055]接著，作為第2金屬成分的具體例，可以列舉出含有Sn、Cu、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種的成分。
[0056]并且，具體而言，第3金屬成分可以含有Sn、B1、Ga、和選自上述S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種。
[0057]作為另一選擇項(xiàng)，第3金屬成分也可以含有Sn、B1、In、Sb、和選自Ga、S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種。
[0058]第I金屬成分、第2金屬成分和第3金屬成分分別含有多種金屬成分。優(yōu)選第I金屬成分?第3金屬成分的各自的熔點(diǎn)Tl (V )、T2 (V )、Τ3 (V )滿足Tl > Τ2 > Τ3的關(guān)系。由此，進(jìn)一步促進(jìn)相互擴(kuò)散的不均衡緩和。其具體例如下所述。
[0059]1.第I金屬成分
[0060]作為第I金屬成分的具體例，可以列舉出含有Cu、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種的成分。各組成成分的組成比可以設(shè)定為如下的范圍。
[0061]Cu:99.9wt% 以下
[0062]SnjOwt^i 以下
[0063]S1、B、T1、Al、Ag 或 Zn:0.01wt% 以下
[0064]優(yōu)選Cu或其合金粒子的表面被氧化抑制膜覆蓋。作為氧化抑制膜，在Cu或其合金粒子的表面上鍍覆的Ag或Sn的鍍覆膜是適合的。此外，也可以是在150°C以上升華的樹脂的覆膜。
[0065]2.第2金屬成分
[0066]作為第2金屬成分的具體例，可以列舉出含有作為主成分的Sn、Cu、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種的成分。各組成成分的組成比可以設(shè)定為如下的范圍。
[0067]SnjSwt1^HT
[0068]Cu:30wt% 以下
[0069]S1、B、T1、Al、Ag 或 Zn:0.01wt% 以下
[0070]3.第3金屬成分
[0071](I)作為一個(gè)選擇項(xiàng)，第3金屬成分可以含有Sn、B1、Ga、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種。該情況的各組成成分的組成比可以設(shè)定為如下的范圍。
[0072]Sn:40 ?80?^%
[0073]B1:15 ?60wt%
[0074]Ga:0.1wt%WT
[0075]Al:1wt % 以下
[0076]S1、B、T1、Ag 或 Zn:0.01wt% 以下
[0077](2)作為另一個(gè)選擇項(xiàng)，第3金屬成分也可以含有Sn、B1、In、Sb、和選自Ga、S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種。該情況的各組成成分的組成比可以設(shè)定為如下的范圍。
[0078]In:相對于Sn為20wt%以下
[0079]B1:相對于Sn為20wt%以下
[0080]Sb:相對于Sn為20wt%以下
[0081]Ga、S1、B、T1、Al、Ag 或 Zn:lwt% 以下
[0082]根據(jù)上述具體例,熔點(diǎn)T1、T2、T3為如下所示。
[0083]Tl = 1100°C?500°C
[0084]T2 = 400°C ?250°C
[0085]T3 = 250°C 以下
[0086]接合部只要含有上述第I金屬成分?第3金屬成分中的、第I金屬成分、第2金屬成分和第3金屬成分中的至少兩種即可，也可以不含有3種。例如，既可以是以Cu為主成分的第I金屬成分和以Sn為主成分的第2金屬成分的組合，也可以是第I金屬成分和以Sn為主成分的第3金屬成分的組合。
[0087]也可以是使第I金屬成分、第2金屬成分和第3金屬成分分散于流動(dòng)性分散介質(zhì)中而成的材料。作為流動(dòng)性分散介質(zhì)，可以使用各種有機(jī)粘合劑、水性分散介質(zhì)或揮發(fā)性有機(jī)分散介質(zhì)等。作為該分散介質(zhì)，已知有各種分散介質(zhì)，因此選擇使用它們即可。具體而言，可以例示出配線用導(dǎo)電糊劑、填充用糊劑、導(dǎo)體用糊劑、密封用糊劑、或接合糊劑等流動(dòng)性功能性材料。
[0088]本發(fā)明也可應(yīng)用于由基板支撐的電配線。關(guān)于這點(diǎn)，參照圖4和圖5進(jìn)行說明。首先，示出圖4所示的電配線在沿著基板71的厚度方向設(shè)置的孔或槽內(nèi)設(shè)有貫通導(dǎo)體72的例子。
[0089]基板71可以由Si基板、SiC基板或SOI基板等半導(dǎo)體基板構(gòu)成。也可以是無機(jī)或有機(jī)的絕緣基板、電介質(zhì)基板、磁性基板或?qū)⑺鼈儚?fù)合而成的復(fù)合基板。
[0090]基板71在朝向其厚度方向的縱孔的內(nèi)部嵌入有貫通導(dǎo)體72。對貫通導(dǎo)體72并無限定，例如直徑為60 μ m以下，也有時(shí)包含被進(jìn)一步小徑化而成的10 μ m以下的貫通導(dǎo)體72。
[0091]在基板71為以Si基板等為代表的半導(dǎo)體基板的情況下，利用有機(jī)或無機(jī)的絕緣層73覆蓋貫通導(dǎo)體72的外周。在貫通導(dǎo)體72的兩端分別設(shè)有端子導(dǎo)體74、75。并且，在基板71的厚度方向的兩面分別設(shè)有絕緣層76、77。絕緣層76、77既可以是Si02或SiN的單層，也可以是在Si02層上層疊SiN而成的層。這些絕緣層76、77除了原來的作為電絕緣層的作用之外，還具有作為基板翹曲抑制層的作用。
[0092]成為電配線的貫通導(dǎo)體72和端子導(dǎo)體74、75含有選自S1、B、T1、Al、Ag、B1、In、Sb,Ga,Zn的組中的至少一種、Cu和Sn，在導(dǎo)體內(nèi)部含有如圖3所示那樣的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬擴(kuò)散區(qū)域。
[0093]絕緣層73既可以是對縱孔的內(nèi)壁面進(jìn)行改性而成的氧化膜或氮化膜，也可以是由填充到縱孔的內(nèi)部的無機(jī)材料或有機(jī)材料或者它們的功能性材料形成的絕緣層。作為由無機(jī)絕緣層形成的絕緣層73，具體而言，可以將含有絕緣性微粒、Si微粒和有機(jī)Si化合物的絕緣性糊劑填充到縱孔的內(nèi)部并使其固化而形成。在形成絕緣層73時(shí)，在縱孔的內(nèi)部使有機(jī)Si化合物和Si微粒相互反應(yīng)，形成填埋在絕緣性微粒的周圍的S1-O鍵的網(wǎng)絡(luò)。有機(jī)Si化合物和Si微粒的反應(yīng)可以優(yōu)選為通過在真空氣氛中、例如130°C?150°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱來進(jìn)行。
[0094]接著，如圖5所圖示的電子器件在基板91的一個(gè)面上形成有布圖而成的平面狀的電配線92。電配線92是含有選自S1、B、T1、Al、Ag、B1、In、Sb、Ga、Zn的組中的至少一種、Cu和Sn、在配線內(nèi)部具有納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬擴(kuò)散區(qū)域(參照圖3)的金屬化配線。電配線92如果有需要?jiǎng)t由合成樹脂膜形成的保護(hù)膜93來覆蓋。保護(hù)膜93既可以是絕緣膜，也可以是絕緣性低的膜。
[0095]圖4和圖5所示的電配線具有與參照圖1?圖3進(jìn)行了說明的接合部同樣的構(gòu)成，除了發(fā)揮同樣的作用效果之外，在高溫剪切強(qiáng)度試驗(yàn)中具有高的高溫保持可靠性。關(guān)于這點(diǎn)，參照圖6進(jìn)行說明。圖6是示出300°C下的高溫剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的圖，橫軸為時(shí)間(小時(shí))，縱軸為剪切強(qiáng)度(MPa)。曲線A表示本發(fā)明的電配線(圖5)的剪切強(qiáng)度特性，曲線B表示使用了日本專利第3869859號公報(bào)所記載的導(dǎo)電糊劑的配線的剪切強(qiáng)度特性，曲線C表示使用了 Au-12Ge系導(dǎo)電糊劑的以往的配線的剪切強(qiáng)度特性。
[0096]首先，使用了日本專利第3869859號公報(bào)所記載的導(dǎo)電糊劑形成的配線如曲線B所示那樣，剪切強(qiáng)度的初始值低為30 (MPa)，在經(jīng)過了 400小時(shí)之后降低到1(MPa)。
[0097]另外，使用了 Au_12Ge系導(dǎo)電糊劑的以往的配線如曲線C所示那樣，剪切強(qiáng)度特性雖然初始值示出為80 (MPa)的高值，但隨著時(shí)間的推移，急劇地降低，在經(jīng)過了 500小時(shí)之后降低到約20 (MPa) ο
[0098]與此相對，本發(fā)明的電配線如曲線A所示那樣，剪切強(qiáng)度特性示出初始值為57 (MPa)的高值，之后，即使經(jīng)過了 500小時(shí)也保持基本不變的剪切強(qiáng)度特性。
[0099]這表示本發(fā)明的電配線成為基本沒有空隙、裂紋、斷線的連續(xù)的層，成為填充度、致密性提高、導(dǎo)電性變高、機(jī)械強(qiáng)度和物理強(qiáng)度高的電配線。圖6的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對于使用了相同材料的圖1的接合部和圖4的電配線也是妥當(dāng)?shù)摹?br>[0100]對于應(yīng)用本發(fā)明的電子器件，作為代表性的是互連導(dǎo)電物(interposer)。此外，既可以是系統(tǒng)LS1、存儲器LS1、圖像傳感器或MEMS等，也可以是含有模擬或數(shù)字的電路、CPU這樣的邏輯電路等的電子器件，還可以是利用不同的工藝制作模擬高頻電路、低頻且低耗電的電路這樣的不同種類的電路并將它們層疊而成的電子器件。進(jìn)而，可以含有傳感器組件、光電組件、單極晶體管、MOS FET, CMOS FET、存儲器單元、或它們的集成電路部件(1C)、或者各種規(guī)模的LSI等一般以電子電路為功能要件的幾乎所有電子器件。
[0101]以上，參照優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明詳細(xì)地進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于這些實(shí)施例，如果是本領(lǐng)域技術(shù)人員，基于該基本的技術(shù)構(gòu)思和教示而想到各種變形例是顯而易見的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種接合部，其為將至少2個(gè)導(dǎo)體接合的結(jié)合部， 其具有含有選自S1、B、T1、Al、Ag、B1、In、Sb、Ga、Zn的組中的至少一種、Cu和Sn的化合物區(qū)域，所述化合物區(qū)域在其與所述導(dǎo)體之間形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬擴(kuò)散區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合部,其中， 所述化合物區(qū)域含有第I金屬成分、第2金屬成分和第3金屬成分中的至少兩種， 所述第I金屬成分含有Cu、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種， 所述第2金屬成分含有Sn、Cu、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種， 所述第3金屬成分 (a)含有Sn、B1、Ga、和選自S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種，或者 (b)含有Sn、B1、In、Sb、和選自Ga、S1、B、T1、Al、Ag、Zn的組中的至少一種。
3.—種電配線,其為由基板支撐的電配線,其含有: Cu或Cu合金區(qū)域；和 化合物區(qū)域，該化合物區(qū)域含有選自S1、B、T1、Al、Ag、B1、In、Sb、Ga、Zn的組中的至少一種、Cu和Sn,在其與所述Cu或Cu合金區(qū)域之間形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬擴(kuò)散區(qū)域。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種不會產(chǎn)生空隙、裂紋等的高品質(zhì)、高可靠度的電極接合部和電配線。將2個(gè)導(dǎo)體接合的接合部含有選自Si、B、Ti、Al、Ag、Bi、In、Sb、Ga的組中的至少一種、Cu和Sn，在其與導(dǎo)體之間形成有納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬擴(kuò)散區(qū)域。
【IPC分類】H01L23-10, C22C13-00, C22C11-06, C22C5-02, H01L23-31, C22C9-02, B32B15-01
【公開號】CN104553133
【申請?zhí)枴緾N201410528116
【發(fā)明人】關(guān)根重信
【申請人】納普拉有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年10月9日
【公告號】EP2860755A2, EP2860755A3, US9142518, US20150097300