CN105860921B - 用于半导体组件有机膜的粘合剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于半导体组件有机膜的粘合剂，包括具有偶联作用的聚烷基硅烷和溶剂，所述聚烷氧基硅烷带有硅羟基基团，所述溶剂由1‑甲氧基‑2‑丙醇、3‑氨丙基硅三醇和2‑甲氧基‑1‑丙醇组成；本发明所述用于半导体组件有机膜的粘合剂，其中其粘接作用的聚烷氧基硅烷得到充分水解，水解时产生的低聚物较少，用于粘接有机质基材和无机质基材时，粘接效果好，不会出现无机质基材表面涂覆层翘曲或脱落的现象，特别适用于尺寸小，表面图形密集、复杂的电子元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体组件有机膜的粘合剂及其制备方法和应用。
背景技术
在电子加工行业中，普遍使用聚异戊二烯、酚醛甲醛等有机质材料涂覆到玻璃、金属表面和/或诸如硅、砷化镓和硅-锗这样的半导体表面作为阻挡层或者钝化层，由于这些有机材料并不包含对上述无机质材料表面具有亲和性的基团，所以无法很好的与上述无机质材料表面相结合，因此，通常会先用粘合剂处理无机质基材表面，然后再将有机质基材涂覆到无机质基材表面。
通常采用的粘合剂是偶联剂和有机溶剂配制而成，硅烷是工业上常用的一种偶联剂，由于其特殊的结构，分子上同时具有能和无机质材料化学反应的基团以及与有机质材料化学反应的基团，与无机质材料化学反应的基团在反应前需要水解生成硅醇才能发挥偶联作用。随着电子行业的日益发展，器件尺寸不断减小，图形集成度增高以及表面基材多样性，传统的粘合剂由于硅烷偶联剂使用时水解不充分，无法满足涂覆物与基材的结合力，容易造成涂覆层分层及其它粘结性故障。
发明内容
本发明提供了一种用于半导体组件有机膜的粘合剂及其制备方法和应用，用以解决采用粘合剂涂覆造成电子元件基材表面涂覆层分层及其它粘结性故障的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于半导体组件有机膜的粘合剂，包括具有偶联作用的聚烷基硅烷和溶剂，所述聚烷氧基硅烷带有硅羟基基团，所述溶剂由1-甲氧基-2-丙醇、3-氨丙基硅三醇和2-甲氧基-1-丙醇组成。所述聚烷氧基硅烷包括烷氧基硅烷单体和烷氧基硅烷二聚体等相对于定义上的聚合物具有低聚合度的烷氧基硅烷多聚体。
作为优选，所述溶剂中各组分的质量百分比如下：
1-甲氧基-2-丙醇 90％～99.9％
3-氨丙基硅三醇 0.05％～5％
2-甲氧基-1-丙醇 0.05％～5％。
作为优选，所述溶剂中各组分的质量百分比如下：
1-甲氧基-2-丙醇 99％
3-氨丙基硅三醇 0.5％
2-甲氧基-1-丙醇 0.5％。
作为优选，所述用于半导体组件有机膜的粘合剂中，所述聚烷氧基硅烷的质量百分比为0.01％～1％。
作为优选，所述用于半导体组件有机膜的粘合剂中，所述聚烷氧基硅烷的质量百分比为0.02％～0.08％。
本发明还提供了上述用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将去离子水和所述溶剂进行混合制备混合溶液；
2)向步骤1)的混合溶液中加入烷氧基硅烷，并在15℃～120℃温度下搅拌所述混合溶液，直至所述混合溶液变成单相溶液。
作为优选，所述步骤2)中的反应温度为20℃～50℃。
作为优选，所述去离子水与所述烷氧基硅烷的摩尔比≤1％。
作为优选，所述去离子水与所述烷氧基硅烷的摩尔比为0.001％～1％。
作为优选，所述烷氧基硅烷选自双[3-(三乙氧基硅烷基)丙基]胺、双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺、双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物中的一种或多种。
作为优选，所述硅烷偶联剂选自双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺、双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物中的一种或多种。
作为优选，所述烷氧基硅烷与所述溶剂的质量之比为1:999～1:99。
作为优选，所述烷氧基硅烷与所述溶剂的质量之比为1:499～1:124。
作为优选，所述步骤1)中还包括加入催化所述烷氧基硅烷水解的催化剂。
作为优选，所述催化剂的加入量小于等于所述烷氧基硅烷质量的0.1％。
作为优选，所述催化剂的加入量为所述烷氧基硅烷质量的0.04％～0.05％。
作为优选，所述催化剂为酸性催化剂或碱性催化剂。
作为优选，所述酸性催化剂选自硝酸、盐酸、硫酸、三氟醋酸、氯乙酸和甲磺酸中的一种或多种。
作为优选，所述碱性催化剂选自氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、氢氧化四甲基铵和氢氧化四乙基铵中的一种或多种。
本发明还提供了一种半导体组件表面有机膜涂覆的方法，包括如下步骤：
1)清洁半导体组件的表面；
2)采用旋涂的方式，将所述用于半导体组件有机膜的粘合剂涂覆至所述半导体组件表面进行处理，并于烘箱中90℃温度下烘烤15分钟；
3)将有机质材料采用旋涂的方法涂覆至步骤2)得到的半导体组件表面。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述半导体组件表面有机膜的粘合剂具有合适的活性功能团，在提供的混合溶剂中水解速率适中，水解效率高，产生的低聚物较少，在存放过程中稳定性好，不会产生自聚合问题，另一方面在涂覆过程中分散均匀，固化温度和速度与工业化操作可有机配合，获得的粘合力理想，完全克服了无机质基材表面涂覆层翘曲或脱落的现象，特别适用于尺寸小，表面图形密集、复杂的电子元件的加工。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的应用范围。
实施例中所用的组分原料均为市购，各操作方法均为本领域技术人员从现有技术中能够得到的操作方法。
实施例1
将99.5g所述溶剂和0.00018g的去离子水混合，所述溶剂由99.1wt％的1-甲氧基-2-丙醇，0.4wt％的3-氨丙基硅三醇和0.5wt％的2-甲氧基-1-丙醇组成，然后加入催化剂0.0002g，在200mL的锥形瓶中混合后，加入双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物的混合物共0.5g，双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物的混合物中，两种组分各占一半，其中，所述双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物的混合物与所述溶剂的质量之比为1:199，所述去离子水与所述双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物的混合物的摩尔比为1:100，所述催化剂与所述双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物的混合物的质量之比为0.04％。
将上述混合溶液在环境温度(23℃)下搅拌从而进行水解，由于水的用量低，混合溶液在充分水解后将形成单相溶液，10分钟后锥形瓶内形成单相溶液，继续搅拌5分钟完成水解反应。
实施例2
将99.5g所述溶剂和0.0002g的去离子水混合，所述溶剂由99.2wt％的1-甲氧基-2-丙醇，0.4wt％的3-氨丙基硅三醇和0.4wt％的2-甲氧基-1-丙醇组成，然后加入催化剂0.0002g，在200mL的锥形瓶中混合后，加入双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺0.5g，其中，所述双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺与所述溶剂的质量之比为1:199，所述去离子水与所述双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺的摩尔比为1:100，所述催化剂与所述双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺的质量之比为0.04％。
将上述混合溶液在环境温度(23℃)下搅拌从而进行水解，由于水的用量低，混合溶液在充分水解后将形成单相溶液，10分钟后锥形瓶内形成单相溶液，继续搅拌5分钟完成水解反应。
对比例1
将99.5g所述溶剂和0.0002g的去离子水混合，所述溶剂为1-甲氧基-2-丙醇，然后加入催化剂0.0002g，在200mL的锥形瓶中混合后，加入双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺0.5g，其中，所述双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺与所述溶剂的质量之比为1:199，所述去离子水与所述双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺的摩尔比为1:100，所述催化剂与所述双[3-(甲基三乙氧基硅烷基)丙基]胺的质量之比为0.04％。
将上述混合溶液在环境温度(23℃)下搅拌从而进行水解，由于水的用量低，混合溶液在充分水解后将形成单相溶液，10分钟后锥形瓶内形成单相溶液，继续搅拌5分钟完成水解反应。
实施例4
采用光刻粘附力测试，评估实施例1-2和对比例1所述用于半导体组件有机膜的粘合剂，步骤如下：
1)将8英寸硅晶圆表面先用异丙醇清洗并烘干后；
2)将本发明实施例1-3和对比例1所述用于半导体组件有机膜的粘合剂以旋转涂覆的方式，涂覆在8英寸硅晶圆上，并将硅晶圆于烘箱中90℃温度下烘烤15分钟，所述用于半导体组件有机膜的粘合剂在硅晶圆表面形成15.5um厚的膜层；
3)将有机质基材涂覆在经过步骤2)处理的硅晶圆表面；
4)将硅晶圆置于指定掩模板下，用光刻机进行照射，再以质量分数为0.84％的氢氧化钾水溶液，于23℃下予以显影3分钟，将硅晶圆表面曝光部分的涂膜去除，形成厚度为15um的光阻线路薄膜，由100倍显微镜观察光阻薄膜与硅晶圆的结合性；
评价方式：
V表示显影后轮廓清晰，无光阻残留，无过显影；
O表示无过显影，但有少量光阻残留；
X表示有少量过显影；
5)将上述含光阻线路薄膜的硅晶圆进行干法刻蚀，刻蚀出100微米深的槽体后将光阻薄膜去除，由100倍显微镜观察刻蚀的槽体轮廓是否平整；
评价方式：
Y表示槽体开口轮廓平整；
N表示槽体开口轮廓有不规则的缺角。
表1为实施例1-3和对比例1光刻粘附力测试的结果：
| 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | |
| 显影情况 | V | V | X |
| 槽体开口情况 | Y | Y | N |
由表1可知，只有采用本发明所述用于半导体组件有机膜的粘合剂处理硅晶圆表面，才能使得正型感光性树脂组合物与硅晶圆表面具有良好的粘附力。
Claims (10)
1.一种用于半导体组件有机膜的粘合剂，其特征在于，包括具有偶联作用的聚烷氧基硅烷和溶剂，所述聚烷氧基硅烷带有硅羟基基团，所述溶剂由1-甲氧基-2-丙醇、3-氨丙基硅三醇和2-甲氧基-1-丙醇组成；
所述溶剂中各组分的质量百分比如下:
1-甲氧基-2-丙醇 90％～99.9％
3-氨丙基硅三醇 0.05％～5％
2-甲氧基-1-丙醇 0.05％～5％。
2.根据权利要求1所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂，其特征在于，所述溶剂中各组分的质量百分比如下:
1-甲氧基-2-丙醇 99％
3-氨丙基硅三醇 0.5％
2-甲氧基-1-丙醇 0.5％。
3.根据权利要求1所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂，其特征在于，所述用于半导体组件有机膜的粘合剂中，所述聚烷氧基硅烷的质量百分比为0.02％～0.08％。
4.一种如权利要求1～3任一所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将去离子水和所述溶剂进行混合制备混合溶液；
2)向步骤1)的混合溶液中加入烷氧基硅烷，并在20℃～50℃温度下搅拌所述混合溶液，直至所述混合溶液变成单相溶液。
5.根据权利要求4所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，其特征在于，所述去离子水与所述烷氧基硅烷的摩尔比为0.001％～1％。
6.根据权利要求4所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷选自双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷与所述溶剂的质量之比为1:499～1:124。
8.根据权利要求4所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中还包括加入催化所述烷氧基硅烷水解的催化剂。
9.根据权利要求8所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂的制备方法，其特征在于，所述催化剂的加入量为所述烷氧基硅烷质量的0.04％～0.05％。
10.一种半导体组件表面有机膜涂覆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)清洁半导体组件的表面；
2)采用旋涂的方式，将权利要求1～3任一所述的用于半导体组件有机膜的粘合剂涂覆至所述半导体组件表面进行处理，并于烘箱中90℃温度下烘烤15分钟；
3)将有机质材料采用旋涂的方法涂覆至经过步骤2)的半导体组件表面。
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