JP2007141892A - Deposition method, substrate for electronic device, electronic device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は成膜方法等に関し、中でも、電子デバイス用基板に用いられる透明導電性膜(透明電極)の形成方法に関するものである。 The present invention relates to a film forming method and the like, and more particularly to a method for forming a transparent conductive film (transparent electrode) used for an electronic device substrate.
透過型液晶表示装置に用いられる透明電極は、金属酸化物(無機酸化物)の一種である。一例として、ITO(インジウム−錫酸化物合金)、IO(酸化インジウム)や酸化錫(SnO2)等が挙げられる。 A transparent electrode used in a transmissive liquid crystal display device is a kind of metal oxide (inorganic oxide). Examples include ITO (indium-tin oxide alloy), IO (indium oxide), tin oxide (SnO 2 ), and the like.
このような金属酸化物の形成方法としては、PVD(physical vapor deposition、物理気相成長)法、CVD(chemical vapor deposition、気相成長)法、真空蒸着法のような気相プロセスでの成膜方法がある。 As a method of forming such a metal oxide, a film is formed by a vapor phase process such as a PVD (physical vapor deposition) method, a CVD (chemical vapor deposition) method, or a vacuum vapor deposition method. There is a way.
一方、金属酸化物の形成方法としては、ゾルゲル法(ゾルジェル法)のような液相プロセスでの製造方法もある。ゾルゲル法とは、(有機)金属化合物の溶液を基板に塗布し、塗布膜を乾燥させた後、熱処理(焼成)を施すことにより、金属化合物の加水分解や重縮合反応を促進し、金属酸化膜を形成する方法である。 On the other hand, as a method for forming a metal oxide, there is a production method using a liquid phase process such as a sol-gel method (sol-gel method). In the sol-gel method, a solution of an (organic) metal compound is applied to a substrate, the coating film is dried, and then subjected to a heat treatment (firing) to accelerate the hydrolysis and polycondensation reaction of the metal compound. This is a method of forming a film.
このようなゾルゲル法は、前述した気相プロセスによる成膜と比較し、化学組成制御がし易く、分子レベルで均一性の高い膜を得られるといった利点がある。また、製造コストも低く、また、成膜効率(スループット、生産性)も高いといった利点もある。 Such a sol-gel method is advantageous in that the chemical composition is easily controlled and a highly uniform film can be obtained at the molecular level as compared with the film formation by the gas phase process described above. In addition, there are advantages in that the manufacturing cost is low and the film formation efficiency (throughput and productivity) is high.
例えば、下記特許文献1(特開2001−143535号公報)には、透明導電膜形成用塗布液に、インジウム(In)と錫(Sn)を含む化合物と有機酸から生成したヒドロキシ化合物に有機配位子が配位したキレート錯体を含有させ、この塗布液を塗布、乾燥し、焼成することによって、透明導電膜を形成する技術が開示されている。
本発明者は、電子デバイスの研究・開発に従事しており、ゾルゲル法による透明電極(透明導電性膜)の特性の向上を図るべく、鋭意検討を重ねている。 The present inventor is engaged in research and development of electronic devices, and has been intensively studied to improve the characteristics of a transparent electrode (transparent conductive film) by a sol-gel method.
例えば、上記特許文献1に記載の技術を用いても、膜中の空隙(膜がポーラスである)や欠陥が発生しやすい等、膜特性が十分ではない。その結果、適用する電子デバイスによっては、その使用が制限される等の問題があった。
For example, even if the technique described in
かかる問題は、金属化合物の加水分解が不十分であることに起因すると考えられる。従って、他の方法で加水分解(加水分解重縮合反応)を促進させ、膜質を向上させる技術の開発が重要となってくる。 Such a problem is considered to be caused by insufficient hydrolysis of the metal compound. Therefore, it is important to develop a technique for promoting hydrolysis (hydrolysis polycondensation reaction) by other methods and improving film quality.
本発明は、特性の良好な金属酸化膜を提供することを目的とする。また、特性の良好な金属酸化膜を用いることで、電子デバイス(装置)の特性を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to provide a metal oxide film having good characteristics. It is another object of the present invention to improve the characteristics of an electronic device (apparatus) by using a metal oxide film with good characteristics.
本発明の成膜方法は、基板上に塗布された有機金属化合物溶液に、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源とした熱処理を施し、有機金属化合物溶液の加水分解もしくは重縮合反応を促進することにより、上記有機金属化合物が焼成して成る導電性膜を形成する工程を有するものである。 In the film forming method of the present invention, the organometallic compound solution applied on the substrate is subjected to a heat treatment using a flame of a gas burner using a mixed gas of hydrogen and oxygen as a heat source to hydrolyze the organometallic compound solution or It has the process of forming the electroconductive film formed by baking the said organometallic compound by accelerating a polycondensation reaction.
このようにガスバーナーの火炎を熱源とした熱処理を行ったので、有機金属化合物溶液の加水分解もしくは重縮合反応を促進することができ、有機金属化合物溶液(塗布膜)の焼成を行うとともに、形成された導電性膜の膜質を向上させることができる。具体的には、導電性膜の未反応部を低減することができる。 Since the heat treatment was performed using the flame of the gas burner as a heat source in this way, the hydrolysis or polycondensation reaction of the organometallic compound solution can be promoted, and the organometallic compound solution (coating film) is baked and formed. The film quality of the conductive film formed can be improved. Specifically, the unreacted part of the conductive film can be reduced.
上記導電性膜は、透明導電性膜である。 The conductive film is a transparent conductive film.
上記熱処理は、例えば、上記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molとする。 In the heat treatment, for example, the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is set to 2 mol: 1 mol which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O).
上記熱処理は、例えば、上記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molとした場合より水酸基ラジカル(OH*)がリッチな状態で行われる。 The heat treatment is performed, for example, in a state where the hydroxyl radical (OH * ) is richer than when the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is 2 mol: 1 mol which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O). .
上記熱処理は、例えば、上記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molより酸素の組成比が大きい状態で行われる。 The heat treatment is performed, for example, in a state in which the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is higher than the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O), which is 2 mol: 1 mol.
上記熱処理は、(a)上記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molとした場合より水酸基ラジカル(OH*)がリッチな状態で行われる第1処理と、(b)上記第1処理の後に、上記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molより酸素の組成比が大きい状態で行われる第2処理と、を含む。 The heat treatment is performed in a state in which (a) the hydroxyl radical (OH * ) is richer than when the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is 2 mol: 1 mol, which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O). (B) After the first treatment, the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is higher than the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O), which is 2 mol: 1 mol. Second processing performed in the state.
上記熱処理は、さらに、(c)上記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molより水素の組成比が大きい状態で行われる第3処理を含む。 The heat treatment is further performed in (c) a third treatment in which the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is larger than 2 mol: 1 mol which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O). including.
上記熱処理は、上記ガスバーナーの火炎を上記基板上に塗布された有機金属化合物溶液に対し相対的に走査することによって行われる。 The heat treatment is performed by scanning the flame of the gas burner relative to the organometallic compound solution applied on the substrate.
上記ガスバーナーの走査速度を調整して、上記基板温度を調整する。 The substrate temperature is adjusted by adjusting the scanning speed of the gas burner.
本発明は、上記膜方法を用いて形成される導電性膜を有する電子デバイス用基板である。 The present invention is a substrate for an electronic device having a conductive film formed by using the above film method.
また、本発明は、上記電子デバイス用基板を備える電子デバイスである。 Moreover, this invention is an electronic device provided with the said board | substrate for electronic devices.
また、本発明は、上記電子デバイスを備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、本発明にかかる半導体記憶装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はないが、例えば、上記半導体記憶装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、PHS、PDA、電子手帳、ICカードなど、記憶装置を必要とするあらゆる装置が含まれる。 Moreover, this invention is an electronic device provided with the said electronic device. Here, the “electronic device” means a general device having a certain function provided with the semiconductor memory device according to the present invention, and its configuration is not particularly limited. For example, a computer device including the semiconductor memory device in general Any device that requires a storage device, such as a mobile phone, PHS, PDA, electronic notebook, and IC card, is included.
本発明の実施の形態では、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーを用いて金属化合物の溶液を塗布した塗布膜に対し加熱処理を行うことによって焼成を行うとともに、形成される金属酸化物の改質を行う。 In the embodiment of the present invention, the coating film coated with the metal compound solution is baked by using a gas burner using a mixed gas of hydrogen and oxygen as a fuel, and then fired, and the formed metal oxide is oxidized. The product is modified.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same or related code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.
1)電子デバイス製造装置
まず、本実施の形態の電子デバイスの製造に用いられる電子デバイス製造装置について図1〜図9を参照しながら説明する。
1) Electronic Device Manufacturing Apparatus First, an electronic device manufacturing apparatus used for manufacturing an electronic device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態の電子デバイスの製造に用いられる電子デバイス製造装置の構成例を示す図である。図1において、水タンク11には純水が蓄えられおり、電気分解槽(電気分解装置)12に水を供給する。水は電気分解槽12によって電気分解されて水素ガス及び酸素ガスに分離される。分離された水素ガス及び酸素ガスはガスコントローラ15に供給される。ガスコントローラ15はコンピュータシステムと調圧弁、流量調整弁、各種センサ等によって構成されており、予め設定されたプログラムに従って下流のガスバーナー22に供給する水素ガス及び酸素ガス(混合ガス)の供給量、供給圧力、両ガスの混合比等を調整する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an electronic device manufacturing apparatus used for manufacturing an electronic device according to the present embodiment. In FIG. 1, pure water is stored in a
また、ガスコントローラ15は図示しないガス貯蔵タンクから供給される、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)を更に前述の混合ガスに導入し、ガスバーナー22に供給する。これにより、混合ガスの水素および酸素の混合比(混合比率)を水(H2O)の化学量論組成比(H2:O2=2mol:1mol)からずらし、水素過剰(水素リッチ)あるいは酸素過剰(酸素リッチ)な混合ガスを得る。
Further, the
また、ガスコントローラ15は、図示しないガス貯蔵タンクから供給される、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、窒素(N2)等の不活性ガスを更に上記混合ガスに導入することができる。これにより、ガスバーナー22の火炎温度(燃焼温度)や火炎状態の制御を行っている。
The
上述した水タンク11、電気分解槽12およびガスコントローラ15は燃料(原料)供給部を構成する。
The
ガスコントローラ15の下流には閉空間を形成するチャンバー(処理室)21が配置されている。チャンバー21には、熱処理の火炎を発生するガスバーナー22、処理対象の基板(半導体基板やガラス基板等)100を載置してガスバーナー22に対して相対的に移動可能とするステージ部51等が配置されている。
A chamber (processing chamber) 21 that forms a closed space is disposed downstream of the
チャンバー21内の雰囲気は、これに限定されないが、例えば、内部圧力が大気圧〜0.5MPa程度、内部温度が室温〜100℃程度に設定可能なよう構成されている。チャンバー21内の気圧を所望状態に保つために、前述のアルゴンなどの不活性ガスをチャンバー21内に導入することができる。
The atmosphere in the
ステージ部51はパーティクル防止のために基板を載置した台を一定速度で移動する機構が設けられている。また、急激な温度差等による基板100のヒートショックを防止するため、基板100の載置台に加熱(予熱)や冷却を行う機構が設けられており、外部の温度調節部52によってこの温度制御がなされる。加熱には電気ヒーター機構、冷却には冷却ガスや冷却水を用いる冷却機構などが用いられる。
The
図2は、電子デバイス製造装置のガスバーナー部の構成例を示す平面図である。図2に示すように、図1の電子デバイス製造装置のガスバーナー22はステージ部51の幅(図示の上下方向)よりも大きい長手部材によって形成され、ステージ部51の幅より広い幅の火炎を放射できる。ガスバーナー22の長手方向と直交する方向(図中の矢印方向)にステージ部51を移動することにより、あるいはガスバーナー22を移動することによって、ガスバーナー22が基板100を走査するように構成されている。
FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration example of a gas burner unit of the electronic device manufacturing apparatus. As shown in FIG. 2, the
図3は、電子デバイス製造装置のガスバーナー部の構成例を示す断面図である。図3に示すように、ガスバーナー22は、混合ガスを燃焼室に導出するガスの出口穴が設けられた導気管22a、導気管22aを囲む遮蔽器22b、遮蔽器22bによって囲まれて混合ガスが燃焼する燃焼室22c、燃焼ガスが遮蔽器22bから外方に出る出口となるノズル22d、導気管22aに設けられた混合ガスの流出口22eなどによって構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a gas burner unit of the electronic device manufacturing apparatus. As shown in FIG. 3, the
ノズル22dと基板100とのギャップ(距離)を広く設定すると、燃焼ガスがノズルから放出される際に圧力が低下する。ノズル22dと基板100とのギャップをせまく設定する(しぼる)と、燃焼ガスの圧力低下が抑制され、圧力は高くなる。従って、ギャップを調整することによってガス圧力を調整することができる。加圧によって水蒸気アニール、水素リッチアニール、酸素リッチアニールなどを促進することができる。各種アニールは混合ガスの設定によって選択可能である。図中には、水蒸気(H2O蒸気)の噴出の様子を示す。
If the gap (distance) between the
後述するように、混合ガスの流出口22eを複数あるいは線状に形成することによって、ガスバーナー22の燃焼室22cの火炎(トーチ)形状を線状(長尺の火炎)、複数のトーチ状等にすることができる。ガスバーナー22近傍の温度プロファイルは流出口22eや遮蔽器22bのノズル22d等の設計により、好ましくは、火炎の走査方向において矩形となるように設定される。
As will be described later, by forming a plurality of
図4は、電子デバイス製造装置のガスバーナー部の第1構成例を示す図である。図4(A)はガスバーナー22の短手方向における断面図、図4(B)はガスバーナー22の長手方向における部分断面図を示し、図4(C)はガスバーナー部を模式的に示した見取り図である。これらの図において、図3と対応する部分には同一符号を付している。
FIG. 4 is a diagram illustrating a first configuration example of the gas burner unit of the electronic device manufacturing apparatus. 4A is a sectional view of the
この例では、導気管22aを囲むように遮蔽器22bが形成されている。遮蔽器22bの下方がノズル22dとなっており、導気管22aの下方(ノズル22d側)にガス流出口22eが線状(長穴)に設けられている。なお、直線状のガス流出口22eの各部位の流出量を同じにするために穴の幅を場所に応じて変えるようにしてもよい。
In this example, a
図5は、電子デバイス製造装置のガスバーナー部の第2構成例を示す図である。ガスバーナー22の他の構成例を示している。図5(A)はガスバーナー22の短手方向における断面図、図5(B)はガスバーナー22の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図3と対応する部分には同一符号を付している。
FIG. 5 is a diagram illustrating a second configuration example of the gas burner unit of the electronic device manufacturing apparatus. The other structural example of the
この例では、導気管22aを囲むように遮蔽器22bが形成されている。遮蔽器22bの下方がノズル22dとなっており、導気管22aの下方(ノズル22d側)に複数のガス流出口22eが等間隔で設けられている。この構成では燃焼室のガス密度を一様とし、ノズル22dから外部に流れるガス流量を均一にするために、導気管22aを例えば図示の左右方向に適宜移動可能なように構成されている。なお、導気管22aを固定とし、ガス流出口22eの各部位の流出量を同じにするために、必要によりガス流出口22eの間隔を場所に応じて変えるようにしてもよい。
In this example, a
図6は、電子デバイス製造装置のガスバーナー部の第3構成例を示す図である。図6(A)はガスバーナー22の短手方向における断面図、図6(B)はガスバーナー22の長手方向における部分断面図を示している。両図において、図3と対応する部分には同一符号を付している。
FIG. 6 is a diagram illustrating a third configuration example of the gas burner unit of the electronic device manufacturing apparatus. 6A is a cross-sectional view of the
この例でも、導気管22aを囲むように遮蔽器22bが形成されている。遮蔽器22bの下方がノズル22dとなっており、導気管22aの側面に複数のガス流出口22eが螺旋状に等間隔で設けられている。この構成では燃焼室のガス密度を一様とし、ノズル22dから外部に流れるガス流量を均一にするために、導気管22aを図中の矢印のように回転可能に構成している。
Also in this example, the
図7は、ノズルの高さと流出ガスの圧力との関係を示す図である。図7(A)に示すように、基板100の表面からノズル22dを離間させることによって流出燃焼ガスの圧力を下げることができる。また、図7(B)に示すように、基板100の表面にノズル22dを接近させることによって流出燃焼ガスの圧力を上げることができる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the height of the nozzle and the pressure of the outflow gas. As shown in FIG. 7A, the pressure of the outflowing combustion gas can be lowered by separating the
図8は、ノズルの形状および角度と流出ガスの圧力との関係を示す図である。図8に示すように、ノズル22dの形状や姿勢の調整(例えば、流出口の形状や基板に対する角度の調整)により流出ガス圧力を調整することができる。この例では、図8(A)に示すように、ノズル22dの流出口形状を片側に開放した形状としている。このため、ガスバーナー22が直立した状態では流出燃焼ガスの圧力を下げることができる。また、図8(B)に示すように、ガスバーナー22を回動あるいは傾斜させると、基板100の表面にノズル22dの流出口が接近して流出燃焼ガスの圧力を上げることができる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the shape and angle of the nozzle and the pressure of the outflow gas. As shown in FIG. 8, the outflow gas pressure can be adjusted by adjusting the shape and posture of the
図9は、ノズルと導気管との距離と流出ガスの圧力との関係を示す図である。図9に示すように、導気管22aと遮蔽器22bとの相対的な位置関係を可変としてノズル22dから流出する燃焼ガスの温度を調整することができる。例えば、導気管22aが遮蔽器22b内でノズル22dに向かって進退可能である構造にして、燃焼室22cを移動し、熱源とノズル22d間の距離を変えることが可能となる。また、熱源と基板間との距離の調整が可能となる。
FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the distance between the nozzle and the air guide tube and the pressure of the outflow gas. As shown in FIG. 9, the temperature of the combustion gas flowing out from the
従って、図9(A)に示すように、導気管22aがノズル22dに相対的に接近する場合にはノズル22dから流出する燃焼ガスは相対的に高温になる。また、図9(B)に示すように、導気管22aがノズル22dから相対的に離間する場合にはノズル22dから流出する燃焼ガスは相対的に低温になる。
Therefore, as shown in FIG. 9A, when the
このような構造は、ガスバーナー22と基板100間のギャップを変えることなく、流出燃焼ガスの温度を調整することを可能とし、具合がよい。もちろん、ガスバーナー22と基板間のギャップを変えて基板温度を調整してもよい。もちろん、ガスバーナー22と基板間のギャップを変えて、更に、導気管22aと遮蔽器22bとの相対的な位置関係を調整してガス温度を調整する構成とすることができる。また、ガスバーナー22の基板に対する走査速度を変えることにより基板温度を調整することができる。
Such a structure makes it possible to adjust the temperature of the outflowing combustion gas without changing the gap between the
なお、図4〜図9に示したガスバーナーの構造は、これらを適宜に組み合わせることが可能である。 The structure of the gas burner shown in FIGS. 4 to 9 can be combined as appropriate.
例えば、図7に示す構成と図9に示す構成とを組み合わせることができる。図7に示すガスバーナー22全体を基板100に対して接近あるいは離間する構成としてノズル22dと基板100間のギャップを調整可能とし、基板100の温度(例えば、表面温度)を調節する。更に、図9に示したようにガスバーナー22内の導気管22aをノズル22dに向かって進退可能とすることによって基板100の温度を微調節する。これによって、基板100の温度を目標とする熱処理温度とすることがより容易となる。
For example, the configuration shown in FIG. 7 and the configuration shown in FIG. 9 can be combined. The
また、図7と図8に示す構成を組み合わせることができる。ガスバーナー22全体を基板100に対して接近あるいは離間する構成としてノズル22dと基板100間のギャップを調整可能とし(図7参照)、基板100の表面温度や火炎の圧力を調節する。更に、ガスバーナー22全体の基板100に対する姿勢を調整することによって基板100の表面温度や火炎の圧力を調節する(図8参照)。
Further, the configurations shown in FIGS. 7 and 8 can be combined. The gap between the
また、図7と図8と図9に示す構成を組み合わせることができる。ガスバーナー22全体を基板100に対して接近あるいは離間する構成としてノズル22dと基板100間のギャップを調整可能とし、基板100の表面温度や火炎の圧力を粗調節する(図7参照)。更に、ガスバーナー22全体の基板100に対する姿勢を調整することによって基板100表面の火炎の圧力を調節する(図8参照)。更に、ガスバーナー22内の導気管22aをノズル22dに向かって進退可能とすることによって基板100の表面温度を微調節する(図9参照)。かかる構成により、より正確な熱処理が可能となる。
Further, the configurations shown in FIGS. 7, 8, and 9 can be combined. The
また、図示していないが、ガスバーナー22の遮蔽板22bを可動式として、ノズル22dの開口(流出口、絞り)をガスバーナー22の走査方向において広狭に変更可能とすることができる。それにより、ガスバーナー22の走査方向における基板100の被処理部部分の暴露時間、基板100の熱処理の温度プロファイル、熱処理温度、火炎圧などを調整することが可能となる。
Although not shown, the shielding
以上説明した電子デバイス製造装置においては、基板を横切るような長尺のガスバーナーを備えるので、窓ガラスのような大面積の基板の熱処理を行うことができる。また、燃料となる水素と酸素を水の電気分解によって得ることができるので、ガス材料の入手が容易でランニングコストが安価である。 Since the electronic device manufacturing apparatus described above includes a long gas burner that crosses the substrate, heat treatment of a large-area substrate such as a window glass can be performed. Further, since hydrogen and oxygen as fuel can be obtained by electrolysis of water, it is easy to obtain a gas material and the running cost is low.
また、熱処理工程において、水素と酸素の混合比及び供給量を適宜に設定することによって還元雰囲気(水素リッチ)あるいは酸化雰囲気(酸素リッチ)を容易に設定出来る。火炎温度の調整も容易である。更に、必要により不活性ガスを導入し、もしくは原料ガスの流量を調整して火炎状態(温度、ガス圧力など)を調整することができる。 In the heat treatment step, a reducing atmosphere (hydrogen rich) or an oxidizing atmosphere (oxygen rich) can be easily set by appropriately setting the mixing ratio and supply amount of hydrogen and oxygen. It is easy to adjust the flame temperature. Further, an inert gas can be introduced if necessary, or the flame state (temperature, gas pressure, etc.) can be adjusted by adjusting the flow rate of the raw material gas.
また、ガスバーナーのノズル形状などを調整することによって所望の温度プロファイルを得ることが容易である。 Further, it is easy to obtain a desired temperature profile by adjusting the nozzle shape of the gas burner.
2)電子デバイスの製造方法(透明電極への適用例)
次に、前述した電子デバイス製造装置を使用した電子デバイス(液晶表示装置)の製造方法について説明する。
2) Manufacturing method of electronic device (example of application to transparent electrode)
Next, the manufacturing method of the electronic device (liquid crystal display device) using the electronic device manufacturing apparatus mentioned above is demonstrated.
まず、アクティブマトリックス駆動方式の透過型液晶表示装置の構成について説明する。図10は、アクティブマトリックス駆動方式の透過型液晶表示装置の構成図であり、図10(A)に示すように、当該装置1000は、液晶パネル1020とバックライト1060を有している。この装置1000は、バックライト1060からの光を液晶パネル1020に透過させることにより画像を表示し得るものである。
First, a configuration of an active matrix drive type transmissive liquid crystal display device will be described. FIG. 10 is a configuration diagram of an active matrix drive type transmissive liquid crystal display device. As shown in FIG. 10A, the
液晶パネル1020は、互いに対向して配置された第1の基板1220と第2の基板1230とを有し、これらの基板の間には、表示領域を囲むようにシール材(図示せず)が設けられている。さらに、これらの基板およびシール材で囲まれる空間には、電気光学物質である液晶が充填され、液晶層1240を構成する。なお、図示は省略したが、この液晶層の上面および下面には、配向膜が設けられている。この配向膜により液晶層1240に充填された液晶分子の配向方向が規制される。
The
また、第1の基板1220と第2の基板1230は、透過性を有する絶縁性の材料(例えば、ガラス基板)より成り、第1の基板1220の上面(液晶層1240側)には、マトリックス状に配置された複数の画素電極1223と、X方向に延在する走査線1224と、Y方向に延在する信号線1228とが設けられている。
In addition, the
各画素電極1223は、透明性(光透過性)を有する透明導電性膜により構成され、それぞれ一つの薄膜トランジスタ(TFT)Tを介して、走査線1224および信号線1228に接続されている。
Each
なお、本実施の形態では、第1の基板1220と、画素電極1223と、走査線1224と、信号線1228と、追って詳細に説明する薄膜トランジスタTとにより、本発明の電子デバイス用基板が構成される。図10(B)は、1の薄膜トランジスタTおよび画素電極1223部の部分拡大平面図である。
Note that in this embodiment mode, the electronic device substrate of the present invention is formed using the
次いで、本実施の形態の電子デバイス(液晶表示装置)の製造方法について図11〜図19を参照しながら説明する。なお、ここでは説明をわかりやすくするため、図1の薄膜トランジスタT部の断面を参照しながら説明する。図11および図12は、本実施の形態の液晶表示装置のTFT部の製造方法を示す工程断面図である。 Next, a method for manufacturing the electronic device (liquid crystal display device) of the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, for easy understanding, description will be made with reference to a cross section of the thin film transistor T portion of FIG. 11 and 12 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the TFT portion of the liquid crystal display device of the present embodiment.
まず、図11(A)に示すように、ガラス基板(石英基板、基板、透明基板、絶縁性基板)100上に、下地保護膜(下地酸化膜、下地絶縁膜)101として例えば酸化シリコン膜を100nm程度形成する。この酸化シリコン膜は、TEOS(tetra ethyl ortho silicate、テトラエトキシシラン)および酸素ガスなどを原料ガスとして、例えばプラズマCVD(chemical vapor deposition、化学気相成長)法を用いて形成する。 First, as shown in FIG. 11A, for example, a silicon oxide film is used as a base protective film (base oxide film, base insulating film) 101 on a glass substrate (quartz substrate, substrate, transparent substrate, insulating substrate) 100. About 100 nm is formed. This silicon oxide film is formed by using, for example, a plasma CVD (chemical vapor deposition) method using TEOS (tetraethyl orthosilicate), oxygen gas, or the like as a source gas.
次いで、下地保護膜(下地酸化膜、下地絶縁膜)101上に半導体膜として例えばシリコン膜102を形成する。このシリコン膜は、例えば、SiH4(モノシラン)ガスを用いたCVD法で形成する。次いで、シリコン膜に熱処理を施し、シリコンを再結晶化し、多結晶シリコン膜(102)とする。
Next, for example, a
次に、シリコン膜102上に、図示しないフォトレジスト膜(以下、単に「レジスト膜」という)を形成し、露光および現像(フォトリソグラフィー)することにより、島状にレジスト膜(マスク膜、レジストマスク)を残存させる。次いで、かかるレジスト膜をマスクに、シリコン膜102をエッチングし、半導体素子領域(島状領域)を形成する。以下、このフォトリソグラフィー、エッチングおよび後述するレジスト膜の除去の処理をパターニングと言う。
Next, a photoresist film (not shown) (hereinafter simply referred to as “resist film”) is formed on the
次に、レジスト膜を例えばアッシング(灰化)処理により除去し、図11(B)に示すように、シリコン膜102上に、ゲート絶縁膜103として例えば酸化シリコン膜を形成する。この酸化シリコン膜は、例えばTEOSおよび酸素ガスなどを原料ガスとして、プラズマCVD法を用いて形成する。
Next, the resist film is removed by, for example, ashing (ashing), and a silicon oxide film, for example, is formed as a
次いで、ゲート絶縁膜103上に、導電性膜104として例えばAl(アルミニウム)等の金属材料を例えばスパッタ法により形成する。次に、導電性膜104を所望の形状にパターニングし、ゲート電極(ゲート電極配線)Gを形成する。導電性膜104としては、Alの他、Ta(タンタル)等の高融点金属を用いてもよい。
Next, a metal material such as Al (aluminum) is formed as the
次いで、ゲート電極Gをマスクとしてシリコン膜102中に、不純物イオンを打ち込む(ドープする、注入する)ことにより、ソース、ドレイン領域104a、104bを形成する。なお、104a、104bのうち、いずれか一方がソース領域となり、他方がドレイン領域となる。また、不純物イオンは、n型半導体層を形成する場合には、例えば、PH3(リン化水素、Phosphine)を、p型半導体層を形成する場合には、例えば、B2H6(ジボラン)をイオン打ち込みする。
Next, source and
次いで、図12(A)に示すように、ゲート電極G上に、層間絶縁膜105を形成する。この層間絶縁膜105は、例えば、酸化シリコン膜より成り、TEOS膜やポリシラザン溶液の焼成により形成する。ポリシラザン溶液とは、ポリシラザンを有機溶媒に溶かしたものである。
Next, as illustrated in FIG. 12A, an
次いで、図12(B)に示すように、層間絶縁膜105をパターニングすることにより、ソース、ドレイン領域104a、104b上にコンタクトホールを形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, the
次いで、このコンタクトホールの内部を含む層間絶縁膜105上に、透明導電性膜(金属酸化膜)106として例えばITOを前述したゾルゲル法で形成する。即ち、金属化合物の溶液を基板に塗布し、塗布膜を乾燥させ、前駆体を形成した後、熱処理(焼成)を施すことにより、金属化合物の加水分解や重縮合反応(脱水縮合)を促進し、金属酸化膜を形成する。この透明導電性膜(金属酸化膜)106は、ソース、ドレイン電極(ソース、ドレイン引き出し電極、引き出し配線)106a、106bとなる。例えば、図10(B)の画素電極1223と接続される。
Next, for example, ITO is formed as a transparent conductive film (metal oxide film) 106 on the
金属化合物の溶液には、金属アルコキシド化合物の有機溶媒溶液が挙げられる。金属アルコキシド化合物は、例えばM(RO)4で表せ、Mは金属元素、Rはアルコキシド基である。アルコキシド(基)とは、水と反応してアルコール(基)になる材料の総称である。 Examples of the metal compound solution include an organic solvent solution of a metal alkoxide compound. The metal alkoxide compound can be represented by, for example, M (RO) 4 , where M is a metal element and R is an alkoxide group. An alkoxide (group) is a general term for materials that react with water to become an alcohol (group).
図13に、金属アルコキシド化合物の加水分解の反応機構の一例を示す。図13(A)に示すように、M(RO)4のアルコキシド基Rが水と反応して、ROH(アルコール)となり、金属の水酸化物が形成される(図13(B))。次いで、加熱等により脱水し、縮合が進み(図13(C))、金属酸化物(MxOy)が形成される(図13(D))。なお、ここでは、1種類の金属アルコキシド(M(RO)4)の反応として説明したが、M1(R1O)4と、M2(R2O)4を原料とし、金属M1およびM2の酸化物(M1xM2yOz)を形成する場合や、3種以上の金属酸化物を形成する場合も同様の機構で反応が進む。また、ここでは、アルコキシド基の配位数を4としたが、他の配位数の場合もある。 FIG. 13 shows an example of the reaction mechanism of hydrolysis of the metal alkoxide compound. As shown in FIG. 13A, the alkoxide group R of M (RO) 4 reacts with water to form ROH (alcohol), and a metal hydroxide is formed (FIG. 13B). Next, dehydration is performed by heating or the like, condensation proceeds (FIG. 13C), and a metal oxide (MxOy) is formed (FIG. 13D). Here, although described as a reaction of one kind of metal alkoxide (M (RO) 4 ), M1 (R1O) 4 and M2 (R2O) 4 are used as raw materials, and oxides of metals M1 and M2 (M1 × M2yOz). The reaction proceeds by the same mechanism when forming the metal oxide or when forming three or more metal oxides. Although the coordination number of the alkoxide group is 4 here, there may be other coordination numbers.
例えば、炉内(処理室)に水蒸気を導入しつつ熱処理を施すことにより前述の加水分解や重縮合反応を行っても、膜中に未反応の水酸基やアルコキシド基が残存し、膜の劣化をもたらすと考えられる。また、加熱(乾燥、焼成)時間が長いため、膜の中間部や底部での反応が、膜の表面の反応より後に起こることにより、脱ガスが徐々に起こり、膜がポーラス状になったり、また、クラックが発生したりすると考えられる。また、膜中の未反応の水酸基やアルコキシド基による脱ガスは、成膜工程以降の熱処理工程の際にも生じ得る。その結果、かかる脱ガスによる処理室や電子デバイスの各構成部に対する汚染が生じ得る。 For example, even if the hydrolysis or polycondensation reaction described above is performed by introducing water vapor into the furnace (treatment chamber), unreacted hydroxyl groups or alkoxide groups remain in the film, resulting in deterioration of the film. It is thought to bring. In addition, since the heating (drying and firing) time is long, the reaction at the middle and bottom of the film occurs after the reaction on the surface of the film, so that degassing occurs gradually, and the film becomes porous. Moreover, it is thought that a crack generate | occur | produces. In addition, degassing due to unreacted hydroxyl groups and alkoxide groups in the film can also occur during the heat treatment process after the film forming process. As a result, contamination of the processing chamber and each component of the electronic device due to such degassing may occur.
そこで、本実施の形態においては、ゾルゲル法により形成される透明導電性膜(透過率の高い導電性膜)106の膜質を改善し、以降の工程の脱ガス汚染を低減すべく、以下の方法で透明導電性膜106(例えばITO)を形成した。 Therefore, in the present embodiment, in order to improve the film quality of the transparent conductive film (conductive film with high transmittance) 106 formed by the sol-gel method and reduce degassing contamination in the subsequent steps, the following method is used. A transparent conductive film 106 (for example, ITO) was formed.
図14は、透明導電性膜106の形成方法を示す工程断面図である。図14(A)に示すように、コンタクトホール内を含む層間絶縁膜105上に金属アルコキシド化合物の有機溶媒溶液をスピンコート法で塗布し、金属アルコキシド塗布膜106cを形成する。スピンコートの条件は、例えば2000rpmで10秒程度である。なお、インクジェット法を用いて金属アルコキシド溶液を塗布してもよい。
FIG. 14 is a process cross-sectional view illustrating a method for forming the transparent
次いで、基板を図示しない載置台(ホットプレート)に搭載し、基板上面温度が上記溶液の溶媒の沸点温度以下の温度(例えば100℃)となるようプレート温度を制御し、1分程度加熱することにより、金属アルコキシド塗布膜106cを乾燥(溶媒を揮発)させる。次いで、基板上面温度が約300℃となるようプレート温度を制御し、10分程度加熱(仮焼成、中間焼成、第1焼成)する。なお、1回の塗布量は、膜厚換算で1000Å以下が望ましい。従って、1000Å以上の膜を形成する場合には、塗布、乾燥および仮焼成を複数回繰り返すことが望ましい。
Next, the substrate is mounted on a mounting table (hot plate) (not shown), and the plate temperature is controlled so that the substrate upper surface temperature is equal to or lower than the boiling point temperature of the solvent of the solution (for example, 100 ° C.) and heated for about 1 minute. Thus, the metal
次いで、図14(B)に示すように、基板100を図1のステージ部51に搭載し、ガスバーナー22を基板100上に走査することによって熱処理(火炎アニール、最終焼成、第2焼成)を施し、金属アルコキシド塗布膜106cを焼成するとともに、形成される透明導電性膜106の改質を行う。火炎アニール条件は、例えば、基板上面温度が500〜800℃程度、5分以下である。基板上面温度は、例えばガスバーナー22の走査速度によって調整する。ここでは、例えば、2m/secのスピードで走査する。また、ガスバーナー22へ供給される水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の比率は、例えば、水(H2O)の化学量論組成である2mol:1molとする。
Next, as shown in FIG. 14B, the
このように、本実施の形態によれば、金属アルコキシド塗布膜に火炎アニール処理を施したので、当該膜の焼成を短時間で行うとともに、膜の改質を行うことができ、膜中の未反応部の低減を図ることができる。また、前述した気相プロセスによる成膜と比較し、製造コストを低くでき、成膜効率(スループット、生産性)を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, since the metal alkoxide coating film is subjected to the flame annealing treatment, the film can be baked in a short time and the film can be modified. The reaction part can be reduced. In addition, the manufacturing cost can be reduced and the film formation efficiency (throughput and productivity) can be improved as compared with the film formation by the vapor phase process described above.
即ち、通常の炉での熱処理の場合には、炉内の温度を450〜500℃程度に設定しても30分程度の焼成が必要であるのに対し、本実施の形態においては、数十秒から数分単位(30分以下)で処理を終了させることができる。 That is, in the case of heat treatment in a normal furnace, firing for about 30 minutes is necessary even if the temperature in the furnace is set to about 450 to 500 ° C. The processing can be completed in units of several minutes from the second (30 minutes or less).
次いで、膜の特性が向上する理由について説明する。図15および図16は、本実施の形態の金属アルコキシド塗布膜の加水分解の様子を模式的に示した反応機構図である。 Next, the reason why the film characteristics are improved will be described. 15 and 16 are reaction mechanism diagrams schematically showing the hydrolysis of the metal alkoxide coating film of the present embodiment.
図15(A)に示すように、下層の無機材料表面(層間絶縁膜105)に、水酸基が配位し、この水酸基(OH)とアルコキシド基(R)からROH(アルコール)が脱し、無機材料表面に金属アルコキシド化合物が定着する(図15(B))。さらに、定着した金属アルコキシド化合物同士からも脱ROR反応(脱水反応、脱ROH反応等)が進む。このような反応は、塗布、乾燥および第1焼成の間に行われる。なお、ここでは脱ROR反応として説明したが、図13を参照しながら説明した脱水反応や脱ROH反応も起こる。 As shown in FIG. 15A, a hydroxyl group is coordinated on the surface of the underlying inorganic material (interlayer insulating film 105), and ROH (alcohol) is removed from the hydroxyl group (OH) and the alkoxide group (R). The metal alkoxide compound is fixed on the surface (FIG. 15B). Further, the de-ROR reaction (dehydration reaction, de-ROH reaction, etc.) proceeds from the fixed metal alkoxide compounds. Such a reaction is performed during coating, drying, and first firing. In addition, although it demonstrated as a de-ROR reaction here, the dehydration reaction and de-ROH reaction which were demonstrated referring FIG. 13 also occur.
このような重縮合反応(脱ROR反応、脱水反応、脱ROH反応等)が進んだ状態においても、図16(A)に示すように、未反応の水酸基やアルコキシド基が存在する。そこで、上述の火炎アニールを施すと、未反応のこれらの基から重縮合反応が促進され、良好な透明導電性膜(金属酸化膜)が得られる(図16(B))。 Even in a state where such a polycondensation reaction (de-ROR reaction, dehydration reaction, de-ROH reaction, etc.) has progressed, there are unreacted hydroxyl groups and alkoxide groups as shown in FIG. Therefore, when the above-described flame annealing is performed, the polycondensation reaction is promoted from these unreacted groups, and a good transparent conductive film (metal oxide film) is obtained (FIG. 16B).
即ち、発明者の検討によれば、火炎中もしくは火炎の周囲には、原料ガス(O2、H2)や燃焼による生成物であるH2O(水蒸気)の他、酸素ラジカル(O*)、水酸基ラジカル(OH*)等が存在すると考えられる。これらのラジカルは、例えば、火炎の熱エネルギーにより原料ガスや水蒸気が分解したもの、もしくは反応中間物のラジカル化等により発生すると考えられる。 That is, according to the inventor's study, oxygen radicals (O * ) are present in or around the flame in addition to the raw material gases (O 2 , H 2 ) and H 2 O (water vapor) that is a product of combustion. It is considered that a hydroxyl radical (OH * ) exists. These radicals are considered to be generated by, for example, a material gas or water vapor decomposed by the thermal energy of a flame or radicalization of a reaction intermediate.
このようなラジカルは、反応活性種であり、金属アルコキシド化合物の重縮合反応を促進させる。また、このようなラジカルは、O2、H2Oより、分子サイズが小さく、膜中に拡散しやすい。よって、反応が膜の中心部や底部でも促進されるものと考えられる。その結果、未反応部が低減し、透明導電性膜(金属酸化膜)の膜質が向上すると考えられる。なお、これらのラジカルの膜中への拡散のし易さは、前述した処理時間の短縮にも寄与しているものと考えられる。また、ラジカルは、励起不安定物質であるためその反応速度も速く、処理時間の短縮に寄与する。 Such radicals are reactive species and promote the polycondensation reaction of the metal alkoxide compound. Further, such radicals have a smaller molecular size than O 2 and H 2 O and are likely to diffuse into the film. Therefore, it is considered that the reaction is promoted at the center and bottom of the membrane. As a result, the unreacted part is reduced and the film quality of the transparent conductive film (metal oxide film) is considered to be improved. The ease of diffusion of these radicals into the film is thought to contribute to the reduction of the processing time described above. In addition, since radicals are excited unstable substances, their reaction speed is fast, which contributes to shortening of processing time.
なお、膜の焼成と改質は並行して進むと思われるため、これらの処理を明確に分けることは困難であるが、焼成に十分な火炎アニールを行った後、さらに、改質のための火炎アニールを施してもよい。 It should be noted that since the firing and modification of the film are expected to proceed in parallel, it is difficult to clearly separate these treatments. Flame annealing may be performed.
なお、本実施の形態においては、前述した通り乾燥、第1焼成および第2焼成からなる熱処理の内、第2焼成を火炎アニール処理としたが、他の乾燥や第1焼成も火炎アニール処理としてもよい。この際、ガスバーナー22へ供給される水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の流量や比率を以下に示すように調整してもよい。図17および図18は、本実施の形態の金属アルコキシド塗布膜の加水分解において反応種の関与の様子を模式的に示した反応機構図である。
In the present embodiment, as described above, among the heat treatments including drying, first firing, and second firing, the second firing is the flame annealing treatment, but other drying and first firing are also the flame annealing treatment. Also good. At this time, the flow rate and ratio of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) supplied to the
金属アルコキシド化合物から金属酸化膜への変化の様子は、図15および図16と同じであるためその説明を省略する。図17(A)に示すように、乾燥ステップでの火炎アニールに際しては、加水分解に直接的に寄与する水蒸気(H2O)や水酸基ラジカル(OH*)がリッチな状態で処理することが望ましい。 Since the state of the change from the metal alkoxide compound to the metal oxide film is the same as in FIGS. 15 and 16, the description thereof is omitted. As shown in FIG. 17A, it is desirable that the flame annealing in the drying step be performed in a state rich in water vapor (H 2 O) and hydroxyl radicals (OH * ) that directly contribute to hydrolysis. .
例えば、H2Oリッチとするには、後述する第1焼成や第2焼成よりも水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の流量を多くする、もしくは、ガスバーナー22に別途直接水蒸気を供給するなどの方法が挙げられる。
For example, in order to make H 2 O rich, the flow rate of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) is increased as compared with first firing and second firing described later, or water vapor is directly added to the
また、水酸基ラジカルは、上記H2Oリッチの条件によっても、増加すると考えられるが、さらに、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の比率を、水の化学量論組成である2mol:1molより酸素の組成比(割合、比率)を大きく(酸素リッチに)しても、水酸基ラジカルが増加すると考えられる。なお、供給ガス種を変える、もしくは、外部から火炎に対して励起エネルギーを与える等、他の方法で水酸基ラジカル(OH*)をリッチにすることも考えられる。 Further, although the hydroxyl radical is considered to increase depending on the H 2 O rich condition, the ratio of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) is further changed to 2 mol which is the stoichiometric composition of water. Even if the composition ratio (ratio, ratio) of oxygen is larger than 1 mol (oxygen-rich), the hydroxyl radical is considered to increase. It is also conceivable to enrich the hydroxyl radical (OH * ) by other methods such as changing the type of supply gas or applying excitation energy to the flame from the outside.
次いで、第1焼成ステップの火炎アニールを行う。この場合は、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の流量を下げ、もしくは、水蒸気の供給を停止する。また、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の比率を、水の化学量論組成である2mol:1molに戻す。即ち、通常の火炎アニールを施す。なお、この第1焼成ステップの火炎アニールを省略してもよい。 Next, flame annealing in the first firing step is performed. In this case, the flow rate of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) is lowered, or the supply of water vapor is stopped. Further, the ratio of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) is returned to 2 mol: 1 mol which is the stoichiometric composition of water. That is, normal flame annealing is performed. In addition, you may abbreviate | omit the flame annealing of this 1st baking step.
次いで、第2焼成ステップの火炎アニールにおいては、図18に示すように、重縮合反応や酸化反応に直接的に寄与すると考えられる酸素(O2)や酸素ラジカル(O2 *、O*)がリッチな状態で処理することが望ましいと考えられる。 Next, in the flame annealing of the second firing step, as shown in FIG. 18, oxygen (O 2 ) and oxygen radicals (O 2 * , O * ) that are considered to contribute directly to the polycondensation reaction and the oxidation reaction are generated. It is considered desirable to process in a rich state.
例えば、酸素(O2)や酸素ラジカル(O2 *、O*)をリッチとするには、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の比率を、水の化学量論組成である2mol:1molより酸素の組成比を大きくする方法が挙げられる。また、他の方法で酸素ラジカル(O2 *、O*)をリッチとしてもよい。 For example, to make oxygen (O 2 ) and oxygen radicals (O 2 * , O * ) rich, the ratio of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) is the stoichiometric composition of water. A method of increasing the oxygen composition ratio from 2 mol to 1 mol is mentioned. Further, oxygen radicals (O 2 * , O * ) may be enriched by other methods.
なお、このように乾燥、第1焼成および第2焼成の各ステップを火炎アニールで行う場合には、一連の処理として行うことができる。即ち、火炎アニール処理の初期(第1期)においては、水蒸気(H2O)や水酸基ラジカルがリッチな状態となるよう、ガスバーナー22へ供給される各種ガスを調整し、中期(第2期)においては、通常の条件に戻し、後期(第3期)においては、酸素(O2)や酸素ラジカル(O2 *、O*)がリッチな状態となるよう、ガスバーナー22へ供給される各種ガスを調整する。なお、中期を省略してもよい。
In addition, when performing each step of drying, 1st baking, and 2nd baking by flame annealing in this way, it can carry out as a series of processes. That is, in the initial stage (first stage) of the flame annealing treatment, various gases supplied to the
このように、本実施の形態においては、金属アルコキシド塗布膜の熱処理(乾燥、第1、第2焼成)に際し、加水分解や重縮合反応の反応種の関与を考慮して、ガスバーナー22へ供給される各種ガスを調整したので、反応がさらに促進され、膜の改質を行うことができ、膜中の未反応部の低減を図ることができる。その結果、装置特性の向上を図ることができる。
As described above, in the present embodiment, in the heat treatment (drying, first and second firing) of the metal alkoxide coating film, supply to the
また、前述の一連の火炎アニール処理が終了した後(第3期以降)に、第4期の処理として水素(H2)や水素ラジカル(H2 *、H*)がリッチな状態となるよう、ガスバーナー22へ供給される各種ガスを調整する。
In addition, after the above-described series of flame annealing processes is completed (from the third period), hydrogen (H 2 ) and hydrogen radicals (H 2 * , H * ) are brought into a rich state as the fourth process. The various gases supplied to the
例えば、水素(H2)や水素ラジカル(H2 *、H*)をリッチとするには、水素ガス(H2)、酸素ガス(O2)の比率を、水の化学量論組成である2mol:1molより水素の組成比を大きくする方法が挙げられる。他の方法で水素ラジカル(H2 *、H*)をリッチとしてもよい。 For example, in order to make hydrogen (H 2 ) and hydrogen radicals (H 2 * , H * ) rich, the ratio of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) is the stoichiometric composition of water. An example is a method in which the composition ratio of hydrogen is larger than 2 mol: 1 mol. The hydrogen radical (H 2 * , H * ) may be rich by other methods.
かかる処理を行うことによって、透明導電性膜(金属酸化物)の導電率が良くなる(抵抗値が下がる)。図19は、水素等がリッチな状態で処理を行った場合の透明導電性膜の低抵抗化の様子を示す模式図である。図19(A)に示すように、透明導電性膜のキャリア密度は、例えばITOの場合には、4価のSnによるキャリアの生成の他に、酸素空孔(酸素欠陥)によるキャリアの生成も関与する。従って、膜質を維持しながらも酸素空孔が多い方が、抵抗が低い。 By performing this treatment, the conductivity of the transparent conductive film (metal oxide) is improved (resistance value is lowered). FIG. 19 is a schematic diagram showing how the resistance of the transparent conductive film is lowered when processing is performed in a state where hydrogen or the like is rich. As shown in FIG. 19A, the carrier density of the transparent conductive film is, for example, in the case of ITO, in addition to the generation of carriers due to tetravalent Sn, the generation of carriers due to oxygen vacancies (oxygen defects) is also possible. concern. Therefore, the resistance is lower when there are more oxygen vacancies while maintaining the film quality.
そこで、図19(B)に示すように、水素(H2)や水素ラジカル(H2 *、H*)をリッチとした火炎アニールにより、酸素を引き抜き(図19(C))、キャリア密度を増加させ、低抵抗化を図るのである。 Therefore, as shown in FIG. 19B, oxygen is extracted (FIG. 19C) by flame annealing in which hydrogen (H 2 ) and hydrogen radicals (H 2 * , H * ) are rich, and the carrier density is increased. This is to increase the resistance.
なお、金属アルコキシド化合物、有機溶剤および形成される透明導電性膜(金属酸化物)としてITOを形成する場合の金属アルコキシド化合物としては、トリメトキシインジウム(In(OCH3)3)、トリエトキシインジウム(In(OC2H5)3)、トリ-i-プロポキシインジウム(In(O−I−C3H7)3、メトキシエトキシインジウム(In(OCH2CH2OCH3)3等が挙げられる。この他、前述のゾルゲル法により透明導電性膜106(ITO、TO,FTO、AZO等)を形成することができる。 In addition, as a metal alkoxide compound in the case of forming ITO as a metal alkoxide compound, an organic solvent, and a transparent conductive film (metal oxide) to be formed, trimethoxyindium (In (OCH 3 ) 3 ), triethoxyindium ( In (OC 2 H 5 ) 3 ), tri-i-propoxy indium (In (O—I—C 3 H 7 ) 3 , methoxyethoxy indium (In (OCH 2 CH 2 OCH 3 ) 3, etc.). In addition, the transparent conductive film 106 (ITO, TO, FTO, AZO, etc.) can be formed by the sol-gel method described above.
次いで、以上の工程で形成された透明導電性膜106をパターニングすることにより、ソース、ドレイン電極(ソース、ドレイン引き出し電極、引き出し配線)106a、106bを形成する(図12(B)参照)。なお、106a、106bのうち、いずれか一方がソース電極となり、他方がドレイン電極となる。また、ソース、ドレイン電極106bを延在させ画素電極1223としてもよい(図10(B)参照)。
Next, by patterning the transparent
また、画素電極(透明電極)1223単体を本発明の方法で形成してもよい。例えば、画素電極(透明電極)1223を本発明を用いて形成する場合、ソース、ドレイン電極106b上に例えば層間絶縁膜を介して前述したように金属アルコキシド化合物を塗布し、火炎アニール処理を施し、透明導電性膜(金属酸化物)として例えばITOを形成する。その後、所望の形状にパターニングし、画素電極(透明電極)1223とする。なお、あらかじめソース、ドレイン電極106bより下層に透明導電性膜(金属酸化物)として例えばITOを形成した後、ソース、ドレイン電極106b形成の際に、これらを接続してもよい。また、当該画素電極1223と対向する電極(例えば第2の基板1230表面に形成される電極)に本発明を適用してもよい。この場合、基板上に、金属アルコキシド化合物を塗布し、火炎アニール処理を施し、透明導電性膜(金属酸化物)として例えばITOを形成する。その後、必要に応じてパターニングし、電極(透明電極)とする。
Further, the pixel electrode (transparent electrode) 1223 alone may be formed by the method of the present invention. For example, when the pixel electrode (transparent electrode) 1223 is formed using the present invention, a metal alkoxide compound is applied on the source /
なお、これらの電極は、透過性を有する必要があり、本発明の透明導電性膜(金属酸化物)を用いて好適である。 In addition, these electrodes need to have permeability, and are suitable using the transparent conductive film (metal oxide) of the present invention.
以上の工程によって、TFT(第1の基板側)がほぼ完成する。次いで、別途形成された第2の基板と、第1の基板とを貼り合わせ、液晶を注入することにより、液晶表示装置が略完成する(図10(A)参照)。 Through the above steps, the TFT (first substrate side) is almost completed. Next, a separately formed second substrate is bonded to the first substrate, and liquid crystal is injected, whereby the liquid crystal display device is almost completed (see FIG. 10A).
なお、本実施の形態においては、有機金属化合物として、金属アルコキシド化合物(形成する金属酸化物を構成する金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等)を用いたが、この他、対象金属のアセテート化合物を用いてもよい。 In the present embodiment, a metal alkoxide compound (metal methoxide, ethoxide, propoxide, butoxide, etc. constituting the metal oxide to be formed) is used as the organometallic compound. A compound may be used.
また、本実施の形態においては、透明導電性膜を用いる電子デバイスとしてTFTや画素電極を例に説明したが、かかる部位に限定されることはなく、透明導電性膜を用いる装置に広く適用可能である。 In this embodiment, the TFT and the pixel electrode are described as an example of the electronic device using the transparent conductive film. However, the present invention is not limited to such a part and can be widely applied to apparatuses using the transparent conductive film. It is.
また、本発明は、ゾルゲル法の他、MOD(metal organic deconposition)法による金属酸化物の形成にも適用可能である。MOD法は、ゾルゲル法と同様に金属化合物の有機溶媒溶液を塗布して熱処理を施すことにより金属酸化物を形成する方法であるが、その主たる反応が熱分解であることがゾルゲル法と異なる。しかしながら、本発明の火炎アニールにより発生するラジカル等は、かかる熱分解も促進させると考えられる。従って、MOD法の熱処理に本発明の火炎アニールを用いることにより、熱分解が促進され、形成される膜の熱処理(焼成)を短時間で行うとともに、膜中の未反応部の低減を図ることができ、膜の改質を行うことができる。 In addition to the sol-gel method, the present invention can also be applied to the formation of metal oxides by a MOD (metal organic deconposition) method. The MOD method is a method of forming a metal oxide by applying an organic solvent solution of a metal compound and performing a heat treatment in the same manner as the sol-gel method, but the main reaction is different from the sol-gel method in that the main reaction is thermal decomposition. However, radicals generated by the flame annealing of the present invention are considered to promote such thermal decomposition. Therefore, by using the flame annealing of the present invention for the heat treatment of the MOD method, thermal decomposition is promoted, heat treatment (firing) of the formed film is performed in a short time, and unreacted parts in the film are reduced. The film can be modified.
このように、本発明は、金属化合物の有機溶媒溶液を用いた成膜方法に広く適用可能である。
<電気光学装置および電子機器の説明>
次に、前述の実施の形態で説明した方法で形成される電子デバイス(液晶表示装置)が使用される電気光学装置や電子機器について説明する。
As described above, the present invention can be widely applied to a film forming method using an organic solvent solution of a metal compound.
<Description of electro-optical device and electronic device>
Next, an electro-optical device and an electronic apparatus in which the electronic device (liquid crystal display device) formed by the method described in the above embodiment is used will be described.
前述の電子デバイス(例えばTFTのような半導体装置)は、例えば、電気光学装置(表示装置)の駆動素子として用いられる。図20に、本発明の電気光学装置を用いた電子機器の例を示す。図20(A)は携帯電話への適用例であり、図20(B)は、ビデオカメラへの適用例である。また、図20(C)は、テレビジョンへ(TV)の適用例であり、図20(D)は、ロールアップ式テレビジョンへの適用例である。 The aforementioned electronic device (for example, a semiconductor device such as a TFT) is used as, for example, a drive element of an electro-optical device (display device). FIG. 20 shows an example of an electronic apparatus using the electro-optical device of the invention. FIG. 20A shows an application example to a mobile phone, and FIG. 20B shows an application example to a video camera. 20C illustrates an example of application to television (TV), and FIG. 20D illustrates an example of application to roll-up television.
図20(A)に示すように、携帯電話530には、アンテナ部531、音声出力部532、音声入力部533、操作部534および電気光学装置(表示部)500を備えている。この電気光学装置に、本発明の電気光学装置を使用することができる。
As shown in FIG. 20A, the
図20(B)に示すように、ビデオカメラ540には、受像部541、操作部542、音声入力部543および電気光学装置(表示部)500を備えている。この電気光学装置に、本発明の電気光学装置を使用することができる。
As shown in FIG. 20B, the
図20(C)に示すように、テレビジョン550は、電気光学装置(表示部)500を備えている。この電気光学装置に、本発明の電気光学装置を使用することができる。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置(電気光学装置)にも本発明の電気光学装置を使用することができる。
As illustrated in FIG. 20C, the
図20(D)に示すように、ロールアップ式テレビジョン560は、電気光学装置(表示部)500を備えている。この電気光学装置に、本発明の電気光学装置を使用することができる。
As illustrated in FIG. 20D, the roll-up
なお、電気光学装置を有する電子機器には、上記の他、大型スクリーン、パーソナルコンピュータ、携帯型情報機器(いわゆるPDA、電子手帳)等、さらには、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイなど、各種のものが含まれる。 In addition to the above, electronic devices having electro-optical devices include large screens, personal computers, portable information devices (so-called PDAs, electronic notebooks), etc., and fax machines with display functions, digital camera finders, mobile phones, etc. Various types such as a type TV, an electric bulletin board, and an advertising display are included.
11…水タンク、12…電気分解槽、15…ガスコントローラ、21…チャンバー(処理室)、22…ガスバーナー、22a…導気管、22b…遮蔽器、22c…燃焼室、22d…ノズル、22e…流出口、51…ステージ部、100…ガラス基板(基板)、101…下地保護膜、102…シリコン膜、103…ゲート絶縁膜、104…導電性膜、104a、104b…ソース、ドレイン領域、105…層間絶縁膜、106c…ポリシラザン塗布膜、106…導電性膜、106a、106b…ソース、ドレイン電極、500…電気光学装置、530…携帯電話、531…アンテナ部、532…音声出力部、533…音声入力部、534…操作部、540…ビデオカメラ、541…受像部、542…操作部、543…音声入力部、550…テレビジョン、560…ロールアップ式テレビジョン、1000…透過型液晶表示装置、1020…液晶パネル、1060…バックライト、1220…第1の基板、1223…画素電極、1224…走査線、1228…信号線1228、1230…第2の基板、1240…液晶層、G…ゲート電極、T…薄膜トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
基板上に塗布された有機金属化合物溶液に、水素及び酸素の混合ガスを燃料とするガスバーナーの火炎を熱源とした熱処理を施し、有機金属化合物溶液の加水分解もしくは重縮合反応を促進することにより、前記有機金属化合物が焼成して成る導電性膜を形成する工程を有することを特徴とする成膜方法。 A film forming method comprising:
The organometallic compound solution applied on the substrate is subjected to a heat treatment using a flame of a gas burner using a mixed gas of hydrogen and oxygen as a heat source to promote hydrolysis or polycondensation reaction of the organometallic compound solution. A film forming method comprising a step of forming a conductive film formed by firing the organometallic compound.
(a)前記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molとした場合より水酸基ラジカル(OH*)がリッチな状態で行われる第1処理と、
(b)前記第1処理の後に、前記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molより酸素の組成比が大きい状態で行われる第2処理と、
を含むことを特徴とする請求項1記載の成膜方法。 The heat treatment
(A) First treatment performed in a state where the hydroxyl radical (OH * ) is richer than when the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is 2 mol: 1 mol which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O). When,
(B) After the first treatment, the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is set to a second state in which the oxygen composition ratio is larger than 2 mol: 1 mol which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O). Processing,
The film forming method according to claim 1, further comprising:
(c)前記混合ガスの水素及び酸素の比を水(H2O)の化学量論組成比である2mol:1molより水素の組成比が大きい状態で行われる第3処理を含むことを特徴とする請求項6記載の成膜方法。 The heat treatment further includes
(C) including a third treatment in which the ratio of hydrogen and oxygen in the mixed gas is performed in a state in which the composition ratio of hydrogen is larger than 2 mol: 1 mol, which is the stoichiometric composition ratio of water (H 2 O). The film forming method according to claim 6.
An electronic apparatus comprising the electronic device according to claim 11.
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