陶瓷布线基板、半导体装置、及陶瓷布线基板的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 在由例如A1N、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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 因而，正在研宄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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 另外，根据发明人的研宄，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4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°C以上、特别是1000°C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。
[0011] 于是，存在下述问题：
[0012] 扩散了的Al、Si在900°C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
[0013] 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
[0014] Al、Si与低电阻金属反应生成气体，产生空隙；或
[0015] 还会无法形成具有正常的复合结构的良好的上下导通体。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 根据该方法，有望提高基板与上下导通体的密合性而防止空隙的产生。然而该方 法中烧结温度更高，达到1500°C以上，在实际中如先前说明那样在烧结中构成基板的Al、 Si向上下导通体扩散，因此无法避免空隙的产生。另外，由于仍然是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，因此会因该陶瓷生片的烧结时的不均等的收 缩，而无法消除上下导通孔的位置精度降低的问题。
[0021] 现有技术文献
[0022] 专利文献
[0023] 专利文献1 :日本特公平7-101724号公报
[0024] 专利文献2 :日本特开平5-267849号公报
[0025] 专利文献3 :日本特开2000-22338号公报
【发明内容】
[0026] 发明所要解决的问题
[0027] 本发明的目的在于，提供一种陶瓷布线基板，其具有上下导通体，该上下导通体为 了提高位置精度而在使陶瓷的前体烧结而以板状形成基板后形成的上下导通孔内，首先形 成包含高熔点金属的多孔结构体，其后熔渗低电阻金属而成，而且没有异常生长粒子或空 隙、裂纹等而具有正常的复合结构，并且不用担心从基板脱落，本发明还提供该陶瓷布线基 板的制造方法。
[0028] 另外，本发明还提供一种半导体装置，是在该陶瓷布线基板上搭载半导体元件而 成，具有高可靠性。
[0029] 用于解决问题的方法
[0030] 本发明提供一种陶瓷布线基板，包括：
[0031] 基板，是使含有选自A1、及Si中的至少1种的陶瓷的前体烧结而以板状形成；
[0032] 上下导通孔，在所述基板烧结后，贯穿该基板的厚度方向而形成；
[0033] 上下导通体，其填充在所述上下导通孔中包含含有选自Cu、Ag、及Au中的至少1种 低电阻金属、和选自W、及Mo中的至少1种高熔点金属的复合材料；及
[0034] 中间层，其在所述上下导通体与基板之间，将所述两者之间隔开而配设，包含选自 Mo、W、Co、Fe、Zr、Re、Os、Ta、Nb、Ir、Ru、及 Hf 中的至少 1 种。
[0035] 另外，本发明提供所述本发明的陶瓷布线基板的制造方法，包括：
[0036] 使成为形成所述基板的陶瓷的母材的前体的板体烧结而形成该基板的工序、
[0037] 沿所述基板的厚度方向贯穿而形成上下导通孔的工序、
[0038] 在所述上下导通孔的内而形成包含选自所述Mo、W、Co、Fe、Zr、Re、Os、Ta、Nb、Ir、 Ru、及Hf中的至少I种的所述中间层的工序；
[0039] 向所述上下导通孔内，填充含有选自所述W、及Mo中的至少1种高熔点金属的粉末 的糊状物，使该粉末烧结，形成包含所述高熔点金属的多孔结构体的工序；及
[0040] 向所述多孔结构体中，熔渗所述选自Cu、Ag、及Au中的至少1种低电阻金属而形 成所述上下导通体的工序。
[0041] 根据本发明，可以利用形成于基板的上下导通孔的内面的包含选自Mo、W、Co、Fe、 Zr、Re、0s、Ta、Nb、Ir、Ru、及Hf中的至少1种的中间层，来防止在使高恪点金属烧结而形成 多孔结构体时、或向该多孔结构体中熔渗低电阻金属而形成上下导通体时，由于此时的热 而使构成基板的Al、Si向上下导通体中扩散、或相反地上下导通体的低电阻金属向基板中 扩散。
[0042] 由此，根据本发明，可以形成具有正常的复合结构的良好的上下导通体，其没有因 构成基板的Al、Si向上下导通体中扩散、或相反地上下导通体的低电阻金属向基板中扩散 而产生的异常生长粒子或空隙、裂纹等。
[0043] 另外，上述的包含各种元素的中间层不仅具有与基板的良好的密合性，而且还会 与作为低电阻金属、及高熔点金属的复合体的上下导通体良好地反应。另外，还可以消除因 上下导通体无法追随上下导通孔的内面的凹凸而产生的间隙。
[0044] 由此，通过夹设该中间层还可以提高基板与上下导通体的密合性，防止该上下导 通体从基板脱落。
[0045] 中间层的厚度优选为0· 01 μ m以上。
[0046] 如果厚度小于该范围，则虽然也要根据上下导通孔的内面的表面粗糙度而定，然 而会产生厚度过薄而无法充分地防止Al、Si的扩散的部分、没有形成中间层的部分，由该 中间层带来的、防止构成基板的Al、Si向上下导通体中扩散、或相反地防止上下导通体的 低电阻金属向基板中扩散的功能变得不充分，有可能无法形成没有异常生长粒子或空隙、 裂纹等的具有正常的复合结构的上下导通体。另外，由中间层带来的、提高基板与上下导通 体的密合性的效果变得不充分，有可能使得上下导通体容易从基板脱落。
[0047] 与此相对，通过将中间层的厚度设为0. 01 μπι以上，就会充分地表现出由该中间 层带来的先前说明的功能，可以形成更加有效地防止了异常生长粒子或空隙、裂纹等的产 生的、具有正常的复合结构的上下导通体，并且可以更加可靠地防止该上下导通体从基板 脱落。
[0048] 优选：所述基板在至少一个平面上具备焊料层，
[0049] 所述焊料层的厚度为8 μπι以下，
[0050] 所述上下导通体中的所述低电阻金属的比例为50%以下。
[0051] 在焊料层的厚度薄到8 μπι以下、而且低电阻金属的比例大于50%的高浓度的情 况下，因上下导通体的膨胀收缩而对焊料层施加的局部的应力较大，因此在该焊料层中产 生裂纹的可能性变高。与此相对，在焊料层的厚度为8 μπι以下的情况下，如果将低电阻金 属的比例设为50%以下，就可以抑制上下导通体的膨胀收缩，更加可靠地防止在焊料层中 产生裂纹。
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