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WO2025249309A1 - 樹脂組成物、硬化物、積層体、半導体デバイス及び積層体の製造方法 - Google Patents

樹脂組成物、硬化物、積層体、半導体デバイス及び積層体の製造方法

Info

Publication number
WO2025249309A1
WO2025249309A1 PCT/JP2025/018690 JP2025018690W WO2025249309A1 WO 2025249309 A1 WO2025249309 A1 WO 2025249309A1 JP 2025018690 W JP2025018690 W JP 2025018690W WO 2025249309 A1 WO2025249309 A1 WO 2025249309A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
group
formula
resin
carbon atoms
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2025/018690
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康大 野村
将也 壽慶
優 荘司
勇剛 谷垣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Publication of WO2025249309A1 publication Critical patent/WO2025249309A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/34Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyamides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/20Carboxylic acid amides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • H10P95/00
    • H10W72/071

Definitions

  • the present invention relates to a resin composition, a cured product, a laminate, a semiconductor device, and a method for producing a laminate.
  • Hybrid bonding includes the wafer-to-wafer (W2W) process, which bonds wafers together, and the chip-to-wafer (C2W) process, which bonds chips to wafers.
  • the C2W process uses a polyimide resin composition with a low elastic modulus instead of the conventional SiO2 for the insulating layer, suppressing voids caused by foreign matter that occur when dicing chips, thereby improving the reliability of the laminate (Patent Document 2).
  • polyimide which has a higher average linear expansion coefficient than metal electrodes
  • polyimide with an average linear expansion coefficient close to that of metal electrodes tends to exhibit a high elastic modulus, which tends to reduce adhesive strength in hybrid bonding, making its application difficult.
  • the present invention has the following configuration.
  • the method includes steps (I), (II), and (III) in this order, At least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer is made of a cured product of the resin composition (D),
  • the resin composition (D) contains a resin (E) and a solvent
  • the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by formula (1-A) and a repeating unit represented by formula (1-B)
  • the resin (E) further contains either or both of a repeating unit represented by formula (1-C) and a repeating unit represented by formula (1-D)
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-A) and the repeating units represented by formula (1-B) in the resin (E) is 80 to 99 mol %
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-C) and the repeating units represented by formula (1-D) in the resin (E) is 1 to 10 mol %.
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a group represented by formula (2). Each s independently represents an integer from 1 to 50.
  • R 8 and R 9 each independently represent an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 4 to R 7 each independently represent an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a phenyl group, or a phenoxy group.
  • Each X independently represents any group represented by formula (3)
  • each Y independently represents a group represented by formula (4).
  • R10 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R11 represents an alkylidene group having 1 to 5 carbon atoms.
  • * represents a bonding site.
  • n represents an integer of 0 to 3
  • m represents an integer of 1 or 2.
  • * represents a bonding site.
  • R2 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxy group, a sulfonic acid group, or a mercapto group.
  • Z represents a bond, atom, or group selected from a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a sulfonyl group, an S atom, an O atom, a CO group, and a COO group.
  • * represents a bonding site.
  • R 12 , R 13 , R 14 and R 15 each independently represent a group having 1 to 5 carbon atoms, 0 to 2 oxygen atoms and 0 to 1 nitrogen atoms, or a hydrogen atom.
  • step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment in a temperature range of 30 to 100°C.
  • the method includes steps (I), (II), and (III) in this order, At least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer has an average linear expansion coefficient of 0 to 40 ppm/K in a temperature range of 50 to 150°C, the step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment in a temperature range of 30 to 100°C; A method for manufacturing a laminate.
  • the resin composition (D) contains a resin (E) and a solvent,
  • the resin (E) has either or both
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a group represented by formula (2). Each s independently represents an integer from 1 to 50.
  • R 8 and R 9 each independently represent an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 4 to R 7 each independently represent an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a phenyl group, or a phenoxy group.
  • Each X independently represents any group represented by formula (3)
  • each Y independently represents a group represented by formula (4).
  • R10 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R11 represents an alkylidene group having 1 to 5 carbon atoms.
  • * represents a bonding site.
  • n represents an integer of 0 to 3
  • m represents an integer of 1 or 2.
  • * represents a bonding site.
  • R2 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxy group, a sulfonic acid group, or a mercapto group.
  • Z represents a bond, atom, or group selected from a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a sulfonyl group, an S atom, an O atom, a CO group, and a COO group.
  • * represents a bonding site.
  • step (III) The method for manufacturing a laminate described in any one of [1] to [5], wherein in step (III), the bonding pressure when bonding the first substrate and the second substrate is 0.1 to 1.0 MPa.
  • step (I) includes a smoothing step using at least one of chemical mechanical polishing and surface planing.
  • step (III) when the first substrate and the second substrate are bonded, the temperature of the bonding stage and the temperature of the bonding head are both 250°C or less, and at least one of the temperature of the bonding stage and the temperature of the bonding head is 50°C or higher.
  • a composition comprising a resin (E) and a solvent,
  • the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by formula (1-A) and a repeating unit represented by formula (1-B),
  • the resin (E) further contains either or both of a repeating unit represented by formula (1-C) and a repeating unit represented by formula (1-D),
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-A) and the repeating units represented by formula (1-B) in the resin (E) is 80 to 99 mol %
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-C) and the repeating units represented by formula (1-D) in the resin (E) is 1 to 10 mol %.
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a group represented by formula (2). Each s independently represents an integer from 1 to 50.
  • R 8 and R 9 each independently represent an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 4 to R 7 each independently represent an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a phenyl group, or a phenoxy group.
  • Each X independently represents any group represented by formula (3)
  • each Y independently represents a group represented by formula (4).
  • R10 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R11 represents an alkylidene group having 1 to 5 carbon atoms.
  • * represents a bonding site.
  • n represents an integer of 0 to 3
  • m represents an integer of 1 or 2.
  • * represents a bonding site.
  • R2 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxy group, a sulfonic acid group, or a mercapto group.
  • Z represents a bond, atom, or group selected from a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a sulfonyl group, an S atom, an O atom, a CO group, and a COO group.
  • * represents a bonding site.
  • R 12 , R 13 , R 14 and R 15 each independently represent a group having 1 to 5 carbon atoms, 0 to 2 oxygen atoms and 0 to 1 nitrogen atoms, or a hydrogen atom.
  • the present invention provides a resin composition that can bond two substrates together to form a highly reliable laminate with high adhesive strength, a cured product, a laminate comprising the cured product, a semiconductor device comprising the laminate, and a method for manufacturing the laminate.
  • the term “repeating unit” refers to a regularly repeated chemical structural unit derived from the chemical structure of a monomer contained in a polymer compound.
  • the polymer compound is a polyimide or polyamic acid
  • the “repeating unit” refers to a structure in which a diamine corresponding to the monomer and a tetracarboxylic dianhydride or a derivative thereof, or a tetracarboxylic acid or a derivative thereof are bonded via an imide bond or an amide bond.
  • the polymer compound has a terminal-capped structure, the chemical structure adjacent to the terminal-capped structure is included in the "repeating unit.”
  • the "cyclization rate" of a resin in the present invention refers to a value obtained by measuring the infrared absorption spectrum of a cured product and calculating the imide ring closure rate from the intensities of peaks (near 1780 cm -1 and 1377 cm -1 ) derived from imide structures.
  • the cyclization rate (imide ring closure rate) can be calculated from the intensity of the peaks derived from imide structures of the sample being measured, with the intensity of the peaks derived from imide structures of the sample being heat-treated for 1 hour being taken as the peak intensity for a cyclization rate (imide ring closure rate) of 100%.
  • Hybrid bonding in the present invention refers to a method of activating at least one surface of a first substrate having an exposed metal electrode (A-1) and an exposed resin layer (B-1) on the same surface of a substrate body, and a second substrate having an exposed metal electrode (A-2) and an exposed resin layer (B-2) or inorganic insulating layer (C) on the same surface of the substrate body, by plasma treatment or UV irradiation;
  • This is a technique in which at least a portion of the (A-1) metal electrode and the (A-2) metal electrode, and at least a portion of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer or the (C) inorganic insulating layer are opposed to each other, and the first substrate and the second substrate are joined by direct bonding.
  • direct bonding means joining two surfaces without using a material that aids bonding, such as an adhesive.
  • a material that aids bonding such as an adhesive
  • the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer do not exist at the bonding interface between the electrodes in the laminate, so they do not qualify as adhesive aids. Furthermore, further steps not described here may be added.
  • the resin composition of the first aspect of the present invention contains a resin (E) and a solvent,
  • the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by formula (1-A) and a repeating unit represented by formula (1-B),
  • the resin (E) further contains either or both of a repeating unit represented by formula (1-C) and a repeating unit represented by formula (1-D),
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-A) and the repeating units represented by formula (1-B) in the resin (E) is 80 to 99 mol %
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-C) and the repeating units represented by formula (1-D) in the resin (E) is 1 to 10 mol %. It is a resin composition.
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a group represented by formula (2). Each s independently represents an integer from 1 to 50.
  • R 8 and R 9 each independently represent an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 4 to R 7 each independently represent an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a phenyl group, or a phenoxy group.
  • Each X independently represents any group represented by formula (3), and each Y independently represents a group represented by formula (4).
  • the above-mentioned substituents and structures may have heteroatoms and may be either unsubstituted or substituted.
  • R10 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R11 represents an alkylidene group having 1 to 5 carbon atoms.
  • * represents a bonding site.
  • n represents an integer of 0 to 3
  • m represents an integer of 1 or 2.
  • * represents a bonding site.
  • R2 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxy group, a sulfonic acid group, or a mercapto group.
  • Z represents a bond, atom, or group selected from a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a sulfonyl group, an S atom, an O atom, a CO group, and a COO group.
  • * represents a bonding site.
  • the above-mentioned substituents and structures may contain heteroatoms and may be either unsubstituted or substituted.
  • the resin composition of the present invention is preferably used to form a resin layer in hybrid bonding.
  • a cured product of the resin composition of the present invention as a resin layer in hybrid bonding, a laminate with high adhesive strength and high reliability can be obtained.
  • the reason for this is presumed to be as follows. However, the following presumption is not intended to limit the scope of the resin composition of the present invention, but is provided as an example.
  • Resin (E) in the resin composition of the present invention has either or both of repeating units represented by formula (1-A) and repeating units represented by formula (1-B), and further has either or both of repeating units represented by formula (1-C) and repeating units represented by formula (1-D).
  • the total repeating units contained in resin (E) is taken as 100 mol%
  • the sum of repeating units represented by formula (1-A) and repeating units represented by formula (1-B) in resin (E) is 80 to 99 mol%
  • resin (E) has high rigidity. This rigidity is thought to reduce the difference in average linear expansion coefficient with the metal electrode when a cured product is formed, contributing to stress relaxation on the laminate, suppression of stress-induced cracking, and reduction of substrate warpage, thereby improving the reliability of the laminate.
  • resin (E) in the resin composition of the present invention contains a group having a siloxane bond in which a silicon atom is bonded to an alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, or arylene group.
  • the silanol groups generated by cleavage of the siloxane bond in part of the outermost surface are highly reactive, increasing the surface free energy of the bonding interface and achieving high adhesive strength in direct bonding.
  • the resin (E) in the present invention will be described below.
  • the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by formula (1-A) and a repeating unit represented by formula (1-B), Furthermore, the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by formula (1-C) and a repeating unit represented by formula (1-D),
  • the total of the repeating units represented by formula (1-A) and the repeating units represented by formula (1-B) in the resin (E) is 80 to 99 mol %
  • the total of the repeating units represented by formula (1-C) and the repeating units represented by formula (1-D) in the resin (E) is 1 to 10 mol %.
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a group represented by formula (2), and from the viewpoint of suppressing metal migration, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferred. As the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a methyl group is preferred. In addition, since it is believed that hydroxyl groups are generated by plasma or UV treatment in hybrid bonding, which improves the bonding strength of the laminate, it is also one preferred embodiment that R 1 each independently represents a group represented by formula (2).
  • R 10 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R 11 represents an alkylidene group having 1 to 5 carbon atoms.
  • a preferred example of R 10 is a methyl group.
  • a preferred example of R 11 is a methylene group, but is not limited thereto.
  • s is each independently an integer of 1 to 50, and is preferably 1 from the viewpoint of film strength. Also, in terms of the adhesive strength of the laminate, it is also a preferred embodiment that s is each independently 2 to 50.
  • R 8 and R 9 are each independently an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, preferably an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably an n-propylene group.
  • R 4 to R 7 are each independently an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a phenyl group, or a phenoxy group, preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
  • X is each independently any group represented by formula (3).
  • n is an integer from 0 to 3
  • m is an integer from 1 to 2. From the perspective of reducing stress with the metal wiring, n is preferably 1, and m is preferably 0.
  • n is 1, X is a biphenyl group, and when m is 0, X is a phenyl group.
  • Y is each independently a group represented by formula (4).
  • Z is a bond, atom, or group selected from a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a sulfonyl group, an S atom, an O atom, a CO group, and a COO group.
  • R2 and R3 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxy group, a sulfonic acid group, or a mercapto group.
  • p is an integer from 0 to 4
  • q is an integer from 0 to 4
  • r is an integer from 0 to 2.
  • p and q are each 0.
  • p and q are 1, and R2 and R3 are methoxy groups.
  • r is 1 to 2.
  • r is 0.
  • the total of repeating units represented by formula (1-A) and repeating units represented by formula (1-B) in resin (E) is preferably 80 mol% or more, more preferably 85 mol% or more, and even more preferably 90 mol% or more, from the viewpoint of improving the reliability of the laminate.
  • the total of repeating units represented by formula (1-A) and repeating units represented by formula (1-B) in resin (E) is preferably 99 mol% or less, more preferably 97 mol% or less, and even more preferably 95 mol% or less, from the viewpoint of improving the reliability and adhesive strength of the laminate.
  • the total of repeating units represented by formula (1-C) and repeating units represented by formula (1-D) in resin (E) is preferably 1 mol% or more, more preferably 2 mol% or more, and even more preferably 4 mol% or more, from the viewpoint of improving adhesive strength.
  • the total of repeating units represented by formula (1-C) and repeating units represented by formula (1-D) in resin (E) is preferably 10 mol% or less, more preferably 8 mol% or less, and even more preferably 6 mol% or less, from the viewpoint of improving the reliability and adhesive strength of the laminate.
  • the resin (E) of the present invention preferably has either or both of a repeating unit represented by formula (6-A) and a repeating unit represented by formula (6-B).
  • the total of repeating units represented by formula (6-A) and repeating units represented by formula (6-B) in resin (E) is preferably 1 mol% or more, and more preferably 3 mol% or more, from the viewpoint of improving film strength and suppressing outgassing.
  • the total of repeating units represented by formula (6-A) and repeating units represented by formula (6-B) in resin (E) is preferably 18 mol% or less, more preferably 10 mol% or less, and even more preferably 5 mol% or less, from the viewpoint of improving film strength and suppressing outgassing.
  • R 1 and X are the same as the preferred forms of R 1 and X in formula (1-A), formula (1-B), formula (1-C), and formula (1-D).
  • W is each independently a group having a heterocycle containing 1 to 25 carbon atoms and 2 to 4 nitrogen atoms, and W is preferably a group selected from formula (7).
  • the above-mentioned substituents and structures may have heteroatoms and may be either unsubstituted or substituted.
  • R 16 , R 17 and R 18 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. * represents a bonding site. In formula (7), it is more preferable that R 16 , R 17 and R 18 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group.
  • the above-mentioned substituents and structures may have heteroatoms, and may be either unsubstituted or substituted.
  • Resin (E) of the present invention may contain repeating units other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A), and (6-B), as long as the properties are not impaired. Repeating units other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A), and (6-B) may be present in an amount of 1 to 19 mol %, assuming that the total repeating units in resin (E) as a whole are 100 mol %.
  • Resin (E) of the present invention may contain the following residues:
  • X represents a residue of 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic acid (pyromellitic acid), 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic acid, 2,3,3',4'-biphenyltetracarboxylic acid, 2,2',3,3'-biphenyltetracarboxylic acid, 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic acid, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic acid, or a tetracarboxylic acid dianhydride, tetracarboxylic acid dichloride, or tetracarboxylic acid activated diester thereof, and among these, X is
  • X is also preferably a residue of 2,3,3',4'-biphenyltetracarboxylic acid or 2,2',3,3'-biphenyltetracarboxylic acid. These residues may be contained in the resin alone or in combination of two or more.
  • Y is m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 3-sulfonic acid-4,4'-diaminodiphenyl ether, 1,4-bis(4-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene, 1,3-bis(4-aminophenoxy)benzene, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 2,2-bis(4-aminophenyl)hexafluoropropane, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone,
  • Y is preferably a residue of p-phenylenediamine or 4,4'-diaminodiphenyl ether.
  • Y is also preferably a residue of 3,4'-diaminodiphenyl ether or 1,3-bis(3-aminophenoxy)benzene. These residues may be contained alone or in combination with other residues.
  • the structures represented by formula (1-C) and formula (1-D) contain diamine residues having a siloxane structure, and examples of diamine residues having a siloxane structure include 1,3-bis(4-anilino)tetramethyldisiloxane, 1,3-bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane, bis(p-aminophenyl)octamethylpentasiloxane, PAM-E, KF-8010, X-22-161A, X-22-161B, KF-8012, and KF-8008.
  • the diamine residue having a siloxane structure is preferably a residue of 1,3-bis(4-anilino)tetramethyldisiloxane or 1,3-bis(3-aminopropyl)tetramethyldisiloxane.
  • W is a group having 1 to 25 carbon atoms and a heterocyclic ring containing 2 to 4 nitrogen atoms, i.e., a diamine residue having 1 to 25 carbon atoms and a heterocyclic ring containing 2 to 4 nitrogen atoms.
  • diamine residues having 1 to 25 carbon atoms and a heterocyclic ring containing 2 to 4 nitrogen atoms include residues of 1H-1,2,4-triazole-3,5-diamine, 1H-1,3-imidazole-2,4-diamine, 4,40-((5-methylpyrimidine-2,4-diyl)bis(oxy))dianiline, and 4,40-((6-methylpyrimidine-2,4-diyl)bis(oxy))dianiline.
  • the diamine residue having 1 to 25 carbon atoms and a heterocyclic ring containing 2 to 4 nitrogen atoms is preferably a residue of 1H-1,2,4-triazole-3,5-diamine.
  • resin (E) of the present invention has repeating units other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A) and (6-B), examples of the residue of a tetracarboxylic acid anhydride constituting a repeating unit other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A) and (6-B) include 2,2',3,3'-benzophenonetetracarboxylic acid, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic acid, bis(3,4-dicarboxylate), phenyl)methane, bis(2,3-dicarboxyphenyl)methane, 1,1-bis(3,4-dicarboxyphenyl)ethane, 1,1-bis(2,3-dicarboxyphenyl)ethane, 2,2-bis(3,4-dicarboxyphenyl)propane, 2,2-bis(2,3-dicarboxyphenyl)propane, 2,2'-bis[4-
  • resin (E) it is preferable for resin (E) to contain a residue of a tetracarboxylic acid or acid dianhydride having a siloxane structure, as this allows direct bonding at low temperatures of room temperature to approximately 100°C.
  • acid dianhydrides having a siloxane structure include residues of X-22-168AS, X-22-168A, X-22-168B, or X-22-168-P5-B.
  • examples of diamine residues constituting repeating units other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A) and (6-B) include bis(4-aminophenoxy)biphenyl, 1,5-naphthalenediamine, 2,6-naphthalenediamine, 9,10-anthracenediamine, 4,4'-diaminobenzanilide, 3-carboxy-4,4'-diaminodiphenyl ether, bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]ether, bis(4-aminophenoxyphenyl)sulfone, bis(3-amino phenoxyphenyl)sulfone, 2,7-diaminofluorene, 9,9-bis(4-aminophenyl)fluorene, 2-(4-aminophenyl)-5-aminobenzoxazole, 2-(3-aminophenyl)-5-aminobenzoxazole, 2-(4-
  • repeating units other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A) and (6-B) have phenolic hydroxyl groups, the adhesive strength at the time of joining is improved and corrosion can be reduced when the metal electrode is copper or silver. Therefore, repeating units other than those represented by formulas (1-A) to (1-D), (6-A) and (6-B) may contain residues of bisaminophenol compounds, as long as the properties are not impaired.
  • Examples of the residue of a bisaminophenol compound include bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)ether, bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)methylene, bis[N-(3-aminobenzoyl)-3-amino-4-hydroxyphenyl]sulfone, bis[N-(4-aminobenzoyl)-3-amino-4-hydroxyphenyl]sulfone, bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)sulfone, 2,2'-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)propane, 2,2'-bis[N-(3-aminobenzoyl)-3-amino-4-hydroxyphenyl]propane, 2,2'-bis[N-(4-aminobenzoyl)-3-amino-4-hydroxyphenyl]propane, 9,9-bis(3-amino-4-hydroxyphenyl)fluorene, 9,9-bis[N-(3-
  • the weight-average molecular weight of resin (E) is preferably 1,000 or more, more preferably 10,000 or more.
  • the weight-average molecular weight of resin (E) is preferably 100,000 or less, more preferably 60,000 or less.
  • the weight-average molecular weight (Mw) of resin (E) can be confirmed using a GPC (gel permeation chromatography) apparatus Waters 2690-996 (manufactured by Nihon Waters Co., Ltd.).
  • the weight-average molecular weight (Mw) can be calculated in terms of polystyrene by measuring N-methyl-2-pyrrolidone as the developing solvent.
  • Solvents used in the polymerization of resin (E) include, but are not limited to, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N,N'-dimethylpropyleneurea, amides such as N,N-dimethylisobutyric acid amide or methoxy-N,N-dimethylpropionamide, cyclic esters such as ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ -caprolactone or ⁇ -methyl- ⁇ -butyrolactone, carbonates such as ethylene carbonate or propylene carbonate, glycols such as triethylene glycol, propylene glycol or propylene glycol monomethyl ether acetate, phenols such as m-cresol or p-cresol, acetophenone, sulfo
  • the resin composition of the present invention contains a solvent, and examples of the solvent include polar aprotic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -valerolactone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N,N'-dimethylpropyleneurea, N,N-dimethylisobutyric acid amide, and methoxy-N,N-dimethylpropionamide; ethers such as tetrahydrofuran, dioxane, propylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and diisobutyl ketone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate
  • the HSP value is the Hansen solubility parameter calculated using the Stefanis-Panayiotou equation described in non-patent literature (Emmanuel Stefanis and Costas Panayiotou, Int J Thermophys (2008) 29:568-585).
  • a solvent with a boiling point of 180°C or less is also preferable.
  • the solvent content is preferably 100 parts by mass or more per 100 parts by mass of resin (E) to dissolve the resin, and preferably 1,500 parts by mass or less to form a coating film with a thickness of 1 ⁇ m or more.
  • the resin composition of the present invention preferably further contains a curing accelerator.
  • Hybrid bonding is also expected to be applied to the manufacture of devices sensitive to thermal history, and the manufacturing process is preferably carried out at a low temperature of 250°C or less.
  • the inclusion of a curing accelerator enables high imidization by forming a cured product at a temperature of 250°C or less. It is believed that the reduction in the proportion of carboxylic acid in the resin can suppress metal ion migration, and that the resulting high film properties can produce a highly reliable cured product, as well as suppressing a decrease in adhesive strength due to the generation of voids at the adhesive interface caused by degassing during hybrid bonding.
  • the resin composition of the present invention may contain, as a curing accelerator, imidazole, pyrazole, triazole, tetrazole, benzimidazole, naphthoimidazole, indazole, benzotriazole, purine, imidazoline, pyrazoline, pyridine, quinoline, isoquinoline, dipyridyl, diquinolyl, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, phthalazine, quinoxaline, quinazoline, cinnoline, naphthyridine, acridine, phenanthridine, benzoquinoline, benzoisoquinoline, benzocinnoline, benzophthalazine, benzoquinoxaline, benzoquinazoline, phenanthroline, or phenazine.
  • imidazole imidazole
  • pyrazole triazole, tetrazole
  • benzimidazole naph
  • the resin composition may contain two or more of these.
  • the resin composition of the present invention preferably contains a compound represented by formula (5) as a curing accelerator.
  • R 12 , R 13 , R 14 and R 15 each independently represent a group having 1 to 5 carbon atoms, 0 to 2 oxygen atoms and 0 to 1 nitrogen atoms, or a hydrogen atom.
  • Examples of groups having 1 to 5 carbon atoms, 0 to 2 oxygen atoms, and 0 to 1 nitrogen atoms include methyl, ethyl, propyl, methoxycarbonylaminomethyl, methoxycarbonylaminoethyl, aminoethyl, and aminopropyl groups.
  • the above-mentioned substituents and structures may contain heteroatoms and may be either unsubstituted or substituted.
  • the resin composition of the present invention preferably contains 0.1 to 3 parts by mass of the compound represented by formula (5) per 100 parts by mass of resin (E).
  • Examples of compounds represented by formula (5) include 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 4-ethyl-2-methylimidazole, 1-methyl-4-ethylimidazole, 1-methoxycarbonylaminomethylimidazole, 1-(2-methoxycarbonylaminoethyl)-2-methylimidazole, 1-(2-aminoethyl)-2-methylimidazole, and 1-(3-aminopropyl)-2-methylimidazole.
  • a compound represented by formula (5) in the resin composition, sufficient curing acceleration effects can be achieved at curing temperatures of 200°C or less, which are expected for hybrid bonding applications.
  • the boiling point of the curing accelerator is preferably 100°C to 200°C, and more preferably 120°C to 180°C. Within this range, the effect of the curing accelerator is exhibited and the amount of outgassing during hybrid bonding can be suppressed.
  • the content of the curing accelerator is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.3 parts by mass or more, and even more preferably 0.5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the curing accelerator is preferably 3 parts by mass or less, more preferably 2 parts by mass or less, and even more preferably 1 part by mass or less, per 100 parts by mass of resin (E). Within this range, the effects of the additive can be obtained, the storage stability of the resin composition is excellent, and the amount of outgassing from the cured product during hybrid bonding can be suppressed.
  • the resin composition of the present invention preferably further contains a silane coupling agent.
  • the resin composition of the present invention preferably contains, as the silane coupling agent, a silane coupling agent such as 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, or 3-mercaptopropyltrimethoxysilane.
  • the silane coupling agent is preferably contained within a range that does not impair the storage stability of the resin composition of the present invention.
  • silanol groups are generated during plasma or UV treatment in hybrid bonding, and their high reactivity tends to increase the adhesive strength of the laminate.
  • the content of the silane coupling agent is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, and even more preferably 1 part by mass or more, per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the silane coupling agent is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less, and even more preferably 3 parts by mass or less, per 100 parts by mass of resin (E).
  • silane coupling agents cause outgassing, but by mixing them with the resin containing siloxane bonds in this invention, they interact with the silanol groups generated during hybrid bonding, forming covalent bonds, which is thought to suppress outgassing.
  • the resin composition of the present invention preferably further contains a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent preferably has a methylol group or an alkoxymethyl group.
  • the number of methylol groups or alkoxymethyl groups contained in the crosslinking agent is preferably 2 or more, more preferably 3 or more. It is believed that the presence of these groups generates hydroxyl groups during the surface activation step by plasma or UV treatment in hybrid bonding, leading to an increase in surface free energy and an increase in bonding strength.
  • Crosslinking agents include, but are not limited to, MX-290, NIKALAC (registered trademark) MX-280, NIKALAC MX-270, NIKALAC MX-279, NIKALAC MW-100LM, and NIKALAC MX-750LM (all trade names, manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.), as well as the following crosslinking agents. Two or more of these may be contained.
  • the content of the crosslinking agent is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, and even more preferably 5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the crosslinking agent is preferably 30 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less, and even more preferably 15 parts by mass or less, per 100 parts by mass of resin (E).
  • the resin composition of the present invention preferably further contains an antioxidant.
  • an antioxidant in the resin composition, oxidative degradation of the resin to be mixed can be suppressed.
  • the rust-preventing effect on metal materials can suppress metal oxidation due to external moisture and the resulting decrease in adhesion and peeling. These effects are presumed to improve the long-term reliability of the laminate.
  • Preferred antioxidants are hindered phenol-based antioxidants or hindered amine-based antioxidants. Furthermore, the number of phenol groups or amino groups per molecule is preferably two or more, and more preferably four or more, as this makes it easier to obtain antioxidant effects. Adding an antioxidant with this structure can improve the mechanical properties of the cured product after reliability tests such as high-temperature storage tests, and can suppress peeling from metal materials.
  • the content of the antioxidant is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more, per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the antioxidant is preferably 3 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or less, and even more preferably 0.5 parts by mass or less, per 100 parts by mass of resin (E).
  • the resin composition of the present invention preferably further contains a photosensitizer.
  • a photosensitizer By incorporating a photosensitizer into the resin composition, the resin composition can be made photosensitive. Forming a resin layer using a photosensitive resin composition simplifies the manufacturing method for the first substrate and the second substrate, and the photosensitizer can promote the reaction of the crosslinker, thereby enabling control of the elastic modulus.
  • a positive or negative photosensitizer is preferred.
  • a photopolymerization initiator or a photoacid generator is preferred. Among these, materials containing a photoacid generator are preferred from the standpoint of resolution.
  • a photoacid generator When imparting positive photosensitivity to a resin composition, a photoacid generator is preferred, and a naphthoquinone diazide compound is more preferred.
  • Specific examples of photopolymerization initiators and photoacid generators include those described in JP 2018-165819 A. Preferred examples are also similar.
  • the preferred content of the photosensitizer is 0.1 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the resin (E).
  • the resin composition of the present invention preferably further contains a degassing inhibitor.
  • N,N-dimethyl-3-(dimethylamino)propanamide is a preferred degassing inhibitor in the present invention.
  • the presence of a degassing inhibitor can suppress degassing. The reason for this is presumed to be that the degassing inhibitor interacts with low-molecular-weight components to suppress gasification of the low-molecular-weight components.
  • the resin composition of the present invention preferably contains 0.001 to 3 parts by mass of N,N-dimethyl-3-(dimethylamino)propanamide per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the outgassing inhibitor is preferably 0.001 parts by mass or more, more preferably 0.005 parts by mass or more, even more preferably 0.01 parts by mass or more, even more preferably 0.05 parts by mass or more, and particularly preferably 0.1 parts by mass or more per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the outgassing inhibitor is preferably 3 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or less, and even more preferably 0.5 parts by mass or less per 100 parts by mass of resin (E).
  • the content of the outgassing inhibitor in the resin composition of the present invention is more preferably 0.1 to 300 parts by mass per 100 parts by mass of the curing accelerator.
  • the content of the outgassing inhibitor is preferably 0.1 part by mass or more, more preferably 0.5 part by mass or more, even more preferably 1 part by mass or more, even more preferably 5 parts by mass or more, and particularly preferably 10 parts by mass or more per 100 parts by mass of the curing accelerator.
  • the content of the outgassing inhibitor is preferably 300 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, and even more preferably 50 parts by mass or less per 100 parts by mass of the curing accelerator.
  • the resin composition of the present invention may contain an optional resin in addition to the resin (E) as long as the properties are not impaired.
  • the optional resin include polysiloxane, acrylic polymer, epoxy resin, novolac resin, polybenzoxazole, and polybenzoxazole precursor.
  • the content of the optional resin is preferably 0.1 to 20 parts by mass per 100 parts by mass of the resin (E).
  • the cured product of the present invention is a cured product obtained by curing the resin composition of the present invention.
  • the cured product in the present invention can be obtained by applying the resin composition to a substrate body by a known method such as spin coating, slit die coating, spray coating, or inkjet coating, and then subjecting the coating film to a drying step of drying by heating with a hot plate, an oven, or infrared rays, and refers to a film in which the cyclization rate of resin (E) in the resin composition has reached 50% or more and the solvent content relative to the mass of the entire cured product has reached 5% by mass or less after the drying step.
  • the thickness of the film applied to the substrate is preferably 0.5 to 15 ⁇ m, more preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • it can be formed by lamination. A drying process may also be performed after lamination.
  • the film may be cured by at least one heat treatment, if necessary.
  • the curing temperature can be selected appropriately from a temperature range of 100°C to 400°C, and the curing time can be selected from 3 minutes to 3 hours depending on the purpose. Curing at 150°C to 250°C is preferred, and curing at 180°C to 220°C is even more preferred.
  • the cyclization rate of the resin (E) in the cured product is preferably greater than 90%, more preferably 92% or higher, and even more preferably 95% or higher.
  • the cyclization rate of the resin (E) in the cured product is preferably 100% or lower. This can suppress metal ion migration between the cured product and the metal electrode, improving the reliability of the resulting laminate. If the cyclization rate of the cured resin composition is high, the adhesive strength of the laminate produced by hybrid bonding tends to decrease. However, by using a cured product of the resin composition of the present invention containing a resin having a siloxane bond, it is believed that hybrid bonding with high adhesive strength can be achieved by using a cured product with a high cyclization rate in the resin layer. As mentioned above, it is preferable that the cyclization rate be such that the imide ring closure rate is within the above range.
  • the average linear expansion coefficient of the cured product in the temperature range of 50 to 150°C is preferably 0 ppm/K or more, more preferably 15 ppm/K or more, and even more preferably 17 ppm/K or more. Meanwhile, the average linear expansion coefficient of the cured product in the temperature range of 50 to 150°C is preferably 40 ppm/K or less, more preferably 30 ppm/K or less, and even more preferably 25 ppm/K or less. A value within this range reduces the difference in linear expansion coefficient with copper, making it easier to ensure the reliability of the laminate after bonding.
  • average linear expansion coefficient in the temperature range of 50 to 150°C refers to the slope of a linear function obtained by approximating the linear expansion amount measured in the temperature range from a measurement start temperature of 50°C to a measurement end temperature of 150°C using the least squares method. It is preferable that the average linear expansion coefficient of the cured product in the temperature range of 50 to 150°C measured by thermomechanical analysis be within the above range.
  • One example of a method for adjusting the average linear expansion coefficient of the cured product to between 0 ppm/K and 40 ppm/K in the temperature range of 50-150°C is to adjust the proportion of repeating units with rigid chemical structures such as phenyl groups and biphenyl groups in resin (E) to 80 mol% or more, assuming that the total repeating units in resin (E) in the cured product are 100 mol%.
  • the elastic modulus of the cured product is preferably 1.5 GPa or more, more preferably 2.0 GPa or more, and even more preferably 2.5 GPa or more.
  • the elastic modulus of the cured product is preferably 7.0 GPa or less, more preferably 5.0 GPa or less, and even more preferably 3.5 GPa or less. By keeping it within this range, it becomes easier to achieve high adhesive strength and reliability while suppressing the occurrence of voids due to minute foreign matter during dicing.
  • the elastic modulus of the cured product is determined using the method described in the examples.
  • the modulus of elasticity of the cured product tends to increase when the proportion of repeating units with rigid chemical structures such as phenyl groups and biphenyl groups in the resin is increased, while the modulus of elasticity tends to decrease when the proportion of repeating units with rigid chemical structures such as phenyl groups and biphenyl groups in the resin is decreased.
  • One example of a method for adjusting the modulus of elasticity of the cured product to 1.5 GPa or more and 7.0 GPa or less is to adjust the proportion of repeating units with rigid chemical structures such as phenyl groups and biphenyl groups in resin (E) to 80 mol % or more, when the total repeating units in resin (E) in the cured product is 100 mol %.
  • a method for producing a laminate according to a second aspect of the present invention includes steps (I), (II), and (III) in this order, At least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer is made of a cured product of the resin composition (D),
  • the resin composition (D) contains a resin (E) and a solvent
  • the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by formula (1-A) and a repeating unit represented by formula (1-B)
  • the resin (E) further contains either or both of a repeating unit represented by formula (1-C) and a repeating unit represented by formula (1-D),
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-A) and the repeating units represented by formula (1-B) in the resin (E) is 80 to 99 mol %
  • the total content of the repeating units represented by formula (1-C) and the repeating units represented by formula (1-D) in the resin (E) is
  • a method for manufacturing a laminate Step (I): preparing a first substrate having an (A-1) metal electrode and an exposed (B-1) resin layer on the same surface of the substrate body, and a second substrate having an (A-2) metal electrode and an exposed (B-2) resin layer or (C) inorganic insulating layer on the same surface of the substrate body; (II): activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment or UV irradiation; and (III): bonding the first substrate and the second substrate by direct bonding, with at least a portion of the (A-1) metal electrode and the (A-2) metal electrode and at least a portion of the (B-1) resin layer facing the (B-2) resin layer or the (C) inorganic insulating layer.
  • R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a group represented by formula (2). Each s independently represents an integer from 1 to 50.
  • R 8 and R 9 each independently represent an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 10 carbon atoms, an alkynylene group having 2 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms.
  • R 4 to R 7 each independently represent an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, a phenyl group, or a phenoxy group.
  • Each X independently represents any group represented by formula (3), and each Y independently represents a group represented by formula (4).
  • the above-mentioned substituents and structures may have heteroatoms and may be either unsubstituted or substituted.
  • R10 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
  • R11 represents an alkylidene group having 1 to 5 carbon atoms.
  • * represents a bonding site.
  • n represents an integer of 0 to 3
  • m represents an integer of 1 or 2.
  • * represents a bonding site.
  • R2 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an acyl group having 2 to 6 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a carboxy group, a sulfonic acid group, or a mercapto group.
  • Z represents a bond, atom, or group selected from a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, a sulfonyl group, an S atom, an O atom, a CO group, and a COO group.
  • * represents a bonding site.
  • the above-mentioned substituents and structures may contain heteroatoms and may be either unsubstituted or substituted.
  • a method for producing a laminate according to a third aspect of the present invention includes steps (I), (II), and (III) in this order, wherein at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer has an average linear expansion coefficient of 0 to 40 ppm/K in a temperature range of 50 to 150°C; the step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment at a temperature of 30 to 100°C; A method for manufacturing a laminate.
  • the method for producing a laminate according to a third aspect of the present invention comprises the steps of: forming a laminate on a substrate; and curing the laminate on a substrate;
  • the resin composition (D) contains a resin (E) and a solvent, the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by the formula (1-A) and a repeating unit represented by the formula (1-B), Furthermore, the resin (E) has either or both of a repeating unit represented by the above formula (1-C) and a repeating unit represented by the above formula (1-D),
  • the total of the repeating units represented by the formula (1-A) and the repeating units represented by the formula (1-B) in the resin (E) is 80 to 99 mol %, and the total of the repeating units represented by the formula (1-C) and the repeating units represented by the formula (1-D) in the resin (E) is 1 to 10 mol %.
  • the resin composition (D) is the same as the "resin composition" described above.
  • examples and preferred descriptions of the resin (E), solvent, and other components contained in the resin composition (D) are the same as the examples and preferred descriptions of the resin composition of the present invention described above.
  • step (I) when all repeating units contained in resin (E) in the cured product of resin composition (D) are taken as 100 mol %, it is preferable that the sum of repeating units represented by formula (1-A) and repeating units represented by formula (1-B) in resin (E) is 80 to 99 mol %, and the sum of repeating units represented by formula (1-C) and repeating units represented by formula (1-D) in resin (E) is 1 to 10 mol %.
  • step (I) when all repeating units contained in resin (E) contained in at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer are taken as 100 mol %, it is preferable that the sum of repeating units represented by formula (1-A) and repeating units represented by formula (1-B) in resin (E) is 80 to 99 mol %, and the sum of repeating units represented by formula (1-C) and repeating units represented by formula (1-D) in resin (E) is 1 to 10 mol %.
  • step (I) the content ratios of the repeating units represented by formula (1-A), formula (1-B), formula (1-C), and formula (1-D) in resin (E) being within the above ranges refers to the state after step (I). Examples and preferred descriptions regarding the content ratios of these repeating units in resin (E) are the same as the examples and preferred descriptions for the repeating units in resin (E) contained in the resin composition of the present invention described above.
  • the cyclization rate of resin (E) in the cured product of resin composition (D) is preferably greater than 90% and less than 100%. Furthermore, the cyclization rate of resin (E) contained in at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer is preferably greater than 90% and less than 100%.
  • the cyclization rate of resin (E) being within the above range refers to the state after step (I).
  • step (I) the average linear expansion coefficient of the cured product of resin composition (D) in the temperature range of 50 to 150°C is preferably 0 to 40 ppm/K. Furthermore, in step (I), the average linear expansion coefficient of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer in the temperature range of 50 to 150°C is preferably 0 to 40 ppm/K.
  • the fact that the average linear expansion coefficient of the cured product of resin composition (D) or the average linear expansion coefficient of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer is within the above range may be referred to as "the cured product of resin composition (D) satisfies the condition of an average linear expansion coefficient in a specific range" or "at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer satisfies the condition of an average linear expansion coefficient in a specific range.”
  • the average linear expansion coefficient of the cured product of the resin composition (D) and the average linear expansion coefficient of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer being within the above range refers to the state after step (I). Examples and preferred descriptions of these average linear expansion coefficients are the same as the examples and preferred descriptions of the average linear expansion coefficient of the cured product of the present invention described above.
  • step (II), described below, is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment in a temperature range of 30 to 100°C, then from the standpoint of improving bonding strength and the reliability of the laminate, it is preferable that the average linear expansion coefficient of the cured product of resin composition (D) in step (I) be 0 to 40 ppm/K in a temperature range of 50 to 150°C.
  • step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment in a temperature range of 30 to 100°C, from the viewpoint of improving the bonding strength and the reliability of the laminate, it is preferable that in step (I), the average linear expansion coefficient of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer in a temperature range of 50 to 150°C is 0 to 40 ppm/K.
  • the methods for adjusting the average linear expansion coefficient of the cured product of the resin composition (D) and the average linear expansion coefficient of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer are the same as the methods for adjusting the average linear expansion coefficient of the cured product of the present invention described above.
  • the elastic modulus of the cured product of resin composition (D) is preferably 1.5 to 7.0 GPa. Also, in step (I), the elastic modulus of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer is preferably 1.5 to 7.0 GPa. In step (I), the elastic modulus of the cured product of resin composition (D) and the elastic modulus of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer being within the above range refers to the state after step (I). Examples and preferred descriptions regarding these elastic moduli are the same as the examples and preferred descriptions regarding the elastic modulus of the cured product of the present invention described above.
  • the methods for adjusting the elastic modulus of the cured product of resin composition (D) and the elastic modulus of at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer are the same as the methods for adjusting the elastic modulus of the cured product of the present invention described above.
  • the (A-1) metal electrode and the (A-2) metal electrode may be collectively referred to as the "(A) metal electrode," and the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer may be collectively referred to as the "(B) resin layer.”
  • the method for producing a laminate of the present invention includes the following step (I).
  • a substrate body is prepared.
  • the substrate body refers to a plate-shaped article, and the substrate body preferably contains one or more materials selected from the group consisting of silicon, lithium niobate, lithium tantalate, gallium nitride, silicon carbide, gallium arsenide, and indium phosphide.
  • silicon is suitable for use in semiconductor devices with functions such as arithmetic processing, information storage, or power control.
  • a first substrate and a second substrate comprising (A) a metal electrode and (B) a resin layer are obtained. Furthermore, the first substrate and the second substrate before the laminate is manufactured can be substrates on which at least one of passive and active component circuits is formed. By using such a substrate body, the resulting laminate functions as a semiconductor.
  • the (A) metal electrode can be formed using known methods. Methods for forming the (A) metal electrode include the subtractive method and the semi-additive method. The formation of a copper electrode using the semi-additive method is explained as a specific example. A seed layer of Ti, Ni, etc. is formed on the substrate body by sputtering, a dry film resist is patterned, a copper electrode pattern is formed by electrolytic plating, the resist is removed, and then the seed layer is removed. The (B) resin layer is then formed using the above-mentioned method for forming a cured product, resulting in a substrate with an exposed (A) metal electrode and an exposed (B) resin layer on the same side of the substrate body.
  • the (B) resin layer is formed first, followed by the (A) metal electrode.
  • the (B) resin layer can be formed using one of the above-mentioned methods for forming a cured product, which involves forming a pattern when the resin composition has photosensitivity.
  • the (B) resin layer can be formed by forming a cured product using the above-mentioned method for forming a cured product, and then patterning the cured product using a known method.
  • Examples of patterning the cured product include patterning a dry film resist on the cured product, removing a portion of the cured product by dry etching, and then removing the dry film resist.
  • a seed layer of Ti, Ni, or the like that will form the (A) metal electrode is then formed by sputtering, and an electrode pattern is formed using a known electrode material such as copper by electroplating, resulting in the (A) metal electrode.
  • step (I) includes at least one smoothing process using chemical mechanical polishing and surface planing.
  • a known method can be used for CMP, and is preferred because it reduces surface roughness and increases bonding strength.
  • Surface planing can be performed using a diamond bit, for example, and using a surface planer can shorten the time required for the smoothing process. Furthermore, performing CMP after surface planing is preferred because it increases bonding strength while shortening the time required for the smoothing process.
  • a second substrate having an exposed (A-2) metal electrode and an exposed (C) inorganic insulating layer on the same surface of the substrate body can be manufactured using known techniques (e.g., Materials 2022, 15(5), 1888).
  • a silicon oxide film (SiO 2 ) is first formed as the inorganic insulating layer (C) on the substrate body by a method such as thermal oxidation, wet oxidation, sputtering, or CVD. Next, patterning using a dry film resist, etching, and resist removal are performed.
  • an electrode pattern is formed by electroplating, and after the same smoothing process as described above, a second substrate having an exposed silicon oxide film and an exposed (A-2) metal electrode on the same surface as the inorganic insulating layer (C) is obtained.
  • the material for the (C) inorganic insulating layer is SiO2 , but the (C) inorganic insulating layer may be one in which part or all of the SiO2 is replaced with a silicon nitride film (SiN film) or a silicon carbonitride film (SiCN film).
  • At least one of the first substrate and the second substrate may be thinned by polishing the substrate body from the side opposite to the side having the (A) metal electrode and (B) resin layer, or the side having the (A) metal electrode and (C) inorganic insulating layer, using a known method such as back grinding, as needed. Furthermore, before the laminate is manufactured, at least one of the first substrate and the second substrate may be thinned by dicing, as needed, as needed.
  • the method for producing a laminate of the present invention includes the following step (II).
  • step (II) The details of step (II) will be explained using a specific example.
  • Surface activation is performed by plasma treatment or UV irradiation on the surfaces of the first substrate and the second substrate that have (A) metal electrodes and (B) resin layers, or (A) metal electrodes and (C) inorganic insulating layers.
  • activation by plasma treatment is preferred. Surface activation can increase the bonding strength.
  • Plasma treatment is performed using an inert gas as the plasma, with an oxygen volume concentration of preferably 1% or less, more preferably 0.1% or less, and even more preferably 0.01% or less.
  • oxygen volume concentration preferably 1% or less, more preferably 0.1% or less, and even more preferably 0.01% or less.
  • oxygen volume concentration preferably 1% or less, more preferably 0.1% or less, and even more preferably 0.01% or less.
  • inert gases used in plasma treatment include argon, helium, and nitrogen.
  • the inert gas used to generate plasma it is preferable for the inert gas used to generate plasma to contain helium. Because helium has low activation energy, the excited energy level of the resin layer activated by helium plasma is low and relatively stable.
  • the inert gas used in plasma treatment may be a mixture of two or more gases, or an active gas may be mixed.
  • An example of an active gas that can be mixed with the inert gas used in plasma treatment is hydrogen.
  • the plasma treatment output is preferably in the range of 40 to 600 W, and the plasma irradiation time during the plasma treatment is preferably 10 to 200 seconds.
  • helium-containing plasma processing for direct bonding is shown in the presentation "Atmospheric Plasma System for In-Line Surface Activation of Die-to-Wafer Direct and Hybrid Bonding" at Wafer Level Package Symposium 2022, and this method can also be used in the present invention.
  • the temperature of the plasma treatment is preferably 10°C or higher, more preferably 30°C or higher, and even more preferably 38°C or higher, from the viewpoint of improving bonding strength.
  • the temperature of the plasma treatment is preferably 100°C or lower, more preferably 60°C or lower, and even more preferably 50°C or lower, from the viewpoint of improving the reliability of the laminate.
  • step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment at a temperature range of 30 to 100°C.
  • the temperature of the plasma treatment is the temperature of the stage.
  • the method for producing a laminate of the present invention preferably has the resin (E) in the cured product of resin composition (D) satisfying the condition for the content ratio of repeating units with a specific structure, or the resin (E) contained in at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer satisfying the condition for the content ratio of repeating units with a specific structure. Satisfying these conditions improves plasma treatment resistance and suppresses the increase in arithmetic mean roughness that occurs when the plasma treatment temperature is increased, which is presumably effective in improving bonding strength.
  • the cured product of resin composition (D) satisfies the condition of an average linear expansion coefficient in a specific range, or that at least one of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer satisfies the condition of an average linear expansion coefficient in a specific range.
  • the laminate manufacturing method of the present invention even when the plasma treatment temperature is set to 30°C or higher, the surface activation effect is improved, an increase in arithmetic mean roughness is suppressed, and high bonding strength is obtained. Furthermore, it is presumed that this method is also suitable from the perspective that local deformation of the substrate surface due to the heat generated during surface activation by plasma treatment can be suppressed by using a cured product or (B) resin layer with an average linear expansion coefficient of 0 to 40 ppm/K.
  • the substrate surface that has undergone plasma treatment or UV treatment is preferably brought into contact with pure water or a solvent.
  • the pure water or solvent may be brought into contact in liquid or vapor state. It is preferable to use pure water or a solvent containing hydroxyl groups.
  • solvents containing hydroxyl groups include, but are not limited to, methanol, ethanol, propanol, and isopropanol. This treatment tends to form hydroxyl groups from some of the functional groups activated by the plasma treatment, which contributes to improved bonding strength.
  • the substrate surface may be brought into contact with a solvent or pure water vapor before plasma treatment.
  • the method for producing a laminate of the present invention includes the following step (III).
  • step (III) The details of step (III) will be explained using a specific example.
  • step (III) at least a portion of the (A-1) metal electrode and the (A-2) metal electrode, and at least a portion of the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer or the (C) inorganic insulating layer are opposed to each other, and the first substrate and the second substrate are joined by direct bonding.
  • the method for bonding the first substrate and the second substrate may be a wafer-to-wafer (W2W) process, in which wafers are bonded together using a wafer bonder, a chip-to-wafer (C2W) process, in which a chip is bonded to a wafer, or a chip-to-chip (C2C) process, in which chips are bonded together.
  • W2W wafer-to-wafer
  • C2W chip-to-wafer
  • C2C chip-to-chip
  • the C2W process is preferred from the perspectives of bonding accuracy and freedom of circuit design.
  • Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a laminate produced using the W2W process
  • Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of a laminate produced using the C2W process.
  • Chips are obtained through a process of dividing a wafer into individual chips by dicing.
  • a method for manufacturing a stack using the C2W process involves, for example, preparing multiple individual chips by dicing and then directly bonding the multiple individual chips side-by-side onto a second substrate. That is, it is preferable that multiple individual chips are directly bonded onto the same surface of the second substrate.
  • exposed metal electrodes and a resin layer can be formed on the surface opposite the bonding surface (alternatively, exposed metal electrodes and a resin layer can be formed on both sides of the first substrate beforehand), and then bonding to another first substrate in a vertically aligned manner. This allows for a high density stacking of many chips.
  • the multiple first substrates may be the same or different sizes.
  • the temperature of the bonding stage when bonding the first substrate and the second substrate is preferably 50°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 150°C or higher, from the viewpoint of improving bonding strength and improving the reliability of the laminate.
  • the temperature of the bonding stage is preferably 250°C or lower, more preferably 230°C or lower, and even more preferably 200°C or lower, from the viewpoint of reducing process time and improving the reliability of the laminate.
  • the temperature of the bonding head when bonding the first substrate and the second substrate is preferably 50°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 150°C or higher, from the viewpoint of improving bonding strength and improving the reliability of the laminate.
  • the temperature of the bonding head is preferably 250°C or lower, more preferably 230°C or lower, and even more preferably 200°C or lower, from the viewpoint of reducing process time and improving the reliability of the laminate.
  • step (III) when bonding the first substrate and the second substrate, the temperatures of the bonding stage and the bonding head are both 250°C or less, and that at least one of the temperatures of the bonding stage and the bonding head is 50°C or higher.
  • step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment in a temperature range of 30 to 100°C, from the standpoints of improving bonding strength, improving the reliability of the laminate, and reducing process time, it is preferable that the temperatures of the bonding stage and the bonding head when bonding the first substrate and the second substrate in step (III) are both 250°C or less, and that at least one of the bonding stage temperature and the bonding head temperature is 50°C or higher.
  • step (III) is lowered, which is presumed to have the effect of achieving both improved bonding strength and improved reliability of the laminate.
  • the bonding pressure when bonding the first substrate and the second substrate is preferably 0.1 MPa or more, more preferably 0.3 MPa or more, and even more preferably 0.5 MPa or more, from the perspective of improving bonding strength.
  • the bonding pressure is preferably 10.0 MPa or less, more preferably 2.0 MPa or less, and even more preferably 1.0 MPa or less, from the perspective of improving the reliability of the laminate by suppressing damage to the substrate body and the semiconductor element formed on the substrate.
  • the bonding pressure when bonding the first substrate and the second substrate in step (III) be 0.1 to 1.0 MPa.
  • step (II) is a step of activating the surfaces of the first substrate and the second substrate by plasma treatment in the temperature range of 30 to 100°C, then from the perspective of improving the bonding strength and the reliability of the laminate, it is preferable that the bonding pressure when bonding the first substrate and the second substrate in step (III) be 0.1 to 1.0 MPa. This is because, by setting the plasma treatment temperature within the above range, the effectiveness of surface activation is improved, and sufficient bonding strength can be maintained even when the bonding pressure in step (III) is reduced, which is presumed to have the effect of achieving both improved bonding strength and improved reliability of the laminate.
  • the plasma treatment temperature is 30°C or higher, the contribution of hydrophilization due to surface activation becomes greater, and sufficient bond strength can be obtained with a lower bonding pressure. As a result, even when the bonding pressure is 1.0 MPa or less, it is preferable because the bond strength can be improved. Therefore, it is estimated that by setting the plasma treatment temperature to 30°C or higher, it is possible to achieve both improved bond strength and improved reliability at a high level.
  • step (III) it is preferable to perform an annealing treatment.
  • Annealing improves the bonding strength by softening the resin layer and diffusing the metal electrodes, thereby improving the reliability of the resulting laminate.
  • the annealing temperature can be selected appropriately from the range of 100°C to 350°C, and the annealing time can be selected from 3 minutes to 3 hours depending on the purpose. Of these, annealing at a temperature range of 150°C to 250°C is preferable as it puts less strain on the substrate itself.
  • the annealing temperature is preferably 50°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 150°C or higher.
  • the annealing temperature is preferably 350°C or lower, and more preferably 300°C or lower.
  • the annealing temperature is preferably 250°C or lower, more preferably 230°C or lower, and even more preferably 200°C or lower.
  • the method for manufacturing the laminate of the present invention preferably includes a step of performing an annealing treatment at a temperature of 150°C or higher and 250°C or lower after step (III).
  • the laminate of the present invention comprises the cured product of the present invention.
  • the laminate of the present invention is obtained by the laminate manufacturing method described above, and has a shape in which the surfaces of the first substrate and the second substrate, which have the (A-1) metal electrode and the (A-2) metal electrode, and the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer, or the (B-1) resin layer and the (C) inorganic insulating layer, are bonded together.
  • the bonded interface does not need to be clearly distinguishable.
  • the bonded positions of the electrodes (A-1) and (A-2) may be shifted within a range in which electrical conduction is achieved between the electrodes. For example, there may be a portion where the (A-1) metal electrode and the (B-2) resin layer, or the (A-2) metal electrode and the (B-1) resin layer, are bonded together.
  • the (A-1) metal electrode and (A-2) metal electrode in the laminate are preferably made of the same metal, but may be made of different metals.
  • the (A) metal electrode can be made of metals such as copper, gold, silver, aluminum, platinum, titanium, chromium, molybdenum, zinc, nickel, and magnesium. It may also be an alloy or laminate of these metals. It may also be a conductive metal oxide such as ITO or ZnO. Among these, copper electrodes and copper electrodes equipped with a barrier metal are preferred from the standpoints of electrical conductivity, thermal conductivity, and economy (cost). Examples of barrier metals include nickel, chromium, and molybdenum. When the (A) metal electrode is a copper electrode, a thickness of the oxide film at the electrode bonding interface between 0 nm and 200 nm is preferred, as this reduces the resistance of the electrode.
  • the (B-1) resin layer and the (B-2) resin layer of the laminate are formed from the cured product of the present invention, and are preferably made of the same type of resin, but may be made of different types of resin.
  • the (C) inorganic insulating layer of the laminate is preferably made of at least one of a SiO2 film, a SiN film, and a SiCN film. Furthermore, a laminate obtained from a first substrate and a second substrate using substrates on which circuits of passive components and/or active components are formed as substrate main bodies has a function as a semiconductor.
  • the bond strength between the first substrate and the second substrate of the laminate of the present invention in a die shear test is usable if it is 5 MPa or more, but from the standpoint of reliability, 20 MPa or more is preferable, and 25 MPa or more is even more preferable.
  • the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including the laminate of the present invention.
  • Examples of the semiconductor device of the present invention include a CMOS sensor and a high bandwidth memory, and the use of the laminate of the present invention in the bonding portion of the chip makes the device highly reliable.
  • Substrate activation (4-1) Plasma activation (room temperature) Plasma treatment of the first and second substrates was performed using an Atmospheric Plasma System (manufactured by Ontos Equipment Systems) with 98% N2 by volume and 2% He by volume. The total gas flow rate was 15 slpm, the power was 80 W, the distance between the plasma device and the substrate surface was 1 mm, and the speed of the plasma device was 1 mm/sec. The substrate temperature was confirmed by measuring the temperature of the stage.
  • Atmospheric Plasma System manufactured by Ontos Equipment Systems
  • Plasma activation (heating) Plasma treatment of the first and second substrates was carried out using an SPC-100B+H (manufactured by Hitachi High-Tech Instruments Co., Ltd.) with an Ar gas flow rate of 15 slpm and a power of 80 W for 20 seconds.
  • the substrate temperature was adjusted by adjusting the temperature setting of the stage.
  • the measured value was converted to adhesive strength per unit area by dividing by the area of the chip, and the average of the five values was used as the adhesive strength of the W2W laminate. Furthermore, the same sample was subjected to a die shear test after undergoing a PCT treatment for 100 hours under conditions of 121°C, 2 atmospheres, and 100% RH using a pressure cooker test (PCT) device (HAST CHAMBER EHS-211MD, manufactured by Tabai Espec Corporation).
  • PCT pressure cooker test
  • a die shear test was performed after PCT treatment for 100 hours under conditions of 121°C, 2 atmospheres, and 100% RH using a pressure cooker test (PCT) device (Tabaiespec Corporation, HAST CHAMBER EHS-211MD).
  • PCT pressure cooker test
  • the results of the die shear test were evaluated as follows: S, A, B, and C, with S being the best, A being good, B being passing, and C being poor.
  • S: Die shear test result is 30 MPa or more
  • A Die shear test result is 25 MPa or more but less than 30 MPa
  • B Die shear test result is 20 MPa or more but less than 25 MPa
  • Die shear test result is less than 20 MPa.
  • the degree of peeling of the metal wiring was observed, with 0% peeling being rated as 4, more than 0% but less than 25% peeling being rated as 3, 25% or more but less than 50% peeling being rated as 2, and 50% or more peeling being rated as 1, with 2 or more being evaluated as passing.
  • TC (Thermal Cycle) Test 1 The laminate prepared in (5-1) or (5-2) above was subjected to 500 cycles of treatment using a thermal cycle tester (hereinafter referred to as TC device) (manufactured by Tabai Espec Co., Ltd.), with 15 minutes at -45 ° C. and 15 minutes at 125 ° C., with a temperature change rate of 5 ° C./min.
  • the treated laminate was cross-sectioned using an ion milling device and observed with a scanning electron microscope to check for crack occurrence.
  • the degree of cracking in the resin layer was observed, with 0 cracks being rated as 4, 1 to 3 cracks being 3, 4 to 10 cracks being 2, and 11 or more cracks being 1, with 2 or more being evaluated as passing.
  • TC device Thermal cycle tester
  • the laminate prepared in (5-1) or (5-2) above was subjected to 500 cycles of treatment using a thermal cycle tester (hereinafter referred to as TC device) (manufactured by Tabai Espec Co., Ltd.), with 15 minutes at -45 ° C. and 15 minutes at 150 ° C., with a temperature change rate of 10 ° C./min.
  • the treated laminate was cross-sectioned using an ion milling device and observed with a scanning electron microscope to check for crack occurrence.
  • the degree of cracking in the resin layer was observed, with 0 cracks being rated as 4, 1 to 3 cracks being 3, 4 to 10 cracks being 2, and 11 or more cracks being 1, with 2 or more being evaluated as passing.
  • the amount of gas generated per area of the substrate bonding interface is 0.5 ⁇ L/ cm2 or more but less than 1.0 ⁇ L/ cm2.
  • 1 The amount of gas generated per area of the substrate bonding interface is 1.0 ⁇ L/ cm2 or more.
  • the resin composition was applied onto a 6-inch silicon wafer by spin coating using a coating and developing apparatus Mark-7 so that the film thickness after pre-baking for 3 minutes at 120 ° C. was 5 ⁇ m, and then pre-baked.
  • An inert oven CLH-21CD-S manufactured by Koyo Thermo Systems Co., Ltd. was used, and the temperature was raised to 200 ° C. at 3.5 ° C./min at an oxygen concentration of 20 ppm or less, and the heat treatment was carried out for 1 hour.
  • the wafer after thermal curing was cut into a size of 5 cm square, and a nanoindenter (manufactured by Hysitron, Triboindenter TI950) was used.
  • a diamond triangular pyramid indenter (Berkovich indenter) was used to measure the elastic modulus in air at 25 ° C. under conditions of a maximum load of 0.1 mN and an unloading rate of 90%. The obtained value was taken as the elastic modulus of the resin layer.
  • thermomechanical analyzer manufactured by SII Nanotechnology Inc., EXSTAR6000 TMA/SS6000.
  • the sample was heated to 150°C at a heating rate of 5°C/min to remove absorbed water, and in the second stage, the sample was air-cooled to room temperature at a heating rate of 5°C/min.
  • the actual measurement was carried out at a heating rate of 5°C/min.
  • the average linear expansion coefficient of the target cured resin composition was determined by calculating the average value of the linear expansion coefficients in the temperature range of 50°C to 150°C in the actual measurement.
  • the average linear expansion coefficient value was judged as follows: A, B, or C, with A being good, B being passing, and C being poor.
  • the silicon substrate with the 4 ⁇ m-thick resin layer was singulated into 10 mm x 20 mm strips.
  • the amount of outgassing was evaluated by measuring the total amount of organic gases generated from 20 substrates singulated into strips by heating using the TPD-MS (Temperature Programmed Desorption-Mass Spectrometry) method.
  • the heating conditions were a temperature increase from 25°C to 250°C at a rate of 3°C/min and a hold at 250°C for 1 hour.
  • Helium was used as the carrier gas at a flow rate of 50 ml/min.
  • a GC/MS (Shimadzu Corporation, QP2010) was used as the measurement device.
  • the measurement results were graded as S, A, B, or C, with S being the best, A being good, B being passing, and C being poor.
  • S The amount of organic gas generated per substrate area is less than 10 ng/ mm2.
  • A The amount of organic gas generated per substrate area is 10 ng/ mm2 or more but less than 20 ng/ mm2.
  • B The amount of organic gas generated per substrate area is 20 ng/ mm2 or more but less than 50 ng/ mm2.
  • C The amount of organic gas generated per substrate area is 50 ng/ mm2 or more.
  • the silicon substrate having the 4 ⁇ m thick resin layer was singulated into 10 mm x 20 mm strips.
  • the amount of outgassing was evaluated by measuring the total amount of organic gas from the curing accelerator contained in the resin composition generated from 20 substrates singulated into strips by heating using the TPD-MS (Temperature Programmed Desorption-Mass Spectrometry) method.
  • the heating conditions were a temperature increase from 25 ° C to 250 ° C at a rate of 3 ° C / min and a hold at 250 ° C for 1 hour.
  • Helium was used as the carrier gas at a flow rate of 50 ml / min.
  • the measurement device used was a GC/MS (Shimadzu Corporation, QP2010). The measurement results were judged as S, A, B, or C, with S being the best, A being good, B being passing, and C being poor.
  • S The amount of organic gas generated per substrate area is less than 5 ng/mm2 .
  • A The amount of organic gas generated per substrate area is 5 ng/ mm2 or more and less than 20 ng/ mm2.
  • B The amount of organic gas generated per substrate area is 20 ng/ mm2 or more and less than 30 ng/ mm2.
  • C The amount of organic gas generated per substrate area is 30 ng/ mm2 or more.
  • the resin composition does not contain a curing accelerator.
  • the cyclization rate was measured by measuring an infrared absorption spectrum, and the imide ring closure rate was calculated from the intensity of the peaks derived from the imide structure (the peak at the wavenumber closest to 1780 cm -1 and the peak at the wavenumber closest to around 1377 cm -1 ).
  • the cyclization rate (imide ring closure rate) was calculated from the intensity of the peak derived from the imide structure of the sample to be measured, with the intensity of the peak derived from the imide structure of the sample heat-treated for 1 hour being defined as the peak intensity of a cyclization rate (imide ring closure rate) of 100%.
  • the measurement results were rated as A, B, or C, with A being the best, B being good, B- being passing, and C being poor.
  • B- cyclization rate greater than 70% but not greater than 80%
  • C cyclization rate not greater than 70%.
  • compositions of the resins (E) obtained in Synthesis Examples 1 to 15 and Comparative Synthesis Examples 1 to 5 are summarized in Tables 1-1 and 1-2.
  • the copolymerization ratios of the monomers are as shown in Tables 1-1 and 1-2.
  • Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 5 The resins obtained in the synthesis examples or ready-made resins were mixed with solvents and additives to obtain the mass ratios and solid content concentrations shown in Tables 2-1 and 2-2, respectively, to obtain respective resin compositions. All of the obtained resin compositions were filtered through a 1 ⁇ m polytetrafluoroethylene filter (manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd.) before evaluation.
  • Laminates were prepared using the resin compositions prepared in Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 5 and commercially available resin compositions according to the laminate preparation methods (1) to (5) described above, and the laminates were evaluated according to the physical property measurement methods (6) to (8) for the resin layer and the resin composition.
  • the results of each example and comparative example are shown in Tables 2-1, 2-2, 3-1, and 3-2.
  • Laminates were prepared in the same manner as in the laminate preparation methods (1) to (5) described above, except that instead of forming the resin layer (1-2), a SiO2 film was formed by chemical vapor deposition using tetraethoxysilane. The laminates were then evaluated using the physical property measurement methods (5) to (8) for the resin layer and the resin composition. The results of each example and comparative example are shown in Tables 3-1, 3-2, 4-1, and 4-2.
  • Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 5 The properties of the resin composition were evaluated by the methods for measuring the physical properties of the resin composition (9), (10), and (11). The results of each example and comparative example are shown in Table 5.
  • Substrate body (silicon wafer, etc.) 2 (A-1) Metal electrode (Cu, etc.) 3 (B-1) Resin layer 4 (B-2) Resin layer or (C) Inorganic insulating layer 5 (A-2) Metal electrode (Cu, etc.) 6. Substrate body (silicon wafer, etc.) 7 First board 8 Second board

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Abstract

本発明の目的は、2つの基板を接合する際に2つの基板の間の接着強度が大きく、信頼性の高い積層体を得ることができる樹脂組成物、硬化物、硬化物を具備する積層体及び積層体を具備する半導体デバイス並びに積層体の製造方法を提供することである。本発明は、工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、積層体の製造方法。

Description

樹脂組成物、硬化物、積層体、半導体デバイス及び積層体の製造方法
 本発明は樹脂組成物、硬化物、積層体、半導体デバイス及び積層体の製造方法に関する。
 従来、半導体やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)のチップを外部と電気的に接続する場合、金や銅などの突起状電極(バンプ)を形成し、ハンダを介して接続基板等との接続を行ってきた。電極間の絶縁を保つためにアンダーフィルなどの手法が確立されている。近年、チップの高集積化により外部と接続する電極数が大幅に増加し電極密度が高まる中で、バンプを形成せず電極と絶縁膜を同一平面状に形成し、直接接合により外部と接続するハイブリッドボンディング技術が注目されている(特許文献1)。これにより電極ピッチが10μm以下の高密度実装が可能となる。
 また、ハイブリッドボンディングには、ウエハ同士を接合するW2W(Wafer-to-Wafer)プロセスと、チップとウエハを接合するC2W(Chip-to-Wafer)プロセスがある。C2Wプロセスにおいては、絶縁層に従来のSiOに代わり、弾性率が低いポリイミド樹脂組成物を使用することで、チップをダイシングした際に発生する異物由来の空隙を抑制し、積層体の信頼性を向上させる技術が知られている(特許文献2)。
特表2006-517344号公報 特開2023-136961号公報
 金属電極よりも平均線膨張係数が高いポリイミドをハイブリッドボンディングにおける絶縁層に用いる場合、積層体の信頼性が低下する課題があった。また、平均線膨張係数が金属電極に近いポリイミドは高い弾性率を示す傾向があり、ハイブリッドボンディングにおいて接着強度が低下する傾向があるため適用が困難であった。
 前記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
 [1]工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、
 (B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、
 前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、
 前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
 さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
 前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
 積層体の製造方法。
工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する
工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理、またはUV照射により活性化する
工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する
 式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。
 式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。
 [2]前記樹脂組成物(D)が、式(5)で表される化合物を前記樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1~3質量部含有する、[1]に記載の積層体の製造方法。
 式(5)中、R12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、炭素数1~5であり、酸素原子数が0~2であり、かつ窒素原子数が0~1である基、または水素原子を表す。
 [3]前記工程(II)が、前記第一基板及び前記第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である、[1]または[2]に記載の積層体の製造方法。
 [4]工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、
 (B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数が0~40ppm/Kであり、
 前記工程(II)が、前記第一基板及び前記第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である、
 積層体の製造方法。
工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する
工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理、またはUV照射により活性化する
工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する
 [5]前記(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、
 前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、
 前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
 さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
 前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
 [1]~[4]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
 式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。
 式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。
 [6]前記工程(III)において、前記第一基板と前記第二基板を接合するときの接合圧力が0.1~1.0MPaである、[1]~[5]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
 [7]前記樹脂組成物(D)の硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数が0~40ppm/Kである、[1]~[6]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
 [8]前記工程(I)が、化学機械研磨及びサーフェスプレーナーの少なくとも一方の平滑化工程を含む、[1]~[7]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
 [9]前記工程(III)において、前記第一基板と前記第二基板を接合するときの、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度がいずれも250℃以下であり、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度の少なくとも一方が50℃以上である、[1]~[8]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
 [10]前記工程(III)の後、150℃以上、250℃以下の温度でアニール処理を行う工程を有する、[1]~[9]のいずれかに記載の積層体の製造方法。
 [11]樹脂(E)及び溶剤を含有し、
 前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
 さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
 前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
 樹脂組成物。
 式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。
 式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。
 [12]式(5)で表される化合物を前記樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1~3質量部含有する、[11]に記載の樹脂組成物。
 式(5)中、R12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、炭素数1~5であり、酸素原子数が0~2であり、かつ窒素原子数が0~1である基、または水素原子を表す。
 [13]N,N-ジメチル-3-(ジメチルアミノ)プロパンアミドを前記樹脂(E)質量100質量部に対して、0.001~3質量部含有する、[11]または[12]に記載の樹脂組成物。
 [14][11]~[13]のいずれかに記載の樹脂組成物を硬化した硬化物。
 [15][14]に記載の硬化物を具備する積層体。
 [16][15]に記載の積層体を具備する半導体デバイス。
 本発明は、2つの基板を接合する際に2つの基板の間の接着強度が大きく、信頼性の高い積層体を得ることができる樹脂組成物、硬化物、硬化物を具備する積層体及び積層体を具備する半導体デバイス並びに積層体の製造方法を提供する。
W2Wプロセスで製造した積層体の模式的断面図 C2Wプロセスで製造した積層体の模式的断面図 W2Wプロセスを用いた積層体の製造プロセスを示す模式的断面図 C2Wプロセスを用いた積層体の製造プロセスを示す模式的断面図
 <定義>
 本発明において「繰り返し単位」とは、高分子化合物が有するモノマーの化学構造に由来する規則的に繰り返される化学構造単位を示し、高分子化合物がポリイミドまたはポリアミド酸である場合、モノマーに相当するジアミンと、テトラカルボン酸二無水物またはその誘導体、もしくはテトラカルボン酸またはその誘導体がイミド結合またはアミド結合した構造が「繰り返し単位」に該当する。高分子化合物が末端封止構造を有している場合、隣り合う構造が末端封止構造である化学構造は「繰り返し単位」に含まれる。
 本発明において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
 本発明における樹脂の「環化率」とは、硬化物の赤外吸収スペクトルを測定し、イミド構造に由来するピーク(1780cm-1付近、1377cm-1付近)の強度からイミド閉環率を算出した値をいう。なお350℃で1時間熱処理したサンプルのイミド構造に由来するピークの強度を環化率(イミド閉環率)が100%のピーク強度として、測定対象のサンプルのイミド構造に由来するピークの強度から環化率(イミド閉環率)を算出することができる。
 本発明における「ハイブリッドボンディング」とは、基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板の、少なくとも一方の表面をプラズマ処理またはUV照射により活性化し、
少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する技術である。
 ここで、直接接合とは、接着剤等の接合を補助する材料を用いずに二つの面を接合することを意味する。例えば、電極同士を接合する際にハンダなどの導電性の接合補助剤を用いるのが一般的であるが、接合補助剤を用いない接合方法を直接接合と呼ぶ。ここで、前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層は積層体における電極同士の接合界面に存在しないため、接着補助剤に該当しない。また、ここに記載のない工程がさらに追加されてもよい。
 <樹脂組成物>
 以下、本発明の第1の態様である樹脂組成物及び樹脂組成物の硬化物について述べる。ただし、本発明は以下の各実施の形態に限定されるものではなく、発明の目的を達成でき、かつ、発明の要旨を逸脱しない範囲内においての種々の変更は当然ありえる。
 本発明の第1の態様である樹脂組成物は、樹脂(E)及び溶剤を含有し、
前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
樹脂組成物である。
 式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 本発明の樹脂組成物は、ハイブリッドボンディングにおける樹脂層の形成に用いられることが好ましい。本発明の樹脂組成物の硬化物をハイブリッドボンディングにおける樹脂層に用いることで、接着強度が高く、かつ信頼性の高い積層体を得ることができる。この理由としては、以下のように推測される。但し、下記の推測は、本発明の樹脂組成物を限定的に解釈するものではなく、一例として説明するものである。
 本発明における樹脂組成物中の樹脂(E)は、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、高い剛直性を有する。この剛直性が、硬化物形成時に金属電極との平均線膨張係数差を小さくし、積層体にかかる応力緩和と応力に起因するクラックの発生抑制及び基板の反りの低減に寄与することで、積層体の信頼性が向上すると考えられる。
 また、高い剛直性を有する樹脂は硬化物形成時に弾性率を上昇させ、ハイブリッドボンディングにおいて接合界面の異物に対する変形量の低下に繋がり、それに伴い接着強度が低下する傾向があるため一般的には適用が困難である。しかし、本発明の樹脂組成物中の樹脂(E)はケイ素原子がアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基及びアリーレン基と結合しているシロキサン結合を有する基を含む。この化学構造を有することで、ハイブリッドボンディングにおけるプラズマ処理またはUV処理により、前記第一基板または第二基板の表面活性化をする際、最表面の一部分においてシロキサン結合の開裂により発生したシラノール基が高い反応性を有し、接合界面の表面自由エネルギーを増加させ、直接接合において高い接着強度を得ることができると考えられる。
 <樹脂(E)>
 以下、本発明における樹脂(E)について説明する。樹脂(E)は、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
さらに前記樹脂(E)は、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である。
 式(1―B)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表し、金属マイグレーションを抑制する観点から炭素数1~10のアルキル基が好ましい。炭素数1~10のアルキル基としてはメチル基が好ましい。また、ハイブリッドボンディングにおけるプラズマまたはUV処理により水酸基を発生させ、積層体の接合強度が向上すると考えられるため、Rが、それぞれ独立して、式(2)で表される基であることも好ましい形態の一つである。
 式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。R10はメチル基が好ましい例として挙げられる。R11はメチレン基が好ましい例として挙げられるが、これに限定されない。
 式(1―C)及び式(1―D)中、sは、それぞれ独立に、1~50の整数であり、膜強度の観点から1であることが好ましい。また、積層体の接着強度の観点からsは、それぞれ独立して、2~50であることも好ましい形態の一つである。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基であり、炭素数1~6のアルキレン基であることが好ましく、n-プロピレン基であることがより好ましい。式(1―C)及び式(1―D)中、R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基であり、炭素数1~5のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
 式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基である。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。金属配線との応力を緩和する観点から、nは1であることが好ましく、mは0であることが好ましい。nが1の場合、Xはビフェニル基であって、mが0の場合、Xはフェニル基である。
 式(1―A)及び式(1―B)中、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。式(4)中、Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。ハイブリッドボンディングの密着力の観点から、樹脂(E)中のZの総数を100mol%としたとき、Zの5mol%以上90mol%以下がスルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される少なくとも1以上の基であることがより好ましく、樹脂(E)中のZの総数を100mol%としたとき、Zの20mol%以上50mol%以下がO原子であることがさらに好ましい。これにより、ハイブリッドボンディングにおいてプラズマ処理またはUV照射により表面活性化を行う際、水酸基の発生源となり接着強度が上昇する傾向がある。
 式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基である。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。膜強度の観点から、p及びqがそれぞれ0であることが好ましい。また、ハイブリッドボンディングの密着力の観点から、p及びqが1であり、R及びRがメトキシ基であることも好ましい形態の一つである。ハイブリッドボンディングの密着力の観点から、rが1~2であることが好ましい。また、膜強度の観点から、rが0であることも好ましい形態の一つである。
 本発明の樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計は、積層体の信頼性向上の観点から、80mol%以上が好ましく、85mol%以上がより好ましく、90mol%以上がさらに好ましい。一方、樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計は、積層体の信頼性向上及び接着強度向上の観点から、99mol%以下が好ましく、97mol%以下がより好ましく、95mol%以下がさらに好ましい。
 本発明の樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計は、接着強度向上の観点から、1mol%以上が好ましく、2mol%以上がより好ましく、4mol%以上がさらに好ましい。一方、樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計は、積層体の信頼性向上及び接着強度向上の観点から、10mol%以下が好ましく、8mol%以下がより好ましく、6mol%以下がさらに好ましい。
 本発明の樹脂(E)は、式(6―A)で表される繰り返し単位及び式(6―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有することが好ましい。
 本発明の樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中の式(6―A)で表される繰り返し単位と式(6―B)で表される繰り返し単位の合計は、膜強度向上及び脱ガスの発生抑制の観点から、1mol%以上が好ましく、3mol%以上がより好ましい。一方、樹脂(E)中の式(6―A)で表される繰り返し単位と式(6―B)で表される繰り返し単位の合計は、膜強度向上及び脱ガスの発生抑制の観点から、18mol%以下が好ましく、10mol%以下がより好ましく、5mol%以下がさらに好ましい。
 式(6―A)及び式(6―B)中、R及びXの好ましい形態は、式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中のR及びXの好ましい形態と同様である。式(6―A)及び式(6―B)中、Wは、それぞれ独立に、炭素数1~25であり、かつ窒素原子を2~4含む複素環を有する基であり、Wは、式(7)から選択される基であることが好ましい。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 式(7)中、R16、R17及びR18は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~6のアルキル基を表す。*は結合部を表す。式(7)中、R16、R17及びR18は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基であることがより好ましい。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 これにより、環化率の高い樹脂組成物の硬化物を得ることができる傾向があり、かつ硬化促進剤を樹脂組成物に添加する場合と比較して脱ガスの発生を抑制することができる。
 本発明の樹脂(E)は、特性を損なわない範囲で、式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を有してもよい。式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位は、樹脂(E)全体が有する繰り返し単位を100mol%としたとき、1~19mol%の範囲で有してもよい。
 <樹脂モノマー>
 本発明の樹脂(E)は、以下の残基を含むことができる。式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)、式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)において、Xは、1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸(ピロメリット酸)、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸、または、それらのテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸二塩化物若しくはテトラカルボン酸活性ジエステルの残基が挙げられ、その中でもXは、1,2,4,5-ベンゼンテトラカルボン酸(ピロメリット酸)または3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸の残基であることが好ましい。またXは、接着強度の観点から、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸または2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸の残基であることも好ましい形態の一つである。これらの残基は、樹脂中に単独でまたは2種以上組み合わせて含まれていてもよい。
 式(1―A)及び式(1―B)において、Yは、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3-スルホン酸-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,5-ジアミノ安息香酸、4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’-ジエチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’,3,3’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、3,3’,4,4’-テトラメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、2,2’-ビス(トリフルオロメチル)-4,4’-ジアミノビフェニル、ジメルカプトフェニレンジアミン、または4-アミノ安息香酸4-アミノフェニルエステルなどの残基が挙げられ、その中でも、Yは、p-フェニレンジアミンまたは4,4’-ジアミノジフェニルエーテルの残基であることが好ましい。またYは、接着強度の観点から3,4’-ジアミノジフェニルエーテルまたは1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼンの残基であることも好ましい形態の一つである。これらの残基は、樹脂中に単独でまたは2種以上含まれていてもよい。
 式(1―C)、式(1―D)で表される構造は、シロキサン構造を有するジアミン残基を含んでおり、シロキサン構造を有するジアミン残基としては、1,3-ビス(4-アニリノ)テトラメチルジシロキサン、1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン、ビス(p-アミノフェニル)オクタメチルペンタシロキサン、PAM-E、KF-8010、X-22-161A、X-22-161B、KF-8012、KF-8008、X-22-1660B-3、X-22-9409(以上商品名、信越化学(株)製)、またはDOWSIL(登録商標) BY 16-853 U Silicone Fluid(商品名、ダウ・東レ(株)製)などの残基が挙げられ、この中でもシロキサン構造を有するジアミン残基は、1,3-ビス(4-アニリノ)テトラメチルジシロキサンまたは1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンの残基であることが好ましい。
 式(6―A)及び式(6―B)において、Wは、炭素数1~25であり、窒素原子を2~4含む複素環を有する基、すなわち炭素数1~25であり、窒素原子を2~4含む複素環を有するジアミン残基である。炭素数1~25であり、窒素原子を2~4含む複素環を有するジアミン残基としては、1H-1,2,4-トリアゾール-3,5-ジアミン、1H-1,3-イミダゾール-2,4-ジアミン、4,40-((5-メチルピリミジン-2,4-ジイル)ビス(オキシ))ジアニリン、または4,40-((6-メチルピリミジン-2,4-ジイル)ビス(オキシ))ジアニリンなどの残基が挙げられ、この中でも、炭素数1~25であり、窒素原子を2~4含む複素環を有するジアミン残基は、1H-1,2,4-トリアゾール-3,5-ジアミンの残基であることが好ましい。
 本発明の樹脂(E)が式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を有する場合、式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を構成するテトラカルボン酸無水物の残基の例としては、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)メタン、ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)メタン、1,1-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エタン、1,1-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)エタン、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン、2,2’-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル、2,3,5,6-ピリジンテトラカルボン酸、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸、N,N’-ビス[5,5’-ヘキサフルオロプロパン-2,2-ジイル-ビス(2-ヒドロキシフェニル)]ビス(3,4-ジカルボキシ安息香酸アミド)、ビシクロ[2.2.2]オクタン-7-エン-2,3,5,6-テトラカルボン酸、1,2,4,5-シクロヘキサンテトラカルボン酸、1,2,3,4-シクロペンタンテトラカルボン酸、1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸、2,3,4,5-テトラヒドロフランテトラカルボン酸、ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、または、それらのテトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸二塩化物若しくはテトラカルボン酸活性ジエステルの残基が挙げられる。これらの残基は、樹脂中に単独でまたは2種以上含まれていてもよい。
 また、樹脂(E)がシロキサン構造を有するテトラカルボン酸または酸二無水物の残基を有すると、室温~100℃程度の低温で直接接合が可能なため、好ましい。シロキサン構造を有する酸二無水物としては、X-22-168AS、X-22-168A、X-22-168B、またはX-22-168-P5-Bの残基が挙げられる。
 また、式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位を構成するジアミン残基の例としては、ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、1,5-ナフタレンジアミン、2,6-ナフタレンジアミン、9,10-アントラセンジアミン、4,4’-ジアミノベンズアニリド、3-カルボキシ-4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス(4-アミノフェノキシフェニル)スルホン、ビス(3-アミノフェノキシフェニル)スルホン、2,7-ジアミノフルオレン、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、2-(4-アミノフェニル)-5-アミノベンゾオキサゾール、2-(3-アミノフェニル)-5-アミノベンゾオキサゾール、2-(4-アミノフェニル)-6-アミノベンゾオキサゾール、2-(3-アミノフェニル)-6-アミノベンゾオキサゾール、1,4-ビス(5-アミノ-2-ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、1,4-ビス(6-アミノ-2-ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、1,3-ビス(5-アミノ-2-ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、1,3-ビス(6-アミノ-2-ベンゾオキサゾリル)ベンゼン、2,6-ビス(4-アミノフェニル)ベンゾビスオキサゾール、2,6-ビス(3-アミノフェニル)ベンゾビスオキサゾール、ビス[(3-アミノフェニル)-5-ベンゾオキサゾリル]、ビス[(4-アミノフェニル)-5-ベンゾオキサゾリル]、ビス[(3-アミノフェニル)-6-ベンゾオキサゾリル]、ビス[(4-アミノフェニル)-6-ベンゾオキサゾリル]、エチレンジアミン、1,3-ジアミノプロパン、2-メチル-1,3-プロパンジアミン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノペンタン、2-メチル-1,5-ジアミノペンタン、1,6-ジアミノヘキサン、1,2-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカン、またはダイマージアミンなどの残基が挙げられる。これらの残基は、樹脂中に単独でまたは2種以上含まれていてもよい。
 また、式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位がフェノール性水酸基を有することで接合時の接着力が向上するとともに、金属電極が銅または銀の場合に腐食を低減できるため、特性を損なわない範囲で式(1―A)~式(1―D)、式(6―A)及び式(6―B)で表される繰り返し単位以外の繰り返し単位は、ビスアミノフェノール化合物の残基を含んでいてもよい。ビスアミノフェノール化合物の残基としては、例えば、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メチレン、ビス[N-(3-アミノベンゾイル)-3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル]スルホン、ビス[N-(4-アミノベンゾイル)-3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル]スルホン、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)スルホン、2,2’-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2’-ビス[N-(3-アミノベンゾイル)-3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル]プロパン、2,2’-ビス[N-(4-アミノベンゾイル)-3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル]プロパン、9,9-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス[N-(3-アミノベンゾイル)-3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル]フルオレン、9,9-ビス[N-(4-アミノベンゾイル)-3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル]フルオレン、N、N’-ビス(3-アミノベンゾイル)-2,5-ジアミノ-1,4-ジヒドロキシベンゼン、N、N’-ビス(4-アミノベンゾイル)-2,5-ジアミノ-1,4-ジヒドロキシベンゼン、N、N’-ビス(4-アミノベンゾイル)-4,4’-ジアミノ-3,3-ジヒドロキシビフェニル、N、N’-ビス(3-アミノベンゾイル)-3,3’-ジアミノ-4,4-ジヒドロキシビフェニル、N、N’-ビス(4-アミノベンゾイル)-3,3’-ジアミノ-4,4-ジヒドロキシビフェニル、3,3’-ジアミノ-4,4’-ビフェノール、ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)エタン、2,2-ビス(3-アミノ-4-ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、または2,2-ビス[3-(3-アミノベンズアミド)-4-ヒドロキシフェニル]ヘキサフルオロプロパン等があげられる。
 また樹脂末端をモノアミン、酸無水物、酸クロリド、またはモノカルボン酸により封止することで、樹脂(E)の重量平均分子量を調整したり、分子内部と異なる官能基を導入したりすることができるため、公知のモノアミン、酸無水物、酸クロリドまたはモノカルボン酸を使用してよい
 樹脂(E)の重量平均分子量は、1,000以上が好ましく、10,000以上がより好ましい。一方、樹脂(E)の重量平均分子量は、100,000以下が好ましく、60,000以下がより好ましい。樹脂(E)の重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)装置Waters2690-996(日本ウォーターズ(株)製)を用いて確認できる。展開溶剤をN-メチル-2-ピロリドンとして測定し、ポリスチレン換算で重量平均分子量(Mw)を計算できる。
 樹脂(E)の重合に用いる溶剤としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N’-ジメチルプロピレン尿素、N,N-ジメチルイソ酪酸アミド若しくはメトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミドのアミド類、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、ε-カプロラクトン若しくはα-メチル-γ-ブチロラクトンなどの環状エステル類、エチレンカーボネート若しくはプロピレンカーボネートなどのカーボネート類、トリエチレングリコール、プロピレングリコール若しくはプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコール類、m-クレゾール若しくはp-クレゾールなどのフェノール類、アセトフェノン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、または乳酸エチルなどが挙げられるがこれらに限定されない。
 <溶剤>
 本発明の樹脂組成物は溶剤を有する。溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、δ-バレロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N’-ジメチルプロピレン尿素、N,N-ジメチルイソ酪酸アミド若しくはメトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミドなどの極性の非プロトン性溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレングリコールモノメチルエーテル若しくはプロピレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン若しくはジイソブチルケトンなどのケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸プロピル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート若しくは3-メチル-3-メトキシブチルアセテートなどのエステル類、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール若しくは3-メチル-3-メトキシブタノールなどのアルコール類、またはトルエン若しくはキシレンなどの芳香族炭化水素類等が挙げられる。樹脂組成物は、これらを2種以上含有してもよい。
 樹脂との相互作用を強めることによる硬化物からの脱ガス抑制の観点から、HSP値が17~18の溶剤を使用することも、好ましい形態の一つである。ここで、HSP値は非特許文献(Emmanuel Stefanis and Costas Panayiotou, Int J Thermophys (2008) 29:568-585)に記載のStefanis-Panayiotou式により算出されるHansenの溶解度パラメーターである。また、硬化物からの脱ガスの低減の観点から、沸点が180℃以下の溶剤を有することも好ましい形態の一つである。溶剤の含有量は、樹脂を溶解させるため、樹脂(E)質量100質量部に対して、100質量部以上であることが好ましく、膜厚1μm以上の塗膜を形成させるため、1,500質量部以下であることが好ましい。
 <硬化促進剤>
 本発明の樹脂組成物は、さらに硬化促進剤を含有することが好ましい。ハイブリッドボンディングは熱履歴に敏感なデバイス製造への適用も想定されており、その製造工程は250℃以下の低温で実施されることが好ましい。硬化促進剤を含有することで、250℃以下の温度における硬化物形成により高イミド化が可能になる。樹脂の有するカルボン酸の比率が低下するため金属イオンマイグレーションを抑制でき、また、高い膜物性が得られることで高信頼性の硬化物が得られるとともに、ハイブリッドボンディングにおける脱ガス発生による接着界面の空隙発生による接着強度低下を抑制できると考えられる。
 また、樹脂組成物の硬化物環化率が高い場合、特許第7354479号公報に記載のように、ハイブリッドボンディングで製造した積層体の接着強度が低下する傾向がある。しかし、本発明におけるシロキサン結合を有する樹脂を有する樹脂組成物を適用することで、環化率が高い硬化物を樹脂層に用いて、接着強度の高いハイブリッドボンディングを実現できると考えられる。
 本発明の樹脂組成物は、硬化促進剤として、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、テトラゾール、ベンゾイミダゾール、ナフトイミダゾール、インダゾール、ベンゾトリアゾール、プリン、イミダゾリン、ピラゾリン、ピリジン、キノリン、イソキノリン、ジピリジル、ジキノリル、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、フタラジン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、ナフチリジン、アクリジン、フェナントリジン、ベンゾキノリン、ベンゾイソキノリン、ベンゾシンノリン、ベンゾフタラジン、ベンゾキノキサリン、ベンゾキナゾリン、フェナントロリン、フェナジン、カルボリン、ペリミジン、トリアジン、テトラジン、プテリジン、オキサゾール、ベンゾオキサゾール、イソオキサゾール、ベンゾイソオキサゾール、チアゾール、ベンゾチアゾール、イソチアゾール、ベンゾイソチアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、ピロールジオン、イソインドールジオン、ピロリジンジオン、ベンゾイソキノリンジオン、トリエチレンジアミン若しくはヘキサメチレンテトラミン、またはこれらの芳香族環や複素環、炭化水素・窒化水素の水素原子の一部を、炭素数6以下の基で置換した化合物などを含有することができるが、これに限定されない。樹脂組成物は、これらを2種以上含有してもよい。
 本発明の樹脂組成物は、硬化促進剤として、式(5)で表される化合物を含有することが好ましい。
 式(5)中、R12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、炭素数1~5であり、酸素原子数が0~2であり、かつ窒素原子数が0~1である基、または水素原子を表す。
 炭素数1~5であり、酸素原子数が0~2であり、かつ窒素原子数が0~1である基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、メトキシカルボニルアミノメチル基、メトキシカルボニルアミノエチル基、アミノエチル基、またはアミノプロピル基などが挙げられる。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 本発明の樹脂組成物は、式(5)で表される化合物を、樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1~3質量部含有することが好ましい。
 式(5)で表される化合物としては、1,2-ジメチルイミダゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、4-エチル-2-メチルイミダゾール、1-メチル-4-エチルイミダゾール、1-メトキシカルボニルアミノメチルイミダゾール、1-(2-メトキシカルボニルアミノエチル)-2-メチルイミダゾール、1-(2-アミノエチル)-2-メチルイミダゾール、または1-(3-アミノプロピル)-2-メチルイミダゾールが挙げられる。樹脂組成物が式(5)で表される化合物を含有することで、ハイブリッドボンディング用途で想定される200℃以下の硬化温度で十分な硬化促進効果が得られる。また、硬化促進剤の沸点は100℃~200℃であることが好ましく、120℃~180℃であることがより好ましい。この範囲において、硬化促進剤としての効果が発現し、かつハイブリッドボンディングにおける脱ガス量を抑制できる。
 硬化促進剤の含有量は、金属イオンマイグレーション抑制及び脱ガス量抑制の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.3質量部以上であることがより好ましく、0.5質量部以上であることがさらに好ましい。一方、硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物の保存安定性向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、3質量部以下であることが好ましく、2質量部以下であることがより好ましく、1質量部以下であることがさらに好ましい。この範囲において添加剤の効果が得られ、かつ樹脂組成物の保存安定性に優れ、さらにハイブリッドボンディングにおける硬化物からの脱ガス量を抑制できる。
 <シランカップリング剤>
 本発明の樹脂組成物は、さらにシランカップリング剤を含有することが好ましい。本発明の樹脂組成物は、シランカップリング剤として、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、または3-メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤を含有することが好ましい。シランカップリング剤は、本発明の樹脂組成物の保存安定性を損なわない範囲で含有させることが好ましい。
 シランカップリング剤を含有することで、ハイブリッドボンディングにおけるプラズマまたはUV処理によりシラノール基が発生し、高い反応性を有することで積層体の接着強度が上昇する傾向がある。
 シランカップリング剤の含有量は、接合強度向上及び下地基板との密着性向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、0.01質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましく、1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、シランカップリング剤の含有量は、接合強度向上及び脱ガスの発生抑制の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましく、3質量部以下であることがさらに好ましい。
 通常シランカップリング剤は脱ガスの発生要因となるが、本発明におけるシロキサン結合を有する樹脂と混合することで、ハイブリッドボンディングにおいて生じるシラノール基と相互作用し、共有結合を形成することで脱ガスの発生を抑制することができると考えられる。
 <架橋剤>
 本発明の樹脂組成物は、さらに架橋剤を含有することが好ましい。架橋剤はメチロール基、またはアルコキシメチル基を有することが好ましい。架橋剤が有するメチロール基数またはアルコキシメチル基数は、2以上が好ましく、3以上がより好ましい。これらの基を有することでハイブリッドボンディングにおけるプラズマまたはUV処理による表面活性化工程で水酸基が発生し、表面自由エネルギーの上昇につながり、接合強度を上昇させると考えられる。
 架橋剤としては、MX-290、NIKALAC(登録商標) MX-280、NIKALAC MX-270、NIKALAC MX-279、NIKALAC MW-100LM、またはNIKALAC MX-750LM(以上、商品名、(株)三和ケミカル製)や下記の架橋剤が挙げられるが、これに限定されない。これらを2種以上含有してもよい。
 架橋剤の含有量は、接合強度向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、5質量部以上であることがさらに好ましい。一方、架橋剤の含有量は、接合強度向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、30質量部以下であることが好ましく、20質量部以下であることがより好ましく、15質量部以下であることがさらに好ましい。
 <酸化防止剤>
 本発明の樹脂組成物は、さらに酸化防止剤を含むことが好ましい。樹脂組成物が酸化防止剤を含有することで、混合する樹脂の酸化劣化を抑制することができる。また、金属材料への防錆作用により、外部からの水分などによる金属酸化やそれに伴う密着低下や剥離を抑制することができる。これらの作用により、積層体の長期信頼性が向上すると推定される。
 酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤またはヒンダードアミン系酸化防止剤が好ましい。また、1分子中のフェノール基又はアミノ基の数としては、酸化防止効果が得やすいことから2以上が好ましく、4以上がより好ましい。この構造の酸化防止剤を添加することで、高温保存性試験等の信頼性試験後の硬化物における、機械特性や、金属材料との剥離を抑制できる。
 酸化防止剤の含有量は、積層体の信頼性向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、酸化防止剤の含有量は、積層体の信頼性向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、3質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましく、0.5質量部以下であることがさらに好ましい。
 <感光剤>
 本発明の樹脂組成物は、さらに感光剤を含むことが好ましい。樹脂組成物に感光剤を含有させることで、樹脂組成物に感光性を付与することができる。感光性を有する樹脂組成物を用いて樹脂層を形成することで、第一基板及び第二基板の製造方法を簡便化出来るとともに、感光剤が前述の架橋剤の反応を促進することができ、弾性率を制御することが可能となる。樹脂組成物に感光性を付与する場合、ポジ型またはネガ型が好ましい。感光剤としては、光重合開始剤または光酸発生剤が好ましい。中でも解像度の点から光酸発生剤を含む材料が好ましい。樹脂組成物にポジ型の感光性を付与する場合、感光剤としては、光酸発生剤が好ましく、ナフトキノンジアジド化合物がより好ましい。光重合開始剤、光酸発生剤の具体例は、特開2018-165819号公報に記載されているものと同一のものが挙げられる。好ましい例も同様である。感光剤の好ましい含有量は、樹脂(E)質量100質量部に対して0.1~20質量部である。
 <脱ガス抑制剤>
 本発明の樹脂組成物は、さらに脱ガス抑制剤を含有することが好ましい。本発明における脱ガス抑制剤としては、N,N-ジメチル-3-(ジメチルアミノ)プロパンアミドが好ましい。脱ガス抑制剤を有することで、脱ガスを抑制することができる。この理由としては、脱ガス抑制剤が低分子成分と相互作用することで低分子成分のガス化を抑制していると推測される。
 本発明の樹脂組成物は、N,N-ジメチル-3-(ジメチルアミノ)プロパンアミドを樹脂(E)質量100質量部に対して、0.001~3質量部であることが好ましい。脱ガス抑制剤の含有量は、脱ガス量抑制及び積層体の信頼性向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、0.001質量部以上であることが好ましく、0.005質量部以上であることがより好ましく、0.01質量部以上であることがさらに好ましく、0.05質量部以上であることがさらにより好ましく、0.1質量部以上であることが特に好ましい。一方、脱ガス抑制剤の含有量は、積層体の信頼性向上の観点から、樹脂(E)質量100質量部に対して、3質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましく、0.5質量部以下であることがさらに好ましい。
 さらに、本発明の樹脂組成物における脱ガス抑制剤の含有量は、硬化促進剤の質量100質量部に対して、0.1~300質量部であることがより好ましい。脱ガス抑制剤の含有量は、脱ガス量抑制及び積層体の信頼性向上の観点から、硬化促進剤の質量100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、0.5質量部以上であることがより好ましく、1質量部以上であることがさらに好ましく、5質量部以上であることがさらにより好ましく、10質量部以上であることが特に好ましい。一方、脱ガス抑制剤の含有量は、積層体の信頼性向上の観点から、硬化促進剤の質量100質量部に対して、300質量部以下であることが好ましく、100質量部以下であることがより好ましく、50質量部以下であることがさらに好ましい。
 <任意の樹脂>
 本発明における樹脂組成物は、特性を損なわない範囲で前記樹脂(E)の他にも、任意の樹脂を有していてもよい。任意の樹脂とは、ポリシロキサン、アクリルポリマー、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、ポリベンゾオキサゾール、またはポリベンゾオキサゾール前駆体等が挙げられる。任意の樹脂の好ましい含有量は、樹脂(E)質量100質量部に対して0.1~20質量部である。
 <硬化物及び硬化物の物性値>
 本発明の硬化物は、本発明の樹脂組成物を硬化した硬化物である。本発明における硬化物は、上記樹脂組成物をスピンコート、スリットダイコート、スプレーコート、またはインクジェットコートなどの公知の方法により、基板本体上に塗布したのち、ホットプレート、オーブン、または赤外線などの加熱により塗膜を乾燥する乾燥工程を経て得ることができ、上記乾燥工程により上記樹脂組成物中の樹脂(E)の環化率が50%以上、硬化物全体の質量に対する溶剤の含有量が5質量%以下となった膜を表す。
 基板上に塗布する膜厚は0.5~15μmが好ましく、1~10μmがより好ましい。シート状の場合、ラミネートにより形成するが出来る。また、ラミネート後に、同様に乾燥工程を経てもよい。また、特性を損なわない範囲で必要に応じて、熱の少なくとも一方の処理によって硬化してもよい。熱において硬化する場合、硬化温度としては100℃以上400℃以下の温度範囲で適宜選択出来、時間は3分~3時間まで目的に応じて選択出来る。中でも、150℃~250℃で硬化することが好ましく、180℃~220℃で硬化することがさらに好ましい。この範囲において、基板本体への負担を軽減し、かつハイブリッドボンディングにおける脱ガス量の抑制と高い樹脂環化率が得られることにより、高信頼の積層体を得られる傾向がある。また、樹脂組成物が感光性を備える場合、必要に応じて露光、現像の工程を経て硬化物にビアホールなどのパターンを形成してもよい。
 硬化物中の前記樹脂(E)の環化率は、90%より大きいことが好ましく、92%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。一方、硬化物中の前記樹脂(E)の環化率は、100%以下が好ましい。これにより、硬化物と金属電極間で生じる金属イオンマイグレーションを抑制でき、得られる積層体の信頼性を向上させることができる。樹脂組成物の硬化物の環化率が高い場合、ハイブリッドボンディングで製造した積層体の接着強度が低下する傾向がある。しかし、本発明におけるシロキサン結合を有する樹脂を有する樹脂組成物の硬化物を用いることで、環化率が高い硬化物を樹脂層に用いて、接着強度の高いハイブリッドボンディングを実現できると考えられる。前述の通り、環化率はイミド閉環率が上記範囲であることが好ましい。
 硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数は、0ppm/K以上が好ましく、15ppm/K以上がより好ましく、17ppm/K以上がさらに好ましい。一方、硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数は、40ppm/K以下が好ましく、30ppm/K以下がより好ましく、25ppm/K以下がさらに好ましい。かかる範囲にある事で、銅との線膨張率の差が小さくなり、接合後の積層体の信頼性を得やすくなる。ここで「50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数」というのは、測定開始温度50℃であり、測定終了温度150℃の温度範囲にて測定された線膨張量を最小二乗法により近似して得られる一次関数の傾きの値を意味する。なお硬化物の平均線膨張係数は、熱機械分析で測定された硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数が上記範囲であることが好ましい。
 硬化物の平均線膨張係数を調整する手法として、一般的に樹脂中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の比率を高めると、平均線膨張係数が下がる傾向にあり、樹脂中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の比率を小さくすると、平均線膨張係数が上昇する傾向がある。硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数を、0ppm/K以上40ppm/K以下に調整する手法として、硬化物が有する樹脂(E)中の全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の比率を80mol%以上に調整する手法が一例に挙げられる。
 硬化物の弾性率は、1.5GPa以上が好ましく、2.0GPa以上がより好ましく、2.5GPa以上がさらに好ましい。一方、硬化物の弾性率は、7.0GPa以下が好ましく、5.0GPa以下がより好ましく、3.5GPa以下がさらに好ましい。かかる範囲にある事で、ダイシングの微小異物によるボイドの発生を抑制しつつ、高い接着強度及び信頼性を得やすくなる。なお、硬化物の弾性率は実施例に記載の方法で求めるものとする。
 硬化物の弾性率を調整する手法として、一般的に樹脂中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の比率を高めると、弾性率が上昇する傾向にあり、樹脂中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の比率を小さくすると、弾性率が低下する傾向にある。硬化物の弾性率を、1.5GPa以上、7.0GPa以下に調整する手法として、硬化物が有する樹脂(E)中の全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の比率を80mol%以上に調整する手法が一例に挙げられる。
 <積層体の製造方法>
 以下、本発明の第2の態様及び第3の態様である積層体の製造方法、並びに、積層体の製造方法による得られる積層体及び半導体デバイスについて説明する。なお本発明の積層体の製造方法と記載する場合、本発明の第2の態様及び第3の態様である積層体の製造方法に共通する記載である。一方、特定の態様の積層体の製造方法について述べる場合、本発明の第2の態様である積層体の製造方法などと記載する。また積層体の製造方法に関する記載は、本発明の第1の態様である樹脂組成物の硬化物を用いた積層体の製造方法にも共通する記載である。ただし、本発明は以下の各実施の形態に限定されるものではなく、発明の目的を達成でき、かつ、発明の要旨を逸脱しない範囲内においての種々の変更は当然ありえる。
 本発明の第2の態様である積層体の製造方法は、工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、
(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、
前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、
前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
積層体の製造方法である。
工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する
工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理またはUV照射により活性化する
工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する。
 式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。上述した置換基および構造はヘテロ原子を有してもよく、無置換体または置換体のいずれであっても構わない。
 本発明の第3の態様である積層体の製造方法は、工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、上記
(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数が0~40ppm/Kであり、
前記工程(II)が、前記第一基板及び前記第二基板の表面を、30~100℃の温度において、プラズマ処理により活性化する工程である、
積層体の製造方法である。
工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する
工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理、またはUV照射により活性化する
工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する。
 本発明の第3の態様である積層体の製造方法は、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、
前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、
前記樹脂(E)が、上記式(1―A)で表される繰り返し単位及び上記式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
さらに前記樹脂(E)が、上記式(1―C)で表される繰り返し単位及び上記式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の上記式(1―A)で表される繰り返し単位と上記式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の上記式(1―C)で表される繰り返し単位と上記式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%であることが好ましい。
 <樹脂組成物(D)の硬化物、(B-1)樹脂層、及び(B-2)樹脂層の物性値>
 本発明の積層体の製造方法において、樹脂組成物(D)については、前述の「樹脂組成物」と同様である。また本発明の積層体の製造方法において、樹脂組成物(D)に含まれる樹脂(E)、溶剤、及びその他の構成成分に関する例示及び好ましい記載は、それぞれ上記の本発明の樹脂組成物における例示及び好ましい記載と同様である。
 工程(I)において、樹脂組成物(D)の硬化物中の樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中の上記式(1―A)で表される繰り返し単位と上記式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ樹脂(E)中の上記式(1―C)で表される繰り返し単位と上記式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%であることが好ましい。また工程(I)において、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方に含まれる樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中の上記式(1―A)で表される繰り返し単位と上記式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ樹脂(E)中の上記式(1―C)で表される繰り返し単位と上記式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%であることが好ましい。上記樹脂(E)中の上記式(1―A)、上記式(1―B)、上記式(1―C)、及び上記式(1―D)で表される繰り返し単位の含有比率が上記範囲であることを、以下、「樹脂(E)が特定構造の繰り返し単位の含有比率の条件を満たす」という場合がある。
 なお工程(I)において、上記樹脂(E)中の上記式(1―A)、上記式(1―B)、上記式(1―C)、及び上記式(1―D)で表される繰り返し単位の含有比率が上記範囲であるとは、工程(I)の後の状態をいう。これらの上記樹脂(E)中の繰り返し単位の含有比率に関する例示及び好ましい記載は、それぞれ上記の本発明の樹脂組成物に含まれる樹脂(E)中の繰り返し単位における例示及び好ましい記載と同様である。
 工程(I)において、樹脂組成物(D)の硬化物中の樹脂(E)の環化率は、90%より大きく、かつ100%以下が好ましい。また(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方に含まれる樹脂(E)の環化率は、90%より大きく、かつ100%以下が好ましい。なお工程(I)において、上記樹脂(E)の環化率が上記範囲であるとは、工程(I)の後の状態をいう。これらの上記樹脂(E)の環化率に関する例示及び好ましい記載は、それぞれ上記の本発明の硬化物中の樹脂(E)の環化率における例示及び好ましい記載と同様である。
 工程(I)において、樹脂組成物(D)の硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数は0~40ppm/Kであることが好ましい。また工程(I)において、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数は0~40ppm/Kであることが好ましい。上記樹脂組成物(D)の硬化物の平均線膨張係数、または、上記(B-1)樹脂層及び上記(B-2)樹脂層の少なくとも一方の平均線膨張係数が上記範囲であることを、以下、「樹脂組成物(D)の硬化物が特定範囲の平均線膨張係数の条件を満たす」、または、「(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が特定範囲の平均線膨張係数の条件を満たす」という場合がある。なお工程(I)において、上記樹脂組成物(D)の硬化物の平均線膨張係数、並びに、上記(B-1)樹脂層及び上記(B-2)樹脂層の少なくとも一方の平均線膨張係数が上記範囲であるとは、工程(I)の後の状態をいう。これらの平均線膨張係数に関する例示及び好ましい記載は、それぞれ上記の本発明の硬化物の平均線膨張係数における例示及び好ましい記載と同様である。
 後述する工程(II)が、第一基板及び第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である場合、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、工程(I)において、樹脂組成物(D)の硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数は0~40ppm/Kであることが好ましい。
 また後述する工程(II)が、第一基板及び第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である場合、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、工程(I)において、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数は0~40ppm/Kであることが好ましい。
 上記樹脂組成物(D)の硬化物の平均線膨張係数、並びに、上記(B-1)樹脂層及び上記(B-2)樹脂層の少なくとも一方の平均線膨張係数を調整する手法としては、それぞれ上記の本発明の硬化物の平均線膨張係数を調整する手法と同様である。
 工程(I)において、樹脂組成物(D)の硬化物の弾性率は1.5~7.0GPaであることが好ましい。また工程(I)において、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方の弾性率は1.5~7.0GPaであることが好ましい。なお工程(I)において、上記樹脂組成物(D)の硬化物の弾性率、並びに、上記(B-1)樹脂層及び上記(B-2)樹脂層の少なくとも一方の弾性率が上記範囲であるとは、工程(I)の後の状態をいう。これらの弾性率に関する例示及び好ましい記載は、それぞれ上記の本発明の硬化物の弾性率における例示及び好ましい記載と同様である
 上記樹脂組成物(D)の硬化物の弾性率、並びに、上記(B-1)樹脂層及び上記(B-2)樹脂層の少なくとも一方の弾性率を調整する手法としては、それぞれ上記の本発明の硬化物の弾性率を調整する手法と同様である。
 以下、(A-1)金属電極及び(A-2)金属電極の二つの総称として「(A)金属電極」、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の二つの総称として「(B)樹脂層」と表す場合がある。
 <工程(I);第一基板及び第二基板を準備する工程>
 本発明の積層体の製造方法は、以下の工程(I)を含む。
工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する。
 工程(I)の詳細について、具体例を用いて説明する。工程(I)において、基板本体を準備する。ここで、基板本体とは板状の物品を指し、基板本体はシリコン、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、窒化ガリウム、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、及びリン化インジウムからなる群より選択されるいずれか1種類以上の材質を含むことが好ましい。この中でも、シリコンは演算処理、情報記憶、または電力制御機能などの機能を有する半導体デバイスの用途として基板本体に好適に用いられる。前記基板本体に(A)金属電極及び(B)樹脂層を形成し、その後平滑化工程を行うことで(A)金属電極及び(B)樹脂層を具備する第一基板及び第二基板が得られる。また、積層体製造前の第一基板及び第二基板は、受動部品と能動部品の少なくとも一方の回路が形成された基板を基板本体として用いることが出来る。かかる基板本体を用いることで、得られる積層体は半導体としての機能を有する。
 (A)金属電極を先に形成して、その後(B)樹脂層を形成する場合を説明する。(A)金属電極は、公知の方法で形成することができる。(A)金属電極を形成する方法は、サブトラクト法、またはセミアディティブ法などが挙げられる。銅電極のセミアディティブ法による形成を具体例として説明する。基板本体にTi、Niなどのシード層をスパッタにより形成し、ドライフィルムレジストのパターン加工を行い、電解メッキにより銅電極パターンを形成し、レジスト除去、その後のシード層除去の工程を経て形成できる。その後、前述の硬化物の形成方法により(B)樹脂層を形成することで、露出した(A)金属電極及び露出した(B)樹脂層を基板本体の同一面に備える基板が得られる。
 次に、(B)樹脂層を先に形成して、その後(A)金属電極を形成する場合を説明する。(B)樹脂層の形成に感光性樹脂組成物(D)を用いる場合、前述の硬化物の形成方法のうち感光性を有する場合のパターンを形成する方法で(B)樹脂層を形成することが出来る。(B)樹脂層の形成に感光性を有しない樹脂組成物(D)を用いる場合、前述の硬化物の形成方法で硬化物を形成し、その後、公知の方法で硬化物のパターン加工を行うことで、(B)樹脂層を形成できる。硬化物のパターン加工としては、例えば、硬化物上にドライフィルムレジストのパターン加工を行い、ドライエッチングにより硬化物の一部を除去後、ドライフィルムレジストの除去を行う方法が挙げられる。その後、(A)金属電極を形成するTi、Niなどのシード層をスパッタにより形成し、電解メッキにより銅などの公知の電極材料で電極パターンを形成することで(A)金属電極が得られる。
 次に、(A)金属電極及び(B)樹脂層に対して平滑化工程を行い、(A)金属電極及び(B)樹脂層を露出させる。平滑化工程は公知の方法を使用することができる。平滑化工程の方法は、化学機械研磨(CMP)及びサーフェスプレーナーの少なくとも一方を用いることが好ましい。すなわち工程(I)は、化学機械研磨及びサーフェスプレーナーの少なくとも一方の平滑化工程を含むことが好ましい。
 CMPは、公知の方法を使用することができ、CMPを用いることにより表面粗さを低減することが出来、接合強度を高められるため好ましい。サーフェスプレーナーは、例えば、ダイヤモンドバイトを用いる方法が挙げられ、サーフェスプレーナーを用いることで平滑化工程の時間を短縮できる。また、サーフェスプレーナーを実施後にCMPを実施する工程が、接合強度を高められつつ、平滑化工程の時間を短縮できるため好ましい。以上の平滑化工程まで行うことで、基板本体の同一面に露出した(A)金属電極及び(B)樹脂層を具備する第一基板及び第二基板を得ることができる。
 次に、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(C)無機絶縁層を具備する第二基板を得る方法について説明する。基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(C)無機絶縁層を具備する第二基板は、公知技術を用いて製造することができる(Materials 2022,15(5),1888など)。製造方法の具体例として、まず熱酸化法、wet酸化法、スパッタ法またはCVD法等の方法で基板本体上に(C)無機絶縁層としてシリコン酸化膜(SiO)を形成する。次に、ドライフィルムレジストを用いたパターニング、エッチング、レジスト除去を実施する。その後、電解メッキにより電極パターンを形成し、前述と同じ平滑化工程を経て、同一表面上に(C)無機絶縁層としてのシリコン酸化膜と(A-2)金属電極が露出した第二基板を得ることができる。
 (C)無機絶縁層の材質としてはSiOが例に挙げられるが、(C)無機絶縁層はSiOの一部またはすべてを、シリコン窒化膜(SiN膜)、シリコン炭窒化膜(SiCN膜)に置き換えたものであってもよい。
 また、積層体製造前の第一基板及び第二基板の少なくとも一方は、必要に応じてバックグラインド等の公知の方法によって(A)金属電極と(B)樹脂層、または(A)金属電極と(C)無機絶縁層を有する面の反対側の面から基板本体を研磨し、薄化されてもよい。また、積層体製造前の第一基板及び第二基板の少なくとも一方は、必要に応じてダイシング等の公知の方法により個片(チップ)の形状に加工されてもよい。
 <工程(II);第一基板及び第二基板の表面を活性化する工程>
 本発明の積層体の製造方法は、以下の工程(II)を含む。
工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理またはUV照射により活性化する。
 工程(II)の詳細について、具体例を用いて説明する。第一基板及び第二基板の(A)金属電極及び(B)樹脂層、または(A)金属電極と(C)無機絶縁層を具備する面について、プラズマ処理もしくはUV照射によって表面活性化を行う。表面活性化の方法のうち、プラズマ処理によって活性化することが好ましい。表面活性化することにより、接合強度を高めることが出来る。
 プラズマ処理はプラズマに不活性ガスを用いて行い、酸素体積濃度は1%以下が好ましく、0.1%以下がより好ましく、0.01%以下がさらに好ましい。酸素体積濃度を1%以下とすることで、最表層の金属電極の酸化を抑制し、導電性を維持することができるとともに、樹脂層の酸化を抑制し、接合力の低下を抑制することができる。プラズマ処理に用いる不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウム、または窒素が挙げられる。処理後の活性化状態を長時間維持する観点から、プラズマ化する不活性ガスとして、ヘリウムを含有することが好ましい。ヘリウムの活性化エネルギーが低いため、ヘリウムプラズマで活性化した樹脂層の励起状態のエネルギー準位が低く、比較的安定な状態となる。そのため、樹脂層の活性化状態が長時間維持されることで、プラズマ処理から直接接合までの放置時間に関するプロセス許容幅が増大するため、工程マージンが向上する。また、プラズマ処理に用いる不活性ガスは2種類以上のガスを含む混合気体を用いてもよく、活性ガスを混合してもよい。プラズマ処理に用いる不活性ガスに混合する活性ガスの例としては、水素が挙げられる。プラズマ処理の出力は40~600Wの範囲で実施することが好ましく、プラズマ処理においてプラズマが照射される時間は10~200秒であることが好ましい。
 ヘリウムを含有する直接接合向けプラズマ処理例としては、Wafer Level Package Symposium 2022“Atmospheric Plasma System for In-Line Surface Activation of Die-to-Wafer Direct and Hybrid Bonding”プレゼンテーションなどで示されており、本発明においても本方法を用いることができる。
 本発明の積層体の製造方法において、プラズマ処理の温度は、接合強度向上の観点から、10℃以上が好ましく、30℃以上がより好ましく、38℃以上がさらに好ましい。一方、プラズマ処理の温度は、積層体の信頼性向上の観点から、100℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましく、50℃以下がさらに好ましい。
 本発明の積層体の製造方法は、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、工程(II)が、第一基板及び第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程であることが好ましい。なお、プラズマ処理の温度はステージの温度である。
 一般に、プラズマ処理の温度を30℃以上とすると、表面活性化の効果は大きくなる傾向があるが、処理される基板表面の算術平均粗さが大きくなり、接合強度が低下する場合がある。本発明の積層体の製造方法は、上述の通り、樹脂組成物(D)の硬化物中の樹脂(E)が特定構造の繰り返し単位の含有比率の条件を満たす、または、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方に含まれる樹脂(E)が特定構造の繰り返し単位の含有比率の条件を満たすことが好ましい。これらの条件を満たすことでプラズマ処理耐性が向上し、プラズマ処理の温度を高くした場合の算術平均粗さの上昇を抑制できるため、接合強度向上の効果を奏功すると推定される。
 また本発明の積層体の製造方法は、上述の通り、樹脂組成物(D)の硬化物が特定範囲の平均線膨張係数の条件を満たす、または、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が特定範囲の平均線膨張係数の条件を満たすことが好ましい。これらの特定範囲の平均線膨張係数の条件を満たす態様としては、樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、樹脂(E)中のフェニル基、ビフェニル基のような剛直な化学構造を有する繰り返し単位の含有比率を80mol%以上含有させることで、平均線膨張係数を0~40ppm/Kの範囲とすることが好ましい。同様に、これらの条件を満たすことでプラズマ処理耐性が向上し、プラズマ処理の温度を高くした場合の算術平均粗さの上昇を抑制できるため、接合強度向上の効果を奏功すると推定される。
 すなわち、本発明の積層体の製造方法において、プラズマ処理の温度を30℃以上とした場合でも、表面活性化の効果が向上した上で、算術平均粗さの上昇を抑制でき、高い接合強度が得られる。なおプラズマ処理による表面活性化において、発生した熱による基板表面の局所的な変形を、平均線膨張係数が0~40ppm/Kである硬化物または(B)樹脂層を用いることで抑制できる観点でも好適であると推測される。
 UV照射は、UVオゾン法を例とする公知の表面改質方法を用いることができる。プラズマ処理もしくはUV処理を実施した基板表面は、純水もしくは溶剤と接触させることが好ましい。純水もしくは溶剤は液体状態として接触させてもよいし、蒸気の状態で接触させてもよい。純水または水酸基を有する溶剤を用いることが好ましく、水酸基を有する溶剤は、メタノール、エタノール、プロパノール、またはイソプロパノールなどが挙げられるがこれに限定されない。この処理により、プラズマ処理により活性化した官能基の一部から水酸基が形成され、接合強度向上に寄与する傾向がある。
 また、樹脂組成物(D)が可溶である溶剤を選択することで、樹脂組成物(D)の硬化物の最表面の弾性率低下と接合時における樹脂組成物(D)の硬化物間の相互作用の向上により、積層体の接合強度が向上する傾向がある。この目的においては、プラズマ処理の前に溶剤または純水蒸気と基板表面を接触させてもよい。
 <工程(III);第一基板と第二基板を接合する工程>
 本発明の積層体の製造方法は、以下の工程(III)を含む。
工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する。
 工程(III)の詳細について、具体例を用いて説明する。工程(III)において、少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する。
 第一基板及び第二基板の接合方法としては、ウエハボンダーを用いたウエハ同士の接合であるWafer-to-wafer(W2W)プロセスでもよいし、チップをウエハに接合するChip-to-Wafer(C2W)プロセスでもよいし、チップ同士を接合するChip-to-Chip(C2C)プロセスでもよい。中でもC2Wプロセスが、接合精度、回路設計の自由度などの観点で好ましい。図1にW2Wプロセスで製造した積層体の模式的断面図を、図2にC2Wプロセスで製造した積層体の模式的断面図を示す。
 チップを用いた接合には、フリップチップボンダーなどが用いられる。チップは、ダイシングによるウエハの個片化工程を経ることで得られる。C2Wプロセスによる積層体の製造方法としては、例えば、ダイシングにより複数の個片化された第一基板を準備し、第二基板上に複数の第一基板を横並びに直接接合することで得ることが出来る。すなわち、第二基板の同一面上に複数の個片化された第一基板が直接接合されていることが好ましい。また、個片化した第一基板を第二基板に接合した後、接合面と反対側の面にそれぞれ露出した金属電極と樹脂層を形成し(もしくは、あらかじめ第一基板の両面に露出した金属電極と樹脂層を形成しておいてもよい)、さらにもう一つの第一基板と縦方向に並ぶように接合することもできる。このようにすることで、高密度に多くのチップを積層することが出来る。また、複数の第一基板の大きさは同じでも異なってもよい。
 工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときの貼り合わせ用ステージの温度は、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、50℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましく、150℃以上がさらに好ましい。一方、貼り合わせ用ステージの温度は、プロセスタイム削減及び積層体の信頼性向上の観点から、250℃以下が好ましく、230℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましい。
 工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときのボンディングヘッドの温度は、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、50℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましく、150℃以上がさらに好ましい。一方、ボンディングヘッドの温度は、プロセスタイム削減及び積層体の信頼性向上の観点から、250℃以下が好ましく、230℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましい。
 本発明の積層体の製造方法は、接合強度向上、積層体の信頼性向上、及びプロセスタイム削減の観点から、工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときの、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度がいずれも250℃以下であり、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度の少なくとも一方が50℃以上であることが好ましい。
 上記の工程(II)が、第一基板及び第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である場合、接合強度向上、積層体の信頼性向上、及びプロセスタイム削減の観点から、工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときの、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度がいずれも250℃以下であり、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度の少なくとも一方が50℃以上であることが好ましい。これは、プラズマ処理の温度を上記範囲とすることで表面活性化の効果が向上するため、工程(III)における接合温度(貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度)を低温化した場合でも十分な接合強度を維持でき、接合強度向上と積層体の信頼性向上とを両立する効果を奏功すると推定される。
 工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときの接合圧力は、接合強度向上の観点から、0.1MPa以上が好ましく、0.3MPa以上がより好ましく、0.5MPa以上がさらに好ましい。一方、接合圧力は、基板本体と基板上に形成された半導体素子へのダメージ抑制による積層体の信頼性向上の観点から、10.0MPa以下が好ましく、2.0MPa以下がより好ましく、1.0MPa以下がさらに好ましい。
 本発明の積層体の製造方法は、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときの接合圧力が0.1~1.0MPaであることが好ましい。
 上記の工程(II)が、第一基板及び第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である場合、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、工程(III)において、第一基板と第二基板を接合するときの接合圧力が0.1~1.0MPaであることが好ましい。これは、プラズマ処理の温度を上記範囲とすることで表面活性化の効果が向上するため、工程(III)における接合圧力を低圧化した場合でも十分な接合強度を維持でき、接合強度向上と積層体の信頼性向上とを両立する効果を奏功すると推定される。
 なお本発明の積層体の製造方法において、プラズマ処理の温度が30℃以上である場合、表面活性化による親水化の寄与が大きくなり、より低い接合圧力で十分な接合強度を得ることができる。その結果、接合圧力を1.0MPa以下とした場合においても、接合強度を向上させることができるため好適である。従って、プラズマ処理の温度を30℃以上とすることにより、接合強度向上と信頼性向上とを高い次元で両立することができると推定される。
 工程(III)の後、アニール処理をすることが好ましい。アニール処理をすることにより、樹脂層の軟化や金属電極の拡散により接合強度が向上し、得られる積層体の信頼性が向上する。アニール温度としては100℃~350℃の温度範囲で適宜選択出来、時間は3分~3時間まで目的に応じて選択出来る。中でも、150℃~250℃の温度範囲でアニール処理をすることが、基板本体への負担が小さく好ましい。
 アニール温度は、接合強度向上及び積層体の信頼性向上の観点から、50℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましく、150℃以上がさらに好ましい。一方、アニール温度は、プロセスタイム削減の観点から、350℃以下が好ましく、300℃以下がより好ましい。さらにアニール温度は、プロセスタイム削減及び積層体の信頼性向上の観点から、250℃以下が好ましく、230℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましい。
 本発明の積層体の製造方法は、接合強度向上、積層体の信頼性向上、及びプロセスタイム削減の観点から、工程(III)の後、150℃以上、250℃以下の温度でアニール処理を行う工程を有することが好ましい。
 <積層体>
 本発明の積層体は、本発明の硬化物を具備する。本発明の積層体は、前述の積層体の製造方法によって得られ、前記第一基板と前記第二基板における、(A-1)金属電極及び(A-2)金属電極、並びに、(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層または、(B-1)樹脂層及び(C)無機絶縁層を具備する面同士が接合した形状を有している。これらの接合界面は明確に区別されなくてもよい。また、電極(A-1)金属電極及び(A-2)金属電極間において電気的導通がとれる範囲で接合位置がずれてもよく、例えば、一部(A-1)金属電極と(B-2)樹脂層または、(A-2)金属電極と(B-1)樹脂層が接合された部位があってもよい。
 積層体が有する(A-1)金属電極及び(A-2)金属電極は、同種の金属であることが好ましいが、異種であっても構わない。(A)金属電極としては、銅、金、銀、アルミニウム、白金、チタン、クロム、モリブデン、亜鉛、ニッケル、マグネシウム、などの金属を用いることが出来る。また、これらの合金、積層体であってもよい。また、ITO、ZnOなどの導電性金属酸化物であってもよい。これらの中でも、導電性、熱伝導性及び経済性(コスト)の観点から、銅電極及びバリアメタルを具備した銅電極が好ましい。バリアメタルとしては、ニッケル、クロム、モリブデンなどが挙げられる。(A)金属電極が銅電極の場合、電極の接合界面における酸化膜の膜厚が0nm以上200nm以下であると電極の抵抗が下がり、好ましい。
 積層体が有する(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層は、本発明の硬化物で形成されており、同種の樹脂であることが好ましいが、異種の樹脂であっても構わない。積層体が有する(C)無機絶縁層は、SiO膜、SiN膜及びSiCN膜の少なくとも一つから形成されることが好ましい。また、受動部品及び/または能動部品の回路が形成された基板を基板本体として用いた第一基板及び第二基板から得られた積層体は半導体としての機能を有する。
 本発明の積層体の第一基板と前記第二基板のダイシェアテストにおける接合強度は、5MPa以上であれば使用可能であるが、信頼性の観点から、20MPa以上が好ましく、25MPa以上がより好ましい。
 <半導体デバイス>
 本発明の半導体デバイスは、本発明の積層体を具備する半導体デバイスである。本発明の半導体デバイスの例として、CMOSセンサーやHigh Bandwidth Memoryなどが挙げられ、チップの接合部位に本発明における積層体が用いられることで、高信頼性を有する。
 以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
 <積層体の製造方法、樹脂層及び樹脂組成物の物性測定方法>
 まず、積層体の作製方法、樹脂層及び樹脂組成物の物性測定方法を説明する。また、W2WプロセスまたはC2Wプロセスを用いた積層体の製造プロセスを示す模式的断面図を図3及び図4に示す。
 (1)Cuパッド、樹脂層付き基板の作製
 (1-1)金属電極の形成
 8インチのシリコンウエハ上にTi/Cuのシード層をスパッタにより形成し、市販のメッキ用ドライフィルムレジストをラミネート、パターニングを行い、5μmφ、ピッチ10μmのビア加工(5×5列)を行った。その後、電解メッキによりCuを高さ3μmで形成した。その後、レジストを剥離液により除去し、さらにシード層を、エッチャントを用いて除去することで、8インチシリコンウエハに、5μmφで高さ3μmのCuパッドを形成した(図3-b、図4-b参照)。
 (1-2)樹脂層の形成
 上記(1-1)で作製したCuパッド付き基板に、後述の実施例で得た樹脂組成物をスピンコート(1000rpm、30秒)、プリベーク(120℃で3分間)、キュア(200℃で1時間、O濃度;20体積ppm)を実施し、厚み4μmの樹脂層を得た(図3-c、図4-c参照)。
 (2)基板の平坦化
 シリカスラリー及びウレタン研磨パッドを用いて、上記(1-2)で作製したCuパッド、樹脂層付き基板の化学機械研磨(CMP)処理を行った(図3-d、図4-d参照)。この工程により、基板本体の同一面に露出した(A)金属電極及び露出した(B)樹脂層を具備する、第一基板及び第二基板を得た。
 (3)基板の個片化
 (3-1)1mm×1mmチップの作製
 DAD3240ダイシングソー(株式会社ディスコ製)を用いて、第一基板の個片化(1mm×1mm)を行った(図4-e参照)。
 (3-2)6mm×6mmチップの作製
 DAD3240ダイシングソー(株式会社ディスコ製)を用いて、第一基板の個片化(6mm×6mm)を行った(図4-e参照)。
 (4)基板の活性化
 (4-1)プラズマ活性化(室温)
 Atmospheric Plasma System(Ontos Equipment System社製)を用いて、Nを98体積%、Heを2体積%として、第一基板及び第二基板のプラズマ処理を行った。トータルガス流量を15slpm、パワーを80W、プラズマ装置を基板面の間隔を1mm、プラズマ装置の速度を1mm/秒とした。基板温度はステージの温度により確認した。
 (4-2)プラズマ活性化(加熱)
 SPC-100B+H(日立ハイテクインスツルメンツ社製)を用いて、第一基板及び第二基板のプラズマ処理を行った。Arガス流量を15slpm、パワーを80Wとして20秒処理を行った。基板温度はステージの温度設定により調整した。
 (5)積層体の作製
 (5-1)W2W積層体の作製(高圧接合)
 上記(4-1)でプラズマ処理した、第一基板及び第二基板(ただし、第1基板は個片化されていない)の(A)金属電極及び(B)樹脂層が露出した面同士を向かい合わせ、真空プレス装置VACUUM STAR(ミカドテクノス株式会社製)を用いて、室温、圧力2MPa、3分間、真空度50Paで、W2W接合した。その後、窒素雰囲気下、250℃で1時間アニール処理を行った(図3-e参照)。
 (5-2)C2W積層体の作製(高圧接合)
 上記(3-1)で個片化し、上記(4-1)で活性化したチップ(第一基板)及び、上記(2)で平坦化し、上記(4-1)で活性化したウエハ(第二基板)を準備し、フリップリップボンダーFC-3000S(東レエンジニアリング株式会社製)を用いて、150℃、10N、3秒間でチップをウエハに接合した。その後、250℃で1時間アニール処理を行った(図4-f参照)。
 (5-3)W2W積層体の作製(低圧接合)
 上記(4-2)でプラズマ処理した、第一基板及び第二基板(ただし、第1基板は個片化されていない)の(A)金属電極及び(B)樹脂層が露出した面同士を向かい合わせ、真空プレス装置VACUUM STAR(ミカドテクノス株式会社製)を用いて、室温、圧力1.0MPa、3分間、真空度50Paで、W2W接合した。その後、窒素雰囲気下、250℃で1時間アニール処理を行った(図3-e参照)。
 (5-4)C2W積層体の作製(低圧接合)
 上記(3-2)で個片化し、上記(4-2)で活性化したチップ(第一基板)及び、上記(2)で平坦化し、上記(4-2)で活性化したウエハ(第二基板)を準備し、フリップリップボンダーFC-3000S(東レエンジニアリング株式会社製)を用いて、150℃、3秒間、表4-2に記載の圧力となるように加圧してチップをウエハに接合した。その後、250℃で1時間アニール処理を行った(図4-f参照)。
 (6)積層体の接着力測定
 (6-1)W2W積層体の接着力測定
 DAD3240ダイシングソー(株式会社ディスコ製)を用いて、上記(5-1)、または上記(5-3)で作製した積層体の第一基板部位のみを、1mm角サイズの個片化チップが5つ得られるよう切断した(第二基板は元の基板の形状を残している)。カミソリ刃を積層体の端部より挿入し、個片化したチップのみを残すように、第一基板を第二基板から剥離した。第二基板上に残ったそれぞれのチップについて、ダイシェア測定装置(DAGE製、Series4000)を用いてチップに横方向からの力をかけ、チップが剥離するときの力を測定した。測定値をチップの面積で除した単位面積当たりの接着力に換算し、5つの平均値をW2W積層体の接着力とした。さらに、同じサンプルについて、プレッシャークッカー試験(PCT)装置(タバイエスペック(株)製、HAST CHAMBER EHS-211MD)を用いて、121℃、2気圧、100%RHの条件で100時間PCT処理をした後のダイシェアテストを実施した。
 (6-2)C2W積層体の接着力測定
 上記(5-2)、または上記(5-4)で作製されたC2W積層体にある5つのチップ(第一基板)それぞれについて、ダイシェア測定装置(DAGE製、Series4000)を用いてチップに横方向からの力をかけ、チップが剥離するときの力を測定した。測定値をチップの面積で除した単位面積当たりの接着力に換算し、5つの平均値をC2W積層体の接着力とした。さらに、同じサンプルについて、プレッシャークッカー試験(PCT)装置(タバイエスペック(株)製、HAST CHAMBER EHS-211MD)を用いて、121℃、2気圧、100RH%の条件で100時間PCT処理をした後のダイシェアテストを実施した。ダイシェアテストの結果から、次のS、A、B、Cの判定を行い、Sを最良、Aを良好、Bを及第、Cを不良とした。
S:ダイシェアテスト結果が30MPa以上
A:ダイシェアテスト結果が25MPa以上、30MPa未満
B:ダイシェアテスト結果が20MPa以上、25MPa未満
C:ダイシェアテスト結果が20MPa未満。
 (7)積層体の信頼性試験
 (7-1)HTS(High Temperature Storage)試験
 上記(5-1)または上記(5-2)で作製した積層体を、熱風オーブンを用いて175℃/200時間処理を行った。処理後の積層体について、イオンミリング装置(日立ハイテクノロジー(株)製、IM4000)で断面切断を行い、走査型電子顕微鏡(SEM、日立ハイテクノロジーズ社製、S-3000N)で断面観察し、剥離の発生状況を確認した。評価方法として金属配線の剥離の程度を観察し、剥離0%を4、剥離0%を超えて25%未満のものを3、剥離25%以上50%未満を2、剥離50%以上を1とし、2以上を合格としたと評価した。
 (7-2)TC(Thermal Cycle)試験1
 上記(5-1)または上記(5-2)で作製した積層体を、熱サイクル試験機(以下、TC装置)(タバイエスペック(株)製)を用いて、-45℃で15分間、125℃で15分間、温度変化速度5℃/minを1サイクルとして500サイクルの処理を行った。処理後の積層体について、イオンミリング装置で断面切断を行い、走査型電子顕微鏡で断面観察し、クラックの発生状況を確認した。評価方法として樹脂層のクラックの程度を観察し、クラック0個を4、クラック1個以上3個以下を3、クラック4個以上10個以下を2、クラック11個以上を1とし、2以上を合格と評価した。
 (7-3)TC(Thermal Cycle)試験2
 上記(5-1)または上記(5-2)で作製した積層体を、熱サイクル試験機(以下、TC装置)(タバイエスペック(株)製)を用いて、-45℃で15分間、150℃で15分間、温度変化速度10℃/minを1サイクルとして500サイクルの処理を行った。処理後の積層体について、イオンミリング装置で断面切断を行い、走査型電子顕微鏡で断面観察し、クラックの発生状況を確認した。評価方法として樹脂層のクラックの程度を観察し、クラック0個を4、クラック1個以上3個以下を3、クラック4個以上10個以下を2、クラック11個以上を1とし、2以上を合格と評価した。
 (7-4)ボイド試験
 上記(5-1)または上記(5-2)で作製した積層体を、25℃He流50mL/minの雰囲気のチャンバー内で粉砕し、発生したガス量を測定した。脱ガス量の評価はGC/MS((株)島津製作所製、QP2010)を使用した。測定結果から4、3、2、1の判定を行い、4を最良、3を良好、2を及第、1を不良とした。
4:基板接合界面の面積あたりのガス発生量が0.1μL/cm未満
3:基板接合界面の面積あたりのガス発生量が0.1μL/cm以上、0.5μL/cm未満
2:基板接合界面の面積あたりのガス発生量が0.5μL/cm以上、1.0μL/cm未満
1:基板接合界面の面積あたりのガス発生量が1.0μL/cm以上。
 (8)弾性率の測定
 樹脂組成物を6インチのシリコンウエハ上に、120℃で3分間のプリベーク後の膜厚が5μmとなるように塗布現像装置Mark-7を用いてスピンコート法で塗布及びプリベークした後、イナートオーブンCLH-21CD-S(光洋サーモシステム(株)製)を用いて、酸素濃度20ppm以下で3.5℃/分で200℃まで昇温し、1時間加熱処理を行なった。熱硬化後のウエハを5cm角のサイズにカットし、ナノインデンター(Hysitron社製、Triboindenter TI950)により、ダイヤモンド製三角錐圧子(Berkovich圧子)を用いて最大負荷0.1mN、除荷率90%の条件で25℃大気中における弾性率を測定した。
得られた値を、樹脂層の弾性率とした。
 (9)平均線膨張係数(CTE)の測定
 樹脂組成物を6インチのシリコンウエハ上に、120℃で3分間のプリベーク後の膜厚が10μmとなるように塗布現像装置Mark-7を用いてスピンコート法で塗布及びプリベークした後、イナートオーブンCLH-21CD-S(光洋サーモシステム(株)製)を用いて、酸素濃度20ppm以下で3.5℃/分で200℃まで昇温し、1時間加熱処理を行なった。温度が50℃以下になったところでウエハを取り出し、45質量%のフッ化水素酸に1分間浸漬することで、ウエハより硬化物を剥がした。この膜を幅1.5cm、長さ3cmの短冊状に切断し、熱機械分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、EXSTAR6000 TMA/SS6000)を用い、測定を実施した。第1段階で昇温速度5℃/minで150℃まで昇温して試料の吸着水を除去し、第2段階で降温速度5℃/minで室温まで空冷した。第3段階で、昇温速度5℃/minで本測定を行った。目的とする樹脂組成物の硬化物の平均線膨張係数は、本測定の50℃~150℃の温度範囲における線膨張係数の平均値を求めた。平均線膨張係数の値から、次のA、B、Cの判定を行い、Aを良好、Bを及第、Cを不良とした。
A:平均線膨張係数が17ppm/K以上25ppm/K未満
B:平均線膨張係数が0ppm/K以上17ppm/K未満、または25ppm/K以上40ppm/K以下
C:平均線膨張係数が0ppm/K未満、または40ppm/Kより大きい。
 (10-1)脱ガス試験
 8インチのシリコンウエハ上に、後述の実施例で得た樹脂組成物をスピンコート(1000rpm、30秒)、プリベーク(120℃で3分間)、キュア(200℃で1時間、O濃度;20体積ppm)を実施し、厚み4μmの樹脂層を有するシリコン基板を得た。
 DAD3240ダイシングソー(株式会社ディスコ製)を用いて、前記厚み4μmの樹脂層を有するシリコン基板を10mm×20mmの短冊状に個片化を行った。脱ガス量の評価はTPD-MS(Temperature Programmed Desorption-Mass Spectrometry)法を用いて加熱によって短冊状に個片化を行った基板20枚から発生する有機ガスの総量を測定することによって行われた。加熱条件は25℃から250℃まで3℃/minのレートで昇温し、250℃で1時間保持した。キャリア―ガスにはヘリウムを50ml/minの流量で使用した。測定装置はGC/MS((株)島津製作所製、QP2010)を使用した。測定結果からS、A、B、Cの判定を行い、Sを最良、Aを良好、Bを及第、Cを不良とした。
S:基板面積あたりの有機ガス発生量が10ng/mm未満
A:基板面積あたりの有機ガス発生量が10ng/mm以上、20ng/mm未満
B:基板面積あたりの有機ガス発生量が20ng/mm以上、50ng/mm未満
C:基板面積あたりの有機ガス発生量が50ng/mm以上。
 (10-2)脱ガス試験2
 8インチのシリコンウエハ上に、後述の実施例で得た樹脂組成物をスピンコート(1000rpm、30秒)、プリベーク(120℃で3分間)、キュア(200℃で1時間、O濃度;20体積ppm)を実施し、厚み4μmの樹脂層を有するシリコン基板を得た。
 DAD3240ダイシングソー(株式会社ディスコ製)を用いて、前記厚み4μmの樹脂層を有するシリコン基板を10mm×20mmの短冊状に個片化を行った。脱ガス量の評価はTPD-MS(Temperature Programmed Desorption-Mass Spectrometry)法を用いて加熱によって短冊状に個片化を行った基板20枚から発生する、樹脂組成物が含有する硬化促進剤の有機ガスの総量を測定することによって行われた。加熱条件は25℃から250℃まで3℃/minのレートで昇温し、250℃で1時間保持した。キャリア―ガスにはヘリウムを50ml/minの流量で使用した。測定装置はGC/MS((株)島津製作所製、QP2010)を使用した。測定結果からS、A、B、Cの判定を行い、Sを最良、Aを良好、Bを及第、Cを不良とした。
S:基板面積あたりの有機ガス発生量が5ng/mm未満
A:基板面積あたりの有機ガス発生量が5ng/mm以上、20ng/mm未満
B:基板面積あたりの有機ガス発生量が20ng/mm以上、30ng/mm未満
C:基板面積あたりの有機ガス発生量が30ng/mm以上
-:樹脂組成物が硬化促進剤を含有しない。
 (11)環化率評価
 樹脂組成物を6インチのシリコンウエハ上に、120℃で3分間のプリベーク後の膜厚が10μmとなるように塗布現像装置Mark-7を用いてスピンコート法で塗布及びプリベークした後、イナートオーブンCLH-21CD-S(光洋サーモシステム(株)製)を用いて、酸素濃度20ppm以下で3.5℃/分で200℃まで昇温し、1時間加熱処理を行なった。温度が50℃以下になったところでウエハを取り出し、得られた硬化物の環化率を測定した。環化率の測定は、赤外吸収スペクトルを測定し、イミド構造に由来するピーク(1780cm-1から最も近い波数のピーク、1377cm-1付近から最も近い波数のピーク)の強度からイミド閉環率を算出した。なお350℃で1時間熱処理したサンプルのイミド構造に由来するピークの強度を環化率(イミド閉環率)が100%のピーク強度として、測定対象のサンプルのイミド構造に由来するピークの強度から環化率(イミド閉環率)を算出することで実施した。測定結果からA、B、Cの判定を行い、Aを最良、Bを良好、B-を及第、Cを不良とした。
A:環化率が90%より大きい
B:環化率が80%より大きく、90%以下
B-:環化率が70%より大きく、80%以下
C:環化率が70%以下。
 <(B)樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物>
 次に、(B)樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物について説明する。以下、合成例、実施例で使用する化合物の略称を記載する。
SiDA:1,3-ビス(3-アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン
PDA:p-フェニレンジアミン
m-TB:2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル
4,4’-ODA:4,4’-ジアミノジフェニルエーテル
3,3’-ODA:3,3’-ジアミノジフェニルエーテル
3,5-DATA:1H-1,2,4-トリアゾール-3,5-ジアミン
1,3,3’-APB:1,3’-ビス-(3-アミノフェノキシ)ベンゼン
PMDA:ピロメリット酸二無水物
BPDA:3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物
ODPA:4,4’-オキシジフタル酸無水物
a-BPDA:2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
MPA:メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド
DMPA:N,N-ジメチルプロピオンアミド
2E4MZ:2-エチル-4-メチルイミダゾール
KBM-403:3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(シランカップリング剤)、(商品名、信越化学社製)
IRGANOX(登録商標) 245:エチレンビス(オキシエチレン)ビス-(3-(5-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-m-トリル)プロピオネート)(酸化防止剤)(商品名、BASF社製)
DAPA:N,N-ジメチル-3-(ジメチルアミノ)プロパンアミド。
 [合成例1]樹脂(P-1)
 乾燥窒素気流下、4,4’-ODA 19.2g(0.096mol)、SiDA 0.99g(0.004mol)をNMP 200gに溶解した。ここにPMDA 16.8g(0.077mol)、BPDA 5.9g(0.020mol)を加え、60℃で5時間撹拌し、樹脂溶液(P-1)を得た。撹拌後、固形分濃度が16質量%になるようにNMPを加えた。
 [合成例2~9、11~15]樹脂(P-2~P-9、P-11~P-15)
表1-1、表1-2の比率になるように原材料や溶媒を変えた以外は合成例1と同様にして樹脂P-2~P-9、P-11~P-15を得た。
 [合成例10]樹脂(P-10)
 乾燥窒素気流下、4,4’-ODA 19.2g(0.096mol)、SiDA 0.99g(0.004mol)をNMP 200gに溶解した。ここにPMDA 16.8g(0.077mol)、a-BPDA 5.9g(0.020mol)を加え、80℃で8時間撹拌し、樹脂溶液(P-10)を得た。撹拌後、固形分濃度が16質量%になるようにNMPを加えた。
 [比較合成例1~5]樹脂(HP-1~HP-5)
表1-2の比率になるように原材料や溶媒を変えた以外は合成例1と同様にして樹脂HP-1~HP-5を得た。
 樹脂(E)として、合成例1~15及び比較合成例1~5で得られた各樹脂の組成を、まとめて表1-1、表1-2に示す。モノマーの共重合比率は表1-1、表1-2の通りである。
 [実施例1~25及び比較例1~5]
 合成例で得られた樹脂または既製品の樹脂を、表2-1及び表2-2に示す質量比、固形分濃度となるように溶剤及び添加剤と混合させ、それぞれの樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物はすべて、評価前にあらかじめ1μmのポリテトラフルオロエチレン製のフィルター(住友電気工業(株)製)で濾過して用いた。
 [実施例27~54及び57~85;比較例6~9、11~16、及び18~19]
 実施例1~25、比較例1~5で作製した樹脂組成物及び市販の樹脂組成物を用いて、前述の積層体作製方法(1)~(5)により、積層体を作製し、樹脂層及び樹脂組成物の物性測定方法(6)~(8)により、その評価を行った。各実施例、比較例について、表2-1、表2-2、表3-1、及び表3-2に示す。
 [実施例26及び56;比較例10及び17]
 上記(1-2)樹脂層の形成の代わりに、テトラエトキシシランを用い、化学気相成長法によりSiO皮膜を形成した以外は、前述の積層体作製方法(1)~(5)と同様にして積層体を作製し、樹脂層及び樹脂組成物の物性測定方法(5)~(8)により、その評価を行った。各実施例、比較例について、表3-1、表3-2、表4-1、及び表4-2に示す。
 [実施例1~25及び比較例1~5]
 樹脂組成物の物性測定方法(9)、(10)、(11)により、その評価を行った。各実施例、比較例について、表5に示す。
1 基板本体(シリコンウエハなど)
2 (A-1)金属電極(Cuなど)
3 (B-1)樹脂層
4 (B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層
5 (A-2)金属電極(Cuなど)
6 基板本体(シリコンウエハなど)
7 第一基板
8 第二基板

Claims (16)

  1.  工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、
     (B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、
     前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、
     前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
     さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
     前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
     積層体の製造方法。
    工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する
    工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理、またはUV照射により活性化する
    工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する
    (式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。)
    (式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。)
  2.  前記樹脂組成物(D)が、式(5)で表される化合物を前記樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1~3質量部含有する、請求項1に記載の積層体の製造方法。
    (式(5)中、R12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、炭素数1~5であり、酸素原子数が0~2であり、かつ窒素原子数が0~1である基、または水素原子を表す。)
  3.  前記工程(II)が、前記第一基板及び前記第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である、請求項1に記載の積層体の製造方法。
  4.  工程(I)、工程(II)、及び工程(III)をこの順に含み、
     (B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数が0~40ppm/Kであり、
     前記工程(II)が、前記第一基板及び前記第二基板の表面を、30~100℃の温度範囲において、プラズマ処理により活性化する工程である、
     積層体の製造方法。
    工程(I):基板本体の同一面に露出した(A-1)金属電極及び露出した(B-1)樹脂層を具備する第一基板及び、基板本体の同一面に露出した(A-2)金属電極及び露出した(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を具備する第二基板を準備する
    工程(II):前記第一基板及び前記第二基板の表面をプラズマ処理、またはUV照射により活性化する
    工程(III):少なくとも一部の前記(A-1)金属電極と前記(A-2)金属電極及び、少なくとも一部の前記(B-1)樹脂層と、前記(B-2)樹脂層または(C)無機絶縁層を対向させて、直接接合により前記第一基板と前記第二基板を接合する
  5.  前記(B-1)樹脂層及び(B-2)樹脂層の少なくとも一方が、樹脂組成物(D)の硬化物からなり、
     前記樹脂組成物(D)は樹脂(E)及び溶剤を含有し、
     前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
     さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
     前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
     請求項4に記載の積層体の製造方法。
    (式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。)
    (式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。)
  6.  前記工程(III)において、前記第一基板と前記第二基板を接合するときの接合圧力が0.1~1.0MPaである、請求項3~5のいずれかに記載の積層体の製造方法。
  7.  前記樹脂組成物(D)の硬化物の50~150℃の温度範囲における平均線膨張係数が0~40ppm/Kである、請求項3に記載の積層体の製造方法。
  8.  前記工程(I)が、化学機械研磨及びサーフェスプレーナーの少なくとも一方の平滑化工程を含む、請求項1~5のいずれかに記載の積層体の製造方法。
  9.  前記工程(III)において、前記第一基板と前記第二基板を接合するときの、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度がいずれも250℃以下であり、貼り合わせ用ステージの温度とボンディングヘッドの温度の少なくとも一方が50℃以上である、請求項1~5のいずれかに記載の積層体の製造方法。
  10.  前記工程(III)の後、150℃以上、250℃以下の温度でアニール処理を行う工程を有する、請求項1~5のいずれかに記載の積層体の製造方法。
  11.  樹脂(E)及び溶剤を含有し、
     前記樹脂(E)が、式(1―A)で表される繰り返し単位及び式(1―B)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
     さらに前記樹脂(E)が、式(1―C)で表される繰り返し単位及び式(1―D)で表される繰り返し単位のどちらか一方または両方を有し、
     前記樹脂(E)中に含まれる全繰り返し単位を100mol%としたとき、前記樹脂(E)中の式(1―A)で表される繰り返し単位と式(1―B)で表される繰り返し単位の合計が80~99mol%であり、かつ前記樹脂(E)中の式(1―C)で表される繰り返し単位と式(1―D)で表される繰り返し単位の合計が1~10mol%である、
     樹脂組成物。
    (式(1―A)、式(1―B)、式(1―C)及び式(1―D)中、Rは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1~10のアルキル基、または式(2)で表される基を表す。sは、それぞれ独立に、1~50の整数である。R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキレン基、炭素数2~10のアルケニレン基、炭素数2~10のアルキニレン基または炭素数6~20のアリーレン基を示す。R~Rは、それぞれ独立に、炭素数1~30のアルキル基、フェニル基またはフェノキシ基を表す。Xは、それぞれ独立に、式(3)で表されるいずれかの基であり、Yは、それぞれ独立に、式(4)で表される基である。)
    (式(2)中、R10は炭素数1~5のアルキル基、R11は炭素数1~5のアルキリデン基を表す。*は結合部を表す。式(3)中、nは0~3の整数であり、mは1~2の整数である。*は結合部を表す。式(4)中、R及びRは、それぞれ独立に、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~6のアシル基、炭素数1~6のアルコキシ基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、スルホン酸基、またはメルカプト基を表す。pは0~4の整数であり、qは0~4の整数であり、rは0~2の整数である。Zは単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数1~12のハロゲン化アルキレン基、スルホニル基、S原子、O原子、CO基、及びCOO基から選択される結合、原子または基である。*は結合部を表す。)
  12.  式(5)で表される化合物を前記樹脂(E)質量100質量部に対して、0.1~3質量部含有する、請求項11に記載の樹脂組成物。
    (式(5)中、R12、R13、R14及びR15は、それぞれ独立に、炭素数1~5であり、酸素原子数が0~2であり、かつ窒素原子数が0~1である基、または水素原子を表す。)
  13.  N,N-ジメチル-3-(ジメチルアミノ)プロパンアミドを前記樹脂(E)質量100質量部に対して、0.001~3質量部含有する、請求項11または12に記載の樹脂組成物。
  14.  請求項11または12に記載の樹脂組成物を硬化した硬化物。
  15.  請求項14に記載の硬化物を具備する積層体。
  16.  請求項15に記載の積層体を具備する半導体デバイス。
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