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METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING FUNCTIONAL DEVICE

Patent code P130009289
File No. E086P44
Posted date May 30, 2013
Application number P2011-245922
Publication number P2013-099904A
Patent number P5901942
Date of filing Nov 9, 2011
Date of publication of application May 23, 2013
Date of registration Mar 18, 2016
Inventor
  • (In Japanese)下田 達也
  • (In Japanese)金田 敏彦
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)セイコーエプソン株式会社
Title METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING FUNCTIONAL DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance performance of a functional device, or simplification and energy saving in the manufacturing process of such a high performance functional device.
SOLUTION: This method for producing the functional device involves a die-pressing step and a functional-solid-material layer formation step. In the die-pressing step, a functional-solid-material precursor layer, which employs a functional-solid-material precursor solution as a starting material, is subjected to a die-pressing process in a manner such that, during at least a portion of time within a period in which a die for forming a die-pressed structure is pressed against the functional-solid-material precursor layer, the first temperature of a heat source that supplies heat to the functional-solid-material precursor layer is higher than the second temperature of the functional-solid-material precursor layer. In the functional-solid-material layer formation step, a functional solid material layer is formed from the functional-solid-material precursor layer by subjecting the functional-solid-material precursor layer to a heat treatment at a third temperature that is higher than the first temperature in an oxygen-containing atmosphere after the die-pressing step.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来から、低い駆動電圧で高速にスイッチングすることを目的として、ゲート絶縁層として強誘電体材料(例えば、BLT(Bi4-XLaXTi3O12)、PZT(Pb(ZrX,Ti1-X)O3))を採用した薄膜トランジスタが開示されている。一方、キャリア濃度を高くすることを目的として、酸化物導電性材料(例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、あるいはLSCO(LaXSr1-XCuO4))をチャネル層として採用した薄膜トランジスタも開示されている(特許文献1)。

ここで、上述の薄膜トランジスタの製造方法について見てみると、まず、ゲート電極としてTi及びPtの積層膜が、電子ビーム蒸着法により形成されている。そのゲート電極上に、ゾルゲル法によって上述のBLT又はPZTからなるゲート絶縁層が形成される。さらに、そのゲート絶縁層上には、RFスパッタ法により、ITOからなるチャネル層が形成される。続いて、そのチャネル層上にTi及びPtが電子ビーム蒸着法によって形成されることにより、ソース電極とドレイン電極とが形成される。その後、RIE法及びウェットエッチング法(HFとHClと混合溶液)により、素子領域が他の素子領域から分離されることになる(特許文献1)。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、機能性デバイスの製造方法及び機能性デバイスの製造装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
機能性固体材料前駆体溶液を、80℃以上250℃以下の予備焼成温度で予備焼成する予備焼成工程と、
前記機能性固体材料前駆体溶液を出発材とする機能性固体材料前駆体層に対して型押し構造を形成する型を押圧している間の少なくとも一部の時間において前記機能性固体材料前駆体層に対して熱を供給する熱源の第1温度が前記機能性固体材料前駆体層の第2温度よりも高くなるように、前記機能性固体材料前駆体層に対して型押し加工を施す型押し工程と、
前記型押し工程の後、酸素含有雰囲気中において、前記機能性固体材料前駆体層を前記第1温度よりも高い第3温度で熱処理することにより、前記機能性固体材料前駆体層から機能性固体材料層を形成する機能性固体材料層形成工程と、を含み、
前記熱源によって、前記型の温度と前記機能性固体材料前駆体層を備えた基板を載置する基台の温度との差を生じさせる、
機能性デバイスの製造方法。

【請求項2】
 
前記型を押圧しながら、前記第1温度を昇温させる、
請求項1に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項3】
 
前記熱源が、前記型を加熱するヒーターである、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項4】
 
前記熱源が、前記型を加熱するヒーター及び前記基台を加熱するヒーターである、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項5】
 
前記型の温度が、前記基台の温度よりも10℃以上高い、
請求項4に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項6】
 
前記一部の時間が、前記型を押圧している時間を100としたときに、20以上である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項7】
 
前記第1温度が前記予備焼成温度よりも高く、かつ、90℃以上300℃以下である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項8】
 
前記予備焼成工程における前記予備焼成温度が、前記機能性固体材料前駆体溶液の溶媒の沸点よりも低く、かつ、
前記第1温度が、前記溶媒の沸点よりも高い、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項9】
 
前記型押し工程においては、1MPa以上20MPa以下の圧力で型押し加工を施す、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項10】
 
前記型押し工程においては、少なくとも前記前駆体層の表面に対する離型処理又は前記型の型押し面に対する離型処理を施した後、前記前駆体層に対して型押し加工を施す、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項11】
 
前記機能性固体材料前駆体溶液は、
金属アルコキシドを含む溶液、
金属有機酸塩を含む溶液、
金属無機酸塩を含む溶液、
金属ハロゲン化物を含む溶液、
金属、窒素、及び水素を含む無機化合物を含む溶液、
金属水素化物を含む溶液、及び
金属ナノ粒子を含む溶
の群から選ばれる少なくとも1種類を含む溶液である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項12】
 
前記機能性固体材料前駆体溶液は、前記金属アルコキシドを含む溶液、前記金属有機酸塩を含む溶液、及び前記金属無機酸塩を含む溶液の群から選ばれる少なくとも1種類であり、
前記型押し工程後の前記機能性固体材料前駆体層から前記機能性固体材料層を形成する際の体積収縮率が、20%以上80%以下である、
請求項11に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項13】
 
前記機能性固体材料前駆体溶液は、
前記金属ハロゲン化物を含む溶液、
前記金属、窒素、及び水素を含む無機化合物を含む溶液、
前記金属水素化物を含む溶液、及び
前記金属ナノ粒子を含む溶
の群から選ばれる少なくとも1種類を含む溶液であり、
前記機能性固体材料層形成工程における前記機能性固体材料前駆体層から前記機能性固体材料層を形成する際の体積収縮率が、1%以上30%以下である、
請求項11に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項14】
 
前記型押し工程と前記機能性固体材料層形成工程との間に、
型押し加工が施された前記機能性固体材料前駆体層のうち最も層厚が薄い領域において前記機能性固体材料前駆体層が除去される条件で、前記機能性固体材料前駆体層を全体的にエッチングする工程をさらに含む、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項15】
 
前記機能性デバイスは、薄膜トランジスタであり、
前記機能性固体材料層は、前記薄膜トランジスタにおけるゲート電極層、ゲート絶縁層、ソース層、ドレイン層、及びチャネル層の群から選ばれる少なくとも1つの層である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項16】
 
前記機能性デバイスは、メモリ型トランジスタであり、
前記機能性固体材料層は、前記メモリ型トランジスタにおけるゲート電極層、強誘電体層、ソース層、ドレイン層、及びチャネル層の群から選ばれる少なくとも1つの層である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項17】
 
前記機能性デバイスは、キャパシタであり、
前記機能性固体材料層は、誘電体層及び/又は電極層である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項18】
 
前記機能性デバイスは、圧電体層を備えるアクチュエーターであり、
前記機能性固体材料層は、前記圧電体層である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項19】
 
前記機能性デバイスは、基材上に複数の格子層を備える光学デバイスであり、
前記機能性固体材料層は、前記格子層である、
請求項1又は請求項2に記載の機能性デバイスの製造方法。

【請求項20】
 
機能性固体材料前駆体溶液を出発材とする機能性固体材料前駆体層に対して型押し構造を形成する型を押圧している間の少なくとも一部の時間において前記機能性固体材料前駆体層に対して熱を供給する熱源の第1温度が前記機能性固体材料前駆体層の第2温度よりも高くなるように、前記型の温度と前記機能性固体材料前駆体層を備えた基板を載置する基台の温度との差を生じさせる制御する制御部と、
前記機能性固体材料前駆体層に対して型押し加工を施す型押し部と、
酸素含有雰囲気中において、型押し構造が形成された前記機能性固体材料前駆体層を前記第1温度よりも高い第3温度で熱処理することにより、前記機能性固体材料前駆体層から機能性固体材料層を形成する熱処理部と、を備える、
機能性デバイスの製造装置。

【請求項21】
 
前記制御部が、前記型を押圧しながら前記第1温度を昇温させる、
請求項20に記載の機能性デバイスの製造装置。

【請求項22】
 
前記熱源が、前記型を加熱するヒーターである、
請求項20又は請求項21に記載の機能性デバイスの製造装置。

【請求項23】
 
前記熱源が、前記型を押圧するとともに加熱する、ヒーターを備えたローラーである、
請求項20又は請求項21に記載の機能性デバイスの製造装置。

【請求項24】
 
前記熱源が、前記型を加熱するヒーター及び前記機能性固体材料前駆体層を備えた基板を載置する基台を加熱するヒーターである、
請求項20又は請求項21に記載の機能性デバイスの製造装置。

【請求項25】
 
前記型の温度が、前記基台の温度よりも10℃以上高い、
請求項24に記載の機能性デバイスの製造装置。

【請求項26】
 
前記機能性固体材料前駆体層を形成するための予備焼成温度80℃以上250℃以下に設定する予備焼成部をさらに備え、
前記制御部が、前記第1温度を前記予備焼成温度よりも高く、かつ、90℃以上300℃以下にする、
請求項20又は請求項21に記載の機能性デバイスの製造装置。

【請求項27】
 
前記機能性固体材料前駆体層を形成するための予備焼成温度前記機能性固体材料前駆体溶液の溶媒の沸点よりも低く設定する予備焼成部をさらに備え、
前記制御部が、前記第1温度を前記溶媒の沸点よりも高くする、
請求項20又は請求項21に記載の機能性デバイスの製造装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011245922thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO SHIMODA Nano-Liquid Process AREA
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