JP2010093164A - Thin-film transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Katsura Hirai
桂 平井
Makoto Honda
本田  誠
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate conversion of an oxide semiconductor precursor formed from a coated film into an oxide film by microwave heating, thereby improving a production efficiency of a thin-film transistor element having an oxide semiconductor film as an active layer. <P>SOLUTION: In a method of manufacturing a thin-film transistor for heating an oxide semiconductor precursor thin film and converting it to an oxide semiconductor film, a material which absorbs microwaves and generates heat is disposed inside the precursor thin film or in contact with the precursor thin film, and microwaves are applied to the material so that it is converted to the oxide semiconductor film. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、水溶液により塗布可能な金属塩を前駆体に用いこれに半導体変換処理を行って金属酸化物半導体を形成する、半導体変換処理の効率が高い金属酸化物半導体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide semiconductor with high semiconductor conversion efficiency, wherein a metal salt that can be applied with an aqueous solution is used as a precursor to perform a semiconductor conversion process to form a metal oxide semiconductor.

非晶質酸化物を活性層に利用した薄膜トランジスタが知られている(例えば、特許文献1,2)。   A thin film transistor using an amorphous oxide as an active layer is known (for example, Patent Documents 1 and 2).

従来は半導体薄膜の成膜に蒸着法、パルスレーザー堆積法やスパッタ法などを用いており、フォトリソグラフを用いてパターン化するのが一般的であった。またその都度、フォトレジストを用いるなど、工程が煩雑となっていた。   Conventionally, a vapor deposition method, a pulse laser deposition method, a sputtering method, or the like is used to form a semiconductor thin film, and patterning is generally performed using a photolithograph. Also, each time the process is complicated, such as using a photoresist.

一方、前駆体となる金属膜を酸化し金属酸化物半導体膜に変換する技術として、基板上に形成したCu、Zn、Al等の金属を含む膜を、熱酸化やプラズマ酸化等により酸化し金属酸化物半導体膜に変換する試みがされている(例えば特許文献3)。ドーパントにIn等の記載もある。   On the other hand, as a technique for oxidizing a metal film as a precursor and converting it to a metal oxide semiconductor film, a film containing a metal such as Cu, Zn, Al, etc. formed on a substrate is oxidized by thermal oxidation, plasma oxidation, etc. Attempts to convert to an oxide semiconductor film have been made (for example, Patent Document 3). There is a description such as In in the dopant.

塗布により前駆体である有機金属を含む薄膜を形成し、これを分解酸化(加熱、分解反応)することで、非晶質酸化物半導体を形成するものも知られている(例えば特許文献4)。   It is also known that an amorphous oxide semiconductor is formed by forming a thin film containing an organic metal as a precursor by coating and subjecting it to decomposition oxidation (heating, decomposition reaction) (for example, Patent Document 4). .

また、ゾルゲル法による酸化物半導体薄膜の合成についても知られている(非特許文献1)。   In addition, synthesis of an oxide semiconductor thin film by a sol-gel method is also known (Non-Patent Document 1).

これらによれば、複雑な工程を用いずに塗布法により前駆体薄膜を形成しこれを熱酸化又はプラズマ酸化等を用い変換処理することで酸化物半導体薄膜を容易に形成できる。   According to these, an oxide semiconductor thin film can be easily formed by forming a precursor thin film by a coating method without using a complicated process and performing a conversion treatment using thermal oxidation or plasma oxidation.

しかしながら、通常の熱酸化法を用いる場合、300℃以上の非常に高い温度域での処理が必要であり、エネルギー効率が悪く、比較的長い処理時間を要してしまうことや、処理中の基板温度も処理温度と同じ温度まで上昇するため、軽く、フレキシビリティを有する樹脂基板などへの適用が困難となる。   However, when a normal thermal oxidation method is used, processing in a very high temperature range of 300 ° C. or higher is necessary, energy efficiency is low, a relatively long processing time is required, and a substrate being processed Since the temperature also rises to the same temperature as the processing temperature, it is difficult to apply it to a resin substrate that is light and flexible.

また、プラズマ酸化の場合は、非常に反応性の高いプラズマ空間で処理を行うために、薄膜トランジスタの製造プロセスにて、電極や絶縁膜などを劣化させ、移動度やoff電流(暗電流)が悪化するなどの問題が発生する。   In the case of plasma oxidation, since processing is performed in a very reactive plasma space, in the thin film transistor manufacturing process, electrodes and insulating films are deteriorated, and mobility and off current (dark current) deteriorate. Problems occur.

従って、前駆体から半導体への変換に要するエネルギー効率を向上させ特性の劣化を向上させることが必要とされる。
特開2006−165528号公報 特開2006−186319号公報 特開2003−179242号公報 特開2005−223231号公報 化学工業2006年12月号7頁〜12頁
Therefore, it is necessary to improve the energy efficiency required for the conversion from the precursor to the semiconductor and to improve the deterioration of characteristics.
JP 2006-165528 A JP 2006-186319 A JP 2003-179242 A JP 2005-223231 A Chemical Industry, December 2006, pages 7-12

従って、本発明の目的は、マイクロ波加熱を用いることによって、塗布膜から形成される酸化物半導体の前駆体の酸化膜への変換を容易として、酸化物半導体膜を活性層とする薄膜トランジスタ素子の生産効率を向上させることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to facilitate conversion of an oxide semiconductor precursor formed from a coating film into an oxide film by using microwave heating, and to provide a thin film transistor element having an oxide semiconductor film as an active layer. It is to improve production efficiency.

本発明の上記の目的は以下の手段により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

1.酸化物半導体の前駆体薄膜を加熱して酸化物半導体膜に転化させる薄膜トランジスタの製造方法において、マイクロ波を吸収し発熱する材料を前駆体薄膜の内部、又は前駆体薄膜に接して配置し、この材料にマイクロ波を照射することにより、酸化物半導体膜への転化を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。   1. In a thin film transistor manufacturing method in which a precursor thin film of an oxide semiconductor is heated to be converted into an oxide semiconductor film, a material that absorbs microwaves and generates heat is disposed inside the precursor thin film or in contact with the precursor thin film. A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the material is converted into an oxide semiconductor film by irradiation with microwaves.

2.酸化物半導体の前駆体薄膜が、前駆体の溶液又は分散液の塗布膜から形成されることを特徴とする前記1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   2. 2. The method for producing a thin film transistor according to 1 above, wherein the oxide semiconductor precursor thin film is formed from a coating solution of a precursor solution or dispersion.

3.マイクロ波を吸収し発熱する材料が、金属酸化物であることを特徴とする前記1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   3. 3. The method of manufacturing a thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein the material that absorbs microwaves and generates heat is a metal oxide.

4.発熱する材料が導電体であることを特徴とする前記3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   4). 4. The method of manufacturing a thin film transistor according to 3 above, wherein the material that generates heat is a conductor.

5.発熱する材料が金属酸化物の微粒子であることを特徴とする前記3又は4に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   5. 5. The method for producing a thin film transistor according to 3 or 4 above, wherein the material that generates heat is fine particles of metal oxide.

6.前記1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて作成された薄膜トランジスタ。   6). 6. A thin film transistor produced using the method for producing a thin film transistor according to any one of 1 to 5 above.

本発明により、塗布膜から形成される酸化物半導体の前駆体の酸化膜への変換を、マイクロ波加熱を用いることによって容易として、酸化物半導体膜を活性層とする薄膜トランジスタ素子の生産効率を向上させることができる。   According to the present invention, conversion of an oxide semiconductor precursor formed from a coating film into an oxide film can be facilitated by using microwave heating, and the production efficiency of a thin film transistor element using an oxide semiconductor film as an active layer is improved. Can be made.

以下本発明を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below.

本発明は、酸化物半導体の前駆体薄膜の半導体への変換に、電磁波吸収能をもつ材料を用いて、変換のエネルギー効率を向上させるものである。   The present invention improves the energy efficiency of conversion by using a material having an electromagnetic wave absorbing ability for converting an oxide semiconductor precursor thin film into a semiconductor.

このような方法によれば、塗布プロセス(印刷やIJ)により半導体薄膜の製造が可能であり、かつ、特性の劣化なしに前駆体薄膜の半導体への変換を効率よく行うことができ、また生産効率の向上が図れる。   According to such a method, a semiconductor thin film can be manufactured by a coating process (printing or IJ), and the precursor thin film can be efficiently converted into a semiconductor without deterioration of the characteristics. Efficiency can be improved.

(マイクロ波の照射)
本発明においては、金属酸化物の前駆体薄膜に対し、マイクロ波を吸収し発熱する材料を前駆体薄膜の内部、又は前駆体薄膜に接して配置し、ここにマイクロ波(0.5〜50GHz)を照射する。するとマイクロ波を吸収する材料が発熱するので、この発熱を用いてこれに近接した前記前駆体薄膜を酸化物半導体膜に効率よく変換することが可能である。
(Microwave irradiation)
In the present invention, a material that absorbs microwaves and generates heat with respect to a metal oxide precursor thin film is disposed inside the precursor thin film or in contact with the precursor thin film, and the microwave (0.5 to 50 GHz) is disposed here. ). Then, since the material that absorbs microwaves generates heat, it is possible to efficiently convert the precursor thin film adjacent thereto to an oxide semiconductor film using the generated heat.

半導体の前駆体薄膜の内部にマイクロ波を吸収し発熱する材料を、例えば微粒子状態で分散させ含有させれば、また、前駆体薄膜に接してマイクロ波を吸収し発熱する材料の微粒子を均一に配置することで、マイクロ波を照射したとき、マイクロ波を吸収し発熱する材料中の電子が振動し、ジュール熱が発生するので、前駆体薄膜が内部から、又極近接領域から均一に加熱される。   If a material that absorbs microwaves and generates heat inside the semiconductor precursor thin film is dispersed, for example, in the form of fine particles, the fine particles of the material that absorbs microwaves and generates heat in contact with the precursor thin film are uniformly distributed. By arranging, when irradiated with microwaves, electrons in the material that absorbs microwaves and generates heat oscillates, generating Joule heat, so the precursor thin film is heated uniformly from the inside and from the close proximity region. The

マイクロ波加熱においては、マイクロ波吸収は吸収が強い物質に集中し、尚且つ非常に短時間で500〜600℃にまで昇温することが可能なため、本発明にこの方法を用いた場合に、基板自身には電磁波による加熱の影響を与えず、前駆体薄膜中にあるマイクロ波を吸収して発熱する材料が短時間で昇温して、前駆体薄膜を加熱・焼成して、前駆体薄膜を半導体に変換することが可能となる。例えば、ガラスや樹脂等の基板には、マイクロ波領域に吸収が殆ど無いため、半導体の基板自体は殆ど発熱せずに半導体の前駆体薄膜部のみを選択的に加熱することができる。   In microwave heating, microwave absorption concentrates on strongly absorbing substances and can be heated up to 500-600 ° C. in a very short time. Therefore, when this method is used in the present invention, The substrate itself is not affected by heating due to electromagnetic waves, and the material that absorbs microwaves in the precursor thin film and generates heat rises in a short time, and the precursor thin film is heated and fired to obtain the precursor. It becomes possible to convert a thin film into a semiconductor. For example, since a substrate such as glass or resin hardly absorbs in the microwave region, the semiconductor substrate itself hardly generates heat, and only the semiconductor precursor thin film portion can be selectively heated.

マイクロ波とは、一般的に、0.5〜50GHzの周波数をもつ電磁波のことを指し、携帯通信で用いられる0.8MHz及び1.5GHz帯、2GHz帯、アマチュア無線、航空機レーダー等で用いられる1.2GHz帯、電子レンジ、構内無線、VICS等で用いられる2.4GHz帯、船舶レーダー等に用いられる3GHz帯、その他ETCの通信に用いられる5.6GHzなどは全てマイクロ波の範疇に入る電磁波である。   The microwave generally refers to an electromagnetic wave having a frequency of 0.5 to 50 GHz, and is used in 0.8 MHz and 1.5 GHz band, 2 GHz band, amateur radio, aircraft radar, etc. used in mobile communication. The 1.2 GHz band, microwave oven, local radio, 2.4 GHz band used for VICS, 3 GHz band used for ship radar, etc., and 5.6 GHz used for other ETC communications are all in the microwave category. It is.

本発明において、マイクロ波を吸収し発熱する材料としては、金属酸化物であることが好ましい。酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛等が好ましく、中でも、導電体が好ましく、導電体であるITO、またIZO等を用いると、In酸化物、Zn酸化物、そして特にSn酸化物は電磁波吸収能が高いので、マイクロ波照射をしたとき強い熱源となり、例えば、これらの微粒子が前駆体薄膜中に均一に分散されているとき、またこれらの微粒子が前駆体薄膜上均一に配置されたとき、マイクロ波照射によりITOの発熱で前駆体薄膜は急激に内部から或いは極近接位から加熱されるので、半導体への変換が速やかに行われ、焼成(熱酸化)による酸化物半導体の形成の効率を向上させることができる。   In the present invention, the material that absorbs microwaves and generates heat is preferably a metal oxide. Indium oxide, tin oxide, zinc oxide, and the like are preferable. Among them, a conductor is preferable, and when ITO, IZO, or the like, which is a conductor, is used, In oxide, Zn oxide, and particularly Sn oxide have electromagnetic wave absorption ability. Because it is high, it becomes a strong heat source when irradiated with microwaves.For example, when these fine particles are uniformly dispersed in the precursor thin film, and when these fine particles are uniformly arranged on the precursor thin film, The precursor thin film is rapidly heated from the inside or from a very close position due to the heat generation of ITO by irradiation, so that the conversion to a semiconductor is performed quickly and the efficiency of forming an oxide semiconductor by firing (thermal oxidation) is improved. be able to.

従って、本発明は、半導体前駆体薄膜を選択的に短時間で均一に、加熱できる。   Therefore, the present invention can selectively and uniformly heat the semiconductor precursor thin film in a short time.

金属酸化物半導体の前駆体薄膜に、マイクロ波を吸収して発熱する材料を含有させマイクロ波の照射を行う方法は、短時間で前駆体薄膜に焼成反応を進行させる方法である。但し、熱伝導により少なからず基材にも熱が伝わるため、特に樹脂基板の様な耐熱性の低い基材の場合は、マイクロ波の出力、照射時間、更には照射回数を制御する事で基板温度が50℃〜200℃、前駆体を含有する薄膜の表面温度が200〜400℃になる様に処理することができる。薄膜表面の温度、基板の温度等は熱電対を用いた表面温度計、また非接触の表面温度計により測定が可能である。   A method in which a metal oxide semiconductor precursor thin film contains a material that absorbs microwaves to generate heat and is irradiated with microwaves is a method in which the precursor thin film is subjected to a firing reaction in a short time. However, since heat is transferred to the base material due to heat conduction, the substrate can be controlled by controlling the microwave output, the irradiation time, and the number of times of irradiation, especially in the case of a base material with low heat resistance such as a resin substrate. It can process so that temperature may be 50 to 200 degreeC and the surface temperature of the thin film containing a precursor will be 200 to 400 degreeC. The temperature of the thin film surface, the temperature of the substrate, etc. can be measured by a surface thermometer using a thermocouple or a non-contact surface thermometer.

また、本発明においては、「前駆体薄膜の内部或いは前駆体に接して配置し」というのは、前駆体薄膜の内部に、マイクロ波を吸収し発熱する材料が孤立した島として例えば粒子状で互いに分離した形で内部或いは前記薄膜に接して配置されていることをいう。従って、マイクロ波を吸収し発熱する材料としては微粒子状であることが好ましく、また、薄膜トランジスタ素子等においては、半導体層に接し或いは隣接してソース、ドレイン電極、またゲート電極、バスライン等を備えているが、特に、ソース、ドレイン電極をショートさせる連続した層を、マイクロ波を吸収する材料が形成しないようにマイクロ波を吸収し発熱する材料が分散され、配置されることが好ましい。   In the present invention, “arranged in the precursor thin film or in contact with the precursor” means that the island that absorbs microwaves and generates heat is isolated in the precursor thin film, for example, in the form of particles. This means that they are arranged inside or in contact with the thin film in a form separated from each other. Accordingly, the material that absorbs microwaves and generates heat is preferably in the form of fine particles, and the thin film transistor element or the like includes a source, a drain electrode, a gate electrode, a bus line, etc. in contact with or adjacent to the semiconductor layer. However, it is particularly preferable that the continuous layer that short-circuits the source and drain electrodes is dispersed and disposed so that the material that absorbs the microwave and generates heat so that the material that absorbs the microwave does not form.

例えば、導電体であるITO等の微粒子を用いる。平均粒子径1nm〜5μmの微粒子、特に5nm〜100nmが好ましく、半導体薄膜平面に対し、10個/μm以下0.1個/μm以上の面密度で配置されるのが好ましい。個数は、光学顕微鏡、電子顕微鏡、AFMなどのSPMなどを用いることで測定できる。 For example, fine particles such as ITO as a conductor are used. Fine particles having an average particle diameter of 1 nm to 5 μm, particularly 5 nm to 100 nm are preferable, and they are preferably arranged at a surface density of 10 5 particles / μm 2 or less and 0.1 particles / μm 2 or more with respect to the semiconductor thin film plane. The number can be measured by using an SPM such as an optical microscope, an electron microscope, or an AFM.

マイクロ波を吸収し発熱する材料としては、In、Sn、Zn、Mn、Moなどのいずれかの金属元素を含む酸化物や、SiやGeなどの半導体が好ましく、ドープなどの手法により導電率を0.1S/cm以上に向上させた導電体もしくは抵抗体が好ましい。例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、IZO、ITO、FTO、AZO等が好ましい。特にITO微粒子が非常に微細且つ高分散であり好ましい。   As a material that absorbs microwaves and generates heat, an oxide containing any metal element such as In, Sn, Zn, Mn, or Mo, or a semiconductor such as Si or Ge is preferable. The conductivity is increased by a technique such as doping. A conductor or resistor improved to 0.1 S / cm or more is preferable. For example, indium oxide, tin oxide, zinc oxide, IZO, ITO, FTO, AZO and the like are preferable. In particular, ITO fine particles are preferable because they are very fine and highly dispersed.

これらの金属酸化物微粒子は、例えば、pHを調製した溶液を加熱して得たゲル状物から、これを加熱、低温焼結する等の方法により得られるもので、これらを水或いはアルコール等の適宜な溶媒に分散させた塗料(インク)は、凝集等による目詰まりが発生せず、高分散であり好ましい。   These metal oxide fine particles are obtained, for example, from a gel-like material obtained by heating a solution having a adjusted pH, by a method such as heating or low-temperature sintering. A paint (ink) dispersed in an appropriate solvent is preferable because it does not cause clogging due to aggregation or the like and is highly dispersed.

また、PVS(Physical Vapor Synthesis)法等により製造することができる。金属原料を熱エネルギーによって、金属原子の蒸気として生成し、反応ガス(酸素)との接触により金属酸化物の分子ならびにクラスターを形成する。その後、瞬時に冷却することにより、粒径の増大を抑えた超微粒子材料が製造される。半導体(前駆体)薄膜内部にまたこれに接して配置されることから粒径としては50nm以下のナノ粒子が好ましい。このような粒子として好ましくは、粒径は5nm〜50nmの範囲が好ましい。   Moreover, it can manufacture by the PVS (Physical Vapor Synthesis) method etc. A metal raw material is generated as vapor of metal atoms by thermal energy, and forms metal oxide molecules and clusters by contact with a reactive gas (oxygen). Thereafter, an ultrafine particle material in which an increase in particle size is suppressed is manufactured by instantaneous cooling. Since the semiconductor (precursor) thin film is disposed inside and in contact with the thin film, nanoparticles having a particle size of 50 nm or less are preferable. Such particles are preferably in the range of 5 nm to 50 nm.

これらは市販されており、市場から直接入手することもできる。シーアイ化成社製、NanoTek Slurry ITO、また、SnOなど、アルバック社製のITO分散液などが挙げられる。 These are commercially available and can also be obtained directly from the market. Examples thereof include ITO dispersions manufactured by ULVAC, such as NanoTek Slurry ITO manufactured by CI Kasei Co., Ltd., SnO 2 and the like.

又パウダーとしても入手できSnO微粒子(ナノテックパウダーSnO:21nm)、ITO微粒子(ナノテックパウダーITO:30nm)等が入手でき、種々の溶媒に分散して用いることができる。 Also available as powder, SnO 2 fine particles (Nanotech powder SnO 2 : 21 nm), ITO fine particles (Nanotech powder ITO: 30 nm) and the like can be obtained and used by being dispersed in various solvents.

この様に、マイクロ波加熱を行うことで、本発明の金属酸化物半導体の前駆体薄膜は、この内部或いはこれに接して配置されるマイクロ波を吸収して発熱する材料による熱によって半導体前駆体薄膜が短時間で均一に、かつ高温まで加熱され、酸化物半導体への変換が効率的に行われる。   As described above, by performing microwave heating, the precursor thin film of the metal oxide semiconductor of the present invention absorbs the microwave disposed inside or in contact with the semiconductor precursor by heat from a material that generates heat. The thin film is heated to a high temperature uniformly in a short time, and conversion into an oxide semiconductor is efficiently performed.

マイクロ波照射による加熱処理の効率を高める本発明の方法によれば、電気炉等による焼成処理に比べ、高いプロセス温度を必要とせず短時間で半導体性能得ることができる。   According to the method of the present invention that increases the efficiency of heat treatment by microwave irradiation, semiconductor performance can be obtained in a short time without requiring a high process temperature as compared with baking treatment by an electric furnace or the like.

本発明に係る金属酸化物半導体(薄膜)は、各種の電子デバイスやTFT素子、また電子回路等に用いることができ、低温プロセスで金属酸化物半導体層の作製が可能であり、樹脂基板を用いる薄膜トランジスタ素子(TFT素子)の製造に好ましく適用することができる。   The metal oxide semiconductor (thin film) according to the present invention can be used in various electronic devices, TFT elements, electronic circuits, etc., and a metal oxide semiconductor layer can be produced by a low temperature process, and a resin substrate is used. It can be preferably applied to the manufacture of a thin film transistor element (TFT element).

本発明において、酸化物半導体の前駆体は、加熱により金属酸化物(半導体)に転換する材料であり、本発明においては、マイクロ波を吸収し発熱する材料を前駆体薄膜の内部、又は前駆体薄膜に接して配置し、この材料にマイクロ波を照射することにより、これから発生する熱によって前駆体材料を酸化物半導体に転化させる。   In the present invention, a precursor of an oxide semiconductor is a material that is converted into a metal oxide (semiconductor) by heating. In the present invention, a material that absorbs microwaves and generates heat is used inside the precursor thin film or as a precursor. By placing the thin film in contact with the thin film and irradiating the material with microwaves, the precursor material is converted into an oxide semiconductor by heat generated from the material.

(前駆体)
本発明において酸化物半導体の前駆体材料としては、金属原子含有化合物が挙げられ、金属原子含有化合物としては、金属原子を含む、金属塩、ハロゲン化金属化合物、有機金属化合物等を挙げることができる。
(precursor)
In the present invention, examples of the oxide semiconductor precursor material include metal atom-containing compounds, and examples of the metal atom-containing compound include metal salts, metal halide compounds, and organometallic compounds containing metal atoms. .

金属塩、ハロゲン金属化合物、有機金属化合物の金属としては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を挙げることができる。   Metals of metal salts, halogen metal compounds, and organometallic compounds include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and the like.

それらの金属塩のうち、In(インジウム)、Sn(錫)、Zn(亜鉛)のいずれかの金属イオンを含むことが好ましく、それらを併用して混合させてもよい。   Among these metal salts, it is preferable to contain any metal ion of In (indium), Sn (tin), or Zn (zinc), and they may be used in combination.

また、その他の金属として、Ga(ガリウム)又はAl(アルミニウム)を含むことが好ましい。   Moreover, it is preferable that other metals include Ga (gallium) or Al (aluminum).

金属塩としては、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩又は蓚酸塩が好ましく、更に、硝酸塩、酢酸塩等を、ハロゲン金属化合物としては塩化物、ヨウ化物、臭化物等を好適に用いることができる。   As metal salts, nitrates, sulfates, phosphates, carbonates, acetates or oxalates are preferred. Further, nitrates, acetates, etc. are used, and chlorides, iodides, bromides, etc. are suitably used as halogen metal compounds. be able to.

有機金属化合物としては、下記の一般式(I)で示すものが挙げられる。   Examples of the organometallic compound include those represented by the following general formula (I).

一般式(I) R MR
式中、Mは金属、Rはアルキル基、Rはアルコキシ基、Rはβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基であり、金属Mの価数をmとした場合、x+y+z=mであり、x=0〜m、またはx=0〜m−1であり、y=0〜m、z=0〜mで、いずれも0または正の整数である。Rのアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。R2のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができる。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。R3のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、2,4−ペンタンジオン(アセチルアセトン或いはアセトアセトンともいう)、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−2,4−ペンタンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えばアセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基(またはアセトキシ基)、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は18以下が好ましい。また直鎖又は分岐のもの、また水素原子をフッ素原子にしたものでもよい。有機金属化合物の中では、分子内に少なくとも1つ以上の酸素を有するものが好ましい。このようなものとしてRのアルコキシ基を少なくとも1つを含有する有機金属化合物、またRのβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基を少なくとも1つ有する金属化合物が最も好ましい。金属塩のうちでは、硝酸塩が好ましい。硝酸塩は高純度品が入手しやすく、また使用時の媒体として好ましい水に対する溶解度が高い。硝酸塩としては、硝酸インジウム、硝酸錫、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム等が挙げられる。
Formula (I) R 1 x MR 2 y R 3 z
In the formula, M is a metal, R 1 is an alkyl group, R 2 is an alkoxy group, R 3 is a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group, and a ketooxy group (ketooxy complex group). X + y + z = m, x = 0 to m, or x = 0 to m−1, and y = 0 to m, z = 0. ~ M, each of which is 0 or a positive integer. Examples of the alkyl group for R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Examples of the alkoxy group for R2 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and a 3,3,3-trifluoropropoxy group. Further, a hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the group selected from the β-diketone complex group, β-ketocarboxylic acid ester complex group, β-ketocarboxylic acid complex group and ketooxy group (ketooxy complex group) of R3 include, for example, 2,4-diketone complex group, Pentanedione (also called acetylacetone or acetoacetone), 1,1,1,5,5,5-hexamethyl-2,4-pentanedione, 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione, 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione and the like, and β-ketocarboxylic acid ester complex groups include, for example, acetoacetic acid methyl ester, acetoacetic acid ethyl ester, acetoacetic acid propyl ester, trimethylacetoacetic acid Ethyl, methyl trifluoroacetoacetate and the like can be mentioned, and examples of β-ketocarboxylic acid include , Acetoacetic acid, there may be mentioned trimethyl acetoacetate, and as Ketookishi, for example, can be exemplified acetoxy group (or an acetoxy group), a propionyloxy group, Buchirirokishi group, acryloyloxy group, a methacryloyloxy group. These groups preferably have 18 or less carbon atoms. Further, it may be linear or branched, or a hydrogen atom may be a fluorine atom. Among organometallic compounds, those having at least one oxygen in the molecule are preferable. As such, an organometallic compound containing at least one alkoxy group of R 2 , a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group and a ketooxy group (ketooxy group) of R 3 Most preferred are metal compounds having at least one group selected from (complex groups). Of the metal salts, nitrates are preferred. Nitrate is easily available as a high-purity product and has high solubility in water, which is preferable as a medium for use. Examples of nitrates include indium nitrate, tin nitrate, zinc nitrate, and gallium nitrate.

以上の酸化物半導体の前駆体のうち、好ましいのは、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、アルコキシド類である。具体例としては、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ(2価)、塩化スズ(4価)、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ−i−プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス(ジピバロイルメタナト)亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ−i−プロポキシスズ、トリ−i−プロポキシガリウム、トリ−i−プロポキシアルミニウムなどが挙げられる。   Of the above oxide semiconductor precursors, preferred are metal nitrates, metal halides, and alkoxides. Specific examples include indium nitrate, zinc nitrate, gallium nitrate, tin nitrate, aluminum nitrate, indium chloride, zinc chloride, tin chloride (divalent), tin chloride (tetravalent), gallium chloride, aluminum chloride, tri-i-. Examples include propoxyindium, diethoxyzinc, bis (dipivaloylmethanato) zinc, tetraethoxytin, tetra-i-propoxytin, tri-i-propoxygallium, and tri-i-propoxyaluminum.

(酸化物半導体の前駆体薄膜の成膜方法)
これらの酸化物半導体の前駆体となる金属を含有する薄膜を形成するためには、公知の成膜法、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法など種々の方法を用いることができるが、本発明においては金属塩、ハロゲン化物、有機金属化合物等を適切な溶媒に溶解した溶液を用いて基板上に連続的に塗設することで生産性を大幅に向上することができ好ましい。溶解性の観点からも、金属化合物として、塩化物、硝酸塩、酢酸塩、金属アルコキシド等を用いることが好ましい。
(Method for depositing oxide semiconductor precursor thin film)
In order to form a thin film containing a metal as a precursor of these oxide semiconductors, a known film formation method, vacuum deposition method, molecular beam epitaxial growth method, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plate Various methods such as a coating method, a CVD method, a sputtering method, and an atmospheric pressure plasma method can be used. In the present invention, a substrate is used by using a solution in which a metal salt, a halide, an organometallic compound, or the like is dissolved in an appropriate solvent. It is preferable that the coating is continuously performed on the top because productivity can be greatly improved. From the viewpoint of solubility, it is preferable to use chloride, nitrate, acetate, metal alkoxide, or the like as the metal compound.

溶媒としては、水のほか、金属化合物を溶解するものであれば特に制限されるところではないが、水や、エタノール、プロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル系、また、アセトニトリルなど、さらに、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、m−クレゾール等の芳香族系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、トリデカンなどの脂肪族炭化水素溶媒、α−テルピネオール、また、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、N−メチルピロリドン、2硫化炭素等を好適に用いることができる。   The solvent is not particularly limited as long as it dissolves metal compounds in addition to water, but water, alcohols such as ethanol, propanol and ethylene glycol, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and methyl acetate. , Esters such as ethyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, glycol ethers such as diethylene glycol monomethyl ether, acetonitrile, and other aromatic hydrocarbon solvents such as xylene and toluene, o-dichlorobenzene, Aromatic solvents such as nitrobenzene and m-cresol, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, cyclohexane and tridecane, α-terpineol, and halogenated alkyl solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, - methylpyrrolidone, can be preferably used carbon disulfide and the like.

金属ハロゲン化物及び/又は金属アルコキシドを用いた場合には、比較的極性の高い溶媒が好ましく、中でも沸点が100℃以下の水、エタノール、プロパノール等のアルコール類、アセトニトリル、又はこれらの混合物を用いると乾燥温度を低くすることができため、樹脂基板に塗設することが可能となり、より好ましい。特に、水又はアルコール類を50質量%以上含有すること溶媒が好ましい。   When a metal halide and / or metal alkoxide is used, a solvent having a relatively high polarity is preferable. Among them, water having a boiling point of 100 ° C. or less, alcohols such as ethanol and propanol, acetonitrile, or a mixture thereof is used. Since the drying temperature can be lowered, it can be applied to the resin substrate, which is more preferable. In particular, the solvent preferably contains 50% by mass or more of water or alcohol.

また、溶媒中に金属アルコキシドと種々のアルカノールアミン、α−ヒドロキシケトン、β−ジケトンなどの多座配位子であるキレート配位子を添加すると、金属アルコキシドを安定化したり、カルボン酸塩の溶解度を増加させたりすることができ、悪影響が出ない範囲で添加することが好ましい。   Addition of metal alkoxide and various ligands such as alkanolamines, α-hydroxy ketones, β-diketones and other chelating ligands in the solvent stabilizes the metal alkoxide and the solubility of the carboxylate. It is preferable to add in a range that does not cause adverse effects.

酸化物半導体の前駆体材料を含有する液体を基材上に適用して薄膜を形成する方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、バーコート法、ダイコート法など塗布法、また、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法等、広い意味での塗布による方法が挙げられる。薄膜の塗布が可能な、インクジェット法、スプレーコート法等も好ましい方法である。   As a method of forming a thin film by applying a liquid containing an oxide semiconductor precursor material on a substrate, a spin coating method, a spray coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a bar coating method, Examples of the coating method include a coating method in a broad sense, such as a coating method such as a die coating method, and a printing method such as a relief printing plate, an intaglio printing plate, a planographic printing method, a screen printing method, and an ink jet printing method. An ink jet method, a spray coating method, and the like that can apply a thin film are also preferable methods.

成膜する場合、塗布後、50〜150℃程度で溶媒を揮発させることにより金属酸化物前駆体の薄膜が形成される。なお、溶液を滴下する際、基板自体を上記温度に加熱しておくと、塗布、乾燥の二つのプロセスを同時に行えるので好ましい。   In the case of film formation, a thin film of a metal oxide precursor is formed by volatilizing the solvent at about 50 to 150 ° C. after coating. In addition, when dropping the solution, it is preferable to heat the substrate itself to the above temperature because two processes of coating and drying can be performed simultaneously.

又、半導体前駆体層或いは半導体薄膜をパターニングにはフォトリソグラフ法を用いることができる。   Photolithographic methods can be used for patterning the semiconductor precursor layer or the semiconductor thin film.

フォトレジスト層の塗布方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いて行うことができる。   As a coating method of the photoresist layer, a known coating method such as dipping, spin coating, knife coating, bar coating, blade coating, squeeze coating, reverse roll coating, gravure roll coating, curtain coating, spray coating, die coating or the like is used. It can be carried out.

フォトレジスト層への露光方法は特に制限はなく、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどによるマスクを介してフラッシュ露光を行っても良く、またレーザ光を用いて走査露光を行うことも可能であり、レーザ露光は、露光面積を微小サイズに絞ることが容易で高解像度の画像形成が可能となることから、好適に用いることができる。   The exposure method for the photoresist layer is not particularly limited, and flash exposure may be performed through a mask such as a xenon lamp, a halogen lamp, or a mercury lamp, or scanning exposure may be performed using laser light. Laser exposure can be preferably used because the exposure area can be easily reduced to a very small size and a high-resolution image can be formed.

レーザ光としては、紫外線、可視光線、赤外線のいずれでもよく、一般によく知られている、ルビーレーザ、YAGレーザ、ガラスレーザ等の固体レーザ;He−Neレーザ、Arイオンレーザ、Krイオンレーザ、COレーザ、COレーザ、He−Cdレーザ、Nレーザ、エキシマーレーザ等の気体レーザ;InGaPレーザ、AlGaAsレーザ、GaAsPレーザ、InGaAsレーザ、InAsPレーザ、CdSnPレーザ、GaSbレーザ等の半導体レーザ;化学レーザ、色素レーザ等を挙げることができる。好ましくは、赤外域に発信波長を有する半導体レーザである。 The laser light may be any of ultraviolet light, visible light, and infrared light, and is generally well-known solid laser such as ruby laser, YAG laser, glass laser; He—Ne laser, Ar ion laser, Kr ion laser, CO Gas laser such as 2 laser, CO laser, He—Cd laser, N 2 laser, and excimer laser; Semiconductor laser such as InGaP laser, AlGaAs laser, GaAsP laser, InGaAs laser, InAsP laser, CdSnP 2 laser, and GaSb laser; Chemical laser And a dye laser. A semiconductor laser having a transmission wavelength in the infrared region is preferable.

酸化物半導体の前駆体材料薄膜はインクジェット法等を用いると半導体層上に直接パターニングできるので好ましい。中でも静電吸引方式のインクジェット装置(SIJ)を用いると、微少な液滴を精度よく吐出・描画できるので、高細精なパターンを描くのに好ましい。   An oxide semiconductor precursor material thin film is preferably used by an inkjet method or the like because it can be directly patterned on the semiconductor layer. In particular, the use of an electrostatic attraction type ink jet apparatus (SIJ) is preferable for drawing a fine pattern because fine droplets can be ejected and drawn with high accuracy.

〔静電吸引方式の液体吐出装置〕
図1は、本発明に好ましく用いられる静電吸引方式の液体吐出装置の全体構成を示す断面図である。なお、本発明の液体吐出ヘッド2は、いわゆるシリアル方式或いはライン方式等の各種の液体吐出装置に適用可能である。
[Electrostatic suction type liquid discharge device]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an electrostatic suction type liquid ejection apparatus preferably used in the present invention. The liquid discharge head 2 of the present invention can be applied to various liquid discharge apparatuses such as a so-called serial method or line method.

本実施形態の液体吐出装置1は、インク等の帯電可能な液体Lの液滴Dを吐出するノズル10が形成された液体吐出ヘッド2と、液体吐出ヘッド2のノズル10に対向する対向面を有すると共にその対向面で液滴Dの着弾を受ける基材Kを支持する対向電極3とを備えている。   The liquid ejection apparatus 1 according to the present embodiment includes a liquid ejection head 2 on which a nozzle 10 that ejects a droplet D of a chargeable liquid L such as ink is formed, and an opposing surface that faces the nozzle 10 of the liquid ejection head 2. And a counter electrode 3 that supports the base material K that receives the landing of the droplet D on the opposing surface thereof.

液体吐出ヘッド2の対向電極3に対向する側には、複数のノズル10を有する樹脂製のノズルプレート11が設けられている。液体吐出ヘッド2は、ノズルプレート11の対向電極3に対向する吐出面12からノズル10が突出されない、或いは前述したようにノズル10が30μm程度しか突出しないフラットな吐出面を有するヘッドとして構成されている(例えば、後述する図2(D)参照)。   A resin nozzle plate 11 having a plurality of nozzles 10 is provided on the side of the liquid ejection head 2 facing the counter electrode 3. The liquid discharge head 2 is configured as a head having a flat discharge surface in which the nozzle 10 does not protrude from the discharge surface 12 facing the counter electrode 3 of the nozzle plate 11 or the nozzle 10 protrudes only about 30 μm as described above. (For example, see FIG. 2D described later).

各ノズル10は、ノズルプレート11に穿孔されて形成されており、各ノズル10には、それぞれノズルプレート11の吐出面12に吐出孔13を有する小径部14とその背後に形成されたより大径の大径部15との2段構造とされている。本実施形態では、ノズル10の小径部14及び大径部15は、それぞれ断面円形で対向電極側がより小径とされたテーパ状に形成されており、小径部14の吐出孔13の内部直径(以下、ノズル径という。)が10μm、大径部15の小径部14から最も離れた側の開口端の内部直径が75μmとなるように構成されている。   Each nozzle 10 is formed by perforating a nozzle plate 11, and each nozzle 10 has a small-diameter portion 14 having a discharge hole 13 on the discharge surface 12 of the nozzle plate 11 and a larger diameter formed behind the small-diameter portion 14. A two-stage structure with the large-diameter portion 15 is adopted. In the present embodiment, the small-diameter portion 14 and the large-diameter portion 15 of the nozzle 10 are each formed in a tapered shape having a circular cross-section and a smaller diameter on the counter electrode side. The nozzle diameter is 10 μm, and the internal diameter of the open end of the large diameter portion 15 farthest from the small diameter portion 14 is 75 μm.

なお、ノズル10の形状は前記の形状に限定されず、例えば、図2(A)〜(E)に示すように、形状が異なる種々のノズル10を用いることが可能である。また、ノズル10は、断面円形状に形成する代わりに、断面多角形状や断面星形状等であってもよい。   The shape of the nozzle 10 is not limited to the above-described shape, and various nozzles 10 having different shapes can be used, for example, as shown in FIGS. Further, the nozzle 10 may have a polygonal cross-section, a cross-sectional star shape, or the like instead of forming a circular cross-section.

ノズルプレート11の吐出面12と反対側の面には、例えばNiP等の導電素材よりなりノズル10内の液体Lを帯電させるための帯電用電極16が層状に設けられている。本実施形態では、帯電用電極16は、ノズル10の大径部15の内周面17まで延設されており、ノズル内の液体Lに接するようになっている。   On the surface opposite to the ejection surface 12 of the nozzle plate 11, a charging electrode 16 made of a conductive material such as NiP, for example, for charging the liquid L in the nozzle 10 is provided in layers. In the present embodiment, the charging electrode 16 extends to the inner peripheral surface 17 of the large-diameter portion 15 of the nozzle 10 and comes into contact with the liquid L in the nozzle.

また、帯電用電極16は、静電吸引力を生じさせる静電電圧を印加する静電電圧印加手段としての帯電電圧電源18に接続されており、単一の帯電用電極16が全てのノズル10内の液体Lに接触しているため、帯電電圧電源18から帯電用電極16に静電電圧が印加されると、全ノズル10内の液体Lが同時に帯電され、液体吐出ヘッド2と対向電極3との間、特に液体Lと基材Kとの間に静電吸引力が発生されるようになっている。   The charging electrode 16 is connected to a charging voltage power source 18 as an electrostatic voltage applying means for applying an electrostatic voltage that generates an electrostatic attractive force, and the single charging electrode 16 is connected to all the nozzles 10. When the electrostatic voltage is applied from the charging voltage power source 18 to the charging electrode 16, the liquid L in all the nozzles 10 is simultaneously charged, and the liquid ejection head 2 and the counter electrode 3 are in contact with each other. In particular, an electrostatic attraction force is generated between the liquid L and the substrate K.

帯電用電極16の背後には、ボディ層19が設けられている。ボディ層19の前記各ノズル10の大径部15の開口端に面する部分には、それぞれ開口端にほぼ等しい内径を有する略円筒状の空間が形成されており、各空間は、吐出される液体Lを一時貯蔵するためのキャビティ20とされている。   A body layer 19 is provided behind the charging electrode 16. A portion of the body layer 19 facing the opening end of the large-diameter portion 15 of each nozzle 10 is formed with a substantially cylindrical space having an inner diameter substantially equal to the opening end, and each space is discharged. The cavity 20 is used for temporarily storing the liquid L.

ボディ層19の背後には、可撓性を有する金属薄板やシリコン等よりなる可撓層21が設けられており、可撓層21により液体吐出ヘッド2が外界と画されている。   Behind the body layer 19 is provided a flexible layer 21 made of a flexible metal thin plate, silicon, or the like. The flexible layer 21 defines the liquid ejection head 2 from the outside.

なお、ボディ層19には、キャビティ20に液体Lを供給するための図示しない流路が形成されている。具体的には、ボディ層19としてのシリコンプレートをエッチング加工してキャビティ20、共通流路、及び共通流路とキャビティ20とを結ぶ流路が設けられており、共通流路には、外部の図示しない液体タンクから液体Lを供給する図示しない供給管が連絡されており、供給管に設けられた図示しない供給ポンプにより或いは液体タンクの配置位置による差圧により流路やキャビティ20、ノズル10等の液体Lに所定の供給圧力が付与されるようになっている。   In the body layer 19, a flow path (not shown) for supplying the liquid L to the cavity 20 is formed. Specifically, the silicon plate as the body layer 19 is etched to provide a cavity 20, a common channel, and a channel that connects the common channel and the cavity 20. A supply pipe (not shown) for supplying the liquid L from a liquid tank (not shown) is connected, and the flow path, the cavity 20, the nozzle 10, etc. A predetermined supply pressure is applied to the liquid L.

可撓層21の外面の各キャビティ20に対応する部分には、それぞれ圧力発生手段としての圧電素子アクチュエータであるピエゾ素子22が設けられており、ピエゾ素子22には、素子に駆動電圧を印加して素子を変形させるための駆動電圧電源23が接続されている。ピエゾ素子22は、駆動電圧電源23からの駆動電圧の印加により変形して、ノズル内の液体Lに圧力を生じさせてノズル10の吐出孔13に液体Lのメニスカスを形成させるようになっている。なお、圧力発生手段は、本実施形態のような圧電素子アクチュエータのほかに、例えば、静電アクチュエータやサーマル方式等を採用することも可能である。   Piezo elements 22 that are piezoelectric element actuators as pressure generating means are provided in portions corresponding to the respective cavities 20 on the outer surface of the flexible layer 21, and a drive voltage is applied to the elements. A drive voltage power source 23 for deforming the element is connected. The piezo element 22 is deformed by the application of a drive voltage from the drive voltage power source 23 to generate a pressure on the liquid L in the nozzle, thereby forming a meniscus of the liquid L in the discharge hole 13 of the nozzle 10. . In addition to the piezoelectric element actuator as in the present embodiment, for example, an electrostatic actuator, a thermal method, or the like can be adopted as the pressure generating means.

駆動電圧電源23および帯電用電極16に静電電圧を印加する前記帯電電圧電源18は、それぞれ動作制御手段24に接続されており、それぞれ動作制御手段24による制御を受けるようになっている。   The charging voltage power supply 18 for applying an electrostatic voltage to the drive voltage power supply 23 and the charging electrode 16 is connected to the operation control means 24, and is controlled by the operation control means 24, respectively.

動作制御手段24は、本実施形態では、CPU25やROM26、RAM27等が図示しないBUSにより接続されて構成されたコンピュータからなっており、CPU25は、ROM26に格納された電源制御プログラムに基づいて帯電電圧電源18および各駆動電圧電源23を駆動させてノズル10の吐出孔13から液体Lを吐出させるようになっている。   In this embodiment, the operation control means 24 is composed of a computer in which a CPU 25, a ROM 26, a RAM 27, etc. are connected by a BUS (not shown). The CPU 25 is charged with a charging voltage based on a power control program stored in the ROM 26. The power supply 18 and each drive voltage power supply 23 are driven to discharge the liquid L from the discharge hole 13 of the nozzle 10.

なお、本実施形態では、液体吐出ヘッド2のノズルプレート11の吐出面12には、吐出孔13からの液体Lの滲み出しを抑制するための撥液層28が吐出孔13以外の吐出面12全面に設けられている。撥液層28は、例えば、液体Lが水性であれば撥水性を有する材料が用いられ、液体Lが油性であれば撥油性を有する材料が用いられるが、一般に、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン)、PTFE(ポリテトラフロロエチレン)、フッ素シロキサン、フルオロアルキルシラン、アモルファスパーフルオロ樹脂等のフッ素樹脂等が用いられることが多く、塗布や蒸着等の方法で吐出面12に成膜されている。なお、撥液層28は、ノズルプレート11の吐出面12に直接成膜してもよいし、撥液層28の密着性を向上させるために中間層を介して成膜することも可能である。   In the present embodiment, the liquid repellent layer 28 for suppressing the oozing of the liquid L from the discharge holes 13 is provided on the discharge surface 12 other than the discharge holes 13 on the discharge surface 12 of the nozzle plate 11 of the liquid discharge head 2. It is provided on the entire surface. For the liquid repellent layer 28, for example, a material having water repellency is used if the liquid L is aqueous, and a material having oil repellency is used if the liquid L is oily. Fluorine resins such as hexafluoropropylene), PTFE (polytetrafluoroethylene), fluorine siloxane, fluoroalkylsilane, and amorphous perfluoro resin are often used, and a film is formed on the discharge surface 12 by a method such as coating or vapor deposition. Has been. The liquid repellent layer 28 may be formed directly on the ejection surface 12 of the nozzle plate 11 or may be formed through an intermediate layer in order to improve the adhesion of the liquid repellent layer 28. .

液体吐出ヘッド2の下方には、基材Kを支持する平板状の対向電極3が液体吐出ヘッド2の吐出面12に平行に所定距離離間されて配置されている。対向電極3と液体吐出ヘッド2との離間距離は、0.1mm〜3mm程度の範囲内で適宜設定される。   Below the liquid discharge head 2, a plate-like counter electrode 3 that supports the substrate K is disposed in parallel to the discharge surface 12 of the liquid discharge head 2 and separated by a predetermined distance. The separation distance between the counter electrode 3 and the liquid ejection head 2 is appropriately set within a range of about 0.1 mm to 3 mm.

本実施形態では、対向電極3は接地されており、常時接地電位に維持されている。そのため、前記帯電電圧電源18から帯電用電極16に静電電圧が印加されると、ノズル10の吐出孔13の液体Lと対向電極3の液体吐出ヘッド2に対向する対向面との間に電界が生じるようになっている。また、帯電した液滴Dが基材Kに着弾すると、対向電極3はその電荷を接地により逃がすようになっている。   In the present embodiment, the counter electrode 3 is grounded and is always maintained at the ground potential. Therefore, when an electrostatic voltage is applied from the charging voltage power source 18 to the charging electrode 16, an electric field is generated between the liquid L in the ejection hole 13 of the nozzle 10 and the opposing surface of the counter electrode 3 facing the liquid ejection head 2. Has come to occur. When the charged droplet D lands on the substrate K, the counter electrode 3 releases the electric charge by grounding.

なお、対向電極3又は液体吐出ヘッド2には、液体吐出ヘッド2と基材Kとを相対的に移動させて位置決めするための図示しない位置決め手段が取り付けられており、これにより液体吐出ヘッド2の各ノズル10から吐出された液滴Dは、基材Kの表面に任意の位置に着弾させることが可能とされている。   The counter electrode 3 or the liquid ejection head 2 is provided with positioning means (not shown) for positioning the liquid ejection head 2 and the substrate K by relatively moving them. The droplets D discharged from each nozzle 10 can be landed on the surface of the substrate K at an arbitrary position.

液体吐出装置1による吐出を行う液体Lは、例えば、無機液体としては、水、COCl、HBr、HNO、HPO、HSO、SOCl、SOCl、FSOHなどが挙げられる。また、有機液体としては、メタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、tert−ブタノール、4−メチル−2−ペンタノール、ベンジルアルコール、α−テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのアルコール類;フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾールなどのフェノール類;ジオキサン、フルフラール、エチレングリコールジメチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、エピクロロヒドリンなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、2−メチル−4−ペンタノン、アセトフェノンなどのケトン類;ギ酸、酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸などの脂肪酸類;ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−3−メトキシブチル、酢酸−n−ペンチル、プロピオン酸エチル、乳酸エチル、安息香酸メチル、マロン酸ジエチル、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、セロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、アセト酢酸エチル、シアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチルなどのエステル類;ニトロメタン、ニトロベンゼン、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、エチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、アニリン、N−メチルアニリン、N,N−ジメチルアニリン、o−トルイジン、p−トルイジン、ピペリジン、ピリジン、α−ピコリン、2,6−ルチジン、キノリン、プロピレンジアミン、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N,N,N′,N′−テトラメチル尿素、N−メチルピロリドンなどの含窒素化合物類;ジメチルスルホキシド、スルホランなどの含硫黄化合物類;ベンゼン、p−シメン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼン、シクロヘキセンなどの炭化水素類;1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、ペンタクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン(cis−)、テトラクロロエチレン、2−クロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパン、2−クロロ−2−メチルプロパン、ブロモメタン、トリブロモメタン、1−ブロモプロパンなどのハロゲン化炭化水素類などが挙げられる。また、上記各液体を二種以上混合して用いてもよい。 The liquid L discharged by the liquid discharge apparatus 1 is, for example, water, COCl 2 , HBr, HNO 3 , H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , SOCl 2 , SO 2 Cl 2 , or FSO 3 H as an inorganic liquid. Etc. Examples of the organic liquid include methanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-methyl-1-propanol, tert-butanol, 4-methyl-2-pentanol, benzyl alcohol, α-terpineol, ethylene glycol, Alcohols such as glycerin, diethylene glycol and triethylene glycol; phenols such as phenol, o-cresol, m-cresol and p-cresol; dioxane, furfural, ethylene glycol dimethyl ether, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, ethyl carbitol, Ethers such as butyl carbitol, butyl carbitol acetate, epichlorohydrin; acetone, methyl ethyl ketone, 2-methyl-4-pentanone, Ketones such as tophenone; fatty acids such as formic acid, acetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid; methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid-n-butyl, isobutyl acetate, acetic acid-3-methoxybutyl, acetic acid- n-pentyl, ethyl propionate, ethyl lactate, methyl benzoate, diethyl malonate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, cellosolve acetate, butyl carbitol acetate, ethyl acetoacetate, cyanoacetic acid Esters such as methyl and ethyl cyanoacetate; nitromethane, nitrobenzene, acetonitrile, propionitrile, succinonitrile, valeronitrile, benzonitrile, ethylamine, diethylamine, ethylenediamine, aniline, N-methylanily , N, N-dimethylaniline, o-toluidine, p-toluidine, piperidine, pyridine, α-picoline, 2,6-lutidine, quinoline, propylenediamine, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, Nitrogen-containing compounds such as N, N-diethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N-methylpropionamide, N, N, N ′, N′-tetramethylurea, N-methylpyrrolidone; dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc. Sulfur-containing compounds: benzene, p-cymene, naphthalene, cyclohexylbenzene, cyclohexene and other hydrocarbons; 1,1-dichloroethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,1-trichloroethane, 1,1,1, 2-tetrachloroethane, 1,1,2,2-te Lachloroethane, pentachloroethane, 1,2-dichloroethylene (cis-), tetrachloroethylene, 2-chlorobutane, 1-chloro-2-methylpropane, 2-chloro-2-methylpropane, bromomethane, tribromomethane, 1-bromopropane And halogenated hydrocarbons. Two or more of the above liquids may be mixed and used.

ここで、液体吐出ヘッド2における液体Lの吐出原理について図3を用いて説明する。   Here, the discharge principle of the liquid L in the liquid discharge head 2 is demonstrated using FIG.

本実施形態では、帯電電圧電源18から帯電用電極16に静電電圧を印加し、ノズル10の吐出孔13の液体Lと対向電極3の液体吐出ヘッド2に対向する対向面との間に電界を生じさせる。また、駆動電圧電源23からピエゾ素子22に駆動電圧を印加してピエゾ素子22を変形させ、それにより液体Lに生じた圧力でノズル10の吐出孔13に液体Lのメニスカスを形成させる。   In the present embodiment, an electrostatic voltage is applied from the charging voltage power source 18 to the charging electrode 16, and an electric field is generated between the liquid L in the ejection hole 13 of the nozzle 10 and the opposing surface of the counter electrode 3 facing the liquid ejection head 2. Give rise to Further, a driving voltage is applied from the driving voltage power source 23 to the piezo element 22 to deform the piezo element 22, thereby forming a meniscus of the liquid L in the discharge hole 13 of the nozzle 10 with the pressure generated in the liquid L.

本実施形態のように、ノズルプレート11の絶縁性が高くなると、図3にシミュレーションによる等電位線で示すように、ノズルプレート11の内部に、吐出面12に対して略垂直方向に等電位線が並び、ノズル10の小径部14の液体Lや液体Lのメニスカス部分に向かう強い電界が発生する。   When the insulation property of the nozzle plate 11 is increased as in the present embodiment, the equipotential lines in the nozzle plate 11 are substantially perpendicular to the ejection surface 12 as shown by equipotential lines by simulation in FIG. And a strong electric field is generated toward the liquid L in the small diameter portion 14 of the nozzle 10 and the meniscus portion of the liquid L.

特に、図3でメニスカスの先端部では等電位線が密になっていることから判るように、メニスカス先端部では非常に強い電界集中が生じる。そのため、電界の静電力によってメニスカスが引きちぎられてノズル内の液体Lから分離されて液滴Dとなる。さらに、液滴Dは静電力により加速され、対向電極3に支持された基材Kに引き寄せられて着弾する。その際、液滴Dは、静電力の作用でより近いところに着弾しようとするため、基材Kに対する着弾の際の角度等が安定し正確に行われる。   In particular, as can be seen from the fact that the equipotential lines are dense at the tip of the meniscus in FIG. 3, a very strong electric field concentration occurs at the tip of the meniscus. Therefore, the meniscus is torn off by the electrostatic force of the electric field and separated from the liquid L in the nozzle to become a droplet D. Further, the droplet D is accelerated by the electrostatic force, and is attracted and landed on the base material K supported by the counter electrode 3. At that time, since the droplet D attempts to land closer by the action of electrostatic force, the angle at the time of landing on the substrate K is stabilized and accurately performed.

このように、本発明の液体吐出ヘッド2における液体Lの吐出原理を利用すれば、フラットな吐出面を有する液体吐出ヘッド2においても、高い絶縁性を有するノズルプレート11を用い、吐出面12に対して垂直方向の電位差を発生させることで強い電界集中を生じさせることができ、正確で安定した液体Lの吐出状態を形成することができる。   As described above, when the principle of discharging the liquid L in the liquid discharge head 2 of the present invention is used, the liquid discharge head 2 having a flat discharge surface also uses the nozzle plate 11 having high insulating properties to form the discharge surface 12. On the other hand, by generating a potential difference in the vertical direction, strong electric field concentration can be generated, and an accurate and stable discharge state of the liquid L can be formed.

以下、図面を参照しながら本発明に好ましく用いられる静電吸引方式の液体吐出装置の好ましい一態様について説明する。但し、本発明はこれらに限定されない。   Hereinafter, a preferred embodiment of an electrostatic suction type liquid discharge apparatus preferably used in the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these.

本発明に用いられる静電吸引方式のインクジェット装置は、図4に示すようにマルチノズルヘッド100を有している。マルチノズルヘッド100はノズルプレート31、ボディプレート32及び圧電素子33を有している。ノズルプレート31は150μm〜300μm程度の厚みを有したシリコン基板また酸化シリコン基板である。ノズルプレート31には複数のノズル101が形成されており、これら複数のノズル101が1列に配列されている。   The electrostatic suction type ink jet apparatus used in the present invention has a multi-nozzle head 100 as shown in FIG. The multi-nozzle head 100 includes a nozzle plate 31, a body plate 32, and a piezoelectric element 33. The nozzle plate 31 is a silicon substrate or a silicon oxide substrate having a thickness of about 150 μm to 300 μm. A plurality of nozzles 101 are formed on the nozzle plate 31, and the plurality of nozzles 101 are arranged in a line.

ボディプレート32は、200μm〜500μm程度の厚みを有したシリコン基板である。ボディプレート32にはインク供給口201、インク貯留室202、複数のインク供給路203および複数の圧力室204が形成されている。   The body plate 32 is a silicon substrate having a thickness of about 200 μm to 500 μm. In the body plate 32, an ink supply port 201, an ink storage chamber 202, a plurality of ink supply paths 203, and a plurality of pressure chambers 204 are formed.

インク供給口201は直径が400μm〜1500μm程度の円形状の貫通孔である。   The ink supply port 201 is a circular through hole having a diameter of about 400 μm to 1500 μm.

インク貯留室202は幅が400μm〜1000μm程度で深さが50μm〜200μm程度の溝である。   The ink storage chamber 202 is a groove having a width of about 400 μm to 1000 μm and a depth of about 50 μm to 200 μm.

インク供給路203は幅が50μm〜150μm程度で深さが30μm〜150μm程度の溝である。圧力室204は幅が150μm〜350μm程度で深さが50μm〜200μm程度の溝である。   The ink supply path 203 is a groove having a width of about 50 μm to 150 μm and a depth of about 30 μm to 150 μm. The pressure chamber 204 is a groove having a width of about 150 μm to 350 μm and a depth of about 50 μm to 200 μm.

ノズルプレート31とボディプレート32とは互いに接合されるようになっており、接合した状態ではノズルプレート31のノズル101とボディプレート32の圧力室204とが1対1で対応するようになっている。   The nozzle plate 31 and the body plate 32 are joined to each other, and in the joined state, the nozzle 101 of the nozzle plate 31 and the pressure chamber 204 of the body plate 32 correspond to each other on a one-to-one basis. .

ノズルプレート31とボディプレート32とが接合された状態でインク供給口201にインクが供給されると、当該インクはインク貯留室202に一時的に貯留され、その後にインク貯留室202から各インク供給路203を通じて各圧力室204に供給されるようになっている。   When ink is supplied to the ink supply port 201 in a state where the nozzle plate 31 and the body plate 32 are joined, the ink is temporarily stored in the ink storage chamber 202, and then each ink supply from the ink storage chamber 202 is performed. Each pressure chamber 204 is supplied through a passage 203.

圧電素子33はボディプレート32の圧力室204に対応した位置に接着されるようになっている。圧電素子33はPZT(lead zirconium titanate)からなるアクチュエータであり、電圧の印加を受けると変形して圧力室204の内部のインクをノズル101から吐出させるようになっている。   The piezoelectric element 33 is bonded to a position corresponding to the pressure chamber 204 of the body plate 32. The piezoelectric element 33 is an actuator made of PZT (lead zirconium titanate), and is deformed when a voltage is applied to eject ink inside the pressure chamber 204 from the nozzle 101.

なお、図4では図示しないが、ノズルプレート31とボディプレート32と間には硼珪酸ガラスプレート34(図6参照)が介在している。   Although not shown in FIG. 4, a borosilicate glass plate 34 (see FIG. 6) is interposed between the nozzle plate 31 and the body plate 32.

図5に示す通り、1つの圧電素子に対応してノズル101と圧力室204とが1つずつ構成されている。   As shown in FIG. 5, one nozzle 101 and one pressure chamber 204 are configured corresponding to one piezoelectric element.

ノズルプレート31においてノズル101には段が形成されており、ノズル101は下段部101aと上段部101bとで構成されている。下段部101aと上段部101bとは共に円筒形状を呈しており、下段部101aの直径D1(図5中左右方向の距離)が上段部101bの直径D2(図5中左右方向の距離)より小さくなっている。   In the nozzle plate 31, a step is formed in the nozzle 101, and the nozzle 101 includes a lower step portion 101a and an upper step portion 101b. Both the lower step portion 101a and the upper step portion 101b have a cylindrical shape, and the diameter D1 (the distance in the left-right direction in FIG. 5) of the lower step portion 101a is smaller than the diameter D2 (the distance in the left-right direction in FIG. 5) of the upper step portion 101b. It has become.

ノズル101の下段部101aは上段部101bから流通してきたインクを直接的に吐出する部位である。下段部101aは直径D1が1μm〜10μmで、長さL(図5中上下方向の距離)が1.0μm〜5.0μmとなっている。下段部101aの長さLを1.0μm〜5.0μmの範囲に限定するのは、インクの着弾精度を飛躍的に向上させることができるからである。   The lower part 101a of the nozzle 101 is a part that directly ejects ink circulated from the upper part 101b. The lower step portion 101a has a diameter D1 of 1 μm to 10 μm and a length L (a distance in the vertical direction in FIG. 5) of 1.0 μm to 5.0 μm. The reason why the length L of the lower step portion 101a is limited to the range of 1.0 μm to 5.0 μm is that the ink landing accuracy can be remarkably improved.

他方、ノズル101の上段部101bは圧力室204から流通してきたインクを下段部101aに流通させる部位であり、その直径D2が10μm〜60μmとなっている。   On the other hand, the upper stage portion 101b of the nozzle 101 is a part that circulates the ink circulated from the pressure chamber 204 to the lower stage portion 101a, and has a diameter D2 of 10 μm to 60 μm.

上段部101bの直径D2の下限を10μm以上に限定するのは、10μmを下回ると、ノズル101全体(下段部101aと上段部101b)の流路抵抗に対し上段部101bの流路抵抗が無視できない値となり、インクの吐出効率が低下しやすいからである。   The lower limit of the diameter D2 of the upper stage portion 101b is limited to 10 μm or more. If the diameter D2 is less than 10 μm, the flow path resistance of the upper stage portion 101b cannot be ignored with respect to the flow path resistance of the entire nozzle 101 (lower stage portion 101a and upper stage portion 101b). This is because the ink ejection efficiency tends to decrease.

逆に、上段部101bの直径D2の上限を60μm以下に限定するのは、上段部101bの直径D2が大きくなるほど、インクの吐出部位としての下段部101aが薄弱化して(下段部101aが面積増大して機械的強度が小さくなる。)、インクの吐出時に変形し易くなり、その結果インクの着弾精度が低下するからである。すなわち、上段部101bの直径D2の上限が60μmを上回ると、インクの吐出に伴い下段部101aの変形が非常に大きくなり、着弾精度を規定値(=0.5°)以内に抑えることができなくなる可能性があるからである。   Conversely, the upper limit of the diameter D2 of the upper step portion 101b is limited to 60 μm or less because the lower step portion 101a as the ink discharge site becomes thinner as the diameter D2 of the upper step portion 101b increases (the area of the lower step portion 101a increases). This is because the mechanical strength is reduced), and the ink is easily deformed when ejected, and as a result, the ink landing accuracy is lowered. That is, when the upper limit of the diameter D2 of the upper step portion 101b exceeds 60 μm, the deformation of the lower step portion 101a becomes very large as ink is ejected, and the landing accuracy can be suppressed within a specified value (= 0.5 °). This is because it may disappear.

ノズルプレート31とボディプレート32との間には数百μm程度の厚みを有した硼珪酸ガラスプレート34が設けられており、硼珪酸ガラスプレート34にはノズル101と圧力室204とを連通させる開口部34aが形成されている。開口部34aは、圧力室204とノズル101の上段部101bとに通じる貫通孔であり、圧力室204からノズル101に向けてインクを流通させる流路として機能する部位である。圧力室204は、圧電素子33の変形を受けて当該圧力室204の内部のインクに圧力を与える部位である。   A borosilicate glass plate 34 having a thickness of about several hundred μm is provided between the nozzle plate 31 and the body plate 32, and the borosilicate glass plate 34 has an opening for communicating the nozzle 101 and the pressure chamber 204. A portion 34a is formed. The opening 34 a is a through-hole that communicates with the pressure chamber 204 and the upper stage portion 101 b of the nozzle 101, and is a part that functions as a flow path through which ink flows from the pressure chamber 204 toward the nozzle 101. The pressure chamber 204 is a portion that receives deformation of the piezoelectric element 33 and applies pressure to the ink inside the pressure chamber 204.

以上の構成を具備するマルチノズルヘッド100では、圧電素子33が変形すると、圧力室204の内部のインクに圧力を与え、当該インクは圧力室204から硼珪酸ガラスプレート34の開口部34aを流通してノズル101に至り、最終的にノズル101の下段部101aから吐出されるようになっている。   In the multi-nozzle head 100 having the above configuration, when the piezoelectric element 33 is deformed, pressure is applied to the ink inside the pressure chamber 204, and the ink flows from the pressure chamber 204 through the opening 34 a of the borosilicate glass plate 34. Then, the nozzle 101 is reached and finally discharged from the lower step portion 101a of the nozzle 101.

なお、本発明に係るインクジェット装置の一態様としては、マルチノズルヘッド100のノズルプレート1に対向する位置に基板電極が設けられており(図示略)、ノズル101と当該基板電極との間には静電界が作用するようになっている。   As an aspect of the ink jet apparatus according to the present invention, a substrate electrode is provided at a position facing the nozzle plate 1 of the multi-nozzle head 100 (not shown), and between the nozzle 101 and the substrate electrode. An electrostatic field is applied.

そのため、ノズル101から吐出されたインクはその静電界の作用を受けながら基板電極上の被記録物に着弾するようになっている。   For this reason, the ink ejected from the nozzle 101 lands on the recording material on the substrate electrode while receiving the action of the electrostatic field.

(金属の組成比)
好ましい、金属の組成比としては、Inを1としたとき、ZnSn1−y(ここにおいてyは0〜1の正数)は0.2〜5、好ましくは0.5〜2とする。さらにInを1としたときに、Gaの組成比は0.2〜5、好ましくは0.5〜2が好ましい。
(Composition ratio of metal)
As a preferred metal composition ratio, when In is 1, Zn y Sn 1-y (where y is a positive number from 0 to 1 ) is 0.2 to 5, preferably 0.5 to 2. . Further, when In is 1, the Ga composition ratio is 0.2 to 5, preferably 0.5 to 2.

また、前駆体薄膜の膜厚は1〜200nm、より好ましくは5〜100nmである。   Moreover, the film thickness of a precursor thin film is 1-200 nm, More preferably, it is 5-100 nm.

(非晶質酸化物)
熱酸化によって形成される酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質の薄膜である。
(Amorphous oxide)
As the oxide semiconductor formed by thermal oxidation, any state of single crystal, polycrystal, and amorphous can be used, but an amorphous thin film is preferable.

酸化物半導体の前駆体となる金属化合物材料から形成された、本発明に係る金属酸化物である非晶質酸化物の電子キャリア濃度は1018/cm未満が実現されていればよい。電子キャリア濃度は室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば25℃であり、具体的には0℃から40℃程度の範囲から適宜選択される温度である。なお、本発明に係るアモルファス(非晶質)酸化物の電子キャリア濃度は、0℃から40℃の範囲全てにおいて、1018/cm未満を充足する必要はない。例えば、25℃において、キャリア電子密度1018/cm未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度をさらに下げ、1017/cm以下、より好ましくは1016/cm以下にするとノーマリーオフの薄膜トランジスタが歩留まりよく得られる。 The electron carrier concentration of an amorphous oxide, which is a metal oxide according to the present invention, formed from a metal compound material that becomes a precursor of an oxide semiconductor only needs to be less than 10 18 / cm 3 . The electron carrier concentration is a value when measured at room temperature. The room temperature is, for example, 25 ° C., specifically a temperature appropriately selected from the range of about 0 ° C. to 40 ° C. Note that the electron carrier concentration of the amorphous (amorphous) oxide according to the present invention does not need to satisfy less than 10 18 / cm 3 in the entire range of 0 ° C. to 40 ° C. For example, a carrier electron density of less than 10 18 / cm 3 may be realized at 25 ° C. Further, when the electron carrier concentration is further reduced to 10 17 / cm 3 or less, more preferably 10 16 / cm 3 or less, a normally-off thin film transistor can be obtained with a high yield.

電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることができる。   The electron carrier concentration can be measured by Hall effect measurement.

金属酸化物である半導体の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。   The film thickness of the semiconductor that is a metal oxide is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the semiconductor film, and the film thickness varies depending on the semiconductor. Generally, 1 μm or less, particularly 10 to 300 nm is preferable.

本発明においては、前駆体材料、組成比、製造条件などを制御して、例えば、電子キャリア濃度を、1012/cm以上1018/cm未満とする。より好ましくは1013/cm以上1017/cm以下、さらには1015/cm以上1016/cm以下の範囲にすることが好ましい。 In the present invention, the precursor material, composition ratio, production conditions, and the like are controlled so that, for example, the electron carrier concentration is 10 12 / cm 3 or more and less than 10 18 / cm 3 . More preferably, it is in the range of 10 13 / cm 3 or more and 10 17 / cm 3 or less, and more preferably 10 15 / cm 3 or more and 10 16 / cm 3 or less.

図6に薄膜トランジスタの構成の一例を断面模式図にて示した。図は、基板301上にゲート電極302が、更にゲート絶縁膜303が形成され、半導体層306、ソース電極304、ドレイン電極305で構成された、トップゲート・トップコンタクト型の薄膜トランジスタの断面構成図を示す。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the structure of the thin film transistor. The figure shows a cross-sectional view of a top-gate / top-contact thin film transistor including a semiconductor layer 306, a source electrode 304, and a drain electrode 305, in which a gate electrode 302 and a gate insulating film 303 are formed over a substrate 301. Show.

本発明は、薄膜トランジスタの活性層即ち半導体層の形成段階において、本発明の方法を用いる限り、この素子のみに限定されるものではなく、いかなる構成においても本発明の範囲であり、本発明はこれらの素子のみに限定されるものではない。   The present invention is not limited to this element as long as the method of the present invention is used in the step of forming an active layer of a thin film transistor, that is, a semiconductor layer, and is in the scope of the present invention in any configuration. It is not limited only to these elements.

以下、本発明において、薄膜トランジスタまた薄膜トランジスタシートを構成する半導体層以外の各要素について説明する。   Hereinafter, in the present invention, each element other than the semiconductor layer constituting the thin film transistor or the thin film transistor sheet will be described.

(電極)
本発明において、薄膜トランジスタを構成するソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の電極に用いられる導電性材料としては、電極として実用可能なレベルでの導電性があればよく、特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、また、例えば、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛等の電磁波吸収能をもつ電極材料、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられる。
(electrode)
In the present invention, the conductive material used for the electrodes such as the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode constituting the thin film transistor is not particularly limited as long as it has conductivity at a practical level as an electrode. Gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, for example, tin oxide / antimony, indium oxide・ Electrode materials with electromagnetic wave absorbing ability such as tin (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium , Ma Gun, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, lithium / aluminum A mixture or the like is used.

また、導電性材料として、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に用いることができる。   Moreover, a conductive polymer, metal microparticles, etc. can be used suitably as a conductive material.

金属微粒子を含有する分散物としては、例えば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、粒子径が1nm〜50nm、好ましくは1nm〜10nmの金属微粒子を含有する分散物である。金属微粒子から電極を形成するには、前述の方法を同様に用いることができ、金属微粒子の材料としては上記の金属を用いることができる。   As the dispersion containing metal fine particles, for example, a known conductive paste may be used, but a dispersion containing metal fine particles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 10 nm is preferable. In order to form an electrode from metal fine particles, the above-described method can be used in the same manner, and the metal described above can be used as the material of the metal fine particles.

(電極等の形成方法)
電極の形成方法としては、上記を原料として、マスクを介して蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成する方法、また蒸着やスパッタリング等の方法により形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液或いは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
(Method for forming electrodes, etc.)
As a method for forming an electrode, the above-described materials are used as a raw material, a method of forming using a method such as vapor deposition or sputtering through a mask, or a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering as a known photolithographic method, There are a method of forming an electrode using a lift-off method and a method of forming a resist on a metal foil such as aluminum or copper by thermal transfer, ink jet or the like and etching. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, a dispersion containing metal fine particles, or the like may be directly patterned by an ink jet method, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Further, a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

また、ソース、ドレイン、またゲート電極等、またゲートバスライン、ソースバスライン等を、エッチング又はリフトオフ等感光性樹脂等を用いた金属薄膜のパターニングなしに形成する方法として、無電解メッキ法による方法が知られている。   Further, as a method of forming a source, drain, gate electrode, etc., and a gate bus line, source bus line, etc. without patterning a metal thin film using a photosensitive resin such as etching or lift-off, a method by an electroless plating method It has been known.

無電解メッキ法による電極の形成方法に関しては、特開2004−158805号にも記載されたように、電極を設ける部分に、メッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせるメッキ触媒を含有する液体を、例えば印刷法(インクジェット印刷含む。)によって、パターニングした後に、メッキ剤を、電極を設ける部分に接触させる。そうすると、前記触媒とメッキ剤との接触により無電解メッキが施されて、電極パターンが形成されるというものである。   Regarding the method of forming an electrode by electroless plating, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158805, a liquid containing a plating catalyst that causes electroless plating by acting with a plating agent on a portion where an electrode is provided After patterning, for example, by a printing method (including inkjet printing), a plating agent is brought into contact with a portion where an electrode is provided. If it does so, electroless plating will be performed by the contact of the said catalyst and a plating agent, and an electrode pattern will be formed.

無電解メッキの触媒とメッキ剤の適用を逆にしてもよく、またパターン形成をどちらで行ってもよいが、メッキ触媒パターンを形成し、これにメッキ剤を適用する方法が好ましい。   The application of the electroless plating catalyst and the plating agent may be reversed, and the pattern formation may be performed either way, but a method of forming a plating catalyst pattern and applying the plating agent to this is preferable.

印刷法としては、例えば、スクリーン印刷、平版、凸版、凹版又インクジェット法による印刷などが用いられる。   As the printing method, for example, screen printing, planographic printing, letterpress printing, intaglio printing, printing by ink jet printing, or the like is used.

(ゲート絶縁膜)
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては、種々の絶縁膜を用いることができる。特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
(Gate insulation film)
Various insulating films can be used as a gate insulating film of the thin film transistor. In particular, an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is preferable. Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.

上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマCVD法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。   As a method for forming the film, a dry process such as a vacuum deposition method, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma CVD method, Examples include wet processes such as spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, and other coating methods, and printing and inkjet patterning methods. Can be used depending on the material.

ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤或いは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。   The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used.

これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法である。   Among these, the atmospheric pressure plasma method is preferable.

ゲート絶縁膜(層)が陽極酸化膜又は該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。   It is also preferable that the gate insulating film (layer) is composed of an anodized film or the anodized film and an insulating film. The anodized film is preferably sealed. The anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method.

陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウム又はタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。   Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and the anodizing method is not particularly limited, and a known method can be used.

また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、或いはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂等を用いることもできる。   Examples of organic compound films include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-radical polymerization-type, photo-cationic polymerization-type photo-curable resins, copolymers containing acrylonitrile components, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resins, etc. Can also be used.

無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは、100nm〜1μmである。   An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.

〔保護層〕
また有機薄膜トランジスタ素子上には保護層を設けることも可能である。保護層としては無機酸化物または無機窒化物、アルミニウム等の金属薄膜、ガス透過性の低いポリマーフィルムおよびこれらの積層物等が挙げられ、このような保護層を有することにより、有機薄膜トランジスタの耐久性が向上する。これらの保護層の形成方法としては、前述したゲート絶縁膜の形成法と同様の方法を挙げることができる。また、ポリマーフィルム上に各種の無機酸化物等が積層されたフィルムを単にラミネートするなどといった方法で保護層を設けても良い。
[Protective layer]
It is also possible to provide a protective layer on the organic thin film transistor element. Examples of the protective layer include inorganic oxides or inorganic nitrides, metal thin films such as aluminum, polymer films with low gas permeability, and laminates thereof. By having such a protective layer, the durability of the organic thin film transistor can be obtained. Will improve. As a method for forming these protective layers, the same method as the method for forming the gate insulating film described above can be used. Further, the protective layer may be provided by a method such as simply laminating a film in which various inorganic oxides are laminated on the polymer film.

(基板)
基板を構成する支持体材料としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、紙、不織布などを用いることができるが、本発明において支持体(基板)は樹脂からなることが好ましく、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができると共に、衝撃に対する耐性を向上できる。
(substrate)
Various materials can be used as the support material constituting the substrate. For example, ceramic substrates such as glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide. In addition, a semiconductor substrate such as gallium nitrogen, paper, and non-woven fabric can be used. In the present invention, the support (substrate) is preferably made of a resin, for example, a plastic film sheet can be used. Examples of plastic films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate, polyimide (PI), and polyamide. Examples thereof include films made of imide (PAI), polycarbonate (PC), cellulose triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. By using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.

以下、本発明の好ましい薄膜トランジスタの製造の実施形態について図7の断面模式図を用いて各工程を説明する。   Hereafter, each process is demonstrated about the embodiment of manufacture of the preferable thin-film transistor of this invention using the cross-sectional schematic diagram of FIG.

実施例1
先ず、基板301として、ポリエーテルスルホン樹脂フィルム(200μm)を用い、この上に、先ず、50W/m/minの条件でコロナ放電処理を施した。その後以下のように接着性向上のため下引き層を形成した。
Example 1
First, a polyethersulfone resin film (200 μm) was used as the substrate 301, and first, a corona discharge treatment was performed on the substrate 301 under the condition of 50 W / m 2 / min. Thereafter, an undercoat layer was formed in order to improve adhesion as follows.

(下引き層の形成)
下記組成の塗布液を乾燥膜厚2μmになるように塗布し、90℃で5分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯下10cmの距離から4秒間硬化させた。
(Formation of undercoat layer)
A coating solution having the following composition was applied to a dry film thickness of 2 μm, dried at 90 ° C. for 5 minutes, and then cured for 4 seconds from a distance of 10 cm under a 60 W / cm high-pressure mercury lamp.

ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ50nmの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層(バリア層)310とした(図7(1))。なお、大気圧プラズマ処理装置は特開2003−303520号公報に記載の図6に準じた装置を用いた。
Dipentaerythritol hexaacrylate monomer 60g
Dipentaerythritol hexaacrylate dimer 20g
Dipentaerythritol hexaacrylate trimer or higher component 20g
Diethoxybenzophenone UV initiator 2g
Silicone surfactant 1g
75g of methyl ethyl ketone
Methyl propylene glycol 75g
Further, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm was formed on the layer by continuous atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions, and these layers were used as an undercoat layer (barrier layer) 310 (FIG. 7 (1)). In addition, the atmospheric pressure plasma processing apparatus used the apparatus according to FIG. 6 as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-303520.

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)0.25体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm
(電極条件)
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを1mm被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてRmax5μmとした誘電体(比誘電率10)を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
(Used gas)
Inert gas: helium 98.25% by volume
Reactive gas: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
Discharge output: 10 W / cm 2
(Electrode condition)
The electrode is coated with 1 mm of alumina by ceramic spraying on a stainless steel jacket roll base material having cooling means with cooling water, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried, and then sealed by ultraviolet irradiation. This is a roll electrode having a dielectric (relative permittivity of 10) that has been subjected to hole treatment and has a smooth surface and an Rmax of 5 μm, and is grounded. On the other hand, as the application electrode, a hollow rectangular stainless steel pipe was coated with the same dielectric as described above under the same conditions.

次いで、ゲート電極を形成する。スパッタ法により、厚さ300nmのアルミニウム皮膜を一面に成膜した後、フォトリソグラフ法により、エッチングしてパターニング、ゲート電極302を形成した(図7(1))。   Next, a gate electrode is formed. After an aluminum film having a thickness of 300 nm was formed on one surface by sputtering, patterning was performed by photolithography to form a gate electrode 302 (FIG. 7 (1)).

次いで、さらにフィルム温度200℃にて、上述した大気圧プラズマ法により厚さ180nmの酸化珪素膜を設けゲート絶縁膜303を形成した(図7(2))。   Next, at a film temperature of 200 ° C., a 180 nm thick silicon oxide film was provided by the atmospheric pressure plasma method described above to form a gate insulating film 303 (FIG. 7B).

次いで、オクチルトリクロロシラン(C17SiCl)(OTS)を溶解したトルエン溶液(0.1質量%、60℃)に基板を10分間浸漬した後、トルエンですすぎ、さらに、超音波洗浄器中で10分間処理後、乾燥させることで、ゲート絶縁膜表面全面がOTSと反応し表面処理された。表面処理によりオクチルトリクロロシランによる単分子膜が形成するが図では便宜的に表面処理層308でこの単分子膜を表した(図7(3))。 Next, the substrate was immersed in a toluene solution (0.1% by mass, 60 ° C.) in which octyltrichlorosilane (C 8 H 17 SiCl 3 ) (OTS) was dissolved, then rinsed with toluene, and further an ultrasonic cleaner. After the treatment for 10 minutes, the entire surface of the gate insulating film reacted with OTS to be surface-treated by drying. A monomolecular film made of octyltrichlorosilane is formed by the surface treatment, but this monomolecular film is represented by the surface treatment layer 308 for convenience (FIG. 7 (3)).

この表面処理を行った上に、半導体チャネル領域に対応させた光透過部を有するフォトマスクMを介して、低圧水銀灯から波長254nmの紫外光を照射した(図7(4))。これにより、露光部の表面が分解され、表面処理部が親水化された。エタノールで洗浄し分解物を除去して、チャネル領域に対応する部分のゲート絶縁層303表面を露出させた(図7(5))。   After this surface treatment, ultraviolet light with a wavelength of 254 nm was irradiated from a low-pressure mercury lamp through a photomask M having a light transmission portion corresponding to the semiconductor channel region (FIG. 7 (4)). Thereby, the surface of the exposure part was decomposed | disassembled and the surface treatment part was hydrophilized. The decomposition product was removed by washing with ethanol to expose the surface of the gate insulating layer 303 corresponding to the channel region (FIG. 7 (5)).

次ぎに、半導体前駆体材料である、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウムを金属比率で1:1:1(モル比)で混合した10質量%水溶液としたものをインクとして、図7〜5で説明した静電吸引型インクジェット装置にて、バイアス電圧2000Vの電圧を印加し、さらにパルス電圧(400V)を重畳させて半導体層パターン(略ゲート電極パターン)に従ってインクを吐出し、半導体の前駆体材料薄膜306′を形成した(図7(6))。ノズル吐出口の内径は10μmとし、ノズル吐出口と基材とのギャップは500μmに保持した。このとき基板温度は80℃とした。   Next, a 10% by mass aqueous solution in which indium nitrate, zinc nitrate, and gallium nitrate, which are semiconductor precursor materials, are mixed at a metal ratio of 1: 1: 1 (molar ratio) is used as an ink in FIGS. In the electrostatic attraction type inkjet apparatus described above, a bias voltage of 2000 V is applied, and a pulse voltage (400 V) is further superimposed to eject ink according to a semiconductor layer pattern (substantially gate electrode pattern), thereby providing a semiconductor precursor material A thin film 306 'was formed (FIG. 7 (6)). The inner diameter of the nozzle outlet was 10 μm, and the gap between the nozzle outlet and the substrate was kept at 500 μm. At this time, the substrate temperature was 80 ° C.

100℃で熱処理し乾燥し、形成した前駆体材料薄膜306′の平均膜厚は30nmであった(図7(7))。   The precursor material thin film 306 ′ formed by heat treatment at 100 ° C. and drying was 30 nm in average thickness (FIG. 7 (7)).

次に、ITO微粒子のトルエン分散液(シーアイ化成社製、NanoTek Slurry ITO(粒径30nm) 15質量%分散液)を希釈して調製したインクを用いてインクジェット装置にてこの上に表面に吐出し、ITO微粒子が連続層を形成しないよう前駆体材料薄膜306′上に分散配置した。図7(8)に前駆体材料薄膜306′上に分散配置されたITO微粒子を模式的に示した。面密度が、約2000個/μmとなるようインクを希釈して調製した。 Next, an ITO fine particle toluene dispersion (Cai Kasei Co., Ltd., NanoTek Slurry ITO (particle size 30 nm) 15% by mass dispersion) diluted with ink was prepared and discharged onto the surface with an inkjet device. The ITO fine particles were dispersed on the precursor material thin film 306 'so as not to form a continuous layer. FIG. 7 (8) schematically shows ITO fine particles dispersedly disposed on the precursor material thin film 306 ′. The ink was diluted and prepared so that the surface density was about 2000 / μm 2 .

次に、支持体側からマイクロ波照射を行った。即ち、酸素と窒素の分圧が1:1の雰囲気、大気圧条件下で、500Wの出力でマイクロ波(2.45GHz)を照射し200℃で20分間の処理を行った。ITO(ゲート電極302)の、また前駆体材料上に配置されたITO微粒子のマイクロ波吸収による発熱で前駆体材料は酸化物半導体に変換され、ゲート絶縁膜上に半導体層306が形成された(図7(9))。   Next, microwave irradiation was performed from the support side. That is, the treatment was performed at 200 ° C. for 20 minutes by irradiating with microwaves (2.45 GHz) at an output of 500 W under an atmospheric pressure condition where the partial pressure of oxygen and nitrogen was 1: 1. The precursor material was converted into an oxide semiconductor by heat generation due to microwave absorption of ITO fine particles placed on the ITO (gate electrode 302) and on the precursor material, and a semiconductor layer 306 was formed on the gate insulating film ( FIG. 7 (9)).

次に、再度、オクチルトリクロロシラン(C17SiCl)(OTS)を溶解したトルエン溶液(0.1質量%、60℃)に基板を10分間浸漬した後、トルエンですすぎ、さらに、超音波洗浄器中で10分間処理後、乾燥させることで、形成したITO微粒子を有する酸化物半導体層306表面もOTSと反応し単分子膜が形成され表面処理された。同様に、表面処理層308でこの単分子膜を表した(図7(10))。 Next, the substrate was immersed again in a toluene solution (0.1 mass%, 60 ° C.) in which octyltrichlorosilane (C 8 H 17 SiCl 3 ) (OTS) was dissolved, and then rinsed with toluene. After treatment in a sonic cleaner for 10 minutes and drying, the surface of the formed oxide semiconductor layer 306 having ITO fine particles also reacted with OTS to form a monomolecular film and surface treatment. Similarly, this monomolecular film was represented by the surface treatment layer 308 (FIG. 7 (10)).

次いで、保護膜を形成する。   Next, a protective film is formed.

半導体層上の保護膜の形成領域以外を覆うマスクを用いて、保護膜形成領域を254nmの紫外光にて照射した(図7(11))。半導体層上の保護膜形成領域の表面処理層308を分解し半導体層を露出させた。なお、保護膜の幅がチャネル長(ソース電極304、ドレイン電極305の距離)を形成するので、保護膜の幅が15μmとなるよう露光領域を調整し半導体層のチャネル領域のみ露出させた(図7(12))。   The protective film formation region was irradiated with ultraviolet light of 254 nm using a mask covering the region other than the protective film formation region on the semiconductor layer (FIG. 7 (11)). The surface treatment layer 308 in the protective film formation region on the semiconductor layer was decomposed to expose the semiconductor layer. Note that since the width of the protective film forms the channel length (distance between the source electrode 304 and the drain electrode 305), the exposure region is adjusted so that the width of the protective film is 15 μm so that only the channel region of the semiconductor layer is exposed (FIG. 7 (12)).

酸化物半導体層306上に保護膜材料であるパーヒドロポリシラザン(AZエレクトロニックマテリアルズ社製 アクアミカNP110(登録商標))キシレン溶液を前記同様の静電吸引方式のインクジェット装置を用いて酸化物半導体層内の所定の領域に適用した(図7(13))。次いでこれを200℃、で30分の熱処理を行って、二酸化ケイ素の薄膜層に転化させ保護層307を形成した(図7(14))。保護層の厚みは200nmであった。   Perhydropolysilazane (Aquamica NP110 (registered trademark)) xylene solution, which is a protective film material, is deposited on the oxide semiconductor layer 306 in the oxide semiconductor layer using the same electrostatic suction ink jet apparatus as described above. (Fig. 7 (13)). Subsequently, this was heat-treated at 200 ° C. for 30 minutes to convert it into a silicon dioxide thin film layer to form a protective layer 307 (FIG. 7 (14)). The thickness of the protective layer was 200 nm.

次に、前記と同様の大気圧プラズマ装置を用い下記条件で酸素プラズマ処理し残っている表面処理層308を分解し、ゲート絶縁層303及び半導体層306の保護膜で覆った表面以外を露出させた(図7(15))。   Next, the remaining surface treatment layer 308 is decomposed by oxygen plasma treatment under the following conditions using the same atmospheric pressure plasma apparatus as described above, and the surfaces other than the surfaces covered with the protective films of the gate insulating layer 303 and the semiconductor layer 306 are exposed. (FIG. 7 (15)).

(使用ガス)
不活性ガス:窒素ガス 98体積%
反応性ガス:酸素ガス 2体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力:10W/cm
次ぎに、銀微粒子分散液(Cabot社製 CCI−300(銀含有率20質量%))を、ピエゾ方式のインクジェットヘッドから射出し、半導体層の露出領域を含むソース電極、ドレイン電極部分に印刷を施した。次いで200℃で30分間熱処理して、ソース電極304及びドレイン電極305を形成した(図2(14))。それぞれのサイズは、幅40μm、長さ100μm(チャネル幅)厚さ100nmであり、ソース電極304、ドレイン電極305の距離(チャネル長)は20μmとした。
(Used gas)
Inert gas: Nitrogen gas 98% by volume
Reactive gas: 2% by volume of oxygen gas
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
Next, a silver fine particle dispersion (CCI-300 (silver content 20 mass%) manufactured by Cabot) is ejected from a piezo-type inkjet head, and printing is performed on the source electrode and drain electrode portions including the exposed regions of the semiconductor layer. gave. Next, heat treatment was performed at 200 ° C. for 30 minutes to form a source electrode 304 and a drain electrode 305 (FIG. 2 (14)). Each size was 40 μm wide, 100 μm long (channel width), and 100 nm thick, and the distance (channel length) between the source electrode 304 and the drain electrode 305 was 20 μm.

以上の方法により作製した薄膜トランジスタは良好に駆動し、n型のエンハンスメント動作を示した。ドレインバイアスを10Vとし、ゲートバイアスを−10Vから+20Vまで掃引したときのドレイン電流の増加(伝達特性)が観測された。その飽和領域から見積もられた移動度は15cm/Vs、on/off比は7桁、閾値Vtは4.3Vであった。 The thin film transistor manufactured by the above method was driven well and showed n-type enhancement operation. An increase in drain current (transfer characteristics) was observed when the drain bias was 10 V and the gate bias was swept from -10 V to +20 V. The mobility estimated from the saturation region was 15 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 7 digits, and the threshold Vt was 4.3 V.

半導体前駆体層上にITO微粒子を配置しなかった以外は同様にして作成した薄膜トランジスタは、半導体への変換が容易かつ均一となり、移動度の高い、on/off比がたかい薄膜トランジスタが得られる。   A thin film transistor prepared in the same manner except that ITO fine particles are not disposed on the semiconductor precursor layer can be easily and uniformly converted into a semiconductor, and has a high mobility and a high on / off ratio.

実施例2
実施例1において、半導体前駆体層上にITO微粒子を配置する代わりに、シーアイ化成社製、NanoTek Powder ITO(粒径30nm)を3質量%で、半導体前駆体材料である、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム水溶液に混合したものをインクとして用いた。
Example 2
In Example 1, instead of placing ITO fine particles on the semiconductor precursor layer, NanoTek Powder ITO (particle size: 30 nm) manufactured by CI Kasei Co., Ltd. is 3% by mass, and the semiconductor precursor materials are indium nitrate and zinc nitrate. The ink mixed with an aqueous gallium nitrate solution was used as the ink.

ここでは、図8に断面模式図で示したように、前駆体材料薄膜306中にITO微粒子が分散され含有されている。その他は同様にして薄膜トランジスタを作成した。   Here, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 8, ITO fine particles are dispersed and contained in the precursor material thin film 306. Other than that, a thin film transistor was formed in the same manner.

この薄膜トランジスタについても、半導体への変換が容易かつ均一となり、実施例1同様の、移動度の高い、on/off比が高い薄膜トランジスタが得られた。移動度は18cm/Vs、on/off比は7桁、閾値Vtは5Vであった。 Also for this thin film transistor, conversion into a semiconductor was easy and uniform, and a thin film transistor having a high mobility and a high on / off ratio was obtained as in Example 1. The mobility was 18 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 7 digits, and the threshold Vt was 5V.

比較例1
実施例1において、半導体前駆体層上にITO微粒子を配置しなかった以外は同様にして薄膜トランジスタを作成した。
Comparative Example 1
In Example 1, a thin film transistor was prepared in the same manner except that ITO fine particles were not arranged on the semiconductor precursor layer.

作成した薄膜トランジスタについて同様に移動度、on/off比について見積もったが比較例1は移動度で1.2cm/Vs、on/off比は6桁、閾値Vtは6Vと実施例1,2に比べ特性が劣っていた。 Similarly, the mobility and on / off ratio of the thin film transistor thus prepared were estimated. In Comparative Example 1, the mobility was 1.2 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold Vt was 6 V. The characteristics were inferior.

以上のように、マイクロ波を吸収し発熱する材料を前駆体薄膜の内部、又は前駆体薄膜に接して配置し半導体層への変換を行った試料はより半導体層への変換効率が高いことがわかる。   As described above, a sample that is converted into a semiconductor layer by placing a material that absorbs microwaves and generates heat inside the precursor thin film or in contact with the precursor thin film has a higher conversion efficiency to the semiconductor layer. Recognize.

本発明で用いられる静電吸引方式の液体吐出装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the electrostatic suction type liquid discharge device used by this invention. 形状が異なるノズルの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the nozzle from which a shape differs. シミュレーションによるノズルの吐出孔付近の電位分布を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electric potential distribution of the discharge hole vicinity of the nozzle by simulation. マルチノズルヘッド100の概略構成を示す分解斜視図である。2 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a multi-nozzle head 100. FIG. マルチノズルヘッド100の内部構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing an internal configuration of a multi-nozzle head 100. FIG. 薄膜トランジスタの構成の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of a structure of a thin-film transistor. 本発明の薄膜トランジスタの製造の各工程について説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining each process of manufacture of the thin-film transistor of this invention. 前駆体材料薄膜にITO微粒子が分散され含有された様子を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows a mode that ITO fine particle was disperse | distributed and contained in the precursor material thin film.

符号の説明Explanation of symbols

301 基板
302 ゲート電極
303 ゲート絶縁層
304 ソース電極
305 ドレイン電極
306 半導体層
306′ 前駆体材料薄膜
301 Substrate 302 Gate electrode 303 Gate insulating layer 304 Source electrode 305 Drain electrode 306 Semiconductor layer 306 ′ Precursor material thin film

Claims (6)

酸化物半導体の前駆体薄膜を加熱して酸化物半導体膜に転化させる薄膜トランジスタの製造方法において、マイクロ波を吸収し発熱する材料を前駆体薄膜の内部、又は前駆体薄膜に接して配置し、この材料にマイクロ波を照射することにより、酸化物半導体膜への転化を行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In a thin film transistor manufacturing method in which a precursor thin film of an oxide semiconductor is heated to be converted into an oxide semiconductor film, a material that absorbs microwaves and generates heat is disposed inside the precursor thin film or in contact with the precursor thin film. A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the material is converted into an oxide semiconductor film by irradiation with microwaves. 酸化物半導体の前駆体薄膜が、前駆体の溶液又は分散液の塗布膜から形成されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the oxide semiconductor precursor thin film is formed from a coating solution of a precursor solution or dispersion. マイクロ波を吸収し発熱する材料が、金属酸化物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 3. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the material that absorbs microwaves and generates heat is a metal oxide. 発熱する材料が導電体であることを特徴とする請求項3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 4. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 3, wherein the material that generates heat is a conductor. 発熱する材料が金属酸化物の微粒子であることを特徴とする請求項3又は4に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 5. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 3, wherein the heat-generating material is metal oxide fine particles. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて作成された薄膜トランジスタ。 A thin film transistor produced using the method for producing a thin film transistor according to claim 1.
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