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零下70度鍵合銅與矽 中央大學科研成果登國際期刊

2020/12/23 | By 經濟日報

中央大學機械系教授李天錫在合成奈米矽晶實驗中意外發現,在室溫下甚至在攝氏零下70度,銅與矽的表面鍵合也能產生和數百度高溫退火後一樣強的效果。這實驗結果對晶圓鍵合學理提出創新觀點,不是退火溫度,電子才是關鍵,成果刊載於金屬頂尖期刊「材料學報」(Acta Materialia)。

李天錫說,晶圓鍵合技術是製作先進光電材料、奈微機電系統、半導體材料的一項關鍵技術,不用膠,而使用互相接觸表面原子產生鍵結將材料結合在一起。傳統的方式,是透過熱處理,在高溫下進行,使接面能產生足夠強度的鍵合能。

李天錫解釋,銅是金屬鍵,矽是共價鍵,兩者不易產生中間化合物,不易形成鍵結,也不能緊密接合一起,也由於矽黏不住銅,因此銅原子很容易在矽中擴散。

現今使銅與矽結合常用的技術是壓縮鍵合法,先在矽晶圓上鍍上一層黏著層,這黏著層可以黏住隨後鍍上的銅薄膜,然後把這銅薄膜表面與另一銅材質表面互相緊緊扣壓,經熱處理後,隔個黏著層把銅和矽鍵合在一起。但嚴格說來,這是銅與銅之間的鍵合。

李天錫說,他的團隊發現以「電化學」方式使銅片表面的銅原子游離化,再與矽晶圓表面上的懸掛鍵進行鍵結。鍵結可達到攝氏零下70度,就證明了銅與矽的鍵合,與熱能沒多大關係,是應用電子轉移產生離子直接鍵合的方式,不再受限於退火溫度,可有更廣泛的應用。

他指出,鍵合界面雖只有數個原子厚,卻有達到鍵合材料之破裂強度的鍵合能。這項實驗的結果及對超低溫鍵合現象提出的見解,可縮短製程,擴大應用層面。

中央大學機械系教授李天錫(中)研究團隊對晶圓鍵合學理提出創新觀點,成果刊載於金屬頂尖期刊「材料學報」。圖檔來源:中央大學提供
中央大學機械系教授李天錫(中)研究團隊對晶圓鍵合學理提出創新觀點,成果刊載於金屬頂尖期刊「材料學報」。圖檔來源:中央大學提供