JP6043302B2 - 酸化アルミニウムペーストおよびその使用方法 - Google Patents
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Description
・ 例えば、光学的部品などのための反射防止コーティング
・ 例えば、スチールなどの耐食コーティング
・ 防傷コーティング
・ 表面シール
・ 表面の疎水化または親水化
・ 膜および膜材料の合成
・ 触媒用途のための補助材料の合成
・ 焼結セラミックおよび焼結セラミック部品の前駆体
・集積回路の生産におけるスピン・オン・グラス(「SoG」)
・集積回路の生産における個々のメタライゼーション面の間の誘電性緩衝層(「多孔質MSQ」)
・印刷回路のための印刷可能な誘電性層、一般的な印刷可能なエレクトロニクス、特に印刷可能な有機エレクトロニクス
・一般的な半導体用
・シリコン用、特にとりわけ、シリコンウェハ用、特に結晶シリコン太陽電池の製造用のもの
・ 下記のものの特定の全面および/または局所ドーピングのためのドーパント(例えばB、Ga、P、Asなど)の結合のためのマトリクス
・一般的な半導体
・シリコン、特にとりわけ、シリコンウェハ、特に結晶シリコン太陽電池の製造用のもの
・ 表面再結合速度のかなりの減少をもたらす、一般的な半導体表面、特にシリコン表面の電子的不動態化。
文献から知られるほとんどのゾル・ゲル法は、シリコンおよびそのアルコキシド(シロキサン)の使用、さまざまな特性を有するネットワークおよびそれに由来することのできるコーティングの合成を非常に容易にする特定の加水分解および縮合に基づき、この様に、滑らかなまたは多孔質のフィルム、または粒子が埋め込まれたフィルムを製造することができる。しかしながら、ある用途のために、従来の二酸化シリコン層と比較して、より高い硬度および一般的に用いられるエッチング剤に対する修正された挙動などの、改良した特性を有するコーティングを提供することが望ましい。
したがって、本発明の課題は、例えば塩化物および硝酸塩などの非常に腐食性であるアニオン、およびさらなる不純物の導入をもたらし得るさらなるレオロジー添加剤の干渉を防ぎながら、スクリーン印刷可能な酸化アルミニウムペーストを開発および安定化することであり、ここでペーストの長期安定性が同時に保たれるべきである。
課題は、Al2O3コーティングおよびまた混合Al2O3ハイブリッド層の形成のための、印刷可能な、立体的に安定化したペーストの使用により達成される。本発明のペーストは、Al2O3の形成のための前駆体、および1または2以上のホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、および鉛から選択される元素の酸化物を含み、ここで、当該ペーストは、対応する前駆体をペーストに導入することにより得られる。好ましいのは、少なくとも1つの疎水性成分および少なくとも1つの親水性成分を、任意に少なくとも1つのキレート剤と混合することにより得られる、立体的に安定化したペーストの使用である。
1000℃からの温度での、印刷したペーストの乾燥および熱処理は、コランダムと同等の特性を有する、硬い、結晶性の層を形成する。
図およびダイアグラム
・ 脂肪族、飽和および不飽和、一塩基性〜多塩基性、官能化および非官能化アルコール類、
・メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、アミルアルコール、プロパルギルアルコールおよびC≦10を有する同族体など、
・あらゆる望ましい分岐度を有する、アルキル化、第2級および第4級アルコール類、例えばイソプロパノール、2−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノールおよび同族体など、好ましくはイソプロパノールおよび2−ブタノール
・グリコール、ピナコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2,3−プロパントリオールおよび更なる分岐した同族体など、
・モノエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミンなど、
・メトキシエタノール、エトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール、ペントキシエタノール、フェノキシエタノールなど、
・ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノペンチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジペンチルエーテルなど、
・プロピレングリコール、メトキシ−2−プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、フェノキシプロピレングリコールなど。
・ ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、アセトン、アセチルアセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、エチルメチルケトン、ジエチルケトンなど。
・ ギ酸、酢酸、アセト酢酸、トリフルオロ酢酸、モノクロロ〜トリクロロ酢酸、フェノキシ酢酸、グリコール酸、ピルビン酸、グリオキシル酸、シュウ酸、プロピオン酸、クロロプロピオン酸、乳酸、β−ヒドロキシプロピオン酸、グリセリン酸、吉草酸、トリメチル酢酸、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、イソクロトン酸、グリシンおよびさらに、α−アミノ酸、β−アラニン、マロン酸、コハク酸、マレインおよびフマル酸、リンゴ酸、タルトロン酸、メソキサル酸、アセチレンジカルボン酸、酒石酸、クエン酸、オキサロ酢酸、安息香酸、サリチル酸などのアルキル化およびハロゲン化、ニトロ化およびヒドロキシル化安息香酸類、およびさらなる同族体。
・ 濡れおよび乾燥挙動に影響を与えるための界面活性剤および表面活性化合物
・ 乾燥挙動に影響を与えるための消泡剤および脱気剤、
・ 粒子径分布、前縮合の度合、縮合、濡れおよび乾燥挙動、および印刷挙動に影響を与えるための、さらなる高および低沸点の非極性溶媒、
・ レオロジー特性(構造的粘度、チキソトロピー、流動点など)に影響を与えるためのポリマー、
・ レオロジー特性に影響を与えるための微粒子の添加剤、
・ 乾燥後の乾燥フィルムの厚みおよびその形態に影響を与えるための微粒子の添加剤(例えばアルミニウム水酸化物および酸化アルミニウム、二酸化シリコン)、
・ 乾燥フィルムの耐傷性に影響を与えるための微粒子の添加剤(例えばアルミニウム水酸化物および酸化アルミニウム、二酸化シリコン)、
好適なハイブリッド材料は、Al2O3と、元素であるホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、および鉛の酸化物との混合物であり、ここで、当該ペーストは、対応する前駆体をペーストに導入することにより得られる。ペーストの立体安定化は、1,3−シクロヘキサジオン、サリチル酸および構造的な関連体などの疎水性成分、およびアセチルアセトン、ジヒドロキシ安息香酸、トリヒドロキシ安息香酸およびこれらの構造的な関連体などの中程度に親水性の成分と、または、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DETPA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸(EDTPA)、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸(DETPPA)および構造的に関連する錯化剤またはキレート剤などのキレート剤と混合することによりもたらされる。
酸の添加は、ペーストの酸性pHを達成させる。前縮合のためのペーストは、したがって、酸性媒体(pH4〜5)である。pHの調整のために用いる酸は、有機酸、好ましくは酢酸であり得、これは残渣の無い乾燥をもたらす。
本発明にしたがったペーストを調製するために、層形成成分をそれぞれ、ペーストの固体含有量が9〜10重量%となるような比率で用いることができる。
表面のコーティング後のペーストの残渣の無い乾燥は、アモルファスAl2O3層をもたらし、ここで、乾燥は、300〜1000℃、好ましくは約350℃の温度において行われる。好適なコーティングにおいて、乾燥は<5分以内で行われる。乾燥を、1000℃以上のいわゆる熱処理条件下で行う場合、コランダムに相当する構造を有する硬い結晶性の層が形成される。
本発明にしたがったペーストでのコーティングのために好適な基板は、単結晶または多結晶シリコンウェハ(HFまたはRCAで洗浄)、サファイアウェハ、薄膜太陽モジュール、機能性材料(例えばITO、FTO、AZO、IZOまたは同様のもの)でコーティングされたガラス、コーティングされていないガラス、スチール要素および合金、特に自動車部門におけるもの、およびマイクロエレクトロニクスで用いられる他の表面である。
何か不明である場合には、言うまでもなく、引用した文献および特許文献を考慮すべきである。したがって、これらの書類は、本明細書の開示内容の一部とみなされる。
例および明細書において、および特許請求の範囲において与えられる温度は、常に℃である。
例1:
22mlのジエチレングリコールモノエチルエーテル中の4.6gのサリチル酸および1.7gのアセチルアセトンおよび2gの酢酸を、最初に100ml丸底フラスコに導入する。14.1gのアルミニウムトリ−sec−ブトキシドをこの溶液に添加し、混合物を10分間撹拌する。部分的に保護されたアルミニウムアルコキシドの加水分解のために、2.8gの水を添加し、黄色い溶液を10分間撹拌し、熟成のため1日間放置する。液体インクをロータリーエバポレーターにおいて50℃の温度、20mPaの圧力で蒸発させ、加水分解から形成した全ての2−ブタノールの蒸留の後、これらの条件下でさらに2時間維持する。得られた粘性の塊は、4.3Pasの粘度を示す。スクリーン印刷により適用されたレイアウトの解像度は、ペーストのわずかな「にじみ」を示し、印刷した100μmの線は乾燥後、約150μm幅となる。
ジエチレングリコールモノエチルエーテル中の4.6gのサリチル酸および2.5gのアセチルアセトン、および1gの酢酸を、最初に100ml丸底フラスコに導入する。21.4gのアルミニウムトリ−sec−ブトキシドをこの溶液に添加し、混合物を10分間撹拌する。部分的に保護されたアルミニウムアルコキシドの加水分解のために、3.7gの水を添加し、黄色い溶液を10分間撹拌し、熟成のため1日間放置する。粘性インクをロータリーエバポレーターにおいて50℃の温度、20mPaの圧力で蒸発させ、加水分解から形成した全ての2−ブタノールの蒸留の後、これらの条件下でさらに2時間維持する。得られた粘性の塊は、14Pasの粘度を示す。
HFでの洗浄後、多結晶シリコンウェハを例2からの酸化アルミニウムペーストでスクリーン印刷により印刷する。長期印刷充填をシュミレーションするために、実際の印刷の前に、約1000の前印刷を当該ペーストで行う。この長期間のテスト後であっても、ペーストは非常に良好な解像度を示す。
図2は、約1000の前印刷の後に、スクリーン印刷によって適用されたAl2O3レイアウトの顕微鏡写真を示す。長期印刷後の非常に良好な解像度が両方の写真から証明される(左側50μm印刷、乾燥後約53μm;右側100μm印刷、乾燥後に約105μm)。
ペーストの安定性を評価することができるために、少なくとも6週間の期間にわたって、粘度を調査する。図3は、例1および2にしたがったペーストの粘度の変化を示す。
粘度曲線から、ペーストがいくらか、特に合成後の最初の数日以内に、濃くなるが、残りの保存期間において粘度は少しだけ変化すること(3日後<2%)が理解される。粘度は、少量の溶媒を添加することにより、いつでもリセットすることができる。
洗浄の後、両面が研磨された、p−ドープ(100)FZシリコンウェハ片を、例1および2にしたがった酸化アルミニウムゾルペーストでスクリーン印刷により両面印刷し、印刷された各側面をそれぞれ450℃で30分間、ホットプレート上で乾燥する。印刷レイアウトは、1辺4cmの正方形からなる。ウェハのチャージ−キャリアライフタイムを、WCT−120光伝導ライフタイムテスタ(QSSPC、準定常状態光伝導;測定ウィンドウ3cm)により、続いて調査する。用いた基準は、コーティングされていないか、湿式化学キンヒドロン/メタノール法を活用して処理した同一のウェハサンプルである。キンヒドロン/メタノール法(1,4−ベンゾキノン、1,4−ベンゾヒドロキノンおよびメタノールの混合物)は、湿式化学および一時的に有効であり、すなわち、長期安定ではない電子表面不動態化である。全てのウェハサンプルを前もって希釈HFを用いてエッチングする(前もって洗浄されている)。
サンプルは周囲条件下でのみ乾燥することを、この関連において注意すべきである。キャリアライフタイムにおける増加は、酸素、酸素/窒素、窒素またはフォーミングガス雰囲気(例えば5%v/vのnH2/95%v/vのN2)下のいずれかでの、サンプル処理の後に期待される。さらに、エッジ効果および影響は、不動態化作用において除くことができず、前面および背面コーティングに潜む欠陥の影響を除くことができない。
Claims (20)
- Al2O3コーティングおよび混合Al2O3ハイブリッド層の形成のための、印刷可能な、立体的に安定化したペーストの使用であって、立体的に安定化したペーストは、アルミニウムトリ−sec−ブトキシド、サリチル酸、アセチルアセトン、および酢酸と、および任意に少なくとも1つのキレート剤と混合することにより立体的に安定化している、前記ペーストの使用。
- Al2O3の形成のための前駆体、およびホウ素、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム、亜鉛、スズ、リン、チタン、ジルコニウム、イットリウム、ニッケル、コバルト、鉄、セリウム、ニオブ、ヒ素、および鉛の群から選択される元素の1または2以上の酸化物を含み、ここで、ペーストがペーストへの対応する前駆体の導入により得られる、請求項1に記載のペーストの使用。
- 低沸点のアルコール類から選択される溶媒、高沸点のグリコールエーテル類の群から選択される少なくとも1つの高沸点の溶媒、および任意に、アセトン、DMSO、スルホランおよび酢酸エチルの群から選択される極性溶媒または類似の極性溶媒を含む、請求項1または2に記載のペーストの使用。
- アルコール類が、エタノールおよびイソプロパノールの群から選択される、請求項3に記載のペーストの使用。
- グリコールエーテル類が、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルおよびジエチレングリコールモノブチルエーテルまたはそれらの混合物の群から選択される、請求項3または4に記載のペーストの使用。
- 加水分解のための水が、1:1〜1:9の範囲の水対前駆体のモル比で添加され、ここで、固形分は、9〜10重量%の範囲である、不浸透性の均質な層の形成のための、請求項1〜5のいずれか一項に記載のペーストの使用。
- 加水分解のための水が、1:1.5〜1:1.25の間の水対前駆体のモル比で添加される、請求項1〜6のいずれか一項に記載のペーストの使用。
- 拡散障壁、印刷された誘電、電気および電子不動態化物、反射防止コーティング、摩耗に対する機械的保護層あるいは酸化または酸の作用に対する化学的保護層の製造のための、請求項1〜7のいずれか一項に記載のペーストの使用。
- 半導体の全面または局所ドーピングのための、単純でポリマーのホウ素およびリン酸化物およびそのアルコキシドを含むハイブリッド材料の調製のための、請求項1〜7のいずれか一項に記載のペーストの使用。
- 半導体がシリコンである、請求項9に記載のペーストの使用。
- LCD技術におけるナトリウムおよびカリウム拡散障壁としてのAl2O3層の製造のための、請求項1〜7のいずれか一項に記載のペーストの使用。
- 単結晶または多結晶シリコンウェハ、サファイアウェハ、薄膜ソーラーモジュール、機能性材料でコーティングされたガラス、コーティングされていないガラス、スチール要素および合金上に、およびマイクロエレクトロニクスにおいて用いられる他の材料上に、純粋であり、残渣の無い、アモルファスAl2O3層を製造するための方法であって、請求項1〜6のいずれか一項に記載のペーストの適用の後に、300〜1000℃の間の温度で乾燥を行うことを特徴とする、前記方法。
- 機能性材料が、ITO、FTO、AZO、IZOまたは同様のものである、請求項12に記載の方法。
- 乾燥を、300〜400℃で行う、請求項12または13に記載の方法。
- 乾燥を、350℃で行う、請求項12または13に記載の方法。
- 1000℃からの温度での、乾燥および熱処理により、コランダムと同等の特性を有する、硬い、結晶性の層を形成する、請求項12に記載の方法。
- 乾燥を5分未満にわたって行い、100nm未満の厚さの層が得られる、請求項12に記載の方法。
- 純粋であり、残渣の無い、アモルファスの、構造化可能なAl2O3層を製造するための請求項12に記載の方法であって、請求項1〜7のいずれか一項に記載のペーストの薄層の適用の後に、300℃<X<500℃の間の温度で乾燥を行う、前記方法。
- 適用したペーストの層の<500℃の温度での乾燥により、HF、H3PO4または有機酸によって簡単な手法で、後構造化することができる層が得られることを特徴とする、請求項18に記載の方法。
- 有機酸が、酢酸またはプロピオン酸である、請求項19に記載の方法。
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