直接接合

　直接接合とは、接着剤やはんだなどを使わずに、2枚のウェハーをそのまま貼り合わせる技術です。主にシリコンウェハー同士の接合で使われますが、ガラスや圧電材料、化合物半導体など、さまざまな材料の組み合わせにも応用されています。MEMSや3D集積、各種センサーデバイスなど、高い信頼性が求められる分野で欠かせない技術です。

　この直接接合のポイントは、ウェハー表面を非常にきれいで平らな状態にすることにあります。表面の汚れや微粒子を超音波(メガソニック)洗浄やプラズマ処理でしっかり取り除いたあと、2枚のウェハーをそっと重ね合わせます。すると、ウェハー同士がごく近い距離まで近づき、表面の分子同士にファンデルワールス力と呼ばれる弱い引力が働き始めます。

　ファンデルワールス力は通常は非常に小さな力ですが、距離が狭くなるほど力を増す特長があり、ウェハー全面にわたって同時に作用するため、結果としてしっかりと吸着します。面白い現象として、最初にどこか一か所で接触すると、それがきっかけになって接合が周囲へじわっと広がっていくが見られます。まるで水面に落とした一滴のしずくが波紋のように広がるイメージで、接合が自然に進んでいくのです。

　ただし、この段階では接合はまだ「仮止め」のような状態です。そのため、多くの場合、後から熱を加えるアニール処理を行います。加熱することで、接合界面にある水酸基同士が反応したり、原子が少しずつ動いたりして、より強い結合が形成されます。これにより、機械的にも安定した、実用に耐える接合強度が得られます。同種材料では問題になりませんが、熱膨張係数が異なる異種材料の接合では、時間をかけてゆっくり熱処理することが重要です。

　直接接合の大きなメリットは、間に余分な材料が入らないため、信頼性に優れる点です。一方で、表面状態の影響を受けやすく、ほんのわずかなゴミや凹凸があるだけで、未接合部分（ボイド）が発生してしまうという難しさもあります。

　前処理をしっかり行っておけば、二枚のウェハーを合わせて、軽く突っつくようにきっかけを与えるだけで、接合が自然に広がって完了します。

　二枚のウェハーを確実に位置合わせするためのジグをご用意しております。これを使用すれば、結晶の方向を任意の角度で合わせて直接接合することが可能です。