功能性設備的製造方法及功能性設備的製造裝置製造方法

2024-04-10 12:41:05 1

功能性設備的製造方法及功能性設備的製造裝置製造方法
【專利摘要】本發明的一種功能性設備的製造方法包括模壓工藝、功能性固體材料層形成工藝。模壓工藝中，在對以功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料前驅體層推壓用於形成模壓結構的模具的期間的至少一部分時間內，以使對所述功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源的第一溫度高於所述功能性固體材料前驅體層的第二溫度的方式，對所述功能性固體材料前驅體層實施模壓加工的模壓工藝。另外，功能性固體材料層形成工藝中，在所述模壓工藝後，在含氧氣氛中通過用高於所述第一溫度的第三溫度對所述功能性固體材料前驅體層進行熱處理，從而由所述功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層。
【專利說明】功能性設備的製造方法及功能性設備的製造裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種功能性設備的製造方法及功能性設備的製造裝置。
【背景技術】
[0002]在現有技術中，公開有如下一種薄膜電晶體:以由低驅動電壓進行高速整流(switching)為目的，作為柵絕緣層採用了鐵電體材料(例如，BLT(Bi4^xLaxTi3O12),PZT (Pb (Zrx, Ti1^O3))的薄膜電晶體。另外，還公開了如下一種薄膜電晶體:以提高載流子濃度為目的，將氧化物導電材料(例如，銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(ZnO)、或LSCO(LaxSr1^xCuO4))作為通道(channel)層而採用的薄膜電晶體(專利文獻I)。
[0003]在此，若觀察一下上述薄膜電晶體的製造方法，則可知，首先，作為柵電極，Ti和Pt的層疊膜通過電子束蒸鍍法形成。在該柵電極上，通過溶膠-凝膠法形成由上述BLT或者PZT構成的柵絕緣層。進一步地，在其柵絕緣層上，通過RF濺射法形成由ITO構成的通道層。接著，在其通道層上，Ti和Pt通過電子束蒸鍍法形成，從而形成源電極和漏電極。之後，通過RIE法和溼式蝕刻法(HF和HCl的混合溶液)，元件區域從其他元件區域分離(專利文獻I)。
[0004]現有技術文獻:
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1 :日本國特開2006-121029號公報
【發明內容】

[0007]發明要解決的課題
[0008]但是，在現有的薄膜電晶體中，存在一些柵絕緣層或者通道(channel)通過複合氧化物形成的示例，但是作為實現薄膜電晶體的高特性的材料及用於該材料的適當的製造方法的選定還未成功。
[0009]另外，在現有技術中，使用真空工序或光刻法的工序等、需要較長時間、和/或高價格設備的工序是常見的，因此，原材料或製造能源的使用效率變得非常差。採用了如上所述的製造方法的情況下，需要很多處理和長時間以製造薄膜電晶體，因此，從工業性或量產性的觀點來看，並不優選。另外，在現有技術中，存在比較難以實現大面積化的問題。
[0010]此外，上述諸多問題，不僅僅是在製造薄膜電晶體的方法時才會出現的問題。例如，作為功能性設備的一種類型的MEMS設備等的製造方法的整體上也存在該問題，其中，MEMS設備包括:以快閃記憶體、鐵電存儲器(FeRAM)、磁性存儲器(MRAM)為代表的存儲型電晶體、或電容器、壓電式噴墨頭、光學設備、或者驅動器、噴墨頭、驅動器、壓力傳感器、加速度傳感器、流道模塊。
[0011]本發明，通過解決上述諸多問題中的至少一個，從而實現上述薄膜電晶體或電容器等功能性設備的高性能化、或者這種功能性設備的製造工序的簡便化和節能化。其結果，本發明對於工業性或量產性優異的功能性設備的提供作出了很大的貢獻。[0012]解決課題的方法
[0013]本案
【發明者】為了實現通過還稱為「納米壓印」的「模壓」加工法來形成能夠用於薄膜電晶體或電容器等功能性設備的氧化物層，重複了銳意研究和分析。在其研究的過程中，
【發明者】發現，當向作為模壓加工對象的材料供應熱量時，通過予以特殊的處理，可以形成準確度更高、和/或精度更高的模壓結構。其結果，
【發明者】得知，與現有設備相比，通過可以大幅度地簡便化或節能化，並且也容易實施大面積化的工序，由此可以形成這些材料的氧化物膜、進而製造具備這些氧化物層的功能性設備。本發明是根據上述觀點創造出來的。
[0014]本發明的一個功能性設備的製造方法，包括模壓工藝和功能性固體材料層形成工藝。具體而言，該功能性設備的製造方法的模壓工藝是如下一種工藝:在對以功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料前驅體層、推壓用於形成模壓結構的模具的期間的至少一部分時間內，以使對該功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源的第一溫度高於該功能性固體材料前驅體層的第二溫度的方式，對該功能性固體材料前驅體層實施模壓加工的工藝。另外，該功能性設備的製造方法的功能性固體材料層形成工藝是如下一種工藝:在所述模壓工藝後，在含氧氣氛中，通過用高於所述第一溫度的第三溫度對所述功能性固體材料前驅體層進行熱處理，從而由該功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層的工藝。
[0015]根據該功能性設備的製造方法，在模壓加工中的至少一部分時間內，從高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)的溫度(第一溫度)的熱源，對該功能性固體材料前驅體層供應熱量 。
【發明者】得知，雖然在現階段中具體的模壓加工的成型機理不明確，但積極地進行向該模壓工藝中的功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量，則有助於得到功能性固體材料前驅體層的成型性的提高、及以良好的再現性在相對較低溫的成型。此後，通過用高於所述第一溫度的第三溫度對所述功能性固體材料前驅體層進行熱處理，與不顧慮熱量而對功能性固體材料前驅體層實施模壓加工的情況相比，可以形成:形成有準確度非常高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層。其結果，能夠製造具備形成有這種模壓結構的功能性固體材料層的功能性設備。另外，根據該功能性設備的製造方法，不需要採用真空工序或光刻法的工序、或用於進行紫外線的照射工序等需要較長時間、和/或高價格設備的工序。另外，不需要上述各工序，而通過較低溫的加熱處理和模壓加工處理來形成功能性固體材料層，因此，工業性或量產性優異。
[0016]另外，本發明的一個功能性設備的製造裝置具備:控制部、模壓部、及熱處理部。具體而言，該功能性設備的製造裝置的控制部以如下方式進行控制:在對以功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料前驅體層推壓用於形成模壓結構的模具的期間的至少一部分時間內，使對該功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源的第一溫度高於該功能性固體材料前驅體層的第二溫度。另外，該功能性設備的製造裝置的模壓部對所述功能性固體材料前驅體層實施模壓加工。進一步地，該功能性設備的製造裝置的熱處理部，在含氧氣氛中，通過用高於所述第一溫度的第三溫度對形成有模壓結構的所述的功能性固體材料前驅體層進行熱處理，從而由該功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層。
[0017]根據該功能性設備的製造裝置，通過控制部和模壓部，在模壓加工中的至少一部分時間內，從高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)的溫度(第一溫度)的熱源，對該功能性固體材料前驅體層供應熱量。正如已經提到的，
【發明者】得知，雖然在現階段中具體的機理不明確，但積極地進行向該模壓工藝中的功能性固體材料前驅體層的熱量的供應或者移動，則有助於得到功能性固體材料前驅體層的成型性的提高、及在較低溫的成型得到良好的再現性。另外，熱處理部通過用高於所述第一溫度的第三溫度對所述功能性固體材料前驅體層進行熱處理，與不顧慮熱量而對功能性固體材料前驅體層實施模壓加工的情況相比，可以形成:形成有準確度非常高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層。其結果，能夠製造具備形成有這種模壓結構的功能性固體材料層的功能性設備。另外，根據該功能性設備的製造裝置，不需要用於實施真空工序或光刻法所需的裝置、用於進行紫外線的照射所需的裝置等需要較長時間、和/或高價格設備。另外，通過較低溫的模壓部和熱處理部來形成功能性固體材料層，因此，工業性或量產性優異。
[0018]在此，對上述各個發明的「熱源」沒有特殊的限定，但具有代表性的可以舉出如下示例:將實施模壓加工時的模具在內部或者從外部加熱的加熱器；或將用於載置具備功能性固體材料前驅體層的基板的基臺，在內部或者從外部加熱的加熱器。另外，作為用於向其他功能性固體材料前驅體層供應熱量的「熱源」，舉例示出了利用輻射熱量的公知手法、或利用微波的公知手法。
[0019]另外，本申請的「功能性固體材料前驅體溶液」，具有代表性的是，包括以下組群中的至少一種的溶液:包含金屬醇鹽的溶液；包含金屬有機酸鹽的溶液；包含金屬無機酸鹽的溶液；包含金屬滷化物的溶液；包含含有金屬、氮、及氫的無機化合物的溶液；包含金屬氫化物的溶液；包含金屬納米顆粒的溶液；及陶瓷微粒。並且，將這些各溶液的溶質或者各溶液以層狀形成時可變質的溶質是，本申請的「功能性固體材料前驅體」。從而，本申請的「功能性固體材料前驅體層」的含義是「功能性固體材料前驅體」的層或者膜(本申請中，統稱為「層」)。
[0020]另外，本申請的「功能性固體材料前驅體層」，具有代表性的是，在正式燒成後，選自以下的至少一種 的層的前驅體層:薄膜電晶體或存儲型電晶體的柵電極層、柵絕緣層(鐵電體層)、源電極層、漏電極層、通道層、及配線層；選自壓電式噴墨頭等執行器的壓電體層、及電極層中的至少一種的層的前驅體層；由電容器的電介質層和/或電極層而形成的前驅體層；或由光學設備的光柵層而形成的前驅體層。從而，「功能性固體材料層」，具有代表性的是，選自以下的至少一種的層:薄膜電晶體或存儲型電晶體的柵電極層、柵絕緣層(鐵電體層)、源電極層、漏電極層、通道層、及配線層；選自壓電式噴墨頭等驅動器的壓電體層、及電極層的至少一種的層；電容器的電介質層；或光學設備的光柵層。但是，正如已經提到的，作為功能性設備的一種類型可以舉出以下示例:薄膜電晶體、存儲型電晶體、壓電式噴墨頭、電容器、光學設備、或者MEMS設備(包括執行器)，因此，可以採用於這些的一部分的前驅體層、或者固體材料層也能夠包括在上述「功能性固體材料前驅體層」或者「功能性固體材料層」。
[0021]此外，上述各個「功能性固體材料前驅體溶液」、各個「功能性固體材料前驅體」、及由這些形成的各個「功能性固體材料」均可能包含不可避免的雜質。在下面的各實施方案的說明中，為了簡化說明，省略關於不可避免的雜質的說明。
[0022]另外，本申請的「體積收縮率」是指，「在模壓工藝後的收縮前的體積減去功能性固體材料層形成工藝的收縮後的體積的值」除以「在模壓工藝後的收縮前的體積」的值。即，體積收縮率越大收縮得越好。[0023]發明的效果
[0024]根據本發明的一個功能性設備的製造方法或者本發明的一個功能性設備的製造裝置，可以形成:形成有準確度非常高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層。另外，根據本發明的一個功能性設備的製造方法或者本發明的一個功能性設備的製造裝置，能夠實現較低溫的成型。其結果，能夠製造具備形成有這種模壓結構的功能性固體材料層的功能性設備。進而，根據該功能性設備的製造方法，通過較低溫的加熱處理和模壓加工處理形成功能性固體材料層，因此，工業性或量產性優異。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是示出本發明第一實施方案的功能性設備的製造裝置的結構的圖。
[0026]圖2A是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0027]圖2B是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0028]圖2C是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0029]圖2D是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。 [0030]圖2E是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0031]圖2F是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0032]圖2G是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0033]圖2H是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0034]圖2J是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0035]圖2K是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0036]圖2L是示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體的製造方法的一個過程的剖視示意圖。
[0037]圖3是示出本發明第一實施方案的功能性設備的製造工藝的一部分的、即模壓工藝的流程圖。
[0038]圖4是示出本發明第一實施方案的功能性設備的製造工藝的一部分的、即模壓工藝時的第一加熱器及第二加熱器的溫度隨時間變化的圖表。
[0039]圖5是本發明第一實施方案的變形例的功能性設備的製造工藝的一部分的、即模壓工藝的流程圖。
[0040]圖6是本發明第一實施方案的變形例(3)的存儲型電晶體的剖視示意圖。[0041]圖7是在本發明第一實施方案的變形例(7)中，已圖案形成的功能性固體材料前驅體層、和正式燒成後的功能性固體材料層的基於AFM(原子力顯微鏡)的測量結果的一個示例。
[0042]圖8是在本發明第一實施方案的變形例(7)中，已圖案形成的其他功能性固體材料前驅體層，和正式燒成後的其他功能性固體材料層的基於AFM(原子力顯微鏡)的測量結果的一個示例。
[0043]圖9是示出基於通常的凝膠狀態及最終氧化物的前驅體材料的不同的反應過程機理的設想圖。
[0044]圖10是示出本發明第一實施方案的變形例(8)的功能性設備的製造裝置的結構的圖。
[0045]圖11是示出用於說明本發明第二實施方案的壓電式噴墨頭的圖。
[0046]圖12是示出用於說明本發明第二實施方案的壓電式噴墨頭的製造方法的一部分的圖。
[0047]圖13是示出用於說明本發明第二實施方案的壓電式噴墨頭的製造方法的一部分的圖。 [0048]圖14是示出為了說明本發明第二實施方案的壓電式噴墨頭的製造方法的一部分的圖。
[0049]附圖標記說明
[0050]10 基板
[0051]20 柵電極層
[0052]20a 柵電極用前驅體層
[0053]30a 柵絕緣層用前驅體層
[0054]30 柵絕緣層
[0055]40 通道用氧化物層
[0056]50 漏電極用氧化物層
[0057]50a 漏電極用前驅體層，
[0058]52 漏電極
[0059]54 源電極
[0060]100 薄膜電晶體
[0061]120 柵電極層
[0062]130 鐵電體層
[0063]200 存儲型電晶體
[0064]300 壓電式噴墨頭
[0065]320 壓電元件
[0066]322 第一電極
[0067]324 壓電體層
[0068]326 第二電極
[0069]326』功能性固體材料(LNO)前驅體層
[0070]330 噴嘴板[0071]332 噴嘴孔
[0072]340 空腔構件
[0073]340』功能性固體材料(石英玻璃)前驅體層
[0074]350 振動板
[0075]352 供墨口
[0076]360 墨水室
[0077]700,800功能性設備的製造裝置
[0078]710上部模壓部
[0079]712、812 基臺
[0080]714 第一加熱器
[0081]716,816 吸引部
[0082]718 預燒成部
[0083]720下部模壓部
[0084]722固定部
[0085]724 第二加熱器
[0086]726 石英玻璃
[0087]738 正式燒成用加熱器
[0088]760、860 控制部
[0089]762、862 計算機
[0090]811裝置設置臺
[0091]814基臺用加熱器
[0092]817升降機
[0093]818移動臺
[0094]819模具保持部
[0095]822滾筒
[0096] 823滾筒保持部
[0097]824滾筒用加熱器
[0098]8255模具保持用臺架
[0099]Ml柵電極用模具
[0100]M2源/漏電極用模具
[0101]M3、M4、M5、M6 模具
【具體實施方式】
[0102]根據附圖對作為本發明實施方案的功能性設備的一個示例的薄膜電晶體100及其製造方法、以及作為本發明實施方案的功能性設備的製造裝置700，進行詳細的說明。此外，在該說明中，在全部附圖中，只要沒有特別說明，在共同的部分標以共同的參照附圖標記。另外，在圖中，本實施方案的要素並不是保持互相的縮尺而畫出的。進一步地，為了便於看各附圖，可能省略了一部分的附圖標記。
[0103][0104]圖1是示出本實施方案的功能性設備的製造裝置700的結構的圖。另外，圖2A-圖2J分別是，示出本實施方案的薄膜電晶體100的製造方法的一個過程的剖視示意圖。此外，考慮到文字的清晰度，圖2H的後的附圖編號作為圖2J。另外，本實施方案的薄膜電晶體採用所謂的底柵結構，但本實施方案並不限定於該結構。從而，若是本領域技術人員，通過以通常的技術常識參照本實施方案的說明，並通過改變工藝的順序，能夠形成頂柵結構。另外，為簡化附圖，省略對從各個電極的引出電極的圖案形成的說明。
[0105][功能性設備的製造裝置700的結構]
[0106]如圖1所示，本實施方案的功能性設備的製造裝置700大致分為三個構成部分，即，包括:上部模壓部720、下部模壓部710、及這些的控制部760。
[0107]具體而言，首先，在上部模壓部720中，被固定部722固定的石英玻璃726保持用於對功能性固體材料前驅體層實施模壓加工的、例如柵電極用模具Ml。另外，在本實施方案中，作為在模壓加工時對功能性固體材料前驅體層供應熱量的一個熱源的、用於加熱柵電極用模具Ml等的第二加熱器724與固定部722連接。此外，上部模壓部720具備壓力傳感器，該壓力傳感器用於監測柵電極用模具Ml等對未圖示的公知的升降機構及實施模壓加工時的功能性固體材料前驅體層的推壓力。此外，該壓力傳感器也可以具備後述的下部模壓部710。
[0108]接著，下部模壓部710中，在基臺712上載置有具備成為處理對象的功能性固體材料前驅體層(例如，柵電極用前驅體層20a)的Si02/Si基板(下面，也簡稱為「基板」)10。此外，通過由未圖示的泵被吸引部716吸引，基板10吸附在基臺712。另外，在本實施方案中，作為在模壓加工時對功能性固體材料前驅體層供應熱量的其他熱源的、用於加熱基板10和功能性固體材料前驅體層的第一加熱器714與基臺712連接。另外，在本實施方案中，第一加熱器714還 可以兼作進行功能性固體材料前驅體層的預燒成(還稱之為「乾燥工藝」)的預燒成部718。從而，在本實施方案中，包括預燒成部718的下部模壓部710承擔功能性設備的製造裝置700的預燒成部。此外，預燒成部718與第一加熱器714分開設置也是可以採用的另一方案。
[0109]另外，本實施方案的功能性設備的製造裝置700具備:控制部760，其承擔模壓加工時的各種控制，該各種控制包括利用基於公知反饋控制的上部模壓部720的模具升降移動的控制、模具的推壓力的控制、第一加熱器714的溫度控制、及第二加熱器724的溫度控制；和計算機762，其與控制部760連接。該計算機762，通過用於實行採用了上述各個構成部分的本實施方案的一系列處理的功能性設備的製造程序，監視或者以統合的方式控制上述各個構成部分的處理。此外，在本實施方案中，該功能性設備的製造方程序保存在插入於計算機內的硬碟驅動器、或者設置在計算機的光碟驅動器等的光碟等的公知記錄媒介，但該功能性設備的製造程序的保存為止並不限定於此。例如，該功能性設備的製造程序的一部分或者全部也可以保存在本實施方案的控制部760內。另外，該功能性設備的製造程序能夠經由區域網或網際網路線路等的公知技術來監視或控制上述各個工序。
[0110][薄膜電晶體100的製造工藝]
[0111]接著，對作為功能性設備的一個示例的薄膜電晶體100的製造工藝進行說明。圖2A-圖2J是分別示出本發明第一實施方案的薄膜電晶體100的製造方法的一個過程的剖視示意圖。此外，下面的各實施方案的功能性固體材料層是，通過燒成以功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料前驅體層來形成的。在本申請中，如上所述，為方便起見，將以前驅體溶液作為起始材料，並通過燒成該前驅體溶液形成功能性固體材料層的方法，稱為「溶液法」。
[0112](I)柵電極的形成
[0113][預燒成工藝]
[0114]在本實施方案中，首先，如圖2A所示，在基板10上，通過公知的旋塗法形成柵電極用前驅體層20a，其是將作為功能性固體材料前驅體溶液的、包含銦(In)的前驅體(例如，氯化銦或乙醯丙酮銦)及包含錫(Sn)的前驅體(例如，氯化錫)作為溶質的前驅體溶液(在此，柵電極用前驅體溶液)作為起始材料。此後，作為預燒成，控制部760使用預燒成部718，將柵電極用前驅體層20a在大氣中以150°C加熱約5分鐘。預燒成溫度優選在8(TC以上且250°C以下。此外，除了所述各前驅體的示例以外，例如作為包含銦(In)的前驅體也可以採用異丙醇銦、醋酸銦、2-乙基己酸銦。另外，作為包含錫(Sn)的前驅體的示例，可以採用乙醯丙酮錫、2-乙基己酸酯。
[0115]在此，將預燒成溫度設在80°C以上且250°C以下是基於如下理由。首先，在預燒成溫度不足80°C的情況下，由於不能使柵電極用前驅體層20a充分地乾燥，從而難以在模壓工藝中對柵電極用前驅體層20a實施均勻的模壓加工。另一方面，在預燒成溫度超過250°C的情況下，由於柵電極用前驅體層20a的固化反應過度進行，從而不能使模壓工藝的柵電極用前驅體層20a充分地軟化(使柵電極用前驅體層20a的塑性變形能力充分地變高)。其結果，難以獲得充分的模壓加工的效果。從而，從使前驅體層的固化反應進行到某一程度而預先降低前驅體層的流動性的觀點來看，優選使預燒成溫度在120°C以上且250°C以下。此外，預燒成的所述適宜的各溫度範圍不僅能夠適用於柵電極用前驅體層20a，而且還能夠適用於後述的其他前驅體層，因此，省略重複的說明。
[0116][模壓工藝]
[0117]此後，如圖2B所示，進行模壓工藝，以進行柵電極的圖案形成。在本實施方案中，如圖1所示，通過與計算機762連接的控制部760，進行上部模壓部720的移動和溫度控制、及下部模壓部710的溫度控制，同時實施模壓加工。在下面，示出圖3所示的功能性設備(在本實施方案中，薄膜電晶體100)的製造工藝的一部分的、即模壓工藝的流程圖，同時對具體的處理進行說明。
[0118]如圖3所示，首先，在步驟SlOl中，使具備成為模壓工藝的處理對象的功能性固體材料前驅體層(例如，柵電極用前驅體層20a)的基板10吸附在基臺712。另外，通過固定部722，例如經由石英玻璃726保持柵電極用模具Ml。
[0119]之後，在步驟S102中，控制部760使上部模壓部720向下方移動。並且，例如，對柵電極用前驅體層20a推壓柵電極用模具Ml。此外，在本實施方案中，使用模具以SMPa的壓力實施模壓加工。
[0120] 在步驟S103中，在步驟S102中模具向功能性固體材料前驅體層推壓的同時，或在模具向功能性固體材料前驅體層推壓後的下一刻，控制部760開始進行第一加熱器714和第二加熱器724的加熱。另外，控制部760加熱第一加熱器714和第二加熱器724，並且開始監測第一加熱器714和第二加熱器724的溫度。在此，如上所述，通過第一加熱器714的加熱，基板10和功能性固體材料前驅體層被加熱。另外，通過第二加熱器724加熱模具(例如，柵電極用模具Ml)。從而，在本實施方案中，只要沒有特別說明，將向基臺712供應熱量的第一加熱器714的溫度以基臺712的溫度來表示。另外，只要沒有特別說明，將向模具供應熱量的第二加熱器724的溫度以模具的溫度來表示。此外，步驟S102和步驟S103的順序交換也是可以採用的另一方案。
[0121]圖4是，作為本實施方案功能性設備的製造工藝的一部分的、即模壓工藝時的第
一加熱器714及第二加熱器724的溫度隨時間變化的圖表。在圖4中，虛線表示第一加熱器714的溫度變化，實線表示第二加熱器724的溫度變化。在本實施方案的模壓工藝中，充分冷卻第一加熱器714和第二加熱器724的溫度時，模具從功能性固體材料前驅體層分離。從而，在本實施方案的模壓工藝中，模具向功能性固體材料前驅體層推壓的時間是用圖4的Tx表示的時間。 [0122]如圖4所示，最初，第一加熱器714的溫度(Tl)比第二加熱器724的溫度(T2)升溫升得快，因此，形成第一加熱器714的溫度(Tl)時間段高於第二加熱器724的溫度(T2)的時間段(圖4的Ta)。但是，在本實施方案中，預先設定的第二加熱器724 (T2)的最高溫度是180°C、第一加熱器714的最高溫度(Tl)是150°C，因此，形成第二加熱器724的溫度(T2)時間段高於第一加熱器714的溫度(Tl)的時間段(圖4的Tb)。從而,在本實施方案中，在圖4的Ta的時間段中，從基臺712側更加積極地向功能性固體材料前驅體層(例如，柵電極用前驅體層20a)供應熱量。另一方面，在圖4的Tb的時間段中，從模具側更加積極地向功能性固體材料前驅體層供應熱量。
[0123]在步驟S104中，控制部760監測第一加熱器714和第二加熱器724的溫度，同時在對功能性固體材料前驅體層推壓模具的期間，判斷對功能性固體材料前驅體層供應熱量的溫度(第一溫度)是否高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)。
[0124]此後，若控制部760認定第一溫度比第二溫度更高，則在步驟S105中，控制部760經過某一段時間後，使模具從功能性固體材料前驅體層分離。此外，在本實施方案中，「某一段時間」與後述的「一部分時間」實質上是一致的。另外，如本實施方案，能夠在使模具從功能性固體材料前驅體層分離前，可以適當地實施使模具的溫度迅速冷卻或緩冷的工藝。
[0125]在本實施方案中，對功能性固體材料前驅體層推壓模具的期間(Tx)中的一部分時間(Ta和Tb之和)內，在對功能性固體材料前驅體層供應熱量的溫度(第一溫度)高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)的狀態下，實施模壓加工。更具體而言，在Ta的時間段中，在第一加熱器714的溫度(第一溫度)高於被模具加熱的功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)的狀態下，實施模壓加工。但是，在Tb的時間段中，在模具的溫度(第一溫度)高於用第一加熱器714加熱的功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)的狀態下，實施模壓加工。即，對本實施方案的「熱源」而言，在Ta的時間段中是基臺(第一加熱器714)、在Tb的時間段中是模具(第二加熱器724)。如此地，通過產生第一加熱器714的溫度(Tl)和第二加熱器724的溫度(T2)之差，積極地促進從熱源向功能性固體材料前驅體層供應或移動熱量。其結果，有助於得到功能性固體材料前驅體層的成型性的提高、及以良好的再現性在較低溫的成型。
[0126]此外，在本實施方案中，對在對功能性固體材料前驅體層推壓模具的期間(Tx)中的上述一部分時間(Ta和Tb之和)的比例而言，在將推壓模具的期間(Tx)作為100時為95以上，但該比例並不限定該值。例如，優選地，一部分時間在將推壓模具的期間作為100時為20以上。若該一部分時間不足20，則導致熱傳遞不充分，因此不優選。另外，上述一部分時間優選地是60秒以上。若一部分時間不足60秒，則因時間短難以對功能性固體材料前驅體層形成模壓結構。
[0127]如上所述，使用柵電極用模具Ml而實施模壓加工的結果，如圖2C所示，形成具備層厚為約IOOnm-約300nm的厚層部、和層厚為約IOnm-約IOOnm的薄層部的柵電極用前驅體層20a。
[0128]其後，如圖2D所示，通過對柵電極用前驅體層20a進行全面蝕刻，從與柵電極所對應的區域以外的區域去除柵電極用前驅體層20a(對柵電極用前驅體層20a的全面的蝕刻工藝)。此外，本實施方案的蝕刻工藝是使用未採用真空工序的溼法蝕刻技術而進行，但是不妨礙使用採用了等離子體的、所謂的幹法蝕刻技術的蝕刻。此外，也可以採用將等離子體處理在大氣壓下進行的技術。
[0129][熱處理(正式燒成)工藝]
[0130]此後，作為正式燒成，將柵電極用前驅體層20a在氧氣氣氛中(例如是100體積％，但不限定於此。對下面的「氧氣氣氛」也相同)加熱約15分鐘。其結果，如圖2E所示，在基板10上，作為功能性固體材料層的柵電極層20，形成由銦(In)和錫(Sn)構成的氧化物層。此外，由銦(In)和錫(Sn)構成的氧化物層還稱為IT0(indium tin oxide)層。
[0131]在本實施方案中，通過控制部760來加熱還承擔正式燒成用加熱器738的作用的第一加熱器714，對基板10上的柵電極用前驅體層20a進行正式燒成。從而，在本實施方案中，包括正式燒成用加熱器738的下部模壓部710將承擔功能性設備的製造裝置700的熱處理部。此外，將正式燒成用加熱器738與第一加熱器714分開設置也是可以採用的另一方案。此外，代替正式燒成用加熱器738,而使用RTA(rapid thermal anealing)裝置對柵電極用前驅體層20a進行加熱處理也是可以採用的一方案。另外，該RTA裝置是也可以在其他正式燒成時利用的裝置。
[0132]另外，本實施方案的正式燒成時的第一加熱器714的溫度是500°C。從而,正式燒成時的第一加熱器714的溫度(本實施方案的第三溫度)比模壓工藝的第二加熱器724的最高溫度(本實施方案的第一溫度)高320°C至350°C。
[0133]如上所述，使用柵電極用模具Ml來實施模壓加工，然後進行正式燒成，由此可以形成:形成有準確度高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層。
[0134]並且，將用於形成功能性固體材料前驅體層的預燒成溫度設定在80°C以上且2500C以下，並且使所述第一溫度高於預燒成溫度且設定在90°C以上且300°C以下是，上述預燒成工藝和模壓工藝的更優選的一方案。通過所述溫度範圍的預燒成，能夠使功能性固體材料前驅體層中的溶劑蒸發，並且能夠形成對體現最終可以塑性變形的特性而言優選的凝膠狀態(可以看作在熱分解前殘留有機鏈的狀態)。在這一基礎上，通過採用所述溫度範圍內的第一溫度，有助於得到功能性固體材料前驅體層的成型性的提高、及以良好的再現性在較低溫的成型。在上述觀點中最為適宜的預燒成溫度在100°C以上且200°C以下，最為適宜的第一溫度在150°C以上且300°C以下。從而，優選具備實現上述各條件的預燒成部和控制部。
[0135]另一方面，在上述預燒成工藝和模壓工藝中，從提高對功能性固體材料前驅體層的模壓加工的容易實現度的觀點來看，滿足如下(I)和(2)的條件是可以採用的適宜的一方案。
[0136](I)在預燒成工藝中，用於形成功能性固體材料前驅體層的預燒成溫度設定成低於功能性固體材料前驅體溶液的溶劑的沸點。
[0137](2)將模壓工藝的第一溫度設定成高於功能性固體材料前驅體溶液的溶劑的沸點。
[0138]而且，上述包含銦(In)的前驅體的示例可以採用醋酸銦、硝酸銦、氯化銦、或各種銦醇鹽(例如，異丙醇銦、丁醇銦、乙醇銦、甲氧基乙醇銦)。另外，作為包含錫(Sn)的前驅體的示例可以採用醋酸錫、硝酸錫、氯化錫、或各種的錫醇鹽(例如，異丙醇錫、丁醇錫、乙醇錫、甲氧基乙醇錫)。
[0139]另外，在本實施方案中，採用了由銦(In)和錫(Sn)構成的氧化物的柵電極層20，但柵電極層20並不限定於該組分。例如，作為其他柵電極層20可以使用氧化銦(In2O3)、摻銻二氧化錫(Sb-SnO2)、氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(Al-ZnO)、摻鎵氧化鋅(Ga-ZnO)、氧化釕(RuO2)、氧化銥(IrO2)、氧化錫(SnO2)、一氧化錫(SnO)、摻鈮二氧化鈦(Nb-TiO2)等氧化物導電材料。另外，對本發明另一方案的薄膜電晶體而言，作為所述柵電極層20可以使用氧化銦鎵鋅(IGZO)、摻鎵氧化銦(In-Ga-O(IGO))、摻銦的氧化鋅(In-Zn-O(IZO))等非晶導電性氧化物。另外，對本發明的另一方案的薄膜電晶體而言，作為所述的柵電極層20可以使用鈦酸鍶(SrTiO3)、摻鈮鈦酸鍶(Nb-SrTiO3)、鍶鋇複合氧化物(SrBaO2)、鍶鈣複合氧化物(SrCaO2)、釕酸銀(SrRuO3)、氧化鎳斕(LaNiO3)、氧化鈦鑭(LaTiO3)、氧化銅鑭(LaCuO3)、氧化鎳釹(NdNiO3)、氧化鎳釔(YNiO3)、氧化鑭鈣錳複合氧化物(LCMO)、鉛酸鋇(BaPbO3)、LSC0(LaxSr1^xCuO3)、LSM0(La1^xSrxMnO3)、YBC0(YBa2Cu3O7^x) ,LNTO(La(Ni1-Jix)O3)、LSTO((La1^Srx)TiO3 )、STRO(Sr(Ti1^xRux)O3)、其他鈣鈦礦型導電性氧化物、或者燒綠石型導電性氧化物。
[0140]另外，為了確切地發揮本實施方案的效果，柵電極用前驅體溶液的溶劑優選是如下的⑴至⑶中的任意溶劑。
[0141](I)選自乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、及2-丁氧基乙醇中的兩種酒精的混合溶劑。
[0142](2)選自乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、及2-丁氧基乙醇中的一種酒精溶劑。
[0143](3)選自醋酸、丙酸、及辛酸中的種或兩種的含羥酸溶劑:。
[0144]此外，關於柵電極用前驅體溶液的上述適宜的溶劑的示例，不僅僅適用於柵電極用前驅體溶液，也可以適用於作為後述的其他功能性固體材料前驅體層的起始材料的功能性固體材料前驅體溶液，因此省略重複的說明。
[0145](2)柵絕緣層的形成
[0146]接著，如圖2F所示，在基板10和已圖案形成的柵電極層20上，與柵電極用前驅體層20a的形成方法相同地，形成將以包含矽(Si)的前驅體作為溶質的、前驅體溶液作為起始材料的柵絕緣層用前驅體層30a。此後，作為預燒成，控制部760使用預燒成部718，將柵絕緣層用前驅體層30a在大氣中以150°C加熱約5分鐘。預燒成溫度優選在80°C以上且2500C以下。並且，進行預燒成後，作為正式燒成，將柵絕緣層用前驅體層30a在氧氣氣氛中以550°C加熱約20分鐘，由此形成圖2G所示的柵絕緣層30。此外，本實施方案的柵絕緣層30的厚度約為170nm。
[0147]此外，在本實施方案中，為了進行柵絕緣層的圖案形成，在對柵絕緣層用前驅體層30a進行預燒成後，與柵電極的圖案形成相同地，使用柵絕緣層的專用模具(未圖示)實施模壓加工也是可以採用的另一方案。即，將以柵絕緣層用前驅體溶液作為起始材料的的柵絕緣層用前驅體層30a在形成柵絕緣層30之前，在氧氣氣氛中或者大氣中(下面，還統稱為「含氧氣氛」)，與柵電極層20的形成方法相同地，在加熱第一加熱器714和第二加熱器724的狀態下實施模壓加工，進一步包括如上所述工藝也是可以採用的另一方案。另外，對用於形成柵絕緣層的模壓加工，也可以適用與柵電極的圖案形成相同的適宜的加熱溫度範圍或壓力等的諸多條件。
[0148](3)通道(channel)的形成
[0149]此後，在柵絕緣層30上，與柵電極用前驅體層20a的形成方法相同地，形成將以包含銦(In)的前驅體和包含鋅(Zn)的前驅體作為溶質的、通道用前驅體溶液作為起始材料的通道用前驅體層。其後，與上述柵電極的形成方法相同地，與第一實施方案相同地進行預燒成和正式燒成。其結果，在柵絕緣層30上，形成由銦(In)和鋅(Zn)構成的通道用氧化物層40 (可能包含不可避免的雜質，下同)。此外，本實施方案的通道用氧化物層40的厚度約為20nm。
[0150]此外，在本實施方案中，為了進行通道的圖案形成，在對通道用前驅體層進行預燒成後，與柵電極的圖案 形成相同地，使用通道的專用模具(未圖示的)實施模壓加工也是可以採用的另一方案。即，將以通道用前驅體溶液作為起始材料的通道用前驅體層在形成通道用氧化物之前，在含氧氣氛中，與柵電極層20的形成方法相同地，在加熱第一加熱器714和第二加熱器724的狀態下實施模壓加工，進一步包括如上所述的工藝也是可以採用的另一方案。另外，對用於形成通道的模壓加工，也可以適用與柵電極的圖案形成相同的適宜的加熱溫度範圍或壓力等的諸多條件。
[0151](4)源電極和漏電極的形成
[0152]在本實施方案中，之後，通過在採用溶液法的基礎上實施模壓加工，由此形成作為由鑭(La)和鎳(Ni)構成的氧化物層的、即源電極54和漏電極52(但是，均可能包含不可避免的雜質，下同)。此外，由鑭(La)和鎳(Ni)構成的氧化物層還稱為LNO層。具體而言，如下所述。
[0153]首先，在通道用氧化物層40上，通過公知的旋塗法，形成以包含鑭(La)的前驅體(例如，異丙醇鑭)和包含鎳(Ni)的前驅體(例如，醋酸鎳)作為溶質的、並以源/漏電極用前驅體溶液(下面，對於源/漏電極用前驅體的溶液相同)作為起始材料的源/漏電極用前驅體層50a。
[0154]此後，作為預燒成，將源/漏電極用前驅體層50a在大氣中以120°C加熱約I分鐘。之後，為了進行源/漏電極的圖案形成，如圖2J所示，使用源/漏電極用模具M2以SMPa的壓力實施模壓加工。
[0155]在此，即使在進行對源/漏電極用前驅體層50a的模壓加工時，也與柵電極用前驅體層20a的模壓工藝相同地，在加熱第一加熱器714 (基臺712側)和第二加熱器724 (模具側)的狀態下實施模壓加工。其中，在該示例中，第一加熱器714的最高溫度是150°C，第二加熱器724的最高溫度是180°C。[0156]其結果，在最終成為源電極和漏電極的區域(圖2K的(a))上，形成約IOOnm-約300nm的層厚的源/漏電極用前驅體層50a。另外，在最終殘留通道用氧化物層40的區域(圖2K的(b))上，形成約IOnm-約IOOnm的層厚的源/漏電極用前驅體層50a。另一方面，在最終去掉通道用氧化物層40的區域(圖2K的(c))上，形成約IOnm-約IOOnm的層厚的源/漏電極用前驅體層50a。此外，使用源/漏電極用模具M2以IMPa以上且20MPa以下的壓力實施模壓加工，由此可以發揮本實施方案的至少一部分的效果。
[0157]此後，作為正式燒成，將源/漏電極用前驅體層50a,在大氣中以550°C以上且6500C以下加熱約5分鐘，由此形成源/漏電極用氧化物層50。
[0158]此後，對源/漏電極用氧化物層50的全面，進行基於氬(Ar)等離子體的乾式蝕亥IJ。其結果，最薄區域(圖2K的(c))的源/漏電極用氧化物層50最先被蝕刻，之後繼續地，暴露的通道用氧化物層40被蝕刻。接著，第二個薄區域(圖2K的(b))的源/漏電極用氧化物層50被完全蝕刻，並且最薄區域(圖2K的(c))的通道用氧化物層40完全被蝕刻時，停止等離子體處理。如此地，在本實施方案中，通過調整上述區域(b)和區域(C)的各個層厚，在保留了區域(b)的通道用氧化物層40的狀態下，去除區域(c)的通道用氧化物層40。其結果，如圖2L所示，以實現通道區域自身的分離，並且源電極54和漏電極52經由通道區域完全分離的方式形成。
[0159]在本實施方案中，進一步地，在氮氣氣氛中以500°C加熱約15分鐘，由此製造本實施方案的薄膜電晶體100。通過該加熱處理，ITO中的氧缺損，該缺損成為導電性的氧缺損載流體，因此實現導電性的提高。通過本實施方案的模壓工藝，能夠實現亞微米級(具體而言，約500nm)的通道區域的分離。另外，在本實施方案中所形成的源電極54和漏電極52的電阻率是10_3Ωαιι級以下。
[0160]此外，本實施方案的蝕刻工藝是通過基於氬(Ar)等離子體的幹法蝕刻進行蝕刻的，但不妨礙進行使用未採用真空工序的溼法蝕刻技術。
[0161]另外，根據
【發明者】的研究和分析，為了形成在模壓加工中形成有準確度高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層，上述實施方案的熱源的第一溫度的優選範圍是100°C以上且200°C以下，並且各功能性固體材料前驅體層的第二溫度的優選範圍是90°C以上且190°C以下。另外，更加適宜的熱源的第一溫度的範圍是160°C以上且180°C以下，並且各功能性固體材料前驅體層的更加適宜的第二溫度的適宜範圍是150°C以上且170°C以下。若屬於上述各溫度範圍，則在各功能性固體材料前驅體層的塑性變形能力可以變高，並且能夠充分地去除主溶劑。
[0162]此外，第一溫度和第二溫度的適宜的差在10°C以上。這是因為:若其差不足10°C，則難以促進從熱源對功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量。從而，例如，如本實施方案，模具的溫度預先設定成比基臺的溫度高10°c以上、或者控制部760以成為這種溫度差的方式進行控制，由此使從熱源對各功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量更加提高準確度，並更積極地使其促進，從而有助於形成準確度高、和/或精度高的模壓結構。另外，雖然在目前，機理尚不明確，但是為了形成:形成有準確度高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層，優選地在模壓加工中將模具的溫度設定或者控制成比基臺的溫度高。
[0163]將模具的適宜的溫度設定在90°C以上且300°C以下是基於如下理由。首先，在不足90°C的 情況下，由於各前驅體層的溫度降低，因此使各前驅體層的塑性變形能力降低。並且，在超過300°C的情況下，由於各前驅體層的固化反應過度進行，因此使各前驅體層的塑性變形能力降低。從上述觀點來看，在模壓工藝中，更優選使用加熱到100°C以上且250°C以下的模具而實施模壓加工。
[0164]進一步地，如本實施方案，在進行了模壓工藝後，在含氧氣氛中，通過用高於作為熱源的第一溫度(更具體而言，熱源的最高溫度)的正式燒成溫度(第三溫度)對功能性固體材料前驅體層進行熱處理，由此從功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層也是適宜的一方案。這是因為:在通過用高於第一溫度的第三溫度進行正式燒成來進行固化反應，並且假設功能性固體材料層是結晶材料的情況下，促進其結晶化而體現充分的功能性。
[0165]如上所述，在本實施方案中採用了:通過對至少一部分的氧化物層實施模壓加工來形成模壓結構的「模壓工藝」。通過採用該模壓工藝，不需要使用真空工序或光刻法的工序、或用於進行紫外線的照射工序等需要較長時間、和/或高價格設備的工序。另外，在本實施方案中特別值得一提的是:構成柵電極、柵絕緣膜、通道、源電極、及漏電極的設備的所有的層是通過溶液法形成的。從而，本實施方案的薄膜電晶體100在工業性或量產性上極為優異。
[0166]而且，在本實施方案中，採用了作為由鑭(La)和鎳(Ni)構成的氧化物的源/漏電極用氧化物層50，但源/漏電極用氧化物層50並不限定於該組分。例如，可以使用:銦錫氧化物(ITO)、氧化銦(In2O3)、氧化錫銻(Sb-SnO2)、氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(Al-ZnO)、摻鎵氧化鋅(Ga-ZnO)、氧化釕(RuO2)、氧化銥(IrO2)、氧化錫(SnO2)、一氧化錫(SnO)、摻銀二氧化鈦(Nb-TiO2)等氧化物導電材料。另外，對本發明另一方案的薄膜電晶體而言，作為所述源/漏電極用氧化物層50可以使用:氧化銦鎵鋅(IGZO)、摻鎵氧化銦(In-Ga-O(IGO))、摻銦氧化鋅(In-Zn-O(IZO))等非晶導電性氧化物。另外，對本發明的另一方案的薄膜電晶體而言，作為所述的源/漏電極用氧化物層50可以使用:鈦酸鍶(SrTiO3)、摻鈮鈦酸銀(Nb-SrTiO3)、銀鋇複合氧化物(SrBaO2)、銀韓複合氧化物(SrCaO2)、釕酸銀(SrRuO3)、氧化鎳斕(LaNiO3)、氧化鈦鑭(LaTiO3)、氧化銅鑭(LaCuO3)、氧化鎳釹(NdNiO3)、氧化鎳釔(YNiO3)、氧化鑭鈣錳複合氧化物(LCMO)、鉛酸鋇(BaPbO3)、LSCO (LaxSr1^xCuO3)、LSMO (La1^xSrxMnO3)、YBCO (YBa2Cu3O7^x)、LNTO (La (Ni1^xTix) O3)、LSTO ((La1^xSrx) TiO3)、STRO(Sr (TihRux)O3)、其他鈣鈦礦型導電性氧化物、或者燒綠石型導電性氧化物。
[0167]另外，本實施方案的「功能性固體材料前驅體溶液」優選是包括選自以下組群中的至少一種的溶液:包含金屬醇鹽的溶液(下面，還稱為「以金屬醇鹽作為溶質的溶液」。對於其他功能性固體材料前驅體溶液也相同)；包含金屬有機酸鹽的溶液；包含金屬無機酸鹽的溶液；包含金屬滷化物的溶液；包含含有金屬、氮、及氫的無機化合物的溶液；包含金屬氫化物的溶液；包含金屬納米顆粒的溶液；及陶瓷微粒。
[0168]另外，本實施方案的基板10是Si02/Si基板，但基板10並不限定於該材質。例如，可以使用絕緣基板(例如，石英玻璃(SiO2)基板、在Si基板的表面經由SiO2層和Ti層而形成了 STO(SrTiO3)層的絕緣基板、氧化鋁(Al2O3)基板、SRO(SrRuO3)基板、STO(SrTiO3)基板)、或者半導體基板(例如，矽(Si)基板、碳化矽(SiC)基板)等固體基板。
[0169]另外，上 述模壓工藝中，在源電極54和漏電極52的圖案形成中，在正式燒成後進行源/漏電極用氧化物層50的全面蝕刻，但該全面蝕刻也可以在正式燒成前進行。即，優選地，在上述模壓工藝和所述功能性固體材料層形成工藝(即，正式燒成)之間，包括如下工藝:在已實施模壓加工的功能性固體材料前驅體層(例如，柵電極用前驅體層20a)中層厚最薄的區域，以該功能性固體材料前驅體層被去除的條件對該功能性固體材料前驅體層的整體進行蝕刻的工藝。這是因為:與對功能性固體材料前驅體層進行正式燒成後進行蝕刻相比，可以更容易地去除不需要的區域。
[0170]
[0171]
【發明者】進行了許多實驗和分析之後得知:即使是與使用第一加熱器714和第二加熱器724的上述第一實施方案或各變形例不同的控制，也存在適宜的模壓工藝的示例。並確認到:在第一實施方案中，模具向功能性固體材料前驅體層推壓的同時、或模具向功能性固體材料前驅體層推壓後的下一刻，進行加熱第一加熱器714和第二加熱器724的溫度控制，但第一加熱器714和第二加熱器724的溫度控制並不限定於該示例。
[0172]具體而言，控制部760，在將模具向功能性固體材料前驅體層推壓之前，預先控制成使第二加熱器724的溫度(T2)高於第一加熱器714的溫度(Tl)，這也是可以採用的另一方案。圖5是示出功能性設備(本實施方案也為薄膜電晶體100)的製造工藝的一部分的、即模壓工藝(具有代表性的是，對柵電極用前驅體層20a的模壓工藝)的其他示例的流程圖。除了模壓工藝以外的工藝與第一實施方案的各個工藝相同，因此省略對其的說明。
[0173][模壓工藝的變形例]
[0174]如圖5所示，首先，在步驟S201中，使具備成為模壓工藝的處理對象的柵電極用前驅體層20a的基板10吸附在基臺712。進而，通過固定部722，例如經由石英玻璃726保持柵電極用模具Ml。 [0175]在步驟S202中，控制部760開始加熱第一加熱器714和第二加熱器724。另外，控制部760加熱第一加熱器714和第二加熱器724，並且開始監測第一加熱器714和第二加熱器724的溫度。此外，本實施方案中，在步驟S202中開始所述各溫度的監測，但時常進行所述各溫度的監測也是可以採用的另一方案。
[0176]此後，如步驟S203所示，對控制部760而言，比較第一加熱器714的溫度(Tl)和第二加熱器724的溫度(T2)，調整或控制各加熱器的溫度直到第二加熱器724的溫度(T2)高於第一加熱器714的溫度(Tl)。而且,若第二加熱器724的溫度(T2)高於第一加熱器714的溫度(Tl)，則如步驟S204所示，控制部760使上部模壓部720向下方移動。此外，對控制部760而言，例如，對柵電極用前驅體層20a以IMPa以上且20MPa以下的壓力推壓柵電極用模具Ml。此外，在本實施方案中，第一加熱器714的溫度(Tl)是100°C，第二加熱器724 的溫度(T2)是 180 0C ο
[0177]此後，在經過一定時間(例如，300秒)後，如步驟S205所示，控制部760使模具從功能性固體材料前驅體層分離。
[0178]在該變形例中，在對功能性固體材料前驅體層推壓用於形成模壓結構的模具的期間的至少一部分時間內，對功能性固體材料前驅體層供應熱量的模具溫度(第一溫度)，比用第一加熱器714加熱的功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)更高的狀態下，實施模壓加工。從而，與第一實施方案相同地，可以形成準確度高、和/或精度高地形成有模壓結構的功能性固體材料層。其結果，能夠製造具備形成有這種模壓結構的功能性固體材料層的功能性設備。
[0179]〈第一實施方案的變形例(2)>[0180]進而，在第一實施方案中，示出了加熱第一加熱器714和第二加熱器724雙方的示例，但用於實現對功能性固體材料前驅體層供應熱量或者熱量的移動的方式並不限定於該一例。例如，通過僅加熱第一加熱器714,實現對功能性固體材料前驅體層供應熱量或者熱量的移動也是可以採用的變形例的一種。但是，從為實現功能性固體材料層的層壓化的校準的觀點來看，與僅加熱第一加熱器714相比，加熱第一加熱器714和第二加熱器724雙方更加優選。
[0181]
[0182]進一步地，作為上述第一實施方案的變形例(2)的變形的一個示例，第一加熱器714的溫度(Tl)是固定的，但以僅僅使第二加熱器724的溫度(T2)上升到高於第一加熱器714的溫度(Tl)的方式進行溫度控制也是可以採用的另一方案。
[0183]具體而言，就第一加熱器714的溫度(Tl)而言，通過控制部760來控制成在模壓加工開始前呈固定溫度(例如，100°c或者150°C )。其結果，基板10上的功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)是用第一加熱器714的溫度來穩定的。另外，在從功能性固體材料前驅體層分離的狀態下的第二加熱器724的溫度(T2)，即模具的溫度，通過控制部760加熱到例如80°C。此後，在實施模壓加工後的下一刻，控制部760以如下方式控制:最終地，加熱第二加熱器724直到第二加熱器724的溫度(T2)成為例如180°C後，使其溫度維持一定時間。此後，控制部760冷卻第一加熱器714和第二加熱器724，並使模具從功能性固體材料前驅體層分離。
[0184]即使經過所述模壓工藝，也以使對功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源(在本實施方案中，模具)的第一溫度高於功能性固體材料前驅體層的第二溫度的方式，對功能性固體材料前驅體層施加模壓加工，以。從而，能夠實現對功能性固體材料前驅體層的熱量供應或者熱量移動 ，因此，與第一實施方案相同地，可以形成:形成有準確度高、和/或精度高的模壓結構的功能性固體材料層。其結果，能夠製造具備形成有這種模壓結構的功能性固體材料層的功能性設備。
[0185]
[0186]另外，以使第一實施方案的第一加熱器714的最高溫度和第二加熱器724的最高溫度相同的方式進行溫度控制也是可以採用的另一方案。即使控制成這種溫度的情況下，也可以如第一實施方案所述，最初第一加熱器714的溫度(Tl)比第二加熱器724的溫度(T2)升溫升得快，因此，形成第一加熱器714的溫度(Tl)高於第二加熱器724的溫度(T2)的時間段(例如，相當於圖4的Ta的時間段)。其結果，實際上產生向模壓工藝中的功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量的現象，因此有助於得到功能性固體材料前驅體層的成型性的提高、及以良好的再現性在較低溫的成型。
[0187]具體示例在下面進行說明。
[0188]圖6是本實施方案的存儲型電晶體200的剖視示意圖。對本實施方案的存儲型電晶體200而言，在基板10上形成有:作為柵電極層120的、由鑭(La)和鎳(Ni)構成的被圖案形成了的氧化物層(LN0層)。該柵電極層120的製造方法是，使用與形成第一實施方案的源電極54和漏電極52時採用的材料、且使用與柵電極層20的形成方法相同的方法而形成LNO層的。因此，省略重複說明。
[0189]接著，在柵電極層120上形成有:作為鐵電體層130的PZT (Pb (ZrxTi1J O3)層。在本實施方案中，通過在採用溶液法的基礎上實施模壓加工，形成作為由鉛(Pb)、Zr (鋯)、及鈦(Ti)構成的氧化物層(但是，可能包含不可避免的雜質，下同)的鐵電體層130。具體而言，如下所述。
[0190]首先，在柵電極層120上，通過公知的旋塗法，形成將以包含鉛(Pb)的前驅體、包含Zr (錯)的前驅體、及包含鈦(Ti)的前驅體作為溶質的、鐵電體層用前驅體溶液作為起始材料的的鐵電體層用前驅體層。
[0191]其後，作為預燒成，將鐵電體層用前驅體層在大氣中以150°C加熱約5分鐘。此後，為了進行鐵電體層的圖案形成，使用未圖示的鐵電體層用模具，以SMPa的壓力實施模壓加工。
[0192]在此，對鐵電體層用前驅體層的模壓工藝中，控制部760加熱第一加熱器714(基臺712側)和第二加熱器724 (模具側)，使得第一加熱器714的最高溫度和第二加熱器724的最高溫度均達到180°C。在該模壓工藝中，最初，第一加熱器714的溫度(Tl)比第二加熱器724的溫度(T2)升溫升得快，因此，形成第一加熱器714的溫度(Tl)高於第二加熱器724的溫度(T2)的時間段(一部分時間)。此外，在本實施方案中，對功能性固體材料前驅體層的鐵電體層用前驅體層推壓模具的期間內，所述「一部分時間」的比例約為80%。
[0193]此後 ，作為正式燒成，與第一實施方案的柵電極用前驅體層20a的正式燒成相同地，通過將第一加熱器714加熱至650°C，形成PZT (Pb (ZrxTi1J O3)層。
[0194]此後，與第一實施方案的通道用氧化物層40的形成方法相同地，通道用氧化物層40形成在鐵電體層130上。並在之後，使用形成第一實施方案的柵電極層20時所採用的材料、及與在源電極54和漏電極52所使用的LNO層的形成方法相同的方法而形成ITO層。因此,省略重複的說明。
[0195]如上所述，即使在第一加熱器714的最高溫度和第二加熱器724的最高溫度相同的情況下，通過實際上產生向模壓工藝中的功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量的現象，也可以得到準確度高、和/或精度高地形成有模壓結構的功能性固體材料層。
[0196]此外，在本實施方案的存儲型電晶體中，作為所述的鐵電體材料，除了PZT(Pb (ZrxTi1JO3)之外，還可以使用摻雜Nb的PZT、摻雜La的PZT、鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)、BTO (Bi4Ti3O12)、BLT (Bi4_xLaxTi3012)、SBT (SrBi2Ta2O9) ,BZN(Bi15Zn10Nb15O7)、或鐵酸鉍(BiFeO3)。
[0197]並且，與本實施方案不同地，假設，在第一加熱器714的最高溫度和第二加熱器724的最高溫度為相同，並且這些的升溫經過相同的情況下，實際可以作出:功能性固體材料前驅體層的溫度(第二溫度)低於模具或者基臺的溫度(第一溫度)的時間段。例如，通過僅在第一加熱器714和基板10之間插入熱傳導率低的構件(例如，樹脂製品的板)，使模具的升溫速度大於基板10的升溫速度，由此能夠形成模具的溫度比功能性固體材料前驅體層的溫度高的時間段。因此，在這種情況下，也產生向功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量，因此，有助於得到功能性固體材料前驅體層的成型性的提高、及以良好的再現性在較低溫的成型。即，對進行模壓工藝中的模具的升溫和/或基板10的升溫而言，如上所述，能夠提高向使功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量的實現性，因此是優選的一方案。
[0198][0199]而且，在第一實施方案的功能性設備的製造裝置700中，作為加熱用於載置具備功能性固體材料前驅體層的基板10的基臺712的第一加熱器714、或用於向功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源，採用了用於加熱在實施模壓加工時的模具的第二加熱器724，但第一實施方案的加熱器並不限定於這些。例如，作為用於向功能性固體材料前驅體層供應熱量的「熱源」的其他示例，可以舉出利用輻射熱量的公知單元、或利用微波的公知單元。這些單元，也可以使用控制部760進行與第一實施方案的控制相同的控制。
[0200]
[0201]另外，將用於形成功能性固體材料前驅體層的預燒成工藝中的預燒成溫度，設定成低於功能性固體材料前驅體溶液的溶劑的沸點，並且將之後的正式燒成的「熱源」的溫度(第一溫度)設定成高於其溶劑的沸點，是可以採用的其他適宜的一方案。例如，可以採用:使預燒成工藝的預燒成溫度比功能性固體材料前驅體溶液的溶劑的沸點低10°c -30°c的控制。通過該溫度調整，實施在功能性固體材料前驅體層中溶劑比較容易殘留的狀況下的模壓加工。其結果，在功能性固體材料前驅體層中沒有溶劑、或溶劑極其少，因此，功能性固體材料前驅體層能夠避免所謂的變硬而難以進行模壓的狀況，從而，可以更加容易地形成模壓結構。
[0202]第一實施方案及其變形例(1)-(4)中的熱源和熱量的供應單元的各方案及優選的溫度範圍，也可以適用於下面的各實施方案，因此省略重複說明。
[0203]
[0204]另外，作為第一實施方案及其變形例的模壓工藝中的更加適宜的示例，事先，對與模壓表面接觸的各前驅體層的表面實施脫模處理和/或對其模具的模壓表面實施脫模處理，之後，對各前驅體層實施模壓加工。通過實施這種處理，能夠減少各前驅體層和模具之間的摩擦力，因此，可以對各前驅體層實施精度更高的模壓加工。此外，作為能夠用於脫模處理的脫模劑的示例可以為:界面活性劑(例如，氟系界面活性劑、矽系界面活性劑、非離子系界面活性劑等)、含氟類金剛石碳等。所述各脫模處理也可以適用於下面的各實施方案，因此，省略重複說明。
[0205]
[0206]另外，作為第一實施方案及其變形例的模壓工藝中的其他適宜的示例，當「功能性固體材料前驅體溶液」選自包含金屬醇鹽的溶液、包含金屬有機酸鹽的溶液、及包含金屬無機酸鹽的溶液中的至少一種時，在模壓工藝中由功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時的體積收縮率在20%以上且80%以下。從而，從提高模壓結構的尺寸精度的觀點來看，採用所述各溶液是優選的。
[0207]進而，尤其「功能性固體材料前驅體溶液」是包括選自包含金屬滷化物的溶液、包含含有金屬、氮、及氫的無機化合物的溶液、包含金屬氫化物的溶液、包含金屬納米顆粒的溶液、及陶瓷微粒中的至少一種的溶液時，在功能性固體材料層形成工藝中由功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時的體積收縮率在1%以上且30%以下。從而，從使正式燒成前後的尺寸控制容易化的觀點來看，採用所述各溶液也是優選的。
[0208] 此外，根據基於
【發明者】的研究和分析確認到:若將混合包含金屬醇鹽的溶液和包含金屬有機酸鹽的溶液的複合溶液作為功能性固體材料前驅體溶液來使用而進行模壓工藝，則在模壓工藝中由功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時的體積收縮率減小。而且，
【發明者】得知採用所述複合溶液是，解決使模壓工藝的塑性變形容易化、和使正式燒成前後的尺寸控制容易化的、難以互相兼顧的技術課題的有效方法之一。
[0209]作為具體示例，對使用以下⑴和(2)的溶液的示例進行說明。此外，溶劑均為2-甲氧基乙醇。
[0210](I)作為金屬醇鹽選擇了異丙醇鑭、作為金屬有機酸鹽選擇了醋酸鎳的示例。
[0211](2)作為金屬有機酸鹽選擇了醋酸鑭、作為金屬有機酸鹽選擇了醋酸鎳的示例。
[0212]上述中，採用(I)而形成以130°C進行了預燒成的功能性固體材料前驅體層，此後，與柵電極用前驅體層20a的模壓工藝相同地在加熱第一加熱器714 (基臺712側)和第
二加熱器724(模具側)的狀態下實施模壓加工。不過，在該示例中，第一加熱器714的最高溫度是160°C，第二加熱器724的最高溫度是180°C (但是，初期溫度是80°C )。另外，基於模具的推壓壓力是8MPa，模具的推壓時間是5分鐘。此後，作為正式燒成，通過第一加熱器714，在大氣中對已圖案形成的功能性固體材料前驅體層實施450°C的加熱處理。
[0213]在此，若計算正式燒成的前後的體積收縮率，即由功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時的體積收縮率，在(I)的示例中的體積收縮率是24%，在(2)的示例中的體積收縮率是73%。
[0214]圖7是上述(I)的示例中的已圖案形成的功能性固體材料前驅體層、和正式燒成後的功能性固體材料層的基於AFM(原子力顯微鏡)的測量結果。如圖6所示，正式燒成後的功能性固體材料層的圖案與正式燒成前的功能性固體材料前驅體層的圖案進行比較時，沒有發現在寬度和高度的尺寸上有大的收縮。
[0215]另外，圖8是僅僅改變第一實施方案的變形例(6)的複合溶液的組合及預燒成溫度的另一具體示例中的基於AFM的測量結果。具體而言，作為溶質的金屬醇鹽採用丁醇鎬。另外，其溶劑是2-甲氧基乙醇。此外，作為溶質的金屬有機酸鹽採用了 2-乙基己酸鋯。另外，其溶劑是丙酸。並且，預燒成溫度是150°C。
[0216]如圖8所示，在該示例中，在模壓工藝中由功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時的體積收縮率是54%。
[0217]
【發明者】對如上所述根據材料具有不同體積收縮率的主要機理作如下推定。圖9是示出基於通常的凝膠狀態及最終氧化物的、前驅體的材料的不同的反應過程機理設想圖。
[0218]如圖9 (a)所示，可推測到:在使用以金屬醇鹽的前驅體溶液作為的起始材料的前驅體層的情況下，直到生成氧化物為止經過如下的反應過程。首先，通過金屬醇鹽的水解，烷基部分地轉換為羥基，並生成酒精。此後，進行脫水，並在一部分發生縮聚反應，並形成M(金屬)-0(氧)-M(金屬)的網狀物。並在此後，通過熱分解反應來生成二氧化碳和水，同時變成氧化物。其結果，容易形成更加緻密的氧化物層。另一方面，如圖9(b)所示，可以想到:使用以金屬有機酸鹽的前驅體溶液作為起始材料的前驅體層的情況下，前驅體被直接熱分解，由此生成二氧化碳和水，同時急劇地變成氧化物。其結果，容易形成更加疏鬆的、換言之也可稱為多孔狀的氧化物層。
[0219]這時，可以想到:以金屬醇鹽的前驅體溶液和金屬有機酸鹽的前驅體溶液的複合溶液作為起 始材料的前驅體層，同時具有圖9(a)的物理性能和圖9(b)的物理性能，因此，如圖9(c)所示，最終形成具有既不緻密又不疏鬆的中間物理性能的氧化物層。其結果，可以想到:在模壓工藝中，能夠保持模壓結構比較容易形成的狀態，並且具有正式燒成後的體積收縮率也小的優異特性。因此，如上所述，採用複合溶液是，解決使模壓工藝中的塑性變形的容易化、和使正式燒成前後的尺寸控制的容易化的、難以互相兼顧的技術課題的有效
方法之一。
[0220]如上所述，可以確認到:雖然存在材料之間的差，但是在模壓工藝中由功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時，可以得到20%以上且80%以下的體積收縮率。另外，就使用混合了包含金屬醇鹽的溶液和包含金屬有機酸鹽的溶液的複合溶液而言，其體積收縮率收斂在20%以上且55%以下的範圍，因此，從模壓結構的尺寸控制的容易性或尺寸精度的穩定性的觀點來看，是更優選的一方案。
[0221]
[0222]圖10是示出本實施方案功能性設備的製造裝置800的結構的圖。在本實施方案中，對使用作為第一實施方案功能性設備的製造裝置700的、變形例的功能性設備的製造裝置800的模壓工藝的示例進行說明。
[0223][功能性設備的製造裝置800的結構]
[0224]如圖10所示，本實施方案的功能性設備的製造裝置800大致分為三個構成部分，即，包括:被固定的上部模壓部；用於保持模具並載置有基板10的可進行水平移動的下部模壓部；及這些的控制部860。
[0225]具體而言，首先，上部模壓部具備:旋轉的同時推壓模具(例如，Ml)的滾筒822 ；用於保持滾 筒822的滾筒保持部823 ;及容納在滾筒822內，並用於加熱滾筒822的滾筒用加熱器824。此外，本實施方案的模具是鎳(Ni)製品。另外，滾筒用加熱器824作為在模壓加工時對功能性固體材料前驅體層(例如，圖10所示的柵電極用前驅體層20a)供應熱量的一個熱源而發揮作用。此外，上部模壓部具備壓力傳感器(未圖示):該壓力傳感器對用於旋轉滾筒822的公知旋轉機構、用於進行升降的公知升降機構(均未圖示)、以及在實施模壓加工時對功能性固體材料前驅體層的柵電極用模具Ml的滾筒822的推壓力(圖10中，示意性地示出的向下的箭頭)。
[0226]接著，在下部模壓部中，在基臺812上，載置有具備成為處理對象的功能性固體材料前驅體層(例如，柵電極用前驅體層20a)的基板10。此外，通過由未圖示的泵被吸引部816吸引，基板10吸附在基臺812。另外，在本實施方案中，作為在模壓加工時對功能性固體材料前驅體層供應熱量的其他熱源的、用於加熱基板10和功能性固體材料前驅體層的基臺用加熱器814，與基臺712連接。另外，本實施方案的下部模壓部具備移動臺818，該移動臺818用於支撐基臺812和基臺用加熱器814，並且在裝置設置臺811上向水平方向移動。進一步地，移動臺818具備模具保持用臺架825，該模具保持用臺架825具備:用於保持模具的模具保持部819 ;和通過公知升降機構來舉起基板10而使基板10從基臺離開的升降機817。從而，模具保持用臺架825也隨著移動臺818在裝置設置臺811上向水平方向的移動而移動。
[0227]另外，本實施方案的功能性設備的製造裝置800具備:控制部860，其承擔模壓加工時的各種控制，該各種控制包括利用基於公知反饋控制的上部模壓部的滾筒822的旋轉運動和升降移動的控制、滾筒822對模具的推壓力的控制、移動臺818的水平移動、滾筒用加熱器824的溫度控制、及基臺用加熱器814的溫度控制；和計算機862，其與控制部860連接。此外，本實施方案的控制部860和計算機862也與第一實施方案的功能性設備的製造裝置700相同地，通過用於實行使用了上述各構成部分的本實施方案的、一系列處理的功能性設備的製造程序，由此監視或者以統合的方式控制上述各構成部分的處理。
[0228]此外，在本實施方案中，基臺用加熱器814兼作進行功能性固體材料前驅體層的預燒成(也稱為「乾燥工藝」)的預燒成用加熱器。從而，在本實施方案中，包括預燒成用加熱器的下部模壓部承擔功能性設備的製造裝置800的預燒成部。此外，預燒成用加熱器與基臺用加熱器814分開設置也是可以採用的另一方案。另外，基臺用加熱器814兼作用於在模壓工藝後進行的本體燒成用加熱器也是可以採用的另一方案。
[0229]如上所述，在使用本實施方案的功能性設備的製造裝置800而進行模壓工藝的情況下，滾筒822，例如以壓力為IMPa以上且20MPa以下的推壓力直接推壓模具，由此實施功能性固體材料前驅體層的模壓加工。此時，通過控制部860進行溫度控制的滾筒用加熱器824和/或基臺用加熱器814，對功能性固體材料前驅體層供應熱量。另外，配合滾筒822的旋轉速度，移動臺818對滾筒保持部823進行相對的水平移動。在本實施方案中，例如，以0.05mm/秒的速度對滾筒保持部823進行相對的水平移動。
[0230]如上所述，滾筒822形成為對功能性固體材料前驅體層供應熱量的一個熱源，在與基臺用加熱器814的溫度的關係中，承擔供應達到上述第一溫度的熱量的作用的情況下，能夠實際上產生向模壓工藝中的功能性固體材料前驅體層供應或者移動熱量。其結果，能夠得到準確度高、和/或精度高地形成有模壓結構的功能性固體材料層。
[0231]
[0232]圖11是示出為說明本實施方案的壓電式噴墨頭300的圖。此外，圖11(a)是壓電式噴墨頭300的剖視圖。另外，圖11(b)和圖11(c)是示出壓電式噴墨頭300噴出墨水時的情形的圖。此外，在壓電式噴墨頭300的製造方法中，使用第一實施方案功能性設備的製造裝置700而進行模壓工藝，因此，省略與第一實施方案相重複的說明。
[0233][壓電式噴墨頭300的結構]
[0234]如圖11(a)所示，本實施方案的壓電式噴墨頭300具備:空腔構件340 ;振動板350，其安裝在空腔構件340的一側，並形成有壓電元件320 ;噴嘴板330，其安裝在空腔構件340的另一側，並形成有噴嘴孔332 ;墨水室360，其被空腔構件340、振動板350、及噴嘴板330所劃分。在振動板350設置有與墨水室360連通並用於向墨水室360供應墨水的供墨Π 352。
[0235]根據本實施方案的壓電式噴墨頭300，首先，如圖11(b)和圖11(c)所示，通過向壓電元件320施加適當的電壓，使振動板350暫時向上方彎曲並從未圖示的蓄油池向墨水室360供應墨水。此後，通過使振動板350向下方彎曲，從墨水室360經由噴嘴孔332噴出墨水滴i。由此，能夠在被印刷物上進行鮮明的印刷。
[0236][本實施方案的壓電式噴墨頭300的製造方法]
[0237]具有上述結構的壓電式噴墨頭300的壓電元件320 (第一電極層322、壓電體層324、及第二電極層326)，及空腔構件340的至少一部分均是，使用本實施方案的功能性設備的製造方法而形成的。下面，按照工藝順序對本實施方案的壓電式噴墨頭300的製造方法進行說明。
[0238] 圖12至圖14是示出用於說明本實施方案的壓電式噴墨頭的製造方法的圖。另外，圖12(a)至圖12(f)、圖13(a)至圖13(d)、及圖14(a)至圖14(e)是各個工藝圖。[0239](I)壓電元件320的形成
[0240](1-1)第一電極層322的形成
[0241]首先，通過公知的旋塗法，在虛設基板310上，形成將以包含鑭(La)的前驅體(例如，異丙醇鑭)及包含鎳(Ni)的前驅體(例如，醋酸鎳)作為溶質的、功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料(LNO)前驅體層322』 (以下，簡稱為「前驅體層322，，，)。
[0242]此後，作為預燒成，將前驅體層322』在大氣中以120°C加熱約I分鐘。本實施方案的預燒成後的前驅體層322』的層厚是約300nm。
[0243]此後，為了進行功能性固體材料層的圖案形成，如圖12(b)所示，使用與承擔壓電元件320的一部分的第一電極層322對應的區域以凹陷的方式形成的模具M3(高低差300nm)，並以8MPa的壓力對前驅體層322』實施模壓加工。
[0244]在此，即使在對前驅體層322』進行模壓加工時，也與第一實施方案的變形例(3)的鐵電體層用前驅體層的模壓工藝相同地，在加熱第一加熱器714 (基臺712側)和第二加熱器724(模具側)的狀態下實施模壓加工。並且，在該示例中，第一加熱器714的最高溫度是180°C，第二加熱器724的最高溫度是180°C。通過本實施方案的模壓工藝，形成具備模壓結構的前驅體層322』。此外，該模壓結構的凸部的層厚的示例為300nm，凹部的層厚的示例為50nm。
[0245]之後，通過全面蝕刻前驅體層322』，從與第一電極層322對應的區域以外的區域去除前驅體層322』 (全面蝕刻工藝)。全面蝕刻工藝是使用未採用真空工序的溼法蝕刻技術而進行的。
[0246]此後，作為正式燒成，使用RTA裝置以550°C對前驅體層322』進行10分鐘的熱處理。其結果，如圖12(c)所示，形成作為由鑭(La)和鎳(Ni)構成的氧化物層的第一電極層322 (但是，可能包含不可避免的雜質。下面，在通過溶液法形成的其他氧化物層中也相同)。
[0247](1-2)壓電體層324的形成
[0248]接著，如圖12(d)所示，通過公知的旋塗法，在虛設基板310及第一電極層322上，形成將以金屬醇鹽作為溶質的前驅體溶液(三菱材料股份有限公司制，PZT溶膠凝膠溶液)作為起始材料的功能性固體材料(PZT)的前驅體層324』(下面，也簡稱為「前驅體層324，，，)。
[0249]此後，作為預燒成，將前驅體層324』在大氣中以150°C加熱約5分鐘。本實施方案的預燒成後的前驅體層324』的層厚是約I μ m-約10 μ m。
[0250]此後，為了進行功能性固體材料層的圖案形成，如圖12(e)所示，使用與承擔壓電元件320的一部分的壓電體層324對應的區域以凹陷的方式形成的模具M4(高低差500nm)，並以8MPa的壓力對前驅體層324』實施模壓加工。
[0251]在此，即使在對前驅體層324』進行模壓加工時，也與第一實施方案的變形例(3)中的鐵電體層用前驅體層的模壓工藝相同地，在加熱第一加熱器714(基臺712側)和第二加熱器724(模具側)的狀態下實施模壓加工。並且，在該示例中，第一加熱器714的最高溫度是180°C，第二加熱器724的最高溫度是180°C。通過本實施方案的模壓工藝，形成有具備模壓結構的前驅體層324』。此外，該模壓結構的凸部的層厚的示例是I μ m-10 μ m，凹部的層厚的示例是50nm。
[0252]此後，通過全面蝕刻前驅體層324』，從與壓電體層324對應的區域以外的區域去除前驅體層322』 (全面蝕刻工藝)。全面蝕刻工藝是使用未採用真空工序的溼法蝕刻技術而進行的。
[0253]此後，作為正式燒成，使用RTA裝置而以650°C對前驅體層324』進行10分鐘的熱處理。其結果，如圖12(f)所示，形成由功能性固體材料層(PZT)構成的壓電體層324。
[0254](1-3)第二電極層326的形成
[0255]首先，通過公知的旋塗法，在虛設基板310及壓電體層324上，形成將以包含鑭(La)的前驅體(例如，異丙醇鑭)及以包含鎳(Ni)的前驅體(例如，醋酸鎳)作為溶質的、功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料(LNO)前驅體層326』 (以下，簡稱為「前驅體層326』」)。
[0256]此後，作為預燒成，將前驅體層326』在大氣中以120°C加熱約I分鐘。本實施方案的預燒成後的前驅體層326』的層厚是約300nm。
[0257]此後，為了進行功能性固體材料的圖案形成，如圖13(b)所示，使用與承擔壓電元件320的一部分的第二電極層326對應的區域以凹陷的方式形成的模具M5(高低差300nm)，並以8MPa的壓力對前驅體層326』實施模壓加工。
[0258]在此，即使在對前驅體層326』進行模壓加工時，也與第一實施方案的變形例(3)中的鐵電體層用前驅體層的模壓工藝相同地，在加熱第一加熱器714(基臺712側)和第二加熱器724(模具側)的狀態下實施模壓加工。並且，在該示例中，第一加熱器714的最高溫度是180°C，第二加熱器724的最高溫度是180°C。通過本實施方案的模壓工藝，形成具備模壓結構的前驅體層326』。此外，該模壓結構的凸部的層厚的示例為300nm，凹部的層厚的示例為50nm。
[0259]此後，通過全面蝕刻前驅體層326』，從與第二電極層326對應的區域以外的區域去除前驅體層326』 (全面蝕刻工藝)。全面蝕刻工藝是使用未採用真空工序的溼法蝕刻技術而進行的。
[0260]此後，作為正式燒成，使用RTA裝置而以550°C對前驅體層326』進行10分鐘的熱處理。其結果，如圖13(c)所示，形成作為由鑭(La)和鎳(Ni)構成的氧化物層的第二電極層326 (但是，可能包含不可避免的雜質。下面，在通過溶液法形成的其他氧化物層中也相同)。經過以上工藝，形成由第一電極層322、壓電體層324、及第二電極層326構成的壓電元件320。
[0261 ] (2)振動板350和壓電元件320的粘合
[0262]如圖13(d)所示，使用粘接劑粘合具有供墨口 352的振動板350和壓電元件320。
[0263](3)空腔構件340的形成
[0264]首先，如圖14(a)所示，通過公知的旋塗法，在振動板350上，形成將以金屬醇鹽(正矽酸丙酯(Si(OC3H7)4)作為溶質的功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料(石英 玻璃)前驅體層340』 (下面，簡稱為「前驅體層340』 」 )。
[0265]此後，作為預燒成，將前驅體層340』在大氣中以150°C加熱約5分鐘。本實施方案的預燒成後的前驅體層340』的層厚例如是10 μ m-20 μ m。
[0266]此後，為了進行功能性固體材料的圖案形成，如圖14(b)所示，使用具有與墨水室360等對應的形狀的模具M6，並以8MPa的壓力對前驅體層340』實施模壓加工。
[0267]在此，即使在對前驅體層340』進行模壓加工時，也與第一實施方案的變形例(3)中的鐵電體層用前驅體層的模壓工藝相同地，在加熱第一加熱器714(基臺712側)和第二加熱器724(模具側)的狀態下實施模壓加工。並且，在該示例中，第一加熱器714的最高溫度是180°C，第二加熱器724的最高溫度是180°C。通過本實施方案的模壓工藝，形成有具備模壓結構的前驅體層340』。此外，該模壓結構的凸部的層厚的示例為10 μ m-20 μ m，凹部的層厚的示例為50nm。
[0268]此後，作為正式燒成，使用RTA裝置而以650°C對前驅體層326』進行10分鐘的熱處理。其結果，如圖14(c)所示，形成由功能性固體材料層(石英玻璃)構成的空腔構件340。
[0269](4)空腔構件340和噴嘴板330的粘合
[0270]如圖14 (d)所示，使用粘接劑粘合空腔構件340和具有噴嘴孔332的噴嘴板330。
[0271](5)虛設基板310的拆卸
[0272]如圖14(e)所示，從壓電元件320拆卸虛設基板310。經過以上工藝製造了本實施方案的壓電式噴墨頭300。
[0273]
[0274]而且，在上述第一實施方案中所說明的功能性設備的製造裝置700的示例、及在其變形例(8)中所說明的功能性設備的製造裝置800，也可以適用於第一實施方案的其他變形例、及第二實施方案。
[0275]另外，在上述各實施方案中，將薄膜電晶體、存儲型電晶體、及壓電式噴墨頭作為例子進行了說明，但在上述各實施方案中採用的製造方法並不限定於此。例如，作為其他功能性設備的製造方法的實施方案，製造具有在基板上氧化物陶瓷層或者金屬層以網格狀形成的結構的反射型偏光板的各種光學設備時、或製造電容器時，也能夠適用上述各實施方案中採用的製造方法。
[0276]另外，在上述各實施方案中，當形成幾個氧化物層時，進行實施模壓加工的「模壓工藝」。該模壓工藝的壓力並不限定於代表性地舉例示出的8MPa。正如已經提到的，若該模壓工藝的壓力是在IMPa以上且20MPa以下的範圍內的壓力，則可以發揮上述各實施方案的至少一部分的效果。
[0277]在上述各實施方案中，對得到高塑性變形能力的各前驅體層實施模壓加工。其結果，即使在實施模壓加工時所施加的壓力是在IMPa以上且20MPa以下的低壓力，各前驅體層也隨著模具的表面形狀變形，從而可以以高精度形成所需的模壓結構。另外，將其壓力設定成IMPa以上且20MPa以下的低壓力範圍，則實施模壓加工時模具將不易受損，並且有利於大面積化。
[0278]在此，將上述壓力設定成「IMPa以上且20MPa以下」的範圍內是基於如下的理由。首先，是因為:在其壓力不足IMPa的情況下，存在壓力過低而導致不能模壓各前驅體層的情況。另一方面，是因為:若其壓力達到20MPa，則能夠充分地對前驅體層進行模壓，因此，不需要施加20MPa以上的壓力。從上述觀點來看，在上述第五和第六的實施方案的模壓工藝中，更優選為以在2MPa以上且IOMPa以下的範圍內的壓力實施模壓加工。
[0279]另外，上述各實施方案的模壓工藝的「模壓加工」包括如下兩種:使用凹凸模具向功能性固體材料前驅體層的一部分實施模壓加工的情況；及使用平坦模具對功能性固體材料前驅體層的全面實施模壓加工的情況。
[0280]進一步地，上述各實施方案的模壓工藝中，也可以代替上述功能性設備的製造裝置700或者功能性設備的製造裝置800，採用如下功能性設備的製造裝置:在滾筒的表面安裝成為處理對象的基板的基礎上，對在平板上具備凹凸的模具，使該滾筒旋轉，並對基板進行模壓加工。另外，在滾筒的表面安裝模具也是其他可以採用的一方案。在該情況下，也可以代替將模具安裝在滾筒的表面，而使滾筒的表面自身具備凹凸狀或者平板狀的模具。
[0281]如上所述，公開的上述各實施方案是為了說明這些實施方案而所記載的，並不是為了限定本發明而記載的。並且，在包括各實施方案的其他組合的本發明的範圍內存在的變形例也包括在權 利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種功能性設備的製造方法，其包括: 模壓工藝，在對以功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料前驅體層推壓用於形成模壓結構的模具的期間的至少一部分時間內，以使對所述功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源的第一溫度高於所述功能性固體材料前驅體層的第二溫度的方式，對所述功能性固體材料前驅體層實施模壓加工；和 功能性固體材料層形成工藝，在所述模壓工藝後，在含氧氣氛中，通過用高於所述第一溫度的第三溫度對所述功能性固體材料前驅體層進行熱處理，從而由所述功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層。
2.根據權利要求1所述的功能性設備的製造方法，其中， 使所述第一溫度升溫。
3.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述熱源是用於加熱所述模具的加熱器。
4.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述熱源是，用於加熱所述模具的加熱器及用於加熱基臺的加熱器，所述基臺用於載置具備所述功能性固體材料前驅體層的基板。
5.根據權利要求4所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述模具的溫度比所述基臺的溫度高10°C以上。
6.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述一部分時間在將推壓所述模具的時間作為100時為20以上。
7.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述預燒成溫度在80°C以上且250°C以下， 所述第一溫度高於所述預燒成溫度，並且在90°C以上且300°C以下。
8.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 用於形成所述功能性固體材料前驅體層的預燒成工藝中的預燒成溫度，低於所述功能性固體材料前驅體溶液的溶劑的沸點，並且， 所述第一溫度高於所述溶劑的沸點。
9.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 在所述模壓工藝中，以IMPa以上且20MPa以下的壓力實施模壓加工。
10.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 在所述模壓工藝中，至少對所述前驅體層的表面實施脫模處理或者對所述模具的模壓表面實施脫模處理後，對所述前驅體層實施模壓加工。
11.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性固體材料前驅體溶液是包括選自以下組群中的至少一種的溶液: 包含金屬醇鹽的溶液； 包含金屬有機酸鹽的溶液； 包含金屬無機酸鹽的溶液； 包含金屬滷化物的溶液； 包含含有金屬、氮、及氫的無機化合物的溶液； 包含金屬氫化物的溶液；包含金屬納米顆粒的溶液；及 陶瓷微粒。
12.根據權利要求11所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性固體材料前驅體溶液是選自以下組群中的至少一種:包含所述金屬醇鹽溶液；包含所述金屬有機酸鹽的溶液；及包含所述金屬無機酸鹽的溶液， 在所述模壓工藝中，由所述功能性固體材料前驅體層形成所述功能性固體材料層時的體積收縮率在20%以上且80%以下。
13.根據權利要求11所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性固體材料前驅體溶液是包括選自以下組群中的至少一種的溶液: 包含所述金屬滷化物的溶液； 包含含有所述金屬、氮、及氫的無機化合物的溶液； 包含所述金屬氫化物的溶液； 包含所述金屬納米顆粒的溶液；及 所述陶瓷微粒， 在所述功能性固體材料層形成工藝中，由所述功能性固體材料前驅體層形成所述功能性固體材料層時的體積收縮率在I %以上且30%以下。
14.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 在所述模壓工藝和所述功能性固體材料層形成工藝之間， 還包括:在已實施模壓加工的所述功能性固體材料前驅體層中層厚最薄的區域，以所述功能性固體材料前驅體層被去除的條件，對所述功能性固體材料前驅體層進行整體蝕刻的工藝。
15.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性設備是薄膜電晶體， 所述功能性固體材料層是選自以下組群中的至少一種的層:所述薄膜電晶體的柵電極層、柵絕緣層、源電極層、漏電極層、及通道層。
16.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性設備是存儲型電晶體， 所述功能性固體材料層是選自以下組群中的至少一種的層:所述存儲型電晶體的柵電極層、鐵電體層、源電極層、漏電極層、及通道層。
17.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性設備是電容器， 所述功能性固體材料層是電介質層和/或電極層。
18.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性設備是具備壓電體層的驅動器， 所述功能性固體材料層是所述壓電體層。
19.根據權利要求1或2所述的功能性設備的製造方法，其中， 所述功能性設備是在基材上具備多個光柵層的光學設備， 所述功能性固體材料層是所述光柵層。
20.一種功能性設備的製造裝置，其具備:控制部，其以如下方式進行控制:在對以功能性固體材料前驅體溶液作為起始材料的功能性固體材料前驅體層推壓用於形成模壓結構的模具的期間的至少一部分時間內，使對所述功能性固體材料前驅體層供應熱量的熱源的第一溫度高於所述功能性固體材料前驅體層的第二溫度； 模壓部，其對所述功能性固體材料前驅體層施加模壓加工 '及熱處理部，其在含氧氣氛中，通過用高於所述第一溫度的第三溫度對形成有模壓結構的所述功能性固體材料前驅體層進行熱處理，從而由所述功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層。
21.根據權利要求20所述的功能性設備的製造裝置，其中， 所述控制部使所述第一溫度升溫。
22.根據權利要求20或21所述的功能性設備的製造裝置，其中， 所述熱源是用於加熱所述模具的加熱器。
23.根據權利要求20或21所述的功能性設備的製造裝置，其中， 所述熱源是具備加熱器的滾筒，所述加熱器用於推壓並加熱所述模具。
24.根據權利要求20或21所述的功能性設備的製造裝置，其中， 所述熱源是用於加熱所述模具的加熱器及用於加熱基臺的加熱器，所述基臺用於載置具備所述功能性固體材料前驅體層的基板。
25.根據權利要求24所述的功能性設備的製造裝置，其中 所述模具的溫度比所述基臺的溫度高10°C以上。
26.根據權利要求20或21所述的功能性設備的製造裝置，其中， 所述製造裝置進一步具備預燒成部，其使用於形成所述功能性固體材料前驅體層的預燒成溫度設定在80°C以上且250°C以下， 所述控制部使所述第一溫度高於所述預燒成溫度，並且使所述第一溫度在90°C以上且300°C以下。
27.根據權利要求20或21所述的功能性設備的製造裝置，其中， 所述製造裝置進一步具備預燒成部，其使用於形成所述功能性固體材料前驅體層的預燒成溫度設定成低於所述功能性固體材料前驅體溶液的溶劑的沸點， 所述控制部使所述第一溫度高於所述溶劑的沸點。
【文檔編號】H01L21/8246GK103987680SQ201280055282
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2011年11月9日
【發明者】下田達也, 金田敏彥 申請人:獨立行政法人科學技術振興機構