銅糊劑的燒成方法技術

本發明專利技術為了形成降低了電阻率的銅布線而提供一種使銅粒子的燒結性提高的銅糊劑的燒成方法。銅糊劑的燒成方法，其包括下述工序：涂布工序，在基板上涂布銅糊劑；第一加熱工序，在所述涂布工序后，在以體積比計含有500ppm以上、2000ppm以下的氧化性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述銅糊劑中的銅粒子氧化燒結；和第二加熱工序，在所述第一加熱工序后，在以體積比計含有1％以上的還原性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述經氧化燒結的銅氧化物還原。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及對涂布在基板上的銅糊劑進行燒成的方法。
技術介紹
導電性糊劑用于在芯片電阻器、芯片電容器、太陽能電池等電子部件、以及印刷布線基板、形成有通孔的基板等電子安裝品中形成布線。另外，可以用于與晶體管(所述晶體管用于控制顯示器的像素開關)連接的電極、布線。現有的導電性糊劑多使用耐氧化性優異的銀糊劑，但銀的價格昂貴，并且有在微間距(finepitch)布線中容易發生遷移(migration)不良的課題，因此，進行了下述研究：制作用銅代替了銀的銅糊劑，對銅糊劑進行燒成而得到低電阻且可靠性優異的布線結構。在空氣中對銀糊劑進行燒成時，粘合劑樹脂與空氣反應，由此能夠盡可能減少殘留在燒成后的布線中的樹脂量，抑制由樹脂殘留而引起的布線電阻的上升。與此相對，銅在含有氧的氣氛中容易發生氧化，因此，導電性銅糊劑需要在非活性氣體中或真空中進行燒成。該情況下，存在下述問題：由于氧不足，所以粘合劑樹脂成分殘留在布線中而導致燒結性惡化，布線電阻上升。另外，即使在非活性氣體中或真空中進行燒成，也難以適當地抑制銅粒子的氧化，有在燒成時銅粒子被氧化、布線電阻增加的傾向。作為利用將昂貴的銀粒子替換成銅粒子而變得廉價的導電性糊劑的方法，例如，專利文獻1中公開了下述方法：在空氣中于樹脂發生分解而消失的溫度以上進行加熱，在將此時形成的氧化銅粉末還原為銅的同時進行燒結；專利文獻2中公開了下述方法：在非氧化性氣氛中實施脫粘合劑工序，在氧化氣氛中一邊降溫一邊將銅氧化，進一步進行還原而制作燒結體；專利文獻3中公開了下述方法：以高于氧化開始溫度的溫度進行氧化處理，以還原開始溫度以上的溫度進行還原處理；專利文獻4中公開了下述方法：以低于150℃的溫度進行干燥，然后進行加壓、加熱、還原處理工序。現有技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開平7-45931號公報專利文獻2：日本特開2002-43747號公報專利文獻3：日本特開2009-231755號公報專利文獻4：日本特開2012-204466號公報
技術實現思路
專利技術要解決的課題然而，在上述以往的方法中，通過銅糊劑的燒成將銅粒子燒結而使其致密化的程度并不充分，無法得到低電阻率的銅布線。因此，要求進一步提高銅粒子的燒結性的燒成方法。鑒于上述狀況，本專利技術的目的在于提供一種使銅粒子的燒結性提高的銅糊劑的燒成方法，以形成降低了電阻率的銅布線。用于解決課題的手段本申請的專利技術人發現：通過對涂布了銅糊劑的基板應用在特定的氧化性氣體氣氛中進行加熱的第一加熱工序、在特定的還原性氣體氣氛中進行加熱的第二加熱工序，從而可在形成包含銅氧化物的致密的氧化燒結體后進行還原而形成致密的銅燒結體，能夠降低電阻率，從而完成了本專利技術。具體而言，本專利技術提供以下的方案。(1)銅糊劑的燒成方法，其包括下述工序：涂布工序，在基板上涂布銅糊劑；第一加熱工序，在所述涂布工序后，在以體積比計含有500ppm以上、2000ppm以下的氧化性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述銅糊劑中的銅粒子氧化燒結；和第二加熱工序，在所述第一加熱工序后，在以體積比計含有1％以上的還原性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述經氧化燒結的銅氧化物還原。(2)如上述(1)所述的燒成方法，其中，所述第一加熱工序于350℃以上、500℃以下進行。(3)如上述(1)或(2)所述的燒成方法，其中，所述第二加熱工序于400℃以上、550℃以下進行。(4)如上述(1)～(3)中任一項所述的燒成方法，其中，所述第一加熱工序及第二加熱工序通過在燒成爐內使氣體連續流動從而維持所述氣體氣氛。(5)如上述(4)所述的燒成方法，其中，所述連續流動的氣體的流量相對于燒成爐的容積1×10-6m3為每分鐘0.05升以上、0.5升以下。(6)如上述(1)～(5)中任一項所述的燒成方法，其中，所述第一加熱工序中形成的銅粒子的氧化物包含氧化亞銅及氧化銅，以使所述氧化亞銅的含量多于所述氧化銅的含量的方式進行加熱。(7)燒結結構體，其是利用上述(1)～(6)中任一項所述的燒成方法而形成的燒結結構體，其具有在所述第一加熱工序后通過氧化時的體積膨脹而使相鄰的粒子間連接而成的組織。(8)燒結結構體，其是利用上述(1)～(6)中任一項所述的燒成方法而形成的燒結結構體，其具有在所述第二加熱工序中將氧化亞銅及氧化銅還原后銅粒子連結而成的組織。專利技術的效果根據本專利技術，提供了將涂布于基板上的銅糊劑的銅粒子致密地燒結的燒成方法，因此，能夠作為基板上的銅布線而降低電阻率。附圖說明圖1為表示實施例1中的第一加熱工序后的試驗體的截面組織的圖。圖2為表示實施例1中的第二加熱工序后的試驗體的截面組織的圖。具體實施方式以下對本專利技術的實施方式進行說明。本專利技術不限定于這些記載所述的實施方式。本專利技術為銅糊劑的燒成方法，其包括下述工序：涂布工序，在基板上涂布銅糊劑；第一加熱工序，在以體積比計含有500ppm以上、2000ppm以下的氧化性氣體的氮氣或非活性氣體氣氛中對所述經涂布的基板進行加熱，將所述銅糊劑中的銅粒子氧化燒結；和第二加熱工序，在所述第一加熱工序后，在以體積比計含有1％以上的還原氣體的氮氣或非活性氣體氣氛中對所述基板進行加熱，將所述經氧化燒結的銅氧化物還原。(基板)本專利技術的燒成方法適用于用于形成銅布線的基板。作為該基板，可舉出搭載電子安裝品的基板、印刷布線基板、具有通孔的基板等。作為基板材料，可以使用硅基板、硅酸鹽玻璃、氧化鋁、石英等氧化物基板、氮化硅、氮化鋁等氮化物基板、碳化硅、碳化鈦等碳化物基板、樹脂基板等。(銅粒子)銅糊劑是將銅粒子、粘合劑樹脂、溶劑等進行混合而制備的。對于銅糊劑中含有的銅粒子而言，使粒子中的氧濃度為0.05質量％以上、2.0質量％以下。更優選地，上限濃度可以為1.0質量％以下。若氧濃度大于2.0質量％，則金屬粒子的氧化程度變得明顯，在銅糊劑中進行凝聚的傾向增強，印刷性惡化。另外，即使通過之后的燒成也無法將氧化金屬充分還原，燒成后的布線電阻增加。另一方面，期望氧濃度盡可能低，但為了使利用霧化法(atomizingmethod)等制作的金屬粒子中的氧濃度小于0.05質量％，需要在還原氣體中進行處理，因此成本變高，不優選。將粒子中含有的除銅以外的金屬元素的總濃度抑制在1.0質量％以下，更優選抑制在0.8質量％以下。銅粒子優選為利用氣體霧化法或水霧化法等方法制造的粒子。用粒子的最大直徑(dmax)與最小直徑(dmin)之比定義的縱橫比(dmax/dmin)的平均值為1.0以上且小于2.2即可，優選為1.0以上2.0以下。銅粒子的平均縱橫比大于2.2時，粒子形狀成為扁平的薄片狀或針狀粒子，在絲網印刷時發生網眼堵塞。另外，印刷后的布線中的銅粒子的填充率惡化從而引起布線形狀的松塌，并且由于孔隙率增加而導致燒結性惡化，從而成為使燒成后的布線電阻上升的原因。(粘合劑樹脂)導電性糊劑中含有的有機漆料(vehicle)中的粘合劑樹脂的質量％優選大于0.05％且小于17.0％。粘合劑樹脂為通過燒成而進行分解的樹脂即可。例如，有甲基纖維素、乙基纖維素、羧甲基纖維素等纖維素樹脂、丙烯酸樹脂、丁醛樹脂(butyralresin)、醇酸樹脂(alkydresin)、環氧樹脂、酚醛樹脂等。這些樹脂中，最好使用存在與燒成氣氛中含有的微本文檔來自技高網...

【技術保護點】
銅糊劑的燒成方法，其包括下述工序：涂布工序，在基板上涂布銅糊劑；第一加熱工序，在所述涂布工序后，在以體積比計含有500ppm以上、2000ppm以下的氧化性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述銅糊劑中的銅粒子氧化燒結；和第二加熱工序，在所述第一加熱工序后，在以體積比計含有1％以上的還原性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述經氧化燒結的銅氧化物還原。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.06.16 JP 2014-1237991.銅糊劑的燒成方法，其包括下述工序：涂布工序，在基板上涂布銅糊劑；第一加熱工序，在所述涂布工序后，在以體積比計含有500ppm以上、2000ppm以下的氧化性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述銅糊劑中的銅粒子氧化燒結；和第二加熱工序，在所述第一加熱工序后，在以體積比計含有1％以上的還原性氣體的氮氣氣氛中對所述基板進行加熱，將所述經氧化燒結的銅氧化物還原。2.根據權利要求1所述的燒成方法，其中，所述第一加熱工序于350℃以上、500℃以下進行。3.根據權利要求1或2所述的燒成方法，其中，所述第二加熱工序于400℃以上、550℃以下進行。4.根據權利要求1～3中任一項所述的燒成方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小池淳一，須藤祐司，安藤大輔，
申請(專利權)人：材料概念有限公司，
類型：發明
國別省市：日本;JP