一种粘结剂、芯片互连材料及其制备方法和半导体器件技术

本发明专利技术属于半导体封装技术领域，公开了一种粘结剂、芯片互连材料及其制备方法和半导体器件。本发明专利技术的芯片互连材料包括纳米银粉、粘结剂、促进剂、溶剂和助剂；其中粘结剂包括硼硅化合物，通过硼酸酯、硅氧烷和有机酸反应制得。制备方法包括：混合硼酸酯、硅氧烷和有机酸，加热搅拌制得粘结剂；将粘结剂与促进剂、助剂、溶剂混合，再加入纳米银粉，得混合浆料；对混合浆料进行研磨、过滤、脱泡处理，得芯片互连材料。本发明专利技术的芯片互连材料由于纳米银粉和硼硅化合物粘结剂的加入，使其具有烧结温度低，耐高温、高导热及高粘结特性，可显著提高由此材料封装的半导体器件的可靠性。封装的半导体器件的可靠性。

Adhesive, chip interconnection material, preparation method and semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
一种粘结剂、芯片互连材料及其制备方法和半导体器件


[0001]本专利技术属于半导体封装
，具体涉及一种粘结剂、芯片互连材料及其制备方法和半导体器件。

技术介绍

[0002]近年来随着大功率半导体元器件应用的不断扩大，对电子封装互连材料提出了更高的要求。大功率芯片，如碳化硅和氮化镓的使用温度很高，且电流密度较大，即要求互连材料可以承受超过300℃的使用温度，并能够承受高的电流密度。在这样的使用条件下，电子封装领域传统的锡铅钎料、无铅钎料以及导电银胶均不能满足这样的使用条件。而纳米银以其极高的表面能，可以使得含有纳米银的导电浆料实现低温烧结，高温服役，其烧结温度可低至250℃，甚至室温，而其烧结后形成的银焊点，再次熔化的温度理论上可达到961℃(银的熔点)。而且，银具有高的热导率与电导率，抗腐蚀及抗蠕变的性能，在服役过程中不存在固态老化现象，因此特别适用于大功率半导体产品。
[0003]目前以纳米银烧结为代表的先进工艺已逐渐成为大功率半导体器件封装互连的主流，但是纳米银烧结技术也存在不足：1)由于银和芯片背面材料热膨胀系数的不同，需要添加其他中间金属层提高互连性能，从而增加了工艺复杂性和成本；2)高温时银层存在电迁移现象，不利于功率器件长期可靠应用。因此，研发和开发高温可靠的芯片互连材料显得十分必要，已经成为当前微电子领域的重要课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种粘结剂。
[0005]本专利技术还提出一种芯片互连材料，其烧结温度低，耐高温。
[0006]本专利技术还提出上述芯片互连材料的制备方法。
[0007]本专利技术还提出一种半导体器件。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提出了一种粘结剂，所述粘结剂包括硼硅化合物，所述硼硅化合物通过硼酸酯、硅氧烷和有机酸反应制得。
[0009]根据本专利技术的一种优选的实施方式中的硼硅化合物，至少具有以下有益效果：
[0010]现有技术中常以硼酸和硅氧烷为原料合成硼硅化合物，其中硼酸是固体，其与硅氧烷混合反应时溶解度有限；而本专利技术中的硼硅化合物是以硼酸酯、硅氧烷和有机酸为原料，硼酸酯是液体，与硅氧烷的相容性好，可以任意比混合，反应比例易调控，且反应更均一。另外，通过硼酸酯、硅氧烷和有机酸反应合成的粘结剂，低温可以固化交联，高温可以瓷化，使其具有耐高温的特性；该粘结剂中释放的有机酸可作为助焊剂去除要粘结的材料及基板表面的氧化物，显著地改善了粘结剂的粘结强度。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述硼酸酯选自硼酸丙酯、硼酸异丙酯、硼酸丁酯、硼酸异丁酯、异丙醇频哪醇硼酸酯、苯硼酸频呐醇酯中的至少一种。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述硅氧烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的至少一种。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机酸选自乙酸、丙酸、丁酸、2
‑
乙基丁酸、辛酸、异辛酸、新癸酸、油酸中的至少一种。
[0014]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机酸选取异辛酸。
[0015]根据本专利技术的第二个方面，提出了一种包含所述粘结剂的芯片互连材料，包括如下质量百分比的组分：
[0016]纳米银粉70～95％；
[0017]粘结剂1～5％；
[0018]促进剂0.01～2％；
[0019]溶剂3～20％；
[0020]助剂0.1～3％，所述助剂包括分散剂和活化助剂中的至少一种。
[0021]根据本专利技术的一种优选的实施方式中的芯片互连材料，至少具有以下有益效果：
[0022]本专利技术的芯片互连材料以纳米银粉为主要组分，具有低温烧结，高温服役，热导率和电导率高的特点；且以硼硅化合物为粘结剂，利用其低温固化交联，高温可以瓷化的特性，无需添加任何聚合物和玻璃粉，即可实现芯片的粘结，不仅克服了有机树脂耐热性不好的问题，还解决了无机玻璃粉高温烧结内应力大的缺陷；另外，随着硅、硼等元素的引入，可有效降低芯片互连材料的热膨胀系数，同时还可降低银迁移的风险，获得高可靠性的导电网络。使得包含上述组分的芯片互连材料具有烧结温度低，耐高温、高导热及高粘结特性，可显著提高半导体元器件的可靠性，适用于第三代宽禁带半导体芯片的粘结及散热。
[0023]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述助剂包括分散剂和活化助剂。
[0024]在本专利技术的一些实施方式中，所述分散剂选自迪高900、迪高B1484、毕克110、毕克302、毕克323、毕克9010、毕克W995、毕克2008、毕克2009中的至少一种。
[0025]所述分散剂用于改善所述纳米银粉的分散效率及贮存稳定性。
[0026]在本专利技术的一些实施方式中，所述活化助剂选自丁二酸、戊二酸、己二酸、碘化银、醋酸银、草酸银、氧化银、柠檬酸银、新癸酸银以其络合物中的至少一种。
[0027]所述活化助剂用于去除所述纳米银粉表面及粘结界面处的有机物和氧化物，从而促进所述纳米银粉的快速烧结。
[0028]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述芯片互连材料包括如下质量百分比的组分：
[0029]纳米银粉87～92％；
[0030]粘结剂1～1.5％；
[0031]促进剂0.1～0.5％；
[0032]助剂0.7～1.2％，所述助剂包括分散剂和活化助剂；
[0033]溶剂的质量百分比根据实际应用进行调整。
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米银粉的形貌选自片状、球形/类球形、正方体、三角形、棒状中的至少一种。
[0035]在本专利技术的一些实施方式中，所述纳米银粉的平均粒径为5～200nm。
[0036]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述纳米银粉的平均粒径为5～60nm。
[0037]在本专利技术的一些实施方式中，所述促进剂选自环烷酸锌、异辛酸锌、异辛酸铋、乙酰丙酮铝、钛酸正丁酯中的至少一种。
[0038]在本专利技术的一些实施方式中，所述溶剂选自有机溶剂。
[0039]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述溶剂选自醇、醇醚、醇醚酯或酮中的至少一种。
[0040]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述溶剂选自乙二醇、松油醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二乙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、二乙二醇乙醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、乙二醇苯醚、丙二醇苯醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、三乙二醇单甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、环己酮、异氟尔酮中的至少一种。
[0041]根据本专利技术的第三个方面，提出了所述芯片互连材料的制备方法，包括以下步骤：
[0042]S1：混合硼酸酯、硅氧烷和有机酸，加热并搅拌，制得粘结剂；
[0043]S2：将步骤S1制得的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，所述粘结剂包括硼硅化合物，所述硼硅化合物通过硼酸酯、硅氧烷和有机酸反应制得。2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述硼酸酯选自硼酸丙酯、硼酸异丙酯、硼酸丁酯、硼酸异丁酯、异丙醇频哪醇硼酸酯、苯硼酸频呐醇酯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述硅氧烷选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述有机酸选自乙酸、丙酸、丁酸、2
‑
乙基丁酸、辛酸、异辛酸、新癸酸、油酸中的至少一种。5.一种包含权利要求1～4任一项所述粘结剂的芯片互连材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：纳米银粉70～95％；粘结剂1～5％；促进剂0.01～2％；溶剂3～20％；助剂0.1～3％，所述助剂包括分散剂和活化助剂中的至少一种。6.根据权利要求5所述的材料，其特征在于，所述助剂包括分散剂和活化助剂；所述分散剂选自迪高900、迪高B1484、毕克110、毕克302、毕克323、毕克9010、毕...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘展，张保坦，邹余凤，
申请(专利权)人：深圳市明粤科技有限公司，
类型：发明
国别省市：