JP2016048779A - Circuit device having three-dimensional wiring, method for forming three-dimensional wiring, and a composition for metal film formation for three-dimensional wiring - Google Patents

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大喜多 健三
Kenzo Okita
健三 大喜多
功 有留
Isao Aritome
功 有留
太一 松本
Taichi Matsumoto
太一 松本
和人 渡部
Kazuto Watabe
和人 渡部
小林 敦
Atsushi Kobayashi
敦 小林
杉郎 下田
Sugio Shimoda
杉郎 下田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit device having three-dimensional wiring with good conductivity, which makes possible to readily manufacture the three-dimensional wiring with a relatively high productivity at a relatively low manufacturing cost.SOLUTION: A silicon through wiring board 1 having three-dimensional wiring arranged so that an upper wiring 12a and a lower wiring 13a are electrically connected to each other by a contact plug 14a is manufactured. The contact plug CP includes a bottom part seed layer BS, a main seed layer MS, and a plug main body PB. The bottom part seed layer BS is formed by a conductor layer formed by vapor deposition. The main seed layer MS is formed by heating a coating film of a composition for metal film formation which includes at least one of a salt of a metal selected from Group X and Group XI of the periodic table and particles thereof.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、3次元配線を有する回路装置、3次元配線の形成方法、および3次元配線用の金属膜形成用組成物に関する。   The present invention relates to a circuit device having three-dimensional wiring, a method for forming a three-dimensional wiring, and a metal film forming composition for three-dimensional wiring.

集積回路や回路基板等では、回路素子の高密度実装化、高配線密度化、配線長の低減等を図るために、所定の配線や回路を2つ以上の配線層に分けて設計し、これらの配線層を基板の上下面に分散配置するか1つの基板の片面上に積層する3次元配線技術が多用されている。配線層同士の電気的な接続は、例えば2つの配線層を基板の上下面に分散配置する場合には、一方の配線層側から基板を貫通して他方の配線層側に達する貫通電極(以下、コンタクトプラグという。)によって行われる。また、1つの基板の片面上に複数の配線層を積層する場合には、上側の配線層を貫通して当該配線層の下側に位置する配線層に達するコンタクトプラグによって行われる。非特許文献1、非特許文献2、および非特許文献3には、シリコンチップにコンタクトプラグを設け、シリコンチップ上面側の配線と下面側の電極とをコンタクトプラグによって電気的に接続する技術が記載されている。   In integrated circuits and circuit boards, etc., in order to achieve high density mounting of circuit elements, high wiring density, reduction of wiring length, etc., predetermined wirings and circuits are divided into two or more wiring layers and designed. A three-dimensional wiring technique in which the wiring layers are distributed on the upper and lower surfaces of the substrate or laminated on one surface of one substrate is widely used. For example, when two wiring layers are dispersedly arranged on the upper and lower surfaces of the substrate, the wiring layers are electrically connected to a through electrode (hereinafter referred to as a through electrode) that penetrates the substrate from one wiring layer side and reaches the other wiring layer side. , Called contact plug). Further, when a plurality of wiring layers are stacked on one surface of one substrate, the contact plug penetrates the upper wiring layer and reaches the wiring layer positioned below the wiring layer. Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3 describe a technique in which a contact plug is provided on a silicon chip, and wiring on the upper surface side of the silicon chip and an electrode on the lower surface side are electrically connected by the contact plug. Has been.

コンタクトプラグの形成方法としては、コンタクトプラグ形成用のビアホール内に導電性ペーストを充填する方法が知られている。例えば特許文献1および特許文献2には、ビアホール内にスキージを用いて導電性ペーストを充填する方法が記載されている。また、導電性ペーストを用いたコンタクトプラグよりも細径かつ高導電性のコンタクトプラグを形成することができる形成方法として、例えば特許文献3、特許文献4、および非特許文献1には、ビアホールの内壁に物理的気相蒸着法(PVD法)、化学的気相蒸着法(CVD法)、原子層堆積法(ALD法)等でシード層を形成した後に電解めっき法で導電体を析出させてビアホールを埋める方法が記載されている。   As a method for forming a contact plug, a method of filling a conductive paste in a via hole for forming a contact plug is known. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a method of filling a conductive paste with a squeegee in a via hole. Further, as a forming method capable of forming a contact plug having a smaller diameter and higher conductivity than a contact plug using a conductive paste, for example, Patent Document 3, Patent Document 4, and Non-Patent Document 1 include via holes. After forming a seed layer on the inner wall by physical vapor deposition (PVD method), chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), etc., a conductor is deposited by electrolytic plating. A method for filling a via hole is described.

そして、低圧雰囲気中ないし真空中で成膜するPVD法、CVD法、ALD法等よりも低コストかつ短時間で金属膜を成膜することができる方法として、金属粒子の分散液や、金属粒子の前駆体となる金属塩等を含有した組成物を塗工した後に加熱処理することで金属膜を形成する方法も知られている。   As a method capable of forming a metal film at a lower cost and in a shorter time than a PVD method, a CVD method, an ALD method, or the like, which is formed in a low-pressure atmosphere or in a vacuum, a metal particle dispersion or metal particle Also known is a method of forming a metal film by applying a heat treatment after coating a composition containing a metal salt or the like as a precursor of the above.

例えば特許文献5および特許文献6には、金属超微粒子を分散媒に分散させた分散液を基材上に塗工した後に加熱処理して金属膜を形成することが記載されている。特許文献7、特許文献8、および特許文献9には、ギ酸銅とアミンとを含有した組成物を基材上に塗工した後にアルゴン雰囲気中で加熱処理して銅配線を形成することが記載されている。   For example, Patent Document 5 and Patent Document 6 describe that a metal film is formed by applying a dispersion liquid in which metal ultrafine particles are dispersed in a dispersion medium on a base material and then performing heat treatment. Patent Document 7, Patent Document 8, and Patent Document 9 describe that a copper wiring is formed by applying a composition containing copper formate and an amine on a substrate and then heat-treating in an argon atmosphere. Has been.

特許文献10には、銅塩とアミンとを含有した組成物を基材上に塗工した後に加熱処理して銅配線を形成することが記載されている。特許文献11には、ギ酸銅とアルカノールアミンとを含有した組成物を基材上に塗工した後に加熱処理して銅配線を形成することが記載されている。特許文献12および特許文献13には、貴金属微粒子、銅塩、還元剤、およびモノアミンを含有した組成物を基材上に塗工した後に加熱処理して銅配線を形成することが記載されている。そして、特許文献14には、熱分解性の金属前駆体を基材上に塗工した後に還元性雰囲気中で熱分解して銅配線を形成することが記載されている。特許文献15には、銅を含む導電性前駆体を基材上に塗工し、加熱することで導電体を基板上に形成する方法について記載されている。   Patent Document 10 describes that a copper wiring is formed by applying a composition containing a copper salt and an amine on a substrate and then heat-treating the composition. Patent Document 11 describes that a copper wiring is formed by applying a composition containing copper formate and alkanolamine on a substrate and then heat-treating the composition. Patent Document 12 and Patent Document 13 describe that a copper wiring is formed by applying a composition containing noble metal fine particles, a copper salt, a reducing agent, and a monoamine on a base material, followed by heat treatment. . Patent Document 14 describes that a thermally decomposable metal precursor is coated on a substrate and then thermally decomposed in a reducing atmosphere to form a copper wiring. Patent Document 15 describes a method of forming a conductor on a substrate by coating a conductive precursor containing copper on a substrate and heating.

特開2002−144523号公報JP 2002-144523 A 特開2004−39887号公報JP 2004-39887 A 特開2011−205222号公報JP 2011-205222 A 特開2000−68651号公報JP 2000-68651 A 特開2001−35255号公報JP 2001-35255 A 特開2002−121606号公報JP 2002-121606 A 特開2008−13466号公報JP 2008-13466 A 特開2008−31104号公報JP 2008-31104 A 特開2005−2471号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-2471 特開2004−162110号公報JP 2004-162110 A 特開2010−242118号公報JP 2010-242118 A 特開2011−34749号公報JP 2011-34749 A 特開2011−34750号公報JP 2011-34750 A 米国特許第6,048,790号公報US Pat. No. 6,048,790 米国特許第7,629,017号公報US Pat. No. 7,629,017

「シリコン貫通電極」、東京電機大学出版局、2011年"Through silicon electrode", Tokyo Denki University Press, 2011 「科学技術動向(Science & Technology Trends)」、2010年4月号、p23−33"Science & Technology Trends", April 2010, p23-33 「エレクトロニクス実装学会誌 Vol.12、No.2」、2009年“Journal of Japan Institute of Electronics Packaging Vol.12, No.2”, 2009

導電性が良好なコンタクトプラグを形成するという観点からは、めっき法によって当該コンタクトプラグを形成することが望ましい。しかしながら、近年では高密度実装化や高配線密度化の進展によってビアホールが小径化し、これに伴ってビアホールのアスペクト比(口径に対する深さの比)は高く(大きく)なってきていることから、気相蒸着法および塗工法のいずれによっても、ビアホール内に良好な段差被覆性の下にシード層を形成することが困難になってきている。   From the viewpoint of forming a contact plug with good conductivity, it is desirable to form the contact plug by a plating method. In recent years, however, via holes have become smaller in diameter due to progress in high-density mounting and high wiring density, and the aspect ratio of the via hole (the ratio of the depth to the diameter) has become higher (larger). It has become difficult to form a seed layer under good step coverage in the via hole by either the phase vapor deposition method or the coating method.

シード層の段差被覆性が低い場合には、めっき法によってビアホールを金属で埋める際に、ビアホールの上端部側での金属の析出が下端部側での金属の析出よりも過大になって、ビアホールの下端部側に十分な量の金属を析出させることが困難になり易くなると共に、ボイドが発生し易くなる。また、ビアホールの下端部側に充分な量の金属を析出させるためには長時間を要し、結果として基材の上面に必要以上に厚い金属層が形成されてその除去に長時間を要することとなって、生産性の低下、製造コストの上昇、余分な金属層を化学的機械的研磨(CMP)等の方法で除去する際のタクトタイムの増大等をまねく。高性能の気相蒸着装置を用いれば、高アスペクト比のビアホール内にも良好な段差被覆性の下にシード層を形成することが可能であるが、このような装置の利用は3次元配線の製造コストの増大につながると共に、生産性の低下にもつながる。   When the seed layer has a low step coverage, when the via hole is filled with metal by plating, the metal deposition on the upper end side of the via hole is larger than the metal deposition on the lower end side, and the via hole is It becomes difficult to deposit a sufficient amount of metal on the lower end side of the metal, and voids are easily generated. In addition, it takes a long time to deposit a sufficient amount of metal on the lower end side of the via hole, and as a result, a metal layer that is thicker than necessary is formed on the upper surface of the substrate, and it takes a long time to remove it. As a result, the productivity is lowered, the manufacturing cost is increased, and the tact time is increased when the excess metal layer is removed by a method such as chemical mechanical polishing (CMP). If a high-performance vapor deposition apparatus is used, it is possible to form a seed layer in a high aspect ratio via hole with good step coverage, but such an apparatus can be used for three-dimensional wiring. This leads to an increase in manufacturing cost and a decrease in productivity.

本発明の目的は、導電性が良好な3次元配線を有し、当該3次元配線を比較的高い生産性の下に、かつ比較的低い製造コストの下に製造することが容易な3次元配線を有する回路装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a three-dimensional wiring having a three-dimensional wiring with good conductivity and capable of easily manufacturing the three-dimensional wiring with a relatively high productivity and a relatively low manufacturing cost. It is providing the circuit device which has these.

本発明の他の目的は、導電性が良好な3次元配線を比較的高い生産性の下に、かつ比較的に低い製造コストの下に形成することができる3次元配線の形成方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for forming a three-dimensional wiring which can form a three-dimensional wiring having good conductivity with relatively high productivity and at a relatively low manufacturing cost. There is.

本発明の更に他の目的は、アスペクト比が大きい貫通孔やブラインドビアホールであっても当該貫通孔やブラインドビアホール内に良好な段差被覆性の下に金属膜を容易に形成することができる3次元配線用の金属膜形成用組成物を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a three-dimensional structure capable of easily forming a metal film with good step coverage in a through hole or a blind via hole having a large aspect ratio even in the through hole or blind via hole. The object is to provide a metal film forming composition for wiring.

本発明の第1の態様の3次元配線を有する回路装置は、基材または電気絶縁膜の上面側に形成された上側配線と、前記基材または前記電気絶縁膜の下面側に形成された下側配線とが、前記基材または前記電気絶縁膜に設けられた貫通孔内に形成されているコンタクトプラグによって互いに電気的に接続されている3次元配線を有し、
前記コンタクトプラグは、前記コンタクトプラグの下端面側を構成する底部シード層と、該底部シード層および前記貫通孔の内壁の各々を覆う主シード層と、該主シード層上に形成されて前記貫通孔を埋める導電体層とを有し、
前記底部シード層は、スパッタリング法によって形成された導電体の層であり、前記主シード層は、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有する金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して形成された金属膜であることを特徴とする。
The circuit device having the three-dimensional wiring according to the first aspect of the present invention includes an upper wiring formed on the upper surface side of the base material or the electric insulating film, and a lower surface formed on the lower surface side of the base material or the electric insulating film. The side wiring has a three-dimensional wiring electrically connected to each other by a contact plug formed in a through-hole provided in the base material or the electrical insulating film;
The contact plug is formed on the main seed layer, the bottom seed layer constituting the lower end surface side of the contact plug, the main seed layer covering each of the bottom seed layer and the inner wall of the through hole, and the through seed A conductor layer filling the hole,
The bottom seed layer is a conductor layer formed by a sputtering method, and the main seed layer is a metal containing at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table. It is a metal film formed by heating the coating film of the film forming composition.

第1の態様の3次元配線を有する回路装置においては、前記貫通孔の内壁上での前記主シード層の厚さの平均値が10〜2000nmであることが好ましい。   In the circuit device having the three-dimensional wiring of the first aspect, it is preferable that an average value of the thickness of the main seed layer on the inner wall of the through hole is 10 to 2000 nm.

また、第1の態様の3次元配線を有する回路装置においては、前記主シード層は、銅粒子の焼結膜であることが好ましい。   In the circuit device having the three-dimensional wiring according to the first aspect, the main seed layer is preferably a sintered film of copper particles.

また、第1の態様の3次元配線を有する回路装置においては、前記貫通孔の口径は1〜100μm、深さは20〜200μm、前記口径に対する前記深さの比は1〜50であることが好ましい。   In the circuit device having the three-dimensional wiring according to the first aspect, the diameter of the through hole is 1 to 100 μm, the depth is 20 to 200 μm, and the ratio of the depth to the diameter is 1 to 50. preferable.

また、第1の態様の3次元配線を有する回路装置においては、前記主シード層の下地層として前記貫通孔の少なくとも内壁を覆うバリア層を更に有し、該バリア層は、高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含むことが好ましい。   In the circuit device having the three-dimensional wiring according to the first aspect, the circuit device further includes a barrier layer that covers at least the inner wall of the through hole as a base layer of the main seed layer. It is preferable to include at least one layer made of a melting point metal alloy or a high melting point metal compound.

本発明の第2の態様の3次元配線の形成方法は、基材または電気絶縁膜に設けられた貫通孔内にコンタクトプラグが形成され、前記基材または前記電気絶縁膜の上面側に形成された上側配線と、前記基材または前記電気絶縁膜の下面側に形成された下側配線とが前記コンタクトプラグによって互いに電気的に接続されている3次元配線の形成方法であって、
前記基材または前記電気絶縁膜に貫通孔もしくはブラインドビアホールを形成するホール形成工程と、
前記貫通孔の下端側または前記ブラインドビアホールの底面上に、気相蒸着法によって導電体を堆積させて底部シード層を形成する底部シード層形成工程と、
前記底部シード層が形成された基材または電気絶縁膜に、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有する金属膜形成用組成物を塗工して、前記基材または前記電気絶縁層の上面、前記貫通孔または前記ブラインドビアホールの内壁、および前記底部シード層の上面を覆う塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜を加熱して金属膜にする金属膜形成工程と、
を含むことを特徴とする。
In the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect of the present invention, a contact plug is formed in a through-hole provided in a base material or an electrical insulating film, and is formed on the upper surface side of the base material or the electrical insulating film. The upper wiring and the lower wiring formed on the lower surface side of the base material or the electric insulating film are electrically connected to each other by the contact plug,
A hole forming step of forming a through hole or a blind via hole in the base material or the electrical insulating film;
A bottom seed layer forming step of forming a bottom seed layer by depositing a conductor by vapor deposition on a lower end side of the through hole or on a bottom surface of the blind via hole;
A metal film-forming composition containing at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table is applied to the base material or electrical insulating film on which the bottom seed layer is formed. A coating film forming step of forming a coating film covering the upper surface of the base material or the electrical insulating layer, the inner wall of the through-hole or the blind via hole, and the upper surface of the bottom seed layer;
A metal film forming step of heating the coating film to form a metal film;
It is characterized by including.

第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記金属膜形成用組成物の粘度は1Pa・s以下、金属濃度は5〜50質量%であることが好ましい。   In the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect, the metal film-forming composition preferably has a viscosity of 1 Pa · s or less and a metal concentration of 5 to 50% by mass.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記金属膜形成工程で、前記塗膜を酸素濃度500ppm以下の雰囲気中または真空中にて100〜200℃に加熱することが好ましい。   Moreover, in the formation method of the three-dimensional wiring of a 2nd aspect, it is preferable at the said metal film formation process to heat the said coating film to 100-200 degreeC in the atmosphere or oxygen vacuum of 500 ppm or less of oxygen concentration.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記金属膜形成工程で、前記貫通孔の内壁上または前記ブラインドビアホールの内壁上での厚さの平均値が10〜2000nmの金属膜を形成することが好ましい。   Further, in the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect, in the metal film forming step, the metal film having an average thickness on the inner wall of the through hole or the inner wall of the blind via hole is 10 to 2000 nm. Is preferably formed.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記金属膜は銅粒子の焼結膜であることが好ましい。   In the second aspect of the method for forming a three-dimensional wiring, the metal film is preferably a sintered film of copper particles.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記貫通孔または前記ブラインドビアホールの口径は1〜100μm、深さは20〜200μm、前記口径に対する前記深さの比は1〜50であることが好ましい。   In the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect, the diameter of the through hole or the blind via hole is 1 to 100 μm, the depth is 20 to 200 μm, and the ratio of the depth to the diameter is 1 to 50. Preferably there is.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記金属膜形成工程に先だって、前記貫通孔または前記ブラインドビアホールの内面上にバリア層の母材となる高融点膜を形成する高融点膜形成工程を更に含むことが好ましい。   Further, in the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect, prior to the metal film forming step, a high melting point film that forms a high melting point film serving as a base material of the barrier layer on the inner surface of the through hole or the blind via hole. It is preferable to further include a film forming step.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、めっき法により前記底部シード層上および前記金属膜上に導電体を堆積させて前記貫通孔または前記ブラインドビアホールを埋めるめっき工程を更に含むことが好ましい。   The method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect further includes a plating step of filling the through hole or the blind via hole by depositing a conductor on the bottom seed layer and the metal film by a plating method. It is preferable.

また、第2の態様の3次元配線の形成方法においては、前記めっき工程で堆積した余剰の導電体を化学的機械的研磨法によって除去する研磨工程を更に含むことが好ましい。   Moreover, the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect preferably further includes a polishing step of removing excess conductor deposited in the plating step by a chemical mechanical polishing method.

第3の態様の3次元配線用の金属膜形成用組成物は、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有することを特徴とする。   The metal film forming composition for three-dimensional wiring according to the third aspect is characterized by containing at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table.

第3の態様の3次元配線用の金属膜形成用組成物においては、前記金属の塩は銅またはニッケルを含むカルボン酸塩であり、前記金属の粒子は銅粒子またはニッケル粒子であることが好ましい。   In the metal film forming composition for three-dimensional wiring according to the third aspect, the metal salt is preferably a carboxylate containing copper or nickel, and the metal particles are preferably copper particles or nickel particles. .

また、第3の態様の3次元配線用の金属膜形成用組成物においては、前記金属の塩はギ酸銅またはギ酸ニッケルであり、前記金属の粒子は、平均粒子径が5〜100nmの銅粒子またはニッケル粒子であることが好ましい。   In the metal film forming composition for three-dimensional wiring according to the third aspect, the metal salt is copper formate or nickel formate, and the metal particles are copper particles having an average particle diameter of 5 to 100 nm. Alternatively, nickel particles are preferable.

また、第3の態様の3次元配線用の金属膜形成用組成物においては、アミン化合物を更に含有することが好ましい。   The metal film forming composition for three-dimensional wiring according to the third aspect preferably further contains an amine compound.

また、第3の態様の3次元配線用の金属膜形成用組成物においては、粘度が1Pa・s以下、金属濃度が5〜50質量%であることが好ましい。   In the composition for forming a metal film for a three-dimensional wiring according to the third aspect, the viscosity is preferably 1 Pa · s or less and the metal concentration is preferably 5 to 50% by mass.

本発明の第1の態様の3次元配線を有する回路装置では、コンタクトプラグが底部シード層、主シード層、および該シード層上に形成されて貫通孔を埋める導電体層を有し、かつ底部シード層は気相蒸着法によって形成され、主シード層は、本発明の第3の態様の金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して形成されるので、3次元配線の導電性が良好で、当該3次元配線を比較的高い生産性の下に、かつ比較的低い製造コストの下に製造することが容易である。また、主シード層の基板に対する高い密着性を確保し易い。   In the circuit device having the three-dimensional wiring according to the first aspect of the present invention, the contact plug has a bottom seed layer, a main seed layer, and a conductor layer formed on the seed layer to fill the through hole, and the bottom portion The seed layer is formed by a vapor deposition method, and the main seed layer is formed by heating the coating film of the metal film forming composition of the third aspect of the present invention, so that the conductivity of the three-dimensional wiring is good. Thus, it is easy to manufacture the three-dimensional wiring with a relatively high productivity and a relatively low manufacturing cost. Moreover, it is easy to ensure high adhesion to the substrate of the main seed layer.

本発明の第2の態様の3次元配線の形成方法では、コンタクトプラグを形成するにあたって、まず、底部シード層を気相蒸着法によって形成し、その後に本発明の第3の態様の金属膜形成用組成物を塗工して得た塗膜を加熱して金属膜にするので、当該金属膜をシード層として用いためっき法によってコンタクトプラグのプラグ本体を形成することが可能である。このため、当該3次元配線の形成方法によれば、導電性が良好な3次元配線を比較的高い生産性の下に、かつ比較的に低い製造コストの下に形成することができる。   In the method for forming a three-dimensional wiring according to the second aspect of the present invention, when forming the contact plug, first, the bottom seed layer is formed by vapor deposition, and then the metal film formation according to the third aspect of the present invention is performed. Since the coating film obtained by applying the composition is heated to form a metal film, the plug body of the contact plug can be formed by a plating method using the metal film as a seed layer. For this reason, according to the method of forming the three-dimensional wiring, a three-dimensional wiring having good conductivity can be formed with relatively high productivity and at a relatively low manufacturing cost.

本発明の第3の態様の3次元配線用の金属膜形成用組成物は、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有するので、当該金属膜形成用組成物を塗工して得た塗膜を加熱することにより、アスペクト比が大きい貫通孔やブラインドビアホールであっても当該貫通孔やブラインドビアホール内に良好な段差被覆性の下に金属膜を容易に形成することができる。   Since the composition for forming a metal film for a three-dimensional wiring according to the third aspect of the present invention contains at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table, the metal film By heating the coating film obtained by coating the forming composition, even if the through-hole or blind via hole has a large aspect ratio, the metal film has a good step coverage in the through-hole or blind via hole. Can be easily formed.

(A)は、3次元配線を有する回路装置についての一実施形態を概略的に示す平面図であり、(B)は、図1(A)に示したI−I線断面の概略図である。(A) is a top view which shows roughly one Embodiment about the circuit apparatus which has a three-dimensional wiring, (B) is the schematic of the II line cross section shown to FIG. 1 (A). . (A)〜(D)は、それぞれ、図1に示した3次元配線を有する回路装置(シリコン貫通配線基板)を製造する際の一工程を概略的に示す断面図である。(A)-(D) is sectional drawing which shows schematically one process at the time of manufacturing the circuit apparatus (silicon through-wiring wiring board) which has the three-dimensional wiring shown in FIG. 1, respectively. (E)〜(I)は、それぞれ、図2(D)に示した工程の後に行われる一工程を概略的に示す断面図である。(E)-(I) is sectional drawing which shows schematically one process performed after the process shown in FIG.2 (D), respectively. (A)は、3次元配線を有する回路装置についての他の実施形態を概略的に示す断面図であり、(B)は、図4(A)中に一点鎖線で描いた円Cによって囲まれた領域の拡大図である。(A) is sectional drawing which shows schematically other embodiment about the circuit apparatus which has three-dimensional wiring, (B) is enclosed by the circle C drawn with the dashed-dotted line in FIG. 4 (A). FIG. (A)〜(C)は、それぞれ、図4に示した3次元配線を有する回路装置(半導体装置)を製造する際の一工程を概略的に示す断面図である。(A)-(C) is sectional drawing which shows roughly one process at the time of manufacturing the circuit device (semiconductor device) which has each three-dimensional wiring shown in FIG. (D)〜(F)は、それぞれ、図5(C)に示した工程の後に行われる一工程を概略的に示す断面図である。(D)-(F) is sectional drawing which shows schematically one process performed after the process shown in FIG.5 (C), respectively.

実施の形態1.
<3次元配線を有する回路装置>
図1(A)は、3次元配線を有する回路装置についての一実施形態を概略的に示す平面図であり、図1(B)は、図1(A)に示したI−I線断面の概略図である。図1(A)および図1(B)に示す3次元配線を有する回路装置はシリコン貫通配線基板である。以下、当該シリコン貫通配線基板の参照符号を「1」として説明する。
Embodiment 1 FIG.
<Circuit device having three-dimensional wiring>
FIG. 1A is a plan view schematically showing an embodiment of a circuit device having three-dimensional wiring, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line I-I shown in FIG. FIG. The circuit device having a three-dimensional wiring shown in FIGS. 1A and 1B is a through silicon via substrate. Hereinafter, the reference numeral of the through silicon via substrate will be described as “1”.

シリコン貫通配線基板1は、シリコン基板10と、シリコン基板10の上面上に上側バリア層を介して形成された複数の上側配線と、シリコン基板10の下面上に下側バリア層を介して形成された複数の下側配線と、各々がシリコン基板10を貫通して所定の上側配線と所定の下側配線とを電気的に接続する複数のコンタクトプラグとを有する。各上側バリア層は、平面視上、その上の上側配線と同一の形状および大きさを有する。同様に、各下側バリア層は、平面視上、その下の下側配線と同一の形状および大きさを有する。   The through silicon via substrate 1 is formed on a silicon substrate 10, a plurality of upper wirings formed on the upper surface of the silicon substrate 10 via an upper barrier layer, and on the lower surface of the silicon substrate 10 via a lower barrier layer. A plurality of lower wirings, and a plurality of contact plugs that respectively penetrate the silicon substrate 10 and electrically connect the predetermined upper wiring and the predetermined lower wiring. Each upper barrier layer has the same shape and size as the upper wiring on it in plan view. Similarly, each lower barrier layer has the same shape and size as the lower wiring below it in plan view.

図1(A)には5つの上側配線12a〜12eが示されており、図1(B)には3つの上側配線12a〜12cと2つの下側配線13a〜13bとが示されている。また、図1(A)には6つのコンタクトプラグ14a〜14fが示されており、図1(B)には3つのコンタクトプラグ14a〜14cが示されている。コンタクトプラグによって互いに電気的に接続された上側配線および下側配線は、コンタクトプラグと共に1つの3次元配線を構成する。   FIG. 1A shows five upper wirings 12a to 12e, and FIG. 1B shows three upper wirings 12a to 12c and two lower wirings 13a to 13b. 1A shows six contact plugs 14a to 14f, and FIG. 1B shows three contact plugs 14a to 14c. The upper wiring and the lower wiring that are electrically connected to each other by the contact plug constitute one three-dimensional wiring together with the contact plug.

図1(B)に示すように、個々の上側バリア層11a1〜11a3は、対応するコンタクトプラグ14a,14b,または14cが設けられた貫通孔THの内壁からシリコン基板10の上面を覆い、各下側バリア層11b1,11b2はシリコン基板10の下面を覆う。上側バリア層11a1〜11a3および下側バリア層11b1,11b2は、高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含み、各上側配線12a〜12e、各下側配線13a〜13b、および各コンタクトプラグ14a〜14fからシリコン基板10へのエレクトロマイグレーションの発生を抑える。   As shown in FIG. 1B, each of the upper barrier layers 11a1 to 11a3 covers the upper surface of the silicon substrate 10 from the inner wall of the through hole TH provided with the corresponding contact plug 14a, 14b, or 14c. The side barrier layers 11 b 1 and 11 b 2 cover the lower surface of the silicon substrate 10. The upper barrier layers 11a1 to 11a3 and the lower barrier layers 11b1 and 11b2 include at least one layer made of a refractory metal, an alloy of a refractory metal, or a compound of a refractory metal, and each of the upper wirings 12a to 12e, Occurrence of electromigration from the side wirings 13a to 13b and the contact plugs 14a to 14f to the silicon substrate 10 is suppressed.

前記高融点金属、高融点金属の合金、および高融点金属の化合物としては、チタン、チタン窒化物、シリコン酸化物、タンタル、タンタル窒化物、タングステン窒化物、コバルト、ニッケル、タングステン、コバルトタングステン、コバルトモリブデン、コバルトニッケル、ニッケルタングステン、およびニッケルモリブデン、ならびにこれらの高融点金属、高融点金属の合金、および高融点金属の化合物にホウ素、リンをドープしたもの等が挙げられる。シリコン酸化物からなる層によって上側バリア層11a1〜11a3または下側バリア層11b1,11b2を形成する場合には、シリコン基板10の表面を自然酸化させることによって当該バリア層を形成することが可能である。なお、図1(B)においては、上側バリア層11a1〜11a3へのハッチングの付与を省略している。   Examples of the refractory metal, refractory metal alloy, and refractory metal compound include titanium, titanium nitride, silicon oxide, tantalum, tantalum nitride, tungsten nitride, cobalt, nickel, tungsten, cobalt tungsten, and cobalt. Examples include molybdenum, cobalt nickel, nickel tungsten, nickel molybdenum, and their high melting point metals, alloys of high melting point metals, and compounds of high melting point metals doped with boron and phosphorus. When the upper barrier layers 11a1 to 11a3 or the lower barrier layers 11b1 and 11b2 are formed of a layer made of silicon oxide, the barrier layer can be formed by natural oxidation of the surface of the silicon substrate 10. . In FIG. 1B, the hatching of the upper barrier layers 11a1 to 11a3 is omitted.

各上側配線12a〜12eおよび各下側配線13a〜13bは、例えば銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム等の金属や、これらの金属の少なくとも1種を含有する合金、あるいはITO(インジウム・スズ酸化物)等の透明導電材料からなり、その形成方法は気相蒸着法等、適宜選定可能である。   The upper wirings 12a to 12e and the lower wirings 13a to 13b are made of, for example, a metal such as copper, nickel, gold, silver, or aluminum, an alloy containing at least one of these metals, or ITO (indium tin oxide). And the formation method thereof can be selected as appropriate, such as a vapor deposition method.

各コンタクトプラグ14a〜14cは、対応する貫通孔THの下端面側を構成する底部シード層BSと、貫通孔THの内壁上に上側バリア層11a1,11a2または11a3を介して形成されて底部シード層BSおよび当該貫通孔THの内壁の各々を覆う主シード層MSと、主シード層MS上に形成されて貫通孔THを埋めるプラグ本体PBとを有する。他のコンタクトプラグについても同様である。   Each of the contact plugs 14a to 14c is formed on the bottom seed layer BS constituting the lower end surface side of the corresponding through hole TH, and on the inner wall of the through hole TH via the upper barrier layer 11a1, 11a2 or 11a3, and the bottom seed layer A main seed layer MS that covers each of the BS and the inner wall of the through hole TH, and a plug body PB that is formed on the main seed layer MS and fills the through hole TH. The same applies to other contact plugs.

各底部シード層BSは、スパッタリング法等のPVD法、CVD法、ALD法等の気相蒸着法によって銅、ニッケル、パラジウム、白金、金、銀またはこれらの合金等を堆積させることで形成された導電体の層である。個々の底部シード層BSの膜厚は、例えば200nm以下の範囲内で適宜選定することが好ましく、5〜100nmの範囲内で適宜選定することが更に好ましい。   Each bottom seed layer BS was formed by depositing copper, nickel, palladium, platinum, gold, silver, or an alloy thereof by a vapor deposition method such as a PVD method such as a sputtering method, a CVD method, or an ALD method. It is a conductor layer. The film thickness of each bottom seed layer BS is preferably selected as appropriate within a range of 200 nm or less, for example, and more preferably selected as appropriate within a range of 5 to 100 nm.

また、各主シード層MSは、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有する金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して形成された金属膜であり、対応する底部シード層BSの上面から貫通孔THの上端にかけて延在している。主シード層MSの材料となる金属膜形成用組成物については、後に詳述する。   Each main seed layer MS is formed by heating a coating film of a metal film forming composition containing at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table. It is a film and extends from the upper surface of the corresponding bottom seed layer BS to the upper end of the through hole TH. The metal film forming composition used as the material of the main seed layer MS will be described in detail later.

個々の主シード層MSの厚さは、貫通孔THの内壁上での平均値で10〜2000nmの範囲内とすることが好ましく、30〜500nmの範囲内とすることが更に好ましい。また、各主シード層MSは、銅粒子の焼結膜であることが好ましい。そして、当該主シード層MSが形成される貫通孔THは、口径(上側バリア層11a1〜11a3を形成し終えた段階での口径)が1〜100μmの範囲内、更に好ましくは4〜100μmの範囲内で、当該口径に対する深さの比が1〜50の範囲内であることが好ましい。   The thickness of each main seed layer MS is preferably in the range of 10 to 2000 nm, more preferably in the range of 30 to 500 nm, as an average value on the inner wall of the through hole TH. Each main seed layer MS is preferably a sintered film of copper particles. The through hole TH in which the main seed layer MS is formed has a diameter (a diameter at the stage where the upper barrier layers 11a1 to 11a3 have been formed) in the range of 1 to 100 μm, more preferably in the range of 4 to 100 μm. It is preferable that the ratio of the depth to the aperture is in the range of 1-50.

各プラグ本体PBは、めっき法によって主シード層MS上に堆積して貫通孔THを埋める導電体からなる。個々のプラグ本体PBは、銅やニッケル等の金属や、これらの金属の少なくとも1種を含有する合金によって形成することができる。   Each plug body PB is made of a conductor that is deposited on the main seed layer MS by a plating method to fill the through hole TH. Each plug main body PB can be formed of a metal such as copper or nickel or an alloy containing at least one of these metals.

上述した各構成要素を有するシリコン貫通配線基板1では、各コンタクトプラグ14a〜14fのプラグ本体PBがめっき法で形成され、これらのコンタクトプラグ14a〜14fによって上側配線12a〜12eと所定の下側配線とが電気的に接続されて3次元配線を構成しているので、当該シリコン貫通配線基板1が有する3次元配線の導電性は良好である。   In the through silicon via substrate 1 having each component described above, the plug body PB of each contact plug 14a to 14f is formed by plating, and the upper wiring 12a to 12e and a predetermined lower wiring are formed by these contact plugs 14a to 14f. Are electrically connected to form a three-dimensional wiring, and therefore, the conductivity of the three-dimensional wiring of the through silicon via substrate 1 is good.

また、上述した金属膜形成用組成物の塗膜はステップカバレジ性が良好で、貫通孔THの下端側から上端側にかけての膜厚が略均一な金属膜を比較的形成し易く、当該金属膜の形成に先立って貫通孔TH内に既に底部シード層BSが形成されているので、貫通孔THの下端側から上端側にかけての膜厚が略均一な金属膜を更に形成し易い。このため、めっき法でプラグ本体PBを形成するときに、プラグ本体PBの下端側の形成に要する時間と上端側の形成に要する時間との差が小さくなる。結果として、プラグ本体PBの形成時にシリコン基板10の上面側にめっき膜が過剰に堆積してその除去に長時間を要するという事態になることや、シリコン基板10の上面側に堆積しためっき膜を化学的機械的研磨(CMP)法等の方法で除去する際にタクトタイムが増大するという事態になることが抑えられる。また、プラグ本体PB内でのボイドの発生が抑えられる。また、主シード層MSのシリコン基板10に対する高い密着性を確保し易い。   Further, the coating film of the above-described composition for forming a metal film has good step coverage, and it is relatively easy to form a metal film having a substantially uniform film thickness from the lower end side to the upper end side of the through hole TH. Since the bottom seed layer BS is already formed in the through hole TH prior to the formation of the metal film, it is easier to form a metal film having a substantially uniform film thickness from the lower end side to the upper end side of the through hole TH. For this reason, when the plug body PB is formed by the plating method, the difference between the time required for forming the lower end side of the plug body PB and the time required for forming the upper end side becomes small. As a result, when the plug body PB is formed, the plating film is excessively deposited on the upper surface side of the silicon substrate 10 and it takes a long time to remove it, or the plating film deposited on the upper surface side of the silicon substrate 10 is removed. When removing by a method such as a chemical mechanical polishing (CMP) method, a situation in which the tact time increases is suppressed. Moreover, the generation of voids in the plug body PB is suppressed. Further, it is easy to ensure high adhesion of the main seed layer MS to the silicon substrate 10.

したがって、シリコン貫通配線基板1は、比較的高い生産性の下に、かつ比較的低い製造コストの下に製造することが容易である。   Therefore, the through silicon via substrate 1 can be easily manufactured with relatively high productivity and at a relatively low manufacturing cost.

以下、シリコン貫通配線基板1の製造方法を例にとり、図2(A)〜図2(D)および図3(E)〜図3(I)を参照して、3次元配線の形成方法の一実施形態を説明する。   Hereinafter, a manufacturing method of the through silicon via substrate 1 is taken as an example, and referring to FIGS. 2 (A) to 2 (D) and FIGS. 3 (E) to 3 (I), a method for forming a three-dimensional wiring is described. An embodiment will be described.

<3次元配線の形成方法>
図2(A)〜図2(D)は、それぞれ、図1に示したシリコン貫通配線基板を製造する際の一工程を概略的に示す断面図である。また、図3(E)〜図3(I)は、それぞれ、図2(D)に示した工程の後に行われる一工程を概略的に示す断面図である。
<Method for forming three-dimensional wiring>
2 (A) to 2 (D) are cross-sectional views schematically showing one step in manufacturing the through silicon via substrate shown in FIG. FIGS. 3E to 3I are cross-sectional views schematically showing one step performed after the step shown in FIG.

図2(A)に示すように、図1(A)および図1(B)に示したシリコン貫通配線基板1を製造するにあたっては、まず、シリコン基板10(図1(A)および図1(B)参照)に最終的に成形される母材20の上面上にマスク材料層21を形成する。このマスク材料層21の材質は、後述するブラインドビアホールをウエットエッチング法によって形成するのかドライエッチング法によって形成するのかに応じて、適宜選択される。ウエットエッチング法によってブラインドビアホールを形成する場合には、有機系のポジ型レジスト層またはネガ型レジスト層をマスク材料層21として用いることができる。また、ドライエッチング法によってブラインドビアホールを形成する場合には、例えばプラズマCVD法によって成膜したシリコン窒化物膜をマスク材料層21として用いることができる。   As shown in FIG. 2A, in manufacturing the silicon through wiring substrate 1 shown in FIG. 1A and FIG. 1B, first, the silicon substrate 10 (FIG. 1A and FIG. A mask material layer 21 is formed on the upper surface of the base material 20 finally formed in (B). The material of the mask material layer 21 is appropriately selected depending on whether a blind via hole described later is formed by a wet etching method or a dry etching method. When forming a blind via hole by a wet etching method, an organic positive resist layer or a negative resist layer can be used as the mask material layer 21. Further, when forming the blind via hole by the dry etching method, for example, a silicon nitride film formed by the plasma CVD method can be used as the mask material layer 21.

次いで、マスク材料層21をリソグラフィ法等によりパターニングして、図2(B)に示すように、複数の所定箇所にそれぞれ開口部OP1が形成されたエッチングマスク21aを得る。各開口部OP1の形成位置は、図1(B)に示した貫通孔THの形成箇所に対応する。   Next, the mask material layer 21 is patterned by a lithography method or the like to obtain an etching mask 21a in which openings OP1 are formed at a plurality of predetermined positions, as shown in FIG. 2B. The formation position of each opening OP1 corresponds to the formation position of the through hole TH shown in FIG.

次に、母材20の上面側から例えば反応性イオンエッチング法によって母材20をエッチングして、図2(C)に示すように、当該母材20の複数箇所にブラインドビアホールBVを形成する。個々のブラインドビアホールBVの口径は1〜100μm、深さは20〜200μm、アスペクト比(口径に対する深さの比)は1〜50とすることが好ましい。エッチングマスク21aは、ブラインドビアホールBVの形成後に除去する。   Next, the base material 20 is etched from, for example, the reactive ion etching method from the upper surface side of the base material 20 to form blind via holes BV at a plurality of locations on the base material 20 as shown in FIG. The diameter of each blind via hole BV is preferably 1 to 100 μm, the depth is 20 to 200 μm, and the aspect ratio (ratio of the depth to the diameter) is preferably 1 to 50. The etching mask 21a is removed after the formation of the blind via hole BV.

次に、母材20の上面および各ブラインドビアホールBVの内面にPVD法またはCVD法によって上側バリア層の母材となる上側バリア層用高融点膜を形成した後、上側バリア層用高融点膜中でブラインドビアホールBVの底面上に位置する領域の上、および母材20の上面側に位置する領域の上に、スパッタリング法等のPVD法、CVD法、またはALD法等の気相蒸着法によって底部シード層を形成する。この後、前述した金属膜形成用組成物をスピンコート法や印刷法等によって塗工して塗膜を形成し、当該塗膜を加熱して金属膜にする。   Next, after forming a high melting point film for the upper barrier layer serving as a base material of the upper barrier layer by the PVD method or the CVD method on the upper surface of the base material 20 and the inner surface of each blind via hole BV, The bottom portion is formed on a region located on the bottom surface of the blind via hole BV and on a region located on the upper surface side of the base material 20 by a vapor deposition method such as a PVD method such as a sputtering method, a CVD method, or an ALD method. A seed layer is formed. Thereafter, the above-described composition for forming a metal film is applied by a spin coating method or a printing method to form a coating film, and the coating film is heated to form a metal film.

この処理まで行うことにより、図2(D)に示すように、各ブラインドビアホールBVの底面上には上側バリア層用高融点膜22と底部シード層BSと金属膜23とがこの順番で積層され、各ブラインドビアホールBVの内壁上には上側バリア層用高融点膜層22と金属膜23とがこの順番で積層され、母材20の上面上には上側バリア層用高融点膜22と上部導電膜UMと金属膜23とがこの順番で積層される。上部導電膜UMは、底部シード層BSの形成時に当該底部シード層BSと一時に形成されたものである。上部導電膜UMが形成されることにより、後述の主シード層のみを形成した場合と比較して母材20の上面上の電気抵抗値をより低く保持することができ、続くめっき工程における生産性を高くできる。なお、底部シード層BSの形成時には、上側バリア層用高融点膜22中でブラインドビアホールBVの内壁を覆う領域上に、底部シード層BSの形成材料によって不連続膜あるいは極薄い導電体膜が形成されてもよい。図2(D)ならびに後掲の図3(E)および図3(F)においては、上側バリア層用高融点膜22へのハッチングの付与を省略している。   By performing this processing, as shown in FIG. 2D, the upper barrier layer high melting point film 22, the bottom seed layer BS, and the metal film 23 are laminated in this order on the bottom surface of each blind via hole BV. The upper barrier layer refractory film layer 22 and the metal film 23 are laminated in this order on the inner wall of each blind via hole BV, and the upper barrier layer refractory film 22 and the upper conductive layer are laminated on the upper surface of the base material 20. The film UM and the metal film 23 are laminated in this order. The upper conductive film UM is formed at the same time as the bottom seed layer BS when the bottom seed layer BS is formed. By forming the upper conductive film UM, the electric resistance value on the upper surface of the base material 20 can be kept lower than when only the main seed layer described later is formed, and productivity in the subsequent plating process Can be high. When the bottom seed layer BS is formed, a discontinuous film or an extremely thin conductor film is formed on the upper barrier layer high-melting point film 22 on the region covering the inner wall of the blind via hole BV using the material for forming the bottom seed layer BS. May be. In FIG. 2 (D) and FIGS. 3 (E) and 3 (F) to be described later, the provision of hatching to the high melting point film 22 for the upper barrier layer is omitted.

上側バリア層用高融点膜22は、図1(B)に示した各上側バリア層11a1〜11a3の母材に相当し、例えば高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含む高融点膜、具体的には、チタン膜上にチタン窒化物膜およびチタン膜をこの順番で積層した3層積層膜、チタン膜上にチタン窒化物膜を積層した2層積層膜、シリコン酸化物膜、チタン膜、タンタル膜、タンタル窒化物膜、タングステン窒化物、コバルト膜、ニッケル膜、タングステン膜、コバルトタングステン膜、コバルトモリブデン膜、コバルトニッケル膜、ニッケルタングステン膜、およびニッケルモリブデン膜、ならびにこれらの膜にホウ素、リンを添加した膜等をPVD法やCVD法やメッキ法等によって成膜することで形成可能である。   The upper barrier layer refractory film 22 corresponds to the base material of each of the upper barrier layers 11a1 to 11a3 shown in FIG. 1B, and is made of, for example, a refractory metal, a refractory metal alloy, or a refractory metal compound. A high melting point film including at least one layer, specifically, a three-layer laminated film in which a titanium nitride film and a titanium film are laminated in this order on a titanium film, and a titanium nitride film laminated on a titanium film. Layer stack film, silicon oxide film, titanium film, tantalum film, tantalum nitride film, tungsten nitride, cobalt film, nickel film, tungsten film, cobalt tungsten film, cobalt molybdenum film, cobalt nickel film, nickel tungsten film, and Nickel molybdenum films and films with boron and phosphorus added to these films are formed by PVD, CVD, plating, etc. Possible it is.

金属膜23は、図1(B)に示した主シード層MSの母材に相当する。当該金属膜23は、良好な段差被覆性を有する。金属膜23を形成するにあたっては、金属膜形成用組成物の塗工時の粘度を1Pa・s以下、金属濃度を5〜50質量%とすることが好ましく、塗膜の加熱は、酸素濃度500ppm以下の雰囲気中または真空中にて100〜200℃で行うことが好ましい。また、ブラインドビアホールBVの内壁上での金属膜23の厚さの平均値が10〜2000nmの範囲内となるように塗工量を調整することが好ましい。金属膜23は、銅粒子の焼結膜であることが好ましい。   The metal film 23 corresponds to the base material of the main seed layer MS shown in FIG. The metal film 23 has good step coverage. In forming the metal film 23, it is preferable that the viscosity at the time of application of the composition for forming a metal film is 1 Pa · s or less, and the metal concentration is 5 to 50% by mass. It is preferable to carry out at 100-200 degreeC in the following atmospheres or a vacuum. Moreover, it is preferable to adjust the coating amount so that the average value of the thickness of the metal film 23 on the inner wall of the blind via hole BV is in the range of 10 to 2000 nm. The metal film 23 is preferably a sintered film of copper particles.

次に、めっき法によって金属膜23の外表面全体に亘って銅等の導電体を堆積させて、導電体層24を形成する。図3(E)に示すように、導電体層24の形成は、当該導電体層24によって各ブラインドビアホールBVが埋まるまで行う。導電体層24は、図1(B)に示した上側配線12a〜12cおよび各プラグ本体PBそれぞれの母材となる。   Next, a conductor such as copper is deposited over the entire outer surface of the metal film 23 by plating to form the conductor layer 24. As shown in FIG. 3E, the conductor layer 24 is formed until each blind via hole BV is filled with the conductor layer 24. The conductor layer 24 serves as a base material for each of the upper wirings 12a to 12c and each plug body PB shown in FIG.

次いで、金属膜23および導電体層24の各々について、母材20の上面側に形成された領域を化学的機械的研磨(CMP)法等によって研磨除去する工程を行う。この研磨は、母材20の上面上での上側バリア層用高融点膜22の上面と導電体層24の上面とが実質的に同一の平面上に位置することになるまで行う。この工程を行うことにより、図3(F)に示すように、金属膜23のうちで母材20の上面側に位置していた領域が除去されて当該金属膜23が主シード層MSになると共に、導電体層24から図1(A)に示した各コンタクトプラグ14a〜14fのプラグ本体PBが形成される。   Next, for each of the metal film 23 and the conductor layer 24, a step of polishing and removing a region formed on the upper surface side of the base material 20 by a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like is performed. This polishing is performed until the upper surface of the upper barrier layer high melting point film 22 and the upper surface of the conductor layer 24 are located on substantially the same plane on the upper surface of the base material 20. By performing this step, as shown in FIG. 3F, the region located on the upper surface side of the base material 20 in the metal film 23 is removed, and the metal film 23 becomes the main seed layer MS. At the same time, the plug body PB of each of the contact plugs 14a to 14f shown in FIG.

次いで、母材20の下面側から当該母材20を研磨して、その厚みを減じる。この研磨は、図3(G)に示すように、底部シード層BSの下面が完全に露出するまで行う。底部シード層BSが完全に除去されるまで研磨処理を施すことも可能である。この研磨により、母材20が図1(B)に示したシリコン基板10になる。また、この研磨処理によって、上側バリア層用高融点膜22のうちでブラインドビアホールBVの底面上に位置していた領域とその上方の一定領域も除去されて、当該上側バリア層用高融点膜22が研磨済み上側バリア層用高融点膜22aになる。そして、ブラインドビアホールBVは、図1(B)に示した貫通孔THになる。結果として、図1(A)に示した各コンタクトプラグ14a〜14fが形成される。なお、図3(G)および後掲の図3(H)においては、研磨済み上側バリア層用高融点膜22aへのハッチングの付与を省略している。   Next, the base material 20 is polished from the lower surface side of the base material 20 to reduce its thickness. This polishing is performed until the lower surface of the bottom seed layer BS is completely exposed as shown in FIG. It is also possible to perform a polishing process until the bottom seed layer BS is completely removed. By this polishing, the base material 20 becomes the silicon substrate 10 shown in FIG. Further, by this polishing process, the region located on the bottom surface of the blind via hole BV in the upper barrier layer refractory film 22 and a certain region above it are also removed, and the upper barrier layer refractory film 22 is removed. Becomes the high-melting point film 22a for the upper barrier layer that has been polished. The blind via hole BV becomes the through hole TH shown in FIG. As a result, the contact plugs 14a to 14f shown in FIG. 1A are formed. In FIG. 3G and FIG. 3H described later, the hatching of the polished upper barrier layer high-melting point film 22a is omitted.

次に、図3(H)に示すように、シリコン基板10の上面上には上側配線用導電体膜25を形成し、下面上には、図1(B)に示した下側バリア層11b1〜11b2の母材となる下側バリア層用高融点膜を形成した後に当該下側バリア層用高融点膜を所定形状にパターニングして、下側バリア層用高融点膜26を形成する。この後、シリコン基板10の下面側全体に下側配線用導電体膜27を形成する。   Next, as shown in FIG. 3H, an upper wiring conductor film 25 is formed on the upper surface of the silicon substrate 10, and the lower barrier layer 11b1 shown in FIG. 1B is formed on the lower surface. After forming the high melting point film for the lower barrier layer serving as the base material of ˜11b2, the high melting point film for the lower barrier layer is patterned into a predetermined shape to form the high melting point film 26 for the lower barrier layer. Thereafter, the lower wiring conductor film 27 is formed on the entire lower surface of the silicon substrate 10.

上側配線用導電体膜25は、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム等の金属や、これらの金属の少なくとも1種を含有する合金、あるいはITO(インジウム・スズ酸化物)等の透明導電材料によって形成することができ、その形成方法は気相蒸着法等、適宜選定可能である。   The upper wiring conductor film 25 is made of a metal such as copper, nickel, gold, silver, or aluminum, an alloy containing at least one of these metals, or a transparent conductive material such as ITO (indium tin oxide). The formation method can be selected as appropriate, such as a vapor deposition method.

下側バリア層用高融点膜26は、各コンタクトプラグ14a〜14fの下端面を露出させる開口部OP2を有する。当該下側バリア層用高融点膜26は、上側バリア層用高融点膜22と同様に、高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含む高融点膜をPVD法やCVD法等によってシリコン基板10の下面全体に成膜した後、この高融点膜をリソグラフィ法によってパターニングして所定箇所に上記の開口部OP2を設けることによって形成可能である。また、シリコン基板10の下面を自然酸化させることによって下側バリア層用高融点膜26を形成することも可能である。   The lower barrier layer high melting point film 26 has an opening OP2 exposing the lower end surfaces of the contact plugs 14a to 14f. The lower barrier layer high-melting point film 26, like the upper barrier layer high-melting point film 22, includes at least one layer made of a refractory metal, a refractory metal alloy, or a refractory metal compound. The film can be formed by depositing the film on the entire lower surface of the silicon substrate 10 by the PVD method, the CVD method or the like and then patterning the high melting point film by a lithography method to provide the opening OP2 at a predetermined position. It is also possible to form the high melting point film 26 for the lower barrier layer by naturally oxidizing the lower surface of the silicon substrate 10.

下側配線用導電体膜27は、上側配線用導電体膜25と同様に、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウム等の金属や、これらの金属の少なくとも1種を含有する合金、あるいはITO(インジウム・スズ酸化物)等の透明導電材料によって形成することができ、その形成方法は気相蒸着法等、適宜選定可能である。当該下側配線用導電体膜27は、下側バリア層用高融点膜26および個々のコンタクトプラグ14a〜14fの下端面を覆う。   Similarly to the upper wiring conductor film 25, the lower wiring conductor film 27 is made of a metal such as copper, nickel, gold, silver, or aluminum, an alloy containing at least one of these metals, or ITO ( Indium tin oxide) can be formed of a transparent conductive material, and the formation method can be selected as appropriate, such as a vapor deposition method. The lower wiring conductor film 27 covers the lower barrier layer refractory film 26 and the lower end surfaces of the individual contact plugs 14a to 14f.

なお、各コンタクトプラグ14a〜14fを形成してから上側配線用導電体膜25を形成するまでの間に各コンタクトプラグ14a〜14fの上端面に自然酸化膜が形成されている場合には、当該自然酸化膜をウエットエッチング等によって除去してから上側配線用導電体膜25を形成することが好ましい。各コンタクトプラグ14a〜14fを形成してから下側配線用導電体膜27を形成するまでの間に各コンタクトプラグ14a〜14fの下端面に自然酸化膜が形成されている場合も、同様である。   If a natural oxide film is formed on the upper end surfaces of the contact plugs 14a to 14f between the formation of the contact plugs 14a to 14f and the formation of the upper wiring conductor film 25, It is preferable to form the upper wiring conductor film 25 after removing the natural oxide film by wet etching or the like. The same applies when a natural oxide film is formed on the lower end surfaces of the contact plugs 14a to 14f after the contact plugs 14a to 14f are formed and before the lower wiring conductor film 27 is formed. .

次いで、上側配線用導電体膜25の上面上に例えば有機系のレジスト材料によってレジスト層を形成し、このレジスト層を例えばウエットエッチング法によりパターニングして、複数の所定箇所にそれぞれ開口部が形成されたエッチングマスクを得る。各開口部の形成箇所は、図1(A)に示した各上側配線12a〜12eの形成箇所を除いた箇所に対応する。   Next, a resist layer is formed on the upper surface of the upper wiring conductor film 25 by using, for example, an organic resist material, and this resist layer is patterned by, for example, a wet etching method to form openings at a plurality of predetermined locations. An etching mask is obtained. The locations where the openings are formed correspond to locations excluding the locations where the upper wirings 12a to 12e are formed as shown in FIG.

次に、上側配線用導電体膜25の上面側から例えばウエットエッチング法によって当該上側配線用導電体膜25とその下の研磨済み上側バリア層用高融点膜22aとをエッチングする。このとき、図3(I)に示すように、上側配線用導電体膜25のうちでエッチングマスク28の開口部OP3の下方に位置していた領域と、研磨済み上側バリア層用高融点膜22aのうちで開口部OP3の下方に位置していた領域とがエッチング除去される。このエッチングにより、図1(A)に示した各上側配線12a〜12eが形成されると共に、個々の上側配線12a〜12eとシリコン基板10との間に介在する上側バリア層が形成される。図3(I)には、図1(B)に示した3つの上側配線12a〜12cと3つの上側バリア層11a1〜11a3とが示されている。   Next, the upper wiring conductor film 25 and the polished upper barrier layer high-melting point film 22a thereunder are etched from the upper surface side of the upper wiring conductor film 25 by, for example, a wet etching method. At this time, as shown in FIG. 3I, a region of the upper wiring conductor film 25 located below the opening OP3 of the etching mask 28 and the polished upper barrier layer high melting point film 22a. Of these, the region located below the opening OP3 is etched away. By this etching, the upper wirings 12 a to 12 e shown in FIG. 1A are formed, and an upper barrier layer interposed between the individual upper wirings 12 a to 12 e and the silicon substrate 10 is formed. FIG. 3I shows the three upper wirings 12a to 12c and the three upper barrier layers 11a1 to 11a3 shown in FIG.

この後、上側配線用導電体膜25のエッチングと同様の要領で下側配線用導電体膜27および下側バリア層用高融点膜26をエッチングして、所定数の下側配線と下側バリア層を形成する。下側配線および下側バリア層まで形成することにより、図1(A)および図1(B)に示した3次元配線を有するシリコン貫通配線基板1が得られる。   Thereafter, the lower wiring conductor film 27 and the lower barrier layer high melting point film 26 are etched in the same manner as the etching of the upper wiring conductor film 25 to obtain a predetermined number of lower wirings and lower barriers. Form a layer. By forming the lower wiring and the lower barrier layer, the through silicon via substrate 1 having the three-dimensional wiring shown in FIGS. 1A and 1B can be obtained.

上述のようにして3次元配線を形成すると、シリコン貫通配線基板1についての説明の中で述べたように、導電性が良好な3次元配線を比較的高い生産性の下に、かつ比較的に低い製造コストの下に形成することができる。   When the three-dimensional wiring is formed as described above, as described in the explanation of the through silicon via substrate 1, the three-dimensional wiring having good conductivity can be obtained with relatively high productivity and relatively. It can be formed at a low manufacturing cost.

実施の形態2.
<3次元配線を有する回路装置>
図4(A)は、3次元配線を有する回路装置についての他の実施形態を概略的に示す断面図であり、図4(B)は、図4(A)中に一点鎖線で描いた円Cによって囲まれた領域の拡大図である。図4(A)に示す3次元配線を有する回路装置は半導体装置である。以下、当該半導体装置の参照符号を「100」として説明する。
Embodiment 2. FIG.
<Circuit device having three-dimensional wiring>
FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of a circuit device having three-dimensional wiring, and FIG. 4B is a circle drawn by a one-dot chain line in FIG. 2 is an enlarged view of a region surrounded by C. FIG. The circuit device having a three-dimensional wiring illustrated in FIG. 4A is a semiconductor device. Hereinafter, the reference numeral of the semiconductor device will be described as “100”.

図4(A)に示す半導体装置100は、半導体基板110と、半導体基板110に形成された複数の回路素子と、これらの回路素子を覆うようにして半導体基板110上に形成された多層配線部130とを有する。図4(A)においては、上記の回路素子として2つの電界効果トランジスタ120が示されている。以下、半導体装置100の各構成要素について説明する。   A semiconductor device 100 shown in FIG. 4A includes a semiconductor substrate 110, a plurality of circuit elements formed on the semiconductor substrate 110, and a multilayer wiring portion formed on the semiconductor substrate 110 so as to cover these circuit elements. 130. In FIG. 4A, two field effect transistors 120 are shown as the circuit elements. Hereinafter, each component of the semiconductor device 100 will be described.

半導体基板110は、互いに隣り合って配置される回路素子同士を電気的に分離するための素子分離領域110aが所定のパターンで形成されたシリコン単結晶基板である。シリコン単結晶基板に代えてガリウムヒ素のような化合物半導体からなる基板やSOI(Silicon On Insulator)基板を用いることもできる。半導体基板110に形成される複数の回路素子は、当該半導体基板110上に形成される多層配線部130と共に集積回路を構成するものであり、どのような回路素子を半導体基板110に幾つ形成するかは、半導体装置100に求められる機能や半導体装置100の用途等に応じて適宜選択される。   The semiconductor substrate 110 is a silicon single crystal substrate in which element isolation regions 110a for electrically isolating circuit elements arranged adjacent to each other are formed in a predetermined pattern. Instead of a silicon single crystal substrate, a substrate made of a compound semiconductor such as gallium arsenide or an SOI (Silicon On Insulator) substrate can be used. The plurality of circuit elements formed on the semiconductor substrate 110 constitute an integrated circuit together with the multilayer wiring portion 130 formed on the semiconductor substrate 110, and what kind of circuit elements are formed on the semiconductor substrate 110 and how many. Is appropriately selected according to the function required for the semiconductor device 100, the use of the semiconductor device 100, and the like.

各電界効果トランジスタ120は、半導体基板110上にゲート絶縁膜121を介して配置されたゲート電極122と、半導体基板110に形成されたソース領域123およびドレイン領域124と、ゲート電極122の線幅方向両側面に形成されたサイドウォールスペーサ125とを有する。図4(A)においては、ゲート絶縁膜121にスマッジングを付してある。   Each field effect transistor 120 includes a gate electrode 122 disposed on the semiconductor substrate 110 via a gate insulating film 121, a source region 123 and a drain region 124 formed on the semiconductor substrate 110, and a line width direction of the gate electrode 122. And sidewall spacers 125 formed on both side surfaces. In FIG. 4A, the gate insulating film 121 is smudged.

多層配線部130は、半導体基板110上にエッチングストッパ膜ESを介して積層された複数の配線層と、上下方向に隣り合う2つの配線層の間に介在するライナー層Lとを有する。図4(A)には、第1配線層131〜第3配線層133の計3つの配線層が表れている。図4(A)においては、エッチングストッパ膜ESおよび各ライナー層Lへのハッチングの付与を省略している。   The multilayer wiring portion 130 has a plurality of wiring layers stacked on the semiconductor substrate 110 via an etching stopper film ES, and a liner layer L interposed between two wiring layers adjacent in the vertical direction. In FIG. 4A, a total of three wiring layers, the first wiring layer 131 to the third wiring layer 133 appear. In FIG. 4A, the application of hatching to the etching stopper film ES and each liner layer L is omitted.

エッチングストッパ膜ESは、例えばシリコン炭窒化物やシリコン窒化物により形成されて、第1配線層131の母材となる電気絶縁層に貫通孔(コンタクトホール)を設ける際のエッチングストッパとして利用される。各ライナー層Lは、当該ライナー層Lの下地となる配線層の母材とは異なる材料によって形成することが好ましい。例えば、配線層の母材としてシリコン酸化物を用いた場合、当該母材から形成した配線層の上には、例えばシリコン炭窒化物等からなるライナー層を形成することが好ましい。   The etching stopper film ES is formed of, for example, silicon carbonitride or silicon nitride, and is used as an etching stopper when a through hole (contact hole) is provided in the electrical insulating layer serving as a base material of the first wiring layer 131. . Each liner layer L is preferably formed of a material different from the base material of the wiring layer serving as the foundation of the liner layer L. For example, when silicon oxide is used as the base material of the wiring layer, it is preferable to form a liner layer made of, for example, silicon carbonitride on the wiring layer formed from the base material.

各配線層131〜133は、母材となる電気絶縁層にウエットエッチング法またはドライエッチング法で形成された所定パターンのトレンチおよび貫通孔それぞれの内面ならびに上記の貫通孔の下側開口部から露出した下地層を覆うバリア層Bと、バリア層B上に形成されてトレンチおよび貫通孔の各々を埋めるダマシン配線Dとを有する。上記の電気絶縁層は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、低誘電率誘電体等によって形成することができる。バリア層Bは、図1(B)に示した上側バリア層11a1〜11a3と同様に、例えば高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含む。バリア層Bは、図1(B)に示した各上側バリア層11a1〜11a3と同様に、例えば高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含む。   Each of the wiring layers 131 to 133 is exposed from the inner surface of each of the trenches and through holes of a predetermined pattern formed in the electrical insulating layer as a base material by the wet etching method or the dry etching method, and the lower opening of the above through holes. It has a barrier layer B that covers the base layer, and a damascene wiring D that is formed on the barrier layer B and fills each of the trench and the through hole. The electrical insulating layer can be formed of, for example, silicon oxide, silicon nitride, a low dielectric constant dielectric, or the like. The barrier layer B includes at least one layer made of, for example, a refractory metal, a refractory metal alloy, or a refractory metal compound, like the upper barrier layers 11a1 to 11a3 shown in FIG. The barrier layer B includes at least one layer made of, for example, a refractory metal, a refractory metal alloy, or a refractory metal compound, like each of the upper barrier layers 11a1 to 11a3 shown in FIG.

図4(B)に示すように、各ダマシン配線Dは、バリア層B中で貫通孔THの下側開口部から露出した下地層を覆う領域上に形成された底部シード層BSと、トレンチTの底面を覆うトレンチ内金属膜MTと、バリア層B中でトレンチTおよび貫通孔THそれぞれの内面を覆う領域上ならびに底部シード層BSの上面およびトレンチ内金属膜MTの上面を覆う主シード層MSと、主シード層MS上に形成されてトレンチTおよび貫通孔THを埋める導電体とを有する。導電体中でトレンチTを埋める領域は配線WLになり、貫通孔THを埋める領域はコンタクトプラグCPのプラグ本体PBになる。このプラグ本体PBと、底部シード層BSと、主シード層MS中で貫通孔TH内に形成された領域とがコンタクトプラグCPとなる。   As shown in FIG. 4B, each damascene wiring D includes a bottom seed layer BS formed on a region covering the base layer exposed from the lower opening of the through hole TH in the barrier layer B, and a trench T. A metal film MT in the trench covering the bottom surface of the trench, and a main seed layer MS covering the upper surface of the bottom seed layer BS and the upper surface of the metal film MT in the trench on the region covering the inner surfaces of the trench T and the through hole TH in the barrier layer B. And a conductor formed on the main seed layer MS and filling the trench T and the through hole TH. A region where the trench T is filled in the conductor becomes the wiring WL, and a region where the through hole TH is filled becomes the plug body PB of the contact plug CP. The plug body PB, the bottom seed layer BS, and the region formed in the through hole TH in the main seed layer MS become the contact plug CP.

個々のコンタクトプラグCPに対しては、当該コンタクトプラグCPの上端に電気的に接続される配線WLが上側配線に相当し、当該コンタクトプラグCPの下端側においてバリア層Bを介して電気的に接続される配線WLまたは他のコンタクトプラグCPが下側配線に相当する。   For each contact plug CP, the wiring WL electrically connected to the upper end of the contact plug CP corresponds to the upper wiring, and is electrically connected via the barrier layer B on the lower end side of the contact plug CP. The connected wiring WL or other contact plug CP corresponds to the lower wiring.

ダマシン配線Dを構成する底部シード層BSは、図1(B)に示した底部シード層BSと同様に、スパッタリング法等のPVD法、CVD法、またはALD法等の気相蒸着法によって銅、ニッケル、パラジウム、白金、金、銀またはこれらの合金等を堆積させることで形成された導電体の層である。個々の底部シード層BSの膜厚は、例えば200nm以下の範囲内で適宜選定することが好ましく、5〜100nmの範囲内で適宜選定することが更に好ましい。また、トレンチ内金属膜MTは、底部シード層BSの形成時に当該底部シード層BSと一時に形成されたものである。なお、底部シード層BSの形成時には、バリア層B中でブラインドビアホールBVの内壁を覆う領域上に、底部シード層BSの形成材料によって不連続膜あるは極薄い導電体膜が形成されてもよい。同様に、底部シード層BSの形成時には、底部シード層BSと同じ形成材料によって配線層の上面側に導電体層を形成してもよい。   Similarly to the bottom seed layer BS shown in FIG. 1B, the bottom seed layer BS constituting the damascene wiring D is made of copper, by a vapor deposition method such as a PVD method such as a sputtering method, a CVD method, or an ALD method. It is a conductor layer formed by depositing nickel, palladium, platinum, gold, silver, or an alloy thereof. The film thickness of each bottom seed layer BS is preferably selected as appropriate within a range of 200 nm or less, for example, and more preferably selected as appropriate within a range of 5 to 100 nm. The in-trench metal film MT is formed at the same time as the bottom seed layer BS when the bottom seed layer BS is formed. When the bottom seed layer BS is formed, a discontinuous film or a very thin conductor film may be formed on the barrier layer B on the region covering the inner wall of the blind via hole BV depending on the material for forming the bottom seed layer BS. . Similarly, when the bottom seed layer BS is formed, a conductor layer may be formed on the upper surface side of the wiring layer using the same material as that for the bottom seed layer BS.

また、ダマシン配線Dを構成する主シード層MSは、図1(B)に示した主シード層MSと同様に、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有する金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して形成された金属膜である。個々の主シード層MSの厚さは、貫通孔THの内壁上での平均値で10〜2000nmの範囲内とすることが好ましい。また、各主シード層MSは、銅粒子の焼結膜であることが好ましい。そして、当該主シード層MSが形成される貫通孔THは、口径(バリア層Bを形成し終えた段階での口径)が1〜100μmの範囲内で、当該口径に対する深さの比が1〜50の範囲内であることが好ましい。また、ダマシン配線Dを構成する導電体は、めっき法によって主シード層MS上に堆積される。この導電体としては、例えば銅を用いることができる。   The main seed layer MS constituting the damascene wiring D is similar to the main seed layer MS shown in FIG. 1B, and includes at least metal salts and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table. It is the metal film formed by heating the coating film of the composition for metal film formation containing one side. The thickness of each main seed layer MS is preferably in the range of 10 to 2000 nm as an average value on the inner wall of the through hole TH. Each main seed layer MS is preferably a sintered film of copper particles. The through hole TH in which the main seed layer MS is formed has a diameter (a diameter at the stage where the barrier layer B has been formed) in a range of 1 to 100 μm, and a depth ratio to the diameter is 1 to 1. It is preferable to be within the range of 50. The conductor constituting the damascene wiring D is deposited on the main seed layer MS by a plating method. As this conductor, for example, copper can be used.

第1配線層131に形成されたコンタクトプラグは、当該第1配線層131に形成されバリア層B中の一領域を介して、電界効果トランジスタ120のソース領域123またはドレイン領域124に電気的に接続される。同様に、第2配線層132および第3配線層133の各々に形成されたコンタクトプラグは、当該配線層132,133に形成されたバリア層B中の一領域を介して、直下にある第1配線層131または第2配線層132に形成されたダマシン配線Dに電気的に接続される。個々のコンタクトプラグCPに対しては、当該コンタクトプラグCPの上端にバリア層Bを介して電気的に接続される配線WLまたは他のコンタクトプラグCPが上側配線に相当し、当該コンタクトプラグCPの下端側においてバリア層Bを介して電気的に接続される配線WLまたは他のコンタクトプラグCPが下側配線に相当する。多層配線部130には、多数の三次元配線が形成されている。   The contact plug formed in the first wiring layer 131 is electrically connected to the source region 123 or the drain region 124 of the field effect transistor 120 through one region in the barrier layer B formed in the first wiring layer 131. Is done. Similarly, the contact plug formed in each of the second wiring layer 132 and the third wiring layer 133 passes through a region in the barrier layer B formed in the wiring layers 132 and 133, and the first contact plug is formed immediately below. It is electrically connected to the damascene wiring D formed in the wiring layer 131 or the second wiring layer 132. For each contact plug CP, the wiring WL or other contact plug CP electrically connected to the upper end of the contact plug CP via the barrier layer B corresponds to the upper wiring, and the lower end of the contact plug CP. The wiring WL or other contact plug CP electrically connected via the barrier layer B on the side corresponds to the lower wiring. A large number of three-dimensional wirings are formed in the multilayer wiring part 130.

上述した各構成要素を有する半導体装置100では、ダマシン配線Dによって3次元配線を形成するので、当該半導体装置100が有する3次元配線の導電性は良好である。例えばバリア層Bとして大気中酸素によって容易に酸化されうる材料を用いた場合においても、底部シード層BSを介してバリア層Bと主シード層MSとが接続されていることにより、両層の界面で導電性を損なうことを抑えることができる。また、主シード層MSの材料として用いる前述の上述した金属膜形成用組成物の塗膜はステップカバレジ性が良好で、貫通孔THの下端側から上端側にかけての膜厚がほぼ均一な金属膜を比較的形成し易く、当該金属膜の形成に先立って貫通孔TH内に既に底部シード層BSが形成されているので、貫通孔THの下端側から上端側にかけての膜厚がほぼ均一な金属膜を更に形成し易い。このため、めっき法でプラグ本体PBを形成するときに、プラグ本体PBの下端側の形成に要する時間と上端側の形成に要する時間との差を小さくし易く、配線層の上面側に堆積するめっき膜が過剰に堆積してその除去に長時間を要するという事態になることや、配線層の上面側に堆積しためっき膜を化学的機械的研磨(CMP)法等の方法で除去する際にタクトタイムが増大するという事態になることが抑えられる。また、プラグ本体内PB内にボイドが生じることが抑えられる。更には、主シード層MSの配線層に対する高い密着性を確保し易い。   In the semiconductor device 100 having each component described above, the three-dimensional wiring is formed by the damascene wiring D, and thus the conductivity of the three-dimensional wiring included in the semiconductor device 100 is good. For example, even when a material that can be easily oxidized by oxygen in the atmosphere is used as the barrier layer B, the barrier layer B and the main seed layer MS are connected to each other through the bottom seed layer BS. It is possible to suppress the loss of conductivity. Further, the coating film of the above-described composition for forming a metal film used as a material for the main seed layer MS has a good step coverage and a metal film having a substantially uniform film thickness from the lower end side to the upper end side of the through hole TH. Since the bottom seed layer BS is already formed in the through hole TH prior to the formation of the metal film, the metal having a substantially uniform film thickness from the lower end side to the upper end side of the through hole TH. It is easier to form a film. For this reason, when the plug body PB is formed by plating, the difference between the time required for forming the lower end side of the plug body PB and the time required for forming the upper end side can be easily reduced, and the plug body PB is deposited on the upper surface side of the wiring layer. When the plating film is excessively deposited and it takes a long time to remove it, or when the plating film deposited on the upper surface side of the wiring layer is removed by a method such as a chemical mechanical polishing (CMP) method It can be suppressed that the tact time increases. In addition, the occurrence of voids in the plug body PB is suppressed. Furthermore, it is easy to ensure high adhesion to the wiring layer of the main seed layer MS.

したがって、半導体装置100では、比較的高い生産性の下に、かつ比較的低い製造コストの下に多層配線部130を製造することが容易である。結果として、半導体装置100は、比較的高い生産性の下に、かつ比較的低い製造コストの下に製造することが容易である。   Therefore, in the semiconductor device 100, it is easy to manufacture the multilayer wiring part 130 with relatively high productivity and relatively low manufacturing cost. As a result, the semiconductor device 100 can be easily manufactured with a relatively high productivity and with a relatively low manufacturing cost.

以下、半導体装置100の製造方法を例にとり、図5(A)〜図5(C)および図6(D)〜図6(F)を参照して、3次元配線の形成方法の他の実施形態を説明する。   Hereinafter, taking a method for manufacturing the semiconductor device 100 as an example, referring to FIGS. 5A to 5C and FIGS. A form is demonstrated.

<3次元配線の形成方法>
図5(A)〜図5(C)は、それぞれ、図4に示した半導体装置を製造する際の一工程を概略的に示す断面図である。また、図6(D)〜図6(F)は、それぞれ、図5(C)に示した工程の後に行われる一工程を概略的に示す断面図である。
<Method for forming three-dimensional wiring>
FIG. 5A to FIG. 5C are cross-sectional views schematically showing one step in manufacturing the semiconductor device shown in FIG. FIGS. 6D to 6F are cross-sectional views schematically showing one step performed after the step shown in FIG. 5C.

図5(A)に示すように、図4(A)および図4(B)に示した半導体装置100を製造するにあたっては、まず、電界効果トランジスタ120等の所望の回路素子が形成された後の半導体基板110上に、図4(A)に示したエッチングストッパ膜ESの母材である第1エッチングストッパ膜ES1をPVD法またはCVD法によって形成する。第1エッチングストッパ膜ES1は、各電界効果トランジスタ120のゲート電極122および各サイドウォールスペーサ125,125を覆うようにして形成してもよい。なお、図5(A)においては、第1エッチングストッパ膜ES1へのハッチングの付与を省略している。   As shown in FIG. 5A, in manufacturing the semiconductor device 100 shown in FIGS. 4A and 4B, first, after a desired circuit element such as the field effect transistor 120 is formed. A first etching stopper film ES1 that is a base material of the etching stopper film ES shown in FIG. 4A is formed on the semiconductor substrate 110 by the PVD method or the CVD method. The first etching stopper film ES1 may be formed so as to cover the gate electrode 122 and the side wall spacers 125 of each field effect transistor 120. In FIG. 5A, the hatching of the first etching stopper film ES1 is omitted.

次に、半導体基板110上に第1配線層131の母材となる電気絶縁層をPVD法またはCVD法によって形成し、その上に所定形状のエッチングマスクを形成した後に当該電気絶縁層をウエットエッチング法またはドライエッチング法で成形して、所定パターンのトレンチおよび貫通孔を有する第1配線層を得る。この後、上記のエッチングマスクをそのまま用いて第1エッチングストッパ膜ES1をエッチングして、第1配線層131に設けた貫通孔の下方に位置する領域を除去して、第1エッチングストッパ膜ES1を図4(A)に示したエッチングストッパ膜ESに成形する。   Next, an electrical insulating layer serving as a base material of the first wiring layer 131 is formed on the semiconductor substrate 110 by a PVD method or a CVD method, an etching mask having a predetermined shape is formed thereon, and then the electrical insulating layer is wet etched. The first wiring layer having a predetermined pattern of trenches and through-holes is obtained by molding by a dry etching method or a dry etching method. Thereafter, the first etching stopper film ES1 is etched using the etching mask as it is to remove a region located below the through-hole provided in the first wiring layer 131, and the first etching stopper film ES1 is formed. The etching stopper film ES shown in FIG.

図5(B)は、上述のようにして形成された第1配線層131およびエッチングストッパ膜ESを示す。第1配線層131には、所定数のトレンチTおよび貫通孔THが形成されている。エッチングストッパ膜ESでは、第1配線層131に設けた貫通孔THの下方に位置する領域に開口部OP3が形成されている。なお、図5(B)ならびに後掲の図5(C)および図6(D)〜図6(F)においては、エッチングストッパ膜ESへのハッチングの付与を省略している。   FIG. 5B shows the first wiring layer 131 and the etching stopper film ES formed as described above. A predetermined number of trenches T and through holes TH are formed in the first wiring layer 131. In the etching stopper film ES, an opening OP3 is formed in a region located below the through hole TH provided in the first wiring layer 131. In FIG. 5 (B) and FIGS. 5 (C) and 6 (D) to 6 (F) described later, the hatching of the etching stopper film ES is omitted.

次いで、第1配線層131のトレンチTおよび各貫通孔THを露出させる所定形状のマスクを第1配線層131上に設け、例えばCVD法により高融点膜の成膜を行って、図5(C)に示すように、トレンチTの内面、貫通孔THの内面、エッチングストッパ膜ESにおける開口部OP3の内壁、および開口部OP3から露出している半導体基板110の表面を覆うバリア層用高融点膜HBを形成する。当該バリア層用高融点膜HBの材質は、例えば図1(B)に示した各上側バリア層11a1〜11a3と同じ材質にすることができる。   Next, a mask having a predetermined shape for exposing the trench T and each through hole TH of the first wiring layer 131 is provided on the first wiring layer 131, and a high melting point film is formed by, for example, the CVD method. ), The barrier layer high melting point film covering the inner surface of the trench T, the inner surface of the through hole TH, the inner wall of the opening OP3 in the etching stopper film ES, and the surface of the semiconductor substrate 110 exposed from the opening OP3. HB is formed. The barrier layer high melting point film HB can be made of the same material as the upper barrier layers 11a1 to 11a3 shown in FIG. 1B, for example.

次に、バリア層用高融点膜HB中で貫通孔THの下端側に位置する領域の上に、スパッタリング法によって底部シード層を形成してから、第1配線層131の上面、トレンチTの内面、および各貫通孔THの内面に前述した金属膜形成用組成物をスピンコート法や印刷法等によって塗工して塗膜を形成し、当該塗膜を加熱して、図6(D)に示すように、バリア層用高融点膜HB上に金属膜MFを形成する。   Next, after forming a bottom seed layer by sputtering on the region located on the lower end side of the through hole TH in the barrier layer high melting point film HB, the upper surface of the first wiring layer 131 and the inner surface of the trench T are formed. And coating the metal film forming composition described above on the inner surface of each through-hole TH by a spin coating method, a printing method, or the like to form a coating film, and heating the coating film, FIG. 6 (D) As shown, a metal film MF is formed on the high melting point film HB for the barrier layer.

なお、底部シード層BSの形成時には、トレンチTの底面上方および第1配線層131の上面上方においても、バリア層用高融点膜HB上にも導電体が堆積して導電膜が形成される。この導電膜のうちでトレンチTの底面上方に堆積したものがトレンチ内金属膜MTになる。バリア層用高融点膜HB中で貫通孔THの内壁を覆う領域上には、底部シード層BSの形成材料によって不連続膜あるは極薄い導電体膜が形成されてもよい。   When the bottom seed layer BS is formed, a conductor is deposited on the barrier layer refractory film HB also above the bottom surface of the trench T and above the first wiring layer 131 to form a conductive film. Of these conductive films, the one deposited above the bottom surface of the trench T becomes the in-trench metal film MT. A discontinuous film or a very thin conductor film may be formed on the barrier layer high melting point film HB on the region covering the inner wall of the through hole TH, depending on the material for forming the bottom seed layer BS.

金属膜MFを形成するにあたっては、金属膜形成用組成物の塗工時の粘度を1Pa・s以下、金属濃度を5〜50質量%とすることが好ましく、塗膜の加熱は、酸素濃度500ppm以下の雰囲気中または真空中にて100〜200℃で行うことが好ましい。また、貫通孔THの内壁上での金属膜MFの厚さの平均値が10〜2000nmの範囲内となるように塗工量を調整することが好ましい。金属膜MFは、銅粒子の焼結膜であることが好ましい。金属膜MFは、第1配線層131の上面、トレンチTの内面、各貫通孔THの内壁、および底部シード層BSを良好な段差被覆性の下に覆う。   In forming the metal film MF, it is preferable that the viscosity during coating of the composition for forming a metal film is 1 Pa · s or less and the metal concentration is 5 to 50% by mass. It is preferable to carry out at 100-200 degreeC in the following atmospheres or a vacuum. Further, it is preferable to adjust the coating amount so that the average value of the thickness of the metal film MF on the inner wall of the through hole TH is in the range of 10 to 2000 nm. The metal film MF is preferably a sintered film of copper particles. The metal film MF covers the upper surface of the first wiring layer 131, the inner surface of the trench T, the inner wall of each through hole TH, and the bottom seed layer BS under good step coverage.

次に、めっき法によって金属膜MFの外表面全体に銅等の導電体を堆積させて、導電体層を形成する。図6(E)に示すように、導電体層CLの形成は、当該導電体層CLによって第1配線層131のトレンチTおよび各貫通孔THが埋まるまで行う。   Next, a conductor such as copper is deposited on the entire outer surface of the metal film MF by plating to form a conductor layer. As shown in FIG. 6E, the conductor layer CL is formed until the trench T and each through hole TH of the first wiring layer 131 are filled with the conductor layer CL.

次に、第1配線層131の上面と導電体層CLの上面とが実質的に同一平面上に位置することになるように、例えば化学的機械的研磨(CMP)法によって金属膜MFを研磨する。これにより、図6(F)に示すように、各貫通孔TH内には底部シード層BSと主シード層MSとプラグ本体PBとを有するコンタクトプラグCPが形成され、トレンチT内にはトレンチ内金属膜MTと導電体層CLとを有する配線WLが形成されて、第1配線層131に所定パターンのダマシン配線Dが形成される。次いで、図6(F)に併記するように、第1配線層131上に所定パターンのライナー層Lを形成する。   Next, the metal film MF is polished by, for example, a chemical mechanical polishing (CMP) method so that the upper surface of the first wiring layer 131 and the upper surface of the conductor layer CL are located on substantially the same plane. To do. As a result, as shown in FIG. 6F, a contact plug CP having a bottom seed layer BS, a main seed layer MS, and a plug body PB is formed in each through hole TH. A wiring WL having the metal film MT and the conductor layer CL is formed, and a damascene wiring D having a predetermined pattern is formed in the first wiring layer 131. Next, as shown in FIG. 6F, a liner layer L having a predetermined pattern is formed on the first wiring layer 131.

この後、第1配線層131の形成および当該第1配線層131でのダマシン配線Dの形成と同様にして、第1配線層131上に所望数の配線層(ダマシン配線Dまで形成したもの)をライナー層Lを介して順次積層することにより、図4(A)に示した半導体装置100を得ることができる。半導体装置100についての説明の中で述べたように、上述のようにして3次元配線を形成すると、導電性が良好な3次元配線を比較的高い生産性の下に、かつ比較的に低い製造コストの下に形成することができる。   Thereafter, in the same manner as the formation of the first wiring layer 131 and the damascene wiring D in the first wiring layer 131, a desired number of wiring layers (those formed up to the damascene wiring D) are formed on the first wiring layer 131. Are sequentially laminated through the liner layer L, the semiconductor device 100 shown in FIG. 4A can be obtained. As described in the description of the semiconductor device 100, when the three-dimensional wiring is formed as described above, the three-dimensional wiring having good conductivity is manufactured with relatively high productivity and relatively low production. Can be formed under cost.

実施の形態3.
<金属膜形成用組成物および金属膜の形成>
金属膜形成用組成物の一実施形態では、当該金属膜形成用組成物は、金属塩および金属粒子の少なくとも一方を含有する。以下、この成分を(A)成分という。また、本実施形態の金属膜形成用組成物は、(B)成分としてアミン化合物を含有することができる。更に、任意成分として、溶媒または分散媒を含有することができる。以下、この溶媒または分散媒を(C)成分という。更に、本実施形態の金属膜形成用組成物は、上記各成分に加え、その他任意成分を含有することができる。
Embodiment 3 FIG.
<Formation of metal film forming composition and metal film>
In one embodiment of the metal film-forming composition, the metal film-forming composition contains at least one of a metal salt and metal particles. Hereinafter, this component is called (A) component. Moreover, the composition for metal film formation of this embodiment can contain an amine compound as (B) component. Furthermore, a solvent or a dispersion medium can be contained as an optional component. Hereinafter, this solvent or dispersion medium is referred to as component (C). Furthermore, the composition for forming a metal film of the present embodiment can contain other optional components in addition to the above components.

本実施形態の金属膜形成用組成物は、公知の多様な塗工法によって塗膜の形成が可能であり、またその塗膜は、加熱されて金属膜を形成することができる。このとき、本実施形態の金属膜形成用組成物は、上述の組成を有することにより、適当な基板上に塗工されて塗膜を形成した後、大気下や、窒素ガス等による非酸化性雰囲気下や、酸素濃度500ppm以下の雰囲気下や、真空中での加熱により、基板上に金属膜を形成することができる。そして、加熱の温度は250℃以下とすることが可能であり、更に低い200℃以下とすることも可能である。   The metal film forming composition of this embodiment can form a coating film by various known coating methods, and the coating film can be heated to form a metal film. At this time, the composition for forming a metal film of the present embodiment has the above-described composition, so that it is coated on an appropriate substrate to form a coating film, and then is non-oxidizing in the atmosphere or by nitrogen gas or the like. A metal film can be formed over the substrate in an atmosphere, in an atmosphere having an oxygen concentration of 500 ppm or less, or by heating in a vacuum. And the temperature of a heating can be 250 degrees C or less, and can also be 200 degrees C or less still lower.

以下、本実施形態の金属膜形成用組成物の各成分について説明する。   Hereafter, each component of the composition for metal film formation of this embodiment is demonstrated.

[(A)成分]
本実施形態の金属膜形成用組成物は、上述したように、(A)成分として、金属膜の原料となる、金属塩および金属粒子の少なくとも一方を含有する。
[(A) component]
As described above, the composition for forming a metal film of the present embodiment contains at least one of a metal salt and metal particles, which are raw materials for the metal film, as the component (A).

(A)成分は、好ましくは、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方である。(A)成分として、第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含むことにより、低電気抵抗の金属膜を形成することができる。   The component (A) is preferably at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table. By including at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 as the component (A), a low electrical resistance metal film can be formed.

そして、簡便に低電気抵抗の金属膜を形成するという観点から、本実施形態の金属膜形成用組成物は、(A)成分として、周期表の第10族および第11族の遷移金属(パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)および金(Au))よりなる群から選ばれる金属を含む金属塩および金属粒子の少なくとも一方を含有することがより好ましい。また、より低い製造コストにて低電気抵抗の金属膜を形成するという観点から、本実施形態の金属膜形成用組成物は、(A)成分として、銅、銀およびニッケルよりなる群から選ばれる金属を含む金属塩および金属粒子の少なくとも一方を含有することが特に好ましい。   From the viewpoint of simply forming a metal film having low electrical resistance, the composition for forming a metal film of the present embodiment includes a transition metal (palladium) of Group 10 and Group 11 of the periodic table as component (A). Containing at least one of a metal salt containing a metal selected from the group consisting of (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), silver (Ag), nickel (Ni) and gold (Au)) and metal particles. Is more preferable. Further, from the viewpoint of forming a metal film with low electrical resistance at a lower production cost, the metal film forming composition of this embodiment is selected from the group consisting of copper, silver and nickel as the component (A). It is particularly preferable to contain at least one of a metal salt containing metal and metal particles.

(A)成分として用いることができる金属塩は金属イオンを含有する化合物であればよく、特に限定はされない。この金属塩としては、例えば、金属イオンと、無機アニオン種および有機アニオン種のうちの少なくとも一方とからなる金属塩を用いることができる。   The metal salt that can be used as the component (A) is not particularly limited as long as it is a compound containing a metal ion. As this metal salt, for example, a metal salt composed of a metal ion and at least one of an inorganic anion species and an organic anion species can be used.

本実施形態の金属膜形成用組成物は、上述したように、(A)成分に、銅、銀およびニッケルよりなる群から選ばれる金属を含む金属塩を用いることが特に好ましい。(A)成分として銅を含む金属塩、すなわち、銅塩を用いる場合、溶解度の観点から、銅カルボン酸塩、および、銅とアセチルアセトン誘導体との錯塩からなる群より選ばれる1種または2種以上を用いることが好ましい。   As described above, the metal film-forming composition of this embodiment particularly preferably uses a metal salt containing a metal selected from the group consisting of copper, silver and nickel as the component (A). (A) When using a metal salt containing copper as a component, that is, a copper salt, from the viewpoint of solubility, one or more selected from the group consisting of a copper carboxylate and a complex salt of copper and an acetylacetone derivative Is preferably used.

そして、例えば、銅カルボン酸塩としては、酢酸銅、トリフルオロ酢酸銅、プロピオン酸銅、酪酸銅、イソ酪酸銅、2−メチル酪酸銅、2−エチル酪酸銅、吉草酸銅、イソ吉草酸銅、ピバリン酸銅、ヘキサン酸銅、ヘプタン酸銅、オクタン酸銅、2−エチルヘキサン酸銅、ノナン酸銅等の脂式カルボン酸の銅塩、マロン酸銅、コハク酸銅、マレイン酸銅等のジカルボン酸の銅塩、安息香酸銅、サリチル酸銅等の芳香族カルボン酸の銅塩、ギ酸銅、ヒドロキシ酢酸銅、グリオキシル酸銅、乳酸銅、シュウ酸銅、酒石酸銅、リンゴ酸銅、クエン酸銅等の還元力を有するカルボン酸の銅塩、および前記銅塩の水和物等を好適なものとして挙げることができる。   For example, as copper carboxylate, copper acetate, copper trifluoroacetate, copper propionate, copper butyrate, copper isobutyrate, copper 2-methylbutyrate, copper 2-ethylbutyrate, copper valerate, copper isovalerate , Copper pivalate, copper hexanoate, copper heptanoate, copper octoate, copper 2-ethylhexanoate, copper nonanoate, etc., copper salt of malonic acid, copper malonate, copper succinate, copper maleate, etc. Copper salt of dicarboxylic acid, copper salt of aromatic carboxylic acid such as copper benzoate, copper salicylate, copper formate, copper hydroxyacetate, copper glyoxylate, copper lactate, copper oxalate, copper tartrate, copper malate, copper citrate Suitable examples include copper salts of carboxylic acids having a reducing power such as the above, and hydrates of the copper salts.

また、銅とアセチルアセトン誘導体との錯塩としては、銅原子あたりアセチルアセトン誘導体あるいはアセト酢酸エステル誘導体が1〜2分子の割合で錯形成したものが挙げられ、その具体例としては、アセチルアセトナト銅、アセト酢酸エチル銅、1,1,1−トリメチルアセチルアセトナト銅、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチルアセチルアセトナト銅、1,1,1−トリフルオロアセチルアセトナト銅、および、1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅等が好適なものとして挙げられる。   Examples of complex salts of copper and acetylacetone derivatives include those in which acetylacetone derivatives or acetoacetate derivatives are complexed at a ratio of 1 to 2 molecules per copper atom. Specific examples thereof include acetylacetonate copper, acetoacetate Ethyl copper acetate, 1,1,1-trimethylacetylacetonatocopper, 1,1,1,5,5,5-hexamethylacetylacetonatocopper, 1,1,1-trifluoroacetylacetonatocopper, and Preferred examples include 1,1,1,5,5,5-hexafluoroacetylacetonato copper.

これらの中でも、溶解性の観点および低電気抵抗の金属膜(銅膜)を形成する観点から、酢酸銅、トリフルオロ酢酸銅、プロピオン酸銅、酪酸銅、イソ酪酸銅、2−メチル酪酸銅、ピバリン酸銅、ギ酸銅、ヒドロキシ酢酸銅、グリオキシル酸銅、シュウ酸銅、アセチルアセトナト銅、アセト酢酸エチル銅、1,1,1−トリフルオロアセチルアセトナト銅および1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅、およびこれらの水和物がより好ましい銅塩として挙げられる。そして更に、ギ酸銅およびギ酸銅水和物を特に好ましい銅塩として挙げることができる。   Among these, from the viewpoint of forming a soluble and low electrical resistance metal film (copper film), copper acetate, copper trifluoroacetate, copper propionate, copper butyrate, copper isobutyrate, copper 2-methylbutyrate, Copper pivalate, copper formate, copper hydroxyacetate, copper glyoxylate, copper oxalate, copper acetylacetonate, ethyl copper acetoacetate, 1,1,1-trifluoroacetylacetonato copper and 1,1,1,5 5,5-Hexafluoroacetylacetonato copper and hydrates thereof are mentioned as more preferable copper salts. Furthermore, copper formate and copper formate hydrate can be mentioned as particularly preferred copper salts.

また、(A)成分として銀を含む金属塩、すなわち銀塩を用いる場合、上述したように、銀の塩であれば特に限定はされない。(A)成分に銀塩を用いる場合、例えば、硝酸銀、酢酸銀、ギ酸銀、シュウ酸銀、酸化銀、アセチルアセトン銀、アセト酢酸エチル銀、安息香酸銀、臭素酸銀、臭化銀、炭酸銀、塩化銀、クエン酸銀、フッ化銀、ヨウ素酸銀、ヨウ化銀、乳酸銀、亜硝酸銀、過塩素酸銀、リン酸銀、硫酸銀、硫化銀、およびトリフルオロ酢酸銀等を好適なものとして挙げることができる。   Further, when using a metal salt containing silver as the component (A), that is, a silver salt, as described above, there is no particular limitation as long as it is a silver salt. When a silver salt is used as the component (A), for example, silver nitrate, silver acetate, silver formate, silver oxalate, silver oxide, silver acetylacetone, ethyl acetoacetate, silver benzoate, silver bromate, silver bromide, silver carbonate Silver chloride, silver citrate, silver fluoride, silver iodate, silver iodide, silver lactate, silver nitrite, silver perchlorate, silver phosphate, silver sulfate, silver sulfide, and silver trifluoroacetate are suitable. Can be cited as a thing.

これらの銀塩の中でも、低電気抵抗の金属膜(銀膜)を形成する観点から、銀カルボン酸塩を用いることがより好ましく、酢酸銀、ギ酸銀、シュウ酸銀等をより好ましい銀塩の例として挙げることができる。そして、ギ酸銀を特に好ましい銀塩として挙げることができる。   Among these silver salts, from the viewpoint of forming a low electric resistance metal film (silver film), it is more preferable to use a silver carboxylate, and silver acetate, silver formate, silver oxalate and the like are more preferable silver salts. As an example. And silver formate can be mentioned as a particularly preferable silver salt.

また、(A)成分としてニッケルを含む金属塩、すなわちニッケル塩を用いる場合、上述したように、ニッケルの塩であれば特に限定されない。そして、低電気抵抗の金属膜(ニッケル膜)を形成する観点から、ニッケルカルボン酸塩を用いることが好ましく、酢酸ニッケル、ギ酸ニッケル、シュウ酸ニッケル等をより好ましいニッケル塩の例として挙げることができる。そして、ギ酸ニッケルを特に好ましいニッケル塩として挙げることができる。   Further, when a metal salt containing nickel as the component (A), that is, a nickel salt is used, there is no particular limitation as long as it is a nickel salt as described above. From the viewpoint of forming a low electric resistance metal film (nickel film), nickel carboxylate is preferably used, and nickel acetate, nickel formate, nickel oxalate, and the like can be cited as examples of more preferable nickel salts. . And nickel formate can be mentioned as a particularly preferable nickel salt.

(A)成分としての金属塩は、市販のものでも、公知の方法により合成したものでも良く、更には、金属イオンを含む化合物と、無機アニオン種および有機アニオン種のうちの少なくとも一方とを混合することにより、反応系の中で形成させたものでも何ら差し支えなく使用することができ、特に限定されない。   The metal salt as component (A) may be commercially available or synthesized by a known method, and further, a compound containing a metal ion and at least one of an inorganic anion species and an organic anion species are mixed. By doing so, even those formed in the reaction system can be used without any limitation, and are not particularly limited.

また、(A)成分の金属塩として還元力を有するカルボン酸との金属塩、すなわち、金属カルボン酸塩を用いた場合、対アニオンである還元力を有するカルボン酸が還元剤として作用するため、別途、還元剤を加えなくても差し支えない。   In addition, when a metal salt with a carboxylic acid having a reducing power as the metal salt of the component (A), that is, a metal carboxylate, a carboxylic acid having a reducing power as a counter anion acts as a reducing agent. There is no need to add a reducing agent.

(A)成分としての金属塩の純度については特に限定されないが、あまりにも低純度であると金属膜を形成した際に、導電性(電気抵抗特性)に悪影響を与えるおそれがある。したがって、(A)成分の金属塩の純度は90%以上が好ましく、95%以上が更に好ましい。   The purity of the metal salt as the component (A) is not particularly limited. However, if the metal salt is too low, the conductivity (electric resistance characteristics) may be adversely affected when the metal film is formed. Therefore, the purity of the metal salt of the component (A) is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more.

(A)成分として金属粒子を用いる場合、当該金属粒子は、金属からなる粒子であれば特に限定されない。そして、簡便に低電気抵抗の金属膜を形成するという観点から、(A)成分の金属粒子としては、周期表の第10族および第11族の遷移金属(パラジウム、白金、銅、銀、ニッケルおよび金)よりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含む金属粒子を用いることがより好ましい。これらの金属種は、単体であってもその他の金属との合金であっても差し支えない。これらの金属種が単体である場合、好ましい金属粒子としては、パラジウム粒子、白金粒子、銅粒子、銀粒子、ニッケル粒子および金粒子からなる群より選択される少なくとも1種または2種以上の組み合わせとなる。   When metal particles are used as the component (A), the metal particles are not particularly limited as long as they are particles made of metal. From the viewpoint of easily forming a metal film with low electrical resistance, the metal particles of the component (A) include group 10 and group 11 transition metals (palladium, platinum, copper, silver, nickel) of the periodic table. It is more preferable to use metal particles containing at least one metal selected from the group consisting of and gold. These metal species may be simple substances or alloys with other metals. When these metal species are a simple substance, preferable metal particles include at least one or a combination of two or more selected from the group consisting of palladium particles, platinum particles, copper particles, silver particles, nickel particles, and gold particles. Become.

これらの中でもコスト面、入手の容易さ、および、より低電気抵抗の金属膜を形成するという観点から、銀、銅およびニッケルからなる群より選ばれる1種または2種以上の金属種を含有することが好ましい。これら以外の金属粒子を使用しても差し支えないが、例えば、金属塩である銅塩と併用した場合、銅イオンにより金属粒子が酸化を受けるおそれがあるため、上述した金属粒子を使用することがより好ましい。   Among these, from the viewpoint of cost, availability, and formation of a metal film with lower electrical resistance, it contains one or more metal species selected from the group consisting of silver, copper and nickel. It is preferable. Although metal particles other than these may be used, for example, when used in combination with a copper salt that is a metal salt, the metal particles may be oxidized by copper ions. More preferred.

(A)成分として用いる金属粒子の平均粒子径は、5〜100nmの範囲であることが好ましい。(A)成分として用いる金属粒子の粒子径が5nm未満になると、金属表面の活性が非常に高くなり、酸化反応を生じる、あるいは溶解するおそれがある他、粒子間で凝集体を形成し、保存中に沈降することがある。また、100nmを超えると、長期保存した場合に金属粒子が沈降することがある。よって、(A)成分として用いる金属粒子の平均粒子径は、上述の範囲内であることが好ましい。   (A) It is preferable that the average particle diameter of the metal particle used as a component is the range of 5-100 nm. When the particle diameter of the metal particles used as the component (A) is less than 5 nm, the activity of the metal surface becomes very high, which may cause an oxidation reaction or dissolution, and also forms aggregates between the particles and preserves them. May settle in. Moreover, when it exceeds 100 nm, when it preserve | saves for a long time, a metal particle may settle. Therefore, the average particle diameter of the metal particles used as the component (A) is preferably within the above range.

(A)成分として用いる金属粒子の粒子径の測定方法としては、一般的な微粒子に適用される測定方法を用いることができる。例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE−TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)等を適宜使用することができる。平均粒子径の値は、上述した顕微鏡を用いて観測し、観測された視野の中から、粒子径が比較的揃っている箇所を3箇所選択し、粒径測定に最も適した倍率で撮影する。得られた各々の写真から、一番多数存在すると思われる粒子を100個選択し、その直径をものさし等の測長機で測定し、測定倍率で除して粒子径を算出し、これらの値を算術平均することにより、求めることができる。また、標準偏差については、上述の観察時に個々の金属粒子の粒子径と数により求めることができる。そして、変動係数は、上述した平均粒子径およびその標準偏差に基づいて、下式により算出することができる。   (A) As a measuring method of the particle diameter of the metal particle used as a component, the measuring method applied to a general fine particle can be used. For example, a transmission electron microscope (TEM), a field emission transmission electron microscope (FE-TEM), a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), or the like can be used as appropriate. The average particle size value is observed using the above-mentioned microscope, and three locations where the particle sizes are relatively uniform are selected from the observed field of view and photographed at a magnification most suitable for particle size measurement. . From each of the obtained photos, select the 100 most likely particles, measure the diameter with a measuring machine such as a ruler, and divide by the measurement magnification to calculate the particle size. Can be obtained by arithmetic averaging. Further, the standard deviation can be obtained from the particle diameter and number of individual metal particles at the time of the above observation. The coefficient of variation can be calculated by the following equation based on the above average particle diameter and its standard deviation.

Figure 2016048779
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(A)成分として用いる金属粒子は市販のものでもよいし、公知の方法により合成したものでもよく、特に限定されない。公知の合成方法としては、例えば、スパッタリング法やガス中蒸着法等、物理的な手法で合成反応を行う気相法(乾式法)や、金属化合物溶液を表面保護剤の存在下で還元して金属粒子を析出させる等の液相法(湿式法)等が一般的に知られている。   The metal particles used as the component (A) may be commercially available or synthesized by a known method, and are not particularly limited. As a known synthesis method, for example, a gas phase method (dry method) in which a synthesis reaction is performed by a physical method such as a sputtering method or a gas evaporation method, or a metal compound solution is reduced in the presence of a surface protective agent. A liquid phase method (wet method) or the like for depositing metal particles is generally known.

(A)成分として用いる金属粒子の純度については特に限定するものではないが、低純度であると形成された金属膜の導電性に悪影響を与えるおそれがあるため、95%以上が好ましく、99%以上がより好ましい。   The purity of the metal particles used as the component (A) is not particularly limited, but is preferably 95% or more because it may adversely affect the conductivity of the formed metal film if the purity is low. The above is more preferable.

本実施形態の金属膜形成用組成物中の(A)成分の含有量としては、本実施形態の金属膜形成用組成物が含有する全成分の総質量を100質量%としたときに、1質量%〜70質量%が好ましく、5質量%〜50質量%がより好ましい。(A)成分の含有量を1質量%〜70質量%とすることによって、優れた導電性を有する金属膜を形成できる。(A)成分の含有量を5質量%〜50質量%とすることによって、より低い電気抵抗値の金属膜を形成することができる。   As content of (A) component in the composition for metal film formation of this embodiment, when the total mass of all the components which the composition for metal film formation of this embodiment contains is 100 mass%, it is 1 % By mass to 70% by mass is preferable, and 5% by mass to 50% by mass is more preferable. The metal film which has the outstanding electroconductivity can be formed by making content of (A) component into 1 mass%-70 mass%. By setting the content of the component (A) to 5% by mass to 50% by mass, a metal film having a lower electrical resistance value can be formed.

[(B)成分]
本実施形態の金属膜形成用組成物においては、上記した(A)成分の他に、(B)成分としてアミン化合物を含有することができる。
[Component (B)]
In the composition for forming a metal film of the present embodiment, an amine compound can be contained as the component (B) in addition to the component (A) described above.

(B)成分のアミン化合物としては、下記一般式(1)、下記一般式(2)および下記一般式(3)のうちの少なくとも1つの一般式で表されるアミン化合物を用いることができる。   As the amine compound of the component (B), an amine compound represented by at least one general formula of the following general formula (1), the following general formula (2), and the following general formula (3) can be used.

Figure 2016048779
Figure 2016048779

上記一般式(1)中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、または、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を示す。Rは、単結合、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、または、フェニレン基を示す。Rは、水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基、アミノ基、ジメチルアミノ基、または、ジエチルアミノ基を示す。 In the general formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 18 carbon atoms. R 3 represents a single bond, a methylene group, an alkylene group having 2 to 12 carbon atoms, or a phenylene group. R 4 represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 18 carbon atoms, an amino group, a dimethylamino group, or a diethylamino group.

Figure 2016048779
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上記一般式(2)中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、または、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を示す。Rは、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、または、フェニレン基を示す。Rは、炭素数1〜18のアルキル基、または、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を示す。但し、RおよびRが水素原子の場合、Rはメチル基およびエチル基以外を示す。 In the general formula (2), R 5, R 6 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 18 carbon atoms. R 7 represents a methylene group, an alkylene group having 2 to 12 carbon atoms, or a phenylene group. R 8 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 18 carbon atoms. However, when R 5 and R 6 are hydrogen atoms, R 8 represents a group other than a methyl group and an ethyl group.

Figure 2016048779
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上記一般式(3)中、R、R10は、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜18のアルキル基、または、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を示す。R11は、メチレン基、炭素数2〜12のアルキレン基、または、フェニレン基を示す。R12、R13は、それぞれ独立に、炭素数1〜18のアルキル基、または、炭素数3〜18の脂環式炭化水素基を示す。 In the general formula (3), R 9 and R 10 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 18 carbon atoms. R 11 represents a methylene group, an alkylene group having 2 to 12 carbon atoms, or a phenylene group. R 12 and R 13 each independently represent an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms or an alicyclic hydrocarbon group having 3 to 18 carbon atoms.

上記一般式(1)で表されるアミン化合物が含む基RおよびRの例としては、水素原子の他、直鎖状のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ステアリル基等が挙げられ、分岐状のものとしてイソプロピル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1,5−ジメチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、4−ヘプチル基、2−ヘプチル基等が挙げられ、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基が挙げられる。 Examples of the groups R 1 and R 2 included in the amine compound represented by the general formula (1) include a hydrogen atom, a linear alkyl group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, Examples include a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, a dodecyl group, a stearyl group, and the branched ones include an isopropyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group. Group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2 -Trimethylpropyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 2-ethylhexyl group, 4-heptyl group, 2-heptyl group Group. Examples of the alicyclic hydrocarbon group, a cyclohexyl group, a cyclopentyl group.

そして、上記一般式(1)で表されるアミン化合物が含む基Rの例としては、水素原子、アミノ基、ジメチルアミノ基およびジエチルアミノ基の他、直鎖状のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ステアリル基等が挙げられ、分岐状のものとしてイソプロピル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1,5−ジメチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、4−ヘプチル基、2−ヘプチル基等が挙げられ、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基が挙げられる。 Examples of the group R 4 contained in the amine compound represented by the general formula (1) include a hydrogen atom, an amino group, a dimethylamino group, and a diethylamino group, as a linear alkyl group, a methyl group, Examples include an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, a dodecyl group, and a stearyl group. Butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1,2- Trimethylpropyl group, 1,2,2-trimethylpropyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 2 -An ethylhexyl group, 4-heptyl group, 2-heptyl group, etc. are mentioned, As an alicyclic hydrocarbon group, a cyclohexyl group and a cyclopentyl group are mentioned.

上記一般式(1)で表されるアミン化合物の具体的な例としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデシルアミン、ドデシルアミン、ステアリルアミン、イソプロピルアミン、sec−ブチルアミン、イソブチルアミン、tert−ブチルアミン、イソペンチルアミン、ネオペンチルアミン、tert−ペンチルアミン、1−エチルプロピルアミン、1,1−ジメチルプロピルアミン、1,2−ジメチルプロピルアミン、1,1,2−トリメチルプロピルアミン、1,2,2−トリメチルプロピルアミン、1,3−ジメチルブチルアミン、1,5−ジメチルヘキシルアミン、2−エチルヘキシルアミン、4−ヘプチルアミン、2−ヘプチルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロペンチルアミン、エチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミン、N,N’−ジメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N−エチルエチレンジアミン、N,N’−ジエチルエチレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、N,N’−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、1,4−ブタンジアミン、N,N’−ジメチル−1,4−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、N,N’−ジメチル−1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、N,N’−ジメチル−1,6−ヘキサンジアミン等が挙げられる。   Specific examples of the amine compound represented by the general formula (1) include, for example, methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, heptylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, undecyl. Amine, dodecylamine, stearylamine, isopropylamine, sec-butylamine, isobutylamine, tert-butylamine, isopentylamine, neopentylamine, tert-pentylamine, 1-ethylpropylamine, 1,1-dimethylpropylamine, 1 , 2-dimethylpropylamine, 1,1,2-trimethylpropylamine, 1,2,2-trimethylpropylamine, 1,3-dimethylbutylamine, 1,5-dimethylhexylamine, 2-ethylhexyl Min, 4-heptylamine, 2-heptylamine, cyclohexylamine, cyclopentylamine, ethylenediamine, N-methylethylenediamine, N, N′-dimethylethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine, N-ethyl Ethylenediamine, N, N′-diethylethylenediamine, 1,3-propanediamine, N, N′-dimethyl-1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, N, N′-dimethyl-1,4-butane Examples include diamine, 1,5-pentanediamine, N, N′-dimethyl-1,5-pentanediamine, 1,6-hexanediamine, N, N′-dimethyl-1,6-hexanediamine, and the like.

上記一般式(2)で表されるアミン化合物が含む基RおよびRの例としては、水素原子の他、直鎖状のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ステアリル基等が挙げられ、分岐状のものとしてイソプロピル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1,5−ジメチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、4−ヘプチル基、2−ヘプチル基等が挙げられ、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基が挙げられる。 Examples of the groups R 5 and R 6 included in the amine compound represented by the general formula (2) include a hydrogen atom, a linear alkyl group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, Examples include a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, a dodecyl group, a stearyl group, and the branched ones include an isopropyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group. Group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2 -Trimethylpropyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 2-ethylhexyl group, 4-heptyl group, 2-heptyl group Group. Examples of the alicyclic hydrocarbon group, a cyclohexyl group, a cyclopentyl group.

そして、上記一般式(2)で表されるアミン化合物が含む基Rの例としては、直鎖状のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ステアリル基等が挙げられ、分岐状のものとしてイソプロピル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1,5−ジメチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、4−ヘプチル基、2−ヘプチル基等が挙げられ、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基が挙げられる。但し、RおよびRがともに水素原子である場合、Rはメチル基およびエチル基以外である。 Examples of the group R 8 contained in the amine compound represented by the general formula (2) include a linear alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, Examples include heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, stearyl group, etc., and isopropyl group, sec-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, isopentyl group, neopentyl group as branched ones Group, tert-pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2-trimethylpropyl group, 1 , 3-dimethylbutyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 2-ethylhexyl group, 4-heptyl group, 2-heptyl group, etc. Examples of the alicyclic hydrocarbon group include a cyclohexyl group and a cyclopentyl group. However, when R 5 and R 6 are both hydrogen atoms, R 8 is other than a methyl group or an ethyl group.

上記一般式(2)で表されるアミン化合物の具体的な例としては、例えば、メトキシ(メチル)アミン、2−メトキシエチルアミン、3−メトキシプロピルアミン、4−メトキシブチルアミン、エトキシ(メチル)アミン、2−エトキシエチルアミン、3−エトキシプロピルアミン、4−エトキシブチルアミン、プロポキシメチルアミン、2−プロポキシエチルアミン、2−イソプロポキシプロピルアミン、3−イソプロポキシプロピルアミン、2−プロポキシプロピルアミン、3−プロポキシプロピルアミン、4−プロポキシブチルアミン、ブトキシメチルアミン、ブトキシエチルアミン、2−ブトキシプロピルアミン、3−ブトキシプロピルアミン、3−(2−エチルヘキシルオキシ)プロピルアミン、3−イソブトキシプロピルアミン、4−ブトキシブチルアミン、オキシビス(エチルアミン)等が挙げられる。   Specific examples of the amine compound represented by the general formula (2) include, for example, methoxy (methyl) amine, 2-methoxyethylamine, 3-methoxypropylamine, 4-methoxybutylamine, ethoxy (methyl) amine, 2-ethoxyethylamine, 3-ethoxypropylamine, 4-ethoxybutylamine, propoxymethylamine, 2-propoxyethylamine, 2-isopropoxypropylamine, 3-isopropoxypropylamine, 2-propoxypropylamine, 3-propoxypropylamine 4-propoxybutylamine, butoxymethylamine, butoxyethylamine, 2-butoxypropylamine, 3-butoxypropylamine, 3- (2-ethylhexyloxy) propylamine, 3-isobutoxypropylamine 4-butoxy-butyl amine, oxybis (ethylamine) and the like.

上記一般式(3)で表されるアミン化合物が含む基RおよびR10の例としては、水素原子の他、直鎖状のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ステアリル基等が挙げられ、分岐状のものとしてイソプロピル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1,5−ジメチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、4−ヘプチル基、2−ヘプチル基等が挙げられ、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基が挙げられる。 Examples of the groups R 9 and R 10 contained in the amine compound represented by the general formula (3) include a hydrogen atom, a linear alkyl group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, Examples include a pentyl group, a hexyl group, a heptyl group, an octyl group, a nonyl group, a decyl group, an undecyl group, a dodecyl group, a stearyl group, and the branched ones include an isopropyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group. Group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2 -Trimethylpropyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 2-ethylhexyl group, 4-heptyl group, 2-heptyl group Le group. Examples of the alicyclic hydrocarbon group, a cyclohexyl group, a cyclopentyl group.

そして、上記一般式(3)で表されるアミン化合物が含む基R12およびR13の例としては、直鎖状のアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ステアリル基等が挙げられ、分岐状のものとしてイソプロピル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、1−エチルプロピル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1,2,2−トリメチルプロピル基、1,3−ジメチルブチル基、1,5−ジメチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、4−ヘプチル基、2−ヘプチル基等が挙げられ、脂環式炭化水素基としては、シクロヘキシル基、シクロペンチル基が挙げられる。 Then, as examples of groups R 12 and R 13 amine compound represented by the general formula (3) contains, as a linear alkyl group, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, Hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, undecyl group, dodecyl group, stearyl group, etc. are mentioned, and isopropyl group, sec-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, isopentyl as branched ones Group, neopentyl group, tert-pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1,1-dimethylpropyl group, 1,2-dimethylpropyl group, 1,1,2-trimethylpropyl group, 1,2,2-trimethylpropyl group Group, 1,3-dimethylbutyl group, 1,5-dimethylhexyl group, 2-ethylhexyl group, 4-heptyl group, 2-heptyl group Etc., and examples of the alicyclic hydrocarbon group, a cyclohexyl group, a cyclopentyl group.

上記一般式(3)で表されるアミン化合物の具体例としては、例えば、アミノアセトアルデヒドジエチルアセタール等が挙げられる。   Specific examples of the amine compound represented by the general formula (3) include aminoacetaldehyde diethyl acetal.

本実施形態の金属膜形成用組成物は、上記一般式(1)、上記一般式(2)および上記一般式(3)の少なくとも1つの一般式で表されるアミン化合物よりなる群より選ばれる1種、または互いに相溶性のある2種以上を組み合わせて、(B)成分として用いることが好ましい。(B)成分は、市販品の使用が可能であり、入手方法等については特に限定されない。   The metal film forming composition of the present embodiment is selected from the group consisting of amine compounds represented by at least one general formula of the general formula (1), the general formula (2), and the general formula (3). One or a combination of two or more compatible with each other is preferably used as the component (B). As the component (B), a commercially available product can be used, and the obtaining method and the like are not particularly limited.

(B)成分の純度については特に限定するものではないが、金属膜形成用組成物が電子材料分野で使用されることを考慮し、金属膜中の不純な含有物を低減することができるように、95%以上が好ましく、99%以上が更に好ましい。   Although the purity of the component (B) is not particularly limited, it is possible to reduce the impure content in the metal film in consideration that the metal film forming composition is used in the field of electronic materials. In addition, 95% or more is preferable, and 99% or more is more preferable.

(B)成分の含有量としては、本実施形態の金属膜形成用組成物が含有する全成分の総質量を100質量%としたときに、99質量%以下とすることができ、0.1質量%〜99質量%が好ましく、1質量%〜90質量%がより好ましく、2質量%〜80質量%が更に好ましい。(B)成分の含有量を0.1質量%〜99質量%とすることによって、優れた導電性を有する金属膜を形成できる。(B)成分の含有量を1質量%〜90質量%とすることによって、より低い温度での加熱によって、より低い電気抵抗値の金属膜を形成することができる。2質量%〜80質量%とすることによって、低い電気抵抗値の金属膜形成を達成できると共に、生産性に優れた金属膜形成用組成物を調製することができる。   (B) As content of a component, when the total mass of all the components which the composition for metal film formation of this embodiment contains is 100 mass%, it can be 99 mass% or less, 0.1 % By mass to 99% by mass is preferable, 1% by mass to 90% by mass is more preferable, and 2% by mass to 80% by mass is still more preferable. (B) By making content of a component into 0.1 mass%-99 mass%, the metal film which has the outstanding electroconductivity can be formed. By setting the content of the component (B) to 1% by mass to 90% by mass, a metal film having a lower electric resistance value can be formed by heating at a lower temperature. By setting it as 2 mass%-80 mass%, while being able to achieve metal film formation of a low electrical resistance value, the composition for metal film formation excellent in productivity can be prepared.

[(C)成分]
本実施形態の金属膜形成用組成物は、上述したように、(A)成分および(B)成分の他に、任意成分である(C)成分として、溶媒または分散媒(以下、溶剤と総称する)を含有することができる。溶剤を金属膜形成用組成物中に含有させることにより、塗工方法に対応した金属膜形成用組成物の粘度調整が容易となり、また、安定した均一な物性の金属膜を形成することが可能となる。
[Component (C)]
As described above, the composition for forming a metal film of the present embodiment includes a solvent or a dispersion medium (hereinafter collectively referred to as a solvent) as an optional component (C) component in addition to the component (A) and the component (B). Can be included. By including a solvent in the metal film forming composition, it is easy to adjust the viscosity of the metal film forming composition corresponding to the coating method, and it is possible to form a metal film having stable and uniform physical properties. It becomes.

溶剤は、金属膜形成用組成物中の各成分を溶解または分散することができるものであれば、特に限定するものではない。例えば、水、アルコール類、エーテル類、エステル類、脂肪族炭化水素類および芳香族炭化水素類から選ばれる1種の液体、または、相溶性のある2種以上の液体が挙げられる。   A solvent will not be specifically limited if each component in the composition for metal film formation can be melt | dissolved or disperse | distributed. Examples thereof include one liquid selected from water, alcohols, ethers, esters, aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons, or two or more compatible liquids.

溶剤として用いることができるアルコール類の具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール(1−プロパノール)、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール(1−ブタノール)、i−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノニルアルコール、デカノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール、ターピネオール、ジヒドロターピネオール等が挙げられる。   Specific examples of alcohols that can be used as the solvent include, for example, methanol, ethanol, n-propyl alcohol (1-propanol), i-propyl alcohol, n-butyl alcohol (1-butanol), i-butyl alcohol, Examples include sec-butyl alcohol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, nonyl alcohol, decanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, terpineol, dihydroterpineol and the like.

エーテル類としては、例えば、ヘキシルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサン等が挙げられる。   Examples of ethers include hexyl methyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol mono-n. -Propyl ether, propylene glycol mono-n-butyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol mono-n-propyl ether, dipropylene glycol mono-n-butyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, Tripropylene Monoethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, (poly) alkylene glycol alkyl ethers such as tripropylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane.

エステル類としては、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、γ−ブチロラクトン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート等が挙げられる。   Examples of esters include methyl formate, ethyl formate, butyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, butyl propionate, γ-butyrolactone, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl Examples include ether acetate and dipropylene glycol methyl ether acetate.

脂肪族炭化水素類としては、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ウンデカン、n−ドデカン、テトラデカン、シクロヘキサン、デカリン等が挙げられる。   Examples of the aliphatic hydrocarbons include n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane, tetradecane, cyclohexane, decalin and the like. It is done.

芳香族炭化水素類としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、n−プロピルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−ブチルベンゼン、メシチレン、テトラリン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等が挙げられる。   Examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, n-propylbenzene, i-propylbenzene, n-butylbenzene, mesitylene, tetralin, chlorobenzene, dichlorobenzene, and the like.

これらの溶剤のうち、特に金属膜形成用組成物の粘度の調整のし易さの観点から、エーテル類が好ましい。   Of these solvents, ethers are particularly preferable from the viewpoint of easy adjustment of the viscosity of the metal film-forming composition.

(C)成分である溶剤の含有量は、本実施形態の金属膜形成用組成物の全成分の総質量を100質量%としたときに、0質量%〜95質量%の範囲であり、0質量%〜70質量%の範囲であることが好ましく、0質量%〜50質量%の範囲であることがより好ましい。   (C) Content of the solvent which is a component is the range of 0 mass%-95 mass% when the total mass of all the components of the composition for metal film formation of this embodiment is 100 mass%, 0 The range is preferably from mass% to 70 mass%, more preferably from 0 mass% to 50 mass%.

[その他任意成分]
本実施形態の金属膜形成用組成物は、上述した(A)成分に加え、本発明の効果を損なわない限りにおいて、その他任意成分を含有することができる。その他任意成分としては、ギ酸およびギ酸アンモニウムの少なくとも一方を含有することができ、他には、分散剤、酸化防止剤、濃度調整剤、表面張力調整剤、粘度調整剤、塗膜形成補助剤、密着助剤等を含有することが可能である。
[Other optional ingredients]
The composition for forming a metal film of the present embodiment can contain other optional components as long as the effects of the present invention are not impaired in addition to the component (A) described above. As other optional components, it can contain at least one of formic acid and ammonium formate, and in addition, a dispersant, an antioxidant, a concentration adjusting agent, a surface tension adjusting agent, a viscosity adjusting agent, a coating film forming auxiliary agent, It is possible to contain adhesion assistants and the like.

その他任意成分であるギ酸およびギ酸アンモニウムは、本実施形態の金属膜形成用組成物から金属膜を形成するに際し、還元反応を促進する効果を有し、所望とする電気抵抗特性の金属膜形成を促進することができる。   The other optional components, formic acid and ammonium formate, have the effect of promoting a reduction reaction when forming a metal film from the metal film forming composition of the present embodiment, and form a metal film with desired electrical resistance characteristics. Can be promoted.

本実施形態の金属膜形成用組成物に含有可能なギ酸およびギ酸アンモニウムとしては、市販品の使用が可能であり、入手方法等については特に限定はされない。   As formic acid and ammonium formate that can be contained in the metal film forming composition of the present embodiment, commercially available products can be used, and the obtaining method and the like are not particularly limited.

ギ酸およびギ酸アンモニウムの純度については特に限定するものではない。しかし、低純度であると、金属膜を形成する際に、当該金属膜の導電性を低下させる懸念がある。したがって、ギ酸およびギ酸アンモニウムの純度は95%以上が好ましく、99%以上が更に好ましい。   The purity of formic acid and ammonium formate is not particularly limited. However, if the purity is low, there is a concern that the conductivity of the metal film is lowered when the metal film is formed. Therefore, the purity of formic acid and ammonium formate is preferably 95% or more, and more preferably 99% or more.

本実施形態の金属膜形成用組成物におけるギ酸とギ酸アンモニウムの総含有量は特に制限はないが、本実施形態の金属膜形成用組成物が含有する全成分の総質量を100質量%としたときに、0質量%〜50質量%の範囲であることが好ましく、0質量%〜20質量%の範囲とするのがより好ましい。ギ酸とギ酸アンモニウムの総含有量が50質量%を超えるように添加しても、含有量に対応するような効果は得られない。更に、金属膜形成用組成物の単位質量当たりの金属形成の量が低下し、所望とする特性の金属膜を高い製造効率で形成できないおそれがある。   The total content of formic acid and ammonium formate in the metal film forming composition of the present embodiment is not particularly limited, but the total mass of all components contained in the metal film forming composition of the present embodiment is 100% by mass. Sometimes, it is preferably in the range of 0% by mass to 50% by mass, and more preferably in the range of 0% by mass to 20% by mass. Even when the total content of formic acid and ammonium formate exceeds 50% by mass, an effect corresponding to the content cannot be obtained. Furthermore, the amount of metal formation per unit mass of the composition for forming a metal film may be reduced, and a metal film having desired characteristics may not be formed with high production efficiency.

また、本実施形態の金属膜形成用組成物は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、その他任意成分として、上述したギ酸等以外の成分も含有することができる。本実施形態の金属膜形成用組成物において含有可能な、ギ酸等以外のその他任意成分については、所望とする特性を備え、かつ(A)成分による金属膜の形成反応を阻害しないものであれば、特に制限するものではない。例えば、上述した各成分が溶解して反応をしない有機溶剤の中から選択し、その他任意成分として含有させることも可能である。そして、その有機溶剤を添加することにより、金属膜形成用組成物を所望の濃度、表面張力、粘度となるよう調製することができ、あるいはバリア層等との密着性を向上させることができる。   Moreover, the composition for metal film formation of this embodiment can also contain components other than the formic acid etc. mentioned above as other arbitrary components, unless the effect of this invention is impaired. Other optional components other than formic acid and the like that can be contained in the metal film forming composition of the present embodiment are those that have desired characteristics and that do not inhibit the metal film formation reaction by component (A). There is no particular limitation. For example, it is possible to select from organic solvents in which the above-described components are dissolved and do not react and to be contained as other optional components. By adding the organic solvent, the composition for forming a metal film can be prepared so as to have a desired concentration, surface tension, and viscosity, or the adhesion with a barrier layer or the like can be improved.

本実施形態の金属膜形成用組成物における、ギ酸およびギ酸アンモニウム以外のその他任意成分の含有量は特に制限はないが、本実施形態の金属膜形成用組成物が含有する全成分の総質量を100質量%としたときに、0質量%〜50質量%の範囲であることが好ましく、0質量%〜20質量%の範囲とするのがより好ましい。その他任意成分の含有量が50質量%を超えるように添加しても、含有量に対応するような、その他任意成分による効果は得られない。更に、金属膜形成用組成物の単位質量当たりの金属形成の量が低下し、所望とする特性の金属膜を高い製造効率で形成できないおそれがある。   In the composition for forming a metal film of the present embodiment, the content of other optional components other than formic acid and ammonium formate is not particularly limited, but the total mass of all the components contained in the composition for forming a metal film of the present embodiment is calculated. When the content is 100% by mass, the range is preferably 0% by mass to 50% by mass, and more preferably 0% by mass to 20% by mass. Even if it is added so that the content of other optional components exceeds 50% by mass, the effect of other optional components corresponding to the content cannot be obtained. Furthermore, the amount of metal formation per unit mass of the composition for forming a metal film may be reduced, and a metal film having desired characteristics may not be formed with high production efficiency.

次に、上述した成分を含有する本実施形態の金属膜形成用組成物の調製方法について説明する。   Next, a method for preparing the metal film-forming composition of the present embodiment containing the above-described components will be described.

[金属膜形成用組成物の調製]
本実施形態の金属膜形成用組成物は、上述した(A)成分の他に、必要に応じて(B)成分、および他の任意成分を混合することで、簡便に調製し、製造することができる。また、本実施形態の金属膜形成用組成物が(C)成分である溶剤を含有する場合も、(A)成分および(C)成分、並びに必要に応じて(B)成分およびその他の任意成分を混合することで、簡便に調製し、製造することができる。
[Preparation of composition for forming metal film]
The composition for forming a metal film of the present embodiment is easily prepared and manufactured by mixing the component (B) and other optional components as necessary in addition to the component (A) described above. Can do. Moreover, also when the composition for metal film formation of this embodiment contains the solvent which is (C) component, (A) component and (C) component, and (B) component and other arbitrary components as needed Can be easily prepared and manufactured.

本実施形態の金属膜形成用組成物の調製において、(B)成分であるアミン化合物と(C)成分である溶剤とを添加する場合、(C)成分の添加は、上述した(A)成分と(B)成分とを混合した後に行うことができる。添加する溶剤としては、上述したように、(A)成分および(B)成分を溶解または分散するものであれば特に限定はされない。そして、(B)成分を溶解または分散するものが好ましい。   In the preparation of the metal film forming composition of the present embodiment, when the amine compound as the component (B) and the solvent as the component (C) are added, the addition of the component (C) is the component (A) described above. And (B) component can be mixed and mixed. The solvent to be added is not particularly limited as long as it dissolves or disperses the component (A) and the component (B) as described above. And what melt | dissolves or disperse | distributes (B) component is preferable.

本実施形態の金属膜形成用組成物の調製において、その他任意成分として、上述したギ酸等や、分散剤、酸化防止剤、濃度調整剤、表面張力調整剤、粘度調整剤等を含有させる場合、当該その他任意成分は、例えば、(A)成分と(B)成分とを混合した後、あるいは(A)成分と(B)成分と(C)成分とを混合した後に添加することができる。そして、分散剤、酸化防止剤、濃度調整剤、表面張力調整剤、粘度調整剤、密着助剤等の任意成分は、本実施形態の金属膜形成用組成物の成分濃度、表面張力、粘度等を調整し、あるいはバリア層等との密着性を向上させる。   In the preparation of the composition for forming a metal film of the present embodiment, as other optional components, formic acid and the like described above, a dispersant, an antioxidant, a concentration adjusting agent, a surface tension adjusting agent, a viscosity adjusting agent, etc. The other optional components can be added, for example, after mixing the (A) component and the (B) component, or after mixing the (A) component, the (B) component, and the (C) component. And optional components such as a dispersant, an antioxidant, a concentration adjusting agent, a surface tension adjusting agent, a viscosity adjusting agent, and an adhesion assistant are component concentrations, surface tension, viscosity, etc. of the metal film forming composition of the present embodiment. Or improve adhesion with a barrier layer or the like.

本実施形態の金属膜形成用組成物の調製時における混合方法としては、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、ディゾルバー、ビーズミル、ペイントシェーカーまたは攪拌脱泡装置等を使用した方法等が挙げられる。混合の条件としては、例えば、攪拌羽による攪拌の場合、攪拌羽の回転速度が、通常1rpm〜4000rpmの範囲、好ましくは10rpm〜2000rpmの範囲である。   The mixing method at the time of preparation of the metal film forming composition of the present embodiment is not particularly limited. For example, stirring with a stirring blade, stirring with a stirrer and a stirring bar, stirring with a boiler, ultrasonic homogenizer , A method using a dissolver, a bead mill, a paint shaker, a stirring deaerator, or the like. As mixing conditions, for example, in the case of stirring with a stirring blade, the rotation speed of the stirring blade is usually in the range of 1 rpm to 4000 rpm, preferably in the range of 10 rpm to 2000 rpm.

次に、本実施形態の金属膜形成用組成物を用いた金属膜の形成と、形成される金属膜とについて説明する。   Next, formation of a metal film using the metal film forming composition of the present embodiment and the formed metal film will be described.

[金属膜の形成]
本実施形態の金属膜形成用組成物を用いて金属膜を形成するにあたっては、まず、所望とする適当な基材上に当該金属膜形成用組成物を塗工して、塗膜を形成する。次いで、この塗膜を加熱して、基材上に金属膜を形成する。
[Formation of metal film]
In forming a metal film using the metal film-forming composition of the present embodiment, first, the metal film-forming composition is applied onto a desired appropriate substrate to form a coating film. . Next, this coating film is heated to form a metal film on the substrate.

このときの塗膜の加熱は、大気下や、窒素ガス、ヘリウムガスおよびアルゴンガス等の不活性ガスを利用した非酸化性雰囲気下や、酸素濃度500ppm以下の雰囲気下や、真空中で行うことができる。上述した実施形態の金属膜形成用組成物は、簡便に金属膜形成のための加熱を行って、金属膜を形成することができる。金属膜形成用組成物が(A)成分として金属塩を含む場合には、金属塩の金属イオンが還元反応して金属粒子を生成するので、水素ガス等の還元性ガスを利用した還元性雰囲気下で加熱する必要性はない。   The coating is heated in the air, in a non-oxidizing atmosphere using an inert gas such as nitrogen gas, helium gas and argon gas, in an atmosphere having an oxygen concentration of 500 ppm or less, or in a vacuum. Can do. The composition for forming a metal film of the above-described embodiment can form a metal film by simply performing heating for forming the metal film. When the metal film-forming composition contains a metal salt as the component (A), the metal ion of the metal salt undergoes a reduction reaction to produce metal particles, and therefore a reducing atmosphere using a reducing gas such as hydrogen gas. There is no need to heat under.

金属膜形成用組成物の塗膜を形成する基材としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。   As a base material which forms the coating film of the composition for metal film formation, a well-known thing can be used and it does not specifically limit.

この基材としては、例えば、樹脂等の有機基材、金属、金属合金、非金属、セラミックス、ガラス等の無機基材が挙げられ、より具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート)、ポリアセタール樹脂、セルロース誘導体等の樹脂基材、銅、鉄、銀、金、白金、アルミ、ニッケル、チタン、タンタル、コバルト、タングステン、ルテニウム、鉛等の金属基材、ジュラルミン、ステンレス鋼等の金属合金基材、炭素、ケイ素、ガリウム等の非金属基材、アルミナ、チタニア、酸化スズ、酸化イットリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、サファイア、ジルコニア、窒化ガリウム、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタル、ポリシリコン等のセラミックス基材、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、石英ガラス、カルコゲンガラス等のガラス基材、ガラスエポキシ等の有機無機複合基材等が挙げられる。   As this base material, for example, an organic base material such as a resin, an inorganic base material such as a metal, a metal alloy, a nonmetal, a ceramic, and a glass, more specifically, an epoxy resin, a polyimide resin, an acrylic resin, Styrene resin, vinyl chloride resin, polyester resin (polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate), polyacetal resin, resin base materials such as cellulose derivatives, copper, iron, silver, gold Metal substrates such as platinum, aluminum, nickel, titanium, tantalum, cobalt, tungsten, ruthenium, lead, metal alloy substrates such as duralumin and stainless steel, non-metal substrates such as carbon, silicon, gallium, alumina, titania , Tin oxide, yttrium oxide, barium titanate Ceramic substrates such as strontium titanate, sapphire, zirconia, gallium nitride, silicon nitride, titanium nitride, tantalum nitride, polysilicon, glass substrates such as soda glass, borosilicate glass, silica glass, quartz glass, and chalcogen glass, Examples thereof include organic-inorganic composite base materials such as glass epoxy.

本実施形態の金属膜形成用組成物の塗工方法としては、インクジェット印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷法、リバースオフセット印刷法、フレキソ印刷、(シルク)スクリーン印刷、凸版印刷等の印刷法や、スピンコート法、スプレーコート法、バーコート法、キャスト法、ディップコート法、および、ロールコータ法等の塗工方法が挙げられる。   As a coating method of the composition for forming a metal film of the present embodiment, inkjet printing, gravure printing, gravure offset printing method, reverse offset printing method, flexographic printing, (silk) screen printing, letterpress printing, and other printing methods, Examples of the coating method include spin coating, spray coating, bar coating, casting, dip coating, and roll coater.

印刷法を利用した場合には、所望のパターンを直接描画することができる。その結果、適当な基材上に形成された塗膜を加熱することで形成した金属膜を用いて、めっき法に適用される導電性層を形成すること等が可能になる。スピンコート法等を利用した場合には、基板上に一様なベタ状の塗膜が形成されるので、この塗膜を加熱することで一様なベタ状の金属膜を形成することが可能になる。また、スピンコート法等を利用した場合には、たとえ基材に貫通孔やブラインドビアホール等が形成されていても、これら貫通孔やブラインドビアホールの内面上、および基材の上面上に略一様な塗膜を形成することが可能になるので、この塗膜を加熱することで略コンフォーマルな金属膜を形成することが可能になる。   When the printing method is used, a desired pattern can be directly drawn. As a result, it is possible to form a conductive layer applied to the plating method using a metal film formed by heating a coating film formed on an appropriate substrate. When a spin coat method is used, a uniform solid coating film is formed on the substrate. By heating this coating film, a uniform solid metal film can be formed. become. In addition, when a spin coating method or the like is used, even if through holes or blind via holes are formed in the base material, they are substantially uniform on the inner surfaces of the through holes and blind via holes and on the upper surface of the base material. Therefore, it is possible to form a substantially conformal metal film by heating the coating film.

金属膜形成用組成物の塗工量は、所望する金属膜の膜厚に応じて適宜調整することができる。また、塗工方法や基材との濡れ性(基材の表面エネルギーの大きさ)等に応じて、金属膜形成用組成物の粘度を調整することが好ましい。金属膜形成用組成物の粘度は、(C)成分である溶剤を含有させる場合には、当該(C)成分の種類と含有量を適宜選定することにより、調整することが可能である。金属膜形成用組成物に(B)成分であるアミン化合物を含有させる場合には、(B)成分の種類と含有量を適宜選定することによっても、金属膜形成用組成物の粘度を調整することが可能である。   The coating amount of the metal film forming composition can be appropriately adjusted according to the desired film thickness of the metal film. Moreover, it is preferable to adjust the viscosity of the composition for forming a metal film according to the coating method, the wettability with the substrate (the surface energy of the substrate), and the like. The viscosity of the metal film-forming composition can be adjusted by appropriately selecting the type and content of the component (C) when the solvent as the component (C) is contained. When the amine compound as the component (B) is contained in the metal film forming composition, the viscosity of the metal film forming composition is also adjusted by appropriately selecting the type and content of the component (B). It is possible.

本実施形態の金属膜形成用組成物を塗工して得た塗膜を加熱する際の温度は、前述した(A)成分として金属塩を含有するか金属微粒子を含有するかに応じて、適宜設定可能である。金属膜形成用組成物が(A)成分として金属塩を含有する場合の加熱温度は、(A)成分の金属塩が還元され、不要な有機物が分解、揮発する温度であればよく、例えば50℃〜300℃の範囲で選定することが好ましく、50℃〜250℃の範囲がより好ましく、50℃〜200℃の範囲が更に好ましい。加熱温度が50℃未満であると、金属塩の還元反応が完全に進行せず、また不要な有機物の残存が顕著になる場合があり、300℃を超えると、有機材料からなる基板を利用できない、あるいはすでに形成された回路部分にダメージを与える恐れがある。250℃以下であれば、有機材料からなる基板を選択して使用することが可能となる。また、200℃以下であれば、有機材料からなる基板を含む、より多様な基板の群から所望の基板を選択して使用することができる。   The temperature at which the coating film obtained by applying the metal film forming composition of the present embodiment is heated depends on whether the metal salt is contained as the component (A) or the metal fine particles are contained. It can be set as appropriate. The heating temperature when the metal film-forming composition contains a metal salt as the component (A) may be any temperature at which the metal salt of the component (A) is reduced and unnecessary organic substances are decomposed and volatilized. It is preferable to select in the range of from ° C to 300 ° C, more preferably in the range of 50 ° C to 250 ° C, and still more preferably in the range of 50 ° C to 200 ° C. If the heating temperature is less than 50 ° C., the reduction reaction of the metal salt does not proceed completely, and unnecessary organic matter may remain significantly. If the heating temperature exceeds 300 ° C., a substrate made of an organic material cannot be used. Or, there is a risk of damaging an already formed circuit portion. If it is 250 degrees C or less, it will become possible to select and use the board | substrate which consists of organic materials. Moreover, if it is 200 degrees C or less, a desired board | substrate can be selected and used from the group of the more various board | substrates including the board | substrate which consists of organic materials.

一方、(A)成分として金属粒子を含有する場合の加熱温度は、(A)成分の金属粒子同士が焼結ないし融着する温度とすることが好ましい。金属微粒子の平均粒子径が数nm〜数10nm程度である場合には、バルクの金属よりも融点が降下し、300℃程度の比較的低温の加熱で粒子同士の焼結ないし融着が起こる。金属微粒子の平均粒子径が100nm程度である場合にも、比較低温の加熱で粒子同士の焼結ないし融着が起こる。   On the other hand, the heating temperature in the case of containing metal particles as the component (A) is preferably a temperature at which the metal particles of the component (A) are sintered or fused. When the average particle diameter of the metal fine particles is about several nanometers to several tens of nanometers, the melting point is lower than that of the bulk metal, and the particles are sintered or fused by heating at a relatively low temperature of about 300 ° C. Even when the average particle diameter of the metal fine particles is about 100 nm, the particles are sintered or fused by heating at a relatively low temperature.

また、加熱時間は、金属膜形成用組成物中の(A)成分、並びに必要に応じて添加される(B)成分、(C)成分およびその他任意成分等の各成分の種類や、所望する金属膜の導電性(電気抵抗値)を考慮して適宜選択すればよく、特に限定するものではない。200℃程度またはそれ以下の比較的低温の加熱温度を選択した場合には、加熱時間は、5分間〜100分間程度とすることが好ましい。   In addition, the heating time is the type of each component such as the component (A) in the composition for forming a metal film, the component (B), the component (C), and other optional components added as necessary, and the like. What is necessary is just to select suitably considering the electroconductivity (electrical resistance value) of a metal film, and it does not specifically limit. When a relatively low heating temperature of about 200 ° C. or lower is selected, the heating time is preferably about 5 to 100 minutes.

金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して得た金属膜をコンタクトプラグ形成のためのめっき処理用シード層として利用する場合には、実施の形態1および実施の形態2で説明したように、金属膜形成用組成物の粘度を1Pa・s以下、金属濃度を5〜50質量%とすることが好ましい。ここで、金属膜形成用組成物の金属濃度とは、金属膜形成用組成物に占める(A)成分の割合を意味する。また、この場合、金属膜形成用組成物の塗膜を酸素濃度500ppm以下の雰囲気中または真空中にて100〜200℃に加熱することで、金属膜を形成することが好ましい。   When the metal film obtained by heating the coating film of the metal film forming composition is used as a seed layer for plating treatment for forming a contact plug, as described in the first and second embodiments. The viscosity of the metal film forming composition is preferably 1 Pa · s or less, and the metal concentration is preferably 5 to 50% by mass. Here, the metal concentration of the composition for forming a metal film means the ratio of the component (A) in the composition for forming a metal film. In this case, the metal film is preferably formed by heating the coating film of the composition for forming a metal film to 100 to 200 ° C. in an atmosphere having an oxygen concentration of 500 ppm or less or in a vacuum.

金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して得られる金属膜の膜厚および段差被覆性は、金属膜形成用組成物の組成、金属膜形成用組成物の塗工量、金属膜形成用組成物の粘度、金属膜形成用組成物の金属濃度、金属膜形成用組成物と基材との濡れ性、塗工条件等に応じて変動する。良好な段差被覆性を有する所望膜厚の金属膜を形成するうえからは、基材との濡れ性を勘案して、これら金属膜形成用組成物の組成、粘度および金属濃度、ならびに塗工条件の好ましい範囲を予め実験により求めておくことが望ましい。   The film thickness and step coverage of the metal film obtained by heating the coating film of the metal film forming composition are the composition of the metal film forming composition, the coating amount of the metal film forming composition, and the metal film forming It varies depending on the viscosity of the composition, the metal concentration of the metal film forming composition, the wettability between the metal film forming composition and the substrate, the coating conditions, and the like. In order to form a metal film with a desired film thickness having good step coverage, the composition, viscosity and metal concentration of these metal film-forming compositions, and coating conditions are taken into account in consideration of wettability with the substrate. It is desirable to obtain a preferable range in advance through experiments.

例えばブラインドビアホールが形成されたシリコンウエハ上に金属膜形成用組成物をスピンコート法により塗工して塗膜を得、この塗膜を加熱して金属膜を形成する場合、金属膜形成用組成物の組成、金属膜形成用組成物の塗工量、金属膜形成用組成物の粘度、金属膜形成用組成物の金属濃度等を適宜調整することにより、略一様で段差被覆性が良好な金属膜を形成することができる。すなわち、コンフォーマルな金属膜を形成することができる。   For example, when a metal film forming composition is applied onto a silicon wafer on which blind via holes are formed by spin coating to obtain a coating film, and the coating film is heated to form a metal film, the metal film forming composition By adjusting the composition of the product, the coating amount of the metal film forming composition, the viscosity of the metal film forming composition, the metal concentration of the metal film forming composition, etc. A simple metal film can be formed. That is, a conformal metal film can be formed.

以上説明したように、本実施形態の金属膜形成用組成物を用いれば、良好な電気抵抗特性を有する金属膜を簡便に形成することが可能になると共に、良好な段差被覆性の下に金属膜を形成することが容易になる。アスペクト比が大きい貫通孔やブラインドビアホールであっても、当該貫通孔やブラインドビアホール内に良好な段差被覆性の下に金属膜を容易に形成することができる。   As described above, by using the metal film forming composition of the present embodiment, it is possible to easily form a metal film having good electric resistance characteristics and to form a metal with good step coverage. It becomes easy to form a film. Even in the case of a through hole or blind via hole having a large aspect ratio, a metal film can be easily formed in the through hole or blind via hole with good step coverage.

以下、実施例に基づいて本発明の実施形態をより具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例において、粘度に関してはE型粘度計(東機産業社製)にて測定した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to these examples. In the examples, the viscosity was measured with an E-type viscometer (manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.).

実施例1
冷却ジャケットおよび攪拌機を装備したガラス製反応器へ、ギ酸銅4水和物を33重量部、n−オクチルアミンを67重量部仕込んだ。次いで液温を30℃にコントロールしながら300rpmで20時間混合し、原子換算での銅濃度が9.3質量%の金属膜形成用組成物1を調製した。当該金属膜形成用組成物1の粘度は390mPa・sであった。
Example 1
A glass reactor equipped with a cooling jacket and a stirrer was charged with 33 parts by weight of copper formate tetrahydrate and 67 parts by weight of n-octylamine. Next, while controlling the liquid temperature at 30 ° C., mixing was performed at 300 rpm for 20 hours to prepare a metal film forming composition 1 having a copper concentration in terms of atoms of 9.3 mass%. The viscosity of the metal film forming composition 1 was 390 mPa · s.

実施例2
ギ酸銅4水和物に代えて無水ギ酸銅を22重量部とし、n−オクチルアミンに代えて2−エチルヘキシルアミンを78重量部とした以外は実施例1と同様の操作にて、原子換算での銅濃度が9.1質量%の金属膜形成用組成物2を調製した。当該金属膜形成用組成物2の粘度は100mPa・sであった。
Example 2
In the same manner as in Example 1, except that copper formate tetrahydrate was replaced by 22 parts by weight of anhydrous copper formate and 2-ethylhexylamine was replaced by 78 parts by weight instead of n-octylamine. A metal film forming composition 2 having a copper concentration of 9.1% by mass was prepared. The viscosity of the metal film forming composition 2 was 100 mPa · s.

実施例3
ギ酸銅4水和物に代えてギ酸ニッケルを23重量部とし、n−オクチルアミンを77重量部とした以外は実施例1と同様の操作にて、原子換算での銅濃度が9.0質量%の金属膜形成用組成物3を調製した。当該金属膜形成用組成物3の粘度は150mPa・sであった。
Example 3
The copper concentration in terms of atoms was 9.0 mass in the same manner as in Example 1 except that 23 parts by weight of nickel formate was used instead of copper formate tetrahydrate and 77 parts by weight of n-octylamine was used. % Of a metal film-forming composition 3 was prepared. The viscosity of the metal film forming composition 3 was 150 mPa · s.

実施例4
ギ酸ニッケルを7重量部、無水ギ酸銅を15重量部、n−オクチルアミンを58重量部、3−エトキシプロピルアミンを20重量部用いた以外は、実施例1と同様の操作にて、金属膜形成用組成物4を調製した。当該金属膜形成用組成物4の粘度は320mPa・sであった。
Example 4
A metal film was prepared in the same manner as in Example 1 except that 7 parts by weight of nickel formate, 15 parts by weight of anhydrous copper formate, 58 parts by weight of n-octylamine, and 20 parts by weight of 3-ethoxypropylamine were used. A forming composition 4 was prepared. The viscosity of the metal film forming composition 4 was 320 mPa · s.

実施例5
無水ギ酸銅を22重量部、n−オクチルアミンを55重量部、ジエチレングリコールジメチルエーテルを23重量部用い、表面調整剤としてBYK370(ビックケミー社製、固形分濃度25質量%)を0.5重量部外添した以外は、実施例1と同様の操作にて、金属膜形成用組成物5を調製した。当該金属膜形成用組成物5の粘度は90mPa・sであった。
Example 5
22 parts by weight of anhydrous copper formate, 55 parts by weight of n-octylamine, 23 parts by weight of diethylene glycol dimethyl ether, and 0.5 parts by weight of BYK370 (BIC Chemie, solid content concentration 25% by mass) as a surface conditioner A metal film-forming composition 5 was prepared in the same manner as in Example 1 except that. The viscosity of the metal film forming composition 5 was 90 mPa · s.

実施例6
ガラス製還流冷却管および攪拌機を装備したガラス製の反応器へ、1−ブタノール32.3重量部、2−エチルヘキシルアミン46.2重量、オレイン酸3.2重量部、無水ギ酸銅18.3重量部を仕込み、窒素流通下で均一溶解するまで攪拌し、次にオイルバスで100℃に加熱、60分間攪拌することで、黒色の銅微粒子分散体を得た。当該銅微粒子分散体を室温にまで放冷した後、メタノール100重量部を添加し、遠心分離により上澄みを分離除去し、銅ナノ粒子を主成分とする固形物10.2重量部を得た。透過型電子顕微鏡(TEM)による分析において、銅ナノ粒子の平均粒径は54nmであった。得られた上述の銅ナノ粒子を主成分とする固形物4.0重量部にオレイン酸0.4重量部、オクチルアミン0.3重量部、n−オクタン3.5重量部、ブタノール3.5重量部、ソルスパース24000(ルーブリゾール社製)0.1重量部を遊星式脱泡撹拌混合器にて混合し、原子換算での銅濃度が33質量%の金属膜形成用組成物6を得た。当該金属膜形成用組成物6の粘度は75mPa・sであった。
Example 6
To a glass reactor equipped with a glass reflux condenser and a stirrer, 32.3 parts by weight of 1-butanol, 46.2 parts by weight of 2-ethylhexylamine, 3.2 parts by weight of oleic acid, and 18.3 parts by weight of anhydrous copper formate Then, the mixture was stirred until it was uniformly dissolved under a nitrogen stream, and then heated to 100 ° C. in an oil bath and stirred for 60 minutes to obtain a black copper fine particle dispersion. The copper fine particle dispersion was allowed to cool to room temperature, 100 parts by weight of methanol was added, and the supernatant was separated and removed by centrifugation to obtain 10.2 parts by weight of a solid mainly composed of copper nanoparticles. In the analysis with a transmission electron microscope (TEM), the average particle diameter of the copper nanoparticles was 54 nm. To 4.0 parts by weight of the solid matter mainly composed of the obtained copper nanoparticles, 0.4 parts by weight of oleic acid, 0.3 parts by weight of octylamine, 3.5 parts by weight of n-octane, 3.5 parts of butanol Part by weight and 0.1 part by weight of Solsperse 24000 (manufactured by Lubrizol) were mixed with a planetary defoaming stirring mixer to obtain a metal film forming composition 6 having a copper concentration of 33% by mass in terms of atoms. . The viscosity of the metal film forming composition 6 was 75 mPa · s.

実施例7
実施例1のギ酸銅4水和物に代えて、無水ギ酸銅10.5重量部とし、n−オクチルアミン67重量部を89重量部に代えて、BYK370(ビックケミー社製、固形分濃度25質量%)0.5重量部を追加した以外は実施例1と同様の操作にて、原子換算での銅濃度4.4wt%の金属膜形成用組成物7を調製した。当該金属膜形成用組成物7の粘度は80mPa・sであった。
Example 7
In place of the copper formate tetrahydrate of Example 1, 10.5 parts by weight of anhydrous copper formate and 67 parts by weight of n-octylamine were replaced by 89 parts by weight, and BYK370 (manufactured by BYK Chemie, solid concentration 25 mass) %) A metal film-forming composition 7 having a copper concentration of 4.4 wt% in terms of atoms was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.5 part by weight was added. The viscosity of the metal film forming composition 7 was 80 mPa · s.

実施例8〜14
(シリコン貫通配線基板の作成)
図1に示した構造の基板を図2および図3に記載の工程に従い作成した。まずシリコンウエハ基板の上面にプラズマCVD法によりシリコン窒化物膜を形成した。その上にレジストをフォトリソグラフィーにてパターニングし、続くウエットエッチングによってブラインドビアホール形状のマスク材料層を形成した。次に、マスク材料層形成面から、反応性イオンエッチング法によって、シリコンウエハ基板に口径10μm、深さ100μmのブラインドビアホールを形成した。その後にマスク材料層であるシリコン窒化物膜はウエットエッチングにより除去した。
Examples 8-14
(Creation of through silicon via substrate)
A substrate having the structure shown in FIG. 1 was prepared according to the steps shown in FIGS. First, a silicon nitride film was formed on the upper surface of the silicon wafer substrate by plasma CVD. A resist was patterned thereon by photolithography, and a mask material layer having a blind via hole shape was formed by subsequent wet etching. Next, a blind via hole having a diameter of 10 μm and a depth of 100 μm was formed on the silicon wafer substrate by reactive ion etching from the mask material layer forming surface. Thereafter, the silicon nitride film as the mask material layer was removed by wet etching.

次に、シリコンウエハ基板の上面、およびブラインドビアホールの内面にプラズマCVD法でシリコン酸化物膜を形成した。更にPVD法でバリア層であるチタン膜を形成し、続いてPVD法により銅を堆積させ、底部シード層BSと上部導電膜UM(図2および図3参照)とを同時に形成し、底部シード層BSと上部導電膜UMとを有するブラインドビアホール基板を作成した。当該基板において銅膜の厚みは底部シード層BSが10nm、上部導電膜UMが30nmとなるよう調整されており、ビア内壁部においては銅膜の存在は観測されなかった。   Next, a silicon oxide film was formed on the upper surface of the silicon wafer substrate and the inner surface of the blind via hole by plasma CVD. Further, a titanium film as a barrier layer is formed by the PVD method, and then copper is deposited by the PVD method to form the bottom seed layer BS and the upper conductive film UM (see FIGS. 2 and 3) at the same time. A blind via hole substrate having a BS and an upper conductive film UM was prepared. In the substrate, the thickness of the copper film was adjusted so that the bottom seed layer BS was 10 nm and the upper conductive film UM was 30 nm, and the presence of the copper film was not observed on the inner wall portion of the via.

底部シード層BSを有する上記ブラインドビアホール基板に、実施例1〜7の金属膜形成用組成物1〜7をスピンコートし、窒素気流下、ホットプレートにて所定の温度で30分焼成し、ブラインドビアホール形成面の上面、およびブラインドビアホールの内面に主シード層MSの母材となる金属膜23(図2参照)として銅粒子の焼結膜を形成した。主シード層MSの平均厚みは上面で250nm、内壁上で60nmとなるよう条件を調整した。得られた金属膜付きブラインドビアホール基板の上面の表面抵抗値を四探針抵抗測定機(商品名:Model sigma−5、NPS社)を用いて測定した。また密着性試験をJIS−H−8504に記載のテープ試験法に準拠して行った。評価は以下のA〜Cの3段階で行った。
A:テープの粘着面に金属膜が付着しなかった場合
B:テープの粘着面に金属膜の一部が付着した場合
C:テープの粘着面に金属膜の全部が付着した場合
焼成温度条件、および評価結果を表1に示す。
The above-described blind via-hole substrate having the bottom seed layer BS is spin-coated with the metal film-forming compositions 1 to 7 of Examples 1 to 7, and baked at a predetermined temperature for 30 minutes in a hot air plate under a nitrogen stream. A sintered film of copper particles was formed as a metal film 23 (see FIG. 2) serving as a base material of the main seed layer MS on the upper surface of the via hole forming surface and the inner surface of the blind via hole. Conditions were adjusted so that the average thickness of the main seed layer MS was 250 nm on the upper surface and 60 nm on the inner wall. The surface resistance value of the upper surface of the obtained blind via-hole substrate with a metal film was measured using a four-point probe resistance measuring machine (trade name: Model sigma-5, NPS). Further, the adhesion test was conducted in accordance with the tape test method described in JIS-H-8504. Evaluation was performed in the following three stages A to C.
A: When the metal film does not adhere to the adhesive surface of the tape B: When the metal film partially adheres to the adhesive surface of the tape C: When the entire metal film adheres to the adhesive surface of the tape Table 1 shows the evaluation results.

次に特許第3964263号公報の実施例2に記載の条件にて、ブラインドビアホール形成面に電気銅めっき処理を施し、ブラインドビアホールを銅で充填後、特許第3837277号公報の実施例1に記載の条件で、電気銅めっき層を化学的機械的研磨(CMP)法で研磨することで、ブラインドビアホール上面の銅膜を平坦化した。次に、ブラインドビアホール形成面とは反対の面(シリコンウエハ基板の下面)をバリア層の下面が完全に露出するまでCMP法にて研磨し、次いでプラズマCVD法でシリコン酸化物膜を形成し、ブラインドビアホール内にあった電気銅メッキ層と平面視上重なる位置にあるシリコン酸化膜をウエットエッチングにより除去後、下側共通電極としてアルミニウム層をPVD法で形成した。   Next, under the conditions described in Example 2 of Japanese Patent No. 3964263, the surface of the blind via hole is subjected to electrolytic copper plating, and after filling the blind via hole with copper, the method described in Example 1 of Japanese Patent No. 3837277 is described. The copper film on the upper surface of the blind via hole was flattened by polishing the electrolytic copper plating layer by a chemical mechanical polishing (CMP) method under the conditions. Next, the surface opposite to the blind via hole forming surface (the lower surface of the silicon wafer substrate) is polished by CMP until the lower surface of the barrier layer is completely exposed, and then a silicon oxide film is formed by plasma CVD, After removing the silicon oxide film in a position overlapping the electrolytic copper plating layer in the blind via hole in plan view by wet etching, an aluminum layer was formed as a lower common electrode by the PVD method.

次に、上側配線として残す領域以外の電気銅メッキ層/上部導電膜/バリア層をウエットエッチングにより除去することで、上側配線を形成し、シリコン貫通配線基板を得た。該シリコン貫通配線基板の下側共通電極と上側配線間の電気抵抗値を測定することで、形成された20点のコンタクトプラグの導通性を確認した。上側配線の測定端子からコンタクトプラグまでの抵抗値を補正し、コンタクトプラグの上下間の抵抗値を算出した。抵抗値範囲ごとにまとめた結果を表2に示す。   Next, the upper side wiring was formed by removing the copper electroplating layer / upper conductive film / barrier layer other than the region to be left as the upper wiring by wet etching to obtain a through silicon via substrate. By measuring the electrical resistance value between the lower common electrode and the upper wiring of the through silicon via substrate, the conductivity of the formed 20 contact plugs was confirmed. The resistance value from the measurement terminal of the upper wiring to the contact plug was corrected, and the resistance value between the upper and lower sides of the contact plug was calculated. The results summarized for each resistance value range are shown in Table 2.

また各基板のコンタクトプラグ部分を収束イオンビーム加工(FIB)にて断面加工し、高分解能走査電子顕微鏡(SEM)にて観測し、充填性すなわちボイド発生の状態を評価した。評価は以下の2段階で行った。
○:ボイドが見られず良好に接続されている
△:ボイドが発生している部分がある
評価結果を表2に併記する。
Further, the contact plug portion of each substrate was cross-sectional processed by focused ion beam processing (FIB), and observed by a high-resolution scanning electron microscope (SEM) to evaluate the filling property, that is, the state of void generation. Evaluation was performed in the following two stages.
○: Void is not seen and connected well Δ: There is a portion where void is generated Table 2 shows the evaluation results.

実施例15
実施例8のシリコン貫通配線基板の作成において、PVD法にて銅を堆積する代わりに、パラジウムを堆積する以外は、実施例8と同様の試料作製と評価を実施した。
焼成温度条件および評価結果を表1および表2に示す。
Example 15
In the production of the through silicon via substrate of Example 8, sample preparation and evaluation similar to Example 8 were carried out except that palladium was deposited instead of depositing copper by the PVD method.
The firing temperature conditions and the evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2016048779
Figure 2016048779

Figure 2016048779
Figure 2016048779

以上、実施例を挙げて本発明について説明したが、本発明は上述した実施の形態や実施例に限定されるものではない。本発明については、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。例えば、3次元配線を構成するコンタクトプラグの下端と下側配線とは、実施の形態1で説明したようにバリア層が介在することなく直接接続されていてもよし、実施の形態2や実施例8〜15で説明したようにバリア層を介して接続されていてもよい。バリア層を介してコンタクトプラグと下側配線とを接続する場合でも、バリア層を形成してから底部シード層を形成するまでの間にバリア層表面が酸化や窒化等によって不動態化してしまうのを防止しておけば、コンタクトプラグと下側配線との接触抵抗値を比較的低い値にすることができる。バリア層表面の不動態化は、例えばバリア層の形成と底部シード層の形成とを一連の真空環境下で行うことによって防止可能である。   The present invention has been described with reference to the examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. Various changes, improvements, combinations, and the like are possible for the present invention. For example, the lower end of the contact plug constituting the three-dimensional wiring and the lower wiring may be directly connected without any barrier layer as described in the first embodiment. As described in 8 to 15, they may be connected via a barrier layer. Even when the contact plug and the lower wiring are connected via the barrier layer, the surface of the barrier layer is passivated by oxidation, nitridation, etc., between the formation of the barrier layer and the formation of the bottom seed layer. If this is prevented, the contact resistance value between the contact plug and the lower wiring can be made relatively low. The passivation of the barrier layer surface can be prevented, for example, by performing the formation of the barrier layer and the bottom seed layer in a series of vacuum environments.

本発明の3次元配線を有する回路装置は、ビルドアップ配線板のように多層配線構造を有する配線板や回路基板、あるいは実装基板であってもよい。本発明の3次元配線の形成方法は、複数のダマシン配線によって構成される3次元配線の形成に好適に適用することができる。   The circuit device having the three-dimensional wiring of the present invention may be a wiring board, a circuit board, or a mounting board having a multilayer wiring structure such as a build-up wiring board. The method for forming a three-dimensional wiring of the present invention can be suitably applied to the formation of a three-dimensional wiring composed of a plurality of damascene wirings.

1 シリコン貫通配線基板
10 シリコン基板
11a1〜11a3 上側バリア層
11b1,11b2 下側バリア層
12a〜12e 上側配線
13a,13b 下側配線
100 半導体装置
130 多層配線部
131 第1配線層
132 第2配線層
133 第3配線層
BS 底部シード層
MS 主シード層
PB プラグ本体
CP コンタクトプラグ
D ダマシン配線
WL 配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon through wiring board 10 Silicon substrate 11a1-11a3 Upper barrier layer 11b1, 11b2 Lower barrier layer 12a-12e Upper wiring 13a, 13b Lower wiring 100 Semiconductor device 130 Multilayer wiring part 131 1st wiring layer 132 2nd wiring layer 133 Third wiring layer BS Bottom seed layer MS Main seed layer PB Plug body CP Contact plug D Damascene wiring WL wiring

Claims (19)

基材または電気絶縁膜の上面側に形成された上側配線と、前記基材または前記電気絶縁膜の下面側に形成された下側配線とが、前記基材または前記電気絶縁膜に設けられた貫通孔内に形成されているコンタクトプラグによって互いに電気的に接続されている3次元配線を有し、
前記コンタクトプラグは、前記コンタクトプラグの下端面側を構成する底部シード層と、該底部シード層および前記貫通孔の内壁の各々を覆う主シード層と、該主シード層上に形成されて前記貫通孔を埋める導電体層とを有し、
前記底部シード層は、気相蒸着法によって形成された導電体の層であり、前記主シード層は、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有する金属膜形成用組成物の塗膜を加熱して形成された金属膜であることを特徴とする3次元配線を有する回路装置。
An upper wiring formed on the upper surface side of the base material or the electric insulating film and a lower wiring formed on the lower surface side of the base material or the electric insulating film are provided on the base material or the electric insulating film. Having three-dimensional wiring electrically connected to each other by contact plugs formed in the through holes;
The contact plug is formed on the main seed layer, the bottom seed layer constituting the lower end surface side of the contact plug, the main seed layer covering each of the bottom seed layer and the inner wall of the through hole, and the through seed A conductor layer filling the hole,
The bottom seed layer is a conductor layer formed by vapor deposition, and the main seed layer contains at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table. A circuit device having a three-dimensional wiring, which is a metal film formed by heating a coating film of a composition for forming a metal film.
前記貫通孔の内壁上での前記主シード層の厚さの平均値が10〜2000nmであることを特徴とする請求項1に記載の3次元配線を有する回路装置。   2. The circuit device having a three-dimensional wiring according to claim 1, wherein an average value of the thickness of the main seed layer on the inner wall of the through hole is 10 to 2000 nm. 前記主シード層は、銅粒子の焼結膜であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の3次元配線を有する回路装置。   The circuit device having a three-dimensional wiring according to claim 1, wherein the main seed layer is a sintered film of copper particles. 前記貫通孔の口径は1〜100μm、深さは20〜200μm、前記口径に対する前記深さの比は1〜50であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の3次元配線を有する回路装置。   4. The diameter of the through hole is 1 to 100 μm, the depth is 20 to 200 μm, and the ratio of the depth to the diameter is 1 to 50. 5. A circuit device having three-dimensional wiring. 前記主シード層の下地層として前記貫通孔の少なくとも内壁を覆うバリア層を更に有し、該バリア層は、高融点金属、高融点金属の合金、または高融点金属の化合物からなる層を少なくとも1層含むことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の3次元配線を有する回路装置。   A barrier layer covering at least the inner wall of the through hole is further provided as an underlayer for the main seed layer, and the barrier layer includes at least one layer made of a refractory metal, a refractory metal alloy, or a refractory metal compound. The circuit device having a three-dimensional wiring according to any one of claims 1 to 4, further comprising a layer. 基材または電気絶縁膜に設けられた貫通孔内にコンタクトプラグが形成され、前記基材または前記電気絶縁膜の上面側に形成された上側配線と、前記基材または前記電気絶縁膜の下面側に形成された下側配線とが前記コンタクトプラグによって互いに電気的に接続されている3次元配線の形成方法であって、
前記基材または前記電気絶縁膜に貫通孔もしくはブラインドビアホールを形成するホール形成工程と、
前記貫通孔の下端側または前記ブラインドビアホールの底面上に、気相蒸着法によって導電体を堆積させて底部シード層を形成する底部シード層形成工程と、
前記底部シード層が形成された基材または電気絶縁膜に、周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有する金属膜形成用組成物を塗工して、前記基材または前記電気絶縁層の上面、前記貫通孔または前記ブラインドビアホールの内壁、および前記底部シード層の上面を覆う塗膜を形成する塗膜形成工程と、
前記塗膜を加熱して金属膜にする金属膜形成工程と、
を含むことを特徴とする3次元配線の形成方法。
A contact plug is formed in a through-hole provided in the base material or the electric insulation film, and an upper wiring formed on the upper surface side of the base material or the electric insulation film, and a lower surface side of the base material or the electric insulation film A lower wiring formed in the three-dimensional wiring is electrically connected to each other by the contact plug,
A hole forming step of forming a through hole or a blind via hole in the base material or the electrical insulating film;
A bottom seed layer forming step of forming a bottom seed layer by depositing a conductor by vapor deposition on a lower end side of the through hole or on a bottom surface of the blind via hole;
A metal film-forming composition containing at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table is applied to the base material or electrical insulating film on which the bottom seed layer is formed. A coating film forming step of forming a coating film covering the upper surface of the base material or the electrical insulating layer, the inner wall of the through-hole or the blind via hole, and the upper surface of the bottom seed layer;
A metal film forming step of heating the coating film to form a metal film;
A method for forming a three-dimensional wiring, comprising:
前記金属膜形成用組成物の粘度は1Pa・s以下、金属濃度は5〜50質量%であることを特徴とする請求項6に記載の3次元配線の形成方法。   The method for forming a three-dimensional wiring according to claim 6, wherein the composition for forming a metal film has a viscosity of 1 Pa · s or less and a metal concentration of 5 to 50 mass%. 前記金属膜形成工程で、前記塗膜を酸素濃度500ppm以下の雰囲気中または真空中にて100〜200℃に加熱することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の3次元配線の形成方法。   The three-dimensional wiring according to claim 6 or 7, wherein, in the metal film forming step, the coating film is heated to 100 to 200 ° C in an atmosphere having an oxygen concentration of 500 ppm or less or in a vacuum. Method. 前記金属膜形成工程で、前記貫通孔の内壁上または前記ブラインドビアホールの内壁上での厚さの平均値が10〜2000nmの金属膜を形成することを特徴とする請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載の3次元配線の形成方法。   9. The metal film having an average thickness of 10 to 2000 nm on the inner wall of the through hole or the inner wall of the blind via hole is formed in the metal film forming step. The method for forming a three-dimensional wiring according to any one of the above. 前記金属膜は銅粒子の焼結膜であることを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載の3次元配線の形成方法。   The method for forming a three-dimensional wiring according to any one of claims 6 to 9, wherein the metal film is a sintered film of copper particles. 前記貫通孔または前記ブラインドビアホールの口径は1〜100μm、深さは20〜200μm、前記口径に対する前記深さの比は1〜50であることを特徴とする請求項6〜請求項10のいずれか一項に記載の3次元配線の形成方法。   11. The diameter of the through hole or the blind via hole is 1 to 100 μm, the depth is 20 to 200 μm, and the ratio of the depth to the diameter is 1 to 50. 11. The method for forming a three-dimensional wiring according to one item. 前記金属膜形成工程に先だって、前記貫通孔または前記ブラインドビアホールの内面上にバリア層の母材となる高融点膜を形成する高融点膜形成工程を更に含むことを特徴とする請求項6〜請求項11のいずれか一項に記載の3次元配線の形成方法。   The high melting point film forming step of forming a high melting point film as a base material of the barrier layer on the inner surface of the through hole or the blind via hole prior to the metal film forming step is further included. Item 12. The method for forming a three-dimensional wiring according to any one of Items 11 to 11. めっき法により前記底部シード層上および前記金属膜上に導電体を堆積させて前記貫通孔または前記ブラインドビアホールを埋めるめっき工程を更に含むことを特徴とする請求項6〜請求項12のいずれか一項に記載の3次元配線の形成方法。   13. The method according to claim 6, further comprising a plating step of filling the through hole or the blind via hole by depositing a conductor on the bottom seed layer and the metal film by a plating method. The method for forming a three-dimensional wiring according to the item. 前記めっき工程で堆積した余剰の導電体を化学的機械的研磨法によって除去する研磨工程を更に含むことを特徴とする請求項13に記載の3次元配線の形成方法。   The method of forming a three-dimensional wiring according to claim 13, further comprising a polishing step of removing surplus conductor deposited in the plating step by a chemical mechanical polishing method. 周期表の第10族および第11族から選ばれる金属の塩および粒子の少なくとも一方を含有することを特徴とする3次元配線用の金属膜形成用組成物。   A composition for forming a metal film for three-dimensional wiring, comprising at least one of a metal salt and particles selected from Group 10 and Group 11 of the periodic table. 前記金属の塩は銅またはニッケルを含むカルボン酸塩であり、前記金属の粒子は銅粒子またはニッケル粒子であることを特徴とする請求項15に記載の3次元配線用の金属膜形成用組成物。   The composition for forming a metal film for a three-dimensional wiring according to claim 15, wherein the metal salt is a carboxylate containing copper or nickel, and the metal particles are copper particles or nickel particles. . 前記金属の塩はギ酸銅またはギ酸ニッケルであり、前記金属の粒子は、平均粒子径が5〜100nmの銅粒子またはニッケル粒子であることを特徴とする請求項15または請求項16に記載の3次元配線用の金属膜形成用組成物。   The metal salt is copper formate or nickel formate, and the metal particles are copper particles or nickel particles having an average particle diameter of 5 to 100 nm. A metal film forming composition for dimension wiring. アミン化合物を更に含有することを特徴とする請求項15〜請求項17のいずれか一項に記載の3次元配線用の金属膜形成用組成物。   The composition for forming a metal film for a three-dimensional wiring according to any one of claims 15 to 17, further comprising an amine compound. 粘度が1Pa・s以下、金属濃度が5〜50質量%であることを特徴とする請求項15〜請求項18のいずれか一項に記載の3次元配線用の金属膜形成用組成物。   The composition for forming a metal film for a three-dimensional wiring according to any one of claims 15 to 18, wherein the viscosity is 1 Pa · s or less and the metal concentration is 5 to 50% by mass.
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