JP6609979B2 - 銅粒子の製造方法、銅粒子、銅ペースト及び半導体装置 - Google Patents
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Description
約100mgの銅粒子をXRD測定用のガラスセルに乗せ、これを粉末X線回折装置(Rigaku CN4036)の試料ホルダーにセットした。加速電圧40kV、電流20mAでCuKα線を発生させ、グラファイトモノクロメータにより単色光化し、測定線源とした。2θ=5°〜90°の範囲で銅粒子の回折パターンを測定した。
銅粒子をカーボンテープ上に固定し、イオンスパッター装置(株式会社日立ハイテクノロジーズ、E1045)で白金を蒸着し、これを走査電子顕微鏡(PHILIPS、XL30)により観察した。平均粒子径の測定に当たっては、50個の粒子を平面視し、各々の粒子の面積の平方根の平均値をとった。
Cu板(25mm×19mm×3mm)の上に、印刷マスク(2.2mm×2.2mm×0.1mm)を使用して銅ペーストを塗布した。その上に、Cu板(2mm×2mm×0.4mm)を乗せた。これを、窒素雰囲気中、350℃、10MPa、10分間、加熱加圧することで、試験片を作製した。得られた銅焼結体の接着強度を、ダイシェア強度(MPa)により評価した。万能型ボンドテスタ(デイジ・ジャパン株式会社製、4000シリーズ)を用い、測定スピード500μm・s−1、測定高さ200μmでCu板(2mm×2mm×0.4mm)を水平方向に押し、焼結体のダイシェア強度(MPa)を測定した。
銅ペーストを、窒素雰囲気中、120℃で30分間予熱し、さらに350℃で1時間加熱することで焼結体(約10mm×10mm×0.3mm)を得た。この焼結体の熱拡散率をレーザーフラッシュ法(ネッチ社製 LFA 447、25℃)で測定し、さらにこの熱拡散率と、示差走査熱量測定装置(パーキンエルマー社製 Pyris1)で得られた比熱容量と焼結密度の積より、25℃における焼結体の熱伝導率[W・m−1・K−1]を算出した。
熱伝導率(W・m−1・K−1)=比熱容量(J・g−1・K−1)×熱拡散率(mm2・s−1)×焼結密度(g・cm−3)
銅ペーストをガラス板上に塗布し、窒素雰囲気中、120℃で30分間予熱し、さらに350℃で1時間加熱することで焼結体(約1mm×50mm×0.03mm)を得た。この焼結体を4端子法(アドバンテスト株式会社、R687E DIGTAL MULTIMETER)にて体積抵抗率(Ω・cm)を測定した。
銅粒子1を次の手順で合成した。銅源としてCu2O(和光純薬工業株式会社)、保護剤としてデシルアミン(和光純薬工業株式会社、沸点220.5℃)、還元剤としてトリブチルアミン(和光純薬工業株式会社、沸点217℃)を使用した。これらの試薬を表1に示した配合割合でナスフラスコに加えた。この処理溶液(前駆溶液)をマグネチックスターラーで約700回転/分(rpm)で撹拌しながら、窒素雰囲気中、200℃で5時間、加熱した。処理後の溶液にアセトンを約250mL、ヘキサンを250mL加え、上澄み液を取り除き、沈殿した銅粒子を回収した。この銅粒子を窒素雰囲気中、40℃で5時間加熱し、乾燥させた。
銅粒子1をガラスシャーレに移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。
銅粒子3を次の手順で合成した。銅源としてCuO(和光純薬工業株式会社)、保護剤としてジブチルアミン(和光純薬工業株式会社、沸点159℃)、還元剤としてヒドラジン一水和物(和光純薬工業株式会社、沸点約120℃)を使用した。これらの試薬を表1に示した配合割合でナスフラスコに加えた。この処理溶液(前駆溶液)をマグネチックスターラーで約700回転/分(rpm)で撹拌しながら、窒素雰囲気中、80℃で2時間、加熱した。処理後の溶液にアセトンを約250mL、ヘキサンを250mL加え、上澄み液を取り除き、沈殿した銅粒子を回収した。この銅粒子を窒素雰囲気中、40℃で5時間加熱し、乾燥させた。
銅粒子3をガラスシャーレに移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。
銅源として酢酸銅(和光純薬工業株式会社)を使用した以外は、銅粒子3と同様の手順で銅粒子を作製した。配合は表1のとおりである。この銅粒子のXRD測定を行ったところ、金属銅の単一相であることを示すXRDパターンが得られた。また、銅粒子は球状であり、銅粒子の平均粒子径は約250nmであることを確認した。この銅粒子を、ガラスシャーレに移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。保存後の銅粒子のXRD測定を行ったところ、金属銅とCuOのXRDパターンが得られた。
保護剤としてドデカン酸(和光純薬工業株式会社、沸点298℃)を使用した以外は、銅粒子3と同様の手順で銅粒子を作製した。配合は表1のとおりである。この銅粒子のXRD測定を行ったところ、金属銅の単一相であることを示すXRDパターンが得られた。また、銅粒子は球状であり、銅粒子の平均粒子径は約200nmであることを確認した。この銅粒子を、ガラスシャーレに移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。保存後の銅粒子のXRD測定を行ったところ、金属銅とCuOのXRDパターンが得られた。
還元剤としてジエチレングリコール(和光純薬工業株式会社、沸点245℃)を使用した以外は、銅粒子1と同様の手順で銅粒子を作製した。配合は表1のとおりである。この銅粒子のXRD測定を行ったところ、金属銅の単一相であることを示すXRDパターンが得られた。また、銅粒子は球状であり、銅粒子の平均粒子径は約500nmであることを確認した。この銅粒子を、ガラスシャーレに移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。保存後の銅粒子のXRD測定を行ったところ、金属銅とCuOのXRDパターンが得られた。
溶剤としてデシルアミン(和光純薬工業株式会社、沸点220.5℃)を使用した。表2に示した配合割合にて、銅粒子、溶剤を、らいかい機にて15分間混練し銅ペーストを作製した。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
実施例1と同様の手順で銅ペーストを作製した。銅ペーストの配合は表2のとおりである。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
実施例2の銅ペーストを、ポリ瓶に移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。銅ペーストの配合は表2のとおりである。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
溶剤として3,7−ジメチル−3−オクタノール(和光純薬工業株式会社、沸点196℃)を使用した。それ以外は、実施例1と同様の手順で銅ペーストを作製した。銅ペーストの配合は表2のとおりである。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
実施例4と同様の手順で銅ペーストを作製した。銅ペーストの配合は表2のとおりである。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
実施例5の銅ペーストを、ポリ瓶に移し、温度25℃、湿度30%の窒素デシケータの中で30日間保存した。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
実施例1と同様の手順で銅ペーストを作製した。銅ペーストの配合は表2のとおりである。この銅ペーストを用いた特性を表3に示した。
Claims (9)
- (A)CuO及びCu2Oからなる群より選択される少なくとも1種と、
(B)第3級アミン化合物及びヒドラジン水和物からなる群より選択される少なくとも1種と、
(C)第1級アミン化合物及び第2級アミン化合物からなる群より選択される少なくとも1種と、を含有する前駆溶液を加熱する工程を備え、
前記第3級アミン化合物が、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン及びトリヘプチルアミンからなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記第1級アミン化合物及び前記第2級アミン化合物が、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン及びビス(2−エチルヘキシル)アミンからなる群より選択される少なくとも1種である、銅粒子の製造方法。 - 前記(B)及び/又は前記(C)の化合物の大気圧における沸点が300℃未満である、請求項1記載の製造方法。
- 前記(B)及び/又は前記(C)の化合物の大気圧における沸点が200℃未満である、請求項1又は2記載の製造方法。
- 前記銅粒子が、表面が前記第1級アミン化合物及び前記第2級アミン化合物からなる群より選択される少なくとも1種で被覆され、平均粒子径が0.01〜1μmである、請求項1〜3のいずれか一項記載の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項記載の製造方法により製造された銅粒子と、溶剤とを含有する銅ペーストを得る、銅ペーストの製造方法。
- 前記溶剤が、大気圧における沸点が70〜300℃である第3級アルコール化合物及び大気圧における沸点が70〜300℃であるアミン化合物からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項5記載の製造方法。
- 請求項5又は6記載の製造方法により製造された銅ペーストを350℃以下で加熱する、焼結体の製造方法。
- 前記焼結体の体積抵抗率、熱伝導率及び接着強度が、それぞれ1×10 −5 Ω・cm以下、30W・m −1 ・K −1 以上及び10MPa以上である、請求項7記載の製造方法。
- 半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを、請求項5又は6記載の製造方法により製造された銅ペーストを焼結してなる焼結体を介して接続する、半導体装置の製造方法。
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