JPH10308119A - 金属ペーストの焼成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低温で高密度・低抵抗の金属薄膜を形成する
ことが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】 平均粒子径０．１μｍの銅微粒子を有機
溶媒テルピネオール中に分散させた銅ペーストの塗膜を
真空電気炉内に装填し、減圧下でオゾンを導入した酸化
性雰囲気中で仮焼することにより有機物を分解除去し、
次いで雰囲気を還元性に切り替えて仮焼工程において部
分的に酸化された銅薄膜を還元させて最終的に本焼成を
行う。これにより低温で高密度・低抵抗の金属薄膜を形
成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機溶剤中に金属
微粒子を分散させて形成した金属ペーストを用いて基板
の上に金属薄膜を形成するようにした金属ペーストの焼
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属ペーストを用いた金属薄膜の
形成は、金属微粒子を有機溶媒中に均一に分散させて適
度な粘度に調整し、スピンコート法やスクリーン印刷法
で基板上に塗布した後、空気中５００℃〜７００℃の温
度で仮焼し、次いで還元雰囲気中で本焼成するようにし
ていた。なお、金属ペースト及びその製造方法は、例え
ば特開平３−３４２１１号公報に記載のものがある。

【０００３】仮焼は、ペースト中に含まれる有機溶媒の
分解、除去するためのいわば予備焼成を意味する。すな
わち従来では、金属ペーストを基板もろとも空気中で５
００℃以上に加熱して金属微粒子の焼結を行いながら含
有する有機物を熱分解させ、この熱分解により生ずる炭
素などの残留不純物成分を酸化除去するようにしてい
た。そして還元性雰囲気における本焼成により、金など
の貴金属は別として、酸化性雰囲気中の仮焼工程により
生じた高抵抗膜（部分酸化膜）を還元させながら、本格
的な焼結を行うことによって高密度・低抵抗の金属薄膜
を形成するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、金属ペースト
からバルク状金属程度の高密度・低抵抗金属膜を得るこ
とを目的にした場合には、仮焼温度および本焼成温度は
高ければ高いほど良い。しかし、それは種々の要因によ
り影響され、基板温度を高温に上げることができないプ
ロセス（例えばシリコンを熱処理できる最高温度が５０
０℃程度である半導体の製造プロセス）では、その限界
温度で仮焼および本焼成が行われることになる。したが
って、熱処理温度が５００℃以下に要求されるプロセス
には、このような焼成方法を適用できないか、適用した
としても高い抵抗値をもつ金属膜になってしまうことに
なる。

【０００５】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、低温
で高密度・低抵抗の金属薄膜を形成することができる金
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、有機溶剤
中に金属微粒子を分散させて形成した金属ペーストを基
板の上に塗布し、減圧下でオゾンを導入した酸化性雰囲
気中における仮焼により前記有機溶媒を分解除去した
後、本焼成することにより金属薄膜を形成するようにし
た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】本発明は、低温焼成で高密度・低抵抗金属
膜を形成するために、例えばシリコン基板に形成した膜
を減圧下でオゾン（Ｏ₃ ）を導入した雰囲気で仮焼する
ことによりペースト中の有機物の熱分解と、この熱分解
により生ずる残留不純物成分を除去した後に、本焼成を
行うようにしている。減圧下のオゾン雰囲気での仮焼効
果は、低温で有機物の熱分解を可能にすると同時に炭素
などの残留成分を酸化除去できることにある。すなわ
ち、通常のペースト剤で使用される有機溶媒は５００℃
以下の温度でほとんど熱分解するが、減圧下とすること
により低温での熱分解を促進することができると同時に
強い酸化力のあるオゾンにより残留不純物成分を酸化除
去することができるという効果が得られる。また、その
後の本焼成において５００℃以下の温度でもバルク状金
属と同程度の密度と比抵抗を得ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による金属ペ
ーストの焼成方法は図１に示す３工程によって構成さ
れ、これらの３工程は以下のような内容を含む。

【０００９】Ａ．金属ペーストの塗膜形成 スクリーン印刷法又はスピンコート法により基板に金属
ペーストを塗布する。塗布例としては、導体薄膜の形成
や電子回路への配線、電気接点としてのバンプ、基板上
のビアホールなどの凹所への埋め込み、などが挙げられ
る。

【００１０】Ｂ．減圧下、オゾンを導入した酸化性雰囲
気中での仮焼 金属ペースト中の有機溶媒等の有機物を熱分解させ、こ
の熱分解後に生ずる不純物成分を酸化除去する。減圧下
での仮焼は有機物の熱分解温度を低下させるのを図り、
オゾンを導入した酸化性雰囲気での仮焼は強い酸化力と
金属微粒子の径の増大化とを図る。

【００１１】Ｃ．還元性雰囲気中での本焼成 Ｂの工程において、貴金属以外の金属は部分酸化され、
比抵抗が増大しているので、雰囲気を還元性として元の
金属へ還元させると共に、金属微粒子を最終的に焼結さ
せて、高密度で低抵抗の金属薄膜とする。

【００１２】

【実施例】以下の各実施例において、本発明の金属ペー
ストの焼成方法を具体的に説明する。

【００１３】第１実施例として、平均粒子径０．１μｍ
の銅微粒子を有機溶媒テルピネオール中に分散させた銅
ペーストを使用し、シリコン基板上に電子回路用配線を
形成させた。先ず、銅ペーストをシリコン基板上にスク
リーン印刷して塗膜を形成させた（図１のＡ）。この基
板を真空電気炉に装填した後、数％のオゾン（Ｏ₃ ）と
不活性ガスとの混合ガスで形成される酸化性ガスを炉内
に導入し、数万Ｐａから数千Ｐａ程度の低真空下で１時
間程度の加熱処理を行った（図１のＢ）。これにより、
銅ペースト中の有機物の蒸発除去と熱分解、さらに、熱
分解で生じる残留不純物を酸化除去させた。このときの
加熱温度は、テルピネオールの沸点が２０００Ｐａで９
９〜１０２℃であることを考慮して、１００℃から５０
０℃までの温度で１時間の真空加熱を行い銅薄膜を形成
させた。

【００１４】最後に、真空電気炉内に濃度４％の水素ガ
スを含む不活性ガス（例えば窒素ガス）を導入して雰囲
気を還元性に切り替え、前工程において部分酸化された
銅を還元すると共に、銅薄膜の高密度化を行った（図１
のＣ）。以上のようにして形成させた電子回路用配線は
バルク状の銅と同程度の比抵抗を有していた。

【００１５】第２実施例として、有機溶媒にバインダと
しての有機高分子を溶解させた溶液中に平均粒子径が数
μｍの金微粒子が分散されている市販の金ペーストを使
用し、スクリーン印刷法によってシリコン基板の電極上
に金バンプを形成させるに必要な塗膜を形成した。この
シリコン基板を第１実施例と同様に５００℃以下の温度
で減圧下、オゾンを導入した酸化性雰囲気中での仮焼を
行って有機溶媒、有機高分子系バインダを蒸発、加熱分
解させて除去し、続いて還元性雰囲気中で本焼成を行う
ことによりシリコン基板上に金バンプを作製することが
できた。

【００１６】第３実施例として、ＩＣベアチップを基板
上にフリップチップ方式によって基板上にボンディング
する場合の半田に代えて、銅ペーストを使用した例を示
す。図２はその過程を示す断面図であるが、平均粒子径
が数μｍの銅微粒子が分散されている市販の銅ペースト
を使用し、スクリーン印刷法によって図２Ａに示すよう
に基板１の電極２上に銅バンプを形成させるための塗膜
３を形成した後、図２Ｂに示すように塗膜３の上にチッ
プ４を装着した。

【００１７】このチップ４を装着した基板１を第１実施
例と同様に、数千Ｐａ程度の低真空下でオゾンを導入し
た酸化性雰囲気での下、１時間程度の熱処理を行った。
このときの加熱温度はチップ４の耐熱性を考慮して１５
０℃とした。そして還元雰囲気中での本焼成もまた１５
０℃で行うことにより、基板１上にチップ４を実装する
ことができた。本実施例では、第１実施例で得られた銅
薄膜ほどの低抵抗膜は得られなかったが、従来使用され
ている半田バンプに相当する値を得ることができた。

【００１８】第４実施例として、スピンコート法により
アスペクト比が１以上の微細な孔、又は溝よりなる凹状
部を有する半導体基板に銅ペーストを埋め込んだ。図３
はその過程を示す断面図であり、図３Ａを参照して、内
部の配線６に向けてアスペクト比が２のビアホール７が
形成されている半導体基板５に対し、スピンコータによ
り第１実施例の銅微粒子より更に小径である平均粒子径
が０．０１μｍの銅微粒子を有機溶媒テルピネオール中
に分散させた銅ペーストを適用し、図３Ｂに示すように
ビアホール７を銅ペーストで埋めると共に、第１実施例
と同様な方法で半導体基板５の表面に連続する一体的な
塗膜８を形成した。本実施例により、ビアホール７内に
バルク状の銅と同程度の低抵抗な銅を埋め込むことがで
きた。

【００１９】以上、本発明の各実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれらに限られることなく、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。

【００２０】例えば以上の実施の形態では、減圧下でオ
ゾンを導入した酸化性雰囲気中での仮焼の後に、還元性
雰囲気中で本焼成を行うようにしたが、金などの貴金属
の膜を形成する場合には必ずしも雰囲気を還元性に切り
替える必要はない。雰囲気を還元性とすることは仮焼工
程で酸化された金属膜を還元させるためのものだからで
ある。

【００２１】また以上の各実施例では、本焼成における
雰囲気を還元性とするべく、真空電気炉内に水素ガスと
不活性ガスとの混合ガスを導入したが、勿論、水素ガス
を単独で導入してもよく、他に一酸化炭素なども利用す
ることができる。

【００２２】また以上の各実施例においては、銅微粒子
または金微粒子による金属ペーストを適用したが、金属
ペースト用に金属はこれら以外に、銀、白金、パラジウ
ム、鉛、錫、ニッケル、アルミニウム、インジウム、チ
タン等を目的に応じて採用し得る。またこれらの金属の
少なくとも２種以上の合金微粒子、あるいはこれらを混
合したものを使用してもよい。

【００２３】また以上の第１、第４実施例においては銅
微粒子を分散させる有機溶媒としてテルピネオールを使
用したが、勿論、これ以外の有機溶媒を使用した金属ペ
ーストであってもよく、使用される有機溶媒の沸点によ
って仮焼時における真空度や加熱温度、加熱時間が決め
られる。

【００２４】また以上の各実施例では、粒子径が０．１
μｍ又は０．０１μｍの金属微粒子又は超微粒子の金属
ペーストを適用したが、粒子径が１μｍ単位の金属微粒
子についても、本発明は適用可能である。

【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、金属ペーストに含まれる有機物
を除去するための加熱分解に従来のような高温度を必要
とせず、加熱温度に限界を有する基板にも金属ペースト
を適用して低抵抗の金属薄膜を形成させることができ
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工程を示す
図である。

【図２】本発明の第３実施例による金属ペーストの焼成
方法を適用したフリップチップ方式によるＩＣベアチッ
プの実装工程を示す断面図であり、Ａは塗膜をのせた状
態を示し、ＢはＩＣベアチップを装着した状態を示す。

【図３】本発明の第４実施例による金属ペーストの焼成
方法を適用した半導体基板のビアホールへの金属の埋め
込みの過程を示す断面図であり、Ａは適用前のビアホー
ル、Ｂは金属ペーストが充填されたビアホールを示す。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 電極 ３ 塗膜 ４ ＩＣベアチップ ５ 半導体基板 ６ 配線 ７ ビアホール ８ 塗膜

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機溶剤中に金属微粒子を分散させて形
   成した金属ペーストを基板の上に塗布し、減圧下でオゾ
   ンを導入した酸化性雰囲気中における仮焼により前記有
   機溶媒を分解除去した後、本焼成することにより金属薄
   膜を形成するようにしたことを特徴とする金属ペースト
   の焼成方法。
2. 【請求項２】 前記本焼成は、還元性雰囲気中で行われ
   ることを特徴とする請求項１に記載の金属ペーストの焼
   成方法。
3. 【請求項３】 前記還元性雰囲気は、水素ガス、又は、
   水素ガスと不活性ガスとの混合ガスにより形成されるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の金属ペーストの焼成方
   法。
4. 【請求項４】 前記仮焼と前記本焼成とを、５００℃以
   下の温度で行うようにしたことを特徴とする請求項１か
   ら請求項３のいずれかに記載の金属ペーストの焼成方
   法。
5. 【請求項５】 前記金属微粒子の平均粒子径が１μｍ単
   位のもの、０．１μｍ単位のもの、及び０．０１μｍ単
   位のものの中のいずれか単独、又はそれらの中の２種以
   上の混合であることを特徴とする請求項１から請求項４
   のいずれかに記載の金属ペーストの焼成方法。
6. 【請求項６】 前記金属微粒子は、金、銀、銅、白金、
   パラジウム、銅、鉛、錫、ニッケル、アルミニウム、イ
   ンジウム及びチタンの中のいずれか単独、又はそれらの
   中の２種以上の合金、あるいは、それら金属の中の２種
   以上の混合であることを特徴とする請求項１から請求項
   ５のいずれかに記載の金属ペーストの焼成方法。