贯通电极基板和使用贯通电极基板的半导体装置的制造方法

贯通电极基板和使用贯通电极基板的半导体装置本案是申请日为2009年8月26日、申请号为200980130037.3、发明名称为“贯通电极基板及其制造方法和使用贯通电极基板的半导体装置”的专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及贯通电极基板及其制造方法和使用着该贯通电极基板的半导体装置，该贯通电极基板具备贯通基板的表面和背面的贯通电极。在本说明书中，所谓半导体装置，是指利用半导体特性能够发挥功能的装置整体，半导体集成电路、电子设备也包含在半导体装置的范围内。

背景技术：
近年来，随着电子设备的高密度、小型化的发展，LSI芯片也缩小到了与半导体封装同等的程度，仅仅依靠二维配置LSI芯片的高密度化正在达到其极限。因此，为了提高安装密度，需要将LSI芯片分开而将其按三维层叠。另外，为了使层叠有LSI芯片的半导体封装整体高速运转，需要使层叠电路彼此接近，缩短层叠电路间的配线距离。因此，为了适应上述要求，对于LSI芯片间的中介层(interposer)，提出了具备能够将基板的表面和背面导通的导通部的贯通电极基板(专利文献1)。根据专利文献1，贯通电极基板是通过利用电解电镀将导电材料(Cu)填充到设置在基板上的贯通孔的内部而形成的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-54307号公报专利文献2：日本特开2006-147971号公报

技术实现要素：
发明要解决的课题在将贯通电极基板用于多个LSI芯片间的连接或者LSI芯片与MEMS器件等之间的连接的情况下，在通过电解电镀而形成的导通部要求能够可靠地确保导通性，并且要求其电阻值低等的电特性的提高。另一方面，在专利文献2等中，公开了在贯通电极的制造工序中，减少孔隙(空隙)的技术。但是，专利文献2中，虽然研究了确保导通部的导通性的途径，但是并没有研究导通部中的电特性。本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种贯通电极基板及使用着该贯通电极基板的半导体装置，在该贯通电极基板中，提高了将基板的表面和背面导通的导通部中的电特性。用于解决课题的手段根据本发明的一种实施方式，提供一种贯通电极基板，其包括：具有贯通表面和背面的贯通孔的基板；和填充在所述贯通孔内并包含金属材料的导通部，所述导通部至少包含面积加权后的平均晶粒直径为13μm以上的金属材料。优选，上述导通部至少包含晶粒直径为29μm以上的金属材料。优选，上述导通部的一端包含面积加权后的平均晶粒直径比13μm小的金属材料，上述导通部的另一端至少包含面积加权后的平均晶粒直径在13μm以上的金属材料。优选，上述基板由硅构成，上述导通部至少形成于设置在上述基板侧的绝缘层上。优选，上述贯通孔的开口直径是10μm～100μm，并且上述基板的厚度是20～100μm。优选，上述贯通孔的开口直径是10μm～100μm，并且上述基板的厚度是300～800μm。也可以将上述贯通电极基板层叠多层。还提供一种半导体装置，其至少包含一个具备连接端子部的半导体芯片，将上述连接端子部与上述贯通电极基板的导通部连接而构成。另外，根据本发明的一个实施方式，还提供一种贯通电极基板的制造方法，其中，在基板上形成贯通表面和背面的贯通孔，在上述基板和上述贯通孔的表面形成绝缘膜，在上述基板的至少一个面及/或上述贯通孔形成金属构成的种子膜，通过对上述种子膜供给脉冲电压的电解电镀法，向上述贯通孔内填充金属材料。优选，上述电解电镀法通过对上述种子膜周期性地施加正电压和负电压而进行。优选，利用对上述种子膜供给第一时间直流电流的电解电镀法，在上述贯通孔形成金属材料之后，利用对上述种子膜供给第二时间脉冲电流的电解电镀法，在上述贯通孔内填充金属材料。优选，对上述种子膜供给脉冲电流的上述电解电镀法包含在阶段性地增大上述脉冲电流的电流密度的同时在上述贯通孔内填充上述金属材料的工序。根据本发明，能够提供一种贯通电极基板及使用着该贯通电极基板的半导体装置，在该贯通电极基板中，提高了将基板的表面和背面导通的导通部中的电特性。附图说明图1是第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的截面图。图2是说明第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的制造工序的图。图3是说明第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的制造工序的图。图4是说明用于电解电镀的脉冲电压的图，该电解电镀用于向第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的贯通孔104填充金属材料。图5是说明用于电解电镀的脉冲电压的图，该电解电镀用于向第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的贯通孔104填充金属材料。图6是说明用于电解电镀的直流电压的图，该电解电镀用于向第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的贯通孔104填充金属材料。图7是说明EBSD装置的结构的图。图8是说明通过EBSD进行测定的试样测定的概念的图。图9是表示测定了第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的金属材料的晶粒直径的区域的图。图10是实施例1涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图11是比较例1涉及的贯通电极基板的导通部的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图12是比较例2涉及的贯通电极基板的导通部的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图13是实施例1涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的直流电流区域106b中的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图14是实施例1涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的直流-脉冲切换区域106c中的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图15是实施例1涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的电流初期区域106e中的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图16是实施例1涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的电流后期区域106d中的金属材料的面积加权后的晶粒直径分布图。图17是表示基于电解电镀法的填充电镀的成长速度差异及膜厚的示意图。图18是表示第一实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的导通部106的电镀的膜厚d的测定位置的示意图。图19是用于说明在本发明涉及的贯通电极基板100上层叠有LSI芯片的半导体装置以及层叠有本发明涉及的贯通电极基板100的层叠型贯通电极基板300的截面图。图20是表示加速度处理电路的一例的图，该加速度处理电路用于处理由物理量传感器检测出的加速度的位移信号。图21是表示安装着传感器模块的便携式终端机的一例的图。具体实施方式下面，参照附图说明本发明涉及的贯通电极基板及其制造方法。然而，本发明的贯通电极基板能够通过多种不同的方式实现，并不能限定于以下所示的实施方式及实施例记载的内容进行解释。此外，在本实施方式和实施例所参照的附图中，对于同一部分或者具有相同功能的部分赋予相同的符号，省略其重复说明。1.贯通电极基板的结构图1是本实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的截面图。本实施方式中的本发明的贯通电极基板100具备贯通成为核心部的基板102的表面和背面的贯通孔104。在贯通孔104的内部形成有导通部106。基板102由硅等的半导体材料构成，利用后述的蚀刻、激光、喷砂等的方法形成有贯通孔104。基板102的厚度为例如10～800μm，但是并不限定于此。此外，在图1中，为了方便说明只表示了一个贯通孔104，但是也可以在基板102形成多个贯通孔104，在各个贯通孔104中形成导通部106。另外，优选按照用途适当地选择厚度在300～800μm或者20～100μm范围的基板。在本实施方式中，在贯通孔104的内壁及基板102的表面设置有用于确保电绝缘性的绝缘膜108。绝缘膜108由例如SiO2构成，通过热氧化法、CVD法等形成。绝缘膜108的厚度是0.1～2μm左右，只要能够确保充分的绝缘性，则对其厚度没有特别的限定。在本实施方式中，贯通孔104的开口直径是10～100μm左右。此外，贯通孔104的开口直径并不限定于此，可以根据贯通电极基板100的用途而适当地设定。在本实施方式中，导通部106是将贯通电极基板100的表面和背面导通的配线，填充有包含金属材料的导电材料。本实施方式中，如后所述，导通部106通过电解电镀填充导电材料。作为用于导通部106的金属材料，例如能够使用铜。在本实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100中，如后所述，导通部106的金属材料包含面积加权后的平均晶粒直径为13μm以上的晶粒。另外，本实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100中，如后所述，导通部106的金属材料包含最大晶粒直径为29μm以上的晶粒。本实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100中，能够通过上述结构提高导通部106的电特性。2.贯通电极基板100的制造方法这里，参照图2及图3说明本实施方式涉及的本发明的贯通电极基板100的制造方法。2-1.贯通电极基板100的制造方法1(1)基板102的准备及贯通孔104的穿孔(图2(A))本实施方式中，要准备由硅构成的基板102。虽然基板102的厚度没有特别限定，但是可以是300～800μm。在基板102的一个面侧形成选自抗蚀剂、硅氧化膜、硅氮化膜、金属等的掩模(未图示)后，隔着该掩模沿厚度方向对基板102进行蚀刻，形成贯通孔104。作为蚀刻方法，能够使用RIE法、DRIE法等。此外，既可以只通过蚀刻形成贯通基板102的表面和背面的贯通孔104，也可以在基板102上形成有底孔后，利用背面研磨(backgrinding)技术进行研磨使之开口，从而形成贯通孔104。也可以通过研磨将基板102的厚度形成在300μm以下。(2)绝缘膜108的形成(图2(B))在基板102的表面形成绝缘膜108。在本实施方式中，绝缘膜108是氧化硅膜，通过热氧化法或者CVD法形成。对于绝缘膜108，除了氧化硅膜之外，也可以使用氮化硅膜、氮化氧化硅膜、这些膜的层积膜等。(3)种子层的形成(图2(C))在基板102的至少一个面形成有种子层110。种子层110通过在基板102侧形成Ti层、并在其上形成Cu层(下面称为Cu/Ti层)构成，或者由Cu层/TiN层或Cu/Cr层等构成。本实施方式中，在种子层110使用Cu/Cr层。种子层110的成膜方法能够从PVD、溅射法等进行适当选择。用于种子层110的金属材料能够根据导通部106的金属材料进行适当选择。种子层110成为用于利用电解电镀形成导通部106的种子部和供电部。(4)导通部106的形成(图2(D))使用电解电镀法对种子层110供电，向贯通孔104内填充金属材料。本实施方式中，使用铜(Cu)作为填充到贯通孔104中的金属材料。本实施方式中，如图4和图5所示，通过向种子层110呈脉冲状地供给电流的电解电镀法，向贯通孔104内填充金属材料。图4所示的脉冲电流的供给方法是向种子层110供给不反转极性的脉冲电流的方法。另外，图5所示的脉冲电流的供给方法是向种子层110施加周期性地反转极性的脉冲电流的方法。基于图5所示的脉冲电流的供给的电镀方法称为PRC(PeriodicalReversedCurrent)法，是通过向种子层110周期性地施加正电压和负电压，从而按照一定的周期将流到种子层110的电流切换为正向(Forward)(电镀侧，即种子层1...