JP2022003170A - Composition for forming metal film and method of forming metal film - Google Patents

Composition for forming metal film and method of forming metal film Download PDF

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Abstract

To provide a composition for forming a metal film capable of forming a metal film having an excellent adhesion to a substrate, and a method of forming the metal film.SOLUTION: A composition for forming a metal film includes a metal complex that is exemplary expressed by a structural formula below, a counter anion of the metal complex, and a solvent of the metal complex, the counter anion of the metal complex including a same metal atom as that included in the metal complex. (M3 represents Cu, Ni, Mn, or Co in the equation.)SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、金属膜形成用組成物および金属膜形成方法に関する。 The present disclosure relates to a composition for forming a metal film and a method for forming a metal film.

電気伝導性および熱伝導性に優れる金属膜、或いは金属酸化物膜は種々の用途に使用される。金属膜等は厚みを薄くすることにより光透過性を有する膜とすることができる。
例えば、電気伝導性が高く、抗菌性を有する銅膜は、基材表面における導電層、電磁波シールド、抗菌性部材等の形成に有用である。また、金属膜は熱伝導性が良好であり、例えば、照明設備等に使用することで放熱部材としての機能を発現させることができる。
金属膜或いは金属酸化物膜、特にミクロンオーダー或いはナノオーダーの厚みの金属薄膜は、気相法で形成されることが一般的である。しかしながら、スパッタリング等の気相法は、製膜に大がかりな装置を使用することから、湿式法による金属膜の形成方法が各種検討されている。
一般に用いられる湿式法による金属膜の形成方法としては、電解メッキ法、無電解メッキ法等が挙げられ、いずれの方法によっても、ミクロンオーダーの厚みの金属膜を形成することができる。
A metal film or a metal oxide film having excellent electrical conductivity and thermal conductivity is used for various purposes. The metal film or the like can be made into a film having light transmission by reducing the thickness.
For example, a copper film having high electrical conductivity and antibacterial properties is useful for forming a conductive layer, an electromagnetic wave shield, an antibacterial member, and the like on the surface of a base material. Further, the metal film has good thermal conductivity, and can be used as a heat radiating member, for example, in lighting equipment or the like.
A metal film or a metal oxide film, particularly a metal thin film having a thickness of micron order or nano order, is generally formed by a vapor phase method. However, since a gas phase method such as sputtering uses a large-scale device for film formation, various methods for forming a metal film by a wet method have been studied.
Examples of the commonly used wet method for forming a metal film include an electrolytic plating method, an electroless plating method, and the like, and any of these methods can form a metal film having a thickness on the order of microns.

しかし、電解メッキ法では、基材を電極として用いて金属膜を形成することから、基材の電気伝導性が不可欠であり、ガラス基板等の無機材料の基材には適用し難い。
無電解メッキ法によれば、無機材料の基材上に金属膜を析出させることができるが、無電解メッキ液は、金属材料に加えて、還元剤、触媒等を含む。無電解メッキ液に触媒として含まれる塩化パラジウム、塩化スズ等は、形成された金属膜に混在すると、金属膜の劣化、あるいは変性を引き起こすことがある。
However, in the electrolytic plating method, since a metal film is formed by using a base material as an electrode, the electric conductivity of the base material is indispensable, and it is difficult to apply it to a base material of an inorganic material such as a glass substrate.
According to the electroless plating method, a metal film can be deposited on a base material of an inorganic material, but the electroless plating solution contains a reducing agent, a catalyst and the like in addition to the metal material. Palladium chloride, tin chloride, etc. contained as a catalyst in the electroless plating solution may cause deterioration or modification of the metal film when mixed with the formed metal film.

金属膜形成の他の方法としては、金属ナノ粒子を含有する金属ナノ粒子ペーストを用いる方法が知られている。しかしながら、金属ナノ粒子ペーストを用いて形成された金属膜は、粒子間に空隙が存在するため基材との接着力が不十分である、粒子間の空隙に起因して所望の体積抵抗率が達成できない、等の問題が生じることがある。 As another method for forming a metal film, a method using a metal nanoparticle paste containing metal nanoparticles is known. However, the metal film formed by using the metal nanoparticle paste has insufficient adhesive force with the substrate due to the presence of voids between the particles, and has a desired volumetric resistance due to the voids between the particles. Problems such as unachievable may occur.

基材上に金属薄膜を形成する方法として、銅元素にヒドロキシル基が結合したアモルファス化合物と有機溶媒を含むゲルを用いて金属膜を形成する方法が提案されている(例えば、特開2015−158007号公報参照)。
また、炭素アニオンで金属に結合する有機基と、ルイス塩基性官能基、硝酸イオン、亜硝酸イオン、ハロゲン化物イオンまたは水酸化物イオンとを含む金属錯体の溶液を用いて、金属酸化物または金属硫化物を含む薄膜を容易に製造しうる技術が提案されている(例えば、特開2015−151358号公報参照)。
As a method for forming a metal thin film on a substrate, a method for forming a metal film using a gel containing an amorphous compound in which a hydroxyl group is bonded to a copper element and an organic solvent has been proposed (for example, JP-A-2015-158007). See Gazette).
Also, using a solution of a metal complex containing an organic group bonded to a metal with a carbon anion and a Lewis basic functional group, a nitrate ion, a nitrite ion, a halide ion or a hydroxide ion, a metal oxide or a metal is used. A technique capable of easily producing a thin film containing a sulfide has been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-151358).

しかしながら、特開2015−158007号公報に記載の技術では、金属イオンを含む電解反応溶液を、金属イオンに配位する配位子の存在下で、特定のpH範囲として金属微粒子の前駆物質であるアモルファス化合物を析出させ、得られたアモルファス化合物を単独にて回収し、さらに有機溶媒を加えてアモルファス化合物ゲルを調整するなど、工程が煩雑である。さらに、アモルファス化合物ゲルの製膜は、加熱、光照射などを特定の条件下で行う必要があり、汎用性に乏しい。
また、特開2015−151358号公報に記載の技術は、半導体薄膜の形成と、その応用技術に限定され、使用しうる金属としては、インジウム、ガリウムが開示されるのみであり、電気電導性、熱電導性を有する金属膜、或いは金属酸化物膜の形成については全く考慮されていない。
However, in the technique described in JP-A-2015-158007, an electrolytic reaction solution containing a metal ion is a precursor of metal fine particles in a specific pH range in the presence of a ligand that coordinates the metal ion. The process is complicated, such as precipitating an amorphous compound, recovering the obtained amorphous compound alone, and further adding an organic solvent to prepare an amorphous compound gel. Further, the film formation of the amorphous compound gel needs to be performed under specific conditions such as heating and light irradiation, and is not versatile.
Further, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-151358 is limited to the formation of a semiconductor thin film and its application technique, and only indium and gallium are disclosed as possible metals, and electric conductivity is described. No consideration is given to the formation of a thermoconducting metal film or metal oxide film.

一般に、大規模集積回路(LSI)を作製するに際して、半導体を用いた回路の作製に用いる材料、或いは回路の形成方法は種々検討されている。しかし、電気伝導性および熱伝導性を有する銅等の金属を用いた、微細な回路の作製に用いることができ、種々の基材との密着性が良好な金属膜および金属酸化物膜を形成しうる材料については、未だ実用上満足できる性能を有する材料が得られていないのが現状である。 In general, when manufacturing a large-scale integrated circuit (LSI), various materials used for manufacturing a circuit using a semiconductor or a method for forming a circuit have been studied. However, it can be used to fabricate fine circuits using metals such as copper that have electrical and thermal conductivity, and form metal films and metal oxide films that have good adhesion to various substrates. As for the materials that can be used, the current situation is that materials having practically satisfactory performance have not been obtained.

本発明の一実施形態の課題は、基材との密着性に優れた金属膜を簡易に形成しうる金属膜形成用組成物を提供することにある。
本発明の別の実施形態の課題は、基材との密着性に優れた金属膜を簡易に形成しうる金属膜形成方法を提供することにある。
An object of the embodiment of the present invention is to provide a metal film forming composition capable of easily forming a metal film having excellent adhesion to a substrate.
An object of another embodiment of the present invention is to provide a metal film forming method capable of easily forming a metal film having excellent adhesion to a substrate.

本発明者らは鋭意検討の結果、カチオン性の金属錯体を含む金属膜形成用組成物により、上記課題を解決しうることを見出した。
本開示は、以下の実施形態を含む。
<1> 下記一般式(1)、一般式(2)または一般式(3)で表される金属錯体と、前記金属錯体の対アニオンと、前記金属錯体の溶剤とを含む金属膜形成用組成物。
As a result of diligent studies, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by a composition for forming a metal film containing a cationic metal complex.
The disclosure includes the following embodiments:
<1> A composition for forming a metal film containing a metal complex represented by the following general formula (1), general formula (2) or general formula (3), a counter anion of the metal complex, and a solvent of the metal complex. thing.

Figure 2022003170
Figure 2022003170


前記一般式(1)中、Mは、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。L11およびL12は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。1nおよび1mは、それぞれ独立に0〜8の整数を表し、1n+1mは、4〜8の範囲であり、Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。
前記一般式(2)中、Mは、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。L21およびL22は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。2nおよび2mは、それぞれ独立に0〜4の整数を表し、2n+2mは、2〜4の範囲であり、Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。
前記一般式(3)中、Mは、Cu、Ni、Mn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。L31およびL32は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。3nおよび3mは、それぞれ独立に0〜8の整数を表し、3n+3mは、2〜8の範囲であり、Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。
In the general formula (1), M 1 represents a metal atom selected from the group consisting of Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co. L 11 and L 12 independently represent an NH 3 ligand, an R 1 NH 2 ligand, an OH 2 ligand, or a diamine-derived ligand, and R 1 represents an alkylene group. 1n and 1m each independently represent an integer of 0 to 8, 1n + 1m is in the range of 4-8, an integer determined according to the valence of the metal atom represented by M 1.
In the general formula (2), M 2 represents a metal atom selected from the group consisting of Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co. L 21 and L 22 independently represent an NH 3 ligand, an R 1 NH 2 ligand, an OH 2 ligand, or a diamine-derived ligand, and R 1 represents an alkylene group. 2n and 2m each independently represent an integer of 0 to 4, and 2n + 2m represents an integer in the range of 2 to 4 and determined according to the valence of the metal atom represented by M 2.
In the general formula (3), M 3 represents a metal atom selected from the group consisting of Cu, Ni, Mn, and Co. L 31 and L 32 independently represent an NH 3 ligand, an R 1 NH 2 ligand, an OH 2 ligand, or a diamine-derived ligand, and R 1 represents an alkylene group. 3n and 3m each independently represent an integer of 0 to 8, 3n + 3m is in the range of 2-8, an integer determined according to the valence of the metal atom represented by M 3.

<2> 前記金属錯体は、一般式(1)で表される金属錯体であり、以下に示す化合物群から選択される少なくとも1種を含む<1>に記載の金属膜形成用組成物。下記化合物中、Mは、それぞれ独立に、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、またはCoを表す。 <2> The composition for forming a metal film according to <1>, wherein the metal complex is a metal complex represented by the general formula (1) and contains at least one selected from the compound group shown below. In the following compounds, M 1 independently represents Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, or Co.

Figure 2022003170
Figure 2022003170


<3> 前記金属錯体は、一般式(3)で表される金属錯体であり、以下に示す化合物群から選択される少なくとも1種を含む<1>に記載の金属膜形成用組成物。下記化合物中、Mは、Cu、Ni、Mn、またはCoを表す。 <3> The composition for forming a metal film according to <1>, wherein the metal complex is a metal complex represented by the general formula (3) and contains at least one selected from the compound group shown below. In the following compounds, M 3 represents Cu, Ni, Mn, or Co.

Figure 2022003170
Figure 2022003170


<4> 前記金属膜形成用組成物全量に含まれる金属原子の含有量が0.5質量%〜10質量%の範囲である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の金属膜形成用組成物。
<5> 前記金属錯体の対アニオンは、カルボン酸、カルボン酸の錯体、アミノポリカルボン酸、アミノポリカルボン酸の錯体、アミノ酸化合物、およびアミノ酸化合物の錯体から選択される化合物に由来する対アニオンの少なくとも1種を含む<1>〜<4>のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物。
<6> 前記金属錯体の対アニオンは、前記金属錯体が含む金属原子と同一の金属原子を含む<1>〜<5>のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物。
<7> 前記金属錯体の対アニオンは、下記構造の対アニオンを含む<1>〜<6>のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物。

Figure 2022003170

<4> The metal film according to any one of <1> to <3>, wherein the content of the metal atom contained in the total amount of the metal film forming composition is in the range of 0.5% by mass to 10% by mass. Formation composition.
<5> The counter anion of the metal complex is a counter anion derived from a compound selected from a carboxylic acid, a carboxylic acid complex, an aminopolycarboxylic acid, an aminopolycarboxylic acid complex, an amino acid compound, and an amino acid compound complex. The composition for forming a metal film according to any one of <1> to <4>, which comprises at least one kind.
<6> The composition for forming a metal film according to any one of <1> to <5>, wherein the counter anion of the metal complex contains the same metal atom as the metal atom contained in the metal complex.
<7> The composition for forming a metal film according to any one of <1> to <6>, wherein the counter anion of the metal complex contains a counter anion having the following structure.
Figure 2022003170

<7> 基材上に、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の金属膜形成用組成物を塗布して、金属膜形成用組成物層を形成する工程と、基材上に形成された前記金属膜形成用組成物層を、30℃以上の温度条件にて加熱して金属膜を形成する工程と、
を含む金属膜形成方法。
<8> 基材上に、<1>〜<6>のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物を塗布して、金属膜形成用組成物層を形成する工程と、前記基材上に形成された前記金属膜形成用組成物層に紫外線照射して金属膜を形成する工程と、を含む金属膜形成方法。
<7> A step of applying the metal film-forming composition according to any one of <1> to <6> onto the base material to form a metal film-forming composition layer, and on the base material. A step of heating the composition layer for forming a metal film formed in the above under a temperature condition of 30 ° C. or higher to form a metal film.
Metal film forming method including.
<8> A step of applying the metal film-forming composition according to any one of <1> to <6> onto the base material to form a metal film-forming composition layer, and the base material. A method for forming a metal film, comprising a step of irradiating the above-formed composition layer for forming a metal film with ultraviolet rays to form a metal film.

本発明の一実施形態によれば、基材との密着性に優れた金属膜を簡易に形成しうる金属膜形成用組成物を提供することができる。
また、本発明の別の実施形態によれば、基材との密着性に優れた金属膜を簡易に形成しうる金属膜形成方法を提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a composition for forming a metal film capable of easily forming a metal film having excellent adhesion to a substrate.
Further, according to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a metal film forming method capable of easily forming a metal film having excellent adhesion to a substrate.

実施例1の金属膜形成用組成物の吸収スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the absorption spectrum of the composition for forming a metal film of Example 1. FIG. 実施例1の金属膜形成用組成物により形成した銅膜のX線回折(XRD)を測定したグラフである。It is a graph which measured the X-ray diffraction (XRD) of the copper film formed by the composition for forming a metal film of Example 1. FIG. 実施例1の金属膜形成用組成物により形成した銅膜の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a copper film formed by the composition for forming a metal film of Example 1. 実施例1で得た銅膜の光透過スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the light transmission spectrum of the copper film obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得た銅膜の赤外線反射スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the infrared reflection spectrum of the copper film obtained in Example 1. FIG.

以下、本開示に関し、具体的な実施形態を挙げて詳細に説明するが、本開示は以下の実施形態に限定されず、その主旨に反しない限りにおいて、種々の変型例を包含する。
本明細書において「〜」を用いて記載した数値範囲は、「〜」の前後の数値を下限値および上限値として含む数値範囲を表す。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
Hereinafter, the present disclosure will be described in detail with reference to specific embodiments, but the present disclosure is not limited to the following embodiments, and includes various modified examples as long as it does not contradict the gist thereof.
The numerical range described by using "~" in the present specification represents a numerical range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.
In the present specification, the term "process" is included in this term not only as an independent process but also as long as the intended purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes.
In the present specification, the amount of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition when a plurality of substances corresponding to each component are present in the composition, unless otherwise specified. do.

<金属膜形成用組成物>
(一般式(1)、一般式(2)または一般式(3)で表される金属錯体)
本開示の金属膜形成用組成物は、下記一般式(1)、一般式(2)または一般式(3)で表される金属錯体(以下、特定金属錯体と称することがある)と、前記金属錯体の対アニオンと、前記金属錯体の溶剤と、を含む。
<Composition for forming a metal film>
(Metal complex represented by the general formula (1), the general formula (2) or the general formula (3))
The composition for forming a metal film of the present disclosure includes a metal complex represented by the following general formula (1), general formula (2) or general formula (3) (hereinafter, may be referred to as a specific metal complex) and the above. It contains a counter anion of a metal complex and a solvent of the metal complex.

Figure 2022003170
Figure 2022003170


一般式(1)中、Mは、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。
一般式(2)中、Mは、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。
一般式(3)中、Mは、Cu、Ni、Mn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。
〜Mは、それぞれ、形成する金属膜の使用目的に応じて選択される。本開示の金属膜形成用組成物によれば、同一の金属を含む金属酸化物膜を形成することができる。
なかでも、汎用性の観点からは、M、Mとしては、Cu、Li、Ni等が好ましい。Mとしては、Cu、Ni等が好ましい。また、MとしてAgを用いることで、低温で、基材との密着性が良好な銀膜あるいは酸化銀膜を形成することができる。
In the general formula (1), M 1 represents a metal atom selected from the group consisting of Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co.
In the general formula (2), M 2 represents a metal atom selected from the group consisting of Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co.
In the general formula (3), M 3 represents a metal atom selected from the group consisting of Cu, Ni, Mn, and Co.
Each of M 1 to M 3 is selected according to the intended use of the metal film to be formed. According to the composition for forming a metal film of the present disclosure, a metal oxide film containing the same metal can be formed.
Among them, Cu, Li, Ni and the like are preferable as M 1 and M 2 from the viewpoint of versatility. As M 3 , Cu, Ni and the like are preferable. Further, by using Ag as M 2 , it is possible to form a silver film or a silver oxide film having good adhesion to a substrate at a low temperature.

11、L12、L21、L22、L31およびL32は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。
1n、1m、2n、2m、3nおよび3mは、それぞれ独立に0〜8の整数を表す。1n+1mは、4〜8の範囲であり、2n+2mは、2〜4の範囲であり、3n+3mは、4〜8の範囲であり、それぞれ、M〜Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。したがって、1nと1m、2nと2m、および3nと3mの双方が0となることはない。
なかでも、溶剤への可溶性、安定性、塗布性等の観点から、L11、L12、L21、L22、L31およびL32は、NH配位子、OH配位子、RNH配位子等であることが好ましい。L11とL12、L21とL22、L31とL32は、それぞれ、互いに同じでも、異なっていてもよい。
11、L21またはL31が、RNH配位子である場合のRは、アルキレン基であり、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましい。
L 11 , L 12 , L 21 , L 22 , L 31 and L 32 are independently such as NH 3 ligand, R 1 NH 2 ligand, OH 2 ligand, or ethylenediamine, hexamethylene diamine, etc. It represents a ligand derived from diamine, and R 1 represents an alkylene group.
1n, 1m, 2n, 2m, 3n and 3m each independently represent an integer of 0 to 8. 1n + 1m is in the range of 4 to 8, 2n + 2m is in the range of 2 to 4, 3n + 3m is in the range of 4 to 8, and the valences of the metal atoms represented by M 1 to M 3, respectively. Represents an integer determined accordingly. Therefore, both 1n and 1m, 2n and 2m, and 3n and 3m are never zero.
Among them, L 11 , L 12 , L 21 , L 22 , L 31 and L 32 are NH 3 ligand, OH 2 ligand, and R from the viewpoint of solubility in solvent, stability, coatability, etc. It is preferably 1 NH 2 ligand or the like. L 11 and L 12 , L 21 and L 22 , L 31 and L 32 may be the same or different from each other, respectively.
When L 11 , L 21 or L 31 is an R 1 NH 2 ligand, R 1 is an alkylene group, and an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms is preferable.

本開示の金属膜形成用組成物は、金属膜のみならず金属酸化物膜の形成にも有用である。よって、以下、本明細書において、本開示の金属膜形成用組成物により得られる「金属膜」は、当該金属を含む金属酸化物膜を包含する意味で用いる。
本開示の金属膜形成用組成物を用いて金属酸化物膜を形成する方法としては、金属膜形成用組成物により形成した金属膜を、さらに熱処理して酸化物膜とする方法、金属膜形成用組成物を用いて金属膜を形成する際に、積極的に酸化雰囲気とし、酸化雰囲気下で熱処理する方法等が挙げられる。
The composition for forming a metal film of the present disclosure is useful not only for forming a metal film but also for forming a metal oxide film. Therefore, hereinafter, in the present specification, the "metal film" obtained by the composition for forming a metal film of the present disclosure is used in the sense of including a metal oxide film containing the metal.
As a method of forming a metal oxide film using the composition for forming a metal film of the present disclosure, a method of further heat-treating a metal film formed by the composition for forming a metal film to form an oxide film, a method of forming a metal film. When forming a metal film using the composition for use, a method of positively creating an oxidizing atmosphere and heat-treating under the oxidizing atmosphere can be mentioned.

以下に、一般式(1)または一般式(2)で表される特定金属錯体のより具体的な構造の例を挙げるが、以下の構造には限定されない。なお、下記構造中、MおよびMは、それぞれ独立に、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、またはCoを表す。 The following are examples of more specific structures of the specific metal complex represented by the general formula (1) or the general formula (2), but the structure is not limited to the following. In the following structure, M 1 and M 2 independently represent Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, or Co, respectively.

Figure 2022003170
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なかでも、特定金属錯体としては、一般式(1)で表される、下記構造で表される特定金属錯体が好ましい。なお、下記構造中、Mは、それぞれ独立に、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、またはCoを表す。 Among them, as the specific metal complex, the specific metal complex represented by the following structure represented by the general formula (1) is preferable. In the following structure, M 1 independently represents Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, or Co.

Figure 2022003170
Figure 2022003170


以下に、一般式(3)で表される特定金属錯体のより具体的な構造の例を挙げるが、以下の構造には限定されない。下記構造中、Mは、Cu、Ni、Mn、またはCoを表す。 The following is an example of a more specific structure of the specific metal complex represented by the general formula (3), but the structure is not limited to the following. In the structure below, M 3 represents Cu, Ni, Mn, or Co.

Figure 2022003170
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特定金属錯体は、金属塩化合物等を、前記金属塩化合物を溶解する溶剤に溶解することで得ることができる。
金属塩化合物は、溶剤に溶解することでカチオン性金属錯体を形成しうる金属塩化合物であれば、特に制限はない。金属塩化合物としては、例えば、M(X)pで表される金属塩化合物、(R−COO)pMで表される金属塩化合物などが挙げられる。Mは、金属原子であり、Xは、Cl、F等のハロゲン原子、および水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種を表す。
Rは、水素原子、または炭素数1〜5のアルキル基等から選ばれる1価の置換基を表す。Rがアルキル基である場合、アルキル基における水素原子の少なくとも一部が、ハロゲン原子などで置換されていてもよい。pは金属原子Mの価数に応じた整数である。
The specific metal complex can be obtained by dissolving a metal salt compound or the like in a solvent that dissolves the metal salt compound.
The metal salt compound is not particularly limited as long as it is a metal salt compound capable of forming a cationic metal complex when dissolved in a solvent. Examples of the metal salt compound include a metal salt compound represented by M (X) p, a metal salt compound represented by (R-COO) pM, and the like. M represents a metal atom, and X represents at least one selected from the group consisting of halogen atoms such as Cl and F, and hydroxides.
R represents a monovalent substituent selected from a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and the like. When R is an alkyl group, at least a part of the hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a halogen atom or the like. p is an integer corresponding to the valence of the metal atom M.

例えば、ハロゲン化銅、ギ酸銅、カルボン酸銅などの銅塩化合物を、水、アルコール等の溶剤に溶解させることで、溶剤中で解離した銅塩化合物は、溶剤中にカチオン性銅錯体として存在する。このとき、カチオン性銅錯体などのカチオン性金属錯体に加え、溶剤中にカチオン性金属錯体の対アニオンを含むことで、金属膜形成用組成物の安定性がより向上する。
以下に、本開示の金属膜形成用組成物に用いうる特定金属錯体の具体例を示す。なお、特定金属錯体は以下の例に限定されない。
For example, a copper salt compound dissociated in a solvent by dissolving a copper salt compound such as copper halide, copper formate, or copper carboxylate in a solvent such as water or alcohol exists as a cationic copper complex in the solvent. do. At this time, by including the counter anion of the cationic metal complex in the solvent in addition to the cationic metal complex such as the cationic copper complex, the stability of the composition for forming a metal film is further improved.
Hereinafter, specific examples of the specific metal complex that can be used in the composition for forming a metal film of the present disclosure are shown. The specific metal complex is not limited to the following examples.

Figure 2022003170
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本開示の金属膜形成用組成物は、特定金属錯体を1種のみ含有してもよく、2種以上含有してもよい。
2種以上含有する場合、例えば、同じ金属を含み配位子の異なる特定金属錯体同士の組み合わせ、異なる金属を含む金属錯体同士の組み合わせなどが挙げられる。
The composition for forming a metal film of the present disclosure may contain only one specific metal complex, or may contain two or more specific metal complexes.
When two or more kinds are contained, for example, a combination of specific metal complexes containing the same metal and different ligands, a combination of metal complexes containing different metals, and the like can be mentioned.

金属膜形成用組成物における特定金属錯体の含有量は、金属膜形成用組成物における金属塩の仕込み比によって決定される。
一般に、金属膜形成用組成物全量に対する金属錯体の含有量を測定することは困難である。しかし、金属膜形成用組成物により形成される金属膜の物性は、金属膜形成用組成物における金属の含有量に依存する。
緻密で、均一な金属膜を形成しうるという観点からは、金属膜形成用組成物全量に対する金属の含有量は、0.5質量%〜10質量%の範囲であることが好ましく、1質量%〜8質量%の範囲であることがより好ましい。
金属の含有量が上記範囲であることで、金属膜形成用組成物により形成される金属膜の組織がより均一となり、電気伝導性、および熱伝導性がより良好となる。
金属膜形成用組成物中の金属の含有量は、例えば、「錯体化学の基礎 ウェルナー錯体と有機金属錯体」(KS化学専門書:講談社、1989年)に記載の方法で測定することができる。
The content of the specific metal complex in the composition for forming a metal film is determined by the charging ratio of the metal salt in the composition for forming a metal film.
In general, it is difficult to measure the content of a metal complex with respect to the total amount of the composition for forming a metal film. However, the physical characteristics of the metal film formed by the metal film forming composition depend on the metal content in the metal film forming composition.
From the viewpoint of being able to form a dense and uniform metal film, the metal content with respect to the total amount of the metal film forming composition is preferably in the range of 0.5% by mass to 10% by mass, and is preferably 1% by mass. More preferably, it is in the range of ~ 8% by mass.
When the metal content is in the above range, the structure of the metal film formed by the metal film forming composition becomes more uniform, and the electrical conductivity and the thermal conductivity become better.
The content of the metal in the composition for forming a metal film can be measured, for example, by the method described in "Basics of Complex Chemistry Werner Complex and Organic Metal Complex" (KS Chemistry Special Book: Kodansha, 1989).

(溶剤)
本開示の金属膜形成用組成物に含まれる溶剤は、既述の特定金属錯体を溶解しうる溶剤であれば制限なく使用することができる。
特定金属錯体を溶解するとは、1質量%の金属を含む金属塩化合物と錯体形成材料と、溶剤とを含有する混合物を調製した場合、目視にて濁りなどの固形分が観察されず、均一な混合物となることで確認することができる。
溶剤としては、例えば、水、アルコール、多価アルコールのアルキルエーテル等が挙げられる。
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、イソブタノール、n−ブタノール等の炭素数1〜10の1価のアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールが挙げられる。
多価アルコールの低級アルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等が挙げられる。
(solvent)
The solvent contained in the composition for forming a metal film of the present disclosure can be used without limitation as long as it is a solvent capable of dissolving the above-mentioned specific metal complex.
Dissolving a specific metal complex means that when a mixture containing a metal salt compound containing 1% by mass of a metal, a complex-forming material, and a solvent is prepared, solid content such as turbidity is not visually observed and is uniform. It can be confirmed by becoming a mixture.
Examples of the solvent include water, alcohol, and alkyl ethers of polyhydric alcohols.
Examples of the alcohol include monohydric alcohols having 1 to 10 carbon atoms such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol, isobutanol, and n-butanol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, and glycerin. Price alcohol can be mentioned.
Examples of the lower alkyl ether of the polyhydric alcohol include ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether.

金属塩化合物の溶解性およびハンドリング性の観点からは、溶剤として、水、炭素数1〜5の1価のアルコールを含むことが好ましく、なかでも、水、メタノール、エタノール、プロパノール等がより好ましい。
本開示の金属膜形成用組成物を調製する場合、溶剤として水を用いた場合も、金属錯体を含む均一な金属膜形成用組成物を得られることも、利点の一つである。
From the viewpoint of solubility and handleability of the metal salt compound, it is preferable to contain water and a monohydric alcohol having 1 to 5 carbon atoms as the solvent, and water, methanol, ethanol, propanol and the like are more preferable.
When preparing the composition for forming a metal film of the present disclosure, it is one of the advantages that a uniform composition for forming a metal film containing a metal complex can be obtained even when water is used as a solvent.

本開示の金属膜形成用組成物は、溶剤を1種のみ含有してもよく、2種以上含有してもよい。
金属膜形成用組成物における溶剤の含有量は、特定金属錯体を溶解しうる量であれば特に制限はない。
例えば、溶剤の含有量は、金属膜形成用組成物全量に対し、90質量%〜99.5質量%の範囲とすることができ、95質量%〜98質量%の範囲であることが好ましい。
金属膜形成用組成物における溶剤の含有量が上記範囲であることで、金属膜形成用組成物のハンドリング性が良好となり、加熱により、より簡易に所望の厚さの金属膜を形成することができる。
The composition for forming a metal film of the present disclosure may contain only one type of solvent, or may contain two or more types of solvent.
The content of the solvent in the composition for forming a metal film is not particularly limited as long as it can dissolve the specific metal complex.
For example, the content of the solvent can be in the range of 90% by mass to 99.5% by mass and preferably in the range of 95% by mass to 98% by mass with respect to the total amount of the composition for forming a metal film.
When the content of the solvent in the composition for forming a metal film is within the above range, the handleability of the composition for forming a metal film is improved, and it is possible to more easily form a metal film having a desired thickness by heating. can.

(特定金属錯体の対アニオン)
本開示の金属膜形成用組成物は、特定金属錯体であるカチオン性金属錯体および溶剤に加え、前記カチオン性金属錯体の対アニオン(以下、単に「対アニオン」と称することがある)を含む。
金属膜形成用組成物が対アニオンを含むことで、金属膜形成用組成物における特定金属錯体の安定性がより良好となる。
対アニオンとしては、カルボン酸、カルボン酸の錯体、アミノポリカルボン酸、アミノポリカルボン酸の錯体、アミノ酸化合物、およびアミノ酸化合物の錯体から選択される化合物に由来する対アニオンの少なくとも1種を含むことが好ましい。
これらの対アニオンとなりうる化合物は、金属膜形成用組成物において、溶剤中に溶解することで、対アニオンの形態をとることができる。また、対アニオンは、金属膜形成用組成物に、金属塩化合物を添加し、金属塩化合物が溶剤中で解離した結果、生成されることがある。例えば、金属膜形成用組成物にアミノ酸化合物の金属塩を添加することで、アミノ酸の金属錯体である対アニオンが生成されることがある。
金属膜形成用組成物の調製に際して、好ましい対アニオンを形成する化合物を溶剤中に別途添加して、組成物中で、対アニオンを生成させてもよい。
また、好ましい対アニオンを予め調整し、対アニオンの形態で金属膜形成用組成物に添加してもよい。
(Counter-anion of specific metal complex)
The composition for forming a metal film of the present disclosure includes a cationic metal complex which is a specific metal complex and a solvent, as well as a counter anion of the cationic metal complex (hereinafter, may be simply referred to as “counter anion”).
When the composition for forming a metal film contains a counter anion, the stability of the specific metal complex in the composition for forming a metal film becomes better.
The counter anion includes at least one of a counter anion derived from a compound selected from a carboxylic acid, a carboxylic acid complex, an aminopolycarboxylic acid, an aminopolycarboxylic acid complex, an amino acid compound, and a complex of amino acid compounds. Is preferable.
These compounds that can be counter anions can take the form of counter anions by being dissolved in a solvent in the composition for forming a metal film. Further, the counter anion may be produced as a result of adding a metal salt compound to the composition for forming a metal film and dissociating the metal salt compound in a solvent. For example, by adding a metal salt of an amino acid compound to a composition for forming a metal film, a counter anion, which is a metal complex of amino acids, may be produced.
In preparing the composition for forming a metal film, a compound forming a preferable counter anion may be separately added to the solvent to generate a counter anion in the composition.
Further, a preferable counter anion may be prepared in advance and added to the composition for forming a metal film in the form of a counter anion.

カルボン酸としては、具体的にはギ酸、酢酸などが挙げられる。
アミノポリカルボン酸としては、ニトリロ三酢酸、ニトリロ三プロピオン酸、カルボキシエチルイミノ二酢酸、カルボキシメチルイミノ二プロピオン酸、イミノ二酢酸、イミノ二プロピオン酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二プロピオン酸、メトキシエチルイミノ二酢酸、アラニン−N,N−二酢酸、セリン−N,N−二酢酸、イソセリン−N,N−二酢酸、アスパラギン酸−N,N−二酢酸、グルタミン酸−N,N−二酢酸、エチレンジアミン四酢酸などが挙げられる。
アミノ酸化合物としては、アラニン、β−アラニン、グリシン、セリン、イソセリン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ザルコシン、ロイシン、イソロイシンなどが挙げられる。
なお、本明細書において「アミノ酸化合物」は、「アミノ酸」自体および「アミノ酸の誘導体」を包含する意味で用いられる。
既述のカルボン酸、アミノポリカルボン酸、およびアミノ酸化合物に由来する対アニオンは、金属膜形成用組成物中で、これら化合物の錯体の形態をとっていてもよい。即ち、対アニオンは、カルボン酸、カルボン酸の錯体、アミノポリカルボン酸、アミノポリカルボン酸の錯体、アミノ酸化合物、およびアミノ酸化合物の錯体から選択される化合物に由来する対アニオンの少なくとも1種を含むことができる。
Specific examples of the carboxylic acid include formic acid and acetic acid.
Aminopolycarboxylic acids include nitrilotriacetic acid, nitrilotripropionic acid, carboxyethyliminodiacetic acid, carboxymethyliminodipropionic acid, iminodiacetic acid, iminonipropionic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, and hydroxyethyliminodipropionic acid. , Methoxyethylimino diacetic acid, alanin-N, N-diacetic acid, serine-N, N-diacetic acid, isoserine-N, N-diacetic acid, aspartic acid-N, N-diacetic acid, glutamate-N, N- Examples thereof include diacetic acid and ethylenediaminetetraacetic acid.
Examples of the amino acid compound include alanine, β-alanine, glycine, serine, isoserine, aspartic acid, glutamic acid, sarcosine, leucine, isoleucine and the like.
In addition, in this specification, "amino acid compound" is used in the meaning which includes "amino acid" itself and "derivative of amino acid".
The counter anion derived from the above-mentioned carboxylic acid, aminopolycarboxylic acid, and amino acid compound may take the form of a complex of these compounds in the composition for forming a metal film. That is, the counter anion contains at least one of a counter anion derived from a compound selected from a carboxylic acid, a carboxylic acid complex, an aminopolycarboxylic acid, an aminopolycarboxylic acid complex, an amino acid compound, and a complex of amino acid compounds. be able to.

また、これらの化合物に由来する対アニオンは、構造内に金属原子を含んでいてもよい。即ち、対アニオンは、金属原子を含む金属錯体構造を有するアニオンであってもよい。
対アニオンは、金属膜形成用組成物に含まれる特定金属錯体が含む金属原子と同一の金属原子を含む対アニオンであることが好ましい。対アニオンが、共存する特定金属錯体が含む金属原子と同一の金属原子を含むことで、金属原子により形成される金属膜の構造がより緻密となる。
これは、カチオン性金属錯体と金属原子を含む対アニオンとが相互作用を形成することにより、金属膜形成用組成物層において金属原子がより高密度で存在するためと考えている。
Further, the counter anion derived from these compounds may contain a metal atom in the structure. That is, the counter anion may be an anion having a metal complex structure containing a metal atom.
The counter anion is preferably a counter anion containing the same metal atom as the metal atom contained in the specific metal complex contained in the composition for forming a metal film. When the counter anion contains the same metal atom as the metal atom contained in the coexisting specific metal complex, the structure of the metal film formed by the metal atom becomes more precise.
It is considered that this is because the metal atom is present at a higher density in the composition layer for forming a metal film by forming an interaction between the cationic metal complex and the counter anion containing the metal atom.

対アニオンとしては、より具体的には、例えば、[Cu(edta)]2−、[Cu(ida)2−、HCOO、CHCOO、Cl、および以下に示す構造のアニオン性金属錯体などが挙げられる。edtaはエチレンジアミン4酢酸を表し、idaはイミノ二酢酸を表す。 More specifically, the counter anions include, for example, [Cu (edta)] 2- , [Cu (ida) 2 ] 2- , HCOO , CH 3 COO , Cl , and anions having the structures shown below. Examples include a sex metal complex. edta represents ethylenediaminetetraacetic acid and ida represents iminodiacetic acid.

Figure 2022003170
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金属膜形成用組成物は、対アニオンを1種のみ含んでもよく、2種以上含んでもよい。
金属膜形成用組成物は、前記構造の如きアニオン性金属錯体を対アニオンとして含むことが、得られる金属膜がより緻密となるため好ましい。このとき、アニオン性金属錯体が含む金属Mは、特定金属錯体に含まれる金属M、MまたはMと同じであることが好ましい。
金属膜形成用組成物に含まれる特定金属錯体であるカチオン性金属錯体に含まれる金属と、同じ金属Mを有するアニオン性金属錯体を対アニオンとして含むことで、金属膜形成用組成物を用いて形成される金属膜の構造がより緻密となる。
例えば、[Cu(edta)]2−、[Cu(ida)2−、および上に示す構造のアニオン性金属錯体は、構造内にCu原子を含むために、Cu原子を含む特定金属錯体と併用することで、より緻密な銅膜を形成する対アニオンとして有用である。
The composition for forming a metal film may contain only one type of counter anion, or may contain two or more types of counter anions.
It is preferable that the composition for forming a metal film contains an anionic metal complex such as the above structure as a counter anion because the obtained metal film becomes denser. At this time, the metal M contained in the anionic metal complex is preferably the same as the metal M 1 , M 2 or M 3 contained in the specific metal complex.
By including a metal contained in a cationic metal complex, which is a specific metal complex contained in the composition for forming a metal film, and an anionic metal complex having the same metal M as a counter anion, the composition for forming a metal film can be used. The structure of the formed metal film becomes denser.
For example, [Cu (edta)] 2- , [Cu (ida) 2 ] 2- , and the anionic metal complex having the structure shown above are specific metal complexes containing Cu atoms because they contain Cu atoms in the structure. When used in combination with, it is useful as a counter anion that forms a denser copper film.

(その他の成分)
本開示の金属膜形成用組成物は、特定金属錯体、特定金属錯体の対アニオン、および溶剤に加え、効果を損なわない範囲において、目的に応じてその他の公知の添加剤を含むことができる。
(Other ingredients)
The composition for forming a metal film of the present disclosure may contain a specific metal complex, a counter anion of the specific metal complex, and a solvent, as well as other known additives depending on the purpose, as long as the effect is not impaired.

(金属膜形成用組成物の調製)
前記金属膜形成用組成物は、特定金属錯体を形成する金属塩化合物を溶剤に溶解することで調製することができる。溶剤に、金属塩化合物を添加し、溶剤を撹拌しながら溶解する。金属塩化合物は、溶剤中でカチオン性金属錯体を形成する。溶剤には、アンモニウム化合物の如きおよび金属と錯体を形成しうる化合物を含有させてもよい。
その他の成分は、必要に応じて添加することができる。その他の成分の添加の時期は特に限定されない。成分の特性に応じて適宜選択して添加することができる。
特定金属錯体を形成する金属塩化合物の溶剤への溶解は、常温(25℃)で行なってもよい。溶解をより効率よく行うという観点からは、溶剤を30℃〜60℃に加温して溶解を行うこともできる。
目視にて、金属塩化合物が溶解し、透明な均一溶液となるまで、溶剤の撹拌を継続し、金属膜形成用組成物を調製することができる。
(Preparation of composition for forming a metal film)
The composition for forming a metal film can be prepared by dissolving a metal salt compound forming a specific metal complex in a solvent. A metal salt compound is added to the solvent, and the solvent is dissolved while stirring. The metal salt compound forms a cationic metal complex in the solvent. The solvent may contain a compound such as an ammonium compound and a compound capable of forming a complex with a metal.
Other components can be added as needed. The timing of addition of other components is not particularly limited. It can be appropriately selected and added according to the characteristics of the components.
The metal salt compound forming the specific metal complex may be dissolved in a solvent at room temperature (25 ° C.). From the viewpoint of more efficient dissolution, the solvent can be heated to 30 ° C. to 60 ° C. for dissolution.
Visually, stirring of the solvent can be continued until the metal salt compound is dissolved to form a transparent uniform solution, and a composition for forming a metal film can be prepared.

本開示の金属膜形成用組成物は、金属錯体が溶剤に均一に溶解されていることから、これを用いて形成された金属膜は、緻密な組織を有し、電気伝導性および熱伝導性に優れる。また、特定金属錯体はアンモニウム基、水に由来する配位子またはエチレンジアミンに由来する配位子の少なくともいずれかを有するため、無機基材、特にガラス基板との密着性が良好であり、当該特定金属錯体を用いて形成された金属膜は基材との密着性に優れる。
よって、本開示の金属膜形成用組成物は、緻密で基材との密着性に優れた金属膜を形成することができ、金属膜、特に銅の薄膜を必要とする種々の分野に適用することができる。
In the composition for forming a metal film of the present disclosure, since the metal complex is uniformly dissolved in a solvent, the metal film formed by using the metal complex has a dense structure, and has electrical conductivity and thermal conductivity. Excellent for. Further, since the specific metal complex has at least one of an ammonium group, a ligand derived from water, and a ligand derived from ethylenediamine, the adhesion to an inorganic substrate, particularly a glass substrate, is good, and the specific metal complex is specified. The metal film formed by using the metal complex has excellent adhesion to the substrate.
Therefore, the composition for forming a metal film of the present disclosure can form a metal film that is dense and has excellent adhesion to a substrate, and is applied to various fields that require a metal film, particularly a copper thin film. be able to.

<金属膜形成方法(1)>
本開示の金属膜形成方法の1つの実施形態では、基材上に、既述の本開示の金属膜形成用組成物を塗布して、金属膜形成用組成物層を形成する工程(以下、工程(A)と称することがある)と、基材上に形成された前記金属膜形成用組成物層を、30℃以上の温度条件にて加熱して金属膜を形成する工程(以下、工程(B)と称することがある)と、を含む。
<Metal film forming method (1)>
In one embodiment of the metal film forming method of the present disclosure, a step of applying the above-mentioned metal film forming composition of the present disclosure to a base material to form a metal film forming composition layer (hereinafter referred to as a metal film forming composition layer). A step (sometimes referred to as step (A)) and a step of heating the metal film-forming composition layer formed on the substrate under a temperature condition of 30 ° C. or higher to form a metal film (hereinafter, step). (B)) and.

本開示の金属膜形成方法は、前記工程(A)に先立って、金属膜形成用組成物を調製する組成物調製工程を有していてもよい。
既述の本開示の金属膜形成用組成物は、既述のように、溶剤中で金属錯体となる金属塩化合物と、対アニオンとなる化合物と、溶剤とを混合することで、カチオン性金属錯体を含有する金属膜形成用組成物を得ることができる。従来公知のアニオン性金属錯体を用いて金属膜を形成するプレカーサー法では、必ず、金属錯体を合成する工程が必要となるが、本開示のカチオン性金属錯体を用いる方法では、特段の金属錯体合成工程を必要としないため、簡易に金属膜の形成に有用な金属膜形成用組成物を得ることができる。
The metal film forming method of the present disclosure may include a composition preparation step of preparing a composition for forming a metal film prior to the step (A).
As described above, the above-mentioned composition for forming a metal film of the present disclosure is a cationic metal by mixing a metal salt compound which becomes a metal complex in a solvent, a compound which becomes a counter anion, and a solvent. A composition for forming a metal film containing a complex can be obtained. The precursor method for forming a metal film using a conventionally known anionic metal complex always requires a step of synthesizing the metal complex, but the method using the cationic metal complex of the present disclosure has a special metal complex synthesis. Since no step is required, a composition for forming a metal film useful for forming a metal film can be easily obtained.

〔工程(A)〕
工程(A)では、まず、既述の本開示の金属膜形成用組成物を、金属膜を形成しようとする基材上に塗布して金属膜形成用組成物層(以下、単に「組成物層」と称することがある)を形成する。工程(A)は、金属膜形成用組成物の塗布後に、さらに、形成された金属膜形成用組成物層を乾燥する工程を有していてもよい。
[Step (A)]
In the step (A), first, the above-mentioned composition for forming a metal film of the present disclosure is applied onto a substrate on which a metal film is to be formed, and the composition layer for forming a metal film (hereinafter, simply "composition"). Sometimes referred to as a "layer"). The step (A) may further include a step of drying the formed metal film forming composition layer after applying the metal film forming composition.

(基材)
本開示における基材は、金属膜の形成目的に応じて適宜選択して用いることができる。すなわち、金属膜の使用目的に応じて、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、気体遮断性、低吸湿性、防水性等の各種物性を有する基材を選択して用いることができる。例えば、一般に回路基板として用いられる材料を、本開示における基材として用いることができる。
なかでも、工程(B)にて加熱した場合における、変質、寸法変化等が抑制され、熱安定性が良好であるという観点からは、ガラス、セラミックス、金属等の無機基材が好ましい。より具体的には、無アルカリガラス基板、ソーダガラス基板、パイレックス(登録商標)ガラス基板、石英ガラス基板等のガラス基板、シリコン基板等の半導体基板、ステンレス基板、アルミニウム基板、ジルコニウム基板等の金属基板、アルミナ基板等の金属酸化物基板、ポリアミド、高密度ポリエチレン等の樹脂基板等が挙げられる。
基材は単層構造でもよく、複数の異種素材を用いた積層構造を有していてもよい。また、金属を改質した基材を用いてもよい。金属を改質した基材としては、例えば、アルミニウム基板に酸化処理を施した酸化皮膜付きアルミニウム基板、イットリウム安定化ジルコニウム基板、ステンレス基板等が挙げられる。
(Base material)
The base material in the present disclosure can be appropriately selected and used according to the purpose of forming the metal film. That is, a substrate having various physical properties such as heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, gas barrier property, low hygroscopicity, and waterproof property is selected according to the purpose of use of the metal film. Can be used. For example, a material generally used as a circuit board can be used as a base material in the present disclosure.
Among them, inorganic substrates such as glass, ceramics, and metals are preferable from the viewpoint of suppressing deterioration, dimensional change, and the like when heated in the step (B) and having good thermal stability. More specifically, a non-alkali glass substrate, a soda glass substrate, a Pyrex (registered trademark) glass substrate, a glass substrate such as a quartz glass substrate, a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a stainless steel substrate, an aluminum substrate, a metal substrate such as a zirconium substrate, etc. , Metal oxide substrates such as alumina substrates, resin substrates such as polyamide and high-density polyethylene, and the like.
The base material may have a single-layer structure or may have a laminated structure using a plurality of different materials. Moreover, you may use the base material which modified the metal. Examples of the metal-modified base material include an aluminum substrate with an oxide film obtained by subjecting an aluminum substrate to an oxidation treatment, an yttrium-stabilized zirconium substrate, a stainless steel substrate, and the like.

基材の厚みは、使用目的に応じて選択することができる。また、既存の部材を基材として、既存の部材上に、本開示の金属膜形成用組成物を用いて金属膜を形成することができる。 The thickness of the base material can be selected according to the purpose of use. Further, a metal film can be formed on the existing member by using the existing member as a base material by using the composition for forming a metal film of the present disclosure.

基材上に、金属膜形成用組成物を塗布する方法は、公知の方法をいずれも適用することができる。例えば、スプレー塗布法、スピン塗布法、ブレード塗布法、バー塗布法、ディップ塗布法、ロール塗布法、ダイ塗布法、フロー塗布法等が挙げられる。また、キャスト法にて金属膜形成用組成物を基材上に適用することができる。さらに、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの印刷法により、金属膜形成用組成物を基材上に適用してもよい。印刷法を用いることにより、基板の所望の領域に、局所的に組成物層を形成することができる。 Any known method can be applied as a method for applying the composition for forming a metal film on the substrate. For example, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, a bar coating method, a dip coating method, a roll coating method, a die coating method, a flow coating method and the like can be mentioned. Further, the composition for forming a metal film can be applied onto the substrate by the casting method. Further, the composition for forming a metal film may be applied onto the substrate by a printing method such as screen printing or inkjet printing. By using the printing method, the composition layer can be locally formed in a desired region of the substrate.

金属膜形成用組成物層の厚みは目的に応じて選択することができる。一般的には、ウエット膜厚で、1μm〜10μmの範囲とすることが好ましく、3μm〜5μmの範囲とすることがより好ましい。 The thickness of the composition layer for forming a metal film can be selected according to the purpose. Generally, the wet film thickness is preferably in the range of 1 μm to 10 μm, and more preferably in the range of 3 μm to 5 μm.

〔組成物層の乾燥〕
塗布後の組成物層は、工程(B)に付して加熱する前に、組成物層を乾燥する工程を実施することができる。乾燥は、室温における自然乾燥でもよく、加熱乾燥でもよい。加熱乾燥の際の温度には特に制限はないが、乾燥効率等を考慮すれば、30℃〜100℃の範囲とすることができる。
加熱乾燥を行う場合の加熱方法は、公知の加熱手段を適宜選択して適用することができる。加熱方法としては、例えば、基材裏面からプレート状ヒーター、ヒートロール等を接触させる方法、電気炉等の加熱ゾーンを通過させる方法、赤外線、マイクロ波等のエネルギー線を照射する方法等が挙げられる。
乾燥時間は、生産性の観点から、10秒〜20分の範囲であることが好ましい。
[Drying of composition layer]
The composition layer after coating can be subjected to a step of drying the composition layer before being heated in the step (B). The drying may be natural drying at room temperature or heat drying. The temperature at the time of heat drying is not particularly limited, but can be in the range of 30 ° C. to 100 ° C. in consideration of drying efficiency and the like.
As a heating method for heat-drying, a known heating means can be appropriately selected and applied. Examples of the heating method include a method of contacting a plate-shaped heater, a heat roll, etc. from the back surface of the base material, a method of passing through a heating zone such as an electric furnace, a method of irradiating energy rays such as infrared rays and microwaves, and the like. ..
The drying time is preferably in the range of 10 seconds to 20 minutes from the viewpoint of productivity.

組成物層の膜厚を必要な厚みとする目的で、金属膜形成用組成物の塗布と加熱とを複数回行ってもよい。 For the purpose of making the film thickness of the composition layer a required thickness, the composition for forming a metal film may be applied and heated a plurality of times.

〔工程(B)〕
本工程では、前工程(A)にて基材に形成された組成物層を、30℃以上の温度条件にて加熱して金属膜を形成する。加熱処理により、金属錯体は金属に転化され、基材上に金属膜が形成される。
加熱条件は、金属の特性に応じて適宜選択される。
例えば、MまたはMがAgである場合には、組成物層を形成すると還元反応により銀膜の形成が進行する。銀膜形成反応を促進させる観点から、組成物層を30℃以上の温度で加熱してもよい。よって、金属膜形成用組成物における金属錯体が銀錯体である場合には、既述の乾燥工程により銀膜を形成することができ、乾燥工程と加熱工程とは一工程で行なうことができる。また、銀金錯体を用いて、銀酸化物膜を形成する場合には、加熱温度は30℃〜500℃とすることができる。
また、M、またはMが、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子である場合、Mが、Cu、Ni、Mn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子である場合には、加熱は、200℃以上の温度条件にて行うことが好ましく、250℃以上の温度条件にて行うことがより好ましい。
加熱温度の上限値には特に制限はなく、金属の融点、軟化点等の物性、使用する基材の耐熱性に応じて適宜選択すればよい。一般的には、500℃以下であることが好ましい。
[Step (B)]
In this step, the composition layer formed on the base material in the previous step (A) is heated under a temperature condition of 30 ° C. or higher to form a metal film. By the heat treatment, the metal complex is converted into a metal and a metal film is formed on the base material.
The heating conditions are appropriately selected according to the characteristics of the metal.
For example, when M 1 or M 2 is Ag, the formation of a silver film proceeds by a reduction reaction when the composition layer is formed. From the viewpoint of promoting the silver film formation reaction, the composition layer may be heated at a temperature of 30 ° C. or higher. Therefore, when the metal complex in the composition for forming a metal film is a silver complex, the silver film can be formed by the above-mentioned drying step, and the drying step and the heating step can be performed in one step. When a silver oxide film is formed by using a silver-gold complex, the heating temperature can be set to 30 ° C to 500 ° C.
Further, when M 1 or M 2 is a metal atom selected from the group consisting of Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co, M 3 is from the group consisting of Cu, Ni, Mn, and Co. In the case of the selected metal atom, the heating is preferably performed under a temperature condition of 200 ° C. or higher, and more preferably performed under a temperature condition of 250 ° C. or higher.
The upper limit of the heating temperature is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the physical properties such as the melting point and softening point of the metal and the heat resistance of the base material to be used. Generally, it is preferably 500 ° C. or lower.

対アニオンが金属原子を含む金属錯体構造を有する対アニオンである場合には、カチオン性の特定金属錯体と金属錯体構造を有する対アニオンとが当量で相互作用を形成して、比較的低温の加熱により緻密な金属膜が形成される。
一方、対アニオンとして、カルボン酸由来の対アニオンなどを含む場合には、対アニオンとカチオン性の特定金属錯体とが相互作用を形成し、比較的低温の加熱により有機物が除去されて、簡易に均一な金属膜が形成される。
When the counter anion is a counter anion having a metal complex structure containing a metal atom, a specific cationic metal complex and a counter anion having a metal complex structure form an equivalent interaction to form a relatively low temperature heating. A dense metal film is formed.
On the other hand, when the counter anion contains a counter anion derived from a carboxylic acid, the counter anion and the specific cationic metal complex form an interaction, and the organic substance is removed by heating at a relatively low temperature, which makes it easy. A uniform metal film is formed.

工程(B)における加熱条件、例えば、加熱における最高温度、昇温条件、加熱時間なども、金属の特性によって適宜選択することができる。
また、金属の種類によって選択された加熱温度まで昇温した後、当該加熱温度に数分間維持して、金属膜を加熱、焼成することも好ましい。
The heating conditions in the step (B), for example, the maximum temperature in heating, the temperature rising conditions, the heating time, and the like can also be appropriately selected depending on the characteristics of the metal.
It is also preferable to heat and fire the metal film by raising the temperature to a heating temperature selected according to the type of metal and then maintaining the heating temperature for several minutes.

加熱は、大気雰囲気下で行なってもよく、不活性ガス雰囲気下で行なってもよい。不活性ガスを含む雰囲気下で行う場合の不活性ガスとしては、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が挙げられる。
不活性ガス雰囲気下など、酸素濃度を低くする雰囲気下で加熱処理を行なう場合、酸素濃度は10ppm以下とすることが好ましい。
The heating may be performed in an atmospheric atmosphere or in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas when the operation is carried out in an atmosphere containing the inert gas include nitrogen gas, helium gas, argon gas and the like.
When the heat treatment is performed in an atmosphere where the oxygen concentration is low, such as under an inert gas atmosphere, the oxygen concentration is preferably 10 ppm or less.

工程(B)の実施後、形成された金属膜の均一性を向上させる目的で、形成された金属膜をさらに加熱する焼成処理(アニール処理)を行なうことができる。焼成処理は、200℃〜500℃にて行なうことができる。 After the step (B) is carried out, a firing treatment (annealing treatment) for further heating the formed metal film can be performed for the purpose of improving the uniformity of the formed metal film. The firing process can be performed at 200 ° C to 500 ° C.

<金属膜形成方法(2)>
本開示の金属膜形成方法の別の実施形態では、基材上に、既述の本開示の金属膜形成用組成物を塗布して、金属膜形成用組成物層を形成する工程(工程(A))と、基材上に形成された前記金属膜形成用組成物層に紫外線を照射して金属膜を形成する工程(以下、工程(C)と称することがある)と、を含む。
本実施形態の金属膜形成方法(2)における工程(A)は、既述の金属膜形成方法(1)に示す実施形態における工程(A)と同様である。
本実施形態の金属膜形成方法(2)では、既述の実施形態における加熱(工程(B))に代えて紫外線照射(工程(C))を行ってエネルギーを付与することで、金属膜を形成する。
紫外線照射により、金属膜が形成される機構は明確ではないが、以下のように推定している。
金属膜形成用組成物中に含まれる特定金属錯体は、紫外線照射による外部からの光エネルギーを受けることで、原子間での電子の移動を伴う遷移、即ち、電荷移動遷移が起きる。その電荷移動遷移に伴い、特定金属錯体が金属に転化し、緻密な金属膜が形成されると考えられる。
<Metal film forming method (2)>
In another embodiment of the metal film forming method of the present disclosure, a step (step (step)) of applying the above-mentioned metal film forming composition of the present disclosure to a base material to form a metal film forming composition layer. A)) and a step of irradiating the metal film forming composition layer formed on the substrate with ultraviolet rays to form a metal film (hereinafter, may be referred to as step (C)).
The step (A) in the metal film forming method (2) of the present embodiment is the same as the step (A) in the embodiment shown in the metal film forming method (1) described above.
In the metal film forming method (2) of the present embodiment, the metal film is formed by applying ultraviolet rays (step (C)) instead of heating (step (B)) in the above-described embodiment to apply energy. Form.
The mechanism by which the metal film is formed by ultraviolet irradiation is not clear, but it is estimated as follows.
When the specific metal complex contained in the composition for forming a metal film receives light energy from the outside due to irradiation with ultraviolet rays, a transition accompanied by electron transfer between atoms, that is, a charge transfer transition occurs. It is considered that the specific metal complex is converted into a metal along with the charge transfer transition, and a dense metal film is formed.

工程(C)において、紫外線(以下、UV(Ultraviolet)光と称することがある)の照射は、公知のUV光の光源を用いて行うことができる。
UV光の光源としては、UVランプやUVレーザーが挙げられる。大面積に均一に紫外線照射を行う観点からはUVランプを光源とすることが好ましい。
工程(C)において用いるUVランプには特に制限はない。UVランプの具体例としては、例えば、エキシマランプ、重水素ランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ヘリウムランプ、カーボンアークランプ、カドミウムランプ、無電極放電ランプ等が挙げられる。なかでも、低圧水銀ランプは、組成物層を金属膜へ容易に転化し得る観点から好ましい。
紫外線照射は、金属膜形成用組成物層の全面に亘り行なってもよく、パターン状に行ってもよい。パターン状の露光としては、UVランプを用い、マスクを介してUV光を照射する方法等が挙げられる。パターン状にUV光を照射することで、UV光の照射部において金属膜形成用組成物層の金属膜への転化が進行する。
In step (C), irradiation of ultraviolet rays (hereinafter, may be referred to as UV (Ultraviolet) light) can be performed using a known light source of UV light.
Examples of the light source of UV light include a UV lamp and a UV laser. From the viewpoint of uniformly irradiating a large area with ultraviolet rays, it is preferable to use a UV lamp as a light source.
The UV lamp used in the step (C) is not particularly limited. Specific examples of the UV lamp include an excima lamp, a heavy hydrogen lamp, a low pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a helium lamp, a carbon arc lamp, a cadmium lamp, a electrodeless discharge lamp and the like. Be done. Among them, the low pressure mercury lamp is preferable from the viewpoint that the composition layer can be easily converted into a metal film.
The ultraviolet irradiation may be carried out over the entire surface of the composition layer for forming a metal film, or may be carried out in a pattern. Examples of the patterned exposure include a method of irradiating UV light through a mask using a UV lamp. By irradiating the UV light in a pattern, the conversion of the composition layer for forming a metal film into a metal film proceeds in the irradiated portion of the UV light.

UV光の照射は、例えば、波長380nm以下のUV光、より好ましくは波長300nm以下のUV光を用いて、組成物層の表面における照度が10mW/cm以上となる条件で照射することが、より短時間で金属膜を形成しうる観点から好ましい。
なお、組成物層に照射するUV光の照度は、例えば、紫外線光量計(オーク製作所社製、UV−M10、受光器UV−25)を用いて測定することができる。
UV光の照射は、大気圧下で行なってもよく、不活性ガス雰囲気下であってもよく、真空下であってもよい。また、UV光の照射は、任意のガス中で行われてもよい。なかでも、簡便に転化を行う観点から、UV光の照射は、大気圧下で行うことが好ましい。
The UV light can be irradiated, for example, by using UV light having a wavelength of 380 nm or less, more preferably UV light having a wavelength of 300 nm or less, under the condition that the illuminance on the surface of the composition layer is 10 mW / cm 2 or more. It is preferable from the viewpoint that a metal film can be formed in a shorter time.
The illuminance of the UV light irradiating the composition layer can be measured using, for example, an ultraviolet photometer (UV-M10 manufactured by ORC Manufacturing Co., Ltd., receiver UV-25).
The irradiation of UV light may be performed under atmospheric pressure, under an inert gas atmosphere, or under vacuum. Further, the irradiation with UV light may be performed in any gas. Above all, from the viewpoint of easy conversion, UV light irradiation is preferably performed under atmospheric pressure.

工程(C)における基板の温度は100℃以下であることが好ましい。紫外線照射により金属膜を形成することで、耐熱性の低い樹脂基板に金属膜を形成することが容易となる。基板の温度は公知の、接触又は非接触の温度計を用いて測定することができる。
UV光の照射時間はUV光の照度により適宜決定することができる。なかでも、生産性の観点から、5秒以上120分以下であることが好ましい。
The temperature of the substrate in the step (C) is preferably 100 ° C. or lower. By forming a metal film by irradiation with ultraviolet rays, it becomes easy to form a metal film on a resin substrate having low heat resistance. The temperature of the substrate can be measured using a known, contact or non-contact thermometer.
The irradiation time of UV light can be appropriately determined depending on the illuminance of UV light. Above all, from the viewpoint of productivity, it is preferably 5 seconds or more and 120 minutes or less.

(金属膜)
既述の本開示の金属膜形成方法(1)又は金属膜形成方法(2)により得られる金属膜の厚みは目的に応じて選択される。本開示の金属膜形成方法(1)および金属膜形成方法(2)では、銅錯体が溶解した状態で均一に含まれる本開示の金属膜形成用組成物を用いているため、例えば、10nm〜200nmといった極めて薄い膜を形成することができる。
また、例えば、スプレー塗布法などを適用して、組成物層をより厚くすることで、数ミクロンオーダーの厚みのある金属膜を形成することができる。さらに、組成物層を形成する工程(A)と、加熱(工程(B))或いは、紫外線照射(工程(C))と、を複数回、繰り返して行なうことで、より厚い膜厚の金属膜を簡易に形成することができる。
本開示の金属膜形成用組成物を用いて、1回の塗布、加熱により形成される金属膜の厚みは、50nm〜150nmであることが好ましい。
得られた金属膜の厚みは、基材上に形成された金属膜の断面を観察することで、公知の測定方法により測定することができる。
(Metal film)
The thickness of the metal film obtained by the metal film forming method (1) or the metal film forming method (2) of the present disclosure described above is selected according to the purpose. Since the metal film forming method (1) and the metal film forming method (2) of the present disclosure use the metal film forming composition of the present disclosure which is uniformly contained in a state where the copper complex is dissolved, for example, from 10 nm. An extremely thin film of 200 nm can be formed.
Further, for example, by applying a spray coating method or the like to make the composition layer thicker, it is possible to form a metal film having a thickness on the order of several microns. Further, by repeating the step (A) for forming the composition layer and the heating (step (B)) or the ultraviolet irradiation (step (C)) a plurality of times, a metal film having a thicker film thickness is formed. Can be easily formed.
The thickness of the metal film formed by one coating and heating using the composition for forming a metal film of the present disclosure is preferably 50 nm to 150 nm.
The thickness of the obtained metal film can be measured by a known measuring method by observing the cross section of the metal film formed on the base material.

本開示の金属膜形成用組成物を用いた本開示の金属膜形成方法(1)または金属膜形成方法(2)により得られた金属膜は、特定金属錯体のみを金属材料として含む組成物により形成され、特定金属錯体は溶剤に溶解した状態から、加熱(工程(B))または紫外線照射(工程(C))を経て金属膜に転化されるため、形成された金属膜は組織が緻密であり、電気伝導性および熱伝導性に優れる。
金属膜を、単一の金属を有する特定金属錯体のみを金属材料として含有する金属膜形成用組成物を用いて形成する場合、形成された金属膜における当該金属の含有量は90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましい。
金属膜中の目的とする金属の含有量は、例えば、X線回折(XRD)により測定することができる。
金属膜形成用組成物により得られた金属膜中には、不純物の含有量が極めて少ない。
溶剤由来の不純物が僅かに金属膜中に残存することがあるが、主として原料である溶剤由来の炭素原子程度であり、形成された金属膜の特性を損なう懸念がない。これは、還元剤等を必要とする無電解メッキ膜、アニオン性金属錯体を用いたプレカーサー法により形成される金属膜に比較して大きな利点であるといえる。
また、既述の本開示の金属膜形成用組成物を用いて、工程(A)を実施し、さらに、工程(B)または工程(C)を実施することで、従来法に比較して低温条件下においても緻密な金属膜が形成されることも、本開示の金属膜形成方法の利点の一つである。
The metal film obtained by the metal film forming method (1) or the metal film forming method (2) of the present disclosure using the metal film forming composition of the present disclosure is based on a composition containing only a specific metal complex as a metal material. Since the specified metal complex is formed and converted into a metal film through heating (step (B)) or ultraviolet irradiation (step (C)) from a state of being dissolved in a solvent, the formed metal film has a dense structure. Yes, it has excellent electrical and thermal conductivity.
When the metal film is formed by using a metal film forming composition containing only a specific metal complex having a single metal as a metal material, the content of the metal in the formed metal film is 90% by mass or more. It is preferably present, and more preferably 95% by mass or more.
The content of the metal of interest in the metal film can be measured, for example, by X-ray diffraction (XRD).
The content of impurities in the metal film obtained by the composition for forming a metal film is extremely small.
Although a small amount of solvent-derived impurities may remain in the metal film, they are mainly carbon atoms derived from the solvent as a raw material, and there is no concern that the characteristics of the formed metal film may be impaired. This can be said to be a great advantage as compared with electroless plating films that require a reducing agent and metal films formed by the precursor method using an anionic metal complex.
Further, by carrying out the step (A) and further carrying out the step (B) or the step (C) using the above-described composition for forming a metal film of the present disclosure, the temperature is lower than that of the conventional method. It is also one of the advantages of the metal film forming method of the present disclosure that a dense metal film is formed even under the conditions.

本開示の方法により形成された金属膜は、基材全面に亘り均一に形成されてもよく、パターン状に形成されてもよい。また、均一な金属膜を形成した後、目的に応じてエッチング等の公知の方法を用いてパターニングしてパターン状の金属膜を形成することができる。 The metal film formed by the method of the present disclosure may be uniformly formed over the entire surface of the base material, or may be formed in a pattern. Further, after forming a uniform metal film, it is possible to form a patterned metal film by patterning using a known method such as etching depending on the purpose.

以下、本発明の実施形態の例について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本開示は以下の実施例に制限されない。 Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present disclosure is not limited to the following examples.

〔実施例1〕
(1.金属膜形成用組成物の調製)
(1−1.特定金属錯体含有液の調製)
100mL(ミリリットル)の三角フラスコに、ギ酸銅(II)四水和物2.1gおよびエタノール5gを加えた。この溶液を撹拌しながら、プロピルアミンを2.2g(37.2mmol)加え、常温(25℃)にて、1時間撹拌して特定金属錯体含有液を得た。
得られた特定金属錯体含有液は、目視で観察したところ、透明な均一溶液であった。特定金属錯体含有液に含まれる特定金属錯体の濃度は、1.0mmol/gである。
特定金属錯体含有液は、以下に示す構造のカチオン性銅錯体と、対アニオンHCOOと、を含有する。
[Example 1]
(1. Preparation of composition for forming a metal film)
(1-1. Preparation of liquid containing specific metal complex)
2.1 g of copper (II) formate tetrahydrate and 5 g of ethanol were added to a 100 mL (milliliter) Erlenmeyer flask. While stirring this solution, 2.2 g (37.2 mmol) of propylamine was added, and the mixture was stirred at room temperature (25 ° C.) for 1 hour to obtain a specific metal complex-containing liquid.
The obtained specific metal complex-containing liquid was a transparent uniform solution when visually observed. The concentration of the specific metal complex contained in the specific metal complex-containing liquid is 1.0 mmol / g.
The specific metal complex-containing liquid contains a cationic copper complex having the structure shown below and a counter anion HCOO .

Figure 2022003170
Figure 2022003170


(1−2.対アニオン含有液の調製)
100mL(ミリリットル)の三角フラスコに、Cu(Hedta)・HOを4.0g測りとり、エタノールを4g加えた。この溶液を撹拌しながら、ジブチルアミンを2.81g加え、1時間還流して下記構造のアニオン性金属錯体と、(CNHと、を含有する対アニオン含有液を得た。
得られた対アニオン含有液は、目視で観察したところ、透明な均一溶液であった。対アニオン含有液に含まれる下記構造のアニオン性金属錯体の濃度は、1.0mmol/gであった。
(1-2. Preparation of anti-anion-containing liquid)
In a 100 mL (milliliter) Erlenmeyer flask, 4.0 g of Cu (H 2 edta) and H 2 O was measured, and 4 g of ethanol was added. While stirring the solution was added 2.81g dibutylamine, to give an anionic metal complex of the following structure was refluxed for 1 h, the (C 4 H 9) and 2 NH +, contains a counter anion-containing solution ..
The obtained counter anion-containing liquid was a transparent uniform solution when visually observed. The concentration of the anionic metal complex having the following structure contained in the counter anion-containing liquid was 1.0 mmol / g.

Figure 2022003170
Figure 2022003170


(1−3.金属膜形成用組成物の調製)
得られた特定金属錯体含有液と、対アニオン含有液とを、質量比1:8、すなわち、特定金属錯体含有液1質量部に対し、対アニオン含有液8質量部の割合で混合し、実施例1の金属膜形成用組成物を得た。
(1-3. Preparation of composition for forming a metal film)
The obtained specific metal complex-containing liquid and the counter anion-containing liquid were mixed at a mass ratio of 1: 8, that is, at a ratio of 8 parts by mass of the counter anion-containing liquid to 1 part by mass of the specific metal complex-containing liquid. The composition for forming a metal film of Example 1 was obtained.

(2、カチオン性銅錯体の吸収スペクトル測定)
得られた金属膜形成用組成物をエタノールで希釈し、銅錯体の濃度を0.1mmol/gとした希釈液(試料)を作製した。得られた試料の吸収スペクトルを、吸光光度計(u−2800:日立製作所)にて測定した。
吸収スペクトルを図1に示す。図1に明らかなように、試料は、647nmに吸収をもつスペクトルを示した。すなわち、実施例1の金属膜形成用組成物は銅錯体を含有することが裏付けられた。
また、金属膜形成用組成物における対アニオン含有液の混合比率を変えて、金属膜形成用組成物に対するアニオン性錯体の含有量を変えたところ、吸収スペクトルにおける吸収位置がシフトするのが確認された。これは、金属膜形成用組成物中において、互いに構造の異なる異種錯体の含有量が増加したことを意味する。
(2. Measurement of absorption spectrum of cationic copper complex)
The obtained composition for forming a metal film was diluted with ethanol to prepare a diluted solution (sample) having a copper complex concentration of 0.1 mmol / g. The absorption spectrum of the obtained sample was measured with an absorbance photometer (u-2800: Hitachi, Ltd.).
The absorption spectrum is shown in FIG. As is clear from FIG. 1, the sample showed a spectrum with an absorption at 647 nm. That is, it was confirmed that the composition for forming a metal film of Example 1 contained a copper complex.
Further, when the mixing ratio of the counter anion-containing liquid in the metal film forming composition was changed to change the content of the anionic complex in the metal film forming composition, it was confirmed that the absorption position in the absorption spectrum was shifted. rice field. This means that the content of heterogeneous complexes having different structures from each other has increased in the composition for forming a metal film.

(3.金属膜の形成)
得られた金属膜形成用組成物を、厚さ1.5mmの石英ガラス基板(昭島ガラス社製)の片面に、スピンコート法で、塗布膜厚が3μmとなる量で塗布して、金属膜形成用組成物層を形成した。
その後、金属膜形成用組成物層を、70℃にて10分間乾燥した。
(3. Formation of metal film)
The obtained composition for forming a metal film is applied to one side of a quartz glass substrate (manufactured by Akishima Glass Co., Ltd.) having a thickness of 1.5 mm by a spin coating method in an amount such that the coating film thickness is 3 μm to obtain a metal film. A composition layer for formation was formed.
Then, the composition layer for forming a metal film was dried at 70 ° C. for 10 minutes.

基板上に金属膜形成用組成物層が形成された積層体を、管状炉内にて、最高温度350℃になるまで、昇温速度0.5℃/秒にて昇温し、最高温度を15分間維持して加熱してガラス基板上に膜厚40nmの銅膜を形成した。
その後、得られた銅膜を室温になるまで放冷した。
The laminate in which the composition layer for forming a metal film is formed on the substrate is heated in a tubular furnace at a heating rate of 0.5 ° C./sec until the maximum temperature reaches 350 ° C. to reach the maximum temperature. After maintaining for 15 minutes and heating, a copper film having a thickness of 40 nm was formed on the glass substrate.
Then, the obtained copper film was allowed to cool to room temperature.

(銅膜の評価)
得られた銅膜について、以下の評価を行った。
1.成分分析
得られた銅膜に対し、X線回折(XRD)をMXP−18AHF22装置、Bruker AXS社を用い、入射角0.3°の平行ビーム光学系で、2θが30°〜50°まで0.05°ステップで、固定時間6秒ずつ強度を測ることで、測定した。
結果を図2に示す。図2に明らかなように、XRDのパターンによれば、形成された銅膜は、銅の単一相であることがわかる。
(Evaluation of copper film)
The obtained copper film was evaluated as follows.
1. 1. Component analysis X-ray diffraction (XRD) was performed on the obtained copper film using an MXP-18AHF22 device and Bruker AXS in a parallel beam optical system with an incident angle of 0.3 °, and 2θ was 0 from 30 ° to 50 °. It was measured by measuring the intensity in steps of 0.05 ° for a fixed time of 6 seconds each.
The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 2, according to the XRD pattern, it can be seen that the formed copper film is a single phase of copper.

2.膜構造
実施例1の金属膜形成用組成物により形成した銅膜を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した写真を図3に示す。図3に明らかなように、形成された銅膜には、凝集された大きな粒径の粒子、或いは目立った空隙等は観察されず、緻密な銅粒子で形成されていることがわかる。
2. 2. Membrane structure FIG. 3 shows a photograph of a copper film formed by the metal film forming composition of Example 1 taken with a scanning electron microscope (SEM). As is clear from FIG. 3, it can be seen that the formed copper film is formed of dense copper particles without observing agglomerated large particle size particles or conspicuous voids.

3.電気伝導率
得られた銅膜について、以下の方法で電気伝導性を測定した。銅膜の電気抵抗は、四探針法によって5点計測し、測定値の最大値と最小値を除いた3点で平均値を算出して得た値を銅膜の電気抵抗値とした。
測定は、デジタルマルチメーター:岩通計測株式会社、VOAC7512およびKEITHLEY、Model2010 Multimeterを用いて行なった。
その結果、電気伝導率は、4.7×10−5Ωcmであり、薄膜でありながら、実用上十分な電気伝導性を示した。
3. 3. Electrical conductivity The obtained copper film was measured for electrical conductivity by the following method. The electrical resistance of the copper film was measured at 5 points by the four-probe method, and the average value was calculated at 3 points excluding the maximum and minimum values of the measured values, and the value obtained was taken as the electrical resistance value of the copper film.
The measurement was performed using a digital multimeter: Iwatsu Measurement Co., Ltd., VOAC7512 and KEITHLEY, Model2010 Multimeter.
As a result, the electric conductivity was 4.7 × 10 -5 Ωcm, and although it was a thin film, it showed sufficient electric conductivity for practical use.

4.密着性
得られた銅膜について、以下の方法でガラス基板との密着性を測定した。
薄膜の密着性は、引張り試験機:薄膜密着強度測定機:ロミュラス〔Romulus(商品名)、フォトテクニカ社(Phototechnica Co.Ltd.〕により測定した。
引張り強度試験用サンプルは、以下のように調製した。
エポキシ接着剤が塗布されているスタッドピンを、ガラス基板上の銅膜面にクリップを使って垂直に固定して接着し、温度150℃の乾燥器内で1時間加熱してエポキシ接着剤を硬化させ、乾燥器内が常温(25℃)になるまで冷ましてから取り出し、スタッドピンを固定していたクリップを外して、スタッドピンが垂直に接着された引張り強度試験用サンプルを調製した。スタッドピンは、アルミニウム製で、接着面がφ2.7mmのものを用いた。
銅膜を備える基板を、引張り試験機の補強板に固定し、引張り試験機の掴み部で、スタッドピンを挟んで、垂直下向きに引張り、ガラス基板から銅膜が剥離したときの強度を測定した。測定は5回行ない、測定された強度の最大値と最小値を除いた3点の測定結果より平均強度を求めた。
その結果、剥離強度は36MPaであり、銅膜はガラス基板との密着性が良好であることが分かった。
4. Adhesion The adhesion of the obtained copper film to the glass substrate was measured by the following method.
The adhesion of the thin film was measured by a tensile tester: a thin film adhesion strength measuring machine: Romulus (trade name), Phototechnica Co. Ltd.
The tensile strength test sample was prepared as follows.
The stud pin coated with the epoxy adhesive is fixed vertically to the copper film surface on the glass substrate using a clip and adhered, and heated in a dryer at a temperature of 150 ° C. for 1 hour to cure the epoxy adhesive. Then, the inside of the dryer was cooled to room temperature (25 ° C.) and then taken out, and the clip fixing the stud pin was removed to prepare a sample for tensile strength test in which the stud pin was vertically adhered. The stud pin was made of aluminum and had an adhesive surface of φ2.7 mm.
The substrate provided with the copper film was fixed to the reinforcing plate of the tensile tester, and the stud pin was sandwiched between the grips of the tensile tester and pulled vertically downward to measure the strength when the copper film was peeled off from the glass substrate. .. The measurement was performed 5 times, and the average intensity was obtained from the measurement results of 3 points excluding the maximum value and the minimum value of the measured intensity.
As a result, it was found that the peel strength was 36 MPa, and the copper film had good adhesion to the glass substrate.

5.光透過性
得られた銅膜について、以下の方法で、透過/反射スペクトルを測定し、光透過率を得た。
銅膜の透過/反射スペクトルは、UV−3600 SUPECTROPHOTOMETER((株)島津製作所)により測定した。透過スペクトルは、空気をリファレンスとして、ダブルビームモードで220nm〜2500nmの範囲を測定した。反射スペクトルは、硫酸バリウムをリファレンスとして、ダブルビームモードで220nm〜2500nmの範囲を測定した。結果を図4に示す。
図4のグラフより、得られた銅膜の可視光透過率は約40%であり、ガラス基板上に形成された銅膜を介して、文字が視認できる程度の透明性を有していることが分かる。
5. Light transmittance The transmitted / reflected spectrum of the obtained copper film was measured by the following method to obtain the light transmittance.
The transmission / reflection spectrum of the copper film was measured by UV-3600 SUPECTROPHOTOMETER (Shimadzu Corporation). The transmission spectrum was measured in the range of 220 nm to 2500 nm in the double beam mode with air as a reference. The reflection spectrum was measured in the range of 220 nm to 2500 nm in the double beam mode with barium sulfate as a reference. The results are shown in FIG.
From the graph of FIG. 4, the visible light transmittance of the obtained copper film is about 40%, and the transparency is such that characters can be visually recognized through the copper film formed on the glass substrate. I understand.

5.赤外線反射率
得られた銅膜について、既述の光透過性の測定に用いた装置と同じ、UV−3600 SUPECTROPHOTOMETER((株)島津製作所)を用いて、800nm〜2500nm(赤外線測定)の光を測定面に対して入射し、反射率を測定した。結果を図58に示す。
図5のグラフより、得られた銅膜の赤外線反射率は、1200nmでは50%、2500nmでは100%であり、得られた銅膜は赤外線の遮断効果があり、特に遠赤外線の遮断性に優れることが分かる。
5. Infrared reflectance For the obtained copper film, use the same UV-3600 SUPECTROPHOTOMETER (Shimadzu Seisakusho Co., Ltd.), which is the same as the device used for the measurement of light transmittance described above, to emit light of 800 nm to 2500 nm (infrared measurement). It was incident on the measurement surface and the reflectance was measured. The results are shown in FIG.
From the graph of FIG. 5, the infrared reflectance of the obtained copper film is 50% at 1200 nm and 100% at 2500 nm, and the obtained copper film has an infrared blocking effect, and is particularly excellent in far infrared blocking property. You can see that.

(産業上の利用分野)
本開示の金属膜形成用組成物を用いて形成された金属膜は、薄層でも電気伝導性、熱伝導性が良好であり、基板との密着性も良好であるため、種々の分野に応用することができる。
本開示の金属膜形成用組成物は、例えば、大規模集積回路(LSI)の回路、太陽電池配線、トレンチ埋入配線、電磁波シールド、赤外線遮断ガラス、熱反射ガラス、真空集熱器の熱伝導部材、金属としての、銀或いは銅の特性を利用した抗菌性材料、熱媒管等に好適に使用される。
(Industrial application field)
The metal film formed by using the composition for forming a metal film of the present disclosure has good electrical conductivity and thermal conductivity even in a thin layer, and has good adhesion to a substrate, so that it can be applied to various fields. can do.
The composition for forming a metal film of the present disclosure includes, for example, a circuit of a large-scale integrated circuit (LSI), a solar cell wiring, a trench embedded wiring, an electromagnetic wave shield, an infrared blocking glass, a heat reflecting glass, and heat conduction of a vacuum collector. It is suitably used for a member, an antibacterial material utilizing the characteristics of silver or copper as a metal, a heat medium tube, and the like.

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。 All documents, patent applications, and technical standards described herein are to the same extent as if the individual documents, patent applications, and technical standards were specifically and individually stated to be incorporated by reference. Incorporated by reference herein.

Claims (10)

下記一般式(1)、一般式(2)または一般式(3)で表される金属錯体と、前記金属錯体の対アニオンと、前記金属錯体の溶剤とを含み、前記金属錯体の対アニオンは前記金属錯体が含む金属原子と同一の金属原子を含む、金属膜形成用組成物。
Figure 2022003170



前記一般式(1)中、Mは、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。L11およびL12は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。1nおよび1mは、それぞれ独立に0〜8の整数を表し、1n+1mは、4〜8の範囲であり、Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。
前記一般式(2)中、Mは、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。L21およびL22は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。2nおよび2mは、それぞれ独立に0〜4の整数を表し、2n+2mは、2〜4の範囲であり、Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。
前記一般式(3)中、Mは、Cu、Ni、Mn、およびCoからなる群より選ばれる金属原子を表す。L31およびL32は、それぞれ独立にNH配位子、RNH配位子、OH配位子、またはジアミン由来の配位子を表し、Rはアルキレン基を表す。3nおよび3mは、それぞれ独立に0〜8の整数を表し、3n+3mは、2〜8の範囲であり、Mで表される金属原子の価数に応じて決定される整数を表す。
The metal complex represented by the following general formula (1), general formula (2) or general formula (3), the counter anion of the metal complex, and the solvent of the metal complex are contained, and the counter anion of the metal complex is A composition for forming a metal film, which comprises the same metal atom as the metal atom contained in the metal complex.
Figure 2022003170



In the general formula (1), M 1 represents a metal atom selected from the group consisting of Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co. L 11 and L 12 independently represent an NH 3 ligand, an R 1 NH 2 ligand, an OH 2 ligand, or a diamine-derived ligand, and R 1 represents an alkylene group. 1n and 1m each independently represent an integer of 0 to 8, 1n + 1m is in the range of 4-8, an integer determined according to the valence of the metal atom represented by M 1.
In the general formula (2), M 2 represents a metal atom selected from the group consisting of Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, and Co. L 21 and L 22 independently represent an NH 3 ligand, an R 1 NH 2 ligand, an OH 2 ligand, or a diamine-derived ligand, and R 1 represents an alkylene group. 2n and 2m each independently represent an integer of 0 to 4, and 2n + 2m represents an integer in the range of 2 to 4 and determined according to the valence of the metal atom represented by M 2.
In the general formula (3), M 3 represents a metal atom selected from the group consisting of Cu, Ni, Mn, and Co. L 31 and L 32 independently represent an NH 3 ligand, an R 1 NH 2 ligand, an OH 2 ligand, or a diamine-derived ligand, and R 1 represents an alkylene group. 3n and 3m each independently represent an integer of 0 to 8, 3n + 3m is in the range of 2-8, an integer determined according to the valence of the metal atom represented by M 3.
前記金属錯体は、一般式(1)で表される金属錯体であり、以下に示す化合物群から選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の金属膜形成用組成物。下記化合物中、Mは、それぞれ独立に、Ag、Cu、Li、Ni、Mn、Zn、またはCoを表す。
Figure 2022003170


The composition for forming a metal film according to claim 1, wherein the metal complex is a metal complex represented by the general formula (1) and contains at least one selected from the compound group shown below. In the following compounds, M 1 independently represents Ag, Cu, Li, Ni, Mn, Zn, or Co.
Figure 2022003170


前記金属錯体は、一般式(3)で表される金属錯体であり、以下に示す化合物群から選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の金属膜形成用組成物。下記化合物中、Mは、Cu、Ni、Mn、またはCoを表す。
Figure 2022003170


The composition for forming a metal film according to claim 1, wherein the metal complex is a metal complex represented by the general formula (3) and contains at least one selected from the compound group shown below. In the following compounds, M 3 represents Cu, Ni, Mn, or Co.
Figure 2022003170


前記金属膜形成用組成物全量に含まれる金属原子の含有量が0.5質量%〜10質量%の範囲である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物。 The composition for forming a metal film according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of metal atoms contained in the total amount of the composition for forming a metal film is in the range of 0.5% by mass to 10% by mass. thing. 前記金属錯体の対アニオンは、カルボン酸、カルボン酸の錯体、アミノポリカルボン酸、アミノポリカルボン酸の錯体、アミノ酸化合物、およびアミノ酸化合物の錯体から選択される化合物に由来する対アニオンの少なくとも1種を含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物。 The counter anion of the metal complex is at least one of a counter anion derived from a compound selected from a carboxylic acid, a carboxylic acid complex, an aminopolycarboxylic acid, an aminopolycarboxylic acid complex, an amino acid compound, and an amino acid compound complex. The composition for forming a metal film according to any one of claims 1 to 4, wherein the composition comprises. 前記金属錯体の対アニオンは、カルボン酸の錯体、アミノポリカルボン酸の錯体、及びアミノ酸化合物の錯体からなる群より選択される化合物に由来する対アニオンの少なくとも1種を含む請求項5に記載の金属膜形成用組成物。 The fifth aspect of claim 5, wherein the counter anion of the metal complex contains at least one counter anion derived from a compound selected from the group consisting of a carboxylic acid complex, an aminopolycarboxylic acid complex, and an amino acid compound complex. Composition for forming a metal film. 前記アミノポリカルボン酸の錯体は、ニトリロ三酢酸の錯体、ニトリロ三プロピオン酸の錯体、カルボキシエチルイミノ二酢酸の錯体、カルボキシメチルイミノ二プロピオン酸の錯体、イミノ二酢酸の錯体、イミノ二プロピオン酸の錯体、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸の錯体、ヒドロキシエチルイミノ二プロピオン酸の錯体、メトキシエチルイミノ二酢酸の錯体、アラニン−N,N−二酢酸の錯体、セリン−N,N−二酢酸の錯体、イソセリン−N,N−二酢酸の錯体、アスパラギン酸−N,N−二酢酸の錯体、グルタミン酸−N,N−二酢酸の錯体、及びエチレンジアミン四酢酸の錯体からなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項6に記載の金属膜形成用組成物。 The aminopolycarboxylic acid complex includes a nitrilo triacetic acid complex, a nitrilo tripropionic acid complex, a carboxyethyl imino diacetic acid complex, a carboxymethyl imino dipropionic acid complex, an imino diacetic acid complex, and an imino dipropionic acid complex. Complex, hydroxyethyliminodiacetic acid complex, hydroxyethyliminodipropionic acid complex, methoxyethyliminodiacetic acid complex, alanin-N, N-diacetic acid complex, serine-N, N-diacetic acid complex, isoselin At least one selected from the group consisting of a complex of -N, N-diacetic acid, a complex of aspartic acid-N, N-diacetic acid, a complex of glutamic acid-N, N-diacetic acid, and a complex of ethylenediamine tetraacetic acid. The composition for forming a metal film according to claim 6, which comprises. 前記金属錯体の対アニオンは、下記構造の対アニオンを含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物。
Figure 2022003170


The composition for forming a metal film according to any one of claims 1 to 7, wherein the counter anion of the metal complex contains a counter anion having the following structure.
Figure 2022003170


基材上に、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物を塗布して、金属膜形成用組成物層を形成する工程と、
基材上に形成された前記金属膜形成用組成物層を、30℃以上の温度条件にて加熱して金属膜を形成する工程と、
を含む金属膜形成方法。
A step of applying the metal film-forming composition according to any one of claims 1 to 8 onto a substrate to form a metal film-forming composition layer.
A step of heating the composition layer for forming a metal film formed on a substrate under a temperature condition of 30 ° C. or higher to form a metal film.
Metal film forming method including.
基材上に、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の金属膜形成用組成物を塗布して、金属膜形成用組成物層を形成する工程と、
基材上に形成された前記金属膜形成用組成物層に紫外線を照射して金属膜を形成する工程と、
を含む金属膜形成方法。
A step of applying the metal film-forming composition according to any one of claims 1 to 8 onto a substrate to form a metal film-forming composition layer.
A step of irradiating the composition layer for forming a metal film formed on a base material with ultraviolet rays to form a metal film, and a step of forming the metal film.
Metal film forming method including.
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