CN104332447A - 电极的构造,构成材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极的构造，构成材料及其制造方法，提供了一种随着半导电体制造技术的细微化发展，可更密集布置，低电阻且高可靠性的贯通或嵌入电极的结构，材料成分；以及电极的低成本工艺流程。将由至少2种以上，有着不同熔点的金属表面覆层的导电性微粒混合而成的第1导电材的涂布膏填充于基板的开孔内并干燥；将开孔内充满第1导电材的涂布膏堆积物的基板，经低温热处理，将第1导电材固相烧结成多孔质第1导电体。将低熔点的金属的第2导电材的涂布膏覆盖于第1导电体之上，并干燥；经热处理熔化第2导电材，使之浸渍再固化于第1导电体的空隙处形成一个非完全置换的固溶体的贯通或嵌入电极。

Description

电极的构造,构成材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及适用于半导电体芯片的三维层叠体的贯通或嵌入电极（可称为“嵌入电极”或“贯通电极”，以下统称为“贯通电极”）。

与此相关，在基板上的开孔中构筑的贯通电极的结构（在下文中，将包括基板和贯通电极在内的构造，统称为“电极结构”）和构成材料；及其制造工艺流程。

背景技术

作为半导电体芯片的三维层叠技术所必需的基板上的开孔里贯通电极的形成方法，主要有下列三种，但各有利弊，实际使用中仍存在问题。

其一是液相堆积法的代表例，「保形镀铜」法。可在电极孔内壁形成质地致密，厚薄均匀的镀层（电极孔没有被完全填满）。该技术已应用于量产，因电极一面中心有空洞，与平面布线交界处需用大面积引脚，降低了电极的可布置密度。

其二是铜金属填充法。气相堆积法的典型，需用热飞溅；电离飞溅或金属CVD等装置，向孔内填充金属微粒，堆积导电层。该方法的设备价格高昂，处理时间较长，所以制造成本高极高。而且金属导电层质地致密，弹性摸量也大。在后续工艺流程的变温循环中，如硅基板则可能因热膨胀系数的差异，会产生较大的内应力损坏基板。

其三是导电性金属涂布膏填充法。因为金属涂布膏用黏度较高的单体作分散媒或稀释剂，单体挥发后有机殘渣较多，电极的电阻较大。由此，限制了电路的设计，并可能造成电气特性的不稳。

上述三个方法已有大量的改良案。以涂布膏填充法的改良案为多。

譬如，在专利文献1中提出了，用压力和过滤器加速金属颗粒悬浊液在开孔内堆积的方法。图4是专利文献1的图1示意图。在该图中，在基板101上有贯通孔102，安置在滤网140的上面。130是金属微粒的悬浊液，在活塞120推动下，被挤入贯通孔内部。基板101取出并干燥后，金属微粒堆积在贯通孔内部。再涂布金属涂布膏加以固化，形成贯通电极。此法通过二次金属微粒的堆积，提高了金属成分的比例，有助于改善电极的导电性。

在专利文献2中提出了，使用振动片，用振动加大涂布在基板表面的金属涂布膏的流动性，并在圆晶的反侧施以负压，加速金属涂布膏在贯通孔内的堆积。而后烧结固化的方案。图5是专利文献2的图1示意图。该法用振动捣固，防止空腔形成。提高了金属涂布膏的堆积密度，有助于改善电极的导电性。

在专利文献3中提出了，涂布少量的金属涂布膏，在真空环境中加热熔融金属，用高速振动进行灌流，使之沉淀的方法。

虽然文献1至3提供的方法，都基本实现了各自的目标。考虑到部分加工工艺流程对器件晶圆原有平面回路的不良影响，辅助材（如支撑玻璃基板）装卸等因素，从整体工艺流程而言，应用上有较大障碍。

【专利文献】

专利文献1：日本专利特开2011－054907号公报

专利文献2：日本专利特开2011－071153号公报

专利文献3：日本专利特开2009－277927号公报

发明内容

为确保系统的高性能和高品质，对贯通电极而言，必须同时解决因热膨胀系数之差为起因的在加工流程的变温循环中的系统热脆弱性，和因电极材料的导电阻抗为起因的系统信号传递特性制约，这对相互矛盾的课题。

另外，随着半导电体制造技术的细微化发展，对贯通电极的布置密度会有更高的要求。即在确保电极的信号传递特性和可靠性前提下，尽可能地缩小电极尺寸。

本发明的目的是提供一种电极的构造，构成材料及其制造方法。

本发明考虑了上述情况，提出了可追随半导电体制造技术的细微化发展，可更密集地排列、低阻抗、高可靠性的贯通电极的材料成分和结构，以及有关低成本的工艺流程。

未明确说明处，通过下述说明和附图将变得显而易见。

技术方案

为了实现上述目的，本发明，利用多孔质材料的弹性摸量和强度反比于其空隙率，以及多孔质材料的浸渍型非完全置换固溶体的力学特性大致依附于多孔质材料本体的现象。并考虑了贯通电极的通过电流以高频为主的因素。巧妙地利用了各种材料的物理特性，制定了基本满足各方要求的贯通电极的材料成分和结构。以及相应的低成本的制造方法。

本发明的一种贯通电极，其结构：

贯通电极由第1导电材烧结而成的多孔质的第1导电体（多孔质烧结体）；

和由填充于上述第1导电体的间隙部里，与第1导电材不同成分构成的第2导电材，固化而成的第2导电体所组成。

本发明的贯通电极，得益于上述结构，在确保贯通电极的高可靠性和低电阻性的同时，实现了贯通电极的小型化。

本发明的贯通电极的理想结构是，上述多孔质的第1导电体和填充固化在其间隙部的第2导电体形成一个非完全置换的固溶体。

本发明的一种用于在基板上的开孔里构筑贯通电极的工艺流程。其特征在于：

经将涂布膏状的第1导电材填充于开孔内，并加以烧结形成多孔质第1导电体的工序；

以及将与第1导电材不同成分构成的第2导电材填充并固化于上述第1导电体的间隙部里，形成第2导电体的工序；

构筑包含上述多孔质第1导电体和填充并固化在其间隙中的第2导电体的贯通电极。

本发明的构筑贯通电极的工艺流程，得益于上述工序实现了，可小型化的、低阻抗、高可靠性的贯通电极的低成本工艺流程。

另外，理想的第1导电材的烧结工序是低温烧结。

上述基板是有着可构筑贯通电极开孔的平板。如已经集成了大量器件的硅晶圆；作为器件电路连接中介，光地或有着平面电路布线的平板。基板材料可以是硅、化合物半导体、树脂、陶瓷、玻璃等。

上述贯通电极是器件或平面电路布线连接的中介体。其形态大致有三种。其一图1B(ｋ)所示，作为连接基板两面的器件或平面布线的接线端，贯穿并裸露于基板两侧；其二如图2B(ｋ)所示，一端作为接线端裸露于基板，另一侧连接于基板反面的内部布线；其三如图3(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)所示，连接于多个内部布线层。

上述「开孔」是从基板正反两面之一侧（第1平面），朝相反侧（第2平面）挖掘的用于构筑贯通电极的空洞。类型有贯通和非贯通的两种。开孔的截面以圆形居多,但不受限于此。因贯通电极是电路连接的中介体，开孔内壁必须绝缘。如基板材质具有导电性（如硅），则需要在开孔内壁面构筑绝缘层。

上述涂布膏是指，以不定形的粉状的导电微粒为固体成分，由稀释溶剂（分散媒）调制的粘性悬浊液。本发明中使用的稀释溶剂汽化蒸发后无有机残渣。另外，也可加入微量用以保持导电微粒表面活性的甲酸、羧酸、松香蜡等还原剂。

稀释溶剂可以是，乙二醇、丁醇、醇酯、松油醇、松树油、二甘醇一丁醚乙酸酯、丁基卡必醇、卡必醇、四氯乙烯等。这些溶剂对晶圆的器件影响小。并且易挥发，可在较低的温度（50℃以下）干燥处理。因为更容易。其中四氯乙烯为最佳，因为它是可在室温下干燥。

上述第1导电材是由一种以上的金属微粒、合金微粒、金属化合物微粒、半导电体微粒，有机或无机的材料上用异种材料覆层的导电微粒所组成。其粒径一般可看作0.3～10μm。即使实际粒径小于0.1μm，因静电等原因发生凝聚，也可看作粒径为0.3～10μm。

第一导电材的选择范围大致如下，但不限于此。

金属类有，钨；钼；铬；铟；锡；金；银等。

合金类有，铟合金；锡合金（含银锡，金锡）；铋合金（例，铋锡）；镓合金；锌合金；镍钴；钴金；诸如焊料等。

金属化合物有，以上述金属为成分化合物的自的各构成材料的比率的金属化合物（各成分比例有多种，可以称之为“混合物”）。

半导电体有，硅；锗；化合物半导电体；碳化硅；碳。

用异种材料覆层的导电有机微粒有，表面用铟；金；银；铂；锡等金属覆层的树脂微粒。

用异种材料覆层的导电无机微粒有，表面涂覆导电薄膜的金属；硅；锗；碳化硅；碳系材料；金刚石状的物质；氮化硅；氮化铝；硼硅酸盐玻璃；硼的氮化物陶瓷等微粒。

微粒表面的覆层材料可以是，铟；铟合金；镍－金合金；金；银；铜；铂；锡；钛和钽。

作为第1导电材的异种材料覆层的导电无机微粒的组合例，微粒内核可以用钨，表面金属覆层用铟；锡；铜；贵金属（金、银、铂等）的至少其中一种。

为增加覆层的耐剥离强度，可在内核的表面，先用铜、镍、钛、钽等金属的其中一种；或至少其中两种的组合加以中间覆层，而后再用上述金属覆层材覆层。另外，中间覆层或可改善微粒的导电性。上述只是一具体例，并不受限于此。

第一导电材的选择材料时，必须考虑以下因素：

（1）为确保可靠性，与基板的热膨胀系数之间的差异要小，基板和多孔烧结体的热膨胀系数最好不超过3倍。

（2）为了确保良好的信号传递特性，电阻要小。

（3）烧结(扩散结合)温度低于300℃。因为构筑贯通电极的基板，大部分是已经集成了大量器件的硅晶圆。为不使器件电路受损，所以加工温度必须低于集成工序的最高温度。

上述第2导电材是，由金属微粒、合金微粒、金属化合物微粒、半导电体微粒的一种以上的材料所组成。成分不同于第1导电材。即排除了第1导电材和第2导电材成分相同的可能。理想的第2导电材，粒度要小于第1导电材的粒度，其熔点以不超过第1导电材的烧结温度或第1导电材的烧结合金部的熔点。

第2导电材的选择例，可以是焊料类低熔点金属及其金属合金。有铟系合金；锡系合金（锡银，锡金等）；铋系合金（锡铋等）；镓系合金；锌系合金等。表1是较为典型的配合例。但不限于此。

【表1】

融点(℃)	Sn	Bi	In
				78.8	17.3%	57.5%	25.2%
117.0	48.0%	-	52.0%
				138.0	42.0%	58.0%	-
213.9	100.0%	-	-
				271.5	-	100.0%	-
156.6	-	-	100.0%

前段提及的有关将涂布膏填充到开孔内的方法，基本属于公知范围内。在此就不加论述。然而需注意平衡，诸如提高填充速度和预防空腔产生等的矛盾。

上述「低温烧结处理」是，原则上处理温度不超过300℃。用加热蒸发涂布膏的液体成分，固体成分的微粒彼此部分接触。在氢氮混合气等还原性气体环境；或涂布膏里含有的蚁酸、羧酸等还原剂的作用下，被活化的固体成分的微粒表面接触部发生熔融扩散接合，(烧结)形成连续洞孔的多孔质第1导电体。

此时的扩散结合的温度，远比固体成分的微粒子（或表面被覆材）的熔点温度为低。

另外，适当选择第1导电材的微粒（或表面被覆材）的成分组成，生成的烧结合金的熔点可远高于其烧结温度。对后序工艺流程而言，非常有利的现象。

多孔质烧结体里的空隙大小和占有率，依存上述微粒的大小和表面形状等条件。将第2导电材浸渍并再固化于空隙中，形成贯通电极。

上述「浸渍」的方法是，将固体成分为第2导电材的涂布膏，涂布在第1导电体之上，经热处理熔化第2导电材，使其渗透至多孔质的第1导电体的空隙处，再凝固后形成第2导电体。

此外，如果第2导电材的熔点较低的话，可直接在涂布机械中将第2导电材熔化。在真空、还原性气体或惰性气体环境里，涂布在预热后的多孔质的第1导电体上。使之渗透至多孔质的第1导电体的空隙处，冷却再凝固后形成第2导电体。

为确保本发明的贯通电极的力学特性近似于第1导电体。第1导电体的体积构成比须大于第2导电体。

本发明的构筑贯通电极的工艺流程中，就与器件及平面电路布线层的联接（包括嵌入电极的内部联接）而言，相应于基板材料和联接的复杂度，各有变化。但基本属于公知范围。在此就不加论述。

省略复杂的外部因素后，贯通电极的构筑工艺流程，一般如下。

（1）是在基板的一侧的第1主面开孔的工序。

（2）是在开孔的内壁上构筑绝缘层的工序。

（3）将固体成分为第1导电材的涂布膏涂布填充于开孔内，并予以干燥的工序。

（4）将开孔里充满固体成分为第1导电材的涂布膏堆积物的基板，在还原性气体的环境中的固相烧结形成的多孔质第1导电体的工序。

（5）将固体成分为第2导电材的涂布膏覆盖涂布于第1导电体上并予以干燥的工序。

（6）将第1导电体上盖满固体成分为第2导电材的涂布膏堆积物的基板，在真空气氛中热处理熔化该堆积物，使之浸渍再固化于第1导电体的空隙处的工序。

（7）在基板的第1主面或第2主面的除去多余堆积物，联接平面电路布线层的工序。

如基板材料是绝缘材的话，上述(2)的工序可以省略。

为增加涂布膏固体成分的堆积量，工序(3)可根据需要反复实施。又，为促进固体成分的堆积，也可在预热后的基板上涂布填充。

工序(4)，处理温度可根据第1导电材的成分不同设定。并按需加以还原性氢氮混合气体等；或惰性的氮、氩气体等。

与工序(3)同理，工序(5)也可根据需要反复实施。涂布物为熔融金属的情况下，需加以真空或还原性氢氮混合气体等环境。

工序(6)，需加以真空或还原性氢氮混合气体等环境。涂布物为熔融金属的情况下，同流程可省略。

工序(7)，经切削，研磨除去基板表面的多余堆积物使之平坦化。并用平面电路布线联接贯通电极。

在此，以贯通电极的结构，就贯通电极的材料的选择和构筑工艺流程，作一全面的说明。

对贯通电极而言，温度循环的热冲击主要表现为，贯通电极的体积变化以压力形式施加于贯通孔内壁。从理论上讲，只要贯通电极的热膨胀系数等同于基板材料，应力就会不发生。

另外，贯通电极的使用环境，通过电流基本是高频电流。在减缓贯通电极的导通电阻中，在趋肤效应是不容忽视的因素。

因此，将具有与基板相近热膨胀系数的，被覆有低电阻金属膜的微粒材料（第1导电材），烧结成多孔质的电极，微粒的表面金属膜的接触部分连接起来，形成立体网状的导通路径。在任意截面，颗粒的表面连线总长大于同口径外圆的外周线。换句话说，获得更广泛的传导表面积。

为了防止颗粒的表面连线断裂，将第2导电材料的熔融，使之浸渍凝固于多孔体的空隙中，形成一个更完整的导电通路。

其结果是，得到了有着与基板相近热膨胀系数。高频电流环境下导电性等同于相同直径金属的贯通电极。

再者，如微粒核的是金属或金属合金的话，贯通电极则可视作不均匀的金属体，即使在直流或低频电流环境，也可确保其导电性。

顺便提及，此贯通电极的构筑工艺流程，不需昂贵的设备，是本发明有效抑制制造成本的最大的特点。

有益效果

根据本发明的贯通电极材料成分和成形结构及工艺流程，与以前各种电极形成工艺相比，降低了因材料间热膨胀系数的差异，消除了引起的不可靠性的根源。同时避免因于贯通电极导材料的电率带来的信号传递特性的制约。并且不需高价设备，能在较短时间里，构筑具有良好导电性的贯通电极。

因为在工艺流程中排除了高温处理，作为在已构筑了电路不耐高温的器件晶圆上形成电极的方法是有效的。因为工艺流程不包含300℃以上的高温热处理，不会引起基板（譬如硅圆片）已有的器件特性变动（包括退化）。并且，因为贯通电极具有良好导电性，使减小电极尺寸成为可能，进而可降低制造成本。

附图说明

图1A是本发明实施例1的贯通电极的工艺流程图。

图1B是本发明实施例1的贯通电极的工艺流程图，图1A的继续。

图2A是本发明实施例2的贯通电极的工艺流程图。

图2B是本发明实施例2的贯通电极的工艺流程图，图2A的继续。

图3是本发明实施例3的贯通电极的工艺流程图。

图4是专利文献1的制做法的示意图。

图5是专利文献2的制做法的示意图。

图6是本发明中的导电微粒(粉末)间连接状况的说明图。

附图标记说明：

50、250                         基板

51、251、251ｂ、251ｃ、251ｂｃ  贯通孔

52、252                         第一表面

53、253                         第二表面

54、74、254                     绝缘层

55                              支撑板

56、59、256、259                涂布膏

57、257、                       第1导电体（多孔质烧结体）

60、260                         第2导电体（浸渍型非完全置换固溶体）

61、261                         金属或合金

58、258、358、458、558、658         微粒、多面体微粒、导电性微粒、金属微粒、金属覆层金属微粒、金属覆层金属络合物等

65、66、73、73ａ、73ｂ、73ｃ、265   布线层

70                                  晶体管

71                                  扩散层

72                                  栅电极

270                                 层间布线

861                                 合金结合部、立体网状的合金结合部

878                                 较低熔点金属被覆的钨微粒、铜浸渍的钨微粒

978                                 较高熔点金属被覆的钨微粒、铜或银浸渍的钨微粒、铜或银浸渍的钼微粒

具体实施方式

以下，将参照附图就理想的实施例逐一阐述。本发明的实施可以有多种不同的型式，在不脱离本发明的原理和范畴的情况下，各种材料的选择和应用的可能，同领域的技术人员应很容易联想。

所以，本发明的将不局限于阐述内容。另外，在说明中，如有使用同样的符号或说明的部分，则省略。

实施例1

图1Ａ、图1Ｂ，是本发明实施例1的工艺流程图。本实施例是作为连接基板两面的器件或平面布线的接线端裸露于基板两侧的情况（内插器）。

图1Ａ（ａ）准备的基板50的部分放大图。

图1Ａ（ｂ）是在基板50上形成贯通孔51后的部分放大图。贯通孔51从基板50第1主面52（图中是上面）贯通至第2主面53（图中是下面）。贯通孔51内径从数μm－数100μm。

图1Ａ（ｃ）是在贯通孔51内壁构筑了绝缘层54后的部分放大图。不同的绝缘层形成工艺，绝缘层54也可能扩展至第1主面52和第2主面53上。如基板50是绝缘体，则不需构筑绝缘层54。

图1Ａ(ｄ)是，在基板50的第2主面53，粘贴了玻璃等材质的支撑板55后的示意图。支撑板55有堵住贯通孔51底部的作用。支撑板55的材质有多种选择。如基板为锗或硅等半导体器件晶圆；化合物半导体基板时，可选热膨胀系数相等的陶瓷基板或玻璃基板。

图1Ａ（ｅ）是填充沉积在贯通孔51里的涂布膏56说明图。如图所示，涂布膏56的一部分溢出于贯通孔51外。

本实施例所选涂布膏56是，固液比为85w%的挥发性溶剂涂布膏。固体成分的第1导电材是，锡被覆的钨微粒和银被覆的钨微粒以1比1混合（是异种材料被覆的无机材料导电微粒）。

微粒的粒径可以是0．3－0．5μm。被覆层厚度为芯材粒径的1/200－1/10（0.0015－0.05μm）。

被覆金属（本实施例是锡和银）的被覆层厚度应微粒核（本实施例是钨）的大小而变。以熔融后的不密闭空隙间连孔为限。不然将干扰第2导电材的涂布膏的浸渍，造成内部空洞。

当然，涂布膏的成分构成和含量比，不限于此。

涂布膏59的涂布，可用相对便宜的喷射分配器或网版印刷等。根据机械性能；涂布膏59的固液比和粘度，可方便地调整涂布速度。机械不同，涂布次数也不同。一般而言至少要二次。

图1Ａ（ｆ）是，在贯通孔51里，烧结形成的多孔质第1导电体57的说明图。经还原性气体环境下的低温烧结处理，涂布膏56中的挥发性溶剂被蒸发，固体成分收缩沉积贯通孔51里，微粒彼此部分地接触。被激活的表面金属相互扩散接合，烧结形成的多孔质第1导电体57。沉积收缩程度应涂布膏56的固液比而变。

本实施例所定低温烧结条件是，氢气含量为2％氢氮混合气等还原性气体环境下，温度是230℃。当然不限于此。

图1Ｂ（ｇ）是烧结后的第1导电材微粒58间关系的示意图。如图所示，微粒58间的相互部分接触构成了连续的空隙部。

图1Ｂ（ｈ）是，通孔51中形成的第2导电体60的示意图。包含第2导电材料的涂布膏59被覆盖在多孔质第1导电体57之上，在真空环境中的热处理熔化涂布膏59的堆积物，使之浸渍再固化于第1导电体57的空隙处。形成浸渍型非完全置换固溶体（第1导电体57第2导电体60的混合物）的电极。

本实施例所选涂布膏59是，固体成分的第2导电材为铟合金（52％的铟，锡48％，熔点约120℃）。固液比为80－99w%的挥发性溶剂涂布膏。微粒的粒径可以是0.03－0.05μm。如此混合比，既保证涂布膏的流动性，又可防止微粒的凝聚。

图1B（ⅰ）是，浸渍于多孔质第一导电体57的空隙中的，涂布膏59的熔融液61，和第一导电体57接触面之间发生扩散接合，固化形成一个非完全置换型固溶体60的概念示意图。

即，第1导电材微粒58与固化后的熔融液61间关系示意图

图1Ｂ（ｊ）是，经平坦化处理，除去多余的堆积物后的基板的截面示意图。平坦化工艺可用机械研磨和CMP等常用的手法。

图1Ｂ（ｋ）是，贯通电极与基板50的第1主面52上构筑的平面布线层65，和第2主面53上构筑的平面布线层66相连接的截面示意图。

经上述工艺流程，在基板50里构筑了贯通电极（这种基板也称内插器）。

根据本发明的贯通电极材料成分和成形结构及工艺流程，与以前各种电极形成工艺相比，降低了因材料间热膨胀系数的差异，消除了引起的不可靠性的根源。同时避免因于贯通电极导材料的电率带来的信号传递特性的制约。并且不需高价设备，能在较短时间里，构筑具有良好导电性的贯通电极。

因为在工艺流程中排除了高温处理，作为在已构筑了电路不耐高温的器件晶圆上形成电极的方法是有效的。因为工艺流程不包含300℃以上的高温热处理，不会引起基板（譬如硅圆片）已有的器件特性变动（包括退化）。并且，因为贯通电极具有良好导电性，使减小电极尺寸成为可能，进而可降低制造成本。

实施例2

图2Ａ图2Ｂ是本发明实施例2的工艺流程示意图。在本实施例中，贯通电极一端作为接线端裸露于基板一侧，另一端连接于基板反面的内部布线的嵌入电极。因概念上是相同的，因此，第二实施例也包括在本发明中。

图2Ａ（ａ）是，半导电体圆片构成的基板250的截面示意图。在基板250第2主面253（图下方的面）有晶体管70。晶体管70由扩散层71，门电极72；拉出扩散层71电位的布线层73构成。布线层73与门电极72一起布置在绝缘层74（氧化膜）里。

图2Ａ（ｂ）示意了，经蚀刻法工艺流程形成的开孔251。从第1主面252一侧开始，到第2主面253一侧的绝缘膜露出的状态为止。

图2Ａ（ｃ）用氢氟酸(HF)气环境的离子蚀刻法，从第1主平面252侧剥离绝缘层74，露出布线层73。

在图2Ａ（ｄ）里，在开孔251内壁和第1主平面252上生成绝缘层254。同时绝缘层254会延伸至露出的布线层73(开孔底面)上。可用常用的手法除去。以上流程，制作了「底面接线的开孔」。

后续工序由于类似于实施例1，在此简要说明。

如同实施例1，图2Ａ（ｅ）是填充沉积在贯通孔251里的涂布膏256说明图。涂布膏256的一部分溢出于贯通孔251外。

如同实施例1，图2Ａ（ｆ）是，在贯通孔251里，烧结形成的多孔质第1导电体257的说明图。

图2Ｂ（ｇ）是烧结后的第1导电体257的第1导电材微粒258间关系的示意图。如同实施例1，微粒258间的相互部分接触构成了连续的空隙部。

如同实施例1，图2Ｂ（ｈ）是通孔251中形成的第2导电体260的示意图。

如同实施例1，图2Ｂ（ⅰ）是，浸渍于多孔质第一导电体57的空隙中的，涂布膏259的熔融液261，和第一导电体257接触面之间发生扩散接合，固化形成一个非完全置换型固溶体260的概念示意图。

如同实施例1，图2Ｂ（ｊ）是，经平坦化处理，除去多余的堆积物后的基板250的截面示意图。

如同实施例1，图2Ｂ（ｋ）是，贯通电极与基板250的第1主面252上构筑的平面布线层265相连接的截面示意图。

实施例3

图3显示了本发明的实施例3的贯通电极的工艺流程。本实施例是，第2实施例的多层布线版。因此，图3与本发明的第2实施例的图2A及图2B是大部相同。

图3(a)示意了，半导电体晶圆的基板250。在基板250第2主平面253侧，绝缘层74内有着多层的布线层73a，73b，73c。这些布线层间配有层间线路270。这种复层布线及层间线路，在半导电体晶圆里是常用的。

图3（ｂ）是到达第2层布线层73b的开孔251b示意图。此后，如同上述第2实施例，在开孔251b里构筑贯通电极。

图3只示意了第二布线层73b的开孔。本发明不受限于此，也可连通其他的布线层。图3(c)示意了连通第三布线层73c的开孔251c。这样，多层布线结构，可以对任意布线层形成贯通电极。

图3（ｄ）显示了第二布线层73b和第三布线层73c两者共用贯通电极的开孔251bc。这样的构成形成贯通电极，布线层73b和73c的层间线路同时被连接，露出于第1主面252侧。1个贯通电极可以有复数的功能。

实施例4

图6是显示本发明的实施例中导电材料颗粒（粉末）间接合状态示意图。此外，以下参照图6的描述同样适用于实施例2与实施例3。

图6（ａ）是可替代图2中的微粒258的多面体微粒358的示意图，即，微粒可以是单一的金属，金属络合物，导电体表面覆层的有机材料或无机材料中的一种。多面体微粒358的形状是多样的，如图6（ａ）中的（ｉ）至（ｘ），但不限于此。

图6（ｂ）是微粒458个例示意图。即，用镍、铜、锡、金、银等金属覆层的钨、钼、硅等微粒。

图6（ｃ）是表面以异种金属覆层的微粒558的示意图。其中658是微粒核（材质为钨、钼、硅等。在此，假设用钨）。689是增加耐剥离强度的中间被覆层（材质为镍、铜、钛、铬、钽等）。589是金、银、铂等材质的表面镀膜（较高熔点金属被覆）。789是锡、锡银合金、锡银铜合金等材质的表面镀膜（较低熔点金属被覆）。

上述较低熔点金属被覆的钨微粒与较高熔点金属被覆的钨微混合后，300℃的低温下即可烧结成形。而力学性能的近似的钨烧结体的烧结温度高于1100℃。

图6（ｄ）是，粒度较小微粒558，在还原性气体环境下，低温烧结的形成部分金锡共晶合金结合部589；789；861的示意图。在200℃－250℃的温度段，辅以氢氮混合气等还原性气体环境烧结，微粒的表面接触部会发生熔融扩散，形成立体网状的金锡共晶合金接合部。金锡共晶合金的熔点高于275℃。在265℃的半导体封装工艺的加载温度时，足以维持所需的机械强度。

图6（ｅ）是示意微粒558的各种状态。

图6（ｆ）是金属覆层金属微粒558示意图。878是铜浸渍的钨微粒，表面是锡覆层，978是银、铜浸渍的钨、钼微粒。表面是金覆层。此铜浸渍的多面体钨微粒，热导性和导电性优于纯正的多面体钨粒子，只要烧结体的铜的（重量）含量比在60％以下，烧结体的热膨胀率则近似于钨。

图6（ｇ），（ｈ）示意了嵌入电极内部的各种微粒的状态。

图6（Ｉ）示意了金锡共晶合金861网状的内部结构。

以上是举例阐述了，用1比1混合的较低熔点金属被覆的钨微粒和较高熔点金属被覆的钨微粒，经还原性气体环境下的低温热处理，形成具有高电传导性；高热传导性；低热膨胀性的贯通电极的材料特性。

这说明了，在300℃以下的工艺加载温度下，构筑与晶圆、器件亲和性极佳的贯通电极的可能性。

本发明可以显着改善电极的信号传输特性和可靠性。并依此实现伴随半导电体制造技术的细微化发展，必然到来的贯通电极的小型化。

在此，对图6（c）～图6（e）中所示的导电性微粒，也就是电极材料（电极材料），作补充说明如下。

（1）图6（b）中所示，有着单一的表面覆层的微粒458。微粒芯材可用钨、钼、硅等以外，也可用铬镍铁合金、碳化硅、氮化铝等陶瓷、玻璃等，改性聚酰亚胺等及其混合物。

（2）图6（ｃ）所示较高熔点金属被覆589和689的微粒558，微粒芯658与图6（b）中的微粒458的相同。最外层的较高熔点金属被覆589可用金、银、铂、钯、铜等。中间层的金属被覆689可用镍、铜、钛、铬、钽、钯、钴等。

（3）图6（ｄ）所示较低熔点金属被覆789的微粒558，微粒芯658与图6（b）中的微粒458的相同。较低熔点金属被覆789可用锡、锡银、锡银铜、锌、铋、镓、铅、铜锡等。

（4）图6（e）所示微粒878是银、铜浸渍或表面金覆层的钨，钼微粒。其芯与图6（b）中的微粒458的相同，浸渍材料除上述铜之外可用银、锌、铝、镍、镉等。表面覆层材料除上述锡之外可用锌、铜、镉、铜锡、铜锡银合金等。

（5）图6（e）所示微粒978是银、铜浸渍或表面金覆层的钨，钼微粒。其芯与图6（b）中的微粒458的相同，浸渍材料除上述银、铜之外可用锌、铝、镍、镉等。表面覆层材料除上述金之外可用，银、铂、钯、锌、铜、锡铜、锡银铜合金等。

如上所述，参照附图就理想的实施例作了阐述。本发明的实施可以有多种不同的型式，在不脱离本发明的原理和范畴的情况下，各种应用的可能，同领域的技术人员应很容易联想。所以，本发明的将不局限于阐述内容。

产业上的可利用性

本发明的电极结构，及其制造方法，在半导电体工业中，尤其是三维结构封装属于基本技术之列。本发明不限定于简单的贯通电极和埋入电极构筑，并将广泛地适用于三维层叠的集成电路（存储电路，运算处理电路，和驱动电路等）和传感器的应用系统。

Claims (5)

1.一种贯通或嵌入电极，其特征是：

由第1导电材经未满300℃的热处理烧结而成，多孔质的第1导电体；

和由填充于上述第1导电体的间隙部里，与第1导电材不同成分构成的第2导电材，固化而成的第2导电体所组成。

2.根据权利要求1所述的贯通或嵌入电极，其特征在于：

上述第1导电体以及上述第1导电材具有网状或立体网状的合金结合部；且其热膨胀系数不超过基板的3倍。

3.一种电极材料，其特征是：

由至少2种以上，粒径为0.5～10μm，有着不同熔点的导电性表面覆层的导电性微粒混合而成；

上述导电性表面覆层由一层或多层，不同的金属或合金构成；

上述导电性表面覆层的厚度是上述导电性微粒粒径的二百分之一至十分之一。

4.根据权利要求3所述的电极材料，并具备下列特征：

上述导电性微粒的芯材是由，热膨胀系数接近于基板，包括钨、钼在内的金属、合金、金属化合物、半导体、玻璃、陶瓷、有机材料等，及其混合物所组成。

5.一种贯通或嵌入电极的形成工艺流程，其特征是：

由将上述第1导电材的涂布膏涂布填充于开孔内，并予以干燥的工序；

将充满开孔的上述第1导电材的涂布膏固相烧结，形成上述多孔质第1导电体的工序；

将上述第2导电材的涂布膏覆盖涂布于上述第1导电体上；并予以干燥的工序；

经热处理熔化上述第2导电材的涂布膏堆积物，使之浸渍再固化于上述第1导电体的空隙处的工序等步骤组成。