JP4625249B2 - 絶縁膜の形成方法および電子装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本願発明の方法において使用しうる塗布液は、固化により絶縁膜を形成する液体組成物であって、絶縁膜を形成させない金属表面をぬらさない液体であれば、任意のものであることができる。
本塗布液には、絶縁膜を形成するために通常使用される有機成分および無機成分を適宜配合することができる。これらのうち有機成分としては、各種エポキシ化合物、シロキサン化合物などのほか、硬化することにより絶縁性樹脂を形成する硬化性のモノマーやオリゴマーなどのプレポリマーを使用することができ、これらをポリマーの状態で融解させたり、溶媒に溶解させて使用したりすることもできる。これらのうち、熱可塑性樹脂としては、酢酸ビニル、ビニルアルコール、ビニルブチラール、塩化ビニル、メタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、エチレン、アミド、セルロース、イソブチレン、ビニルエーテルなどからなるプレポリマーやポリマーを挙げることができる。また、熱硬化性樹脂としては、尿素、メラミン、フェノール、レゾルシノール、エポキシ、エピスルフィド、イソシアネート、イミドなどからなるプレポリマーやポリマーを挙げることができる。これらの化合物は、1種類、または2種類以上を適宜組み合わせて使用することができる。これらのなかでも、エポキシまたはオキセタンを代表とするオキシラン化合物変性シランカップリング剤などを具体的に挙げることができる。
本願発明の方法は、電子装置の基板上に形成しうる任意の金属に適用することができる。つまり、選択した金属のみにぬれを示さない塗布液を適宜選択することによって、選択した金属以外のその他の金属、絶縁体、基板表面に選択的に絶縁膜を形成させることがでできる。このような金属としては、Ag、Cu、Au、Al、Mg、Rh、W、Mo、Co、Ni、Pt、Pd、Cr、Ta、Pb、V、Zr、Ti、In、Fe、Znなどの金属、そしてSn−Pb系、Sn−In系、Sn−Bi系、Sn−Ag系、Sn−Zn系合金などを挙げることができる。
本願方法は、上述したように所望の金属に対してぬれを示さない任意の塗布液を適宜選択することにより行うことができる。
本願発明の方法により絶縁膜を形成する電子装置において、基板上に形成することができる絶縁体としては、通常使用される任意の絶縁体を用いることができる。このような絶縁体としては、Si3N4、AlN、SiO2、La2O3、Nb2O3、Y2O3、ZrO2、BaTiO3、PbTiO3、SrTiO3、MgF2、CeF2、Ce2O3、ZnS、Ta2O5、TiO2、HfO2、BN、BeOなどの無機絶縁体、およびポリカーボネート、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン、などの有機物を挙げることができる。またこのような絶縁体としては、Si、GaN、SiC、GaAs、InP、SiGaなどの半導体も挙げることができる。
本願発明の方法により絶縁膜を形成する電子装置において、金属や絶縁体を形成する基板としては、通常電子装置の基板として使用される任意の基板を用いることができる。このような基板の材料としては、Si、GaN、SiC、GaAs、InP、SiGaなどの半導体、SiO2、Al2O3、AlN、BeO、ムライト、コーディエライト、ステアタイト、フォルステライト、サファイアなどの無機絶縁体、フェノール樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂などの樹脂、ガラス−エポキシ、紙−エポキシ、ガラス−ポリイミドなどの複合材料を挙げることができる。
基板としてシリコンなどの半導体を用いる場合は、表面が絶縁性の酸化膜で覆われている基板や、Si3N4やポリイミドなどの絶縁物でパッシベートされている基板を好ましく使用することができる。
塗布液の調製
本願発明の方法の実施について以下に説明する。上述したような所望の、電極などの1種類以上の金属および絶縁体を基板上に形成し、ついで絶縁膜を形成しない特定の金属に対してぬれを示さない塗布液を調製する。
本願発明に使用しうる塗布液は、上述したような適宜選択した配合成分を適量の溶媒に溶解させることによって粘性やぬれ性を調製することができる。溶媒は、配合成分に応じて適宜選択することができる。このような溶媒としては、具体的には炭化水素(プロパン、n−ブタン、n−ペンタン、イソヘキサン、シクロヘキサン、n−オクタン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アミルベンゼン、テレビン油、ピネンなど)、ハロゲン系炭化水素(塩化メチル、クロロホルム、四塩化炭素、塩化エチレン、臭化メチル、臭化エチル、クロロベンゼン、クロロブロモメタン、ブロモベンゼン、フルオロジクロロメタン、ジクロロジフルオロメタン、ジフルオロクロロエタンなど)、アルコール(メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−アミルアルコール、イソアミルアルコール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、2−オクタノール、n−ドデカノール、ノナノール、シクロヘキサノール、グリシドールなど)、エーテル、アセタール(エチルエーテル、ジクロロエチルエーテル、イソプロピルエーテル、n−ブチルエーテル、ジイソアミルエーテル、メチルフェニルエーテル、エチルベンジルエーテル、フラン、フルフラール、2−メチルフラン、シネオール、メチラール)、ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−n−アミルケトン、ジイソブチルケトン、ホロン、イソホロン、シクロヘキサノン、アセトフェノンなど)、エステル(ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸−n−アミル、酢酸メチルシクロヘキシル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、ステアリン酸ブチルなど)、多価アルコールとその誘導体(エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメトキシエタノール、エチレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコール、ジエチ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、プロピレングリコールモノエチルエーテルなど)、脂肪酸及びフェノール(ギ酸、酢酸、無水酢酸、プロピオン酸、無水プロピオン酸、酪酸、イソ吉草酸、フェノール、クレゾール、o−クレゾール、キシレノールなど)、窒素化合物(ニトロメタン、ニトロエタン、1−ニトロプロパン、ニトロベンゼン、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジアミルアミン、アニリン、モノメチルアニリン、o−トルイジン、o−クロロアニリン、ジクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、モノエタノールアミン、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、アセトニトリル、ピリジン、α−ピコリン、2,4−ルチジン、キノリン、モルホリンなど)、硫黄、リン、その他化合物(二硫化炭素、ジメチルスルホキシド、4,4−ジエチル−1,2−ジチオラン、ジメチルスルフィド、ジメチルジスルフィド、メタンチオール、プロパンスルトン、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、ホウ酸アミルなど)、無機溶剤(液体アンモニア、シリコーンオイルなど)、水などを挙げることができる。
本願発明に使用する塗布液は、絶縁膜を形成しない、つまり絶縁膜開口部を形成する特定の金属表面に対する接触角θ1と、塗布液にぬれるそれ以外の部分に対する接触角θ2がθ1/θ2>1の関係になるように、ぬれを調節することが必要である。ぬれの調節は、様々なぬれ性を有する塗布液材料を配合することで行い、添加剤として塗布液に界面活性剤、シランカップリング剤などを適宜加え、あるいは溶媒で希釈、または溶媒を蒸発させて濃縮することによって更に調節することができる。このような界面活性剤としては、上述したような界面活性剤を用いることができる。
上記のように調製した塗布液は、所望の特定の金属がぬれないことにより塗布液をはじくことを妨害しない方法であれば、本技術分野において電子装置における膜形成に通常使用される任意の塗布方法により塗布することができる。このような方法としては、各種コーター(スピンコート、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ドクターコート、ロッドコートなど)を用いて塗布する方法、塗布液に浸漬することによる塗布方法、インクジェットによって塗布する方法、フィルムをラミネートした後加熱することでフィルムを溶解させ膜とする方法、気化させた塗布液を基板に凝結させ膜とする方法、などの方法を挙げることができる。またこれらの方法を組み合わせて塗布を行うこともできる。
また、金属と絶縁体が同一基板上に形成された電子装置において選択的に絶縁膜を形成する方法であって、(a′)所望の金属以外の基板にぬれを示すが該所望の金属にぬれを示さない第一の塗布液を基板全体に塗布することで、該所望の金属以外の基板全体に第一の塗布液膜を形成させる工程、(b′)第一の塗布液に不溶で、かつ該所望の金属にぬれを示すが第一の塗布液膜にぬれを示さない第二の塗布液を基板全体に塗布することで、第一の塗布液膜以外の該所望の金属表面に第二の塗布液膜を形成させる工程、及び(c′)第二の塗布液膜を除去した後あるいは同時に、第一の塗布液膜を固化させるかあるいは第一の塗布液膜を固化させた後、第二の塗布液膜を除去することにより、該所望の金属以外の基板上に選択的に絶縁膜を形成させることを特徴とする形成方法(B法)も例示できる。
次に塗布することによって形成した塗布液の膜を固化または硬化させる。固化は、塗布液の組成に応じて公知の固化法を適宜選択して行うことができる。例えば、エネルギー線、熱、嫌気、湿気、高周波による重合反応やゾルゲル反応、溶剤蒸発、溶融状態からの固化、熱融着などの方法を用いて適宜行うことができる。
本願発明の方法では、特定の金属に対してぬれ性を示さない塗布液を選択することにより、特定の金属以外の基板上に塗布液の膜を形成させる。しかし、異種金属であっても、同一の塗布液に対してほとんど同じぬれ性を示すものがあり、いずれかに選択的に塗布膜を形成させることが困難である場合がある。このような場合には、塗布液を塗布する前に、金属表面を前処理に付すことによって、異種金属のうち特定の金属についてそのぬれ性を改変することができる。具体的には、酸化、還元、水酸化、窒化、硫化、炭化、またはリン化に対する反応性に差がある2種類以上の異種金属と絶縁体とが同一基板上に形成された電子装置を、酸化、還元、水酸化、窒化、硫化、炭化、またはリン化から選択される一または二以上の反応の組合せに付すことにより、これらに対する反応性を有する金属表面のみを選択的に改質する工程を、塗布液を塗布する工程の前に行うことができる。このような前処理を行うことによって、金属表面のぬれ性を改質して、塗布液に対してぬれやすくすることができる。
各種金属を、酸化、還元、水酸化、窒化、硫化、炭化、またはリン化に付す方法は、当業者であれば適宜選択することができる。例えば金属を酸化するには、空気中に放置する、酸素雰囲気化に放置する、酸素共存下で加熱する、酸化剤溶液と反応させる、スパッタリングに付すなどの手段を採ることができる。金属を還元するには、還元的雰囲気化、例えば水素雰囲気化で加熱する、水素プラズマ照射に付す、還元剤溶液と反応させるなどの手段を採ることができる。金属を水酸化するには、水中に漬け込む、高温高湿度下に放置する、水蒸気を吹き付けるなどの手段を採ることができる。金属を窒化するには、窒素やNH3、NO、NO2雰囲気化で加熱する、溶液と反応させる、スパッタリングに付すなどの手段を採ることができる。金属を硫化するには、硫化水素雰囲気下に放置する、溶液と反応させる、スパッタリングに付すなどの手段を採ることができる。金属を炭化するには、スパッタリングに付すなどの手段を採ることができる。金属をリン化するには、リン酸溶液と反応させる、スパッタリングに付すなどの手段を採ることができる。実施者は、これら工程を単独で、あるいは2以上を組み合わせて実施することができる。
また、2種類以上の異種金属と絶縁体とが同一基板上に形成された電子装置であって、酸化などに対して反応性を有する金属表面のみを選択的に改質した電子装置を、更にカップリング剤で処理することによって、表面改質された金属表面のみを更に改質することができる。カップリング剤は、酸化や水酸化などにより表面改質された金属表面と強固に化学結合する一方、表面改質されていない金属表面には強固に結合しないため、処理後に洗浄により除去することができ、最終的にカップリング剤は、酸化や水酸化などにより表面処理された金属表面に選択的に化学的に結合して、その金属表面のみを更に改質することが可能である。
例えば、フッ素系のシランカップリング剤((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリエトキシシランなど)を用いると、シランカップリング剤が選択的に結合した、前処理により改質された金属表面は、撥水性を有するようになる。このため、その後、水性の塗布液を塗布すると、改質された金属上では塗布液がはじかれるため膜が選択的に形成されず、開口部が形成される。
以上例のように、例えばフッ素系の疎水性の強い分子構造を持つカップリング剤を用いると、金属表面は疎水性になり、また例えば水酸基のような親水性の強い分子構造を持つカップリング剤を用いると、金属表面は親水性になり、またフェニル基のような親油性の強い構造を分子内に有するカップリング剤を用いると、金属表面は親油性に改質される。
(a)の作成
(a)の電子装置を作成した。(a)中の金属電極1および3は、ニッケルに金メッキを施したバンプ(金属突起)であり、その大きさは、ψ(直径)5μm、10μm、20μm、50μm、100μmのいずれかであり、高さはそれぞれ5μmである。更に、パッシベーション膜としてSi3N4を金属電極1、3以外の2、4の表面に形成した。基板5にはエポキシ樹脂基板を使用し、チップ表面と基板表面は5μmの段差がある。(a)は、電子装置2表面と金属電極1との間の段差、電子装置4表面と金属電極3との段差、電子装置2及び3と樹脂基板5との段差によって高低差があり、平滑ではなかった。図2にψ20μm、高さ5μmのバンプの電子顕微鏡写真を示した。
(b)の作成
次に、金属電極1および3にぬれを示さないが、その他の絶縁体および基板はぬらす塗布液を基板全体に塗布し、硬化させることによって、金属電極1および3上に選択的に膜開口部を有する絶縁膜6を形成して(b)を得た。詳細を以下に記載する。
塗布液の作成
エポキシ変性シランカップリング剤(信越化学工業株式会社製 KBM−403)100部、光カチオン開始剤(旭電化工業株式会社製 アデカオプトマーSP−170)4部、エタノール20部、アセトン50部を冷却ジャケットつきプラネタリーミキサーに投入し均一な溶液になるまで撹拌し塗布液を得た。この際、撹拌時に発生する熱で塗布液が反応を起こさないように液温が25℃を超えない範囲で冷却しながら撹拌し塗布液を得た。この塗布液の、Auバンプに対する接触角は、30°であった。またSi3N4パッシベーション膜に対する接触角は、17°、エポキシ基板に対する接触角は18°であった。接触角はすべて25℃での値である。
塗布
上記で作成した塗布液を、(a)の電子装置上に、スピンコートを用いてエポキシ基板5表面から8〜11μmの液厚になるように塗布した。この塗布液を塗布すると、金属電極1および3は、選択的に塗布液をはじき、金属電極上には、液の開口部が形成され、金属部分が露出した。
塗布液の硬化
ついで、塗布液を室温で5分間静置して溶剤を蒸散させた後、波長365nmのUVをアイグラフィック社製メタルハライドランプ(EYE GRANDAGE ECS-301)を用いて6000mJ/cm2照射し、塗膜を硬化させて絶縁膜として、(b)を得た。
(c)の作成
ついで、(b)の平滑化された表面を利用して、金属電極1および3間にAg配線7を形成することにより電気的に接続して(c)を得た。
絶縁膜形成状態の確認
上記の膜形成前と形成後の状態を示す電子顕微鏡写真を撮影した(形成前:図2の(a);形成後:図2の(b))。金属電極上に開口部が形成され、金属表面が露出していることを確認することができた。
更に、図2(b)の右の模式図中、点線で示した部分を基板に対して垂直に、形成された絶縁膜と金属電極と開口部のエッジの部分が収まるようにFIB(収束イオンビーム)で切り取り、その切片を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した。その際、切断時の影響で樹脂がダメージを受けないように、電子装置観測部表面にカーボンを2回スパッタリングした後、更にタングステンをデポジションした。
その透過型電子顕微鏡像を、図3に示す。図3に示すとおり、金属電極の上には開口部が形成され、金属表面が露出していることを確認することができた。また、何れの大きさの金属電極上にも、同様に絶縁膜がなく、開口部が形成されていることを確認することができた。
図1(a)で示されるような基板表面に段差がある電子装置表面に金属配線を形成する場合、段差のエッジ部分で配線の膜厚が薄くなり、断線の可能性が高くなる。本願発明の方法により、電子装置表面に膜を形成することにより表面を平滑化することができる一方、金属電極上には膜開口部が形成できるので、露出した金属表面と平滑化された電子装置表面を利用して、簡便なプロセス(インクジェットプリント、スクリーン印刷、ノズル等での描画、スパッタ、メッキなど)で電気的接続を行うことができる。
(a)の作成
(a)の電子装置を作成した。(a)中の金属電極8は、ニッケルに金メッキを施したバンプであり、大きさはψ10μm、高さは5μmであり、基板10に形成されている。パッシベーション膜9として、Si3N4を金属電極8以外の部分に形成した。基板10にはシリコンを使用しており、パッシベーション膜9形成後にウエハーをブレークしているため、その端面はシリコン10が剥き出しになっている。
(b)の作成
次に、金属電極8にぬれを示さないが、その他の絶縁体や基板はぬらす塗布液を基板全体に塗布し、硬化させることによって、金属電極8上に選択的に膜開口部を有する絶縁膜11を形成して(b)を得た。詳細を以下に記載する。
塗布液の作成
オルガノシラン(多摩化学工業(株)製 Mシリケート51)20部、オルガノシリカゾル(日産化学工業(株)製 スノーテックスMA−ST−M)50部、オキセタン変性シランカップリング剤(東亞合成(株)製 TESOX)30部、ジブチルスズ系加水分解触媒(三共有機(株)製 SCAT−24)0.1部、熱カチオン開始剤(SI−100)、アセトン50部を冷却ジャケットつきプラネタリーミキサーに入れ、均一な溶液になるまで撹拌し塗布液を得た。この際、撹拌時に発生する熱で塗布液が反応を起こさないように液温が25℃を超えない範囲で冷却しながら撹拌し塗布液を得た。この塗布液の、金属電極8に対する接触角は23°であった。また、パッシベーション膜9に対する接触角は15°であった。また、基板10に対する接触角は17°であった。接触角はすべて25℃での値である。
塗布
塗布液を1リットルビーカーに0.8リットル入れ、そこに(a)の電子装置を浸漬し、これを50mm/分の速度で基板面に対して垂直に液から引き抜くことによって、塗布液膜を形成させた。この結果、金属電極8は、塗布液にぬれずにはじくことにより、金属電極8上には、塗布液膜は形成されず、膜開口部が形成された。
塗布液の硬化
ついで、塗布液膜を形成した電子装置を室温で5分間静置して溶剤を蒸散させた後、150℃で3時間加熱することで、塗液膜を硬化させて絶縁膜11として、(b)を得た。
(c)の作成
ついで、形成された第一の絶縁膜11表面を介して、金属電極8と基板裏面間にAl配線12を形成することで(c)を得た。
(d)の作成
ついで、裏面の金属配線上に金電極13を形成し、電極8と電気的に接続した。ついで、Al配線は、空気中で48時間放置し表面を酸化/水酸化させた。
(e)の作成
ついで、金属電極8および13にはぬれを示さないが、金属配線の金属および第一の絶縁膜にはぬれを示す第二の塗布液を基板全体に塗布することによって、金属電極8および13上に選択的に膜開口部を有する第二の塗布液膜14を形成して(e)を得た。この塗膜14は80℃×1時間加熱することで半硬化の膜にした。
ここで用いた塗布液は、先の(b)で使用したものである。この塗布液の第一の絶縁膜11に対する接触角は8°であった。また、金属配線13に対する接触角は10°であった。接触角はすべて25℃での値である。塗布もまた、先の(b)の作成と同様の方法で行った。
(f)の作成
次いで、得られた電子装置(d)2個を圧着し、その金属電極どうしを電気的に接合した後、先に形成されていた第二の半硬化の塗布液膜14を150℃で3時間加熱することにより硬化させて、電子装置(f)の絶縁膜とした。
以上、従来のシリコン基板の貫通電極を利用したビルドアップ構造よりも簡便に、高い実装密度を持つ電子装置を、ビルドアップ構造を持って製造することができた。これにより、貫通電極を形成する際の穴あけ工程やそれに伴う洗浄工程が不要になる。基板がSiである本実施例においては、金属配線を、チップ端面を介して背面に回す際も、本願発明の方法により形成された絶縁膜によってチップ表面全面が保護されているのでショートを防ぐことができた。これにより、金属配線の形成をインクジェットプリント、スクリーン印刷、ノズル等での描写、スパッタ、メッキ等の簡単なプロセスで行うことができる。このような配線材料としては、Al、Cu、Ag、Au、Pdなどを用いることができ、金属粉末を樹脂でバインドした導電ペーストを利用したり、金属ナノ粒子を低温焼結して配線にしたりする工程を利用することができる。また本方法は、多層PWBの層間接続に同様に用いることができ、貫通ビア形成時に必要だった穴あけ工程やそれに伴う洗浄工程、穴内壁のメッキ工程などの煩雑な工程を削除することができ、洗浄工程に伴う廃液による環境負荷を削除できる。
(a)の作成
(a)の電子装置を作成した。(a)中の金属電極15は、ニッケルに金メッキを施したバンプ(酸化/水酸化をうけにくい)であり、大きさはψ10μm、高さは5μmである。金属電極16は、アルミニウムバンプ(酸化/水酸化されやすい)であり、大きさはψ10μm、高さは5μmである。パッシベーション膜17として、Si3N4を金属電極15、16以外の部分に形成した。基板18にはシリコンを使用した。
(b)の作成
金属電極15および16にぬれを示さないが、その他の絶縁体や基板はぬらす塗布液を基板全体に塗布し、硬化させることによって、金属電極15および16上には選択的に膜開口部を有する絶縁膜19を形成して(b)を得た。塗布液は、実施例2の(b)について記載したのと同じものを用い、同じ塗布法により塗布し、同じ条件で塗布液膜を硬化させた。この塗布液の金属電極15に対する接触角は23°であった。また、この塗布液の金属電極16に対する接触角は19°であった。また、基板18に対する接触角は17°であった。パッシベーション膜17に対する接触角は15°であった。接触角はすべて25℃での値である。
(c)の作成
ついで、形成された第一の絶縁膜19表面を介して、酸化/水酸化されやすい金属としてAlからなる金属配線20を形成することで、金属電極15、16と電気的に接続された配線20を基板の裏面にまわし(c)を得た。なお、配線20は、金属電極15、16どうしを電気的に接続していない。
(d)の作成
ついで、形成された金属配線20に金属電極を形成した。この際、酸化/水酸化されやすい金属からなる電極16と電気的に接続された配線に対しては同じく酸化/水酸化されやすい金属としてAlからなる電極22を形成、一方、酸化/水酸化されにくい金属からなる電極15と電気的に接続された配線に対しては同じく酸化/水酸化されにくい金属Auのメッキを施したNi電極20を形成した。
ついで、(d)を85℃/85%の高温高湿度雰囲気下に1時間放置することによって、酸化/水酸化されやすい金属からなる電極16、22と金属配線20の表面のみを酸化/水酸化させて改質した。
(e)の作成
金属電極15、21はぬらさないが、酸化/水酸化により表面改質された金属電極16、22と、金属配線20の金属、第一の絶縁膜19にはぬれを示す塗布液を基板全体に塗布することによって、金属電極15および21上に選択的に膜開口部を有する第二の塗布液膜23を形成し、硬化させて(e)を得た。
ここで用いた塗布液は、先の(b)の組成を有するものであり、先の(b)の作成と同様の方法で調製したものである。この塗布液の金属電極15、21に対する接触角は23°であった。また、酸化/水酸化により表面改質された金属電極16、22に対する接触角は10°であった。また、酸化/水酸化により表面改質された金属配線20の金属に対する接触角は10°であった。第一の絶縁膜19に対する接触角は8°であった。接触角はすべて25℃での値である。塗布および硬化も、先の(b)の作成と同様の方法で行った。
(f)の作成
ついで、膜開口部を有する金属電極15、21上に、Sn−系はんだボールをリフローすることによって、はんだバンプ24を形成した。
(g)の作成
ついで、はんだにはぬれを示さないが、第二の絶縁膜にはぬれを示す第三の塗布液を基板全体に塗布することによって、はんだ上には選択的に膜開口部を有する第三の塗布液膜25を形成した。この塗膜25は80℃×1時間加熱することで半硬化の膜にした。
ここで用いた塗布液は、先の(b)におけるのと同じ組成の塗布液であり、同様の方法で調製したものである。この塗布液のはんだ24に対する接触角は28°であり、第二の絶縁膜に対する接触角は8°であった。接触角はすべて25℃での値である。また、塗布も、先の(b)の作成と同様の方法で行った。
(h)の作成
次いで、得られた電子装置(g)2個を、熱圧着することにより、はんだバンプ24を電気的に接合すると同時に、先に形成されていた第三の塗布液膜25を200℃で1時間加熱することにより硬化させて、電子装置(h)の絶縁膜とした。
本例は、金属を改質することにより同じ塗布液に対して異なるぬれを示すようになった異種金属の電極に対して選択的に膜形成させる点で実施例2を発展させた例である。これを利用して、任意の金属のみを選択的に電気的に簡単に接続することができる。以上実施例で示した、開口部を有する金属表面にはんだバンプを設けて熱融着させることで電気的接続を取る工法以外にも、金属バンプ(Au、Cu、Ag、Alなど)を超音波や加熱等で電気的に接続する工法を使用することもできる。
(a)および(b)の作成
(a)および(b)の電子装置を作成した。(a)および(b)における金属電極28および29は、ニッケルに金メッキを施したバンプであり、大きさはψ10μm、高さは5μmである。パッシベーション膜27として、Si3N4を金属電極28、29以外の部分に形成した。基板26にはシリコンを使用した。
(c)および(d)の作成
次に、金属電極28および29にぬれを示さないが、基板はぬらす塗布液を基板全体に塗布し、硬化させることによって、金属電極28および29上には選択的に膜開口部を有する絶縁膜30を形成して(c)および(d)を得た。詳細を以下に記載する。
塗布液の作成
オキセタン変性シランカップリング剤(東亞合成株式会社製 TESOX)70部、オキセタン変性シルセスキオキサン(東亞合成株式会社製 OX−SQ)30部、熱カチオン開始剤(三新化学工業株式会社製 サンエイドSI−100)2部、エタノール20部、アセトン50部を冷却ジャケットつきプラネタリーミキサーに入れ、均一な溶液になるまで撹拌し塗布液を得た。この際、撹拌時に発生する熱で塗布液が反応を起こさないように液温が25℃を超えない範囲で冷却しながら撹拌し塗布液を得た。この塗布液の、金属28および29に対する接触角は29°であった。また、パッシベーション膜26に対する接触角は16°であった。接触角はすべて25℃での値である。
塗布
上記で作成した塗布液を、(a)および(b)の電子装置上に、スピンコートを用いて6〜8μmの液厚になるように塗布した。この塗布液を塗布することにより、金属28および29は、選択的に塗布液をはじき、金属上には、塗布液の開口部が形成され、金属部分が露出した。
(e)の作成
ついで、塗布液膜を形成した電子装置(c)および(d)の電極28どうしをあわせ、超音波接合し、更に塗布液膜30を、120℃×30分間硬化させることにより絶縁膜とした。長さの異なる電子装置(c)および(d)を接合することにより、電極29上には、膜開口部が形成されていた。こうして得られた絶縁膜は、(c)(d)間の層間絶縁膜及び電子装置(e)の保護膜として機能した。
本発明方法を電子装置を接合する場合に適用すると、塗布液が金属電極に付着することを防止することができるため、接合前に基板上に膜を形成することが可能である。このことから、(f)の様に長さの違う電子装置どうしを接着剤で接合する場合に問題となっていた、短いほうの部品の端部に近い箇所の電極31に余分な接着剤が付着して導通接続が妨げられる問題は解消した。
(a)の作成
基板34上に金属配線33と金属電極32を形成して、(a)を作成した。金属配線33はAgの配線であり、32はAl電極であり、電極の大きさはψ10μm、高さは5μmである。基板34にはポリイミドフィルム(50μm厚み)を使用した。
(b)の作成
上記で作成した(a)を150℃で30分間加熱することによって、Al表面を酸化させた。ついで、カップリング剤[(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)トリエトキシシラン(チッソ株式会社製)の1%メタノール溶液]に、前記の電子装置(a)を浸漬した後、150℃で30分間加熱することによって、Al表面を更に改質した。次にこれをアセトンを用いて浸漬洗浄することにより、Ag配線33とポリイミドフィルム34上のカップリング剤を除去し、乾燥させた。
この表面改質したAlにはぬれを示さないが、金属配線にはぬれを示す第一の塗布液を、乾燥後の電子装置にスピンコートを用いて膜厚5〜10μmの厚さに塗布することによって、金属電極32上には開口部が形成された塗布液膜35を形成した。
ここで用いた塗布液は、水溶性オキセタン樹脂(東亞合成株式会社製 EOXA)60部、熱カチオン開始剤(三新化学工業株式会社製 サンエイドSI−100)2部、エタノール20部、水50部を、冷却ジャケットつきプラネタリーミキサーに加え、均一な溶液になるまで撹拌することによって得た。この際、撹拌時に発生する熱で塗布液が反応を起こさないように液温が25℃を超えない範囲で冷却しながら撹拌し塗布液を得た。この塗布液の、表面改質後の金属電極32に対する接触角は60°であった。また、金属配線33の金属に対する接触角は23°であった。また、基板34に対する接触角は29°であった。接触角はすべて25℃での値である。
ついで、電子装置をプラズマ処理し、金属電極33上に残ったカップリング剤を除去することによって、金属電極表面を露出させた。
Claims (9)
- 酸化又は水酸化に対する反応性に差がある2種類以上の異種金属と絶縁体が同一基板上に形成された電子装置において選択的に絶縁膜を形成する方法であって、2種以上の異種金属を酸化及び水酸化から選択される一又は二の反応の組合せに付すことにより、これらに対する反応性を有する金属表面のみを選択に改質した後、2種類以上の異種金属のうち、所望の金属のみにぬれを示さない塗布液を基板全体に塗布することで、塗布液にぬれない所望の金属以外の基板全体に塗布液膜を形成させ、ここで、金属にぬれを示さない塗布液と塗布液にぬれない金属との接触角θ1と、該塗布液と塗布液にぬれる部分の接触角θ2がθ1/θ2>1の関係にあり、ついで、該塗布液膜を固化させることにより、所望の金属以外の基板上に選択的に絶縁膜を形成させることを特徴とする絶縁膜の形成方法。
- 酸化及び水酸化から選択される一または二の反応の組合せに付した後、更にカップリング剤で処理することによって、表面改質された金属表面のみを更に改質する、請求項1記載の絶縁膜の形成方法。
- カップリング剤での処理により表面改質することによって金属表面と塗布液をぬれにくくする、請求項2記載の絶縁膜の形成方法。
- 絶縁膜を有する電子装置の製造方法であって、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法により絶縁膜を形成することを特徴とする電子装置の製造方法。
- 絶縁膜を有する電子装置の製造方法であって、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法により所望の金属以外の基板上に選択的に絶縁膜を形成させる工程において、塗布液膜の固化の前に、固化と同時に、又は固化の後に、電子装置の少なくとも二つ以上の該所望の金属どうしを電気的に接続することを特徴とする電子装置の製造方法。
- 絶縁膜を有する電子装置の製造方法であって、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法により所望の金属以外の基板上に選択的に絶縁膜を形成させることによって得られた電子装置の少なくとも二つ以上の該所望の金属どうしに、金属配線を形成することを特徴とする電子装置の製造方法。
- 絶縁膜を有する電子装置の製造方法であって、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法により所望の金属以外の基板上に選択的に絶縁膜を形成させることによって得られた電子装置の該所望の金属に、該所望の金属と同種もしくは異種の金属突起を形成することを特徴とする電子装置の製造方法。
- 前記金属突起が、低融点金属からなる、請求項7記載の電子装置の製造方法。
- 絶縁膜を有する電子装置の製造方法であって、請求項1〜3のいずれか1項記載の方法により、第一の金属電極を有する電子装置に第一の塗布液を塗布することにより第一の金属電極上に第一の開口部を有する第一の絶縁膜を形成し、次に第二の金属配線を該第一の絶縁膜上及び該第一の開口部に形成することを特徴とする電子装置の製造方法。
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