研究により、高熱伝導な新規接合材料「ALD-Al₂O₃」を用いた300mmウエーハの成膜に成功したと発表した。

「ALD-Al₂O₃」は従来のSiO₂やSiCNに比べて高い熱伝導率を有し、CMPやプラズマ活性化を必要とせずに直接接合を可能とする。これにより、工程の簡略化と大幅なコスト削減が見込まれるという。次世代半導体の3Dデバイス構造に不可欠な「Backside Power Delivery Network（以下、「BSPDN」）」や「Reconstructed Die-to-Wafer（D2W）Hybrid Bonding」に適応することで、熱拡散性の不足や接合プロセスの低コスト化、十分な接合強度の確保などの課題克服を目指す。

研究では、300mm Siウエーハ上に原子層堆積(ALD)法により、5nm厚のAl₂O₃膜を成膜し、CMPおよびプラズマ処理をせずに直接接合を実現した。ボイド（空孔）フリーの接合界面が形成されたことが透過電子顕微鏡や超音波観察で確認された。また、接合強度についても、不活性雰囲気下でのダブルカンチレバー法（DCB）によって評価され、十分な強度が得られたことが確認された。

加えて、TDS（昇温脱離）を用いた解析から、Al₂O₃膜には成膜温度に依存した水分およびオープンスペース量の違いがあり、これらが接合界面のボイド形成や接合強度に大きく影響することが明らかとなったほか、高い熱伝導率も記録された。これにより、接合界面における熱抵抗の低減が可能になり、BSPDN構造の熱マネジメント向上が期待できるとし、3D実装における熱的・機械的課題の克服への鍵になるとしている。

同成果は6月2日～6月5日まで韓国・釜山で開催されたIEEE 28th International Interconnect Technology Conference （IITC2025）にて発表された。

出典：KOKUSAI ELECTRIC ニュースルーム