CN102844858A - 用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可显著地抑制α射线的发生,且能够进行激光加工、与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。本发明涉及玻璃基板,其特征在于,其具有多个贯通孔,α计数为0.05c/cm2·h以下,包含40wt%以上的SiO2,且Li2O的含量(wt%)+Na2O的含量(wt%)+K2O的含量(wt%)的总和为6.0wt%以下,50℃~350℃下的平均热膨胀系数在20×10-7/K~40×10-7/K的范围。
Description
技术领域
本发明涉及用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
背景技术
为了应对高密度封装化所伴随的印刷电路基板的高密度化的要求,开发了层叠有多个印刷电路基板的多层印刷电路基板。在这种多层电路基板中,在树脂制的绝缘层上形成被称为导通孔(via hole)的直径100μm以下左右的微细贯通孔,在其内部实施镀覆,将在上下层叠的印刷电路基板之间的导电层彼此电连接。
作为更容易地形成这种贯通孔的方法,在专利文献1、2中记载了隔着形成有多个贯通开口的掩模对绝缘层照射激光的方法。根据该方法,可以同时在树脂制的绝缘层上穿出多个贯通孔,因此可更容易地形成贯通孔(导通孔)。另外,非专利文献1中,记载了可使用具有多个贯通孔的玻璃基板作为这种绝缘层的方案。
另一方面,随着半导体器件的小型化、高速化、降低功耗的要求进一步提高,将由多个LSI形成的系统收存在一个封装体中的、将系统级封装(System-in-Package,SiP)技术与三维封装技术组合的三维SiP技术的开发也获得了进展。在该情况下,在引线键合技术中,由于无法对应微细的间距,因此需要使用了贯通电极的、被称为中介层(interposer)的中继基板。作为这种中继基板用的材料,考虑使用玻璃基板。
例如,CMOS(互补型金属氧化物半导体:ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)传感器或CCD(电荷耦合器件:Charge Coupled Device)之类的半导体器件容易受到从封装用的窗玻璃放出的α射线的影响,有时会发生α射线导致的软错误(soft error)。因此,对于用于这种半导体器件的玻璃,要求尽可能减少放出α射线的放射性同位素、尤其是U(铀)和Th(钍)的存在量。
在这种观点下,专利文献3、4中报告了可通过使用特定组成的磷酸盐系的玻璃来抑制α射线放出量的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-88045号公报
专利文献2:日本特开2002-126886号公报
专利文献3:日本特许第3283722号
专利文献4:日本特开2005-353718号公报
非专利文献
非专利文献1:JPCA NEWS,第16-25页,2009年10月
发明内容
发明要解决的问题
如上所述,专利文献3、4中记载了能够抑制α射线放出量的磷酸盐系玻璃。然而,通常磷酸盐系玻璃的加工性较差,较难通过激光加工形成微细的贯通孔。
另外,专利文献3中记载了能够抑制α射线放出量的硼硅酸玻璃,但其热膨胀系数为47×10-7/K以上,该值明显大于硅的热膨胀系数(约33×10-7/K)。因此,将这种玻璃应用于例如中介层之类的用于贯通电极的构成部件,并在中介层的上下设置硅芯片之类的导电性部件构成半导体器件时,会产生如下的问题。即,半导体器件受到应力时,由于玻璃基板与硅芯片的热膨胀系数的不匹配,导致有在导电性部件彼此之间产生接触不良、或者半导体器件自身出现破损的担心。
如上所述,存在极难将专利文献3、4中记载的玻璃应用在用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板的问题。
本发明是鉴于以上问题而作出的,在本发明中,其目的在于提供可显著地抑制α射线的发生、且能够进行激光加工、与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
用于解决问题的方案
在本发明中,提供了以下的用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
(1)一种用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板,其特征在于,
其具有多个贯通孔,
α计数为0.05c/cm2·h 以下,
包含40wt%以上的SiO2,且Li2O的含量(wt%)+Na2O的含量(wt%)+K2O的含量(wt%)的总和为6.0wt%以下,
50℃~350℃下的平均热膨胀系数在20×10-7/K~40×10-7/K的范围。
(2)根据(1)所述的玻璃基板,其特征在于,该玻璃基板实质上不含钡。
(3)根据(1)或(2)所述的玻璃基板,其特征在于,该玻璃基板的Li2O的含量(wt%)+Na2O的含量(wt%)+K2O的含量(wt%)的总和为3.5wt%以下。
(4)根据(1)~(3)中的任一项所述的玻璃基板,其特征在于,该玻璃基板具有70GPa以上的杨氏模量。
(5)根据(1)~(4)中的任一项所述的玻璃基板,其特征在于,所述贯通孔具有锥角为0.1°~20°的范围的锥形形状。
发明的效果
在本发明中,可以提供可显著地抑制α射线的发生、且能够进行激光加工、与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
附图说明
图1为本发明的玻璃基板的贯通孔的放大剖视图的一个例子。
图2为表示本发明的制造方法中使用的制造装置的一个结构的示意图。
图3为表示本发明的制造方法的流程示意图。
具体实施方式
以下详细说明本发明。
基于本发明的用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板(以下简称为“本发明的玻璃基板”)的特征在于,其具有多个贯通孔,α计数为0.05c/cm2·h以下,包含40wt%以上的SiO2,50℃~350℃下的平均热膨胀系数为20×10-7/K~40×10-7/K的范围。
本发明的玻璃基板的α计数为0.05c/cm2·h以下。因此,即使将本发明的玻璃基板用于例如CMOS(互补型金属氧化物半导体:Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器或CCD(电荷耦合器件:Charge Coupled Device)之类的半导体器件,也可抑制发生α射线导致的软错误的危险性。更优选为0.01c/cm2·h以下,特别优选低于0.002c/cm2·h。
测定α计数时可以使用市售的α射线测定装置、例如株式会社住化分析中心制造的α射线测定装置(LACS)进行测定。在这些装置中,使用比例计数器测定来自试样表面的α射线,通过将α射线使气体离子化而产生的脉冲电流转换为脉冲电压,并计数某个阈值以上的脉冲,可测定α计数。
此处,在本发明中,为了将α计数抑制在上述范围内,尽可能降低玻璃中的放出α射线的放射性同位素、尤其是U(铀)和Th(钍)的含量。例如,在本发明的玻璃基板中,U(铀)和Th(钍)的含量均低于5质量ppb。另外,在本发明的玻璃基板中,Ba(钡)和/或Zr(锆)的含量也变得极少,其量均低于5质量ppm。这是因为,通常在Ba(钡)、Zr(锆)的原料中,包含极微量的U(铀)和Th(钍)的可能性高。
另外,本发明的玻璃基板包含40wt%以上的SiO2。因此,与现有的磷酸盐系的玻璃相比,本发明的玻璃基板可以比较容易地进行利用激光的加工。
进而,本发明的玻璃基板的50℃~350℃下的平均热膨胀系数(以下也简称为“热膨胀系数”)被调节至20×10-7/K~40×10-7/K的范围。因此,本发明的玻璃基板即使在硅晶圆上层叠,或者相反地在其上部层叠由硅构成的芯片,也很难产生玻璃基板与硅晶圆之间的剥离、或者很难产生硅晶圆的变形。
尤其,玻璃基板的热膨胀系数优选为25×10-7/K~38×10-7/K的范围,更优选为30×10-7/K~35×10-7/K的范围。在该情况下,会更进一步抑制剥离和/或变形。此外,在需要获得与母板等树脂基板的匹配时,玻璃基板的热膨胀系数优选在35×10-7/K~40×10-7/K的范围内。
需要说明的是,在本发明中,50℃~350℃下的平均热膨胀系数是指使用差示热膨胀计(TMA)测定的、基于JIS R3102(1995年度)求出的值。
根据以上特征,在本发明中,可以提供可显著地抑制α射线的发生,且能够进行激光加工、与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
本发明的玻璃基板的厚度在通常的情况下为0.01~5mm的范围。这是因为,玻璃基板的厚度比5mm厚时,贯通孔的形成耗费时间,另外,低于0.01mm时,会产生破裂等问题。本发明的玻璃基板的厚度更优选为0.02~3mm,进一步优选为0.02~1mm。玻璃基板的厚度特别优选为0.05mm以上且0.4mm以下。
本发明的玻璃基板包含40wt%以上的SiO2。SiO2含量例如可以为50wt%~70wt%的范围。SiO2含量高于该范围时,在形成贯通孔时,于玻璃基板的背面产生裂纹的可能性增高。进一步优选的是SiO2含量为55wt%以上且67wt%以下。特别优选的是SiO2含量为59wt%以上且62wt%以下。关于其它成分,只要满足本发明的必要条件就没有特别限制,可以使用将Al2O3、B2O3、MgO、CaO、SrO、ZnO等按任意的量任意进行组合的玻璃基板。
已知玻璃产生裂纹变化在SiO2含量多的玻璃与SiO2含量少的玻璃之间是不同的,SiO2含量非常多的玻璃容易通过与物体的接触等而生成圆锥形状的裂纹。另一方面,SiO2含量极少的玻璃容易通过与物体的接触等而发生破裂。因此,通过将玻璃基板中的SiO2含量调节在上述范围,对于玻璃基板,可使其不易产生破裂、裂纹。
本发明的玻璃基板优选碱含有率(Li2O+Na2O+K2O的总和)较低,Li2O(wt%)+Na2O(wt%)+K2O(wt%)的总和为6.0wt%以下,为3.5wt%以下是优选的。具体而言,钠(Na)与钾(K)的总含量按氧化物换算计优选为3.5wt%以下。总含量超过3.5wt%时,热膨胀系数超过40×10-7/K的可能性增高。钠(Na)与钾(K)的总含量更优选为3wt%以下。将本发明的玻璃基板用于高频器件时,或者例如以200μm以下的间距形成多个50μm以下的贯通孔时等以极微细的间距形成多个贯通孔的情况下,玻璃基板特别优选为无碱玻璃。
此处,无碱玻璃是指,碱金属的总量按氧化物计低于0.1wt%的玻璃。
本发明的玻璃基板优选实质上不含钡。这是因为,在钡的原料中容易混入U、Th。此处,实质上不含钡的含义如下所述。具体而言,BaO的含量优选为0.3wt%以下,进一步优选为0.2wt%以下,特别优选为0.01wt%以下。
另外,本发明的玻璃基板优选实质上不含锆。这是因为,在锆的原料中容易混入U、Th。此处,实质上不含锆是指如下述的含义。具体而言,ZrO2的含量优选为0.5wt%以下,进一步优选为0.2wt%以下,特别优选为0.1wt%以下,最优选为0.01wt%以下。
本发明的玻璃基板在25℃、1MHz下的介电常数优选为6以下。另外,本发明的玻璃基板在25℃、1MHz下的介电损耗优选为0.005以下。通过减小介电常数和介电损耗,可以发挥优异的器件特性。
本发明的玻璃基板优选由具有70GPa以上的杨氏模量的玻璃形成。通过将杨氏模量设定为规定值以上的大小,玻璃基板的刚性增高,即使在贯通孔形成之后也容易维持强度。杨氏模量例如可以通过弯曲共振法来测定。
本发明的玻璃基板具有多个贯通孔。各贯通孔可以是圆形的。在该情况下,贯通孔的直径根据本发明的玻璃基板的用途而不同,通常优选为5μm~500μm的范围。关于贯通孔的直径,在将本发明的玻璃基板作为上述那样的多层电路基板的绝缘层使用时,贯通孔的直径更优选为0.01mm~0.2mm,进一步优选为0.02mm~0.1mm。另外,应用晶圆级封装(WLP)技术,将本发明的玻璃基板层叠在晶圆上,从而形成用于压力传感器等的IC芯片,但该情况下的用于导入空气的贯通孔的直径更优选为0.1~0.5mm,进一步优选为0.2~0.4mm。进而在该情况下,与空气孔不同的电极导出用的贯通孔的直径更优选为0.01~0.2mm,进一步优选为0.02~0.1mm。尤其是作为中介层等的贯通电极使用时,贯通孔的直径更优选为0.005~0.075mm,进一步优选为0.01~0.05mm。
需要说明的是,如下所述,在本发明的玻璃基板中,上述圆形的贯通孔的一侧的开口面的直径与另一侧的开口面的直径有时会不同。在该情况下,“贯通孔的直径”是指两个开口面中较大一个的直径。
较大一个的直径(dl)与较小一个的直径(ds)之比(ds/dl)优选为0.2~0.99,更优选为0.5~0.90。
在本发明的玻璃基板中,贯通孔的数密度会根据本发明的玻璃基板的用途而不同,通常为0.1个/mm2~10000个/mm2的范围。将本发明的玻璃基板作为如以上说明的多层电路基板的绝缘层使用时,贯通孔的数密度优选为3个/mm2~10000个/mm2的范围,更优选为25个/mm2~100个/mm2的范围。另外,应用晶圆级封装(WLP)技术,将本发明的玻璃基板层叠在晶圆上,形成用于压力传感器等的IC芯片时,贯通孔的数密度优选为1个/mm2~25个/mm2,更优选为2个/mm2~10个/mm2的范围。作为中介层等贯通电极使用时,贯通孔的数密度更优选为0.1个/mm2~1000个/mm2,进一步优选为0.5个/mm2~500个/mm2。
在本发明的玻璃基板中,贯通孔的截面积可以从一侧的开口向另一侧的开口单调递减。关于该特征,使用图1来说明。
图1中示出了在本发明的玻璃基板上形成的贯通孔的放大剖视图的一个例子。
如图1所示,本发明的玻璃基板1具有第一表面1a和第二表面1b。另外,玻璃基板1具有贯通孔5。该贯通孔5从设置在玻璃基板1的第一表面1a上的第一开口8a贯通到设置在第二表面1b上的第二开口8b。
贯通孔5的第一开口8a的直径为L1,第二开口8b的直径为L2。
贯通孔5具有“锥角”α。此处,锥角α是指玻璃基板1的第一表面1a(和第二表面1b)的法线(图中的虚线)与贯通孔5的壁面7所成的角度。
其中,在图1中,将玻璃基板1的法线与贯通孔5的右侧的壁面7a所成的角度设为α,在同一图中,玻璃基板1的法线与贯通孔的左侧的面7b所形成的角度也同样为锥角α,通常,右侧的锥角α与左侧的锥角α显示了基本相同的值。右侧的锥角α与左侧的锥角α之差可以是30%左右。
在本发明的玻璃基板中,锥角α优选在0.1°~20°的范围。在玻璃基板的贯通孔具有这种锥角α的情况下,通过镀覆等方法在贯通孔中填充金属等导电物质而形成电极时,可以将导电物质从玻璃基板1的第一表面1a侧迅速插入到贯通孔5的内部。另外,由此,借助玻璃基板的贯通孔,可以更容易且确实地将层叠在玻璃基板的上下的印刷电路基板的导电层彼此连接。锥角α特别优选为0.5°~10°的范围,更优选为2°~8°的范围。
如下所述,在基于本发明的玻璃基板的制造方法中,可任意地调节锥角α。
其中,在本申请中,玻璃基板1的贯通孔5的锥角α可以如下操作来求出:
求出玻璃基板1的第一表面1a侧的开口8a的贯通孔5的直径L1;
求出玻璃基板1的第二表面1b侧的开口8b的贯通孔5的直径L2;
求出玻璃基板1的厚度;
在贯通孔5整体中,假定锥角α是均匀的,由上述测定值算出锥角α。
本发明的玻璃基板对准分子激光的波长的吸收系数优选为3cm-1以上。在该情况下,贯通孔的形成变得更容易。为了更有效地吸收准分子激光,玻璃基板中的铁(Fe)的含有率优选为20质量ppm以上,更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.03质量%以上,特别优选为0.05质量%以上。另一方面,Fe的含有率较多时,有时会产生着色增强、激光加工时的位置对准变得困难这样的问题。Fe的含有率优选为0.2质量%以下,更优选为0.1质量%以下。
本发明的玻璃基板可适用于如下用途:用于半导体用器件部件,更具体而言,多层电路基板的绝缘层、晶圆级封装、电极取出用的贯通孔、中介层等用途。
(关于本发明的玻璃基板的制造方法)
接着,参照图2说明具有前述那样的特征的本发明的玻璃基板的制造方法。
在图2中示出了制造本发明的玻璃基板时使用的制造装置结构图的一个例子。
如图2所示,制造装置100具备准分子激光发生装置110、掩模130和工作台140。在准分子激光发生装置110与掩模130之间配置有多个镜面150~151和均化器160。另外,在掩模130与工作台140之间配置有另外的镜面152和投影透镜170。
掩模130例如具有在对激光透明的基材(透明基材)上配置有反射层的图案的结构。因此,在掩模130中,透明基材上设置有反射层的部位遮断激光,没有设置反射层的部位可以透过激光。
或者,掩模130例如可以用具有贯通开口的金属板等构成。作为金属板的材料,例如,可使用铬(Cr)以及不锈钢等。
在工作台140上会配置成为被加工对象的玻璃基板120。通过对工作台140进行二维或三维移动,可将玻璃基板120移动至任意的位置。
在这种制造装置100的结构中,从准分子激光发生装置110产生的准分子激光190通过第一镜面150、均化器160和第二镜面151,入射到掩模130上。其中,准分子激光190通过均化器160时,被调节成均匀强度的激光。
掩模130如前述那样,在对激光透明的基材上具有反射层的图案。因此,准分子激光190以与反射层的图案(更详细而言,没有设置反射层的部分)对应的图案从掩模130辐射。
此后,透过掩模130的激光190由第3镜面152调节方向,利用投影透镜170缩小投影,入射到工作台140上指示的玻璃基板120上。通过该激光190,在玻璃基板120上同时形成多个贯通孔。
在玻璃基板120上形成贯通孔之后,可以使玻璃基板120在工作台140上移动,然后再次在玻璃基板120上照射准分子激光190。由此,可以在玻璃基板120的表面的所期望部分上形成所期望的贯通孔。即,在本方法中,可以应用公知的分步重复法(step and repeat process)。
其中,投影透镜170优选可以对玻璃基板120的表面的整个加工区域照射准分子激光190,一次性地形成贯通孔的透镜。然而,通常,大多难以获得可一次性地形成全部贯通孔的照射密度。因此,实际上,通过投影透镜170将通过掩模130的准分子激光190缩小投影,从而使玻璃基板120的表面上的准分子激光190的照射密度增加,确保用于形成贯通孔所必需的照射密度。
通过利用投影透镜170的缩小投影,如果将玻璃基板120的表面的准分子激光190的截面积设定为刚通过掩模130之后的准分子激光190的截面积的1/10,则可以将照射密度增加到10倍。通过使用缩小率为1/10的投影透镜,将准分子激光的截面面积调节至1/100,从而可以将玻璃基板120的表面的准分子激光的照射密度设定为刚从发生装置110发生之后的准分子激光的100倍。
图3中示意性地示出了本发明的玻璃基板的制造方法的流程的一个例子。
如图3所示,本发明的玻璃基板的制造方法包括:
(1)准备玻璃基板的步骤(步骤S110),
(2)将前述玻璃基板配置在从准分子激光发生装置发出的准分子激光的光路上的步骤(步骤S120),
(3)在前述准分子激光发生装置与前述玻璃基板之间的前述光路上配置掩模的步骤(步骤S130),
(4)将前述准分子激光从前述准分子激光发生装置沿着前述光路照射到前述玻璃基板上,由此在前述玻璃基板上形成前述贯通孔的步骤(步骤S140)。
以下说明各步骤。
(步骤S110)
首先,准备α计数为0.05c/cm2·h以下、包含40wt%以上的SiO2、热膨胀系数在20×10-7/K~40×10-7/K的范围的玻璃基板。玻璃基板的优选组成等如前述。
(步骤S120)
接着,在从准分子激光发生装置发出的准分子激光的光路上配置前述玻璃基板。如图2所示,玻璃基板120可以配置在工作台140上。
作为从准分子激光发生装置110辐射的准分子激光190,只要振荡波长为250nm以下就可以使用。从输出的观点来看,KrF准分子激光(波长248nm)、ArF准分子激光(193nm)或F2准分子激光(波长157nm)是优选的。从处理和玻璃的吸收的观点来看,ArF准分子激光是更优选的。
另外,作为准分子激光190,使用脉冲宽度短的准分子激光时,玻璃基板120的照射部位的热扩散距离变短,可抑制对玻璃基板的热影响。从该观点来看,准分子激光190的脉冲宽度优选为100nsec以下,更优选为50nsec以下。进一步优选为30nsec以下。
另外,准分子激光190的照射密度优选设定为1J/cm2以上,更优选设定为2J/cm2以上。准分子激光190的照射密度过低时,不能诱发烧蚀,有难以在玻璃基板上形成贯通孔的担心。另一方面,准分子激光190的照射密度超过20J/cm2时,有容易在玻璃基板上产生裂纹、破裂的倾向。准分子激光190的照射密度的适宜范围根据所使用的准分子激光190的波长区、所要加工的玻璃基板的种类等而不同,在KrF准分子激光(波长248nm)的情况下,优选为2~20J/cm2。另外,在ArF准分子激光(波长193nm)的情况下,优选为1~15J/cm2。
其中,只要没有特别说明,准分子激光190的照射密度值是指在所要加工的玻璃基板表面上的值。另外,这种照射密度是指使用能量计在加工面上测定的值。
(步骤S130)
接着,在前述准分子激光发生装置110与前述玻璃基板120之间配置掩模130。
掩模130如前所述那样,可以通过在透明基材上形成反射层的图案来构成。透明基材只要对激光190透明就对材质没有特别限制。透明基材的材质例如可以是合成石英、熔融石英、硼硅酸玻璃等。
另一方面,反射层只要具有有效地遮断激光190的性质就对材质没有特别限制。反射层例如可以由铬、银、铝、和/或金等金属构成。
另外,对掩模130的大小、掩模130的反射层图案的形状、配置等没有特别限制。
(步骤S140)
接着,隔着掩模130,从准分子激光发生装置110对玻璃基板120照射准分子激光190。
将准分子激光190照射在玻璃基板120上时,通过调节准分子激光的重复频率和照射时间,可调节照射数(number of shots)(照射数=重复频率×照射时间)。
优选的是,对玻璃基板120照射准分子激光190,使得照射密度(J/cm2)与照射数(次)与玻璃基板的厚度(mm)的乘积为1000~30000。
该范围也取决于玻璃基板120的种类、性状(推定尤其与玻璃化转变温度Tg相关),优选为大约1000~20000,更优选为2000~15000,进一步优选为3000~10000。这是因为,照射密度与照射次数的乘积在这样的范围时,更难以形成裂纹。照射密度优选为1~20J/cm2。
另外,准分子激光的照射密度大时,锥角α有变小的倾向。相反,照射密度小时,锥角α有变大的倾向。因此,通过调节照射密度,可以获得具有期望的锥角α的贯通孔的玻璃基板。锥角α可以为0.1°~20°的范围。
通过以上的工序,可以制造用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
需要说明的是,半导体电路制作晶圆尺寸通常为6~8英寸左右。另外,如上所述,通过投影透镜170进行缩小投影时,玻璃基板的表面的加工区域通常是数mm见方左右。因此,为了对玻璃基板120的整个期望加工的区域照射准分子激光,在一个部位的加工结束之后,需要移动准分子激光或移动玻璃基板120。不论哪种方式,均优选使玻璃基板120相对于准分子激光移动。这是因为不需要驱动光学系统。
另外,对玻璃基板120照射准分子激光时,有时会产生碎片(飞散物)。另外,该碎片在贯通孔的内部堆积时,所加工的玻璃基板的品质、加工速率有时会劣化。因此,也可以在对玻璃基板照射激光的同时通过吸引或吹飞处理来去除碎片。
实施例
接着,说明本发明的实施例(例1~3)和比较例(例4~6)。
(例1)
称量、混合各原料粉末,获得混合粉末,使得SiO2为60wt%,Al2O3为17wt%,B2O3为8wt%,MgO+CaO+SrO+ZnO的总和为15wt%,以及Fe2O3为0.05wt%。需要说明的是,在混合粉末中未添加BaO、ZrO2和碱金属氧化物。因此,在混合粉末中实质上不含Ba和Zr。
根据分析的结果,混合粉末中的U(铀)和Th(钍)的含量分别低于5质量ppb。
将该混合粉末投入到铂坩埚内,在大气气氛下以1600℃使其熔融。冷却后对所得的玻璃进行切割、研磨,制备例1的玻璃样品。
接着,使用所得的玻璃样品进行以下的评价。
(α计数的测定)
α计数的测定使用株式会社住化分析中心制造的α射线测定装置(LACS)。在该装置中,使用比例计数器测定来自试料表面的α射线,通过使α射线将气体离子化而产生的脉冲电流转换为脉冲电压,并计数某个阈值以上的脉冲,从而可测定α计数。玻璃样品的测定面积设为924cm2。
根据测定的结果,本玻璃的α计数低于0.002(检测极限值)。
(杨氏模量的测定)
杨氏模量通过弯曲共振法测定。玻璃样品使用磨削加工成100mm×20mm×2mm大小的样品。测定用的玻璃样品的尺寸为100mm×20mm×2mm。
根据测定的结果,本玻璃的杨氏模量为76GPa。
(热膨胀系数的测定)
各样品的热膨胀系数是如上所述基于JIS R3102(1995年度)测定的。测定用的玻璃样品的尺寸为直径5mm×20mm的圆棒。
根据测定的结果,本玻璃的热膨胀系数为37×10-7/K。
将例1的玻璃组成和测定结果一并示于表1。
[表1]
这样,例1的玻璃的α射线的发生量少,还可适当地用于容易受到α射线的影响的半导体器件等。另外,例1的玻璃杨氏模量较大,通过激光加工,可以比较容易地形成贯通孔。进而,例1的玻璃的热膨胀系数与硅比较接近,可提供与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
(例2)
通过与例1相同的方法制作例2的玻璃样品。其中,在例2中,称量、混合各原料粉末,获得混合粉末,使得SiO2为62.1wt%,Al2O3为19.1wt%,B2O3为7.3wt%,MgO+CaO+SrO+ZnO的总和为11.5wt%,以及Fe2O3为0.05wt%。因此,混合粉末中实质上不含Ba和Zr。
根据分析的结果,混合粉末中的U(铀)和Th(钍)的含量分别低于5质量ppb。
根据α计数测定的结果,本玻璃的α计数低于0.002(检测极限值)。另外,本玻璃的杨氏模量为78GPa,热膨胀系数为32×10-7/K。
将例2的玻璃组成和测定结果一并示于前述表1的例2栏中。
从该结果可知,根据例2的玻璃,与例1的玻璃相同,可提供α射线的发生少、能够进行激光加工、与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
(例3)
通过与例1相同的方法制作例3的玻璃样品。其中,在例3中,称量、混合各原料粉末,获得混合粉末,使得SiO2为65wt%,Al2O3为10wt%,B2O3为5wt%,MgO+CaO+SrO+ZnO的总和为17wt%,Li2O+Na2O+K2O的总和为3wt%,以及Fe2O3为50重量ppm(0.005wt%)。其中,在混合粉末中未添加BaO和ZrO。因此,在混合粉末中实质上不含Ba和Zr。
根据分析的结果,混合粉末中的U(铀)和Th(钍)的含量分别低于5质量ppb。
根据α计数的测定结果,本玻璃的α计数低于0.002(检测极限值)。另外,本玻璃的杨氏模量为82GPa,热膨胀系数为约33×10-7/K。
将例3的玻璃组成和测定结果一并示于前述表1的例3栏中。
从该结果可以看出,根据例3的玻璃,与例1的玻璃相同,可提供α射线的发生少、能够进行激光加工、与硅制部件的亲和性高的、用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板。
(例4)
通过与例1相同的方法,制作例4的玻璃样品。其中,在例4中,称量、混合各原料粉末,获得混合粉末,使得SiO2为81wt%,Al2O3为2.3wt%,B2O3为12.7wt%,Li2O+Na2O+K2O的总和为4wt%,ZrO2为0.08wt%,以及Fe2O3为0.06wt%。因此,混合粉末中实质上不含Ba。
根据α计数测定的结果,本玻璃的α计数为约0.07。因此,预测本玻璃无法用于容易受到α射线的影响的半导体器件。
另外,本玻璃的杨氏模量为64GPa,在具有这种杨氏模量的玻璃的情况下,由于因贯通电极、布线、芯片的层叠等而产生的应力,容易出现变形、翘曲,容易产生问题。另外,在具有这种杨氏模量的玻璃的情况下,玻璃本身的强度容易降低。
此外,本玻璃的热膨胀系数为33×10-7/K。
将例4的玻璃组成和测定结果一并示于前述表1的例4栏中。
(例5)
通过与例1相同的方法,制作例5的玻璃样品。其中,在例5中,称量、混合各原料粉末,获得混合粉末,使得SiO2为58.6wt%,Al2O3为16.4wt%,B2O3为8.6wt%,MgO+CaO+SrO+ZnO的总和为7wt%,BaO为9.4wt%,以及Fe2O3为0.02wt%。
根据α计数测定的结果,本玻璃的α计数超过约0.1。因此,预测本玻璃无法用于容易受到α射线的影响的半导体器件。
此外,本玻璃的杨氏模量为71GPa,热膨胀系数为39×10-7/K。
将例5的玻璃组成和测定结果一并示于前述表1的例5栏中。
(例6)
通过与例1同样的方法制作例6的玻璃样品。其中,在例6中,称量、混合各原料粉末,获得混合粉末,使得SiO2为59wt%,Al2O3为3wt%,B2O3为20wt%,MgO+CaO+SrO+ZnO的总和为2.6wt%,以及Li2O+Na2O+K2O的总和为15.4wt%。
根据α计数测定的结果,本玻璃的α计数低于0.002(检测极限值)。
然而,本玻璃的杨氏模量为66GPa。在具有这种杨氏模量的玻璃的情况下,由于因贯通电极、布线、芯片的层叠等而产生的应力,容易发生变形、翘曲,容易产生问题。另外,在具有这种杨氏模量的玻璃的情况下,玻璃本身的强度容易降低。
另外,本玻璃的热膨胀系数为约72×10-7/K。应用具有这种大的热膨胀系数的玻璃作为用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板的情况下,半导体器件受到应力时,由于玻璃基板与硅芯片的热膨胀系数的不匹配,有导电性部件彼此之间产生接触不良、或半导体器件本身出现破损的担心。因此,认为例7的玻璃难以在用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板中应用。
将例6的玻璃组成和测定结果一并示于上述表1的例6栏中。
参照特定实施方式详细说明了本发明,但本领域技术人员清楚,在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变更、修改。
本申请是2010年4月20日申请的日本专利申请2010-097228为基础的,其内容作为参照并入到此处。
产业上的可利用性
本发明可在如下的用途中适宜使用的玻璃基板中利用:半导体用器件部件用途,更具体而言,多层电路基板的绝缘层、晶圆级封装、电极导出用的贯通孔、中介层等用途。
附图标记说明
1 玻璃基板
1a 第一表面
1b 第二表面
1c 壁面
5 贯通孔
7 壁面
8a 第一开口
8b 第二开口
α 锥角
L1 贯通孔的第一开口的直径
L2 贯通孔的第二开口的直径
100 制造装置
110 准分子激光的发生装置
120 玻璃基板
130 掩模
140 工作台
150~152 镜面
160 均化器
170 投影透镜
Claims (5)
1.一种用于形成半导体器件贯通电极的玻璃基板,其特征在于,
其具有多个贯通孔,
α计数为0.05c/cm2·h以下,
包含40wt%以上的SiO2,且Li2O的含量(wt%)+Na2O的含量(wt%)+K2O的含量(wt%)的总和为6.0wt%以下,
50℃~350℃下的平均热膨胀系数在20×10-7/K~40×10-7/K的范围。
2.根据权利要求1所述的玻璃基板,其特征在于,该玻璃基板实质上不含钡。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃基板,其特征在于,该玻璃基板的Li2O的含量(wt%)+Na2O的含量(wt%)+K2O的含量(wt%)的总和为3.5wt%以下。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的玻璃基板,其特征在于,该玻璃基板具有70GPa以上的杨氏模量。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的玻璃基板,其特征在于,所述贯通孔具有锥角为0.1°~20°的范围的锥形形状。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121226 |