JP5834499B2 - Metal film forming composition, metal film, metal film forming method and electronic component - Google Patents

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本発明は、金属膜形成用組成物、金属膜、金属膜の形成方法および電子部品に関する。   The present invention relates to a metal film forming composition, a metal film, a metal film forming method, and an electronic component.

フレキシブルプリント配線板等の回路基板基材に用いる金属配線や金属パターン等の金属構造物などを作製する場合、まず均質な金属膜を形成する必要がある。
従来、このような金属膜はメッキ法で形成するのが一般的であった。メッキ法においては、通常、スパッタによるシード層の形成とメッキ処理が必要となる。スパッタは、真空中で行う必要があるので、装置や操作上の制約が大きい。また、処理に長時間を要し、コストが高くなる。メッキ処理は、メッキ液の廃液処理が環境上大きな問題となる。
When producing a metal structure such as a metal wiring or a metal pattern used for a circuit board substrate such as a flexible printed wiring board, it is necessary to first form a homogeneous metal film.
Conventionally, such a metal film is generally formed by a plating method. In the plating method, formation of a seed layer by sputtering and plating are usually required. Since sputtering needs to be performed in a vacuum, there are significant restrictions on the apparatus and operation. In addition, the processing takes a long time and the cost becomes high. In the plating process, the waste liquid treatment of the plating solution is a large environmental problem.

メッキ法に代わる金属膜の形成方法として塗布法がある。塗布法は、上記のようなプロセス上不利な工程を使う必要がない点でメリットが大きい。
塗布法としては、特許文献1に、酸化銀とグリセリン等の還元剤とを含む組成物を用いた銀膜の形成方法が提案されている。
There is a coating method as a method of forming a metal film instead of the plating method. The coating method has a great merit in that it is not necessary to use a process disadvantageous process as described above.
As a coating method, Patent Document 1 proposes a method of forming a silver film using a composition containing silver oxide and a reducing agent such as glycerin.

しかし、塗布法では一般に薄膜しか形成することができない。金属粒子等を含んだ組成物を用いれば、ある程度の厚膜の形成は可能であるが、より膜厚の大きい金属膜を形成するために粒子径の大きい金属粒子等を使用すると、金属粒子間の接着が不十分になるなどの理由により、自立した金属膜を形成することが困難であった。特にイオン化傾向の大きい銅などの金属の粒子を使用した場合には、通常その粒子表面に形成されている金属酸化物が還元されにくいために、自立した金属膜を形成することがさらに困難であった。   However, generally only a thin film can be formed by the coating method. If a composition containing metal particles or the like is used, it is possible to form a thick film to some extent, but if metal particles with a large particle diameter are used to form a metal film having a larger film thickness, It was difficult to form a self-supporting metal film due to insufficient adhesion of the metal. In particular, when metal particles such as copper having a high ionization tendency are used, it is more difficult to form a self-supporting metal film because the metal oxide usually formed on the particle surface is difficult to be reduced. It was.

特開2004−176079号公報JP 2004-176079 A

本発明の目的は、膜厚の大きい金属膜であっても、またイオン化傾向の大きい金属の膜であっても、効率よく金属膜を形成することができる組成物およびそのような金属膜の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a composition capable of efficiently forming a metal film, whether it is a metal film having a large film thickness or a metal film having a large ionization tendency, and the production of such a metal film. Is to provide a method.

前記目的を達成する本発明は、表面部を含む一部分が金属の酸化物からなり、前記表面部を含む一部分以外の部分が前記金属からなる金属−金属酸化物複合粒子(A1)、および金属酸化物粒子(A2)から選択される少なくとも1種の金属酸化物含有粒子(A)、アルジトール(B)およびアルジトールの酸化物(C)を含有することを特徴とする金属膜形成用組成物である。   In order to achieve the above object, the present invention provides a metal-metal oxide composite particle (A1) in which a portion including a surface portion is made of a metal oxide, and a portion other than the portion including the surface portion is made of the metal, and metal oxidation A metal film-forming composition comprising at least one metal oxide-containing particle (A) selected from product particles (A2), alditol (B), and alditol oxide (C). .

前記金属膜形成用組成物においては、前記アルジトールの酸化物(C)が、前記アルジトール(B)の酸化物であることが好ましい。
前記金属膜形成用組成物においては、アルジトール(B)がグリセリンであることが好ましい。
In the metal film forming composition, the alditol oxide (C) is preferably the alditol (B) oxide.
In the said metal film formation composition, it is preferable that alditol (B) is glycerol.

前記金属膜形成用組成物においては、前記アルジトール(B)100質量部に対して、前記アルジトールの酸化物(C)の含有量が1〜50質量部であることが好ましい。
他の発明は、前記金属膜形成用組成物から得られる空隙を有する金属膜である。
In the said metal film formation composition, it is preferable that content of the oxide (C) of the said alditol is 1-50 mass parts with respect to 100 mass parts of the said alditol (B).
Another invention is a metal film having voids obtained from the metal film-forming composition.

前記金属膜においては、膜厚が1〜100μmであることが好ましい。
前記金属膜においては、金属膜中の空隙の含有割合が、金属膜の体積を100体積%とするとき、5〜50体積%であることが好ましい。
The metal film preferably has a thickness of 1 to 100 μm.
In the metal film, the content ratio of voids in the metal film is preferably 5 to 50% by volume when the volume of the metal film is 100% by volume.

前記金属膜においては、金属膜中の空隙の含有割合が、金属膜の体積を100体積%とするとき、5〜50体積%であり、金属が銅であることが好ましい。
他の発明は、前記金属膜の空隙に、金属元素を含有する溶液を充填して、該金属元素を含有する溶液から金属を生成させることを特徴とする金属膜の形成方法である。
In the metal film, the void content in the metal film is preferably 5 to 50% by volume when the volume of the metal film is 100% by volume, and the metal is preferably copper.
Another aspect of the invention is a method for forming a metal film, wherein a gap containing the metal film is filled with a solution containing a metal element, and a metal is generated from the solution containing the metal element.

前記金属膜の形成方法においては、前記金属元素を含有する溶液が、銅元素を含有する溶液であることが好ましい。
前記金属膜の形成方法においては、前記銅元素を含有する溶液が、蟻酸銅溶液であることが好ましい。
In the method for forming the metal film, the solution containing the metal element is preferably a solution containing a copper element.
In the method for forming the metal film, the solution containing the copper element is preferably a copper formate solution.

他の発明は、前記金属膜の形成方法により形成される金属膜である。
また他の発明は、前記金属膜を有する電子部品である。
Another invention is a metal film formed by the method for forming a metal film.
Another invention is an electronic component having the metal film.

本発明の金属膜形成用組成物を用いると、金属膜を効率よく形成することができる。特に、本発明の金属膜形成用組成物は、膜厚の大きい金属膜であっても、イオン化傾向の大きい金属からなる膜であっても、効率よく形成することができる。   When the composition for forming a metal film of the present invention is used, a metal film can be formed efficiently. In particular, the metal film-forming composition of the present invention can be efficiently formed, whether it is a metal film with a large film thickness or a film made of a metal with a large ionization tendency.

図1は、実施例1の金属膜形成用組成物から形成された銅膜の電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of a copper film formed from the metal film forming composition of Example 1. FIG.

<金属膜形成用組成物>
本発明の金属膜形成用組成物は、表面部を含む一部分が金属の酸化物からなり、前記表面部を含む一部分以外の部分が前記金属からなる金属−金属酸化物複合粒子(A1)、および金属酸化物粒子(A2)から選択される少なくとも1種の金属酸化物含有粒子(A)、アルジトール(B)およびアルジトールの酸化物(C)を含有することを特徴とする。
<Composition for forming metal film>
The metal film-forming composition of the present invention is a metal-metal oxide composite particle (A1) in which a part including a surface part is made of a metal oxide, and a part other than the part containing the surface part is made of the metal, and It contains at least one metal oxide-containing particle (A) selected from metal oxide particles (A2), alditol (B), and alditol oxide (C).

金属酸化物含有粒子(A)
金属酸化物含有粒子(A)は、本金属膜形成用組成物から形成される金属膜を構成する金属を供給する物質である。つまり、本金属膜形成用組成物を用いると、金属酸化物含有粒子(A)に含有される金属からなる金属膜が形成される。たとえば、銅膜を形成する場合には、金属酸化物含有粒子(A)として銅酸化物含有粒子が使用される。
Metal oxide-containing particles (A)
The metal oxide-containing particle (A) is a substance that supplies a metal constituting the metal film formed from the present metal film-forming composition. That is, when the present metal film-forming composition is used, a metal film made of the metal contained in the metal oxide-containing particles (A) is formed. For example, when forming a copper film, copper oxide-containing particles are used as the metal oxide-containing particles (A).

金属酸化物含有粒子(A)は、金属−金属酸化物複合粒子(A1)(以下、複合粒子(A1)ともいう。)および金属酸化物粒子(A2)から選択される少なくとも1種である。つまり、金属酸化物含有粒子(A)は、複合粒子(A1)のみであってもよく、金属酸化物粒子(A2)のみであってもよく、複合粒子(A1)と金属酸化物粒子(A2)との両方を含んでいてもよい。金属酸化物含有粒子(A)が、複合粒子(A1)および金属酸化物粒子(A2)の両方を含む場合、複合粒子(A1)および金属酸化物粒子(A2)に含有されるそれぞれの金属は通常同一種類の金属である。   The metal oxide-containing particles (A) are at least one selected from metal-metal oxide composite particles (A1) (hereinafter also referred to as composite particles (A1)) and metal oxide particles (A2). That is, the metal oxide-containing particles (A) may be only the composite particles (A1) or only the metal oxide particles (A2), and the composite particles (A1) and the metal oxide particles (A2). ) And both. When the metal oxide-containing particles (A) include both the composite particles (A1) and the metal oxide particles (A2), the respective metals contained in the composite particles (A1) and the metal oxide particles (A2) are Usually the same type of metal.

たとえば、銅膜を形成する場合には、金属−金属酸化物複合粒子(A1)は銅−酸化銅複合粒子であり、金属酸化物粒子(A2)は酸化銅粒子である。
金属酸化物含有粒子(A)は、その中に含有される金属酸化物が後述のアルジトール(B)により還元されて金属に変換され、相互に接着することにより金属膜を形成する。
For example, when forming a copper film, the metal-metal oxide composite particles (A1) are copper-copper oxide composite particles, and the metal oxide particles (A2) are copper oxide particles.
In the metal oxide-containing particles (A), the metal oxide contained therein is reduced by alditol (B), which will be described later, is converted into metal, and is bonded to each other to form a metal film.

(金属−金属酸化物複合粒子(A1))
複合粒子(A1)は、表面部を含む一部分が金属の酸化物からなり、前記表面部を含む一部分以外の部分が前記金属からなる粒子である。たとえば、銅−酸化銅複合粒子の場合には、表面部を含む一部分が酸化銅からなり、それ以外の部分が銅からなる。表面部を含む一部分とは、その表面が複合粒子(A1)の表面の少なくとも一部を形成している部分を意味する。前記表面部を含む一部分以外の部分は前記金属からなっている。したがって、複合粒子(A1)においては、金属酸化物からなる部分が、複合粒子(A1)の表面に現れない状態で含まれることはない。
(Metal-metal oxide composite particles (A1))
The composite particles (A1) are particles in which a part including the surface part is made of a metal oxide and a part other than the part including the surface part is made of the metal. For example, in the case of copper-copper oxide composite particles, a part including the surface part is made of copper oxide, and the other part is made of copper. The part including the surface part means a part where the surface forms at least a part of the surface of the composite particle (A1). Portions other than the portion including the surface portion are made of the metal. Therefore, in the composite particle (A1), a portion made of a metal oxide is not included in a state where it does not appear on the surface of the composite particle (A1).

複合粒子(A1)は、その表面部の全部が金属酸化物からなる粒子(複合粒子(A1−1))であってもよく、その表面部の一部のみが金属酸化物からなる粒子(複合粒子(A1−2))であってもよい。複合粒子(A1−1)においては、金属からなる部分が複合粒子(A1)の表面に現れる状態で含まれることはなく、複合粒子(A1−1)においては、金属からなる部分が複合粒子(A1)の表面に現れる状態で含まれている。   The composite particles (A1) may be particles (composite particles (A1-1)) in which the entire surface portion is made of a metal oxide, or particles (composite particles) in which only a part of the surface portion is made of a metal oxide. Particle (A1-2)). In the composite particle (A1-1), the part made of metal is not included in a state of appearing on the surface of the composite particle (A1). In the composite particle (A1-1), the part made of metal is the composite particle ( It is included in a state appearing on the surface of A1).

複合粒子(A1−1)は、金属からなる中核部と、該中核部全体を被覆する、前記金属の酸化物を含有する外殻部とを有してなる粒子である。市販されている金属粒子は、通常その表面が酸化されて金属酸化膜となっている。この金属酸化膜は前記外殻部に該当する。したがって、市販されている金属粒子は、通常、金属−金属酸化物複合粒子(A1−1)に該当する。   The composite particle (A1-1) is a particle having a core part made of a metal and an outer shell part covering the whole core part and containing the metal oxide. The surface of commercially available metal particles is usually oxidized to form a metal oxide film. This metal oxide film corresponds to the outer shell portion. Therefore, commercially available metal particles usually correspond to metal-metal oxide composite particles (A1-1).

複合粒子(A1)の50質量%平均粒子径(D50)は0.1〜10μmであることが好ましく、より好ましくは0.1〜5μmであり、さらに好ましくは0.1〜3μmである。複合粒子(A1)の50質量%平均粒子径(D50)が前記範囲内であると、外殻部を構成する金属酸化物の還元が効率的に進行するとともに、厚膜の金属膜を形成するのに有効である。0.1μmより小さいと、厚膜の金属膜を形成する上で不都合になる場合がある。10μmより大きいと、金属酸化物の効率的な還元が困難になる場合がある。   The 50% by mass average particle diameter (D50) of the composite particles (A1) is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 5 μm, and further preferably 0.1 to 3 μm. When the 50% by mass average particle diameter (D50) of the composite particles (A1) is within the above range, the reduction of the metal oxide constituting the outer shell portion proceeds efficiently, and a thick metal film is formed. It is effective. If the thickness is smaller than 0.1 μm, it may be inconvenient in forming a thick metal film. If it is larger than 10 μm, efficient reduction of the metal oxide may be difficult.

複合粒子(A1)の金属からなる部分を構成する金属の種類としては、たとえば、銅、銀、パラジウム、ニッケル、タングステン、ルテニウム、クロム、マンガン、鉄、スズ、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、亜鉛、鉛およびアンチモン等が挙げられる。金属からなる部分は1種または2種以上の金属で形成していてもよい。   As a kind of metal which comprises the part which consists of a metal of a composite particle (A1), copper, silver, palladium, nickel, tungsten, ruthenium, chromium, manganese, iron, tin, zirconium, niobium, molybdenum, rhodium, zinc, for example , Lead and antimony. The portion made of metal may be formed of one kind or two or more kinds of metals.

複合粒子(A1)の金属酸化物からなる部分を構成する金属酸化物は、前記金属からなる部分を構成する金属の酸化物である。たとえば、金属からなる部分を構成する金属が銅である場合には、金属酸化物からなる部分を構成する金属酸化物は酸化銅であり、金属からなる部分を構成する金属が銀である場合には、金属酸化物からなる部分を構成する金属酸化物は酸化銀である。   The metal oxide constituting the part made of the metal oxide of the composite particle (A1) is an oxide of the metal constituting the part made of the metal. For example, when the metal constituting the metal portion is copper, the metal oxide constituting the metal oxide portion is copper oxide, and the metal constituting the metal portion is silver. The metal oxide constituting the metal oxide portion is silver oxide.

複合粒子(A1)に占める、金属酸化物からなる部分の比率は、複合粒子(A1)の全体積を100体積%とするとき、通常、50体積%以下である。複合粒子(A1)に占める、金属酸化物からなる部分の比率が50体積%以下であると、金属酸化物を完全に還元することが容易であり、純粋な金属膜を形成しやすい。   The ratio of the portion made of the metal oxide in the composite particles (A1) is usually 50% by volume or less when the total volume of the composite particles (A1) is 100% by volume. When the ratio of the portion made of the metal oxide to the composite particles (A1) is 50% by volume or less, it is easy to completely reduce the metal oxide, and it is easy to form a pure metal film.

前述のとおり、市販されている金属粒子は、通常、本発明の金属−金属酸化物複合粒子(A1)である。
金属酸化物含有粒子(A)としては、厚膜を形成するという観点からは、金属酸化物粒子(A2)よりも複合粒子(A1)のほうが好ましい。複合粒子(A1)は、還元を必要としない中核部を有するため外殻部のみを還元すればよいので、金属酸化物粒子(A2)よりも粒子径を大きくすることができ、その分だけ厚い金属膜を得ることができる。
As described above, the commercially available metal particles are usually the metal-metal oxide composite particles (A1) of the present invention.
As the metal oxide-containing particles (A), composite particles (A1) are more preferable than metal oxide particles (A2) from the viewpoint of forming a thick film. Since the composite particle (A1) has a core part that does not need to be reduced, it is only necessary to reduce the outer shell part. Therefore, the particle diameter can be made larger than that of the metal oxide particle (A2), which is thicker by that amount. A metal film can be obtained.

金属粒子は大気中で放置されると、通常その表面が酸化されて、金属−金属酸化物複合粒子(A1−1)となるが、金属粒子を焼成することによりその表面を酸化して、金属−金属酸化物複合粒子(A1−1)を作製することもできる。焼成条件は、通常、100〜600℃、10〜1000分間である。焼成条件を調整することにより、複合粒子(A1)に占める、金属酸化物からなる部分の比率等を適宜決定することができる。   When the metal particles are left in the atmosphere, the surface is usually oxidized to form metal-metal oxide composite particles (A1-1). By firing the metal particles, the surface is oxidized to form a metal. -A metal oxide composite particle (A1-1) can also be produced. The firing conditions are usually 100 to 600 ° C. and 10 to 1000 minutes. By adjusting the firing conditions, the ratio of the portion made of the metal oxide in the composite particles (A1) can be appropriately determined.

また、このような焼成により作製した複合粒子(A1−1)を適当な条件で粉砕して得られた粒子を、複合粒子(A1−2)および金属酸化物粒子(A2)を含む粒子として使用することができる。   Further, the particles obtained by pulverizing the composite particles (A1-1) prepared by such firing under appropriate conditions are used as particles containing the composite particles (A1-2) and the metal oxide particles (A2). can do.

(金属酸化物粒子(A2))
金属酸化物粒子(A2)は、金属酸化物から形成される粒子である。
金属酸化物粒子(A2)の50質量%平均粒子径(D50)は0.1〜5μmであることが好ましく、より好ましくは0.1〜3μmである。金属酸化物粒子(A2)の50質量%平均粒子径(D50)が前記範囲内であると、金属酸化物の還元が効率的に進行するとともに、厚膜の金属膜を形成するのに有効である。0.1μmより小さいと、厚膜の金属膜を形成する上で不都合になる場合がある。5μmより大きいと、金属酸化物の完全な還元が困難になる場合がある。
(Metal oxide particles (A2))
The metal oxide particles (A2) are particles formed from a metal oxide.
The 50% by mass average particle diameter (D50) of the metal oxide particles (A2) is preferably 0.1 to 5 μm, more preferably 0.1 to 3 μm. When the 50% by mass average particle diameter (D50) of the metal oxide particles (A2) is within the above range, the reduction of the metal oxide efficiently proceeds and it is effective for forming a thick metal film. is there. If the thickness is smaller than 0.1 μm, it may be inconvenient in forming a thick metal film. If it is larger than 5 μm, it may be difficult to completely reduce the metal oxide.

金属酸化物粒子(A2)を構成する金属酸化物としては、たとえば、銅、銀、金、パラジウム、ニッケル、タングステン、ルテニウム、クロム、マンガン、鉄、スズ、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、亜鉛、鉛およびアンチモン等の酸化物が挙げられる。前記金属酸化物は1種または2種以上の金属酸化物で形成していてもよい。   Examples of the metal oxide constituting the metal oxide particles (A2) include copper, silver, gold, palladium, nickel, tungsten, ruthenium, chromium, manganese, iron, tin, zirconium, niobium, molybdenum, rhodium, zinc, Examples include oxides such as lead and antimony. The metal oxide may be formed of one or more metal oxides.

アルジトール(B)
アルジトール(B)は、本発明の金属膜形成用組成物において還元剤として作用し、金属酸化物含有粒子(A)が有する金属酸化物を還元して金属に変換する。
Alditol (B)
Arditol (B) acts as a reducing agent in the composition for forming a metal film of the present invention, and converts the metal oxide contained in the metal oxide-containing particles (A) into a metal.

アルジトール(B)としては、金属膜形成用組成物に含まれる金属酸化物含有粒子(A)が有する金属酸化物を還元する機能を有するものならば特に制限はなく、たとえばグリセリン、エリトリトール、トレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、ソルビトール、マンニトール、イジトール、ガラクチトールおよびタリトール等の糖アルコールを挙げることができる。   The alditol (B) is not particularly limited as long as it has a function of reducing the metal oxide contained in the metal oxide-containing particles (A) contained in the metal film forming composition. For example, glycerin, erythritol, threitol And sugar alcohols such as ribitol, arabinitol, xylitol, allitol, sorbitol, mannitol, iditol, galactitol and taritol.

これらのうち、還元力が強く、金属酸化物含有粒子(A)から金属膜を効率的に形成できる点で、グリセリンが特に好ましい。
アルジトール(B)の含有量は、金属酸化物含有粒子(A)100質量部に対して好ましくは100〜1,000質量部、より好ましくは200〜800質量部である。アルジトール(B)の含有量が前記範囲内であると、金属酸化物の還元を効率的に行うことができる。
Among these, glycerin is particularly preferable because it has a strong reducing power and can efficiently form a metal film from the metal oxide-containing particles (A).
The content of alditol (B) is preferably 100 to 1,000 parts by mass, more preferably 200 to 800 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the metal oxide-containing particles (A). When the content of alditol (B) is within the above range, the metal oxide can be efficiently reduced.

アルジトールの酸化物(C)
アルジトールの酸化物(C)は、アルジトール(B)として例示した糖アルコールの酸化物である。アルジトールの酸化物(C)は、一般に、アルジトールが有する水酸基が酸化され、カルボニル基に変換されて形成される構造を有する。アルジトールの酸化物(C)において、対応するアルジトールが複数の水酸基を有する場合、酸化されている水酸基の数には特に制限はない。
Alditol oxide (C)
The alditol oxide (C) is the sugar alcohol oxide exemplified as alditol (B). The alditol oxide (C) generally has a structure formed by oxidizing a hydroxyl group of alditol and converting it to a carbonyl group. In the alditol oxide (C), when the corresponding alditol has a plurality of hydroxyl groups, the number of oxidized hydroxyl groups is not particularly limited.

アルジトールの酸化物(C)としては、たとえば、グリセリンの酸化物であるジヒドロキシアセトンおよびグルセルアルデヒド、エリトリトールの酸化物であるエリトロースおよびエリトルロース等を挙げることができる。   Examples of the alditol oxide (C) include dihydroxyacetone and glyceraldehyde, which are glycerin oxides, and erythrose and erythrulose, which are erythritol oxides.

本発明の金属膜形成用組成物は、アルジトール(B)とともにアルジトールの酸化物(C)を含有することにより、効率的に金属膜を形成することが可能になり、特に膜厚の金属膜であっても、またイオン化傾向の小さい金属の膜であっても効率的に形成することができるようになる。   The composition for forming a metal film of the present invention contains an alditol oxide (C) together with an alditol (B), whereby a metal film can be efficiently formed. Even a metal film having a low ionization tendency can be formed efficiently.

アルジトールの酸化物(C)の作用機構は必ずしも明らかではないが、以下のように推測される。
金属酸化物含有粒子(A)に含有される金属酸化物が銅酸化物であり、アルジトールの酸化物(C)がグリセリンの酸化物であるジヒドロキシアセトンである場合を例にすると、本発明の金属膜形成用組成物を用いて金属膜を形成する過程で、下記式(1)に示すように、ジヒドロキシアセトンのカルボニル酸素と銅酸化物中の銅原子との間でキレート結合が形成されると考えられる。このキレート結合の形成により、アルジトール(B)による還元が効率的に行われるものと考えられる。このため、イオン化傾向の小さい金属の酸化物であっても効率的に還元することができる。
The mechanism of action of the alditol oxide (C) is not necessarily clear, but is presumed as follows.
Taking the case where the metal oxide contained in the metal oxide-containing particle (A) is a copper oxide and the alditol oxide (C) is dihydroxyacetone, which is a glycerin oxide, as an example, the metal of the present invention. In the process of forming a metal film using the film-forming composition, when a chelate bond is formed between the carbonyl oxygen of dihydroxyacetone and the copper atom in the copper oxide, as shown in the following formula (1): Conceivable. It is considered that the reduction by alditol (B) is efficiently performed by the formation of this chelate bond. For this reason, even a metal oxide with a small ionization tendency can be efficiently reduced.

また、銅酸化物が還元されて生成された銅金属の銅原子とジヒドロキシアセトンのカルボニル酸素との間でも式(1)に示されるキレート結合が形成されると考えられる。このキレート結合の形成により、金属酸化物含有粒子(A)の金属酸化物が還元されることにより形成された金属粒子相互間の接着力が強化され、その結果、金属酸化物含有粒子(A)の粒子径が大きい場合であっても、自立した膜が形成され、厚膜の形成が可能になると考えられる。 Moreover, it is thought that the chelate bond shown by Formula (1) is formed also between the copper atom of the copper metal produced | generated by reducing copper oxide, and the carbonyl oxygen of dihydroxyacetone. By the formation of the chelate bond, the adhesion between the metal particles formed by reducing the metal oxide of the metal oxide-containing particles (A) is strengthened, and as a result, the metal oxide-containing particles (A) Even when the particle diameter of the film is large, it is considered that a self-supporting film is formed and a thick film can be formed.

なお、アルジトールの酸化物(C)は、その種類により還元剤として機能することもありうる。たとえばジヒドロキシアセトンは還元剤として機能する。
アルジトール(B)がグリセリンである場合には、下記式(2)に示すように、グリセリン(I)は金属酸化物含有粒子(A)中の酸化銅を還元する。
The alditol oxide (C) may function as a reducing agent depending on the type thereof. For example, dihydroxyacetone functions as a reducing agent.
When the alditol (B) is glycerin, the glycerin (I) reduces the copper oxide in the metal oxide-containing particles (A) as shown in the following formula (2).

このとき、グリセリン(I)は、たとえば1つの水酸基が酸化されて、分子内に1つのカルボニル基を有するジヒドロキシアセトン(II)になる。つまり、金属膜形成用組成物にもともと含有されていたアルジトールの酸化物(C)とともに、このジヒドロキシアセトン(II)がアルジトールの酸化物(C)として機能する。したがって、(III)に示すように、このジヒドロキシアセトン(II)は銅酸化物の銅原子および金属銅の銅原子とキレート結合を形成して、前述のように効率的な金属膜の形成に寄与すると考えられる。 At this time, in glycerin (I), for example, one hydroxyl group is oxidized to dihydroxyacetone (II) having one carbonyl group in the molecule. That is, the dihydroxyacetone (II) functions as the alditol oxide (C) together with the alditol oxide (C) originally contained in the metal film forming composition. Therefore, as shown in (III), this dihydroxyacetone (II) forms a chelate bond with the copper atom of copper oxide and the copper atom of copper metal, and contributes to the efficient metal film formation as described above. I think that.

また、このジヒドロキシアセトン(II)は前述のとおり還元剤として機能するので、金属酸化物含有粒子(A)中の酸化銅を還元する。このとき、ジヒドロキシアセトン(II)は、たとえば1つの水酸基が酸化されて、分子内に2つのカルボニル基を有する化合物(IV)になる。この化合物(IV)はアルジトールの酸化物(C)として機能する。したがって、たとえば(V)に示すように、この化合物(IV)は銅酸化物の銅原子および金属銅の銅原子とキレート結合を形成して、前述のように効率的な金属膜の形成に寄与すると考えられる。   Moreover, since this dihydroxyacetone (II) functions as a reducing agent as described above, it reduces the copper oxide in the metal oxide-containing particles (A). At this time, dihydroxyacetone (II) becomes, for example, a compound (IV) having two carbonyl groups in the molecule by oxidizing one hydroxyl group. This compound (IV) functions as an oxide (C) of alditol. Therefore, for example, as shown in (V), this compound (IV) forms a chelate bond with the copper atom of the copper oxide and the copper atom of the metal copper, and contributes to the efficient formation of the metal film as described above. It is thought that.

さらに、化合物(IV)も還元剤として機能するので、金属酸化物含有粒子(A)中の酸化銅を還元する。このとき、化合物(IV)は、水酸基がさらに酸化されて、分子中に3つのカルボニル基を有する化合物になる。この化合物もアルジトールの酸化物(C)として機能し、銅酸化物の銅原子および金属銅の銅原子とキレート結合を形成して、前述のように効率的な金属膜の形成に寄与すると考えられる。   Furthermore, since the compound (IV) also functions as a reducing agent, the copper oxide in the metal oxide-containing particles (A) is reduced. At this time, in the compound (IV), the hydroxyl group is further oxidized to become a compound having three carbonyl groups in the molecule. This compound also functions as an alditol oxide (C) and is considered to contribute to the formation of an efficient metal film as described above by forming a chelate bond with the copper atom of copper oxide and the copper atom of copper metal. .

このように、アルジトール(B)は、金属膜の形成時に、金属酸化物の還元反応によりアルジトールの酸化物(C)になるので、金属膜形成中にアルジトールの酸化物(C)濃度が増加し、前記の効率的に金属膜を形成する効果がより大きくなる。アルジトール(B)の種類によっては、前記グリセリンのように、次々に生成されるその酸化物がそれぞれアルジトールの酸化物(C)になるので、前記効果がいっそう大きくなる。   Thus, since alditol (B) becomes alditol oxide (C) by the reduction reaction of the metal oxide during the formation of the metal film, the concentration of alditol oxide (C) increases during the formation of the metal film. The effect of forming the metal film efficiently becomes greater. Depending on the type of alditol (B), as the glycerin, the oxides generated one after another become the oxide (C) of alditol, so that the effect is further increased.

アルジトールの酸化物(C)がアルジトール(B)の酸化物であると、金属膜の形成時に金属酸化物の還元反応により、アルジトール(B)から前記アルジトールの酸化物(C)と同種のアルジトールの酸化物(C)が生成され、同一の前記作用機構が得られるので好適である。したがって、たとえばアルジトール(B)がグリセリンである場合には、アルジトールの酸化物(C)はグリセリンの酸化物であるジヒドロキシアセトン等が好ましい。   When the alditol oxide (C) is an alditol (B) oxide, the alditol of the same kind as the alditol oxide (C) is formed from the alditol (B) by the reduction reaction of the metal oxide during the formation of the metal film. Since the oxide (C) is produced and the same action mechanism is obtained, it is preferable. Therefore, for example, when alditol (B) is glycerin, alditol oxide (C) is preferably dihydroxyacetone, which is an glycerin oxide.

アルジトールの酸化物(C)の含有量は、アルジトール(B)100質量部に対して1〜50質量部であることが好ましく、より好ましくは5〜30質量部であり、さらに好ましくは5〜20質量部である。アルジトールの酸化物(C)の含有量が前記範囲内であると、前述のような効率的な金属膜の形成が行いやすくなる。   The content of the alditol oxide (C) is preferably 1 to 50 parts by mass, more preferably 5 to 30 parts by mass, and even more preferably 5 to 20 parts per 100 parts by mass of the alditol (B). Part by mass. When the content of the alditol oxide (C) is within the above range, it is easy to form an efficient metal film as described above.

その他の成分
本発明の金属膜形成用組成物は、必要に応じて、金属酸化物含有粒子(A)、アルジトール(B)およびアルジトールの酸化物(C)以外の成分を含有していてもよい。
たとえば、本発明の金属膜形成用組成物は、金属酸化物含有粒子(A)以外に、金属のみからなる金属粒子を含有することができる。
その他、本発明の金属膜形成用組成物は、界面活性剤、粘度調整剤、密着助剤等を含有することができる。
Other Components The composition for forming a metal film of the present invention may contain components other than the metal oxide-containing particles (A), alditol (B) and alditol oxide (C) as necessary. .
For example, the composition for forming a metal film of the present invention can contain metal particles composed only of metal in addition to the metal oxide-containing particles (A).
In addition, the composition for forming a metal film of the present invention can contain a surfactant, a viscosity modifier, an adhesion aid and the like.

金属膜形成用組成物の調製方法
本発明の金属膜形成用組成物は、上記成分を混合することにより調製することができる。混合方法には特に制限はなく、たとえば、ビーズミルなどを用いて混合することができる。
Method for Preparing Metal Film Forming Composition The metal film forming composition of the present invention can be prepared by mixing the above components. There is no restriction | limiting in particular in a mixing method, For example, it can mix using a bead mill etc.

<金属膜>
前記本発明の金属膜形成用組成物から定法に従い、金属膜を得ることができる。たとえば、基材に前記金属膜形成用組成物を塗布し、塗布物を形成した後、この塗布物に加熱もしくは光照射、またはその両方を行うことにより金属膜が得られる。
<Metal film>
A metal film can be obtained from the metal film-forming composition of the present invention according to a conventional method. For example, the metal film-forming composition is applied to a substrate to form a coating, and then the coating is heated, irradiated with light, or both to obtain a metal film.

金属膜形成用組成物の塗布方法は、特に限定されず、スピンコート法、ロールコート法、ディップ法、キャスト法、スプレー法、インクジェット法、スクリーン印刷法、アプリケーター法等が挙げられる。組成物を基材に塗布した後、必要に応じて、塗布物を乾燥させてもよい。塗布物の厚さは、組成物の粘度等により適宜決定されるが、通常、1〜1,000μmである。   The coating method of the metal film forming composition is not particularly limited, and examples thereof include a spin coating method, a roll coating method, a dip method, a casting method, a spray method, an ink jet method, a screen printing method, and an applicator method. After apply | coating a composition to a base material, you may dry a coating material as needed. Although the thickness of a coating material is suitably determined by the viscosity etc. of a composition, it is 1-1000 micrometers normally.

加熱の際の温度は、好ましくは50℃〜300℃、より好ましくは100℃〜280℃、さら好ましくは120℃〜250℃である。上記範囲の温度であると、基材に対する密着性に優れた金属膜を短時間に効率よく形成することができる。加熱時間は、通常、5〜5000分間、好ましくは10〜120分間である。   The temperature at the time of heating is preferably 50 ° C to 300 ° C, more preferably 100 ° C to 280 ° C, and further preferably 120 ° C to 250 ° C. When the temperature is in the above range, a metal film having excellent adhesion to the substrate can be efficiently formed in a short time. The heating time is usually 5 to 5000 minutes, preferably 10 to 120 minutes.

加熱は数段階に分けて行うこともできる。たとえば、初めに低温で一定時間加熱を行い、次いで高温で一定時間加熱を行ってもよい。
加熱装置としては、ホットプレート、循環式乾燥炉等が挙げられる。
Heating can be performed in several stages. For example, first, heating may be performed at a low temperature for a certain period of time, and then heating may be performed at a high temperature for a certain period of time.
Examples of the heating device include a hot plate and a circulation type drying furnace.

加熱の際の雰囲気は、形成された金属膜の酸化を抑制する等の観点から、不活性ガス雰囲気等の、酸素ガスを含まない雰囲気であることが好ましい。生産性等の観点から、好ましい雰囲気は、窒素ガスを主とする雰囲気である。   The atmosphere during heating is preferably an atmosphere containing no oxygen gas, such as an inert gas atmosphere, from the viewpoint of suppressing oxidation of the formed metal film. From the viewpoint of productivity and the like, a preferable atmosphere is an atmosphere mainly containing nitrogen gas.

塗布物に対して光照射を行う場合、光照射に用いられる光としては、特に限定されないが、赤外線、紫外線、可視光線、遠紫外線、X線、電子線等の荷電粒子線等の放射線(ArFエキシマレーザー(波長193nm)またはKrFエキシマレーザー(波長248nm)等を含む)等が挙げられる。   In the case of performing light irradiation on the coating material, the light used for light irradiation is not particularly limited, but radiation such as charged particle beams such as infrared rays, ultraviolet rays, visible rays, far ultraviolet rays, X-rays, and electron beams (ArF) Excimer laser (including wavelength 193 nm) or KrF excimer laser (including wavelength 248 nm).

加熱および光照射を行う場合には、光照射の前に塗膜物を加熱してもよいし、加熱しながら光照射を行ってもよい。
このようにして得られる金属膜は、その膜厚を1〜100μmとすることができる。前述のとおり、前記金属膜形成用組成物がアルジトールの酸化物(C)を含有することにより、粒子径の大きい金属酸化物含有粒子(A)を用いることが可能であるので、このような厚膜の金属膜の形成が可能になる。
When heating and light irradiation are performed, the coated material may be heated before light irradiation, or light irradiation may be performed while heating.
The metal film thus obtained can have a thickness of 1 to 100 μm. As described above, since the metal film-forming composition contains the alditol oxide (C), it is possible to use the metal oxide-containing particles (A) having a large particle diameter. A metal film can be formed.

また一般に、銅などのイオン化傾向の小さい金属の場合には、その金属粒子表面に形成されている金属酸化物は還元されにくいため、その金属の膜を形成することは困難である。本発明の金属膜形成用組成物の場合には、アルジトールの酸化物(C)を含有することにより、前述のとおり、イオン化傾向の小さい金属の酸化物であっても還元を十分に行うことができるので、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルなどのイオン化傾向の小さい金属の膜も効率的に形成することができる。   In general, in the case of a metal having a small ionization tendency such as copper, it is difficult to form a metal film because the metal oxide formed on the surface of the metal particle is difficult to be reduced. In the case of the composition for forming a metal film of the present invention, by containing the alditol oxide (C), as described above, even a metal oxide having a low ionization tendency can be sufficiently reduced. Therefore, a metal film having a small ionization tendency, such as copper, aluminum, iron, and nickel, can be efficiently formed.

前記金属膜形成用組成物から金属膜を形成すると、多数の金属酸化物含有粒子(A)が相互に密着して膜となるので、一般に、空隙を有する金属膜つまりポーラスな金属膜が得られる。粒子径の大きい金属酸化物含有粒子(A)を用いると、金属膜に占める空隙の割合の大きい、よりポーラスな金属膜が得られる。
金属膜の体積を100体積%とするとき、空隙の含有割合は、通常、5〜50体積%である。
When a metal film is formed from the metal film-forming composition, a large number of metal oxide-containing particles (A) are adhered to each other to form a film, so that a metal film having voids, that is, a porous metal film is generally obtained. . When the metal oxide-containing particles (A) having a large particle diameter are used, a more porous metal film having a large proportion of voids in the metal film can be obtained.
When the volume of the metal film is 100% by volume, the content ratio of the voids is usually 5 to 50% by volume.

<金属膜の形成方法>
前述のとおり、前記金属膜形成用組成物から得られる金属膜は、一般に空隙を有する膜となるが、その空隙に金属を充填することにより、空隙のない、または空隙の含有割合の小さい金属膜を形成することができる。
<Method for forming metal film>
As described above, the metal film obtained from the metal film-forming composition is generally a film having voids. By filling the voids with metal, the metal film has no voids or a small content ratio of voids. Can be formed.

金属膜の空隙に金属を充填する方法としては、たとえば、金属元素を含有する溶液を前記空隙に充填して、この液から金属を生成させる方法が挙げられる。
金属元素を含有する溶液は、加熱などの処理により金属を生成できる溶液である限り特に制限はない。金属元素を含有する溶液に含有される金属元素は、通常、目的とする金属膜を構成する金属と同種の金属元素であり、金属−金属酸化物複合粒子(A1)および金属酸化物粒子(A2)に含まれる金属元素と同じ金属元素である。たとえば、目的とする金属膜が銅膜である場合には、金属元素を含有する溶液は、銅元素を含有する溶液である。銅元素を含有する溶液としては、金属銅を生成しやすい点で、蟻酸銅溶液が好ましい。
Examples of the method for filling the voids in the metal film with a metal include a method of filling the voids with a solution containing a metal element and generating metal from the liquid.
The solution containing a metal element is not particularly limited as long as it is a solution capable of generating a metal by a treatment such as heating. The metal element contained in the solution containing the metal element is usually the same metal element as the metal constituting the target metal film, and the metal-metal oxide composite particles (A1) and metal oxide particles (A2). ) Is the same metal element as the metal element contained in. For example, when the target metal film is a copper film, the solution containing a metal element is a solution containing a copper element. As the solution containing copper element, a copper formate solution is preferable because metal copper is easily generated.

金属元素を含有する溶液としては、蟻酸の金属錯体および蟻酸アンモニウムが媒体に溶解してなる溶液であってもよい。このような溶液であると、金属膜の空隙内で金属が生成されやすい。   The solution containing a metal element may be a solution in which a metal complex of formic acid and ammonium formate are dissolved in a medium. With such a solution, metal is easily generated in the voids of the metal film.

蟻酸の金属錯体は、銅、錫、パラジウム、コバルト、マンガン等から選ばれた少なくとも1つの金属元素(以下、「金属元素(a)」という。)を中心原子とし、配位子として少なくとも[HCOO-]を有することが好ましい。[HCOO-]以外の配位子としては、[NH3]、[NH4 +]、[H2NCOO-]、[RCOO-](但し、Rは、置換または非置換の脂肪族炭化水素基である。)等が挙げられる。これらのうち、還元性を有する[NH3]が好ましい。 The metal complex of formic acid has at least one metal element selected from copper, tin, palladium, cobalt, manganese, etc. (hereinafter referred to as “metal element (a)”) as a central atom and at least [HCOO as a ligand. - ] Is preferable. Examples of ligands other than [HCOO ] include [NH 3 ], [NH 4 + ], [H 2 NCOO ], and [RCOO ] (where R is a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group. And the like. Of these, [NH 3 ] having reducibility is preferable.

また、中心原子に配位する配位子の配位数は、中心原子を構成する金属元素(a)の種類により異なり、例えば、金属元素(a)が銅およびニッケルである場合には、配位数は、通常、4または6である。蟻酸の金属錯体が銅錯体である場合には、配位数は6であると思われる。   The coordination number of the ligand coordinated to the central atom varies depending on the type of the metal element (a) constituting the central atom. For example, when the metal element (a) is copper and nickel, the coordination number The order is usually 4 or 6. When the metal complex of formic acid is a copper complex, the coordination number seems to be 6.

蟻酸の金属錯体としては、蟻酸アンモニウムの金属錯体(銅錯体、ニッケル錯体等)が好ましい。
また、金属元素を含有する溶液としては、蟻酸の金属錯体を形成することが可能な物質である金属元素(a)の酸化物または金属元素(a)の蟻酸塩等と蟻酸アンモニウムとを含む混合液であってもよい。金属元素を含有する溶液がこのような混合液であると、金属膜の空隙内において金属を生成させやすい。
As the metal complex of formic acid, a metal complex of ammonium formate (such as a copper complex or a nickel complex) is preferable.
In addition, the solution containing a metal element is a mixture containing ammonium oxide and metal oxide (a) oxide or metal element (a) formate, which is a substance capable of forming a metal complex of formic acid. It may be a liquid. When the solution containing the metal element is such a mixed solution, metal is easily generated in the voids of the metal film.

金属元素(a)の酸化物としては、酸化銅(I)、酸化銅(II)、酸化コバルト(II)、酸化コバルト(III)、酸化錫(I)、酸化錫(II)、酸化パラジウム(II)、酸化マンガン(IV)等が挙げられる。   Examples of the metal element (a) oxide include copper (I) oxide, copper (II) oxide, cobalt (II) oxide, cobalt (III) oxide, tin (I) oxide, tin (II) oxide, palladium oxide ( II), manganese oxide (IV) and the like.

金属元素(a)の蟻酸塩としては、蟻酸銅、蟻酸ニッケル、蟻酸コバルト、蟻酸錫、蟻酸パラジウム、蟻酸マンガン等が挙げられる。
金属元素を含有する溶液が、蟻酸の金属錯体または金属元素(a)の酸化物もしくは金属元素(a)の蟻酸塩、および蟻酸アンモニウムが媒体に溶解してなる溶液である場合、金属元素を含有する溶液における蟻酸アンモニウムの含有量は、蟻酸の金属錯体等100質量部に対して、好ましくは100質量部を超えて300質量部以下、より好ましくは110〜250質量部、さらに好ましくは150〜200質量部である。
Examples of the formate of the metal element (a) include copper formate, nickel formate, cobalt formate, tin formate, palladium formate, and manganese formate.
If the solution containing the metal element is a solution in which a metal complex of formic acid or an oxide of the metal element (a) or a formate of the metal element (a) and ammonium formate are dissolved in a medium, the metal element is contained. The content of ammonium formate in the solution to be used is preferably more than 100 parts by mass and not more than 300 parts by mass, more preferably 110 to 250 parts by mass, and still more preferably 150 to 200 parts per 100 parts by mass of the metal complex of formic acid and the like. Part by mass.

金属元素を含有する溶液が、蟻酸の金属錯体または金属元素(a)の酸化物もしくは金属元素(a)の蟻酸塩、および蟻酸アンモニウムが媒体に溶解してなる溶液である場合、この媒体は通常水である。媒体である水の含有量は、蟻酸の金属錯体等100質量部に対して、好ましくは20〜20,000質量部、より好ましくは50〜1,000質量部、さらに好ましくは100〜400質量部である。   When the solution containing a metal element is a solution in which a metal complex of formic acid or an oxide of metal element (a) or a formate of metal element (a) and ammonium formate are dissolved in the medium, this medium is usually It is water. The content of water as a medium is preferably 20 to 20,000 parts by mass, more preferably 50 to 1,000 parts by mass, and still more preferably 100 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of a metal complex of formic acid or the like. It is.

前記媒体は、水と水に溶解する有機化合物(以下、「水溶性有機化合物」という。)との混合媒体でもよい。この場合、水溶性有機化合物の含有量は、水100質量部に対して、好ましくは0.5〜100質量部、より好ましくは1〜50質量部、さらに好ましくは5〜30質量部である。   The medium may be a mixed medium of water and an organic compound dissolved in water (hereinafter referred to as “water-soluble organic compound”). In this case, the content of the water-soluble organic compound is preferably 0.5 to 100 parts by mass, more preferably 1 to 50 parts by mass, and further preferably 5 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water.

前記水溶性有機化合物としては、メタノール、エタノール、ブタノール等の1価アルコール;多価アルコール;テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル等が挙げられる。上記水溶性有機化合物は、単独で用いてよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the water-soluble organic compound include monohydric alcohols such as methanol, ethanol and butanol; polyhydric alcohols; ethers such as tetrahydrofuran and diethyl ether. The said water-soluble organic compound may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

金属元素を含有する溶液を金属膜の空隙に充填する方法としては、特に制限はなく、たとえば、空隙を有する金属膜に金属元素を含有する溶液を塗布し、空隙内に液を含浸させる方法などが挙げられる。   There is no particular limitation on the method of filling the metal film-containing solution into the voids of the metal film. For example, a method of applying a metal element-containing solution to the metal film having voids and impregnating the liquid in the voids. Is mentioned.

金属膜の空隙内に充填された金属元素を含有する溶液から金属を生成させる方法としては、特に制限はなく、たとえば、この金属膜を加熱する方法などを挙げることができる。
加熱の際の温度は、好ましくは50℃〜300℃、より好ましくは100℃〜280℃、さら好ましくは120℃〜250℃である。加熱時間は、通常、5〜5000分間、好ましくは10〜120分間である。
There is no restriction | limiting in particular as a method to produce | generate a metal from the solution containing the metal element with which the space | gap of the metal film was filled, For example, the method of heating this metal film etc. can be mentioned.
The temperature at the time of heating is preferably 50 ° C to 300 ° C, more preferably 100 ° C to 280 ° C, and further preferably 120 ° C to 250 ° C. The heating time is usually 5 to 5000 minutes, preferably 10 to 120 minutes.

加熱の際の雰囲気は、形成された金属膜の酸化を抑制する等の観点から、不活性ガス雰囲気等の、酸素ガスを含まない雰囲気であることが好ましい。生産性等の観点から、好ましい雰囲気は、窒素ガスを主とする雰囲気である。   The atmosphere during heating is preferably an atmosphere containing no oxygen gas, such as an inert gas atmosphere, from the viewpoint of suppressing oxidation of the formed metal film. From the viewpoint of productivity and the like, a preferable atmosphere is an atmosphere mainly containing nitrogen gas.

このような、金属元素を含有する溶液を空隙に充填して金属を生成させる処理は、必要に応じて複数回繰り返すこともできる。
以上のような、金属元素を含有する溶液を空隙に充填して金属を生成させる処理により、空隙のない、または空隙の含有割合の小さい厚膜の金属膜を形成することができる。この処理により、金属膜中の空隙の含有割合を、金属膜の体積を100体積%とするとき、10体積%以下、あるいは実質的に0体積%にすることができる。
Such a process of filling the gap with a solution containing a metal element to generate a metal can be repeated a plurality of times as necessary.
By the treatment for filling the voids with the solution containing the metal element as described above to generate metal, a thick metal film having no voids or a small content ratio of voids can be formed. By this treatment, the content ratio of the voids in the metal film can be 10% by volume or less or substantially 0% by volume when the volume of the metal film is 100% by volume.

このような厚膜で、空隙のない金属膜は、半導体と基材とを接合するためのバンプなどの製造に好適に使用することができる。   Such a thick film having no voids can be suitably used for manufacturing bumps for joining a semiconductor and a substrate.

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。なお、実施例および比較例中の「部」は「質量部」を示す。
実施例および比較例における各種測定は、下記の方法により行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited at all by this Example. In the examples and comparative examples, “part” represents “part by mass”.
Various measurements in Examples and Comparative Examples were performed by the following methods.

1.各種測定方法
(1)金属膜の膜厚の測定方法
日立ハイテック(株)製走査型電子顕微鏡にて測定した。
(2)金属膜の空隙の含有割合の測定方法
日立ハイテック(株)製走査型電子顕微鏡で金属膜の断面を撮影し、その写真をデジタル画像処理して、下式により空隙率を算出した。
空隙率(%)=(金属膜の断面において金属の存在しない領域の面積/金属膜の断面の面積)×100
1. Various measuring methods (1) Measuring method of film thickness of metal film Measured with a scanning electron microscope manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd.
(2) Method for Measuring Content Ratio of Voids in Metal Film A cross section of the metal film was photographed with a scanning electron microscope manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd., the photograph was subjected to digital image processing, and the porosity was calculated according to the following equation.
Porosity (%) = (area of a region where no metal exists in the cross section of the metal film / area of the cross section of the metal film) × 100

2.金属粒子含有組成物の調製
[実施例1]
微粒電解銅粉(三井金属社製、品名「T−220」)を大気下で、オーブンにて200℃1時間焼成し、その表面部に酸化銅被膜を形成した。焼成後の微粒電解銅粉20部、ジヒドロキシアセトン2部およびグリセリン78部をジルコニアビーズとともにビーズミルに入れて、前記焼成後の微粒電解銅粉を粉砕し、銅−酸化銅複合粒子、酸化銅粒子および銅粒子の混合粒子(粒子径(D50):0.2μm)20部、ジヒドロキシアセトン2部ならびにグリセリン78部を含有する金属膜形成用組成物を調製した。
2. Preparation of metal particle-containing composition [Example 1]
Fine electrolytic copper powder (product name “T-220” manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) was baked in an oven at 200 ° C. for 1 hour in the atmosphere, and a copper oxide film was formed on the surface portion. 20 parts of finely divided electrolytic copper powder after firing, 2 parts of dihydroxyacetone and 78 parts of glycerin are placed in a bead mill together with zirconia beads, the finely divided electrolytic copper powder after firing is pulverized, and copper-copper oxide composite particles, copper oxide particles and A metal film forming composition containing 20 parts of mixed particles of copper particles (particle diameter (D50): 0.2 μm), 2 parts of dihydroxyacetone and 78 parts of glycerin was prepared.

[比較例1]
微粒電解銅粉(三井金属社製、品名「T−220」)を大気下で、オーブンにて200℃1時間焼成し、その表面部に酸化銅被膜を形成した。焼成後の微粒電解銅粉20部およびグリセリン80部をジルコニアビーズとともにビーズミルに入れて、前記焼成後の微粒電解銅粉を粉砕し、銅−酸化銅複合粒子、酸化銅粒子および銅粒子の混合粒子(粒子径(D50):0.2μm)20部ならびにグリセリン80部を含有する金属膜形成用組成物を調製した。
[Comparative Example 1]
Fine electrolytic copper powder (product name “T-220” manufactured by Mitsui Kinzoku Co., Ltd.) was baked in an oven at 200 ° C. for 1 hour in the atmosphere, and a copper oxide film was formed on the surface portion. 20 parts of finely divided electrolytic copper powder after firing and 80 parts of glycerin are put together with zirconia beads in a bead mill, and the finely divided electrolytic copper powder after firing is pulverized, and mixed particles of copper-copper oxide composite particles, copper oxide particles and copper particles A metal film forming composition containing 20 parts (particle diameter (D50): 0.2 μm) and 80 parts of glycerin was prepared.

3.ポーラスな金属膜の形成
[実施例2]
実施例1の金属膜形成用組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気下180℃で30分ベーク、次いで、窒素雰囲気下280℃で1時間ベークした。膜厚が25μmで、空隙の含有割合が20体積%の銅膜が形成された。図1に、この銅膜の走査型電子顕微鏡観察により得られた画像を示す。図1(a)は倍率500倍の画像であり、図1(b)は倍率5,000倍の画像である。この銅膜が導通するかテスタを用いて確認したところ、導通を確認できた。
3. Formation of porous metal film [Example 2]
The composition for forming a metal film of Example 1 was applied on a silicon wafer by spin coating, baked at 180 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and then baked at 280 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A copper film having a film thickness of 25 μm and a void content of 20% by volume was formed. FIG. 1 shows an image obtained by observing the copper film with a scanning electron microscope. 1A is an image with a magnification of 500 times, and FIG. 1B is an image with a magnification of 5,000 times. When this copper film was confirmed to be conductive using a tester, the conductivity was confirmed.

[比較例2]
比較例1の金属膜形成用組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気下180℃で30分ベーク、次いで、窒素雰囲気下280℃で1時間ベークしたが、金属膜は形成できなかった。
また、比較例1の金属粒子含有組成物をシリコンウェハ上にスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気下180℃で30分ベーク、次いで、窒素雰囲気下280℃で5時間ベークしたが、金属膜は形成できなかった。
[Comparative Example 2]
The composition for forming a metal film of Comparative Example 1 was applied onto a silicon wafer by spin coating, baked at 180 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and then baked at 280 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. could not.
Further, the metal particle-containing composition of Comparative Example 1 was applied onto a silicon wafer by spin coating, baked at 180 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, and then baked at 280 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere. Could not be formed.

4.金属元素を含有する溶液を用いた金属膜の形成
[実施例3]
蟻酸アンモニウム8部および酸化銅(I)5部を水100部に溶解させて調製した金属元素を含有する溶液を、実施例2で形成したポーラスな金属膜に塗布した。この金属膜を、窒素気流中、200℃で15分間加熱した。ポーラスな銅膜の空隙に、金属元素を含有する溶液から生成された銅金属が充填された銅膜(膜厚25μm)が形成された。この銅膜が導通するかテスタを用いて確認したところ、導通を確認できた。
本発明の金属膜の形成方法により、メッキ処理を用いずに、銅膜を形成できることが確認できた。
4). Formation of a metal film using a solution containing a metal element [Example 3]
A solution containing a metal element prepared by dissolving 8 parts of ammonium formate and 5 parts of copper (I) oxide in 100 parts of water was applied to the porous metal film formed in Example 2. This metal film was heated at 200 ° C. for 15 minutes in a nitrogen stream. A copper film (thickness 25 μm) filled with copper metal produced from a solution containing a metal element was formed in the voids of the porous copper film. When this copper film was confirmed to be conductive using a tester, the conductivity was confirmed.
It was confirmed that the copper film can be formed without using the plating process by the metal film forming method of the present invention.

Claims (7)

表面部を含む一部分が金属の酸化物からなり、前記表面部を含む一部分以外の部分が前記金属からなる金属−金属酸化物複合粒子(A1)、および金属酸化物粒子(A2)から選択される少なくとも1種の金属酸化物含有粒子(A)、アルジトール(B)およびアルジトールの酸化物(C)を含有することを特徴とする金属膜形成用組成物。   A portion including the surface portion is made of a metal oxide, and a portion other than the portion including the surface portion is selected from metal-metal oxide composite particles (A1) and metal oxide particles (A2) made of the metal. A composition for forming a metal film, comprising at least one metal oxide-containing particle (A), alditol (B) and alditol oxide (C). 前記アルジトールの酸化物(C)が、前記アルジトール(B)の酸化物である請求項1に記載の金属膜形成用組成物。   The metal film-forming composition according to claim 1, wherein the alditol oxide (C) is the alditol (B) oxide. アルジトール(B)がグリセリンである請求項1または2に記載の金属膜形成用組成物。   The metal film-forming composition according to claim 1 or 2, wherein the alditol (B) is glycerin. 前記アルジトール(B)100質量部に対して、前記アルジトールの酸化物(C)の含有量が1〜50質量部である請求項1〜3のいずれか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 the oxide (C) of the alditol is 1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the alditol (B). 請求項1〜4のいずれかに記載の金属膜形成用組成物から得られる空隙を有する金属膜の空隙に、金属元素を含有する溶液を充填して、該金属元素を含有する溶液から金属を生成させることを特徴とする、金属膜の形成方法。   A metal film-containing solution is filled in a void of a metal film having a void obtained from the metal film-forming composition according to any one of claims 1 to 4, and a metal is added from the solution containing the metal element. A method of forming a metal film, characterized by comprising: 前記金属元素を含有する溶液が、銅元素を含有する溶液である請求項5に記載の金属膜の形成方法。   The method for forming a metal film according to claim 5, wherein the solution containing the metal element is a solution containing a copper element. 前記銅元素を含有する溶液が、蟻酸銅溶液である請求項6に記載の金属膜の形成方法。   The method for forming a metal film according to claim 6, wherein the solution containing the copper element is a copper formate solution.
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