设有多个通路接触装置的衬底制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种衬底，其中设置有多个通路接触装置，且其中每个通路接触装置包括作为通孔而形成于衬底中的通路孔；沉积在通路孔的内周面上的金属膜；以及填充在由金属膜限定的空腔中的焊料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及(但不限于)一种在其中设有多个通路接触装置(via contact means)的衬底，该衬底特别适于作为保护性衬底而层叠在晶片的正面上，该正面上设有许多器件如微型机械。
技术介绍
本领域技术人员公知的是，半导体器件如微型机械是这样产生的，即，将多个半导体器件设置在半导体晶片如硅晶片的正面上，然后在晶片的正面上层叠保护性衬底，然后切割半导体晶片和保护性衬底，以形成单独的器件。在保护性衬底中，设置有与每个器件中的多个电极相一致的通路接触装置。每个通路接触装置包括作为通孔而形成于保护性衬底中的通路孔；以及填充于通路孔中的导电材料。通常，该导电材料为电镀铜、电镀镍、或电镀金。通常用陶瓷衬底来作为保护性衬底。但是，例如在日本专利申请公开号2002-174742中提出用一种玻璃衬底来替代陶瓷衬底，原因如下如果有必要用光线对该器件进行照射或者从该器件发射出光线的话，则保护性衬底必须是透明的。如果晶片为硅晶片，可以通过所谓的静电结合而不需要用粘结剂将玻璃衬底层叠到晶片上。但是，根据本专利技术人的实验，已经发现，传统的其中设置有多个通路接触装置的衬底会产生如下有待解决的问题首先，不容易用足够量的电镀金属如铜、镍或金来填充满形成于衬底中的通路孔，这样就会在通路孔中的电镀金属中形成空洞。电镀金属中所出现的空洞会使外界空气通过这些空洞进入，从而损坏器件的功能。其次，尤其是在使用玻璃衬底的情况下，通路孔中的电镀金属的热膨胀系数和衬底的热膨胀系数明显不同。结果，如果衬底在经受温度变化时，就会损坏，或在通路孔内周面和电镀金属间产生间隙。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的在于提供一种新颖的改进衬底，其中，形成于衬底中的通路孔可以很容易地被导电材料可靠而充分地填充而不会产生任何空洞。除了要达到本专利技术的主要目的之外，本专利技术的另一目的在于提供一种新颖的改进衬底，即使当该衬底由玻璃制成时，该衬底在经受温度变化时也不会损坏，且其中在通路孔和填充通路孔的导电材料之间不会产生间隙。本专利技术人经过刻苦钻研，发现上述的主要目的可以通过一种结构来实现，在该结构中，金属膜被沉积在形成于衬底中的每个通路孔的内周面上，且焊料被填充到由该金属膜所限定的空腔中。即，根据本专利技术，作为一种可实现上述主要目的的衬底，提供了这样一种衬底，其中设置有多个通路接触装置，且每个通路接触装置包括作为通孔而形成于衬底中的通路孔、沉积在通路孔内周面上的金属膜、以及填充在由金属膜所限定的空腔中的焊料。该衬底优选为由玻璃特别是硼硅酸盐玻璃制成。本专利技术的其他目的可通过使金属膜的热膨胀系数比焊料的热膨胀系数小来实现。优选地，金属膜由铬或钛制成且通过气相沉积法或溅射来沉积。焊料优选为银焊料。还优选地，由镀铜制成的金属中间膜可沉积在金属膜的内周面上。在由金属膜限定的空腔的中央，优选地布置有金属芯件。该芯件可以由包含有铁、镍和钴的合金制成，该芯件优选为圆筒形。附图说明图1为根据本专利技术构造的衬底的一部分的剖视图；图2-6为示出了图1中的衬底的制造方法的剖视图。具体实施例方式下面将参考附图详细描述根据本专利技术构造的衬底的优选实施例。图1示出了根据本专利技术构造的衬底的一个优选实施例，其整体由参考号2来表示。该衬底2的形状与晶片(未示出)的形状相对应，例如盘形，衬底被层叠在晶片上。优选地，衬底2由玻璃特别是硼硅酸盐玻璃(例如，以Pyrex这一商标出售的硼硅酸盐玻璃)制成。如果衬底2由硼硅酸盐玻璃制成，则衬底2的厚度可以为0.2-0.6mm量级。在衬底2中，设置有多个通路接触装置(via contact means)4，其与设置在晶片正面上的半导体器件的电极相一致，衬底2层叠在该晶片上。(在图1中，仅示出了两个通路接触装置4)。每个通路接触装置4包括通路孔(via hole)6，其作为通孔形成于衬底2中。通路孔6大体垂直于衬底2的正面和背面延伸。通路孔6的内径可以为0.1-0.4mm量级。金属膜8沉积在通路孔6的内周面上。该金属膜8的热膨胀系数优选为高于衬底2的热膨胀系数，但是低于后面将要描述的焊料的热膨胀系数。衬底2的热膨胀系数与金属膜8的热膨胀系数之差优选为5ppm/K或更小。如果衬底2由硼硅酸盐玻璃(其热膨胀系数为3.3ppm/K)制成，则金属膜8优选为由铬(其热膨胀系数为6.8ppm/K)或钛(其热膨胀系数为8.4ppm/K)制成。金属膜8的厚度可以为μm量级。这种金属膜8可以通过气相沉积法或溅射法来沉积，这在后面将进一步进行描述。重要的是，要将焊料10填充到由金属膜8限定的空腔中。在所示实施例中，金属中间膜12沉积在金属膜8的内周面上，且金属芯件14设置在由金属膜8限定的空腔的中央。该芯件14为圆筒形，且其长度大体与衬底2的厚度相同。芯件14的外径可以为0.09mm量级，芯件14的内径可以为0.04mm量级。焊料10被填充在中间膜12的内周面和芯件14的外周面之间，还被填充到芯件14内部。中间膜12优选由铜特别是无氧铜(其热膨胀系数为16.5ppm/K)制成，其厚度为0.1μm量级，这在后面将进一步描述，且可以通过电镀法来沉积。芯件14优选由热膨胀系数接近衬底2的热膨胀系数的金属材料制成，例如，包含铁、镍、钴的合金(例如以Kovar这一商标出售的合金，其热膨胀系数为5.3ppm/K)。特别是，如果通路孔6的内径很小的话，可以使用圆柱状而不是圆筒状核心件14，或者省略芯件14。焊料10优选为银焊料(其热膨胀系数为21ppm/K)。接下来将说明上述衬底2的制造方法的一个示例。首先，如图2所示，通路孔6在衬底2的需要位置处被钻出，该衬底优选为硼硅酸盐玻璃。这一钻孔过程可以优选为通过使用包含金刚石磨粒的电钻来进行。然后，如图3所示，厚度为0.1μm量级的金属膜8沉积在通路孔6的内周面上以及衬底2的上表面和下表面上。金属膜8优选为由铬或钛制成且通过气相沉积法或溅射法来沉积。接下来，如图4所示，厚度为0.1μm量级的中间膜12形成在金属膜8的表面上(因而，也位于通路孔6的内周面以及衬底2的上表面和下表面上)。中间膜12优选由无氧铜制成且最好由电镀来形成。然后，如图5所示，将饼件14布置在通路孔6的中央部分，接着，如图6所示，将处于软化状态的焊料10充入通路孔中的空间中，即中间膜12和芯件14的外周面之间的空间中，以及芯件14内部的空间中，以便用焊料10来填充所述空间。焊料10优选为银焊料，其被冷却和固化。银焊料和无氧铜之间的接合特性是非常令人满意的，从而固化的焊料10就非常令人满意地接合到了中间膜12上。接下来，对衬底2的上表面和下表面进行研磨，以除去衬底2的上表面和下表面上所存在的金属膜8、中间膜12、以及焊料10，从而使衬底2本身的上表面和下表面暴露出来。以这种方式，就得到了其中设有多个通路接触装置的衬底2。在由前述方式形成的衬底2中，通路孔6可以很容易地被填充焊料10，且非常可靠地避免了在通路孔6中产生空洞。此外，热膨胀系数低于焊料10的热膨胀系数但高于金属膜8的热膨胀系数的中间膜12，以及热膨胀系数低于中间膜12的热膨胀系数但高于衬底2的热膨胀系数的金属膜8出现在焊料10和衬底2之间。因此，即使衬底2经受相当高的温度变化，其也不会损坏。此外，焊料10非常牢固地接合到中间膜12上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底，其中设置有多个通路接触装置，且其中每个通路接触装置包括作为通孔而形成于衬底中的通路孔；沉积在通路孔的内周面上的金属膜；以及填充在由金属膜限定的空腔中的焊料。

【技术特征摘要】
JP 2004-8-23 242168/20041.一种衬底，其中设置有多个通路接触装置，且其中每个通路接触装置包括作为通孔而形成于衬底中的通路孔；沉积在通路孔的内周面上的金属膜；以及填充在由金属膜限定的空腔中的焊料。2.根据权利要求1所述衬底，其中，所述衬底由玻璃制成。3.根据权利要求2所述的衬底，其中，所述衬底由硼硅酸盐玻璃制成。4.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述金属膜的热膨胀系数小于所述焊料的热膨胀系数。5.根据权利要求1所述的衬底，其中，所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉冈丰吉，伊藤和彦，
申请(专利权)人：株式会社太空思科，
类型：发明
国别省市：JP[日本]