[发明专利]陶瓷布线基板、半导体装置、及陶瓷布线基板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具备由至少含有Al或Si的陶瓷以板状形成的基板、和沿该基板的厚度方向贯穿的上下导通体的陶瓷布线基板、以及使用了该陶瓷布线基板的半导体装置。

背景技术

在由例如AlN、Al₂O₃、SiC等陶瓷以板状形成的基板的规定的位置形成沿厚度方向贯穿的上下导通孔并填充有上下导通体(通孔)的陶瓷布线基板被作为半导体元件的搭载用途等使用。

对于该陶瓷布线基板，为了提高上下导通孔的位置精度，一般的做法是，首先使成为陶瓷的母材的前体的板体(陶瓷生片)烧结而形成基板，然后在该基板的规定的位置形成沿该基板的厚度方向贯穿的上下导通孔后，向上下导通孔中填充包含导电材料的上下导通体而形成。

然而，当用作为导电材料的Cu、Ag、Au等低电阻金属来形成整个上下导通体时，由于该低电阻金属与陶瓷的热膨胀率大不相同，因此例如在向基板上搭载半导体元件时的接合工序中基板被暴露于高温中时，伴随着上下导通体的膨胀收缩，该上下导通体的、通常被设为与基板表面齐平面的前端面就会有从基板的表面向外突出后又因冷却而恢复原状的举动。

于是就会因上述的举动，对形成于包含上下导通体的前端面的基板的表面的、用于与半导体元件的接合等中的金属化层、焊料层施加局部的应力而容易在这些层中产生裂纹，若产生裂纹，就会有半导体元件搭载的可靠性显著降低的问题。另外，还有可能对基板本身、所搭载的半导体元件施加大的热应力。

因而，正在研究将上下导通体设为在包含W、Mo等高熔点金属的多孔结构体中填充有Cu、Ag、Au等低电阻金属的复合结构，使其热膨胀率接近包含陶瓷的基板。

例如在专利文献1中，向上下导通孔内填充含有W、Mo等高熔点金属的粉末的糊状物，使该粉末烧结而形成包含高熔点金属的多孔结构体后，向该多孔结构体中熔渗Cu、Ag、Au等低电阻金属，由此形成具有上述的复合结构的上下导通体。

然而，该结构中，由于包含高熔点金属的多孔结构体与包含陶瓷的基板没有密合，因此会有上下导通体容易从基板脱落的问题。

如果使高熔点金属中含有玻璃成分，则多孔结构体与基板的密合性提高，然而在其后的熔渗低电阻金属的工序中该低电阻金属与多孔结构体中的玻璃、形成基板的陶瓷不密合，因此会有容易在上下导通体的内部、与基板的界面中产生空隙的问题。

另外，根据发明人的研究，对于使高熔点金属烧结而形成多孔结构体的工序或、在多孔结构体中熔渗低电阻金属的工序，为了防止氧化，在H₂等还原性气体气氛中或真空中实施，但是当通过此时的加热而升温到900℃以上、特别是1000℃左右时，由于该热，构成基板的Al、Si会向形成途中的上下导通体扩散。

于是，存在下述问题：

扩散了的Al、Si在900℃以上的高温下反应而使Mo、W局部地异常生长而生成异常生长粒子；或

低电阻金属向多孔结构体中的熔渗受异常生长粒子阻碍，不会均匀地绕进该多孔结构体中，而是产生空隙、裂纹；或

Al、Si与低电阻金属反应生成气体，产生空隙；或

还会无法形成具有正常的复合结构的良好的上下导通体。

专利文献2中记载，在烧结前的陶瓷生片中形成上下导通孔，向其中填充含有W、Mo等高熔点金属的粉末的糊状物后使整体烧结，将陶瓷制的基板与填充在该基板的上下导通孔内的多孔结构体一体化形成后，利用荷重板的重量使熔融了的Cu等低电阻金属向该多孔结构体内渗透而形成上下导通体。

根据该方法，可以提高基板与多孔结构体的密合性。然而，由于低电阻金属与陶瓷依然没有密合，因此无法消除在上下导通体与基板的界面中容易产生空隙的问题。

另外，由于在成为基板的母材的陶瓷生片中预先形成上下导通孔后使之烧结，因此还会因该陶瓷生片的烧结时的不均等的收缩，而出现上下导通孔的位置精度降低的问题。

专利文献3中记载，仍然是在烧结前的陶瓷生片中形成上下导通孔，向其中填充含有W、Mo等高熔点金属的粉末和Cu等低电阻金属的粉末的糊状物后使整体烧结，将陶瓷制的基板、与填充在该上下导通孔内的具有高熔点金属及低电阻金属的复合结构的上下导通体一体化形成。