形成微细铜颗粒烧结产物类的微细形状导电体的方法技术

形成微细铜颗粒烧结产物类的微细形状导电体的方法，其中通过使用其表面上具有氧化物膜的铜颗粒的分散体绘制出微细图案，然后，在较低温度下，所得图案中其表面上具有氧化物膜层的微细铜颗粒或微细铜氧化物颗粒进行还原处理，然后将所得铜颗粒烧结。在一个实施方案中，其表面上具有氧化物膜层的微细铜颗粒或微细铜氧化物颗粒的分散体（所述微粒的平均粒径为１０μｍ或更小）涂敷在基底上，所得涂敷层中的微粒在包含具有还原能力的化合物蒸汽或气体的气氛下加热到３５０℃或更低的温度，由此通过利用所述具有还原能力的化合物作为还原剂的还原作用使氧化膜还原，然后，进行一系列包括重复短时间氧化处理和再还原处理结合在一起的加热处理的加热步骤，因而由所得铜颗粒形成烧结产物。由上述方法形成的微细铜颗粒烧结产物类的微细形成导电体表现出优异的电导率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】,以及应用所述方法形成铜微细布 ...的制作方法
本专利技术涉及用于形成铜系布线图或具有非常薄膜厚度的铜薄膜层的方法，更具体而言，涉及用于形成铜烧结产物的布线图，或形成具有非常薄膜厚度的铜薄膜层的方法，所述铜烧结产物具有低阻抗和适用于数字高密度布线的非常微细的外形。该方法包括如下步骤使用具有表面氧化物膜层的铜微粒或铜氧化物微粒的分散体、尤其是具有表面氧化物膜层的铜纳米颗粒或铜氧化物纳米颗粒的分散体绘出超微细图案或形成薄膜涂层；对包含在用于布线的图案或薄膜涂层中的具有表面氧化物膜层的铜微粒或铜氧化物微粒、尤其是具有表面氧化物膜层的铜纳米颗粒或铜氧化物纳米颗粒进行还原处理；以及烘焙由所述还原处理得到的铜微粒，尤其是铜纳米颗粒。
技术介绍
在涉及最近电子设备中的领域中，用于在其中使用的平板印刷电路上的布线的图案变得越来越微细。至于用于形成各种电极图案的金属薄膜层，也在具有非常薄膜厚的金属薄膜层的应用中获得了发展。例如，当通过丝网印刷方法获形成了用于布线的微细图案和薄膜时，对于应用粒径非常小的金属微粒的分散体绘出超薄图案或形成具有非常薄膜厚的薄膜涂层的尝试在增加。目前，可用于上述用途的金或银微粒的分散体已经被商业化。其中，至于利用金属纳米颗粒形成超微细布线图的方法，例如，对于使用金纳米颗粒或银纳米颗粒的情况，已经建立了加工流程。具体地，形成布线宽度和导线之间的间隔为5～50μm以及体积电阻率为1×10-5Ω·cm的布线可以使用烧结产物类布线层进行，所述烧结产物类布线层通过使用含金纳米颗粒或银纳米颗粒的用于超微细印刷的分散体绘出非常微细的布线图，然后将金属纳米颗粒彼此烧结而获得。然而，如果使用金纳米颗粒，则由于金材料本身较贵，因此生产用于超微细印刷的分散体的单位成本也变得较贵，这成了广泛用作通用产品的经济瓶颈。另一方面，如果使用银纳米颗粒代替，则生产所述分散体的单位成本能够降低较多，但是由于布线宽度和导线之间的间隔变窄，因此又产生了另一个如此严重的问题，即电迁移到表面上导致导线断路。为了避免由电迁移现象导致的导线断路，有效的是使用铜系布线，例如，当对集成的需求高得多时，广泛研究在半导体器件上使用用于布线图的铜系材料。具体地，铜虽然表现出类似于金和银的高电导率，并且具有良好的延性和展性，但是与银相比，铜被观察到的电迁移要低得多。因此，当微细布线引起电流密度增加时，使用铜系布线能够避免由电迁移现象导致的布线断路。因此，至于平板印刷电路，当使用通过将金属微粒，例如金属纳米颗粒彼此烧结获得的烧结金属布线层生产微细布线图时，同样需要使用表现出较小电迁移的铜。由于与金和银相比，铜本身具有更廉价的材料单位成本，因此有很大的希望能成功使用铜来降低生产平板印刷电路的成本，所述平板印刷电路具有用于更广目的范围的微细布线图。包含于贵金属实例中的金和银通常具有相比较而言几乎不被氧化的特性，因此制备微粒的分散体时，易于使被包含的微粒进入在表面上无氧化物膜形成的状态。另一方面，铜具有相比较而言易于被氧化的性质，因此当制备微粒的分散体时，被包含的微粒在短时间内就进入这样的状态它们具有形成于其表面上的氧化物膜。尤其是，在铜纳米颗粒具有更小粒径的情况下，它具有相对增加的表面积，并且具有形成于其表面上的厚度增加的氧化物膜，因此，决不会很少存在下列情形大部分纳米尺寸的粒径转变成由铜氧化物构成的表面氧化物膜层。
技术实现思路
当使用铜微粒，例如粒径为100nm或更小的铜纳米颗粒时，只要其上不存在表面氧化物层，就可以以类似于上述由金或银构成的纳米颗粒的方式，通过低温加热获得纳米颗粒彼此间的烧结，而该方法能够用于生产具有优异电导率的烧结产物层。然而，相比于贵金属的金和银，铜往往易于被氧化，并且氧化是从其表面到内部连续进行的。此外，当铜加工成微小粉末状态如纳米颗粒时，即使在室温下铜也易于与包含在气氛中的氧形成结合，以致膜被其表面上的氧化物覆盖。铜氧化物难于抑制为钝态，因此氧化向纳米颗粒内部进行，因而暴露于空气中固定持续时间之后，大部分的纳米颗粒最终变成了铜氧化物。尤其是，在潮湿的空气中，促进了氧化从铜纳米颗粒的表面到内部的进行。本专利技术人试着使用各种方法防止铜纳米颗粒的氧化，因此证实了当铜纳米颗粒在用作分散剂的有机溶剂中分散时，通过例如在铜纳米颗粒表面上提供具有防止聚结的功能的分子涂层并且堵住它与空气的直接接触，就能够降低覆盖其上的氧化物膜的厚度。如果使用由铜纳米颗粒分散在有机溶剂中的分散体绘出微细布线图时，所述铜纳米颗粒在其表面上提供有具有防止聚结的功能的分子涂层，则包含分散剂的有机溶剂通过汽化逐渐除去，表面上的分子涂层也就释放出来，因而在与大气中氧分子接触的铜纳米颗粒的表面上进行氧化物膜的形成进程。结果，我们不能找到完全防止表面氧化的方式。此外，如果铜纳米颗粒进行了防止氧化的处理，则在具有分散在有机溶剂中的铜纳米颗粒的分散体保存期间，由于溶解在有机溶剂中的氧分子的作用，促进了在铜纳米颗粒表面上逐步进行的氧化物膜的形成，因而具有分散在有机溶剂中的铜纳米颗粒的分散体保存时，最终，它转变成具有表面氧化物膜层的铜纳米颗粒。因此，使用铜纳米颗粒并且可应用于使用烧结产物类布线层(通过铜纳米颗粒彼此烧结获得)可再生地制备微细布线图(这种技术能够代替使用包含贵金属的纳米颗粒金和银在内的均匀分散体形成超微细布线图的技术)的铜微粒分散体在目前的情况下仍然没有达到实用水平。如果铜纳米颗粒在氧化物膜留在表面上的状态下加热进行烧结处理，则铜纳米颗粒彼此间部分烧结构成烧结产物，但它以在颗粒边界之间形成薄的铜氧化物层的状态残留。因此，在整个烧结产物内没有实现形成用于电流的致密通道，因而使用这种技术难于高再现性地制备具有所需良好电导率的微细布线图。另一方面，当进行包括如下步骤的方法时，由于加入其中的氢化试剂使纳米颗粒的表面上的铜恢复为非氧化态，从而导致在表面上的铜氧化物被还原作用而还原将氢化试剂如氢化硼衍生物加入到含有预先具有表面氧化物膜的铜纳米颗粒的分散体中，将所得分散体涂敷到基底上并加热。转化成非氧化态之后，通过加热使其进一步进行烘焙以形成烧结产物类的铜布线层。在使用该技术的情况下，混入在分散体中的氢化试剂如氢化硼衍生物表现出充分的还原作用，但是形成了反应副产物，这些副产物进入烧结产物层中。在某些情况下，需要采用400℃或更高作为还原处理的温度。经受所述处理温度的这种基材限制为一些耐热性材料如陶瓷，尤其是不需要的反应副产物将残留在烧结产物中。因此，使用其中混入有氢化试剂如氢化硼衍生物的分散体的技术不可能广泛应用。最近几年，对于焊剂材料，不包含铅的锡合金焊剂，即所谓的无铅焊剂的使用在增加，而且适应于无铅焊剂的高熔点温度，广泛使用对约300℃温度具有充分耐热性的基材，但更优选地，需要发展即使在还原温度减小到300℃或更低时，在具有表面氧化物膜的铜纳米颗粒上也实现充分还原反应的方式。如上所述，铜系布线具有材料自身较廉价的这些优点，并且即使当应用于高电流密度时也可以避免由于电迁移而导致的断路或可以降低布线层厚度的减小/改变，因而研究了铜系布线在用于具有微细布线图的平板印刷电路的导电体层的应用。在这种情况下，需要具有更小粒径的铜微粒的分散体以便适合于绘出用于布线的微细图案，然后，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基底上形成由彼此烧结的铜纳米颗粒的烧结产物层构成的印刷电路的铜系微细图案的方法，这种用于形成印刷电路的铜系微细图案的方法包括如下步骤：使用包含具有表面氧化物膜层的铜纳米颗粒或铜氧化物纳米颗粒的分散体在基底上绘出具有用于布线 的微细图案的涂层，所述纳米颗粒具有选自１～１００ｎｍ范围内的平均粒径，和使包含于涂层中的具有表面氧化物膜层的铜纳米颗粒或铜氧化物纳米颗粒进行旨在还原表面氧化物膜层或铜氧化物的处理，再将所述还原处理下复原的所得纳米颗粒进行烘焙，以形成 其烧结产物层，其中在相同步骤中进行的所述还原处理和烘焙处理是在选自３００℃或更低的加热温度和还原性有机化合物的存在下，通过加热包含于涂层中的具有表面氧化物膜层的铜纳米颗粒或铜氧化物纳米颗粒，以使所述还原性有机化合物在其上产生 作用进行的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊东大辅，泉谷晃人，畑宪明，松叶赖重，
申请(专利权)人：播磨化成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]