特許 6248749 多層配線構造の形成方法及び配線基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6248749

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】多層配線構造の形成方法及び配線基板

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/40 20060101AFI20171211BHJP

   H05K 1/11 20060101ALI20171211BHJP

   H05K 3/10 20060101ALI20171211BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/40 K

   H05K1/11 N

   H05K3/10 D

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-68723(P2014-68723)

(22)【出願日】2014年3月28日

(65)【公開番号】特開2015-192058(P2015-192058A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2016年12月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091672

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 啓三

(72)【発明者】

【氏名】秋江 正則

【審査官】 小林 大介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０３２５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１０２１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３４３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３３２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５１２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２９２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ １／１１

Ｈ０５Ｋ ３／１０

Ｈ０５Ｋ ３／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の上に第１の配線を形成する工程と、
前記基板及び前記第１の配線の上に、コンタクトホールを有する絶縁層を形成する工程と、
前記コンタクトホール内に金属インクを充填してビアを形成する工程と、
前記絶縁層の上に金属インクを付着させて、第２の配線と、前記ビアから離隔して前記ビアを取り囲み、前記第２の配線と接続した土手を形成する工程と、
前記ビアの上に金属インクを付着させて、前記土手から離隔したビア保護膜を形成する工程と、
前記土手の内側に金属インクを付着させて、前記ビア保護膜と前記土手とを連絡するカバー膜を形成する工程と
を有することを特徴とする多層配線構造の形成方法。

【請求項2】

前記カバー膜を形成する工程の後に、前記第２の配線、前記土手、前記ビア保護膜及び前記カバー膜中の金属粒子を焼成する熱処理工程を有することを特徴とする請求項１に記載の多層配線構造の形成方法。

【請求項3】

前記ビア、前記第２の配線、前記土手、前記ビア保護膜、及び前記カバー膜は、いずれもインクジェットプリンターを使用して形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の多層配線構造の形成方法。

【請求項4】

コンタクトホールが設けられた絶縁層と、
前記コンタクトホール内に充填された導電体からなるビアと、
前記絶縁層の上に形成された配線と、
前記ビアの周囲に配置されて前記配線と電気的に接続した土手と、
前記ビアの上に形成された導電性のビア保護膜と、
前記ビア保護膜の上に形成されて前記ビア保護膜と前記土手とを電気的に接続するカバー膜とを有し、
前記ビア、前記配線、前記土手、前記ビア保護膜及び前記カバー膜はいずれも金属インクを焼成したものであって、前記ビア及び前記ビア保護膜は前記土手から離隔されていることを特徴とする配線基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属インクにより配線及びビアを形成する多層配線構造の形成方法及び配線基板に関する。

【背景技術】

【0002】

電子部品を実装する配線基板には、多層配線構造をもつものが多い。近年、インクジェットプリンターを用いた多層配線構造の形成方法が開発されている。

【0003】

インクジェットプリンターを用いた多層配線構造の一般的な形成方法では、以下の工程を順番に実施する。

【0004】

まず、インクジェットプリンターを用いて、微細な金属粒子を含むインク（以下、「金属インク」という）により、基板上に所望の配線パターンを印刷する。その後、熱処理を実施して金属インクを焼成する。これにより、インク中の金属粒子同士が結合して、導電性が良好な配線（第１層目の配線）が得られる。

【0005】

次に、インクジェットプリンターを用いて、配線及び基板の上に、絶縁材料を含むインク（以下、「絶縁インク」という）を印刷する。このとき、コンタクトホールとなる部分には絶縁インクが付着しないようにする。絶縁インクを印刷した後、熱処理を実施して絶縁インクを焼成する。これにより、所定の位置にコンタクトホールを有する絶縁層が得られる。

【0006】

次に、インクジェットプリンターを用いてコンタクトホール内に金属インクを充填した後、熱処理を実施して金属インクを焼成する。これにより、コンタクトホール内に充填されたインク中の金属粒子同士が結合して、ビアが形成される。

【0007】

次いで、インクジェットプリンターを用いて、金属インクにより、絶縁層及びビアの上に所望の配線パターンを印刷する。その後、熱処理を施して、金属インクを焼成する。これにより、第２層目の配線が得られる。

【0008】

このように、金属インクの印刷と焼成、及び絶縁インクの印刷と焼成を繰り返し行うことで、多層配線構造が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００８−２９４２４４号公報

【特許文献2】特開２００６−３２５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

配線形状の安定性、及びビアと配線との間の電気的接続の信頼性が高い多層配線構造を金属インクを用いて形成する多層配線構造の形成方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

開示の技術の一観点によれば、基板の上に第１の配線を形成する工程と、前記基板及び前記第１の配線の上に、コンタクトホールを有する絶縁層を形成する工程と、前記コンタクトホール内に金属インクを充填してビアを形成する工程と、前記絶縁層の上に金属インクを付着させて、第２の配線と、前記ビアから離隔して前記ビアを取り囲み、前記第２の配線と接続した土手を形成する工程と、前記ビアの上に金属インクを付着させて、前記土手から離隔したビア保護膜を形成する工程と、前記土手の内側に金属インクを付着させて、前記ビア保護膜と前記土手とを連絡するカバー膜を形成する工程とを有する多層配線構造の形成方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

上記一観点に係る多層配線構造の形成方法によれば、配線形状の安定性、及びビアと配線との間の電気的接続の信頼性が高い多層配線構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示すフローチャートである。

【図2】図２は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示す図（その１）である。

【図3】図３は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示す図（その２）である。

【図4】図４は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示す図（その３）である。

【図5】図５は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示す図（その４）である。

【図6】図６は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示す図（その５）である。

【図7】図７は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示す図（その６）である。

【図8】図８は、実施形態の方法により形成した多層配線構造を備えた配線基板の一例を示す模式的斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

前述したインクジェットプリンターを用いた多層配線構造の一般的な形成方法には、以下に示す問題点がある。

【0015】

すなわち、金属インクにより形成したビアは、金属粒子間に微細な隙間を有する。このため、次に配線パターンを印刷したときに、ビアの近傍に付着した金属インクが毛細管現象によりビア内に吸収されてしまい、それが原因となってビアと配線との間に接続不良が発生することがある。

【0016】

このような不具合を回避するために、配線パターンを印刷するときの金属インクの塗布量を多くすることが考えられる。しかし、ビアの大きさや焼成時の条件等によりビアのインク吸収量が変化してしまうため、配線パターンを印刷するときの金属インクの塗布量を多くすると、配線の幅や厚さのばらつきが大きくなって、配線の形状安定性が低下する。

【0017】

また、金属インクの濡れ広がりを防止するために、金属インクにより所定のエリアを取り囲むパターン（以下、「土手」という）を形成し、金属インクを焼成した後に土手の内側全面に再度金属インクを印刷する方法が提案されている。この方法を利用して、配線とビアとの接続部を形成することが考えられる。すなわち、絶縁層上に、配線と、配線に接続し、ビアの周囲を取り囲む土手を形成する。その後、土手の内側に金属インクを印刷して、配線とビアとを電気的に接続する。

【0018】

しかし、上述の方法を実際に行うと、土手の内側に塗布したインクの外縁部では金属粒子の密度が高くなり、中央部では金属粒子の密度が低くなるコーヒーステイン現象が発生し、ビアと配線との間の接続抵抗が高くなってしまう。

【0019】

以下の実施形態では、金属インクにより配線及びビアを形成する多層配線構造の形成方法において、配線の形状安定性、及びビアと配線との間の電気的接続の信頼性が高い多層配線構造の形成方法について説明する。

【0020】

（実施形態）
図１は、実施形態に係る多層配線構造の形成方法を示すフローチャートである。また、図２〜図７は同じくその多層配線構造の形成方法を示す断面図及び平面図である。なお、図２〜図７の各図において、（ａ）はビア形成領域の近傍における平面を模式的に示しており、（ｂ）はビア形成領域の近傍における断面を模式的に示している。

【0021】

まず、ステップＳ１１において、インクジェットプリンターを使用して、図２（ａ），（ｂ）に示すように、絶縁性の基板１１上に金属インクを所定のパターンで付着させる。その後、熱処理を実施して金属インクを焼成し、第１層目の配線１２を形成する。

【0022】

金属インクには、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）等の金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子の二次凝集を防止するための分散剤と、有機溶媒とが含まれている。本実施形態では、金属インクとして、銀ナノ粒子を含むものを使用する。また、金属インクを焼成する工程では、例えば１５０℃程度の温度で３０分間程度の熱処理を行う。

【0023】

次に、ステップＳ１２において、インクジェットプリンターを使用して基板１１及び配線１２の上に絶縁インクを付着させ、その後絶縁インクを焼成する工程を実施して、図３（ａ），（ｂ）に示すように、絶縁層１３を形成する。このとき、ビアとなる部分に絶縁インクが付着しないようにすることで、コンタクトホール１３ａを形成する。

【0024】

絶縁インクとして、例えばポリイミド前駆体と溶媒とを含むインクを使用することができる。絶縁インクを焼成する工程では、絶縁インクの種類に応じた温度及び時間で熱処理を行う。

【0025】

次に、ステップＳ１３において、インクジェットプリンターを使用して、コンタクトホール１３ａ内に金属インクを充填する。その後、ステップＳ１４において、コンタクトホール１３ａ内に充填した金属インクを焼成して、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ビア１４を形成する。金属インクを焼成する工程では、絶縁インクの種類に応じた温度及び時間で熱処理を行う。例えば、１５０℃の温度で３０分間の熱処理（金属インクの焼成）を実施する。

【0026】

次に、ステップＳ１５において、インクジェットプリンターを使用して絶縁層１３の上に金属インクを付着させ、その後金属インクを乾燥させて、図５（ａ），（ｂ）に示すように、配線１５ａと土手１５ｂとを形成する。配線１５ａは所望のパターンで形成する。また、土手１５ｂは、配線１５ａと接続し、且つビア１５を取り囲むように形成する。但し、土手１５ｂは、ビア１４に接触しないようにすることが重要である。

【0027】

次に、ステップＳ１６において、インクジェットプリンターを使用してビア１４及びその近傍の絶縁層１３の上に金属インクを付着させ、その後金属インクを乾燥させて、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ビア保護膜１６を形成する。このビア保護膜１６も、土手１５ｂに接触しないように形成することが重要である。

【0028】

ビア保護膜１６の上には、後述するようにカバー膜１７を形成する。カバー膜１７の上面と土手１５ｂの上面とがほぼ同じ高さとなるように、ビア保護膜１６の厚さを土手１５ｂの厚さよりも薄くすることが好ましい。そのためには、ビア保護膜１６を形成するときの金属インクの単位面積当たりの塗布量を、配線１５ａ及び土手１５ｂを形成するときの金属インクの単位面積当たりの塗布量よりも少なくすればよい。

【0029】

この工程では、ビア１４内の金属粒子間の隙間に金属インクが染み込んで、ビア１４の上部部分の金属粒子の密度が高くなる。図６（ｂ）では、ビア１４のうち金属粒子の密度が高い部分を、符号１４ａで示している。

【0030】

ビア保護膜１６はビア１４の上側全体を覆う大きさであればよいが、位置ずれを考慮して、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ビア１４よりも若干大きくすることが好ましい。

【0031】

次に、ステップＳ１７において、インクジェットプリンターを使用して、土手１５ｂの内側全面に金属インクを塗布する。その後、金属インクを乾燥させて、図７（ａ），（ｂ）に示すように、カバー膜１７を形成する。このカバー膜１７を介して、ビア保護膜１６と土手１５ｂとが連絡する。

【0032】

次いで、ステップＳ１８において、例えば１５０℃の温度で３０分間程度の熱処理（金属インクの焼成）を実施する。この熱処理により、配線１５ａ、土手１５ｂ、ビア保護膜１６及びカバー膜１７中の金属粒子が結合して、良好な導電性が付与される。

【0033】

次に、ステップＳ１９において、所定数の配線層の形成が完了したか否かを判定する。所定数の配線層の形成が完了していないと判定した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１８までの各工程を実施する。一方、ステップＳ１９において、所定数の配線層の形成が完了した場合（ＹＥＳの場合）は、処理を終了する。

【0034】

このようにして、多層配線構造を備えた配線基板が完成する。図８は、本実施形態の方法により形成した多層配線構造を備えた配線基板２０の一例を示す模式的斜視図である。

【0035】

なお、図７では、第１層目の配線を符号１２で示し、第２層目以降の配線をいずれも符号１５ａで示している。また、第１層目及び第２層目の絶縁層をいずれも符号１３で示している。

【0036】

本実施形態では、ビア保護膜１６を形成する際に金属インクがビア１４内に染み込んで、ビア１４の上部の金属粒子の密度が高くなる（図６（ｂ）参照）。このため、カバー膜１７となる金属インクを塗布する際に金属インクがビア１４に吸収されにくく、カバー膜１７とビア１４との間に良好な電気的接続が得られる。

【0037】

また、本実施形態では、配線１５ａ、土手１５ｂ、ビア保護膜１６及びカバー膜１７の焼成を同時に行う。このため、ビア１４とビア保護膜１６との間、ビア保護膜１６とカバー膜１７との間、カバー膜１７と土手１５ｂとの間、及び土手１５ｂと配線１５ａとの間の金属粒子の結合強度が高い。

【0038】

更に、本実施形態では、ビア保護膜１６、カバー膜１７及び土手１５ｂを介してビア１４と配線１５ｂとが接続されている。このため、ビア１４の大きさや金属粒子の状態により配線１５ａの幅や厚さが変化することがなく、配線の形状安定性が高い。

【0039】

これらのことが相俟って、本実施形態の多層配線構造の形成方法によれば、ビアと配線との間の電気的接続の信頼性が高く、且つ配線の形状安定性が高い多層配線基板が得られる。

【0040】

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

【0041】

（付記１）基板の上に第１の配線を形成する工程と、
前記基板及び前記第１の配線の上に、コンタクトホールを有する絶縁層を形成する工程と、
前記コンタクトホール内に金属インクを充填してビアを形成する工程と、
前記絶縁層の上に金属インクを付着させて、第２の配線と、前記ビアから離隔して前記ビアを取り囲み、前記第２の配線と接続した土手を形成する工程と、
前記ビアの上に金属インクを付着させて、前記土手から離隔したビア保護膜を形成する工程と、
前記土手の内側に金属インクを付着させて、前記ビア保護膜と前記土手とを連絡するカバー膜を形成する工程と
を有することを特徴とする多層配線構造の形成方法。

【0042】

（付記２）前記カバー膜を形成する工程の後に、前記第２の配線、前記土手、前記ビア保護膜及び前記カバー膜中の金属粒子を焼成する熱処理工程を有することを特徴とする付記１に記載の多層配線構造の形成方法。

【0043】

（付記３）前記ビア保護膜は、前記ビアの上だけでなく、前記ビアの周囲の前記絶縁層を覆うことを特徴とする付記１又は２に記載の多層配線構造の形成方法。

【0044】

（付記４）前記ビア保護膜の厚さが、前記土手の厚さよりも薄いことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の多層配線構造の形成方法。

【0045】

（付記５）前記ビアを形成する工程、前記第２の配線及び前記土手を形成する工程、前記ビア保護膜を形成する工程、及び前記カバー膜を形成する工程は、いずれも金属インクを乾燥させる工程を含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の多層配線構造の形成方法。

【0046】

（付記６）前記ビア、前記第２の配線、前記土手、前記ビア保護膜、及び前記カバー膜は、いずれもインクジェットプリンターを使用して形成することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の多層配線構造の形成方法。

【0047】

（付記７）コンタクトホールが設けられた絶縁層と、
前記コンタクトホール内に充填された導電体からなるビアと、
前記絶縁層の上に形成された配線と、
前記ビアの周囲に配置されて前記配線と電気的に接続した土手と、
前記ビアの上に形成された導電性のビア保護膜と、
前記ビア保護膜の上に形成されて前記ビア保護膜と前記土手とを電気的に接続するカバー膜と
を有することを特徴とする配線基板。

【0048】

（付記８）前記ビア、前記配線、前記土手、前記ビア保護膜及び前記カバー膜は、いずれも金属インクを焼成したものであることを特徴とする付記７に記載の配線基板。

【符号の説明】

【0049】

１１…基板、１２…配線、１３…絶縁層、１３ａ…コンタクトホール、１４…ビア、１５ａ…配線、１５ｂ…土手、１６…ビア保護膜、１７…カバー膜、２０…配線基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】