專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，半導(dǎo)體器件的高集成化得到發(fā)展。在水平面內(nèi)配置高集成化的多個(gè)半導(dǎo)體器件并利用布線將這些半導(dǎo)體器件連接而形成產(chǎn)品時(shí)，布線長度増大，由此，有可能導(dǎo)致布線的電阻增大，且布線延遲増大。因此，提出了使用將半導(dǎo)體器件三維層疊的三維集成技術(shù)的方法。在該三維集成技術(shù)中，提出了如下所述的方法將預(yù)先形成有集成電路的基板分割成芯片，將通過在分割前進(jìn)行的合格品判別試驗(yàn)被確認(rèn)為合格品的芯片篩選出來，層疊在其他基板上，安裝為三維層疊體(stacked chip)。 通常，這樣的層疊芯片如下述這樣進(jìn)行制造。(I)將切割帶或者研磨帶(backgrinding tape)等粘合片從形成有半導(dǎo)體器件的器件形成面?zhèn)日掣皆谛纬捎邪雽?dǎo)體器件的基板上。(2)對(duì)在器件形成面粘附有粘合片的基板從與器件形成面相反的一面、即基板的背面進(jìn)行磨削而減薄到規(guī)定的厚度。(3)在粘附于粘合片的狀態(tài)下對(duì)減薄了的基板進(jìn)行切割加工，分割成單個(gè)的芯片，將被分割成單個(gè)的芯片的芯片從粘合片取下，將取下的芯片層疊起來。芯片的層疊是利用如下所述的方法實(shí)現(xiàn)的利用鍍Sn、鍍Cu等方式使Sn、Cu成膜在形成于芯片的貫通電極上、在該貫通電極上配置焊錫球等，使芯片重疊之后，利用焊劑(flux)等在加熱裝置內(nèi)進(jìn)行還原，在焊錫熔點(diǎn)以上的氣氛下進(jìn)行加壓接合。在使用了這樣的三維集成技術(shù)的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，對(duì)于配置于芯片并相互連接的貫通電極而言，需要較高的加工精度。另外，需要進(jìn)行錫焊所使用的焊劑、用于在層疊狀態(tài)將芯片預(yù)定位的接合剤、粘合劑等處理。專利文獻(xiàn)I :日本特開2010-287852公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2009-110995公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2006-286677公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
這樣，在以往的半導(dǎo)體裝置的制造方法中存在這樣的問題芯片的貫通電極需要較高的加工精度，并且，需要進(jìn)行焊錫連接、芯片層疊所使用的材料的處理。本發(fā)明是為了解決該問題而做成的，其目的在于提供一種能夠易于實(shí)現(xiàn)在芯片上形成貫通電極、易于實(shí)現(xiàn)貫通電極相互間的連接的半導(dǎo)體裝置的制造方法。為了解決上述問題，實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，準(zhǔn)備多個(gè)半導(dǎo)體基板，該半導(dǎo)體基板形成有用于貫通主表面間的貫通孔，并且在該貫通孔內(nèi)填充有多孔質(zhì)導(dǎo)體；以使被填充在上述貫通孔內(nèi)的多孔質(zhì)導(dǎo)體的位置對(duì)準(zhǔn)的方式將上述多個(gè)半導(dǎo)體基板層疊起來；將含有顆粒狀導(dǎo)體的導(dǎo)體墨導(dǎo)入到層疊起來的上述多個(gè)半導(dǎo)體基板的上述多孔質(zhì)導(dǎo)體中；對(duì)層疊起來的上述多個(gè)半導(dǎo)體基板進(jìn)行燒制。采用本發(fā)明，能夠提供能夠易于實(shí)現(xiàn)在芯片上形成貫通電極、易于實(shí)現(xiàn)貫通電極相互間的連接的半導(dǎo)體裝置的制造方法。



圖IA是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖IB是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖IC是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖ID是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖IE是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖IF是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖IG是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖IH是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的エ序中的剖視圖。圖2是表示實(shí)施方式的制造方法的エ序的流程圖。圖3A是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。圖3B是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。圖3C是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。圖3D是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。圖3E是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。圖3F是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。
圖3G是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的導(dǎo)通孔形成エ序中的剖視圖。圖4A是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的支承基板剝離エ序中的剖視圖。圖4B是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的支承基板剝離エ序中的剖視圖。圖4C是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的支承基板剝離エ序中的剖視圖。圖5A是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的多孔金屬材料填充エ序中的剖視圖。圖5B是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的多孔金屬材料填充エ序中的剖視圖。圖6A是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序中的剖視圖。圖6B是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序中的剖視圖。圖6C是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序中的剖視圖。圖6D是半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序中的剖視圖。圖7是詳細(xì)說明實(shí)施方式的制造方法的エ序的流程圖。圖8A是表示銀的粒徑與燒結(jié)溫度之間的關(guān)系的圖。圖8B是表示作為金屬納米顆粒糊劑的銀的剖視圖的圖。圖SC是表示銀的退火溫度與平均粒徑之間的關(guān)系的圖。圖8D是表示銀的燒制溫度與電阻率之間的關(guān)系的圖。圖9A是表示金的粒徑與熔點(diǎn)之間的關(guān)系的圖。圖9B是表示鉛的粒徑與熔點(diǎn)之間的關(guān)系的圖。
圖9C是表示銅的粒徑與熔點(diǎn)之間的關(guān)系的圖。圖9D是表示鉍的粒徑與熔點(diǎn)之間的關(guān)系的圖。圖9E是表示硅的粒徑與熔點(diǎn)之間的關(guān)系的圖。圖9F是表示鋁的粒徑與熔點(diǎn)之間的關(guān)系的圖。圖IOA是表示實(shí)施方式的金屬納米顆粒糊劑的導(dǎo)入エ序的一例的圖。圖IOB是表示實(shí)施方式的金屬納米顆粒糊劑的導(dǎo)入エ序的一例圖。
圖IlA是表示實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序的一例的圖。圖IlB是表示實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序的一例的圖。圖IlC是表示實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序的一例的圖。圖IlD是表示實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序的一例的圖。圖IlE是表示實(shí)施方式的制造方法的層疊エ序的一例的圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式的制造方法的概要)以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖IA 圖IH是表示半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的各エ序中的截面的剖視圖，圖2是表示該各エ序的流程圖。在實(shí)施方式的制造方法中，具有如下各エ序，即導(dǎo)通孔的形成、芯片的切出、芯片的拾取、芯片的層疊以及芯片的燒制。[導(dǎo)通孔的形成]首先，準(zhǔn)備晶圓1，該晶圓I是這樣形成的，即，在器件晶圓10上形成導(dǎo)通孔、并且在導(dǎo)通孔中填充多孔金屬材料54 (步驟100。以下稱為“S100”。)。如圖IA所示，在器件晶圓10的ー個(gè)主表面上形成有用于構(gòu)成電路的電極焊盤20，在該電極焊盤20上形成有與導(dǎo)通孔的位置相對(duì)應(yīng)的凹部(或者貫通孔)。在電極焊盤20的該凹部形成用于貫通器件晶圓10的貫通孔(導(dǎo)通孔)。在器件晶圓10的另ー主表面上形成絕緣層60。此時(shí)，在形成于器件晶圓10的導(dǎo)通孔的內(nèi)壁上也形成絕緣層60。在器件晶圓10的主表面中的形成有電極焊盤20的面上粘附切割帶80。然后，將含有大粒徑的納米金屬顆粒的金屬納米顆粒糊劑導(dǎo)入到導(dǎo)通孔內(nèi)并進(jìn)行預(yù)燒制。利用這樣的エ序，能夠得到晶圓1，該晶圓I在導(dǎo)通孔內(nèi)形成有多孔質(zhì)金屬材料(多孔金屬材料54)。金屬納米顆粒糊劑是例如使用規(guī)定的介質(zhì)將粒徑為IOOnm左右以上的銀等金屬顆粒調(diào)制成糊劑狀而成的糊劑。金屬納米顆粒糊劑的粘度被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)并被到導(dǎo)入導(dǎo)通孔內(nèi)，通過進(jìn)行預(yù)燒制，成為多孔質(zhì)性的導(dǎo)通體(多孔金屬材料54)。[芯片的切出]接著，將在導(dǎo)通孔內(nèi)填充有多孔金屬材料54的單個(gè)芯片2自晶圓I切出(S102)。在晶圓I中，以保留切割帶80的方式切割器件晶圓10，使芯片2分離(圖1B)。[芯片的拾取]用于切出芯片2的切割處理結(jié)束后，將芯片2自晶圓I拾取出來(S104)。以保留切割帶80的方式切出的芯片2被拾取裝置取出(圖1C)。[芯片的層疊]將芯片2自晶圓I分離出來后，將拾取到的芯片2層疊，并且使金屬納米顆粒墨浸透到多孔金屬54中(S106)。如圖ID所示，以使填充有多孔金屬材料54的導(dǎo)通孔的位置對(duì)準(zhǔn)的方式層疊芯片2，從而形成層疊體3。層疊芯片2之后，將金屬納米顆粒墨56注入到最上層的芯片的導(dǎo)通孔內(nèi)的多孔金屬54中(圖1E)。金屬納米顆粒墨56是使用規(guī)定的介質(zhì)將粒徑為幾nm 30nm左右的銀等金屬顆粒調(diào)制成墨狀而成的。金屬納米顆粒墨56被調(diào)制成粘性比被填充在導(dǎo)通孔中的金屬納米顆粒糊劑的粘性小。另外，優(yōu)選使用與被填充在導(dǎo)通孔中的多孔金屬54(金屬納米顆粒糊劑)同種的金屬顆粒來調(diào)制用于注入到多孔金屬材料54中的金屬納米顆粒墨56。[燒制]將金屬納米顆粒墨56適量注入到導(dǎo)通孔內(nèi)的多孔金屬材料54中之后，對(duì)層疊體 3進(jìn)行燒制(S108)。通過該燒制處理,導(dǎo)通孔內(nèi)的金屬納米顆粒糊劑以及金屬納米顆粒墨熔融，從而形成一體的導(dǎo)通體58 (圖1F)。在實(shí)施方式的制造方法中，預(yù)先將通過燒制金屬納米顆粒糊劑而形成的多孔金屬材料填充到芯片的導(dǎo)通孔中，在層疊了芯片之后注入金屬納米顆粒墨并進(jìn)行燒制，因此，與使用焊錫來將每個(gè)芯片的導(dǎo)通體相互連接的情況相比，不要求層疊、加工的精度。即，能夠使用簡易的裝置來形成層疊芯片的導(dǎo)通體。這一點(diǎn)意味著，與使用焊錫來形成層疊芯片結(jié)構(gòu)的情況相比，能夠形成更微細(xì)的導(dǎo)通孔結(jié)構(gòu)(導(dǎo)通體結(jié)構(gòu))。另外，不使用焊錫而是通過燒制一體形成導(dǎo)通體，因此，不需要進(jìn)行接合剤、粘合劑等的處理。另外，使填充在芯片的導(dǎo)通孔中的金屬納米顆粒糊劑(多孔金屬材料)與在芯片層疊之后注入到多孔金屬中的金屬納米顆粒墨為同種的金屬時(shí)，能夠降低導(dǎo)通體的電阻值。另外，在圖IA 圖IF所示的實(shí)施方式的方法中，將切出的芯片2層疊，(所謂的在芯片上層疊芯片(chip on chip) :C0C)，但是不限定于此。如圖IG所示，也可以在未切出芯片2的狀態(tài)下的晶圓I上形成芯片2 (在晶圓上層疊芯片(chip on wafer) C0ff)。另夕卜，如圖IH所示，也可以不切出芯片2，將在導(dǎo)通孔中填充有多孔金屬材料54的晶圓I直接層疊起來(在晶圓上層疊晶圓(wafer on wafer) :W0W)。另外，在圖IB 圖ID所示的エ序中，切出芯片2之后，保留切割帶80并且使電極焊盤20朝下而拾取芯片2，并進(jìn)行層疊，但是不限定于此。也可以這樣在器件晶圓10的與電極焊盤20形成面不同的面(絕緣層60形成面)上另行粘附帯并將切割帶80分離，在保留該帶的狀態(tài)下使電極焊盤20形成面朝上，拾取芯片2并進(jìn)行層疊。在此情況下，電極焊盤20位于層疊體的上表面?zhèn)取?實(shí)施方式的制造方法的詳細(xì)情況)接著，參照圖3A 圖3G、圖4A 圖4C、圖5A 圖5B、圖6A 圖6D以及圖7對(duì)實(shí)施方式的制造方法中的導(dǎo)通孔的形成、芯片(晶圓)的層疊以及燒制的各エ序進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3A 圖3G是表示半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的導(dǎo)通孔形成エ序中的截面的剖視圖。圖4A 圖4C是表示半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的支承基板剝離エ序中的截面的剖視圖。圖5A 圖5B是表示半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的制造方法的多孔金屬材料填充エ序中的截面的剖視圖。圖6A 圖6D是表示半導(dǎo)體裝置的在實(shí)施方式的層疊エ序中的截面的剖視圖。圖7是詳細(xì)說明實(shí)施方式的制造方法的エ序的流程圖。在以下的說明中，對(duì)于與圖IA 圖IH所示的要素共同的要素，標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記地進(jìn)行表示，省略重復(fù)的說明。另外，在以下的說明中，省略對(duì)自晶圓切出芯片的切割エ序的說明。[準(zhǔn)備晶圓和形成導(dǎo)通孔]首先，準(zhǔn)備晶圓I并形成導(dǎo)通孔。如圖3A所示，在器件晶圓10的ー個(gè)主表面上形成用于構(gòu)成電路的電極焊盤20(S200)。器件晶圓10由例如硅基板等構(gòu)成，電極焊盤20由例如銅、銀、鋁、鎳、金等導(dǎo)體材料構(gòu)成。電極焊盤20利用例如鍍等方式形成在器件晶圓10的主表面上。如圖3A所示，在電極焊盤20的處于器件晶圓10的表面方向上的大致中央部形成凹部或者貫通孔。該凹部或者貫通孔是利用蝕刻等形成的。接著，如圖3B所示，使器件晶圓10的形成有電極焊盤20的面與支承基板40相対，使用接合劑30將兩者接合(S202)。支承基板40起到用于保持器件晶圓10的底座的作用。接合劑30由例如UV硬化型接合剤、熱塑性接合劑等構(gòu)成，以器件晶圓10及支承基板40能夠接合、分開的方式使這兩者接合。
接著，如圖3C所示，對(duì)器件晶圓10的主表面中的與接合有支承基板40的面不同的面進(jìn)行研磨，對(duì)器件晶圓10進(jìn)行減薄處理(S204)。器件晶圓10被調(diào)節(jié)成適于芯片(或者晶圓)的層疊的厚度。器件晶圓10被減薄到規(guī)定的厚度時(shí)，在器件晶圓10的被研磨的面上形成抗蝕劑層50(S206)。在抗蝕劑層50中，形成有與用于形成貫通孔的位置相對(duì)應(yīng)的抗蝕劑開ロ部。即，在抗蝕劑層50中，在與電極焊盤20的凹部或者貫通孔相對(duì)應(yīng)的位置形成有抗蝕劑開ロ部。接著，如圖3E所示，對(duì)器件晶圓10的形成有抗蝕劑層50的面進(jìn)行蝕刻，在器件晶圓10中形成導(dǎo)通孔52(S208)。并且，在蝕刻結(jié)束后，將殘存的抗蝕劑層50除去。在器件晶圓10中形成了導(dǎo)通孔之后，在器件晶圓10的導(dǎo)通孔開ロ面(與電極焊盤20形成面不同的面)上形成絕緣層60(S210)。如圖3F所示，絕緣層60不僅被形成在器件晶圓10的表面，也被形成在導(dǎo)通孔52的內(nèi)壁、導(dǎo)通孔52的底面。接著，如圖3G所示，使用激光等將器件晶圓10的導(dǎo)通孔52的底面部的絕緣層60除去(S212)。利用從步驟200到步驟212的エ序，完成器件晶圓10的導(dǎo)通孔52。[支承基板剝離]完成了器件晶圓10的導(dǎo)通孔52之后，如圖4A所不,將器件晶圓10從支承基板40分離，并且，使器件晶圓10的絕緣層60形成面(與電極焊盤20形成面不同的面)與卡盤(chuck) 70相對(duì)，將器件晶圓10配置于該卡盤70(S214)。另外，將器件晶圓10從支承基板40分離時(shí)，也可以將殘存的接合劑30除去。接著，如圖4B所示，在器件晶圓10的形成有電極焊盤20的面上粘附切割帶80 (S216)，如圖4C所示，將切割帶80的與導(dǎo)通孔52相對(duì)應(yīng)的部分除去，并且，將卡盤70與器件晶圓10分離(S218)。切割帶80的與導(dǎo)通孔相對(duì)應(yīng)的部分的除去能夠利用激光照射等來實(shí)現(xiàn)。利用這些從步驟214到步驟218的エ序完成多孔金屬材料填充的準(zhǔn)備。[多孔金屬材料填充]接著，如圖5A所示，使器件晶圓10的與切割帶80的粘附面不同的面(絕緣層60形成面)與多孔質(zhì)材料90相對(duì)，將器件晶圓10配置于該多孔質(zhì)材料90。將器件晶圓10配置于多孔質(zhì)材料90之后，ー邊利用未圖示的抽吸裝置隔著該多孔質(zhì)材料90使導(dǎo)通孔52內(nèi)部成為負(fù)壓，一邊從切割帶80的表面上的開ロ部導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑53 (S220)。作為金屬納米顆粒糊劑53，能夠使用例如將粒徑為IOOnm左右的納米銀顆粒調(diào)制成糊劑狀而成的糊劑。金屬納米顆粒糊劑53的導(dǎo)入優(yōu)選在利用規(guī)定的介質(zhì)保持恒定的粘度的狀態(tài)下進(jìn)行。隔著多孔質(zhì)材料90使導(dǎo)通孔52內(nèi)部為負(fù)壓的目的在于，將金屬納米顆粒糊劑53順利地導(dǎo)入到導(dǎo)通孔內(nèi)。將金屬納米顆粒糊劑53導(dǎo)入到導(dǎo)通孔52中之后，對(duì)器件晶圓10整體進(jìn)行預(yù)燒制(S222)。通過進(jìn)行預(yù)燒制，導(dǎo)通孔52內(nèi)的金屬納米顆粒糊劑53變性成多孔質(zhì)材料，從而在導(dǎo)通孔52內(nèi)形成多孔金屬材料54。在進(jìn)行預(yù)燒制之后，將多孔質(zhì)材料90從器件晶圓10分離(圖5B)。利用到步驟222為止的エ序完成在圖2的步驟100中說明的エ序。[層疊和燒制]在導(dǎo)通孔52中形成了多孔金屬材料54之后，將切割帶80從器件晶圓10分離，在 使導(dǎo)通孔52的位置對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上層疊器件晶圓10(S224)。在制造在芯片上層疊芯片、在晶圓上層疊芯片的層疊體時(shí)，在將單個(gè)芯片2從器件晶圓10切出之后進(jìn)行層疊即可(圖6A)。SP，如圖6A所不,在使被填充在器件晶圓IOa IOc各自的導(dǎo)通孔中的多孔金屬54a 54c對(duì)位到大致相同軸線上的基礎(chǔ)上層疊器件晶圓IOa 10c。層疊芯片2 (或者器件晶圓10)而形成了層疊體3之后，如圖6B所示，從器件晶圓IOa的絕緣層60a上的開ロ部(或者器件晶圓IOc的電極焊盤20c的開ロ部)導(dǎo)入金屬納米顆粒墨56(S226)。金屬納米顆粒墨56被調(diào)制成粘度比導(dǎo)入到導(dǎo)通孔內(nèi)的金屬納米顆粒糊劑53的粘度低,使金屬納米顆粒墨56分別遍布于多孔金屬54a 54c。另外,優(yōu)選使用同種的金屬來調(diào)制金屬納米顆粒墨56和金屬納米顆粒糊劑53。將規(guī)定量的金屬納米顆粒墨56導(dǎo)入到被填充在導(dǎo)通孔中的多孔金屬54a 54c中之后，對(duì)層疊體3整體進(jìn)行正式燒制(S228)。正式燒制是在使金屬納米顆粒糊劑53與金屬納米顆粒墨56熔融成一體的溫度環(huán)境下進(jìn)行的。結(jié)果，金屬納米顆粒糊劑及金屬納米顆粒墨熔融而形成一體的導(dǎo)通體58 (圖6C)。另外，在圖5B 圖6A中，在導(dǎo)通孔52中形成了多孔金屬材料54之后，將切割帶80從器件晶圓10分離，使電極焊盤20朝下地層疊器件晶圓10，但是，不限定于此。也可以這樣在器件晶圓10的與電極焊盤20形成面不同的面上另行粘附帯，分離切割帶80，使電極焊盤20形成面朝上地層疊器件晶圓10。在此情況下，如圖6D所示，電極焊盤20位于層疊體3a的上表面?zhèn)?。這樣，在實(shí)施方式的制造方法中，在器件晶圓10中形成導(dǎo)通孔并且在導(dǎo)通孔內(nèi)填充多孔金屬材料，層疊器件晶圓10 (或者芯片2)，之后在該多孔金屬材料中注入金屬納米顆粒墨。因此，能夠?qū)盈B后的導(dǎo)通體形成為一體。即，與在導(dǎo)通孔中埋入導(dǎo)通體之后、對(duì)晶圓、芯片進(jìn)行層疊/錫焊的以往的技術(shù)相比，能夠減小電阻并且提高機(jī)械強(qiáng)度。另外，預(yù)先在層疊前的晶圓、芯片的導(dǎo)通孔中導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑，形成多孔質(zhì)的多孔金屬材料，并且在層疊后將粘度比該金屬納米顆粒糊劑的粘度低的金屬納米顆粒墨注入到導(dǎo)通孔的多孔金屬材料中，因此，能夠抑制在制造エ序中金屬溶液從導(dǎo)通孔滴落。另夕卜，在導(dǎo)通孔內(nèi)的多孔金屬材料中注入金屬納米顆粒墨之后進(jìn)行燒制而形成為一體，因此，能夠形成均質(zhì)的導(dǎo)通體。(金屬納米顆粒糊劑和金屬納米顆粒墨)
接著，參照圖8A 圖8D，對(duì)實(shí)施方式的制造方法所使用的金屬納米顆粒糊劑及金屬納米顆粒墨進(jìn)行說明。在將半導(dǎo)體器件三維層疊的三維集成技術(shù)中，通常，在晶圓、芯片上形成/配置了半導(dǎo)體器件之后將該晶圓等層疊。因此，對(duì)該晶圓等施加焊錫的熔點(diǎn)以上的高溫(例如300度以上)時(shí)，被形成/配置于晶圓等的半導(dǎo)體器件由于高溫而損壞。因而，在將晶圓等層疊時(shí)，不能將該晶圓置于高溫環(huán)境下。另ー方面，公知被用作導(dǎo)通體的金屬材料的熔點(diǎn)通常較高。例如，塊狀(bulk)的銀的熔點(diǎn)為961°C，因此，難以直接地用作層疊晶圓等的導(dǎo)通體。本發(fā)明人著眼于在使金屬材料的粒徑微細(xì)化到納米級(jí)時(shí)該金屬的燒結(jié)溫度降低的現(xiàn)象(例如參照圖8C)。圖8A表示銀的粒徑與燒結(jié)溫度之間的關(guān)系。在圖8A中，實(shí)線表示銀的粒徑與燒結(jié)溫度之間的關(guān)系，虛線表示銀的粒徑與使該銀顆粒表面熔化(日文溶け出す)的溫度之間的關(guān)系。如圖8A所示，可以看出減小銀的粒徑，在粒徑為IOOnm以下時(shí)燒結(jié)溫度有降低 的傾向。并且，在粒徑為40nm左右以下時(shí)，燒結(jié)溫度為300°C以下，與代表性的焊錫(Sn-Ag-Cu、Sn-Pb)的熔點(diǎn)等同。即，使用粒徑為40nm左右以下的銀顆粒時(shí)，能夠用與焊錫同等程度的溫度進(jìn)行燒結(jié)。然而，在形成層疊晶圓的導(dǎo)通體時(shí)，如果金屬材料完全熔化，則金屬材料會(huì)從導(dǎo)通孔流出，從而難以進(jìn)行制造。另外，如果不用同等程度的溫度對(duì)多孔金屬材料(金屬納米顆粒糊劑)和金屬納米顆粒墨進(jìn)行燒結(jié)，則導(dǎo)通體不能形成為一體。本發(fā)明人著眼于金屬顆粒的表面熔化的溫度比該金屬顆粒的燒結(jié)溫度低這一點(diǎn)。即，如圖8A所示，可知減小銀的粒徑時(shí)，對(duì)于粒徑為大致IOOnm以下的銀顆粒，顆粒表面在300°C左右熔化。圖8B表示以300°C對(duì)粒徑IOOnm的銀的顆粒進(jìn)行燒制時(shí)的截面。如圖8B所示，可知在300°C左右的環(huán)境下對(duì)粒徑為IOOnm的銀顆粒進(jìn)行燒制時(shí)，能夠形成多孔質(zhì)狀的多孔金屬材料。另外，使粒徑IOOnm以下的銀顆粒和粒徑IOOnm以上的銀顆?；旌蠒r(shí),也能夠期待同樣的結(jié)果。這樣，使用粒徑為IOOnm左右的銀(或者粒徑IOOnm以下的銀和粒徑IOOnm以上
的銀的組合)來調(diào)制金屬納米顆粒糊劑時(shí)，能夠在300°C左右的溫度環(huán)境下形成多孔金屬材料。另外，使用粒徑為40nm以下的銀顆粒來調(diào)制金屬納米顆粒墨時(shí),金屬納米顆粒墨的銀顆粒能夠在300°C以下的環(huán)境下熔化，并且，能夠使多孔金屬材料的銀顆粒表面熔化。這一點(diǎn)意味著通過使用銀顆粒來調(diào)制金屬納米顆粒糊劑及金屬納米顆粒墨，能夠在焊錫的熔點(diǎn)左右的溫度環(huán)境下形成一體的導(dǎo)通體。接著，對(duì)使用由銀顆粒構(gòu)成的金屬納米顆粒糊劑及金屬納米顆粒墨來形成導(dǎo)通體時(shí)的電阻率進(jìn)行說明。圖8D是表示銀的燒制溫度與電阻率之間的關(guān)系的圖。如圖8D所示，銀顆粒顯示出電阻率因燒制溫度而變化的傾向。通過將使用了銀顆粒的多孔金屬材料(金屬納米顆粒糊劑)及金屬納米顆粒墨組合而形成導(dǎo)通體時(shí)，作為最佳的燒制溫度以300°C為例時(shí)，如圖8D所示，可知能夠得到與通常的焊錫的電阻率同等程度的電阻率的值。即，將燒制溫度設(shè)為250 350°C、進(jìn)ー步優(yōu)選設(shè)為250 300°C時(shí)，能夠?qū)⒍嗫捉饘俨牧霞敖饘偌{米顆粒墨燒結(jié)成一體，并且，能夠減小對(duì)半導(dǎo)體器件的影響，能夠使電阻率為與以往的焊錫同等程度的電阻率。作為參考例，在圖9A 圖9F中表示了金(Au)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鉍(Bi)、硅(Si)、鋁(Al)各金屬的粒徑與燒制溫度之間的關(guān)系。如圖9A 圖9F所示，可知對(duì)于這些金屬顆粒，即使將粒徑減小到IOnm左右，熔點(diǎn)也為通常的焊錫的熔點(diǎn)的大致2倍以上。S卩，在實(shí)施方式的制造方法中，優(yōu)選使用銀顆粒來調(diào)制金屬納米顆粒糊劑及金屬納米顆粒墨。(導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑的具體例)接著，參照圖IOA 圖10B，對(duì)向形成于器件晶圓10的導(dǎo)通孔52中導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑的具體例進(jìn)行說明。圖IOA是表示使用刮板(squeegee)將金屬納米顆粒糊劑53導(dǎo)入到導(dǎo)通孔52中的例子，圖IOB是表示使用供給噴嘴將金屬納米顆粒糊劑53導(dǎo)入到導(dǎo)通孔52中的例子。以下，對(duì)于與圖3A 圖3G、圖4A 圖4C、圖5A 圖5B、圖6A 圖6D所示的晶圓I共同的要素，標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記地進(jìn)行表示，省略重復(fù)的說明。在圖5A所示的エ序中，在多孔質(zhì)材料90的與器件晶圓10配置面不同的面上連接抽吸部92及抽吸泵94 (圖10A)。使抽吸泵94運(yùn)轉(zhuǎn)而抽吸部92隔著多孔質(zhì)材料90使導(dǎo)通 孔52內(nèi)成為負(fù)壓之后，將金屬納米顆粒糊劑53涂敷在切割帶80上。然后，使用刮板96將金屬納米顆粒糊劑53導(dǎo)入到導(dǎo)通孔52中。在圖IOA所示的例中，使用刮板96將金屬納米顆粒糊劑53導(dǎo)入到導(dǎo)通孔52中，因此，不需要精度就能夠簡單地實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒糊劑的導(dǎo)入。在圖IOB所示的例中，使抽吸泵94運(yùn)轉(zhuǎn)而抽吸部92隔著多孔質(zhì)材料90使導(dǎo)通孔52內(nèi)成為負(fù)壓之后，使用噴嘴98將金屬納米顆粒糊劑53供給到導(dǎo)通孔52中。在圖IOB所示的例中，能夠針對(duì)每個(gè)導(dǎo)通孔52供給所需要量的金屬納米顆粒糊劑53，因此，能夠有效地進(jìn)行多孔金屬材料的形成。另外，在圖IOA及圖IOB所示的例中，從器件晶圓10的粘附有切割帶80的ー側(cè)導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑53，但是不限定于此。也可以將多孔質(zhì)材料90配置在電極焊盤20形成面、并且從絕緣層60形成面?zhèn)葘?dǎo)入金屬納米顆粒糊劑53。另外，在圖IOA及圖IOB所示的例中，在切割帶80 (或者絕緣層60)的面上直接涂敷/供給金屬納米顆粒糊劑53，但是也不限定于此。也可以預(yù)先形成掩模、并且經(jīng)由形成于掩模的開ロ部導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑53。另外，也可以代替刮板96、噴嘴98，而使用分配器、轉(zhuǎn)印銷(日語転寫ピン)、輥等來導(dǎo)入金屬納米顆粒糊劑53。(芯片層疊的具體例)接著，參照圖IlA 圖11E，說明器件晶圓10 (或者芯片2)的層疊的具體例。在實(shí)施方式的步驟224中，直接對(duì)器件晶圓10、芯片2進(jìn)行層疊，但是在以下說明的例中，對(duì)器件晶圓10、芯片2進(jìn)行了預(yù)定位。例如，如圖IlA所示，使用與金屬納米顆粒糊劑53同種類的糊劑在被形成于器件晶圓IOa的電極焊盤20a的表面形成預(yù)定位部55a。預(yù)定位部55a優(yōu)選使用與金屬納米顆粒糊劑53同種類的金屬顆粒調(diào)制而成。接著，如圖IlB所示，使被形成于器件晶圓IOa的電極焊盤20a上的預(yù)定位部55a與器件晶圓IOb的絕緣層60b形成面?zhèn)鹊亩嗫捉饘俨牧?4b相對(duì)，將器件晶圓10a、10b層
疊起來。將器件晶圓10a、IOb層疊起來之后，對(duì)該器件晶圓10a、IOb進(jìn)行預(yù)燒制(圖11C)。通過進(jìn)行該預(yù)燒制，預(yù)定位部55a變性成多孔質(zhì)性的多孔金屬材料57a，將器件晶圓10a、IOb接合起來。
接著,在器件晶圓IOb的電極焊盤20b上形成預(yù)定位部55b。預(yù)定位部55b能夠使用用于構(gòu)成預(yù)定位部55a的糊劑。將預(yù)定位部55b形成于電極焊盤20b之后，使電極焊盤20b與器件晶圓IOc的絕緣層60c形成面?zhèn)鹊亩嗫捉饘俨牧?4c相對(duì)，將器件晶圓10a、10b與器件晶圓IOc層疊起來(圖11D)。將器件晶圓10a、10b與器件晶圓IOc層疊起來之后，對(duì)器件晶圓IOa IOc進(jìn)行預(yù)燒制(圖HE)。通過進(jìn)行該預(yù)燒制，預(yù)定位部55b變性成多孔質(zhì)性的多孔金屬材料57b，將器件晶圓IObUOc接合起來。對(duì)于利用預(yù)定位部55a、55b進(jìn)行了預(yù)定位的層疊體3b，將金屬納米顆粒墨注入到多孔金屬54a 54c，然后，通過對(duì)層疊體3b進(jìn)行正式燒制，能夠形成一體的導(dǎo)通體。在圖IlA 圖IlE所示的例中，使用多孔質(zhì)性的預(yù)定位部55a、55b對(duì)器件晶圓10、芯片2進(jìn)行對(duì)位，因此，能夠提高導(dǎo)通體的形成精度。另外，預(yù)定位部55a、55b是利用多孔 質(zhì)性的多孔金屬材料形成的，因此，通過使用金屬納米顆粒墨，能夠形成一體的導(dǎo)通體。另外，在該例中，通過對(duì)金屬納米顆粒糊劑進(jìn)行預(yù)燒制而形成了預(yù)定位部，但是不限定于此。也可以在電極焊盤20上直接配置多孔質(zhì)性的多孔金屬材料來作為預(yù)定位部。在此情況下，不需要進(jìn)行預(yù)燒制。另外，在該例中，在電極焊盤上形成了預(yù)定位部，但是在多孔金屬材料的自導(dǎo)通孔內(nèi)露出的端部形成預(yù)定位部也能夠得到同樣的效果。另外，在該例中，在電極焊盤上形成了預(yù)定位部，但是也可以在多孔金屬材料的位于器件晶圓的絕緣層形成面?zhèn)鹊亩瞬啃纬深A(yù)定位部。這樣，采用實(shí)施方式的制造方法，即使在微細(xì)的導(dǎo)通孔中形成導(dǎo)通體的情況下，也不需要復(fù)雜、成本高的真空加壓裝置等就能夠?qū)崿F(xiàn)無空隙的均勻的導(dǎo)通體。另外，采用實(shí)施方式的制造方法，不需要真空裝置、鍍裝置、還原裝置、抗蝕劑涂敷等，能夠削減エ序數(shù)。特別是在實(shí)施方式的制造方法中，能夠以比較低的溫度形成導(dǎo)通體，因此，不需要濺射裝置、CVD裝置、鍍裝置，從而能夠簡化工序。另外，在實(shí)施方式的制造方法中，芯片層疊、導(dǎo)通體形成不需要焊錫、導(dǎo)電性接合齊[J，因此，能夠使電阻值較低。另外，本發(fā)明并非僅被限定于上述實(shí)施方式及其變形例。本發(fā)明并非被限定于上述實(shí)施方式那樣的方式，在實(shí)施階段中，能夠在不脫離其主g的范圍內(nèi)將構(gòu)成要素變形而進(jìn)行具體化。另外，通過對(duì)上述實(shí)施方式所公開的多個(gè)構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，能夠形成各種各樣的發(fā)明。例如，也可以從實(shí)施方式所示的全部構(gòu)成要素中刪除幾個(gè)構(gòu)成要素。另夕卜，也可以對(duì)跨越不同的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)組合。附圖標(biāo)記說明I、晶圓；2、芯片；3、層疊體；10、器件晶圓；20、電極焊盤；30、接合劑；40、支承基板；50、抗蝕劑層；52、導(dǎo)通孔；53、金屬納米顆粒糊劑；54、54a 54c、57a 57b、多孔金屬材料；55a 55c、預(yù)定位部；56、金屬納米顆粒墨；58、導(dǎo)通體；60、絕緣層；70、卡盤；80、切割帶；90、多孔質(zhì)材料；92、抽吸部；94、抽吸泵；96、刮板；98、噴嘴。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 準(zhǔn)備多個(gè)半導(dǎo)體基板，該半導(dǎo)體基板形成有用于貫通主表面間的貫通孔，并且在該貫通孔內(nèi)填充有多孔質(zhì)導(dǎo)體； 以使被填充在上述貫通孔內(nèi)的多孔質(zhì)導(dǎo)體的位置對(duì)準(zhǔn)的方式將上述多個(gè)半導(dǎo)體基板層疊起來； 將含有顆粒狀導(dǎo)體的導(dǎo)體墨導(dǎo)入到層疊起來的上述多個(gè)半導(dǎo)體基板的上述多孔質(zhì)導(dǎo)體中； 對(duì)層疊起來的上述多個(gè)半導(dǎo)體基板進(jìn)行燒制。
2.—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在半導(dǎo)體基板上形成多個(gè)芯片區(qū)域，該芯片區(qū)域具有貫通孔，該貫通孔用于貫通該半 導(dǎo)體基板的主表面間； 在上述貫通孔中填充多孔質(zhì)導(dǎo)體； 以上述芯片區(qū)域?yàn)閱挝粡纳鲜霭雽?dǎo)體基板切出多個(gè)芯片； 將切出的上述多個(gè)芯片以使上述多孔質(zhì)導(dǎo)體的位置對(duì)準(zhǔn)的方式層疊起來； 將含有顆粒狀導(dǎo)體的導(dǎo)體墨導(dǎo)入到層疊起來的上述多個(gè)芯片的上述多孔質(zhì)導(dǎo)體中； 對(duì)層疊起來的上述多個(gè)芯片進(jìn)行燒制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 上述多孔質(zhì)導(dǎo)體是將顆粒狀的銀的溶液導(dǎo)入到上述貫通孔中之后進(jìn)行預(yù)燒制而形成的； 上述顆粒狀的銀的溶液是含有顆粒狀的銀的溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。其能夠易于實(shí)現(xiàn)在芯片上形成貫通電極、易于實(shí)現(xiàn)貫通電極相互間的連接。實(shí)施方式的制造方法的特征在于，準(zhǔn)備多個(gè)半導(dǎo)體基板，該半導(dǎo)體基板形成有用于貫通主表面間的貫通孔、并且在該貫通孔內(nèi)填充有多孔質(zhì)導(dǎo)體；以使被填充在上述貫通孔內(nèi)的多孔質(zhì)導(dǎo)體的位置對(duì)準(zhǔn)的方式將上述多個(gè)半導(dǎo)體基板層疊起來；將含有顆粒狀導(dǎo)體的導(dǎo)體墨導(dǎo)入到層疊起來的上述多個(gè)半導(dǎo)體基板的上述多孔質(zhì)導(dǎo)體中；對(duì)層疊起來的上述多個(gè)半導(dǎo)體基板進(jìn)行燒制。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102738069SQ20121007684
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者中尾賢, 原田宗生, 山口永司, 飯?zhí)锏?申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社