JPH10308120A - 金属ペーストの焼成方法 - Google Patents
金属ペーストの焼成方法Info
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- JPH10308120A JPH10308120A JP13036697A JP13036697A JPH10308120A JP H10308120 A JPH10308120 A JP H10308120A JP 13036697 A JP13036697 A JP 13036697A JP 13036697 A JP13036697 A JP 13036697A JP H10308120 A JPH10308120 A JP H10308120A
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- H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
- H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
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- Wire Bonding (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属ペーストを低温で焼成して、高密度で低
抵抗の金属膜を形成することのできる金属ペーストの焼
成方法を提供すること。 【解決手段】 金属（銅）でなる微粒子を有機溶媒中に
分散させた金属（銅）ペ−ストを、基板１に塗布し、金
属（銅）ペーストの塗布膜２を形成する（第１工程
Ａ）。次に、この基板１を炉内に入れ、酸化性ガスを導
入し、炉内を低真空とする。そして、電子シャワーを照
射し、導入された酸化性ガスから生成される酸素の活性
励起種を、基板１の塗布膜２の表面に供給する（第２工
程Ｂ）。次に、還元雰囲気中で、この塗布膜２の焼結を
行う（第３工程Ｃ）。
抵抗の金属膜を形成することのできる金属ペーストの焼
成方法を提供すること。 【解決手段】 金属（銅）でなる微粒子を有機溶媒中に
分散させた金属（銅）ペ−ストを、基板１に塗布し、金
属（銅）ペーストの塗布膜２を形成する（第１工程
Ａ）。次に、この基板１を炉内に入れ、酸化性ガスを導
入し、炉内を低真空とする。そして、電子シャワーを照
射し、導入された酸化性ガスから生成される酸素の活性
励起種を、基板１の塗布膜２の表面に供給する（第２工
程Ｂ）。次に、還元雰囲気中で、この塗布膜２の焼結を
行う（第３工程Ｃ）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属でなる微粒子
を有機溶媒中に分散させた金属ペーストの焼成方法に関
するものであり、更に詳しくは、基板などの上に塗布し
た金属ペーストを焼成して、低抵抗で高密度の金属膜を
形成する焼成方法に関するものである。
を有機溶媒中に分散させた金属ペーストの焼成方法に関
するものであり、更に詳しくは、基板などの上に塗布し
た金属ペーストを焼成して、低抵抗で高密度の金属膜を
形成する焼成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属膜を形成するには、スパッタ
やＣＶＤ（化学気相成長）など種々の方法があるが、図
４に示すように、アスペクト比（幅ｂ／深さａ）が高い
孔、又は溝などの凹部４に金属膜を形成する有効な方法
として、金属ペーストを用いる方法がある。金属ペース
トは、その金属膜となる金属の微粒子又は金属合金膜を
構成する合金の微粒子を有機溶媒中に分散させ、通常、
適度な粘度に調整されたものである。なお、この金属ペ
ースト及びその形成方法の一例は、特開平３−３４２１
１号公報に開示されている。そして、金属ペーストを用
いた、金属膜の形成方法としては、特開平３−２８１７
８３号公報に開示されているものもあるが、一般に、以
下のようにして行なわれる。
やＣＶＤ（化学気相成長）など種々の方法があるが、図
４に示すように、アスペクト比（幅ｂ／深さａ）が高い
孔、又は溝などの凹部４に金属膜を形成する有効な方法
として、金属ペーストを用いる方法がある。金属ペース
トは、その金属膜となる金属の微粒子又は金属合金膜を
構成する合金の微粒子を有機溶媒中に分散させ、通常、
適度な粘度に調整されたものである。なお、この金属ペ
ースト及びその形成方法の一例は、特開平３−３４２１
１号公報に開示されている。そして、金属ペーストを用
いた、金属膜の形成方法としては、特開平３−２８１７
８３号公報に開示されているものもあるが、一般に、以
下のようにして行なわれる。
【０００３】まず、金属ペーストを、スピンコートやス
クリーン印刷などで基板に塗布する。この塗布した金属
ペーストを、例えば空気中などの酸化還元雰囲気中で、
約５００℃〜約７００℃に加熱して仮焼する。（なお、
日本規格協会編；ＪＩＳ工業用語大辞典によれば、仮焼
とは、「原料粉末の組成均一化や、成形体の脱バイン
ダ、強度増加を目的に、最終焼成温度以下の温度で行な
う予備焼成」と記載されている。）この仮焼で、金属ペ
ースト中の有機物を熱分解し、かつまた、この熱分解で
生成された残留物である炭素などの不純物を除去する。
この不純物の除去は、例えば酸化などの化学反応によっ
て行なわれているので、なるべく高温で行うと、この化
学反応が早くなり、短時間でも不純物の除去が充分に行
われる。その後、目的に応じて設定された温度で加熱
し、かつ還元雰囲気中で金属ペーストを焼結する。例え
ば、高密度、低抵抗の金属膜を形成する場合には、結晶
の粒界を減少させるために、なるべく高い温度で焼結す
るのが望ましい。以上のことより、焼結温度は、高いほ
ど良い。
クリーン印刷などで基板に塗布する。この塗布した金属
ペーストを、例えば空気中などの酸化還元雰囲気中で、
約５００℃〜約７００℃に加熱して仮焼する。（なお、
日本規格協会編；ＪＩＳ工業用語大辞典によれば、仮焼
とは、「原料粉末の組成均一化や、成形体の脱バイン
ダ、強度増加を目的に、最終焼成温度以下の温度で行な
う予備焼成」と記載されている。）この仮焼で、金属ペ
ースト中の有機物を熱分解し、かつまた、この熱分解で
生成された残留物である炭素などの不純物を除去する。
この不純物の除去は、例えば酸化などの化学反応によっ
て行なわれているので、なるべく高温で行うと、この化
学反応が早くなり、短時間でも不純物の除去が充分に行
われる。その後、目的に応じて設定された温度で加熱
し、かつ還元雰囲気中で金属ペーストを焼結する。例え
ば、高密度、低抵抗の金属膜を形成する場合には、結晶
の粒界を減少させるために、なるべく高い温度で焼結す
るのが望ましい。以上のことより、焼結温度は、高いほ
ど良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、熱処理温度が高温であると、物質に変化が起きる場
合や熱処理温度に制限がある場合には、基板の温度を高
温に上げることができない。言い換えれば、半導体装置
の製造工程のように、熱処理温度が例えば５００℃以下
と制限されるプロセスを有する場合に、この金属ペース
トを用いて金属膜を形成すると、高い抵抗値をもつ金属
膜となり、またその密度も低くなってしまう。一般に、
高い抵抗を有する金属膜を用いると、信号の伝搬速度が
遅くなり、半導体装置の高速化を達成することが困難と
なる。また、低密度のバンプの上に、ＩＣやワイヤーな
どを接続すると、その接着力が小さく、脱落やワイヤー
の切断の原因にもなる。従って、従来、熱処理温度が５
００℃以下で、高密度、低抵抗の金属膜の形成が要求さ
れる半導体装置には、金属ペーストを用いて金属膜を形
成することはできなかった。
ば、熱処理温度が高温であると、物質に変化が起きる場
合や熱処理温度に制限がある場合には、基板の温度を高
温に上げることができない。言い換えれば、半導体装置
の製造工程のように、熱処理温度が例えば５００℃以下
と制限されるプロセスを有する場合に、この金属ペース
トを用いて金属膜を形成すると、高い抵抗値をもつ金属
膜となり、またその密度も低くなってしまう。一般に、
高い抵抗を有する金属膜を用いると、信号の伝搬速度が
遅くなり、半導体装置の高速化を達成することが困難と
なる。また、低密度のバンプの上に、ＩＣやワイヤーな
どを接続すると、その接着力が小さく、脱落やワイヤー
の切断の原因にもなる。従って、従来、熱処理温度が５
００℃以下で、高密度、低抵抗の金属膜の形成が要求さ
れる半導体装置には、金属ペーストを用いて金属膜を形
成することはできなかった。
【０００５】本発明は、上述の問題に鑑みてなされ、金
属ペーストを用いて、低温で、高密度で低抵抗の金属膜
を形成することのできる金属ペーストの焼成方法を提供
することを課題とする。
属ペーストを用いて、低温で、高密度で低抵抗の金属膜
を形成することのできる金属ペーストの焼成方法を提供
することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の課題は、金属でな
る微粒子を、有機溶媒中に分散させた金属ペーストを塗
布し（例えば、実施例のＡ：以下、同様）、該塗布した
金属ペースト（２）を、減圧下で、かつ酸素又は水素の
活性励起種を導入した状態で仮焼した（Ｂ）後、焼結す
る（Ｃ）ことにより、前記金属でなる膜を形成すること
を特徴とする金属ペーストの焼成方法、によって解決さ
れる。
る微粒子を、有機溶媒中に分散させた金属ペーストを塗
布し（例えば、実施例のＡ：以下、同様）、該塗布した
金属ペースト（２）を、減圧下で、かつ酸素又は水素の
活性励起種を導入した状態で仮焼した（Ｂ）後、焼結す
る（Ｃ）ことにより、前記金属でなる膜を形成すること
を特徴とする金属ペーストの焼成方法、によって解決さ
れる。
【０００７】このような構成にすることによって、金属
ペーストを用いて金属膜を、例えば５００℃以下の低温
で形成するとしても、金属ペースト中にある有機物の熱
分解が充分に行なわれ、かつ、この熱分解によって生じ
た不純物を充分に除去することができる。従って、金属
ペーストを用いて、高密度、低抵抗の金属膜を形成する
のに、例えば７００℃といった高温の熱処理を不要にす
る。すなわち、例えば５００℃以下の低温で焼成を行な
っても、高密度、低抵抗の金属膜の形成が可能となる。
ペーストを用いて金属膜を、例えば５００℃以下の低温
で形成するとしても、金属ペースト中にある有機物の熱
分解が充分に行なわれ、かつ、この熱分解によって生じ
た不純物を充分に除去することができる。従って、金属
ペーストを用いて、高密度、低抵抗の金属膜を形成する
のに、例えば７００℃といった高温の熱処理を不要にす
る。すなわち、例えば５００℃以下の低温で焼成を行な
っても、高密度、低抵抗の金属膜の形成が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の金属ペーストの焼成方法
は、図１に示されるように、３つの工程を有する。第１
の工程Ａでは、形成する金属膜と同一元素の微粒子、又
は形成する合金膜を構成する金属元素の微粒子が有機溶
媒に分散された金属ペーストを、スピンコートやスクリ
ーン印刷などの方法によって、例えば配線、バンプ、凹
所の埋め込みとして基板に塗布する。この金属ペースト
の塗布膜が形成された基板を、例えば真空槽に配設す
る。そして、第２の工程Ｂでは、真空槽を減圧して、酸
素又は水素の活性励起種を導入し、塗布膜を加熱して仮
焼する。そのため、（減圧下としたことで平衡移動の法
則によるためと、導入された活性励起種の高エネルギー
のためと考えられるが）金属ペースト中の有機物の熱分
解温度が低下する。また、低温であっても、酸素又は水
素の活性励起種が、熱分解の残留不純物と化学反応し、
その結果、この残留不純物が、気体となって蒸発し、金
属ペーストから除去される。次に、最終工程である第３
の工程Ｃで焼結を行ない、高密度の金属膜が形成され
る。
は、図１に示されるように、３つの工程を有する。第１
の工程Ａでは、形成する金属膜と同一元素の微粒子、又
は形成する合金膜を構成する金属元素の微粒子が有機溶
媒に分散された金属ペーストを、スピンコートやスクリ
ーン印刷などの方法によって、例えば配線、バンプ、凹
所の埋め込みとして基板に塗布する。この金属ペースト
の塗布膜が形成された基板を、例えば真空槽に配設す
る。そして、第２の工程Ｂでは、真空槽を減圧して、酸
素又は水素の活性励起種を導入し、塗布膜を加熱して仮
焼する。そのため、（減圧下としたことで平衡移動の法
則によるためと、導入された活性励起種の高エネルギー
のためと考えられるが）金属ペースト中の有機物の熱分
解温度が低下する。また、低温であっても、酸素又は水
素の活性励起種が、熱分解の残留不純物と化学反応し、
その結果、この残留不純物が、気体となって蒸発し、金
属ペーストから除去される。次に、最終工程である第３
の工程Ｃで焼結を行ない、高密度の金属膜が形成され
る。
【０００９】このとき、金などの貴金属以外の金属、例
えば銅やニッケルなどの金属膜を形成する場合では、酸
素の活性励起種を導入して仮焼すると、これら金属が酸
化され、高抵抗な部分酸化膜が形成されてしまう。その
ため、第３の工程Ｃの焼結を、還元雰囲気中で行う。す
なわち、この還元雰囲気中で焼結することにより、生成
された部分酸化膜を還元し（すなわち部分酸化膜が除去
され）、より低抵抗な金属膜が得られる。
えば銅やニッケルなどの金属膜を形成する場合では、酸
素の活性励起種を導入して仮焼すると、これら金属が酸
化され、高抵抗な部分酸化膜が形成されてしまう。その
ため、第３の工程Ｃの焼結を、還元雰囲気中で行う。す
なわち、この還元雰囲気中で焼結することにより、生成
された部分酸化膜を還元し（すなわち部分酸化膜が除去
され）、より低抵抗な金属膜が得られる。
【００１０】ところで、一般に、金属ペースト内に分散
されている微粒子の粒子径が小さい程、その焼結温度は
低くなるので、粒子径の小さい微粒子が含有されたペー
ストを用いることが好ましい。しかし、粒子径が小さい
と、粒界面積が増大するので、焼結後の抵抗がやや高く
なる恐れがある。また、焼結後に高い充填密度が得られ
るように、金属の有機溶媒に分散される微粒子は、でき
るだけ、粒子径の大きさがほぼ等しい、球状の独立粒子
であることが望ましい。更には、平均粒子径が異なる複
数の粒子群の微粒子を混合して、より高い充填密度が得
られるようにしてもよい。
されている微粒子の粒子径が小さい程、その焼結温度は
低くなるので、粒子径の小さい微粒子が含有されたペー
ストを用いることが好ましい。しかし、粒子径が小さい
と、粒界面積が増大するので、焼結後の抵抗がやや高く
なる恐れがある。また、焼結後に高い充填密度が得られ
るように、金属の有機溶媒に分散される微粒子は、でき
るだけ、粒子径の大きさがほぼ等しい、球状の独立粒子
であることが望ましい。更には、平均粒子径が異なる複
数の粒子群の微粒子を混合して、より高い充填密度が得
られるようにしてもよい。
【００１１】なお、本発明の熱処理の温度は、金属ペー
ストを塗布する下地（例えば基板）と金属ペーストの種
類によるが、５００℃程度の低温としても、高密度、低
抵抗の金属膜が得られる。しかしながら、金属ペースト
中の有機物を効果的に熱分解させるためには、仮焼及び
焼結の温度は、１００℃以上とするのが好ましい。
ストを塗布する下地（例えば基板）と金属ペーストの種
類によるが、５００℃程度の低温としても、高密度、低
抵抗の金属膜が得られる。しかしながら、金属ペースト
中の有機物を効果的に熱分解させるためには、仮焼及び
焼結の温度は、１００℃以上とするのが好ましい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の各実施例について、図２乃至
図４を参照して説明する。
図４を参照して説明する。
【００１３】本発明の第１実施例について以下、説明す
る。まず、市販の銅ペースト（例えば、平均粒子径が
０．１μｍの銅微粒子を、有機溶媒のテルピネオール中
に分散させた銅ペーストや平均粒子径が数μｍの銅微粒
子を、有機溶媒中に分散させた銅ペーストなど）を、従
来と同様に、スクリーン印刷により、シリコン基板１上
に形成する。すなわち、図２に示すように、必要な配線
となるべき銅ペーストの塗布膜２をシリコン基板１上に
形成する。次に、この基板１を真空電気炉に設置する。
そして、酸素Ｏ2 を含む酸化性ガスを炉内に導入し、炉
内を数百Ｐａ〜数Ｐａ程度の低真空にする。次に、基板
１の全面に電子シャワー照射し、導入された酸化性ガス
から酸素の活性励起種を生成させ、これを塗布膜２が形
成されている基板１の表面に供給する。同時に、基板１
を、１００℃〜５００℃に加熱して、数分から１時間程
度の仮焼を行う。これにより、銅ペースト中の有機物が
熱分解される。更に、これと同時に、この熱分解によっ
て生成された炭素などの残留不純物が酸素の活性種と反
応する。すなわち、Ｃ（炭素）＋Ｘ・Ｏ* （酸素ラジカ
ル）→ＣＯX （Ｘ＝１のとき一酸化炭素であり、Ｘ＝２
のとき二酸化炭素となる）の反応が行なわれる。従っ
て、残留不純物である炭素は気体（一酸化炭素又は二酸
化炭素）となって、すなわち、蒸発されて塗布膜２から
除去される。なお、このときの熱処理の温度及び時間
は、金属ペースト中の有機物の種類や量に依るが、１０
０℃〜５００℃で、充分に有機物及びその残留不純物の
除去ができる。
る。まず、市販の銅ペースト（例えば、平均粒子径が
０．１μｍの銅微粒子を、有機溶媒のテルピネオール中
に分散させた銅ペーストや平均粒子径が数μｍの銅微粒
子を、有機溶媒中に分散させた銅ペーストなど）を、従
来と同様に、スクリーン印刷により、シリコン基板１上
に形成する。すなわち、図２に示すように、必要な配線
となるべき銅ペーストの塗布膜２をシリコン基板１上に
形成する。次に、この基板１を真空電気炉に設置する。
そして、酸素Ｏ2 を含む酸化性ガスを炉内に導入し、炉
内を数百Ｐａ〜数Ｐａ程度の低真空にする。次に、基板
１の全面に電子シャワー照射し、導入された酸化性ガス
から酸素の活性励起種を生成させ、これを塗布膜２が形
成されている基板１の表面に供給する。同時に、基板１
を、１００℃〜５００℃に加熱して、数分から１時間程
度の仮焼を行う。これにより、銅ペースト中の有機物が
熱分解される。更に、これと同時に、この熱分解によっ
て生成された炭素などの残留不純物が酸素の活性種と反
応する。すなわち、Ｃ（炭素）＋Ｘ・Ｏ* （酸素ラジカ
ル）→ＣＯX （Ｘ＝１のとき一酸化炭素であり、Ｘ＝２
のとき二酸化炭素となる）の反応が行なわれる。従っ
て、残留不純物である炭素は気体（一酸化炭素又は二酸
化炭素）となって、すなわち、蒸発されて塗布膜２から
除去される。なお、このときの熱処理の温度及び時間
は、金属ペースト中の有機物の種類や量に依るが、１０
０℃〜５００℃で、充分に有機物及びその残留不純物の
除去ができる。
【００１４】次に、供給していた酸素ガスの代わりに、
還元性ガス（例えば、水素や水素と不活性ガスの混合ガ
ス）を真空電気炉に供給し、５００℃以下の温度で焼結
を行なう。これによって、塗布膜の中の銅でなる微粒子
は焼結され、高密度の金属となる。同時に、仮焼時に塗
布膜中に形成されてしまった部分酸化膜が、還元性ガス
によって還元され、除去される。従って、高密度、かつ
低抵抗の銅膜でなる配線が得られる。なお、この方法で
得られた銅膜は、バルク状の銅金属（抵抗率１．６７×
１０-6Ωｃｍ）と同程度の低抵抗を有するものであっ
た。
還元性ガス（例えば、水素や水素と不活性ガスの混合ガ
ス）を真空電気炉に供給し、５００℃以下の温度で焼結
を行なう。これによって、塗布膜の中の銅でなる微粒子
は焼結され、高密度の金属となる。同時に、仮焼時に塗
布膜中に形成されてしまった部分酸化膜が、還元性ガス
によって還元され、除去される。従って、高密度、かつ
低抵抗の銅膜でなる配線が得られる。なお、この方法で
得られた銅膜は、バルク状の銅金属（抵抗率１．６７×
１０-6Ωｃｍ）と同程度の低抵抗を有するものであっ
た。
【００１５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。市販の金ペースト（例えば、有機溶媒中に平均粒子
径が０．０１μｍ以下の金でなる微粒子を分散させた金
ペースト）を、シリコン基板１上に、スクリーン印刷に
よって塗布する。上記第１実施例と同様な条件で、仮焼
及び焼結を行う。これによって、金ペーストを塗布した
塗布膜２の有機溶媒を加熱分解させ、かつ加熱分解で生
じた残留不純物を除去し、低温で、高密度、低抵抗の金
バンプを形成した。なお、本実施例では、貴金属である
金ペーストを用いているので、上記第１実施例のよう
に、焼結時に、還元性雰囲気中で行なうことは必ずし
も、必要ない。しかしながら、最近、金のような貴金属
でも、超微粒子では表面が酸化していることが判明して
いる。そのため、この表面酸化のために、形成された金
バンプが、高抵抗であったり、接着力の低下を招く恐れ
があるので、本実施例では、上記第１実施例と同様に、
還元性雰囲気中で焼結を行なっている。
る。市販の金ペースト（例えば、有機溶媒中に平均粒子
径が０．０１μｍ以下の金でなる微粒子を分散させた金
ペースト）を、シリコン基板１上に、スクリーン印刷に
よって塗布する。上記第１実施例と同様な条件で、仮焼
及び焼結を行う。これによって、金ペーストを塗布した
塗布膜２の有機溶媒を加熱分解させ、かつ加熱分解で生
じた残留不純物を除去し、低温で、高密度、低抵抗の金
バンプを形成した。なお、本実施例では、貴金属である
金ペーストを用いているので、上記第１実施例のよう
に、焼結時に、還元性雰囲気中で行なうことは必ずし
も、必要ない。しかしながら、最近、金のような貴金属
でも、超微粒子では表面が酸化していることが判明して
いる。そのため、この表面酸化のために、形成された金
バンプが、高抵抗であったり、接着力の低下を招く恐れ
があるので、本実施例では、上記第１実施例と同様に、
還元性雰囲気中で焼結を行なっている。
【００１６】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。上記第１実施例と同様に、市販の銅ペーストを、ス
クリーン印刷により、必要な配線が形成されるように、
基板１に塗布し、塗布膜２を形成する（図２）。この基
板１を真空電気炉に設置しＨ2 ガスを炉内に導入し、数
百Ｐａ〜数千Ｐａ程度の真空度に調節した後、反応系内
に、マイクロ波を導入して、水素プラズマを発生させ
る。すなわち、水素の活性励起種を基板１の表面に供給
する。そして、この状態で、１００℃〜５００℃に加熱
して、数分から１時間程度の熱処理を行う。これによ
り、銅ペーストに使用されている有機物の蒸発除去と、
熱分解が行われる。そして、更には、熱分解で生成され
た炭素などの残留不純物を水素の活性励起種と反応させ
て除去する。すなわち、例えばＣ（炭素）＋Ｙ・Ｈ*
（水素ラジカル）→ＣＨY （Ｙ＝４のときメタンガス）
の反応が行なわれる。なお、炭素と水素は、通常、高温
（例えば千度以上）でないと反応されないが、本発明で
は、水素が活性励起種であるため、５００℃の低温であ
っても、炭素と反応する。従って、残留不純物である炭
素は気体（例えばメタンガス）となって、塗布膜から除
去される。なお、このときの熱処理の温度及び時間は、
上記実施例と同様に、金属ペースト中の有機物に依る。
る。上記第１実施例と同様に、市販の銅ペーストを、ス
クリーン印刷により、必要な配線が形成されるように、
基板１に塗布し、塗布膜２を形成する（図２）。この基
板１を真空電気炉に設置しＨ2 ガスを炉内に導入し、数
百Ｐａ〜数千Ｐａ程度の真空度に調節した後、反応系内
に、マイクロ波を導入して、水素プラズマを発生させ
る。すなわち、水素の活性励起種を基板１の表面に供給
する。そして、この状態で、１００℃〜５００℃に加熱
して、数分から１時間程度の熱処理を行う。これによ
り、銅ペーストに使用されている有機物の蒸発除去と、
熱分解が行われる。そして、更には、熱分解で生成され
た炭素などの残留不純物を水素の活性励起種と反応させ
て除去する。すなわち、例えばＣ（炭素）＋Ｙ・Ｈ*
（水素ラジカル）→ＣＨY （Ｙ＝４のときメタンガス）
の反応が行なわれる。なお、炭素と水素は、通常、高温
（例えば千度以上）でないと反応されないが、本発明で
は、水素が活性励起種であるため、５００℃の低温であ
っても、炭素と反応する。従って、残留不純物である炭
素は気体（例えばメタンガス）となって、塗布膜から除
去される。なお、このときの熱処理の温度及び時間は、
上記実施例と同様に、金属ペースト中の有機物に依る。
【００１７】次に、マイクロ波の導入を停止し、水素ガ
ス中の還元雰囲気中で、かつ５００℃以下の温度で焼結
を行う。これによって、塗布膜２の中の銅でなる微粒子
は焼結され、高密度の金属となる。従って、高密度、か
つ低抵抗の銅膜でなる配線が得られる。なお、この方法
で得られた銅膜は、バルク状の銅金属（抵抗率１．６７
×１０-6Ωｃｍ）と同程度の低抵抗を有するものであっ
た。
ス中の還元雰囲気中で、かつ５００℃以下の温度で焼結
を行う。これによって、塗布膜２の中の銅でなる微粒子
は焼結され、高密度の金属となる。従って、高密度、か
つ低抵抗の銅膜でなる配線が得られる。なお、この方法
で得られた銅膜は、バルク状の銅金属（抵抗率１．６７
×１０-6Ωｃｍ）と同程度の低抵抗を有するものであっ
た。
【００１８】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。上記第２実施例と同様に、市販の金ペーストをスク
リーン印刷により、金バンプとなるように、基板１上に
塗布する。そして、これを上記第３実施例と同様な条件
で、仮焼及び焼結を行なう。これによって、金ペースト
を塗布した塗布膜２の有機溶媒を加熱分解させ、かつ加
熱分解で生じた残留不純物を除去し、低温で、高密度、
低抵抗の金バンプを形成した。
る。上記第２実施例と同様に、市販の金ペーストをスク
リーン印刷により、金バンプとなるように、基板１上に
塗布する。そして、これを上記第３実施例と同様な条件
で、仮焼及び焼結を行なう。これによって、金ペースト
を塗布した塗布膜２の有機溶媒を加熱分解させ、かつ加
熱分解で生じた残留不純物を除去し、低温で、高密度、
低抵抗の金バンプを形成した。
【００１９】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。本実施例は、ＩＣベアチップのフリップチップ方式
に、市販の銅ペースト（他の金属ペーストでも勿論、同
様に行なえる）を適用した例である。まず、上記第１、
第３実施例と同様に、銅ペーストを図２に示すように、
スクリーン印刷により基板１に塗布し、塗布膜２を形成
する。そして、図３に示すように、ＩＣベアチップ３を
載置する。この基板１を、数Ｐａ程度の減圧下に配置
し、ＩＣベアチップ３が載置された基板１の表面に、酸
素の活性励起種を供給して、数分から１時間程度の熱処
理を行なった。このときの熱処理温度は、基板１に装着
したＩＣベアチップ３の耐熱性を考慮して、１５０℃の
低温で行なった。その後、上記第１実施例と同様に、供
給していた酸素ガスの供給を停止し、代わりに水素ガス
を供給し、仮焼と同じ１５０℃で焼結を行なった。そし
て、基板１の表面にＩＣベアチップ３が実装された。な
お、この方法では、銅ペーストによって形成された銅膜
は、上記第１実施例の抵抗値よりは高くなったが、通
常、使用されているはんだバンプに相当する程度の抵抗
率は確保することができた。
る。本実施例は、ＩＣベアチップのフリップチップ方式
に、市販の銅ペースト（他の金属ペーストでも勿論、同
様に行なえる）を適用した例である。まず、上記第１、
第３実施例と同様に、銅ペーストを図２に示すように、
スクリーン印刷により基板１に塗布し、塗布膜２を形成
する。そして、図３に示すように、ＩＣベアチップ３を
載置する。この基板１を、数Ｐａ程度の減圧下に配置
し、ＩＣベアチップ３が載置された基板１の表面に、酸
素の活性励起種を供給して、数分から１時間程度の熱処
理を行なった。このときの熱処理温度は、基板１に装着
したＩＣベアチップ３の耐熱性を考慮して、１５０℃の
低温で行なった。その後、上記第１実施例と同様に、供
給していた酸素ガスの供給を停止し、代わりに水素ガス
を供給し、仮焼と同じ１５０℃で焼結を行なった。そし
て、基板１の表面にＩＣベアチップ３が実装された。な
お、この方法では、銅ペーストによって形成された銅膜
は、上記第１実施例の抵抗値よりは高くなったが、通
常、使用されているはんだバンプに相当する程度の抵抗
率は確保することができた。
【００２０】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。図４に示すように、アスペクト比が１以上の微細な
孔又は溝などの凹部４を有する（例えばシリコン基板な
どの）下地１’に、市販の銅ペースト２’をスピンコー
ト法により塗布し、凹部４に銅ペーストを埋め込み、か
つ下地１’の表面に塗布した。次に、この下地１’を上
記第１実施例と全く同一の条件で、仮焼及び焼結を行な
った。これにより、凹部４及び下地１’の表面に低抵抗
な銅膜が形成された。
る。図４に示すように、アスペクト比が１以上の微細な
孔又は溝などの凹部４を有する（例えばシリコン基板な
どの）下地１’に、市販の銅ペースト２’をスピンコー
ト法により塗布し、凹部４に銅ペーストを埋め込み、か
つ下地１’の表面に塗布した。次に、この下地１’を上
記第１実施例と全く同一の条件で、仮焼及び焼結を行な
った。これにより、凹部４及び下地１’の表面に低抵抗
な銅膜が形成された。
【００２１】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。
が、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術
的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００２２】例えば、上記実施例では、酸素又は水素の
活性励起種の導入は、電子シャワー照射やマイクロ波に
よるプラズマ発生により行なった。しかしながら、酸素
又は水素の活性励起種の導入は、これに限定される必要
は全くない。例えば、市販されているラジカルガンのよ
うに、直流放電やＥＣＲで酸素分子や水素分子をプラズ
マ化し、必要に応じて必要な活性励起種だけを選択的に
選んで、導入してもよい。
活性励起種の導入は、電子シャワー照射やマイクロ波に
よるプラズマ発生により行なった。しかしながら、酸素
又は水素の活性励起種の導入は、これに限定される必要
は全くない。例えば、市販されているラジカルガンのよ
うに、直流放電やＥＣＲで酸素分子や水素分子をプラズ
マ化し、必要に応じて必要な活性励起種だけを選択的に
選んで、導入してもよい。
【００２３】また、上記実施例において、高抵抗の部分
酸化膜を除去するのに、還元性雰囲気とするべく、真空
電気路内に水素ガス、又は水素ガスと不活性ガスとの混
合ガスを導入した。しかしながら、部分酸化膜が還元さ
れて除去できれば、これらのガスに限定される必要はな
い。例えば、還元性ガスとして、一酸化炭素ガスや水性
ガス利用して還元性雰囲気としてもよい。更に、真空度
を高めて還元性雰囲気としてもよい。
酸化膜を除去するのに、還元性雰囲気とするべく、真空
電気路内に水素ガス、又は水素ガスと不活性ガスとの混
合ガスを導入した。しかしながら、部分酸化膜が還元さ
れて除去できれば、これらのガスに限定される必要はな
い。例えば、還元性ガスとして、一酸化炭素ガスや水性
ガス利用して還元性雰囲気としてもよい。更に、真空度
を高めて還元性雰囲気としてもよい。
【００２４】更に、上記実施例では、金属ペーストとし
て、市販の銅ペースト又は金ペーストを用いて説明した
が、これ以外にも、銀、白金、パラジウム、鉛、すず、
ニッケル、アルミニウム、インジウム、チタンなどの金
属でなる微粒子を分散させた金属ペーストを用いてもよ
い。また、これらの金属の少なくとも２種類以上の金属
でなる微粒子を混合して、これらの合金膜を、本発明に
よって、形成してもよい。また、上記実施例では、平均
粒子径０．０１μｍ、０．１μｍ、または数μｍ程度の
金属でなる微粒子を分散させた金属ペーストを使用した
が、勿論、微粒子の粒子径はこれら以外であってもよ
い。一般に粒子径が小さい程、金属微粒子の焼結温度は
低くなるので、粒子径の小さい微粒子のペーストを使用
することが好ましい。しかし、粒子径が小さいと必然的
に粒界面も増大するので、焼結後にバルク金属並の低抵
抗を得難くなる。従って微粒子の粒子径は負荷し得る温
度によって決めてもよい。また、高い充填密度が得られ
るように、金属微粒子は可及的に球状の独立微粒子であ
ることが望ましい。更には、粒子径の異なる微粒子を混
合して充填密度を高めることは好ましい選択である。
て、市販の銅ペースト又は金ペーストを用いて説明した
が、これ以外にも、銀、白金、パラジウム、鉛、すず、
ニッケル、アルミニウム、インジウム、チタンなどの金
属でなる微粒子を分散させた金属ペーストを用いてもよ
い。また、これらの金属の少なくとも２種類以上の金属
でなる微粒子を混合して、これらの合金膜を、本発明に
よって、形成してもよい。また、上記実施例では、平均
粒子径０．０１μｍ、０．１μｍ、または数μｍ程度の
金属でなる微粒子を分散させた金属ペーストを使用した
が、勿論、微粒子の粒子径はこれら以外であってもよ
い。一般に粒子径が小さい程、金属微粒子の焼結温度は
低くなるので、粒子径の小さい微粒子のペーストを使用
することが好ましい。しかし、粒子径が小さいと必然的
に粒界面も増大するので、焼結後にバルク金属並の低抵
抗を得難くなる。従って微粒子の粒子径は負荷し得る温
度によって決めてもよい。また、高い充填密度が得られ
るように、金属微粒子は可及的に球状の独立微粒子であ
ることが望ましい。更には、粒子径の異なる微粒子を混
合して充填密度を高めることは好ましい選択である。
【００２５】
【発明の効果】以上、述べたように、本発明の金属ペー
ストの焼成方法によれば、５００℃以下の低温であって
も、金属ペースト中の有機物の熱分解及びこの熱分解に
よって生成した残留不純物を充分に除去することができ
るので、金属ペーストを用いて、高密度、低抵抗の金属
膜を形成することができる。これにより、焼成温度の制
限から不可能であった部品や部材にも金属ペーストを用
いることができる。
ストの焼成方法によれば、５００℃以下の低温であって
も、金属ペースト中の有機物の熱分解及びこの熱分解に
よって生成した残留不純物を充分に除去することができ
るので、金属ペーストを用いて、高密度、低抵抗の金属
膜を形成することができる。これにより、焼成温度の制
限から不可能であった部品や部材にも金属ペーストを用
いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属ペーストの焼成方法の流れ図であ
る。
る。
【図２】本発明の各実施例による第１工程終了後の半導
体装置の正面断面図である。
体装置の正面断面図である。
【図３】本発明の第５実施例によるＩＣベアチップを装
着した後の半導体装置の正面断面図である。
着した後の半導体装置の正面断面図である。
【図４】本発明の第６実施例において、アスペクト比が
１以上の微細な孔又は溝などの凹部を有する下地に金属
ペーストを塗布した状態の半導体装置の正面断面図であ
る。
１以上の微細な孔又は溝などの凹部を有する下地に金属
ペーストを塗布した状態の半導体装置の正面断面図であ
る。
１ シリコン基板 １’ 下地 ２ 塗布膜 ２’ 銅ペースト ３ ＩＣベアチップ ４ 凹部 Ａ 第１工程 Ｂ 第２工程 Ｃ 第３工程
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｂ２２Ｆ 7/04 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｂ
Claims (5)
- 【請求項１】 金属でなる微粒子を、有機溶媒中に分散
させた金属ペーストを塗布し、該塗布した金属ペースト
を、減圧下で、かつ酸素又は水素の活性励起種を導入し
た状態で仮焼した後、焼結することにより、前記金属で
なる膜を形成することを特徴とする金属ペーストの焼成
方法。 - 【請求項２】 前記焼結が還元雰囲気中で行なわれる請
求項１に記載の金属ペーストの焼成方法。 - 【請求項３】 前記塗布された金属ペーストの熱処理が
すべて５００℃以下の温度で行なわれる請求項１又は請
求項２に記載の金属ペーストの焼成方法。 - 【請求項４】 前記微粒子が平均粒子径１μｍ単位のも
の、平均粒子径０．１μｍ単位のもの、および平均粒子
径０．０１μｍ単位のものの中の何れか単独、またはそ
れら中の２種類以上の混合である請求項１から請求項３
までの何れかに記載の金属ペーストの焼成方法。 - 【請求項５】 前記微粒子が金、銀、白金、パラジウ
ム、銅、鉛、すず、ニッケル、アルミニウム、インジウ
ム、チタンの中の何れか１種類、又は２種類以上の合金
の微粒子の混合である請求項１乃至請求項４の何れかに
記載の金属ペーストの焼成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13036697A JP3690552B2 (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 金属ペーストの焼成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13036697A JP3690552B2 (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 金属ペーストの焼成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308120A true JPH10308120A (ja) | 1998-11-17 |
| JP3690552B2 JP3690552B2 (ja) | 2005-08-31 |
Family
ID=15032666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13036697A Expired - Lifetime JP3690552B2 (ja) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | 金属ペーストの焼成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3690552B2 (ja) |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005150710A (ja) * | 2003-10-21 | 2005-06-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体素子の作製方法 |
| WO2005122230A1 (ja) * | 2004-06-07 | 2005-12-22 | Kyushu Institute Of Technology | 銅表面の処理方法及び銅パターン配線形成方法、並びに該方法を用いて作成された半導体装置 |
| WO2006126614A1 (ja) * | 2005-05-25 | 2006-11-30 | Nihon Handa Co., Ltd. | ペースト状銀組成物、その製造方法、固形状銀の製造方法、固形状銀、接着方法および回路板の製造方法 |
| JP2007109833A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 金属部材の接合方法およびその組立治具 |
| JP2007115739A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 導電層の形成方法、及び半導体装置の作製方法 |
| JP2009013470A (ja) * | 2007-07-05 | 2009-01-22 | Ulvac Japan Ltd | 薄膜形成方法 |
| JP2010199285A (ja) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Ricoh Co Ltd | 配線基板の製造方法、電子素子および表示装置 |
| JP2010533984A (ja) * | 2007-07-19 | 2010-10-28 | フライズ・メタルズ・インコーポレイテッド | 取付け方法およびその方法を用いて製造された装置 |
| WO2011145378A1 (ja) * | 2010-05-19 | 2011-11-24 | 三井金属鉱業株式会社 | 導電性ペースト用銅粉及び導電性ペースト |
| JP2012142551A (ja) * | 2010-12-16 | 2012-07-26 | Nisshin:Kk | 加熱処理方法およびその装置 |
| WO2012128140A1 (ja) | 2011-03-24 | 2012-09-27 | 富士フイルム株式会社 | 銅配線の形成方法、配線基板の製造方法及び配線基板 |
| JP2012204468A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Fujifilm Corp | 銅配線の形成方法、配線基板の製造方法および配線基板 |
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| JP2014027322A (ja) * | 2007-03-05 | 2014-02-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 配線の作製方法、記憶素子の作製方法 |
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| US8836130B2 (en) | 2009-01-23 | 2014-09-16 | Nichia Corporation | Light emitting semiconductor element bonded to a base by a silver coating |
| US8968608B2 (en) | 2008-01-17 | 2015-03-03 | Nichia Corporation | Method for producing conductive material, conductive material obtained by the method, electronic device containing the conductive material, light-emitting device, and method for producing light-emitting device |
| US9011728B2 (en) | 2009-07-21 | 2015-04-21 | Nichia Corporation | Method for producing conductive material, conductive material obtained by the method, electronic device containing the conductive material, and light-emitting device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104137192B (zh) | 2012-02-20 | 2016-07-13 | 株式会社应用纳米粒子研究所 | 含氧供给源的复合纳米金属糊及接合方法 |
| JP5598739B2 (ja) | 2012-05-18 | 2014-10-01 | 株式会社マテリアル・コンセプト | 導電性ペースト |
-
1997
- 1997-05-02 JP JP13036697A patent/JP3690552B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP4732118B2 (ja) * | 2005-10-18 | 2011-07-27 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
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| US10950770B2 (en) | 2008-01-17 | 2021-03-16 | Nichia Corporation | Method for producing an electronic device |
| US10573795B2 (en) | 2008-01-17 | 2020-02-25 | Nichia Corporation | Method for producing conductive material, conductive material obtained by the method, electronic device containing the conductive material, light-emitting device, and method for producing light-emitting device |
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| WO2012128140A1 (ja) | 2011-03-24 | 2012-09-27 | 富士フイルム株式会社 | 銅配線の形成方法、配線基板の製造方法及び配線基板 |
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