[其他]陶瓷布線基片及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87100572
• 申請日: 1987-01-27
• 公開（公告）號: CN87100572A
• 公開（公告）日: 1987-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戶田堯三;黑木喬;石原昌作;藤田毅;田尚哉
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H05K3/00
• 分類號: H05K3/00;H05K3/38
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟,周順芝

本發(fā)明涉及一種陶瓷布線基片及其制造方法。更具體地，本發(fā)明是關(guān)于一種具有布線導體的莫來石（質(zhì)）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(shù)較高，因此信號傳送率較低。另一方面，已經(jīng)研制成利用低介電常數(shù)的陶瓷而制備的基片，其中之一的莫來石（質(zhì)）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(xié)會會志《（66卷第649頁）上發(fā)表了題為“固溶體階段和莫來石熔態(tài)生長的微觀結(jié)構(gòu)”一文。作者利用一種由鉬組成的坩堝，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(zhì)基本上與鉬相似，所以鎢也不能與莫來石發(fā)生化學反應。本發(fā)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）同導體牢固地結(jié)合。對于氧化鋁布線基片來說，這種強有力的結(jié)合力一般是通過下面的方法實現(xiàn)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(jié)溫度，引致被加入到氧化鋁的燒結(jié)添加劑熔化。隨后，熔融的燒結(jié)添加劑滲入到由鎢組成的導電層孔隙。由于這種熔融燒結(jié)添加劑的滲入，就可使鎢與氧化鋁結(jié)合起來，從而在導體（鎢）和氧化鋁間形成了強有力的結(jié)合。

如上所述，莫來石（質(zhì)）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?shù)剡x擇一種能夠滲入由鉬或鎢組成的導電層的燒結(jié)添加劑，就有可能使莫來石陶瓷同導電金屬牢固地結(jié)合起來，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(zhì)）陶瓷的燒結(jié)添加劑在其燒結(jié)溫度時未能顯示出足夠的熔化態(tài)，因而未能滲入導電金屬層。為了使足量的熔融燒結(jié)添加劑滲入導電金屬層，必需用熔融的燒結(jié)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(jié)添加劑滲入導電金屬層，使陶瓷與導電金屬結(jié)合，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(jié)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(jié)添加劑以熔融態(tài)滲入分布在莫來石（質(zhì)）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結(jié)合強度，或者會分散結(jié)合強度。

（2）當加熱到莫來石陶瓷基片的燒結(jié)溫度時，便將莫來石陶瓷充分致密了;而具有高熔點的金屬，如鎢或鉬，卻未被充分致密，仍然具有相對的多孔顯微結(jié)構(gòu)。

如果布線基片表面上形成的導電金屬層是多孔的，那么在基片的后續(xù)處理過程中，就會產(chǎn)生嚴重的問題。例如，在對基片進行電鍍處理的過程中，電鍍液會滲入導電層，引起由電鍍而形成的薄膜的泡脹、剝落、氧化及脫色。因此，陶瓷基片表面上形成的導電金屬層必須是致密的。這種致密度必須保證電鍍液不會滲入導電層。

然而，對普通莫來石基片來說，由于燒結(jié)添加劑在燒結(jié)溫度時不會充分地滲入導電層，（如上述第（1）條所述），特別在莫來石陶瓷表面形成的導電層中存在著針孔，這使得莫來石基片具有吸水性。

本發(fā)明的一個目的在于提供一種陶瓷布線基片，該基片中陶瓷與導電金屬間的結(jié)合強度非常高，并且具有致密的導電金屬層。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造上述類型的陶瓷布線基片的方法。

圖1是表示固體與液體間的濕潤度的示意圖;