特表 2024-507781 熱圧着における金属接合部の変形を防止するための仮接合及び剥離プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-21

(54)【発明の名称】熱圧着における金属接合部の変形を防止するための仮接合及び剥離プロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20240214BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240214BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240214BHJP

   C09J 7/30 20180101ALI20240214BHJP

   C09J 201/00 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H01L21/02 C

H01L21/02 B

H01L21/304 621B

H01L21/304 631

H01L25/08 C

C09J7/30

C09J201/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023548828

(86)(22)【出願日】2022-02-15

(85)【翻訳文提出日】2023-10-06

(86)【国際出願番号】 US2022016459

(87)【国際公開番号】W WO2022174191

(87)【国際公開日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】63/149,535

(32)【優先日】2021-02-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500499508

【氏名又は名称】ブルーワー サイエンス アイ エヌ シー．

(74)【代理人】

【識別番号】100152984

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 秀明

(74)【代理人】

【識別番号】100148080

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 史生

(74)【代理人】

【識別番号】100168985

【弁理士】

【氏名又は名称】蜂谷 浩久

(74)【代理人】

【識別番号】100149401

【弁理士】

【氏名又は名称】上西 浩史

(72)【発明者】

【氏名】リー， チア－シン

(72)【発明者】

【氏名】ゲレロ， アリス

(72)【発明者】

【氏名】サザード， アーサー オー．

(72)【発明者】

【氏名】ウー， チェン－ユウ

(72)【発明者】

【氏名】リウ， シャオ

【テーマコード（参考）】

4J004

4J040

5F057

【Ｆターム（参考）】

4J004AB05

4J040NA20

5F057AA11

5F057CA14

5F057DA03

5F057DA11

5F057EC02

5F057FA15

(57)【要約】

２．５Ｄ及び３Ｄ集積回路、チップ対ウェハ、チップ対基板、又はウェハ対ウェハ接合のための均一かつ異種の集積化を達成することは、不可欠な技術である。ランディングウェハ又は基板は、ランディングウェハを所望の厚さに薄くする前に、仮接合材料を使用してキャリアと接合される。再配線層形成、Ｃｕパッド形成、又は他の裏面処理が完了すると、成形及び個片化の前に、シリコン貫通電極を有するダイ又はウェハがランディング基板上に積層される。ランディングウェハは、通常、接合ライン内に相互接続金属を有し、それらの相互接続金属は、典型的には鉛フリーはんだ合金から作られるので、熱圧着中のそれらのはんだ合金の変形は、製造業者にとって問題となる。この問題に対処するために、所望の強度を有するポリマー材料をデバイスウェハ上にコーティングして、はんだ合金の上にコンフォーマル保護層を形成し、したがって、仮接合及び剥離プロセスを可能にする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

裏面及び表面を備える第１の基板であって、前記表面がはんだボールを備える、第１の基板と、
前記表面及び前記はんだボール上の組成物のコンフォーマル層と、
第１の面を有する第２の基板と、
前記第１の面上の接合層であって、前記接合層が前記コンフォーマル層と接触する、接合層と、
を備える、スタックを提供することと、
前記第１及び第２の基板を分離することと、
を含む、仮の方法。

【請求項2】

前記組成物が熱可塑性組成物である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記コンフォーマル層が、約０．１μｍ～約２０μｍの平均厚さを有する、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記はんだボールが、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、又はＩｎのうちの１つ又は複数を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記はんだボールが、取り付け点を介して前記表面に接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記取り付け点が、ピラー、ポスト、パッド、シリコン貫通電極、及び導電層から選択される、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記表面が複数のはんだボールを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記表面が、はんだボールを含まない領域を提示し、
前記はんだボールが、それぞれの外面を含み、
前記コンフォーマル層が、はんだボールを含まない前記領域をコンフォーマルにコーティングし、前記それぞれの外面をコンフォーマルにコーティングする、
請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記提供することが、前記表面及びはんだボール上に前記コンフォーマル層を形成することと、次いで前記接合層を前記コンフォーマル層に接合することとを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記接合することが、前記接合層とコンフォーマル層とが互いに接着するように、熱及び圧力下で前記第１及び第２の基板を互いに押圧することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記熱が約２５℃～約２００℃の温度であり、前記圧力が約１Ｎ～約５，０００Ｎであり、熱及び圧力下での前記押圧が約１０秒～約１０分の期間実行される、請求項９又は１０に記載の方法。

【請求項12】

前記はんだボールが、前記接合中に変形又はシフトをしない、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。

【請求項13】

前記第１の基板が、
１つ又は複数のチップ、
１つ又は複数のチップレット、又は
デバイスウェハ
のうちの１つを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

前記組成物が、
環状オレフィン、エポキシ、シロキサン、若しくはそれらの混合物から選択されるポリマー若しくはオリゴマー、又は
ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリアミドエステル、ポリイミドエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、若しくはそれらの混合物のうちの１つ若しくは複数から選択されるポリマー
のうちの１つ又は複数を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

前記コンフォーマル層が、少なくとも約２００℃のガラス転移温度を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記第１及び第２の基板を分離する前に、前記スタックを、裏面研削、化学機械研磨、エッチング、メタライジング、誘電体堆積、パターニング、不動態化、アニーリング、及び再配線層形成のうちの１つ又は複数から選択される処理に供することをさらに含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

前記第１及び第２の基板を分離する前に、
（ａ）薄くされた裏面を形成するために前記第１の基板の前記裏面を薄くすることと、
（ｂ）第１のチップ又は第１のチップレットを前記薄くされた裏面に接合することと、
（ｃ）任意で、第２のチップ又は第２のチップレットを前記第１のチップ又は第１のチップレットに接合することと、
（ｄ）任意で、（ｃ）を１回又は複数回繰り返してスタック構造を作製することと、
をさらに含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

裏面及び表面を備える第１の基板であって、前記表面がはんだボールを備える、第１の基板と、
前記表面及び前記はんだボール上の熱可塑性組成物のコンフォーマル層と、
前記コンフォーマル層と接触している接合層と、
第１の面を有する第２の基板であって、前記接合層が前記第１の面に隣接している、第２の基板と、
を備える、マイクロ電子構造体。

【請求項19】

前記コンフォーマル層が、約０．１μｍ～約２０μｍの平均厚さを有する、請求項１８に記載の構造体。

【請求項20】

前記コンフォーマル層が、少なくとも約２００℃のガラス転移温度を有する、請求項１８から１９のいずれか一項に記載の構造体。

【請求項21】

前記はんだボールが、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、又はＩｎのうちの１つ又は複数を含む、請求項１８から２０に記載の構造体。

【請求項22】

前記はんだボールが、取り付け点を介して前記表面に接続されている、請求項１８から２２のいずれか一項に記載の構造体。

【請求項23】

前記取り付け点が、ピラー、ポスト、パッド、シリコン貫通電極、及び導電層から選択される、請求項２２に記載の構造体。

【請求項24】

前記表面が複数のはんだボールを備える、請求項１８から２３のいずれか一項に記載の構造体。

【請求項25】

前記表面が、はんだボールを含まない領域を提示し、
前記はんだボールが、それぞれの外面を備え、
前記コンフォーマル層が、前記はんだボールを含まない領域をコンフォーマルにコーティングし、前記それぞれの外面をコンフォーマルにコーティングしている、
請求項２４に記載の構造体。

【請求項26】

前記第１の基板が、
１つ又は複数のチップ、
１つ又は複数のチップレット、又は
デバイスウェハ
のうちの１つを備える、請求項１８から２５のいずれか一項に記載の構造体。

【請求項27】

（ａ）前記第１の基板の前記裏面上の第１のチップ又は第１のチップレットと、
（ｂ）任意で、前記第１のチップ又は第１のチップレット上の第２のチップ又は第２のチップレットと、
（ｃ）任意で、スタック構造を作製するために互いに順次積層された１つ又は複数のさらなるチップ又はチップレットと、
をさらに備える、請求項１８から２６のいずれか一項に記載の構造体。

【請求項28】

第１の基板の表面であって、はんだボールを備える前記表面上に熱可塑性組成物のコンフォーマル層を形成して、コンフォーマルにコーティングされた第１の基板を形成することと、
前記コンフォーマルにコーティングされた第１の基板を、第１の面を有し、前記第１の面上に接合層を有する第２の基板に接合することであって、前記接合することが、前記接合層と前記コンフォーマル層とを接触させることを含む、接合することと、
を含む、接合方法。

【請求項29】

前記コンフォーマル層が、約０．１μｍ～約２０μｍの平均厚さを有する、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

前記はんだボールが、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、又はＩｎのうちの１つ又は複数を含む、請求項２８又は２９に記載の方法。

【請求項31】

前記はんだボールが、取り付け点を介して前記表面に接続される、請求項２８から３０のいずれか一項に記載の方法。

【請求項32】

前記取り付け点が、ピラー、ポスト、パッド、シリコン貫通電極、及び導電層から選択される、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記表面が複数のはんだボールを備える、請求項２８から３２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項34】

前記表面が、はんだボールを含まない領域を提示し、
前記はんだボールが、それぞれの外面を含み、
前記コンフォーマル層が、はんだボールを含まない前記領域をコンフォーマルにコーティングし、前記それぞれの外面をコンフォーマルにコーティングする、
請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記接合することが、前記接合層とコンフォーマル層とが互いに接着するように、熱及び圧力下で前記第１及び第２の基板を互いに押圧することを含む、請求項２８から３４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項36】

前記熱が約２５℃～約２００℃の温度であり、前記圧力が約１Ｎ～約５，０００Ｎであり、熱及び圧力下での前記押圧が約１０秒～約１０分の期間実行される、請求項３５に記載の方法。

【請求項37】

前記はんだボールが、前記接合中に変形又はシフトをしない、請求項２８から３６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項38】

前記第１の基板が、
１つ又は複数のチップ、
１つ又は複数のチップレット、又は
デバイスウェハ
のうちの１つを備える、請求項２８から３７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項39】

前記組成物が、
環状オレフィン、エポキシ、シロキサン、若しくはそれらの混合物から選択されるポリマー若しくはオリゴマー、又は
ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリアミドエステル、ポリイミドエステル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、若しくはそれらの混合物のうちの１つ若しくは複数から選択されるポリマー
のうちの１つ又は複数を含む、請求項２８から３８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項40】

前記コンフォーマル層が、少なくとも約２００℃のガラス転移温度を有する、請求項２８から３９のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０２１年２月１５日に出願された、「ＴＥＭＰＯＲＡＲＹ ＢＯＮＤＩＮＧ ＡＮＤ ＤＥＢＯＮＤＩＮＧ ＰＲＯＣＥＳＳ ＴＯ ＰＲＥＶＥＮＴ ＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＥＴＡＬ ＣＯＮＮＥＣＴＩＯＮ ＩＮ ＴＨＥＲＭＯＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ ＢＯＮＤＩＮＧ」と題する米国仮特許出願第６３／１４９，５３５号の優先権の利益を主張する。

【0002】

本発明は、仮接合材料及び方法、すなわち、半導体及びマイクロエレクトロニクス製造中に関する。

【背景技術】

【0003】

仮ウェハ接合（「ＴＷＢ」）は、通常、デバイスウェハすなわちマイクロ電子基板を、ポリマー接合材料によってキャリアウェハすなわち基板に取り付けるためのプロセスを指す。接合後、デバイスウェハは薄くされ（典型的には５０μｍ未満まで）、次いで、その裏面にシリコン貫通電極（「ＴＳＶ」）、再配線層、ボンドパッド、及び他の回路フィーチャを形成するよう処理される。キャリアウェハは、裏面処理中に脆弱なデバイスウェハを支持する。裏面処理は、周囲温度と高温（２５０℃超）との間の反復サイクル、ウェハのハンドリング及び移送工程の機械的衝撃、及びデバイスウェハを薄くするために使用されるウェハ裏面研削プロセス中に課されるものなどの強い機械的力を伴い得る。裏面処理のすべてが完了すると、デバイスウェハは通常、フィルムフレームに取り付けられ、その後、キャリアウェハから分離又は剥離され、さらなる動作が行われる前に洗浄される。

【0004】

ほとんどのＴＷＢプロセスは、デバイスウェハとキャリアウェハとの間に１つ又は２つの層のいずれかを使用する。２層システムの場合、各層は、基板及び／又はフィーチャのサイズと比較して比較的厚い傾向がある。第１の層は、平面（すなわち、これは、トポグラフィを伴わずに平面又は平坦な接合面を作製するように存在する任意のフィーチャ／トポグラフィを網羅する）ポリマー接合材料である。これは、本質的に熱可塑性、熱硬化性、又は光硬化性であり得る。第２の層は、本質的にポリマーであっても、又はポリマーでなくてもよく、また平面であり、２つの層の間の界面で構造を剥離するために弱い機械的力を加えることによって接合ウェハ対を分離することを可能にする。いくつかの例では、第２の層は、レーザ又は他の光源からの放射に応答し、接合の完全性を構造内で失わせ、機械的な力をほとんど又は全く加えないでウェハを分離させる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

いくつかのＴＷＢプロセスでは、デバイスウェハの表面は、はんだボールを含む。典型的な熱圧着プロセスの間、接合中の圧力と熱の組み合わせは、はんだボールを変形及び／又はシフトさせる可能性があり、裏面処理後にはんだボールを介して接続を行おうとするときに位置ずれ及び他の処理困難をもたらす。高温でのボンドヘッドオンチップからランディングウェハへの強い下向きの力のために、故障モードはバンプ高さの低減及び／又はボールシフトをもたらす。接合中にはんだボールが変形及び／又はシフトしない熱圧着方法が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、広くは第１の基板、組成物のコンフォーマル層、第２の基板、及び接合層を含むスタックを提供することを含む仮の方法に関する。第１の基板は、裏面（back surface）及び表面（front surface）を有し、表面ははんだボールを含む。組成物のコンフォーマル層は、表面及びはんだボール上にある。第２の基板は第１の面を有し、接合層はその第１の面上にあり、コンフォーマル層と接触している。第１及び第２の基板は分離される。

【0007】

本開示はまた、第１の基板、熱可塑性組成物のコンフォーマル層、接合層、及び第２の基板を含むマイクロ電子構造体を提供する。第１の基板は、裏面及び表面を有し、表面ははんだボールを含む。熱可塑性組成物のコンフォーマル層は、表面及びはんだボール上にある。接合層は、コンフォーマル層と接触している。第２の基板は第１の面を有し、接合層はその第１の面に隣接する。

【0008】

さらなる実施形態では、本開示は、熱可塑性組成物のコンフォーマル層を第１の基板の表面に形成して、コンフォーマルコーティングされた第１の基板を形成することを含む接合方法を提供し、表面は、はんだボールを含む。コンフォーマルコーティングされた第１の基板は、接合層とコンフォーマル層とを接触させることによって、前述の第１の面上に接合層を有する第１の面を有する第２の基板に接合される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】はんだボールのシフト及び／又は変形を回避する接合方法の実施形態の概略図（縮尺通りではない）である。

【図2】さらなる詳細を示すために拡大された、図１のフィーチャの１つを有する部分図である。

【図3】さらなる詳細を示すために拡大された、図１のフィーチャのうちの２つを有する部分図である。

【図4】開示された方法の２つの代替的な実施形態の概略図（縮尺通りではない）である。

【図5】はんだボール上の材料のコンフォーマルコーティングを示す走査型電子顕微鏡（「ＳＥＭ」）画像である（実施例１）。

【図6】図５のはんだボール上の薄いコンフォーマル保護コーティングを示すテストデバイスウェハの断面のＳＥＭ画像である。

【図7】実施例２の第１の接合ウェハ対の走査音響顕微鏡（「ＳＡＭ」）画像である。

【図8】実施例２の第２の接合ウェハ対のＳＡＭ画像である。

【図9】３５０℃及び４００℃のそれぞれで３０分間熱安定性の評価後の接合ウェハ対のＳＡＭ画像を示す（実施例３）。

【図10(A)】実施例４に記載されるように、表面平坦化を評価するために追従される走査パターンを示す。

【図10(B)】実施例４に記載されるように、形状測定による熱圧着後の表面平坦化を示すグラフである。

【図11(A)】高Ｔ_ｇ及び低Ｔ_ｇの仮接合材を用いた熱圧着中のボンドヘッド温度及び力対時間のグラフである（実施例４）。

【図11(B)】図１１（Ａ）と併せて観察されるべきであり、熱圧着中のボンドヘッド高さを高Ｔ_ｇ及び低Ｔ_ｇの仮接合材料と比較するグラフを提供する（実施例４）。

【図12(A)】二重層システムを用いた熱圧着中のボンドヘッド温度及び力対時間のグラフである（実施例４）。

【図12(B)】図１２（Ａ）と併せて観察されるべきものであり、熱圧着中のボンドヘッド高さを二重層システムと比較したグラフである（実施例４）。

【図13】接合、熱圧着、剥離、及び洗浄前の、銅ピラー上にはんだキャップでコーティングされた熱可塑性接合材料を示すＳＥＭ画像である（実施例５）。

【図14】実施例５に記載されるように、わずかな損傷（左）及び損傷なし（右）で、接合、熱圧着、剥離、及び洗浄後にはんだキャップで銅ピラー上にコーティングされた熱可塑性接合材料を示すＳＥＭ画像を提供する。

【図15】実施例５に記載されるように、はんだキャップ（右）上への第２の熱可塑性接合材料のコーティング（左）及び上部コーティングの後に銅ピラー上にコーティングされた熱可塑性保護材料を示すＳＥＭ画像を提供する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示は、熱圧着中のはんだボールのシフト及び／又は変形を回避する方法を提供することによって業界のニーズに対処する。

【0011】

より詳細には、図１（Ａ）（縮尺通りではない）を参照すると、前駆体構造１０が概略断面図で示されている。構造１０は、表面１４及び裏面１６を有する第１の基板１２を含む。基板１２は、任意の形状とすることができるが、典型的には、円形、長方形、又は楕円形の形状である。一実施形態では、基板１２は、チップ対基板（ｃｈｉｐ－ｔｏ－ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）用途に使用されるガラスパネル基板などのシリコン又はガラスウェハとすることができる。別の実施形態では、基板１２はデバイスウェハであり、表面１４は、好ましくは、複数のフィーチャ１８及びそれらの間の領域１９を含むデバイス表面である。図示の実施形態はフィーチャ１８のみを示しているが、デバイス表面は、集積回路、ＭＥＭＳ、マイクロセンサ、パワー半導体、発光ダイオード、フォトニック回路、インターポーザ、埋め込み受動デバイス、ならびに／或いはシリコン及びシリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムインジウムガリウム、及びリン化インジウムガリウムなどの他の半導体材料上又はそれらから製造された他のマイクロデバイスから選択されたものなどのデバイスのアレイを含むことができることが理解されよう。これらのデバイス表面は、一般に、シリコン、ポリシリコン、二酸化シリコン、窒化（酸化）シリコン、金属（例えば、銅、アルミニウム、金、タングステン、タンタル）、低ｋ誘電体、ポリマー誘電体、ならびに様々な金属窒化物及びケイ化物のうちの１つ又は複数から形成された構造体を含むことができる。そのようなデバイス表面はまた、はんだバンプ、金属ポスト、金属ピラー、ならびにシリコン、ポリシリコン、二酸化シリコン、窒化（酸化）シリコン、金属、低ｋ誘電体、ポリマー誘電体、金属窒化物、及び金属ケイ化物からなる群から選択される材料から形成される構造体のうちの１つ又は複数から選択される構造体を含むことができる。

【0012】

図示の実施形態では、フィーチャ１８はそれぞれ、金属ピラー２０と、はんだバンプ又はボール２２とを備える。図２は、フィーチャ１８の拡大図を示す。各金属ピラー２０は、上面１４から延在し、それぞれの側壁２４及びそれぞれの上面２６を有する。それぞれのはんだボール２２は、上面２６に位置付けられる。各はんだボール２２は、金属ピラーの上面２６に接触する接触面２８を有する。さらに、各はんだボール２２は、上面２６と接触していない湾曲した外面３０（図示の実施形態では「上方」湾曲面）を有する。金属ピラー２０は、銅、金、及び／又はアルミニウムを含む、任意の従来使用されている材料で形成することができる。

【0013】

はんだバンプ又はボール２２は、特定の用途、設計、及び他の必要性に応じて、任意の数の材料で作ることができることが理解されよう。バンプ（例えば、ピラーの上部の半球）又はボール２２は、典型的には、１つ又は複数の金属或いは金属合金を含む。例えば、バンプ又はボール２２は、合金若しくは非合金の形態のＳｎ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、或いはＩｎのうちの１つ又は複数から形成されてもよい。使用される典型的な合金には、ＳｎＡｇ、ＳｎＰｂ、ＳｎＩｎＡｇ、或いはＡｕＳｎの１つ又は複数から選択されるものが含まれる。いくつかの例では、はんだバンプ又はボールは、第１の材料（例えば、ポリマー、金属、金属合金）のコアと、コアを取り囲む同じ又は異なる金属及び／又は金属合金の１つ又は複数の層とを含むことができる。

【0014】

はんだバンプ又はボール２２は、特定の用途及び最終用途の必要性に応じて、広範囲のサイズを有することができるが、典型的な寸法は、約１０μｍ～約１２０μｍ、好ましくは約２０μｍ～約９０μｍ、より好ましくは約３０μｍ～約５０μｍである。これらの寸法は、使用前のはんだボールの直径（すなわち、「購入されたままの状態」）又は適用後のはんだボール又はバンプによって提示される最大表面間寸法のいずれかを指すことができる。図２の「Ｄ」は、図示の実施形態のはんだバンプ２２の最大寸法を示し、一方、「Ｈ」は、はんだボール２２の高さとピラー２０の高さとを組み合わせた合計を指す。

【0015】

図１（Ｂ）を参照すると、保護組成物が基板１２の表面１４に塗布されてコンフォーマル層３２を形成する。保護組成物は、好ましくは、本明細書に記載の特性を有する様々な市販の組成物から選択される流動性組成物である。典型的なそのような組成物は、好ましくは有機であり、好ましくは溶媒系に溶解又は分散したポリマー（複数可）及び／又はオリゴマー（複数可）を含む。

【0016】

保護組成物は、好ましくは熱可塑性組成物である。すなわち、組成物中のいずれの成分も架橋性でないことが好ましい。一実施形態では、保護組成物は架橋剤を本質的に含まない。すなわち、組成物の総重量を１００重量％とした場合に、約０．５％未満、好ましくは約０．１％未満、より好ましくは約０重量％の架橋剤を含む。

【0017】

ポリマー又はオリゴマーは、典型的には、環状オレフィン（例えば、環状オレフィンコポリマー（「ＣＯＣ」）、環状オレフィンポリマー（「ＣＯＰ」））、エポキシ、又はシロキサンのうちの１つ又は複数のポリマー、コポリマー（ブロックコポリマーを含む）、及びオリゴマーからなる群から選択される。典型的なポリマーには、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリアミドエステル、ポリイミドエステル、ポリエーテルエーテルケトン、又はポリエーテルイミドのうちの１つ又は複数から選択されるものも含まれる。

【0018】

適切なポリマー及び／又はオリゴマーは、約３００ダルトン～約１０万ダルトン、好ましくは約５００ダルトン～約５万ダルトン、より好ましくは約２，０００ダルトン～約２万ダルトンの重量平均分子量を有する。Ｍ_ｗ／Ｍ_ｎ（多分散性、すなわちＰＤＩ）は、好ましくは約１．５～約２．５、より好ましくは約１．７～約２．３、さらにより好ましくは約１．７～約２．３である。

【0019】

溶媒系は、有機溶媒、無機溶媒、及び／又は水を含むことができる。組成物の典型的な固形分は、組成物の総重量を１００重量％として、約１重量％～約６０重量％、好ましくは約３重量％～約４０重量％の範囲であり、組成物の残部は溶媒（複数可）である。

【0020】

保護組成物は、接合中（以下でさらに論じる）に使用される温度よりも高い（好ましくは少なくとも約５℃高い、より好ましくは少なくとも約３０℃高い、さらにより好ましくは少なくとも約５０℃高い）それぞれのガラス転移温度（Ｔ_ｇ）を有するオリゴマー（複数可）及び／又はポリマー（複数可）を含む。一実施形態では、保護組成物中のオリゴマー（複数可）及び／又はポリマー（複数可）は、少なくとも約２００℃、より好ましくは約２５０℃～約５００℃、さらにより好ましくは約３００℃～約４００℃、最も好ましくは約３００℃～約３５０℃のそれぞれのＴ_ｇを有する。Ｔ_ｇは、示差走査熱量測定によって求められる。

【0021】

さらに、保護組成物は、好ましくは、約２５０℃の温度で少なくとも約０．５ＧＰａ、好ましくは少なくとも約１ＧＰａ、より好ましくは少なくとも約２ＧＰａの貯蔵弾性率を有する。貯蔵弾性率は、温度勾配における１Ｈｚの振動周波数での動的測定によって求められる。

【0022】

コンフォーマル層３２の形成に使用するためのいくつかの適切な組成物は、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，２６８，４４９号、第７，９３５，７８０号、及び第８，０９２，６２８号に記載されている。

【0023】

選択される保護組成物にかかわらず、それは、スピンコーティング、スロットダイコーティング、又はスプレーコーティングなどの任意の既知の塗布方法によって塗布することができる。好ましい方法は、約５００ｒｐｍ～約３，０００ｒｐｍの速度で、好ましくは約１，０００ｒｐｍ～約１，５００ｒｐｍの速度で、約２０秒～約６０秒の期間、好ましくは約３０秒～約４０秒の期間、組成物をスピンコーティングすることを含む。代替で、組成物は、スプレーコーティング、噴射、又はスクリーン印刷を含む他の方法によって塗布することができる。組成物が塗布された後、組成物は、好ましくは約４０℃～約２５０℃の温度、より好ましくは約６０℃～約２２０℃の温度まで、約１秒～約６分の期間、より好ましくは約６０秒～約４分の期間加熱され、コンフォーマル層３２を形成する。いくつかの実施形態では、利用される組成物に応じて、層を多段ベークプロセスに供することが好ましい。それにもかかわらず、コンフォーマル層３２は、このプロセス中に架橋を受けないことが好ましい。

【0024】

形成されたコンフォーマル層３２は、好ましくは、熱重量分析スペクトルの変曲点を検査することによって決定される、少なくとも約２００℃、好ましくは約２２０℃～約４００℃、より好ましくは約２５０℃～約３５０℃の軟化点を有する。さらに、形成されたコンフォーマル層３２は、接合中に使用される温度（以下でさらに論じる）よりも高い（好ましくは少なくとも約５℃高い、より好ましくは少なくとも約３０℃高い、さらにより好ましくは少なくとも約５０℃高い）Ｔ_ｇを有する。一実施形態では、形成されたコンフォーマル層３２は、少なくとも約２００℃、より好ましくは約２５０℃～約５００℃、さらにより好ましくは約３００℃～約４００℃、最も好ましくは約３００℃～約３５０℃のＴ_ｇを有する。さらに、形成されたコンフォーマル層３２は、好ましくは、約２５０℃の温度で少なくとも約０．５ＧＰａ、好ましくは少なくとも約１ＧＰａ、より好ましくは少なくとも約２ＧＰａの貯蔵弾性率を有する。

【0025】

追加で、図１（Ｂ）に示すように、コンフォーマル層３２は、第１の基板１２の表面１４（フィーチャ１８及び／又ははんだボール２２を含まない領域１９に）、金属ピラー２０の側壁２４、及びはんだボール２２の湾曲面３０上に連続的な硬質コーティングを形成し、好ましくは、コンフォーマル層３２と表面１４、側壁２４、又は湾曲面３０との間に介在層又は他の材料がない。

【0026】

コンフォーマル（conformal）は、層３２がその下にあるトポグラフィに概ね従う（すなわち、平坦な面を形成するためにフィーチャ／トポグラフィにわたって平坦化していない）という事実を指すことを広く意図している。この層が平面又は平坦な表面を形成せず（すなわち、表面トポロジーを除去せず）、代わりにそのトポグラフィの輪郭に概ね従うことを条件として、コンフォーマルと見なされる層には大きな程度の厚み変動があり得る。

【0027】

厚み変動の程度は、実施形態に応じて変化する。一実施形態では、コンフォーマル層３２は、約０．１μｍ～約２０μｍ、０．２μｍ～約１０μｍ、好ましくは約０．５μｍ～約５μｍの平均厚さ（５箇所で測定）を有することができる。本明細書で使用される厚さは、任意の膜厚測定ツールを使用して測定することができ、１つの好ましいツールは、ＳＵＳＳ Ｍｉｃｒｏｔｅｃ又はＦｏｏｔｈｉｌｌによって販売されているものなどの赤外線干渉計である。

【0028】

一実施形態では、コンフォーマル層３２は、図３に概略的に示すように、表面１４の領域１９上及びそれにわたり、ならびにフィーチャ１８の側壁２４及び湾曲面３０上及びそれにわたり実質的に厚さが均一であり得、したがって、基礎となるトポグラフィに「適合する」。すなわち、本実施形態では、コンフォーマル層３２は、好ましくは、総厚み変動（「ＴＴＶ」）が比較的低く、これは、コンフォーマル層３２の最も厚い点と最も薄い点とが互いに劇的に異ならないことを意味する。好ましくは、コンフォーマル層３２のＴＴＶは、総平均厚さの約９０％未満、より好ましくは総平均厚さの約６０％未満、さらにより好ましくは総平均厚さの約４０％未満、最も好ましくは総平均厚さの約２０％未満である。すなわち、接合スタックの平均厚さが約１０μｍである場合、約２０％未満のＴＴＶは約２μｍになる。

【0029】

ＴＴＶは、好ましくは、コンフォーマル層３２上のいくつかの点又は位置で、好ましくは約５０点で、より好ましくは約１００点で、さらにより好ましくは約１，０００点で厚さを測定することによって計算される。これらの点で得られた最も高い厚さ測定値と最も低い厚さ測定値との差は、その特定のコンフォーマル層３２のＴＴＶ測定値と呼ばれる。いくつかのＴＴＶ測定値の例では、縁部除外又は外れ値を計算から除去することができる。これらの場合、含まれる測定値の数はパーセンテージによって示され、すなわち、ＴＴＶが９７％を含むと考慮すると、最高測定値及び最低測定値のうちの３％が除外され、３％が最高と最低との間で等しく分割される（すなわち、それぞれ１．５％）。好ましくは、上記のＴＴＶの範囲には、測定値の約９５％～約１００％、より好ましくは測定値の約９７％～約１００％、さらにより好ましくは測定値の約１００％を使用して到達する。

【0030】

一実施形態では、コンフォーマル層３２は、その下にあるトポグラフィに概ね従う（すなわち、平坦な面を形成するためにフィーチャ／トポグラフィにわたって平坦化しない）という点で依然としてコンフォーマルであるが、コンフォーマル層３２のＴＴＶは、前述の実施形態よりもはるかに緩和されている。しかしながら、コンフォーマル層３２は、緩和されているにもかかわらず、平坦化層ではない。これらの例では、コンフォーマル層３２は、その最も薄い点でのコンフォーマル層３２の厚さよりも約２～約１５倍、好ましくは約２～約１０倍、より好ましくは約３～約８倍厚い厚さをその最も厚い点で有することができる。これらの実施形態では、コンフォーマル層３２のより厚い部分は、一般に、領域１９（すなわち、ピラー、はんだバンプ、及び／又は他のフィーチャ又は構造の間の領域）に見られ、一方、より薄い部分は、一般に、ピラー、はんだバンプ、及び／又は他のフィーチャ（例えば、湾曲面３０上及び／又は側壁２４上）の上部及び／又は側面に見られる。

【0031】

実施形態にかかわらず、コンフォーマル層３２は、好ましくはその全体にわたって連続している。すなわち、コンフォーマル層３２のすべてが、添付の図に示されるように、中断されずに（すなわち、コンフォーマル層３２のコーティングに「破損」がない）フィーチャ／トポグラフィにわたって続くことが好ましい。

【0032】

図１（Ｃ）を参照すると、第２の前駆体構造３４が概略断面図においても示されている。第２の前駆体構造３４は、第２の基板３６を有する。本実施形態では、第２の基板３６はキャリアウェハであり、第１又はキャリア表面３８及び裏面４０を有する。第２の基板３６は任意の形状とすることができるが、典型的には円形であり、第１の基板１２と同様のサイズである。第２の基板３６がキャリアウェハである実施形態では、好ましいそのようなキャリアウェハは、シリコン、サファイア、石英、金属（例えば、アルミニウム、銅、鋼）、又は様々なガラス及びセラミック基板／ウェハを含む。適切なキャリアは、好ましくは、第１の基板１２と同様の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する。

【0033】

第２の基板３６の第１の面３８には、表面上に形成された接合層４２が含まれる。接合層４２は、第２の基板３６から遠隔の接合面４４を有する。好ましくは、接合層４２は、表面３８上に直接形成される（すなわち、接合層４２と第２の基板３６との間に中間層がない）。

【0034】

接合層４２は、典型的な塗布方法を使用して任意の従来の接合組成物から形成することができ、組成物の配合及び塗布方法は、接合層が熱可塑性であるか熱硬化性であるかに依存する。

【0035】

１．熱可塑性接合層４２
熱可塑性接合組成物が接合層４２を形成するために使用される場合、１つの好ましい方法は、約３００ｒｐｍ～約３，０００ｒｐｍ、好ましくは約７５０ｒｐｍ～約１，５００ｒｐｍの速度で、約３０秒～約２４０秒、好ましくは約６０秒～約１８０秒の期間、接合組成物をスピンコートすることを含む。代替で、組成物は、積層、スプレーコーティング、噴射、又はスクリーン印刷を含む他の方法によって塗布することができる。次いで、塗布された組成物は、好ましくは約５０℃～約２５０℃、より好ましくは約６０℃～約２００℃の温度まで、約１秒～約６分間、好ましくは約６０秒～約４分の期間加熱される。いくつかの実施形態では、利用される組成物に応じて、層を多段ベークプロセスに供することが好ましい。形成された熱可塑性接合層４２は、少なくとも約－５０℃、好ましくは約－２０℃～約１００℃、より好ましくは約０℃～約５０℃の軟化点を有する。形成される熱可塑性接合層４２の厚さは、好ましくは約５μｍ～約２００μｍ、より好ましくは約１０μｍ～約１２０μｍである。

【0036】

熱可塑性接合層４２は、上記の特性を有する層に形成することができる任意の市販の接合組成物から形成することができる。典型的なそのような組成物は有機であり、好ましくは溶媒系に溶解又は分散したポリマー（複数可）及び／又はオリゴマー（複数可）を含む。溶媒系は、有機溶媒、無機溶媒、又は水である１つ又は複数の溶媒を含むことができる。ポリマー又はオリゴマーは、典型的には、環状オレフィン（例えば、環状オレフィンコポリマー（「ＣＯＣ」）、環状オレフィンポリマー（「ＣＯＰ」））、エポキシ、アクリル、シロキサン、スチレン、ハロゲン化ビニル、又はビニルエステルの１つ又は複数のポリマー、コポリマー（ブロックコポリマーを含む）、及びオリゴマーからなる群から選択される。典型的なポリマーには、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリイソプレン、ポリウレタン、ポリアミドエステル、ポリイミドエステル、又はポリアセタールの１つ又は複数から選択されるものも含まれる。

【0037】

熱可塑性接合組成物の典型的な固形分は、組成物の総重量を１００重量％とした場合に、約１重量％～約６０重量％、好ましくは約３重量％～約４０重量％の範囲である。いくつかの適切な組成物は、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，４９６，１６４号、第１０，１０３，０４８号、及び第１０，９６８，３４８号に記載されている任意の熱可塑性組成物を含む。最後に、接合層４２を形成するために使用される熱可塑性接合組成物は、好ましくは、約２５０℃の温度で約１ＧＰａ未満、より好ましくは約１００ＭＰａ未満、さらにより好ましくは約１０ＭＰａ未満の貯蔵弾性率を有する。

【0038】

２．熱硬化性接合層４２
熱硬化性接合組成物が接合層４２を形成するために使用される場合、１つの好ましい方法は、約３００ｒｐｍ～約５，０００ｒｐｍ、好ましくは約５００ｒｐｍ～約２，０００ｒｐｍの速度で、約３０秒～約２４０秒、好ましくは約６０秒～約１８０秒の期間、接合組成物をスピンコートすることを含む。代替で、組成物は、積層、スプレーコーティング、噴射、又はスクリーン印刷を含む他の方法によって塗布することができる。組成物が塗布された後、組成物は、好ましくは約６０℃～約２００℃、より好ましくは約８０℃～約１５０℃の温度まで、約６０秒～約３分、好ましくは約９０秒～約２分の期間加熱される。いくつかの実施形態では、利用される組成物に応じて、層を多段ベークプロセスに供することが好ましい。このベークは、材料の硬化を開始するのに十分な高い温度であるべきではない。熱硬化性接合層４２は、少なくとも約４０℃、好ましくは約５０℃～約２００℃、より好ましくは約６０℃～約１５０℃の軟化点を有する。形成された熱硬化性接合層４２の厚さは、好ましくは約５μｍ～約２００μｍ、より好ましくは約１０μｍ～約１２０μｍ、最も好ましくは約２０μｍ～約６０μｍである。

【0039】

本実施形態で使用するための好ましい接合組成物は、熱、光、又は他の手段によって化学的に架橋することができる。すなわち、これらの組成物は、光及び熱硬化性樹脂及びポリマー含有組成物、好ましくは硬化時に揮発性副生成物をほとんど又は全く生成しない種類を含む。これらには、少なくとも２つの反応性エポキシ、アクリレート、ベンゾオキサジン、マレイミド、ベンゾシクロブテン、及び／又はシアネートエステル部分を含む樹脂及びポリマー組成物が含まれる。反応性部分はまた、カルコン、スチルベン、及び／又は他の光二量体化可能な官能基を含むことができる。光酸発生剤（「ＰＡＧ」）又は熱酸発生剤（「ＴＡＧ」）を用いて硬化されるエポキシ樹脂含有組成物は、本実施形態を実施するのに特に有用である。接合プロセスの前に熱硬化性組成物を塗布及び乾燥させるためのプロセスは、接合プロセス中に流動性のままであり、空隙のない接合線を形成することを可能にするように、組成物を架橋させることを最小限に抑えるべきであり、好ましくは避けるべきである。いくつかの適切な組成物は、それぞれ参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２０２０／０２３４９９３号及び第２０２１／００３３９７５号ならびに米国特許第９，４９６，１６４号、第１０，１０３，０４８号、及び第１０，９６８，３４８号に記載されている任意の熱硬化性組成物を含む。

【0040】

３．接合プロセス
図１（Ｄ）を参照すると、前駆体構造１０は、底部チャック４６上に支持され、一方、ボンドヘッド４８は、第１の基板１２の裏面１６に対して下向きの圧力５０を加え、構造１０及び３４を面対面関係で互いに押し付ける。したがって、接合層４２の接合面４４は、第１の基板１２の表面１４（領域１９及びフィーチャ１８を含む）と接触している。押圧中、接合スタック５２を形成するため２つの構造１０及び３４の互いの接合が達成されるように十分な圧力及び熱が十分な時間にわたって加えられる。コンフォーマル層３２及び接合層４２は、それぞれ第１の基板１２及び第２の基板３６と強固な接着接合を形成することができなければならない。追加で、コンフォーマル層３２と接合層４２との間に、連続的で空隙のない接合界面が形成されるべきである。これは、コンフォーマル層３２、接合層４２、又はその両方を形成するために使用される組成物の選択によって達成することができる。

【0041】

接合パラメータは、接合層４２が形成される組成物の種類に応じて変化するが、典型的な接合温度は、約２５℃～約２００℃、好ましくは約２５℃～約１００℃の範囲であり、典型的な圧力は、圧力なし（すなわち、ボンダによって追加の力を加えずに単に重力接合を使用する）から、約１Ｎ～約５，０００Ｎ、好ましくは約１００Ｎ～約３，０００Ｎのレベルで、約１０秒～約１０分、より好ましくは約１分～約３分の期間、ボンダによって加えられる圧力までの範囲である。接合層４２が熱硬化性組成物から形成される場合、接合圧力及び温度は、硬化する前のその組成物の早い流れを補償するためを低下させることができる。熱硬化性接合組成物は、適用される接合温度及び期間に応じて、接合プロセス中に硬化し始めることができる。必要に応じて、接合後硬化ベークを適用して、接合層４２の硬化プロセスを完了することができる。接合後硬化ベークは、典型的には、約１００℃～約２５０℃、好ましくは約１５０℃～２００℃で約１秒～約６０分間、より好ましくは約５分～約３０分間実行される。

【0042】

この段階で、第１の基板は安全に取り扱われ、第２の基板３６に接合されていなければ第１の基板１２の表面１４及び／又はフィーチャ１８を損傷させた可能性があるさらなるプロセスに供され得る。したがって、構造１０（スタック５２の一部として）は、基板１２及び３６の分離を生じることなく、かつこれらの後続の処理工程中に遭遇する化学物質の浸透なしに、裏面研削、再配線層（ＲＤＬ）形成、パッド形成、化学機械研磨（「ＣＭＰ」）、エッチング、メタライジング、誘電体堆積、パターニング（例えば、フォトリソグラフィ、ビアエッチング）、不動態化、及び／又はアニーリングなどの裏面処理に安全に供することができる。コンフォーマル層３２及び接合層４２は、これらのプロセスに耐えることができるだけでなく、最大約４００℃、好ましくは約２５℃～約３５０℃、より好ましくは約１００℃～約３００℃の処理温度に耐えることもできる。

【0043】

上記の裏面処理は、ウェハツーウェハ接合を伴った。代替的な実施形態では、開示された概念は、チップツーウェハ接合ならびにチップスタッキングに適用することができる。同様の番号が同様の部品を表す図４を参照すると、図１に関して説明したプロセスを繰り返すことができるが、代わりにシリコン貫通電極（「ＴＳＶ」）５４を含む第１の基板１２のフィーチャ１８を有する。ＴＳＶ５４は、第１の端部５６及び第２の端部５８を有し、典型的には、ピラー２０に関して上述したような金属である。さらに、第１の基板１２（すなわち、「下」のコンフォーマル層３２）のはんだバンプ又はボール２２が存在し、第１の端部５６でＴＳＶ５４と接触している。本実施形態では、第１の基板１２は裏面薄化されており、チップを接合できるランディングウェハとして機能している。

【0044】

次に、キャリア基板６４上に支持された１つ又は複数のチップ６２（このような２つのチップ６２を図４（Ａ）に示す）を含むチップ構造６０がプロセスに導入される。チップ６２はまた、第１の端部６８及び第２の端部７０と、第１の端部６８にはんだボール７１とを有するそれぞれのＴＳＶ６６を含む。チップ構造６０は、チップ構造６０のＴＳＶ６６に取り付けられたそのはんだボール７１が位置合わせしてＴＳＶ５４の第２の端部５８に接触するように位置付けられ、そうして接続を完了する。ボンドヘッド４８は、前述の条件に従ってキャリア基板６４を介してチップ構造６０に熱及び圧力を加える。代替で、以下のパラメータ、約１５０℃又は約１００℃未満の接合ヘッド温度、接合時間約１秒、接合力約１０Ｎ、及び底部チャック温度約８０℃を使用することができる。

【0045】

この段階で、成形材料は、従来の塗布方法に従って保護のために塗布することができ、得られた構造は、特定の最終用途のために必要に応じて処理することができる。代替で、この段階で成形材料を塗布する代わりに、複数のそのようなチップ構造６０（例えば、４、８、１２）を、上述のように、かつ成形材料を塗布する前にうまく積層することができる（図４（Ｂ）参照）。さらに、そのような各チップ構造は、同じ、異なる、及び／又はチップレットであり得る。この例では、理想的には、最後のチップ構造６０が取り付けられた後に接合後ステップが適用される。接合後の条件は、典型的には、約２６０℃～約４００℃のボンドヘッド温度、約２０Ｎ～約５０Ｎの接合力、約１０秒未満の接合時間、及び約１５０℃以上の底部チャック温度である。

【0046】

処理が完了すると、基板１２及び３６は、接合層４２を形成するために使用される特定の接合組成物に適していることが知られている任意の数の分離方法によって分離することができる。どの手段が利用されるかにかかわらず、基板１２及び３６を完全に分離するために低機械的力（例えば、指圧、穏やかなウェッジング）を加えることができる。分離後、コンフォーマル層３２が形成される特定の材料を溶解することができる溶媒によって、基板１２の表面１４から残りのコンフォーマル層３２を除去することができる。同様に、接合層４２は、接合層４２が形成される特定の材料を溶解することができる溶媒によって第２の基板３６の第１の面３８から除去されてもよく、したがって、第２の基板３６の再利用を可能にする。

【0047】

有利には、前述の方法にかかわらず、コンフォーマル層３２は、はんだボール２２、銅ピラー、及び基板１２上の、ならびにコンフォーマル層３２によって覆われたデバイス又は構造体が、第１の基板１２の熱圧着及びその後の裏面処理中に変形、シフト、バンプ高さの変化、及び／又は他の損傷を受けることを減少させるか、或いは完全に防止し、より良好な３ＤＩＣ集積化を可能にする。この改善は、視覚的に（例えば、ＳＥＭ）又は音響的に（例えばＳＡＭ）、ならびにデバイス故障の減少などの性能改善を通じて観察することができる。さらに、本方法は、約５μｍ～約１６０μｍ、好ましくは約１０μｍ～約３０μｍを含む広範囲のピッチで機能する。

【0048】

前述の開示に対していくつかの変形を行うことができることが理解されよう。例えば、上記の実施形態では、はんだボール２２はピラー又はＴＳＶに取り付けられているが、はんだボールは、金属ポスト、金属パッド、及び導電層を含む任意の従来の取り付け点又は機構を介して取り付けることができる。様々な取り付け機構は、典型的にはアンダバンプメタル（under-bump metal）（「ＵＢＭ」）の使用を必要とすることが理解されよう。

【0049】

接合層４２の形成中に別の変形が起こり得る。図示の実施形態では、接合層４２は、第２の基板３６の表面３８上に形成された。代替で、接合層４２は、代わりにコンフォーマル層３２上に形成することができる。この実施形態では、次に、第２の基板３６は、上記と同じ接合プロセスに従って、形成された接合層４２に接合される。

【0050】

様々な実施形態のさらなる利点は、本明細書の開示及び以下の実施例を検討すれば、当業者には明らかであろう。本明細書に記載の様々な実施形態は、本明細書に別段の指示がない限り、必ずしも相互に排他的ではないことが理解されよう。例えば、一実施形態で説明又は図示された特徴は、他の実施形態に含まれてもよいが、必ずしも含まれるわけではない。したがって、本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態の様々な組み合わせ及び／又は統合を包含する。

【0051】

本明細書で使用される場合、２つ以上の項目の列挙で使用される場合の「及び／又は、」という語句は、列挙された項目のいずれか１つが単独で使用され得るか、又は列挙された項目の２つ以上の任意の組み合わせが使用され得ることを意味する。例えば、組成物が成分Ａ、Ｂ及び／又はＣを含有又は除外すると記載されている場合、組成物はＡ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡとＢの組み合わせ、ＡとＣの組み合わせ、ＢとＣの組み合わせ、又はＡ、Ｂ及びＣの組み合わせを含有又は除外することができる。

【0052】

本明細書はまた、様々な実施形態に関する特定のパラメータを定量化するために数値範囲を使用する。数値範囲が提供される場合、そのような範囲は、範囲の下限値のみを列挙する請求項の限定ならびに範囲の上限値のみを列挙する請求項の限定に対する文字通りの支持を提供すると解釈されるべきであることを理解されたい。例えば、約１０～約１００の開示された数値範囲は、「約１０より大きい」と記載している請求項（上限なし）及び「約１００未満」と記載している請求項（下限なし）を文字通り支持する。

【実施例】

【0053】

以下の実施例は、本開示による方法を示す。しかしながら、これらの例は例示として提供されており、その中のいかなるものも、全体的な範囲に対する限定として解釈されるべきではないことを理解されたい。

【0054】

実施例１
鉛フリーはんだボールを有するデバイス上の保護層コーティング
バンプ高さ８０μｍ、ピッチ１６０μｍのＳｎＡｇはんだボールを用いて２００ｍｍシリコンデバイスウェハを作製した。高Ｔ_ｇ（３００℃超）熱可塑性組成物（ＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｔ１１０７材料、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．、ミズーリ州ローラ）を、スピンコータ（Ｃｏｓｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＬＬＣ、ミズーリ州ローラから入手）上で１，０００ｒｐｍ、１，０００ｒｐｍ／秒のランプで４５秒間スピンコートすることによって、鉛フリーはんだボールを用いてデバイスウェハ上に約３μｍの厚さにコンフォーマルにコーティングした。ウェハを６０℃のホットプレート上で１分間及び２２０℃で４分間ベークした。ベーク後、保護コーティングのＴＴＶが低い前述の実施形態の一例を示す図５及び図６に示すように、走査型電子顕微鏡を用いてコートの均一性を確認した。

【0055】

実施例２
接合性能評価
熱硬化性接合組成物（ＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｃ１３０１材料、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．、ミズーリ州ローラ）を、スピンコータベークプレートの組み合わせツール（Ｃｅｅ（登録商標）２００ＣＢ、Ｃｏｓｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＬＬＣ、ミズーリ州ローラ）上で１，０００ｒｐｍ、３，０００ｒｐｍ／秒のランプで３０秒間スピンコートすることによって、２つの２００ｍｍシリコンキャリアウェハ上に約５０μｍまでコーティングした。ＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｔ１１０７材料を、１，０００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ／秒のランプで９０秒間のスピンコートによって、他の２つの２００ｍｍシリコンキャリアウェハ上に約３μｍまでコーティングした。次いで、１つのキャリアウェハ及び１つのデバイスウェハを室温で互いに接合し、１８０℃のホットプレート上で５分間、続いて２２０℃で５分間ベークして、第１の接合対を形成した。第２の接合対は、第２のキャリアウェハ及び第２のデバイスウェハと同じステップに従って形成された。接合後、図７及び図８に示すように、走査型音響顕微鏡（「ＳＡＭ」、Ｓｏｎｉｘ（商標），Ｉｎｃ．、バージニア州スプリングフィールドから入手）を用いて、接合された各対について、２つの接合組成物間の空隙を確認した。

【0056】

実施例３
研削、熱評価及び機械的剥離
キャリアウェハに接合しながら、実施例２からの模擬デバイスウェハを、自動グラインダ／ポリッシャ（ＤＧＰ８７６１，ＤＩＳＣＯ，カリフォルニア州から入手可能）を使用して５０μｍまで研磨した。接合対を、２．８ｍｂａｒの真空を有する処理チャンバ内に、一方の対については３５０℃で３０分間、他方の対については４００℃で３０分間配置することによって、熱安定性について評価した。熱評価後、各接合対を、走査型音響顕微鏡を使用して、２つの接合組成物間の接合ラインにおける空隙についてチェックした（図９参照）。

【0057】

実施例４
薄化シリコン接合対の熱圧着
模擬シリコンデバイス及びシリコンキャリアウェハを、実施例２に記載されているように材料及びプロセスでコーティング及び接合した。２層接合システムの組み合わされた厚さは５２μｍであった。次いで、模擬デバイスウェハを、実施例３に記載されているように５０μｍの厚さに薄くした。熱圧着（「ＴＣＢ」）を使用して、薄化デバイスウェハのキャリアウェハから遠い側にダミーシリコンダイ（５ｍｍ×５ｍｍ）を配置した。各ダイのプレースメントフォースは、表１に示すように、６秒間で５ＫｇＦ～１４．５ＫｇＦの範囲であった。この実施例４では、ダイ上に接合材料を使用しなかった。したがって、薄化ウェハのポストボンド検査のためにダイを除去することができる。さらに、ＴＣＢプロセスは、同じ位置でマルチダイ積層をシミュレートするために同じ位置で複数回繰り返すことができる。したがって、１～８ＴＣＢサイクル後の薄化ウェハに対する応力及び熱的影響を評価することができた。

【0058】

【表1】

【0059】

薄化シリコンウェハ上のＴＣＢ後に取得された最初の測定値は、表面平坦性分析を含んでいた。図１０（Ａ）は、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ Ｗａｆｅｒｓｉｇｈｔ（商標）Ｐａｔｔｅｒｎ Ｗａｆｅｒ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｓｙｓｔｅｍによって測定された薄化シリコンの表面にわたるラインスキャンパターンを示し、図１０（Ｂ）は対応するグラフを示す。ラインスキャンの位置は、表１のＤＯＥによって定義された異なるＴＣＢ配置条件に従うようにした。結果は、同じ位置で８回（８Ｘ）繰り返される６秒間の１４．５ＫｇＦの最も極端なＴＣＢ条件では、生成された最大永久変形が１０ｎｍ未満であったことを示している。したがって、５０μｍのシリコンランディングウェハは、２つの仮接合材料によって支持されるだけでなく、デバイス表面に永久的な損傷を引き起こさない。したがって、基板に取り付けられた隣接するチップの配置又は平坦化に対する影響は最小限と予想される。

【0060】

次に、薄化シリコンウェハに対するＴＣＢの影響を、ＴＣＢサイクル中のボンドライン圧縮の指標として仮ｚ軸変形を追跡することによって測定した。換言すれば、シリコンの変形の大きさをリアルタイムで判定する実験を行った。この実験では、比較目的のために基準（対照と同様）を作製した。基準は、処理されていない、別のウェハと接合されていない、又は他の方法で修正されていないシリコンウェハであった。２つの熱可塑性材料、環状オレフィンポリマーを含有する低Ｔ_ｇ（８０℃未満）材料であるＴＢＭ１と、ポリエーテルスルホンを含有する高Ｔ_ｇ（２２０℃超）材料であるＴＢＭ２とを試験した。

【0061】

図１１（Ａ）は、実験のＴＣＢ条件の力及び温度対時間を示す。図１１（Ｂ）は、異なるガラス転移温度（すなわち、ＴＢＭ１及びＴＢＭ２）を有する接合材料によって支持された薄化シリコンに対して実行されたＴＣＢプロセスについて得られたボンドヘッド位置対時間を示す。基準のＺ高さ位置は、熱膨張に起因して９秒のサイクルにわたって増加したことが分かる。低Ｔ_ｇ材料（ＴＢＭ１）のＺ高さ位置は、基礎となる材料の軟化のためにＴＣＢサイクルにわたって減少した。最後に、高Ｔ_ｇ材料（ＴＢＭ２）のＺ高さ位置は基準に厳密に従っており、低Ｔ_ｇ材料よりも良好に薄くされたシリコン支持を提供したことを示している。この比較は、接合温度より高いＴ_ｇを有する熱可塑性材料で最小の仮変形が観察されることを示した。したがって、より高いＴ_ｇ材料は、ボンドラインに埋め込まれたはんだバンプを有する薄化デバイスウェハを支持するためのボンド材料に必要な特性であることが実証された。これにより、ＴＣＢ処理中の基礎となるはんだバンプへの応力及び損傷が回避される。

【0062】

この結論のさらなる確認として、今度は薄化シリコンを支持する二重層システム（すなわち、ＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｔ１１０７及びＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｃ１３０１材料）で同じ実験を繰り返した。基準又は対照は、処理されていない、別のウェハと接合されていない、又は他の方法で修正されていない石英ウェハに切り替えられた。図１２（Ａ）は、実験のＴＣＢ条件の力及び温度対時間を示し、図１２（Ｂ）は、ＴＣＢプロセスの結果のボンドヘッド位置対時間を示す。二重層システムの結果は、２８０℃で１２秒間の５ＫｇＦの接合力の下での基準と二重層システムとの間の一致する傾きを示す。ＴＣＢプロセス中の最大２．５μｍの仮変形（すなわち、Ｚ高さの差）は、石英基板及び仮接合材料の基本的な圧縮性に起因する可能性がある。しかしながら、０．５秒後の並列応答は、基準とシミュレートされた二重層システム接合との間の永久変形がほとんどないことを意味すると考えられる。並列応答はまた、加えられる一定の力に起因する仮接合材料の圧縮性の程度を示すことができる。それにもかかわらず、この変形の程度は、埋め込まれたはんだバンプ又はボール、それらの形状、及びデバイスウェハに対するそれらの電気的完全性を保護するのに十分であると予想される。

【0063】

実施例５
銅ピラーを有するウェハの試験
４５μｍの銅ピラー、１５μｍのＳｎＡｇはんだキャップ、及び２００μｍピッチを有するデバイスウェハを、より高いポリマー固体及び３２０℃のＴ_ｇを有する異なる溶媒比（Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、ミズーリ州ローラから入手可能）を有するＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｔ１１０７熱可塑性接合材料の実験版でコーティングした。熱可塑性接合材料を使用して、より急峻な形状を有するデバイスをコーティングした。熱可塑性接合材料を、５μｍコンフォーマルコート用のＣｅｅ（登録商標）スピンコータで１，２５０ｒｐｍ、１，０００ｒｐｍ／秒のランプで３０秒間コーティングした。次いで、コーティングされたデバイスウェハを１２０℃のホットプレート上で５分間、続いて２２０℃で５分間ベークした。はんだキャップを有するコーティングされた銅ピラーは、図１３に示すように走査型電子顕微鏡によって撮像され、これは、保護コーティングがコンフォーマル（すなわち、平坦化しない）であるが、そのＴＴＶがはるかに緩和されている（すなわち、フィーチャ／構造間の厚さは、それらのフィーチャ／構造の上部又は側面のコーティングの厚さよりもはるかに大きい（約１０倍）前述の実施形態を示す。

【0064】

４インチガラスキャリアウェハを、ＢｒｅｗｅｒＢＯＮＤ（登録商標）Ｃ１３０１－１２０材料で、８００ｒｐｍ、５００ｒｐｍ／ｓのランプで９０秒間、Ｃｅｅ（登録商標）スピナで材料をスピンコートすることによりコーティングして、約１００μｍの厚さのコーティングを得た。

【0065】

これらのデバイスウェハ及びキャリアウェハを、ボンダ（Ｃｏｓｔ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＬＬＣ、ミズーリ州ローラから入手可能なＡｐｏｇｅｅ（商標）、Ｂｏｎｄｅｒ）で２５℃、０ニュートンにて３分間接合した。次いで、接合スタックを１８０℃で５分間及び２２０℃で５分間熱硬化させた。接合スタックを硬化すると、熱圧着シミュレーションのためにスタックをボンダに戻した。ボンダの上部プラテンを３００℃に設定し、下部プラテンは１００℃に設定した。ガラスウェハを底部プラテンに接触させた状態で、接合スタックを底部プラテン上に配置した。次いで、接合スタックを、１，６５０Ｎの力を用いて１５秒間圧縮した。次いで、接合スタックを剥離し、デバイスウェハを洗浄して、すべての熱可塑性接合材料を除去した。分離洗浄したデバイスウェハを、図１４に示すように走査型電子顕微鏡で撮像した。図１５は、この同じ試験セットからの別のサンプルを示し、左側は銅ピラー上のコーティングを示し、右側は熱可塑性接合層の存在を示す。この実施例５は、材料が処理中のＳｎＡｇはんだキャップへの損傷を効果的に軽減することをさらに実証している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【国際調査報告】