[其他]陶瓷布線基片及其制造方法

在審

• 申請號: 101987000000572
• 申請日: 1987-01-27
• 公開（公告）號: CN1005957B
• 公開（公告）日: 1989-11-29
• 發明（設計）人: 戶田堯三;黑木喬;石原昌作;藤田毅;堯田尚哉
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟;周順芝

具有導電層的陶瓷布線基片及其制造方法。該基片是通過在一種莫來石陶瓷基片上燒結一種導電漿料而制得的。莫來石陶瓷基片包括按重量計７０％至８５％的純莫來石和３０％至１５％用于莫來石的燒結添加劑，該添加劑的組成成分為ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃和ＭｇＯ。該導電漿料包括按重量計８５％至９７％的鎢粉和１５％至３％用于導電金屬的具有特定組成的燒結添加劑，或包括按重量計７５％至９５％的鉬粉和５％至２５％用于導電金屬的燒結添加劑。該添加劑的組成成分為ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃和ＭｇＯ。

本發明涉及一種陶瓷布線基片及其制造方法。更具體地，本發明是關于一種具有布線導體的莫來石（質）陶瓷布線基片和其制造方法。該布線導體是致密的，并具有很高的金屬化強度。

近年來，隨著半導體器件的高度集成化，日益要求安裝在這類器件上的布線基片具有高的致密度、更高的性能和更高的可靠性。特別對用于計算機的布線基片來說，一個重要的任務就是要達到更高的信號傳送率和更高的可靠性。

就上述用于布線基片的陶瓷而言，其中主要由氧化鋁（Al₂O₃）組成的陶瓷早已進入實用階段。然而，使用這類陶瓷存在一個根本的問題，即由于氧化鋁的介電常數較高，因此信號傳送率較低。另一方面，已經研制成利用低介電常數的陶瓷而制成的基片，其中之一的莫來石（質）陶瓷正受到特別的重視。

然而，利用莫來石陶瓷作為布線基片，帶來了下列的問題：

（1）由于莫來石陶瓷幾乎不能與高熔點的金屬（如鎢和鉬）在還原氣氛下反應，因此莫來石陶瓷與這些金屬間的粘合力就特別低。為此，人們注意到W.M.Kriven和Joseph A.Pask在《美國陶瓷協會會志》（66卷第649頁）上發表的題為“固溶體階段和莫來石熔態生長的微觀結構”一文。作者利用一種由鉬做成的坩堝，就一種純莫來石的熔融狀況進行了實驗，證明甚至在相當于或超過莫來石的熔點溫度時，鉬和莫來石間不起化學反應。由于鎢的化學性質基本上與鉬相似，所以鎢也不能與莫來石發生化學反應。本發明同樣從實驗上證實了鉬或鎢和莫來石間的這種反應能力，即證實了在1750℃或低于1750℃的溫度時，鉬和鎢都不與莫來石反應。

就陶瓷布線基片而言，最主要的是，陶瓷必須在布線基片的表面（例如在信號輸入和輸出端，或在集成電路片的接線端）同導體牢固地粘接。對于氧化鋁布線基片來說，這種強有力的粘接力一般是通過下面的方法實現的。

具體的方法是，將具有鎢金屬導體的氧化鋁布線基片（導體分布在基片上）加熱到燒結溫度，引致被加入到氧化鋁的燒結添加劑熔化。隨后，熔融的燒結添加劑滲入到由鎢組成的導電層孔隙。由于這種熔融燒結添加劑的滲入，就可使鎢與氧化鋁粘接起來，從而在導體（鎢）和氧化鋁間形成了強有力的粘接。

如上所述，莫來石（質）陶瓷既不與鎢、也不與鉬起化學反應。但是可以期望，通過適當地選擇一種能夠滲入由鉬或鎢組成的導電層的燒結添加劑，就有可能使莫來石陶瓷同導電金屬牢固地粘接起來，如同上述采用氧化鋁的情形一樣。

然而，在普通的莫來石基片中，被加到莫來石（質）陶瓷的燒結添加劑在其燒結溫度時未能顯示出足夠的熔化態，因而未能滲入導電金屬層。為了使足量的熔融燒結添加劑滲入導電金屬層，必需用熔融的燒結添加劑濕潤導電金屬的表面。通常用圖1所示的固體1和液體2間的角度（接觸角度θ）的大小，來測定濕潤度。一般來說，當角度θ大于90°時，可認為固體未被濕潤;而角度θ＜90℃時，則認為固體已被濕潤。就莫來石陶瓷基片而言，同使用氧化鋁基片時的情況一樣，按類似的方法，使燒結添加劑滲入導電金屬層，使陶瓷與導電金屬粘接，這時所需的固體與液體間所處的角度θ小于10°。

然而，鎢或鉬與已被用于普通的莫來石陶瓷的燒結添加劑間的接觸角度相對較大，即大約為20℃至40℃。因而，要使足量的燒結添加劑以熔融態滲入分布在莫來石（質）陶瓷基片上的導電金屬層，是很困難的。在此情況下，就會降低莫來石和導電金屬間的粘接強度，或者會分散粘接強度。