JP2017034026A - Metal oxide precursor thin film patterning method, metal oxide thin film patterning method and metal oxide thin film pattern produced by that method and electronic component - Google Patents

Metal oxide precursor thin film patterning method, metal oxide thin film patterning method and metal oxide thin film pattern produced by that method and electronic component Download PDF

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靖之 日下
Yasuyuki Kusaka
靖之 日下
晋太郎 小倉
Shintaro Ogura
晋太郎 小倉
洋史 牛島
Yoji Ushijima
洋史 牛島
真理子 藤田
Mariko Fujita
真理子 藤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal oxide precursor thin film patterning method not requiring photolithography process or etching process in printing manufacturing technology, and to provide a metal oxide thin film patterning method, a metal oxide thin film pattern manufactured by the manufacturing method, and an electronic component including that pattern.SOLUTION: After coating a substrate with a precursor thin film for forming a metal oxide thin film, an adhesive sheet is abutted against the semi-dried precursor thin film, and then the unnecessary region is peeled off from the substrate, thus patterning a metal oxide precursor thin film. A metal oxide thin film pattern can be obtained by performing oxidation treatment, such as heating treatment, following to the patterning of the precursor thin film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電子部品等に用いられる金属酸化物薄膜パターンを得るための、金属酸化物前駆体薄膜パターンの製造方法、金属酸化物薄膜パターンの製造方法及び該方法により製造された金属酸化物薄膜パターン並びに電子部品に関する。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide precursor thin film pattern, a method for producing a metal oxide thin film pattern, and a metal oxide thin film produced by the method for obtaining a metal oxide thin film pattern used for electronic parts and the like. The present invention relates to patterns and electronic components.

近年、電子部品全般において、金属酸化物薄膜は、半導体、絶縁膜、導電性膜、磁性体、圧電体、強誘電体等として用いられ、それらのパターン層の製造工程における生産性の向上等が望まれている。例えば、ディスプレイやメモリ等に用いられる薄膜トランジスタにおける半導体パターン層や、ITO(インジウムスズ酸化物)に代表される導電性膜パターン層が挙げられる。   In recent years, metal oxide thin films have been used as semiconductors, insulating films, conductive films, magnetic bodies, piezoelectric bodies, ferroelectrics, etc. in general electronic components, and the productivity of these pattern layers in the manufacturing process has been improved. It is desired. For example, a semiconductor pattern layer in a thin film transistor used for a display, a memory, or the like, or a conductive film pattern layer typified by ITO (indium tin oxide) can be used.

従来、金属酸化物薄膜層はスパッタ法や塗布法等によって成膜され、次のような方法でパターニングされる。   Conventionally, a metal oxide thin film layer is formed by sputtering or coating, and is patterned by the following method.

スパッタ法によって成膜される金属酸化物薄膜の場合は、(A)まず金属酸化物薄膜を形成する工程、続いてフォトリソグラフィ技術によりレジストマスクを形成する工程、該レジストマスクのない領域をウエットエッチングする工程からなるパターニング方法、あるいは、(B)予めレジストパターンを形成した基板の上に金属酸化物薄膜を形成する工程、リフトオフ法によって不要部を除去する工程からなるパターニング方法が行われている。   In the case of a metal oxide thin film formed by sputtering, (A) a step of forming a metal oxide thin film first, a step of forming a resist mask by photolithography technology, and wet etching the region without the resist mask A patterning method comprising a step of performing, or (B) a step of forming a metal oxide thin film on a substrate on which a resist pattern has been previously formed, and a patterning method comprising a step of removing unnecessary portions by a lift-off method are performed.

一方、塗布法によって成膜される金属酸化物薄膜の場合は、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を用いて、基板に塗布し成膜する方法であり、インクジェット法による直接パターニングすることが行われている(特許文献1、2、3参照)。また、塗布成膜後に、熱酸化処理やプラズマ酸化処理などによって膜を固化させた後に、スパッタ法と同様に、エッチング等のパターニング方法を用いることができる(特許文献4参照)。   On the other hand, in the case of a metal oxide thin film formed by a coating method, it is a method of applying a film to a substrate using a solution containing a metal that is a precursor of the metal oxide thin film. Patterning is performed (see Patent Documents 1, 2, and 3). In addition, after the coating film is formed, after the film is solidified by thermal oxidation treatment or plasma oxidation treatment, a patterning method such as etching can be used similarly to the sputtering method (see Patent Document 4).

本願に関連した先行文献調査をしたところ、亜鉛、インジウム、ガリウム等を含む金属酸化物薄膜を製造する技術として、金属酸化物の前駆体を含む溶液を塗布した後、該前駆体を加熱又は酸化的な分解により金属酸化物半導体に転化する技術が報告されている(特許文献5参照)。前記文献では、インクジェット法や、フォトリソグラフ法やレーザーアブレーション等でパターン化することが例示されている。   As a technique for producing a metal oxide thin film containing zinc, indium, gallium, etc., as a technique for producing a prior art document related to the present application, after applying a solution containing a metal oxide precursor, the precursor is heated or oxidized. A technique for converting to a metal oxide semiconductor by chemical decomposition has been reported (see Patent Document 5). In the above document, patterning is exemplified by an ink jet method, a photolithographic method, laser ablation, or the like.

特開2010−283002号公報JP 2010-283002 A 特開2010−21333号公報JP 2010-21333 A 国際公開2010/047177International Publication 2010/047177 特開2011−79735号公報JP 2011-79735 A 特開2010−283190号公報JP 2010-283190 A

従来のフォトリソグラフィ工程を用いるパターニング方法は、高価な露光装置が必要であり、設備投資費用が高額になるという問題がある。また、レジストの現像やエッチング工程においては、使用する溶剤によって下層への化学的なダメージが発生するという問題がある。また、露光機を用いる場合、枚様式に間欠送りにならざるを得ないため、生産性が低いという問題もある。   A conventional patterning method using a photolithography process requires an expensive exposure apparatus and has a problem that the capital investment cost is high. Further, in the resist development and etching process, there is a problem that chemical damage to the lower layer occurs due to the solvent used. In addition, when an exposure machine is used, there is a problem that productivity is low because the sheet format must be intermittently fed.

一方、近年の印刷製造技術の発展により、ロール・ツー・ロールプロセスよって間欠停止なく連続的なパターニングプロセスを可能とする方法が必要である。   On the other hand, with the recent development of printing manufacturing technology, there is a need for a method that enables a continuous patterning process without intermittent stop by a roll-to-roll process.

本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、本発明は、塗布により形成する金属酸化物薄膜の製造において、該薄膜に対して、インクジェット法やフォトリソグラフ法やレーザーアブレーションやエッチング方法を使用しないで、金属酸化物前駆体薄膜のパターンを製造する方法や金属酸化物薄膜のパターンを製造する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、新規な方法によりパターニングされた金属酸化物薄膜パターン、及び該金属酸化物薄膜パターンを備える電子部品を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve these problems, and the present invention relates to an inkjet method, a photolithographic method, a laser ablation method and an etching method for manufacturing a metal oxide thin film formed by coating. An object of the present invention is to provide a method for producing a metal oxide precursor thin film pattern and a method for producing a metal oxide thin film pattern without using a metal oxide. Another object of the present invention is to provide a metal oxide thin film pattern patterned by a novel method and an electronic component including the metal oxide thin film pattern.

本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有するものである。   The present invention has the following features in order to achieve the above object.

本発明は、金属酸化物前駆体薄膜パターンの製造方法に関し、金属酸化物前駆体を有する溶液を基材上に塗布し形成した薄膜を、該薄膜の蒸発成分の一部を除去することによって半乾燥化させ、半乾燥化した前記薄膜に対し、粘着材を当接した後に引き離すことによって、前記当接した部分のみを除去して金属酸化物前駆体を含む薄膜のパターニングを行うことを特徴とする。例えば、半乾燥化した薄膜は、金属酸化物前駆体の体積固形分率が、30%以上60%以下程度であることが好ましい。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide precursor thin film pattern, and a thin film formed by applying a solution containing a metal oxide precursor on a substrate is removed by removing a part of the evaporation component of the thin film. The thin film that has been dried and semi-dried is subjected to patterning of the thin film containing the metal oxide precursor by removing only the abutted part by separating the thin film after contacting the adhesive material. To do. For example, the semi-dried thin film preferably has a volume solid content of the metal oxide precursor of about 30% to 60%.

本発明は、金属酸化物薄膜パターンの製造方法に関し、前記金属酸化物前駆体を含む薄膜のパターニングを行った後に、加熱処理することを特徴とする。   The present invention relates to a method for producing a metal oxide thin film pattern, wherein the thin film containing the metal oxide precursor is patterned and then heat-treated.

本発明は、金属酸化物薄膜パターンに関し、前記金属酸化物前駆体薄膜パターンの製造方法により製造されたことを特徴とする。本発明は、金属酸化物薄膜パターンに関し、本発明の前記金属酸化物薄膜パターンの製造方法により製造されたことを特徴とする。   The present invention relates to a metal oxide thin film pattern, which is manufactured by the method for manufacturing a metal oxide precursor thin film pattern. The present invention relates to a metal oxide thin film pattern, which is produced by the method for producing a metal oxide thin film pattern of the present invention.

本発明は、電子部品に関し、前記金属酸化物前駆体薄膜パターンの製造方法により製造された金属酸化物薄膜パターンを備えることを特徴とする。本発明は、電子部品に関し、本発明の前記金属酸化物薄膜パターンの製造方法により製造された金属酸化物薄膜パターンを備えることを特徴とする。   The present invention relates to an electronic component, and includes a metal oxide thin film pattern manufactured by the method for manufacturing a metal oxide precursor thin film pattern. The present invention relates to an electronic component, and includes the metal oxide thin film pattern manufactured by the metal oxide thin film pattern manufacturing method of the present invention.

本発明によれば、パターニングを、粘着材を用いて塗布膜の剥離により実現できたので、従来の高価な装置を要せず、簡単な工程で実施できる。即ち、従来のリソグラフィー工程やエッチング工程等を行う必要がないので、本発明は、安価で省資源なパターニング法である。   According to the present invention, since the patterning can be realized by peeling the coating film using an adhesive material, a conventional expensive apparatus is not required and can be performed by a simple process. That is, since it is not necessary to perform a conventional lithography process or etching process, the present invention is an inexpensive and resource-saving patterning method.

さらに、従来のレジストの現像工程やレジスト除去工程、エッチング工程等では、塗布膜の下層や周辺の層に対しての化学的なダメージが生じるが、本発明の方法によれば、製造された金属酸化物薄膜の機能、下層や周辺層の機能にダメージを生起させない。本発明のパターン方法では、溶媒と例えば下層の酸化物半導体層等とが接触することを避けることができる。よって、金属酸化物薄膜パターンを備える製品全体として優れた所望の特性を有する。例えば、電子部品に適用した場合、金属酸化物薄膜を含む積層構造全体として、優れた半導体特性の評価を得ることができた。   Furthermore, in the conventional resist development process, resist removal process, etching process, and the like, chemical damage occurs to the lower layer of the coating film and the surrounding layers. According to the method of the present invention, the manufactured metal Does not cause damage to the function of the oxide thin film and the function of the lower layer and the peripheral layer. In the patterning method of the present invention, it is possible to avoid contact between the solvent and, for example, the lower oxide semiconductor layer. Therefore, it has the desired characteristic which was excellent as the whole product provided with a metal oxide thin film pattern. For example, when applied to an electronic component, it was possible to obtain excellent evaluation of semiconductor characteristics as a whole laminated structure including a metal oxide thin film.

本発明によれば、塗布膜の従来の製造工程における途中工程で、パターニングを、粘着材を用いて塗布膜の剥離により実現するので、製造プロセスの短タクト化が適宜実現できる。本発明を、ロール・ツー・ロールプロセスに適合する連続パターニング方法に適用することが簡単にできる。例えば、粘着材を表面に具備させたロールを、半乾燥化した塗布膜に接触させ、該ロールを回転させながら除去すればパターニングが完了できるため、待機時間なく連続的な生産ができる。   According to the present invention, patterning is realized by peeling off the coating film using an adhesive material in an intermediate step in the conventional manufacturing process of the coating film, so that shortening of the manufacturing process can be appropriately realized. The present invention can be easily applied to a continuous patterning method adapted to a roll-to-roll process. For example, if a roll having an adhesive material on the surface is brought into contact with a semi-dried coating film and removed while rotating the roll, patterning can be completed, so that continuous production can be performed without waiting time.

本発明では、まず被塗布基板上に膜厚を均一に成膜し、その後不要部分のみを除去する方法であるため、パターン化された薄膜の断面矩形性が高い。これは、インクジェット法でしばしば問題となるような、コーヒーリング現象や、固化後の膜形状が湾曲する問題に対して優位である。   In the present invention, since the film thickness is first uniformly formed on the substrate to be coated, and then only unnecessary portions are removed, the cross-sectional rectangularity of the patterned thin film is high. This is advantageous for the coffee ring phenomenon and the problem of curved film shape after solidification, which are often problems in the ink jet method.

また、本発明によれば、塗布溶液は金属酸化物前駆体と溶媒のみからなるようにすることもできるため、界面活性剤や微粒子分散剤など、金属酸化物薄膜の機能性を低下させうる添加物の付与が不要であり、この場合は、より高純度の金属酸化物膜パターンを得ることができる。   In addition, according to the present invention, since the coating solution can be composed only of the metal oxide precursor and the solvent, an additive that can reduce the functionality of the metal oxide thin film, such as a surfactant or a fine particle dispersant. In this case, a higher-purity metal oxide film pattern can be obtained.

また、粘着材による塗布膜の基材から剥離が、塗布膜の乾燥途中において、初めて可能であることが、本発明により明らかになったのである。これに対して、例えば、スパッタによって形成した膜の場合は、スパッタ膜が基板と強固に密着し、かつ膜自体の凝集力が大きいため、粘着材による部分的除去は不可能である。本願の方法は、塗布法によって成膜された金属酸化物前駆体に対して有効で効果的な方法である。   Further, the present invention has revealed that peeling from the base material of the coating film by the adhesive material is possible for the first time during the drying of the coating film. On the other hand, for example, in the case of a film formed by sputtering, the sputtered film is firmly adhered to the substrate, and the cohesive force of the film itself is large, so partial removal with an adhesive is impossible. The method of the present application is an effective and effective method for a metal oxide precursor formed by a coating method.

本発明によれば、金属酸化物前駆体薄膜のパターンを製造する手法に特徴があり、金属酸化物薄膜のパターンを製造する技術において効果があるので、金属酸化物として、従来知られている各種の電子材料、及び薄膜パターンを必要とするその他機能性金属酸化物を用いることにより、用途に応じた所望の特性の膜を実現することができる。   According to the present invention, the method for producing the pattern of the metal oxide precursor thin film is characterized and effective in the technique for producing the pattern of the metal oxide thin film. By using other electronic materials and other functional metal oxides that require a thin film pattern, it is possible to realize a film having desired characteristics according to the application.

本発明の実施の形態の製造方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing method of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の、半乾燥状態における体積固形分率を説明する図である。It is a figure explaining the volume solid content rate in a semi-dry state of an embodiment of the invention. 本発明の実施例1の金属酸化物前駆体薄膜のパターンの顕微鏡写真図である。It is a microscope picture figure of the pattern of the metal oxide precursor thin film of Example 1 of this invention. 本発明の比較例1の金属酸化物前駆体薄膜のパターンの顕微鏡写真図である。It is a microscope picture figure of the pattern of the metal oxide precursor thin film of the comparative example 1 of this invention.

本発明の実施の形態について以下説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

本発明者らは、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を用いて、スピンコートやスリットコート等の塗布方法によって基材上に薄膜を形成した後、該薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階で、粘着材を当接させた領域のみを除去する選択的除去を実現したものである。ここで、該薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階は、該薄膜が半乾燥化(「半乾き」ともいう。)した状態の段階をいい、例えば、該金属酸化物前駆体薄膜が乾燥によって基板と固着する前の段階、または薄膜自体が固化強靭化する前の段階である。本発明では、半乾燥状態の塗布膜の所定領域を、粘着シートの当接及び引き離しにより、基材から引き剥がす。所定領域は、目的とする金属酸化物薄膜のパターン以外の領域のことに相当し、除去パターンの領域(非パターン領域ともいう。)である。   The present inventors formed a thin film on a substrate by a coating method such as spin coating or slit coating using a solution containing a metal as a precursor of the metal oxide thin film, and then evaporated the thin film. At the stage where a part of the components is removed, selective removal is realized in which only the region where the adhesive material is in contact is removed. Here, the step of removing a part of the evaporation components contained in the thin film refers to a step in which the thin film is semi-dried (also referred to as “semi-dry”), for example, the metal oxide precursor. This is a stage before the thin film is fixed to the substrate by drying, or a stage before the thin film itself is solidified and toughened. In this invention, the predetermined area | region of the coating film of a semi-dry state is peeled off from a base material by contact | abutting and peeling of an adhesive sheet. The predetermined region corresponds to a region other than the target metal oxide thin film pattern and is a removal pattern region (also referred to as a non-pattern region).

本発明の実施の形態のパターニング工程を、図1を参照して説明する。
(1)[塗布工程] 金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を用いて、スピンコートやスリットコート等の塗布方法によって基材1上に薄膜2を形成する。この薄膜を金属酸化物前駆体薄膜という。
(2)[蒸発成分一部除去工程又は半乾燥化工程] 塗布により形成された薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去する。蒸発成分のうちの一部が除去された膜を、半乾燥化した金属酸化物前駆体薄膜3という。当該工程は、加熱又は減圧又は常温放置等により実施することができる。
(3)[粘着材付着工程] 薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階で、所定の領域に粘着材4を当接させて付着させる。
(4)[選択的剥離除去工程] 薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階で、当接させた粘着材によって基材から引き離す力を加えることにより、半乾燥化した金属酸化物前駆体薄膜3のうちの粘着材4を付着させた領域のみを、基材1から剥離して除去する。
The patterning process of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
(1) [Coating process] The thin film 2 is formed on the substrate 1 by a coating method such as spin coating or slit coating, using a solution containing a metal that is a precursor of the metal oxide thin film. This thin film is called a metal oxide precursor thin film.
(2) [Partial evaporation component removing step or semi-drying step] Part of the evaporation component contained in the thin film formed by coating is removed. The film from which part of the evaporation component has been removed is referred to as a semi-dried metal oxide precursor thin film 3. The said process can be implemented by heating, pressure reduction, or normal temperature standing.
(3) [Adhesive material attaching step] At the stage where a part of the evaporated components contained in the thin film is removed, the adhesive material 4 is brought into contact with and adhered to a predetermined region.
(4) [Selective peeling / removing step] The metal oxide which has been semi-dried by applying a force to separate it from the base material by the pressure-sensitive adhesive material in contact with a part of the evaporated component contained in the thin film. Only the region of the precursor thin film 3 to which the adhesive material 4 is attached is peeled off from the substrate 1 and removed.

(4)の工程の後、基材1上の半乾燥化した金属酸化物前駆体薄膜3を、焼成等の加熱処理等をすることにより酸化させ、金属酸化物薄膜パターンを得ることができる。   After the step (4), the semi-dried metal oxide precursor thin film 3 on the substrate 1 can be oxidized by heat treatment such as baking to obtain a metal oxide thin film pattern.

[金属酸化物薄膜]
本実施の形態における金属酸化物薄膜として、例えば、半導体薄膜、導体薄膜、絶縁体薄膜、誘電体薄膜、磁性体薄膜、圧電体薄膜及び強誘電体薄膜等の電子材料薄膜、並びに薄膜パターンを必要とするその他機能性金属酸化物薄膜が挙げられる。金属酸化物薄膜は、金属原子の種類及び比率を適宜選択して実施することができる。後述する実施例では、酸化物半導体の例(In、Ga、Zn金属元素を含む酸化物(以下IGZOともいう。))、強誘電体(BiFeO3)、酸化物絶縁膜(Al23)を示したが、その他の金属酸化物の前駆体に対しても同様な方法でパターニングを実施できる。例えば、金属酸化物薄膜として、酸化物導体および酸化物半導体(SrRuO3、ZnO、TiO2、SnO2、In3、SrTiO3)、絶縁体(SiO2、ZrO2、Y23、La23、LaTiO3、HfO2)、強誘電体(PbBaO3、BaTiO3、Sr2TaO7、Sr2Nb27、La2Ti27、CdTiO3、Bi2WO6)等が挙げられる。
[Metal oxide thin film]
As the metal oxide thin film in this embodiment, for example, a thin film of an electronic material such as a semiconductor thin film, a conductor thin film, an insulator thin film, a dielectric thin film, a magnetic thin film, a piezoelectric thin film, and a ferroelectric thin film, and a thin film pattern are required. And other functional metal oxide thin films. The metal oxide thin film can be implemented by appropriately selecting the type and ratio of metal atoms. In examples described later, examples of oxide semiconductors (oxides containing In, Ga, and Zn metal elements (hereinafter also referred to as IGZO)), ferroelectrics (BiFeO 3 ), oxide insulating films (Al 2 O 3 ) However, patterning can also be performed on other metal oxide precursors in the same manner. For example, as a metal oxide thin film, an oxide conductor and an oxide semiconductor (SrRuO 3 , ZnO, TiO 2 , SnO 2 , In 2 O 3 , SrTiO 3 ), an insulator (SiO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , LaTiO 3 , HfO 2 ), ferroelectric (PbBaO 3 , BaTiO 3 , Sr 2 TaO 7 , Sr 2 Nb 2 O 7 , La 2 Ti 2 O 7 , CdTiO 3 , Bi 2 WO 6 ), etc. Is mentioned.

[金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液]
本発明の実施の形態で述べる、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液とは、酸化処理によって金属酸化物を生成する前の、金属化合物が溶解した溶液をさし、具体的には、金属酸化物薄膜を構成する金属の陽イオンを含有する金属塩が溶媒に溶解したもの、またはアルコキシ基を含む有機金属化合物が溶媒に溶解したものを指す。
[Solution containing a metal to be a precursor of a metal oxide thin film]
The solution containing a metal to be a precursor of a metal oxide thin film described in the embodiment of the present invention refers to a solution in which a metal compound is dissolved before the metal oxide is generated by oxidation treatment, and is specifically Refers to a metal salt containing a metal cation constituting a metal oxide thin film dissolved in a solvent or an organometallic compound containing an alkoxy group dissolved in a solvent.

金属酸化物薄膜の前駆体となる金属は、Li、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等である。   The metal that is the precursor of the metal oxide thin film is Li, 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, and the like.

本発明では、酸化処理によって酸素と金属が結合して、「金属−酸素」結合を連続的に形成する前の段階のものを前駆体(又は金属酸化物前駆体)、酸化して金属酸化物を形成したものを金属酸化物と呼ぶ。   In the present invention, oxygen and metal are combined by oxidation treatment to form a precursor (or a metal oxide precursor) before the “metal-oxygen” bond is continuously formed, and oxidized to a metal oxide. A material in which is formed is called a metal oxide.

前駆体として用いる金属塩としては、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩、蓚酸塩またはハロゲン塩等が挙げられる。ハロゲン塩としては、塩化物、ヨウ化物、臭化物等が挙げられる。   Examples of the metal salt used as the precursor include nitrate, sulfate, phosphate, carbonate, acetate, oxalate, and halogen salt. Examples of the halogen salt include chloride, iodide, bromide and the like.

前駆体として用いる有機金属化合物で用いられるアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロピル基、イソプロピル基等が挙げられる。   Examples of the alkoxy group used in the organometallic compound used as the precursor include a methoxy group, an ethoxy group, a propyl group, and an isopropyl group.

金属塩を含む前駆体に用いられる溶媒としては、金属塩を溶解するものであれば特に制限されない。例えば、水、メタノール、エタノール、2−メトキシエタノール、フルオロメタノール、トリフルオロメタノール、2−フルオロエタノール、トリフルオロエタノール等が挙げられる。金属塩を含む前駆体に用いられる前記溶媒は、混合溶媒で用いられても、単一溶媒で用いられてもよい。また、金属塩の溶解性を向上させるために、硝酸などを添加してもよい。さらに、前記溶液の安定化剤として、より配位力の強いエタノールアミンなどを添加してもよい。また、乾燥速度を遅くしたい場合は、主溶媒よりも高沸点の溶媒、たとえばエチレングリコールやグリセリンなどを添加してもよい。   The solvent used for the precursor containing the metal salt is not particularly limited as long as it dissolves the metal salt. Examples thereof include water, methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, fluoromethanol, trifluoromethanol, 2-fluoroethanol, and trifluoroethanol. The said solvent used for the precursor containing a metal salt may be used with a mixed solvent, or may be used with a single solvent. Moreover, in order to improve the solubility of a metal salt, nitric acid etc. may be added. Further, ethanolamine having a higher coordinating power may be added as a stabilizer for the solution. When it is desired to reduce the drying rate, a solvent having a boiling point higher than that of the main solvent, such as ethylene glycol or glycerin, may be added.

有機金属化合物を含む前駆体に用いられる溶媒としては、水を溶解せずに前記有機金属化合物を溶解するものであれば特に制限されない。例えば、脱水アルコール、キシレン、ヘキサン、トルエンが挙げられる。   The solvent used for the precursor containing the organometallic compound is not particularly limited as long as it dissolves the organometallic compound without dissolving water. Examples include dehydrated alcohol, xylene, hexane, and toluene.

金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液に用いる溶媒は、蒸発速度が遅いほうが好ましい。また、金属塩は潮解性を示すものが好ましい。また溶質濃度は特に限定されるものではなく、所望の膜厚にあわせて調整すればよい。   The solvent used for the solution containing the metal that is the precursor of the metal oxide thin film preferably has a low evaporation rate. The metal salt is preferably one that exhibits deliquescence. The solute concentration is not particularly limited, and may be adjusted according to a desired film thickness.

[基材]
本実施の形態では、薄膜を塗布する基材(被塗布基板とも呼ぶ。)は、前駆体溶液をはじくことなく塗布できるものであればよく、例えば、シリコンウエハやガラスなどを用いることができる。またフィルム状のフレキシブル基材を用いてもよい。
[Base material]
In the present embodiment, a base material (also referred to as a substrate to be coated) on which a thin film is applied may be any material that can be applied without repelling the precursor solution. For example, a silicon wafer or glass can be used. A film-like flexible substrate may be used.

また、前駆体溶液は、スピンコートなどの塗布によって、被塗布基材上に一様な膜を形成する必要があるため、被塗布基材の表面はプラズマ処理、紫外線照射処理、オゾン処理、ピラニア洗浄、硝酸洗浄などによって親水化されていることが望ましい。   In addition, since the precursor solution needs to form a uniform film on the substrate to be coated by application such as spin coating, the surface of the substrate to be coated is subjected to plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment, ozone treatment, piranha. It is desirable to make it hydrophilic by washing, nitric acid washing or the like.

[塗布工程]
本発明の実施の形態では、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を、公知の塗布方法で基材に塗布する。塗布方法に特に制限はない。薄膜を形成する塗布方法として好適なスピンコートやスリットコート等が挙げられる。
[Coating process]
In the embodiment of the present invention, a solution containing a metal to be a precursor of a metal oxide thin film is applied to a substrate by a known application method. There is no restriction | limiting in particular in the application method. Examples of suitable coating methods for forming a thin film include spin coating and slit coating.

[薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階]
本発明の実施の形態では、金属酸化物の前駆体塗布膜が乾燥によって基材と固着する前の段階、または塗布膜自体が固化強靭化する前の段階のように、薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階において、粘着材を片面に有するシートを塗布膜に貼りつけて、引き剥がすと、塗布膜がシート側に貼り付き、基材から塗布膜が剥離する。基材から塗布膜が膜ごと剥離可能であるのは、上述のような段階であり、粘着材と薄膜との界面における付着力が、薄膜と被塗布基材との界面における付着力及び薄膜内部の凝集力より大の場合である。
[Steps in which some of the evaporation components contained in the thin film have been removed]
In the embodiment of the present invention, the vaporized component contained in the thin film as in the stage before the metal oxide precursor coating film is fixed to the substrate by drying, or before the coating film itself is solidified and toughened. When a part of the sheet is removed, if a sheet having an adhesive material on one side is attached to the coating film and peeled off, the coating film adheres to the sheet side, and the coating film peels from the substrate. The coating film can be peeled off from the substrate together with the film at the above-described stage. Is larger than the cohesive force

粘着材を片面に有するシートを、薄膜に貼りつけて、引き剥がす際に、基材から薄膜が剥離する領域(非パターン領域)と、基材にそのまま残存する領域(パターン領域)との境界は、パターン領域の側部や端部となるので、パターンの断面矩形性が高く、かつ薄膜側壁が荒れていないことが望まれる。たとえば、乾燥が不足している場合は、パターン領域を形成した後に、パターン領域が流動して、矩形性が悪化してしまう。一方、薄膜自体が固化強靭化してしまうと、薄膜内部の凝集力および薄膜と被塗布基板との界面における付着力が増大してしまい、非パターン領域を良好に形成することができない。このため、薄膜に含まれる蒸発成分のすべてではなく、一部のみを除去した段階で、上記の通り、粘着材を用いて薄膜の一部を剥離してパターニングすることが肝要である。後述する実施例の結果からも分かるように、本願によれば、パターンの断面矩形性が高く、かつ薄膜側壁が荒れていない。   When a sheet having an adhesive material on one side is attached to a thin film and peeled off, the boundary between the area where the thin film peels from the base material (non-pattern area) and the area where the base material remains as it is (pattern area) is Since it becomes a side part or an end part of the pattern region, it is desired that the cross-sectional rectangularity of the pattern is high and the side wall of the thin film is not rough. For example, when the drying is insufficient, the pattern area flows after the pattern area is formed, and the rectangularity deteriorates. On the other hand, if the thin film itself is solidified and toughened, the cohesive force inside the thin film and the adhesive force at the interface between the thin film and the substrate to be coated increase, and the non-pattern region cannot be formed satisfactorily. For this reason, it is important to peel off and pattern a part of the thin film using the adhesive material as described above at the stage where only a part of the evaporation component contained in the thin film is removed. As can be seen from the results of Examples to be described later, according to the present application, the pattern has a rectangular cross-section and the thin film sidewall is not rough.

薄膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した段階における膜厚は、所望の膜厚にあわせて調整すればよいが、おおよそ200nm以下であることが望ましい。   The film thickness at the stage where a part of the evaporated components contained in the thin film is removed may be adjusted according to the desired film thickness, but is preferably about 200 nm or less.

本実施の形態では、「半乾燥化」の状態とは、塗布膜に含まれる蒸発成分のうち一部を除去した状態であり、その結果、薄膜の溶媒成分の割合が減少した状態であり、かつ完全には乾燥していない状態である。   In the present embodiment, the state of “semi-drying” is a state in which a part of the evaporation component contained in the coating film is removed, and as a result, the state of the ratio of the solvent component of the thin film is reduced, And it is not completely dry.

塗布膜における固形物の割合を、体積固形分率の下記の式で表すとき、本発明の半乾燥状態の前駆体薄膜は、体積固形分率でおよそ30%以上60%以下の状態にあることが好ましい。   When the ratio of solids in the coating film is expressed by the following formula of volume solid content, the semi-dry precursor thin film of the present invention is in a state of about 30% to 60% by volume solid content. Is preferred.

(式) 体積固形分率 = (T/t) × 100 [%] (Formula) Volume solid content ratio = (T / t) × 100 [%]

式において、T:蒸発成分を除去した塗布膜の厚さ、t:半乾燥化状態にある塗布膜の厚さである。ここで、蒸発成分を除去した塗布膜の厚さとは、蒸発成分を完全除去した塗布膜の厚さであり、実験的には、溶媒の沸点以上で、かつ酸化反応が進行しない温度で10分間加熱した膜の厚さである。   In the equation, T is the thickness of the coating film from which the evaporation component has been removed, and t is the thickness of the coating film in a semi-dried state. Here, the thickness of the coating film from which the evaporation component has been removed is the thickness of the coating film from which the evaporation component has been completely removed. Experimentally, the thickness is equal to or higher than the boiling point of the solvent for 10 minutes at a temperature at which the oxidation reaction does not proceed. It is the thickness of the heated film.

塗布薄膜の乾燥特性は、溶液の飽和蒸気圧、溶媒の潜熱、溶媒の沸点、周囲環境の圧力、周囲環境の溶媒蒸気圧および加熱温度に影響される。さらに、金属塩からなる前駆体薄膜の場合は、前駆体となる金属塩の水和力および潮解性が高い塩ほど乾燥速度が遅くなる。したがって、たとえば塗布薄膜の乾燥速度が速く、パターニングに必要な半乾燥化状態を維持することが困難な場合は、周囲環境を高圧する、高湿環境にする、高沸点溶媒を用いる、加熱温度を下げる、等の処置をすることにより、半乾燥化状態を維持する時間を長くすることができる。   The drying characteristics of the coated thin film are affected by the saturated vapor pressure of the solution, the latent heat of the solvent, the boiling point of the solvent, the pressure of the surrounding environment, the solvent vapor pressure of the surrounding environment, and the heating temperature. Furthermore, in the case of a precursor thin film made of a metal salt, the drying rate of the salt becomes higher as the salt has a higher hydration power and deliquescence. Therefore, for example, when the drying speed of the coated thin film is fast and it is difficult to maintain the semi-dried state necessary for patterning, the ambient temperature is increased to a high-humidity environment, a high-boiling solvent is used, and the heating temperature is set to By taking measures such as lowering, the time for maintaining the semi-dried state can be lengthened.

パターニングが可能であるかどうかは、膜の脆性、膜厚(固形分率)に依存すると考えられ、一概に限定することはできないが、後述の粘着材(対ステンレスの粘着力が1.8N/10mm)を用いる場合は、半乾燥化時の膜厚がおおよそ200nm以下であることが望ましく、半乾燥化時の固形分率は前述の通り、30%から60%の間であることが望ましい。   Whether or not patterning is possible depends on the brittleness of the film and the film thickness (solid content ratio), and cannot be generally limited. However, the adhesive material described later (adhesive strength of stainless steel to 1.8 N / 10 mm), the film thickness during semi-drying is desirably about 200 nm or less, and the solid content during semi-drying is desirably between 30% and 60% as described above.

[粘着材]
本実施の形態では、粘着材、例えば粘着材シート上の粘着材は、粘着材と該薄膜との付着力が、該薄膜と被塗布基板との付着力よりも大きければよい。後述する実施例では、アクリル系の粘着剤を特殊ポリプロピレンフィルムに設けた市販の粘着テープを用いた。例えば、粘着力が対ステンレスで1.8N/10mm程度以上あることが好ましい。
[Adhesive]
In the present embodiment, an adhesive material, for example, an adhesive material on an adhesive material sheet, has only to have an adhesive force between the adhesive material and the thin film larger than an adhesive force between the thin film and the substrate to be coated. In Examples described later, a commercially available adhesive tape in which an acrylic adhesive is provided on a special polypropylene film was used. For example, the adhesive strength is preferably about 1.8 N / 10 mm or more with respect to stainless steel.

使用する粘着材として、次のような構造体を使用することができる。例えば、除去パターンに対応する部分のみに粘着材が付与された構造体、除去パターンに対応する部分が凸部形状に成形され、該凸部のみに粘着層が形成された構造体、基材表面の全体に粘着材が付与され、そのうち非除去部分に開口部が設けられている構造体、基材表面の全体に粘着材が付与され、そのうち非除去に対応する基材は切断除去された構造体、基材表面の全体に粘着材が付与され、そのうち非除去部分に非粘着性マスクが設けられている構造体等が挙げられる。   As an adhesive material to be used, the following structure can be used. For example, a structure in which an adhesive material is applied only to a portion corresponding to the removal pattern, a structure in which a portion corresponding to the removal pattern is formed into a convex shape, and an adhesive layer is formed only on the convex portion, a substrate surface A structure in which an adhesive material is applied to the whole, an opening is provided in a non-removed portion, a structure in which an adhesive material is applied to the entire surface of the substrate, and a substrate corresponding to non-removal is cut and removed Examples thereof include a structure in which an adhesive material is applied to the entire surface of the body and the substrate, and a non-adhesive mask is provided in a non-removed portion.

[酸化処理]
基材上の半乾燥化した金属酸化物前駆体薄膜を完全に乾燥させた後、酸化処理により、パターニングされた前駆体を酸化物に変成させて、金属酸化物薄膜を作製する。酸化処理は、一般的な従来技術の、塗布膜から金属酸化物薄膜を製造する場合の、焼成等の加熱処理工程と同様の条件で実施することができる。加熱処理温度は、金属酸化物前駆体の種類、金属酸化物の種類等により好適な温度が異なるが、下記実施の形態に示すように、300〜1000℃程度の温度で実施できる。
[Oxidation treatment]
After the semi-dried metal oxide precursor thin film on the substrate is completely dried, the patterned precursor is transformed into an oxide by an oxidation treatment to produce a metal oxide thin film. The oxidation treatment can be carried out under the same conditions as those in the heat treatment step such as firing in the case of producing a metal oxide thin film from a coating film in the general prior art. The heat treatment temperature varies depending on the type of metal oxide precursor, the type of metal oxide, and the like, but can be performed at a temperature of about 300 to 1000 ° C. as shown in the following embodiment.

なお、加熱処理が必要でない場合として、例えば、アルコキシドを用いた有機金属化合物からなる金属酸化物前駆体薄膜を用いる場合は、例えば水蒸気または水蒸気を含むガスに暴露することで酸化処理を完了することができる。   In addition, when heat treatment is not required, for example, when using a metal oxide precursor thin film made of an organometallic compound using alkoxide, the oxidation treatment is completed by exposure to water vapor or a gas containing water vapor, for example. Can do.

(第1の実施の形態)
本発明の実施の形態では、金属酸化物薄膜が酸化物半導体の場合を例として説明する。インジウム、ガリウム、亜鉛を含む金属酸化物前駆体を有する溶液を準備し、基材に塗布した後、半乾燥化させた状態の金属酸化物前駆体薄膜に粘着テープを所定領域に当接させて引き剥がすことによりパターニングを行う(図1参照)。その後、金属酸化物前駆体薄膜(IGZO前駆体薄膜(酸化処理してIGZOを得る前の段階の薄膜のことをいう。))を、加熱処理することにより金属酸化物薄膜(IGZO薄膜)のパターンを得る。
(First embodiment)
In the embodiment of the present invention, a case where the metal oxide thin film is an oxide semiconductor will be described as an example. A solution having a metal oxide precursor containing indium, gallium, and zinc is prepared, applied to a substrate, and then a pressure-sensitive adhesive tape is brought into contact with a predetermined region of the semi-dried metal oxide precursor thin film. Patterning is performed by peeling (see FIG. 1). Then, the metal oxide precursor thin film (IGZO precursor thin film (referred to as a thin film before oxidation to obtain IGZO)) is heat-treated to form a pattern of the metal oxide thin film (IGZO thin film). Get.

次に、具体的な実施例1について述べる。半乾燥化の工程の条件を種々変えて、粘着テープによる選択的剥離除去の結果について、調べた。   Next, specific Example 1 will be described. Various conditions of the semi-drying process were changed, and the results of selective peeling and removal using an adhesive tape were examined.

硝酸インジウム、硝酸ガリウム、硝酸亜鉛を67:3:30(mol比)で、水とトリフルオロエタノールの混合溶媒(体積比3:7)に溶解させ、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を用意した。溶液調整後の塩濃度は0.1mol/lとした。この溶液を、洗浄した300nmの熱酸化膜付シリコンウエハ上にスピン塗布した。スピンの条件は2000rpmを30秒とした。その後、前記前駆体溶液が塗布されたシリコンウエハを、厚み1.2mmのガラス板を介してホットプレートに静止させ、後述する所定の温度で所定の時間加熱し、粘着テープ(Scotch(登録商標)透明粘着テープ 透明美色(登録商標)(3M社製))を該金属酸化物前駆体薄膜と当接させ、引き剥すことでパターニングを行った(図1参照)。ホットプレートの温度は40℃、50℃、70℃の3水準とし、加熱時間は20秒から180秒まで変化させた。大気環境は気温25℃、相対湿度40%であった。その結果は次のとおりであった。   Indium nitrate, gallium nitrate, and zinc nitrate are dissolved in a mixed solvent of water and trifluoroethanol (volume ratio 3: 7) at 67: 3: 30 (mol ratio), and a metal that is a precursor of the metal oxide thin film is dissolved. A containing solution was prepared. The salt concentration after preparation of the solution was 0.1 mol / l. This solution was spin-coated on a cleaned 300 nm silicon wafer with a thermal oxide film. The spin condition was 2000 rpm for 30 seconds. After that, the silicon wafer coated with the precursor solution is stopped on a hot plate through a glass plate having a thickness of 1.2 mm, heated at a predetermined temperature described later for a predetermined time, and an adhesive tape (Scotch (registered trademark)). A transparent adhesive tape (transparent color (registered trademark) (manufactured by 3M)) was brought into contact with the metal oxide precursor thin film, and was peeled off to perform patterning (see FIG. 1). The temperature of the hot plate was set at three levels of 40 ° C., 50 ° C., and 70 ° C., and the heating time was changed from 20 seconds to 180 seconds. The atmospheric environment was an air temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 40%. The results were as follows.

40℃加熱の場合、加熱時間60秒から180秒の間であった場合、当接部のIGZO膜の全てが粘着テープ側に転写し、残膜は残らなかった。50℃加熱の場合、加熱時間25秒から90秒の間であった場合、当接部のIGZO膜の全てが粘着テープ側に転写し、残膜は残らなかった。70℃加熱の場合、加熱時間20秒から30秒の間であった場合、当接部のIGZO膜の全てが粘着テープ側に転写し、残膜は残らなかった。   In the case of heating at 40 ° C., when the heating time was between 60 seconds and 180 seconds, all of the IGZO film at the contact portion was transferred to the adhesive tape side, and no remaining film was left. In the case of heating at 50 ° C., when the heating time was between 25 seconds and 90 seconds, all of the IGZO film at the contact portion was transferred to the adhesive tape side, and no remaining film was left. In the case of heating at 70 ° C., when the heating time was between 20 seconds and 30 seconds, all of the IGZO film at the contact portion was transferred to the adhesive tape side, and no remaining film was left.

このパターニングを実施した後の膜厚、及び130℃で10分加熱した後の膜厚を、走査型プローブ顕微鏡を用いて測定した。その結果、例として、40℃加熱の場合、加熱時間60秒の条件において平均膜厚57nm、120秒の条件において平均膜厚49nm、180秒の条件において平均膜厚40nmであった。また130℃で10分加熱した後の平均膜厚は20nmであった。このように、加熱時間が増加するとともに、膜厚が減少したことから、乾燥が進行していることがわかる。   The film thickness after this patterning and the film thickness after heating at 130 ° C. for 10 minutes were measured using a scanning probe microscope. As a result, as an example, in the case of heating at 40 ° C., the average film thickness was 57 nm under the condition of the heating time of 60 seconds, the average film thickness was 49 nm under the condition of 120 seconds, and the average film thickness was 40 nm under the condition of 180 seconds. The average film thickness after heating at 130 ° C. for 10 minutes was 20 nm. Thus, it can be seen that the drying progresses because the heating time increases and the film thickness decreases.

図2に、[130℃10分加熱後の前駆体薄膜の膜厚]Tと[パターニング直後の、半乾燥状態における前駆体薄膜の膜厚]tの比から算出した、半乾燥状態における前駆体薄膜の体積固形分率を示す。図2に示した代表的な点を数値で示すと、40℃加熱の場合、体積固形分率が35%(プレべーク時間60秒)から体積固形分率が50%(プレべーク時間180秒)で、50℃加熱の場合、体積固形分率が33%(プレべーク時間25秒)から体積固形分率が51%(プレベーク時間90秒)で、70℃加熱の場合、体積固形分率が39%(プレべーク時間20秒)から体積固形分率が51%(プレべーク時間30秒)であった。図2に示したように、加熱温度によらず、およそ30%から60%の乾燥状態、好ましくは33%以上51%以下において、本実施の形態によるパターニングが有効であることがわかる。   FIG. 2 shows a precursor in a semi-dry state calculated from a ratio of [film thickness of precursor thin film after heating at 130 ° C. for 10 minutes] T and [film thickness of precursor thin film in a semi-dry state immediately after patterning] t. The volume solid content rate of a thin film is shown. When the representative points shown in FIG. 2 are indicated by numerical values, in the case of heating at 40 ° C., the volume solid content rate is 35% (pre-bake time 60 seconds) to 50% (pre-bake rate). In the case of heating at 50 ° C. for a time of 180 seconds), the volume solid content is from 33% (pre-bake time of 25 seconds) to 51% of the volume solid content (pre-bake time of 90 seconds), and in the case of heating at 70 ° C. The volume solid content rate was 39% (pre-bake time 20 seconds) to 51% (pre-bake time 30 seconds). As shown in FIG. 2, it can be seen that the patterning according to this embodiment is effective in a dry state of about 30% to 60%, preferably 33% to 51%, regardless of the heating temperature.

剥離試験機(VPA−3、協和界面科学株式会社)を用いて、40℃で60秒間加熱乾燥を行ったIGZO前駆体薄膜に対して、前記粘着テープを用いて、剥離角度90°、剥離速度500mm/分の条件で剥離試験を行ったところ、剥離は良好に完了でき、そのときの剥離力は0.056N/10mmであった。   Using a peel tester (VPA-3, Kyowa Interface Science Co., Ltd.), an IGZO precursor thin film that was heat-dried at 40 ° C. for 60 seconds, using the adhesive tape, a peel angle of 90 °, a peel rate When the peel test was performed under the condition of 500 mm / min, the peel was successfully completed, and the peel force at that time was 0.056 N / 10 mm.

図3に、40℃で180秒間加熱乾燥を行ったIGZO前駆体薄膜に対して、前記粘着テープを用いてパターニングを行った場合の、顕微鏡写真を示す。図の左側はIGZO前駆体薄膜のパターンで、右側は粘着材によって剥離された領域(非パターン領域、除去パターン領域)である。図から、パターンの断面矩形性が高く、かつ薄膜側壁が荒れていないことがわかる。なお、図中の白抜きボックス(スケールバー)の横長さが50μmである。   FIG. 3 shows a photomicrograph when the IGZO precursor thin film that has been heat-dried at 40 ° C. for 180 seconds is patterned using the adhesive tape. The left side of the figure is the pattern of the IGZO precursor thin film, and the right side is a region (non-pattern region, removal pattern region) peeled off by the adhesive material. From the figure, it can be seen that the cross-sectional rectangularity of the pattern is high and the thin film sidewall is not rough. In addition, the horizontal length of the white box (scale bar) in the drawing is 50 μm.

次に、半導体特性の評価を実施した。金属酸化物前駆体の溶液を塗布した基板を、50℃30秒加熱の条件でパターニング完了後、130℃で10分焼成し、その直後、相対湿度が90%から100%の大気雰囲気にしたチャンバー内に導入し、低圧水銀ランプ(ピーク波長185nmと254nm)にて30分間紫外線照射を行った。その後、300℃で1時間焼成を行い、成膜(IGZO膜)を完了した。焼成されたIGZO膜上に、膜厚100nmのアルミからなるソースおよびドレイン電極を、メタルマスクを介して蒸着形成し、半導体特性の評価を行った。その結果、移動度2.5cm2/Vsの良好な半導体特性を示すIGZOパターン膜が得られた。 Next, the semiconductor characteristics were evaluated. A chamber coated with a metal oxide precursor solution is patterned at a temperature of 50 ° C. for 30 seconds and then baked at 130 ° C. for 10 minutes. Immediately thereafter, the chamber is placed in an air atmosphere with a relative humidity of 90% to 100%. Then, the mixture was irradiated with ultraviolet rays for 30 minutes using a low-pressure mercury lamp (peak wavelengths: 185 nm and 254 nm). Thereafter, baking was performed at 300 ° C. for 1 hour to complete film formation (IGZO film). On the fired IGZO film, source and drain electrodes made of aluminum having a thickness of 100 nm were formed by vapor deposition through a metal mask, and semiconductor characteristics were evaluated. As a result, an IGZO pattern film showing good semiconductor characteristics with a mobility of 2.5 cm 2 / Vs was obtained.

次に比較例1を説明する。実施例1と同様な方法で金属酸化物前駆体の溶液を塗布した基板について、ホットプレートの温度を40℃、50℃、70℃の3水準とし、加熱時間を20秒から300秒まで変化させて加熱し、同じく粘着テープによる剥離を試みた。またホットプレートによる加熱を行わない場合についても同様な方法でパターニングが可能かどうか試験した。その結果は次のとおりであった。   Next, Comparative Example 1 will be described. For the substrate coated with the metal oxide precursor solution in the same manner as in Example 1, the hot plate temperature was set to three levels of 40 ° C., 50 ° C., and 70 ° C., and the heating time was changed from 20 seconds to 300 seconds. Then, it was heated and peeled off with an adhesive tape. Also, in the case where heating by a hot plate was not performed, it was tested whether patterning was possible by the same method. The results were as follows.

40℃加熱の場合、60秒未満または180秒より長い加熱時間では、当接部の一部または全面のIGZO膜がシリコンウエハ上に残膜として残留した。50℃加熱の場合、25秒未満または90秒より長い加熱時間では、当接部の一部または全面のIGZO膜がシリコンウエハ上に残膜として残留した。70℃加熱の場合、20秒未満または30秒より長い加熱時間では、当接部の一部または全面のIGZO膜がシリコンウエハ上に残膜として残留した。また、常温にて静止した場合は、20分以上経ても当接部の一部または全面のIGZO膜がシリコンウエハ上に残膜として残留した。   In the case of heating at 40 ° C., with a heating time of less than 60 seconds or longer than 180 seconds, a part or the entire surface of the IGZO film remained as a remaining film on the silicon wafer. In the case of heating at 50 ° C., with a heating time of less than 25 seconds or longer than 90 seconds, a part or the entire surface of the IGZO film remained as a remaining film on the silicon wafer. In the case of heating at 70 ° C., in the heating time of less than 20 seconds or longer than 30 seconds, a part of the contact portion or the IGZO film on the entire surface remained as a remaining film on the silicon wafer. In addition, when stationary at room temperature, the IGZO film partially or entirely on the contact portion remained as a remaining film on the silicon wafer even after 20 minutes or longer.

図4に、40℃で30秒間加熱乾燥を行ったIGZO膜に対して、前記粘着テープを用いてパターニングを行った場合の、顕微鏡写真を示す。図の左側はIGZO前駆体薄膜のパターンで、右側は粘着材によって剥離された領域(非パターン領域、除去パターン領域)である。図から、薄膜パターンの側壁は、凹凸が激しく荒れていることや、写真の濃淡から、パターンの断面矩形性が低いことがわかる。   FIG. 4 shows a photomicrograph when the IGZO film that has been heat-dried at 40 ° C. for 30 seconds is patterned using the adhesive tape. The left side of the figure is the pattern of the IGZO precursor thin film, and the right side is a region (non-pattern region, removal pattern region) peeled off by the adhesive material. From the figure, it can be seen that the sidewalls of the thin film pattern are rough and rough, and that the cross-sectional rectangularity of the pattern is low due to the shading of the photograph.

(第2の実施の形態)
本発明の実施の形態では、金属酸化物薄膜が強誘電体や強磁性体の場合を例として説明する。ビスマス、鉄を含む金属酸化物前駆体溶液を準備し、基材に塗布した後、半乾燥化させた状態の金属酸化物前駆体薄膜に粘着テープを所定領域に当接させて引き剥がすことによりパターニングを行う(図1参照)。その後、金属酸化物前駆体薄膜を、加熱処理することにより金属酸化物薄膜(BiFeO3薄膜)パターンを得る。
(Second Embodiment)
In the embodiment of the present invention, a case where the metal oxide thin film is a ferroelectric material or a ferromagnetic material will be described as an example. By preparing a metal oxide precursor solution containing bismuth and iron, applying the solution to a substrate, and then peeling the metal oxide precursor thin film in a semi-dried state by bringing the adhesive tape into contact with a predetermined region Patterning is performed (see FIG. 1). Thereafter, the metal oxide precursor thin film is heat-treated to obtain a metal oxide thin film (BiFeO 3 thin film) pattern.

次に、具体的な実施例2について述べる。半乾燥化の工程の条件を種々変えて、粘着テープによる選択的剥離除去の結果について、調べた。   Next, a specific example 2 will be described. Various conditions of the semi-drying process were changed, and the results of selective peeling and removal using an adhesive tape were examined.

硝酸ビスマスと硝酸鉄(III)を1:1(mol比)で、10%硝酸水溶液とトリフルオロエタノールの混合溶媒(体積比3:7)に溶解させ、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を用意した。溶液調整後の塩濃度は0.05mol/lであった。この溶液を、洗浄した300nmの熱酸化膜付シリコンウエハ上にスピン塗布した。スピンの条件は2000rpmを30秒とした。その後、金属酸化物前駆体の溶液を塗布した基板を、厚み1.2mmのガラス板を介してホットプレートに静止させ、所定の温度で所定の時間加熱し、粘着テープ(Scotch(登録商標)透明粘着テープ 透明美色(登録商標)(3M社製))を該金属酸化物前駆体薄膜と当接させ、引き剥すことでパターニングを行った(図1参照)。ホットプレートの温度は30℃の1水準とし、加熱時間は30秒とした。大気環境は気温25℃、相対湿度40%であった。その結果、当接部のBiFe前駆体薄膜の全てが粘着テープ側に転写し、残膜は残らなかった。   A metal that becomes a precursor of a metal oxide thin film by dissolving bismuth nitrate and iron (III) in a 1: 1 (mol ratio) in a mixed solvent of 10% aqueous nitric acid and trifluoroethanol (volume ratio 3: 7). A solution containing was prepared. The salt concentration after preparation of the solution was 0.05 mol / l. This solution was spin-coated on a cleaned 300 nm silicon wafer with a thermal oxide film. The spin condition was 2000 rpm for 30 seconds. Thereafter, the substrate coated with the metal oxide precursor solution is placed on a hot plate through a glass plate having a thickness of 1.2 mm, heated at a predetermined temperature for a predetermined time, and adhesive tape (Scotch (registered trademark) transparent) The adhesive tape transparent beautiful color (registered trademark) (manufactured by 3M)) was brought into contact with the metal oxide precursor thin film and peeled off to perform patterning (see FIG. 1). The temperature of the hot plate was one level of 30 ° C., and the heating time was 30 seconds. The atmospheric environment was an air temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 40%. As a result, all of the BiFe precursor thin film at the contact portion was transferred to the adhesive tape side, and no residual film remained.

次に比較例2を説明する。前記実施例2と同様な方法で成膜したのち、加熱温度30℃、加熱時間10秒および60秒の条件で、同様の粘着テープによる剥離試験を行った。その結果、加熱時間60秒では、テープ側に前駆体薄膜が転写できずシリコンウエハ上に残膜として残留してしまい、パターニングできなかった。加熱時間10秒では、前駆体薄膜は低粘稠のままであり、パターニングできなかった。   Next, Comparative Example 2 will be described. After forming a film by the same method as in Example 2, a peel test using the same adhesive tape was performed under the conditions of a heating temperature of 30 ° C. and a heating time of 10 seconds and 60 seconds. As a result, when the heating time was 60 seconds, the precursor thin film could not be transferred to the tape side and remained as a remaining film on the silicon wafer, and patterning could not be performed. When the heating time was 10 seconds, the precursor thin film remained low viscosity and could not be patterned.

(第3の実施の形態)
本発明の実施の形態では、金属酸化物薄膜が絶縁体の場合を例として説明する。アルミニウムを含む金属酸化物前駆体溶液を準備し、基材に塗布した後、半乾燥化させた状態の金属酸化物前駆体薄膜に粘着テープを所定領域に当接させて引き剥がすことによりパターニングを行う(図1参照)。その後、金属酸化物前駆体薄膜を、加熱処理することにより金属酸化物薄膜(Al膜)パターンを得る。
(Third embodiment)
In the embodiment of the present invention, a case where the metal oxide thin film is an insulator will be described as an example. After preparing a metal oxide precursor solution containing aluminum and applying it to a substrate, patterning is performed by bringing the metal oxide precursor thin film in a semi-dried state into contact with a predetermined region and peeling it off. Perform (see FIG. 1). Thereafter, the metal oxide precursor thin film is heat-treated to obtain a metal oxide thin film (Al 2 O 3 film) pattern.

次に、具体的な実施例3について述べる。半乾燥化の工程の条件を種々変えて、粘着テープによる選択的剥離除去の結果について、調べた。   Next, specific Example 3 will be described. Various conditions of the semi-drying process were changed, and the results of selective peeling and removal using an adhesive tape were examined.

硝酸アルミニウムを水とトリフルオロエタノールの混合溶媒(体積比3:7)に溶解させ、金属酸化物薄膜の前駆体となる金属を含有する溶液を用意した。溶液調整後の塩濃度は0.1mol/lであった。この溶液を、洗浄した300nmの熱酸化膜付シリコンウエハ上にスピン塗布した。スピンの条件は2000rpmを30秒とした。その後、金属酸化物前駆体の溶液を塗布した基板を、厚み1.2mmのガラス板を介してホットプレートに静止させ、所定の温度で所定の時間加熱し、粘着テープ(Scotch(登録商標)透明粘着テープ 透明美色(登録商標)(3M社製))を該金属酸化物前駆体薄膜と当接させ、引き剥すことでパターニングを行った(図1参照)。ホットプレートの温度は40℃の1水準とし、加熱時間は60、90秒とした。大気環境は気温25℃、相対湿度40%であった。その結果、当接部の当該前駆体薄膜の全てが粘着テープ側に転写し、残膜は残らなかった。   Aluminum nitrate was dissolved in a mixed solvent of water and trifluoroethanol (volume ratio 3: 7) to prepare a solution containing a metal to be a precursor of the metal oxide thin film. The salt concentration after preparation of the solution was 0.1 mol / l. This solution was spin-coated on a cleaned 300 nm silicon wafer with a thermal oxide film. The spin condition was 2000 rpm for 30 seconds. Thereafter, the substrate coated with the metal oxide precursor solution is placed on a hot plate through a glass plate having a thickness of 1.2 mm, heated at a predetermined temperature for a predetermined time, and adhesive tape (Scotch (registered trademark) transparent) The adhesive tape transparent beautiful color (registered trademark) (manufactured by 3M)) was brought into contact with the metal oxide precursor thin film and peeled off to perform patterning (see FIG. 1). The temperature of the hot plate was one level of 40 ° C., and the heating time was 60, 90 seconds. The atmospheric environment was an air temperature of 25 ° C. and a relative humidity of 40%. As a result, all of the precursor thin film at the contact portion was transferred to the adhesive tape side, and no residual film remained.

次に比較例3を説明する。実施例3と同様な方法で成膜したのち、加熱温度40度、加熱時間10秒および200秒の条件で、同様な粘着テープによる剥離試験を行った。その結果、加熱時間200秒では、テープ側に前駆体薄膜が転写できずシリコンウエハ上に残膜として残留してしまい、パターニングできなかった。加熱時間10秒では、前駆体薄膜は低粘稠のままであり、パターニングできなかった。   Next, Comparative Example 3 will be described. After forming the film by the same method as in Example 3, a peel test using the same adhesive tape was performed under the conditions of a heating temperature of 40 degrees, a heating time of 10 seconds, and 200 seconds. As a result, when the heating time was 200 seconds, the precursor thin film could not be transferred to the tape side and remained as a remaining film on the silicon wafer, and patterning could not be performed. When the heating time was 10 seconds, the precursor thin film remained low viscosity and could not be patterned.

なお、上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。   In addition, the example shown by the said embodiment etc. was described in order to make invention easy to understand, and is not limited to this form.

本発明は、半導体、絶縁体、導電体等の電子材料用金属酸化物薄膜をパターニングする必要のある電子部品全般も適用でき、産業上有用である。また、電子部品に限らず、その他機能性金属酸化物薄膜のパターンを利用する製品、たとえば光学フィルターなどの光学素子等に適用でき、産業上有用である。   The present invention is applicable to all electronic components that require patterning of metal oxide thin films for electronic materials such as semiconductors, insulators, and conductors, and is industrially useful. Further, the present invention can be applied not only to electronic parts but also to other products using functional metal oxide thin film patterns, such as optical elements such as optical filters, and is industrially useful.

1 基材
2 金属酸化物前駆体薄膜
3 半乾燥化した金属酸化物前駆体薄膜
4 粘着材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Metal oxide precursor thin film 3 Semi-dried metal oxide precursor thin film 4 Adhesive material

Claims (4)

金属酸化物前駆体を有する溶液を基材上に塗布し形成した薄膜を、該薄膜の蒸発成分の一部を除去することによって半乾燥化させ、
半乾燥化した前記薄膜に対し、粘着材を当接した後に引き離すことによって、前記当接した部分のみを除去して金属酸化物前駆体を含む薄膜のパターニングを行うことを特徴とする、金属酸化物前駆体薄膜パターンの製造方法。
A thin film formed by applying a solution having a metal oxide precursor on a substrate is semi-dried by removing a part of the evaporation component of the thin film,
Metal oxide, characterized by patterning a thin film containing a metal oxide precursor by removing only the abutted portion by separating the semi-dried thin film after contacting an adhesive material. Method for manufacturing a precursor precursor thin film pattern.
請求項1記載の前記金属酸化物前駆体を含む薄膜のパターニングを行った後に、加熱処理することを特徴とする、金属酸化物薄膜パターンの製造方法。   A method for producing a metal oxide thin film pattern, comprising performing heat treatment after patterning a thin film containing the metal oxide precursor according to claim 1. 請求項1又は2に記載された方法により製造された金属酸化物薄膜パターン。   A metal oxide thin film pattern produced by the method according to claim 1. 請求項1又は2に記載された方法により製造された金属酸化物薄膜パターンを備える電子部品。   An electronic component comprising a metal oxide thin film pattern manufactured by the method according to claim 1.
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