JP4430865B2 - 金属膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属膜の低温形成方法に関する。より詳しくは、電気・電子機器用として使用される配線用に特に好適に用いられる金属膜の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、金属膜は、真空蒸着法、スパッタリング法等の真空プロセスにより形成されている。しかし、より簡便で真空プロセスによらない手法が望まれており、近年、金属粒子を分散した塗布液を用いる液相法による金属膜形成が行われている。
【0003】
真空蒸着などの真空プロセスによれば、加熱処理なしで直接金属膜を形成できる。一方、塗布法では、成膜後に膜中に残存する溶剤や分散剤などの有機物を加熱燃焼により除く必要があり、非特許文献1によれば、金又は銀塗膜を得るために250〜300℃程度の加熱処理が必須となる。異なる貴金属塗布液を用いた特許文献1、特許文献2、特許文献3においても同様に、250〜300℃程度の加熱処理を行い、導電性を有する金属膜を得ている。
【0004】
非特許文献2には、酸化銀を出発原料とし、加熱過程での還元反応による銀の析出と融着が可能なことが示されている。
【0005】
また、非特許文献3には、銅微粒子分散液を用いた配線形成が可能であることが記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−35814号公報
【特許文献2】
特開2001−325831号公報
【特許文献3】
特開2002−294307号公報
【非特許文献1】
真空冶金株式会社カタログ「パーフェクトゴールド&パーフェクトシルバー」
【非特許文献2】
日経エレクトロニクス、No.824、6−17、p67〜78(2002)
【非特許文献3】
「NEDO 平成11年度提案公募委託研究 (10即効型:98Y29−021)銅スピンコート液による半導体配線形成に関する研究」http://www.nedo.go.jp/itd/teian/ann-mtg/fy11/seika/98y29021/98y29021s.html
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の特許文献1〜3,非特許文献1に記載の方法では、250〜300℃での加熱処理が必須であるため、耐熱性の低い基板への成膜が不可能であるという問題点を有している。
【0008】
一方、非特許文献2記載の手法は、特許文献1〜3,非特許文献1に記載の手法に比べ低温の200℃で銀膜が得られるが、還元反応を利用するため膜の緻密化が充分でないという問題点を有している。
【0009】
また、非特許文献3に記載された銅配線を得るためには、上記に記載した貴金属膜形成と同様に高温での加熱処理が必要であるとともに、銅の酸化を抑制するために、低圧空気の導入とそれに続く高真空還元雰囲気での加熱処理が必要である。
【0010】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐熱性の低い基板を用いての成膜が可能であり、低温で形成可能な金属膜の形成方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを同時に行うことにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
請求項1に記載の金属膜の形成方法は、上記の課題を解決するために、平均粒子径が50nm以下の金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを同時に行い、前記加熱処理の加熱処理温度が、200℃以下であることを特徴としている。
【0013】
上記の構成によれば、紫外光照射と加熱処理とを同時に行うことにより、通常250℃以上必要であった加熱処理温度を200℃以下まで低下させることができる。これにより、耐熱性の低い基板への成膜が可能となり、耐熱温度が低い材料を基体とした場合でも低温で緻密な金属膜を形成することができる。
【0015】
また、金属粒子の平均粒子径を50nm以下とすることで金属粒子の自己焼結性を利用した金属膜の緻密度をより高めることができる。すなわち、通常、成膜後、溶剤及び分散剤などの有機化合物が除かれた後、膜中に含まれる金属粒子の自己焼結性を利用して、金属膜の緻密化が進行するが、金属粒子の焼結性はその粒径に依存するため、金属粒子の平均粒子径を上記範囲とすることで、金属膜の緻密化を進行させることができる。
【0018】
請求項2に記載の金属膜の形成方法は、上記の課題を解決するために、加熱処理を赤外線ヒータ又は赤外線照射により行うことを特徴としている。
【0019】
上記の構成によれば、加熱処理を赤外線により行うことで、基体温度をあまり上昇させずに塗布膜のみを加熱することができる。
【0020】
請求項3に記載の金属膜の形成方法は、金属膜形成に使用する紫外光の波長が、260nm以下であることを特徴としている。
【0021】
上記の構成によれば、紫外光を上記波長とすることで、より効率的に残留有機物の除去を行うことができる。
【0022】
請求項4に記載の金属膜の形成方法は、金属薄膜を形成するために用いられる金属粒子が、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属であることを特徴としている。
【0023】
上記の構成によれば、金属粒子として上記の金属を用いることで、より導電性に優れた金属膜を形成することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について、説明すれば以下のとおりである。
本発明の金属膜の形成方法は、金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを行う方法である。
【0025】
本発明の塗布液中に含まれる金属粒子の粒径は、特に限定されないが、50nm以下であることが好ましい。成膜後、溶剤及び分散剤などの有機化合物が除かれた後、膜中に含まれる金属粒子の自己焼結性を利用して膜の緻密化が進行する。金属粒子の自己焼結性は、その粒径に依存し、平均粒子径が50nmを超えると低温での自己焼結性が低下するため好ましくない。より好ましくは、平均粒子径は30nm以下である。
【0026】
塗布液中に含まれる金属粒子の形成法には限定されるものではなく、50nm以下であればその手法は問わない。蒸発金属を用いる方法、金属塩の還元による方法などある。
【0027】
金属粒子の種類は、膜形成後、導電性を有する物であれば特に限定されないが、その導電性より、白金、金、銀、パラジウム、イリジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、錫より選ばれた一種の金属もしくは二種以上の金属の組合せが好ましい。より好ましくは、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムなどの貴金属より選ばれた一種の金属もしくは二種以上の貴金属の組合せが用いられる。
【0028】
塗布液の溶剤としては、前記金属粒子が安定に分散可能な物であれば特に限定されないが、ミネラルスプリット、トリデカン、ドデシルベンゼン、α-eルピネオール、炭素数が5以上の炭化水素、アルコール、エーテル、エステル若しくはそれらの混合物が用いられる。
【0029】
また、金属粒子の分散性を向上させるために、チオールや硫酸基を内包する有機硫黄化合物、カルボン酸基や硝酸基を内包する有機化合物が、金属種に応じ適時添加される。
【0030】
前記塗布液をスピンコート、ディップコート、スプレーコート、バーコート、スクリーン印刷等の方法により基体上に形成した後、加熱処理と好ましくは380nm以下の紫外光照射とを行うことにより、金属膜を形成する。
【0031】
加熱処理と紫外光照射とは同時に行うことが最も好ましいが、必要に応じて時間差を生じてもよい。
【0032】
紫外光照射を加熱処理と同時に行うことにより、通常250℃以上必要であった加熱処理温度を200℃以下まで低下させることが可能である。従って、加熱処理温度は、200℃以下が好ましい。
【0033】
基体の加熱処理方法は、特に限定されないが、赤外線ヒータ又は赤外線照射を用いることがより好ましい。特に、赤外線照射では、基板温度をあまり上昇させずに塗布膜のみを加熱することが可能であるのでより好ましい。
【0034】
加熱処理に併用する紫外光は、380nm以下の波長を主成分とする紫外光でであることが好ましく、これより長波長の光のみでは、目的とする残留有機物の効率的な除去を行うことが出来なくなるおそれがある。より好ましくは、紫外光の波長が260nm以下である。
【0035】
紫外光の照射強度は、塗布膜中に残存する有機物の種類、光源の波長などにより異なるため限定することは出来ないが、あまり照射強度が低すぎると金属膜を形成するためにの時間が長くなるため、0.5mW/cm2以上である事が好ましい。より好ましくは、2mW/cm2以上である。
【0036】
紫外光の照射時間は、塗布膜中に残存する有機物の種類、光源の波長などにより異なるため限定することは出来ない。1秒から5時間が好ましい。
【0037】
本発明の方法によれば、従来の200℃以下の加熱処理のみでは、除去することが困難であった塗布膜中に残存する残留有機物を効率よく除去することが可能となる。結果として、加熱処理単独に比べ、より低温で金属膜の形成が可能となる。また、加熱処理温度を低くすることにより、従来雰囲気制御等が必須であった卑金属膜形成のための煩雑な雰囲気制御が不要となる。
【0038】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について、説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
【0039】
〔実施例1〕
金塗布液(真空冶金製、パーフェクトゴールド、平均粒子径;10nm、溶剤:α-eルピネオール)を用いガラス基板上に、2000rpmで20秒の条件でスピンコートを行った後、100℃で3分間乾燥し、塗布膜を形成した。得られた塗布膜を赤外線ヒータ上で170℃に加熱しながら、低圧水銀ランプ(照射波長:254nm、照射強度:10mW/cm2)2時間処理を行った。得られた膜は、金光沢を有し、12Ω/□のシート抵抗が発現した。
【0040】
〔実施例2〕
銀塗布液(真空冶金製、パーフェクトシルバー、平均粒子径;10nm、溶剤:α-eルピネオール)を用いガラス基板上に、2000rpmで20秒の条件でスピンコートを行った後、100℃で3分間乾燥し、塗布膜を形成した。得られた塗布膜を赤外線ヒータ上で170℃に加熱しながら、低圧水銀ランプ(照射波長:254nm、照射強度:10mW/cm2)2時間処理を行った。得られた膜は、銀光沢を有し、2.4Ω/□のシート抵抗が発現した。
【0041】
〔比較例1〕
実施例1と同様の方法で得られた塗布膜を200℃で1時間、加熱処理したが、茶褐色の膜となり、導電性は発現しなかった。同様の膜を、300℃で30分か熱処理することで、金光沢が発現し、そのシート抵抗値は11Ω/□であった。
【0042】
〔比較例2〕
実施例2と同様の方法で得られた塗布膜を200℃で1時間、加熱処理したが、茶褐色の膜となり、導電性は発現しなかった。同様の膜を、300℃で30分か熱処理することで、銀光沢が発現し、そのシート抵抗値は2.2Ω/□であった。
【0043】
以上の実施例を見てわかるように、加熱処理のみでは、金属光沢や導電性の発現のために300℃程度の加熱処理が必要な塗布膜に、紫外光照射を併用することにより200℃以下の低温加熱で同様の金属光沢と導電性が発現する。
【0044】
本実施例では、赤外線ヒータを用いたが、塗布面から赤外線ランプによる照射加熱を行っても同様の効果が得られることは言うまでもない。特に、プラスチック基板などの耐熱性の低い基板上への金属膜形成に有効である。
【0045】
【発明の効果】
本発明の金属膜の形成方法によれば、真空蒸着法やスパッタリング法などの設備を使用せずに、200℃以下の低温加熱で、簡便な方法で金属膜を形成することが可能である。
Claims (4)
- 平均粒子径が50nm以下の金属粒子を含有する塗布液を基体上に成膜後、加熱処理と紫外光照射とを同時に行い、前記加熱処理の加熱処理温度が、200℃以下であることを特徴とする金属膜の形成方法。
- 加熱処理が、赤外線ヒータ又は赤外線照射により行われることを特徴とする請求項1記載の金属膜の形成方法。
- 紫外光の波長が、260nm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の金属膜の形成方法。
- 金属粒子が、白金、金、銀、パラジウム、イリジウムからなる群より選ばれる少なくとも1 種の金属であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属膜の形成方法。
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