[其他]陶瓷布线基片及其制造方法

说明书

具有导电层的陶瓷布线基片及其制造方法。该基片是通过在一种莫来石陶瓷基片上烧结一种导电浆料而制得的。莫来石陶瓷基片包括按重量计７０％至８５％的纯莫来石和３０％至１５％用于莫来石的烧结添加剂，该添加剂的组成成分为ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃和ＭｇＯ。该导电浆料包括按重量计８５％至９７％的钨粉和１５％至３％用于导电金属的具有特定组成的烧结添加剂，或包括按重量计７５％至９５％的钼粉和５％至２５％用于导电金属的烧结添加剂。该添加剂的组成成分为ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃和ＭｇＯ。

本发明涉及一种陶瓷布线基片及其制造方法。更具体地，本发明是关于一种具有布线导体的莫来石（质）陶瓷布线基片和其制造方法。该布线导体是致密的，并具有很高的金属化强度。

近年来，随着半导体器件的高度集成化，日益要求安装在这类器件上的布线基片具有高的致密度、更高的性能和更高的可靠性。特别对用于计算机的布线基片来说，一个重要的任务就是要达到更高的信号传送率和更高的可靠性。

就上述用于布线基片的陶瓷而言，其中主要由氧化铝（Al₂O₃）组成的陶瓷早已进入实用阶段。然而，使用这类陶瓷存在一个根本的问题，即由于氧化铝的介电常数较高，因此信号传送率较低。另一方面，已经研制成利用低介电常数的陶瓷而制成的基片，其中之一的莫来石（质）陶瓷正受到特别的重视。

然而，利用莫来石陶瓷作为布线基片，带来了下列的问题：

（1）由于莫来石陶瓷几乎不能与高熔点的金属（如钨和钼）在还原气氛下反应，因此莫来石陶瓷与这些金属间的粘合力就特别低。为此，人们注意到W.M.Kriven和Joseph A.Pask在《美国陶瓷协会会志》（66卷第649页）上发表的题为“固溶体阶段和莫来石熔态生长的微观结构”一文。作者利用一种由钼做成的坩埚，就一种纯莫来石的熔融状况进行了实验，证明甚至在相当于或超过莫来石的熔点温度时，钼和莫来石间不起化学反应。由于钨的化学性质基本上与钼相似，所以钨也不能与莫来石发生化学反应。本发明同样从实验上证实了钼或钨和莫来石间的这种反应能力，即证实了在1750℃或低于1750℃的温度时，钼和钨都不与莫来石反应。

就陶瓷布线基片而言，最主要的是，陶瓷必须在布线基片的表面（例如在信号输入和输出端，或在集成电路片的接线端）同导体牢固地粘接。对于氧化铝布线基片来说，这种强有力的粘接力一般是通过下面的方法实现的。

具体的方法是，将具有钨金属导体的氧化铝布线基片（导体分布在基片上）加热到烧结温度，引致被加入到氧化铝的烧结添加剂熔化。随后，熔融的烧结添加剂渗入到由钨组成的导电层孔隙。由于这种熔融烧结添加剂的渗入，就可使钨与氧化铝粘接起来，从而在导体（钨）和氧化铝间形成了强有力的粘接。

如上所述，莫来石（质）陶瓷既不与钨、也不与钼起化学反应。但是可以期望，通过适当地选择一种能够渗入由钼或钨组成的导电层的烧结添加剂，就有可能使莫来石陶瓷同导电金属牢固地粘接起来，如同上述采用氧化铝的情形一样。

然而，在普通的莫来石基片中，被加到莫来石（质）陶瓷的烧结添加剂在其烧结温度时未能显示出足够的熔化态，因而未能渗入导电金属层。为了使足量的熔融烧结添加剂渗入导电金属层，必需用熔融的烧结添加剂湿润导电金属的表面。通常用图1所示的固体1和液体2间的角度（接触角度θ）的大小，来测定湿润度。一般来说，当角度θ大于90°时，可认为固体未被湿润;而角度θ＜90℃时，则认为固体已被湿润。就莫来石陶瓷基片而言，同使用氧化铝基片时的情况一样，按类似的方法，使烧结添加剂渗入导电金属层，使陶瓷与导电金属粘接，这时所需的固体与液体间所处的角度θ小于10°。

然而，钨或钼与已被用于普通的莫来石陶瓷的烧结添加剂间的接触角度相对较大，即大约为20℃至40℃。因而，要使足量的烧结添加剂以熔融态渗入分布在莫来石（质）陶瓷基片上的导电金属层，是很困难的。在此情况下，就会降低莫来石和导电金属间的粘接强度，或者会分散粘接强度。