(57)【要約】  【課題】フォトリソ法を用いて厚膜のタングステン導電パターンを効率良く形成する方法を提供すること。  【解決手段】本発明に係るタングステン微細配線形成方法は、セラミックス基板上に形成されたフォトレジストに配線パターンに応じた開口部を形成し、該開口部内にタングステン及びバインダー樹脂を含有するペーストを充填した後、該ペースト中のタングステンを焼結してタングステンの微細配線を形成する方法において、  前記開口部に前記ペーストを充填した後、水蒸気含有ガス雰囲気中で、前記フォトレジスト及び前記バインダー樹脂が燃焼・焼失する温度以上で加熱する工程と、  還元雰囲気中で、タングステンが焼結する温度以上で加熱する工程とを含むことを特徴としている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板上に形成されたフォトレジストに配線パターンに応じた開口部を形成し、該開口部内にタングステン及びバインダー樹脂を含有するペーストを充填した後、該ペースト中のタングステンを焼結してタングステンの微細配線を形成する方法において、
前記開口部に前記ペーストを充填した後、水蒸気含有ガス雰囲気中で、前記フォトレジスト及び前記バインダー樹脂が燃焼・焼失する温度以上で加熱する工程と、
還元雰囲気中で、タングステンが焼結する温度以上で加熱する工程とを含むタングステン微細配線形成方法。
【請求項２】
水蒸気含有ガスの露点が−５〜６５℃である請求項１に記載のタングステン微細配線形成方法。
【請求項３】
更に、焼結されたタングステンの表面に金属メッキを施す工程を含む請求項１または２に記載のタングステン微細配線形成方法。
【請求項４】
セラミックス基板上に焼成されたタングステンの微細配線において、前記タングステンの表面に金属メッキ層を形成してあり、その表面を平坦になしてあることを特徴とするタングステン微細配線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザー素子及びレーザーダイオード素子等を実装するセラミックス基板にタングステンを主体とする微細な配線を形成する方法並びに形成されたタングステン微細配線に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化及び高密度化によって、半導体ＬＳＩ及びチップ部品を実装するセラミックス配線板はより狭ピッチ・多ピン化したマルチチップモジュールへと進化しつつある。これに伴ってセラミックス配線板へのボンディング法もワイヤボディング法に代わってフリップチップ法が採用されており、セラミックス配線板の配線に対しては、線幅が１００μｍ以下の微細パターンが要求されつつある。
【０００３】
微細配線を形成する方法には、薄膜法及び厚膜法等がある。厚膜法は、金属粉末を有機ビヒクル中に分散させたペーストをパターンが形成されたメッシュスクリーンを通してセラミックス基板に印刷して焼成することによって配線を形成する方法である。この方法は使用する装置が比較的安価であるため、セラミックス基板上へ充分な密着強度を有する導体配線を低コストで形成することができるが、スクリーンのメッシュのワイヤ径に限界があるため、微細配線の形成にも限界があり、また印刷時にスクリーンがたわむため、印刷精度が低いという問題があった。
【０００４】
また薄膜法は、蒸着装置，スパッタリング装置またはイオンプレーティング装置等の薄膜形成装置を用いて、セラミックス基板上に厚さが数μｍの金属薄膜を堆積した後、フォトリソ法により所要のパターンを形成し、ドライ又はウエットエッチングにより金属薄膜を除去し配線を形成する方法である。この方法はフォトリソ法を用いるため精度が高い微細配線を形成することができるが、工程が多いため製造効率が低く、また薄膜形成装置が高価であるのと一度に装置内に充填できる基板の量が少ないためコストが高いという問題があった。
【０００５】
そこで、感光性金属導体ペーストを用いることによって、厚膜法に薄膜法の特徴であるフォトリソ法を導入する方法が試みられている。これは感光性樹脂を溶剤に溶解したフォトレジスト中に金属粉末を分散させた感光性金属導体ペーストを、セラミックス基板上に一様に印刷し、所要パターンとなしたマスクを用いて、前記ペーストをポジティブに露光・現像することにより配線パターンを形成した後、極微量の酸化性ガスを含む窒素雰囲気中の焼成にてフォトレジストの感光性樹脂を燃焼・焼失させ、同時に導体配線をセラミックス基板に焼結させるものである。
【０００６】
この方法では薄膜形成装置を用いないためコストは低くし得るものの、フォトレジスト中の金属の濃度が低いため、焼結した金属配線の密度が低くなり導電性及びセラミックス基板との接着性が低下し、また金属の焼結において、酸化させることなくフォトレジストを燃焼・焼失させるために、厳密に制御された極微量の酸化性ガスを含む窒素雰囲気中にて焼成を行わなければならい。そのため長時間を要するのみならず、酸化性ガスの量が多い場合は金属が酸化されて導体配線の特性が低下し、少ない場合は感光性金属導体ペースト中の感光性樹脂を完全に燃焼・焼失させることができずにこれが炭化して、金属の焼結を阻害し、またはセラミックス基板に対する導体配線の接着強度を低下させるという問題があった。
【０００７】
一方セラミックス基板上に堆積したフォトレジストに、所要パターンとなしたマスクを
用いて、ネガティブに露光・現像することにより配線パターンに応じた開口部を形成した後、この開口部内へ金属粉末及びバインダーを含有する導体ペーストを充填し、極微量の酸化性ガスを含む窒素雰囲気中の焼成にてバインダー及びフォトレジストを燃焼・焼失させ、同時に導体配線をセラミックス基板に焼結させる方法が試みられている。
【０００８】
この方法にあっては、前述した感光性金属導体ペーストではなく厚膜法に用いる導体ペーストを用いるため、焼結した金属配線の密度が低くなることはないものの、極微量の酸化性ガスを含む窒素雰囲気中における焼成を行わなければならず、酸化性ガスの制御の困難性並びに生産効率及び品質の低下等の問題が残存している。また焼結により形成された微細配線は、焼結時の体積収縮によって微細配線表面の平坦性が低下するため、ハンダ付けした場合その後の高温エージングによって接着性が低下することがあった。
【０００９】
かかる課題を解決するため、特許文献１においては、セラミックス基板上にフォトリソ法により開口部を形成し、該開口部内に銅および／または酸化銅を含有するペーストを充填した後、酸化雰囲気中で焼成してレジスト樹脂およびペースト中の樹脂成分を燃焼・焼失させ、次いで還元雰囲気中で焼成して銅を焼結させる微細配線形成方法が開示されている。
【００１０】
この方法では、酸化雰囲気中での焼成により、樹脂成分を焼失させている。この際、ペースト中の銅が酸化されるが、後段の還元雰囲気中での焼成により酸化銅を還元して金属銅とすることで、微細導電配線を得ている。
【特許文献１】特開平６−２４４５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
セラミック基板の多層化等のため、微細配線を形成したセラミック基板に、さらに高温での焼成が加えられることがある。高温に曝される焼成時に微細配線パターンの変形や滲みによる短絡を防止するため、配線を高融点金属であるタングステンで形成することが検討される。
【００１２】
しかし、上記特許文献１の微細配線形成方法を、タングステンペーストを用いて実施した場合に次のような問題が発生することが判明した。
すなわち、酸化雰囲気中で焼成により樹脂成分が焼失すると同時にペースト中の金属成分であるタングステンも酸化されるが、タングステンが酸化されると体積膨張が起こるため、パターンの変形が起こったりタングステン層の剥がれが生じたりするという問題が発生すること、更に、酸化タングステンは、酸化銅と比較して容易には還元されず、後段の還元雰囲気中での焼成を長時間行う必要があるという問題が発生することが判明した。このため、特許文献１の方法を用いて導電性のタングステンパターンを効率良く得ることはできなかった。
【００１３】
したがって、本発明は、フォトリソ法を用いて厚膜のタングステン導電パターンを効率良く形成する方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明が提供する上記課題を解決するための手段は以下のとおりである。
（１）セラミックス基板上に形成されたフォトレジストに配線パターンに応じた開口部を形成し、該開口部内にタングステン及びバインダー樹脂を含有するペーストを充填した後、該ペースト中のタングステンを焼結してタングステンの微細配線を形成する方法において、
前記開口部に前記ペーストを充填した後、水蒸気含有ガス雰囲気中で、前記フォトレジ
スト及び前記バインダー樹脂が燃焼・焼失する温度以上で加熱する工程と、
還元雰囲気中で、タングステンが焼結する温度以上で加熱する工程とを含むタングステン微細配線形成方法。
【００１５】
（２）水蒸気含有ガスの露点が−５〜６５℃である（１）に記載のタングステン微細配線形成方法。
（３）更に、焼結されたタングステンの表面に金属メッキを施す工程を含む（１）または（２）に記載のタングステン微細配線形成方法。
【００１６】
（４）セラミックス基板上に焼成されたタングステンの微細配線において、前記タングステンの表面に金属メッキ層を形成してあり、その表面を平坦になしてあることを特徴とするタングステン微細配線。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、厚膜のタングステン導電パターンをフォトリソ法により、高い製造効率で、セラミック基板上に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明を、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。図１及び図２は本発明のタングステン微細配線形成方法の各製造工程を示す工程図である。
まず図１ （ａ）の如く、セラミックス基板１上にフォトレジスト層２を形成する。本
発明に用いることができるセラミックス基板１には、窒化アルミニウム，アルミナ，ムライト及びガラスセラミックス等の公知のセラミックス基板を用いることができる。そして前記セラミックス基板１上へのフォトレジスト層２の形成は、液状フォトレジストを用いて、スピンコータ法，ロールコータ法，ディップ法及びホイラー法（スピンナー法）等により形成することもできるが、ドライフィルムレジストを用いて、加熱ラミネート法により圧着するのが最も容易である。なおフォトレジスト層２の膜厚は１０〜１００μｍが好ましい。これは膜厚がこの範囲外では後述するペーストの充填が困難になるためである。
【００１９】
次に図１（ｂ）の如く、セラミックス基板１上に形成したフォトレジスト層２に、所望の配線パターンを有するフォトマスク３上から紫外線を照射して配線パターンを露光し、図１（ｃ）の如く、スプレー法または浸漬揺動法等にて現像することによって、配線パターンに応じた開口部４を形成する。なお開口部４に残留した現像不良のフォトレジストは、プラズマアッシング等のドライエッチングにて除去することができる。
【００２０】
そして図２（ｄ）の如く、フォトレジスト層２の開口部４内に、タングステン粉末及びバインダー樹脂を含有するペースト５を、平板ゴム６によって充填した後、乾燥する。
本発明で使用するペーストとしては、金属粉末、有機バインダー、有機溶媒、分散剤、可塑剤などの成分からなる公知のペーストが特に制限なく使用可能である。また、ペーストには、基板と同種のセラミック粉末が含有されていることが好ましい。また、印刷性を考慮して、ペースト中におけるビヒクル（有機バインダー、分散剤、可塑剤、有機溶媒を混ぜたもの）の配合割合を調整し、その量をペースト全体の４０質量％〜１０質量％程度とするのが好ましい。
【００２１】
ペーストに含まれる有機バインダーとしては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル等のアクリル樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等のセルロース系樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンオキサイド等の含酸素樹脂などを一種または二種以上混合して使用することができる。
【００２２】
ペーストに含まれる分散剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、リン酸エステル系、ポリカルボン酸系などの分散剤を使用することができる。
ペーストに含まれる可塑剤としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。例えばフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、アジピン酸ジオクチルなどを使用することができる。
【００２３】
ペーストに含まれる有機溶媒としては、公知のものが特に制限なく使用可能である。たとえば、トルエン、酢酸エチル、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテート、テキサノールなどを使用することができ、セラミックペーストの樹脂を溶解しやすい溶媒を選択することがより好ましい。
【００２４】
ペースト５に用いるタングステン粉末は、粒径が０．１μｍ〜１０μｍであり、全タングステン粉末中で粒径０．３μｍ〜１０μｍのタングステン粉末を６０重量％〜９０重量％含有することが好ましい。粒径が０．３μｍ未満のタングステン粉末を多量に含有すると、かさ高くなるためペースト化に多量のバインダー樹脂、可塑剤を要し、ペースト中のタングステン粉末量が低下し、逆に１０μｍを越えると開口部への充填性が低下する。
【００２５】
次に導体ペースト５を充填したセラミックス基板１を燃焼炉内に搬送し、図２（ｅ）の如く、水蒸気含有ガス雰囲気中で加熱することによって、レジストおよびビヒクル中の有機物を燃焼・焼失させる。水蒸気のよう酸化力の弱いガスにより有機成分を酸化するとことで、急激な酸化による体積膨張の発生を抑制し、導体パターンの変形や導体層の膜剥がれを抑制することができる。
【００２６】
このときの加熱温度は４００℃〜６００℃とするのが好ましい。また加熱時間は１〜１０時間が好ましい。加熱温度が４００℃未満ではレジストおよびビヒクル中の有機物の燃焼・焼失が完全になされないことがある。有機物の除去が不完全な場合には、残留する炭素の影響により後段の焼成工程でセラミック基板中の焼結助剤の染み出しが起こり、セラミック基板が変色することがある。
【００２７】
加熱雰囲気ガス中における水蒸気の含有量は、露点で表すことができるが、有機物の除去性の観点から当該露点は、好ましくは−５〜６５℃、さらに好ましくは５〜５０℃、特に好ましくは２０〜５０℃である。また、上記加熱雰囲気ガスは、水素や炭素蒸気のような還元性ガスを含有しているのが好ましい。還元性ガスを含むことにより、水蒸気により酸化されたタングステンは速やかに還元されるので、導体パターンの変形や導体層の膜剥がれを抑制する効果がより高くなる。更に加熱雰囲気ガスは例えば窒素ガスのような不活性ガスを含有していてもよい。タングステン表面の酸化膜の還元性を考えると、加熱雰囲気ガスとしては、水蒸気を含む水素ガス又は水蒸気を含む水素と窒素の混合ガスを使用するのが好適であり、後者の場合における水素ガスの含有量は水素ガスと窒素ガスとの体積比でＨ2：Ｎ2＝５：９５、特に１０：９０とするのが好ましい。
【００２８】
このような加熱を行うことで、ペースト中のタングステンの酸化を抑えつつ、レジストおよびビヒクル中の有機物を燃焼・焼失させることができる。
次に図２（ｆ）の如く、例えば炭素蒸気を含む窒素ガスといった還元雰囲気中で、タングステンの溶融点１０８３℃以上の１６００〜１８５０℃の温度にて、１〜５時間加熱することによって、タングステンを焼結させ、タングステン微細配線を形成する。上記の還元雰囲気は、炭素を共存させて窒素ガス雰囲気中で上記温度に加熱することにより容易に得ることができる。炭素を炉材として使用した炉を用いた場合には、自然に炭素が共存することになるし、例えば窒化アルミニウム製容器内に被焼成物を収納して焼成する場合には容器内に炭素片を入れておけばよい。このような還元雰囲気で加熱することにより、タ
ングステン粒子の表面に残っている酸化物（前工程の加熱工程において還元性ガスを共存させた場合でも水蒸気が共存しているため、タングステン粒子の表面には酸化物が残る）が還元される。
【００２９】
このようにして形成したタングステン微細配線８には、表面粗さを制御するため、配線表面の研磨工程を必要に応じて加えることができ、更にその表面に電解メッキ法等によりニッケル及び金等のメッキ層を形成する。これにより、はんだ又はワイヤボンド等の方法により部品等の実装が行われる。
【００３０】
＜実施例＞
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
窒化アルミニウム基板上に膜厚４０μｍのドライフィルムレジストを加熱ラミネート法で圧着した後、線幅及び線間がそれぞれ５０μｍである所要の配線パターンのフォトマスクを介して前記レジストを露光し、弱アルカリ現像液にて現像して配線パターンに応じた開口部を形成した。この開口部内に、粒径１．５μｍのタングステン粉末を７２重量％，窒化アルミニウム粉末を８重量％，ビヒクル（エチルセルロースを５重量％，テルピネオール９５重量％）を２０重量％となしたタングステン導体ペーストを、平板ゴムにより充填し、１００℃にて１０分間加熱してペーストを乾燥した。そして露点３０℃の１００％(水蒸気以外のガス成分総体積基準で）水素雰囲気で、ピーク温度６００℃，ピーク保持
時間２０分の加熱プロフィールにてペースト中の樹脂及びレジストを燃焼・焼失させ、続いて炭素蒸気を含む窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃，ピーク保持時間４時間の加熱プロフィールにて金属タングステンに還元すると共に焼結して、タングステン微細配線を形成した。
【００３１】
このようにして形成したタングステン微細配線の導電性，接着強度を、以下の如く測定してタングステン微細配線の特性を評価した。
（導電性）
テストパターンを形成し、４端子抵抗測定した値を用いて、配線の線幅及び膜厚より抵抗率を求めた。
（接着強度）
得られたタングステン微細配線上に、厚さ２μｍのニッケルメッキ層を、その上に厚さ０．３μｍの金メッキ層を電解メッキ法により形成した。ニッケルメッキを施したピン径φ１．１ｍｍのピンを、この配線表面に垂直に２３０℃で６３％スズ（Ｓｎ）−３７％鉛（Ｐｂ）はんだを用いてはんだ付けする。これを（株）東洋精機製作所製ストログラフＭ２にセットし、ピンを垂直方向に引っ張った際の破壊強度を測定した。引っ張り速度は、１０ｍｍ／分とした。１０点測定しその平均を求めた。
【００３２】
その結果、抵抗率は２×１０-7Ωｍ，平均接着強度は７．１ｋｇ／ｍｍ2であった。
（実施例２）
実施例１と同様に、レジストに形成した配線パターンに応じた開口部内にタングステン導体ペーストを充填して、露点２０℃の１０％水素―９０％窒素雰囲気で、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロフィールにてペースト中の樹脂及びレジストを燃焼・焼失させ、続いて炭素ガス含有窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃，ピーク保持時間４時間の加熱プロフィールにて金属タングステンに還元すると共に焼結して、タングステン微細配線を形成した。
【００３３】
この場合の評価は、抵抗率は４×１０-7Ωｍ，平均接着強度は６．８ｋｇ／ｍｍ2であ
った。
（比較例１）
実施例１と同様に、レジストに形成した配線パターンに応じた開口部内にタングステン導体ペーストを充填した。そして大気雰囲気で、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロフィールにてペースト中の樹脂及びレジストを燃焼・焼失させた。
この時点で、タングステンが緑色に変化し配線パターンが変形し、基板から剥離した。
（比較例２）
実施例１と同様に、レジストに形成した配線パターンに応じた開口部内にタングステン導体ペーストを充填した。そして純窒素雰囲気で、ピーク温度６００℃，ピーク保持時間２０分の加熱プロフィールにてペースト中の樹脂及びレジストを燃焼・焼失させ、続いて炭素ガス含有窒素雰囲気中で、ピーク温度１８００℃，ピーク保持時間４時間の加熱プロフィールにて金属タングステンを焼結して、タングステン微細配線を形成した。その結果、配線パターンの変形や剥がれは起こらなかったが、焼結助剤の滲み出しにより基板が変色した。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、厚膜のタングステン導電パターンをフォトリソ法により、高い製造効率で、セラミック基板上に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の銅微細配線形成方法の各製造工程を示す工程図である。
【図２】本発明の銅微細配線形成方法の各製造工程を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ セラミックス基板
２ フォトレジスト
３ フォトマスク
４ 開口部
５ タングステンペースト
６ 平板ゴム
７ 未焼結タングステン
８ タングステン微細配線
【図１】
2006332173.tif 000003
【図２】
2006332173.tif 000004