JP2002141351A - 回路基板とその金属配線形成方法 - Google Patents
回路基板とその金属配線形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高アスペクト比を持つ極微細な金属配線を効率
よく形成する。 【解決手段】回路基板上の配線となるべき部分に前もっ
て実質的に溝または穴をあけておき、水または有機溶剤
などの液体に１００nm以下の粒径を持った金などの貴金
属超微粒子を分散してコロイド状とした溶液を塗布する
ことにより、貴金属超微粒子をキャピラリー効果で配線
となるべき溝または穴中に導入し、溝または穴部分を貴
金属超微粒子の凝集体で実質的に埋め込む。塗布工程中
または塗布工程後において、電子回路基板を実質的に５
０℃以上４００℃以下に加熱することによって、貴金属
超微粒子を融合一体化して電気配線を形成する。
よく形成する。 【解決手段】回路基板上の配線となるべき部分に前もっ
て実質的に溝または穴をあけておき、水または有機溶剤
などの液体に１００nm以下の粒径を持った金などの貴金
属超微粒子を分散してコロイド状とした溶液を塗布する
ことにより、貴金属超微粒子をキャピラリー効果で配線
となるべき溝または穴中に導入し、溝または穴部分を貴
金属超微粒子の凝集体で実質的に埋め込む。塗布工程中
または塗布工程後において、電子回路基板を実質的に５
０℃以上４００℃以下に加熱することによって、貴金属
超微粒子を融合一体化して電気配線を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号を伝達す
るための微細な金属配線を有する集積回路などの回路基
板とその金属配線の形成方法に関する。特に、回路基板
に比較的低い加熱温度で実質的に均一な微細金属配線を
容易に形成可能とする技術を提供する。
るための微細な金属配線を有する集積回路などの回路基
板とその金属配線の形成方法に関する。特に、回路基板
に比較的低い加熱温度で実質的に均一な微細金属配線を
容易に形成可能とする技術を提供する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子回路配線形成法としては、金
属蒸着、スパッターデポジションおよびＣＶＤ法等の乾
式的な方法が主として用いられてきた。また最近では、
電解メッキや無電解メッキ法などの湿式法も電子回路配
線形成法として用いられるようになってきている。
属蒸着、スパッターデポジションおよびＣＶＤ法等の乾
式的な方法が主として用いられてきた。また最近では、
電解メッキや無電解メッキ法などの湿式法も電子回路配
線形成法として用いられるようになってきている。
【０００３】ところで、このような従来の電子回路配線
形成法の多くは製造設備のコストが高く、しかも、乾式
法、湿式法を問わず、深さに比べて開口が小さな溝や穴
部分、すなわち特にアスペクト比の高い配線用ホールへ
の配線金属の埋め込みにおいては、配線内に気泡が入っ
たり、開口部が配線金属で覆われてしまい内部が埋め込
まれないままに残るなどの不安定性をもっていた。この
不安定性は、超ＬＳＩなど高集積度化による配線の微細
化においてさらに重要な問題点となっている。
形成法の多くは製造設備のコストが高く、しかも、乾式
法、湿式法を問わず、深さに比べて開口が小さな溝や穴
部分、すなわち特にアスペクト比の高い配線用ホールへ
の配線金属の埋め込みにおいては、配線内に気泡が入っ
たり、開口部が配線金属で覆われてしまい内部が埋め込
まれないままに残るなどの不安定性をもっていた。この
不安定性は、超ＬＳＩなど高集積度化による配線の微細
化においてさらに重要な問題点となっている。
【０００４】また従来、金属の微細粒子であるコロイド
を、無電解メッキの下地処理に適用した例がある（たと
えば、特許文献「特開平11-163520 号公報：東芝」、
「特表平8-501348号公報：アトーテヒドイッチェランド
GMBH」などを参照）。この場合、金属元素としては、P
d、Pt、Auが含まれる。しかしこれらの技術は、コロイ
ド粒子をメッキの下地基板に吸着させる技術であって、
コロイド粒子自体が配線の導電性が材料として利用され
ているわけではない。
を、無電解メッキの下地処理に適用した例がある（たと
えば、特許文献「特開平11-163520 号公報：東芝」、
「特表平8-501348号公報：アトーテヒドイッチェランド
GMBH」などを参照）。この場合、金属元素としては、P
d、Pt、Auが含まれる。しかしこれらの技術は、コロイ
ド粒子をメッキの下地基板に吸着させる技術であって、
コロイド粒子自体が配線の導電性が材料として利用され
ているわけではない。
【０００５】また従来、有機膜上に金コロイドを用いて
配線を行なう技術が開示されている（たとえば、特許文
献「特開平5-135631号公報：沖電気工業」参照）。この
技術は、配線形成に膜上の有機物間の水素結合を利用し
たものであって、配線を形成する金属コロイド相互の電
気的な結合は有機物の接触に委ねられているため、配線
の機械的な結合が不安定であるという問題がある。
配線を行なう技術が開示されている（たとえば、特許文
献「特開平5-135631号公報：沖電気工業」参照）。この
技術は、配線形成に膜上の有機物間の水素結合を利用し
たものであって、配線を形成する金属コロイド相互の電
気的な結合は有機物の接触に委ねられているため、配線
の機械的な結合が不安定であるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とすると
ころは、超ＬＳＩに適した極微細な配線が可能で、製造
が容易かつコストが低い、まったく新たな形態の金属配
線形成技術を提供することにある。
ころは、超ＬＳＩに適した極微細な配線が可能で、製造
が容易かつコストが低い、まったく新たな形態の金属配
線形成技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】金属微粒子は、粒径が小
さくなるほど融着に必要な加熱温度が融点よりも低下
し、またコロイド溶液にしたときのキャピラリー効果
（毛細管現象）が大きくなる性質がある。本発明者ら
は、この点に着目することにより、新規な金属配線技術
を創案し、上記課題の解決を図ったものである。
さくなるほど融着に必要な加熱温度が融点よりも低下
し、またコロイド溶液にしたときのキャピラリー効果
（毛細管現象）が大きくなる性質がある。本発明者ら
は、この点に着目することにより、新規な金属配線技術
を創案し、上記課題の解決を図ったものである。
【０００８】本発明は、１００nm以下の粒径を持った金
などの金属超微粒子を分散したコロイド溶液を用いて金
属配線を形成するものである。基板上に、あらかじめ配
線を埋め込むための極微細な溝または穴を設けておき、
金属超微粒子を分散したコロイド溶液を塗布することに
より、コロイド溶液を、キャピラリー効果（毛細管現
象）で溝または穴中に自動的に吸引させることができ
る。その後、コロイド溶液を乾燥させて金属超微粒子を
溝または穴中に凝集させ、さらに加熱して燒結すること
により、溝または穴中の金属超微粒子相互を融着させて
電気的に一体に結合する。これにより、金属配線は、基
板の溝または穴中に埋め込んだ形で形成される。
などの金属超微粒子を分散したコロイド溶液を用いて金
属配線を形成するものである。基板上に、あらかじめ配
線を埋め込むための極微細な溝または穴を設けておき、
金属超微粒子を分散したコロイド溶液を塗布することに
より、コロイド溶液を、キャピラリー効果（毛細管現
象）で溝または穴中に自動的に吸引させることができ
る。その後、コロイド溶液を乾燥させて金属超微粒子を
溝または穴中に凝集させ、さらに加熱して燒結すること
により、溝または穴中の金属超微粒子相互を融着させて
電気的に一体に結合する。これにより、金属配線は、基
板の溝または穴中に埋め込んだ形で形成される。
【０００９】本発明による回路基板と金属配線形成方法
の具体的な構成は、以下の各項に示される。 （１） 相互に融着した、粒径が100nm 以下である貴金
属超微粒子からなる金属配線を備えていることを特徴と
する回路基板。 （２） 貴金属超微粒子は，金（Au）、銀（Ag）、およ
び白金（Pt）やパラジウム（Pd）などの白金族元素貴金
属の超微粒子であることを特徴とする前項１に記載の回
路基板。 （３） 金属配線は、回路基板に設けられたアスペクト
比が３以上の微細な溝または穴に埋設されていることを
特徴とする前項１または２に記載の回路基板。 （４） 回路基板の金属配線を形成する絶縁体面に、粒
径が100nm 以下である貴金属超微粒子の凝集体を堆積す
る工程と、該貴金属超微粒子の凝集体を加熱して融着さ
せる工程とを有することを特徴とする回路基板の金属配
線形成方法。 （５） 絶縁体面に貴金属超微粒子の凝集体を堆積する
工程は、貴金属超微粒子を含む溶液を塗布し乾燥させる
ことにより行なうことを特徴とする前項４に記載の回路
基板の金属配線形成方法。 （６） 貴金属超微粒子を含む溶液は、貴金属超微粒子
を水または有機溶媒に分散させたコロイド溶液であるこ
とを特徴とする前項４または５に記載の回路基板の金属
配線形成方法。 （７） 貴金属超微粒子は、金（Au）、銀（Ag）、およ
び白金（Pt）やパラジウム（Pd）などの白金族元素貴金
属の超微粒子であることを特徴とする前項５または６に
記載の回路基板の金属配線形成方法。 （８） 絶縁体面の金属配線を形成する部分には、配線
パターンにしたがって微細な溝または穴があらかじめ形
成されており、凝集体は、該溝または穴の中に堆積され
ることを特徴とする前項４または５に記載の回路基板の
金属配線形成方法。 （９） 形成される微細な溝または穴のアスペクト比は
３以上であることを特徴とする前項８に記載の回路基板
の金属配線形成方法。 （10） 貴金属超微粒子を含む溶液の塗布および乾燥
は、形成されている微細な溝または穴への凝集体の体積
が十分な厚さになるまで複数回繰り返すことを特徴とす
る前項８または９に記載の回路基板の金属配線形成方
法。 （11） 貴金属超微粒子の凝集体を加熱して融着させる
工程では、該凝集体を７００℃以下の温度で加熱するこ
とを特徴とする前項４に記載の回路基板の金属配線形成
方法。 （12） ７００℃以下の温度は、５０℃以上４００℃以
下の温度であることを特徴とする前項11に記載の回路基
板の金属配線形成方法。
の具体的な構成は、以下の各項に示される。 （１） 相互に融着した、粒径が100nm 以下である貴金
属超微粒子からなる金属配線を備えていることを特徴と
する回路基板。 （２） 貴金属超微粒子は，金（Au）、銀（Ag）、およ
び白金（Pt）やパラジウム（Pd）などの白金族元素貴金
属の超微粒子であることを特徴とする前項１に記載の回
路基板。 （３） 金属配線は、回路基板に設けられたアスペクト
比が３以上の微細な溝または穴に埋設されていることを
特徴とする前項１または２に記載の回路基板。 （４） 回路基板の金属配線を形成する絶縁体面に、粒
径が100nm 以下である貴金属超微粒子の凝集体を堆積す
る工程と、該貴金属超微粒子の凝集体を加熱して融着さ
せる工程とを有することを特徴とする回路基板の金属配
線形成方法。 （５） 絶縁体面に貴金属超微粒子の凝集体を堆積する
工程は、貴金属超微粒子を含む溶液を塗布し乾燥させる
ことにより行なうことを特徴とする前項４に記載の回路
基板の金属配線形成方法。 （６） 貴金属超微粒子を含む溶液は、貴金属超微粒子
を水または有機溶媒に分散させたコロイド溶液であるこ
とを特徴とする前項４または５に記載の回路基板の金属
配線形成方法。 （７） 貴金属超微粒子は、金（Au）、銀（Ag）、およ
び白金（Pt）やパラジウム（Pd）などの白金族元素貴金
属の超微粒子であることを特徴とする前項５または６に
記載の回路基板の金属配線形成方法。 （８） 絶縁体面の金属配線を形成する部分には、配線
パターンにしたがって微細な溝または穴があらかじめ形
成されており、凝集体は、該溝または穴の中に堆積され
ることを特徴とする前項４または５に記載の回路基板の
金属配線形成方法。 （９） 形成される微細な溝または穴のアスペクト比は
３以上であることを特徴とする前項８に記載の回路基板
の金属配線形成方法。 （10） 貴金属超微粒子を含む溶液の塗布および乾燥
は、形成されている微細な溝または穴への凝集体の体積
が十分な厚さになるまで複数回繰り返すことを特徴とす
る前項８または９に記載の回路基板の金属配線形成方
法。 （11） 貴金属超微粒子の凝集体を加熱して融着させる
工程では、該凝集体を７００℃以下の温度で加熱するこ
とを特徴とする前項４に記載の回路基板の金属配線形成
方法。 （12） ７００℃以下の温度は、５０℃以上４００℃以
下の温度であることを特徴とする前項11に記載の回路基
板の金属配線形成方法。
【００１０】
【作用】次に、本発明による回路基板の金属配線形成方
法について具体的に説明する。本発明の金属配線は、粒
径が100nm 以下の貴金属超微粒子を相互に融着した構造
をもつが、そのための配線形成工程は、大きく分ける
と、基板上に形成された配線用の微細な溝または穴に貴
金属超微粒子の凝集体を埋め込み堆積する工程と、堆積
された貴金属超微粒子の凝集体を加熱融着（燒結）する
工程からなる。
法について具体的に説明する。本発明の金属配線は、粒
径が100nm 以下の貴金属超微粒子を相互に融着した構造
をもつが、そのための配線形成工程は、大きく分ける
と、基板上に形成された配線用の微細な溝または穴に貴
金属超微粒子の凝集体を埋め込み堆積する工程と、堆積
された貴金属超微粒子の凝集体を加熱融着（燒結）する
工程からなる。
【００１１】図１は、本発明による貴金属超微粒子の堆
積機構を示したものである。なおここでは、説明の便宜
上、貴金属超微粒子の分散溶液として、金の微粒子を水
に分散させた金水コロイド溶液の例を用いて説明する。
積機構を示したものである。なおここでは、説明の便宜
上、貴金属超微粒子の分散溶液として、金の微粒子を水
に分散させた金水コロイド溶液の例を用いて説明する。
【００１２】図１の（ａ）は、基板１の表面に配線用に
設けられたホール２の上に、金水コロイド溶液３を滴下
法などにより塗布した状態を示している。金水コロイド
溶液３は濡れ性がよく、表面に塗布された金水コロイド
溶液３は、キャピラリー効果（毛細管現象）によりホー
ル２中に吸引され、ホール２を簡単に充填する。
設けられたホール２の上に、金水コロイド溶液３を滴下
法などにより塗布した状態を示している。金水コロイド
溶液３は濡れ性がよく、表面に塗布された金水コロイド
溶液３は、キャピラリー効果（毛細管現象）によりホー
ル２中に吸引され、ホール２を簡単に充填する。
【００１３】図１の（ｂ）は、乾燥過程を示す。塗布さ
れた金水コロイド溶液３を乾燥処理することにより、金
水コロイド溶液３の溶媒である水を蒸発させる。水の蒸
発とともに金水コロイド溶液３の体積は縮小して、表面
張力により，入口近くの金の微粒子はホール２内に引き
込まれて凝集する。
れた金水コロイド溶液３を乾燥処理することにより、金
水コロイド溶液３の溶媒である水を蒸発させる。水の蒸
発とともに金水コロイド溶液３の体積は縮小して、表面
張力により，入口近くの金の微粒子はホール２内に引き
込まれて凝集する。
【００１４】図１の（ｃ）は、乾燥後の状態を示す。溶
媒の水がほとんど蒸発すると、ホール２の底部に金の超
微粒子の凝集体が残り、堆積する。この超微粒子凝集体
の堆積の厚さが不足で図示のようにホールの開口部にま
で達しない場合には、金水コロイド溶液３の塗布から乾
燥までの（ａ）〜（ｃ）の過程を必要な回数だけ繰り返
し、超微粒子凝集体の積み増しを行なう。
媒の水がほとんど蒸発すると、ホール２の底部に金の超
微粒子の凝集体が残り、堆積する。この超微粒子凝集体
の堆積の厚さが不足で図示のようにホールの開口部にま
で達しない場合には、金水コロイド溶液３の塗布から乾
燥までの（ａ）〜（ｃ）の過程を必要な回数だけ繰り返
し、超微粒子凝集体の積み増しを行なう。
【００１５】このように、貴金属超微粒子を溶液に分散
した状態で塗布することにより、溝や穴の微細な隙間へ
の浸透が良好となり、微細隙間の配線であっても気泡な
どの欠陥は発生せず、隙間を完全に埋めた形で金属配線
が形成できる。この浸透現象を用いた場合、深さ／幅
（ないし径）で規定されるアスペクト比が３以上の配線
部分に適用すると良好な配線が得られる。
した状態で塗布することにより、溝や穴の微細な隙間へ
の浸透が良好となり、微細隙間の配線であっても気泡な
どの欠陥は発生せず、隙間を完全に埋めた形で金属配線
が形成できる。この浸透現象を用いた場合、深さ／幅
（ないし径）で規定されるアスペクト比が３以上の配線
部分に適用すると良好な配線が得られる。
【００１６】このようにして、ホール２中に金超微粒子
凝集体が必要な厚さまで堆積された後、加熱燒結するこ
とにより、凝集体の微粒子同士を融着させる。この融着
により、微粒子間の電気的結合と機械的結合が得られ、
それが安定に維持される。本発明では、粒径が100nm 以
下の金などの貴金属超微粒子を用いて金属配線を形成す
るため、融着に必要な加熱温度が貴金属元素本来の融点
よりも低下するので、燒結の温度を従来よりも低くでき
る。
凝集体が必要な厚さまで堆積された後、加熱燒結するこ
とにより、凝集体の微粒子同士を融着させる。この融着
により、微粒子間の電気的結合と機械的結合が得られ、
それが安定に維持される。本発明では、粒径が100nm 以
下の金などの貴金属超微粒子を用いて金属配線を形成す
るため、融着に必要な加熱温度が貴金属元素本来の融点
よりも低下するので、燒結の温度を従来よりも低くでき
る。
【００１７】図２により、本発明による貴金属超微粒子
凝集体の融着原理を説明する。図２は、貴金属超微粒子
凝集体とその融合面の加熱による状態変化を模式的に示
したものである。（１）は、加熱開始時の状態であり、
超微粒子間の融合面では、貴金属原子の酸化が生じない
ため、熱による表面拡散が起こりやすくなっている。
（２）は、融合が少し進行した状態であり、超微粒子間
に部分的な融着が生じている。（３）は、加熱終了の状
態であり、貴金属超微粒子凝集体はほぼ一体に融合して
いる。
凝集体の融着原理を説明する。図２は、貴金属超微粒子
凝集体とその融合面の加熱による状態変化を模式的に示
したものである。（１）は、加熱開始時の状態であり、
超微粒子間の融合面では、貴金属原子の酸化が生じない
ため、熱による表面拡散が起こりやすくなっている。
（２）は、融合が少し進行した状態であり、超微粒子間
に部分的な融着が生じている。（３）は、加熱終了の状
態であり、貴金属超微粒子凝集体はほぼ一体に融合して
いる。
【００１８】金属微粒子は、粒径が小さくなるほど融点
が降下する。たとえば金（Au）の場合、バルク状態での
融点は1063℃であるが、超微粒子の状態にすると融点が
降下し、粒径が8.3nm では融点が911 ℃となる。
が降下する。たとえば金（Au）の場合、バルク状態での
融点は1063℃であるが、超微粒子の状態にすると融点が
降下し、粒径が8.3nm では融点が911 ℃となる。
【００１９】このように、貴金属超微粒子凝集体では、
燒結の温度を通常よりも低くできるため、耐熱温度の低
い絶縁体にも適用可能となって、回路デバイスの劣化を
抑制でき、超ＬＳＩなどの極微細な配線をもつ回路基板
の製造を容易にする。
燒結の温度を通常よりも低くできるため、耐熱温度の低
い絶縁体にも適用可能となって、回路デバイスの劣化を
抑制でき、超ＬＳＩなどの極微細な配線をもつ回路基板
の製造を容易にする。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の実施に好適な超微粒子の
金属としては、金（Au）、銀（Ag）、白金族の白金（P
t）、パラジウム（Pd）などの貴金属がある。これらの
貴金属は、融着した後も大気中での酸化を受けず配線と
しての導電性を安定に維持できる。微粒子径の下限は特
にないが、実際上、１nm以下の粒径の微粒子は製造が困
難である。
金属としては、金（Au）、銀（Ag）、白金族の白金（P
t）、パラジウム（Pd）などの貴金属がある。これらの
貴金属は、融着した後も大気中での酸化を受けず配線と
しての導電性を安定に維持できる。微粒子径の下限は特
にないが、実際上、１nm以下の粒径の微粒子は製造が困
難である。
【００２１】図３により、本発明の１実施の形態による
金属配線形成工程を説明する。図３において、は、絶
縁体の基板に配線ホールを作成した状態、は、貴金属
超微粒子の凝集体を堆積した状態、は、貴金属超微粒
子の凝集体を加熱して融着させた状態である。
金属配線形成工程を説明する。図３において、は、絶
縁体の基板に配線ホールを作成した状態、は、貴金属
超微粒子の凝集体を堆積した状態、は、貴金属超微粒
子の凝集体を加熱して融着させた状態である。
【００２２】以下、金属配線形成工程の詳細を順に説明
する。
する。
【００２３】工程Ａ：ゾル・ゲル法、錯体法などによっ
て、粒径が100nm 以下の貴金属超微粒子を作成し、水な
いし有機溶媒に分散させたコロイド溶液を準備する。
て、粒径が100nm 以下の貴金属超微粒子を作成し、水な
いし有機溶媒に分散させたコロイド溶液を準備する。
【００２４】工程Ｂ：基板の絶縁体面上に、配線を埋め
込むホールを形成する。図３のは、形成されたホール
の断面を示している。
込むホールを形成する。図３のは、形成されたホール
の断面を示している。
【００２５】工程Ｃ：貴金属超微粒子を含んだコロイド
溶液を基板の絶縁体面に塗布し乾燥する処理を複数回行
なうことによって、貴金属超微粒子の凝集体でホール部
分を実質的に埋め込む。図３のでは、凝集体がホール
の開口部から盛り上がるまでに堆積されている。
溶液を基板の絶縁体面に塗布し乾燥する処理を複数回行
なうことによって、貴金属超微粒子の凝集体でホール部
分を実質的に埋め込む。図３のでは、凝集体がホール
の開口部から盛り上がるまでに堆積されている。
【００２６】工程Ｄ：塗布工程中または塗布工程後にお
いて、電子回路基板を実質的に５０℃以上４００℃以下
に乾燥および加熱することによって、貴金属超微粒子凝
集体を燒結して金属配線を形成する。図３のでは、凝
集体が燒結により若干収縮して、全体が融合一体化して
いる。
いて、電子回路基板を実質的に５０℃以上４００℃以下
に乾燥および加熱することによって、貴金属超微粒子凝
集体を燒結して金属配線を形成する。図３のでは、凝
集体が燒結により若干収縮して、全体が融合一体化して
いる。
【００２７】貴金属超微粒子を用いて配線用溝や穴を埋
め込んで配線を形成することから、アスペクト比の高い
ホールあるいは溝の構造に対しても気泡等の結果を含ま
ないで埋め込みすることができる。
め込んで配線を形成することから、アスペクト比の高い
ホールあるいは溝の構造に対しても気泡等の結果を含ま
ないで埋め込みすることができる。
【００２８】図４に、毛細管直径とキャピラリー吸引の
関係を示す。図４の（ａ）に示すように、キャピラリー
吸引の高さｈ(m) は、毛細管の直径ｄ（m ）と接触角α
（°）に依存し、溶液の表面張力をＴ（kg/m），溶液の
密度をρ（kg/m3 ）重力加速度をｇ（m/s2）とすると、
次式で与えられる。
関係を示す。図４の（ａ）に示すように、キャピラリー
吸引の高さｈ(m) は、毛細管の直径ｄ（m ）と接触角α
（°）に依存し、溶液の表面張力をＴ（kg/m），溶液の
密度をρ（kg/m3 ）重力加速度をｇ（m/s2）とすると、
次式で与えられる。
【００２９】ｈ＝４T cos α／ｄρｇ 図４の（ｂ）、 （ｃ）は、接触角αが0.6 °,45 °,85
°のそれぞれの場合について、毛細管直径の値に対する
溶液の吸引高さの値を示している。
°のそれぞれの場合について、毛細管直径の値に対する
溶液の吸引高さの値を示している。
【００３０】次に凝集体の燒結では、埋め込まれた貴金
属が超微粒子であるため、融点に粒径依存性があり、粒
径が100nm 以下になると、比較的低温の加熱でも微粒子
間での接合が起こり、微粒子同士が結合して電気配線が
形成される。溶液中の水ないし有機溶媒は乾燥・加熱に
よって飛散するので、純金属からなる高性能な配線を形
成することができる。
属が超微粒子であるため、融点に粒径依存性があり、粒
径が100nm 以下になると、比較的低温の加熱でも微粒子
間での接合が起こり、微粒子同士が結合して電気配線が
形成される。溶液中の水ないし有機溶媒は乾燥・加熱に
よって飛散するので、純金属からなる高性能な配線を形
成することができる。
【００３１】加熱温度は、５０℃未満であると融着の時
間が掛かりすぎる。また、４００℃を超えての加熱で
は、基板や装着されたデバイスの劣化が起きるので好ま
しくない。したがって、加熱温度を５０℃〜４００℃の
範囲にするのが適当である。ただし、シリコン基板など
の耐熱性の高い材料で、デバイス装着前に配線形成を行
なう場合などにおいては、７００℃以下の範囲で加熱す
ると、加熱時間が短縮できて、良好に融着した配線が得
られる。 （実施例）リソグラフィー法を用いてシリコン基板表面
に、深さ2.1 μm で幅が0.7 μm、即ちアスペクト比３
のホールを形成した。このシリコンウエハ表面に、塩化
金酸（HAuCl4）をタンニン酸・クエン酸で還元して作成
し、平均粒径が８ｎｍの金（Au）超微粒子を８×１０１
１個／マイクロリットルの濃度で含む金水コロイド溶液
を塗布した。塗布された金水コロイド溶液はキャピラリ
ー効果によりホール内に引き込まれて、水が蒸発するに
つれホールは金超微粒子で埋められる。次に、金超微粒
子を燒結により一体化するために３００℃に加熱した。
この加熱によって、図２で述べたように、金超微粒子表
面の金原子は熱拡散して、隣接する金超微粒子同士が結
合し、最終的には一体化して金配線が形成された。
間が掛かりすぎる。また、４００℃を超えての加熱で
は、基板や装着されたデバイスの劣化が起きるので好ま
しくない。したがって、加熱温度を５０℃〜４００℃の
範囲にするのが適当である。ただし、シリコン基板など
の耐熱性の高い材料で、デバイス装着前に配線形成を行
なう場合などにおいては、７００℃以下の範囲で加熱す
ると、加熱時間が短縮できて、良好に融着した配線が得
られる。 （実施例）リソグラフィー法を用いてシリコン基板表面
に、深さ2.1 μm で幅が0.7 μm、即ちアスペクト比３
のホールを形成した。このシリコンウエハ表面に、塩化
金酸（HAuCl4）をタンニン酸・クエン酸で還元して作成
し、平均粒径が８ｎｍの金（Au）超微粒子を８×１０１
１個／マイクロリットルの濃度で含む金水コロイド溶液
を塗布した。塗布された金水コロイド溶液はキャピラリ
ー効果によりホール内に引き込まれて、水が蒸発するに
つれホールは金超微粒子で埋められる。次に、金超微粒
子を燒結により一体化するために３００℃に加熱した。
この加熱によって、図２で述べたように、金超微粒子表
面の金原子は熱拡散して、隣接する金超微粒子同士が結
合し、最終的には一体化して金配線が形成された。
【００３２】図５は、本発明実施例による金水コロイド
溶液で作成した金属配線の断面の電子顕微鏡写真であ
る。図５の(a) は加熱前の凝集状態を、(b) は50℃15分
加熱で融着した状態を、(c) は300 ℃15分加熱で融着が
進んで溶融した状態を、(d) は(c) の状態での全体像を
示す。
溶液で作成した金属配線の断面の電子顕微鏡写真であ
る。図５の(a) は加熱前の凝集状態を、(b) は50℃15分
加熱で融着した状態を、(c) は300 ℃15分加熱で融着が
進んで溶融した状態を、(d) は(c) の状態での全体像を
示す。
【００３３】
【発明の効果】本発明により、以下に示す効果が得られ
る。 （１）貴金属超微粒子を用いる配線なので、酸化がな
く、導電性にすぐれた任意形状の配線が作成可能であ
る。 （２）貴金属超微粒子が相互に加熱・融着されているの
で、配線金属の機械的結合が安定に維持される。 （３）貴金属超微粒子を用いることによって融着に必要
な加熱温度が低下するので、耐熱温度の低い絶縁体にも
適用可能となる。 （４）溶液状態で塗布するので、微細な隙間への浸透が
良好となり、アスペクト比の大きい配線形状であっても
気泡などの不良部分が発生しない。
る。 （１）貴金属超微粒子を用いる配線なので、酸化がな
く、導電性にすぐれた任意形状の配線が作成可能であ
る。 （２）貴金属超微粒子が相互に加熱・融着されているの
で、配線金属の機械的結合が安定に維持される。 （３）貴金属超微粒子を用いることによって融着に必要
な加熱温度が低下するので、耐熱温度の低い絶縁体にも
適用可能となる。 （４）溶液状態で塗布するので、微細な隙間への浸透が
良好となり、アスペクト比の大きい配線形状であっても
気泡などの不良部分が発生しない。
【図１】本発明による貴金属超微粒子の堆積機構を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明による貴金属超微粒子凝集体の融着原理
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】本発明による金属配線形成工程を示す概要図で
ある。
ある。
【図４】毛細管直径とキャピラリー吸引の関係を示す説
明図である。
明図である。
【図５】本発明実施例による金水コロイドで作成した金
属配線の断面写真である。
属配線の断面写真である。
１：基板 ２：ホール ３：金水コロイド溶液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 BB06 BB07 BB08 BB09 DD51 DD79 5F033 HH07 HH13 HH14 MM01 PP26 QQ73 WW00 WW01 WW03 XX02
Claims (12)
- 【請求項１】 相互に融着した、粒径が100nm 以下であ
る貴金属超微粒子からなる金属配線を備えていることを
特徴とする回路基板。 - 【請求項２】 貴金属超微粒子は，金（Au）、銀（A
g）、および白金（Pt）やパラジウム（Pd）などの白金
族元素貴金属の超微粒子であることを特徴とする請求項
１に記載の回路基板。 - 【請求項３】 金属配線は、回路基板に設けられたアス
ペクト比が３以上の微細な溝または穴に埋設されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路
基板。 - 【請求項４】 回路基板の金属配線を形成する絶縁体面
に、粒径が100nm 以下である貴金属超微粒子の凝集体を
堆積する工程と、該貴金属超微粒子の凝集体を加熱して
融着させる工程とを有することを特徴とする回路基板の
金属配線形成方法。 - 【請求項５】 絶縁体面に貴金属超微粒子の凝集体を堆
積する工程は、貴金属超微粒子を含む溶液を塗布し乾燥
させることにより行なうことを特徴とする請求項４に記
載の回路基板の金属配線形成方法。 - 【請求項６】 貴金属超微粒子を含む溶液は、貴金属超
微粒子を水または有機溶媒に分散させたコロイド溶液で
あることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の
回路基板の金属配線形成方法。 - 【請求項７】 貴金属超微粒子は、金（Au）、銀（A
g）、および白金（Pt）やパラジウム（Pd）などの白金
族元素貴金属の超微粒子であることを特徴とする請求項
５または請求項６に記載の回路基板の金属配線形成方
法。 - 【請求項８】 絶縁体面の金属配線を形成する部分に
は、配線パターンにしたがって微細な溝または穴があら
かじめ形成されており、凝集体は、該溝または穴の中に
堆積されることを特徴とする請求項４または請求項５に
記載の回路基板の金属配線形成方法。 - 【請求項９】 形成される微細な溝または穴のアスペク
ト比は３以上であることを特徴とする請求項８に記載の
回路基板の金属配線形成方法。 - 【請求項10】 貴金属超微粒子を含む溶液の塗布および
乾燥は、形成されている微細な溝または穴への凝集体の
堆積が十分な厚さになるまで複数回繰り返すことを特徴
とする請求項８または請求項９に記載の回路基板の金属
配線形成方法。 - 【請求項11】 貴金属超微粒子の凝集体を加熱して融着
させる工程では、該凝集体を７００℃以下の温度で加熱
することを特徴とする請求項４に記載の回路基板の金属
配線形成方法。 - 【請求項12】 ７００℃以下の温度は、５０℃以上４０
０℃以下の温度であることを特徴とする請求項11に記載
の回路基板の金属配線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000332309A JP2002141351A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 回路基板とその金属配線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000332309A JP2002141351A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 回路基板とその金属配線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141351A true JP2002141351A (ja) | 2002-05-17 |
Family
ID=18808533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000332309A Pending JP2002141351A (ja) | 2000-10-31 | 2000-10-31 | 回路基板とその金属配線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002141351A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003257890A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-12 | Seiko Epson Corp | 物質充填方法、膜形成方法、デバイスおよびデバイスの製造方法 |
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| JP2010536162A (ja) * | 2007-08-03 | 2010-11-25 | フライズ・メタルズ・インコーポレイテッド | 導体パターンおよびそれらを使用する方法 |
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-
2000
- 2000-10-31 JP JP2000332309A patent/JP2002141351A/ja active Pending
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