JP2016079416A - Composition for copper film formation, and production method of copper film using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for copper film formation in a liquid state not containing a solid phase such as fine particles, capable of obtaining a copper film having sufficient conductivity, by being coated on a substrate and heated below 160°C.SOLUTION: A composition for copper film formation contains 0.1-3.0 mol/kg copper formate or its hydrate, and 0.01-18.0 mol/kg 4-aminopiperidine. After coating the composition for copper film formation on the substrate, the substrate coated with the composition for copper film is heated at 200°C or lower, to thereby form a copper film.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、種々の基体上に銅膜を形成するための銅膜形成用組成物、及びそれを用いた銅膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a copper film forming composition for forming a copper film on various substrates, and a method for producing a copper film using the composition.

銅を電気導体とする導電層や配線を、液体プロセスである塗布熱分解法(MOD法)や微粒子分散液塗布法によって形成する技術は、多数報告されている。   A number of techniques have been reported for forming a conductive layer or wiring using copper as an electrical conductor by a coating pyrolysis method (MOD method) or a fine particle dispersion coating method, which is a liquid process.

例えば、特許文献1〜4では、各種基体に水酸化銅又は有機酸銅と多価アルコールを必須成分とした混合液を塗布し、非酸化性雰囲気中で165℃以上の温度に加熱することを特徴とする一連の銅膜形成物品の製造方法が提案されている。そして、当該液体プロセスに使用する有機酸銅としてギ酸銅が開示されており、多価アルコールとして、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンが開示されている。   For example, in Patent Documents 1 to 4, applying a mixed liquid containing copper hydroxide or organic acid copper and a polyhydric alcohol as essential components to various substrates and heating to a temperature of 165 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. A series of characteristic methods for producing copper film-formed articles have been proposed. And copper formate is disclosed as an organic acid copper used in the liquid process, and diethanolamine and triethanolamine are disclosed as polyhydric alcohols.

特許文献5では、半田耐熱性に優れる金属膜を下地電極上に形成することができる、銀微粒子と銅の有機化合物を含有する金属ペーストについて提案されている。当該ペーストに使用される銅の有機化合物としてギ酸銅が開示されており、これと反応させてペースト化させるアミノ化合物として、ジエタノールアミンが開示されている。   Patent Document 5 proposes a metal paste containing silver fine particles and an organic compound of copper, which can form a metal film having excellent solder heat resistance on a base electrode. Copper formate is disclosed as an organic compound of copper used in the paste, and diethanolamine is disclosed as an amino compound that is reacted with the paste to form a paste.

特許文献6では、回路に用いる金属パターン形成用の金属塩混合物について提案されている。そして、当該混合物を構成する成分のうち、金属塩としてギ酸銅が開示されており、有機成分として、有機溶剤であるジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、モルホリンが開示されており、金属配位子として、ピリジンが開示されている。   In patent document 6, it proposes about the metal salt mixture for metal pattern formation used for a circuit. And among the components constituting the mixture, copper formate is disclosed as a metal salt, and as organic components, diethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, morpholine, which are organic solvents, are disclosed, Pyridine is disclosed as a ligand.

特許文献7では、エレクトロニクス用配線の形成などに有用な、印刷後に低温で熱分解可能なギ酸銅と、3−ジアルキルアミノプロパン−1,2−ジオール化合物とを含有する低温分解性の銅前駆体組成物が開示されている。   Patent Document 7 discloses a low-temperature-decomposable copper precursor containing copper formate that can be thermally decomposed at a low temperature after printing and a 3-dialkylaminopropane-1,2-diol compound, which is useful for the formation of wiring for electronics and the like. A composition is disclosed.

特許文献8では、先述した液体プロセスに有用なギ酸銅とアルカノールアミンを含有する銅薄膜形成用組成物が開示されている。そして、アルカノールアミンとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、及びトリエタノールアミンが例示されている。   Patent Document 8 discloses a copper thin film forming composition containing copper formate and alkanolamine useful for the liquid process described above. Examples of alkanolamines include monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine.

特開平1−168865号公報JP-A-1-168865 特開平1−168866号公報JP-A-1-168866 特開平1−168867号公報JP-A-1-168867 特開平1−168868号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-168868 特開2007−35353号公報JP 2007-35353 A 特開2008−205430号公報JP 2008-205430 A 特開2009−256218号公報JP 2009-256218 A 特開2010−242118号公報JP 2010-242118 A

銅膜形成用組成物を使用した液体プロセスにおいて微細な配線や膜を安価に製造するには、下記の要件を満足する組成物が提供されることが望まれる。すなわち、微粒子等の固相を含まない溶液タイプであること、導電性に優れた銅膜を与えること、低温で銅膜に転化できること、塗布性が良好であること、金属銅等の沈殿物の発生が無いこと、1回の塗布により得られる膜厚のコントロールが容易であること、が望まれている。特に、160℃未満で加熱することで導電性に優れた銅膜を形成できることが望まれている。しかしながら、これらの要求の全てを十分に満たす銅膜形成用組成物は、未だ知られていない。   In order to produce fine wirings and films at low cost in a liquid process using a composition for forming a copper film, it is desirable to provide a composition that satisfies the following requirements. That is, it is a solution type that does not contain a solid phase such as fine particles, gives a copper film excellent in conductivity, can be converted into a copper film at low temperature, has good coating properties, and precipitates such as metallic copper It is desired that there is no generation and that the film thickness obtained by one application can be easily controlled. In particular, it is desired that a copper film having excellent conductivity can be formed by heating at less than 160 ° C. However, a composition for forming a copper film that sufficiently satisfies all of these requirements is not yet known.

したがって、本発明の目的は、上記した要求の全てを十分に満たす銅膜形成用組成物を提供することにある。より具体的には、基体上に塗布し、160℃未満で加熱することで、十分な導電性を有する銅膜を得ることが可能な、微粒子等の固相を含まない溶液状の銅膜形成用組成物を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for forming a copper film that sufficiently satisfies all of the above requirements. More specifically, it is possible to obtain a copper film having sufficient conductivity by coating on a substrate and heating at less than 160 ° C. Forming a solution-like copper film containing no solid phase such as fine particles It is to provide a composition for use.

本発明者等は、上記の実情に鑑み検討を重ねた結果、ギ酸銅又はその水和物と、4−アミノピペリジンとを特定の割合で含有する銅膜形成用組成物が上記要求性能を満たすことを見出し、本発明に到達した。   As a result of repeated investigations in view of the above circumstances, the present inventors have found that a copper film-forming composition containing copper formate or a hydrate thereof and 4-aminopiperidine in a specific ratio satisfies the above required performance. The present invention has been found.

すなわち、本発明は、ギ酸銅又はその水和物0.1〜3.0モル/kgと、4−アミノピペリジン0.01〜18.0モル/kgと、を含有する銅膜形成用組成物を提供する。   That is, the present invention provides a copper film-forming composition comprising copper formate or a hydrate thereof 0.1 to 3.0 mol / kg and 4-aminopiperidine 0.01 to 18.0 mol / kg. I will provide a.

また、本発明は、上記の銅膜形成用組成物を基体上に塗布する工程と、前記銅膜形成用組成物が塗布された前記基体を200℃以下に加熱して銅膜を形成する工程と、を有する銅膜の製造方法を提供する。   The present invention also includes a step of applying the copper film forming composition on a substrate, and a step of heating the substrate coated with the copper film forming composition to 200 ° C. or lower to form a copper film. And a method for producing a copper film.

本発明によれば、基体上に塗布し、200℃以下の温度で加熱することで、十分な導電性を有する銅膜を得ることが可能な、微粒子等の固相を含まない溶液状の銅膜形成用組成物が提供される。   According to the present invention, a solution-like copper containing no solid phase such as fine particles, which can be applied on a substrate and heated at a temperature of 200 ° C. or less to obtain a copper film having sufficient conductivity. A film forming composition is provided.

本発明の銅膜形成用組成物の特徴の一つは、銅膜の前駆体(プレカーサ)としてギ酸銅を使用したことにある。本発明の銅膜形成用組成物に使用するギ酸銅は、無水和物でもよく、水和物でもよい。具体的には、無水ギ酸銅(II)、ギ酸銅(II)二水和物、ギ酸銅(II)四水和物などを用いることができる。これらのギ酸銅は、そのまま混合してもよく、水溶液、有機溶剤溶液、又は有機溶剤懸濁液として混合してもよい。   One of the features of the composition for forming a copper film of the present invention is that copper formate is used as a precursor (precursor) of the copper film. The copper formate used in the composition for forming a copper film of the present invention may be a hydrate or a hydrate. Specifically, anhydrous copper formate (II), copper formate (II) dihydrate, copper formate (II) tetrahydrate and the like can be used. These copper formates may be mixed as they are, or may be mixed as an aqueous solution, an organic solvent solution, or an organic solvent suspension.

本発明の銅膜形成用組成物中のギ酸銅の含有量は、製造しようとする銅膜の厚さに応じて適宜に調整すればよい。ギ酸銅の含有量は0.1〜3.0モル/kgであり、1.0〜2.5モル/kgであることが好ましい。ここで、本発明における「モル(mol)/kg」は、「溶液1kgに対して溶けている溶質の量(モル)」を表している。例えば、ギ酸銅(II)の分子量は153.58であるので、本発明の銅膜形成用組成物1kg中にギ酸銅が153.58g含有されている場合には1.0モル/kgとなる。   What is necessary is just to adjust suitably content of the copper formate in the composition for copper film formation of this invention according to the thickness of the copper film to manufacture. The content of copper formate is 0.1 to 3.0 mol / kg, preferably 1.0 to 2.5 mol / kg. Here, “mol (mol) / kg” in the present invention represents “amount (mol) of solute dissolved in 1 kg of solution”. For example, since the molecular weight of copper (II) formate is 153.58, when 153.58 g of copper formate is contained in 1 kg of the composition for forming a copper film of the present invention, it is 1.0 mol / kg. .

本発明の銅膜形成用組成物は、4−アミノピペリジンを必須成分として含有する。検討の結果、本発明者らは、4−アミノピペリジンがギ酸銅及びギ酸銅水和物の可溶化剤として作用することを見出した。また、4−アミノピペリジンとギ酸銅及びギ酸銅水和物を組み合わせて調製した銅膜形成用組成物は、200℃以下で焼成することで銅膜に転化させることができることを見出した。   The composition for forming a copper film of the present invention contains 4-aminopiperidine as an essential component. As a result of the study, the present inventors have found that 4-aminopiperidine acts as a solubilizer for copper formate and copper formate hydrate. Moreover, it discovered that the composition for copper film formation prepared by combining 4-aminopiperidine, copper formate, and copper formate hydrate can be converted into a copper film by baking at 200 degrees C or less.

本発明の銅膜形成用組成物中の4−アミノピペリジンの含有量は、0.01〜18.0モル/kgである。0.01モル/kgより少ないと、得られる銅膜の導電性が不十分となる。一方、18.0モル/kgを超えると塗布性が悪化し、均一な銅膜が得られなくなる。より好ましい範囲は、0.2〜5.0モル/kgである。さらに好ましい範囲は、0.5〜2.0モル/kgである。   The content of 4-aminopiperidine in the composition for forming a copper film of the present invention is 0.01 to 18.0 mol / kg. When the amount is less than 0.01 mol / kg, the conductivity of the obtained copper film becomes insufficient. On the other hand, when it exceeds 18.0 mol / kg, applicability deteriorates and a uniform copper film cannot be obtained. A more preferable range is 0.2 to 5.0 mol / kg. A more preferable range is 0.5 to 2.0 mol / kg.

本発明の銅膜形成用組成物は、ギ酸銅又はその水和物及び4−アミノピペリジンを必須成分として含有する。ただし、これらの必須成分以外の任意の成分を、本発明の効果を阻害しない範囲で含有してもよい。任意の成分としては、有機溶剤;得られる銅膜の膜厚を厚くするための添加剤;ゲル化防止剤、安定剤等の銅膜形成用組成物に安定性を付与するための添加剤;消泡剤、増粘剤、揺変剤、レベリング剤等の銅膜形成用組成物の塗布性を改善するための添加剤;燃焼助剤、架橋助剤等の成膜助剤が挙げられる。   The composition for forming a copper film of the present invention contains copper formate or a hydrate thereof and 4-aminopiperidine as essential components. However, you may contain arbitrary components other than these essential components in the range which does not inhibit the effect of this invention. Optional components include: an organic solvent; an additive for increasing the film thickness of the obtained copper film; an additive for imparting stability to the composition for forming a copper film, such as an anti-gelling agent and a stabilizer; Examples include additives for improving the coating property of the composition for forming a copper film such as an antifoaming agent, a thickener, a thixotropic agent, and a leveling agent; and film forming aids such as a combustion aid and a crosslinking aid.

上記有機溶剤は、上記のギ酸銅又はその水和物及び4−アミノピペリジンを安定に溶解することができれば、いずれのものでもよい。当該有機溶剤は、単一組成でも混合物でもよい。本発明の銅膜形成用組成物に使用することができる有機溶剤の例としては、アルコール系溶剤、ジオール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、脂肪族又は脂環族炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、シアノ基を有する炭化水素溶剤、その他の溶剤等が挙げられる。   The organic solvent may be any as long as it can stably dissolve the copper formate or the hydrate thereof and 4-aminopiperidine. The organic solvent may be a single composition or a mixture. Examples of organic solvents that can be used in the copper film forming composition of the present invention include alcohol solvents, diol solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, aliphatic or alicyclic hydrocarbons. Solvent, aromatic hydrocarbon solvent, hydrocarbon solvent having a cyano group, and other solvents.

アルコール系溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、第3ブタノール、ペンタノール、イソペンタノール、2−ペンタノール、ネオペンタノール、第3ペンタノール、ヘキサノール、2−ヘキサノール、ヘプタノール、2−ヘプタノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、2−オクタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、メチルシクロペンタノール、メチルシクロヘキサノール、メチルシクロヘプタノール、ベンジルアルコール、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−(N,N−ジメチルアミノ)エタノール、3−(N,N−ジメチルアミノ)プロパノール等が挙げられる。   Examples of alcohol solvents include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, isobutanol, 2-butanol, tertiary butanol, pentanol, isopentanol, 2-pentanol, neopentanol, and third pen. Tanol, hexanol, 2-hexanol, heptanol, 2-heptanol, octanol, 2-ethylhexanol, 2-octanol, cyclopentanol, cyclohexanol, cycloheptanol, methylcyclopentanol, methylcyclohexanol, methylcycloheptanol, Benzyl alcohol, ethylene glycol monoacetate, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol monobutyl ether Ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, 2- (2-methoxy Ethoxy) ethanol, 2- (N, N-dimethylamino) ethanol, 3- (N, N-dimethylamino) propanol and the like.

ジオール系溶剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、イソプレングリコール(3−メチル−1,3−ブタンジオール)、1,2−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−オクタンジオール、オクタンジオール(2−エチル−1,3−ヘキサンジオール)、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。   Examples of the diol solvent include ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, neopentyl glycol, and isoprene glycol (3 -Methyl-1,3-butanediol), 1,2-hexanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,2-octanediol, octanediol (2-ethyl- 1,3-hexanediol), 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol, 1,2-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanediol, Examples include 1,4-cyclohexanedimethanol.

ケトン系溶剤としては、例えば、アセトン、エチルメチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等が挙げられる。   Examples of the ketone solvent include acetone, ethyl methyl ketone, methyl butyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl butyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone.

エステル系溶剤としては、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸第2ブチル、酢酸第3ブチル、酢酸アミル、酢酸イソアミル、酢酸第3アミル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸第2ブチル、プロピオン酸第3ブチル、プロピオン酸アミル、プロピオン酸イソアミル、プロピオン酸第3アミル、プロピオン酸フェニル、2−エチルヘキサン酸メチル、2−エチルヘキサン酸エチル、2−エチルヘキサン酸プロピル、2−エチルヘキサン酸イソプロピル、2−エチルヘキサン酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、メトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸メチル、メトキシプロピオン酸エチル、エトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第2ブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノイソブチルエーテルアセテート、ブチレングリコールモノ第3ブチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、オキソブタン酸メチル、オキソブタン酸エチル、γ−ラクトン、δ−ラクトン等が挙げられる。   Examples of the ester solvent include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, sec-butyl acetate, sec-butyl acetate, amyl acetate, isoamyl acetate, triamyl acetate, Phenyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, isopropyl propionate, butyl propionate, isobutyl propionate, butyl propionate, tert-butyl propionate, amyl propionate, isoamyl propionate, 3 amyl propionate, propionate Acid phenyl, methyl 2-ethylhexanoate, ethyl 2-ethylhexanoate, propyl 2-ethylhexanoate, isopropyl 2-ethylhexanoate, butyl 2-ethylhexanoate, methyl lactate, ethyl lactate, methyl methoxypropionate, ethyl Methyl xylpropionate, ethyl methoxypropionate, ethyl ethoxypropionate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monopropyl ether acetate, ethylene glycol monoisopropyl ether acetate, ethylene glycol mono Butyl ether acetate, ethylene glycol mono secondary butyl ether acetate, ethylene glycol mono isobutyl ether acetate, ethylene glycol mono tertiary butyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monopropylene Ether acetate, propylene glycol monoisopropyl ether acetate, propylene glycol monobutyl ether acetate, propylene glycol mono sec-butyl ether acetate, propylene glycol monoisobutyl ether acetate, propylene glycol mono-tert-butyl ether acetate, butylene glycol monomethyl ether acetate, butylene glycol monoethyl ether Acetate, Butylene glycol monopropyl ether acetate, Butylene glycol monoisopropyl ether acetate, Butylene glycol monobutyl ether acetate, Butylene glycol mono sec-butyl ether acetate, Butylene glycol monoisobutyl ether acetate, Butylene glycol mono tertiary Examples include butyl ether acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, methyl oxobutanoate, ethyl oxobutanoate, γ-lactone, and δ-lactone.

エーテル系溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、モルホリン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジエチルエーテル、ジオキサン等が挙げられる。   Examples of the ether solvent include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, morpholine, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether, diethyl ether, dioxane, and the like.

脂肪族又は脂環族炭化水素系溶剤としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカリン、ソルベントナフサ等が挙げられる。   Examples of the aliphatic or alicyclic hydrocarbon solvent include pentane, hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, decalin, and solvent naphtha.

芳香族炭化水素系溶剤としては、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メシチレン、ジエチルベンゼン、クメン、イソブチルベンゼン、シメン、テトラリンが挙げられる。   Examples of the aromatic hydrocarbon solvent include benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, mesitylene, diethylbenzene, cumene, isobutylbenzene, cymene, and tetralin.

シアノ基を有する炭化水素溶剤としては、1−シアノプロパン、1−シアノブタン、1−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、1,3−ジシアノプロパン、1,4−ジシアノブタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,4−ジシアノシクロヘキサン、1,4−ジシアノベンゼン等が挙げられる。   Examples of the hydrocarbon solvent having a cyano group include 1-cyanopropane, 1-cyanobutane, 1-cyanohexane, cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, 1,6-dicyanohexane. 1,4-dicyanocyclohexane, 1,4-dicyanobenzene and the like.

その他の溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドが挙げられる。   Examples of other solvents include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, and dimethylformamide.

本発明においては、上記の有機溶剤のなかでも、アルコール系溶剤、ジオール系溶剤、及びエステル系溶剤が安価であり、しかも溶質に対する十分な溶解性を示し、さらに、シリコン基体、金属基体、セラミックス基体、ガラス基体、樹脂基体等の様々な基体に対する塗布溶媒として良好な塗布性を示すので、好ましい。なかでも、アルコール系溶剤が、溶質に対する溶解性が高く、特に好ましい。   In the present invention, among the above organic solvents, alcohol-based solvents, diol-based solvents, and ester-based solvents are inexpensive and exhibit sufficient solubility in solutes, and further include silicon substrates, metal substrates, and ceramic substrates. It is preferable because it exhibits good coating properties as a coating solvent for various substrates such as glass substrates and resin substrates. Of these, alcohol solvents are particularly preferred because of their high solubility in solutes.

本発明の銅膜形成用組成物中の上記の有機溶剤の含有量は、特に限定されるものではなく、形成しようとする銅膜の厚さや、銅膜の製造方法に応じて適宜調節すればよい。例えば、塗布法によって銅膜を製造する場合には、ギ酸銅(ギ酸銅水和物の場合であってもギ酸銅で換算、以下同様)100質量部に対して、有機溶剤を0.01質量部〜5,000質量部使用することが好ましい。有機溶剤の量が0.01質量部より少ないと、得られる銅膜にクラックが発生する、或いは塗布性が悪化する等の不具合が生ずる場合がある。また、有機溶剤の割合が増すほど得られる銅膜が薄くなるので、生産性の面から5,000質量部を超えないことが好ましい。より具体的には、スピンコート法によって銅膜を製造する場合には、ギ酸銅100質量部に対して、有機溶剤を20質量部〜1,000質量部使用することが好ましい。また、スクリーン印刷法によって銅膜を製造する場合には、ギ酸銅100質量部に対して、有機溶剤を0.01質量部〜20質量部使用することが好ましい。   Content of said organic solvent in the composition for copper film formation of this invention is not specifically limited, If it adjusts suitably according to the thickness of the copper film to form and the manufacturing method of a copper film Good. For example, when a copper film is produced by a coating method, 0.01 mass of the organic solvent is used with respect to 100 mass parts of copper formate (even in the case of copper formate hydrate, converted to copper formate, the same shall apply hereinafter). It is preferable to use parts to 5,000 parts by mass. When the amount of the organic solvent is less than 0.01 parts by mass, there may be a problem that the resulting copper film is cracked or has poor applicability. Moreover, since the copper film obtained becomes thin, so that the ratio of an organic solvent increases, it is preferable not to exceed 5,000 mass parts from the surface of productivity. More specifically, when producing a copper film by a spin coat method, it is preferable to use 20 mass parts-1,000 mass parts of organic solvents with respect to 100 mass parts of copper formate. Moreover, when manufacturing a copper film by a screen printing method, it is preferable to use 0.01 mass part-20 mass parts of organic solvents with respect to 100 mass parts of copper formate.

得られる銅膜の膜厚を厚くするための添加剤としては、例えば酢酸銅又はその水和物を使用することができる。このような添加剤を添加することにより、銅膜形成用組成物中の銅濃度を濃くすることができ、膜厚の厚い銅膜を得ることができる。例えば、当該添加剤として酢酸銅又はその水和物を使用する場合における、酢酸銅又はその水和物の含有量は、特に限定されるものではなく、形成しようとする銅膜の厚さに応じて適宜に調整すればよい。ギ酸銅又はその水和物と、酢酸銅又はその水和物との濃度比率は、特に限定されるものではないが、銅膜形成用組成物中のすべての銅の40質量%以上がギ酸銅の添加によるものであることが好ましい。酢酸銅又はその水和物の含有量は、ギ酸銅又はその水和物を1モル/kgとした場合に、0.1〜2.0モル/kgの範囲であることが好ましく、0.5〜1.5モル/kgの範囲であることがさらに好ましい。また、ギ酸銅と酢酸銅の濃度(モル/kg)の比が、約1:1であることが、電気特性に優れた銅膜が得られるため、特に好ましい。   As an additive for increasing the film thickness of the obtained copper film, for example, copper acetate or a hydrate thereof can be used. By adding such an additive, the copper concentration in the composition for forming a copper film can be increased, and a thick copper film can be obtained. For example, when copper acetate or a hydrate thereof is used as the additive, the content of copper acetate or the hydrate is not particularly limited, and depends on the thickness of the copper film to be formed. And adjust as appropriate. The concentration ratio of copper formate or hydrate thereof and copper acetate or hydrate thereof is not particularly limited, but 40% by mass or more of all copper in the copper film forming composition is copper formate. It is preferable to be due to the addition of. The content of copper acetate or hydrate thereof is preferably in the range of 0.1 to 2.0 mol / kg when copper formate or hydrate thereof is 1 mol / kg. More preferably, it is in the range of -1.5 mol / kg. Moreover, it is especially preferable that the ratio of the concentration (mol / kg) of copper formate and copper acetate is about 1: 1 because a copper film having excellent electrical characteristics can be obtained.

銅膜形成用組成物に安定性を付与するための添加剤としては、ピペリジン、1−アミノピペリジン、N−エチルピペリジン、N−メチルピペリジン、2−メチルピペリジン、3−メチルピペリジン、4−メチルピペリジン、2,6−ジメチルピペリジン、3,5−ジメチルピペリジン等に代表される4−アミノピペリジン以外の含窒素複素環化合物;ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、N−アミノプロピルジエタノールアミンに代表されるアルカノールアミン;3−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオールに代表される1つ以上のアミノ基を有するジオール化合物が挙げられる。N−メチルジエタノールアミンを安定剤として添加した場合は、金属銅等の沈殿物の発生を抑制する効果が高くなることから特に好ましい。   As additives for imparting stability to the composition for forming a copper film, piperidine, 1-aminopiperidine, N-ethylpiperidine, N-methylpiperidine, 2-methylpiperidine, 3-methylpiperidine, 4-methylpiperidine Nitrogen-containing heterocyclic compounds other than 4-aminopiperidine represented by 2,6-dimethylpiperidine, 3,5-dimethylpiperidine, etc .; represented by diethanolamine, N-methyldiethanolamine, N-ethyldiethanolamine, N-aminopropyldiethanolamine And diol compounds having one or more amino groups represented by 3-dimethylamino-1,2-propanediol. The addition of N-methyldiethanolamine as a stabilizer is particularly preferable because the effect of suppressing the generation of precipitates such as metallic copper is enhanced.

次に、本発明の銅膜の製造方法について説明する。本発明の銅膜の製造方法は、これまでに説明した本発明の銅膜形成用組成物を基体上に塗布する工程(塗布工程)と、銅膜形成用組成物が塗布された基体を200℃以下に加熱して銅膜を形成する工程(成膜工程)とを有する。必要に応じて成膜工程の前に、基体を50℃以上100℃未満に保持し、有機溶剤等の低沸点成分を揮発させる乾燥工程をさらに有してもよい。また、成膜工程の後に、基体を100℃以上200℃以下に保持して銅膜の導電性を向上させるアニール工程をさらに有してもよい。   Next, the manufacturing method of the copper film of this invention is demonstrated. The method for producing a copper film of the present invention comprises a step of applying the composition for forming a copper film of the present invention described above on a substrate (coating step), and a substrate coated with the composition for forming a copper film in 200 steps. And a step (film formation step) of forming a copper film by heating to a temperature not higher than ° C. Before the film forming step, if necessary, the substrate may be kept at 50 ° C. or higher and lower than 100 ° C. to further dry the low boiling point component such as an organic solvent. Moreover, you may further have the annealing process which hold | maintains a base | substrate at 100 degreeC or more and 200 degrees C or less, and improves the electroconductivity of a copper film after a film-forming process.

成膜工程において、銅膜形成用組成物が塗布された基体を加熱する温度が160℃未満であっても、十分な導電性を有する銅膜を製造することができる。160℃未満で加熱する場合は、少ないエネルギーで銅膜を製造することができるので、コスト面で優位である。また、銅膜形成用組成物が塗布された基体を加熱する温度が120℃以下であっても、十分な導電性を有する銅膜を製造することができる。120℃以下で加熱する場合は、より少ないエネルギーで銅膜を製造することができる。さらに、基体としてポリエチレンテレフタラート樹脂等に代表される樹脂製の基体を用いた場合であっても、基体を劣化させることなく銅膜を形成することができるために好ましい。   Even if the temperature at which the substrate coated with the composition for forming a copper film is heated in the film forming step is less than 160 ° C., a copper film having sufficient conductivity can be produced. When heating at less than 160 ° C., the copper film can be produced with less energy, which is advantageous in terms of cost. Moreover, even if the temperature which heats the base | substrate with which the composition for copper film formation was applied is 120 degrees C or less, the copper film which has sufficient electroconductivity can be manufactured. When heating at 120 ° C. or lower, a copper film can be produced with less energy. Furthermore, even when a resin substrate represented by polyethylene terephthalate resin or the like is used as the substrate, it is preferable because a copper film can be formed without degrading the substrate.

上記の塗布工程における塗布方法としては、スピンコート法、ディップ法、スプレーコート法、ミストコート法、フローコート法、カーテンコート法、ロールコート法、ナイフコート法、バーコート法、スリットコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、刷毛塗り等が挙げられる。   As the coating method in the above coating process, spin coating method, dip method, spray coating method, mist coating method, flow coating method, curtain coating method, roll coating method, knife coating method, bar coating method, slit coating method, screen Examples thereof include a printing method, a gravure printing method, an offset printing method, an ink jet method, and a brush coating.

また、必要な膜厚を得るために、上記の塗布工程から任意の工程までを複数繰り返すことができる。例えば、塗布工程から成膜工程の全ての工程を複数回繰り返してもよく、塗布工程と乾燥工程を複数回繰り返してもよい。   Moreover, in order to obtain a required film thickness, a plurality of steps from the above coating step to an arbitrary step can be repeated. For example, all the steps from the coating step to the film forming step may be repeated a plurality of times, or the coating step and the drying step may be repeated a plurality of times.

本発明の銅膜の製造方法で用いることができる基体としては、例えば、樹脂、紙、金属、ガラス等を挙げることができる。より具体的には、低密度ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、ABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)、アクリル樹脂、スチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート)、ポリアセタール樹脂、セルロース誘導体等の樹脂基材;非塗工印刷用紙、微塗工印刷用紙、塗工印刷用紙(アート紙、コート紙)、特殊印刷用紙、コピー用紙(PPC用紙)、未晒包装紙(重袋用両更クラフト紙、両更クラフト紙)、晒包装紙(晒クラフト紙、純白ロール紙)、コートボール、チップボール段ボール等の紙基材;銅板、鉄板、アルミ板等の金属基材;ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、石英ガラス等のガラス基材;アルミナ;サファイア;ジルコニア;チタニア;酸化イットリウム;ITO(インジウム錫オキサイド)等を挙げることができる。   Examples of the substrate that can be used in the method for producing a copper film of the present invention include resin, paper, metal, and glass. More specifically, low density polyethylene resin, high density polyethylene resin, ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), acrylic resin, styrene resin, vinyl chloride resin, polyester resin (polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, Resin base materials such as polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate), polyacetal resin, cellulose derivatives; uncoated printing paper, finely coated printing paper, coated printing paper (art paper, coated paper), special Printing paper, copy paper (PPC paper), unbleached wrapping paper (both kraft paper for heavy bags, both kraft paper), bleached wrapping paper (bleached kraft paper, pure white roll paper), coated balls, chipboard cardboard, etc. Paper base material; Metal base material such as copper plate, iron plate, aluminum plate; Soda Las, borosilicate glass, silica glass, glass substrate such as quartz glass, alumina, sapphire, zirconia, titania, yttrium oxide, ITO (indium tin oxide) and the like.

上記の乾燥工程、成膜工程、及びアニール工程の雰囲気は、通常、還元性ガス雰囲気と不活性ガス雰囲気のいずれかである。還元性ガス雰囲気のほうが、より導電性に優れた銅膜を得ることができる。還元性ガスとしては水素が挙げられ、不活性ガスとしては、ヘリウム、窒素、及びアルゴンが挙げられる。不活性ガスは、還元性ガスの希釈ガスとして使用してもよい。また、各工程においてプラズマ;レーザー;キセノンランプ、水銀ランプ、水銀キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ、アルゴンフラッシュランプ、重水素ランプ等の放電ランプ;各種放射線等の熱以外のエネルギーを印加又は照射してもよい。   The atmosphere of the drying step, the film forming step, and the annealing step is usually either a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere. A reducing gas atmosphere can provide a copper film with more excellent conductivity. The reducing gas includes hydrogen, and the inert gas includes helium, nitrogen, and argon. The inert gas may be used as a diluent gas for the reducing gas. In each step, plasma; laser; discharge lamp such as xenon lamp, mercury lamp, mercury xenon lamp, xenon flash lamp, argon flash lamp, deuterium lamp, etc .; Good.

本発明の銅膜の製造方法によって形成された銅膜は、タッチパネルや液晶表示素子や有機EL素子等に代表される電子機器の配線又は電極として利用することができる。例えば、本発明の銅膜の製造方法によって形成された銅膜を引き出し配線として用いたタッチパネルを構成することで、そのようなタッチパネルを備えた液晶表示素子や有機EL素子等の電子機器を提供することができる。   The copper film formed by the copper film manufacturing method of the present invention can be used as a wiring or an electrode of an electronic device represented by a touch panel, a liquid crystal display element, an organic EL element, or the like. For example, an electronic device such as a liquid crystal display element or an organic EL element having such a touch panel is provided by configuring a touch panel using the copper film formed by the copper film manufacturing method of the present invention as a lead wiring. be able to.

以下、実施例をもって本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例等によって何ら制限を受けるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

<銅膜形成用組成物>
[実施例1〜7]
表1に記載の化合物をそれぞれカッコ内の数値の濃度(mol/kg、質量%)となるように配合して銅膜形成用組成物1〜7を得た。なお、表1に記載した各化合物の濃度は、製造した銅膜形成用組成物1kg中の量である(以下、同様)。なお、残分は全てエタノールとした。
<Composition for forming copper film>
[Examples 1-7]
The compounds shown in Table 1 were blended so as to have numerical values in parentheses (mol / kg, mass%) to obtain compositions 1 to 7 for forming a copper film. In addition, the density | concentration of each compound described in Table 1 is the quantity in 1 kg of the manufactured composition for copper film formation (hereinafter, the same). The remainder was ethanol.

Figure 2016079416
Figure 2016079416

[比較例1〜4]
表2に記載の化合物をそれぞれカッコ内の数値の濃度(mol/kg、質量%)となるように配合して比較組成物1〜4を得た。なお、残分は全てエタノールとした。
[Comparative Examples 1-4]
Comparative compounds 1 to 4 were obtained by blending the compounds shown in Table 2 so as to obtain the concentration (mol / kg, mass%) in parentheses. The remainder was ethanol.

Figure 2016079416
Figure 2016079416

<銅膜の製造>
[実施例8〜21]
銅膜形成用組成物1〜7をそれぞれ使用し、塗布法により銅薄膜を製造した。具体的には、まず、各銅膜形成用組成物を表3に記載の各種基板上にキャストした。その後、500rpmで5秒及び2,000rpmで20秒の条件にてスピンコート法によって各銅膜形成用組成物を塗布した。次いで、ホットプレートを用いて大気中、100℃で30秒間乾燥した。乾燥後の基板を、赤外線加熱炉(RTP−6(商品名):アルバック理工社製)を用いてアルゴン雰囲気下、表3に記載の所定の温度で20分間加熱(本焼成工程)し、銅薄膜を得た。なお、本焼成工程時のアルゴンのフロー条件は300mL/minとし、昇温速度は本焼成温度が100℃である場合は100℃/30秒とし、120℃である場合は120℃/30秒とし、150℃である場合は150℃/30秒とした。
なお、ガラス基板には、液晶画面用のガラス基板(Eagle XG(商品名):コーニング社製)を用いた。また、PET基板には、コスモシャインA4100(商品名)(東洋紡社製、フィルム厚100μm)を用いた。
<Manufacture of copper film>
[Examples 8 to 21]
A copper thin film was produced by a coating method using compositions 1 to 7 for forming a copper film. Specifically, first, each copper film forming composition was cast on various substrates described in Table 3. Then, each copper film formation composition was apply | coated by the spin coat method on the conditions of 500 second for 5 seconds, and 2,000 rpm for 20 seconds. Subsequently, it dried in air | atmosphere for 30 second at 100 degreeC using the hotplate. The substrate after drying was heated (main firing step) for 20 minutes at a predetermined temperature shown in Table 3 under an argon atmosphere using an infrared heating furnace (RTP-6 (trade name): ULVAC-RIKO). A thin film was obtained. The argon flow conditions during the main baking step are 300 mL / min, and the rate of temperature increase is 100 ° C./30 seconds when the main baking temperature is 100 ° C. and 120 ° C./30 seconds when the main baking temperature is 120 ° C. When it was 150 ° C., it was set to 150 ° C./30 seconds.
In addition, the glass substrate (Eagle XG (brand name): Corning company make) for liquid crystal screens was used for the glass substrate. Moreover, Cosmo Shine A4100 (trade name) (manufactured by Toyobo Co., Ltd., film thickness: 100 μm) was used for the PET substrate.

[比較例5〜8]
比較組成物1〜4をそれぞれ使用し、塗布法により銅薄膜を製造した。具体的には、まず、各銅膜形成用組成物をPET基板(コスモシャインA4100(商品名):東洋紡社製、フィルム厚100μm)上にキャストした。その後、500rpmで5秒及び2,000rpmで20秒の条件にてスピンコート法によって各銅膜形成用組成物を塗布した。次いで、ホットプレートを用いて大気中、100℃で30秒間乾燥した。乾燥後の基板を、赤外線加熱炉(RTP−6(商品名):アルバック理工社製)を用いてアルゴン雰囲気下、表3に記載の所定の温度で20分間加熱(本焼成工程)し、銅薄膜を得た。なお、本焼成工程時のアルゴンのフロー条件は300mL/minとし、昇温速度は120℃/30秒とした。
[Comparative Examples 5 to 8]
Comparative compositions 1 to 4 were used, respectively, and copper thin films were produced by a coating method. Specifically, first, each copper film forming composition was cast on a PET substrate (Cosmo Shine A4100 (trade name): manufactured by Toyobo Co., Ltd., film thickness: 100 μm). Then, each copper film formation composition was apply | coated by the spin coat method on the conditions of 500 second for 5 seconds, and 2,000 rpm for 20 seconds. Subsequently, it dried in air | atmosphere for 30 second at 100 degreeC using the hotplate. The substrate after drying was heated (main firing step) for 20 minutes at a predetermined temperature shown in Table 3 under an argon atmosphere using an infrared heating furnace (RTP-6 (trade name): ULVAC-RIKO). A thin film was obtained. In addition, the flow conditions of argon at the time of this baking process were 300 mL / min, and the temperature increase rate was 120 degreeC / 30 second.

<評価>
[比抵抗の測定]
抵抗率計(ロレスタGP(商品名):三菱化学アナリテック社製)を使用し、実施例8〜21及び比較例5〜8で製造した基板上に形成した各銅薄膜の比抵抗を測定した。測定した比抵抗の値を表3に示す。
<Evaluation>
[Measurement of resistivity]
Using a resistivity meter (Loresta GP (trade name): manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), the specific resistance of each copper thin film formed on the substrates manufactured in Examples 8 to 21 and Comparative Examples 5 to 8 was measured. . Table 3 shows the measured specific resistance values.

Figure 2016079416
Figure 2016079416

表3に示すように、比較例5〜8では120℃で焼成したが、導電性を示す銅薄膜を形成することができなかった。これに対して、実施例8〜21では、150℃又は150℃未満の温度で焼成しても電気特性の良好な銅薄膜が形成されたことが確認できた。なかでも、実施例9、10、12、13、15、及び17〜21では、120℃以下の温度で焼成しても電気特性の良好な銅薄膜が形成されたことが確認できた。以上より、実施例1〜7の銅膜形成用組成物を用いれば、160℃未満の低温で焼成した場合であっても電気特性の良好な銅膜を形成可能であることが確認された。   As shown in Table 3, in Comparative Examples 5-8, although it baked at 120 degreeC, the copper thin film which shows electroconductivity was not able to be formed. On the other hand, in Examples 8 to 21, it was confirmed that a copper thin film having good electrical characteristics was formed even when baked at a temperature of 150 ° C. or less than 150 ° C. In particular, in Examples 9, 10, 12, 13, 15, and 17 to 21, it was confirmed that a copper thin film having good electrical characteristics was formed even when baked at a temperature of 120 ° C. or lower. From the above, it was confirmed that if the copper film forming compositions of Examples 1 to 7 were used, it was possible to form a copper film with good electrical characteristics even when fired at a low temperature of less than 160 ° C.

Claims (2)

ギ酸銅又はその水和物0.1〜3.0モル/kgと、
4−アミノピペリジン0.01〜18.0モル/kgと、を含有する銅膜形成用組成物。
Copper formate or its hydrate 0.1-3.0 mol / kg,
The composition for copper film formation containing 4-amino piperidine 0.01-18.0 mol / kg.
請求項1に記載の銅膜形成用組成物を基体上に塗布する工程と、
前記銅膜形成用組成物が塗布された前記基体を200℃以下に加熱して銅膜を形成する工程と、を有する銅膜の製造方法。
Applying the composition for forming a copper film according to claim 1 on a substrate;
A step of heating the substrate coated with the composition for forming a copper film to 200 ° C. or less to form a copper film.
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