专利名称：改进的集成电路衬底材料和方法
背景技术：
诸如集成电路之类的电子部件在各种设备中变得越来越常用。在某些情况下，使集成电路衬底具有各种品质或属性是很重要的。某些品质经常与其他品质相平衡。有时候使衬底具有低热导率、低质量、低成本、低介电常数、高强度等特性是很重要的。取决于应用，这些品质中的某一些可能比其他的重要性要低，并且设计队伍进行平衡以使得所期望的品质最大化，而使缺点和成本最小。
因此，在工业中需要可用于满足当前电子器件的不同电和物理需求集成电路衬底的材料。
发明内容
本发明给出了用于制造空心微球体的半导体衬底的装置和方法。该装置可以包括充满气体的陶瓷或玻璃微球体，其通过干燥、加热或焙烧基质而在基质中粘合在一起。该装置可以包括涂覆有玻璃的玻璃或陶瓷微球体，其通过以不熔化玻璃或陶瓷微球体的温度烧结外部玻璃层而粘合在一起。该装置还可以包括上釉的表面。
本发明给出了用于制造空心微球体的半导体衬底的方法。本发明给出了用于制造半导体衬底的方法，其可以包括将空心微球体与基质相结合，干燥微球体基质，然后使微球体基质形成为半导体衬底。所给出的用于制造半导体衬底的方法还可以包括给表面上釉。
通过参考以下结合附图的详细描述，可以更清楚以及更好的理解本发明的完全内容以及许多附带优点，在附图中，相似的标号指示相同或类似的部件，其中
图1图示了根据本发明实施例的空心微球体的横截面；图2图示了根据本发明实施例的空心微球体的浆料的横截面；图3图示了根据本发明实施例的空心微球体的硬化基质的横截面；图4图示了用于制造根据本发明的图3的实施例的衬底的流程图；图5图示了根据本发明实施例的空心微球体的焙烧后的基质的横截面；图6图示了用于制造根据本发明的图5的实施例的衬底的流程图；图7图示了根据本发明另一个实施例的涂覆有玻璃的空心微球体的横截面；图8图示了根据本发明另一个实施例的涂覆有玻璃的空心微球体的浆料的横截面；图9图示了根据本发明另一个实施例的涂覆有玻璃的空心微球体的干燥后基质的横截面；图10图示了用于制造根据本发明的图9的实施例的衬底的流程图；图11图示了根据本发明另一个实施例的涂覆有玻璃的空心微球体的焙烧后的基质的横截面；图12图示了根据本发明另一个实施例的涂覆有玻璃的空心微球体的焙烧后的基质的上釉表面的横截面；以及图13图示了用于制造根据本发明的图5、11或12的实施例的衬底的流程图。
具体实施例方式
如用于说明目的的附图所示，本发明涉及用于制造集成电路衬底的技术，该技术利用陶瓷、玻璃或涂覆有玻璃的陶瓷空心微球体来制造低热导率、低介电常数、低电导率、轻质和高强度的衬底。
现在转向附图，图1图示了空心微球体10的横截面。空心微球体10可以由陶瓷或玻璃20制成，并且可以具有空心的、充满气体的内部，如由3M制造的任何玻璃或陶瓷微球体，其商品名为microsphere、Zeeosphere、Scotchlite glass bubble、或其他已知的玻璃或陶瓷，如硅土-矾土陶瓷、碱矾土硅酸盐、钠钙硼硅酸盐或其他类似物质的空心微球体。微球体的尺寸可以为1.0-225微米，熔化温度可以是200-1040℃，并且在外部涂覆有粘合材料以便于微球体基质晶片的形成。
图2示出了在浆料基质40中的微球体10，浆料基质40由适用于期望衬底应用的介质组成。例如，浆料基质40可以由如下材料组成玻璃粒子；诸如乙基纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯醇、有机聚合物之类的粘合剂；诸如水、丙酮、聚乙二醇之类的溶剂；粘度改性剂，如表面活性剂、有机增稠剂或实现在热导率、介电常数、质量、强度、材料成本和制造等方面所期望的衬底特性所需的其他填充物。
图3示出了在干燥或固化后的浆料基质50中的微球体10。如图3清楚可见，微球体10在干燥或固化后的浆料基质50中具有随机排列。图4是用来制造根据图1-3的衬底的可能方法的流程图，其中微球体10在步骤12与适当的基质40相结合，在步骤14进行干燥或固化直到浆料基质40硬化，并且在步骤16将其形成为半导体晶片或集成电路芯片50。浆料基质40可以利用热、x射线、高能辐射、电子束、微波或任何其他已知的干燥或固化方法来干燥或固化。浆料基质可以在浆料基质40干燥或固化之前或之后形成为晶片或芯片。浆料基质40可以利用芯片切割、冲压、粉末压制、层压等方法形成为晶片或芯片。应当注意，微球体基质可以在干燥步骤前形成为集成电路衬底的晶片，这种情况下，所述形成操作将利用刮板流延(doctor blade casting)、模铸等方法。
图5示出了具有空心微球体10的烧结后的浆料基质60。如图6所示，该方法包括在步骤22将微球体10与基质60相结合，在步骤24焙烧浆料基质并在步骤26形成包含微球体10的基质60的晶片或集成电路衬底。更具体而言，该方法可以包括在步骤22通过球磨研磨或喷射来混合微球体基质原始材料22，焙烧微球体基质以使材料烧结，然后通过激光切割、锯切割、研磨等方法来形成最终的晶片形式。
图7示出了根据本发明另一个实施例的涂覆有玻璃的微球体100的横截面图。微球体100可以包括涂覆有低温玻璃130的高温玻璃或陶瓷空心微球体120。内部微球体120可以是任何空心的、充满气体的内部，如由3M制造的任何玻璃或陶瓷微球体，其商品名为microsphere、Zeeosphere、Scotchlite glass bubble、或其他已知的玻璃或陶瓷，如硅土-矾土陶瓷、碱矾土硅酸盐、钠钙硼硅酸盐或其他类似物质的空心微球体。外部低温玻璃涂层130可以通过喷涂、浆料涂覆、气相沉积等方法制成。可以选择内部微球体120和其余的玻璃涂层130的成分，使得外部玻璃涂层130具有比内部微球体120低的熔化温度。例如，涂覆有玻璃的微球体可以由尺寸大约为10-250微米、熔化温度为500-1040℃的微球体和厚度为1.0-10.0微米、熔化温度为200-330℃的外部玻璃层制成。
图8示出了在浆料基质140中的涂覆有玻璃的微球体100的横截而图，浆料基质140由适用于所期望的衬底应用的介质组成。例如，浆料基质140可以由如下材料组成玻璃粒子；诸如硼磷酸盐玻璃和聚乙烯醇粘合剂之类的粘合剂；诸如水之类的溶剂；粘度改性剂，如液体表面活性剂或硅酸镁增稠剂或实现在热导率、介电常数、质量、强度、材料成本和制造等方面所期望的衬底特性所需的其他填充物。
图9示出了在干燥或固化后的浆料基质150中的涂覆有玻璃的微球体100的横截面图。如图9清楚可见，涂覆有玻璃的微球体100在干燥或固化后的浆料基质150中具有随机排列。图10是用来制造图7-9所示衬底的可能方法的流程图，其中涂覆有玻璃的微球体100在步骤112与适当的基质140相结合，在步骤114进行干燥或固化直到浆料基质140硬化，并且在步骤116将其形成为半导体晶片或集成电路芯片150。浆料基质140可以利用热、x射线、高能辐射、微波、紫外、辐射或任何其他已知的干燥或固化方法来干燥或固化。浆料基质140可以在浆料基质140干燥或固化之前或之后形成为晶片、集成电路衬底或芯片。浆料基质140可以利用芯片切割、冲压、切割等方法形成为晶片或芯片。应当注意，涂覆有玻璃的微球体基质可以在干燥步骤前形成为晶片或集成电路衬底，这种情况下，所述形成操作将利用刮刀涂覆(带式铸造)、模铸、压延等方法。
图11示出了焙烧后的涂覆有玻璃的微球体100的横截面图。如图11-13所示，该方法将包括在步骤212焙烧涂覆有玻璃的微球体100，并在步骤214形成涂覆有玻璃的微球体100的晶片或集成电路衬底。焙烧或烧结步骤212应当处于这样的温度，该温度使得涂覆有玻璃的微球体的外部玻璃涂层130熔化，而微球体100变得烧结或粘结在一起，如155所示。焙烧或烧结温度不应当高到熔化内部玻璃或陶瓷微球体120的程度。
从而，外部玻璃涂层材料130应当选自诸如硼磷酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃等之类的若干种材料中的任何一种，从而使其具有相对较低的熔点。而内部微球体120应当选自熔点比外部玻璃涂层材料高的任何已知的微球体，从而当外部玻璃涂层烧结时，内部微球体不熔化，但是微球体的外部玻璃涂层基本与多个微球体粘合、烧结或粘结在一起。该方法可选地可以包括在步骤216给晶片或集成电路衬底的顶面160上釉，以使烧结后的涂覆有玻璃的微球体100的衬底表面变光滑。上釉工艺可以包括丝网印刷厚膜玻璃160、旋转涂覆玻璃、气相沉积等。
本发明可以制造具有如下的应用的半导体衬底，其中所述应用需要高的陶瓷强度；轻质的衬底；低介电常数的衬底(例如在高频电路应用中，这时需要较小的电容性耦合、低的信号传播损耗或微波应用)；或者需要低的热导率的应用。
尽管出于示例性目的已经公开了本发明的该优选实施例，但是本领域技术人员将意识到，在不脱离本发明范围的前提下可以进行各种修改、添加和替换，因此等同实施例仍然在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种半导体衬底，包括多个空心微球体。
2.如权利要求1所述的半导体衬底，其中所述多个空心微球体包括多个充满气体的陶瓷微球体。
3.如权利要求1所述的半导体衬底，其中所述多个空心微球体包括多个充满气体的玻璃微球体。
4.如权利要求1所述的半导体衬底，其中所述多个空心微球体被烧结在一起。
5.如权利要求2所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的陶瓷微球体被烧结在一起。
6.如权利要求3所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的玻璃微球体被烧结在一起。
7.如权利要求1所述的半导体衬底，其中所述多个空心微球体处在硬化的基质中。
8.如权利要求2所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的陶瓷微球体处在硬化的基质中。
9.如权利要求3所述的半导体衬底，其中所述充满气体的玻璃微球体处在硬化的基质中。
10.如权利要求1所述的半导体衬底，其中所述半导体衬底的顶面被上釉。
11.如权利要求2所述的半导体衬底，其中所述半导体衬底的顶面被上釉。
12.如权利要求3所述的半导体衬底，其中所述半导体衬底的顶面被上釉。
13.如权利要求1所述的半导体衬底，其中所述多个空心微球体包括外部玻璃层。
14.如权利要求2所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的陶瓷微球体包括外部低温玻璃层。
15.如权利要求3所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的玻璃微球体包括高温玻璃微球体和外部低温玻璃层。
16.如权利要求13所述的半导体衬底，其中所述多个空心微球体与外部玻璃层被烧结在一起。
17.如权利要求14所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的陶瓷微球体与外部玻璃层被烧结在一起。
18.如权利要求15所述的半导体衬底，其中所述多个充满气体的玻璃微球体被烧结在一起。
19.一种用于制造半导体衬底的方法，包括将多个空心微球体和基质相结合；干燥所述微球体基质；以及使所述微球体基质形成为半导体衬底。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述空心微球体包括充满气体的陶瓷微球体。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述空心微球体包括充满气体的玻璃微球体。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述干燥步骤包括焙烧所述微球体基质。
23.如权利要求19所述的方法，还包括给所述半导体衬底的上表面上釉。
全文摘要
本发明公开了一种以空心的、充满气体的玻璃或陶瓷微球体制造的半导体衬底，这些微球体在干燥后或焙烧后的基质中被粘合在一起。微球体可以是涂覆有玻璃的微球体，其通过烧结外部玻璃层被粘合在一起。半导体表面可以通过给表面上釉变光滑。
文档编号H01L21/00GK1830088SQ200480021688
公开日2006年9月6日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年7月29日
发明者马文·格伦·黄, 阿瑟·方 申请人:安捷伦科技有限公司