JP2010059535A - 銅ナノ粒子の低温還元焼結のための還元剤及びこれを用いた低温焼結方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る還元剤は、ギ酸または酢酸と、炭素数1〜3のアルコールまたはエーテルとを含むことを特徴とする。
【選択図】図6
Description
本発明者らは、上述した課題を解決するために、銅ナノ粒子を基板に印刷した後、多様な有機化合物を単独であるいは組み合わせて、酸化された銅ナノ粒子を効果的に還元焼結させることができる還元剤を製造するための研究を続けてきた。その結果、ギ酸または酢酸と、炭素数1〜3のアルコールまたはエーテルとを含む混合物が、銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤として適切であることを見出した。
上述したギ酸または酢酸と、アルコールまたはエーテルとを混合した還元剤を銅ナノ粒子の還元剤として提供して銅ナノ粒子を加熱すれば、銅ナノ粒子の還元焼結が可能となる。
上述した銅ナノ粒子の低温還元焼結方法を用いて、基板上に銅配線パターンを形成することができる。
(1)還元剤を添加しない場合における銅ナノ粒子の焼結
インクジェット用銅ナノインクを用いて、インクジェット工程により基板上に配線パターンを形成した後、還元剤を使用せずに、空気中で加熱して焼結工程を行った。X線回折分析の結果、印刷された銅インクがすべて酸化して酸化銅(Cu2O)になったことが分かる(図1(a))。
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、水素ガスを還元雰囲気で提供し、基板を多様な温度で加熱して焼結工程を行った。250℃未満の温度では銅ナノ粒子の還元及び焼結は起こらなかった。250℃の温度で6時間以上加熱すると、銅ナノ粒子の焼結は起こったが、比抵抗を測定した結果、約10−5Ω・cmであって、非常に高い値を示した。
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、窒素をキャリアガスとして用い、液状のメタノール内でバブルを発生させ還元焼結炉内部に注入することにより、メタノールを還元雰囲気ガスとして提供し、多様な温度で焼結工程を行った。200℃の温度で還元が起こったが、相対的に長い焼結時間を要し、比抵抗も高かった。
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、窒素をキャリアガスとして用い、液状の酢酸内にバブルを発生させ還元焼結炉内部に注入することにより、酢酸を還元雰囲気ガスとして提供し、多様な温度で焼結工程を行った。200℃の温度で還元が起こったが、相対的に長い焼結時間を要し、比抵抗も高かった。また、酸成分による銅のエッチング及び配線のない部分での基板汚染が発生したことが分かった。
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、窒素をキャリアガスとして用い、液状のギ酸内にバブルを発生させ還元焼結炉内部に注入することにより、ギ酸を還元雰囲気ガスとして提供し、多様な温度で焼結工程を行った。約150℃以上の温度から酸化銅の還元が始まることが分かった。
(1)ギ酸とメタノールとの混合物を用いた銅ナノ粒子の還元焼結
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、窒素をキャリアガスとして用い、多様な重量比で混合したギ酸とメタノール内でバブルを発生させ還元焼結炉内部に注入することにより、ギ酸とメタノールとの混合物を還元雰囲気ガスとして提供し、多様な温度で焼結工程を行った。
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、窒素をキャリアガスとして用い、多様な重量比で混合したギ酸とエタノール内にバブルを発生させ還元焼結炉内部に注入することにより、ギ酸とエタノールとの混合物を還元雰囲気ガスとして提供し、多様な温度で焼結工程を行った。
上記比較例(1)に記載の方法で基板上に銅配線パターンを形成した後、窒素をキャリアガスとして用い、多様な重量比で混合したギ酸とエーテル内にバブルを発生させ還元焼結炉内部に注入することにより、ギ酸とヒドロキシ官能基を有するエーテルとの混合物を還元雰囲気ガスとして提供し、多様な温度で焼結工程を行った。
Claims (11)
- ギ酸または酢酸と、
炭素数1〜3のアルコールまたはエーテル
とを含む銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。 - 前記ギ酸または酢酸と、前記アルコールまたはエーテルとが、3:7〜8:2の重量比で含まれることを特徴とする請求項1に記載の銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。
- 前記ギ酸または酢酸と、前記アルコールまたはエーテルとが、6:4〜7:3の重量比で含まれることを特徴とする請求項1に記載の銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。
- 前記還元剤が、銅ナノ粒子の焼結過程中に還元雰囲気ガスとして提供されることを特徴とする請求項1に記載の銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。
- 前記アルコールが、メタノール、エタノール、及びイソプロピルアルコールから選択される化合物であることを特徴とする請求項1に記載の銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。
- 前記還元剤が、ギ酸とメタノールとを3:7〜8:2の重量比で含み、銅ナノ粒子の焼結過程中に還元雰囲気ガスとして提供されることを特徴とする請求項1に記載の銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。
- 前記還元剤が、ギ酸とメタノールとを6:4〜7:3の重量比で含み、銅ナノ粒子の焼結過程中に還元雰囲気ガスとして提供されることを特徴とする請求項1に記載の銅ナノ粒子の低温焼結のための還元剤。
- 請求項1乃至請求項7に記載の還元剤を銅ナノ粒子の還元剤として提供し、銅ナノ粒子を250℃未満の温度で加熱する工程を含む銅ナノ粒子の低温焼結方法。
- 前記還元剤が、銅ナノ粒子の焼結過程中に還元雰囲気ガスとして提供されることを特徴とする請求項8に記載の銅ナノ粒子の低温焼結方法。
- 前記還元雰囲気ガスの提供が、窒素をキャリアガスとして用いて液状の前記還元剤内にバブルを発生させ還元焼結炉の内部に注入することにより行われることを特徴とする請求項9に記載の銅ナノ粒子の低温焼結方法。
- 銅ナノ粒子分散液を用いて基板上に配線パターンを印刷する工程と、
請求項1乃至請求項7に記載の還元剤を銅ナノ粒子の還元剤として提供し、銅ナノ粒子を250℃未満の温度で加熱して焼結する工程
とを含む基板上に銅配線パターンを形成する方法。
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