KR101748105B1

KR101748105B1 - 배선 형성 방법

Info

Publication number: KR101748105B1
Application number: KR1020167028201A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 구마키; 시즈오 도키토; 유 고바야시; 쇼헤이 노리타
Original assignee: 국립대학법인 야마가타대학
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2017-06-15
Also published as: JPWO2015136900A1; US9832886B2; JP5846594B1; TW201601250A; WO2015136900A1; TWI652764B; KR20160138451A; US20170020006A1

Abstract

본 발명에 관련된 배선 형성 방법은, 하층 배선(2) 상에 형성된 절연 수지층(3)의 상면의 콘택트홀 형성 개소에, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크(6)를 도포하는 공정과, 잉크(6)에 광조사하여, 상기 잉크(6)를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크(6)의 발열에 의해 상기 잉크(6)의 도포면 아래의 절연 수지층(3)을 제거함으로써, 콘택트홀(5)을 형성하는 공정을 포함한다. 콘택트홀(5)에 있어서 하층 배선(2)과 도통하는 상층 배선(4)을 절연 수지층(3)의 상면에 형성하는 공정을 더 행해도 된다.

Description

배선 형성 방법{METHOD FOR FORMING WIRING LINE}

본 발명은, 배선 형성 방법에 관한 것이다.

도전 잉크는, 도포 성막에 의해 배선을 형성할 수 있으므로, 종래의 진공 프로세스에 비해, 대폭적인 저비용화나 환경 부하의 저감을 가능하게 하는 것이다. 이 때문에, 도전 잉크는, 산업적으로 매우 중요한 기술로서 자리매김되어, 활발한 재료 개발이 진행되고 있다.

예를 들면, 최근, 150℃ 이하의 온도로의 소성에 의해 저항률 10^-5Ωcm 이하의 높은 도전성을 발현하는 금속 나노 입자 잉크가 개발되고 있다. 이러한 잉크에 의하면, 내열 온도가 낮은 플라스틱 필름 상에도, 여러 가지 전자 회로를 형성하는 것이 가능하다.

그런데, 전자 회로의 배선을 형성할 때, 기판 상에 형성된 하층 배선과, 그 위의 수지 등으로 만들어진 절연층에 의해 절연된 상층 배선의 전기적인 접촉을 취하기 위한 콘택트홀이 필요해지는 경우가 있다.

종래의 실리콘 반도체 디바이스에서는, 콘택트홀의 형성은, 리소그래피 기술과 에칭 기술을 이용하여 행해지고 있다. 예를 들면, 포토리소그래피에 의한 레지스트 패턴의 형성 후, 반응성 플라즈마 가스를 이용한 드라이 에칭 등에 의해 콘택트홀을 형성하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 드라이 에칭이 진공 프로세스이므로, 이러한 드라이 에칭 등을 이용한 방법을 인쇄 장치와 조합하는 것은 비용면에서 어렵다.

진공 프로세스를 이용하지 않고 인쇄 장치에도 적용할 수 있는 콘택트홀의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 특허문헌 1에, 레이저 어블레이션을 이용한 스루홀(콘택트홀)의 형성 방법이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2에는, 하층 배선 패턴 상에, 미리, 절연층으로부터 돌출하여 섬형상으로 형성되도록 도전성 잉크를 도포하고, 절연층과 상층 배선을 적층하는 방법이 기재되어 있다.

한편, 인쇄에 의한 배선 형성 방법으로서, 특허문헌 3에, 금속 나노 입자 잉크를 이용하여 플래시 램프에 의해 광소성하는 방법이 제안되어 있다.

일본국 특허 제3880242호 공보 일본국 특허 제5145687호 공보 일본국 특허 제5408878호 공보

상기 종래의 콘택트홀의 형성 방법 중, 리소그래피 기술과 에칭 기술을 이용한 방법은, 공정수가 많고, 또, 최종적으로는 박리 제거되는 레지스트를 이용하기 때문에, 허비가 많아, 효율적인 방법이라고는 할 수 없다. 또한, 상술한 바와 같이, 드라이 에칭 등을 이용한 방법은, 인쇄 프로세스에는 적용하는 것이 어렵다.

또, 레이저 어블레이션을 이용한 방법은, 어블레이션에 의해 분해물이 콘택트홀 주변으로 비산하여, 불량이 발생하기 쉽다는 과제를 갖고 있다. 또한, 투명한 수지막은, 흡광 계수가 낮기 때문에, 어블레이션 가공하는 것이 어렵고, 흡수되지 않은 광에너지에 의해 하층 배선이 손상되기 쉽다. 가공성을 높이기 위해 단파장의 자외선 레이저를 이용하는 경우에는, 광학계 장치가 고가로 되어, 가공 비용이 대폭으로 증대한다는 문제도 발생한다.

또, 상기 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 방법은, 도전성 잉크에 의한 섬형상 돌기의 형상 제어가 어렵고, 콘택트홀의 미세화나 절연층의 후막화(厚膜化)에 대응하는 것은 곤란하다.

따라서, 미세한 집적 회로에도 적용할 수 있는, 콘택트홀을 간편하게 형성하는 방법이 요구되고 있다.

본 발명은, 콘택트홀의 형성 또는 배선들의 직접적인 접속을 간편하게 행할 수 있으며, 인쇄 프로세스에 의한 반도체 집적 회로 등의 형성에도 적합하게 적용할 수 있는 배선 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은,

절연 수지층을 통해 배치된 배선들이 콘택트홀에 의해 접속되어 있는 구조를 갖는 배선을 형성하는 방법으로서,

하층 배선 상에 형성된 상기 절연 수지층의 상면의 콘택트홀 형성 개소에, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 도포하는 공정과,

상기 잉크에 광조사하여, 상기 잉크를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크의 발열에 의해 상기 잉크의 도포면 아래의 상기 절연 수지층을 제거함으로써, 상기 콘택트홀을 형성하는 공정을 포함하는, 배선 형성 방법을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은,

하층 배선의 상면의 콘택트홀 형성 개소에, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 도포하는 공정과,

상기 잉크를 도포한 후, 상기 하층 배선 상에 상기 절연 수지층을 형성하는 공정과,

상기 절연 수지층의 바깥으로부터 상기 잉크에 광조사하여, 상기 잉크를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크의 발열에 의해 상기 잉크의 도포면 상의 상기 절연 수지층을 제거함으로써, 상기 콘택트홀을 형성하는 공정을 포함하는, 배선 형성 방법을 제공한다.

또한, 다른 측면에서, 본 발명은,

절연 수지층을 통해 배치된 배선들을 접속하여 배선을 형성하는 방법으로서,

하층 배선 상에 형성된 상기 절연 수지층의 상면에, 상층 배선으로서, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 도포하는 공정과,

상기 잉크에 광조사하여, 상기 잉크를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크의 발열에 의해 상기 잉크의 도포면 아래의 상기 절연 수지층을 제거함으로써, 상기 하층 배선과 상기 상층 배선을 접속하는 공정을 포함하는, 배선 형성 방법을 제공한다.

또한, 다른 측면에서, 본 발명은, 상기한 방법으로 배선을 형성하는 것을 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 도전성 잉크의 광소성을 이용하여, 콘택트홀을 간편하게 형성할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 도전성 잉크의 광소성을 이용하여, 절연 수지층을 통해 배치된 배선들의 직접적인 접속도 간편하게 행할 수 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 방법은, 미세한 배선 형성, 특히, 인쇄 프로세스에 의한 반도체 집적 회로 등의 형성에도 적합하게 적용할 수 있으며, 전자 디바이스의 효율적인 제조에도 기여하는 것이다.

도 1은, 콘택트홀을 갖는 배선 구조의 개략 단면도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 있어서의 배선의 형성 방법을 도시한 개략 단면도이다.
도 3은, 제2 실시 형태에 있어서의 배선의 형성 방법을 도시한 개략 단면도이다.
도 4는, 비교예 1에 있어서의 배선의 형성 방법을 도시한 개략 단면도이다.
도 5는, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 배선 구조에 대해, 상층 배선과 하층 배선간의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은, 제3 실시 형태에 있어서의 배선의 형성 방법을 도시한 개략 단면도(상측) 및 상면도(하측)이다.
도 7은 실시예 3 및 비교예 2의 배선 구조에 대해, 2개의 라인형상의 하층 배선간의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8a는, 광소성에 의해 콘택트홀을 형성한 후, 또한 상층 배선을 형성하기 전의 실시예 4의 배선 구조의 상면의 광학 현미경 사진이다.
도 8b는, 상층 배선을 형성한 후의 실시예 4의 배선 구조의 상면의 광학 현미경 사진이다.
도 9는, 실시예 4 및 비교예 3의 배선 구조에 대해, 상층 배선과 하층 배선간의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여, 보다 상세하게 설명한다.

본 발명자들은, 콘택트홀의 형성 또는 상층 배선과 하층 배선의 직접적인 접속을 간편하게 행하는 것을 가능하게 하는 방법에 대해 검토를 거듭하였다. 그 결과, 금속 나노 입자 잉크의 광소성의 기술을 이용할 수 있는 것을 알아내었다.

본 실시 형태에 있어서 채용된 광소성법에서는, 플래시 램프 또는 레이저에 의한 고강도의 펄스광이 기판 상에 인쇄된 금속 나노 입자 잉크에 조사된다. 그 결과, 잉크에 포함된 금속 나노 입자가 순간적으로 고온으로 가열되어 소결된다.

(제1 실시 형태)

도 1에 나타내는 바와 같이, 배선 구조(1)는, 기판(1), 하층 배선(2), 절연 수지층(3), 상층 배선(4) 및 콘택트홀(5)을 갖는다. 기판(1) 상에 하층 배선(2), 절연 수지층(3) 및 상층 배선(4)이 이 순서대로 배치되어 있다. 절연 수지층(3)에 의해, 하층 배선(2)과 상층 배선(3)이 이격되어 있다. 콘택트홀(5)은, 절연 수지층(3)을 두께 방향으로 관통하고 있으며, 하층 배선(2)과 상층 배선(4)을 전기적으로 접속하고 있다. 상세하게는, 콘택트홀(5)의 내부에 도체(7)(비아 도체)가 충전되어 있으며, 도체(7)에 의해 하층 배선(2)과 상층 배선(4)이 전기적으로 접속되어 있다.

도 1에 나타내는 배선 구조(10)를 형성하는 방법을 상세하게 설명한다.

도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(1) 상에 하층 배선(2) 및 절연 수지층(3)을 이 순서대로 형성한다. 하층 배선(2)을 적층시키는 기판(1)의 구조 및 재료는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 기판(1)의 재료에는, 유리, 세라믹스, 금속 등의 무기 재료나, 수지, 종이 등의 유기 재료를 적용할 수 있다. 본 실시 형태에 관련된 방법은, 플렉시블한 기판(1)에도 대응할 수 있다. 기판(1)의 구조도 특별히 한정되지 않는다. 기판(1)은, 예를 들면, 평판형상의 구조를 갖는다.

기판(1) 상에 하층 배선(2)을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 금속 입자를 포함하는 잉크를 소정 패턴으로 기판(1) 상에 도포하고, 도포한 잉크를 소성함으로써 하층 배선(2)을 형성할 수 있다. 금속 입자를 포함하는 잉크는, 마이크로미터 오더의 평균 입경의 금속 입자를 포함하는 금속 페이스트여도 되고, 나노미터 오더의 평균 입경의 금속 입자를 포함하는 금속 나노 입자 잉크여도 된다. 「평균 입경」은, 예를 들면, 이하의 방법으로 산출할 수 있다. 우선, 금속 입자를 전자현미경(SEM 또는 TEM)으로 관찰한다. 얻어진 상에 있어서의 특정 금속 입자의 면적 S의 제곱근을 상기 금속 입자의 입경 a로 정의한다(a=S^1/2). 임의의 50개의 금속 입자의 입경 a를 산출한다. 산출된 입경 a의 평균치를 금속 입자의 1차 입자의 평균 입경으로 정의한다.

하층 배선(2)을 형성하기 위한 잉크를 기판(1)에 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 공지의 코팅 방법 또는 인쇄 방법에 의해 잉크를 기판(1)에 도포할 수 있다. 코팅 방법으로서는, 스핀 코트, 바 코트, 스프레이 코트 등을 들 수 있다. 인쇄 방법으로서는, 스크린 인쇄, 그라비어 오프셋 인쇄, 다이렉트 그라비어 인쇄, 볼록판 반전 인쇄, 잉크젯 인쇄 등을 들 수 있다. 또, 공지의 리소그래피 기술에 의해 소정 패턴을 갖는 하층 배선(2)을 형성하는 것도 가능하다. 하층 배선(2)의 패턴도 특별히 한정되지 않는다.

절연 수지층(3)은, 하층 배선(2) 상에 적층 가능한 것이면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 절연 수지층(3)은, 바람직하게는, 도포 성막에 의해 형성될 수 있다. 절연 수지층(3)을 구성하는 수지로서, 예를 들면, 폴리메타크릴산메틸, 폴리비닐페놀, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리비닐알코올, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 벤조사이클로부텐 수지, 올레핀 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단체여도, 공중합체여도, 혼합물로서 이용되어도 된다.

절연 수지층(3)의 형성 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 절연 수지층(3)은, 예를 들면, 수지 성분 및 용매를 포함하는 용액을 도포함으로써 형성될 수 있다. 수지 성분 및 용매를 포함하는 용액을 사용하면, 평탄한 표면을 갖는 절연 수지층(3)을 형성할 수 있다. 조작성이나 효율 등의 관점에서, 예를 들면, 스핀 코트, 바 코트, 스프레이 코트 등에 의한 도포, 스크린 인쇄, 그라비어 오프셋 인쇄, 볼록판 반전 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 각종 인쇄기에 의한 인쇄 등에 의해 절연 수지층(3)을 형성하는 것이 바람직하다. 단, 하층 배선(2)을 덮도록 기판(1)에 수지 필름을 접합함으로써 절연 수지층(3)을 형성하는 것도 가능하다.

다음에, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 절연 수지층(3) 상에 잉크(6)을 배치한다. 상세하게는, 절연 수지층(3)의 상면의 콘택트홀(5)을 형성해야 하는 위치(콘택트홀 형성 개소)에 잉크(6)를 도포한다. 잉크(6)를 도포한 후, 기판(1)과 함께 잉크(6)를 가열하여 잉크(6)에 포함된 용매를 제거해도 된다.

잉크(6)는, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크일 수 있다. 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크로서는, 금속 미립자를 포함하는 잉크가 적합하게 적용된다. 이러한 잉크를 도전성 잉크로서 이용함으로써, 미세한 배선 형성을 효율적으로 행할 수 있다. 균질한 배선을 형성하는데 있어서는, 도전성이 우수한 금속 미립자, 특히, 금속 나노 입자를 포함하는 잉크를 이용하는 것이 바람직하다. 금속 나노 입자는, 광흡수성 및 광소성에 있어서, 보다 우수한 특성을 발휘할 수 있다.

또, 금속 미립자를 구성하는 금속은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 금속 미립자를 구성하는 금속으로서, 예를 들면, 구리, 은, 알루미늄, 지르코늄, 니오브, 금, 철, 니켈, 코발트, 마그네슘, 주석, 아연, 티탄, 하프늄, 탄탈, 백금, 팔라듐, 크롬, 바나듐, 이들의 합금 등을 사용 가능하다. 이들 중, 금, 은, 구리 등이 적합하며, 특히, 구리가 바람직하다.

금속 미립자를 포함하는 잉크로서는, 상기 금속 미립자가 유기용매 등에 분산된 공지의 금속 미립자 잉크를 이용할 수 있다. 잉크의 도포 방법으로서는, 예를 들면, 스핀 코트, 바 코트, 스프레이 코트 등에 의한 도포, 스크린 인쇄, 그라비어 오프셋 인쇄, 다이렉트 그라비어 인쇄, 볼록판 반전 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 각종 인쇄기에 의한 인쇄 등을 들 수 있다. 이들 중, 인쇄에 의한 도포가 보다 바람직하다. 이러한 인쇄 프로세스에 의하면, 진공 프로세스에 의하지 않고 효율적으로 간편하게 잉크를 도포할 수 있으며, 또한, 미세한 배선의 구성에도 대응 가능하다.

다음에, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 절연 수지층(3) 상에 배치된 잉크(6)에 광조사하여, 콘택트홀(5)을 형성한다. 상세하게는, 잉크(6)는, 조사된 광을 흡수하여 소성되어, 도체화된다. 잉크(6)의 도체화와 함께, 잉크(6)의 발열에 의해, 잉크(6)의 도포면 아래의 절연 수지층(3)을 부분적으로 제거한다. 환언하면, 잉크(6)의 도체화와 동시에, 절연 수지층(3)의 일부가 제거된다. 이에 의해, 콘택트홀(5) 및 그 내부에 위치하는 도전성의 소성체(7)(도체)가 형성된다. 소성체(7)는 하층 배선(2)에 접하고 있다. 또한, 「동시」란, 잉크(6)가 소성되어 도체화되는 것과, 절연 수지층(3)의 일부가 열로 용융되어, 분해되어 소실되는 것이 병행하여 진행되는 것을 의미한다. 소성체(7)와 하층 배선(2)의 사이에는, 절연 수지층(3)을 구성하는 수지의 분해물(예를 들면, 카본)이 잔존하고 있을 가능성이 있다. 단, 그러한 분해물이 소성체(7)와 하층 배선(2)의 계면에 약간 존재하고 있었다고 해도, 소성체(7)와 하층 배선(2)의 도통에 큰 영향은 발생하지 않는다고 생각된다.

상기와 같이 하여 도포한 잉크(6)로의 광조사는, 크세논 플래시 램프 또는 레이저를 이용하여 행해지는 것이 바람직하다. 이러한 펄스 광원을 이용함으로써, 잉크(6)가 효과적으로 광을 흡수하여, 소성된다. 광소성 시의 발열에 의해, 상기 잉크(6)의 위 또는 아래에 위치하는 절연 수지만이, 단시간에 확실하게 녹아 제거된다. 이에 의해, 미세한 콘택트홀(5)이나 배선의 형성이 가능해진다. 또, 사용하는 잉크에 따라, 조사되는 광의 에너지를 용이하게 원하는 강도로 조정할 수 있다.

또, 원하는 패턴으로 잉크(6)가 도포되어 있으므로, 핀 포인트의 광조사는 필수가 되지 않는다. 예를 들면, 복수의 콘택트홀 형성 개소에 있어서 동시에 잉크(6)의 소성이 진행되도록, 기판(1)의 전면에 광이 조사되어도 된다. 이러한 방법은 매우 간편하며, 롤투롤 프로세스(roll to roll process) 등의 고속 인쇄 프로세스에도 적용 가능하다. 물론, 잉크(6)에 핀 포인트로 광을 조사해도 된다.

마지막으로, 도 2(d)에 나타내는 바와 같이, 콘택트홀(5)에 있어서 하층 배선(2)과 도통하는 상층 배선(4)을 절연 수지층(3)의 상면에 형성한다. 이에 의해, 배선 구조(10)가 얻어진다. 상층 배선(4)은, 하층 배선(2)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 하층 배선(2)과 상층 배선(4)은, 동일한 재료로 구성되어 있어도 되고, 다른 재료로 구성되어 있어도 된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 방법에 의하면, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 이용한다. 잉크의 광소성에 의해, 절연 수지층(3)을 통해 배치된 배선(하층 배선(2) 및 상층 배선(4))의 접속에 필요한 콘택트홀(5)을 간편하게 형성할 수 있다.

본 명세서에 있어서, 「배선」의 용어는, 전극, 단자 등의 도체 요소를 넓게 포함하는 의미로 사용된다.

이하, 본 발명의 다른 실시 형태를 설명한다. 도면에 있어서, 제1 실시 형태와 이하의 실시 형태에서 공통되는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 그들의 설명을 생략하는 경우가 있다. 제1 실시 형태에 관한 설명은, 기술적으로 모순되지 않는 한, 이하의 실시 형태에도 적용될 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태에 관련된 방법은, 제1 실시 형태에 관련된 방법과는 절연 수지층(3)의 형성과 잉크 도포의 공정 순서가 반대이다. 즉, 본 실시 형태에 관련된 방법은, 절연 수지층(3)의 적층에 앞서, 콘택트홀 형성 개소에 잉크(6)를 도포해 두는 방법이다. 이러한 방법에 의해서도, 제1 실시 형태에 관련된 방법과 동일하게, 잉크(6)의 광소성에 의해, 콘택트홀(5)을 간편하게 형성할 수 있다.

구체적으로는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 하층 배선(2)을 갖는 기판(1)을 준비한다. 그리고, 하층 배선(2)의 상면의 콘택트홀(5)을 형성해야 하는 위치(콘택트홀 형성 개소)에 잉크(6)를 도포한다. 잉크(6)를 도포한 후, 기판(1)과 함께 잉크(6)을 가열하여 잉크(6)에 포함된 용매를 제거한다. 이에 의해, 잉크(6)의 유동성이 저하하므로, 절연 수지층(3)을 형성하는 것이 용이해진다.

다음에, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 잉크(6)를 도포한 후, 하층 배선(2) 및 잉크(6)를 피복하도록, 하층 배선(2) 상에 절연 수지층(3)을 형성한다. 절연 수지층(3)의 형성 방법은, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같다.

다음에, 도 3(c)에 나타내는 바와 같이, 절연 수지층(3)의 바깥으로부터 잉크(6)로 광조사하여, 콘택트홀(5)을 형성한다. 상세하게는, 잉크(6)는, 조사된 광을 흡수하여 소성되어, 도체화된다. 잉크(6)의 도체화와 함께, 잉크(6)의 발열에 의해, 상기 잉크(6)의 도포면 상의 절연 수지층(3)을 부분적으로 제거한다. 이에 의해, 콘택트홀(5) 및 그 내부에 위치하는 도전성의 소성체(7)가 형성된다. 잉크(6)로의 광조사는, 제1 실시 형태에서 설명한 방법에 의해 행할 수 있다.

제2 실시 형태에 관련된 방법에서는, 절연 수지층(3)의 바깥으로부터 잉크(6)에 대해 광조사한다. 환언하면, 절연 수지층(3)으로 피복된 미소성의 잉크(6)에 대해, 절연 수지층(3)을 통해 광조사한다. 그 때문에, 절연 수지층(3)을 구성하는 수지로서, 앞서 예시한 조사광이 투과 가능한 수지를 이용할 필요가 있다. 환언하면, 절연 수지층(3)을 구성하는 수지로서, 조사광에 대한 투광성을 갖는 수지를 이용할 필요가 있다. 일례에 있어서, 잉크(6)가 도포된 위치에 있어서, 조사광의 투과율은 80% 이상이다.

마지막으로, 도 3(d)에 나타내는 바와 같이, 콘택트홀(5)에 있어서 하층 배선(2)과 도통하는 상층 배선(4)을 절연 수지층(3)의 상면에 형성한다. 이에 의해, 배선 구조(10)가 얻어진다.

제1 실시 형태 및 제2 실시 형태는, 모두, 절연 수지층(3)을 통해 배치된 상층 배선(4)과 하층 배선(2)이 콘택트홀(5)에 의해 전기적으로 접속되어 있는 배선 구조(10)를 형성하는 방법을 제공한다. 그 방법은, 절연 수지층(3)의 상면에 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크(6)를 배치하거나, 또는, 하층 배선(2)과 절연 수지층(3)의 사이에 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크(6)를 배치하는 공정과, 잉크(6)에 광조사하여, 상기 잉크(6)을 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크(6)의 발열에 의해 절연 수지층(3)을 부분적으로 제거함으로써, 콘택트홀(5)을 형성하는 공정을 포함한다.

(제3 실시 형태)

본 실시 형태는, 콘택트홀의 형성을 필수로 하지 않는 점에서 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 상이하다. 본 실시 형태도, 잉크의 광소성에 의해, 배선을 형성하는 방법을 제공한다. 본 실시 형태에서는, 절연 수지층을 통해 배치된 배선들을 직접 접속하여 배선을 형성한다.

구체적으로는, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 기판(1) 상에 하층 배선(2) 및 절연 수지층(3)을 이 순서로 형성한다. 도 6(a)의 예에서는, 적어도 1세트의 하층 배선(2, 2)이 기판(1) 상에 형성되어 있다. 도 6(a)의 예에서는, 하층 배선(2, 2)은 서로 도통하고 있지 않지만, 도면에 나타나 있지 않은 위치에서 도통하고 있는 경우도 있을 수 있다. 하층 배선(2) 및 절연 수지층(3)의 형성 방법은, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같다.

다음에, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 절연 수지층(3) 상에 잉크(6)를 배치한다. 상세하게는, 하층 배선(2) 상에 형성된 절연 수지층(3)의 상면에, 상층 배선으로서, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크(6)를 도포한다. 잉크(6)를 도포한 후, 기판(1)과 함께 잉크(6)를 가열하여 잉크(6)에 포함된 용매를 제거해도 된다. 기판(1)을 평면에서 보았을 때, 잉크(6)의 패턴은, 서로 도통시켜야 하는 하층 배선(2, 2)의 양쪽에 겹쳐 있다.

다음에, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 잉크(6)에 광조사한다. 잉크(6)는, 조사된 광을 흡수하여 소성되어, 도체화된다. 잉크(6)의 도체화와 함께, 잉크(6)의 발열에 의해, 상기 잉크(6)의 도포면 아래의 절연 수지층(3)을 부분적으로 제거한다. 이에 의해, 배선 구조(12)가 얻어진다. 소성체(7)는, 하층 배선(2, 2)의 양자에 접하고 있으며, 하층 배선(2, 2)을 전기적으로 접속하고 있다. 배선 구조(12)에 있어서, 소성체(7)의 표면은, 절연 수지층(3)의 표면보다 내려간 위치에 있다.

본 실시 형태에서는, 동일면 내에 존재하는 복수의 하층 배선(2, 2) 상에 형성된 절연 수지층(3)의 상면에, 평면에서 보았을 때에 복수의 하층 배선(2, 2)과 겹치는 패턴으로, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크(6)를 도포한다. 그리고, 잉크(6)에 광조사하여, 상기 잉크(6)를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크(6)의 발열에 의해 상기 잉크(6)의 도포면 아래의 절연 수지층(3)을 제거함으로써, 잉크(6)의 소성체(7)에 의해 복수의 하층 배선(2, 2)을 서로 전기적으로 접속한다. 즉, 본 실시 형태에 의하면, 동일면 내에 존재하는 하층 배선(2, 2)을 피복하도록 절연 수지층(3)을 형성한 후에 있어서, 하층 배선(2, 2)을 접속하는 배선으로서의 소성체(7)를 형성할 수 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 상기의 실시 형태에 관련된 어느 방법에서도, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크의 광소성을 이용함으로써, 절연 수지층을 통해 배치된 배선을, 단시간에 간편하게 접속할 수 있다. 또, 이러한 광소성을 이용하는 콘택트홀이나 배선의 형성은, 절연 수지층을 통한 배선간의 도통 불량의 원인이 되는 절연 수지층 유래의 분해물 등의 더스트를 발생시키기 어렵다는 이점도 갖고 있다.

제1~제3 실시 형태에 관련된 배선 형성 방법은, 모두, 하기의 점에서 공통되고 있다. 즉, 하층 배선(2)과 절연 수지층(3)의 사이 또는 절연 수지층(3)의 상면에 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크(6)를 배치한다. 잉크(6)에 광조사함으로써 상기 잉크(6)를 소성하여 도전성의 소성체(7)를 형성함과 더불어, 상기 잉크(6)의 발열에 의해 절연 수지층(3)을 부분적으로 제거하여, 하층 배선(2)에 전기적으로 접속된 소성체(7)를 노출시킨다.

제1~제3 실시 형태에서 설명한 배선 형성 방법은, 예를 들면, 전자 디바이스의 제조에 적용될 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

도 2를 참조하여 설명한 방법에 의해 배선을 형성하였다. 우선, 유리 기판 상에, 은나노 입자 잉크(하리마카세이사제 NPS-JL)를, 잉크젯 프린터(후지필름사제 다이매틱스·머티리얼 프린터 DMP－2831)로, 배선폭 150μm가 되도록 패턴 인쇄하고, 120℃로 어닐링 처리를 행하여, 하층 배선을 형성하였다. 이 하층 배선 상에, 폴리비닐페놀과 멜라민을 혼합한 열경화성의 절연 수지층을 막두께 500nm가 되도록 성막하여, 150℃로 건조, 경화시켰다. 다음에, 하층 배선의 바로 위쪽의 절연 수지층 상에, 구리나노 입자 잉크(이시하라케미컬사제)를 직경 약 100μm의 도트형상으로 잉크젯 인쇄하여, 60℃로 10분간 건조시켰다. 그리고, 플래시 램프 어닐링 장치(스가와라켄큐쇼사제)로 광조사하여, 구리나노 입자 잉크를 소성하였다. 광조사 조건은, 방전 에너지 6000J, 광섬광 시간 0.8ms로 하였다. 광소성에 의한 구리나노 입자 잉크의 발열에 의해, 구리나노 입자 잉크 아래의 절연 수지층이 제거되고, 인쇄된 도트형상으로 콘택트홀이 형성되었다. 콘택트홀 내의 구리나노 입자 소성체 상 및 절연 수지층 상에, 은나노 입자 잉크를 하층 배선과 동일하게 잉크젯 인쇄함으로써, 상층 배선을 형성하였다. 이에 의해, 실시예 1의 배선 구조를 얻었다.

[실시예 2]

도 3을 참조하여 설명한 방법에 의해 배선을 형성하였다. 실시예 1과 동일하게 하여, 유리 기판 상에 하층 배선을 형성하였다. 이 하층 배선 상에, 구리나노 입자 잉크(이시하라케미컬사제)를 직경 약 100μm의 도트형상으로 잉크젯 인쇄하여, 60℃로 10분간 건조시켰다. 다음에, 구리나노 입자 잉크가 적층된 하층 배선 상에, 폴리비닐페놀과 멜라민을 혼합한 열경화성의 절연 수지층을 막두께 500nm가 되도록 성막하여, 150℃로 건조, 경화시켰다. 그리고, 실시예 1과 동일하게 하여, 구리나노 입자 잉크를 광소성하였다. 구리나노 입자 잉크의 발열에 의해, 구리나노 입자 잉크 상의 절연 수지층이 제거되고, 인쇄된 도트형상으로 콘택트홀이 형성되었다. 그 후, 실시예 1과 동일하게 하여, 상층 배선을 형성하였다. 이에 의해, 실시예 2의 배선 구조를 얻었다.

[비교예 1]

도 4에 나타내는 방법에 의해 배선을 형성하였다. 실시예 1과 동일하게 하여, 유리 기판(101) 상에 하층 배선(102) 및 절연 수지층(103)을 적층시켰다(도 4(a) 참조). 그리고, 콘택트홀을 형성하지 않고, 절연 수지층(103) 상에, 실시예 1과 동일하게 하여, 상층 배선(104)을 형성하였다(도 4(b) 참조). 이에 의해, 비교예 1의 배선 구조를 얻었다.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 배선 구조에 대해, 상층 배선과 하층 배선간의 전압-전류 특성을 미소 전류계에 의해 측정하였다. 도 5에, 이러한 측정 결과를 그래프를 나타낸다. 도 5에 나타낸 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 콘택트홀이 형성되어 있지 않은 비교예 1(일점 쇄선)에서는, 전류가 흐르지 않고, 상층 배선과 하층 배선은 절연 상태였다. 이에 반해, 실시예 1(실선) 및 실시예 2(파선)에서는, 전압이 커질수록 전류도 증가하고 있으므로, 콘택트홀을 통해 상층 배선과 하층 배선이 양호하게 접속되어, 도통하고 있는 것이 확인되었다.

[실시예 3]

도 6을 참조하여 설명한 방법에 의해 배선을 형성하였다. 우선, 유리 기판(1) 상에, 은나노 입자 잉크(하리마카세이사제 NPS-JL)를, 잉크젯 프린터(후지필름사제 다이매틱스·머티리얼 프린터 DMP－2831)로, 간격 약 100μm의 평행한 2개의 라인형상으로 패턴 인쇄하여, 120℃로 어닐링 처리를 행하여, 2개의 라인형상의 하층 배선을 형성하였다. 이 하층 배선 상에, 폴리비닐페놀과 멜라민을 혼합한 열경화성의 절연 수지층을 막두께 500nm가 되도록 성막하여, 150℃로 건조, 경화시켰다. 다음에, 2개의 라인형상의 하층 배선에 직교하여 걸쳐지는 형상으로, 구리나노 입자 잉크(이시하라케미컬사제)를 잉크젯 인쇄하여, 60℃로 10분간 건조시켰다. 그리고, 실시예 1과 동일하게 하여, 구리나노 입자 잉크를 광소성하였다. 구리나노 입자 잉크의 발열에 의해, 구리나노 입자 잉크 아래의 절연 수지층이 제거되고, 2개의 라인형상의 하층 배선이 브리지 접속되었다. 이와 같이 하여, 실시예 3의 배선 구조를 얻었다.

[비교예 2]

실시예 3과 동일하게 하여, 유리 기판 상에 하층 배선 및 절연 수지층을 적층시킨 배선 구조를 비교예 2로 하였다.

실시예 3 및 비교예 2의 배선 구조에 대해, 2개의 라인형상의 하층 배선간의 전압-전류 특성을 미소 전류계에 의해 측정하였다. 도 7에, 이러한 측정 결과의 그래프를 나타낸다. 도 7에 나타낸 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 브리지 배선 접속되어 있지 않은 비교예 2(일점 쇄선)에서는, 전류가 흐르지 않고, 하층 배선간은 절연 상태였다. 이에 반해, 실시예 3(실선)에서는, 전압이 커질수록 전류도 증가하고 있으므로, 구리나노 입자 잉크에 의한 배선에 의해 2개의 라인형상의 하층 배선이 양호하게 브리지 접속되어, 도통하고 있는 것이 확인되었다.

[실시예 4]

이하의 순서로 은나노 입자 잉크 A 및 은나노 입자 잉크 B를 조제하였다.

n-옥틸아민 11.5mmol과, N,N-디부틸에틸렌디아민 7.5mmol과, 올레일아민 1mmol과, 올레산 62.7μL를 15분간에 걸쳐 혼합하여, 아민 혼합액을 조제하였다. 한편, 옥살산 수용액과 질산은 수용액을 혼합하여, 옥살산은을 합성하였다.

아민 혼합액에 옥살산은 2g를 더하여, 얻어진 반응액을 30℃로 약 15분간 교반한 결과, 백색의 은 착화합물이 생성되었다. 또한, 반응액을 110℃로 약 10분간 교반한 결과, 몇 분간의 이산화탄소의 발포 후, 청갈색의 은나노 입자가 분산된 현탁액이 얻어졌다. 현탁액에 메탄올을 10mL 정도 더해 원심 분리하여, 상청액을 제거하였다. 재차, 현탁액에 메탄올을 10mL 정도 더해 원심 분리하여, 상청액을 제거하고, 은나노 입자의 침전물을 회수하였다. 이 은나노 입자에, n-도데칸 3.31mL과 n-노난올 1.01mL을 더해, 은 농도가 30wt%가 되도록, 은나노 입자 잉크를 조제하였다. 마지막으로, 은나노 입자 잉크를 구멍 크기 0.22μm의 필터에 통과시켰다. 이와 같이 하여, 은나노 입자 잉크 A를 얻었다.

잉크의 용매로서, 테트랄린(도쿄카세이고교사제) 2.56mL과 n-노난올 1.01mL의 혼합 용매를 이용한 것을 제외하고, 은나노 입자 잉크 A와 동일한 방법으로 은나노 입자 잉크 B를 조제하였다.

다음에, 은나노 입자 잉크 A 및 은나노 입자 잉크 B를 이용하여, 도 2를 참조하여 설명한 방법에 의해 배선을 형성하였다. 우선, 유리 기판 상에, 폴리비닐페놀과 멜라민을 혼합한 열경화성의 절연 수지층을 하지층으로서 형성하였다. 하지층 상에, 은나노 입자 잉크 B를, 잉크젯 프린터(후지필름사제 다이매틱스·머티리얼 프린터 DMP－2831)로, 배선폭 40μm가 되도록 패턴 인쇄하여, 150℃로 어닐링 처리를 행하여, 하층 배선을 형성하였다. 이 하층 배선 상에, 폴리비닐페놀과 멜라민을 혼합한 열경화성의 절연 수지층을 막두께 330nm가 되도록 성막하여, 150℃로 건조, 경화시켰다. 다음에, 하층 배선의 바로 위쪽의 절연 수지층 상에, 은나노 입자 잉크 A를 직경 약 100μm의 도트형상으로 잉크젯 인쇄하여, 40℃로 30분간 건조시켰다. 그리고, 플래시 램프 어닐링 장치(스가와라켄큐쇼사제)로 광조사하여, 은나노 입자 잉크 A를 소성하였다. 광조사 조건은, 방전 에너지 6000J, 광섬광 시간 0.8ms로 하였다. 광소성에 의한 은나노 입자 잉크 A의 발열에 의해, 은나노 입자 잉크 A 아래의 절연 수지층이 제거되고, 인쇄된 도트형상으로 콘택트홀이 형성되었다. 콘택트홀 내의 은나노 입자 잉크 소성체 상 및 절연 수지층 상에, 은나노 입자 잉크 B를 하층 배선과 동일하게 잉크젯 인쇄함으로써, 상층 배선을 형성하였다. 이에 의해, 실시예 4의 배선 구조를 얻었다.

도 8a는, 광소성에 의해 콘택트홀을 형성한 후, 또한 상층 배선을 형성하기 전의 실시예 4의 배선 구조의 상면의 광학 현미경 사진이다. 도 8b는, 상층 배선을 형성한 후의 실시예 4의 배선 구조의 상면의 광학 현미경 사진이다.

[비교예 3]

실시예 4와 동일하게 하여, 유리 기판 상에 하지층, 하층 배선 및 절연 수지층을 적층시켰다. 그리고, 콘택트홀을 형성하지 않고, 절연 수지층 상에, 실시예 1과 동일하게 하여, 상층 배선을 형성하였다. 이에 의해, 비교예 3의 배선 구조를 얻었다.

실시예 4 및 비교예 3의 배선 구조에 대해, 상층 배선과 하층 배선간의 전압-전류 특성을 미소 전류계에 의해 측정하였다. 도 9에, 이러한 측정 결과의 그래프를 나타낸다.

도 9에 나타낸 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 콘택트홀이 형성되어 있지 않은 비교예 3(일점 쇄선)에서는, 전류가 흐르지 않고, 상층 배선과 하층 배선은 절연 상태였다. 이에 반해, 실시예 4(실선)에서는, 전압이 커질수록 전류도 증가하고 있으므로, 콘택트홀을 통해 상층 배선과 하층 배선이 양호하게 접속되어, 도통하고 있는 것이 확인되었다. 이로부터, 은나노 입자 잉크를 이용해도 본 명세서에 개시된 방법에 의해, 콘택트홀을 형성 가능한 것이 나타났다.

Claims

절연 수지층을 통해 배치된 배선들이 콘택트홀에 의해 접속되어 있는 구조를 갖는 배선을 형성하는 방법으로서,
하층 배선 상에 형성된 상기 절연 수지층의 상면의 콘택트홀 형성 개소에, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 도포하는 공정과,
상기 잉크에 광조사하여, 상기 잉크를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크의 발열에 의해 상기 잉크의 도포면 아래의 상기 절연 수지층을 제거함으로써, 상기 콘택트홀을 형성하는 공정을 포함하는, 배선 형성 방법.
절연 수지층을 통해 배치된 배선들이 콘택트홀에 의해 접속되어 있는 구조를 갖는 배선을 형성하는 방법으로서,
하층 배선의 상면의 콘택트홀 형성 개소에, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 도포하는 공정과,
상기 잉크를 도포한 후, 상기 하층 배선 상에 상기 절연 수지층을 형성하는 공정과,
상기 절연 수지층의 바깥으로부터 상기 잉크에 광조사하여, 상기 잉크를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크의 발열에 의해 상기 잉크의 도포면 상의 상기 절연 수지층을 제거함으로써, 상기 콘택트홀을 형성하는 공정을 포함하는, 배선 형성 방법.
절연 수지층을 통해 배치된 배선들을 접속하여 배선을 형성하는 방법으로서,
하층 배선 상에 형성된 상기 절연 수지층의 상면에, 상층 배선으로서, 광흡수에 의해 도전성을 발현하는 잉크를 도포하는 공정과,
상기 잉크에 광조사하여, 상기 잉크를 도체화시킴과 더불어, 상기 잉크의 발열에 의해 상기 잉크의 도포면 아래의 상기 절연 수지층을 제거함으로써, 상기 하층 배선과 상기 상층 배선을 접속하는 공정을 포함하는, 배선 형성 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 콘택트홀에 있어서 상기 하층 배선과 도통하는 상층 배선을 상기 절연 수지층의 상면에 형성하는 공정을 더 포함하는, 배선 형성 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 잉크가 금속 미립자를 포함하는 잉크인, 배선 형성 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광조사가, 펄스 광원을 이용하여 행해지는, 배선 형성 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광조사가, 플래시 램프 또는 레이저를 이용하여 행해지는, 배선 형성 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 잉크의 도포는, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비어 오프셋 인쇄, 다이렉트 그라비어 인쇄, 및 볼록판 반전 인쇄로부터 선택되는 어느 하나에 의해 행해지는, 배선 형성 방법.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 방법으로 배선을 형성하는 것을 포함하는, 전자 디바이스의 제조 방법.