産総研など、インクジェット方式による低抵抗な微細銅配線技術を開発

産業技術総合研究所(産総研)は、SIJテクノロジ、イオックス、日本特殊陶業、大阪市立工業研究所などと共同で、インクジェット方式による直接描画および極低酸素還元技術を用いて、線幅5μm、配線抵抗率8.1μΩ・cmの微細配線形成を実現したことを発表した。将来的には、携帯電話やICタグに利用される、次世代IC基板や超小型プリント基板などへ展開が期待できるという。

電子デバイスにおける線幅10μm未満の金属配線は、真空装置を使ってスパッタリングや蒸着により金属薄膜を形成後、リソグラフィ技術とエッチング技術にて形成される。しかし、この方式は大規模なスパッタ装置や露光装置が必要となり、装置コストの増大が問題となると同時に、配線に用いない不要な金属薄膜を除去する必要がある。しかし、グローバル化による価格競争などが激化する現代において低価格な電子デバイスの実現が求められているほか、環境負担の面からウェットエッチングなどを不要にしたプロセスの実現が可能となる20μm以下の微細配線向けプリンタブルエレクトロニクス技術の実現が求められている。

一方、微細配線で用いるインクには、金や銀の金属ナノ粒子が利用されており、微細な配線パターンを形成する技術については、いくつか方法論が確立されている。しかし、金ナノ粒子では材料の金自体が高価であるため、汎用品として広く普及する上で、大きな経済的な障害となっているほか、銀ナノ粒子では材料単価は相当に低減できるが、配線幅および配線間スペースが狭くなるにつれ、マイグレーションに起因する短絡が新たな問題として浮上してくるため、銅ナノ粒子インク製造技術を確立し、銀から銅への移行が求められている。

中でもICパッケージにおける微細配線は、年を追うごとに細くなっており、2018年ころには10μm以下の配線ピッチが世界標準になると予測されているため、そうしたニーズに対応するため今回、ナノ粒子製造技術、極低酸素還元技術、超微細インクジェット技術の要素技術を統合させた技術の開発を行った。

今回は、産総研が保有する極低酸素還元技術と超微細インクジェット技術を基に、イオックスと大阪市立工業研究所 有機材料研究部 ナノマテリアル研究室が銅ナノ粒子を用いた導電インクの開発、SIJテクノロジが銅微細配線プロセス開発、日本特殊陶業が実用化に向けた評価をそれぞれ担当した。

イオックスと大阪市立工業研究所が開発したインクジェット方式に適合する銅ナノ粒子インクを、SIJテクノロジが行ったインクジェット適合性評価や吐出条件の最適化などを元に、超微細インクジェット技術で線幅5μm、ピッチ10μmのラインをガラス基板上に形成。

さらに実用的な配線を見据え、エポキシ基板上へハイエンドIC向けパッケージ基板を想定した配線形成を実施した。この配線パターンサンプルは日本特殊陶業が設計したもので、最小線幅は10μmで構成されている。

さらに作成された配線パターンに対し、産総研が保有する極低酸素還元技術で焼成を実施した結果、配線の抵抗率は8.1μΩ・cmであることが判明した。インクジェット技術による銅配線形成において、線幅5μmかつ配線抵抗率8.1μΩ・cmは、これまで知られる中でも最高クラスの値だという。

なお、産総研では今後、インク材料の選定を行い、より微細なパターン描画を行えるよう、インクジェット吐出条件の最適化を進めていく計画としているほか、より低抵抗な配線を実現するための焼成条件や手段についての検討を進め、銅配線の標準技術としての確立を目指すとしている。

また、この研究の最終目標は、ナノテクノロジーの融合による世界トップレベルの微細配線技術、かつ省資源・省エネルギー・低環境負荷のオンデマンド製造技術の確立であり、今回の成果は、次世代ICパッケージ基板だけでなく、携帯電話を初めとする小型情報通信端末向けの小型プリント基板、ICタグなどのRFID用アンテナなどの新規産業への展開が期待できると研究グループでは説明している。