KR101655638B1 - 금속 배선 형성용 전사 기판 및 상기 전사용 기판에 의한 금속 배선의 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 금속 배선 소재와, 상기 금속 배선 소재의 표면 상에 형성된 적어도 1층의 피복층과, 상기 기판과 상기 금속 배선 소재와의 사이에 형성된 하지 금속막으로 이루어지고, 상기 금속 배선 소재를 피전사물에 전사시키기 위한 전사용 기판으로서, 상기 금속 배선 소재는 순도 99.9중량％ 이상, 평균 입경 0.01㎛ 내지 1.0㎛인 금 분말 등의 금속 분말을 소결하여 이루어지는 성형체이고, 상기 피복층은 금 등의 소정의 금속 또는 합금으로서, 상기 금속 배선 소재와 상이한 조성의 금속 또는 합금으로 이루어지고, 또한 그 합계 두께는 1㎛ 이하이며, 상기 하지 금속막은 금 등의 소정의 금속 또는 합금으로 이루어지는 전사용 기판이다. 본 발명에 따른 전사용 기판은, 전사법에 의해 피전사물에 금속 배선을 형성할 때 피전사물측의 가열 온도를 낮게 할 수 있다.

Description

금속 배선 형성용 전사 기판 및 상기 전사용 기판에 의한 금속 배선의 형성 방법{TRANSFER SUBSTRATE FOR FORMING METAL WIRING AND METHOD FOR FORMING METAL WIRING WITH THE TRANSFER SUBSTRATE}

본 발명은 반도체 웨이퍼, 화합물 웨이퍼, MEMS 웨이퍼 등의 피전사물 상에 금속 배선을 형성하기 위한 전사용 기판 및 이것을 이용하는 금속 배선 방법에 관한 것이다.

반도체 칩 등의 전자 부품의 실장 밀도의 고밀도화에 수반하여, 그 실장 방법은 종래의 와이어 본딩법으로부터, 플립 칩 본딩법과 같은 회로 기판에 반도체 칩을 직접 장착하는 와이어리스 실장법이 주류가 되어 오고 있다. 이 실장 방법을 사용하는 전자 부품의 제조 공정은, 디바이스 웨이퍼의 반도체 칩 상의 단자 전극 또는 반도체 칩으로의 접속용 외부 전극에 범프를 형성해서 금속 배선을 구성하고, 이것을 기판 상에 페이스 다운 본딩하는 것이다. 또한, 범프의 형성 이전에는 단자 전극 등의 위에 메탈라이즈 처리를 실시해서 배리어 메탈층을 형성하고, 그 위에 범프가 형성되는 것이 일반적이다.

범프 형성 공정의 종래 방법으로는 도금법을 사용하는 것이 일반적이었다. 도금법에 의해 형성되는 범프는 치밀하고 양호한 전기 전도 특성을 갖는 점에서 전극으로서 유용하다고 여겨지고 있다. 그러나, 도금법에 의한 범프 형성은, 향후 더욱 진행될 것으로 생각되는 금속 배선의 미세화에 충분히 대응할 수 없다는 우려가 있다. 그래서 특허문헌 1과 같은 전사 기판을 사용한 전사법에 의한 범프 형성법이 제안되고 있다.

전사 기판에 의한 범프 형성법에서는, 미리 유리 등의 기판에 범프가 되는 배선 소재를 형성한 전사용 기판을 제작한다. 그리고, 미리 메탈라이즈 처리된 웨이퍼에 전사 기판을 씌워서 가압, 가열하고, 배선 소재를 웨이퍼에 전사시켜 범프를 형성하는 방법이다. 이 방법은 가압, 가열의 제어에 의해 전사용 기판 상의 임의의 배선 소재를, 웨이퍼의 임의의 위치에 전사할 수 있고, 금속 배선의 미세화를 가능하게 함과 동시에, 웨이퍼 상의 불량 섹터로의 배선 형성을 피할 수 있어 소재의 낭비도 피할 수 있다.

일본 특허 공개 평5-144870호 공보

상기의 전사 기판을 사용하는 범프 형성의 과정에서는, 전사용 기판 및 웨이퍼의 가열이 필요하다. 구체적으로는, 상기 종래의 전사 기판에서는 웨이퍼측의 가열 온도를 300 내지 400℃로 하고, 전사 기판측의 가열 온도를 100 내지 200℃로 하고 있다. 그러나, 웨이퍼측의 가열 온도를 고온(300℃ 이상)으로 하는 것은, 웨이퍼 상에 반도체 회로가 형성되어 있는 경우에 있어서, 회로에 대한 대미지가 우려된다. 따라서, 본래 범프 전사시의 가열 온도는 낮은 편이 바람직하지만, 웨이퍼측의 가열 온도를 안이하게 내릴 수는 없다. 이것은 종래의 전사용 기판 상의 범프는 일반적으로 도금법으로 형성되지만, 도금으로 형성되는 범프를 웨이퍼에 확실하게 전사시키기 위해서는, 웨이퍼와 범프가 충분히 접합될 필요가 있고, 그것을 위해서는 고온 가열이 필요하기 때문이다.

그리고, 웨이퍼 상의 반도체 회로 보호의 관점에서 보면, 웨이퍼 상에 반도체 회로를 형성한 후에는 가능한 한 적은 공정으로 범프를 형성할 수 있는 편이 바람직하다. 이 점, 상기와 같은 전사시의 가열뿐만 아니라, 배리어층 형성을 위한 메탈라이즈 처리도 반도체 회로에 있어서는 부하가 되고 있다.

본 발명은 상기 과제를 배경으로 하는 것으로, 전사법에 의해 웨이퍼 등의 피전사물 상에 금속 배선을 형성하기 위한 전사용 기판에 대해서, 고온 가열 등의 피전사물이 받는 부하를 경감할 수 있는 것을 제공한다. 또한, 이 전사용 기판을 사용한 금속 배선의 형성 방법에 대해서도 개시한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서, 먼저 전사 기판의 전사 온도의 저온화를 도모하고자, 본 발명자들이 가진 기술적 지식을 고려해서 검토를 행하였다. 그리고, 고순도이고, 미세 입경의 금속 분말을 소결하여 이루어지는 성형체는 비교적 저온에서도 피전사물에 접합 가능한 것 및 그것이 금속 배선으로서 기능하는 것을 발견하였다.

그리고, 본 발명자들은 더욱 검토를 거듭하여, 상기와 같은 금속 분말의 소결체는 그 표면성상에 기인해서 전사가 용이하다는 점, 및 소결체의 표면에 그 표면 상태를 유지 가능한 범위에서 금속을 피복시킴으로써, 금속 피복층을 종래의 배리어 메탈층으로서 작용시키는 것이 가능하다고 생각하여 본 발명에 상도하였다.

즉, 본 발명은 기판과, 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 금속 배선 소재와, 상기 금속 배선 소재의 표면 상에 형성된 적어도 1층의 피복층과, 상기 기판과 상기 금속 배선 소재와의 사이에 형성된 하지 금속막으로 이루어지고, 상기 금속 배선 소재를 피전사물에 전사시키기 위한 전사용 기판으로서, 상기 금속 배선 소재는 순도 99.9중량％ 이상, 평균 입경 0.01㎛ 내지 1.0㎛인 금 분말, 은 분말, 백금 분말, 팔라듐 분말, 구리 분말 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 분말을 소결하여 이루어지는 성형체이고, 상기 피복층은 금, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니켈, 구리, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로서, 상기 금속 배선 소재와 상이한 조성의 금속 또는 합금으로 이루어지고, 또한 그 합계 두께는 1㎛ 이하이며, 상기 하지 금속막은 금, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니켈, 구리, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 이루어지는, 전사용 기판이다.

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다. 상기와 같이, 본 발명에 따른 전사용 기판은 피전사물(웨이퍼)에 전사시키는 금속 배선 소재(범프)로서, 소정의 금속 분말을 소결해서 형성된 소결체를 적용하는 것을 특징으로 한다. 이 소결체로 이루어지는 금속 배선 소재는, 종래 기술의 도금에 의해 형성되는 치밀한 것과는 달리 다공질이며, 그 표면에는 미소한 요철이 존재한다. 그리고, 전사 시에 있어서 소결체는 피전사물 표면과 점접촉으로 접한다. 본 발명자들에 의하면, 이 다공질이 형성하는 점접촉 상태에 의해, 피전사물면과의 접합에 필요로 하는 온도를 저감할 수 있다고 생각한다. 그리고, 이에 의해 전사시의 피전사물측의 온도를 종래보다도 낮은 온도(300℃ 이하)로 할 수 있다.

이 소결체로 이루어지는 금속 배선 소재에 대해서, 소결하는 금속 분말의 순도, 입경을 규정하는 것은, 순도에 대해서는 전사 후의 범프로 했을 때의 도전성을 고려하는 것이다. 즉, 순도가 99.9중량％ 미만이면 필요한 통전성을 확보할 수 없을 우려가 있기 때문이다. 또한, 금속 분말의 입경에 대해서는, 1.0㎛를 초과하는 입경의 금속 분말에서는, 성형체에 큰 간극이 발생하기 쉬워져, 최종적으로 필요한 통전성을 확보할 수 없기 때문이다. 또한, 금속 분말의 입경은 미세한 것이 바람직한데, 0.01㎛ 미만의 입경의 분말은 취급성이 떨어지므로, 0.01㎛를 하한으로 한다.

소결체로 이루어지는 금속 배선 소재는 다공질인데, 그 밀도는 금속 분말의 밀도의 0.45 내지 0.95배로 되어 있는 것이 바람직하다. 소결을 진행시키면, 금속 배선 소재는 치밀한 것으로 되고, 그 밀도는 벌크체인 금속의 밀도에 근사한다. 벌크 금속의 밀도의 0.95배를 초과하는 금속 배선 소재는 너무 단단하기 때문에 전사가 곤란해진다. 한편, 벌크 금속의 0.45배 미만이 되면, 금속 분말끼리의 접촉이 불충분해져 도전성이 부족하여, 금속 배선으로서 바람직하지 않다.

또한, 금속 배선 소재는 금 분말, 은 분말, 백금 분말, 팔라듐 분말, 구리 분말, 또는 이들 금속의 합금 분말로 구성시킨다. 범프로서의 도전성을 고려한 것이다. 금속 배선 소재는 이 금속 분말에 1종류만을 소결한 것이어도 좋지만, 2종 이상을 혼합해도 좋다. 예를 들어, 금 분말를 단독으로 소결해도 좋지만, 금 분말과 팔라듐 분말을 혼합하는 것, 금 분말과 은 분말을 혼합하는 것 등을 통해 소결해도 좋다.

그리고, 본 발명에서는 금속 분말의 소결체로 이루어지는 금속 배선 소재의 표면 상에 금속의 피복층을 구비한다. 이 피복층은, 전사 후에 피전사물과 금속 배선 소재(범프)의 사이에 존재해 배리어 메탈층으로서 작용한다. 이에 의해, 피전사물에 관한 메탈라이즈 처리가 불필요하게 되고, 피전사물에 대한 부하를 경감할 수 있다. 단, 상기한 소결체 표면의 점접촉에 의한 접합의 용이성을 유지하기 위해서, 피복층의 두께는 소결체의 표면 상태를 유지할 수 있는 정도로 얇은 것일 필요가 있다. 그로 인해, 피복층의 두께는 1㎛ 이하로 하는 것을 필요로 한다. 단, 피복층의 하한값으로는 0.003㎛로 하는 것이 바람직하다. 이것보다 얇으면 금속막으로서의 연속성을 확보하는 것이 곤란해지기 때문이다.

피복층을 구성하는 금속은 금, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니켈, 구리, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 또는 합금이며, 금속 배선 소재와 상이한 금속이다. 또한, 피복층의 구조는 치밀질의 박막 형상인 것이 바람직하다. 또한, 단층이어도 좋지만, 복수의 금속에 의한 다층 구조여도 좋고, 합계의 두께가 1㎛ 이하이면 된다.

금속 배선 소재는 기판에 직접 형성되는 일은 없고, 기판과 금속 배선 소재와의 사이에는 하지 금속막이 형성된다. 기판에는 유리 기판을 사용하는 일이 많아지지만, 유리는 금속과의 접합성이 부족하여, 직접 금속 배선 소재를 형성하면, 전사용 기판의 취급 시에 탈락할 우려가 있다. 그래서 금속 배선 소재의 밀착성 확보를 위해 하지 금속막을 형성한다. 이 하지 금속막은 금, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니켈, 구리, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 또는 합금으로 이루어진다.

이 하지 금속막은 금속 배선 소재와 동일한 조성의 금속이어도 좋다. 이 점은 피복층과 상이하다. 단, 바람직한 것은 상이한 조성의 금속막이다. 금속 배선 소재와 동일한 조성으로 하면, 금속 배선 소재와 하지 금속막과의 밀착성이 높아져, 피전사물에 대한 전사시에 금속 배선 소재가 기판에 잔류할 우려가 있다. 단, 하지 금속막과 금속 배선 소재를 동일한 조성으로 구성해도, 전사시의 가열 조건의 조정 등에 의해 금속 배선 소재와 피전사물과의 밀착성을 높게 하고, 잔류를 회피 할 수 있는 점에서, 반드시 조성을 달리하는 것이 요구되는 것은 아니다.

하지 금속막은 두께 1 내지 100㎚로 하는 것이 바람직하다. 1㎚ 미만에서는 하지 금속막과 기판의 밀착성이 낮아, 금속 배선 소재의 밀착성을 확보할 수 없다. 또한, 상한에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 100㎚를 초과하는 두께로 해도 효과에 차이는 없다. 그리고, 상기의 범위 내에서 하지 금속막의 두께를 조정함으로써, 금속 배선 소재의 전사율의 조정을 행할 수 있다. 이것은, 하지 금속막과 금속 배선 소재가 동일한 재질인 경우(예를 들어, 유리 기판에 하지 금속막으로 Au를, 금속 배선 소재로서 Au 분말을 사용한 경우), 하지 금속막과 금속 배선 소재의 밀착성이 높아지기 때문에, 하지 금속막의 두께를 얇게 함으로써 전사시에 하지 금속막을 기판으로부터 박리시킬 수 있다. 이 하지 금속막을 얇게 하고, 전사시에 박리시키는 방법은, 하지 금속막을 두껍게 하는 경우보다도, 금속 배선 소재의 잔류를 억제할 수 있는 경우가 있기 때문에 효과적인 전사율의 조정이 된다. 이렇게 전사시의 박리를 목적으로 하지 금속막을 얇게 하는 경우, 그 두께는 금속 배선 소재를 구성하는 금속 분말의 평균 입자 직경의 1/3 이하로 하는 것이 바람직하다.

하지 금속막은 단층이어도 좋지만 복수층 형성해도 좋다. 예를 들어, 유리 기판에 티타늄막을 형성하고, 그 위에 금막을 형성해도 좋다. 이러한 다층막을 열처리해서 티타늄을 최표면에 확산시키는 동시에, 산화시켜 산화물을 형성해도 좋다.

또한, Cr, W, TiW 등은 산화하기 쉬운 금속이며, 이들을 단층으로 사용하는 경우, 그 표면을 산소 플라즈마 처리해서 표면 산화막을 안정화시켜 두어도 좋다. 이 산소 플라즈마 처리란, 오존이나 산소 분위기 중에서의 대기압 또는 감압 하의 플라즈마 처리이다.

금속 배선 소재를 형성하는 기판은, 재질로는 유리 또는 수지 보강된 유리가 일반적인데, 그 외 실리콘, 코바르 등의 금속도 적용할 수 있다. 또한, 그 두께도 특별히 제한은 없지만, 취급성이나 전사의 안정성을 고려해서 50 내지 500㎛로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전사용 기판의 제조 공정으로는, 유리 등의 기판에 대하여 하지 금속막을 형성하고, 그 후 금속 배선 소재의 형성을 행하여, 피복층을 더 형성한다. 하지 금속막의 형성은 스퍼터링법, 도금법, CVD법 등의 각종 박막 제조 프로세스를 적용할 수 있다.

한편, 금속 배선 소재의 형성에 대해서 지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 금속 분말을 소결해서 금속 배선 소재를 형성한다. 이 금속 분말로 이루어지는 금속 배선 소재의 형성에 있어서는, 금속 분말에 적절하게 유기용제를 첨가한 금속 페이스트를 사용해서 성형하는 것이 바람직하다. 페이스트는 후술하는 바와 같이 다양한 방법으로 도포 가능하고, 또한 배선의 미세화에도 대응할 수 있기 때문이다.

금속 페이스트의 유기용제로는, 에스테르 알코올, 테르피네올, 파인 오일, 부틸카르비톨 아세테이트, 부틸카르비톨, 카르비톨이 바람직하다. 예를 들어, 바람직한 에스테르 알코올계의 유기용제로서, 2,2,4-트리메틸-3-히드록시펜타이소부틸레이트(C₁₂H₂₄O₃)를 들 수 있다. 본 용제는 비교적 저온에서 건조시킬 수 있기 때문이다.

또한, 상기 유기용제에 더하여, 금속 페이스트는 아크릴계 수지, 셀룰로오스계 수지, 알키드 수지 중에서 선택되는 1종 이상을 함유하고 있어도 좋다. 이들 수지 등을 더 첨가하면 금속 페이스트 중의 금속 분말의 응집이 방지되어 보다 균질이 되고, 치우침이 없는 범프를 형성할 수 있다. 또한, 아크릴계 수지로는 메타크릴산 메틸 중합체를, 셀룰로오스계 수지로는 에틸셀룰로오스를, 알키드 수지로는 무수 프탈산 수지를 각각 들 수 있다. 그리고, 이들 중에서도 특히 에틸셀룰로오스가 바람직하다.

금속 페이스트의 도포 공정은 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 범프 형상의 형을 기판 상에 적재하고, 이것에 금속 페이스트를 충전해도 좋다. 또한, 종래의 도금법에 의한 범프 형성과 마찬가지로 레지스트를 사용해도 좋다. 금속 페이스트의 도포 방법으로는 스핀 코팅법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 적하한 페이스트를 실리콘 고무제의 주걱으로 펼침으로써 구멍 내에 충전하는 방법 등, 다양한 방법을 사용할 수 있다.

금속 페이스트 도포 후에는 금속 페이스트를 도포·건조한 후에 소결하는 것을 필요로 한다. 이에 의해, 페이스트 중의 금속 입자끼리, 및 접합 부재의 접합면(페이스트 도포면)과 금속 입자의 사이에, 서로 점접촉된 근접 상태가 형성되고, 금속 배선 소재로서의 형상이 안정된다. 이 소결의 온도는 80 내지 300℃로 하는 것이 바람직하다. 80℃ 미만에서는 점접촉이 발생하지 않기 때문이다. 한편, 300℃를 초과하는 온도에서 소결하면, 소결이 과도하게 진행되고, 금속 분말 간의 네킹이 진행되어서 견고하게 결합되어, 너무 단단한 상태로 되기 때문이다. 또한, 300℃를 초과하는 가열은 유리 기판의 변형이 발생할 우려가 있다. 또한, 소결 시의 가열 시간은 30 내지 120분으로 하는 것이 바람직하다. 단시간으로는 소결노의 온도가 안정되지 않아 충분한 소결을 할 수 없고, 또한 너무 장시간으로 하면 생산성이 손상되기 때문이다. 또한, 이 소결은 압력의 부하가 없는 상태에서 행하는 것이 바람직하다.

피복층의 형성은, 박막 형상의 피복층에 대해서는 하지 금속과 마찬가지로 스퍼터링법, 도금법, CVD법 등의 각종 박막 제조 프로세스를 적용할 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 전사용 기판에 의한 피전사물에 대한 금속 배선의 형성 방법은, 기본적으로는 종래의 전사법에 의한 것과 동일하다. 즉, 전사용 기판을 금속 배선 소재가 형성된 면이 피전사물(웨이퍼)에 대향한 상태로 겹치고, 전사용 기판 및 피전사물을 가열하는 동시에, 금속 배선 소재를 피전사물에 가압하고, 금속 배선 소재를 피전사물에 접합시킨 후에, 전사용 기판을 제거하는 것이다. 이때 본 발명에 있어서는, 전사용 기판의 가열 온도를 80 내지 200℃로 하고, 피전사물의 가열 온도를 80 내지 300℃로 하는 것이다.

본 발명에서는, 피전사물의 가열 온도를 80 내지 300℃로 종래의 전사 기판에 의한 전사 공정보다도 저온으로 할 수 있다. 그리고, 이 피전사물의 가열 온도에 대해서는, 바람직하게는 100 내지 200℃로 한다. 전사용 기판으로부터의 금속 배선 소재를 확실하게 전사시키기 위해서, 그리고 피전사물로부터 전사 기판에 대한 열전도에 의한 과열을 효과적으로 방지하기 위해서이다. 또한, 전사용 기판의 가열 온도로는 100 내지 200℃로 하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 이 전사법에서는 금속 배선 소재의 피전사물에의 압박, 즉 가압이 필요하지만, 이 압력은 금속 배선 소재의 항복 강도 이하로 하는 것이 바람직하다. 항복 강도를 크게 초과한 가압은 금속 배선 소재를 변형시키고, 소정의 높이나 형상을 확보할 수 없기 때문이다. 구체적으로는, 금속 배선 소재의 항복 강도에 대하여 0.1 내지 1.5배의 가압력으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 피전사물에는 금속 배선을 형성하는 부위에, 미리 전사용 기판의 금속 배선 소재를 구성하는 금속을 포함하는 금속으로 이루어지는 전극 막을 형성하는 것이 바람직하다. 확실하게 금속 배선 소재를 전사시키기 위해서이다. 단, 완전히 동일한 조성으로 할 필요는 없다. 예를 들어, 금속 배선 소재가 금 분말과 은 분말과의 혼합체로 이루어질 경우, 피전사물에 대한 전극 막을 금으로 구성하면 된다. 또한, 이 전극 막은 단층이어도 다층이어도 좋고, 최표면이 금속 배선 소재와 같은 계열의 금속으로 이루어져 있으면 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전사용 기판은, 전사시의 피전사물의 가열 온도를 저온으로 해도 안정적으로 금속 배선 소재를 전사시킬 수 있다. 이에 의해, 피전사물 상의 반도체 칩 등의 대미지를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 피전사물의 메탈라이즈 처리를 행하지 않고, 범프 하부에 메탈층을 형성할 수 있기 때문에, 이 점에서도 피전사물이 받는 부하를 경감할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 있어서의 금속 배선의 형성 공정을 개략 설명하는 도면.

제1 실시 형태: 유리 기판을 사용해서 전사용 기판을 제조하고, 이것을 사용해서 Si웨이퍼에의 금속 배선 형성을 행하였다.

(전사용 기판의 제조)

먼저, 유리 기판(직경 치수 100㎜, 4인치, 평균 두께 500㎛)에 하지 금속막으로서 Pt를 스퍼터링에 의해 성막하였다. Pt막 형성은 역스퍼터(Ar 압력 2.8×10^-1㎩, RF 출력 250W, 스퍼터 시간 60초)로 유리 기판을 클리닝한 후, Pt 타깃을 사용해서 Ar 압력 7.0×10^-1㎩, DC 출력 500W, 스퍼터 시간 115초의 조건으로 성막하고, 두께 20㎚의 Pt막을 형성하였다.

이어서, Au 분말로 이루어지는 금속 페이스트를 사용하여, 유리 기판 상에 금속 배선 소재를 형성하였다. 여기서 사용한 금속 페이스트는, 습식 환원법에 의해 제조된 순도 99.95중량％의 금 분말(평균 입경: 0.3㎛)과, 유기용제로서 에스테르 알코올[2,2,4-트리메틸-3-히드록시펜타이소부틸레이트(C₁₂H₂₄O₃)]을 혼합해서 조제된 것이다. 금속 배선 소재의 형성에 있어서는, 유리 기판에 포토레지스트를 도포하고, 통상의 포토리소그래프 기술을 사용해서 복수의 관통 구멍을 형성하였다. 그리고, 금속 페이스트를 포토레지스트의 표면에 적하하고, 스핀 코팅법에 의해 포토레지스트의 관통 구멍 내에 금 페이스트를 충전하였다. 이어서, 페이스트 도포 후의 기판을 50℃ 이하의 온도로 유지된 건조기에서 건조하였다. 건조한 금속 페이스트 상에 피복층을 형성하였다.

그 후, 레지스트를 유기용제로 박리하였다. 레지스트 박리 후, 기판을 전기로에 넣어서 금 분말을 소결시켜 금속 배선 소재를 형성하였다. 소결 온도는 90℃에서 1시간 가열하였다. 본 실시 형태에서는 기판 상에 직사각형의 금속 배선 소재(직경 치수 50㎛, 높이 25㎛)를 등 간격으로 100개 형성하였다.

또한, 피복층의 형성은, 도금법에 의한 피복층 형성은 적절하게 시판되고 있는 도금액을 사용해서 권장되는 조건으로 성막하였다. 또한, 피복층은 스퍼터링법으로 형성할 수도 있고, 이것도 시판되고 있는 스퍼터링 타깃재를 사용할 수 있다.

(웨이퍼에 대한 전사)

상기에서 제조한 전사용 기판을 사용하여, Si웨이퍼에 대한 배선 형성을 행하였다. 도 1은 그 공정을 설명하는 도면이다. 도 1과 같이, 본 실시 형태에서 제조한 전사용 유리 기판을 상부 가열 블록에 흡착 설치하고, 배선을 형성하는 Si웨이퍼(치수 100㎜, 4인치)를 하부 가열 블록에 설치한다. Si웨이퍼의 표면에는, 전극 막으로서 Ti/Pt/Au(두께 50㎚/50㎚/200㎚)가 형성되어 있다. 전사용 기판 및 Si웨이퍼의 설치 후, 상부 가열 블록을 하강시켜, 전사용 기판을 Si웨이퍼에 밀착시킨다. 그리고, 상부 가열 블록을 150℃, 하부 가열 블록을 150℃로 가열하고, 가압력 30㎫로 상부 가열 블록을 가압하여, 이 가압 상태를 10분간 유지하였다. 시간 경과 후, 상부 가열 블록을 상승시켰다. 또한, 이때의 가압력은 미리 150℃ 이하에서 측정한 금 분말 소결체의 항복 강도(21㎫)의 1.4배로 설정하고 있다.

상부 가열 블록 상승 후, 전사용 기판의 금속 배선 소재의 잔존을 확인했지만, 전사 잔류물은 존재하지 않고, Si 웨이퍼 상에 모든 금속 배선 소재가 전사되어 있으며, 금속 배선의 형성이 확인되었다. 또한, 전사된 금속 배선에 대해서, 그 개개의 높이를 측정하여 편차를 확인했는데, ±0.5㎛의 범위 내에 있으며, 그 형상도 양호한 것이 확인되었다.

제2 실시 형태: 여기에서는 전사 기판 상의 금속 배선 소재를 구성하는 금속 분말(금속 페이스트), 하지 금속막, 피복층의 구성을 다양하게 변경해서 전사용 기판을 제조하고, 각각을 사용해서 Si웨이퍼에 대한 금속 배선 형성을 행하였다. 전사용 기판의 제조 조건은, 금속 분말의 종류 및 하지 금속 형성을 위한 타깃 재질(하지 금속막이 합금인 경우에는, 동일한 조성의 합금 타깃을 사용함) 이외에는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 제조한 전사용 기판의 구성은 이하와 같다.

상기의 각종 전사용 기판을 사용하여, Si웨이퍼에 대한 금속 배선 형성을 행하였다. 이들 시험에 대해서는 Si 웨이퍼 상의 금속막을 일부 변경하였다. 또한, 하부 블록의 가열 온도도 일부 변경하였다. 이 시험 결과를 표 2에 나타내었다.

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 금속 배선 소재를 각종 금속 분말로 형성한 경우, 또는, 하지 금속막을 변경한 경우 중 어떤 경우든 300℃ 이하의 저온에서 확실한 전사가 가능한 것을 확인할 수 있다. 다만, 아무리 저온이어도 웨이퍼측의 가열 온도가 낮은 경우에는 전사율이 악화되는 경향이 있다(시험No.29).

또한, 입경이 거친 금속 분말을 사용한 경우(시험 No.30), 웨이퍼측의 가열 온도를 비교적 높은 편으로 해도 전사율이 떨어지는 것을 알 수 있다. 또한, 피복층에 대해서 보면, 두께 1㎛를 초과한 경우, 전사율의 저하가 보인다(시험 No.31, 32).

제3 실시 형태: 여기에서는 제2 실시 형태의 시료 No.20 내지 32에 대해서, 제2 실시 형태와 마찬가지로 하여 범프 형성을 행하고, 범프의 전단 강도(접합력)를 측정하였다. 여기에서의 가압력은 2종류(1㎫, 5㎫)로 설정하였다. 또한, 전단 강도의 측정은 본딩 테스터로 행하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3으로부터, 금 분말 소결체의 항복 강도(21㎫)를 고려하면, 피복층의 두께가 1㎛를 초과하는 경우[시험 No.6(시료 No.25)와 시험 No.10(시료No.29)], 전단 강도가 20㎫보다 작아 강도 부족으로 되어 있었다. 그리고, 피복층 두께를 1㎛ 이하로 한 시료에서는 모두 양호한 강도를 유지하고 있었다. 이것은 상술한 바와 같이, 피복층이 두꺼워지면 금속 배선 소재의 표면 상태를 유지할 수 없어, 소결체로서의 접합성이 저하되었기 때문이라 생각된다.

본 발명은 반도체 웨이퍼, 화합물 웨이퍼, MEMS웨이퍼 등의 피전사물 상에 대한 금속 배선 형성에 있어서, 종래보다도 저온의 가공 공정을 제공할 수 있고, 금속 배선의 미세화, 품질 유지에 공헌할 수 있다.

Claims (7)

1. 기판과,
   상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 금속 배선 소재와, 상기 금속 배선 소재의 표면 상에 형성된 적어도 1층의 피복층과, 상기 기판과 상기 금속 배선 소재 사이에 형성된 하지 금속막으로 이루어지고, 상기 금속 배선 소재를 피전사물에 전사시키기 위한 전사용 기판으로서,
   상기 금속 배선 소재는 순도 99.9중량％ 이상, 평균 입경 0.01㎛ 내지 1.0㎛인 금 분말, 은 분말, 백금 분말, 팔라듐 분말, 구리 분말 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 분말을 소결하여 이루어지는 성형체이고,
   상기 피복층은 금, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니켈, 구리, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로서, 상기 금속 배선 소재와 상이한 조성의 금속 또는 합금으로 이루어지고, 또한 그 합계 두께는 1㎛ 이하이며,
   상기 하지 금속막은 금, 은, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐, 이리듐, 크롬, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨, 니켈, 구리, 지르코늄 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 이루어지는, 전사용 기판.
2. 제1항에 있어서, 하지 금속막은, 금속 배선 소재와 상이한 조성의 금속 또는 합금으로 이루어지는, 전사용 기판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하지 금속막은 두께 1 내지 100㎚인, 전사용 기판.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 전사용 기판을 피전사물에 대향시켜서 겹치고, 상기 전사용 기판 및 상기 피전사물을 가열하는 동시에, 상기 전사용 기판을 가압해서 금속 배선 소재를 상기 피전사물에 접합하여 전사하는 금속 배선의 형성 방법으로서,
   상기 전사용 기판의 가열 온도를 80 내지 200℃로 하고, 상기 피전사물의 가열 온도를 80 내지 300℃로 하는, 금속 배선의 형성 방법.
5. 제4항에 있어서, 전사용 기판을 가압할 때의 압력을, 금속 배선 소재의 항복 강도의 0.1 내지 1.0배로 하는, 금속 배선의 형성 방법.
6. 제4항에 있어서, 피전사물에 전사용 기판의 금속 배선 소재를 구성하는 금속을 포함하는 금속으로 이루어지는 전극 막을 형성한 후, 금속 배선 소재를 전사하는, 금속 배선의 형성 방법.
7. 제4항에 있어서, 전사용 기판의 금속 배선 소재를 순도 99.9중량％ 이상, 평균 입경 0.01㎛ 내지 1.0㎛인 금 분말, 은 분말, 백금 분말, 팔라듐 분말, 구리 분말 중에서 선택되는 1종 이상의 금속 분말과 유기용제로 이루어지는 금속 페이스트를 도포하고, 소결해서 제조하는, 금속 배선의 형성 방법.

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