JP5243510B2 - 配線材料、配線の製造方法、及びナノ粒子分散液 - Google Patents
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Description
また、前記目的を達成するために以下の発明態様を提供する。
本発明の実施形態に係る配線材料は、窒化銅(Cu3N)に、添加材料として、銅よりも酸化しやすい非貴金属を1atm%以上10atm%以下添加したものである。
表1の「比較例1」では、窒化銅に添加材料を入れない材料(添加無しの窒化銅)を用いた。この比較例1に係る材料(Cu3N)の室温における抵抗率は、5.0E−04[Ωcm]であり、添加材料を入れたもの(実施例1〜7)よりも高い値であった。また、この比較例1に係る材料(Cu3N)を100Pa程度の真空度で300℃、10分間アニール処理を施した結果、抵抗率は6.0E−04[Ωcm]となり、初期状態(アニール処理前)よりも高くなった。この現象の理由は十分に解明されていないが、アニール処理によって窒素が十分に抜けない、或いは、装置内の僅かな酸素によってCuが酸化される、などの理由が考えられる。
表1の実施例1〜7に示した材料は、比較例1に比べて、室温における抵抗率(未加熱の状態での抵抗率)が低く、配線材料として良好な材料である。
表1で説明した比較例1(無添加のもの)の材料と、実施例3(Ti添加)、実施例6(Mn添加)、実施例7(Al添加)の各材料に関して、10Paの真空度で温度を変えて抵抗率の変化を調べた。図2にその結果を示す。横軸はアニール温度(℃)、縦軸は抵抗率(Ωcm)を示す。ただし、ここでは、添加材料(Ti、Mn、Al)をそれぞれ1%程度添加した材料を用いた。
その一方で、添加材料を何も加えていないもの(無添加のCu3N)は、室温での抵抗率が1E−4[Ωcm]オーダーであり、加熱による温度の上昇とともに徐々に抵抗率が上昇している。250℃まで抵抗率は上昇し続け、250〜300℃までの温度でなければ低抵抗化が始まらない。加熱温度が250℃を超えて300℃になると、大幅に抵抗率が下がり、純銅に近い値となる。
添加材料の添加量の上限は、用途によってその許容量が変わってくるが、配線材料の主成分であるCuと同等程度の抵抗率を求めるとすると、好ましくは、10atm%以下がよい。10atm%を超えると、焼成後の抵抗率がCuのみの場合よりも5倍以上大きくなる。これは、原理的にCuよりも高抵抗な金属が材料中に含まれるためである。添加量の上限として、より好ましくは5atm%以下である。
材料として窒化銅(Cu3N)にNiを5atm%添加したものを用いた。これを減圧中(10Pa)にて300℃加熱焼成したものの抵抗率を測定したところ、8E−5[Ωcm]であった。なお、バルク材料の銅の抵抗率は1.7E−5[Ωcm]である。
上述した各種の実験を通じて、加熱する際の雰囲気を減圧とすることによって、焼成の温度が下がることがわかった。焼成の際に、好ましくは1000Pa以下に減圧し、より好ましくは、100Pa以下、さらに好ましくは10Pa以下に減圧する。
(導電性インクの例1)
窒化銅に、添加材料としてCuよりも酸化しやすい材料(例えば、Si,Zr,Ti,Ni,Sn,Mn,Alなど)を0.5atm%以上10atm%以下添加してなる材料の微粒子(例えば、平均粒径8nm程度)をアルコール溶媒その他の分散媒に分散させてなるナノ粒子分散液(導電性インク)を得る。
或いはまた、窒化銅に添加材料としてCuよりも酸化しやすい材料(例えば、Si,Zr,Ti,Ni,Sn,Mn,Alなど)を0.5atm%以上10atm%以下添加してなる材料を銅粒子のコーティング膜として用い、銅粒子の周りに、当該窒化銅に微量元素を添加した材料の膜(耐酸化性膜)を付けて成る微粒子を、分散媒に分散させてなるナノ粒子分散液(導電性インク)を作製してもよい。
窒化銅、或いは、それに添加材料を添加したものは、ガス中蒸着法にて作製した。作製方法は、特に限定されず、蒸着法やアーク法などの気相法でもかまわないし、液相法でもかまわない。いずれの方法においても所望の組成が得られることが重要である。
一例として、窒化銅にTi材料を添加した材料は、アンモニアガス中にてガス中蒸着法にて作製した。得られた粒子のサイズとしては平均粒径で8nm程度のものを用いた。この窒素化銅粒子を分散させるために、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を添加して、液の粘度を10mPa.S(25℃)に調整した。このようにインク化した液(「ナノ粒子分散液」に相当)を用いてインクジェット装置にてガラス基板上に配線パターンの描画を行った。描画した配線パターンは典型的なもので、厚み3μmであった。良好に描画可能であった。
実施例10と同様に、微粒子として、添加材料無しの窒化銅(平均粒径8nm程度)を用い、これをメチルヘキサヒドロ無水フタル酸に分散させて、液の粘度を10mPa.S(25℃)に調整した。このようにインク化した液を用いてインクジェット装置にてガラス基板上に配線パターンの描画を行った。さらに、実施例10と同様に、10Pa程度の真空中にて250℃で焼成したが、得られた配線の抵抗率は約6E−3[Ωcm]と高いものであった。
Claims (12)
- 銅と窒素を含む配線材料であって、
当該配線材料には、添加材料として、エリンガム図において銅よりも酸化しやすい材料が0.5atm%以上10atm%以下添加されており、
前記配線材料は、未加熱の状態での抵抗率が3.2×10 −4 [Ωcm]以下であり、
300℃で焼成したときの抵抗率と、前記焼成前における室温での抵抗率との比が0.55以下であることを特徴とする配線材料。 - 請求項1において、
前記添加材料が、Si、Zr、Ti、Ni、Sn、Mn、Alのうち少なくとも1種類の金属を含むことを特徴とする配線材料。 - 請求項1又は2において、
前記配線材料は、窒化銅(Cu3N)に前記添加材料が添加されたものであることを特徴とする配線材料。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線材料を基板上に付与する配線材料付与工程と、
前記基板上に付与された前記配線材料を加熱して銅に還元する熱処理工程と、を有することを特徴とする配線の製造方法。 - 請求項4において、
前記熱処理工程における加熱温度が300℃以下であることを特徴とする配線の製造方法。 - 請求項4又は5において、
前記熱処理工程は、減圧した雰囲気下で前記加熱が行われることを特徴とする配線の製造方法。 - 請求項6において、
前記熱処理工程における雰囲気圧力が1000Pa以下であることを特徴とする配線の製造方法。 - 請求項7において、
前記熱処理工程における雰囲気圧力が10Pa以下であることを特徴とする配線の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線材料のナノ粒子を分散媒に分散させてなることを特徴とするナノ粒子分散液。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の配線材料の膜によって銅粒子の表面がコーティングされた構成を有する銅ナノ粒子を分散媒に分散させてなることを特徴とするナノ粒子分散液。
- 請求項9又は10に記載のナノ粒子分散液を基板上に付与して配線パターンを形成することを特徴とする配線の製造方法。
- 請求項9又は10に記載のナノ粒子分散液をインクジェット方式によって基板上に付与して配線パターンを描画する配線パターン描画工程と、
前記基板上に付与された前記ナノ粒子分散液に含まれる前記配線材料を減圧雰囲気下で焼成させる焼成工程と、
を有することを特徴とする配線の製造方法。
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