JP7382835B2 - 半導体装置の配線形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置の配線形成方法に関するものである。
半導体チップの配線ルールの微細化によりチップサイズの小型化が進んでいる。一方で、チップを実装する基板（半導体パッケージ基板）は、現状、バンプピッチの微細化に限界があるため、チップサイズと同じ割合で基板面積を小型化することが難しくなってきている。
このような背景のもと、本出願人は、グレイスケールリソグラフィーとインプリント技術を利用して基板配線を狭ピッチ化する技術の開発を進め、特開２０１６－５８６６４号公報に開示される導電部を有する基板の製造方法（以下、従来例という。）を提案している。
この従来例は、基板上に形成する配線パターンと同様のパターンに形成される凹部を備える印刷版の前記凹部に導電性ペーストを充填し、この凹部に導電性ペーストが充填された印刷版を基板に重ね合わせて圧接することで、この印刷版の凹部に充填された導電性ペーストを基板に転写して、基板上に所定パターンの配線を形成するものである。
特開２０１６－５８６６４号公報
ところで、本出願人は、上述した従来例において、導電性ペーストに熱硬化型樹脂が含有された熱硬化型樹脂含有導電性ペーストを用いており、印刷版の凹部に充填された導電性ペーストを基板に転写する際に、加熱処理により導電性ペーストの印刷版と接している部位の樹脂を硬化させ、導電性ペーストの印刷版に対する離型性を向上させている。
しかしながら、この従来例においては、熱硬化型樹脂含有導電性ペーストを用いることで離型性が向上する反面、加熱処理によって熱膨張や熱収縮が生じ、これに起因したパターンの変形が生じたり、パターンが変形することで印刷版と導電性ペーストとの間に応力が生じ、この応力に起因した不完全転写が生じる可能性が高まると共に、加熱処理において一定時間加熱状態を保持する必要があるため、処理時間が長くなりスループットが低下する問題が生じる懸念がある。
本発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、基板上に所定の配線パターンを転写形成する際に導電性ペーストを硬化させた際のパターン変形が抑制され、導電性ペーストの完全転写を実現可能とすると共に、短時間で硬化処理を行うことができスループットの向上が図れる実用性に優れた半導体装置の配線形成方法を提供することを目的とする。
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
マスターモールドから作製したレプリカモールド２を用いたインプリント法により基板１に配線５を転写形成する半導体装置の配線形成方法であって、前記レプリカモールド２に形成された所定パターンを呈する凹部３に、導電性材料の平均粒子径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている導電性ペーストに紫外線硬化型樹脂が含有された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を充填する導電性ペースト充填処理工程と、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４が充填された前記レプリカモールド２を前記基板１に重ね合わせるレプリカモールド重ね合わせ処理工程と、前記基板１に前記レプリカモールド２を重ね合わせた状態で前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４に紫外線を照射し、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を硬化させる導電性ペースト硬化処理工程と、前記レプリカモールド２を前記基板１から離脱させて前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を前記基板１に転写し所定パターンの配線５を形成する導電性ペースト転写処理工程とを有し、前記導電性ペースト硬化処理工程は、前記紫外線を前記レプリカモールド２の前記凹部３の底側から照射し、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の前記凹部３との接触界面部分のみを硬化させることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１記載の半導体装置の配線形成方法において、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４は、前記紫外線硬化型樹脂の体積含有率が７０％以下であることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１，２いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記基板１に加圧により変形する中間層６を設け、この中間層６上に前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４が充填された前記レプリカモールド２を重ね合わせ、この中間層６を介して前記基板１上に前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を転写することを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項３記載の半導体装置の配線形成方法において、前記中間層６は、活性光線硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂により形成されることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１～４いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４に含有される前記導電性材料の平均粒子径は、前記基板１に転写形成される前記配線５の最小線幅の１／５～１／１０に設定されていることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１～５いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記凹部３は、前記配線５が順テーパー形状となるテーパー状凹部に形成されていることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１～６いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記凹部３は、前記基板１に転写形成される前記配線５が、アスペクト比２～３となる形状に形成されていることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１～７いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記レプリカモールド２は、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリジメチルシロキサン、ポリイミドのいずれかの樹脂材料からなることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
また、請求項１～８いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記導電性ペーストは、銀ペースト、銀ナノペースト、銅ペースト、銅ナノペースト、金ペースト、金ナノペースト、白金ペースト、白金ナノペースト、パラジウムペースト、パラジウムナノペースト、ルテニウムペースト、ルテニウムナノペースト、炭素ペースト、炭素ナノペーストのいずれかであることを特徴とする半導体装置の配線形成方法に係るものである。
本発明は上述のようにしたから、基板上に所定の配線パターンを転写形成する際に導電性ペーストを硬化させた際のパターン変形が抑制され、導電性ペーストの完全転写が実現可能となり、さらに、活性光線硬化型樹脂は硬化に必要な活性光線を照射すれば短時間で（瞬時に）硬化が進むため、硬化処理に掛かる時間が短縮でき、スループットの向上を図ることができ、しかも、本発明は、導電性材料の平均粒子径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている導電性ペーストに紫外線硬化型樹脂が含有されてなる紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストを用いるから、基板上に転写形成される配線パターンの形状がスムーズな形状（凹凸の少ない滑らかな形状）となり、これにより配線間の局所的な電界集中が緩和され、配線の長期的信頼性が向上する従来にない画期的な半導体装置の配線形成方法となる。
本実施例の工程フロー図である。 本実施例における製造途中の半導体装置を示す説明模式断面図である。 本実施例の別例（中間層無しの場合）における製造途中の半導体装置を示す説明模式断面図である。
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
レプリカモールド２に形成された凹部３に紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を充填し、この紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を充填したレプリカモールド２を基板１に重ね合わせ（基板１をレプリカモールド２に重ね合わせても良い）、例えばレプリカモールド２側から紫外線を照射して凹部３内に充填された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の凹部３との接触界面部分を硬化させた後、レプリカモールド２を基板１から離脱させる。
これによりレプリカモールド２の凹部３に充填した紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４が基板１に転写され、基板１に所定パターンの配線５が形成される。なお、予め紫外線を照射して凹部３内に充填された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の凹部３との接触界面部分を硬化させた後に印刷版２を基板１に重ね合わせても良い。
本発明は、前述のとおり、配線５を形成する導電性ペーストとして紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を用い、紫外線の照射によりこの紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を硬化させるから、紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４のレプリカモールド２に対する離型性が向上すると共に、熱硬化させた場合に生じるパターン変形や不完全転写の不具合の発生が防止され、さらに、熱硬化させた場合に比べて硬化処理に掛かる時間が短くなり（瞬時で硬化が進む）、スループットも向上する。
しかも、本発明は、導電性材料の平均粒子径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている導電性ペーストに紫外線硬化型樹脂が含有されてなる紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４により配線５を形成するから、基板１に形成される配線５の形状がスムーズな形状（凹凸の少ない滑らかな形状）となり、これにより配線間の局所的な電界集中が緩和され、配線の長期的信頼性が向上する。
このように、本発明は、従来にない画期的な半導体装置の配線形成方法となる。
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
本実施例は、半導体装置の製造方法（半導体装置の配線形成方法）である。
具体的には、インプリント法を用いて基板１に所定パターンの導電部５（配線）を形成する方法であり、印刷版２に形成された所定パターンを呈する凹部３に導電性材料の平均粒子径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている導電性ペーストに活性光線硬化型樹脂が含有されてなる活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を充填する工程（導電性ペースト充填処理工程）と、前記活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４が充填された前記印刷版２を基板１に重ね合わせる工程（印刷版重ね合わせ処理工程）と、前記印刷版２の前記凹部３に充填された前記活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４に活性光線を照射して、前記活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を硬化させる工程（導電性ペースト硬化処理工程）と、前記印刷版２を前記基板１から離脱させて前記活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を前記基板１に転写してこの基板１上に所定パターンの導電部５を形成する工程（導電性ペースト転写処理工程）とを有するものである。
まず、本実施例で用いる部材などについて説明する。
基板１は、導電部５が形成される導電部形成面に中間層６が設けられている。この中間層６は、活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を基板１の導電部形成面に均一に接触させるためのものであり、密着性を有し加圧により変形する材質、具体的には、活性光線硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂で形成され、少なくとも導電部５が形成される位置に設けられている。
また、印刷版２は、基板１に転写形成する所定パターンの導電部５と同様のパターンを呈する凹部３が形成されている。
具体的には、本実施例の印刷版２は、予め作製したマスターモールド上に、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＩ（ポリイミド）などの樹脂材料を滴下し、支持基板で加圧、キュアして形成されるレプリカモールドである。
また、凹部３は、配線となる導電部５とバンプとなる導電部５を同時に転写形成し得るように深さが異なる形状に形成されている。
具体的には、凹部３は、基板１に転写形成する導電部５がアスペクト比０．５以上、具体的には、バンプとなる導電部５のアスペクト比が２～３となる形状に形成されている。
さらに、凹部３は、導電部５が順テーパー形状となるようなテーパー状（順テーパー状）の凹部に形成されている。凹部３をこのようなテーパー形状に形成することで、紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４が離型し易くなりスムーズに転写が行われ歩留まりが向上する。
また、導電部５となる活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４は、導電性ペーストに紫外線照射により硬化する紫外線硬化型樹脂が含有された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４である。なお、導電部材となる導電性ペーストは、例えば、銀（Ａｇ）ペースト／ナノペースト、銅（Ｃｕ）ペースト／ナノペースト、金（Ａｕ）ペースト／ナノペースト、白金（Ｐｔ）ペースト／ナノペースト、パラジウム（Ｐｄ）ペースト／ナノペースト、ルテニウム（Ｒｕ）ペースト／ナノペースト、炭素（Ｃ）ペースト／ナノペーストなどが採用可能である。
この紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４は、活性光線硬化型樹脂（紫外線硬化型樹脂）の体積含有率が７０％以下、具体的には、２０％～４０％に設定されている。すなわち、本実施例に用いる紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４は、導電性ベーストと紫外線硬化型樹脂との体積比が６：４～８：２に設定されている。
また、この紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４は、導電性ペーストに含有される導電性材料の平均粒径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている。なお、導電性材料の平均粒子径は、基板１に形成される導電部５（配線）の最小線幅の１／５～１／１０が好ましい。すなわち、例えば、最小Ｌ／Ｓ（ライン＆スペース）＝５μｍ／５μｍの導電部５のパターンを形成する場合、導電性材料の平均粒子径が０．５μｍ～１．０μｍに設定されている導電性ペーストに紫外線硬化型樹脂が含有されてなる紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を用いると良い。
次に、本実施例の具体的な製造方法について説明する。
図１は本実施例の工程フロー図である。また、図２は本実施例における製造途中の半導体装置を示す説明模式断面図である。
図１に示すように、本実施例は、まず、導電性ペースト充填処理工程において印刷版２の凹部３に選択的に紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を充填する。充填方法は適宜な手段を用いることができ、本実施例では図２に示すように充填手段としてスキージを用いている。
次に、印刷版重ね合わせ処理工程において紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４が充填された印刷版２を基板１に重ね合わせる。
具体的には、印刷版２を基板１に重ね合わせた後、加圧し印刷版２を基板１に圧接させる。これにより印刷版２が基板１上の中間層６を押圧し、中間層６が変形して印刷版２の凹部３に充填された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の表面（凹部３の開口部から露出している面）がこの中間層６を介して基板１の表面に均一に密接（密着）する。
次に、導電性ペースト硬化処理工程において基板１に重ね合わせた印刷版２に対してこの印刷版２側から、すなわち印刷版２の凹部３の底側から紫外線を照射し、この印刷版２の凹部３に充填された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の凹部３との接触界面部分を硬化させる。これにより活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の印刷版２に対する離型性が向上する。
紫外線硬化型樹脂は紫外線照射により瞬時に硬化が進むため加熱処理に比べて処理時間が大幅に短くなる。しかも、本実施例では、凹部３と接触する接触界面近傍の紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４のみを硬化させれば良いので、紫外線照射時間を極短い時間とすることができる。
最後に、導電性ペースト転写処理工程において印刷版２を基板１から離脱させて紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を基板１に転写してこの基板１上に所定パターンの導電部５を形成する。
なお、導電性ペースト硬化処理工程は、印刷版重ね合わせ処理工程の前に行っても良い。すなわち、印刷版２の凹部３に紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を充填した後、先に紫外線照射により凹部３内の紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の凹部界面付近を硬化させ、その後、印刷版２を基板１に重ね合わせても良い。
また、本実施例は、中間層６がある場合について説明したが、本発明の基板にパターン形成する導電部の形成方法は、図３に示すように中間層６が基板上や図示は省略するが既に配線（配線層）が形成されている基板上に配線やバンプなどの導電部を形成する場合にも採用可能である。
本実施例は以上のようにしたから、基板１上に所定パターンの導電部５を転写形成する際に紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を硬化させた際のパターン変形が抑制され、紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の完全転写を実現可能とすると共に、短時間で硬化処理を行うことができスループットの向上が図れる実用性に優れた基板にパターン形成する導電部の形成方法となる。
すなわち、加熱処理により硬化する熱硬化型樹脂含有導電性ペーストを用いた場合、凹部を有する印刷版と導電性ペーストとの熱膨張率の差により、硬化温度に依存して硬化後のパターンが変形したり、このパターンの変形により印刷版と導電性ペーストとの間に応力が生じ完全転写しにくくなる不具合が発生する可能性が高くなる。これに対して、本実施例は、導電部５を形成する導電性ペーストとして紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を用い、紫外線の照射によりこの紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を硬化させるから、熱硬化型樹脂含有導電性ペーストを用いて加熱処理により硬化させる場合に比べてパターン変形が低減され、応力の発生も抑制され、１００％完全転写が可能となり、さらに硬化時間が大幅に短縮されスループットが向上するものとなる。
また、本実施例は、導電性ペーストに含有される導電性材料の平均粒子径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を用いるから、基板１に形成される導電部５（配線及びバンプ）の形状がスムーズな形状（凹凸の少ない滑らかな形状）となり、これにより導電部５間の局所的な電界集中が緩和され、導電部５の長期的信頼性が向上するものとなり、さらに本実施例は、印刷版２の凹部３の接触界面近傍の紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４のみを硬化させれば良いから、導電性材料の粒子径を自由に設計することも可能となる。
また、本実施例は、導電性ベーストと紫外線硬化型樹脂との体積比が６：４～８：２に設定されている紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を用いるから、紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４によって形成される導電部５（配線）の最終的な抵抗値を下げることが可能となる。
また、本実施例は、基板１に加圧により変形する中間層６を設け、この中間層６を介して基板１上に紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を転写するから、印刷版２を基板１に重ね合わせて加圧した際に中間層６が変形して印刷版２が基板１の転写面に均一に密着するので、より一層確実に紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４を完全転写することが可能となる。
また、本実施例は、印刷版２の凹部３の形状をテーパー状（順テーパー状）に形成しているから、導電部５が順テーパー形状となり、転写時の紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト４の印刷版２の凹部３からの離型性が向上し離脱がスムーズに行われ、導電性ペースト転写処理工程における歩留りが向上する。
このように、本実施例は、上述したような画期的な作用効果を発揮し、さらに高アスペクト比の配線及びバンプを良好に且つ容易に形成することができる従来にない画期的な基板にパターン形成する導電部の形成方法となる。
なお、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
１ 基板
２ レプリカモールド、印刷版
３ 凹部
４ 紫外線硬化型樹脂含有導電性ペースト、活性光線硬化型樹脂含有導電性ペースト
５ 配線、導電部
６ 中間層

Claims (9)

  1. マスターモールドから作製したレプリカモールドを用いたインプリント法により基板に配線を転写形成する半導体装置の配線形成方法であって、前記レプリカモールドに形成された所定パターンを呈する凹部に、導電性材料の平均粒子径が０．１μｍ～２０μｍに設定されている導電性ペーストに紫外線硬化型樹脂が含有された紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストを充填する導電性ペースト充填処理工程と、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストが充填された前記レプリカモールドを前記基板に重ね合わせるレプリカモールド重ね合わせ処理工程と、前記基板に前記レプリカモールドを重ね合わせた状態で前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストに紫外線を照射し、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストを硬化させる導電性ペースト硬化処理工程と、前記レプリカモールドを前記基板から離脱させて前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストを前記基板に転写し所定パターンの配線を形成する導電性ペースト転写処理工程とを有し、前記導電性ペースト硬化処理工程は、前記紫外線を前記レプリカモールドの前記凹部の底側から照射し、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストの前記凹部との接触界面部分のみを硬化させることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  2. 請求項１記載の半導体装置の配線形成方法において、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストは、前記紫外線硬化型樹脂の体積含有率が７０％以下であることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  3. 請求項１，２いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記基板に加圧により変形する中間層を設け、この中間層上に前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストが充填された前記レプリカモールドを重ね合わせ、この中間層を介して前記基板上に前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストを転写することを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  4. 請求項３記載の半導体装置の配線形成方法において、前記中間層は、活性光線硬化型樹脂又は熱硬化型樹脂により形成されることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  5. 請求項１～４いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記紫外線硬化型樹脂含有導電性ペーストに含有される前記導電性材料の平均粒子径は、前記基板に転写形成される前記配線の最小線幅の１／５～１／１０に設定されていることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  6. 請求項１～５いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記凹部は、前記配線が順テーパー形状となるテーパー状凹部に形成されていることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  7. 請求項１～６いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記凹部は、前記基板に転写形成される前記配線が、アスペクト比２～３となる形状に形成されていることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  8. 請求項１～７いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記レプリカモールドは、シクロオレフィンポリマー、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリメタクリル酸メチル、ポリジメチルシロキサン、ポリイミドのいずれかの樹脂材料からなることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
  9. 請求項１～８いずれか１項に記載の半導体装置の配線形成方法において、前記導電性ペーストは、銀ペースト、銀ナノペースト、銅ペースト、銅ナノペースト、金ペースト、金ナノペースト、白金ペースト、白金ナノペースト、パラジウムペースト、パラジウムナノペースト、ルテニウムペースト、ルテニウムナノペースト、炭素ペースト、炭素ナノペーストのいずれかであることを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
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