JP5154605B2 - Ferroelectric material layer manufacturing method, thin film transistor, and piezoelectric ink jet head - Google Patents

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Description

本発明は、強誘電体材料層の製造方法、薄膜トランジスタ及び圧電式インクジェットヘッドに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric material layer, a thin film transistor, and a piezoelectric ink jet head.

図25は、従来の薄膜トランジスタ900を説明するために示す図である。
従来の薄膜トランジスタ900は、図25に示すように、ソース電極950及びドレイン電極960と、ソース電極950とドレイン電極960との間に位置するチャネル層940と、チャネル層940の導通状態を制御するゲート電極920と、ゲート電極920とチャネル層940との間に形成され、強誘電体材料層からなるゲート絶縁層930とを備える。なお、図25において、符号910は絶縁性基板を示す。
FIG. 25 is a diagram for explaining a conventional thin film transistor 900.
As shown in FIG. 25, a conventional thin film transistor 900 includes a source electrode 950 and a drain electrode 960, a channel layer 940 positioned between the source electrode 950 and the drain electrode 960, and a gate that controls a conduction state of the channel layer 940. The electrode 920 includes a gate insulating layer 930 formed between the gate electrode 920 and the channel layer 940 and made of a ferroelectric material layer. In FIG. 25, reference numeral 910 denotes an insulating substrate.

従来の薄膜トランジスタ900においては、ゲート絶縁層930を構成する材料として、強誘電体材料(例えば、BLT(Bi4−xLaTi12)、PZT(Pb(Zr,Ti1−x)O))が使用され、チャネル層940を構成する材料として、酸化物導電性材料(例えば、インジウム錫酸化物(ITO))が使用されている。 In the conventional thin film transistor 900, as a material constituting the gate insulating layer 930, a ferroelectric material (for example, BLT (Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ), PZT (Pb (Zr x , Ti 1-x )) is used. O 3 )) is used, and an oxide conductive material (for example, indium tin oxide (ITO)) is used as a material constituting the channel layer 940.

従来の薄膜トランジスタ900によれば、チャネル層を構成する材料として酸化物導電性材料を用いているためキャリア濃度を高くすることができ、また、ゲート絶縁層を構成する材料として強誘電体材料を用いているため低い駆動電圧で高速にスイッチングすることができ、その結果、大きな電流を低い駆動電圧で高速に制御することが可能となる。   According to the conventional thin film transistor 900, since an oxide conductive material is used as a material constituting the channel layer, the carrier concentration can be increased, and a ferroelectric material is used as the material constituting the gate insulating layer. Therefore, it is possible to perform high-speed switching with a low driving voltage, and as a result, it becomes possible to control a large current at high speed with a low driving voltage.

従来の薄膜トランジスタは、図26に示す従来の薄膜トランジスタの製造方法により製造することができる。図26は、従来の薄膜トランジスタの製造方法を説明するために示す図である。図26(a)〜図26(e)は各工程図であり、図26(f)は薄膜トランジスタ900の平面図である。   A conventional thin film transistor can be manufactured by a conventional thin film transistor manufacturing method shown in FIG. FIG. 26 is a diagram for explaining a conventional method of manufacturing a thin film transistor. FIG. 26A to FIG. 26E are process diagrams, and FIG. 26F is a plan view of the thin film transistor 900.

まず、図26(a)に示すように、表面にSiO層が形成されたSi基板からなる絶縁性基板910上に、電子ビーム蒸着法により、Ti(10nm)及びPt(40nm)の積層膜からなるゲート電極920 を形成する。
次に、図26(b)に示すように、ゲート電極920の上方から、ゾルゲル法により、強誘電体材料層(例えば、BLT(Bi3.25La0.75Ti12)又はPZT(Pb(Zr0.4Ti0.6)O)。)からなるゲート絶縁層930(200nm)を形成する。
次に、図26(c)に示すように、ゲート絶縁層930上に、RFスパッタ法により、ITOからなるチャネル層940(5nm〜15nm)を形成する。
次に、図26(d)に示すように、チャネル層940上に、電子ビーム蒸着法により、Ti(30nm)及びPt(30nm)を真空蒸着してソース電極950及びドレイン電極960を形成する。
次に、RIE法及びウェットエッチング法(HF:HCl混合液)により、素子領域を他の素子領域から分離する。
これにより、図26(e)及び図26(f)に示すような、薄膜トランジスタ900を製造することができる。
First, as shown in FIG. 26A, a laminated film of Ti (10 nm) and Pt (40 nm) is formed on an insulating substrate 910 made of an Si substrate having a SiO 2 layer formed on the surface by an electron beam evaporation method. A gate electrode 920 is formed.
Next, as shown in FIG. 26B, a ferroelectric material layer (for example, BLT (Bi 3.25 La 0.75 Ti 3 O 12 ) or PZT (PZT) is formed from above the gate electrode 920 by a sol-gel method. A gate insulating layer 930 (200 nm) made of Pb (Zr 0.4 Ti 0.6 ) O 3 ).) Is formed.
Next, as shown in FIG. 26C, a channel layer 940 (5 nm to 15 nm) made of ITO is formed on the gate insulating layer 930 by RF sputtering.
Next, as shown in FIG. 26D, Ti (30 nm) and Pt (30 nm) are vacuum-deposited on the channel layer 940 by electron beam evaporation to form a source electrode 950 and a drain electrode 960.
Next, the element region is separated from other element regions by the RIE method and the wet etching method (HF: HCl mixed solution).
Thereby, a thin film transistor 900 as shown in FIGS. 26E and 26F can be manufactured.

図27は、従来の薄膜トランジスタ900の電気特性を説明するために示す図である。なお、図27中、符号940aはチャネルを示し、符号940bは空乏層を示す。
従来の薄膜トランジスタ900においては、図27に示すように、ゲート電圧が3V(VG=3V)のときのオン電流として約10−4A、オン/オフ比として1×10、電界効果移動度μFEとして10cm/Vs、メモリウインドウとして約2Vの値が得られている。
FIG. 27 is a diagram for explaining the electrical characteristics of the conventional thin film transistor 900. In FIG. 27, reference numeral 940a indicates a channel, and reference numeral 940b indicates a depletion layer.
In the conventional thin film transistor 900, as shown in FIG. 27, when the gate voltage is 3 V (VG = 3 V), the on-current is about 10 −4 A, the on / off ratio is 1 × 10 4 , the field-effect mobility μ A value of 10 cm 2 / Vs for FE and about 2 V for the memory window are obtained.

特開2006−121029号公報JP 2006-121029 A

しかしながら、上記のような薄膜トランジスタにおいては、ゾルゲル法により強誘電体材料層を形成しているため、気相法(蒸着法、スパッタ法、CVD法など)により強誘電体材料層を形成した場合と比較して強誘電体材料層の品質(結晶性、均一性、表面粗さなど)を向上させるのが容易ではなく、その結果、強誘電体材料層の電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)ひいては薄膜トランジスタの性能を向上するのが容易ではないという問題がある。   However, since the ferroelectric material layer is formed by the sol-gel method in the above-described thin film transistor, the case where the ferroelectric material layer is formed by a vapor phase method (evaporation method, sputtering method, CVD method, etc.) In comparison, it is not easy to improve the quality of the ferroelectric material layer (crystallinity, uniformity, surface roughness, etc.). As a result, the electrical characteristics of the ferroelectric material layer (for example, high remanent polarization characteristics, Low leakage current characteristics etc.) As a result, there is a problem that it is not easy to improve the performance of the thin film transistor.

なお、このような要求は、上記した薄膜トランジスタだけに存在する要求ではなく、圧電式インクジェットヘッド、キャパシタその他の、強誘電体材料層の電気特性を利用する用途全般に存在する要求である。   Such a requirement is not a requirement that exists only in the above-described thin film transistor, but a requirement that exists in general applications that utilize the electrical characteristics of the ferroelectric material layer, such as piezoelectric inkjet heads, capacitors, and the like.

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたもので、強誘電体材料層の電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)をより一層向上させることが可能な強誘電体材料層の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたゲート絶縁層を備える、高性能な薄膜トランジスタを提供することを目的とする。さらにまた、本発明は、そのような強誘電体材料層の製造方法を用いて形成された圧電体層を備える、高性能な圧電式インクジェットヘッドを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and can further improve the electrical characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.) of the ferroelectric material layer. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a ferroelectric material layer. Another object of the present invention is to provide a high-performance thin film transistor including a gate insulating layer formed using such a method for manufacturing a ferroelectric material layer. Still another object of the present invention is to provide a high-performance piezoelectric inkjet head including a piezoelectric layer formed by using such a method for manufacturing a ferroelectric material layer.

[1]本発明の強誘電体材料層の製造方法は、熱処理することにより強誘電体材料となるゾルゲル溶液を準備する第1工程と、基材上に前記ゾルゲル溶液を塗布することにより、前記強誘電体材料の前駆体組成物層を形成する第2工程と、前記前駆体組成物層を120℃〜300℃の範囲内にある第1温度で乾燥させる第3工程と、前記前駆体組成物層を前記第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱した状態で前記前駆体組成物層に対して型押し加工を施す第4工程と、前記前駆体組成物層を前記第2温度よりも高い第3温度で熱処理することにより、前記前駆体組成物層から強誘電体材料層を形成する第5工程とをこの順序で含むことを特徴とする。 [1] The method for producing a ferroelectric material layer according to the present invention includes a first step of preparing a sol-gel solution to be a ferroelectric material by heat treatment, and applying the sol-gel solution on a base material. A second step of forming a precursor composition layer of a ferroelectric material, a third step of drying the precursor composition layer at a first temperature within a range of 120 ° C. to 300 ° C., and the precursor composition A fourth step of embossing the precursor composition layer in a state where the physical layer is heated to a second temperature that is higher than the first temperature and within a range of 150 ° C. to 300 ° C .; And a fifth step of forming a ferroelectric material layer from the precursor composition layer by heat-treating the precursor composition layer at a third temperature higher than the second temperature in this order. And

本発明の強誘電体材料層の製造方法によれば、前駆体組成物層を120℃〜300℃の範囲内にある第1温度で乾燥させるとともに、前駆体組成物層を第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱した状態で前記前駆体組成物層に対して型押し加工を施すこととしているため、後述する実施例1からも分かるように、強誘電体材料層の残留分極をより一層大きくすることが可能となる。   According to the method for producing a ferroelectric material layer of the present invention, the precursor composition layer is dried at a first temperature in the range of 120 ° C. to 300 ° C., and the precursor composition layer is made to be at a temperature higher than the first temperature. Since it is supposed that the precursor composition layer is embossed in a state of being heated to a second temperature that is high and within a range of 150 ° C. to 300 ° C., it will be understood from Example 1 described later. In addition, the remanent polarization of the ferroelectric material layer can be further increased.

ここで、第1温度を「120℃〜300℃の範囲内」としたのは、第1温度が120℃未満である場合には、前駆体組成物層を十分に乾燥させることができないことから、第4工程で前駆体組成物層に対して均一に型押し加工を施すことが困難となるからであり、第1温度が300℃を超える場合には、前駆体組成物層の固化反応が進み過ぎることから、第4工程において前駆体組成物層を十分に軟化させること(前駆体組成物層の塑性変形能力を十分に高くすること)ができず、その結果、十分な型押し加工の効果を得ることが困難となるからである。上記観点から言えば、第1温度を120℃〜250℃の範囲内にすることがより好ましい。   Here, the reason why the first temperature is “within a range of 120 ° C. to 300 ° C.” is that when the first temperature is less than 120 ° C., the precursor composition layer cannot be sufficiently dried. This is because it is difficult to uniformly emboss the precursor composition layer in the fourth step. When the first temperature exceeds 300 ° C., the solidification reaction of the precursor composition layer Since the process proceeds too much, the precursor composition layer cannot be sufficiently softened (the plastic deformation ability of the precursor composition layer can be sufficiently increased) in the fourth step, and as a result, sufficient embossing can be performed. This is because it is difficult to obtain an effect. From the above viewpoint, it is more preferable that the first temperature is in the range of 120 ° C to 250 ° C.

また、第2温度を「第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内」としたのは、第2温度が第1温度よりも低い場合には、前駆体組成物層を十分に軟化させること(前駆体組成物層の塑性変形能力を十分に高くすること)ができず、その結果、十分な型押し加工の効果を得ることが困難となるからであり、第2温度が150℃未満である場合には、やはり前駆体組成物層を十分に軟化させること(前駆体組成物層の塑性変形能力を十分に高くすること)ができず、その結果、十分な型押し加工の効果を得ることが困難となるからであり、第2温度が300℃を超える場合には、前駆体組成物層の固化反応が進み過ぎて前駆体組成物層が硬くなり過ぎることから、前駆体組成物層の塑性変形能力が再び低下するからである。上記観点から言えば、第2温度を200℃〜300℃の範囲内にすることがより好ましい。   In addition, the second temperature is “higher than the first temperature and within the range of 150 ° C. to 300 ° C.” when the second temperature is lower than the first temperature, the precursor composition layer is This is because it cannot be sufficiently softened (the plastic deformation ability of the precursor composition layer cannot be sufficiently increased), and as a result, it is difficult to obtain a sufficient embossing effect. Is less than 150 ° C., the precursor composition layer cannot be sufficiently softened (the plastic deformation capacity of the precursor composition layer cannot be sufficiently increased). This is because it becomes difficult to obtain the effect of processing, and when the second temperature exceeds 300 ° C., the solidification reaction of the precursor composition layer proceeds too much and the precursor composition layer becomes too hard. This is because the plastic deformation ability of the precursor composition layer is lowered again. From the above viewpoint, it is more preferable that the second temperature is in the range of 200 ° C to 300 ° C.

本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、第1温度及び第2温度は一定の温度でもよいし、所定の温度範囲内で変動する温度でもよい。本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、「型押し加工」は凹凸型を用いて強誘電体材料層の一部に型押し加工を施す場合及び平坦型を用いて強誘電体材料層の全面に対して型押し加工を施す場合の両方を含む。また、本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、平板状の基材に対して型を垂直方向に型押しする型押し成形加工装置を用いて強誘電体材料層に対して型押し加工を施してもよいし、ローラーの表面に型を取り付け、当該ローラーを回転させながら、平板状の基材に対して型押しする型押し成形加工装置、あるいはローラーの表面に基材を取り付け、平面上の型に対して、当該ローラーを回転させながら、基材に対して型押しする型押し成形加工装置、を用いて強誘電体材料層に対して型押し加工を施してもよい。ローラーの表面に型を取り付ける場合、型をローラーの表面に取り付ける代わりに、ローラーの表面自体に型を形成してもよい。本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、「型押し加工」は「ナノインプリント加工」と呼ばれることもある。   In the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, the first temperature and the second temperature may be constant temperatures or may vary within a predetermined temperature range. In the method for manufacturing a ferroelectric material layer according to the present invention, the “embossing” is performed when embossing is performed on a part of the ferroelectric material layer using a concavo-convex mold and when a flat mold is used. This includes both cases where the entire surface of the layer is embossed. In the method for manufacturing a ferroelectric material layer according to the present invention, the embossing process is performed on the ferroelectric material layer using an embossing processing apparatus that embosses the mold in a vertical direction with respect to a flat substrate. Processing may be applied, a mold is attached to the surface of the roller, and while the roller is rotated, an embossing apparatus for embossing on a flat substrate, or a substrate is attached to the surface of the roller, The ferroelectric material layer may be stamped using a stamping apparatus that presses the substrate against the substrate while rotating the roller. When attaching the mold to the surface of the roller, instead of attaching the mold to the surface of the roller, the mold may be formed on the surface of the roller itself. In the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, “embossing” is sometimes called “nanoimprinting”.

本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、強誘電体材料として、例えば、PZT(Pb(Zr,Ti1−x)O)、BLT(Bi4−xLaTi12)、NbドープPZT、LaドープPZT、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、BTO(BiTi12)、SBT(SrBiTa)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5)、ビスマスフェライト(BiFeO)を好ましく例示することができる。 In the manufacturing method of the ferroelectric material layer of the present invention, as the ferroelectric material, for example, PZT (Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 ), BLT (Bi 4−x La x Ti 3 O 12). ), Nb-doped PZT, La-doped PZT, barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), BTO (Bi 4 Ti 3 O 12 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BZN (Bi 1 ) 0.5 Zn 1.0 Nb 1.5 O 7 ) and bismuth ferrite (BiFeO 3 ) can be preferably exemplified.

本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、前記第4工程においては、前記第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第4温度に加熱した型を用いて型押し加工を施すことがより好ましい。   In the method for producing a ferroelectric material layer of the present invention, in the fourth step, a mold heated to a fourth temperature that is higher than the first temperature and within a range of 150 ° C. to 300 ° C. is used. It is more preferable to apply a die pressing process.

ここで、第4温度を「第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内」としたのは、第4温度が第1温度よりも低い場合には、型の熱容量にもよるが、前駆体組成物層と型との接触面において前駆体組成物層の温度が低くなり易いからであり、第4温度が150℃未満である場合には、前駆体組成物層と型との接触面においてやはり前駆体組成物層の温度が低くなり易いからであり、第4温度が300℃を超える場合には、前駆体組成物層と型との接触面において、前駆体組成物層の固化反応が進み過ぎて前駆体組成物層が硬くなり過ぎることから、前駆体組成物層の塑性変形能力が再び低下するからである。上記観点から言えば、第4温度を「第1温度よりも高く、かつ、200℃〜300℃の範囲内」にすることがより好ましい。   Here, the fourth temperature is “higher than the first temperature and within the range of 150 ° C. to 300 ° C.” when the fourth temperature is lower than the first temperature. However, the temperature of the precursor composition layer tends to be low at the contact surface between the precursor composition layer and the mold, and when the fourth temperature is less than 150 ° C., the precursor composition layer and the mold This is also because the temperature of the precursor composition layer tends to be low at the contact surface with the precursor composition, and when the fourth temperature exceeds 300 ° C., the precursor composition layer at the contact surface between the precursor composition layer and the mold is used. This is because the solidification reaction of the layer proceeds too much and the precursor composition layer becomes too hard, so that the plastic deformation ability of the precursor composition layer decreases again. From the above viewpoint, the fourth temperature is more preferably “higher than the first temperature and in the range of 200 ° C. to 300 ° C.”.

[2]本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、前記第1温度は、120℃〜200℃の範囲内にあり、前記第2温度は、前記第1温度よりも高く、かつ、175℃〜300℃の範囲内にあることが好ましい。 [2] In the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, the first temperature is in a range of 120 ° C. to 200 ° C., the second temperature is higher than the first temperature, and It is preferable that it exists in the range of 175 degreeC-300 degreeC.

本発明の強誘電体材料層の製造方法によれば、第1温度が120℃〜200℃の範囲内にあり、第2温度が第1温度よりも高く、かつ、175℃〜300℃の範囲内にあるため、後述する実施例2からも分かるように、強誘電体材料層のリーク電流をより一層低減させることが可能となる。なお、後述する実施例2から分かるように、第1温度を150℃〜175℃の範囲内にするとともに、第2温度を200℃〜300℃の範囲内にすることがより好ましい。   According to the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, the first temperature is in the range of 120 ° C. to 200 ° C., the second temperature is higher than the first temperature, and the range of 175 ° C. to 300 ° C. Therefore, as can be seen from Example 2 described later, the leakage current of the ferroelectric material layer can be further reduced. As can be seen from Example 2 described later, it is more preferable that the first temperature is in the range of 150 ° C. to 175 ° C. and the second temperature is in the range of 200 ° C. to 300 ° C.

本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、前記第4工程においては、前記第1温度よりも高く、かつ、175℃〜300℃の範囲内にある第4温度に加熱した型を用いて型押し加工を施すことがより好ましい。   In the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, in the fourth step, a mold heated to a fourth temperature that is higher than the first temperature and within a range of 175 ° C. to 300 ° C. is used. It is more preferable to apply a die pressing process.

ここで、第4温度を「第1温度よりも高く、かつ、175℃〜300℃の範囲内」としたのは、第4温度が第1温度よりも低い場合には、型の熱容量にもよるが、前駆体組成物層と型との接触面において前駆体組成物層の温度が低くなり易いからであり、第4温度が175℃未満である場合には、前駆体組成物層と型との接触面においてやはり前駆体組成物層の温度が低くなり易いからであり、第4温度が300℃を超える場合には、前駆体組成物層と型との接触面において、前駆体組成物層の固化反応が進み過ぎて前駆体組成物層が硬くなり過ぎることから、前駆体組成物層の塑性変形能力が再び低下するからである。上記観点から言えば、第4温度を「第1温度よりも高く、かつ、200℃〜300℃の範囲内」にすることがより好ましい。   Here, the fourth temperature is “higher than the first temperature and within the range of 175 ° C. to 300 ° C.” when the fourth temperature is lower than the first temperature, the heat capacity of the mold However, the temperature of the precursor composition layer tends to be low at the contact surface between the precursor composition layer and the mold, and when the fourth temperature is less than 175 ° C., the precursor composition layer and the mold This is also because the temperature of the precursor composition layer tends to be low at the contact surface with the precursor composition, and when the fourth temperature exceeds 300 ° C., the precursor composition layer at the contact surface between the precursor composition layer and the mold is used. This is because the solidification reaction of the layer proceeds too much and the precursor composition layer becomes too hard, so that the plastic deformation ability of the precursor composition layer decreases again. From the above viewpoint, the fourth temperature is more preferably “higher than the first temperature and in the range of 200 ° C. to 300 ° C.”.

[3]本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、前記第4工程においては、1MPa〜20MPaの範囲内にある圧力で型押し加工を施すことが好ましい。 [3] In the method for manufacturing a ferroelectric material layer according to the present invention, it is preferable that the fourth step is embossed with a pressure within a range of 1 MPa to 20 MPa.

本発明の強誘電体材料層の製造方法によれば、上記したように、前駆体組成物層を十分に軟化させた状態(前駆体組成物層の塑性変形能力を十分に高くした状態)の前駆体組成物層に対して型押し加工を施すこととしているため、型押し加工を施す際に印加する圧力を1MPa〜20MPaにまで低くしても所望の電気特性改善効果(残留分極を高くする効果及び/又はリーク電流を低減させる効果)を得ることが可能となる。   According to the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, as described above, the precursor composition layer is sufficiently softened (the plastic deformation capacity of the precursor composition layer is sufficiently increased). Since the stamping process is performed on the precursor composition layer, even if the pressure applied when the stamping process is performed is reduced to 1 MPa to 20 MPa, a desired electrical property improving effect (residual polarization is increased) Effect and / or effect of reducing leakage current).

ここで、上記の圧力を「1MPa〜20MPa」の範囲内としたのは、上記の圧力が1MPa未満の場合には、圧力が低すぎて前駆体組成物を十分に型押しすることができなくなることに起因して所望の電気特性改善効果が得られなくなる場合があるからであり、上記の圧力が20MPaもあれば十分に前駆体組成物を型押しすることができるため、これ以上の圧力を印加する必要がないからである。   Here, the reason why the pressure is within the range of “1 MPa to 20 MPa” is that when the pressure is less than 1 MPa, the pressure is too low to sufficiently emboss the precursor composition. This is because the desired electrical property improving effect may not be obtained, and if the pressure is 20 MPa, the precursor composition can be sufficiently embossed. It is because it is not necessary to apply.

上記観点から言えば、第4工程においては、2MPa〜10MPaの範囲内にある圧力で型押し加工を施すことがより好ましい。   Speaking from the above viewpoint, in the fourth step, it is more preferable to perform the embossing with a pressure in the range of 2 MPa to 10 MPa.

[4]本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置するチャネル層と、前記チャネル層の導通状態を制御するゲート電極と、前記ゲート電極と前記チャネル領域との間に形成され強誘電体材料からなるゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁層は、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものであることを特徴とする。 [4] A thin film transistor of the present invention includes a source electrode and a drain electrode, a channel layer positioned between the source electrode and the drain electrode, a gate electrode for controlling a conduction state of the channel layer, and the gate electrode A thin film transistor comprising a gate insulating layer made of a ferroelectric material formed between the channel region, wherein the gate insulating layer is formed using the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention It is characterized by being.

本発明の薄膜トランジスタによれば、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成された「優れた電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)を備えるゲート絶縁層を備えるため、従来の薄膜トランジスタよりも優れた薄膜トランジスタとなる。   According to the thin film transistor of the present invention, a gate insulating layer having “excellent electrical characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.)” formed by using the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention. Therefore, the thin film transistor is superior to the conventional thin film transistor.

[5]本発明の薄膜トランジスタは、ソース領域及びドレイン領域並びにチャネル領域を含む酸化物導電体層と、前記チャネル領域の導通状態を制御するゲート電極と、前記ゲート電極と前記チャネル領域との間に形成され強誘電体材料からなるゲート絶縁層とを備え、前記チャネル領域の層厚が、前記ソース領域の層厚及び前記ドレイン領域の層厚よりも薄い薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁層は、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものであることを特徴とする。 [5] The thin film transistor of the present invention includes an oxide conductor layer including a source region, a drain region, and a channel region, a gate electrode for controlling a conduction state of the channel region, and between the gate electrode and the channel region. And a gate insulating layer made of a ferroelectric material, wherein the channel region is thinner than the source region and the drain region, and the gate insulating layer comprises: It is formed using the manufacturing method of the ferroelectric material layer of this invention.

本発明の薄膜トランジスタによれば、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成された「優れた電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)を備えるゲート絶縁層を備えるため、従来の薄膜トランジスタよりも優れた薄膜トランジスタとなる。   According to the thin film transistor of the present invention, a gate insulating layer having “excellent electrical characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.)” formed by using the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention. Therefore, the thin film transistor is superior to the conventional thin film transistor.

また、本発明の薄膜トランジスタによれば、チャネル領域を構成する材料として酸化物導電性材料を用いているためキャリア濃度を高くすることができ、また、ゲート絶縁層を構成する材料として強誘電体材料を用いているため低い駆動電圧で高速にスイッチングすることができ、その結果、従来の薄膜トランジスタの場合と同様に、大きな電流を低い駆動電圧で高速に制御することが可能となる。   In addition, according to the thin film transistor of the present invention, an oxide conductive material is used as a material constituting the channel region, so that the carrier concentration can be increased, and a ferroelectric material as a material constituting the gate insulating layer As a result, it is possible to perform high-speed switching with a low drive voltage, and as a result, as with conventional thin film transistors, it is possible to control a large current at high speed with a low drive voltage.

[6]本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記チャネル領域の層厚が前記ソース領域の層厚及び前記ドレイン領域の層厚よりも薄い前記酸化物導電体層は、型押し成形技術を用いて形成されたものであることが好ましい。 [6] In the thin film transistor of the present invention, the oxide conductor layer in which the channel region is thinner than the source region and the drain region is formed using an embossing technique. It is preferable that

このような構成とすることにより、チャネル領域の層厚がソース領域の層厚及びドレイン領域の層厚よりも薄い酸化物導電体層を形成するだけで薄膜トランジスタを製造することが可能となるため、従来の薄膜トランジスタの場合のようにチャネル領域とソース領域及びドレイン領域とを異なる材料から形成しなくてもよくなり、上記のように優れた薄膜トランジスタを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   With such a configuration, a thin film transistor can be manufactured by simply forming an oxide conductor layer in which the layer thickness of the channel region is thinner than the layer thickness of the source region and the drain region. Unlike the conventional thin film transistor, the channel region, the source region, and the drain region do not need to be formed from different materials, and the above-described excellent thin film transistor is used with significantly less raw materials and manufacturing energy than the conventional thin film transistor. And it becomes possible to manufacture in a shorter process than before.

本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記酸化物導電体層、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層は、すべて液体材料を用いて形成されたものであることが好ましい。   In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer are all formed using a liquid material.

このような構成とすることにより、後述する実施形態からも分かるように、型押し成形加工技術を用いて薄膜トランジスタを製造することが可能となるため、上記のように優れた薄膜トランジスタを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   By adopting such a configuration, as will be understood from the embodiments described later, it becomes possible to manufacture a thin film transistor using an embossing technique, so that an excellent thin film transistor as described above can be obtained. It is possible to manufacture using a significantly smaller amount of raw materials and manufacturing energy and in a shorter process than before.

本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記酸化物導電体層、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層は、すべて真空プロセスを用いることなく形成されたものであることが好ましい。   In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer are all formed without using a vacuum process.

このような構成とすることにより、真空プロセスを用いることなしに薄膜トランジスタを製造することが可能となるため、上記のように優れた薄膜トランジスタを、従来よりも大幅に少ない製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   By adopting such a configuration, it becomes possible to manufacture a thin film transistor without using a vacuum process, so that an excellent thin film transistor as described above is used with much less production energy than the conventional one, and It becomes possible to manufacture in a shorter process than before.

本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記酸化物導電体層、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層は、すべて酸化物材料からなることが好ましい。   In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer are all made of an oxide material.

このような構成とすることにより、酸化物導電体層、ゲート電極及びゲート絶縁層を、すべて液体材料を用いて形成することができるようになる。また、信頼性の高い薄膜トランジスタとすることができる。   With such a structure, the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer can all be formed using a liquid material. In addition, a highly reliable thin film transistor can be obtained.

本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記酸化物導電体層、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁層は、すべてペロブスカイト構造を有することが好ましい。   In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that all of the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer have a perovskite structure.

このような構成とすることにより、ゲート電極及びゲート絶縁層を同一の結晶構造とすることで、格子欠陥の少ない高品質な薄膜トランジスタを製造することが可能となる。   With such a structure, the gate electrode and the gate insulating layer have the same crystal structure, whereby a high-quality thin film transistor with few lattice defects can be manufactured.

[7]本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記チャネル領域のキャリア濃度及び層厚は、前記薄膜トランジスタがオフ状態のときに、前記チャネル領域全体が空乏化するような値に設定されていることが好ましい。 [7] In the thin film transistor of the present invention, it is preferable that the carrier concentration and the layer thickness of the channel region are set to such values that the entire channel region is depleted when the thin film transistor is in an off state.

このような構成とすることにより、酸化物導電体層のキャリア濃度を高くしたとしても薄膜トランジスタがオフ状態の時に流れる電流量を十分低くできるため、必要なオンオフ比を維持しつつ、大きな電流を低い駆動電圧で制御することが可能となる。
この場合において、薄膜トランジスタがエンハンスメント型のトランジスタである場合には、ゲート電極に0Vの制御電圧を印加したときに薄膜トランジスタがオフ状態となるため、このようなときにチャネル領域全体が空乏化するような値に設定されていればよく、薄膜トランジスタがディプレッション型のトランジスタである場合には、ゲート電極に負の制御電圧を印加したときに薄膜トランジスタがオフ状態となるため、このようなときにチャネル領域全体が空乏化するような値に設定されていればよい。
With such a structure, even when the carrier concentration of the oxide conductor layer is increased, the amount of current that flows when the thin film transistor is in an off state can be sufficiently reduced, so that a large current is reduced while maintaining a required on / off ratio. It is possible to control with the driving voltage.
In this case, if the thin film transistor is an enhancement type transistor, the thin film transistor is turned off when a control voltage of 0 V is applied to the gate electrode. Therefore, in this case, the entire channel region is depleted. If the thin film transistor is a depletion type transistor, the thin film transistor is turned off when a negative control voltage is applied to the gate electrode. It only needs to be set to a value that depletes.

[8]本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記チャネル領域のキャリア濃度は、1×1015cm−3〜1×1021cm−3の範囲内にあり、前記チャネル領域の層厚は、5nm〜100nmの範囲内にあることが好ましい。 [8] In the thin film transistor of the present invention, the channel region has a carrier concentration in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , and the channel region has a layer thickness of 5 nm to 100 nm. It is preferable to be within the range.

このような構成とすることにより、必要なオンオフ比を維持しつつ、大きな電流を低い駆動電圧で制御することが可能となる。   With such a configuration, it is possible to control a large current with a low driving voltage while maintaining a necessary on / off ratio.

なお、本発明の薄膜トランジスタにおいては、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の層厚は、50nm〜1000nmの範囲内にあることが好ましい。   In the thin film transistor of the present invention, the source region and the drain region preferably have a layer thickness in the range of 50 nm to 1000 nm.

[9]本発明の圧電式インクジェットヘッドは、キャビティ部材と、前記キャビティ部材の一方側に取り付けられ、圧電体層が形成された振動板と、前記キャビティ部材の他方側に取り付けられ、ノズル孔が形成されたノズルプレートと、前記キャビティ部材、前記振動板及び前記ノズルプレートによって画成されるインク室とを備える圧電式インクジェットヘッドであって、前記圧電体層は、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものであることを特徴とする。 [9] The piezoelectric inkjet head of the present invention is attached to the cavity member, one side of the cavity member, a piezoelectric plate on which the piezoelectric layer is formed, the other side of the cavity member, and a nozzle hole A piezoelectric ink jet head comprising a formed nozzle plate and an ink chamber defined by the cavity member, the vibration plate and the nozzle plate, wherein the piezoelectric layer is a ferroelectric material layer of the present invention It is formed using the manufacturing method of this.

本発明の圧電式インクジェットヘッドによれば、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成された「優れた電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)を備える圧電体層を備えるため、従来の圧電式インクジェットヘッドよりも優れた圧電式インクジェットヘッドとなる。   According to the piezoelectric ink jet head of the present invention, it is provided with “excellent electrical characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.) formed by using the manufacturing method of the ferroelectric material layer of the present invention. Since the piezoelectric layer is provided, the piezoelectric inkjet head is superior to the conventional piezoelectric inkjet head.

本発明の圧電式インクジェットヘッドにおいては、前記キャビティ部材及び前記圧電体層はともに、液体材料を用いて形成されたものであることが好ましい。   In the piezoelectric inkjet head of the present invention, it is preferable that both the cavity member and the piezoelectric layer are formed using a liquid material.

このような構成とすることにより、型押し成形加工技術を用いて圧電式インクジェットヘッドを製造することが可能となるため、上記のように優れた圧電式インクジェットヘッドを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて製造することが可能となる。   By adopting such a configuration, it becomes possible to manufacture a piezoelectric ink jet head using an embossing processing technique. And it becomes possible to manufacture using manufacturing energy.

本発明の圧電式インクジェットヘッドにおいては、前記キャビティ部材及び前記圧電体層はともに、真空プロセスを用いることなく形成されたものであることが好ましい。   In the piezoelectric inkjet head of the present invention, it is preferable that both the cavity member and the piezoelectric layer are formed without using a vacuum process.

このような構成とすることにより、真空プロセスを用いることなしに圧電式インクジェットヘッドを製造することが可能となるため、上記のように優れた圧電式インクジェットヘッドを、従来よりも大幅に少ない製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   With such a configuration, it becomes possible to manufacture a piezoelectric ink jet head without using a vacuum process. Therefore, the excellent piezoelectric ink jet head as described above can be manufactured with significantly less production energy than conventional ones. And can be manufactured in a shorter process than before.

実施形態1に係るキャパシタ12の製造方法を説明するために示す図。FIG. 3 is a view for explaining a method for manufacturing the capacitor 12 according to the first embodiment. 型押し成形加工装置700を説明するために示す図。The figure shown in order to demonstrate the embossing processing apparatus 700. FIG. 凹凸型M1を説明するために示す図。The figure shown in order to demonstrate the uneven | corrugated type | mold M1. 実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性を測定する様子を示す図。The figure which shows a mode that the electrical property of the capacitor 12 which concerns on Embodiment 1 and the capacitor 14 which concerns on a comparative example is measured. 実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性(残留分極特性)を示す図。The figure which shows the electrical property (residual polarization characteristic) of the capacitor 12 which concerns on Embodiment 1, and the capacitor 14 which concerns on a comparative example. 実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性(残留分極の疲労特性)を示す図。The figure which shows the electrical characteristic (fatigue characteristic of remanent polarization) of the capacitor 12 which concerns on Embodiment 1, and the capacitor 14 which concerns on a comparative example. 実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性(リーク電流特性)を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating electrical characteristics (leakage current characteristics) of the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example. 実施形態1に係る強誘電体材料層32及び比較例に係る強誘電体材料層34の表面状態を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating surface states of a ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment and a ferroelectric material layer 34 according to a comparative example. 実施形態1に係る強誘電体材料層32及び比較例に係る強誘電体材料層34のX線回折結果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing X-ray diffraction results of a ferroelectric material layer 32 according to Embodiment 1 and a ferroelectric material layer 34 according to a comparative example. 実施形態1に係る強誘電体材料層及び比較例に係る強誘電体材料層におけるリーク電流の差異を説明するために示す図。FIG. 3 is a view for explaining a difference in leakage current between the ferroelectric material layer according to the first embodiment and the ferroelectric material layer according to the comparative example. 残留分極と第1温度と第2温度との関係を示す表。The table | surface which shows the relationship between remanent polarization, 1st temperature, and 2nd temperature. リーク電流と第1温度と第2温度との関係を示す表。The table | surface which shows the relationship between leakage current, 1st temperature, and 2nd temperature. 前駆体組成物層の塑性変形能力を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the plastic deformation capability of a precursor composition layer. 実施形態2に係る薄膜トランジスタ100を説明するために示す図。FIG. 5 is a view for explaining a thin film transistor 100 according to Embodiment 2. 実施形態2に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図。FIG. 6 shows a method for manufacturing a thin film transistor according to the second embodiment. 実施形態2に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図。FIG. 6 shows a method for manufacturing a thin film transistor according to the second embodiment. 実施形態2に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図。FIG. 6 shows a method for manufacturing a thin film transistor according to the second embodiment. 実施形態3に係る薄膜トランジスタ200を説明するために示す図。FIG. 9 is a diagram for explaining a thin film transistor 200 according to Embodiment 3. 実施形態3に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図。FIG. 5 shows a method for manufacturing a thin film transistor according to the third embodiment. 実施形態3に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す図。FIG. 5 shows a method for manufacturing a thin film transistor according to the third embodiment. 実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300を説明するために示す図。FIG. 6 is a view for explaining a piezoelectric inkjet head 300 according to a fourth embodiment. 実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッドの製造方法を説明するために示す図。FIG. 5 is a view for explaining a method for manufacturing a piezoelectric inkjet head according to a fourth embodiment. 実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッドの製造方法を説明するために示す図。FIG. 5 is a view for explaining a method for manufacturing a piezoelectric inkjet head according to a fourth embodiment. 実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッドの製造方法を説明するために示す図。FIG. 5 is a view for explaining a method for manufacturing a piezoelectric inkjet head according to a fourth embodiment. 従来の薄膜トランジスタ900を説明するために示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional thin film transistor 900. 従来の薄膜トランジスタの製造方法を説明するために示す図。The figure shown in order to demonstrate the manufacturing method of the conventional thin-film transistor. 従来の薄膜トランジスタ900の電気特性を説明するために示す図。FIG. 10 is a diagram shown for explaining electrical characteristics of a conventional thin film transistor 900.

以下、本発明の強誘電体材料層の製造方法及び薄膜トランジスタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a manufacturing method of a ferroelectric material layer and a thin film transistor of the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.

[実施形態1]
実施形態1においては、強誘電体材料層を絶縁層として備えるキャパシタを用いて本発明の強誘電体材料層の製造方法を説明する。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, a method for manufacturing a ferroelectric material layer according to the present invention will be described using a capacitor having a ferroelectric material layer as an insulating layer.

図1は、実施形態1に係るキャパシタ12の製造方法を説明するために示す図である。図1(a)〜図1(h)は各工程図である。
図2は、型押し成形加工装置700を説明するために示す図である。なお、図2中、符号710は下型、符号712は断熱板、符号714はヒーター、符号716は載置部、符号718は吸引部、符号720は上型、符号722はヒーター、符号724は固定部、符号M1は凹凸型を示す。
図3は、凹凸型M1を説明するために示す図である。図3(a)は凹凸型M1の平面図であり、図3(b)は凹凸型M1の断面図である。
FIG. 1 is a view for explaining the method for manufacturing the capacitor 12 according to the first embodiment. Fig.1 (a)-FIG.1 (h) are each process drawing.
FIG. 2 is a view shown for explaining the die-molding apparatus 700. In FIG. 2, reference numeral 710 is a lower mold, reference numeral 712 is a heat insulating plate, reference numeral 714 is a heater, reference numeral 716 is a placement section, reference numeral 718 is a suction section, reference numeral 720 is an upper mold, reference numeral 722 is a heater, reference numeral 724 is The fixed part, symbol M1, indicates an uneven shape.
FIG. 3 is a diagram for explaining the concave-convex mold M1. 3A is a plan view of the concavo-convex mold M1, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the concavo-convex mold M1.

図1に示すように、以下に示す「基材準備工程」、「強誘電体材料層形成工程」、「上電極形成工程」及び「下電極露出工程」をこの順序で実施することにより実施例1に係るキャパシタ10を製造した。   As shown in FIG. 1, an embodiment is performed by performing the following “base material preparation step”, “ferroelectric material layer formation step”, “upper electrode formation step”, and “lower electrode exposure step” in this order. 1 was manufactured.

(1)基材準備工程
表面にSiO層が形成されたSi基板からなる絶縁性基板22上に「Ti(10nm)及びPt(40nm)の積層膜」からなる下電極24が形成された基材20を準備する(図1(a)参照。田中貴金属製)。基材の平面サイズは、20mm×20mmである。
(1) Base material preparation step A base in which a lower electrode 24 made of “Ti (10 nm) and Pt (40 nm) laminated film” is formed on an insulating substrate 22 made of an Si substrate having a SiO 2 layer formed on the surface. A material 20 is prepared (see FIG. 1A). The planar size of the substrate is 20 mm × 20 mm.

(2)強誘電体材料層形成工程
熱処理することにより強誘電体材料層(PZT層)となるPZTゾルゲル溶液を準備する(三菱マテリアル株式会社製/8重量%の金属アルコキシドタイプ)を準備する(第1工程)。
(2) Ferroelectric material layer forming step Prepare a PZT sol-gel solution that becomes a ferroelectric material layer (PZT layer) by heat treatment (8 wt% metal alkoxide type manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) ( First step).

次に、「基材20における下電極24上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し(例えば、2500rpm・25秒)、その後、基材20をホットプレート上に置き150℃で5分間乾燥させる操作」を3回繰り返すことにより、強誘電体材料(PZT)の前駆体組成物層30a(層厚300nm)を形成する(第2工程〜第3工程、図1(b)参照。)。   Next, “the functional liquid material described above is applied onto the lower electrode 24 of the substrate 20 by using a spin coating method (for example, 2500 rpm · 25 seconds), and then the substrate 20 is placed on a hot plate 150. By repeating the operation of “drying at 5 ° C. for 5 minutes” three times, the precursor composition layer 30a (layer thickness 300 nm) of the ferroelectric material (PZT) is formed (second step to third step, FIG. 1B). )reference.).

次に、中央部が凸となるように形成された凹凸型M1(高低差500μm)を用いて前駆体組成物層30aに対して型押し加工を施す(第4工程、図1(c)〜図1(e)参照。)。型押し加工は、図2に示す型押し成形加工機700(東芝機械製、型押し成形加工装置ST50)を用いる。また、凹凸型M1として、図3に示す凹凸型M1を用いる。なお、凹凸型M1は、図3に示すように、20mm×20mmの正方形状の中央部に10mm×10mmの凸部(高さ500μm)を有する。型押し加工を施すときの圧力は、最大5MPaとする。これにより、中央部の10mm×10mmの領域のみが型押しされた前駆体組成物層30bが形成される。このとき、上記の工程においては、前駆体組成物層30aを225℃に加熱した状態で、かつ、225℃に加熱した凹凸型M1を用いて型押し加工を施す。   Next, an embossing process is performed on the precursor composition layer 30a by using an uneven mold M1 (difference in height of 500 μm) formed so that the center part is convex (fourth step, FIG. 1C to FIG. 1C). (See FIG. 1 (e)). For the embossing process, an embossing machine 700 (manufactured by Toshiba Machine, embossing machine ST50) shown in FIG. 2 is used. Further, as the concavo-convex mold M1, the concavo-convex mold M1 shown in FIG. 3 is used. In addition, as shown in FIG. 3, the uneven | corrugated type | mold M1 has a 10 mm x 10 mm convex part (height 500 micrometers) in the square-shaped center part of 20 mm x 20 mm. The pressure when embossing is set to a maximum of 5 MPa. Thereby, the precursor composition layer 30b in which only the 10 mm × 10 mm region at the center is embossed is formed. At this time, in the above step, the precursor composition layer 30a is heated to 225 ° C. and subjected to a pressing process using the concavo-convex mold M1 heated to 225 ° C.

最後に、前駆体組成物層30bを表面温度が400度のホットプレート上に10分間載置した後、RTA装置を用いて高温で(650℃、30分間)熱処理することにより、強誘電体材料層(PZT層)30が完成する(第5工程、図1(f)参照。)。以下、型押し加工が施された部分の強誘電体材料層を実施形態1に係る強誘電体材料層32といい、型押し加工が施されていない部分の強誘電体材料層を比較例に係る強誘電体材料層34ということにする。   Finally, the precursor composition layer 30b is placed on a hot plate having a surface temperature of 400 ° C. for 10 minutes, and is then heat-treated at a high temperature (650 ° C., 30 minutes) using an RTA apparatus, whereby a ferroelectric material is obtained. The layer (PZT layer) 30 is completed (see the fifth step, FIG. 1 (f)). Hereinafter, the portion of the ferroelectric material layer that has been embossed is referred to as the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment, and the portion of the ferroelectric material layer that has not been embossed is used as a comparative example. Such a ferroelectric material layer 34 will be referred to.

(3)上電極形成工程
強誘電体材料層(PZT層)30の中央部(強誘電体材料層32)及び周辺部34(強誘電体材料層34)のそれぞれに、金からなる上電極(各々直径400μm)を形成する。
(3) Upper Electrode Formation Step An upper electrode made of gold is formed on each of the central portion (ferroelectric material layer 32) and the peripheral portion 34 (ferroelectric material layer 34) of the ferroelectric material layer (PZT layer) 30. Each having a diameter of 400 μm).

(4)下電極露出工程
1%フッ酸を用いて強誘電体材料層(PZT層)30の周辺部(強誘電体材料層34)の一部を除去し、下電極24を露出させる。
(4) Lower electrode exposure step A part of the peripheral portion (ferroelectric material layer 34) of the ferroelectric material layer (PZT layer) 30 is removed using 1% hydrofluoric acid to expose the lower electrode 24.

以上の工程を経て、実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14が完成する(後述する図4(a)参照。)。このとき、実施形態1に係る強誘電体材料層32(強誘電体材料層30の中央部)の厚さは170nmであり、比較例に係る強誘電体材料層34(強誘電体材料層30の周辺部)の厚さは180nmであった。   Through the steps described above, the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example are completed (see FIG. 4A described later). At this time, the thickness of the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment (the central portion of the ferroelectric material layer 30) is 170 nm, and the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example (the ferroelectric material layer 30). The thickness of the peripheral part) was 180 nm.

2.電気特性の測定
図4は、実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性を測定する様子を示す図である。図4(a)は実施形態1に係るキャパシタ12の電気特性を測定する様子を示す図であり、図4(b)は比較例に係るキャパシタ14の電気特性を測定する様子を示す図である。
図5は、実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性(残留分極特性)を示す図である。図6は、実施形態1に係るキャパシタ12比較例に係るキャパシタ14の電気特性(残留分極の疲労特性)を示す図である。図7は、実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14の電気特性(リーク電流特性)を示す図である。
2. Measurement of Electrical Characteristics FIG. 4 is a diagram illustrating how electrical characteristics of the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example are measured. FIG. 4A is a diagram illustrating a state of measuring the electrical characteristics of the capacitor 12 according to the first embodiment, and FIG. 4B is a diagram illustrating a state of measuring the electrical characteristics of the capacitor 14 according to the comparative example. .
FIG. 5 is a diagram illustrating electrical characteristics (residual polarization characteristics) of the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example. FIG. 6 is a diagram illustrating the electrical characteristics (fatigue characteristics of remanent polarization) of the capacitor 14 according to the comparative example of the capacitor 12 according to the first embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating electrical characteristics (leakage current characteristics) of the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example.

電気特性の測定は、図4に示すように、実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14を用いて行った。残留分極特性及び残留分極の疲労特性については、強誘電体特性評価システム(株式会社東陽テクニカ製、FCE)により行った。また、リーク特性につていは、半導体パラメータアナライザー(アジレント・テクノロジー株式会社製、4155C)により行った。なお、残留分極の疲労特性の測定は、500MHz、±8Vの条件で行った。   As shown in FIG. 4, the electrical characteristics were measured using the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example. The residual polarization characteristics and the fatigue characteristics of the residual polarization were performed by a ferroelectric characteristic evaluation system (manufactured by Toyo Corporation, FCE). The leak characteristics were measured by a semiconductor parameter analyzer (Agilent Technology Co., Ltd., 4155C). The fatigue characteristics of remanent polarization were measured under conditions of 500 MHz and ± 8V.

その結果、図5から分かるように、比較例に係るキャパシタ14の残留分極が36μC/cmであるのに対して、実施形態1に係るキャパシタ12の残留分極は48μC/cmであり、実施形態1に係る強誘電体材料層32の方が優れた残留分極特性を有することが分かった。 As a result, as can be seen from FIG. 5, the remanent polarization of the capacitor 14 according to the comparative example is 36 μC / cm 2 , whereas the remanent polarization of the capacitor 12 according to the first embodiment is 48 μC / cm 2. It was found that the ferroelectric material layer 32 according to Mode 1 had better remanent polarization characteristics.

また、図6から分かるように、比較例に係るキャパシタ14の残留分極が初期の80%の値になるサイクル数が、正のとき4×10サイクルであり、負のとき4×10サイクルであるのに対して、実施形態1に係るキャパシタ12の残留分極が初期の80%になるサイクル数は、正のとき4×10サイクルであり、負のとき2×10サイクル以上であり、実施形態1に係る強誘電体材料層32の方が優れた残留分極の疲労特性を有することが分かった。 Moreover, as can be seen from FIG. 6, the number of cycles the residual polarization of 80% of the value of the initial capacitor 14 according to the comparative example, a positive 4 × 10 7 cycles when, 4 × 10 7 cycles when the negative On the other hand, the number of cycles in which the residual polarization of the capacitor 12 according to the first embodiment is 80% of the initial value is 4 × 10 8 cycles when positive, and 2 × 10 9 cycles or more when negative. It has been found that the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment has excellent residual polarization fatigue characteristics.

また、図7に示すように、実施形態1に係るキャパシタ12のリーク電流は、比較例に係るキャパシタ14のリーク電流よりも0.5桁〜3桁低いことから、実施形態1に係る強誘電体材料層32の方が優れた低リーク電流特性を有することが分かった。なお、実施形態1に係るキャパシタ12においては、比較例に係るキャパシタ14において観測される絶縁破壊現象(約17V)が0V〜20Vの範囲で見られないことから、実施形態1に係る強誘電体材料層32の方が優れた絶縁特性を有することも分かった。   Further, as shown in FIG. 7, the leakage current of the capacitor 12 according to the first embodiment is 0.5 to 3 digits lower than the leakage current of the capacitor 14 according to the comparative example. It was found that the body material layer 32 has excellent low leakage current characteristics. In the capacitor 12 according to the first embodiment, since the dielectric breakdown phenomenon (about 17V) observed in the capacitor 14 according to the comparative example is not observed in the range of 0V to 20V, the ferroelectric according to the first embodiment. It was also found that the material layer 32 has better insulating properties.

なお、実施形態1に係るキャパシタ12及び比較例に係るキャパシタ14は、同様の条件でそれぞれ複数個の試料を作製し、図5における残留分極特性の測定と、図6における残留分極の疲労特性の測定とは、別の試料を用いて行った。そのため、残留分極特性の絶対値が若干異なるものとなっている。   For the capacitor 12 according to the first embodiment and the capacitor 14 according to the comparative example, a plurality of samples are prepared under the same conditions, and the measurement of the remanent polarization characteristic in FIG. 5 and the remanent polarization fatigue characteristic in FIG. The measurement was performed using another sample. Therefore, the absolute values of the remanent polarization characteristics are slightly different.

3.強誘電体材料層の表面状態の観測
図8は、実施形態1に係る強誘電体材料層32及び比較例に係る強誘電体材料層34の表面状態を示す図である。図8(a)は実施形態1に係る強誘電体材料層32の表面状態を示す図であり、図8(b)は比較例に係る強誘電体材料層34の表面状態を示す図である。
3. Observation of Surface State of Ferroelectric Material Layer FIG. 8 is a diagram showing surface states of the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment and the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example. FIG. 8A is a view showing the surface state of the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment, and FIG. 8B is a view showing the surface state of the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example. .

表面状態の観測は、走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、S−image)により行った。その結果、図8からも分かるように、実施形態1に係る強誘電体材料層32においては結晶粒の大きさが50nm〜400nmであり、比較例に係る強誘電体材料層34においては結晶粒の大きさが30nm〜200nmであり、実施形態1に係る強誘電体材料層32において結晶粒がより大きくなっていることがわかった。   The observation of the surface state was performed with a scanning probe microscope (S-image manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd.). As a result, as can be seen from FIG. 8, the size of the crystal grains in the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment is 50 nm to 400 nm, and the crystal grain size in the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example. Is 30 nm to 200 nm, and it has been found that the crystal grains are larger in the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment.

4.X線回折による結晶性の評価
図9は、実施形態1に係る強誘電体材料層32及び比較例に係る強誘電体材料層34のX線回折結果を示す図である。図9において、実線は実施形態1に係る強誘電体材料層32におけるX線回折結果を示し、破線は比較例に係る強誘電体材料層34におけるX線回折結果を示す。
4). Evaluation of Crystallinity by X-Ray Diffraction FIG. 9 is a diagram showing X-ray diffraction results of the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment and the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example. In FIG. 9, the solid line indicates the X-ray diffraction result in the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment, and the broken line indicates the X-ray diffraction result in the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example.

X線回折による結晶性の評価は、X線回折装置(マック・サイエンス社製、M18XHF)により行った。その結果、PZT(111)(2θ=39°)のピークで比較すると、実施形態1に係る強誘電体材料層32においては、比較例に係る強誘電体材料層34においてよりもピーク強度が1.5倍程度になっており、実施形態1に係る強誘電体材料層32の方が高い結晶性を有することがわかった。   The evaluation of crystallinity by X-ray diffraction was performed using an X-ray diffractometer (M18XHF, manufactured by Mac Science). As a result, when compared with the peak of PZT (111) (2θ = 39 °), the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment has a peak intensity of 1 compared with the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example. It was found that the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment has higher crystallinity.

5.考察
図10は、実施形態1に係る強誘電体材料層32及び比較例に係る強誘電体材料層34におけるリーク電流の差異を説明するために示す図である。
上記「3.強誘電体材料層の表面状態の観測」及び「4.X線回折による結晶性の評価」からも分かるように、実施形態1に係る強誘電体材料層32は、比較例に係る強誘電体材料層34よりも結晶粒がより大きいことから結晶粒界が少なく、さらには高い結晶性を有するため、比較例に係る強誘電体材料層34よりもリークパスが少なくなり、リーク電流のレベルが低くなったものと推測される(図10参照。)。
5. Discussion FIG. 10 is a diagram for explaining a difference in leakage current between the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment and the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example.
As can be seen from “3. Observation of surface state of ferroelectric material layer” and “4. Evaluation of crystallinity by X-ray diffraction”, the ferroelectric material layer 32 according to the first embodiment is a comparative example. Since the crystal grain is larger than that of the ferroelectric material layer 34, there are few crystal grain boundaries, and furthermore, since it has high crystallinity, there are fewer leak paths than the ferroelectric material layer 34 according to the comparative example, and the leakage current It is presumed that the level of has decreased (see FIG. 10).

[実施例1〜2]
実施例1は、残留分極を大きくする観点から第1温度と第2温度とをどのような温度範囲にすればよいかを明らかにするための実施例である。実施例2は、リーク電流を低くする観点から第1温度と第2温度とをどのような温度範囲にすればよいかを明らかにするための実施例である。実施例1及び2においては、第1温度及び第2温度を種々の温度に変化させた条件で、実施形態1に係るキャパシタの製造方法の場合と同様な方法によりキャパシタを作成し、得られたキャパシタ(強誘電体材料層)の残留分極及びリーク電流を測定した。
[Examples 1 and 2]
Example 1 is an example for clarifying what temperature range should be set between the first temperature and the second temperature from the viewpoint of increasing the remanent polarization. Example 2 is an example for clarifying what temperature range should be set between the first temperature and the second temperature from the viewpoint of reducing the leakage current. In Examples 1 and 2, the capacitor was produced by the same method as in the case of the capacitor manufacturing method according to Embodiment 1 under the conditions in which the first temperature and the second temperature were changed to various temperatures. Residual polarization and leakage current of the capacitor (ferroelectric material layer) were measured.

図11は、残留分極と第1温度と第2温度との関係を示す表である。図11中、「型押し加工を施した前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層の残留分極」が「型押し加工を施さない前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層の残留分極」よりも大きいときに「○」を付し、「型押し加工を施した前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層の残留分極」と「型押し加工を施さない前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層の残留分極」とがほぼ同じ大きさであるときに「△」を付し、「型押し加工を施した前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層の残留分極」が「型押し加工を施さない前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層の残留分極」よりも小さいときに「×」を付した。なお、実験を行っていない場合は空欄のままとした。   FIG. 11 is a table showing the relationship between the remanent polarization, the first temperature, and the second temperature. In FIG. 11, “the residual polarization of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer subjected to the stamping process” is “a ferroelectric material manufactured from the precursor composition layer not subjected to the stamping process”. When “larger than the residual polarization of the layer” is marked with “○”, “the residual polarization of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer subjected to the stamping process” and “no stamping process” When the remanent polarization of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer is almost the same size, “△” is given, and “manufactured from the precursor composition layer that has been embossed. When the “remanent polarization of the ferroelectric material layer” is smaller than the “residual polarization of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer not subjected to the stamping process”, “x” is given. If no experiment was performed, the column was left blank.

その結果、実施例1においては、図11からも分かるように、第1温度を120℃〜250℃の範囲内とするとともに、第2温度を第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内(より好ましくは200℃〜300℃)とすることによって、強誘電体材料層の残留分極を大きくすることができることがわかった。   As a result, in Example 1, as can be seen from FIG. 11, the first temperature is in the range of 120 ° C. to 250 ° C., the second temperature is higher than the first temperature, and 150 ° C. to 300 ° C. It was found that the residual polarization of the ferroelectric material layer can be increased by setting the temperature within the range of ° C (more preferably 200 ° C to 300 ° C).

図12は、リーク電流における第1温度と第2温度との関係を示す表である。図12中、「型押し加工を施した前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層のリーク電流」が「型押し加工を施さない前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層のリーク電流」よりも低いときに「○」を付し、「型押し加工を施した前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層のリーク電流」と「型押し加工を施さない前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層のリーク電流」とがほぼ同じ大きさであるときに「△」を付し、「型押し加工を施した前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層のリーク電流」が「型押し加工を施さない前駆体組成物層から製造された強誘電体材料層のリーク電流」よりも小さいときに「×」を付した。なお、実験を行っていない場合には空欄のままとした。   FIG. 12 is a table showing the relationship between the first temperature and the second temperature in the leakage current. In FIG. 12, “a leak current of a ferroelectric material layer manufactured from a precursor composition layer subjected to a stamping process” is “a ferroelectric material manufactured from a precursor composition layer not subjected to a stamping process”. “○” when lower than the “layer leakage current”, and “the leakage current of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer that has been embossed” and “not embossed” When the leakage current of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer is substantially the same size, “△” is given, and “manufactured from the precursor composition layer that has been embossed. When the “leakage current of the ferroelectric material layer” is smaller than the “leakage current of the ferroelectric material layer manufactured from the precursor composition layer not subjected to the stamping process”, an “x” is given. If no experiment was performed, the column was left blank.

その結果、実施例2においては、図12からも分かるように、第1温度を120℃〜200℃の範囲内とするとともに、第2温度を第1温度よりも高く、かつ、175℃〜300℃の範囲内(より好ましくは200℃〜300℃)とすることによって、強誘電体材料層のリーク電流を低くすることができることがわかった。   As a result, in Example 2, as can be seen from FIG. 12, the first temperature is in the range of 120 ° C. to 200 ° C., the second temperature is higher than the first temperature, and 175 ° C. to 300 ° C. It was found that the leakage current of the ferroelectric material layer can be reduced by setting the temperature within the range of ° C (more preferably 200 ° C to 300 ° C).

図13は、前駆体組成物層の塑性変形能力を説明するために示す図である。
図13からも把握できるように、基材上にPZTゾルゲル溶液を塗布することにより強誘電体材料層の前駆体組成物層を形成した場合、当該前駆体組成物層を形成した初期の時点では、前駆体組成物層が柔らかすぎて塑性変形能力が低く、良好な型押し成形を実施することができない(符号S1参照。)。これに対して、当該前駆体組成物層を加熱して乾燥させた場合には、前駆体組成物層の固化反応がある程度進むため、また、主溶媒が除去されるため、前駆体組成物層の流動性が低くなって前駆体組成物層がちょうどよい硬さになる(符号S2参照。)。しかしながら、この前駆体組成物層を室温で型押し成形したのでは、前駆体組成物層を室温に戻した時点で前駆体組成物層が硬くなりすぎて塑性変形能力が再び低下する(符号S3参照。)。そこで、固化反応がある程度進んだ状態の前駆体組成物層を上記した温度範囲にある第2温度に再び加熱することとしたのである。これにより、前駆体組成物層を十分に軟化させることで前駆体組成物層の塑性変形能力を再び高くして、良好な型押し成形を実施することが可能となる(符号S4参照。)。このとき、図13からも分かるように、第2温度が低すぎたり(符号A1参照。)、第2温度が高すぎたり(符号A3参照。)したのでは良好な型押し成形を実施することが困難となる一方、第2温度が上記した温度範囲にある場合には(符号A2参照。)、良好な型押し成形を実施することが可能となり、所望の電気特性改善効果(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性。)を得ることができる。
FIG. 13 is a figure shown in order to demonstrate the plastic deformation capability of a precursor composition layer.
As can be understood from FIG. 13, when the precursor composition layer of the ferroelectric material layer is formed by applying the PZT sol-gel solution on the base material, at the initial time point when the precursor composition layer is formed. The precursor composition layer is too soft and the plastic deformation ability is low, and good stamping cannot be carried out (see reference S1). On the other hand, when the precursor composition layer is heated and dried, the solidification reaction of the precursor composition layer proceeds to some extent and the main solvent is removed, so the precursor composition layer Thus, the fluidity of the precursor composition layer becomes low, and the precursor composition layer has just the right hardness (see S2). However, when this precursor composition layer is embossed at room temperature, when the precursor composition layer is returned to room temperature, the precursor composition layer becomes too hard and the plastic deformation ability is reduced again (reference S3). reference.). Therefore, the precursor composition layer in which the solidification reaction has progressed to some extent is again heated to the second temperature in the above-described temperature range. Thereby, by sufficiently softening the precursor composition layer, the plastic deformation ability of the precursor composition layer can be increased again, and good stamping can be performed (see reference S4). At this time, as can be seen from FIG. 13, if the second temperature is too low (see reference A1) or the second temperature is too high (see reference A3), good stamping is performed. On the other hand, when the second temperature is within the above-described temperature range (see reference A2), it is possible to perform good stamping and to improve the desired electrical characteristics (for example, high residual Polarization characteristics and low leakage current characteristics).

その後、上記結果を参考にして、前駆体組成物層を室温〜400℃の範囲内にある種々の温度条件で前駆体組成物層に対して種々の圧力で実際に型押し加工を施したところ、前駆体組成物層を上記した温度範囲内に加熱した場合に、1MPa〜20MPという比較的低い圧力で、前駆体組成物層に所定の型押し構造を形成することが可能となり、電気特性改善効果が得られることが確認された。   Thereafter, with reference to the above results, the precursor composition layer was actually embossed at various pressures at various pressures in the range of room temperature to 400 ° C. When the precursor composition layer is heated within the above-mentioned temperature range, it becomes possible to form a predetermined embossed structure in the precursor composition layer at a relatively low pressure of 1 MPa to 20 MP, thereby improving electrical characteristics. It was confirmed that an effect was obtained.

[実施形態2]
1.実施形態2に係る薄膜トランジスタ100
図14は、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100を説明するために示す図である。図14(a)は薄膜トランジスタ100の平面図であり、図14(b)は図14(a)のA1−A1断面図であり、図14(c)は図14(a)のA2−A2断面図である。
[Embodiment 2]
1. Thin film transistor 100 according to Embodiment 2
FIG. 14 is a diagram for explaining the thin film transistor 100 according to the second embodiment. 14A is a plan view of the thin film transistor 100, FIG. 14B is a cross-sectional view along A1-A1 in FIG. 14A, and FIG. 14C is a cross-sectional view along A2-A2 in FIG. FIG.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100は、図14(a)及び図14(b)に示すように、ソース領域144及びドレイン領域146並びにチャネル領域142を含む酸化物導電体層140と、チャネル領域142の導通状態を制御するゲート電極120と、ゲート電極120とチャネル領域142との間に形成され強誘電体材料からなるゲート絶縁層130とを備える。チャネル領域142の層厚は、ソース領域144の層厚及びドレイン領域146の層厚よりも薄い。チャネル領域142の層厚は、好ましくは、ソース領域144の層厚及びドレイン領域146の層厚の1/2以下である。ゲート電極120は、図14(a)及び図14(c)に示すように、スルーホール150を介して外部に露出するゲートパッド122に接続されている。   As shown in FIGS. 14A and 14B, the thin film transistor 100 according to Embodiment 2 includes an oxide conductor layer 140 including a source region 144, a drain region 146, and a channel region 142; A gate electrode 120 for controlling a conduction state, and a gate insulating layer 130 formed between the gate electrode 120 and the channel region 142 and made of a ferroelectric material are provided. The channel region 142 is thinner than the source region 144 and the drain region 146. The layer thickness of the channel region 142 is preferably not more than ½ of the layer thickness of the source region 144 and the drain region 146. As shown in FIGS. 14A and 14C, the gate electrode 120 is connected to the gate pad 122 exposed to the outside through the through hole 150.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、ゲート絶縁層130は、本発明の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものである。   In the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the gate insulating layer 130 is formed by using the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、チャネル領域142の層厚がソース領域144の層厚及びドレイン領域146の層厚よりも薄い酸化物導電体層140は、型押し成形技術を用いて形成されたものである。   In the thin film transistor 100 according to Embodiment 2, the oxide conductor layer 140 in which the channel region 142 is thinner than the source region 144 and the drain region 146 is formed using an embossing technique. It is a thing.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、酸化物導電体層140、ゲート電極120及びゲート絶縁層130は、すべて液体材料を用いて形成されたものである。   In the thin film transistor 100 according to Embodiment 2, the oxide conductor layer 140, the gate electrode 120, and the gate insulating layer 130 are all formed using a liquid material.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、酸化物導電体層140、ゲート電極120及びゲート絶縁層130は、すべて真空プロセスを用いることなく形成されたものである。   In the thin film transistor 100 according to Embodiment 2, the oxide conductor layer 140, the gate electrode 120, and the gate insulating layer 130 are all formed without using a vacuum process.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、酸化物導電体層140、ゲート電極120及びゲート絶縁層130は、すべて酸化物材料からなる。   In the thin film transistor 100 according to Embodiment 2, the oxide conductor layer 140, the gate electrode 120, and the gate insulating layer 130 are all made of an oxide material.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、酸化物導電体層140、ゲート電極120及びゲート絶縁層130は、すべてペロブスカイト構造を有する。   In the thin film transistor 100 according to Embodiment 2, the oxide conductor layer 140, the gate electrode 120, and the gate insulating layer 130 all have a perovskite structure.

実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、チャネル領域142のキャリア濃度及び層厚は、ゲート電極120にオフの制御電圧を印加したときに、チャネル領域142が空乏化するような値に設定されている。具体的には、チャネル領域142のキャリア濃度は、1×1015cm−3〜1×1021cm−3の範囲内にあり、チャネル領域142の層厚は、5nm〜100nmの範囲内にある。 In the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the carrier concentration and the layer thickness of the channel region 142 are set to values such that the channel region 142 is depleted when an off control voltage is applied to the gate electrode 120. . Specifically, the carrier concentration of the channel region 142 is in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , and the layer thickness of the channel region 142 is in the range of 5 nm to 100 nm. .

なお、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100においては、ソース領域144及びドレイン領域146の層厚は、50nm〜1000nmの範囲内にある。   In the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the layer thicknesses of the source region 144 and the drain region 146 are in the range of 50 nm to 1000 nm.

酸化物導電体層140は、例えばインジウム錫酸化物(ITO)からなり、ゲート絶縁層130は、例えばPZT(Pb(Zr,Ti1−x)O)からなり、ゲート電極120は、例えば酸化ニッケルランタン(LNO(LaNiO))からなり、固体基板としての絶縁性基板110は、例えばSi基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板からなる。 The oxide conductor layer 140 is made of, for example, indium tin oxide (ITO), the gate insulating layer 130 is made of, for example, PZT (Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 ), and the gate electrode 120 is made of, for example, An insulating substrate 110 made of nickel lanthanum oxide (LNO (LaNiO 3 )), which is a solid substrate, for example, is an insulating substrate in which an STO (SrTiO) layer is formed on the surface of a Si substrate via a SiO 2 layer and a Ti layer. Become.

2.実施形態2に係る薄膜トランジスタの製造方法
実施形態2に係る薄膜トランジスタ100は、以下に示す薄膜トランジスタの製造方法(実施形態1に係る薄膜トランジスタの製造方法)により製造することができる。以下、工程順に説明する。
2. Method for Manufacturing Thin Film Transistor According to Embodiment 2 A thin film transistor 100 according to Embodiment 2 can be manufactured by a method for manufacturing a thin film transistor described below (a method for manufacturing a thin film transistor according to Embodiment 1). Hereinafter, it demonstrates in order of a process.

図15〜図17は、実施形態2に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するために示す図である。図15(a)〜図15(e)、図16(a)〜図16(e)及び図17(a)〜図17(e)は各工程図である。なお、各工程図において、左側に示す図は図14(b)に対応する図であり、右側に示す図は図14(c)に対応する図である。   15 to 17 are views for explaining the method of manufacturing the thin film transistor according to the second embodiment. FIGS. 15A to 15E, FIGS. 16A to 16E, and FIGS. 17A to 17E are process diagrams. In each process drawing, the figure shown on the left side is a figure corresponding to FIG. 14B, and the figure shown on the right side is a figure corresponding to FIG. 14C.

(1)ゲート電極120の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(酸化ニッケルランタン)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
(1) Formation of the gate electrode 120 First, the functional liquid material used as the functional solid material which consists of metal oxide ceramics (nickel lanthanum oxide) is prepared by heat-processing. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.

次に、図15(a)及び図15(b)に示すように、絶縁性基板110における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、絶縁体基板110をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、機能性固体材料(酸化ニッケルランタン)の前駆体組成物層120’(層厚300nm)を形成する。   Next, as shown in FIGS. 15A and 15B, a functional liquid material is applied to one surface of the insulating substrate 110 using a spin coating method (for example, 500 rpm for 25 seconds). Thereafter, the insulator substrate 110 is placed on a hot plate and dried at 60 ° C. for 1 minute to form a precursor composition layer 120 ′ (layer thickness 300 nm) of a functional solid material (nickel lanthanum oxide).

次に、図15(c)及び図15(d)に示すように、ゲート電極120及びゲートパッド122に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M2(高低差300nm)を用いて、150℃で前駆体組成物層120’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層120’に型押し構造(凸部の層厚300nm、凹部の層厚50nm)を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。これにより、120℃〜200℃の範囲内にある第2温度に加熱することで高い塑性変形能力を得た前駆体組成物層に対して型押し加工を施すこととなるため、所望の型押し構造を高い精度で形成することが可能となる。   Next, as shown in FIG. 15C and FIG. 15D, using a concavo-convex mold M2 (height difference of 300 nm) formed so that regions corresponding to the gate electrode 120 and the gate pad 122 are concave. The precursor composition layer 120 ′ is embossed at 150 ° C. to form an embossed structure (a convex layer thickness of 300 nm and a concave layer thickness of 50 nm) on the precursor composition layer 120 ′. . The pressure at the time of embossing is 5 MPa. Thus, since the precursor composition layer that has obtained high plastic deformation ability by heating to a second temperature within a range of 120 ° C. to 200 ° C. is subjected to a stamping process, a desired stamping process is performed. The structure can be formed with high accuracy.

次に、前駆体組成物層120’を全面エッチングすることにより、ゲート電極120に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術を用いて真空プロセスを用いることなく行う。   Next, the precursor composition layer 120 'is entirely etched to completely remove the precursor composition layer from the region other than the region corresponding to the gate electrode 120 (entire surface etching step). The entire surface etching step is performed without using a vacuum process by using a wet etching technique.

最後に、前駆体組成物層120’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図15(e)に示すように、前駆体組成物層120’から、機能性固体材料層(酸化ニッケルランタン)からなるゲート電極120及びゲートパッド122を形成する。   Finally, the precursor composition layer 120 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, so that the precursor composition layer 120 ′ can function from the precursor composition layer 120 ′ as shown in FIG. A gate electrode 120 and a gate pad 122 made of a conductive solid material layer (nickel lanthanum oxide) are formed.

(2)ゲート絶縁層130の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(PZT)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する。具体的には、機能性液体材料として、金属アルコキシドを含有する溶液(三菱マテリアル株式会社製、PZTゾルゲル溶液)を準備する(第1工程)。
(2) Formation of the gate insulating layer 130 First, the functional liquid material used as the functional solid material which consists of metal oxide ceramics (PZT) is prepared by heat-processing. Specifically, a solution containing a metal alkoxide (PZT sol-gel solution, manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is prepared as a functional liquid material (first step).

次に、「絶縁性基板110における一方の表面上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し(例えば、2500rpm・25秒)、その後、絶縁体基板110をホットプレート上に置き150℃で5分間乾燥させる操作」を3回繰り返すことにより、図16(a)に示すように、機能性固体材料(PZT)の前駆体組成物層130’(層厚300nm)を形成する(第2工程〜第3工程)。   Next, “the above-described functional liquid material is applied to one surface of the insulating substrate 110 by using a spin coating method (for example, 2500 rpm · 25 seconds), and then the insulating substrate 110 is placed on a hot plate. By repeating the “operation of drying at 150 ° C. for 5 minutes” three times, the precursor composition layer 130 ′ (layer thickness 300 nm) of the functional solid material (PZT) is formed as shown in FIG. (2nd process-3rd process).

次に、図16(b)及び図16(c)に示すように、スルーホール150に対応する領域が凸となるように形成された凹凸型M3(高低差300nm)を用いて、225℃で前駆体組成物層130’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層130’にスルーホール150に対応する型押し構造を形成する(第4工程)。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。これにより、150℃に加熱することで高い塑性変形能力を得た前駆体組成物層に対して225℃で型押し加工を施すこととなるため、所望の電気特性改善効果(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性。)を得ることが可能となる。   Next, as shown in FIG. 16B and FIG. 16C, using a concavo-convex mold M3 (height difference of 300 nm) formed so that the region corresponding to the through hole 150 is convex at 225 ° C. A stamping structure corresponding to the through hole 150 is formed in the precursor composition layer 130 ′ by performing a stamping process on the precursor composition layer 130 ′ (fourth step). The pressure at the time of embossing is 5 MPa. As a result, the precursor composition layer that has obtained a high plastic deformation ability by heating to 150 ° C. is subjected to embossing at 225 ° C., so that the desired electrical property improvement effect (for example, high remanent polarization) Characteristics and low leakage current characteristics).

最後に、前駆体組成物層130’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図16(d)に示すように、機能性固体材料層(PZT)からなるゲート絶縁層130を形成する(第5工程)。   Finally, the precursor composition layer 130 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, thereby forming a functional solid material layer (PZT) as shown in FIG. A gate insulating layer 130 is formed (fifth step).

(3)酸化物導電体層140の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(ITO)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する。具体的には、機能性液体材料として、金属カルボン酸塩を含有する溶液(株式会社高純度化学研究所製の機能性液体材料(商品名:ITO−05C)、原液:希釈液=1:1.5)を準備する。なお、当該機能性液体材料には、完成時にチャネル領域142のキャリア濃度が1×1015cm−3〜1×1021cm−3の範囲内になるような濃度の不純物が添加されている。
(3) Formation of oxide conductor layer 140 First, a functional liquid material to be a functional solid material made of metal oxide ceramics (ITO) is prepared by heat treatment. Specifically, as a functional liquid material, a solution containing a metal carboxylate (functional liquid material (trade name: ITO-05C) manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.), stock solution: diluted solution = 1: 1 Prepare 5). Note that an impurity having a concentration such that the carrier concentration of the channel region 142 is in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 when completed is added to the functional liquid material.

次に、図16(e)に示すように、絶縁性基板110における一方の表面上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し(例えば、2000rpm・25秒)、その後、絶縁体基板110をホットプレート上に置き150℃で3分間乾燥させることにより、機能性固体材料(ITO)の前駆体組成物層140’(層厚300nm)を形成する。   Next, as shown in FIG. 16 (e), the functional liquid material described above is applied to one surface of the insulating substrate 110 using a spin coating method (for example, 2000 rpm · 25 seconds), and then The insulator substrate 110 is placed on a hot plate and dried at 150 ° C. for 3 minutes to form a precursor composition layer 140 ′ (layer thickness 300 nm) of a functional solid material (ITO).

次に、図17(a)〜図17(c)に示すように、ソース領域144に対応する領域及びドレイン領域146に対応する領域よりもチャネル領域142に対応する領域が凸となるように形成され凹凸型M4(高低差350nm)を用いて、前駆体組成物層140’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層140’に型押し構造(凸部の層厚350nm、凹部の層厚100nm)を形成する。これにより、前駆体組成物層140’のうちチャネル領域142となる部分の層厚が他の部分よりも薄くなる。   Next, as shown in FIGS. 17A to 17C, the region corresponding to the channel region 142 is formed to be more convex than the region corresponding to the source region 144 and the region corresponding to the drain region 146. The precursor composition layer 140 ′ is embossed by using a concavo-convex mold M4 (difference in height of 350 nm), so that the precursor composition layer 140 ′ has an embossed structure (a layer thickness of 350 nm of convex portions, A recess thickness of 100 nm) is formed. Thereby, the layer thickness of the part which becomes the channel region 142 in the precursor composition layer 140 ′ becomes thinner than the other part.

このとき、上記の工程においては、前駆体組成物層140’を150℃に加熱した状態で、かつ、150℃に加熱した型を用いて型押し加工を施すこととしている。この場合、型押し加工を施すときの圧力は、4MPa程度とする。   At this time, in the above-described process, the precursor composition layer 140 ′ is heated to 150 ° C. and subjected to a die pressing process using a mold heated to 150 ° C. In this case, the pressure when embossing is about 4 MPa.

なお、凹凸型M4は、チャネル領域142に対応する領域よりも素子分離領域160及びスルーホール150に対応する領域がさらに凸となるような構造を有しており、絶縁性基板110における一方の表面全面にウェットエッチングを施すことにより、チャネル領域142となる部分を所定の厚さにしつつも素子分離領域160及びスルーホール150に対応する領域から前駆体組成物層140’を完全に除去することができる(図17(d)参照。)。凹凸型M4は、素子分離領域に対応する領域部分が先細となった形状を有していてもよい。   Note that the concavo-convex mold M4 has a structure in which a region corresponding to the element isolation region 160 and the through hole 150 is more convex than a region corresponding to the channel region 142, and one surface of the insulating substrate 110 is By performing wet etching on the entire surface, the precursor composition layer 140 ′ can be completely removed from the region corresponding to the element isolation region 160 and the through hole 150 while the portion to be the channel region 142 has a predetermined thickness. (See FIG. 17 (d)). The concavo-convex mold M4 may have a shape in which a region corresponding to the element isolation region is tapered.

最後に、前駆体組成物層140’に熱処理を施す(ホットプレート上で400℃・10分の条件で前駆体組成物層140’の焼成を行い、その後、RTA装置を用いて650℃・30分(前半15分酸素雰囲気、後半の15分窒素雰囲気)の条件で前駆体組成物層140’を加熱する)ことにより、ソース領域144、ドレイン領域146及びチャネル領域142を含む酸化物導電体層140を形成し、図17(e)に示すようなボトムゲート構造を有する、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100を製造することができる。   Finally, the precursor composition layer 140 ′ is subjected to a heat treatment (precursor composition layer 140 ′ is baked on a hot plate at 400 ° C. for 10 minutes, and then 650 ° C./30 using an RTA apparatus. The precursor composition layer 140 ′ is heated under the conditions of a minute (first 15 minutes oxygen atmosphere, second half 15 minutes nitrogen atmosphere)), whereby an oxide conductor layer including a source region 144, a drain region 146, and a channel region 142 is obtained. The thin film transistor 100 according to the second embodiment having the bottom gate structure as shown in FIG.

3.実施形態2に係る薄膜トランジスタ100の効果
実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、前駆体組成物層を120℃〜300℃の範囲内にある第1温度で乾燥させるとともに、前駆体組成物層を第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱した状態で前駆体組成物層に対して型押し加工を施すことことにより形成された「優れた電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)を備えるゲート絶縁層を備えるため、従来の薄膜トランジスタよりも優れた薄膜トランジスタとなる。
3. Effect of Thin Film Transistor 100 According to Embodiment 2 According to the thin film transistor 100 according to Embodiment 2, the precursor composition layer is dried at a first temperature in the range of 120 ° C. to 300 ° C., and the precursor composition layer is “Excellent electricity” formed by embossing the precursor composition layer in a state heated to a second temperature that is higher than the first temperature and within a range of 150 ° C. to 300 ° C. Since the gate insulating layer having characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.) is provided, the thin film transistor is superior to conventional thin film transistors.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、チャネル領域の層厚がソース領域の層厚及びドレイン領域の層厚よりも薄い酸化物導電体層を形成するだけで薄膜トランジスタを製造することが可能となるため、従来の薄膜トランジスタの場合のようにチャネル領域とソース領域及びドレイン領域とを異なる材料から形成しなくてもよくなり、上記のように優れた薄膜トランジスタ900を、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   In addition, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, it is possible to manufacture a thin film transistor only by forming an oxide conductor layer in which the channel region has a thinner layer thickness than the source region and the drain region. Therefore, unlike the conventional thin film transistor, the channel region, the source region, and the drain region do not have to be formed from different materials, and the excellent thin film transistor 900 as described above is obtained by using much less raw materials than the conventional one. And it becomes possible to manufacture using a manufacturing energy and a shorter process than before.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、チャネル領域142を構成する材料として酸化物導電性材料を用いているためキャリア濃度を高くすることができ、また、ゲート絶縁層130を構成する材料として強誘電体材料を用いているため低い駆動電圧で高速にスイッチングすることができ、その結果、従来の薄膜トランジスタ900の場合と同様に、大きな電流を低い駆動電圧で高速に制御することが可能となる。   Further, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, an oxide conductive material is used as a material for forming the channel region 142, so that the carrier concentration can be increased, and a material for forming the gate insulating layer 130 is used. As a result, it is possible to perform high-speed switching with a low driving voltage, and as a result, as with the conventional thin film transistor 900, it is possible to control a large current at high speed with a low driving voltage. Become.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、チャネル領域142の層厚がソース領域144の層厚及びドレイン領域146の層厚よりも薄い酸化物導電体層140を形成するだけで薄膜トランジスタを製造することが可能となるため、従来の薄膜トランジスタ900の場合のようにチャネル領域とソース領域及びドレイン領域とを異なる材料から形成しなくてもよくなり、上記のように優れた薄膜トランジスタを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   In addition, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the thin film transistor is manufactured only by forming the oxide conductor layer 140 in which the channel region 142 is thinner than the source region 144 and the drain region 146. Therefore, unlike the conventional thin film transistor 900, the channel region, the source region, and the drain region do not have to be formed from different materials, and an excellent thin film transistor as described above can be obtained. It is possible to manufacture using a significantly smaller amount of raw materials and manufacturing energy and in a shorter process than before.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、酸化物導電体層、ゲート電極及びゲート絶縁層はすべて、機能性液体材料を用いて形成されたものであるため、型押し成形加工技術を用いて薄膜トランジスタを製造することが可能となり、上記のように優れた薄膜トランジスタを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   In addition, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, since the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer are all formed using a functional liquid material, the embossing technique is used. Thus, a thin film transistor can be manufactured, and an excellent thin film transistor as described above can be manufactured using much less raw materials and manufacturing energy than in the past, and in a shorter process than in the past.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、酸化物導電体層、ゲート電極及びゲート絶縁層はすべて、真空プロセスを用いることなく形成されたものであるため、真空プロセスを用いることなしに薄膜トランジスタを製造することが可能となり、上記のように優れた薄膜トランジスタを、従来よりも大幅に少ない製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   In addition, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the oxide conductor layer, the gate electrode, and the gate insulating layer are all formed without using a vacuum process, and thus the thin film transistor without using a vacuum process. As described above, it is possible to manufacture a thin film transistor that is excellent as described above, using much less manufacturing energy than in the past, and in a shorter process than in the past.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、ゲート電極及びゲート絶縁層はともにペロブスカイト構造を有するため、ゲート電極及びゲート絶縁層の界面で格子欠陥が少なくなり、高品質な薄膜トランジスタを製造することが可能となる。   Further, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, since the gate electrode and the gate insulating layer both have a perovskite structure, lattice defects are reduced at the interface between the gate electrode and the gate insulating layer, and a high quality thin film transistor is manufactured. Is possible.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、チャネル領域142のキャリア濃度及び層厚は、ゲート電極120にオフの制御電圧を印加したときに、チャネル領域142が空乏化するような値に設定されているため、酸化物導電体層のキャリア濃度を高くしたとしてもオフ時に流れる電流量を十分低くでき、必要なオンオフ比を維持しつつ大きな電流を低い駆動電圧で制御することが可能となる。この場合において、薄膜トランジスタがエンハンスメント型のトランジスタである場合には、ゲート電極に0Vの制御電圧を印加したときに薄膜トランジスタがオフ状態となるため、このようなときにチャネル領域全体が空乏化するような値に設定されていればよく、薄膜トランジスタがディプレッション型のトランジスタである場合には、ゲート電極に負の制御電圧を印加したときに薄膜トランジスタがオフ状態となるため、このようなときにチャネル領域全体が空乏化するような値に設定されていればよい。   In the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the carrier concentration and the layer thickness of the channel region 142 are set to values that cause the channel region 142 to be depleted when an off control voltage is applied to the gate electrode 120. Therefore, even when the carrier concentration of the oxide conductor layer is increased, the amount of current flowing at the time of off can be sufficiently reduced, and a large current can be controlled with a low driving voltage while maintaining a required on / off ratio. . In this case, if the thin film transistor is an enhancement type transistor, the thin film transistor is turned off when a control voltage of 0 V is applied to the gate electrode. Therefore, in this case, the entire channel region is depleted. If the thin film transistor is a depletion type transistor, the thin film transistor is turned off when a negative control voltage is applied to the gate electrode. It only needs to be set to a value that depletes.

また、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100によれば、チャネル領域142のキャリア濃度は、1×1015cm−3〜1×1021cm−3の範囲内にあり、チャネル領域142の層厚は、5nm〜100nmの範囲内にあるため、必要なオンオフ比を維持しつつ大きな電流を低い駆動電圧で制御することが可能となる。 Further, according to the thin film transistor 100 according to the second embodiment, the carrier concentration of the channel region 142 is in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , and the layer thickness of the channel region 142 is Since it exists in the range of 5 nm-100 nm, it becomes possible to control a big electric current with a low drive voltage, maintaining a required on-off ratio.

[実施形態3]
1.実施形態3に係る薄膜トランジスタ200
図18は、実施形態3に係る薄膜トランジスタ200を説明するために示す図である。図18(a)は薄膜トランジスタ200の平面図であり、図18(b)は図18(a)のA1−A1断面図であり、図18(c)は図18(a)のA2−A2断面図である。
[Embodiment 3]
1. Thin film transistor 200 according to Embodiment 3
FIG. 18 is a diagram for explaining the thin film transistor 200 according to the third embodiment. 18A is a plan view of the thin film transistor 200, FIG. 18B is a cross-sectional view taken along line A1-A1 in FIG. 18A, and FIG. 18C is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. FIG.

実施形態3に係る薄膜トランジスタ200は、基本的には実施形態2に係る薄膜トランジスタ100と同様の構成を有するが、トップゲート構造を有する点で実施形態2に係る薄膜トランジスタ100の場合と異なる。すなわち、実施形態3に係る薄膜トランジスタ200は、図18に示すように、絶縁性基板210の上方に、酸化物導電体層240、ゲート絶縁層230及びゲート電極220とがこの順序で形成された構造を有する。なお、ソース領域244及びドレイン領域246は、図18(a)及び図18(b)に示すように、それぞれスルーホール250を介して外部に露出している。   The thin film transistor 200 according to the third embodiment basically has the same configuration as the thin film transistor 100 according to the second embodiment, but differs from the thin film transistor 100 according to the second embodiment in that it has a top gate structure. That is, the thin film transistor 200 according to the third embodiment has a structure in which an oxide conductor layer 240, a gate insulating layer 230, and a gate electrode 220 are formed in this order above an insulating substrate 210, as shown in FIG. Have The source region 244 and the drain region 246 are exposed to the outside through the through holes 250 as shown in FIGS. 18A and 18B, respectively.

このように、実施形態3に係る薄膜トランジスタ200は、トップゲート構造を有する点で実施形態2に係る薄膜トランジスタ100の場合と異なるが、前駆体組成物層を120℃〜300℃の範囲内にある第1温度で乾燥させるとともに、前駆体組成物層を第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱した状態で前駆体組成物層に対して型押し加工を施すことことにより形成された「優れた電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)を備えるゲート絶縁層を備えるため、実施形態2に係る薄膜トランジスタ100の場合と同様に、従来の薄膜トランジスタよりも優れた薄膜トランジスタとなる。   As described above, the thin film transistor 200 according to the third embodiment is different from the thin film transistor 100 according to the second embodiment in having a top gate structure, but the precursor composition layer is in a range of 120 ° C. to 300 ° C. While drying at 1 temperature, the precursor composition layer is embossed against the precursor composition layer in a state where the precursor composition layer is heated to a second temperature higher than the first temperature and within a range of 150 ° C to 300 ° C. Since the gate insulating layer having “excellent electrical characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.)” formed by processing is provided, similarly to the thin film transistor 100 according to the second embodiment. Thus, the thin film transistor is superior to the conventional thin film transistor.

なお、実施形態3に係る薄膜トランジスタ200は、以下に示す薄膜トランジスタの製造方法により製造することができる。以下、工程順に説明する。   Note that the thin film transistor 200 according to Embodiment 3 can be manufactured by the following thin film transistor manufacturing method. Hereinafter, it demonstrates in order of a process.

図19及び図20は、実施形態3に係る薄膜トランジスタの製造方法を説明するために示す図である。図19(a)〜図19(f)及び図20(a)〜図20(e)は各工程図である。   19 and 20 are views for explaining the method of manufacturing the thin film transistor according to the third embodiment. FIG. 19A to FIG. 19F and FIG. 20A to FIG. 20E are process diagrams.

(1)酸化物導電体層240の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(ITO)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する。具体的には、機能性液体材料として、金属カルボン酸塩を含有する溶液(株式会社高純度化学研究所製の機能性液体材料(商品名:ITO−05C))を準備する。なお、当該機能性液体材料には、完成時にチャネル領域242のキャリア濃度が1×1015cm−3〜1×1021cm−3の範囲内になるような濃度の不純物が添加されている。
(1) Formation of oxide conductor layer 240 First, a functional liquid material to be a functional solid material made of metal oxide ceramics (ITO) is prepared by heat treatment. Specifically, a solution containing a metal carboxylate (functional liquid material (trade name: ITO-05C) manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) is prepared as the functional liquid material. Note that the functional liquid material is doped with an impurity having a concentration such that the carrier concentration of the channel region 242 is in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 when completed.

次に、図19(a)に示すように、絶縁性基板210における一方の表面上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し、その後、絶縁体基板210をホットプレート上に置き150℃で3分間乾燥させることにより、機能性固体材料(ITO)の前駆体組成物層240’(層厚300nm)を形成する。   Next, as shown in FIG. 19A, the above-described functional liquid material is applied onto one surface of the insulating substrate 210 by using a spin coating method, and then the insulating substrate 210 is placed on a hot plate. The precursor composition layer 240 ′ (layer thickness 300 nm) of the functional solid material (ITO) is formed by drying at 150 ° C. for 3 minutes.

次に、図19(b)及び図19(c)に示すように、ソース領域244に対応する領域及びドレイン領域246に対応する領域よりもチャネル領域242に対応する領域が凸となるように形成された凹凸型M5(高低差350nm)を用いて、前駆体組成物層240’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層240’に型押し構造(凸部の層厚350nm、凹部の層厚100nm)を形成する。これにより、前駆体組成物層240’のうちチャネル領域242となる部分の層厚が他の部分よりも薄くなる。   Next, as shown in FIGS. 19B and 19C, the region corresponding to the channel region 242 is formed to be more convex than the region corresponding to the source region 244 and the region corresponding to the drain region 246. Using the uneven | corrugated type | mold M5 (height difference 350nm), by performing a stamping process with respect to precursor composition layer 240 ', the stamping structure (layer thickness of a convex part 350nm is given to precursor composition layer 240' , The layer thickness of the recesses is 100 nm). Thereby, the layer thickness of the part which becomes the channel region 242 in the precursor composition layer 240 ′ becomes thinner than the other part.

このとき、上記の工程においては、前駆体組成物層240’を150℃に加熱した状態で、かつ、150℃に加熱した型を用いて型押し加工を施す。この場合、型押し加工を施すときの圧力は、4MPa程度とする。   At this time, in the above step, the stamping process is performed using a mold heated to 150 ° C. in a state where the precursor composition layer 240 ′ is heated to 150 ° C. In this case, the pressure when embossing is about 4 MPa.

なお、凹凸型M5は、チャネル領域242に対応する領域よりも素子分離領域に対応する領域及びゲートパッド222に対応する領域がさらに凸となるような構造を有しており、絶縁性基板210における一方の表面全面にウェットエッチングを施すことにより、チャネル領域242となる部分を所定の厚さにしつつも素子分離領域260及びゲートパッド222に対応する領域上から前駆体組成物層240’を完全に除去することができる。凹凸型M5は、素子分離領域に対応する領域部分が先細となった形状を有していてもよい。   Note that the concavo-convex mold M5 has a structure in which the region corresponding to the element isolation region and the region corresponding to the gate pad 222 are more convex than the region corresponding to the channel region 242. By performing wet etching on the entire surface of one surface, the precursor composition layer 240 ′ is completely removed from the region corresponding to the element isolation region 260 and the gate pad 222 while the portion to be the channel region 242 has a predetermined thickness. Can be removed. The concavo-convex mold M5 may have a shape in which a region corresponding to the element isolation region is tapered.

最後に、前駆体組成物層240’に熱処理を施すことにより、図19(d)に示すように、ソース領域244、ドレイン領域246及びチャネル領域242を含む酸化物導電体層240を形成する。   Finally, the precursor composition layer 240 ′ is subjected to heat treatment to form an oxide conductor layer 240 including a source region 244, a drain region 246, and a channel region 242 as shown in FIG.

(2)ゲート絶縁層230の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(PZT)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する(第1工程)。具体的には、機能性液体材料として、金属アルコキシドを含有する溶液(三菱マテリアル株式会社製、PZTゾルゲル溶液)を準備する。
(2) Formation of the gate insulating layer 230 First, the functional liquid material used as the functional solid material which consists of metal oxide ceramics (PZT) is prepared by heat-processing (1st process). Specifically, a solution containing a metal alkoxide (PZT sol-gel solution, manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is prepared as a functional liquid material.

次に、「絶縁性基板210における一方の表面上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し(例えば、2500rpm・25秒)、その後、絶縁体基板210をホットプレート上に置き150℃で5分間乾燥させる操作」を3回繰り返すことにより、機能性固体材料(PZT)の前駆体組成物層230’(層厚300nm)を形成する(第2工程〜第3工程)。   Next, “the above-described functional liquid material is applied on one surface of the insulating substrate 210 using a spin coating method (for example, 2500 rpm · 25 seconds), and then the insulating substrate 210 is placed on a hot plate. By repeating the “operation of drying at 150 ° C. for 5 minutes” three times, the precursor composition layer 230 ′ (layer thickness 300 nm) of the functional solid material (PZT) is formed (second step to third step).

次に、図19(e)に示すように、スルーホール250に対応する領域が凸となるように形成された凹凸型M6(高低差300nm)を用いて、225℃で前駆体組成物層230’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層230’にスルーホール250に対応する型押し構造を形成する(第4工程)。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。これにより、225℃に加熱することで高い塑性変形能力を得た前駆体組成物層に対して型押し加工を施すこととなるため、所望の電気特性改善効果を得ることが可能となる。   Next, as shown in FIG. 19 (e), the precursor composition layer 230 is formed at 225 ° C. using a concavo-convex mold M 6 (height difference of 300 nm) formed so that the region corresponding to the through hole 250 is convex. A stamping structure corresponding to the through hole 250 is formed in the precursor composition layer 230 ′ by performing a stamping process on “4” (fourth step). The pressure at the time of embossing is 5 MPa. Thereby, since the stamping process is performed on the precursor composition layer that has obtained a high plastic deformation ability by heating to 225 ° C., it is possible to obtain a desired electrical property improving effect.

最後に、前駆体組成物層230’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図19(f)に示すように、機能性固体材料層(PZT)からなるゲート絶縁層230を形成する(第5工程)。   Finally, the precursor composition layer 230 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, thereby forming a functional solid material layer (PZT) as shown in FIG. 19 (f). A gate insulating layer 230 is formed (fifth step).

(3)ゲート電極220の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(酸化ニッケルランタン)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する(第1工程)。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
(3) Formation of the gate electrode 220 First, the functional liquid material used as the functional solid material which consists of metal oxide ceramics (nickel lanthanum oxide) is prepared by heat-processing (1st process). Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.

次に、図20(a)及び図20(b)に示すように、絶縁性基板210における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し、その後、絶縁体基板210をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、機能性固体材料(酸化ニッケルランタン)の前駆体組成物層220’(層厚300nm)を形成する(第2工程〜第3工程)。   Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, a functional liquid material is applied to one surface of the insulating substrate 210 using a spin coating method, and then the insulating substrate 210 is attached. It is placed on a hot plate and dried at 60 ° C. for 1 minute to form a precursor composition layer 220 ′ (layer thickness 300 nm) of a functional solid material (nickel lanthanum oxide) (second step to third step).

次に、図20(c)及び図20(d)に示すように、ゲート電極220に対応する領域及びゲートパッド222に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M7(高低差300nm)を用いて、150℃で前駆体組成物層220’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層220’に型押し構造(凸部の層厚300nm、凹部の層厚50nm)を形成する(第4工程)。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。これにより、80℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱することで高い塑性変形能力を得た前駆体組成物層に対して型押し加工を施すこととなるため、所望の型押し構造をより一層高い精度で形成することが可能となる。   Next, as shown in FIGS. 20 (c) and 20 (d), a concavo-convex M7 (height difference of 300 nm) formed so that the region corresponding to the gate electrode 220 and the region corresponding to the gate pad 222 are concave. ), The precursor composition layer 220 ′ is embossed at 150 ° C. to give the precursor composition layer 220 ′ an embossed structure (projection layer thickness of 300 nm, recess layer thickness of 50 nm). ) Is formed (fourth step). The pressure at the time of embossing is 5 MPa. Thus, since the precursor composition layer that has obtained high plastic deformation ability by heating to a second temperature within the range of 80 ° C. to 300 ° C. is subjected to a stamping process, a desired stamping process is performed. The structure can be formed with higher accuracy.

次に、前駆体組成物層220’を全面エッチングすることにより、ゲート電極220に対応する領域及びゲートパッド222に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層220’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術を用いて真空プロセスを用いることなく行う。   Next, the precursor composition layer 220 ′ is entirely etched to remove the precursor composition layer 220 ′ completely from the region other than the region corresponding to the gate electrode 220 and the region corresponding to the gate pad 222 (entire surface). Etching process). The entire surface etching step is performed without using a vacuum process by using a wet etching technique.

最後に、前駆体組成物層220’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、機能性固体材料層(酸化ニッケルランタン)からなるゲート電極220及びゲートパッド222を形成し(第5工程)、図20(e)に示すようなトップゲート構造を有する、実施形態3に係る薄膜トランジスタ200を製造することができる。   Finally, the precursor composition layer 220 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, whereby the gate electrode 220 and the gate pad 222 made of a functional solid material layer (nickel lanthanum oxide) are formed. The thin film transistor 200 according to the third embodiment that has been formed (fifth step) and has a top gate structure as shown in FIG.

[実施形態4]
図21は、実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300を説明するために示す図である。図21(a)は圧電式インクジェットヘッド300の断面図であり、図21(b)及び図21(c)は圧電式インクジェットヘッド300がインクを吐出するときの様子を示す図である。
[Embodiment 4]
FIG. 21 is a diagram for explaining the piezoelectric inkjet head 300 according to the fourth embodiment. FIG. 21A is a cross-sectional view of the piezoelectric inkjet head 300, and FIGS. 21B and 21C are diagrams illustrating a state in which the piezoelectric inkjet head 300 ejects ink.

1.実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300の構成
実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300は、図21(a)に示すように、キャビティ部材340と、キャビティ部材340の一方側に取り付けられ、圧電体素子320が形成された振動板350と、キャビティ部材340の他方側に取り付けられ、ノズル孔332が形成されたノズルプレート330と、キャビティ部材340、振動板350及びノズルプレート330によって画成されるインク室360とを備える。振動板350には、インク室360に連通しインク室360にインクを供給するためのインク供給口352が設けられている。
1. Configuration of Piezoelectric Inkjet Head 300 According to Embodiment 4 A piezoelectric inkjet head 300 according to Embodiment 4 is attached to one side of a cavity member 340 and a cavity member 340 as shown in FIG. A diaphragm 350 having a body element 320 formed thereon, a nozzle plate 330 attached to the other side of the cavity member 340 and having nozzle holes 332 formed therein, and defined by the cavity member 340, the diaphragm 350 and the nozzle plate 330. An ink chamber 360. The vibration plate 350 is provided with an ink supply port 352 that communicates with the ink chamber 360 and supplies ink to the ink chamber 360.

実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300によれば、図21(b)及び図21(c)に示すように、圧電体素子320に適宜の電圧を印加することにより、振動板350を一旦上方に撓ませて図示しないリザーバからインクをインク室360に供給した後、振動板350を下方に撓ませることにより、ノズル孔332を介してインク室360からインク滴iを吐出させる。これによって、被印刷物に鮮やかな印刷を行うことができる。   According to the piezoelectric inkjet head 300 according to the fourth embodiment, as shown in FIGS. 21B and 21C, by applying an appropriate voltage to the piezoelectric element 320, the diaphragm 350 is temporarily moved upward. After the ink is supplied to the ink chamber 360 from a reservoir (not shown), the vibration plate 350 is bent downward, whereby the ink droplet i is ejected from the ink chamber 360 through the nozzle hole 332. Thereby, vivid printing can be performed on the substrate.

2.実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッドの製造方法
このような構造を有する圧電式インクジェットヘッド300は、圧電体素子320(第1電極層322、圧電体層324及び第2電極層326)及びキャビティ部材340がともに、型押し成形技術を用いて形成されたものである。以下、実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300の製造方法を工程順に説明する。
2. Method for Manufacturing Piezoelectric Inkjet Head According to Embodiment 4 A piezoelectric inkjet head 300 having such a structure includes a piezoelectric element 320 (first electrode layer 322, piezoelectric layer 324, and second electrode layer 326) and a cavity member. Both 340 are formed using an embossing technique. Hereinafter, the manufacturing method of the piezoelectric inkjet head 300 according to the fourth embodiment will be described in the order of steps.

図22〜図24は、実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッドの製造方法を説明するために示す図である。図22(a)〜図22(f)、図23(a)〜図23(d)及び図24(a)〜図24(e)は各工程図である。   22 to 24 are views for explaining the method of manufacturing the piezoelectric inkjet head according to the fourth embodiment. FIG. 22A to FIG. 22F, FIG. 23A to FIG. 23D, and FIG. 24A to FIG.

(1)圧電体素子320の形成
(1−1)第1電極層322の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(酸化ニッケルランタン)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
(1) Formation of Piezoelectric Element 320 (1-1) Formation of First Electrode Layer 322 First, a functional liquid material that becomes a functional solid material made of metal oxide ceramics (nickel lanthanum oxide) is prepared by heat treatment. To do. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.

次に、図22(a)に示すように、ダミー基板310における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、ダミー基板310をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、機能性固体材料(酸化ニッケルランタン)の前駆体組成物層322’(層厚300nm)を形成する。   Next, as shown in FIG. 22A, a functional liquid material is applied to one surface of the dummy substrate 310 by using a spin coating method (for example, 500 rpm for 25 seconds), and then the dummy substrate 310 is mounted. By placing on a hot plate and drying at 60 ° C. for 1 minute, a precursor composition layer 322 ′ (layer thickness: 300 nm) of a functional solid material (nickel lanthanum oxide) is formed.

次に、図22(b)に示すように、第1電極層322に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M8(高低差300nm)を用いて、150℃で前駆体組成物層322’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層322’に型押し構造(凸部の層厚300nm、凹部の層厚50nm)を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。   Next, as shown in FIG. 22B, a precursor composition is used at 150 ° C. using a concavo-convex mold M8 (height difference of 300 nm) formed so that the region corresponding to the first electrode layer 322 is concave. By embossing the layer 322 ′, an embossed structure (the thickness of the convex portion is 300 nm and the thickness of the concave portion is 50 nm) is formed in the precursor composition layer 322 ′. The pressure at the time of embossing is 5 MPa.

次に、前駆体組成物層322’を全面エッチングすることにより、第1電極層322に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層322’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術を用いて真空プロセスを用いることなく行う。   Next, the precursor composition layer 322 'is entirely etched to completely remove the precursor composition layer 322' from the region other than the region corresponding to the first electrode layer 322 (entire etching step). The entire surface etching step is performed without using a vacuum process by using a wet etching technique.

最後に、前駆体組成物層322’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図22(c)に示すように、前駆体組成物層326’から、機能性固体材料層(酸化ニッケルランタン)からなる第1電極層322を形成する。   Finally, the precursor composition layer 322 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, so that the precursor composition layer 326 ′ has a function as shown in FIG. The first electrode layer 322 made of a conductive solid material layer (nickel lanthanum oxide) is formed.

(1−2)圧電体層324の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(PZT)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する(第1工程)。具体的には、機能性液体材料として、金属アルコキシドを含有する溶液(三菱マテリアル株式会社製、PZTゾルゲル溶液)を準備する(第1工程)。
(1-2) Formation of Piezoelectric Layer 324 First, a functional liquid material to be a functional solid material made of metal oxide ceramics (PZT) is prepared by heat treatment (first step). Specifically, a solution containing a metal alkoxide (PZT sol-gel solution, manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is prepared as a functional liquid material (first step).

次に、図22(d)に示すように、「ダミー基板310における一方の表面上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し、その後、ダミー基板310をホットプレート上に置き150℃で5分間乾燥させる操作を複数回繰り返すことにより、機能性固体材料(PZT)の前駆体組成物層324’(例えば層厚1μm〜10μm)を形成する(第2工程〜第3工程)。   Next, as shown in FIG. 22D, “the functional liquid material described above is applied to one surface of the dummy substrate 310 using a spin coating method, and then the dummy substrate 310 is placed on the hot plate. The operation of drying at 150 ° C. for 5 minutes is repeated a plurality of times to form a precursor composition layer 324 ′ (for example, a thickness of 1 μm to 10 μm) of the functional solid material (PZT) (second step to third step). ).

次に、図22(e)に示すように、圧電体層324に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M9(高低差500nm)を用いて、前駆体組成物層324’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層324’に型押し構造(例えば凸部の層厚1μm〜10μm、凹部の層厚50nm)を形成する(第4工程)。   Next, as shown in FIG. 22 (e), a concavo-convex mold M9 (with a height difference of 500 nm) formed so that the region corresponding to the piezoelectric layer 324 is concave is used for the precursor composition layer 324 ′. On the other hand, an embossing structure (for example, a layer thickness of 1 μm to 10 μm of a convex portion and a layer thickness of 50 nm of a concave portion) is formed in the precursor composition layer 324 ′ by performing a die pressing process (fourth step).

このとき、上記の工程においては、前駆体組成物層324’を225℃に加熱した状態で、かつ、225℃に加熱した型を用いて型押し加工を施す。型押し加工を施すときの圧力は、4MPa程度とする。   At this time, in the above-described process, the precursor composition layer 324 ′ is heated to 225 ° C. and subjected to a die pressing process using a mold heated to 225 ° C. The pressure at the time of embossing is about 4 MPa.

次に、前駆体組成物層324’を全面エッチングすることにより、圧電体層324に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層324’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術を用いて真空プロセスを用いることなく行う。   Next, the precursor composition layer 324 'is entirely etched, thereby completely removing the precursor composition layer 324' from a region other than the region corresponding to the piezoelectric layer 324 (entire etching step). The entire surface etching step is performed without using a vacuum process by using a wet etching technique.

最後に、前駆体組成物層324’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図22(f)に示すように、前駆体組成物層324’から、機能性固体材料層(PZT)からなる圧電体層324を形成する(第5工程)。   Finally, the precursor composition layer 324 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, so that the precursor composition layer 324 ′ has a function as shown in FIG. A piezoelectric layer 324 made of a conductive solid material layer (PZT) is formed (fifth step).

(1−3)第2電極層326の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(酸化ニッケルランタン)からなる機能性固体材料となる機能性液体材料を準備する。具体的には、金属無機塩(硝酸ランタン(六水和物)及び酢酸ニッケル(四水和物))を含有する溶液(溶媒:2ーメトキシエタノール)を準備する。
(1-3) Formation of the 2nd electrode layer 326 First, the functional liquid material used as the functional solid material which consists of metal oxide ceramics (nickel lanthanum oxide) is prepared by heat-processing. Specifically, a solution (solvent: 2-methoxyethanol) containing a metal inorganic salt (lanthanum nitrate (hexahydrate) and nickel acetate (tetrahydrate)) is prepared.

次に、図23(a)に示すように、ダミー基板310における一方の表面に、スピンコート法を用いて機能性液体材料を塗布し(例えば、500rpm・25秒)、その後、ダミー基板310をホットプレート上に置き60℃で1分間乾燥させることにより、機能性固体材料(酸化ニッケルランタン)の前駆体組成物層326’(層厚300nm)を形成する。   Next, as shown in FIG. 23A, a functional liquid material is applied to one surface of the dummy substrate 310 by using a spin coating method (for example, 500 rpm · 25 seconds), and then the dummy substrate 310 is mounted. By placing on a hot plate and drying at 60 ° C. for 1 minute, a precursor composition layer 326 ′ (layer thickness: 300 nm) of a functional solid material (nickel lanthanum oxide) is formed.

次に、図23(b)に示すように、第2電極層326に対応する領域が凹となるように形成された凹凸型M10(高低差300nm)を用いて、150℃で前駆体組成物層326’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層326’に型押し構造(凸部の層厚300nm、凹部の層厚50nm)を形成する。型押し加工を施すときの圧力は、5MPaとする。   Next, as shown in FIG. 23 (b), a precursor composition is used at 150 ° C. using a concavo-convex mold M10 (height difference of 300 nm) formed so that the region corresponding to the second electrode layer 326 is concave. By embossing the layer 326 ′, an embossed structure (projection layer thickness of 300 nm, recess layer thickness of 50 nm) is formed in the precursor composition layer 326 ′. The pressure at the time of embossing is 5 MPa.

次に、前駆体組成物層326’を全面エッチングすることにより、第2電極層326に対応する領域以外の領域から前駆体組成物層326’を完全に除去する(全面エッチング工程)。全面エッチング工程は、ウェットエッチング技術を用いて真空プロセスを用いることなく行う。   Next, the precursor composition layer 326 'is entirely etched to remove the precursor composition layer 326' completely from a region other than the region corresponding to the second electrode layer 326 (entire etching step). The entire surface etching step is performed without using a vacuum process by using a wet etching technique.

最後に、前駆体組成物層326’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図23(c)に示すように、前駆体組成物層326’から、機能性固体材料層(酸化ニッケルランタン)からなる第2電極層326を形成する。これにより、第1電極層322,圧電体層324及び第2電極層326からなる圧電体素子320が完成する。   Finally, the precursor composition layer 326 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, so that the precursor composition layer 326 ′ has a function from the precursor composition layer 326 ′ as shown in FIG. A second electrode layer 326 made of a conductive solid material layer (nickel lanthanum oxide) is formed. As a result, the piezoelectric element 320 including the first electrode layer 322, the piezoelectric layer 324, and the second electrode layer 326 is completed.

(2)振動板350と圧電体素子320との貼り合わせ
図23(d)に示すように、インク供給口352を有する振動板350と圧電体素子320とを接着剤を用いて貼り合わせる。
(2) Bonding of vibration plate 350 and piezoelectric element 320 As shown in FIG. 23 (d), the vibration plate 350 having the ink supply port 352 and the piezoelectric element 320 are bonded together using an adhesive.

(3)キャビティ部材340の形成
まず、熱処理することにより金属酸化物セラミックス(石英ガラス)となる機能性液体材料を準備する。具体的には、機能性液体材料として、金属アルコキシド(イソプロピルシリケート(Si(OC)を含有する溶液を準備する。
(3) Formation of Cavity Member 340 First, a functional liquid material that becomes metal oxide ceramics (quartz glass) is prepared by heat treatment. Specifically, a solution containing metal alkoxide (isopropyl silicate (Si (OC 3 H 7 ) 4 )) is prepared as a functional liquid material.

次に、図24(a)に示すように、振動板350における一方の表面上に、スピンコート法を用いて上記した機能性液体材料を塗布し、その後、ダミー基板310をホットプレート上に置き150℃で5分間乾燥させることにより、機能性固体材料(石英ガラス)の前駆体組成物層340’(例えば層厚10μm〜20μm)を形成する。   Next, as shown in FIG. 24A, the functional liquid material described above is applied onto one surface of the diaphragm 350 by using a spin coating method, and then the dummy substrate 310 is placed on a hot plate. By drying at 150 ° C. for 5 minutes, a precursor composition layer 340 ′ (for example, a layer thickness of 10 μm to 20 μm) of a functional solid material (quartz glass) is formed.

次に、図24(b)に示すように、インク室360等に対応する形状を有する凹凸型M11を用いて、前駆体組成物層340’に対して型押し加工を施すことにより、前駆体組成物層340’に型押し構造(例えば凸部の層厚10μm〜20μm、凹部の層厚50nm)を形成する。   Next, as shown in FIG. 24 (b), the precursor composition layer 340 ′ is embossed using a concavo-convex mold M11 having a shape corresponding to the ink chamber 360 or the like, thereby providing a precursor. A stamping structure (for example, a layer thickness of 10 μm to 20 μm of a convex portion and a layer thickness of 50 nm of a concave portion) is formed on the composition layer 340 ′.

このとき、上記の工程においては、前駆体組成物層340’を150℃に加熱した状態で、かつ、150℃に加熱した型を用いて型押し加工を施す。型押し加工を施すときの圧力は、4MPa程度とする。   At this time, in the above process, the precursor composition layer 340 ′ is heated to 150 ° C. and subjected to a die pressing process using a mold heated to 150 ° C. The pressure at the time of embossing is about 4 MPa.

最後に、前駆体組成物層340’をRTA装置を用いて高温で(650℃、10分間)熱処理することにより、図24(c)に示すように、前駆体組成物層340’から、機能性固体材料層(石英ガラス)からなるキャビティ部材340を形成する。   Finally, the precursor composition layer 340 ′ is heat-treated at a high temperature (650 ° C., 10 minutes) using an RTA apparatus, so that the precursor composition layer 340 ′ has a function from the precursor composition layer 340 ′ as shown in FIG. A cavity member 340 made of a conductive solid material layer (quartz glass) is formed.

(4)キャビティ部材340とノズルプレート330との貼り合わせ
図24(d)に示すように、キャビティ部材340と、ノズル孔332を有するノズルプレート330とを接着剤を用いて貼り合わせる。
(4) Bonding of Cavity Member 340 and Nozzle Plate 330 As shown in FIG. 24D, the cavity member 340 and the nozzle plate 330 having the nozzle holes 332 are bonded together using an adhesive.

(5)ダミー基板310の取り外し
図24(e)に示すように、圧電体層320からダミー基板310を取り外す。これにより、実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300が完成する。
(5) Removal of Dummy Substrate 310 As shown in FIG. 24 (e), the dummy substrate 310 is removed from the piezoelectric layer 320. Thereby, the piezoelectric inkjet head 300 according to the fourth embodiment is completed.

3.実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300の効果
実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300によれば、前駆体組成物層324’を120℃〜300℃の範囲内にある第1温度で乾燥させるとともに、前駆体組成物層324’を第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱した状態で前駆体組成物層324’に対して型押し加工を施すことことにより形成された「優れた電気特性(例えば、高残留分極特性、低リーク電流特性など。)を備える圧電体層を備えるため、従来の圧電式インクジェットヘッドよりも優れた圧電式インクジェットヘッドとなる。
3. Effect of Piezoelectric Inkjet Head 300 According to Embodiment 4 According to the piezoelectric inkjet head 300 according to Embodiment 4, the precursor composition layer 324 ′ is dried at a first temperature in the range of 120 ° C. to 300 ° C. In addition, the precursor composition layer 324 ′ is heated to a second temperature higher than the first temperature and within the range of 150 ° C. to 300 ° C., and the precursor composition layer 324 ′ is embossed. A piezoelectric ink jet that is superior to conventional piezoelectric ink jet heads because it has a piezoelectric layer having excellent electrical characteristics (for example, high remanent polarization characteristics, low leakage current characteristics, etc.) formed by applying Become the head.

また、実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300によれば、第1電極層322、圧電体層324及び第1電極層326並びにキャビティ部材340がともに、液体材料を用いて形成されたものであることから、型押し成形加工技術を用いて圧電式インクジェットヘッドを製造することが可能となるため、上記のように優れた圧電式インクジェットヘッドを、従来よりも大幅に少ない原材料及び製造エネルギーを用いて製造することが可能となる。   According to the piezoelectric inkjet head 300 according to the fourth embodiment, the first electrode layer 322, the piezoelectric layer 324, the first electrode layer 326, and the cavity member 340 are all formed using a liquid material. Therefore, since it becomes possible to manufacture a piezoelectric ink jet head using an embossing processing technique, the above excellent piezoelectric ink jet head can be manufactured using significantly less raw materials and manufacturing energy than conventional ones. It can be manufactured.

また、実施形態4に係る圧電式インクジェットヘッド300によれば、第1電極層322、圧電体層324及び第1電極層326並びにキャビティ部材340がともに、真空プロセスを用いることなく形成されたものであるため、上記のように優れた圧電式インクジェットヘッドを、従来よりも大幅に少ない製造エネルギーを用いて、かつ、従来よりも短工程で製造することが可能となる。   Also, according to the piezoelectric inkjet head 300 according to the fourth embodiment, the first electrode layer 322, the piezoelectric layer 324, the first electrode layer 326, and the cavity member 340 are all formed without using a vacuum process. Therefore, it is possible to manufacture the excellent piezoelectric inkjet head as described above by using much less manufacturing energy than in the past and in a shorter process than in the past.

以上、本発明の強誘電体材料層の製造方法、薄膜トランジスタ及び圧電式インクジェットヘッドを上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。   As described above, the manufacturing method of the ferroelectric material layer, the thin film transistor, and the piezoelectric ink jet head of the present invention have been described based on the above embodiment, but the present invention is not limited to this, and does not depart from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

(1)上記実施形態1〜4においては、強誘電体材料として、PZT(Pb(Zr,Ti1−x)O)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、NbドープPZT、LaドープPZT、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、BTO(BiTi12)、BLT(Bi4−xLaTi12)、SBT(SrBiTa)、BZN(Bi1.5Zn1.0Nb1.5)又はビスマスフェライト(BiFeO)を用いることができる。 (1) In Embodiments 1 to 4, PZT (Pb (Zr x , Ti 1-x ) O 3 ) is used as the ferroelectric material, but the present invention is not limited to this. For example, Nb-doped PZT, La-doped PZT, barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), BTO (Bi 4 Ti 3 O 12 ), BLT (Bi 4-x La x Ti 3 O 12 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), BZN (Bi 1.5 Zn 1.0 Nb 1.5 O 7 ) or bismuth ferrite (BiFeO 3 ) can be used.

(2)上記実施形態1〜4においては、また、本発明の強誘電体材料層の製造方法においては、平板状の基材に対して型を垂直方向に型押しする型押し成形加工装置700を用いて強誘電体材料層に対して型押し加工を施しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ローラーの表面に型を取り付け、当該ローラーを回転させながら、平板状の基材に対して型押しする型押し成形加工装置、あるいはローラーの表面に基材を取り付け、平面上の型に対して、当該ローラーを回転させながら、基材に対して型押しする型押し成形加工装置、を用いて強誘電体材料層に対して型押し加工を施してもよい。ローラーの表面に型を取り付ける場合、型をローラーの表面に取り付ける代わりに、ローラーの表面自体に型を形成してもよい。 (2) In Embodiments 1 to 4 described above, in the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention, an embossing processing apparatus 700 for embossing a mold in a vertical direction with respect to a flat substrate. However, the present invention is not limited to this. For example, a die is attached to the surface of a roller, and the die is pressed against a flat substrate while rotating the roller. Thus, the ferroelectric material layer may be embossed using an embossing apparatus that embosses the substrate while rotating the roller. When attaching the mold to the surface of the roller, instead of attaching the mold to the surface of the roller, the mold may be formed on the surface of the roller itself.

(3)上記実施形態2及び3においては、酸化物導電体材料として、インジウム錫酸化物(ITO)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、酸化インジウム(In)、アンチモンドープ酸化錫(Sb−SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(Al−ZnO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(Ga−ZnO)、酸化ルテニウム(RuO)、酸化イリジウム(IrO)、酸化錫(SnO)、一酸化錫SnO、ニオブドープ二酸化チタン(Nb−TiO)などの酸化物導電体材料を用いることができる。また、インジウムガリウム亜鉛複合酸化物(IGZO)、ガリウムドープ酸化インジウム(In−Ga−O(IGO))、インジウムドープ酸化亜鉛(In−Zn−O(IZO))などのアモルファス導電性酸化物を用いることができる。また、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、ニオブドープチタン酸ストロンチウム(Nb−SrTiO)、ストロンチウムバリウム複合酸化物(SrBaO)、ストロンチウムカルシウム複合酸化物(SrCaO)、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO)、酸化ニッケルランタン(LaNiO)、酸化チタンランタン(LaTiO)、酸化銅ランタン(LaCuO)、酸化ニッケルネオジム(NdNiO)、酸化ニッケルイットリウム(YNiO)、酸化ランタンカルシウムマンガン複合酸化物(LCMO)、鉛酸バリウム(BaPbO)、LSCO(LaSr1−xCuO)、LSMO(La1−xSrMnO)、YBCO(YBaCu7−x)、LNTO(La(NI1−xTi)O)、LSTO((La1−x,Sr)TiO)、STRO(Sr(Ti1−xRu)O)その他のペロブスカイト型導電性酸化物又はパイロクロア型導電性酸化物を用いることができる。 (3) In Embodiments 2 and 3, indium tin oxide (ITO) was used as the oxide conductor material, but the present invention is not limited to this. For example, indium oxide (In 2 O 3 ), antimony-doped tin oxide (Sb—SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), aluminum-doped zinc oxide (Al—ZnO), gallium-doped zinc oxide (Ga—ZnO), ruthenium oxide An oxide conductor material such as (RuO 2 ), iridium oxide (IrO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tin monoxide SnO, or niobium-doped titanium dioxide (Nb—TiO 2 ) can be used. In addition, an amorphous conductive oxide such as indium gallium zinc composite oxide (IGZO), gallium-doped indium oxide (In-Ga-O (IGO)), or indium-doped zinc oxide (In-Zn-O (IZO)) is used. be able to. Also, strontium titanate (SrTiO 3 ), niobium-doped strontium titanate (Nb—SrTiO 3 ), strontium barium composite oxide (SrBaO 3 ), strontium calcium composite oxide (SrCaO 3 ), strontium ruthenate (SrRuO 2 ), Nickel lanthanum oxide (LaNiO 3 ), titanium lanthanum oxide (LaTiO 3 ), copper lanthanum oxide (LaCuO 3 ), nickel oxide neodymium (NdNiO 3 ), nickel yttrium oxide (YNiO 3 ), lanthanum calcium manganese oxide (LCMO) , Barium leadate (BaPbO 3 ), LSCO (La x Sr 1-x CuO 3 ), LSMO (La 1-x Sr x MnO 3 ), YBCO (YBa 2 Cu 3 O 7-x ), LNTO ( La (NI 1-x Ti x ) O 3), LSTO ((La 1-x, Sr x) TiO 3), STRO (Sr (Ti 1-x Ru x) O 3) other perovskite-type conductive oxide Alternatively, a pyrochlore type conductive oxide can be used.

(4)上記実施形態2及び3においては、ゲート電極に用いる材料として、酸化ニッケルランタン(LaNiO)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Pt、Au、Ag、Al、Ti、ITO、In、Sb−In、Nb−TiO、ZnO、Al−ZnO、Ga−ZnO、IGZO、RuO及びIrO並びにNb−STO、SrRuO、LaNiO、BaPbO、LSCO、LSMO、YBCOその他のペロブスカイト型導電性酸化物を用いることができる。また、パイロクロア型導電性酸化物及びアモルファス導電性酸化物を用いることもできる。 (4) In Embodiments 2 and 3, nickel lanthanum oxide (LaNiO 3 ) was used as the material used for the gate electrode, but the present invention is not limited to this. For example, Pt, Au, Ag, Al, Ti, ITO, In 2 O 3 , Sb—In 2 O 3 , Nb—TiO 2 , ZnO, Al—ZnO, Ga—ZnO, IGZO, RuO 2 and IrO 2 and Nb -STO, SrRuO 2, LaNiO 3, BaPbO 3, LSCO, LSMO, can be used YBCO other perovskite-type conductive oxide. A pyrochlore type conductive oxide and an amorphous conductive oxide can also be used.

(5)上記実施形態2及び3においては、絶縁性基板として、Si基板の表面にSiO層及びTi層を介してSTO(SrTiO)層を形成した絶縁性基板を用いたが、石英ガラス(SiO)基板を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、SiO2/Si基板、アルミナ(Al)基板、STO(SrTiO)基板又はSRO(SrRuO)基板を用いることもできる。 (5) In Embodiments 2 and 3, an insulating substrate in which an STO (SrTiO) layer is formed on the surface of a Si substrate via an SiO 2 layer and a Ti layer is used as the insulating substrate. Although a SiO 2 ) substrate is used, the present invention is not limited to this. For example, a SiO2 / Si substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, an STO (SrTiO) substrate, or an SRO (SrRuO 3 ) substrate can be used.

(6)上記実施形態1はキャパシタを、実施形態2及び3は薄膜トランジスタを、実施形態4は圧電式インクジェットヘッドを例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の強誘電体材料層の製造方法は、これら以外の各種機能性デバイスを製造する際にも適用可能である。 (6) Although the present invention has been described with reference to the first embodiment as a capacitor, the second and third embodiments as thin film transistors, and the fourth embodiment as a piezoelectric inkjet head, the present invention is not limited to this. For example, the method for manufacturing a ferroelectric material layer of the present invention can be applied to manufacturing various functional devices other than these.

12…キャパシタ(中央部、実施形態1)、14…キャパシタ(周辺部、比較例)、20…基材、22…絶縁性基板、24…下電極、30…強誘電体材料層、32…強誘電体材料層(中央部、実施形態1)、34…強誘電体材料層(周辺部、比較例)、30a,30b,30c…前駆体組成物層、42,44…上電極、100,200,900…薄膜トランジスタ、110,210,910…絶縁性基板、120,220,920…ゲート電極、120’,220’…前駆体組成物層(ゲート電極)、130,230,930…ゲート絶縁層、130’,230’…前駆体組成物層(ゲート絶縁層)、140,240…酸化物導電体層、140’,240’…前駆体組成物層(酸化物導電性層)、142,242…チャネル領域、144,244…ソース領域、146,246…ドレイン領域、300…圧電式インクジェットヘッド、310…ダミー基板、320…圧電体素子、322…第1電極層、324…圧電体層、326…第2電極層、330…ノズルプレート、332…ノズル孔、340…キャビティ部材、350…振動板、352…インク供給口、360…インク室、940…チャネル層、950…ソース電極、960…ドレイン電極、M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7,M8,M9,M10,M11…凹凸型 DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Capacitor (center part, Embodiment 1), 14 ... Capacitor (peripheral part, comparative example), 20 ... Base material, 22 ... Insulating substrate, 24 ... Lower electrode, 30 ... Ferroelectric material layer, 32 ... Strong Dielectric material layer (central portion, embodiment 1), 34 ... ferroelectric material layer (peripheral portion, comparative example), 30a, 30b, 30c ... precursor composition layer, 42,44 ... upper electrode, 100,200 900, thin film transistor, 110, 210, 910 ... insulating substrate, 120, 220, 920 ... gate electrode, 120 ', 220' ... precursor composition layer (gate electrode), 130, 230, 930 ... gate insulating layer, 130 ', 230' ... precursor composition layer (gate insulating layer), 140, 240 ... oxide conductor layer, 140 ', 240' ... precursor composition layer (oxide conductive layer), 142, 242, ... Channel region, 144, 2 4 ... Source region, 146, 246 ... Drain region, 300 ... Piezoelectric inkjet head, 310 ... Dummy substrate, 320 ... Piezoelectric element, 322 ... First electrode layer, 324 ... Piezoelectric layer, 326 ... Second electrode layer, 330 ... Nozzle plate, 332 ... Nozzle hole, 340 ... Cavity member, 350 ... Vibration plate, 352 ... Ink supply port, 360 ... Ink chamber, 940 ... Channel layer, 950 ... Source electrode, 960 ... Drain electrode, M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M9, M10, M11.

Claims (8)

熱処理することにより強誘電体材料となるゾルゲル溶液を準備する第1工程と、
基材上に前記ゾルゲル溶液を塗布することにより、前記強誘電体材料の前駆体組成物層を形成する第2工程と、
前記前駆体組成物層を120℃〜250℃の範囲内にある第1温度で乾燥させる第3工程と、
前記前駆体組成物層を前記第1温度よりも高く、かつ、150℃〜300℃の範囲内にある第2温度に加熱した状態で前記前駆体組成物層に対して型押し加工を施す第4工程と、
前記前駆体組成物層を前記第2温度よりも高い第3温度で熱処理することにより、前記前駆体組成物層から強誘電体材料層を形成する第5工程とをこの順序で含むことを特徴とする強誘電体材料層の製造方法。
A first step of preparing a sol-gel solution to be a ferroelectric material by heat treatment;
A second step of forming a precursor composition layer of the ferroelectric material by applying the sol-gel solution on a substrate;
A third step of drying the precursor composition layer at a first temperature in the range of 120 ° C. to 250 ° C .;
A first embossing process is performed on the precursor composition layer in a state where the precursor composition layer is heated to a second temperature higher than the first temperature and within a range of 150 ° C. to 300 ° C. 4 steps,
And a fifth step of forming a ferroelectric material layer from the precursor composition layer by heat-treating the precursor composition layer at a third temperature higher than the second temperature in this order. A method for manufacturing a ferroelectric material layer.
請求項1に記載の強誘電体材料層の製造方法において、
前記第1温度は、120℃〜200℃の範囲内にあり、
前記第2温度は、前記第1温度よりも高く、かつ、175℃〜300℃の範囲内にあることを特徴とする強誘電体材料層の製造方法。
In the manufacturing method of the ferroelectric material layer according to claim 1,
The first temperature is within a range of 120 ° C to 200 ° C;
The method for manufacturing a ferroelectric material layer, wherein the second temperature is higher than the first temperature and is in a range of 175 ° C to 300 ° C.
請求項1又は2に記載の強誘電体材料層の製造方法において、
前記第4工程においては、1MPa〜20MPaの範囲内にある圧力で型押し加工を施すことを特徴とする強誘電体材料層の製造方法。
In the manufacturing method of the ferroelectric material layer according to claim 1 or 2,
In the fourth step, the method of manufacturing a ferroelectric material layer is characterized by performing an embossing process at a pressure within a range of 1 MPa to 20 MPa.
ソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置するチャネル層と、
前記チャネル層の導通状態を制御するゲート電極と、
前記ゲート電極と前記チャネル領域との間に形成され強誘電体材料からなるゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、請求項1〜3のいずれかに記載の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
A source electrode and a drain electrode;
A channel layer located between the source electrode and the drain electrode;
A gate electrode for controlling the conduction state of the channel layer;
A thin film transistor comprising a gate insulating layer formed between the gate electrode and the channel region and made of a ferroelectric material,
The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate insulating layer is formed by using the method for manufacturing a ferroelectric material layer according to claim 1.
ソース領域及びドレイン領域並びにチャネル領域を含む酸化物導電体層と、前記チャネル領域の導通状態を制御するゲート電極と、前記ゲート電極と前記チャネル領域との間に形成され強誘電体材料からなるゲート絶縁層とを備え、前記チャネル領域の層厚が、前記ソース領域の層厚及び前記ドレイン領域の層厚よりも薄い薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、請求項1〜3のいずれかに記載の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
An oxide conductor layer including a source region, a drain region, and a channel region, a gate electrode for controlling a conduction state of the channel region, and a gate made of a ferroelectric material formed between the gate electrode and the channel region An insulating layer, wherein the channel region has a layer thickness smaller than that of the source region and the drain region,
The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate insulating layer is formed by using the method for manufacturing a ferroelectric material layer according to claim 1.
請求項5に記載の薄膜トランジスタにおいて、
前記チャネル領域の層厚が前記ソース領域の層厚及び前記ドレイン領域の層厚よりも薄い前記酸化物導電体層は、型押し成形技術を用いて形成されたものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 5,
The oxide conductor layer in which the layer thickness of the channel region is smaller than the layer thickness of the source region and the layer thickness of the drain region is formed using an embossing technique. .
請求項5又は6に記載の薄膜トランジスタにおいて、
前記チャネル領域のキャリア濃度及び層厚は、前記薄膜トランジスタがオフ状態のときに、前記チャネル領域全体が空乏化するような値に設定され、かつ
前記チャネル領域のキャリア濃度は、1×10 15 cm −3 〜1×10 21 cm −3 の範囲内にあり、
前記チャネル領域の層厚は、5nm〜100nmの範囲内にあることを特徴とする薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 5 or 6,
The carrier concentration and the layer thickness of the channel region are set to such values that the entire channel region is depleted when the thin film transistor is in an off state , and
The carrier concentration of the channel region is in the range of 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 ,
A thin film transistor , wherein the channel region has a layer thickness in a range of 5 nm to 100 nm .
キャビティ部材と、
前記キャビティ部材の一方側に取り付けられ、圧電体層が形成された振動板と、
前記キャビティ部材の他方側に取り付けられ、ノズル孔が形成されたノズルプレートと、
前記キャビティ部材、前記振動板及び前記ノズルプレートによって画成されるインク室とを備える圧電式インクジェットヘッドであって、
前記圧電体層は、請求項1〜3のいずれかに記載の強誘電体材料層の製造方法を用いて形成されたものであることを特徴とする圧電式インクジェットヘッド。
A cavity member;
A diaphragm attached to one side of the cavity member and having a piezoelectric layer formed thereon;
A nozzle plate attached to the other side of the cavity member and formed with nozzle holes;
A piezoelectric inkjet head comprising: an ink chamber defined by the cavity member, the diaphragm and the nozzle plate;
A piezoelectric ink jet head, wherein the piezoelectric layer is formed by using the method for manufacturing a ferroelectric material layer according to any one of claims 1 to 3.
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