JP2010135108A - Method of manufacturing conductor, and method of manufacturing electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電体の製造方法及び電子デバイスの製造方法に関するものであり、より詳しくは、金属微粒子を融合させることによって、電極や配線などの導電体を形成する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a conductor and a method for manufacturing an electronic device, and more particularly to a method for forming a conductor such as an electrode or wiring by fusing metal fine particles.
電極や配線（導電路）を基板上に形成する技術は、電子デバイスを作製するための基本技術である。例えば、間隙部を挟んで対向する対向電極、およびこの対向電極への配線を基板上に形成し、その間隙部に種々の機能性材料を配置することによって、様々な電子デバイスを作製することができる。具体的には、抵抗体材料または誘電体材料を配置すれば抵抗素子または容量素子を作製することができる。また、半導体材料を配置して、この半導体材料によって形成される導電路の導電性を電界によって制御するように構成すれば、電界効果トランジスタを作製することができる。 The technology for forming electrodes and wiring (conductive paths) on a substrate is a basic technology for producing an electronic device. For example, various electronic devices can be manufactured by forming a counter electrode facing the gap portion and a wiring to the counter electrode on the substrate and arranging various functional materials in the gap portion. it can. Specifically, a resistor element or a capacitor element can be manufactured by disposing a resistor material or a dielectric material. In addition, a field effect transistor can be manufactured by arranging a semiconductor material and controlling the conductivity of a conductive path formed by the semiconductor material by an electric field.
基板上に導電体をパターニングして形成し、電極や配線を作製する方法には、大きく分けて２つの方法がある。 There are roughly two methods for forming electrodes and wiring by patterning a conductor on a substrate.
１つは、蒸着法やスパッタリング法やめっき法によって導電材料層を成膜し、マスクを用いてパターニングする方法である。例えば、基板の一部をマスクで覆った状態で導電材料層を成膜することにより、電極や配線をパターニングして形成することができる。あるいは、一旦基板の全面に蒸着法などで導電材料層を形成した後、リソグラフィによって導電層上にレジストマスクを形成し、これをマスクとして導電材料層をエッチングすることにより導電材料層をパターニングすることができる。また、リフトオフ法では、レジストマスクを先に基板上に形成しておき、この全面に蒸着法などで導電層を形成した後、レジストマスク上に堆積した導電層をレジストマスクとともに除去して、基板上に堆積した導電層のみを残し、電極や配線を得る。 One is a method in which a conductive material layer is formed by vapor deposition, sputtering, or plating, and is patterned using a mask. For example, by forming a conductive material layer in a state where a part of the substrate is covered with a mask, electrodes and wirings can be formed by patterning. Alternatively, once a conductive material layer is formed on the entire surface of the substrate by vapor deposition or the like, a resist mask is formed on the conductive layer by lithography, and the conductive material layer is etched using this as a mask to pattern the conductive material layer. Can do. In the lift-off method, a resist mask is first formed on a substrate, a conductive layer is formed on the entire surface by vapor deposition, and then the conductive layer deposited on the resist mask is removed together with the resist mask. Only the conductive layer deposited thereon is left to obtain electrodes and wiring.
これらの方法はパターニングにマスクを用いるので、マスクを作製する工程や、マスクを位置合わせして配置する工程や、使い終わったマスクを除去する工程などが必要になる。この結果、工程数が多くなり、生産性が低下し、コスト高になる問題点がある。 Since these methods use a mask for patterning, a step of manufacturing the mask, a step of aligning and arranging the mask, a step of removing the used mask, and the like are required. As a result, there are problems that the number of processes increases, productivity decreases, and costs increase.
他の１つは、電極や配線を形成しようとする領域に導電材料からなる微粒子を配置した後、加熱処理して微粒子同士を融合させ、導電体を形成する方法である。導電性微粒子を配置するには、適当な溶媒に導電性微粒子を分散させた分散液（いわゆる導電性ペースト）を作製し、この分散液を塗布または印刷によって配置した後、溶媒を蒸発させる。 The other is a method of forming a conductor by arranging fine particles made of a conductive material in a region where an electrode or a wiring is to be formed, and then heat-treating the fine particles to each other. In order to dispose the conductive fine particles, a dispersion liquid (so-called conductive paste) in which the conductive fine particles are dispersed in an appropriate solvent is prepared, the dispersion liquid is disposed by coating or printing, and then the solvent is evaporated.
上記の微粒子融合法では、印刷技術を用いて分散液（導電性ペースト）を配置することにより、マスクを用いることなく電極パターンや配線パターンを形成することができる。この結果、工程数が少なくなり、生産性が向上し、製造コストが著しく低下する。このため、電極や配線の製造方法として特に注目されている（例えば、石橋秀夫，化学と工業，57(2004)，p.945 参照。）。 In the fine particle fusion method, an electrode pattern or a wiring pattern can be formed without using a mask by arranging a dispersion (conductive paste) using a printing technique. As a result, the number of processes is reduced, the productivity is improved, and the manufacturing cost is significantly reduced. For this reason, it attracts particular attention as a method for manufacturing electrodes and wirings (see, for example, Hideo Ishibashi, Kagaku to Kogyo, 57 (2004), p.945).
さて、微粒子融合法によって導電体を形成する場合、導電性微粒子として微小な金属微粒子を用いるのがよい。文献（P. Buffat and J-P. Borel, Phys. Rev. A 13, 2287（1976））に示されているように、金属微粒子の融点はその大きさに依存する。例えば、金や銀の場合、通常の金属塊の融点は１０００℃以上の高温であるのに対し、粒径が１０ｎｍ程度の微粒子は数百℃程度の温度で融解する。このため、比較的低い加熱処理温度で金属微粒子同士を融合させ、導電性の高い導電体を形成することができる。 When forming a conductor by the fine particle fusion method, it is preferable to use fine metal fine particles as the conductive fine particles. As shown in the literature (P. Buffat and J-P. Borel, Phys. Rev. A 13, 2287 (1976)), the melting point of metal fine particles depends on its size. For example, in the case of gold or silver, the melting point of a normal metal lump is as high as 1000 ° C. or higher, whereas the fine particles having a particle size of about 10 nm melt at a temperature of about several hundred degrees C. For this reason, metal fine particles can be united with each other at a relatively low heat treatment temperature to form a highly conductive conductor.
この際、分散液を基板上に配置する前に、金属微粒子同士が分散液中で融合してしまうと、金属微粒子が凝集・沈殿して、塗布や印刷が難しくなったり、導電性の高い導電路を形成することが困難になったりする。これを防ぐため、通常、金属微粒子は保護膜分子あるいは安定剤で保護した状態で分散液中に保存し、基板上に配置する。その後、導電体を形成する加熱処理によって金属微粒子から保護膜分子を脱着させ、金属微粒子同士を融合させる。保護膜分子は、金属微粒子の表面を被覆し、金属微粒子同士が凝集するのを防止する立体障害として機能する。従って、保護膜分子は、ある程度の大きさをもった分子であることが好ましい。 At this time, if the metal fine particles are fused in the dispersion before the dispersion is placed on the substrate, the metal fine particles are aggregated and precipitated, making it difficult to apply and print, or having high conductivity. It may be difficult to form a path. In order to prevent this, the metal fine particles are usually stored in a dispersion liquid in a state protected with a protective film molecule or a stabilizer and placed on a substrate. Thereafter, the protective film molecules are desorbed from the metal fine particles by heat treatment for forming a conductor, and the metal fine particles are fused. The protective film molecules cover the surface of the metal fine particles and function as steric hindrances that prevent the metal fine particles from aggregating with each other. Therefore, the protective film molecule is preferably a molecule having a certain size.
例えば、後述の特許文献１には、保護膜分子として、ポリエンポリカルボン酸、そのカルボキシル基における誘導体、及びそれらの塩からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物を用いることによって、金属微粒子の分散性が良好な金属コロイド液が得られることが報告されている。
For example, in
また、後述の特許文献２には、保護膜分子として、金属微粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、または硫黄原子を含む官能基を有する化合物であって、２５０℃を超えない加熱処理によって金属微粒子表面から解離可能である化合物を用いる金属微粒子分散液が提案されている。上記官能基は、例えば、アミノ基やヒドロキシ基やスルファニル基である。さらに、特許文献２では、上記金属微粒子分散液中に、金属微粒子を加熱処理する温度において上記官能基と反応する性質を有する添加物を、添加しておくことが提案されている。このようにすると、加熱処理において金属微粒子表面から脱離した上記化合物の上記官能基は、上記添加物と反応して、金属微粒子表面に結合しにくい別の官能基に変換されるため、上記化合物の脱離が滞りなく進む利点がある。 Further, Patent Document 2 described later discloses a compound having a functional group containing a nitrogen, oxygen, or sulfur atom as a group capable of coordinative bonding with a metal element contained in a metal fine particle as a protective film molecule. A metal fine particle dispersion using a compound that can be dissociated from the surface of the metal fine particles by a heat treatment not exceeding 250 ° C. has been proposed. The functional group is, for example, an amino group, a hydroxy group, or a sulfanyl group. Furthermore, Patent Document 2 proposes that an additive having a property of reacting with the functional group at a temperature at which the metal fine particles are heated is added to the metal fine particle dispersion. In this case, the functional group of the compound released from the surface of the metal fine particle in the heat treatment reacts with the additive and is converted into another functional group that is difficult to bond to the surface of the metal fine particle. There is an advantage that the detachment proceeds smoothly.
理想的には、上記の保護膜分子は、分散液中では、金属微粒子が長期間にわたり安定であるように、金属微粒子同士の融合を阻止する物質であり、且つ、基板上では、金属微粒子同士の融合を妨げず、金属微粒子同士の融合ができるだけ低い温度で容易に起こる物質であることが望ましい。しかし、実際には、金属微粒子に対する結合力の強い分子を保護膜分子として用いると、金属微粒子を保護する作用は強くなるが、保護膜分子が強く結合した金属微粒子同士の融合は起こりにくくなり、融合温度が高くなる二律背反の関係がある。 Ideally, the above protective film molecule is a substance that prevents fusion of metal fine particles in the dispersion so that the metal fine particles are stable over a long period of time, and on the substrate, the metal fine particles are It is desirable that the material does not hinder the fusion of the metal particles, and the metal particles can be easily fused at the lowest possible temperature. However, in fact, when a molecule having a strong binding force to the metal fine particles is used as a protective film molecule, the action of protecting the metal fine particles is strong, but the fusion of the metal fine particles to which the protective film molecules are strongly bonded is less likely to occur, There is a trade-off between higher fusion temperatures.
また、多くの場合、金属微粒子を用いて電極や配線（導電路）などの導電体を形成する工程は、電子デバイスなどを作製する工程の１つであり、その前後には何らかの別の部材を作製する工程が行われる。この場合、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層が別の部材の作製工程によってダメージを受けることがある。これを防止する方法として、金属微粒子層の上に保護層を一時的に形成する方法が考えられるが、この方法では、後に保護層を除去する必要が生じ、工程数が増加し、保護層の残渣が残るなどの問題がある。 In many cases, the process of forming a conductor such as an electrode or wiring (conducting path) using metal fine particles is one of the processes for manufacturing an electronic device or the like, and some other member is placed before and after the process. A manufacturing step is performed. In this case, the metal fine particle layer coated with the protective film molecules may be damaged by another member manufacturing process. As a method for preventing this, a method of temporarily forming a protective layer on the metal fine particle layer can be considered, but in this method, it is necessary to remove the protective layer later, the number of steps increases, There are problems such as residue.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属微粒子を融合させることによって導電体を形成する導電体の製造方法及び電子デバイスの製造方法であって、金属微粒子を融合させる処理条件や耐ダメージ特性などの金属微粒子層の性質が、保護膜分子によって制限されない製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is a method for manufacturing a conductor and a method for manufacturing an electronic device by forming a conductor by fusing metal fine particles. An object of the present invention is to provide a production method in which the properties of the metal fine particle layer such as the processing conditions for fusing the fine particles and the damage resistance characteristics are not limited by the protective film molecules.
即ち、本発明は、
保護膜分子で被覆された金属微粒子が溶媒に分散している分散液を作製する工程と、
前記分散液を用いて、前記保護膜分子で被覆された金属微粒子からなる保護膜分子被 覆微粒子層を、基体上に形成する工程と、
前記保護膜分子被覆微粒子層中の前記保護膜分子を置換分子で置換して、この層を前 記置換分子で被覆された金属微粒子からなる置換分子被覆微粒子層に変換する工程と、
前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して、前記置換分子を除去するとともに、前記 金属微粒子同士を融合させ、導電体を形成する工程と
を有する、導電体の製造方法に係わるものである。
That is, the present invention
Producing a dispersion in which metal fine particles coated with protective film molecules are dispersed in a solvent;
Forming a protective film molecule-covered fine particle layer composed of metal fine particles coated with the protective film molecules on a substrate using the dispersion;
Replacing the protective film molecules in the protective film molecule-coated fine particle layer with substitution molecules, and converting the layer into substitution molecule-coated fine particle layers composed of metal fine particles coated with the substitution molecules;
The method further comprises a step of heat-treating the substituted molecule-coated fine particle layer to remove the substituted molecule and fuse the metal fine particles to form a conductor.
また、
保護膜分子で被覆された金属微粒子が溶媒に分散している分散液を作製する工程と、
前記分散液を用いて、前記保護膜分子で被覆された金属微粒子からなる保護膜分子被 覆微粒子層を、基体上の所定の領域に形成する工程と、
前記保護膜分子被覆微粒子層中の前記保護膜分子を置換分子で置換して、この層を前 記置換分子で被覆された金属微粒子からなる置換分子被覆微粒子層に変換する工程と、
前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して、前記置換分子を除去するとともに、前記 金属微粒子同士を融合させ、前記所定の領域に導電体を形成する工程と、
前記基体上の前記所定の領域以外の領域に機能性部材を配置する工程と
を有する、電子デバイスの製造方法に係わるものである。
Also,
Producing a dispersion in which metal fine particles coated with protective film molecules are dispersed in a solvent;
Forming a protective film molecule-covered fine particle layer made of metal fine particles coated with the protective film molecules in a predetermined region on a substrate using the dispersion;
Replacing the protective film molecules in the protective film molecule-coated fine particle layer with substitution molecules, and converting the layer into substitution molecule-coated fine particle layers composed of metal fine particles coated with the substitution molecules;
Heat-treating the substituted molecule-coated fine particle layer to remove the substituted molecule, fuse the metal fine particles, and form a conductor in the predetermined region; and
And a step of disposing a functional member in a region other than the predetermined region on the substrate.
本発明の導電体の製造方法及び電子デバイスの製造方法では、前記保護膜分子被覆微粒子層を形成した後に、前記保護膜分子を前記置換分子で置換してこの層を前記置換分子被覆微粒子層に変換する。従って、置換後は、前記基体に対して行うすべての処理において、処理が前記保護膜分子によって制約されることがない。更に、前記置換分子の性質によって前記置換分子被覆微粒子層の性質を制御することができ、適切な性質を有する前記置換分子を用いることによって、前記置換分子被覆微粒子層に好ましい性質を付与することができる。 In the method for producing a conductor and the method for producing an electronic device according to the present invention, after forming the protective film molecule-coated fine particle layer, the protective film molecule is replaced with the substituted molecule, and this layer is replaced with the substituted molecule-coated fine particle layer. Convert. Therefore, after replacement, in all the processes performed on the substrate, the process is not restricted by the protective film molecules. Furthermore, the property of the substituted molecule-coated fine particle layer can be controlled by the property of the substituted molecule, and a preferable property can be imparted to the substituted molecule-coated fine particle layer by using the substituted molecule having an appropriate property. it can.
例えば、前記置換分子として蒸気圧の大きい分子を用いると、前記導電体の形成の際に前記金属微粒子からすみやかに脱離して、前記金属微粒子同士の融合を妨げることがない。このため、後述の実施の形態で図４を用いて説明するように、前記保護膜分子被覆微粒子層をそのまま加熱処理して導電体を形成する場合に比べて、より低い加熱処理温度で前記金属微粒子同士を融合させ、導電性の高い導電体を形成することができる。この結果、前記分散液中では前記金属微粒子同士の融合を阻止し、前記金属微粒子を安定に保つ課題と、前記導電体の形成の際には金属微粒子同士の融合を妨げず、低い融合温度で導電性の高い導電体を形成させる課題とを相反させることなく、ともに解決することができる。 For example, when a molecule having a high vapor pressure is used as the substitution molecule, it does not immediately detach from the metal fine particles during the formation of the conductor, thereby preventing fusion of the metal fine particles. For this reason, as will be described with reference to FIG. 4 in the embodiment described later, the metal at a lower heat treatment temperature compared to the case where the protective film molecule-coated fine particle layer is heat-treated as it is to form a conductor. The fine particles can be fused to form a highly conductive conductor. As a result, in the dispersion liquid, the fusion of the metal fine particles is prevented and the metal fine particles are kept stable, and the fusion of the metal fine particles is not hindered at the time of forming the conductor at a low fusion temperature. Both can be solved without conflicting with the problem of forming a highly conductive conductor.
また、前記導電体を形成する工程の前後に別の部材の作製工程が行われ、前記保護膜分子被覆微粒子層がこの別部材の作製工程によってダメージを受ける可能性がある場合、前記保護膜分子被覆微粒子層をこのダメージに対する耐性の高い前記置換分子被覆微粒子層に変換してから、上記別部材の作製工程を行うことによって、別部材作製工程によるダメージの発生を防止することができる。 In addition, when another member manufacturing process is performed before and after the step of forming the conductor, and the protective film molecule-coated fine particle layer may be damaged by the manufacturing process of the separate member, the protective film molecule By converting the coated fine particle layer into the substituted molecule-coated fine particle layer having high resistance to damage, the occurrence of damage due to the separate member manufacturing step can be prevented by performing the separate member manufacturing step.
本発明の導電体の製造方法において、前記置換分子として、前記金属微粒子への結合力が前記保護膜分子に比べて強く、且つ蒸気圧の大きい分子を用いるのがよい。前記置換分子の前記金属微粒子への結合力が前記保護膜分子の結合力に比べて強ければ、前記置換分子は前記保護膜分子を容易に置換して、前記金属微粒子に結合することができる。前記置換分子の蒸気圧が大きければ、上述したように、前記導電体の形成の際に前記金属微粒子同士の融合を妨げることがない。そして、前記置換分子の蒸気圧が大きいことが前記金属微粒子の融合温度を低下させる効果が、金属微粒子への結合力が強くなることによって融合温度が上昇する効果を上回る場合には、２つの効果の差として融合温度は低下する。このような置換分子として、前記金属微粒子への結合力の強い官能基を有し、且つ分子量の小さい分子を用いることができる。 In the method for producing a conductor according to the present invention, it is preferable to use, as the substitution molecule, a molecule having a stronger binding force to the metal fine particle than the protective film molecule and a high vapor pressure. If the binding force of the substitution molecule to the metal fine particle is stronger than the binding force of the protective film molecule, the substitution molecule can easily replace the protective film molecule and bind to the metal fine particle. If the vapor pressure of the substituted molecule is high, as described above, the fusion of the metal fine particles is not hindered during the formation of the conductor. If the effect of lowering the fusion temperature of the metal fine particles due to the high vapor pressure of the substituted molecule exceeds the effect of increasing the fusion temperature by increasing the binding force to the metal fine particles, two effects are obtained. As a difference, the fusion temperature decreases. As such a substituted molecule, a molecule having a functional group having a strong binding force to the metal fine particles and a small molecular weight can be used.
また、前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して前記導電体を形成する工程を、５０〜２００℃の温度で行うのがよい。例えば、前記保護膜分子で被覆された銀や金のナノ粒子の層をそのまま加熱処理して導電体を形成する場合、焼結温度は１２０〜４００℃程度である。加熱処理温度をどの程度下げることができるかという点に関しては、用いる前記保護膜分子や前記置換分子によって変わるので一概に言うことは難しいが、上記の加熱処理温度は、前記保護膜分子で被覆された金属微粒子の層をそのまま加熱処理して導電体を形成する場合に比べて、数十℃〜２００℃程度低い温度とするのがよい。 The step of forming the conductor by heat-treating the substituted molecule-coated fine particle layer is preferably performed at a temperature of 50 to 200 ° C. For example, in the case where a silver or gold nanoparticle layer coated with the protective film molecules is heated as it is to form a conductor, the sintering temperature is about 120 to 400 ° C. Regarding how much the heat treatment temperature can be lowered, it is difficult to say in general because it depends on the protective film molecules and the substitution molecules used, but the above heat treatment temperature is covered with the protective film molecules. Compared to the case where the metal fine particle layer is heat-treated as it is to form a conductor, the temperature should be lower by several tens of degrees Celsius to 200 degrees Celsius.
また、前記基体の所定の領域に前記分散液を配置し、前記所定の領域に前記導電体を形成するのがよい。印刷法などを用いれば容易に前記分散液を前記所定の領域に配置することができ、前記導電体をパターニングして形成することができる。 Further, it is preferable that the dispersion liquid is disposed in a predetermined region of the substrate and the conductor is formed in the predetermined region. If the printing method etc. are used, the said dispersion liquid can be easily arrange | positioned in the said predetermined area | region, and the said conductor can be formed and patterned.
また、前記保護膜分子を前記置換分子で置換する工程において、
まず、前記保護膜分子を第１の置換分子で置換する工程を行い、
次に、前記金属微粒子に結合している置換分子を別の置換分子で置換するする工程を １回以上行い、前記金属微粒子に最後の置換分子を結合させる
のがよい。以下、この点につき説明する。
In the step of replacing the protective film molecule with the replacement molecule,
First, a step of replacing the protective film molecule with a first substitution molecule,
Next, the step of substituting the substituted molecule bonded to the metal fine particle with another substituent molecule is preferably performed once or more, and the last substituted molecule is bonded to the metal fine particle. This point will be described below.
前記金属微粒子を用いて電極や配線（導電路）などの前記導電体を形成する工程は、多くの場合、電子デバイスなどを作製する工程の１つであり、その前後には何らかの別の部材を前記基体に作製する工程が行われる。この場合、本発明に基づく前記導電体の作製工程によって形成された前記金属微粒子の層が別の部材の作製工程によってダメージを受けたり、逆に、本発明に基づく前記導電体の作製工程が別の部材の作製工程を阻害してしまったりすることが起こり得る。 The process of forming the conductors such as electrodes and wiring (conducting paths) using the metal fine particles is often one of the processes of manufacturing an electronic device or the like. A step of producing the substrate is performed. In this case, the metal fine particle layer formed by the conductor manufacturing process according to the present invention is damaged by another member manufacturing process, or conversely, the conductor manufacturing process according to the present invention is different. It may happen that the manufacturing process of the member is obstructed.
例えば、前記置換分子で置換する工程の後、前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して前記導電体を形成する工程の前に、前記基体に対して行っておくべき処理がある場合、保護膜分子を置換分子で置換する工程を１回行うのみでは、この処理に適合した置換分子を常に選択できるとは限らない。なぜなら、この置換分子は、前記導電体を形成するために、加熱によって金属微粒子から脱着しやすく、金属微粒子同士の融合温度を低く抑えることのできる分子、具体的には、分子量が比較的小さく、蒸気圧の大きい分子に限定されるからである。 For example, if there is a treatment to be performed on the substrate after the step of substituting with the substitute molecule and before the step of forming the conductor by heating the substitute molecule-coated fine particle layer, the protective film Only by performing the process of substituting a molecule with a substituted molecule only once, a substituted molecule suitable for this treatment cannot always be selected. This is because the substituted molecule is easily desorbed from the metal fine particles by heating to form the conductor, and the fusion temperature between the metal fine particles can be kept low, specifically, the molecular weight is relatively small, This is because it is limited to molecules having a high vapor pressure.
そこで、前記金属微粒子の融合処理の前に前記基体に対して行っておくべき処理がある場合には、上記のように置換工程を複数回行い、複数種の置換分子を使い分けるのがよい。この場合、前記基体に対して行う処理に応じてそれに適した置換分子を前記金属微粒子に結合させていくことによって、前記金属微粒子の層をそれぞれの処理に適合した性質を有する層に変換していくことができる。 Therefore, when there is a process to be performed on the substrate before the fusion process of the metal fine particles, it is preferable to perform the substitution step a plurality of times as described above and use a plurality of types of substituted molecules properly. In this case, the metal fine particle layer is converted into a layer having properties suitable for each treatment by binding a suitable substitution molecule to the metal fine particle in accordance with the treatment to be performed on the substrate. I can go.
一例を挙げると、前記最後の置換分子で被覆された金属微粒子の融合温度Ｔ2よりも高い温度で前記基体を加熱処理する必要がある場合、前記最後の置換分子以外の、前記第１の置換分子又は必要に応じて中間工程で導入する置換分子として、この分子で被覆された金属微粒子の融合温度Ｔ1がＴ2よりも高い分子を用い、この分子で前記金属微粒子が被覆されている状態において、Ｔ2よりも高く、且つ、Ｔ1よりも低い温度で前記基体を加熱処理するのがよい。 For example, when it is necessary to heat the substrate at a temperature higher than the fusion temperature T 2 of the metal fine particles coated with the last substitution molecule, the first substitution other than the last substitution molecule is performed. A state in which the metal fine particles coated with this molecule have a fusion temperature T 1 higher than T 2 as a molecule or, if necessary, a substitution molecule introduced in an intermediate step, and the metal fine particles are covered with this molecule The substrate is preferably heated at a temperature higher than T 2 and lower than T 1 .
また、前記金属微粒子として、粒径がナノサイズである金属微粒子を用いるのがよい。なお、本明細書では、サブｎｍ〜数十ｎｍ、典型的には数ｎｍ〜１０数ｎｍ程度の大きさをナノサイズと呼び、ナノサイズの大きさをもつ微粒子をナノ粒子と呼ぶことにする。 Further, as the metal fine particles, it is preferable to use metal fine particles having a particle size of nano size. In the present specification, a size of sub-nm to several tens of nm, typically several nanometers to several tens of nanometers is referred to as nano-size, and fine particles having nano-size dimensions are referred to as nanoparticles. .
また、前記金属微粒子として、金Ａu、銀Ａg、白金Ｐt、パラジウムＰd、銅Ｃu、鉄Ｆe、ニッケルＮi、ロジウムＲh、又はこれらの合金からなる金属微粒子を用いるのがよい。 As the metal fine particles, metal fine particles made of gold Au, silver Ag, platinum Pt, palladium Pd, copper Cu, iron Fe, nickel Ni, rhodium Rh, or an alloy thereof may be used.
この際、前記保護膜分子として、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレングリコール、及びポリアニリンなどの高分子、或いは、親水基としてアミノ基−ＮＨ2、カルボキシル基−ＣＯＯＨ、スルホ基−ＳＯ3Ｈ、又はホスホノ基−ＰＯ(ＯＨ)2を有する界面活性剤分子を用いるのがよい。また、前記置換分子として、スルファニル基−ＳＨ、ジスルファニル基−Ｓ−Ｓ−、イソシアノ基−ＮＣ、チオシアナト基−ＳＣＮ、カルボキシル基−ＣＯＯＨ、アミノ基−ＮＨ2 、シアノ基−ＣＮ、セラニル基−ＳeＨ、テルリル基−ＴeＨ、又はホスフィノ基−ＰＲ1Ｒ2（Ｒ1およびＲ2はＨまたは有機基）を有する分子を用いるのがよい。 At this time, as the protective film molecules, polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyethyleneimine, polyethylene glycol, and polyaniline, or amino groups —NH 2 , carboxyl groups —COOH, sulfo groups —SO 3 H as hydrophilic groups are used. Or surfactant molecules having a phosphono group —PO (OH) 2 may be used. Further, as the substituent molecule, sulfanyl group -SH, disulfanyl group -S-S-, isocyano group -NC, thiocyanato group -SCN, carboxyl group -COOH, amino group -NH 2, a cyano group -CN, Seraniru group - A molecule having SeH, telluryl group -TeH, or phosphino group -PR 1 R 2 (R 1 and R 2 are H or an organic group) may be used.
また、前記微粒子層を、塗布法、印刷法、ラングミュア−ブロジェット法、スタンプ法、キャスティング法、リフトオフ法、又は浸漬法によって形成するのがよい。 The fine particle layer may be formed by a coating method, a printing method, a Langmuir-Blodget method, a stamp method, a casting method, a lift-off method, or an immersion method.
本発明の電子デバイスの製造方法において、前記置換分子として、前記金属微粒子への結合力が前記保護膜分子に比べて強く、且つ蒸気圧の大きい分子を用いるのがよい。また、前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して前記導電体を形成する工程を、５０〜２００℃の温度で行うのがよい。これらについては、本発明の導電体の製造方法に関して上述した通りである。 In the method for manufacturing an electronic device according to the present invention, it is preferable to use a molecule having a stronger binding force to the metal fine particle and a higher vapor pressure as the substitution molecule than the protective film molecule. The step of forming the conductor by heat-treating the substituted molecule-coated fine particle layer is preferably performed at a temperature of 50 to 200 ° C. These are as described above with respect to the method for producing a conductor of the present invention.
また、
前記置換分子として、前記金属微粒子と結合する端部とは反対側の端部が疎水性であ る分子を用い、
機能性材料である有機物を極性の大きい溶媒に溶解させた溶液に、前記所定の領域に 前記置換分子被覆微粒子層を形成した前記基体を接触させ、前記所定の領域以外の領域 に前記溶液の層を付着させた後、
前記溶液の層から前記極性の大きい溶媒を蒸発させ、前記所定の領域以外の領域に前 記機能性部材として前記有機物の層を形成する
のがよい。
Also,
As the substituted molecule, a molecule having an end opposite to the end bonded to the metal fine particle is hydrophobic,
The substrate on which the substituted molecule-coated fine particle layer is formed is brought into contact with the predetermined region in a solution in which an organic substance that is a functional material is dissolved in a highly polar solvent, and the solution layer is formed in a region other than the predetermined region. After attaching
It is preferable to evaporate the highly polar solvent from the solution layer and form the organic layer as the functional member in a region other than the predetermined region.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
実施の形態１
実施の形態１では、主として、請求項１〜３および請求項７〜１１に記載した導電体の製造方法の例として、前記導電体として導電体層を作製する例について説明する。
In the first embodiment, an example in which a conductor layer is manufactured as the conductor will be mainly described as an example of the conductor manufacturing method described in
図１は、実施の形態１に基づく導電体層の作製工程を示すフロー図であり、図２および図３は、この作製工程を具体的に示す断面図およびその部分拡大図である。図１中に符号（ａ）〜（ｄ）で示す工程は、図２および図３に示す工程（ａ）〜（ｄ）に対応している。
FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a conductor layer based on
まず、図２（ａ）に示すように、前記基体として基板１を用意する。基板１は特に限定されるものではないが、例えば、石英基板や、ガラス基板や、ポリイミド、ポリカーボネート、およびポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などからなるプラスチック基板等の絶縁性基板が好適である。プラスチック基板を用いると、フレキシブルな形状の導電体層を作製できる。また、基板全体が絶縁体である必要はなく、表面が絶縁性であればよい。例えば、半導体素子が形成されたシリコン基板の表面に、酸化シリコンなどの絶縁層が形成されたものであってもよい。
First, as shown in FIG. 2A, a
他方、表面が保護膜分子３で被覆された金属微粒子２を、適当な溶媒に分散させた分散液１１を用意する。金属微粒子２は、金のナノ粒子などで、その直径は５０ｎｍ程度以下である。溶媒は特に限定されるものではないが、用いることができる溶媒は保護膜分子３との親和性に強く依存する。具体的には、保護膜分子３の種類に応じて、トルエンやヘキサンやシクロヘキサンなどの無極性溶媒、または、エタノールや水などの極性溶媒を適宜選択して用いるのがよい。 On the other hand, a dispersion 11 in which the metal fine particles 2 whose surface is coated with the protective film molecules 3 is dispersed in an appropriate solvent is prepared. The metal fine particles 2 are gold nanoparticles or the like and have a diameter of about 50 nm or less. The solvent is not particularly limited, but the solvent that can be used strongly depends on the affinity with the protective film molecule 3. Specifically, a nonpolar solvent such as toluene, hexane, or cyclohexane or a polar solvent such as ethanol or water may be appropriately selected and used according to the type of the protective film molecule 3.
次に、図２（ｂ）に示すように、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層５を基板１上に形成する。金属微粒子層５を形成する方法は特に限定されないが、塗布法、印刷法、ラングミュア−ブロジェット法（ＬＢ法）、スタンプ法、キャスティング法、リフトオフ法、又は浸漬法などを適宜用いる。
Next, as shown in FIG. 2 (b), a layer 5 of metal fine particles covered with protective film molecules is formed on the
ＬＢ法では、静置した水面上に、保護膜分子３で被覆された金属微粒子２をトルエンやクロロフォルムなどの溶媒に分散させた分散液１１を展開した後、溶媒を蒸発させ、保護膜分子３で被覆された金属微粒子２からなる微粒子層を水面上に形成する。次に、水面下降法などによって、水面下に配置した基板１上にこの微粒子層を転写する。ＬＢ法では、水面上に展開させる分散液１１の濃度や量、表面圧などで膜厚を容易に制御できる利点があり、保護膜分子３で被覆された微粒子２の単層膜を形成することも可能である。
In the LB method, a dispersion liquid 11 in which metal fine particles 2 coated with a protective film molecule 3 are dispersed in a solvent such as toluene or chloroform is spread on a static water surface, and then the solvent is evaporated to form a protective film molecule 3. A fine particle layer made of metal fine particles 2 coated with is formed on the water surface. Next, the fine particle layer is transferred onto the
スタンプ法では、まず、保護膜分子３で被覆された微粒子２からなる微粒子膜を、固体表面や水面にキャスティング法やＬＢ法によって形成する。この微粒子膜をいったんポリジメチルシロキサンなどからなる転写媒体の表面に転写し、その転写媒体をスタンプのように基板１の上に押しつけて、基板１の表面に微粒子層５を配置する。
In the stamp method, first, a fine particle film composed of the fine particles 2 covered with the protective film molecules 3 is formed on a solid surface or a water surface by a casting method or an LB method. The fine particle film is once transferred onto the surface of a transfer medium made of polydimethylsiloxane or the like, and the transfer medium is pressed onto the
上記以外の方法では、分散液１１を基板１の上に配置した後、溶媒を蒸発させて、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層５を、基板１上に直接形成する。分散液１１を基板１上に配置する方法は特に限定されないが、塗布法では、キャストコーター法、スプレーコーター法、スピンコート法などを用いることができ、印刷法では、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法などを用いることができる。キャスティング法では、分散液１１を基板１上に滴下し、徐々に溶媒を蒸発させる。浸漬法では、基板１を分散液１１に数分間〜数時間浸漬した後、溶媒を蒸発させる。リフトオフ法では、予め基板１上にフォトレジスト層をリソグラフィなどによりパターニングして形成しておき、フォトレジスト層を含む基板１の全面に微粒子層を形成した後、上記フォトレジスト層をその上に堆積した金属微粒子層とともに除去して、基板１上に直接堆積した金属微粒子層を選択的に残すことで、パターニングされた金属微粒子層を得る。
In other methods, the dispersion liquid 11 is placed on the
図２（ａ）および図２（ｂ）に示す工程では、金属微粒子２の表面は保護膜分子３で覆われており、金属微粒子２同士の融合や凝集は長期にわたって起こらない。また、保護膜分子３で覆われた金属微粒子２は安定であるため、これらの段階で基板１全体を加熱しても、金属微粒子２同士が融合することはない。
In the steps shown in FIGS. 2A and 2B, the surface of the metal fine particles 2 is covered with the protective film molecules 3, and the fusion and aggregation of the metal fine particles 2 do not occur over a long period of time. Further, since the metal fine particles 2 covered with the protective film molecules 3 are stable, the metal fine particles 2 do not fuse even if the
次に、図３（ｃ）に示すように、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層５を形成した基板１を、置換分子６を含む溶液またはガスに接触させる。この工程で保護膜分子３を置換分子６で置換し、層５を、置換分子で被覆された金属微粒子の層７に変換する。置換分子６は、金属微粒子２と結合できる官能基をもち、金属微粒子２と結合する性質を有する分子である。また、置換分子６は、低分子量で蒸気圧の高い分子であることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、置換分子で被覆された金属微粒子の層７を形成した基板１を加熱する。この工程で置換分子６を微粒子２から脱着させ、金属微粒子２同士を融合させ、図３（ｄ）に示すように、基板１上に導電体層８を形成する。
Next, the
本実施の形態に基づく導電体の製造方法では、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層５を形成した後に、保護膜分子３を置換分子６で置換して、層５を置換分子で被覆された金属微粒子の層７に変換する。従って、置換後は、基板１に対して行うすべての処理において、処理が保護膜分子３によって制約されることがない。
In the method of manufacturing a conductor according to the present embodiment, after forming the metal fine particle layer 5 covered with the protective film molecule, the protective film molecule 3 is replaced with the replacement molecule 6, and the layer 5 is covered with the replacement molecule. Into a layer 7 of fine metal particles. Therefore, after the replacement, the processing is not restricted by the protective film molecules 3 in all the processing performed on the
例えば、置換分子６を適切に選択することによって、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層５をそのまま加熱処理して導電体層を形成する場合よりも、低い加熱処理温度で導電性の優れた導電体層を形成することができる。例えば、金属微粒子が金のナノ粒子である場合、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層５をそのまま加熱処理して導電体層を形成する工程は、１２０〜４００℃の温度で行う必要がある。これに対して、置換分子で被覆された金属微粒子の層７を加熱処理して導電体層を形成する工程は、下記に図４を用いて説明するように、５０〜２００℃の温度で行うことができる。この結果、分散液１１中で金属微粒子２同士の融合を阻止して安定に保つ課題と、導電体層８の形成の際に金属微粒子２同士の融合を妨げず融合温度の上昇を抑える課題とを相反させることなく、ともに解決することができる。 For example, by appropriately selecting the substitution molecule 6, it is superior in conductivity at a lower heat treatment temperature than when forming the conductor layer by directly heat-treating the metal fine particle layer 5 covered with the protective film molecule. A conductive layer can be formed. For example, when the metal fine particle is a gold nanoparticle, the step of forming the conductor layer by heating the layer 5 of the metal fine particle coated with the protective film molecule as it is needs to be performed at a temperature of 120 to 400 ° C. is there. On the other hand, the step of forming the conductor layer by heat-treating the metal fine particle layer 7 coated with the substitution molecules is performed at a temperature of 50 to 200 ° C. as described below with reference to FIG. be able to. As a result, a problem of preventing the fusion of the metal fine particles 2 in the dispersion 11 and keeping it stable, and a problem of suppressing an increase in the fusion temperature without preventing the fusion of the metal fine particles 2 during the formation of the conductor layer 8 Can be solved together without conflicting.
図４は、保護膜分子３で被覆された金属微粒子２、および置換分子６で被覆された金属微粒子２を加熱処理した場合の、加熱処理温度と質量の変化との関係を示すグラフである。この例では、金属微粒子２として直径５ｎｍの金微粒子を用い、保護膜分子３として長鎖アルキルアミン（分子量２００以上）を用い、置換分子６としてデカンチオールを用いた。金微粒子に対する結合力は、アミノ基よりもスルファニル基の方が強いので、デカンチオール分子は長鎖アルキルアミンを置換して、金属微粒子２に結合することができる。一方、デカンチオールの蒸気圧は２５℃において３Ｐａであり、長鎖アルキルアミンの蒸気圧は２０℃において０．０１Ｐａ以下であって、デカンチオールの蒸気圧の方が長鎖アルキルアミンの蒸気圧より大きい。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and the change in mass when the metal fine particles 2 coated with the protective film molecules 3 and the metal fine particles 2 coated with the substitution molecules 6 are heat-treated. In this example, gold fine particles having a diameter of 5 nm were used as the metal fine particles 2, long-chain alkylamine (molecular weight of 200 or more) was used as the protective film molecule 3, and decanethiol was used as the substituted molecule 6. Since the binding force to the gold fine particles is stronger in the sulfanyl group than in the amino group, the decanethiol molecule can be bonded to the metal fine particles 2 by substituting the long-chain alkylamine. On the other hand, the vapor pressure of decanethiol is 3 Pa at 25 ° C., the vapor pressure of long-chain alkylamine is 0.01 Pa or less at 20 ° C., and the vapor pressure of decanethiol is higher than the vapor pressure of long-chain alkylamine. large.
図４中、点線のグラフで示したように、加熱処理温度を上昇させたとき、保護膜分子３である長鎖アルキルアミンによって被覆された金属微粒子２の質量は、４００℃付近まで徐々に減少し続ける。これは、長鎖アルキルアミン分子の脱離が４００℃付近まで続いていること、すなわち、４００℃付近まで加熱しないと長鎖アルキルアミン分子の脱離は完了しないことを示している。従って、保護膜分子３を除去して金属微粒子２同士を融合させ、導電体を形成する場合には、加熱処理を４００℃付近の高い温度で行う必要がある。 As shown by the dotted line graph in FIG. 4, when the heat treatment temperature is increased, the mass of the metal fine particles 2 covered with the long-chain alkylamine that is the protective film molecule 3 gradually decreases to around 400 ° C. Keep doing. This indicates that the desorption of the long-chain alkylamine molecule continues to around 400 ° C., that is, the desorption of the long-chain alkylamine molecule is not completed unless heated to around 400 ° C. Therefore, when the protective film molecules 3 are removed to fuse the metal fine particles 2 to form a conductor, it is necessary to perform the heat treatment at a high temperature around 400 ° C.
一方、図４中、実線のグラフで示したように、置換分子６であるデカンチオールによって被覆された金属微粒子２の質量は、２００℃付近で急減し、それ以上加熱処理温度を上昇させてもほとんど変化しない。これは、デカンチオール分子の脱離が２００℃付近まで加熱することでほぼ完了することを示している。従って、置換分子６を除去して金属微粒子２同士を融合させ、導電体を形成する場合には、加熱処理を２００℃付近の低い温度で行うことができる。 On the other hand, as shown by the solid line graph in FIG. 4, the mass of the metal fine particles 2 coated with the decane thiol as the substituted molecule 6 rapidly decreases at around 200 ° C., and the heat treatment temperature can be increased further. Almost no change. This indicates that decanethiol molecule desorption is almost completed by heating to around 200 ° C. Accordingly, when the conductive particles are formed by removing the substitution molecules 6 and fusing the metal fine particles 2 together, the heat treatment can be performed at a low temperature around 200 ° C.
金属微粒子２に結合している保護膜分子３を置換分子６で置換するためには、置換分子６が金属微粒子２に結合する強さが、保護膜分子３が金属微粒子２に結合する強さよりも強いことが望ましい。すなわち、金属微粒子２に結合する強さは、後で結合するものほど強く、
保護膜分子３＜置換分子６
の順であるのがよい。
In order to replace the protective film molecules 3 bonded to the metal fine particles 2 with the substitution molecules 6, the strength at which the substitution molecules 6 are bonded to the metal fine particles 2 is greater than the strength at which the protective film molecules 3 are bonded to the metal fine particles 2. It is desirable to be strong. That is, the strength of bonding to the metal fine particles 2 is stronger as the bonding is performed later.
Protective film molecule 3 <substitution molecule 6
It is good to be in order.
金属微粒子２と、金属微粒子２に結合するために置換分子６が有する官能基との組合せの例を挙げると、下記の通りである。
Ａu微粒子の場合…−ＳＨ、−Ｓ-Ｓ−、−ＳＣＮ、−ＮＣ、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、
−ＣＮ、−ＳeＨ、−ＴeＨ、−ＰＲ1Ｒ2
Ａg微粒子の場合…−ＳＨ、−Ｓ-Ｓ−、−ＳＣＮ、−ＮＣ、−ＣＯＯＨ、−ＮＨ2、
−ＳeＨ、−ＴeＨ
Ｐt微粒子の場合…−ＳＨ、−Ｓ-Ｓ−、−ＳＣＮ、−ＮＣ、−ＰＲ1Ｒ2
Ｐd微粒子の場合…−ＳＨ、−Ｓ-Ｓ−、−ＳＣＮ、−ＮＣ、−ＰＲ1Ｒ2
Ｃu微粒子の場合…−ＳＨ、−Ｓ-Ｓ−、−ＳＣＮ
Ｆe微粒子の場合…−ＳＨ、−Ｓ-Ｓ−、−ＳＣＮ
ＲhまたはＮi微粒子の場合…−ＰＲ1Ｒ2
但し、−ＰＲ1Ｒ2はホスフィノ基（Ｒ1およびＲ2は水素原子または有機基）である。
Examples of combinations of the metal fine particles 2 and the functional groups of the substituted molecules 6 for binding to the metal fine particles 2 are as follows.
For Au fine ... -SH, -S-S -, - SCN, -NC, -COOH, -NH 2,
-CN, -SeH, -TeH, -PR 1 R 2
For Ag particles ... -SH, -S-S -, - SCN, -NC, -COOH, -NH 2,
-SeH, -TeH
In the case of Pt fine particles: -SH, -SS-, -SCN, -NC, -PR 1 R 2
In the case of Pd fine particles: -SH, -SS-, -SCN, -NC, -PR 1 R 2
In the case of Cu fine particles: -SH, -SS-, -SCN
For Fe fine particles: -SH, -SS-, -SCN
In the case of Rh or Ni fine particles ... -PR 1 R 2
However, -PR 1 R 2 is a phosphino group (R 1 and R 2 are a hydrogen atom or an organic group).
金属微粒子２と保護膜分子３と結合力は、上記の金属微粒子２と置換分子６との結合力に比べて弱いのがよい。このため、保護膜分子３として、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などの高分子や界面活性剤のように、金属微粒子２に物理吸着される分子を用いるのがよい。あるいは、保護膜分子３が置換分子６とは異なる官能基を有し、金属微粒子２に結合する強さが
保護膜分子３＜置換分子６
である条件を満たすのであれば、保護膜分子が上記の官能基を有し、金属微粒子２に化学吸着される分子であるのでもよい。
The bonding force between the metal fine particle 2 and the protective film molecule 3 is preferably weaker than the bonding force between the metal fine particle 2 and the substitution molecule 6 described above. For this reason, as the protective film molecule 3, it is preferable to use a molecule that is physically adsorbed to the metal fine particles 2 such as a polymer such as polyvinylpyrrolidone (PVP) or a surfactant. Alternatively, the protective film molecule 3 has a functional group different from that of the substituted molecule 6, and the strength of binding to the metal fine particles 2 is as follows.
If the above condition is satisfied, the protective film molecule may be a molecule having the above functional group and chemically adsorbed to the metal fine particles 2.
例えば、金属微粒子２が金の微粒子である場合、金とスルファニル基−ＳＨとの結合は強いので、アミノ基−ＮＨ2やホスフィノ基−ＰＲ1Ｒ2をもつ分子をスルファニル基をもつ分子で置換することができる（Marvin G. Warner，James E. Hutchison (2003) In：Marie-Isabelle Baratoned (ed.)，Synthesis and assembly of functionalized Gold Nanoparticles，“Synthesis Functionalization and Surface Treatment of Nanoparticles”，American Scientific Publishers，USA，p.67-89 参照。）。従って、アミノ基やホスフィノ基をもつ分子を保護膜分子３として用い、スルファニル基をもつ分子を置換分子６として用いることが可能である。 For example, when the metal fine particle 2 is a gold fine particle, the bond between gold and a sulfanyl group —SH is strong, so that a molecule having an amino group —NH 2 or a phosphino group —PR 1 R 2 is replaced with a molecule having a sulfanyl group. (Marvin G. Warner, James E. Hutchison (2003) In: Marie-Isabelle Baratoned (ed.), Synthesis and assembly of functionalized Gold Nanoparticles, “Synthesis Functionalization and Surface Treatment of Nanoparticles”, American Scientific Publishers, (See USA, p. 67-89.) Therefore, a molecule having an amino group or a phosphino group can be used as the protective film molecule 3, and a molecule having a sulfanyl group can be used as the substituted molecule 6.
また、置換分子６が金属微粒子２に結合する強さが、保護膜分子３が金属微粒子２に結合する強さと同程度である場合、濃度差の効果を利用して、金属微粒子２に結合している保護膜分子３を置換分子６で置換することもできる。例えば、図３（ｃ）に示した工程で基板１に接触させる溶液中において、置換分子６の濃度を高く、保護膜分子の濃度を低く保つことによって、保護膜分子３を置換分子６で置換することができる。
Further, when the strength at which the substitution molecule 6 is bonded to the metal fine particle 2 is approximately the same as the strength at which the protective film molecule 3 is bonded to the metal fine particle 2, the substitution molecule 6 is bonded to the metal fine particle 2 by utilizing the effect of the concentration difference. The protective film molecule 3 can be replaced with the replacement molecule 6. For example, in the solution brought into contact with the
保護膜分子３を置換分子６で置換する本発明の方法は、適当な溶媒を用いて保護膜分子３を溶解除去して金属微粒子同士を融合させる方法に比べて、保護膜分子３の除去をより迅速に行うことができる利点があると考えられる。また、分散液を作製する溶媒と、保護膜分子３を溶解除去する溶媒との、２種類の溶媒を使い分ける必要がないので、保護膜分子３や溶媒の選択に関して制限されることが少ない利点がある。 The method of the present invention for substituting the protective film molecule 3 with the replacement molecule 6 removes the protective film molecule 3 as compared with the method in which the protective film molecule 3 is dissolved and removed by using an appropriate solvent to fuse the metal particles. There seems to be an advantage that can be done more quickly. Further, since there is no need to use two types of solvents, ie, a solvent for preparing the dispersion and a solvent for dissolving and removing the protective film molecules 3, there is an advantage that there are few restrictions on the selection of the protective film molecules 3 and the solvent. is there.
実施の形態２
実施の形態２では、主として、請求項５および６に記載した導電体の製造方法の例として、前記導電体として導電体層を作製する例について説明する。
Embodiment 2
In the second embodiment, an example of producing a conductor layer as the conductor will be mainly described as an example of the conductor manufacturing method described in claims 5 and 6.
図５は、実施の形態２に基づく導電体層の作製工程を示すフロー図である。実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層を形成する（図５（ａ，ｂ））。この後の金属微粒子層に対する処理工程は実施の形態１と異なっており、まず、保護膜分子を第１の置換分子で置換して、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層を第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層に変換する（図５（ｃ））。その後、金属微粒子に結合している置換分子を別の置換分子で置換するする工程を１回以上行い、金属微粒子に最後の置換分子を結合させる（図５（ｅ））。図５は第１の置換分子と最後の置換分子とによって２回の置換を行う例を示しているが、必要に応じて、２回の置換工程の間に中間の置換工程を行ってもよい。そして、最後の置換分子で被覆された金属微粒子の層を加熱処理して導電体層を形成する（図５（ｆ））。 FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing process of a conductor layer based on the second embodiment. In the second embodiment, a layer of metal fine particles coated with protective film molecules is formed in the same manner as in the first embodiment (FIGS. 5A and 5B). The subsequent processing steps for the metal fine particle layer are different from those in the first embodiment. First, the protective film molecule is replaced with the first substitution molecule, and the layer of the metal fine particle coated with the protective film molecule is changed to the first. The layer is converted into a layer of metal fine particles coated with a substitution molecule (FIG. 5C). Thereafter, the step of substituting the substitution molecule bonded to the metal fine particle with another substitution molecule is performed once or more, and the last substitution molecule is bonded to the metal fine particle (FIG. 5E). FIG. 5 shows an example in which the first substitution molecule and the last substitution molecule perform two substitutions, but an intermediate substitution step may be performed between the two substitution steps as necessary. . Then, the metal fine particle layer coated with the last substitution molecule is heat-treated to form a conductor layer (FIG. 5F).
実施の形態１では保護膜分子を置換分子で置換する工程（図１（ｃ））を１回行うのみであり、金属微粒子がこの置換分子で被覆された状態で、金属微粒子同士を融合させる加熱処理（図１（ｄ））を行う。従って、置換分子は、加熱によって金属微粒子から脱着しやすく、金属微粒子同士の融合温度を低く抑え、導電性が良好な導電体層を形成することのできる分子、具体的には、分子量が比較的小さく、蒸気圧の大きい分子に限定される。 In the first embodiment, the process of replacing the protective film molecules with the replacement molecules (FIG. 1 (c)) is performed only once, and the metal fine particles are heated to fuse the metal fine particles in a state of being covered with the replacement molecules. Processing (FIG. 1D) is performed. Therefore, the substituted molecule is easily desorbed from the metal fine particles by heating, can suppress the fusion temperature between the metal fine particles, and can form a conductor layer having good conductivity, specifically, has a relatively low molecular weight. Limited to small molecules with high vapor pressure.
このため、置換工程の後、金属微粒子の融合処理工程の前に基板に対して行っておくべき処理がある場合、この処理に適合した置換分子を常に選択できるとは限らない。例えば、置換分子で被覆された金属微粒子の融合温度よりも高い温度で基板の加熱処理を行う必要がある場合、この処理を実施すると、この処理工程の間に金属微粒子同士の融合が起こってしまい、不都合である。従って、実施の形態１の製造方法では、このような基板処理工程の実施を断念するか、または、別の置換分子を選択し、この置換分子で被覆された金属微粒子の融合温度が基板の加熱処理温度よりも高くなるようにするかしかないが、いずれも好ましくない。 For this reason, when there is a process to be performed on the substrate after the substitution step and before the metal fine particle fusion treatment step, it is not always possible to select a substitution molecule suitable for this treatment. For example, when it is necessary to heat the substrate at a temperature higher than the fusion temperature of the metal fine particles coated with the substitution molecules, if this treatment is performed, the metal fine particles are fused between the treatment steps. Inconvenient. Therefore, in the manufacturing method of the first embodiment, the execution of such a substrate processing step is abandoned, or another substitution molecule is selected, and the fusion temperature of the metal fine particles coated with the substitution molecule is determined by heating the substrate. Although there is no choice but to make it higher than the processing temperature, neither is preferable.
これに対し、実施の形態２では少なくとも２回の置換を行う。金属微粒子同士を融合させる加熱処理（図５（ｆ））は、金属微粒子が最後の置換分子で被覆されている状態において行うので、最後の置換分子は、実施の形態１の置換分子と同様、加熱によって金属微粒子から脱着しやすく、金属微粒子同士の融合温度を低く抑え、導電性が良好な導電体層を形成することのできる分子、具体的には、分子量が比較的小さく、蒸気圧の大きい分子に限定される。
On the other hand, in the second embodiment, the substitution is performed at least twice. Since the heat treatment for fusing the metal fine particles (FIG. 5 (f)) is performed in a state where the metal fine particles are covered with the last substituted molecule, the last substituted molecule is the same as the substituted molecule in
しかし、第１の置換分子、並びに必要に応じて中間の置換工程で導入する置換分子は、金属微粒子の融合処理工程によって制限されることがない。従って、これらの置換分子は、金属微粒子の融合処理の前に基板に対して行っておくべき処理に適合するように、適宜選択することができる。 However, the first substituted molecule and the substituted molecule introduced in the intermediate substitution step as needed are not limited by the fusion processing step of the metal fine particles. Therefore, these substitution molecules can be appropriately selected so as to be compatible with the processing to be performed on the substrate before the fusion processing of the metal fine particles.
例えば、最後の置換分子で被覆された金属微粒子の融合温度Ｔ2よりも高い温度で、アニール処理など、基板の加熱処理を行う必要がある場合、第１の置換分子または中間工程で導入する置換分子として、この分子で被覆された金属微粒子の融合温度Ｔ1がＴ2よりも高い分子を用い、この分子で金属微粒子が被覆されている段階で上記の基板の加熱処理を行えばよい。この際、加熱処理温度がＴ1よりも低ければ、この処理工程の間に金属微粒子同士の融合が起こってしまうことはない。具体的には、第１の置換分子または中間工程で導入する置換分子として、分子量が大きく、蒸気圧の低い分子を用い、最後の置換分子として、分子量が小さく、蒸気圧の高い分子を用いればよい。このように、金属微粒子の融合処理の前に基板を高温下におく必要がある場合、金属微粒子層の耐熱性を一時的に向上させることができる。 For example, when it is necessary to perform a heat treatment of the substrate such as annealing at a temperature higher than the fusion temperature T 2 of the metal fine particles coated with the last substitution molecule, the substitution introduced in the first substitution molecule or an intermediate step As the molecule, a molecule in which the fusion temperature T 1 of the metal fine particle coated with this molecule is higher than T 2 is used, and the above-described heat treatment of the substrate may be performed at the stage where the metal fine particle is coated with this molecule. At this time, if the heat treatment temperature is lower than T 1 , fusion of metal fine particles does not occur during this treatment step. Specifically, a molecule having a large molecular weight and a low vapor pressure is used as the first substituted molecule or a substituted molecule introduced in an intermediate step, and a molecule having a low molecular weight and a high vapor pressure is used as the last substituted molecule. Good. Thus, when it is necessary to keep the substrate at a high temperature before the fusion process of the metal fine particles, the heat resistance of the metal fine particle layer can be temporarily improved.
また、融合温度の制御だけでなく、金属微粒子層の他の性質を制御する目的で置換分子による置換を行うことが可能である。例えば、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層が別の部材の作製工程によってダメージを受けることがある場合、第１の置換分子または中間工程で導入する置換分子を適切に選択して、この分子で被覆された金属微粒子層を耐ダメージ特性の高い層とし、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層を耐ダメージ特性の高い層に変換してから、上記別部材の作製工程を行うことによって、この工程によるダメージの発生を防止することができる。 In addition to controlling the fusion temperature, it is possible to perform substitution with a substituted molecule for the purpose of controlling other properties of the metal fine particle layer. For example, when a layer of metal fine particles coated with a protective film molecule may be damaged by the manufacturing process of another member, the first replacement molecule or the replacement molecule introduced in the intermediate process is appropriately selected, and this Make the metal fine particle layer coated with molecules a layer with high damage resistance, and convert the metal fine particle layer coated with protective film molecules into a layer with high damage resistance properties, and then perform the above-mentioned separate member manufacturing process Therefore, the occurrence of damage due to this process can be prevented.
例えば、液相における化学的還元法で金属微粒子２を合成する際、保護膜分子３は金属微粒子２を溶媒に均一に分散させたり、金属微粒子２の大きさを制御したりする上で重要な役割を果たす。従って、保護膜分子３は自由に選択できるわけではなく、これらの役割を最もよくはたすように選択した保護膜分子３が、基板１で行われる種々の処理に対して必ずしも必要な特性を有しているとは限らない。実施形態２の方法をとることによって、保護膜分子３および置換分子６として、それぞれ最適の分子を選択して用いることが可能になる。
For example, when the fine metal particles 2 are synthesized by a chemical reduction method in the liquid phase, the protective film molecules 3 are important for uniformly dispersing the fine metal particles 2 in a solvent and controlling the size of the fine metal particles 2. Play a role. Therefore, the protective film molecule 3 cannot be freely selected, and the protective film molecule 3 selected so as to best perform these roles has characteristics necessary for various processes performed on the
なお、上記の複数回の置換を順次行うためには、金属微粒子に結合する強さが、後に結合するものほど強く、
保護膜分子＜第１の置換分子＜中間の置換分子＜最後の置換分子
の順であるのがよい。
In addition, in order to sequentially perform the above-mentioned multiple times of substitution, the strength of binding to the metal fine particles is stronger as the binding later,
The order of the protective film molecule <the first substituted molecule <the intermediate substituted molecule <the last substituted molecule is preferable.
金属微粒子２と、第１の置換分子および最後の置換分子、並びに必要に応じて中間工程で導入する置換分子が有すべき官能基との組合せは、実施の形態１に示した通りである。この際、各種置換分子がそれぞれ有する官能基は、金属微粒子に結合する強さが
第１の置換分子＜中間の置換分子＜最後の置換分子
の順となる組合せであるのがよい。
The combination of the metal fine particles 2 with the functional group that the first substituted molecule and the last substituted molecule and the substituted molecule to be introduced in an intermediate step should have as needed is as described in the first embodiment. At this time, the functional groups possessed by the various substituted molecules are preferably a combination in which the strength of binding to the metal fine particles is in the order of the first substituted molecule <the intermediate substituted molecule <the last substituted molecule.
実施の形態１で説明したように、保護膜分子としては、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）などの高分子や界面活性剤のように、金属微粒子に物理吸着される分子を用いるのがよい。あるいは、保護膜分子が第１の置換分子とは異なる官能基を有し、金属微粒子に結合する強さが
保護膜分子＜第１の置換分子
である条件を満たすのであれば、保護膜分子が実施の形態１に示した官能基を有し、金属微粒子に化学吸着される分子であるのでもよい。
As described in the first embodiment, as the protective film molecule, it is preferable to use a molecule that is physically adsorbed on metal fine particles, such as a polymer such as polyvinylpyrrolidone (PVP) or a surfactant. Alternatively, if the protective film molecule has a functional group different from that of the first substituted molecule and the strength of binding to the metal fine particles satisfies the condition that protective film molecule <first substituted molecule, the protective film molecule It may be a molecule having the functional group shown in the first embodiment and chemisorbed on the metal fine particles.
実施の形態３
実施の形態３では、主として、請求項１２〜１５に記載した電子デバイスの製造方法の例として、所定の領域に前記導電体として導電体層を形成し、所定の領域以外の領域に前記機能性部材として有機物層を配置する電子デバイスの製造方法について説明する。導電体層は、例えば電極や導電路（配線）であり、有機物層は絶縁層や誘電体層や半導体層である。
Embodiment 3
In the third embodiment, mainly as an example of the electronic device manufacturing method according to claims 12 to 15, a conductor layer is formed as the conductor in a predetermined region, and the functionalities are formed in regions other than the predetermined region. The manufacturing method of the electronic device which arrange | positions an organic substance layer as a member is demonstrated. The conductor layer is, for example, an electrode or a conductive path (wiring), and the organic layer is an insulating layer, a dielectric layer, or a semiconductor layer.
図６は、実施の形態３に基づく電子デバイスの作製工程を示すフロー図であり、図７および図８は、この作製工程を具体的に示す断面図およびその部分拡大図である。図６中に符号（ａ）〜（ｆ）で示す工程は、図７および図８に示す工程（ａ）〜（ｆ）に対応している。 FIG. 6 is a flowchart showing a manufacturing process of an electronic device based on the third embodiment, and FIGS. 7 and 8 are a cross-sectional view specifically showing the manufacturing process and a partially enlarged view thereof. Steps indicated by reference numerals (a) to (f) in FIG. 6 correspond to steps (a) to (f) shown in FIGS. 7 and 8.
まず、実施の形態１と同様、図７（ａ）に示すように、前記基体として基板１を用意する。基板１は特に限定されるものではないが、例えば、石英基板や、ガラス基板や、ポリイミド、ポリカーボネート、およびポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などからなるプラスチック基板等の絶縁性基板が好適である。プラスチック基板を用いると、フレキシブルな形状の電子デバイスを作製できる。また、基板全体が絶縁体である必要はなく、表面が絶縁性であればよい。例えば、半導体素子が形成されたシリコン基板の表面に、酸化シリコンなどの絶縁層が形成されたものであってもよい。
First, as in the first embodiment, as shown in FIG. 7A, a
他方、実施の形態１と同様、表面が保護膜分子３で被覆された金属微粒子２を、適当な溶媒に分散させた分散液１１を用意する。金属微粒子２は、金のナノ粒子などで、その直径は５０ｎｍ程度以下である。溶媒は特に限定されるものではないが、例えば、保護膜分子３の種類に応じてトルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、エタノール、水などを適宜用いる。 On the other hand, as in the first embodiment, a dispersion 11 is prepared in which the metal fine particles 2 whose surface is coated with the protective film molecules 3 are dispersed in an appropriate solvent. The metal fine particles 2 are gold nanoparticles or the like and have a diameter of about 50 nm or less. The solvent is not particularly limited, but for example, toluene, hexane, cyclohexane, ethanol, water, or the like is appropriately used according to the type of the protective film molecule 3.
次に、分散液１１を基板１の所定の領域３１に配置した後、溶媒を蒸発させて、図７（ｂ）に示すように、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層３２を形成する。分散液１１を配置する方法は、所定の領域３１に分散液１１を配置できる方法であればよく、特に限定されないが、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、およびグラビア印刷法などの印刷法が簡便でよい。
Next, after the dispersion liquid 11 is disposed in a predetermined region 31 of the
図７（ａ）および図７（ｂ）に示す工程では、金属微粒子２の表面は保護膜分子３で覆われており、金属微粒子２同士の融合や凝集は長期にわたって起こらない。また、保護膜分子３で覆われた金属微粒子２は安定であるため、これらの段階で基板１全体を加熱しても、金属微粒子２同士が融合することはない。
In the steps shown in FIGS. 7A and 7B, the surface of the metal fine particles 2 is covered with the protective film molecules 3, and the fusion and aggregation of the metal fine particles 2 do not occur for a long time. Further, since the metal fine particles 2 covered with the protective film molecules 3 are stable, the metal fine particles 2 do not fuse even if the
次に、図７（ｃ）に示すように、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層３２を形成した基板１を、第１の置換分子３３を含む溶液またはガスに接触させる。この工程で保護膜分子３を第１の置換分子３３で置換し、層３２を、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４に変換する。第１の置換分子３３としては、保護膜分子３を容易に置換して、金属微粒子２に結合できるように、金属微粒子２への結合力が保護膜分子３に比べて強い分子を用いる。さらに、次に述べる有機物層の形成に備えて、金属微粒子２と結合する端部とは反対側の端部が疎水性である分子を用いる。この結果、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４の表面の性質は、疎水性になる。なお、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の表面の性質は、主として、金属微粒子２と結合する端部とは反対側の、第１の置換分子３３の端部の性質によって決まるので、第１の置換分子３３全体が疎水性である必要は必ずしもない。
Next, as shown in FIG. 7C, the
次に、図８（ｄ）に示すように、機能性材料である有機物を極性の大きな溶媒に溶かした溶液に、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４を所定の領域３１に形成した基板１を接触させる。このとき、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４の表面は疎水性であるため、層３４がこの有機物の溶液で濡れることはない。この結果、金属微粒子の層３４が形成されている領域以外の領域に有機物溶液の層が付着する。この後、有機物溶液の層から溶媒を蒸発させ、所定の領域３１以外の領域に機能性部材として有機物層４０を形成する。基板１に有機物溶液を付着させる方法は特に限定されないが、キャストコーター法、スプレーコーター法、スピンコート法などのコーティング法、あるいはインクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法などの印刷法、あるいはスタンプ法、あるいはラングミュアーブロジェット（ＬＢ）法、あるいはリフトオフ法、あるいは浸漬法、あるいはキャスティング法などを適宜用いる。
Next, as shown in FIG. 8 (d), a layer 34 of metal fine particles coated with the first substitution molecules is placed in a predetermined region 31 in a solution obtained by dissolving an organic substance as a functional material in a solvent having a large polarity. The formed
次に、図８（ｅ）に示すように、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４および有機物層４０を形成した基板１を、最後の置換分子３５を含む溶液またはガスに接触させ、第１の置換分子３３を最後の置換分子３５で置換し、層３４を、最後の置換分子で被覆された金属微粒子の層３６に変換する。最後の置換分子３５としては、第１の置換分子３３を容易に置換して、金属微粒子２に結合できるように、金属微粒子２への結合力が第１の置換分子３３に比べて強い分子を用いる。さらに、次に述べる導電体層の形成に備えて、導電体層の形成の際に金属微粒子２からすみやかに脱着して、金属微粒子２同士の融合を妨げることがないように、分子量が小さく、蒸気圧の大きい分子を用いるのがよい。
Next, as shown in FIG. 8 (e), the
次に、最後の置換分子で被覆された金属微粒子の層３６を形成した基板１を加熱する。この工程で最後の置換分子３３を微粒子２から脱着させ、金属微粒子２同士を融合させ、図８（ｆ）に示すように、基板１上の所定の領域に導電体層３７を形成する。
Next, the
図６〜８には、第１の置換分子と最後の置換分子とによって２回の置換を行う例を示したが、必要に応じて、２回の置換工程の間に中間の置換工程を行ってもよい。また、第１の置換分子によって最後の置換分子の役割も果たせるのであれば、第１の置換分子による置換を１回だけ行うようにしてもよい。 FIGS. 6 to 8 show an example in which the first substitution molecule and the last substitution molecule perform the substitution twice. If necessary, an intermediate substitution step is performed between the two substitution steps. May be. Further, if the first substituted molecule can also serve as the last substituted molecule, the substitution with the first substituted molecule may be performed only once.
ここで、上記有機物を抵抗体材料又は誘電体材料とすれば、電子デバイスとして抵抗又はコンデンサなどの受動素子を形成することができる。また、上記有機物を半導体材料とすれば、電子デバイスとして絶縁ゲート型電界効果トランジスタや、物質を検知したり、識別したりする物質センサを形成することができる。また、上記有機物を絶縁材料とすれば、素子間分離壁を形成することができる。 Here, if the organic material is a resistor material or a dielectric material, a passive element such as a resistor or a capacitor can be formed as an electronic device. Further, when the organic substance is a semiconductor material, an insulated gate field effect transistor or a substance sensor for detecting or identifying a substance can be formed as an electronic device. If the organic material is an insulating material, an element separation wall can be formed.
本実施の形態に基づく電子デバイスの製造方法では、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層３２をパターニングして形成した後に、保護膜分子３を第１の置換分子３３で置換して、層３２を置換分子で被覆された金属微粒子の層３４に変換する。従って、置換後は、基板１に対して行うすべての処理において、処理が保護膜分子３によって制約されることがない。例えば、最後の置換分子３５として、分子量が小さく、蒸気圧の大きい分子を用いることによって、有機物層４０に損傷を与える可能性の小さい、比較的低い温度で金属微粒子同士を融合させることができる。
In the method of manufacturing an electronic device according to the present embodiment, the metal
この際、印刷法を適用することによって、保護膜分子で被覆された金属微粒子の層３２を簡易にパターニングして形成することができるので、生産性よく、低コストで電極や配線を形成することができる。
At this time, by applying a printing method, the metal
さらに、第１の置換分子３３として、金属微粒子２と結合する端部とは反対側の端部が疎水性である分子を用いることにより、第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４の表面の性質を疎水性とすることができる。これと、極性の大きな溶媒に有機物を溶かした溶液とを組み合わせることにより、既に形成されている第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層３４を一種のマスクとして用いて、この層が形成されている領域３１以外の領域に有機物層４０を形成することができる。この例のように、第１の置換分子３３を適切に選択することによって微粒子層表面の濡れ性と他の領域の濡れ性とに大きな相違を生じさせ、濡れ性の違いを利用して、その上に形成する層のパターニングを行うことができる。
Furthermore, by using a molecule having an end opposite to the end bonded to the metal fine particle 2 as the first substituted molecule 33, the metal fine particle layer 34 coated with the first substitute molecule 33 is used. The surface properties of can be made hydrophobic. By combining this with a solution in which an organic substance is dissolved in a polar solvent, this layer is formed using the layer 34 of fine metal particles already coated with the first substitution molecule as a kind of mask. The
同様に、電荷をもった置換分子を金属微粒子に結合させることで、静電的な反発によって金属微粒子層の表面に有機物層が形成されないようにしたり、分子の特異的な吸着を妨げるのに有効なポリエチレングリコール（ＰＥＧ）鎖を有する置換分子を金属微粒子に結合させたりすることで、保護層を形成せずに金属微粒子層の表面を保護することが可能である。 Similarly, it is effective to prevent the organic adsorption layer from forming on the surface of the metal fine particle layer by electrostatic repulsion or to prevent the specific adsorption of the molecule by bonding the charged substitution molecule to the metal fine particle. It is possible to protect the surface of the metal fine particle layer without forming a protective layer by bonding a substituted molecule having a polyethylene glycol (PEG) chain to the metal fine particle.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明の導電体の製造方法および電子デバイスの製造方法は、電極や配線を有する電子デバイスに応用可能で、デバイスの生産性の向上や低コスト化に寄与する。 The conductor manufacturing method and the electronic device manufacturing method of the present invention can be applied to an electronic device having electrodes and wirings, and contribute to improvement of device productivity and cost reduction.
１…基板、２…金属微粒子（金のナノ粒子など）、３…保護膜分子、
４…表面が保護膜分子で被覆された金属微粒子、
５…保護膜分子で被覆された金属微粒子の層、
６…置換分子、７…置換分子で被覆された金属微粒子の層、８…導電体層
１１…表面が保護膜分子で被覆された金属微粒子を溶媒に分散させた分散液、
３１…所定の領域、３２…保護膜分子で被覆された金属微粒子の層、
３３…第１の置換分子、３４…第１の置換分子で被覆された金属微粒子の層、
３５…最後の置換分子、３６…最後の置換分子で被覆された金属微粒子の層、
３７…導電体層、４０…有機物の層
DESCRIPTION OF
4 ... Metal fine particles whose surface is coated with protective film molecules,
5 ... a layer of fine metal particles coated with protective film molecules,
6 ... substitution molecule, 7 ... layer of metal fine particles coated with substitution molecule, 8 ... conductor layer 11 ... dispersion liquid in which metal fine particles whose surface is coated with protective film molecules are dispersed in a solvent,
31 ... predetermined region, 32 ... layer of metal fine particles coated with protective film molecules,
33 ... 1st substituted molecule, 34 ... layer of metal fine particles coated with 1st substituted molecule,
35 ... last substituted molecule, 36 ... layer of fine metal particles coated with the last substituted molecule,
37 ... Conductor layer, 40 ... Organic layer
Claims (15)
前記分散液を用いて、前記保護膜分子で被覆された金属微粒子からなる保護膜分子被 覆微粒子層を、基体上に形成する工程と、
前記保護膜分子被覆微粒子層中の前記保護膜分子を置換分子で置換して、この層を前 記置換分子で被覆された金属微粒子からなる置換分子被覆微粒子層に変換する工程と、
前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して、前記置換分子を除去するとともに、前記 金属微粒子同士を融合させ、導電体を形成する工程と
を有する、導電体の製造方法。 Producing a dispersion in which metal fine particles coated with protective film molecules are dispersed in a solvent;
Forming a protective film molecule-covered fine particle layer composed of metal fine particles coated with the protective film molecules on a substrate using the dispersion;
Replacing the protective film molecules in the protective film molecule-coated fine particle layer with substitution molecules, and converting the layer into substitution molecule-coated fine particle layers composed of metal fine particles coated with the substitution molecules;
A method of manufacturing a conductor, comprising: heat-treating the substituted molecule-coated fine particle layer to remove the substituted molecule and fusing the metal fine particles together to form a conductor.
まず、前記保護膜分子を第１の置換分子で置換する工程を行い、
次に、前記金属微粒子に結合している置換分子を別の置換分子で置換するする工程を １回以上行い、前記金属微粒子に最後の置換分子を結合させる
、請求項１に記載した導電体の製造方法。 In the step of replacing the protective film molecule with the replacement molecule,
First, a step of replacing the protective film molecule with a first substitution molecule,
Next, the step of substituting the substitution molecule bonded to the metal fine particle with another substitution molecule is performed one or more times, and the last substitution molecule is bonded to the metal fine particle. Production method.
前記分散液を用いて、前記保護膜分子で被覆された金属微粒子からなる保護膜分子被 覆微粒子層を、基体上の所定の領域に形成する工程と、
前記保護膜分子被覆微粒子層中の前記保護膜分子を置換分子で置換して、この層を前 記置換分子で被覆された金属微粒子からなる置換分子被覆微粒子層に変換する工程と、
前記置換分子被覆微粒子層を加熱処理して、前記置換分子を除去するとともに、前記 金属微粒子同士を融合させ、前記所定の領域に導電体を形成する工程と、
前記基体上の前記所定の領域以外の領域に機能性部材を配置する工程と
を有する、電子デバイスの製造方法。 Producing a dispersion in which metal fine particles coated with protective film molecules are dispersed in a solvent;
Forming a protective film molecule-covered fine particle layer made of metal fine particles coated with the protective film molecules in a predetermined region on a substrate using the dispersion;
Replacing the protective film molecules in the protective film molecule-coated fine particle layer with substitution molecules, and converting the layer into substitution molecule-coated fine particle layers composed of metal fine particles coated with the substitution molecules;
Heat-treating the substituted molecule-coated fine particle layer to remove the substituted molecules, fuse the metal fine particles together, and form a conductor in the predetermined region;
And a step of arranging a functional member in a region other than the predetermined region on the substrate.
機能性材料である有機物を極性の大きい溶媒に溶解させた溶液に、前記所定の領域に 前記置換分子被覆微粒子層を形成した前記基体を接触させ、前記所定の領域以外の領域 に前記溶液の層を付着させた後、
前記溶液の層から前記極性の大きい溶媒を蒸発させ、前記所定の領域以外の領域に前 記機能性部材として前記有機物の層を形成する
、請求項１２に記載した電子デバイスの製造方法。 As the substituted molecule, a molecule having an end opposite to the end bonded to the metal fine particle is hydrophobic,
The substrate on which the substituted molecule-coated fine particle layer is formed is brought into contact with the predetermined region in a solution in which an organic substance that is a functional material is dissolved in a highly polar solvent, and the solution layer is formed in a region other than the predetermined region. After attaching
13. The method of manufacturing an electronic device according to claim 12, wherein the solvent having high polarity is evaporated from the solution layer, and the organic material layer is formed as a functional member in a region other than the predetermined region.
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