电子设备、导电性组合物、金属填充装置及电子设备的制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电子设备、金属填充装置、导电性组合物以及电子设备的制造方法。所述电子设备是将多个基板层叠而成的，所述基板各自包含半导体基板、纵导体以及环状绝缘部。所述纵导体沿所述半导体基板的厚度方向延伸。所述环状绝缘部包含以玻璃为主要成分的无机绝缘层，所述无机绝缘层被填充在环状槽内，所述环状槽包围所述纵导体并被设置在所述半导体基板中。

【技术实现步骤摘要】

在集成电路、半导体元件或者它们的芯片等电子设备的领域，此前采取在电路基 板上平面地配置半导体芯片并且将它们之间用布线连接的方法。但是，该方法因为安装面 积随着半导体芯片的数量增加、并且布线长度也增加，所以难以实现电子设备的小型大容 量、高性能、以及低耗电。在微细化的技术已发展到极限的当前情况下，通过半导体芯片的 微细化、小型化来实现大容量、高性能以及低耗电已达到极限。因此，正在开发用贯穿电极对层叠的电路基板间进行连接的所谓的 TSV(Through-Si 1 icon-Via 硅晶穿孔技术)技术。如果使用TSV技术，则可实现三维系统封装(3D_Sip)等的三维结构体的电子设 备。由此，可将大量的功能装入到小的占有面积中，并且，元件之间的重要的电路径显著变 短，可实现处理的高速化。但是，在TSV技术中，存在如下的多个问题。(1)贯穿电极和硅基板之间的绝缘性作为使贯穿电极与硅基板电绝缘的手段，日本特开2008-251964号公报公开了如 下技术以将贯穿硅基板的贯穿电极包围的方式设置贯穿硅基板的环状的分离槽，在分离 槽的底面以及侧面上直接形成硅膜，接着以填埋残留于分离槽内的间隙的方式在硅膜上形 成绝缘膜，将分别与分离槽的内周侧面以及外周侧面接触的硅膜的表面热氧化来形成硅热氧化膜。但是，即使将贯穿电极与硅基板电绝缘，根据电绝缘结构，特别是在GHz的高频区 域杂散电容增大、电抗降低。由此，从贯穿电极向硅基板泄漏高频信号，信号的传输特性劣 化。因而，在GHz的高频区域的信号传输特性改善上，需要使将贯穿电极与硅基板电绝缘的 绝缘部分的相对介电常数变小、并且使电阻率尽量变高等的进一步改善。根据该观点，从日本特开2008-251964号公报的公开内容可知，由于是将贯穿电 极与硅基板通过硅热氧化膜来进行电绝缘的结构，因此信号传输特性除了由硅热氧化膜的 电绝缘特性带来影响之外没能得到改善。即，在信号传输特性的改善上受到限制。并且，需要以下工序在分离槽的底面以及侧面上直接形成硅膜的工序，在硅膜形 成后以填埋残留在分离槽内的间隙的方式在硅膜上形成绝缘膜的工序，以及进一步将硅膜 的表面热氧化的工序。由此工序变得复杂、冗长。在将现有的平面的配置技术用TSV技术 替换时，在工业批量生产上所重视的是成本、性能，上述的技术不能充分满足该要求。并且，在上述技术中，因为想要通过膜填满分离槽，所以分离槽的槽宽必须是例如 2μπι左右的极小的值，若考虑到晶片的通常厚度，则分离槽的长宽比会达到100 200。因 此，难以进行针对分离槽的硅膜形成工序。(2)贯穿电极形成时以及接合时的热劣化在使用上述熔融金属填充法或者镀覆法对已经形成有电路元件的半导体芯片或 者晶片形成贯穿电极的情况下(后钻孔(via last))，必须避免因熔融热而导致的电路元 件的热劣化。从避免熔融热所导致的电路元件的劣化这样的观点出发，只要使用熔点低的金属 材料即可，但这样一来，结果是电子设备的耐热性变低。例如，日本特开2002-158191号公报中，作为构成贯穿电极的金属材料而例示的 锡、铟由于熔点低，因此能够在避免贯穿电极形成时的熔融热所导致的半导体电路元件的 劣化这点上进行评价，但由于熔点低，损失了热可靠性。另外，在使用TSV技术来实现三维结构的电子设备时，必须将形成贯穿电极的多 个晶片或者芯片在使贯穿电极对位后依次接合。作为接合材料，从提高电特性以及与贯穿 电极的接合性等观点来看，可以使用金属接合材料。使该金属接合材料熔融后，通过使其凝 固来接合电路基板。该情况也同样存在以下问题在金属接合材料的熔融、接合的过程中，已经形成的 电路元件有时受到热损伤。另外，在晶片的面上与贯穿电极一起、或者与贯穿电极独立地形成布线用的平面 状导体图案的情况下，也具有同样问题。(3)贯穿电极与其周边裂纹等的产生作为在熔融金属填充法中一般共有的问题，可以看到以下现象在贯穿电极处产 生龟裂、或在贯穿孔的内壁面与贯穿电极的外周面之间设置的绝缘膜被贯穿电极部分地破 坏，或者进一步发展为在贯穿电极的周围的硅基板处产生裂纹。这些问题不限于形成贯穿电极的情况。在实现上述三维配置时，在层叠多个电路 基板的情况下，在对电路基板相互间进行连接的接头等处有时也发生同样的情况。(4)贯穿电极和导体图案的连接不良贯穿电极在其功能上必须至少一端与设置在基板上的导体图案连接。此时，当导 体图案的表面被氧化时，有时发生贯穿电极与导体图案连接不良。作为解决该问题的一般手段，可以考虑利用熔剂的还原作用，还原导体图案的氧化膜。但是，当在微细空间内将熔剂与熔融金属材料一起注入时，产生熔剂气体。在这种 电子设备中，微细空间的孔径例如是数十ym以下的极微小孔，而且，长宽比变得相当高。 当在这种形状的微细空间内产生熔剂气体时，除去该气体当然变差，在贯穿电极的周围产 生因熔剂气体而引起的空隙，纵导体的截面积减少，电阻增大，进而导致对导体图案的连接 不良、接合阻抗增大等问题。像这样的问题不限于形成纵导体的场合。在实现三维配置时，在层叠多个电路基 板的情况下，有时也会导致对电路基板相互间进行连接的接头连接不良、电阻增大、以及接 合阻抗增大等问题。(5)向微细空间充填熔融金属的困难性在形成贯穿电极时，很难在不使在具有高长宽比的微细空间内产生空隙或硬化后 的变形等的情况下将填充材料充分填充到其底部。在半导体设备的制造中使用的晶片上，设置有用于形成电极等的多个微细空间 (孔)，该微细空间的孔径例如是数十Pm以下，非常小。并且，相对于这样微小孔径的微细 空间，晶片的厚度相当厚，并且微细空间的长宽比往往是5以上。为了形成贯穿电极，必须 在如此微小、高长宽比的微细空间中以达到其底部的方式可靠地填充导电材料，从而必然 要求高度的填充技术。作为电极形成技术，还已知有使用将导电金属成分和有机粘合剂混合而得到的导 电糊的技术，但使用导电性好、损失低、并且高频率特性优良的熔融金属材料的冶金技术受 到关注。这样的技术例如被日本特开2002-237468号公报(以下称为文献1)、日本特开 2006-203170号公报(以下称为文献2)、以及日本特开2002-368082号公报(以下称为文 献3)所公开。首先，在文献1以及文献2中公开有通过采用熔融金属回填法的金属填充装置向 微细空间(贯穿孔)内填充金属的技术。所说的熔融金属回填法是如下的方法将对象物 (晶片)的被放置的氛围减压，接下来在保持减压的状态下将上述对象物插入到熔融金属 中，接下来对上述熔融金属的氛围气压进行加压，通过在金属插入前后的氛围气压差向上 述空间填充熔融金属，接下来将对象物从熔融金属槽取出，在大气中冷却。该金属充填装置在腔内上下并列设置两个小室，两个小室具有加压/减压机构， 通过开关阀相互间隔开。并且，作为对象物的晶片以悬空状态被搬送夹具把持固定，被浸渍 于设置在下侧小室的熔融金属槽后，为了使微细空间内的熔融金属硬化，而将其移动到上 侧小室来冷却。但是，当利用该金属填充装置将对象物从熔融金属拔出时，微细空间内的熔融金 属因熔融金属具有的表面张力等的影响而被槽内的熔融金属吸引，或滴滴答答地漏出，或 在空间内变圆。因此，当将对象物从熔融金属槽取出进行冷却时，微细空间内的金属表面有时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子设备，其是将多个基板层叠而得到的，所述基板各自包含半导体基板、纵导体、以及环状绝缘部，所述纵导体沿所述半导体基板的厚度方向延伸，所述环状绝缘部包含以玻璃为主要成分的无机绝缘层，所述无机绝缘层被填充在环状槽内，所述环状槽包围所述纵导体并被设置在所述半导体基板中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：关根重信，关根由莉奈，桑名良治，木村龙司，
申请(专利权)人：纳普拉有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]