成果報告書詳細
管理番号20120000000777
タイトル*平成23年度中間年報 ナノテク・先端部材実用化研究開発/ナノ粒子と極低酸素技術による超微細銅配線樹脂基板のインクジェット形成技術の研究
公開日2012/7/11
報告書年度2011 - 2011
委託先名株式会社イオックス 株式会社SIJテクノロジ 日本特殊陶業株式会社 地方独立行政法人大阪市立工業研究所
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:
1. 研究開発の内容及び成果等
(1)事業目的
近年、電子デバイスの大幅なコストダウンのために、スパッタレス、マスクレスを実現する新しい微細配線形成技術や、銀から銅へのマテリアル・イノベーションを早急に進め、銅配線製造技術としての確立を計ることの必要性が報告されている。本研究開発では、ナノ粒子製造技術、極低酸素技術、超微細インクジェット技術の要素技術を統合し、半導体製造プロセスの中でも小型化と微細化が要求されるIC パッケージ基板を対象とした銅の微細配線技術を確立することを目的とする。本研究開発の成果であるシングルミクロンの銅配線は、2018 年頃に世界標準の配線ルールとして用いられることが予測されており、先端的な情報家電の分野に対して大きく寄与することが期待できる。
(2)事業概要
本研究開発において、超微細インクジェット技術を有する株式会社SIJテクノロジが産業技術総合研究所と共同で銅の微細配線プロセス、高アスペクト比配線描画技術、極低酸素分圧雰囲気による銅印刷配線の導電性向上技術の研究開発を担当する。銅ナノ粒子を用いた導電インクの研究開発は、株式会社イオックス及び大阪市立工業研究所が担当し、配線抵抗率低減、密着性向上などの研究開発課題に取り組む。全体のパッケージデザインや評価などは、日本特殊陶業株式会社が担当する。本提案の方式が可能となった場合には、以下の特徴を持つため、IC チップ搭載パッケージに対して最も有効な配線形成方式の一つとなることが期待できる。
◆配線材料として銅を使用することにより、耐マイグレーション性において優位
◆極低酸素技術の高い還元力による導電性の向上
◆ナノ粒子を使用することにより、5μm 以下の超微細配線形成が可・br>◆インクジェットによる直描方式のため、工程簡略化によるコスト低減
英文要約Title: Research and development of inkjet micro wiring process on resin substrate by using nano- copper ink and the extremely-low oxygen partial pressure technology.
(FY2010-FY2012)FY2011 Annual Report.
1 “Development of Super Inkjet equipment and its process for ultrafine copper pattern”
Screening evaluation for 55 kinds of copper inks has been carried out from different points of view, such as, pot life, patterning stability, drying speed, wetting ability, jetting ability, etc. As the result, we have achieved Line/Space = 5μm/5μm on glass and Line/Space = 10μm/10μm on resin substrate. Furthermore we made samples of circuit pattern for evaluation. We developed the ink which rejected cupper ink. The line formation of about 2.8μm in height was achieved with the proto-type ink. We will continue trying to improve the materials and process so that we are able to clear the target value on interconnection resistance, adhesion strength, L&S, thickness control, in the coming fiscal year.
2 “Research and development of the synthetic process of Cu nano-particles and the application to ink material”
We developed the synthetic processes of novel copper nanoparticles and copper nanoparticle inks without halogen atoms by optimization of starting materials and synthetic conditions. The viscosity and drying property of copper nanoparticle ink for the ink-jet printing were controlled by particle size, solvent and additional viscosity modifier. By the developed synthetic method of copper nanoparticles, the diameter of a copper particle was controlled in the range of 50 to 200 nm. The copper nanoparticle inks attained the drawing of the electronic circuit pattern of Line/Space = 10μm/10μm with Super-inkjet equipment. We aim at the further miniaturization of the diameter of copper particles, in order to make the Line/Space = 5μm/5μm of the electronic circuit.
3 “Development of extremely-low oxygen partial pressure technology”  
A low resistivity of 8.1 -cm was achieved for the thin copper lines printed by the super-inkjet printer and then processed in an extremely-low oxygen atmosphere. This achievement was made possible through the development of inks that are crack-free when dried and the improvement in the sintering process. The process had to include multiple steps. The reduction temperature was 250 C in the oxygen partial pressures between 10-30 and 10-20 atm, measured at 600 C. The oxygen partial pressure at 250 C was much lower than the oxygen concentration at room temperature and low enough for the copper oxide reduction to occur.
4 “Evaluation of Ink-jet Process Technology for Ultra-fine patterning substrate”
We have investigated wettability of copper ink on insulator surfaces for fine line formation and status of adhesion between copper lines and insulators.
We evaluated contact angle and printing appearance on four different materials. In case of more than 20 degrees as the contact angle, we found lack of trace because of non-wet mode. On the other hand, in case of around 10 degrees, an electrically shorted circuit was detected between the lines because of over-wetting. Therefore it needs to control the contact angle on the surface from 10 to 20 degrees for the fine line formation. As for the adhesion status of the copper traces on the insulators, we have not seen any peeling defects even after sintering.
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