[发明专利]高温粘结组合物,基材的粘结方法,和3-D半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及高温粘结组合物，它耐约400℃的高温，结果它可适 合于粘结基材，和使用它一起粘结基材的方法，特别地在垂直层叠的 半导体器件中使用。本发明还涉及三维半导体器件。

背景技术

尽管大规模集成电路(LSI)技术寻求较高的性能，典型地加速数据 处理速度并增加数据处理流量，但开发了许多技术，其中包括平版印 刷术，使得能制备比较微细的特征尺寸结构。尺寸下降的顺序被称为 Moore定律。在平版印刷技术中，例如，使用ArF准分子激光器曝光 在商业制备65nm节点器件中已经是成功的，并已经计划使用浸渍平版 印刷术的进一步小型化。然而，指出可能的情况是，对提高仅仅依赖 于小型化的性能具有限制，所述小型化不仅来自于平版印刷技术，而 且来自于该技术或材料特征方面。

实现较高的集成密度或较高的处理速度的另一方法是，垂直层叠 LSI，以增加集成密度或处理速度。这一三维(3D)半导体集成电路吸引 大家的关注，因为该技术能增加集成密度或处理速度，而与单元结构 (cell structure)的小型化无关，且在本领域中已经进行了许多研 究工作。

垂直层叠LSI的方法包括一起连接带LSI的硅片，形成层叠件的 方法，在带LSI的硅片上固定LSI芯片，形成层叠件的方法，和在另 一LSI芯片之上固定LSI芯片，形成层叠件的方法。在这些方法中， 一起连接LSI芯片是关键的技术之一，和要求该连接件不具有缺陷且 坚固。

一起连接LSI芯片可以是直接或者间接连接。直接方法是直接连 接接合表面，且被称为硅熔融接合或离子等离子体接合。直接连接方 法通常可形成高强度的连接件，所述连接件原则上不含任何不必要的 第三材料，因此优点是，可靠度高。另一方面，该方法遇到了高的技 术障碍，因为要求接合表面具有高的平坦度和最小的表面粗糙度使得 能形成接合点。另外，该方法不可应用于其中已经形成了电路的粗糙 表面。

在间接方法当中，商业上使用连接芯片形成层叠件的安装技术， 尽管在有限的范围内使用。例如，JP-A2007-270125公开了热固性树 脂的绝缘片材，它用于在芯片之间形成接合层，以便可层叠多个芯片。

作为在硅片之间形成连接件的实例， WO2004059720(JP-A2006-522461)公开了一种方法，该方法包括在硅 片上制造器件，使硅片变薄，接合在硅片上制造的器件与绝缘材料， 和在层叠的硅片之间形成电连接。所使用的绝缘材料是聚酰亚胺材料。

公知在室温下硅氧烷材料对各种基材具有良好的粘合性，特别是 对玻璃(SiO₂)和金属具有优良的粘合性。硅橡胶具有挠性结构和抗热 振动，有效地粘结热膨胀系数不同的金属和/或玻璃元件，并典型地用 作密封剂。通过掺入苯基或类似基团，硅橡胶的耐热性得到改进，结 果它可在相对高温下使用，但该温度极限为约300℃。理由是二烷基 硅氧烷部分(它是硅橡胶的主要成分)易于加热异构化成二烷基环状 物，所述二烷基环状物将分解并耗散掉。另一方面，通过脱水缩合不 含二烷基硅氧烷部分的三官能或四官能的可水解硅烷，例如三烷氧基 硅烷和四烷氧基硅烷获得的硅氧烷或二氧化硅树脂没有经历热分解或 降解，但具有硬质和发脆的结构，结果若树脂和基材之间的热膨胀系 数不同，则容易出现裂纹。这些树脂因此难以通过热固化形成满意的 膜。

与以上提及的3D半导体器件和3D传感器结合考虑了其中包括借 助接合层连接基材并加工该基材组件的制备工艺，以便能制备更加复 杂的器件。尽管如此，但该制备工艺可包括在大于或等于400℃的温 度下处理，例如CVD步骤。若具有通过接合层连接的多个基材的基材 组件在大于或等于400℃的这一高温下处理，则大多数有机粘结剂丧 失其接合强度。因此希望具有低弹性模量和耐高温的粘结剂。