JP2014194070A - 金属膜形成方法および前記方法に用いる導電性インク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】孔を有する基板の、前記孔と接する表面と、金属塩および還元剤を含有する導電性インクとを接触させた状態で、前記基板を加熱する工程を有することを特徴とする金属膜形成方法。
【選択図】なし
Description
[1]孔を有する基板の、前記孔と接する表面と、金属塩および還元剤を含有する導電性インクとを接触させた状態で、前記基板を加熱する工程を有する、金属膜形成方法。
[2]前記導電性インクの粘度が1Pa・s以下である、前記[1]に記載の金属膜形成方法。
[3]前記基板が、一端が開口した開口部と、残りの一端が閉塞された閉塞部とを有する非貫通孔が形成された基板である、前記[1]または[2]に記載の金属膜形成方法。
[4]前記基板は複数の層が積層されてなるものであって、前記開口部は、第1の層に設けられた貫通孔によって形成されるものであり、前記閉塞部は、第2の層によって形成されるものである、前記[3]に記載の金属膜形成方法。
[6]前記基板に、前記孔に接して、電極が少なくとも1つ形成されている、前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[7]前記金属塩が銅塩である、前記[1]〜[6]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[8]前記銅塩が、ギ酸銅およびギ酸銅四水和物から選ばれる少なくとも1種である、前記[7]に記載の金属膜形成方法。
[9]前記還元剤が、アルカンチオール類、アミン類、ヒドラジン類、モノアルコール類、ジオール類、ヒドロキシルアミン類、α−ヒドロキシケトン類およびカルボン酸類から選ばれる少なくとも1種である、前記[1]〜[8]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[11]前記加熱が、非酸化性雰囲気下で50℃〜500℃の範囲で行われる、前記[1]〜[10]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[12]前記基板において前記孔と接する表面に導電性インクを接触させる方法が、塗布または印刷による、前記[1]〜[11]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[13]前記孔が、多層配線基板に形成されたビアホール、半導体基板に形成されたスルーシリコンビア、または半導体基板上に積層される多層配線層に形成されたビアホールである、前記[1]〜[12]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[14]ダイナミックランダムアクセスメモリのキャパシタセルを構成するキャパシタ電極を形成するための、前記[1]〜[12]のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
[16]1Pa・s以下の粘度を有する、前記[15]に記載の導電性インク。
[17]ビアホールと接する表面に、前記[15]または[16]に記載の導電性インクから形成された金属膜を有する多層配線基板。
[18]半導体基板に設けられたスルーシリコンビアまたは半導体基板上に積層される多層配線層に設けられたビアホールと接する表面に、前記[15]または[16]に記載の導電性インクから形成された金属膜を有する半導体基板。
[19]前記[15]または[16]に記載の導電性インクから形成されたキャパシタ電極を有する、ダイナミックランダムアクセスメモリのキャパシタセル。
本発明の金属膜形成方法は、孔を有する基板の、前記孔と接する表面と、金属塩および還元剤を含有する導電性インクとを接触させた状態で、前記基板を加熱する工程を有する。これにより、基板の前記表面上に金属膜が形成される。
基板としては、例えば、ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルム、ベークライト基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、半導体ウエハ・半導体チップ等の半導体基板が挙げられる。なお、本明細書において、「基板」とは、配線回路等が形成されたコア基板および当該コア基板上に積層された層間絶縁層および配線層等からなる多層配線基板を含む意味で用いる。
孔の深さのとりうる範囲もとくに限定されず、10〜100μmが例示される。
孔を形成する方法としては、炭酸ガスレーザー、メカニカルドリルが例示される。
導電性インクを孔の内表面に接触させる方法としては、例えば塗布および印刷が挙げられ、具体的にはインクジェット印刷による印刷、ディスペンサ、インジェクタ、カーテンコーター、バーコーターによる塗布が挙げられる。本明細書において、塗布または印刷を総称して単に「塗布」とも記載する。孔の内表面への塗布は、1回で行われてもよく、複数回に分けて行われてもよい。孔の内表面の全体に金属膜の形成を行う観点からは、導電性インクを孔内の少なくとも開口部まで充填することが好ましい。
孔の内表面に接触した導電性インクを加熱し、孔の内表面を覆う金属膜を形成する。孔に接して電極が複数形成されている場合、これらの電極は当該金属膜によって電気的に接続される。
本発明の金属膜形成方法は、以下の例に適用することができる。
(1)多層配線基板において、全層を貫通する接続用のスルービアホール、表面層から内層を接続するブラインドビアホール、表層以外の内層間を接続するベリードビアホール等のビアホールの内表面に形成される、上層の電極と下層の電極とを電気的に接続するための金属膜の形成。
(2)半導体ウエハ・チップ等の半導体基板に形成されるスルーシリコンビア(TSV)の内表面に形成される金属膜の形成。例えば、CMOSイメージセンサ等の固体撮像装置において、半導体基板上に形成された配線回路と、半導体基板の裏面に形成されたはんだボール等の外部電極とを電気的に接続するために、半導体基板を貫通するスルーシリコンビア(TSV)を形成し、このビアの内表面に、本発明の方法で金属膜からなる貫通電極を形成することができる。
(3)半導体ウエハ・チップ等の半導体基板上に積層される多層配線層に設けられるビアホールにおいて、上層の電極と下層の電極とを電気的に接続するための金属膜の形成。
(4)ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)のキャパシタセルを構成するキャパシタ電極の形成。例えば、半導体基板上の絶縁層にキャパシタを形成するための孔を形成し、この孔の内表面に、本発明の方法で金属膜からなるキャパシタ電極を形成することができる。
以下、図面をもとに本発明の金属膜形成方法の具体例を説明する。
図1は、本発明の金属膜形成方法の第1例を示す模式的な断面図である。
図1を用いて本発明の金属膜形成方法の第1例を説明する。
第1の電極1は第1の基板3上に設けられ、第2の電極2は第2の基板4上に設けられている。ビア孔5は、第1の電極1および第1の基板3をそれぞれ貫通することによって設けられている。すなわち、ビア孔5の開口部は、第1の電極1に接して形成されており、ビア孔5の閉塞部は、孔形成で露出した第2の電極2の表面によって形成されており、ビア孔5の底面となっている。ビア孔5の側壁は、第1の電極1および第1の基板3に形成された貫通孔の側壁によって構成されている。
図2は、本発明の金属膜形成方法の第2例を示す模式的な断面図である。
図2を用いて本発明の金属膜形成方法の第2例を説明する。
本発明で用いられる導電性インクについて説明する。
本発明で用いられる導電性インクは、金属塩と還元剤とを含有する組成物であり、還元反応型の組成物である。導電性インクは、さらに金属微粒子を含有することができる。導電性インクは、さらに溶剤を含有することができる。
導電性インクの各成分について以下で説明する。
金属塩は、それに含まれる金属イオンが、導電性インク中の還元剤により還元され、金属単体となり、形成される導通部の導電性を発現させる役割を果たすことができる。例えば、金属塩が銅塩である場合、銅塩に含まれる銅イオンは還元剤により還元され、銅単体となり、導電性の導通部を形成することができる。
銅塩としては、銅イオンを含有する化合物であればよく、特に限定するものではないが、例えば、銅イオンと、無機アニオン種および有機アニオン種から選ばれる少なくとも1種とからなる銅塩が挙げられる。これらの中でも、溶解度の観点から、銅カルボン酸塩、銅の水酸化物、および銅とアセチルアセトン誘導体との錯塩から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。なお、金属膜が複数の電極を接続するために形成される場合、当該電極間の高い導通信頼性を得る観点からは、各電極を構成する金属と同種の金属の塩を用いることが好ましい。
本発明で用いられる導電性インクは、金属塩に含まれる金属イオンを還元して金属単体とすることを目的として、上述した金属成分である金属塩とともに、還元剤を含有する。還元剤は、導電性インクの金属塩に含まれる金属イオンに対して還元性を有していれば特に限定するものではない。また、還元性とは、導電性インクの金属塩に含まれる金属イオンを還元できる性質であることを指す。
アルカンチオール類としては、例えば、エタンチオール、n−プロパンチオール、i−プロパンチオール、n−ブタンチオール、i−ブタンチオール、t−ブタンチオール、n−ペンタンチオール、n−ヘキサンチオール、シクロヘキサンチオール、n−ヘプタンチオール、n−オクタンチオール、2−エチルヘキサンチオールが挙げられる。
本発明で用いられる導電性インクは、金属塩の還元析出速度を向上させる、あるいは、導電性インクの粘度を調節する目的で、さらに金属微粒子を含有することができる。
CV値 = 標準偏差/平均粒子径 × 100(%)
金属微粒子の含有量としては、導電性インクの全量に対して、0質量%〜60質量%の範囲が例示され、金属微粒子を用いる場合は1質量%〜40質量%の範囲が好ましく、1質量%〜20質量%の範囲がより好ましい。
本発明で用いられる導電性インクは、適切な粘度に調節して生産性を向上させる観点や、低抵抗で均一な導通部を得る観点から、溶剤を含有することが好ましい。
導電性インクを調製する場合の混合方法としては、特に限定するものではないが、例えば、攪拌羽による攪拌、スターラーおよび攪拌子による攪拌、沸盪器による攪拌、超音波(ホモジナイザー)、ウエイブローターによる攪拌が挙げられる。攪拌条件としては、例えば、攪拌羽による攪拌の場合、攪拌羽の回転速度は、通常1rpm〜4000rpmの範囲、好ましくは100rpm〜2000rpmの範囲である。ウエイブローターで混合する場合の容器の回転速度は、通常10〜100rpmの範囲、好ましくは50〜100rpmでの範囲である。
[実施例A1]
ギ酸銅4水和物 20部、2−エチルヘキシルアミン 80部を、室温にてウエイブローターによって50rpmの条件で混合し、0.1Pa・sの粘度の銅インクを調製した。なお、銅インクの粘度は、E型粘度計(RE−80/85L型、東機産業)により、温度20℃、剪断速度10sec-1の条件で測定した。
実施例A1において、金属塩、還元剤および溶剤を表1に示すとおりに変更したこと以外は実施例A1と同様にして、銅インクを調製した。なお、表1中の金属塩、還元剤および溶剤についての数値の単位は「部」である。得られた銅インクの粘度を表1に示す。
[実施例B1]
図3は、実施例B1による金属膜を形成する方法を示す製造工程図である。
厚さ1mmのガラスエポキシ樹脂基板31に厚さ18μmの銅箔がラミネートされている銅張積層板(パナソニック社製、R1705)をエッチングし、図3(a)に示されているように、幅100μmのラインおよび直径200μmのランドを有する下層銅パターン32を形成した。
図4は、実施例B2による金属膜を形成する方法を示す製造工程図である。
厚さ1mmのガラスエポキシ樹脂基板41に厚さ18μmの銅箔がラミネートされている銅張積層板(パナソニック社製 R1705)をエッチングし、図4(a)に示されているように、幅100μmのラインおよび直径200μmのランドを有する下層銅パターン42を形成した。
図4(f)に示されているように、デジタルマルチメーターKethley2000によって、得られた上層銅パターン48bと48cとの間(最小電極間距離30μm)の絶縁抵抗が10MΩ以上であり、上層銅パターン48aと下層銅パターン42aとの導通抵抗が10Ω以下であることを確認した。実施例B2において、実施例A1で得られた銅インクにかえて実施例A2〜A7で得られた銅インクを用いた場合でも、同様の結果が得られた。
図5は、実施例B3による金属膜を形成する方法を示す製造工程図である。
厚さ1mmのガラスエポキシ樹脂基板51に厚さ18μmの銅箔がラミネートされている銅張積層板(パナソニック社製 R1705)をエッチングし、図5(a)に示されているように、幅100μmのラインおよび直径200μmのランドを有する下層銅パターン52を形成した。
2、12 第2の電極
3、13 第1の基板
4、14 第2の基板
5、15 ビア孔
6、16 金属膜
17 接着層
31、41、51 基板
32、42、52 下層銅パターン
33 銅箔層
34、44、54 絶縁層
35、45、55 ビア孔
36、46、56 金属膜(導電層)
37、47 フォトレジスト層
38、48、58 上層銅パターン
100 基板
101 コア基板
102 絶縁層
201 孔
202 孔の側壁
203 孔の底面(閉塞部)
204 孔の開口部
Claims (19)
- 孔を有する基板の、前記孔と接する表面と、
金属塩および還元剤を含有する導電性インクと
を接触させた状態で、前記基板を加熱する工程を有する、金属膜形成方法。 - 前記導電性インクの粘度が1Pa・s以下である、請求項1に記載の金属膜形成方法。
- 前記基板が、
一端が開口した開口部と、残りの一端が閉塞された閉塞部とを有する非貫通孔
が形成された基板である、請求項1または2に記載の金属膜形成方法。 - 前記基板は複数の層が積層されてなるものであって、
前記開口部は、第1の層に設けられた貫通孔によって形成されるものであり、
前記閉塞部は、第2の層によって形成されるものである、
請求項3に記載の金属膜形成方法。 - 前記開口部の直径が1〜1000μmである、請求項3または4に記載の金属膜形成方法。
- 前記基板に、前記孔に接して、電極が少なくとも1つ形成されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 前記金属塩が銅塩である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 前記銅塩が、ギ酸銅およびギ酸銅四水和物から選ばれる少なくとも1種である、請求項7に記載の金属膜形成方法。
- 前記還元剤が、アルカンチオール類、アミン類、ヒドラジン類、モノアルコール類、ジオール類、ヒドロキシルアミン類、α−ヒドロキシケトン類およびカルボン酸類から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 前記導電性インクが、さらに溶剤を含有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 前記加熱が、非酸化性雰囲気下で50℃〜500℃の範囲で行われる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 前記基板において前記孔と接する表面に導電性インクを接触させる方法が、塗布または印刷による、請求項1〜11のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 前記孔が、多層配線基板に形成されたビアホール、半導体基板に形成されたスルーシリコンビア、または半導体基板上に積層される多層配線層に形成されたビアホールである、請求項1〜12のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- ダイナミックランダムアクセスメモリのキャパシタセルを構成するキャパシタ電極を形成するための、請求項1〜12のいずれか1項に記載の金属膜形成方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載の金属膜形成方法に用いられる、金属塩および還元剤を含有する導電性インク。
- 1Pa・s以下の粘度を有する、請求項15に記載の導電性インク。
- ビアホールと接する表面に、請求項15または16に記載の導電性インクから形成された金属膜を有する多層配線基板。
- 半導体基板に設けられたスルーシリコンビアまたは半導体基板上に積層される多層配線層に設けられたビアホールと接する表面に、請求項15または16に記載の導電性インクから形成された金属膜を有する半導体基板。
- 請求項15または16に記載の導電性インクから形成されたキャパシタ電極を有する、ダイナミックランダムアクセスメモリのキャパシタセル。
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