高强度结合及涂布混合物制造技术

本发明专利技术公开了一种混合物，包括：具有聚碳硅烷主链的硅化合物；及具有多个个别粉末粒的粉末，其中多个粉末粒中的每一个具有0.05微米至50微米之间的直径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及可固化粘合剂。具体地，本专利技术涉及连接半导体制造设备中使用的工件。2.
技术介绍
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内机械加工出榫眼对，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的末端沈粘合到每一基底14的榫眼M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°C或600°C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(TE0Q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近似成分的ニ氧化硅网络。连接组件(例如垂直支撑塔10的组件)的另ー种方法包括使用SOG与硅粉末混合物。例如，将硅脚12的末端沈粘合到每一基底14的榫眼M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剤。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°C或400°C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S0G，混合物中的硅粉末提高结构构件之间的结合物的纯度。
技术实现思路
遗憾的是，将两个エ件连接在一起的上述常规方法存在缺点。例如，当使用SOG用于结合目的吋，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°C )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。当用于半导体制造吋，硅氧烷SOG通常在400°C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強。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。故期望接合处不決定支撑塔的寿命。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ー缺点为它们并非选择性导电或不导电。与上述将两个エ件连接在一起的常规方法相比，改进的用于将两个エ件连接在一起的方法包括使用混合的具有聚碳硅烷主链的硅化合物(前体)及结合粉末。当加热时，具有聚碳硅烷主链的硅化合物分解成片段。这些片段可为气态原子或硅基和/或碳基。气态硅与碳再结合之后凝聚赋予SiC固态。过量的碳导致エ件上的渗碳过程及粉末嵌入于SiC 桥接基体内，进而因共价键合力导致导电连接或不导电连接。连接的导电性取决于混合粉末。例如，导电粉末如金属及掺杂硅实现导电连接。例如，ー实施例为具有硅化合物和粉末的混合物，硅化合物具有聚碳硅烷主链，粉末具有多个个别粉末粒，其中多个粉末粒中的每ー个具有大体上介于0. 05微米与50微米之间的直径。附图说明图1为硅晶片塔的正视图。图2为图1的塔的两个构件及它们如何连接的正视图。图3为混合物的图。图4为图3的混合物的组分实施例的化学式。图5为图3的混合物的组分的另ー实施例的化学式。图6为固化前组件的图。图7为图示应用于图6的固化前组件的加热及冷却循环的图。图8为热解期间的示例混合物的相图。图9为固化后组件的图。图10为比较エ件与粉末的不同組合的结合强度与导电性质的表。图11为将两个エ件连接在一起的方法的流程图。图12a为使涂层与エ件结合的改进方式的图示。图12b为使涂层与エ件结合的改进方式的图示。图12c为使涂层与エ件结合的改进方式的图示。图12d为使涂层与エ件结合的改进方式的图示。具体实施例方式本专利技术的优选实施例如图1至图12所示。图3示出了具有聚碳硅烷主链的硅化合物(前体)32与粉末混合物34的混合物 30。硅化合物32的例子包括聚亚甲硅基硅烷(PSMQ、三硅烷、ニ甲基三硅庚烷、ニ甲基ニ氯硅烷、环3及这些前体的混合物。三硅烷的结构式如图4中所示及PSMS 的化学式如图5中所示。根据混合物30将施加于其上的エ件及所期望的导电水平，粉末混合物34可由多种不同材料制成。例如，在ー些配置中，粉末混合物34由可形成碳化物化合物(例如，包括 Ti、Ta、Mo、W等的耐火金属)的金属制成。此外，在其他配置中，粉末混合物34由半导体 (例如，Si、掺杂Si、SiGe、掺杂SiGe、GaAs, SiC等)制成。在其他配置中，粉末混合物34 由碳化物(例如，SiC、SiGeC、GeC、TiC、TaC等)制成。在其他配置中，粉末混合物；34由碳或石墨制成。粉末混合物34的各粒的大小制成具有介于0. 05微米至50微米之间的直径。此外，粉末混合物；34占混合物30的体积的70%以下。在使用中，例如，混合物30用于将两个エ件结合在一起。エ件可由包括陶瓷、耐火金属、半导体(例如，Si、SiGe、SiC、掺杂Si、掺杂SiGe等)及石墨的不同材料制成。图6示出了在固化前具有第一エ件38及第ニエ件40的固化前组件36。分別在第一表面42与第二表面44处施加混合物30以将第一エ件38与第二エ件40连接在一起。 在ー些配置中，在施加混合物30前第一表面42与第二表面44经受表面清洁。进行表面清洁以去除任何潜在杂质，这些杂质在固化过程期间可能干扰强结合的形成。为了在第一エ件38与第二エ件40之间形成结合，固化前组件36经受如图7所见的加热与冷却循环。通过在惰性或还原环境中于大约1100°C与1300°C之间的温度下对固化前组件36固化持续的时间段而形成强结合。使用惰性或还原环境防止不想要的、可能弱化结合总強度的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·I·李，
申请(专利权)人：磁性流体技术美国公司，
类型：发明
国别省市：