TWI514476B - A manufacturing method of a functional element, and a manufacturing apparatus for a functional element - Google Patents

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TWI514476B TW101141470A TW101141470A TWI514476B TW I514476 B TWI514476 B TW I514476B TW 101141470 A TW101141470 A TW 101141470A TW 101141470 A TW101141470 A TW 101141470A TW I514476 B TWI514476 B TW I514476B
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Toshihiko Kaneda
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Description

功能性元件之製造方法及功能性元件之製造裝置
本發明關於一種功能性元件之製造方法及功能性元件之製造裝置。
自以往，已揭示有一種目的在於以低驅動電壓來高速地開關，而採用強介電體材料(例如BLT(Bi4-X LaX Ti3 O12 )、PZT(Pb(ZrX ,Ti1-X )O3 ))來作為閘極絕緣層之薄膜電晶體。另一方面，亦揭示有一種目的在於提高載體濃度，而採用氧化物導電性材料(例如銦錫氧化物(ITO)、氧化鋅(ZnO)或LSCO(LaX Sr1-X CuO4 ))來作為通道層之薄膜電晶體(專利文獻1)。
此處，就上述薄膜電晶體的製造方法來看，首先，係藉由電子束蒸鍍法來形成作為閘極電極之Ti及Pt的層積膜。再藉由熔膠-凝膠(Sol-Gel)法而於該閘極電極上形成上述BLT或PZT所構成的閘極絕緣層。進一步地，藉由RF濺鍍法而於該閘極絕緣層上形成ITO所構成的通道層。接著，藉由電子束蒸鍍法而於該通道層上形成Ti及Pt，藉以形成源極電極與汲極電極。之後，藉由RIE法及濕蝕刻法(HF與HCl的混合溶液)，則元件區域便會自其他的元件區域分離(專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2006-121029號公報
然而，傳統的薄膜電晶體雖存在有幾個藉由複合氧化物來形成閘極絕緣層或通道的範例，但能夠實現作為薄膜電晶體的高特性之材料及其適當製造方法的選擇仍不理想。
又，習知技術中，由於一般係使用真空製程或光微影法之製程等，需要較長的時間及/或高價的設備之製程，因此原物料與製造能源的使用效率非常地差。若採用上述般製造方法的情況，由於為了製造薄膜電晶體而需要較多的處理與較長的時間，因此從工業性或量產性的觀點來看並不佳。又，習知技術亦存在有大面積化較為困難之問題。
此外，上述諸問題並非僅為見於製造薄膜電晶體的方法之問題。可謂例如作為功能性元件的一類型之快閃記憶體、強介電體記憶體(FeRAM)、磁氣記憶體(MRAM)所代表之記憶體型電晶體、或電容器、壓電式噴墨頭、光學元件、或是包含有致動器、噴墨頭、致動器、壓力感測器、加速度感測器、流道模組之MEMS元件等之製造方法中亦會發生的問題。
本發明係藉由解決上述諸問題的至少1個，來實現上述薄膜電晶體或電容器等之功能性元件的高性能化，或該功能性元件製造過程的簡單化與省能源化。其結果，本發明對於工業性或量產性優異之功能性元件的提供有很大的貢獻。
本案發明者等為了藉由亦稱為「奈米壓印」之「壓模」加工法來實現可使用於薄膜電晶體或電容器等功能性元件之氧化物層的形成，而經過了再三研究與分析。在該研究過程中，發明者等發現了藉由在針對作為壓模加工對象之材料供應熱時施加特殊的處理，便可更高準確度及/或精確度良好地形成壓模構造。其結果，發明者等發現了藉由相較於以往可大幅地簡單化乃至省能源化，並亦容易大面積化之製程，便可形成該等氧化物膜，進而製造具備有該等氧化物層之功能性元件。本發明係基於上述觀點所發明。
本發明之1個功能性元件的製造方法係包含有壓模工序與功能性固體材料層形成工序。具體來說，該功能性元件之製造方法的壓模工序係在按壓一模之期間的至少一部分時間中，以針對該功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源的第1溫度乃高於該功能性固體材料前驅體層的第2溫度之方式，來對該功能性固體材料前驅體層施予壓模加工之工序，其中該模係相對於以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料前驅體層而形成壓模構造。再者，該功能性元件之製造方法的功能性固體材料層形成工序係在該壓模工序後，於含氧氛圍中，藉由以高於該第1溫度之第3溫度 來熱處理該功能性固體材料前驅體層，而由該功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層之工序。
依據此功能性元件之製造方法，便可在壓模加工中的至少一部分時間中，從溫度(第1溫度)係高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)之熱源，來對該功能性固體材料前驅體層供應熱。在現段階中，壓模加工中的具體成型機制雖不明確，但發明者等發現積極地進行對於此壓模加工中之功能性固體材料前驅體層的熱供應或移動一事，可再現性良好地有助於功能性固體材料前驅體層之成型性的提昇及較低溫之成型。之後，藉由以高於上述第1溫度之第3溫度來熱處理上述功能性固體材料前驅體層，則相較於不考慮熱的影響來對功能性固體材料前驅體層施予壓模加工之情況下，可以格外高之準確度及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。其結果，便可製造具備了形成有上述壓模構造的功能性固體材料層之功能性元件。再者，依據此功能性元件之製造方法，便不需使用真空製程或光微影法之製程，或紫外線的照射製程等之需要較長的時間及/或高價的設備之製程。又，由於不需上述各製程，而係藉由較低溫的加熱處理與壓模加工處理來形成功能性固體材料層，因此工業性或量產性優異。
又，本發明之1個功能性元件的製造裝置係具備有控制部、壓模部及熱處理部。具體來說，該功能性元件之製造裝置的控制部係控制在按壓一模之期間的至少 一部分時間中，針對該功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源的第1溫度會高於該功能性固體材料前驅體層的第2溫度，其中該模係相對於以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料前驅體層而形成壓模構造。另外，該功能性元件之製造裝置的壓模部係針對該功能性固體材料前驅體層施予壓模加工。再者，該功能性元件之製造裝置的熱處理部係於含氧氛圍中，以高於該第1溫度之第3溫度來熱處理形成有壓模構造之該功能性固體材料前驅體層，藉以由該功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層。
依據此功能性元件之製造裝置，藉由控制部及壓模部，便可在壓模加工中的至少一部分時間中，從溫度(第1溫度)係高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)之熱源，來對該功能性固體材料前驅體層供應熱。如上所述，現段階中的具體機制雖不明確，但發明者等發現積極地進行對於此壓模加工中之功能性固體材料前驅體層的熱供應或移動一事，可再現性良好地有助於功能性固體材料前驅體層之成型性的提昇及較低溫之成型。又，藉由熱處理部會以高於上述第1溫度之第3溫度來熱處理上述功能性固體材料前驅體層，則相較於不考慮熱的影響來對功能性固體材料前驅體層施予壓模加工之情況下，可以格外高之準確度及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。其結果，便可製造具備了形成有上述壓模構造的功能性固體材料 層之功能性元件。再者，依據此功能性元件之製造裝置，便不需真空製程或光微影法所需的裝置或紫外線照射所需的裝置等，較長的時間，及/或高價的設備。又，由於係藉由較低溫之壓模部與熱處理部來形成功能性固體材料層，因此工業性或量產性優異。
此處，上述各發明中的「熱源」雖未特別限定，但代表性地舉例有於內部或從外部來加熱施予壓模加工時的模之加熱器，或是於內部或從外部來加熱基台之加熱器，其中該基台係用以載置具備有功能性固體材料前驅體層之基板。又，用以對其他的功能性固體材料前驅體層供應熱之「熱源」例示有利用輻射熱之公知的手段，或利用微波之公知的手段。
又，本申請中之「功能性固體材料前驅體溶液」的代表性者為包含有至少1種選自含有金屬烷氧之溶液、含有金屬有機酸鹽之溶液、含有金屬無機酸鹽之溶液、含有金屬鹵素化物之溶液、含有包含有金屬、氮及氫的無機化合物之溶液、含有金屬氫化物之溶液、含有金屬奈米粒子之溶液及陶瓷微粒子的群之溶液。然後，在層狀地形成該等各溶液的溶質或各溶液時會變質之溶質係本申請中之「功能性固體材料前驅體」。因此，本申請中之「功能性固體材料前驅體層」係意指「功能性固體材料前驅體」的層或膜(本申請中總稱為「層」)。
又，本申請中之「功能性固體材料前驅體層」的代表性者為於正式燒結後，係成為至少1層選自薄膜電晶 體或記憶體型電晶體中之閘極電極層、閘極絕緣層(強介電體層)、源極層、汲極層、通道層及配線層的群之前驅體層；成為至少1層選自壓電式噴墨頭等之致動器中之壓電體層及電極層的群之前驅體層；成為電容器的介電體層及/或電極層之前驅體層；或是成為光學元件中的格子層之前驅體層。因此，「功能性固體材料層」的代表性者係指至少1層選自薄膜電晶體或記憶體型電晶體中之閘極電極層、閘極絕緣層(強介電體層)、源極層、汲極層、通道層及配線層的群；至少1層選自壓電式噴墨頭等之致動器中之壓電體層及電極層的群；電容器的介電體層；或是光學元件中的格子層。但如上所述地，作為功能性元件的一類型，由於係舉例有薄膜電晶體、記憶體型電晶體、壓電式噴墨頭、電容器、光學元件或MEMS元件(包含致動器)，因此可被採用於該等的一部分之前驅體層或固體材料層亦可包含於上述「功能性固體材料前驅體層」或「功能性固體材料層」。
此外，上述各「功能性固體材料前驅體溶液」、各「功能性固體材料前驅體」以及由該等所形成的各「功能性固體材料」皆包含有無法避免的雜質。以下的各實施型態的說明中，為了便於記載，便省略關於無法避免的雜質之敘述。
又，本申請中的「體積收縮率」係將「從壓模工序後且為收縮前的體積減去功能性固體材料層形成工序中之收縮後的體積之值」除以「壓模工序後且為收縮前 的體積」之值。亦即，體積收縮率愈大，則收縮的愈厲害。
依據本發明之1個功能性元件的製造方法或本發明之1個功能性元件的製造裝置，便可以格外高之準確度及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。又，依據本發明之1個功能性元件的製造方法或本發明之1個功能性元件的製造裝置，便可實現較低溫的成型。其結果，便可製造具備了形成有上述壓模構造的功能性固體材料層之功能性元件。再者，依據此功能性元件之製造方法，由於係藉由較低溫的加熱處理與壓模加工處理來形成功能性固體材料層，因此工業性或量產性優異。
依據添附圖式來詳加敘述作為本發明實施型態之功能性元件的一例之薄膜電晶體100及其製造方法，以及作為本發明實施型態之功能性元件之製造裝置700。此外，在此說明當中，針對所有的圖式，若未特別言及，則對共通的部分便賦予共通的參考符號。又，圖式中，本實施型態之要素並不一定在保持相互的縮小比例之情況下加以記載。再者，為了方便觀看各圖式，乃省略一部分的符號。
<第1實施型態>
圖1係顯示本實施型態功能性元件之製造裝置700的結構之圖式。又，圖2A~圖2J係分別顯示本實施型態之薄膜電晶體100的製造方法一過程之剖面示意圖。此外，考慮了文字的容易觀看程度，而使圖2H之後的圖式編號為圖2J。又，本實施型態之薄膜電晶體雖係採用所謂的底部閘極(bottom gate)構造，但本實施型態並未限定於此構造。因此，本發明所屬技術區域中具通常知識者應當可應用通常的技術常識，並參照本實施型態的說明，而藉由改變工序的順序，來形成頂部閘極(top gate)構造。再者，由於係將圖式予以簡化，因此省略了關於從各電極之引出電極的圖案化記載。
[功能性元件之製造裝置700的結構]
如圖1所示，本實施型態功能性元件之製造裝置700大致分成3個構成部分，亦即，係由上部壓模部720、下部壓模部710及該等的控制部760所構成。
具體來說，首先，於上部壓模部720中，藉由固定部722而受到固定之石英玻璃726係將用以針對功能性固體材料前驅體層施予壓模加工之例如閘極電極用模M1予以保持。又，本實施型態中，作為在壓模加工時針對功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源的其中之一，用以加熱閘極電極用模M1等之第2加熱器724係連接於固定部722。此外，上部壓模部720係具備有公知的升降機構(未圖示)，以及用以偵測閘極電極用模M1等對於施予壓模加工時的功能性固體材料前驅體層 之推壓力之壓力感測器。此外，該壓力感測器亦可具備有後述下部壓模部710。
接下來，下部壓模部710係於基台712上載置有具備有作為處理對象的功能性固體材料前驅體層(例如閘極電極用前驅體層20a)之SiO2 /Si基板(以下，亦簡稱作「基板」)10。此外，藉由幫浦(未圖示)而由吸引部716來吸引，藉以將基板10吸附在基台712。再者，本實施型態中，作為在壓模加工時針對功能性固體材料前驅體層供應熱之其他熱源，用以加熱基板10及功能性固體材料前驅體層之第1加熱器714係連接於基台712。但本實施型態中，第1加熱器714係兼作為進行功能性固體材料前驅體層的預備燒結(亦稱作「乾燥工序」)之預備燒結部718。因此，本實施型態中，包含有預備燒結部718之下部壓模部710便成為功能性元件之製造裝置700的預備燒結部。此外，亦可採用預備燒結部718係與第1加熱器714為個別地設置之其他一樣態。
又，本實施型態功能性元件之製造裝置700係具備有控制部760及連接於控制部760之電腦762，該控制部760係擔任壓模加工時的各種控制(包含利用藉由公知的反饋控制之上部壓模部720之模的升降移動控制、模的推壓力控制、第1加熱器714的溫度控制以及第2加熱器724的溫度控制)。該電腦762係藉由用以執行使用了上述各構成部分之本實施型態的一連串處理之功能性元件的製造程式，來監視上述各構成部分的 處理，或統合地控制。此外，本實施型態中，該功能性元件的製造程式雖係被保存於插入在電腦內的硬碟驅動器或電腦所設置的光碟驅動器等之光碟等公知的記錄媒體，但該功能性元件之製造程式的保存地點並未限定於此。例如，該功能性元件之製造程式的一部分或全部亦可被保存於本實施型態之控制部760內。又，該功能性元件的製造程式亦可透過區域網路或網路回線等公知的技術來監視或控制上述各製程。
[薄膜電晶體100的製造工序]
接下來，針對作為功能性元件的一例之薄膜電晶體100的製造工序加以說明。圖2A~圖2J係分別顯示本實施型態之薄膜電晶體100的製造方法一過程之剖面示意圖。此外，以下的各實施型態之功能性固體材料層係藉由燒結以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料前驅體層所形成。本申請中如上所述地，將以前驅體溶液作為初始材料並將其予以燒結藉以形成功能性固體材料層之方法，為了方便，而亦稱作「溶液法」。
(1)閘極電極的形成
[預備燒結工序]
本實施型態中，首先，如圖2A所示，於基板10上，藉由公知的旋轉塗佈法，來形成以前驅體溶液(此處為閘極電極用前驅體溶液)作為初始材料之閘極電極用前驅體層20a，其中該前驅體溶液係以作為功能性固 體材料前驅體溶液之含有銦(In)之前驅體(例如氯化銦或乙醯丙酮銦)及含有錫(Sn)之前驅體(例如氯化錫)作為溶質。之後，控制部760係使用預備燒結部718，作為預備燒結，而以約5分鐘的時間在大氣中將閘極電極用前驅體層20a加熱至150℃。預備燒結溫度較佳為80℃以上250℃以下。此外，除了上述各前驅體的範例以外，亦可採用例如銦異丙氧化物、醋酸銦、2-乙基己酸銦來作為含有銦(In)之前驅體。又，作為含有錫(Sn)之前驅體的範例可採用乙醯丙酮錫、2-乙基己酸錫。
此處，使預備燒結溫度為80℃以上250℃以下的理由如以下所述。首先，若預備燒結溫度小於80℃的情況，由於會無法使閘極電極用前驅體層20a充分地乾燥，因而在壓模工序中便會難以對閘極電極用前驅體層20a均勻地施予壓模加工。另一方面，若預備燒結溫度大於250℃的情況，由於閘極電極用前驅體層20a的固化反應會過度進行，因而在壓模工序中便會無法使閘極電極用前驅體層20a充分地軟化(充分地提高閘極電極用前驅體層20a的塑性變形能力)。其結果，便會難以獲得充分的壓模加工效果。因此，從前驅體層的固化反應進行到某種程度之前便預先降低前驅體層的流動性之觀點來看，較佳係使預備燒結溫度為120℃以上250℃以下。此外，預備燒結中之上述較佳各溫度範圍，由於不僅是閘極電極用前驅體層20a，而亦可適用於後述其他的前驅體層，因此便省略重複說明。
[壓模工序]
之後，為了進行閘極電極的圖案化，而如圖2B所示般地進行壓模工序。本實施型態中，如圖1所示，係藉由電腦762所連接之控制部760來一邊進行上部壓模部720的移動與溫度控制及下部壓模部710的溫度控制，一邊施予壓模加工。以下，係顯示圖3所示功能性元件(本實施型態中為薄膜電晶體100)的製造過程一部分之壓模工序的流程圖並說明具體的處理。
如圖3所示，首先，在步驟S101中，係使具備有作為壓模工序處理對象的功能性固體材料前驅體層(例如閘極電極用前驅體層20a)之基板10吸附在基台712。再者，藉由固定部722且透過石英玻璃726來保持例如閘極電極用模M1。
之後，在步驟S102中，控制部760會使上部壓模部720往下方移動。然後，例如，將閘極電極用模M1按壓在閘極電極用前驅體層20a。此外，本實施型態中，係使用模而在8MPa的壓力下施予壓模加工。
步驟S103中，係在步驟S102中將模按壓在功能性固體材料前驅體層的同時，或是將模按壓在功能性固體材料前驅體層後，控制部760會立即開始第1加熱器714及第2加熱器724的加熱。又，控制部760會加熱第1加熱器714及第2加熱器724，並開始第1加熱器714及第2加熱器724的溫度偵測。此處，如上所述，係藉由第1加熱器714的加熱，來加熱基板10及功能 性固體材料前驅體層。又，係藉由第2加熱器724的加熱來加熱模(例如閘極電極用模M1)。因此，本實施型態中，若未特別言及，係將對基台712供應熱之第1加熱器714的溫度表示為基台712的溫度。又，若未特別言及，係將對模供應熱之第2加熱器724的溫度表示為模的溫度。此外，亦可採用調換步驟S102與步驟S103的順序之其他一樣態。
圖4係顯示為本實施型態功能性元件的製造工序一部分之壓模工序時，第1加熱器714及第2加熱器724的溫度隨時間變化之圖表。圖4中，虛線係顯示第1加熱器714的溫度變化，實線係顯示第2加熱器724的溫度變化。本實施型態之壓模工序中，當第1加熱器714及第2加熱器724的溫度充分地冷卻後，模便會自功能性固體材料前驅體層分離。因此，在本實施型態的壓模工序中，將模按壓在功能性固體材料前驅體層的時間在圖4中，係以Tx所表示之時間。
如圖4所示，當時，由於第1加熱器714的溫度(T1)會較第2加熱器724的溫度(T2)要快升溫，因此便會形成有第1加熱器714的溫度(T1)較第2加熱器724的溫度(T2)要高之時間帶(圖4的Ta)。但本實施型態中，由於所預先設定之第2加熱器724(T2)的最高溫度為180℃，第1加熱器714的最高溫度(T1)為150℃，因此便會形成有第2加熱器724的溫度(T2)較第1加熱器714的溫度(T1)要高之時間帶(圖4的Tb)。於是，本實施型 態中，圖4之Ta的時間帶中，功能性固體材料前驅體層(例如閘極電極用前驅體層20a)便會從基台712側被積極地供應熱。另一方面，圖4之Tb的時間帶中，功能性固體材料前驅體層則會從模側被積極地供應熱。
步驟S104中，控制部760會一邊偵測第1加熱器714及第2加熱器724的溫度，一邊判斷將模按壓在功能性固體材料前驅體層的期間，針對功能性固體材料前驅體層供應熱的溫度(第1溫度)是否高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)。
之後，若控制部760判斷第1溫度係高於第2溫度後，則在步驟S105中，控制部760便會在經過特定時間後，使模自功能性固體材料前驅體層分離。此外，本實施型態中，「特定時間」係與後述「一部分時間」實質上為一致。又，亦可在如本實施型態般地使模自功能性固體材料前驅體層分離之前，便適當地實施使模的溫度急速冷卻或是慢慢冷卻之工序。
本實施型態中，將模按壓在功能性固體材料前驅體層的期間(Tx)當中，一部分時間(Ta與Tb的總和)中，係在針對功能性固體材料前驅體層供應熱的溫度(第1溫度)高於功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)之狀態下施予壓模加工。更具體地說明，Ta的時間帶中，係在第1加熱器714的溫度(第1溫度)高於藉由模而受到加熱之功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)之狀態下施予壓模加工。然而，Tb的時間帶中，則 係在模的溫度(第1溫度)高於藉由第1加熱器714而受到加熱之功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)之狀態下施予壓模加工。亦即，本實施型態之「熱源」在Ta的時間帶中乃為基台(第1加熱器714)，在Tb的時間帶中乃為模(第2加熱器724)。如此地，藉由使第1加熱器714的溫度(T1)與第2加熱器724的溫度(T2)產生差異，來積極地促使從熱源對於功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動。其結果，便可再現性佳地有助於功能性固體材料前驅體層之成型性的提昇，及較低溫之成型。
此外，本實施型態中，將模按壓在功能性固體材料前驅體層的期間(Tx)當中，上述一部分時間(Ta與Tb的總和)的比率當以按壓模的期間(Tx)為100時，雖為95以上，但該比率並未限定於此數值。例如，一部分時間當以按壓模的期間為100時，較佳為20以上。若該一部分時間小於20，由於熱的傳導會不充分，故不佳。又，上述一部分時間較佳為60秒以上。此係因為若小於60秒，則由於時間過短，因而便會難以相對於功能性固體材料前驅體層來形成壓模構造的緣故。
如上所述，使用閘極電極用模M1來施予壓模加工後的結果，如圖2C所示，會形成有具備有層厚為約100nm~約300nm的厚層部與層厚為約10nm~約100nm的薄層部之閘極電極用前驅體層20a。
之後，如圖2D所示，藉由整面蝕刻閘極電極用前驅體層20a，便可自對應於閘極電極之區域以外的區域去除閘極電極用前驅體層20a(針對閘極電極用前驅體層20a的整面之蝕刻工序)。此外，本實施型態之蝕刻工序雖係使用不使用真空製程之濕蝕刻技術來進行，但若藉由使用電漿(即所謂的乾蝕刻技術)來蝕刻亦無妨。此外，亦可採用在大氣壓下進行電漿處理之技術。
[熱處理(正式燒結)工序]
再者，之後，作為正式燒結，係在氧氛圍中(例如雖為100體積%，但未限定於此。關於以下的「氧氛圍」亦相同。)中以約15分鐘的時間來加熱閘極電極用前驅體層20a。其結果，如圖2E所示，基板10上便會形成有作為功能性固體材料層的閘極電極層20之銦(In)與錫(Sn)所構成的氧化物層。此外，銦(In)與錫(Sn)所構成的氧化物層亦稱作ITO(indium tin oxide)層。
本實施型態中，控制部760係藉由加熱亦具有正式燒結用加熱器738的功能之第1加熱器714，來正式燒結基板10上的閘極電極用前驅體層20a。因此，本實施型態中，包含有正式燒結用加熱器738之下部壓模部710便成為功能性元件之製造裝置700的熱處理部。此外，亦可採用正式燒結用加熱器738係與第1加熱器714為個別地設置之其他一樣態。此外，亦可採用取代正式燒結用加熱器738，而使用RTA(rapid thermal anealing)裝置來加熱處理閘極電極用前驅體層20a之一 樣態。又，該RTA裝置為亦可利用於其他正式燒結時之裝置。
又，本實施型態中，正式燒結時之第1加熱器714的溫度為500℃。因此，正式燒結時之第1加熱器714的溫度(本實施型態之第3溫度)便會較壓模工序中之第2加熱器724的最高溫度(本實施型態之第1溫度)要高320℃至350℃。
如上所述，藉由使用閘極電極用模M1來施予壓模加工，並在之後進行正式燒結，便可形成準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。
其中，使得用以形成功能性固體材料前驅體層之預備燒結溫度為80℃以上250℃以下，並且使上述第1溫度高於預備燒結溫度且為90℃以上300℃以下一事，乃為上述預備燒結工序及壓模工序之更佳一樣態。藉由上述溫度範圍的預備燒結，便可使功能性固體材料前驅體層中的溶劑蒸發，並且，可形成能夠在將來獲得可塑性變形的特性之較適當的凝膠狀態(為熱分解前且殘留有有機鏈之狀態)。再者，藉由採用上述溫度範圍內的第1溫度，便可再現性良好地有助於功能性固體材料前驅體層之成型性的提昇，及較低溫之成型。在上述觀點下，最佳預備燒結溫度為100℃以上200℃以下，最佳第1溫度為150℃以上300℃以下。因此，較佳係具備有能夠實現上述各條件之預備燒結部及控制部。
另一方面，上述預備燒結工序及壓模工序中，滿足以下的(1)及(2)條件一事，從提高針對功能性固體材料前驅體層之壓模加工的容易度之觀點來看，係可採用之一較佳樣態。
(1)在預備燒結工序中，將用以形成功能性固體材料前驅體層之預備燒結溫度設定為較功能性固體材料前驅體溶液之溶劑的沸點要來得低。
(2)使壓模工序中之第1溫度高於功能性固體材料前驅體溶液之溶劑的沸點。
其中，作為上述含有銦(In)之前驅體的範例可採用醋酸銦、硝酸銦、氯化銦、或各種的銦烷氧化物(例如銦異丙氧化物、銦丁氧化物、銦乙氧化物、銦甲氧化乙氧化物)。又，作為含有錫(Sn)之前驅體的範例可採用醋酸錫、硝酸錫、氯化錫或各種的錫烷氧化物(例如錫異丙氧化物、錫丁氧化物、錫乙氧化物、錫甲氧化乙氧化物)。
又，本實施型態中，雖係採用為銦(In)與錫(Sn)所構成的氧化物之閘極電極層20，但閘極電極層20未限定於此組成。例如，可使用氧化銦(In2 O3 )、銻植入氧化錫(Sb-SnO2 )、氧化鋅(ZnO)、鋁植入氧化鋅(Al-ZnO)、鎵植入氧化鋅(Ga-ZnO)、氧化釕(RuO2 )、氧化銥(IrO2 )、氧化錫(SnO2 )、一氧化錫SnO、鈮植入二氧化鈦(Nb-TiO2 )等之氧化物導電體材料來作為其他的閘極電極層20。又，本發明其他一樣態之薄膜電晶體可使用銦鎵鋅複合 氧化物(IGZO)、鎵植入氧化銦(In-Ga-O(IGO))、銦植入氧化鋅(In-zn-O(IZO))等之非晶質導電性氧化物來作為上述閘極電極層20。又，本發明其他一樣態之薄膜電晶體可使用鈦酸鍶(SrTiO3 )、鈮植入鈦酸鍶(Nb-SrTiO3 )、鍶鋇複合氧化物(SrBaO2 )、鍶鈣複合氧化物(SrCaO2 )、釕酸鍶(SrRuO3 )、氧化鎳鑭(LaNiO3 )、氧化鈦鑭(LaTiO3 )、氧化銅鑭(LaCuO3 )、氧化鎳釹(NdNiO3 )、氧化鎳釔(YNiO3 )、氧化鑭鈣錳複合氧化物(LCMO)、鉛酸鋇(BaPbO3 )、LSCO(Lax Sr1-x CuO3 )、LSMO(La1-x Srx MnO3 )、YBCO(YBa2 Cu3 O7-x )、LNTO(La(Ni1-x Tix )O3 )、LSTO((La1-x Srx )TiO3 )、STRO(Sr(Ti1-x Rux )O3 )、其他的鈣鈦礦(perovskite type)導電性氧化物或焦綠石型(pyrochlore type)導電性氧化物來作為上述閘極電極層20。
又，為了達成本實施型態之效果，閘極電極用前驅體溶液的溶劑較佳為以下的(1)至(3)中任一溶劑。
(1)選自乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇的群之2種醇的混合溶劑。
(2)選自乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇的群之1種醇溶劑。
(3)選自醋酸、丙酸、辛酸的群之1種或是2種羧酸的溶劑。
此外，關於閘極電極用前驅體溶液之上述較佳溶劑的範例，由於不僅是閘極電極用前驅體溶液，而亦可適 用於作為後述其他功能性固體材料前驅體層的初始材料之功能性固體材料前驅體溶液，因此便省略重複說明。
(2)閘極絕緣層的形成
接下來，如圖2F所示，於基板10及經圖案化後之閘極電極層20上，與閘極電極用前驅體層20a的形成方法同樣地，形成以前驅體溶液作為初始材料之閘極絕緣層用前驅體層30a，其中該前驅體溶液係以含有矽(Si)之前驅體作為溶質。之後，控制部760係使用預備燒結部718，作為預備燒結，而以約5分鐘的時間在大氣中將閘極絕緣層用前驅體層30a加熱至150℃。預備燒結溫度較佳為80℃以上250℃以下。然後，在進行預備燒結後，作為正式燒結，係以約20分鐘的時間在氧氛圍中將閘極絕緣層用前驅體層30a加熱至550℃，藉以形成圖2G所示之閘極絕緣層30。此外，本實施型態之閘極絕緣層30的厚度為約170nm。
此外，本實施型態中，為了進行閘極絕緣層的圖案化，亦可採用在針對閘極絕緣層用前驅體層30a之預備燒結後，與閘極電極的圖案化同樣地，使用閘極絕緣層專用的模(未圖示)來予壓模加工之其他一樣態。亦即，亦可採用另包含有在形成閘極絕緣層30之前，先在氧氛圍中或大氣中(以下，總稱作「含氧氛圍」。)，與閘極電極層20的形成方法同樣地，在加熱第1加熱器714及第2加熱器724之狀態下，針對以閘極絕緣層用的前 驅體溶液作為初始材料之閘極絕緣層用前驅體層30a施予壓模加工工序之其他一樣態。又，針對用以形成閘極絕緣層之壓模加工，亦可適用相同於閘極電極的圖案化之較佳加熱溫度範圍或壓力等諸條件。
(3)通道的形成
之後，於閘極絕緣層30上，與閘極電極用前驅體層20a的形成方法同樣地，形成以通道用前驅體溶液作為初始材料之通道用前驅體層，其中該通道用前驅體溶液係以含有銦(In)之前驅體及含有鋅(Zn)之前驅體作為溶質。之後，與上述閘極電極的形成方法同樣地，進行相同於第1實施型態之預備燒結及正式燒結。其結果，便會在閘極絕緣層30上形成有銦(In)與鋅(Zn)所構成的通道用氧化物層40(可含有無法避免的雜質。以下相同。)。此外，本實施型態的通道用氧化物層40的厚度為約20nm。
此外，本實施型態中，為了進行通道的圖案化，亦可採用在針對通道用前驅體層之預備燒結後，與閘極電極的圖案化同樣地，使用通道專用的模(未圖示)來施予壓模加工之其他一樣態。亦即，亦可採用另包含有在形成通道用氧化物之前，先在含氧氛圍中，與閘極電極層20的形成方法同樣地，在加熱第1加熱器714及第2加熱器724之狀態下，針對以通道用前驅體溶液作為初始材料之通道用前驅體層施予壓模加工工序之其他一樣態。又，針對用以形成通道之壓模加工，亦可適用相 同於閘極電極的圖案化之較佳加熱溫度範圍或壓力等諸條件。
(4)源極電極及汲極電極的形成
本實施型態中，之後，係採用溶液法並施予壓模加工，藉以形成為鑭(La)與鎳(Ni)所構成的氧化物層之源極電極54及汲極電極52(但皆可含有無法避免的雜質。以下相同。)。此外，鑭(La)與鎳(Ni)所構成的氧化物層亦稱作LNO層。具體來說如以下所述。
首先，於通道用氧化物層40上，藉由公知的旋轉塗佈法，來形成以源極/汲極電極用前驅體溶液(以下，關於源極/汲極電極用前驅體的溶液亦相同。)作為初始材料之源極/汲極電極用前驅體層50a，其中該源極/汲極電極用前驅體溶液係以含有鑭(La)之前驅體(例如鑭異丙氧化物)及含有鎳(Ni)之前驅體(例如醋酸鎳)作為溶質。
之後，作為預備燒結，係以約1分鐘的時間在大氣中將源極/汲極電極用前驅體層50a加熱至120℃。之後，為了進行源極/汲極電極的圖案化，如圖2J所示，係使用源極/汲極電極用模M2，而在8MPa的壓力下施予壓模加工。
此處，縱使是在對源極/汲極電極用前驅體層50a施予壓模加工之際，亦係與閘極電極用前驅體層20a的壓模工序同樣地，在加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)之狀態下施予壓模加工。但在 此範例中，第1加熱器714的最高溫度為150℃，第2加熱器724的最高溫度為180℃。
其結果，將來會成為源極電極及汲極電極之區域(圖2K的(a))上便會形成有層厚約100nm~約300nm的源極/汲極電極用前驅體層50a。又，將來會殘留有通道用氧化物層40之區域(圖2K的(b))上則會形成有層厚約10nm~約100nm的源極/汲極電極用前驅體層50a。另一方面，將來通道用氧化物層40會被去除之區域(圖2K的(c))上會形成有層厚約10nm~約100nm的源極/汲極電極用前驅體層50a。此外，藉由使用源極/汲極電極用模M2，並在1MPa以上20MPa以下的壓力下施予壓模加工，便可獲得本實施型態之效果的至少一部分。
之後，作為正式燒結，係以約5分鐘的時間在大氣中將源極/汲極電極用前驅體層50a加熱至550℃以上650℃以下來形成源極/汲極電極用氧化物層50。
之後，針對源極/汲極電極用氧化物層50的整面，利用氬(Ar)電漿來進行乾蝕刻。其結果，最薄之區域(圖2K的(c))的源極/汲極電極用氧化物層50會最先被蝕刻，之後，露出的通道用氧化物層40會持續地被蝕刻。接著，當第2薄之區域(圖2K的(b))的源極/汲極電極用氧化物層50完全地被蝕刻，且最薄區域(圖2K的(c))處的通道用氧化物層40被完全地蝕刻後，便停止電漿處理。如此地，本實施型態中，係藉由調整上述區域(b)與區域(c)的各層厚，而在殘留有區域(b)的通道用氧化 物層40之狀態下，去除區域(c)的通道用氧化物層40。其結果，如圖2L所示，便可實現通道區域自身的分離，且形成為源極電極54及汲極電極52會透過通道區域而被完全地分離。
本實施型態中，再者，係在氮氛圍中，以約15分鐘的時間加熱至500℃，藉以製造本實施型態之薄膜電晶體100。由於會因此加熱處理，而導致ITO中的氧損失，該損失會成為導電性的氧損失載體，因此便可謀求導電性提升。藉由本實施型態之壓模工序，可實現次微等級(sub-micro order)(具體來說為約500nm)之通道區域的分離。又，本實施型態中所形成之源極電極54及汲極電極52的電阻率為10-3 Ωcm的等級以下。
此外，本實施型態之蝕刻工序雖係藉由利用氬(Ar)電漿之乾蝕刻來蝕刻，但若使用不使用真空製程之濕蝕刻技術來進行亦無妨。
又，依據發明者等的研究與分析，為了在壓模加工中形成準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層，上述實施型態中之熱源的第1溫度較佳範圍為100℃以上200℃以下，各功能性固體材料前驅體層的第2溫度較佳範圍為90℃以上190℃以下。又，熱源之第1溫度的更佳範圍為160℃以上180℃以下，各功能性固體材料前驅體層之第2溫度的更佳範圍為150℃以上170℃以下。若為上述各溫度範圍，便可 提高各功能性固體材料前驅體層的塑性變形能力，且充分地去除主溶劑。
此外，第1溫度與第2溫度的差異較佳為10℃以上。此係因為若該差異小於10℃，便會難以促使從熱源對於功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動之緣故。因此，例如本實施型態般，將模的溫度預先設定為較基台的溫度要高10℃以上，或控制部760會以成為上述溫度差之方式來控制一事，由於可更高準確度地、更積極地促使從熱源對於各功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動，因此便有助於形成準確度高，及/或精確度良好的壓模構造。又，此時間點下的機制雖不明確，但為了形成準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層，較佳係在壓模加工中將模的溫度設定或控制為較基台的溫度要來得高。
使模的較佳溫度為90℃以上300℃以下之理由如以下所述。首先，若小於90℃的情況，會因各前驅體層的溫度降低，而導致各前驅體層的塑性變形能力降低。再者，若大於300℃的情況，則會因各前驅體層的固化反應過度進行，而導致各前驅體層的塑性變形能力降低。從上述觀點來看，在壓模工序中，較佳係使用已被加熱至100℃以上250℃以下的模來施予壓模加工。
再者，如本實施型態般，在壓模工序後，於含氧氛圍中，以較作為熱源之第1溫度(更具體來說為熱源的最高溫度)要來得高之正式燒結溫度(第3溫度)來熱處 理功能性固體材料前驅體層，藉以由功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層一事，亦為一較佳樣態。此係因為藉由以高於第1溫度之第3溫度來正式燒結，便可促進固化反應，並且，假設當功能性固體材料層為結晶性材料的情況下，則可促進其結晶化來獲得充分的功能性之緣故。
如上所述，本實施型態中，係採用針對至少一部分的氧化物層施予壓模加工藉以形成壓模構造之「壓模工序」。藉由採用此壓模工序，便不需使用真空製程或光微影法之製程，或紫外線的照射製程等之需要較長的時間及/或高價的設備之製程。又，本實施型態中，藉由溶液法來形成構成閘極電極、閘極絕緣膜、通道、源極電極及汲極電極等元件之所有的層這一點，值得特別說明。因此，本實施型態之薄膜電晶體100的工業性或量產性極為優異。
其中，本實施型態中，雖係採用為鑭(La)與鎳(Ni)所構成的氧化物之源極/汲極電極用氧化物層50，但源極/汲極電極用氧化物層50未限定於此組成。例如，可使用銦錫氧化物(ITO)、氧化銦(In2 O3 )、銻植入氧化錫(Sb-SnO2 )、氧化鋅(ZnO)、鋁植入氧化鋅(Al-ZnO)、鎵植入氧化鋅(Ga-ZnO)、氧化釕(RuO2 )、氧化銥(IrO2 )、氧化錫(SnO2 )、一氧化錫(SnO)、鈮植入二氧化鈦(Nb-TiO2 )等之氧化物導電體材料。又，本發明其他一樣態之薄膜電晶體可使用銦鎵鋅複合氧化物(IGZO)、鎵植 入氧化銦(In-Ga-O(IGO))、銦植入氧化鋅(In-Zn-O(IZO))等之非晶質導電性氧化物來作為上述源極/汲極電極用氧化物層50。又，本發明其他一樣態之薄膜電晶體可使用鈦酸鍶(SrTiO3 )、鈮植入鈦酸鍶(Nb-SrTiO3 )、鍶鋇複合氧化物(SrBaO2 )、鍶鈣複合氧化物(SrCaO2 )、釕酸鍶(SrRuO3 )、氧化鎳鑭(LaNiO3 )、氧化鈦鑭(LaTiO3 )、氧化銅鑭(LaCuO3 )、氧化鎳釹(NdNiO3 )、氧化鎳釔(YNiO3 )、氧化鑭鈣錳複合氧化物(LCMO)、鉛酸鋇(BaPbO3 )、LSCO(Lax Sr1-x CuO3 )、LSMO(La1-x Srx MnO3 )、YBCO(YBa2 Cu3 O7-x )、LNTO(La(Ni1-x Tix )O3 )、LSTO((La1-x Srx )TiO3 )、STRO(Sr(Ti1-x Rux )O3 )、其他的鈣鈦礦型(perovskite type)導電性氧化物或焦綠石型(pyrochlore type)導電性氧化物來作為上述源極/汲極電極用氧化物層50。
又，本實施型態之「功能性固體材料前驅體溶液」較佳為包含有至少1種選自含有金屬烷氧之溶液(以下亦稱作「以金屬烷氧作為溶質之溶液」。關於其他的功能性固體材料前驅體溶液亦相同)、含有金屬有機酸鹽之溶液、含有金屬無機酸鹽之溶液、含有金屬鹵素化物之溶液、含有包含有金屬、氮及氫的無機化合物之溶液、含有金屬氫化物之溶液、含有金屬奈米粒子之溶液及陶瓷微粒子的群之溶液。
又，本實施型態之基板10雖為SiO2 /Si基板，但基板10未限定於此的材質。例如，可使用絕緣性基板(例 如、石英玻璃(SiO2 )基板、於Si基板的表面介隔著SiO2 層及Ti層而形成有STO(SrTiO3 )層之絕緣性基板、氧化鋁(Al2 O3 )基板、SRO(SrRuO3 )基板、STO(SrTiO3 )基板)、或半導體基板(例如矽(Si)基板、碳化矽素(SiC)基板)等之固體基板。
又，上述壓模工序當中，在源極電極54及汲極電極52的圖案化中，雖係在正式燒結之後再進行源極/汲極電極用氧化物層50的整面蝕刻，但此整面蝕刻亦可在正式燒結之前便先進行。亦即，較佳係在上述壓模工序與上述功能性固體材料層形成工序(即正式燒結)之間，包含有以施有壓模加工之功能性固體材料前驅體層(例如閘極電極用前驅體層20a)當中層厚最薄之區域處的該功能性固體材料前驅體層會被去除之條件，來整體地蝕刻該功能性固體材料前驅體層之工序。此係因為能夠較正式燒結功能性固體材料前驅體層後再進行蝕刻，要容易去除不需要的區域之緣故。
<第1實施型態的變形例(1)>
經過多重實驗與分析的結果，發明者等發現了縱使是相異於使用了第1加熱器714與第2加熱器724之上述第1實施型態或各變形例之控制，仍存在有較佳壓模工序的範例。確認了在第1實施型態中，雖進行了將模按壓在功能性固體材料前驅體層的同時，或是將模按壓在功能性固體材料前驅體層之後便立刻加熱第1加熱 器714及第2加熱器724之溫度控制，但第1加熱器714及第2加熱器724的溫度控制並未限定於此範例。
具體來說，亦可採用控制部760會在將模按壓在功能性固體材料前驅體層之前，便先將第2加熱器724的溫度(T2)預先控制為較第1加熱器714的溫度(T1)要來得高之其他一樣態。圖5係顯示為功能性元件(本實施型態亦為薄膜電晶體100)的製造過程一部分之壓模工序(代表性地為針對閘極電極用前驅體層20a之壓模工序)的其他範例之流程圖。由於除了壓模工序以外的工序係與第1實施型態的各工序相同，因此便省略說明。
[壓模工序的變形例]
如圖5所示，首先，步驟S201中，係使具備有作為壓模工序處理對象的閘極電極用前驅體層20a之基板10吸附在基台712。再者，藉由固定部722且透過石英玻璃726來保持例如閘極電極用模M1。
在步驟S202，控制部760會開始第1加熱器714及第2加熱器724的加熱。又，控制部760會加熱第1加熱器714及第2加熱器724並開始第1加熱器714及第2加熱器724的溫度偵測。此外，本實施型態中，雖係在步驟S202中開始上述各溫度的偵測，但亦可採用經常地進行上述各溫度偵測之其他一樣態。
之後，如步驟S203所示，控制部760會比較第1加熱器714的溫度(T1)與第2加熱器724的溫度(T2)，並調整或控制各加熱器的溫度直到第2加熱器724的溫 度(T2)高於第1加熱器714的溫度(T1)為止。然後，當第2加熱器724的溫度(T2)高於第1加熱器714的溫度(T1)後，如步驟S204所示，控制部760便會使上部壓模部720往下方移動。此外，例如，控制部760係相對於閘極電極用前驅體層20a而以1MPa以上20MPa以下的壓力來按壓閘極電極用模M1。此外，本實施型態中，第1加熱器714的溫度(T1)為100℃，第2加熱器724的溫度(T2)為180℃。
之後，經過特定時間(例如300秒)後，如步驟S205所示，控制部760會使模自功能性固體材料前驅體層分離。
此變形例亦係在按壓相對於功能性固體材料前驅體層來形成壓模構造之模的期間的至少一部分時間中，針對功能性固體材料前驅體層供應熱之模的溫度(第1溫度)係高於被第1加熱器714加熱之功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)之狀態下施予壓模加工。因此，便與第1實施型態同樣地，可形成準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。其結果，便可製造具備了形成有上述壓模構造的功能性固體材料層之功能性元件。
<第1實施型態的變形例(2)>
再者，第1實施型態中，雖係顯示第1加熱器714與第2加熱器724兩者皆被加熱之範例，但用以實現針對功能性固體材料前驅體層之熱的供應或熱的移動之 手段不限於此範例。例如，藉由僅加熱第1加熱器714來實現針對功能性固體材料前驅體層之熱的供應或熱的移動一事，亦為可採用之變形例的其中之一。但若著眼於功能性固體材料層的堆疊化排列之觀點來看，則加熱第1加熱器714與第2加熱器724兩者會較僅加熱第1加熱器714要來得佳。
<第1實施型態的變形例(2’)>
再者，作為上述第1實施型態之變形例(2)樣態的一例，亦可採用以第1加熱器714的溫度(T1)雖為一定，但僅使第2加熱器724的溫度(T2)上升至較第1加熱器714的溫度(T1)要來得高之方式來進行溫度控制之其他一樣態。
具體來說，第1加熱器714的溫度(T1)係藉由控制部760而被控制為直到壓模加工開始之前會維持一定溫度(例如100℃或150℃)。其結果，基板10上之功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)便會穩定在第1加熱器714的溫度。又，為自功能性固體材料前驅體層分離之狀態下的第2加熱器724的溫度(T2)(即模的溫度)會藉由控制部760而被加熱至例如80℃。之後，在施予壓模加工後立即，控制部760會以最終地，在加熱第2加熱器724直到第2加熱器724的溫度(T2)成為例如180℃後，在一定時間內維持該溫度之方式來控制。之後，控制部760會冷卻第1加熱器714及第2加熱器724，且使模自功能性固體材料前驅體層分離。
藉由經過上述壓模工序，則亦可以針對功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源(本實施型態中係指模)的第1溫度會高於功能性固體材料前驅體層的第2溫度之方式，來針對前驅體層功能性固體材料施予壓模加工。因此，由於可實現針對功能性固體材料前驅體層之熱的供應或熱的移動，因此便與第1實施型態同樣地，可形成準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。其結果，便可製造具備了形成有上述壓模構造的功能性固體材料層之功能性元件。
<第1實施型態的變形例(3)>
又，亦可採用將第1實施型態之第1加熱器714的最高溫度與第2加熱器724的最高溫度控制為相同之其他一樣態。縱使在上述溫度控制的情況下，如第1實施型態所述，當時，由於第1加熱器714的溫度(T1)會較第2加熱器724的溫度(T2)要快升溫，因此便會形成有第1加熱器714的溫度(T1)較第2加熱器724的溫度(T2)要高之時間帶(例如，相當於圖4中的Ta之時間帶)。其結果，由於會實質上產生針對壓模工序中的功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動，因此可再現性良好地有助於功能性固體材料前驅體層之成型性的提昇及較低溫之成型。
以下說明具體範例。
圖6為本實施型態之記憶體型電晶體200的剖面示意圖。本實施型態之記憶體型電晶體200係於基板10 上形成有作為閘極電極層120之由鑭(La)與鎳(Ni)所構成且經圖案化後的氧化物層(LNO層)。該閘極電極層120的製造方法係利用在形成第1實施型態的源極電極54及汲極電極52時所使用之材料，以及相同於閘極電極層20的形成方法之方法，來形成LNO層。因此，便省略重複說明。
接下來，於閘極電極層120上形成作為強介電體層130之PZT(Pb(Zrx Ti1-x )O3 )層。本實施型態中，係採用溶液法並施予壓模加工，藉以形成為鉛(Pb)、Zr(鋯)、鈦(Ti)所構成的氧化物層(但包含有無法避免的雜質。以下相同。)之強介電體層130。具體來說如以下所述。
首先，於閘極電極層120上，藉由公知的旋轉塗佈法，來形成以強介電體層用前驅體溶液作為初始材料之強介電體層用前驅體層，其中該強介電體層用前驅體溶液係以含有鉛(Pb)之前驅體、含有鋯(Zr)之前驅體以及含有鈦(Ti)之前驅體作為溶質。
之後，作為預備燒結，係以約5分鐘的時間在大氣中將強介電體層用前驅體層加熱至150℃。之後，為了進行強介電體層的圖案化，係使用強介電體層用模(未圖示)，而在8MPa的壓力下施予壓模加工。
此處，針對強介電體層用前驅體層之壓模工序中，控制部760會以第1加熱器714的最高溫度與第2加熱器724的最高溫度皆為180℃之方式來加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)。此壓模工序 中，當時，由於第1加熱器714的溫度(T1)會較第2加熱器724的溫度(T2)要快升溫，因此便會形成有第1加熱器714的溫度(T1)較第2加熱器724的溫度(T2)要高之時間帶(一部分時間)。此外，本實施型態中，將模按壓在作為功能性固體材料前驅體層之強介電體層用前驅體層的期間當中，上述「一部分時間」的比率為約80%。
之後，作為正式燒結，與第1實施型態之閘極電極用前驅體層20a的正式燒結同樣地，將第1加熱器714加熱至650℃，藉以形成PZT(Pb(Zrx Ti1-x )O3 )層。
之後，與第1實施型態之通道用氧化物層40的形成方法同樣地，於強介電體層130上形成通道用氧化物層40。再者之後，利用在形成第1實施型態的閘極電極層20時所使用之材料，以及相同於源極電極54及汲極電極52所使用之LNO層的形成方法之方法來形成ITO層。因此，便省略重複說明。
如上所述，縱使在第1加熱器714的最高溫度與第2加熱器724的最高溫度相同之情況下，藉由實質上會產生針對壓模工序中的功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動，便仍可獲得準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。
此外，本實施型態之記憶體型電晶體除了PZT(Pb(Zrx Ti1-x )O3 )以外，可使用Nb植入PZT、La植入PZT、鈦酸鋇(BaTiO3 )、鈦酸鉛(PbTiO3 )、 BTO(Bi4 Ti3 O12 )、BLT(Bi4-x Lax Ti3 O12 )、SBT(SrBi2 Ta2 O9 )、BZN(Bi1.5 Zn1.0 Nb1.5 O7 )或鉍肥粒鐵(BiFeO3 )來作為上述強介電體材料。
其中，雖與本實施型態相異，但假設縱使是第1加熱器714的最高溫度與第2加熱器724的最高溫度相同，且該等的升溫經過相同之情況下，仍可製作出實質上功能性固體材料前驅體層的溫度(第2溫度)較模或基台的溫度(第1溫度)要低之時間帶。例如，藉由使熱傳導率低的組件(例如樹脂製板體)僅介設於第1加熱器714與基板10之間，來使模的升溫速度較基板10的升溫速度要快，便可形成模的溫度較功能性固體材料前驅體層的溫度要高之時間帶。因此，縱使是上述情況下，由於會發生針對功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動，因此可再現性良好地有助於功能性固體材料前驅體層之成型性的提昇及較低溫之成型。亦即，在壓模工序中進行模的升溫及/或基板10的升溫一事，如上所述，由於可提高針對功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動的實現性，因此為一較佳樣態。
<第1實施型態的變形例(4)>
其中，第1實施型態的功能性元件之製造裝置700中雖係採用用以加熱載置有具備有功能性固體材料前驅體層的基板10之基台712之第1加熱器714，與用以加熱施予壓模加工時的模之第2加熱器724來作為針對功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源，但第1實施 型態的加熱器未限定於該等。例如，用以對功能性固體材料前驅體層供應熱之「熱源」的其他範例舉例有利用輻射熱之公知的手段，或利用微波之公知的手段。該等手段亦可使用控制部760來進行相同於第1實施型態的控制之控制。
<第1實施型態的變形例(5)>
又，亦可採用使用以形成功能性固體材料前驅體層之預備燒結工序中的預備燒結溫度較功能性固體材料前驅體溶液之溶劑的沸點要來得低，並且，使後續的正式燒結中之「熱源」的溫度(第1溫度)較該溶劑的沸點要來得高之其他一較佳樣態。例如，可採用使預備燒結工序中的預備燒結溫度較功能性固體材料前驅體溶液之溶劑的沸點要低10℃~30℃之控制。藉由此溫度調整，便可在溶劑會較容易殘留在功能性固體材料前驅體層中之狀況下施予壓模加工。其結果，由於功能性固體材料前驅體層中會無溶劑或溶劑極少，可避免功能性固體材料前驅體層所謂的變硬而難以壓模之狀況，因此可更容易地形成壓模構造。
由於關於第1實施型態及其變形例(1)~(4)中的熱源及熱供應手段之各樣態及較佳溫度範圍亦可適用於以下的各實施型態，因此便省略重複說明。
<第1實施型態的變形例(6)>
又，作為第1實施型態及其變形例之壓模工序中的更佳範例，係針對壓模面所接觸之前驅體層的表面預先 施予脫模處理，及/或針對該模的壓模面預先施予脫模處理，之後，再對各前驅體層施予壓模加工。藉由施予上述處理，由於可降低各前驅體層與模之間的摩擦力，因此便可對各前驅體層更加精確度良好地施予壓模加工。此外，可使用於脫模處理之脫模劑可例示界面活性劑(例如氟系界面活性劑、矽系界面活性劑、非離子系界面活性劑等)、含氟類鑽石碳等。由於上述各脫模處理亦可適用於以下的各實施型態，因此便省略重複說明。
<第1實施型態的變形例(7)>
又，作為第1實施型態及其變形例之壓模工序的其他較佳範例，當「功能性固體材料前驅體溶液」為至少1種選自含有金屬烷氧之溶液、含有金屬有機酸鹽之溶液及含有金屬無機酸鹽之溶液的群時，從壓模工序中的功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層時之體積收縮率為20%以上80%以下。因此，從壓模構造之尺寸精確度提昇的觀點來看，較佳係採用上述各溶液。
再者，特別是當「功能性固體材料前驅體溶液」為包含有至少1種選自含有金屬鹵素化物之溶液、含有包含有金屬、氮及氫的無機化合物之溶液、含有金屬氫化物之溶液、含有金屬奈米粒子之溶液以及陶瓷微粒子的群之溶液時，從功能性固體材料層形成工序中的功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層時之體積 收縮率為1%以上30%以下。因此，從正式燒結前後之尺寸控制容易化的觀點來看，較佳亦係採用上述各溶液。
此外，依據發明者等的研究與分析，發現使用混合有含有金屬烷氧的溶液與含有金屬有機酸鹽的溶液之複合溶液作為功能性固體材料前驅體溶液來進行壓模工序後，從壓模工序中的功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層時之體積收縮率會變小。然後，發明者等發現採用上述複合溶液係為一解決壓模工序中之塑性變形的容易化與正式燒結前後之尺寸控制的容易化之難以同時成立的技術課題之有效手段。
使用以下的(1)及(2)溶液之範例來作為具體例並加以說明。此外，溶劑皆為2-甲氧基乙醇。
(1)選擇鑭異丙氧化物來作為金屬烷氧，選擇醋酸鎳來作為金屬有機酸鹽之範例。
(2)選擇醋酸鑭來作為金屬有機酸鹽，選擇醋酸鎳來作為金屬有機酸鹽之範例。
上述當中，係形成採用(1)並以130℃來進行預備燒結之功能性固體材料前驅體層，之後，與閘極電極用前驅體層20a的壓模工序同樣地在加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)之狀態施予壓模加工。在此範例中，第1加熱器714的最高溫度為160℃，第2加熱器724的最高溫度為180℃(但初始溫度為80℃)。又，藉由模來按壓的壓力為8MPa，按壓模的時間 為5分鐘。之後，作為正式燒結，係藉由第1加熱器714而在大氣中對經圖案化後的功能性固體材料前驅體層施予450℃之加熱處理。
此處，計算正式燒結前後的體積收縮率，亦即，從功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層時之體積收縮率後，(1)的範例中，體積收縮率為24%，(2)的範例中，體積收縮率為73%。
圖7係上述(1)的範例中，經圖案化後之功能性固體材料前驅體層與正式燒結後之功能性固體材料層的AFM(原子力顯微鏡)測量結果。如圖6所示，正式燒結後之功能性固體材料層的圖案和正式燒結前之功能性固體材料前驅體層的圖案相比，並未見到寬度與高度的尺寸有大的收縮。
又，圖8係僅改變第1實施型態的變形例(6)中之複合溶液的組合及預備燒結溫度之其他具體例的AFM測量結果。具體來說，係採用鋯丁氧化物來作為金屬烷氧(溶質)。又，該溶劑為2-甲氧基乙醇。另一方面，係採用2-乙基己酸鋯來作為金屬有機酸鹽(溶質)。又，該溶劑為丙酸。又，預備燒結溫度為150℃。
如圖8所示，此範例中，從壓模工序中的功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層時之體積收縮率為54%。
發明者等推測如上述般因材料而導致體積收縮率不同的主要機制如以下所述。圖9係顯示一般的凝膠狀 態以及最終氧化物之因前驅體材料的差異之反應過程機制之假想圖。
如圖9(a)所示，使用將金屬烷氧的前驅體溶液作為初始材料之前驅體層的情況下，推測到氧化物的生成為止會經過以下的反應過程。首先，會因金屬烷氧的加水分解，使得烷基部分置換為羥基而產生醇。之後，會脫水，且一部分會發生縮聚反應，而形成有M(金屬)-O(氧)-M(金屬)的網狀。再者之後，會因熱分解反應，而一邊生成碳酸氣體及水，一邊改變成氧化物。其結果，便會容易形成更緻密的氧化物層。另一方面，如圖9(b)所示，推測使用將金屬有機酸鹽的前驅體溶液作為初始材料之前驅體層的情況下，前驅體會直接熱分解，而一邊生成碳酸氣體及水，一邊急遽地改變成氧化物。其結果，便會容易形成更稀疏(換言之多孔質狀)的氧化物層。
於是，由於以金屬烷氧的前驅體溶液與金屬有機酸鹽的前驅體溶液之複合溶液作為初始材料之前驅體層會同時具有圖9(a)的物性與圖9(b)的物性，因此如圖9(c)所示，推測最終地便會形成有具有不密也不疏之中間物性的氧化物層。其結果，在壓模工序中，便可獲得可保持較易形成壓模構造之狀態，且正式燒結後的體積收縮率亦小之優異的特性。因此，如上所述地，採用複合溶液一事係為一解決壓模工序中之塑性變形的容易化與 正式燒結前後之尺寸控制的容易化之難以同時成立的技術課題之有效手段。
如上所述，確認了雖依材料而有所差異，但在壓模工序中從功能性固體材料前驅體層形成功能性固體材料層時，可獲得20%以上80%以下的體積收縮率。又，由於使用混合有含有金屬烷氧的溶液與含有金屬有機酸鹽的溶液之複合溶液一事可使該體積收縮率收斂在20%以上55%以下的範圍，因此從壓模構造的尺寸控制的容易性乃至尺寸精確度的穩定性之觀點來看，可謂一較佳樣態。
<第1實施型態的變形例(8)>
圖10係顯示本實施型態功能性元件之製造裝置800的結構之圖式。本實施型態中，係針對使用了功能性元件之製造裝置800(其係作為第1實施型態功能性元件之製造裝置700的變形例)之壓模工序的範例加以說明。
[功能性元件之製造裝置800的結構]
如圖10所示，本實施型態功能性元件之製造裝置800大致分成3個構成部分，亦即，係由受到固定之上部壓模部、用以保持模且載置有基板10之可水平移動的下部壓模部、以及該等的控制部860所構成。
具體來說，首先，上部壓模部係具備有一邊旋轉一邊按壓模(例如M1)之滾輪822、用以保持滾輪822之滾輪保持部823、以及收容於滾輪822內來加熱滾輪822 之滾輪用加熱器824。此外，本實施型態之模為鎳(Ni)製。又，滾輪用加熱器824係作為在壓模加工時針對功能性固體材料前驅體層(例如圖10所示之閘極電極用前驅體層20a)供應熱之熱源的其中之一而發揮功能。此外，上部壓模部係具備有用以使滾輪822旋轉之公知的旋轉機構、用以使滾輪822升降之公知的升降機構(皆未圖示)、以及用以偵測相對於功能性固體材料前驅體層施予壓模加工時之對閘極電極用模M1等施壓之滾輪822推壓力(圖10中所示意顯示之朝下的箭頭)之壓力感測器(未圖示)。
接下來，下部壓模部係於基台812上載置有具備有作為處理對象的功能性固體材料前驅體層(例如閘極電極用前驅體層20a)之基板10。此外，藉由幫浦(未圖示)而由吸引部816來吸引，藉以將基板10吸附在基台812。再者，本實施型態中，作為在壓模加工時針對功能性固體材料前驅體層供應熱之其他熱源，用以加熱基板10及功能性固體材料前驅體層之基台用加熱器814係連接於基台712。又，本實施型態之下部壓模部係具備有支撐基台812及基台用加熱器814且可在裝置設置台811上移動於水平方向之移動台818。再者，移動台818係具備有模保持用台座825，其係具備有用以保持模之模保持部819，與藉由公知的升降機構來抬舉基板10並使基板10自基台分離之舉升器817。於是，模保 持用台座825亦會隨著移動台818在裝置設置台811上移動於水平方向而移動。
又，本實施型態功能性元件之製造裝置800係具備有控制部860及連接於控制部860之電腦862，該控制部860係擔任壓模加工時的各種控制(包含利用藉由公知的反饋控制之上部壓模部之滾輪822的旋轉運動及升降移動的控制、滾輪822所產生之對於模之推壓力的控制、移動台818的水平移動、滾輪用加熱器824的溫度控制、及基台用加熱器814的溫度控制)。此外，本實施型態的控制部860及電腦862亦與第1實施型態的功能性元件之製造裝置700同樣地，係藉由用以執行使用了上述各構成部分之本實施型態的一連串處理之功能性元件的製造程式，來監視上述各構成部分的處理，或統合地控制。
此外，本實施型態中，基台用加熱器814係兼作為進行功能性固體材料前驅體層的預備燒結(亦稱作「乾燥工序」)之預備燒結用加熱器。因此，本實施型態中，包含有預備燒結用加熱器之下部壓模部便成為功能性元件之製造裝置800的預備燒結部。此外，亦可採用預備燒結用加熱器與基台用加熱器814為個別地設置之其他一樣態。又，亦可採用基台用加熱器814係兼作為在壓模工序後所進行之正式燒結用的加熱器之其他一樣態。
如上所述，使用本實施型態功能性元件之製造裝置800來進行壓模工序的情況，滾輪822例如係以壓力1MPa以上20MPa以下的推壓力來直接推壓模，藉以施予功能性固體材料前驅體層的壓模加工。此時，藉由控制部860而受到溫度控制之滾輪用加熱器824及/或基台用加熱器814會針對功能性固體材料前驅體層供應熱。又，移動台818會配合滾輪822的旋轉速度而相對於滾輪保持部823相對地水平移動。本實施型態中，例如，係以0.05mm/秒的速度相對於滾輪保持部823相對地水平移動。
如上所述，滾輪822會成為針對功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源的其中之一，縱使是在與基台用加熱器814的溫度之關係中，具有供應作為上述第1溫度之熱的功用之情況下，仍可實質上產生針對壓模工序中的功能性固體材料前驅體層之熱的供應或移動。其結果，便可獲得準確度高及/或精確度良好地形成有壓模構造之功能性固體材料層。
<第2實施型態>
圖11係用以說明本實施型態之壓電式噴墨頭300而顯示的圖式。此外，圖11(a)為壓電式噴墨頭300的剖視圖。又，圖11(b)及圖11(c)係顯示壓電式噴墨頭300噴出油墨時的樣態之圖式。此外，壓電式噴墨頭300的製造方法中，由於係使用第1實施型態的功能性元件之 製造裝置700來進行壓模工序，因此便省略與第1實施型態的重複說明。
[壓電式噴墨頭300的結構]
如圖11(a)所示，本實施型態之壓電式噴墨頭300係具備有空腔(cavity)組件340、安裝在空腔組件340的一側且形成有壓電體元件320之振動板350、安裝在空腔組件340的另一側且形成有噴嘴孔332之噴嘴板330、藉由空腔組件340、振動板350及噴嘴板330所區劃而成的油墨室360。振動板350係設置有連通於油墨室360來對油墨室360供應油墨之油墨供應口352。
依據本實施型態之壓電式噴墨頭300，首先，如圖11(b)及圖11(c)所示，藉由對壓電體元件320施加適當的電壓，來使振動板350暫時往上方撓曲，並從儲液器(eservoir)(未圖示)對油墨室360供應油墨。之後，藉由振動板350往下方撓曲，而透過噴嘴孔332來從油墨室360噴出油墨滴i。藉此，便可對被印刷物進行鮮豔的印刷。
[本實施型態之壓電式噴墨頭300的製造方法]
具有上述構造之壓電式噴墨頭300的壓電體元件320(第1電極層322、壓電體層324及第2電極層326)以及空腔組件340的至少一部分皆係使用本實施型態之功能性元件的製造方法所形成。以下，依工序順序來加以說明本實施型態之壓電式噴墨頭300的製造方法。
圖12至圖14係用以說明本實施型態之壓電式噴墨頭的製造方法而顯示之圖式。又，圖12(a)至圖12(f)、圖13(a)至圖13(d)及圖14(a)至圖14(e)為各工序圖。
(1)壓電體元件320的形成
(1-1)第1電極層322的形成
首先，藉由公知的旋轉塗佈法，於仿真(Dummy)基板310上形成以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料(LNO)前驅體層322’(以下，亦簡稱作「前驅體層322’」)，其中該功能性固體材料前驅體溶液係以含有鑭(La)之前驅體(例如鑭異丙氧化物)及含有鎳(Ni)之前驅體(例如醋酸鎳)作為溶質。
之後，作為預備燒結，係以約1分鐘的時間在大氣中將前驅體層322’加熱至120℃。本實施型態之預備燒結後的前驅體層322’的層厚為約300nm。
之後，為了進行功能性固體材料層的圖案化，如圖12(b)所示，係使用對應於成為壓電體元件320的一部分之第1電極層322之區域會凹陷般所形成之模M3(高低差300nm)，並以8MPa的壓力來對前驅體層322’施予壓模加工。
此處，在針對前驅體層322’施予壓模加工時，亦係與第1實施型態的變形例(3)中之強介電體層用前驅體層的壓模工序同樣地，在加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)之狀態下施予壓模加工。在此範例中，第1加熱器714的最高溫度為180℃，第2 加熱器724的最高溫度為180℃。藉由本實施型態之壓模工序，來形成具備有壓模構造之前驅體層322’。此外，此壓模構造之凸部的層厚範例為300nm，凹部的層厚範例為50nm。
之後，藉由整面蝕刻前驅體層322’，便可自對應於第1電極層322之區域以外的區域去除前驅體層322’(整面蝕刻工序)。整面蝕刻工序係使用不使用真空製程之濕蝕刻技術來進行。
之後，作為正式燒結，係使用RTA裝置並以550℃來熱處理前驅體層322’10分鐘。其結果，如圖12(c)所示，便會形成有為鑭(La)與鎳(Ni)所構成的氧化物層之第1電極層322(但包含有無法避免的雜質。以下，藉由溶液法所形成之其他的氧化物層亦相同。)。
(1-2)壓電體層324的形成
接下來，如圖12(d)所示，藉由公知的旋轉塗佈法，於仿真基板310及第1電極層322上形成以前驅體溶液(三菱MATERIAL股份有限公司製，PZT熔膠-凝膠溶液)作為初始材料之功能性固體材料(PZT)的前驅體層324’(以下，亦簡稱作「前驅體層324’」)，其中該前驅體溶液係以金屬烷氧作為溶質。
之後，作為預備燒結，係以約5分鐘的時間在大氣中將前驅體層324’加熱至150℃。本實施型態之預備燒結後的前驅體層324’的層厚為約1μm~約10μm。
之後，為了進行功能性固體材料層的圖案化，如圖12(e)所示，係使用對應於成為壓電體元件320的一部分之壓電體層324之區域會凹陷般所形成之模M4(高低差500nm)，並以8MPa的壓力來對前驅體層324’施予壓模加工。
此處，在針對前驅體層324’施予壓模加工時，亦係與第1實施型態的變形例(3)中之強介電體層用前驅體層的壓模工序同樣地，在加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)之狀態下施予壓模加工。在此範例中，第1加熱器714的最高溫度為180℃，第2加熱器724的最高溫度為180℃。藉由本實施型態之壓模工序，來形成具備有壓模構造之前驅體層324’。此外，此壓模構造之凸部的層厚範例為1μm~10μm，凹部的層厚範例為50nm。
之後，藉由整面蝕刻前驅體層324’，便可自對應於壓電體層324之區域以外的區域去除前驅體層322’(整面蝕刻工序)。整面蝕刻工序係使用不使用真空製程之濕蝕刻技術來進行。
之後，作為正式燒結，係使用RTA裝置並以650℃來熱處理前驅體層324’10分鐘。其結果，如圖12(f)所示，便會形成有功能性固體材料層(PZT)所構成的壓電體層324。
(1-3)第2電極層326的形成
首先，藉由公知的旋轉塗佈法，於仿真基板310及壓電體層324上形成以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料(LNO)前驅體層326’(以下，亦簡稱作「前驅體層326’」)，其中該功能性固體材料前驅體溶液係以含有鑭(La)之前驅體(例如鑭異丙氧化物)及含有鎳(Ni)之前驅體(例如醋酸鎳)作為溶質。
之後，作為預備燒結，係以約1分鐘的時間在大氣中將前驅體層326’加熱至120℃。本實施型態之預備燒結後的前驅體層326’的層厚為約300nm。
之後，為了進行功能性固體材料的圖案化，如圖13(b)所示，係使用對應於成為壓電體元件320的一部分之第2電極層326之區域會凹陷般所形成之模M5(高低差300nm)，並以8MPa的壓力來對前驅體層326’施予壓模加工。
此處，在針對前驅體層326’施予壓模加工時，亦係與第1實施型態的變形例(3)中之強介電體層用前驅體層的壓模工序同樣地，在加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)之狀態下施予壓模加工。在此範例中，第1加熱器714的最高溫度為180℃，第2加熱器724的最高溫度為180℃。藉由本實施型態之壓模工序，來形成具備有壓模構造之前驅體層326’。此外，此壓模構造之凸部的層厚例為300nm，凹部的層厚例為50nm。
之後，藉由整面蝕刻前驅體層326’，便可自對應於第2電極層326之區域以外的區域去除前驅體層326’(整面蝕刻工序)。整面蝕刻工序係使用不使用真空製程之濕蝕刻技術來進行。
之後，作為正式燒結，係使用RTA裝置並以550℃熱處理前驅體層326’10分鐘。其結果，如圖13(c)所示，便會形成有為鑭(La)與鎳(Ni)所構成的氧化物層之第2電極層326(但包含有無法避免的雜質。以下，藉由溶液法所形成之其他的氧化物層亦相同。)。經過以上的工序，便會形成有由第1電極層322、壓電體層324及第2電極層326所構成的壓電體元件320。
(2)振動板350與壓電體元件320的貼合
如圖13(d)所示，使用接著劑來貼合具有油墨供應口352之振動板350與壓電體元件320。
(3)空腔組件340的形成
首先，如圖14(a)所示，藉由公知的旋轉塗佈法，於振動板350上形成以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料(石英玻璃)前驅體層340’(以下，亦簡稱作「前驅體層340’」)，其中該功能性固體材料前驅體溶液係以金屬烷氧(正矽酸異丙酯(Si(OC3 H7 )4 )作為溶質。
之後，作為預備燒結，係以約5分鐘的時間在大氣中將前驅體層340’加熱至150℃。本實施型態之預備燒結後之前驅體層340’的層厚為例如10μm~20μm。
之後，為了進行功能性固體材料的圖案化，如圖14(b)所示，係使用具有對應於油墨室360等的形狀之模M6，並以8MPa的壓力來對前驅體層340’施予壓模加工。
此處，針對前驅體層340’施予壓模加工時，亦係與第1實施型態的變形例(3)中之強介電體層用前驅體層的壓模工序同樣地，在加熱第1加熱器714(基台712側)與第2加熱器724(模側)之狀態下施予壓模加工。在此範例中，第1加熱器714的最高溫度為180℃，第2加熱器724的最高溫度為180℃。藉由本實施型態之壓模工序，便會形成有具備有壓模構造之前驅體層340’。此外，此壓模構造之凸部的層厚範例為10μm~20μm，凹部的層厚範例為50nm。
之後，作為正式燒結，係使用RTA裝置並以650℃熱處理前驅體層326’10分鐘。其結果，如圖14(c)所示，便會形成有功能性固體材料層(石英玻璃)所構成的空腔組件340。
(4)空腔組件340與噴嘴板330的貼合
如圖14(d)所示，使用接著劑來貼合空腔組件340與具有噴嘴孔332之噴嘴板330。
(5)仿真基板310的卸下
如圖14(e)所示，從壓電體元件320卸下仿真基板310。藉由經過以上工序，來製造本實施型態的壓電式噴墨頭300。
<其他實施型態>
其中，上述第1實施型態中所說明之功能性元件之製造裝置700的範例，及其變形例(8)中所說明之功能性元件之製造裝置800亦可適用於第1實施型態的其他變形例及第2實施型態中。
又，上述各實施型態中，雖係以薄膜電晶體、記憶體型電晶體及壓電式噴墨頭為例來加以說明，但上述各實施型態中所採用的製造方法不限於該等。例如，作為其他功能性元件之製造方法的實施型態，上述各實施型態所採用的製造方法亦可適用於製造具有於基板上格子狀地形成有金屬氧化物陶瓷層或金屬層之構造的反射型偏光板或其他各種光學元件之際，或是製造電容器之際。
又，上述各實施型態中，在幾個氧化物層的形成之際，係進行施予壓模加工之「壓模工序」。此壓模工序中的壓力不限於所代表性地例示之8MPa。如上所述，只要此壓模工序中的壓力為1MPa以上20MPa以下的範圍內之壓力，便可獲得上述各實施型態的至少一部分效果。
上述各實施型態中，係針對已獲得高塑性變形能力各前驅體層施予壓模加工。其結果，則縱使是施予壓模加工之際所施加之壓力為1MPa以上20MPa以下的低壓力，但各前驅體層仍會隨著模的表面形狀而變形，從而便可以高精確度來形成期望的壓模構造。又，藉由將該 壓力設定為1MPa以上20MPa以下之低壓力範圍，則在施予壓模加工之際模便不易損傷，且亦有利於大面積化。
此處，使上述壓力為「1MPa以上20MPa以下」的範圍內之理由如以下所述。首先，若該壓力小於1MPa的情況，則會有壓力過低而無法將各前驅體層壓模的情況之緣故。另一方面，若該壓力為20MPa，由於可充分地將前驅體層壓模，因此便不須施加其以上的壓力之緣故。從上述觀點來看，上述第5及第6實施型態之壓模工序中，較佳係以2MPa以上10MPa以下的範圍內之壓力來施予壓模加工。
又，上述各實施型態之壓模工序中的「壓模加工」係包含有使用凹凸模來對功能性固體材料前驅體層的一部分施予壓模加工之情況，以及使用平坦模來對功能性固體材料前驅體層的整面施予壓模加工之情況兩者。
再者，上述各實施型態的壓模工序中，亦可採用取代上述功能性元件之製造裝置700或功能性元件之製造裝置800，而將作為處理對象之基板安裝在滾輪表面，再一邊使該滾輪相對於具有平板上的凹凸之模旋轉，一邊針對基板施予壓模加工之功能性元件之製造裝置。又，亦可採用將模安裝在滾輪的表面之其他一樣態。此情況下，亦可取代將模安裝在滾輪的表面，而具備有滾輪的表面本身為凹凸狀或平板狀之模。
如上所述，上述各實施型態的揭示係為了說明該等 實施型態而記載，而非用以限定本發明而記載。再者，包含有各實施型態的其他組合之本發明範圍內所存在的變形例亦應包含於申請專利範圍。
10‧‧‧基板
20‧‧‧閘極電極層
20a‧‧‧閘極電極用前驅體層
30a‧‧‧閘極絕緣層用前驅體層
30‧‧‧閘極絕緣層
40‧‧‧通道用氧化物層
50‧‧‧汲極電極用氧化物層
50a‧‧‧汲極電極用前驅體層
52‧‧‧汲極電極
54‧‧‧源極電極
100‧‧‧薄膜電晶體
120‧‧‧閘極電極層
130‧‧‧強介電體層
200‧‧‧記憶體型電晶體
300‧‧‧壓電式噴墨頭
320‧‧‧壓電體元件
322‧‧‧第1電極
324‧‧‧壓電體層
326‧‧‧第2電極
326’‧‧‧功能性固體材料(LNO)前驅體層
330‧‧‧噴嘴板
332‧‧‧噴嘴孔
340‧‧‧空腔組件
340’‧‧‧功能性固體材料(石英玻璃)前驅體層
350‧‧‧振動板
352‧‧‧油墨供應口
360‧‧‧油墨室
700、800‧‧‧功能性元件之製造裝置
710‧‧‧上部壓模部
712、812‧‧‧基台
714‧‧‧第1加熱器
716、816‧‧‧吸引部
718‧‧‧預備燒結部
720‧‧‧下部壓模部
722‧‧‧固定部
724‧‧‧第2加熱器
726‧‧‧石英玻璃
738‧‧‧正式燒結用加熱器
760、860‧‧‧控制部
762、862‧‧‧電腦
811‧‧‧裝置設置台
814‧‧‧基台用加熱器
817‧‧‧舉升器
818‧‧‧移動台
819‧‧‧模保持部
822‧‧‧滾輪
823‧‧‧滾輪保持部
824‧‧‧滾輪用加熱器
825‧‧‧模保持用台座
M1‧‧‧閘極電極用模
M2‧‧‧源極/汲極電極用模
M3、M4、M5、M6‧‧‧模
圖1係顯示本發明第1實施型態之功能性元件的製造裝置結構之圖式。
圖2A係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2B係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2C係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2D係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2E係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2F係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2G係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2H係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2J係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2K係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖2L係顯示本發明第1實施型態之薄膜電晶體的製造方法一過程之剖面示意圖。
圖3為本發明第1實施型態之功能性元件的製造過程一部分(壓模工序)之流程圖。
圖4係顯示本發明第1實施型態之功能性元件的製造過程一部分(壓模工序)時之第1加熱器及第2加熱器的溫度隨時間變化之圖表。
圖5為本發明第1實施型態的變形例中之功能性元件的製造過程一部分(壓模工序)之流程圖。
圖6為本發明第1實施型態的變形例(3)中之記憶體型電晶體的剖面示意圖。
圖7為本發明第1實施型態的變形例(7)中，經圖案化後之功能性固體材料前驅體層與正式燒結後之功能性固體材料層的AFM(原子力顯微鏡)測量結果一例。
圖8為本發明第1實施型態的變形例(7)中，經圖案化後之其他功能性固體材料前驅體層與正式燒結後之其他功能性固體材料層的AFM(原子力顯微鏡)測量結果一例。
圖9係顯示一般的凝膠狀態以及最終氧化物之因前驅體材料差異之反應過程機制之假想圖。
圖10係顯示本發明第1實施型態的變形例(8)中之功能性元件的製造裝置結構之圖式。
圖11係用以說明本發明第2實施型態之壓電式噴墨頭而顯示之圖式。
圖12係用以說明本發明第2實施型態之壓電式噴墨頭的製造方法一部分而顯示之圖式。
圖13係用以說明本發明第2實施型態之壓電式噴墨頭的製造方法一部分而顯示之圖式。
圖14係用以說明本發明第2實施型態之壓電式噴墨頭的製造方法一部分而顯示之圖式。
S101‧‧‧使處理對象吸附在基台，並將模保持在固定部
S102‧‧‧控制部會使上部壓模部移動來將模按壓在功能性固體材料前驅體層
S103‧‧‧控制部會加熱第1加熱器及/或第2加熱器，並開始各加熱器溫度的偵測
S104‧‧‧滿足第1溫度>第2溫度？
S105‧‧‧經過特定時間後，控制部會使模自功能性固體材料前驅體層分離

Claims (27)

  1. 一種功能性元件之製造方法，其包含以下工序：預備燒結工序，係以80℃以上250℃以下之預備燒結溫度來預備燒結功能性固體材料前驅體溶液；壓模工序，係在按壓一模之期間的至少一部分時間中，以針對該功能性固體材料前驅體層供應熱之熱源的第1溫度乃高於該功能性固體材料前驅體層的第2溫度之方式，來對該功能性固體材料前驅體層施予壓模加工，其中該模係相對於以該功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料前驅體層而形成壓模構造；以及功能性固體材料層形成工序，係在該壓模工序後，於含氧氛圍中，以高於該第1溫度之第3溫度來熱處理該功能性固體材料前驅體層，藉以由該功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層；該熱源係藉由產生該模之溫度與載置有具備該功能性固體材料前驅體層之基板的基台之溫度的差來加以形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之功能性元件之製造方法，其係一邊按壓該模，一邊使該第1溫度升溫。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該熱源係加熱該模之加熱器。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該熱源係加熱該模之加熱器以及加熱該基台之加熱器。
  5. 如申請專利範圍第4項之功能性元件之製造方法，其中該模的溫度係較該基台的溫度要高10℃以上。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該一部分時間當以按壓該模的時間為100之情況下，為20以上。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該第1溫度係高於該預備燒結溫度，並且為90℃以上300℃以下。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該預備燒結工序中的該預備燒結溫度係低於該功能性固體材料前驅體溶液之溶劑的沸點，並且，該第1溫度係高於該溶劑的沸點。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該壓模工序中係在1MPa以上20MPa以下的壓力下施予壓模加工。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該壓模工序中，係在至少針對該前驅體層的表面施予脫模處理或針對該模的壓模面施予脫模處理後，針對該前驅體層施予壓模加工。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該功能性固體材料前驅體溶液係包含有至少1種選自以下的群之溶液：含有金屬烷氧之溶液、含有金屬有機酸鹽之溶液、含有金屬無機酸鹽之溶液、含有金屬鹵素化物之溶液、含有包含有金屬、氮及氫的無機化合物之溶液、含有金屬氫化物之溶液、及含有金屬奈米粒子之溶液。
  12. 如申請專利範圍第11項之功能性元件之製造方法，其中該功能性固體材料前驅體溶液係至少1種選自含有該金屬烷氧之溶液、含有該金屬有機酸鹽之溶液以及含有該金屬無機酸鹽之溶液的群；該壓模工序後之由該功能性固體材料前驅體層形成該功能性固體材料層時的體積收縮率為20%以上80%以下。
  13. 如申請專利範圍第11項之功能性元件之製造方法，其中該功能性固體材料前驅體溶液係包含有至少1種選自以下的群之溶液：該含有金屬鹵素化物之溶液、該含有包含有金屬、氮及氫的無機化合物之溶液、 該含有金屬氫化物之溶液、及該含有金屬奈米粒子之溶液；該壓模工序後之由該功能性固體材料前驅體層形成該功能性固體材料層時的體積收縮率為1%以上30%以下。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該壓模工序與該功能性固體材料層形成工序之間另包含有以該功能性固體材料前驅體層會在施有壓模加工之該功能性固體材料前驅體層當中層厚最薄的區域處被去除之條件，來整體地蝕刻該功能性固體材料前驅體層之工序。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該功能性元件為薄膜電晶體；該功能性固體材料層係至少1層選自該薄膜電晶體中之閘極電極層、閘極絕緣層、源極層、汲極層及通道層的群。
  16. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該功能性元件為記憶體型電晶體；該功能性固體材料層係至少1層選自該記憶體型電晶體中之閘極電極層、強介電體層、源極層、汲極層及通道層的群。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該功能性元件為電容器； 該功能性固體材料層為介電體層及/或電極層。
  18. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該功能性元件係具備有壓電體層之致動器；該功能性固體材料層為該壓電體層。
  19. 如申請專利範圍第1或2項之功能性元件之製造方法，其中該功能性元件係於基材上具備有複數格子層之光學元件；該功能性固體材料層為該格子層。
  20. 一種功能性元件之製造裝置，其具備有：控制部，係控制在按壓一模之期間的至少一部分時間中，針對該功能性固體材料前驅體層供應熱，藉由產生該模之溫度與載置有具備該功能性固體材料前驅體層之基板的基台之溫度的差來形成熱源的第1溫度會高於該功能性固體材料前驅體層的第2溫度，其中該模係相對於以功能性固體材料前驅體溶液作為初始材料之功能性固體材料前驅體層而形成壓模構造；壓模部，係針對該功能性固體材料前驅體層施予壓模加工；以及熱處理部，係於含氧氛圍中，以高於該第1溫度之第3溫度來熱處理形成有壓模構造之該功能 性固體材料前驅體層，藉以由該功能性固體材料前驅體層來形成功能性固體材料層。
  21. 如申請專利範圍第20項之功能性元件之製造裝置，其中該控制部係一邊按壓該模，一邊使該第1溫度升溫。
  22. 如申請專利範圍第20或21項之功能性元件之製造裝置，其中該熱源係加熱該模之加熱器。
  23. 如申請專利範圍第20或21項之功能性元件之製造裝置，其中該熱源係具備有按壓並加熱該模的加熱器之滾輪。
  24. 如申請專利範圍第20或21項之功能性元件之製造裝置，其中該熱源係加熱該模之加熱器以及加熱基台之加熱器，其中該基台係用以載置具備有該功能性固體材料前驅體層之基板。
  25. 如申請專利範圍第24項之功能性元件之製造裝置，其中該模的溫度係較該基台的溫度要高10℃以上。
  26. 如申請專利範圍第20或21項之功能性元件之製造裝置，其另具備有用以形成該功能性固體材料前驅體層之預備燒結溫度係設定為80℃以上250℃以下之預備燒結部；該控制部係使該第1溫度較該預備燒結溫度要來得高，並且使其為90℃以上300℃以下。
  27. 如申請專利範圍第20或21項之功能性元件之製造裝置，其另具備有用以形成該功能性固體材料前驅體層之預備燒結溫度係設定為低於該功能性固體材料前驅體溶液之溶劑的沸點之預備燒結部；該控制部係使該第1溫度較該該溶劑的沸點要來得高。
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