[发明专利]高强度结合及涂布混合物

说明书

相关申请交叉引用

本专利申请要求2009年9月25日申请的、题为“用粉末混合物通过具有聚碳硅烷主链的富碳硅化合物的热高温分解连接两个部件”的美国临时专利申请61/277,362的权益，其内容和教导通过引用全部组合于此。

发明背景

1.技术领域

本发明总体上涉及可固化粘合剂。具体地，本发明涉及连接半导体制造设备中使用的工件。

2.背景技术

批衬底处理用于制造半导体集成电路及类似的微结构阵列。在批处理中，将许多硅晶片或其他类型的衬底一起放置于处理室中的晶片支撑固定架上并进行处理。大多数批处理包括持久暴露在高温下，例如在沉积氧化物或氮化物的平面层时或退火先前沉积的层或植入现有层内的掺杂物时。垂直排列的晶片塔为处理室中支撑许多彼此堆叠的晶片的支撑固定架的例子。

垂直支撑塔由多种材料制成，包括石英、碳化硅及硅。例如，图1正视图所示的硅塔10包括其末端连接到两个硅基底14的三个或更多个硅脚12。每一硅脚12切割出狭槽以形成向内突出的齿16，其向上倾斜几度并具有在其内尖端20附近形成的水平支撑表面18。多个晶片22(仅示出其中一个)沿塔10的轴按平行定向支撑在支撑表面18上。

垂直支撑塔例如硅塔10需要某些组件连接在一起。例如，制造硅塔10包括将机械加工得到的硅脚12连接到基底14。如图2示意性绘示，在每一基底14内机械加工出榫眼24，优选盲孔但也可为穿孔，其形状对应于及稍大于硅脚12的末端26。

连接组件(例如垂直支撑塔10的组件)的一种方法包括使用旋涂式玻璃(SOG)。例如，将硅脚12的末端26粘合到每一基底14的榫眼24的壁的一种方法涉及将SOG用作可固化粘合剂，其已用乙醇或类似物稀释。SOG施加到待连接区域中的构件其中之一或二者上。组装构件然后在600℃或600℃以上温度进行退火以使构件之间的接缝中的SOG玻璃化。

SOG在半导体工业中广泛用于形成薄的层间电介质层，使得其可以相对低的费用及相当高的纯度商用。SOG为半导体制造时为在集成电路上形成硅酸盐玻璃层而广泛使用的化学品的一般术语。商业供货商包括Allied Signal、美国宾州Butler的Filmtronics及Dow Corning。SOG前体包括同时含有硅、氧及氢并可能含有其他成分的一种或多种化学品。该前体的例子为四乙氧基硅烷(TEOS)或其改性或有机硅烷如硅氧烷或半硅氧烷。当用于粘合剂时，优选SOG不含有硼或磷，如有时集成电路所进行的那样。含有硅与氧的化学品溶于蒸发性液体载体中，如乙醇、甲基异丁基酮或挥发性甲基硅氧烷混合物。SOG前体作为二氧化硅桥接剂，因为该前体化学反应(尤其在高温下)从而形成具有SiO₂近似成分的二氧化硅网络。

连接组件(例如垂直支撑塔10的组件)的另一种方法包括使用SOG与硅粉末混合物。例如，将硅脚12的末端26粘合到每一基底14的榫眼24的壁的另一方法涉及将SOG和硅粉末混合物用作可固化粘合剂。SOG施加到待连接区域中的构件其中之一或二者上。组装构件然后在400℃或400℃以上温度进行退火以使构件之间的接缝中的SOG玻璃化。相较于仅使用SOG，混合物中的硅粉末提高结构构件之间的结合物的纯度。

发明内容

遗憾的是，将两个工件连接在一起的上述常规方法存在缺点。例如，当使用SOG用于结合目的时，结合结构尤其结合材料仍可能被过度污染，尤其被重金属污染。在使用或清洁硅塔时经历的非常高的温度(有时超过1300℃)可使污染恶化。重金属的一可能源为相当大量的使用SOG填充待连接构件之间的接合处。当用于半导体制造时，硅氧烷SOG通常在400℃左右固化，且所得的玻璃通常不暴露于高温氯下。然而，固化SOG粘合剂时使用的非常高的温度可能抽出SOG中的少量但仍可能明显量的重金属杂质。

此外，由SOG粘合剂连接的接合处并不如预期强。在循环高温期间，支撑塔经受大量热应力，且在持续使用期间可能意外受到机械冲击。故期望接合处不决定支撑塔的寿命。

另外，将硅粉末混合到SOG中提高结合物的纯度。然而，由该硅粉末SOG混合物形成的接合处仍不如预期坚固。

此外，上述常规连接方法的又一缺点为它们并非选择性导电或不导电。