[其他]陶瓷布線基片及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101987000000572
• 申請(qǐng)日: 1987-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN1005957B
• 公開（公告）日: 1989-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戶田堯三;黑木喬;石原昌作;藤田毅;堯田尚哉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社日立制作所
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 李若娟;周順芝

具有導(dǎo)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(jié)一種導(dǎo)電漿料而制得的。莫來石陶瓷基片包括按重量計(jì)７０％至８５％的純莫來石和３０％至１５％用于莫來石的燒結(jié)添加劑，該添加劑的組成成分為ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃和ＭｇＯ。該導(dǎo)電漿料包括按重量計(jì)８５％至９７％的鎢粉和１５％至３％用于導(dǎo)電金屬的具有特定組成的燒結(jié)添加劑，或包括按重量計(jì)７５％至９５％的鉬粉和５％至２５％用于導(dǎo)電金屬的燒結(jié)添加劑。該添加劑的組成成分為ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃和ＭｇＯ。

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(dǎo)體的莫來石（質(zhì)）陶瓷布線基片和其制造方法。該布線導(dǎo)體是致密的，并具有很高的金屬化強(qiáng)度。

近年來，隨著半導(dǎo)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(duì)用于計(jì)算機(jī)的布線基片來說，一個(gè)重要的任務(wù)就是要達(dá)到更高的信號(hào)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(jìn)入實(shí)用階段。然而，使用這類陶瓷存在一個(gè)根本的問題，即由于氧化鋁的介電常數(shù)較高，因此信號(hào)傳送率較低。另一方面，已經(jīng)研制成利用低介電常數(shù)的陶瓷而制成的基片，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(diǎn)的金屬（如鎢和鉬）在還原氣氛下反應(yīng)，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(guó)陶瓷協(xié)會(huì)會(huì)志》（66卷第649頁）上發(fā)表的題為“固溶體階段和莫來石熔態(tài)生長(zhǎng)的微觀結(jié)構(gòu)”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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明甚至在相當(dāng)于或超過莫來石的熔點(diǎn)溫度時(shí)，鉬和莫來石間不起化學(xué)反應(yīng)。由于鎢的化學(xué)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(xué)反應(yīng)。本發(fā)明同樣從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了鉬或鎢和莫來石間的這種反應(yīng)能力，即證實(shí)了在1750℃或低于1750℃的溫度時(shí)，鉬和鎢都不與莫來石反應(yīng)。

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(hào)輸入和輸出端，或在集成電路片的接線端）同導(dǎo)體牢固地粘接。對(duì)于氧化鋁布線基片來說，這種強(qiáng)有力的粘接力一般是通過下面的方法實(shí)現(xiàn)的。

具體的方法是，將具有鎢金屬導(dǎo)體的氧化鋁布線基片（導(dǎo)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(dǎo)電層孔隙。由于這種熔融燒結(jié)添加劑的滲入，就可使鎢與氧化鋁粘接起來，從而在導(dǎo)體（鎢）和氧化鋁間形成了強(qiáng)有力的粘接。

如上所述，莫來石（質(zhì)）陶瓷既不與鎢、也不與鉬起化學(xué)反應(yīng)。但是可以期望，通過適當(dāng)?shù)剡x擇一種能夠滲入由鉬或鎢組成的導(dǎo)電層的燒結(jié)添加劑，就有可能使莫來石陶瓷同導(dǎo)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(zhì)）陶瓷的燒結(jié)添加劑在其燒結(jié)溫度時(shí)未能顯示出足夠的熔化態(tài)，因而未能滲入導(dǎo)電金屬層。為了使足量的熔融燒結(jié)添加劑滲入導(dǎo)電金屬層，必需用熔融的燒結(jié)添加劑濕潤(rùn)導(dǎo)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(cè)定濕潤(rùn)度。一般來說，當(dāng)角度θ大于90°時(shí)，可認(rèn)為固體未被濕潤(rùn);而角度θ＜90℃時(shí)，則認(rèn)為固體已被濕潤(rùn)。就莫來石陶瓷基片而言，同使用氧化鋁基片時(shí)的情況一樣，按類似的方法，使燒結(jié)添加劑滲入導(dǎo)電金屬層，使陶瓷與導(dǎo)電金屬粘接，這時(shí)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(duì)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(dǎo)電金屬層，是很困難的。在此情況下，就會(huì)降低莫來石和導(dǎo)電金屬間的粘接強(qiáng)度，或者會(huì)分散粘接強(qiáng)度。