JP2006253295A - Organic ferroelectric memory and its fabrication process - Google Patents

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Eiki Hirai
栄樹 平井
Junichi Karasawa
潤一 柄沢
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic ferroelectric memory in which facilitation of fabrication process and enhancement of the degree of freedom in design can be achieved, and to provide its fabrication process. <P>SOLUTION: The process for fabricating an organic ferroelectric memory comprises (a) a step for fabricating a thin film transistor 110 having a thin film semiconductor layer 114, a gate insulation layer 116 and a gate electrode 118, (b) a step for forming a first insulation layer 120 above the thin film transistor 110, (c) a step for forming a first contact layer 126 and a second contact layer 128 connecting the thin film semiconductor layer 114 electrically with the first insulation layer 120, (d) a step for forming a wiring layer 180 being connected electrically with the first contact layer 126, (e) a step for forming a ferroelectric capacitor 130 being connected electrically with the second contact layer 128 and having a lower electrode 132, an organic ferroelectric layer 134 and an upper electrode 136, and (f) a step for forming a second insulation layer 140 above the ferroelectric capacitor 130. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機強誘電体メモリ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic ferroelectric memory and a method for manufacturing the same.

強誘電体メモリとして、PZT系又はSBT系などの無機強誘電体層を含む強誘電体キャパシタの構造が周知である。無機強誘電体層は成膜するときに600℃以上の高温のアニール処理を必要とする。そのため、強誘電体キャパシタを形成するための基板は耐熱性を有するものに限られ、ガラス基板やフレキシブル基板を基板として使用することは不可能である。さらに、無機強誘電体層はPb、Biなどの重金属を含むので環境に有害であり、その取り扱いが煩雑である。
特開平5−89661号公報
As a ferroelectric memory, a structure of a ferroelectric capacitor including an inorganic ferroelectric layer such as a PZT system or an SBT system is well known. The inorganic ferroelectric layer needs to be annealed at a high temperature of 600 ° C. or higher when it is formed. For this reason, the substrate for forming the ferroelectric capacitor is limited to one having heat resistance, and it is impossible to use a glass substrate or a flexible substrate as the substrate. Furthermore, since the inorganic ferroelectric layer contains heavy metals such as Pb and Bi, it is harmful to the environment and its handling is complicated.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-89661

本発明の目的の1つは、製造プロセスの容易化及び設計自由度の向上が実現できる、有機強誘電体メモリ及びその製造方法を提供することにある。   One of the objects of the present invention is to provide an organic ferroelectric memory and a method of manufacturing the same that can facilitate the manufacturing process and improve design flexibility.

(1)本発明に係る有機強誘電体メモリの製造方法は、
有機強誘電体メモリの製造方法であって、
(a)薄膜半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する薄膜トランジスタを形成すること、
(b)前記薄膜トランジスタの上方に第1の絶縁層を形成すること、
(c)前記第1の絶縁層に前記薄膜半導体層と電気的に接続する第1のコンタクト層、及び前記第1の絶縁層に前記薄膜半導体層と電気的に接続する第2のコンタクト層を形成すること、
(d)前記第1のコンタクト層と電気的に接続する配線層を形成すること、
(e)前記第2のコンタクト層と電気的に接続し、かつ下部電極、有機強誘電体層及び上部電極を有する強誘電体キャパシタを形成すること、
(f)前記強誘電体キャパシタの上方に第2の絶縁層を形成すること、
を含む。本発明によれば、有機強誘電体層を含む強誘電体キャパシタを形成するので、例えば150℃以下の低温プロセスが可能になる。そのため、基板の耐熱性の制約が緩和され、基板の選択自由度が向上する。また、有機強誘電体材料は液相プロセスによる低エネルギー処理が可能であるので、製造プロセスの容易化を図ることができる。さらに、重金属による環境負荷の問題がなく、容易に廃棄可能であり取り扱いが簡単である。
(2)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(a)工程で、前記薄膜トランジスタを液体シリコン材料を塗布することにより又は液滴吐出法により形成してもよい。これによれば、液体シリコン材料を用いることにより、コストのかかるレーザーアニールプロセスを省くことができる。また液滴吐出法を用いると直接的にパターンを形成することができるので、製造プロセスの容易化を図ることができる。
(3)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記有機強誘電体層を液滴吐出法により所定のパターンに形成してもよい。これにより、直接的にパターンを形成することができるので、製造プロセスの容易化を図ることができる。
(4)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記上部電極を所定のパターンを有するように形成し、前記所定のパターンを有する前記上部電極をマスクとして前記有機強誘電体層をアッシングすることにより、前記有機強誘電体層をパターニングしてもよい。これによれば、上部電極をマスクとして利用することにより、有機強誘電体層をパターニングするためのマスクを形成する必要がなくなり、製造プロセスの容易化を図ることができる。
(5)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれか一方を導電性有機材料により形成してもよい。これによれば、導電性有機材料は通常の金属よりも柔軟性を有するので、強誘電体キャパシタのヒステリシス特性が良好になる。
(6)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれか一方を液滴吐出法により所定のパターンに形成してもよい。これにより、直接的にパターンを形成することができるので、製造プロセスの容易化を図ることができる。
(7)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記下部電極及び上部電極の少なくともいずれか一方を蒸着法又はメッキ法により形成してもよい。これによれば、比較的に低パワーにより形成することができ、下地となる層のダメージを低減することができる。
(8)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(f)工程における前記第2の絶縁層の成膜温度は、前記(b)工程における前記第1の絶縁層の成膜温度よりも低くてもよい。これによれば、強誘電体キャパシタの熱によるダメージを低減することができる。
(9)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
少なくとも前記(a)工程を第1の基板に対して行い、前記第1の基板の上方に前記薄膜トランジスタを含む被転写層を形成し、
少なくとも1回の転写工程により、前記被転写層を第2の基板に転写させることをさらに含んでもよい。これによれば、製造プロセスに要求される条件(プロセス耐性など)及び完成品に要求される条件(フレキシブル性など)の両方を満たすととともに、基板の選択自由度の向上を図ることができる。
(10)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記第2の基板は、フレキシブル基板であってもよい。
(11)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記有機強誘電体層は、ポリ(フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン)共重合体、ポリフッ化ビニリデン、(フッ化ビニリデン/トリフルオロエチレン)コオリゴマー、フッ化ビニリデンオリゴマー及び奇数ナイロンのいずれかの有機強誘電体材料からなるものであってもよい。
(12)この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(d)工程後に、前記配線層の上方に中間絶縁層を形成することをさらに含み、
前記(e)工程で、前記強誘電体キャパシタを前記中間絶縁層の上方に形成してもよい。これによれば、強誘電体キャパシタを配線層よりも後工程において形成することができる。強誘電体層が配線工程から受けるダメージを最小限に抑えることが可能になるとともに、強誘電体層に配慮したプロセスを採用する必要がなくなるため、配線として最も適切なプロセスを利用することができる。
(13)本発明に係る有機強誘電体メモリは、
蓄積容量型の有機強誘電体メモリであって、
薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタの上方に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を貫通する第1のコンタクト層と、
前記第1の絶縁層を貫通する第2のコンタクト層と、
前記第1のコンタクト層を介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続された配線層と、
前記第2のコンタクト層を介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続され、かつ下部電極、有機強誘電体層及び上部電極を有する強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタの上方に形成された第2の絶縁層と、
を含む。本発明によれば、有機強誘電体層を含む強誘電体キャパシタを形成するので、例えば150℃以下の低温プロセスが可能になる。そのため、基板の耐熱性の制約が緩和され、基板の選択自由度が向上する。また、有機強誘電体材料は低エネルギーによる処理が可能であるので、製造プロセスの容易化を図ることができる。さらに、重金属による環境負荷の問題がなく、容易に廃棄可能であり取り扱いが簡単である。
(14)この有機強誘電体メモリにおいて、
前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれか一方は、導電性有機材料からなるものであってもよい。これによれば、導電性有機材料は通常の金属よりも柔軟性を有するので、強誘電体キャパシタのヒステリシス特性が良好になる。
(15)この有機強誘電体メモリにおいて、
フレキシブル基板の上方に形成されていてもよい。
(1) A method for manufacturing an organic ferroelectric memory according to the present invention includes:
An organic ferroelectric memory manufacturing method comprising:
(A) forming a thin film transistor having a thin film semiconductor layer, a gate insulating layer, and a gate electrode;
(B) forming a first insulating layer above the thin film transistor;
(C) a first contact layer electrically connected to the thin film semiconductor layer to the first insulating layer, and a second contact layer electrically connected to the thin film semiconductor layer to the first insulating layer. Forming,
(D) forming a wiring layer electrically connected to the first contact layer;
(E) forming a ferroelectric capacitor electrically connected to the second contact layer and having a lower electrode, an organic ferroelectric layer and an upper electrode;
(F) forming a second insulating layer above the ferroelectric capacitor;
including. According to the present invention, since a ferroelectric capacitor including an organic ferroelectric layer is formed, a low temperature process of, for example, 150 ° C. or less is possible. Therefore, the restriction on the heat resistance of the substrate is relaxed, and the degree of freedom of selection of the substrate is improved. In addition, since the organic ferroelectric material can be processed at low energy by a liquid phase process, the manufacturing process can be facilitated. Furthermore, there is no problem of environmental load due to heavy metals, it can be easily disposed of and it is easy to handle.
(2) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
In the step (a), the thin film transistor may be formed by applying a liquid silicon material or by a droplet discharge method. According to this, by using a liquid silicon material, an expensive laser annealing process can be omitted. In addition, since the pattern can be directly formed by using the droplet discharge method, the manufacturing process can be facilitated.
(3) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
In the step (e), the organic ferroelectric layer may be formed in a predetermined pattern by a droplet discharge method. Thereby, since a pattern can be directly formed, the manufacturing process can be facilitated.
(4) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
In the step (e), the organic ferroelectric layer is formed by ashing the organic ferroelectric layer using the upper electrode having the predetermined pattern as a mask by forming the upper electrode to have a predetermined pattern. The layer may be patterned. According to this, by using the upper electrode as a mask, it is not necessary to form a mask for patterning the organic ferroelectric layer, and the manufacturing process can be facilitated.
(5) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
In the step (e), at least one of the lower electrode and the upper electrode may be formed of a conductive organic material. According to this, since the conductive organic material is more flexible than a normal metal, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor are improved.
(6) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
In the step (e), at least one of the lower electrode and the upper electrode may be formed in a predetermined pattern by a droplet discharge method. Thereby, since a pattern can be directly formed, the manufacturing process can be facilitated.
(7) In the method of manufacturing the organic ferroelectric memory,
In the step (e), at least one of the lower electrode and the upper electrode may be formed by vapor deposition or plating. According to this, it can be formed with relatively low power, and damage to the underlying layer can be reduced.
(8) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
The deposition temperature of the second insulating layer in the step (f) may be lower than the deposition temperature of the first insulating layer in the step (b). According to this, damage due to heat of the ferroelectric capacitor can be reduced.
(9) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
Performing at least the step (a) on the first substrate, forming a transfer layer including the thin film transistor above the first substrate,
The method may further include transferring the transferred layer to the second substrate by at least one transfer step. According to this, both the conditions required for the manufacturing process (process resistance and the like) and the conditions required for the finished product (flexibility and the like) can be satisfied, and the degree of freedom in selecting the substrate can be improved.
(10) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
The second substrate may be a flexible substrate.
(11) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
The organic ferroelectric layer is an organic material selected from a poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymer, polyvinylidene fluoride, (vinylidene fluoride / trifluoroethylene) co-oligomer, vinylidene fluoride oligomer, and odd-number nylon. It may be made of a ferroelectric material.
(12) In this method of manufacturing an organic ferroelectric memory,
After the step (d), further comprising forming an intermediate insulating layer above the wiring layer;
In the step (e), the ferroelectric capacitor may be formed above the intermediate insulating layer. According to this, the ferroelectric capacitor can be formed in a later process than the wiring layer. It is possible to minimize the damage that the ferroelectric layer receives from the wiring process, and it is not necessary to adopt a process that considers the ferroelectric layer, so that the most appropriate process can be used as the wiring. .
(13) An organic ferroelectric memory according to the present invention comprises:
A storage capacitor type organic ferroelectric memory,
A thin film transistor;
A first insulating layer formed above the thin film transistor;
A first contact layer penetrating the first insulating layer;
A second contact layer penetrating the first insulating layer;
A wiring layer electrically connected to the thin film transistor through the first contact layer;
A ferroelectric capacitor electrically connected to the thin film transistor through the second contact layer and having a lower electrode, an organic ferroelectric layer and an upper electrode;
A second insulating layer formed above the ferroelectric capacitor;
including. According to the present invention, since a ferroelectric capacitor including an organic ferroelectric layer is formed, a low temperature process of, for example, 150 ° C. or less is possible. Therefore, the restriction on the heat resistance of the substrate is relaxed, and the degree of freedom of selection of the substrate is improved. In addition, since the organic ferroelectric material can be processed with low energy, the manufacturing process can be facilitated. Furthermore, there is no problem of environmental load due to heavy metals, it can be easily disposed of and it is easy to handle.
(14) In this organic ferroelectric memory,
At least one of the lower electrode and the upper electrode may be made of a conductive organic material. According to this, since the conductive organic material is more flexible than a normal metal, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor are improved.
(15) In this organic ferroelectric memory,
It may be formed above the flexible substrate.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1〜図15は本実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図であり、図16及び図17はそれぞれ本実施の形態に係る有機強誘電体メモリ及びその回路を示す図である。   1 to 15 are diagrams showing a method of manufacturing an organic ferroelectric memory according to the present embodiment. FIGS. 16 and 17 are diagrams showing an organic ferroelectric memory and a circuit thereof according to the present embodiment, respectively. It is.

(有機強誘電体メモリの製造方法)
本実施の形態では、蓄積容量型(例えばいわゆる1トランジスタ1キャパシタ型)の有機強誘電体メモリを製造する。
(Manufacturing method of organic ferroelectric memory)
In the present embodiment, a storage capacitor type (for example, a so-called one-transistor one-capacitor type) organic ferroelectric memory is manufactured.

(1)図1に示すように、第1の基板100を用意する。本実施の形態に示す例では、第1の基板100は転写用基板であり、製造プロセスにおいてのみ使用する基板である。第1の基板100には、後述の工程により、少なくとも薄膜トランジスタ110を含む被転写層170が形成される。第1の基板100上の被転写層170は、最終的に第2の基板200に転写される(図14参照)。転写技術を適用することにより、製造プロセスに要求される条件(プロセス耐性など)及び完成品に要求される条件(フレキシブル性など)の両方を満たすことが可能になる。   (1) As shown in FIG. 1, a first substrate 100 is prepared. In the example shown in this embodiment mode, the first substrate 100 is a transfer substrate and is a substrate used only in a manufacturing process. A transferred layer 170 including at least the thin film transistor 110 is formed on the first substrate 100 by a process described later. The transferred layer 170 on the first substrate 100 is finally transferred to the second substrate 200 (see FIG. 14). By applying the transfer technique, it is possible to satisfy both conditions required for the manufacturing process (such as process resistance) and conditions required for the finished product (such as flexibility).

第1の基板100は、有機強誘電体メモリの製造プロセスに耐性(耐熱性)を有するものであればその材質は限定されない。例えば、第1の基板100は、製造プロセスの最高温度(例えば400℃〜600℃程度)以上の歪点を有するものであってもよい。また、第1の基板100は光透過性を有していてもよい。第1の基板100は、ガラス基板(例えば石英ガラス、コーニング7059、日本電気ガラスOA−2)、半導体基板(例えばシリコン基板)、金属基板、又は耐熱性を有していれば樹脂基板であってもよい。   The material of the first substrate 100 is not limited as long as it has resistance (heat resistance) to the manufacturing process of the organic ferroelectric memory. For example, the first substrate 100 may have a strain point equal to or higher than the maximum temperature of the manufacturing process (for example, about 400 ° C. to 600 ° C.). Further, the first substrate 100 may have light transmittance. The first substrate 100 is a glass substrate (for example, quartz glass, Corning 7059, Nippon Electric Glass OA-2), a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate), a metal substrate, or a resin substrate if it has heat resistance. Also good.

必要があれば基板100上に分離層102を形成する。分離層102は、後述の転写工程において、第1の基板100の剥離を容易にするためのものである。分離層102は、光吸収により結合力を消失するものであってもよいし、その他の物理的・化学的作用により結合力を消失するものであってもよい。分離層102は熱又は光により接着力を消失する接着層であってもよい。分離層102の材質としては、例えばアモルファスシリコンなどの半導体、強誘電体、各種酸化物セラミックス、有機材料、低融点金属、UV硬化型接着材料などが挙げられる。   If necessary, the separation layer 102 is formed on the substrate 100. The separation layer 102 is for facilitating peeling of the first substrate 100 in a transfer process described later. The separation layer 102 may be one that loses the binding force due to light absorption, or may be one that loses the binding force due to other physical / chemical action. The separation layer 102 may be an adhesive layer that loses adhesive force by heat or light. Examples of the material of the separation layer 102 include semiconductors such as amorphous silicon, ferroelectrics, various oxide ceramics, organic materials, low melting point metals, and UV curable adhesive materials.

第1の基板100(図1では分離層102)上に、絶縁層(例えばSiO層)104を形成してもよい。絶縁層104は、例えば有機シリコン材料であるTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate(Si(OC))を原材料としたプラズマCVD法により形成することができる。絶縁層104は、薄膜トランジスタ110の保護、遮光、絶縁、マイグレーションの防止などの機能を有する。あるいは、絶縁層104を形成することなく、第1の基板100(又は分離層102)上に直接的に薄膜トランジスタ110を形成してもよい。 An insulating layer (for example, a SiO 2 layer) 104 may be formed on the first substrate 100 (the separation layer 102 in FIG. 1). The insulating layer 104 can be formed by a plasma CVD method using, for example, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate (Si (OC 2 H 5 ) 4 )), which is an organic silicon material, as a raw material. The insulating layer 104 has functions such as protection of the thin film transistor 110, light shielding, insulation, and migration prevention. Alternatively, the thin film transistor 110 may be formed directly over the first substrate 100 (or the separation layer 102) without forming the insulating layer 104.

(2)図2〜図6に示すように、薄膜トランジスタ110を形成する。薄膜トランジスタ110は、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly-Silicon)プロセスにより形成することができる。プロセス温度を例えば約600℃以下(例えば約400℃以下)にすることにより、例えば第1の基板100としてガラス基板が使用可能になる。また、薄膜トランジスタ110を液体シリコン材料を塗布することにより又は液吐出法により形成してもよい。   (2) As shown in FIGS. 2 to 6, the thin film transistor 110 is formed. The thin film transistor 110 can be formed by a low temperature poly-silicon (LTPS) process. For example, a glass substrate can be used as the first substrate 100 by setting the process temperature to about 600 ° C. or lower (for example, about 400 ° C. or lower). Further, the thin film transistor 110 may be formed by applying a liquid silicon material or by a liquid discharge method.

まず、図2に示すように薄膜半導体層112を絶縁層104上に形成する。例えば、アモルファスシリコン層をCVD法により成膜し、必要に応じて脱水素アニールを行った後、アモルファスシリコン層をエキシマレーザ等でレーザアニールすることにより、多結晶化させる。こうして、薄膜半導体層112としてポリシリコン層を形成する。その後、図3に示すように、例えばドライエッチングによりパターニングして、所定のパターンを有する薄膜半導体層(ポリシリコン層)114を形成する。   First, as illustrated in FIG. 2, the thin film semiconductor layer 112 is formed over the insulating layer 104. For example, an amorphous silicon layer is formed by a CVD method, and after dehydrogenation annealing is performed as necessary, the amorphous silicon layer is polycrystallized by laser annealing with an excimer laser or the like. Thus, a polysilicon layer is formed as the thin film semiconductor layer 112. Thereafter, as shown in FIG. 3, patterning is performed by dry etching, for example, to form a thin film semiconductor layer (polysilicon layer) 114 having a predetermined pattern.

次に、図4に示すように、少なくとも薄膜半導体層114上にゲート絶縁層(例えばSiO層)116を形成する。ゲート絶縁層116は、例えばTEOS−CVD法により形成することができる。その後、図5に示すようにゲート電極118(例えばAl,MoW合金,Cr電極など)をパターニングして形成し、ゲート電極118をマスクとして薄膜半導体層114に所定の不純物をドーピングし、不純物活性化のためのアニールを行う。こうして、図6に示すように、薄膜半導体層114に不純物領域(ソース領域及びドレイン領域)114a,114bを形成する。なお、ゲート絶縁層とは、ゲート電極に重なる部分を少なくとも含み、例えばゲート電極に重なる部分及びその周囲の部分を指す。このことは、以下の説明においても同様である。 Next, as shown in FIG. 4, a gate insulating layer (eg, SiO 2 layer) 116 is formed on at least the thin film semiconductor layer 114. The gate insulating layer 116 can be formed by, for example, a TEOS-CVD method. Thereafter, as shown in FIG. 5, a gate electrode 118 (for example, Al, MoW alloy, Cr electrode, etc.) is formed by patterning, and a predetermined impurity is doped into the thin film semiconductor layer 114 using the gate electrode 118 as a mask to activate the impurity. Annealing for. Thus, as shown in FIG. 6, impurity regions (source and drain regions) 114a and 114b are formed in the thin film semiconductor layer 114. Note that the gate insulating layer includes at least a portion overlapping with the gate electrode, for example, a portion overlapping with the gate electrode and a portion around the portion. The same applies to the following description.

図6に示すように、薄膜トランジスタ110は、薄膜半導体層114と、ゲート絶縁層116、ゲート電極118と、を含む。薄膜トランジスタ110の構造は、上述したトップゲート型(コプラナー型)に限らず、例えばゲート電極118が第1の基板100側に配置されるボトムゲート型であってもよい。また、薄膜トランジスタ110は、上述した低温ポリシリコン薄膜トランジスタに限らず、その他の形態を適用してもよい。   As shown in FIG. 6, the thin film transistor 110 includes a thin film semiconductor layer 114, a gate insulating layer 116, and a gate electrode 118. The structure of the thin film transistor 110 is not limited to the above-described top gate type (coplanar type), and may be, for example, a bottom gate type in which the gate electrode 118 is disposed on the first substrate 100 side. The thin film transistor 110 is not limited to the low-temperature polysilicon thin film transistor described above, and other forms may be applied.

(3)図7に示すように、薄膜トランジスタ110上に第1の絶縁層120を形成する。   (3) As shown in FIG. 7, the first insulating layer 120 is formed on the thin film transistor 110.

第1の絶縁層120は、例えばTEOS−CVD法により300℃程度で形成することができる。第1の絶縁層120は、低温ポリシリコン薄膜トランジスタの形成工程において通常用いられる手法により形成することができる。第1の絶縁層120は、薄膜トランジスタ110を被覆して形成する。その後、第1の絶縁層120に第1及び第2のコンタクトホール122,124を形成する。第1のコンタクトホール122は、薄膜トランジスタ110と後述の配線層180(図8参照)を相互に接続するための貫通穴である。第2のコンタクトホール124は、薄膜トランジスタ110と後述の強誘電体キャパシタ130(図10参照)を相互に接続するための貫通穴である。第1のコンタクトホール122からは薄膜半導体層114の一方の不純物領域114bを露出させ、第2のコンタクトホール124からは薄膜半導体層114の他方の不純物領域114aを露出させる。第1及び第2のコンタクトホール122,124は、例えばドライエッチング法により形成することができる。   The first insulating layer 120 can be formed at about 300 ° C. by TEOS-CVD, for example. The first insulating layer 120 can be formed by a method usually used in a process for forming a low-temperature polysilicon thin film transistor. The first insulating layer 120 is formed so as to cover the thin film transistor 110. Thereafter, first and second contact holes 122 and 124 are formed in the first insulating layer 120. The first contact hole 122 is a through hole for connecting the thin film transistor 110 and a later-described wiring layer 180 (see FIG. 8) to each other. The second contact hole 124 is a through hole for connecting the thin film transistor 110 and a later-described ferroelectric capacitor 130 (see FIG. 10) to each other. One impurity region 114b of the thin film semiconductor layer 114 is exposed from the first contact hole 122, and the other impurity region 114a of the thin film semiconductor layer 114 is exposed from the second contact hole 124. The first and second contact holes 122 and 124 can be formed by, for example, a dry etching method.

(4)図8〜図10に示すように、第1及び第2のコンタクト層126,128、配線層180、強誘電体キャパシタ130を形成する。   (4) As shown in FIGS. 8 to 10, the first and second contact layers 126 and 128, the wiring layer 180, and the ferroelectric capacitor 130 are formed.

(4−1)第1のコンタクト層126は、第1のコンタクトホール122を埋めるように形成し、第2のコンタクト層128は、第2のコンタクトホール124を埋めるように形成する。   (4-1) The first contact layer 126 is formed so as to fill the first contact hole 122, and the second contact layer 128 is formed so as to fill the second contact hole 124.

第1のコンタクト層126は、例えば図8に示すように第1のコンタクトホール122の内部のみに形成してもよいし、第1のコンタクトホール122の内部のみならず、さらに第1の絶縁層120の上面に至るように形成してもよい。第1のコンタクト層126は、絶縁材料との境界面に形成される薄いバリア層(例えばTi層、TiN層など)と、バリア層よりも内側に形成される導電層(例えばW層、Al層など)と、を含む。ただし、バリア層は必須ではない。第1のコンタクト層126は、第1のコンタクトホール122の内部を含む第1の絶縁層120上の全面に成膜した後、CMP法及びエッチング法等を適宜利用することにより形成することができる。これらの内容は、第2のコンタクト層128についても適用することができる。   For example, as shown in FIG. 8, the first contact layer 126 may be formed only inside the first contact hole 122, or not only inside the first contact hole 122 but also the first insulating layer. It may be formed so as to reach the upper surface of 120. The first contact layer 126 includes a thin barrier layer (eg, Ti layer, TiN layer, etc.) formed on the interface with the insulating material, and a conductive layer (eg, W layer, Al layer) formed inside the barrier layer. Etc.). However, the barrier layer is not essential. The first contact layer 126 can be formed by appropriately using a CMP method, an etching method, or the like after being formed over the entire surface of the first insulating layer 120 including the inside of the first contact hole 122. . These contents can also be applied to the second contact layer 128.

なお、第1のコンタクト層126は、導電性を有していればその材質は限定されず、例えば後述の配線層180と同一材質により形成してもよい。また、第1のコンタクト層126を後述の配線層180と同一手法により(例えば一体的に)形成してもよい。   The material of the first contact layer 126 is not limited as long as it has conductivity. For example, the first contact layer 126 may be formed of the same material as a wiring layer 180 described later. Further, the first contact layer 126 may be formed (for example, integrally) by the same method as a wiring layer 180 described later.

上述と同様に、第2のコンタクト層128は、導電性を有していればその材質は限定されず、例えば後述の強誘電体キャパシタ130の下部電極132(又は上部電極136)と同一材質により形成してもよい。また、第2のコンタクト層128を後述の下部電極132と同一手法により(例えば一体的に)形成してもよい。   Similarly to the above, the material of the second contact layer 128 is not limited as long as it has conductivity. For example, the second contact layer 128 is made of the same material as the lower electrode 132 (or the upper electrode 136) of the ferroelectric capacitor 130 described later. It may be formed. Further, the second contact layer 128 may be formed (for example, integrally) by the same method as the lower electrode 132 described later.

(4−2)図8に示すように、配線層180を第1のコンタクト層126を含む領域上に形成する。配線層180は、例えばアルミニウムなどの金属材料から形成することができる。例えば、配線層180となる材料を全面にスパッタ法又はCVD法などにより成膜し、その後エッチングすることにより、所定のパターンを有する配線層180を形成する。配線層180は、第1のコンタクト層126を介して薄膜トランジスタ110に電気的に接続されている。   (4-2) As shown in FIG. 8, the wiring layer 180 is formed on the region including the first contact layer 126. The wiring layer 180 can be formed from a metal material such as aluminum. For example, the wiring layer 180 having a predetermined pattern is formed by forming a material to be the wiring layer 180 on the entire surface by sputtering or CVD, and then etching. The wiring layer 180 is electrically connected to the thin film transistor 110 through the first contact layer 126.

(4−3)図9に示すように、強誘電体キャパシタ130のうち、まず下部電極132を形成する。例えば下部電極132を、第2のコンタクト層128を含む領域上に形成する。下部電極132及び配線層180は、第1の絶縁層120上に形成することができる。すなわち、強誘電体キャパシタ130及び配線層180を同一レベル層に形成することができる。   (4-3) As shown in FIG. 9, first, the lower electrode 132 is formed in the ferroelectric capacitor 130. For example, the lower electrode 132 is formed on the region including the second contact layer 128. The lower electrode 132 and the wiring layer 180 can be formed on the first insulating layer 120. That is, the ferroelectric capacitor 130 and the wiring layer 180 can be formed in the same level layer.

下部電極132は、液滴吐出部(例えばプリンタヘッド)182からインク184を吐出する液滴吐出法により形成することができる。インク184は、導電性微粒子を含む分散液(例えば金属インク)であってもよい。導電性微粒子としては、例えば金、銀、銅、パラジウム、ニッケル、タンタル、アルミなどの金属微粒子、酸化物導電体の微粒子又は超電導体などのその他の微粒子が挙げられる。微粒子とは、特に大きさを限定したものではなく、分散液とともに吐出できる粒子である。導電性微粒子は、反応を抑制するために、有機物などのコート材によって被覆されていてもよい。分散液は、乾燥しにくく再溶解性のあるものであってもよい。導電性微粒子は、分散液中に均一に分散していてもよい。必要に応じて、分散液を揮発させる処理や、導電性微粒子を相互に結合(例えば焼結)させる処理(加熱)を行う。また吐出液として、導電性有機材料が溶解した溶液でもよい。   The lower electrode 132 can be formed by a droplet discharge method in which ink 184 is discharged from a droplet discharge portion (for example, a printer head) 182. The ink 184 may be a dispersion liquid (for example, metal ink) containing conductive fine particles. Examples of the conductive fine particles include metal fine particles such as gold, silver, copper, palladium, nickel, tantalum, and aluminum, fine particles of an oxide conductor, and other fine particles such as a superconductor. The fine particles are not particularly limited in size, and are particles that can be discharged together with the dispersion. The conductive fine particles may be coated with a coating material such as organic matter in order to suppress the reaction. The dispersion may be difficult to dry and re-dissolvable. The conductive fine particles may be uniformly dispersed in the dispersion. If necessary, a treatment for volatilizing the dispersion and a treatment (heating) for bonding (for example, sintering) the conductive fine particles to each other are performed. Further, the discharge liquid may be a solution in which a conductive organic material is dissolved.

下部電極132が導電性有機材料であれば、導電性有機材料は通常の金属よりも柔軟性を有するので、有機強誘電体層134の下地として使用すると、強誘電体キャパシタ130のヒステリシス特性が良好になる。導電性有機材料としては、例えば、導電性高分子であるポリエチレンジオキサンチオフェン(PEDOT)、ポリアニリンなどが挙げられる。   If the lower electrode 132 is a conductive organic material, the conductive organic material is more flexible than a normal metal. Therefore, when used as the base of the organic ferroelectric layer 134, the hysteresis characteristics of the ferroelectric capacitor 130 are good. become. Examples of the conductive organic material include polyethylene dioxane thiophene (PEDOT) and polyaniline which are conductive polymers.

液滴吐出法としては、インクジェット法、ジェルジェット(登録商標)法又はディスペンサ法を適用することができる。例えばインクジェット法によれば、インクジェットプリンタ用に実用化された技術を応用することによって、高速かつインクを無駄なく経済的に設けることができる。液滴吐出法を適用することにより、高価かつ手間のかかるフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を使用することなく、所定のパターンを有する下部電極132を直接形成することが可能になる。   As the droplet discharge method, an inkjet method, a gel jet (registered trademark) method, or a dispenser method can be applied. For example, according to the ink jet method, by applying a technique that has been put to practical use for an ink jet printer, ink can be provided at high speed and without waste. By applying the droplet discharge method, it is possible to directly form the lower electrode 132 having a predetermined pattern without using expensive and time-consuming photolithography technique and etching technique.

あるいは、下部電極132をスパッタ法、蒸着法により形成してもよい。その場合、必要に応じてフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を組み合わせてパターニングすることができる。また、下部電極132をメッキ法(例えば電気メッキ法又は無電解メッキ法)により形成してもよい。メッキ法の場合、あらかじめレジストの開口領域を所定のパターンに形成することにより、所定のパターンを有する下部電極132を直接形成することができ、エッチング工程を省略することができる。   Alternatively, the lower electrode 132 may be formed by sputtering or vapor deposition. In that case, patterning can be performed by combining a photolithography technique and an etching technique as necessary. Further, the lower electrode 132 may be formed by a plating method (for example, an electroplating method or an electroless plating method). In the case of the plating method, by forming the resist opening region in a predetermined pattern in advance, the lower electrode 132 having the predetermined pattern can be directly formed, and the etching process can be omitted.

(4−4)次に、図10に示すように、下部電極132上に有機強誘電体層134を形成する。有機強誘電体層134の有機強誘電体材料としては、例えばポリ(フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン)(P(VDF−TrFE))共重合体、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、(フッ化ビニリデン/トリフルオロエチレン)コオリゴマー、フッ化ビニリデンオリゴマー及び奇数ナイロンなどが挙げられる。例えば、VDF:TrFE比が75:25のポリ(フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン)共重合体を溶媒(例えばケトン系の溶媒)に溶かして所定の溶液にした後、下部電極132を含む領域上に成膜し、140℃〜150℃程度でアニールし、結晶化させる。有機強誘電体材料の場合、無機強誘電体材料と比較すると極めて低温でアニールすることができる。そのため、製造プロセスに使用する基板の選択自由度が高い。また、配線層180に熱によるダメージを与えることがないので、配線層180を強誘電体キャパシタ130よりも前工程に形成することが可能になり製造自由度も高い。また、低エネルギー処理により製造プロセスの容易化を図ることができる。さらに、有機強誘電体材料の配向性は、下地(下部電極132)にはあまり依存しないため、下部電極132の材料選択自由度の向上を図ることもできる。なお、有機強誘電体材料は重金属を含まないので、環境負荷の問題がなく、容易に廃棄可能である取り扱いが簡単である。   (4-4) Next, as shown in FIG. 10, the organic ferroelectric layer 134 is formed on the lower electrode 132. Examples of the organic ferroelectric material of the organic ferroelectric layer 134 include poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P (VDF-TrFE)) copolymer, polyvinylidene fluoride (PVDF), (vinylidene fluoride / (Trifluoroethylene) co-oligomer, vinylidene fluoride oligomer, odd-number nylon and the like. For example, a poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) copolymer having a VDF: TrFE ratio of 75:25 is dissolved in a solvent (for example, a ketone-based solvent) to obtain a predetermined solution, and then on the region including the lower electrode 132. And annealed at about 140 ° C. to 150 ° C. for crystallization. In the case of an organic ferroelectric material, annealing can be performed at an extremely low temperature as compared with an inorganic ferroelectric material. Therefore, there is a high degree of freedom in selecting a substrate to be used in the manufacturing process. Further, since the wiring layer 180 is not damaged by heat, the wiring layer 180 can be formed in a pre-process before the ferroelectric capacitor 130, and the manufacturing flexibility is high. Further, the manufacturing process can be facilitated by low energy treatment. Furthermore, since the orientation of the organic ferroelectric material does not depend much on the base (lower electrode 132), the degree of freedom in selecting the material of the lower electrode 132 can be improved. In addition, since the organic ferroelectric material does not contain heavy metal, there is no problem of environmental load, and handling that can be easily disposed of is easy.

有機強誘電体層134の成膜方法は、真空蒸着法、スピンコート法、LB(Langmuir-Blodgett)法、上述した液滴吐出法、LSMCD(Liquid Source Misted Chemical Deposition)法などが挙げられる。液滴吐出法によれば、所定のパターンを有する有機強誘電体層134を直接形成することができる。また、LSMCD法の場合も選択成長技術を組み合わせることにより、同様に所定のパターンに直接形成することができる。また、その他の方法の場合、必要に応じて有機強誘電体層134をエッチングによりパターニングしてもよい。   Examples of the method for forming the organic ferroelectric layer 134 include a vacuum deposition method, a spin coating method, an LB (Langmuir-Blodgett) method, the above-described droplet discharge method, and an LSMCD (Liquid Source Misted Chemical Deposition) method. According to the droplet discharge method, the organic ferroelectric layer 134 having a predetermined pattern can be directly formed. Similarly, in the case of the LSMCD method, a predetermined pattern can be directly formed by combining selective growth techniques. In the case of other methods, the organic ferroelectric layer 134 may be patterned by etching as necessary.

(4−5)次に、図10に示すように、有機強誘電体層134上に上部電極136を形成する。上部電極136の形成方法としては、上述した下部電極132の形成方法の内容を適用することができる。上部電極136の場合、下地となる有機強誘電体層134にダメージが与えられないように低パワーにより成膜することが好ましい。すなわち、上部電極136を蒸着法、メッキ法又は液滴吐出法により形成すると、成膜時のスパッタ法などにおける高エネルギー粒子による有機強誘電体層134のダメージを低減することができるので効果的である。   (4-5) Next, as shown in FIG. 10, the upper electrode 136 is formed on the organic ferroelectric layer 134. As the formation method of the upper electrode 136, the contents of the formation method of the lower electrode 132 described above can be applied. In the case of the upper electrode 136, it is preferable to form the film with low power so that the organic ferroelectric layer 134 as a base is not damaged. That is, if the upper electrode 136 is formed by a vapor deposition method, a plating method, or a droplet discharge method, it is effective because damage to the organic ferroelectric layer 134 due to high energy particles in a sputtering method during film formation can be reduced. is there.

なお、強誘電体キャパシタ130の形成工程は、配線層180の形成後に行ってもよいし、配線層180の形成前に行ってもよい。本実施の形態によれば、強誘電体キャパシタ130を低温プロセスにより製造することができるので、配線層180に熱によるダメージを与えることがなく、製造自由度の向上を図ることができる。   The formation process of the ferroelectric capacitor 130 may be performed after the wiring layer 180 is formed or may be performed before the wiring layer 180 is formed. According to the present embodiment, since the ferroelectric capacitor 130 can be manufactured by a low-temperature process, the wiring layer 180 is not damaged by heat, and the manufacturing flexibility can be improved.

こうして、下部電極132、有機強誘電体層134及び上部電極136を含む強誘電体キャパシタ130を形成することができる。この強誘電体キャパシタ130は、第2のコンタクト層128を介して薄膜トランジスタ110に電気的に接続されている。薄膜トランジスタ110は、強誘電体キャパシタ130への電荷蓄積のオン・オフを選択する選択トランジスタとして機能する。   Thus, the ferroelectric capacitor 130 including the lower electrode 132, the organic ferroelectric layer 134, and the upper electrode 136 can be formed. The ferroelectric capacitor 130 is electrically connected to the thin film transistor 110 through the second contact layer 128. The thin film transistor 110 functions as a selection transistor that selects on / off of charge accumulation in the ferroelectric capacitor 130.

(5)図11に示すように、強誘電体キャパシタ130上に第2の絶縁層140を形成する。第2の絶縁層140は、その上にさらにデバイスを形成するための層間絶縁層であってもよいし、最上層のパッシベーション層であってもよい。第2の絶縁層140は、強誘電体キャパシタ130を被覆して形成する。第2の絶縁層140の成膜温度は、上述した第1の絶縁層120の成膜温度よりも低くてもよい。特に、第2の絶縁層140の成膜温度が、例えば有機強誘電体層134の成膜温度よりも低くければ、強誘電体キャパシタ130の熱によるダメージを低減することができる。第2の絶縁層140は、例えばテトラメチルシラン(TMS)をCVD法により室温で成膜してもよい。あるいは、第2の絶縁層140として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)又は光硬化型樹脂(例えばUV硬化型樹脂)を成膜してもよい。いずれも少なくとも有機強誘電体層134の成膜温度よりも低温(例えば約150℃以下)により形成することができる。第2の絶縁層140は、上述したCVD法以外に、例えばシリカ微粒子を含む分散液や樹脂材料をスピンコート法、液滴吐出法、LSMCD法などにより成膜することができる。   (5) As shown in FIG. 11, the second insulating layer 140 is formed on the ferroelectric capacitor 130. The second insulating layer 140 may be an interlayer insulating layer for further forming a device thereon, or may be an uppermost passivation layer. The second insulating layer 140 is formed so as to cover the ferroelectric capacitor 130. The deposition temperature of the second insulating layer 140 may be lower than the deposition temperature of the first insulating layer 120 described above. In particular, if the film formation temperature of the second insulating layer 140 is lower than, for example, the film formation temperature of the organic ferroelectric layer 134, damage due to heat of the ferroelectric capacitor 130 can be reduced. The second insulating layer 140 may be formed by, for example, tetramethylsilane (TMS) at room temperature by a CVD method. Alternatively, as the second insulating layer 140, polymethyl methacrylate (PMMA) or a photocurable resin (for example, a UV curable resin) may be formed. Any of them can be formed at a temperature lower than the film forming temperature of the organic ferroelectric layer 134 (for example, about 150 ° C. or less). In addition to the above-described CVD method, the second insulating layer 140 can be formed by, for example, a dispersion liquid or a resin material containing silica fine particles by a spin coating method, a droplet discharge method, an LSMCD method, or the like.

なお、第2の絶縁層140の形成工程のみならず、強誘電体キャパシタ130の形成工程以降は、有機強誘電体層134の成膜温度(詳しくは結晶化時の温度)以上の高温のアニール処理を行わないほうが好ましい。こうすることにより、強誘電体キャパシタ130の熱によるダメージを低減することができる。   Not only the formation process of the second insulating layer 140 but also the formation process of the ferroelectric capacitor 130 and the subsequent annealing process at a temperature higher than the film formation temperature of the organic ferroelectric layer 134 (specifically, the temperature at the time of crystallization). It is preferable not to perform the treatment. By doing so, damage to the ferroelectric capacitor 130 due to heat can be reduced.

(6)転写技術を適用する場合には、図12〜図14に示すように、少なくとも1回(図では2回)の転写工程により被転写層170を完成品としての第2の基板200に転写する。   (6) When the transfer technique is applied, as shown in FIGS. 12 to 14, the transferred layer 170 is formed on the second substrate 200 as a finished product by a transfer process at least once (two times in the figure). Transcript.

例えば図12に示すように、第1の基板100(分離層102)上の被転写層170を他の基板(例えばガラス基板)150に転写する。その場合、基板150と被転写層170を図示しない接着層(例えば光硬化型接着層)により接着してもよい。その後、図13及び図14に示すように、分離層102の結合力を消失又は低減させ、第1の基板100と分離層102を順次又は同時に剥離する。分離層102の結合力を消失又は低減させる方法は上述した通りである。そして、最終的には被転写層170の一部(例えば絶縁層104)を露出させ、被転写層170を第2の基板200に転写する。被転写層170と第2の基板200の結合手段は限定されるものではなく、すでに説明した方法を適用することができる。   For example, as shown in FIG. 12, the transferred layer 170 on the first substrate 100 (separation layer 102) is transferred to another substrate (for example, a glass substrate) 150. In that case, the substrate 150 and the transferred layer 170 may be bonded by an adhesive layer (not shown) (for example, a photocurable adhesive layer). After that, as shown in FIGS. 13 and 14, the bonding force of the separation layer 102 is lost or reduced, and the first substrate 100 and the separation layer 102 are peeled sequentially or simultaneously. The method for eliminating or reducing the bonding strength of the separation layer 102 is as described above. Finally, a part of the transferred layer 170 (for example, the insulating layer 104) is exposed, and the transferred layer 170 is transferred to the second substrate 200. The coupling means between the transfer layer 170 and the second substrate 200 is not limited, and the method described above can be applied.

こうして、第2の基板200上に被転写層170(薄膜トランジスタ110及び強誘電体キャパシタ130を含む)を形成することができる。第2の基板200は、第1の基板100よりも耐熱性の低い(例えば歪点の低い)材料から構成されていてもよい。第2の基板200は、ポリイミド樹脂などのフレキシブル基板であってもよいし、第1の基板100よりも耐熱性の低いガラス基板であってもよい。あるいは、第2の基板200は、液晶素子やEL素子などの電気光学素子、その他の電子部品が搭載又は内蔵されているものであってもよい。その場合も、第2の基板200の電気光学素子又は電子部品の耐熱性が低ければ、上述した転写工程を行うと効果的である。   Thus, the transfer layer 170 (including the thin film transistor 110 and the ferroelectric capacitor 130) can be formed on the second substrate 200. The second substrate 200 may be made of a material that has lower heat resistance (for example, a lower strain point) than the first substrate 100. The second substrate 200 may be a flexible substrate such as a polyimide resin, or may be a glass substrate having lower heat resistance than the first substrate 100. Alternatively, the second substrate 200 may be one in which an electro-optical element such as a liquid crystal element or an EL element, or other electronic components are mounted or incorporated. Also in this case, if the electro-optical element or the electronic component of the second substrate 200 has low heat resistance, it is effective to perform the above-described transfer process.

なお、上述とは異なり、1回の転写により、第1の基板100から第2の基板200に直接的に被転写層170を転写してもよい。その場合には、第2の基板200側から順に強誘電体キャパシタ130及び薄膜トランジスタ110が配置される。   Note that, unlike the above, the transferred layer 170 may be directly transferred from the first substrate 100 to the second substrate 200 by one transfer. In that case, the ferroelectric capacitor 130 and the thin film transistor 110 are arranged in this order from the second substrate 200 side.

(有機強誘電体メモリの構造)
こうして、図15に示すように、有機強誘電体メモリ1000を形成することができる。この有機強誘電体メモリ1000は、薄膜トランジスタ110と、第1の絶縁層120と、第1及び第2のコンタクト層126,128と、配線層180と、強誘電体キャパシタ130と、第2の絶縁層140と、を含む。図16の回路図を参照すると、ワード線(WL)が薄膜トランジスタ110のゲート電極118に電気的に接続され、ビット線(BL)が配線層180に電気的に接続され、プレート線(PL)が強誘電体キャパシタ130の上部電極136に電気的に接続されている。有機強誘電体メモリ1000は、第2の基板(例えばフレキシブル基板)200上に形成されていてもよい。
(Structure of organic ferroelectric memory)
In this way, an organic ferroelectric memory 1000 can be formed as shown in FIG. The organic ferroelectric memory 1000 includes a thin film transistor 110, a first insulating layer 120, first and second contact layers 126 and 128, a wiring layer 180, a ferroelectric capacitor 130, and a second insulation. Layer 140. Referring to the circuit diagram of FIG. 16, the word line (WL) is electrically connected to the gate electrode 118 of the thin film transistor 110, the bit line (BL) is electrically connected to the wiring layer 180, and the plate line (PL) is connected. It is electrically connected to the upper electrode 136 of the ferroelectric capacitor 130. The organic ferroelectric memory 1000 may be formed on a second substrate (for example, a flexible substrate) 200.

なお、本実施の形態に係る有機強誘電体メモリは、上述の製造方法から導くことができる内容を含む。   The organic ferroelectric memory according to the present embodiment includes contents that can be derived from the manufacturing method described above.

(第1の変形例)
図17は、本実施の形態の第1の変形例を示す図であり、有機強誘電体メモリ及びその製造方法を説明する図である。
(First modification)
FIG. 17 is a diagram showing a first modification of the present embodiment, and is a diagram for explaining an organic ferroelectric memory and a manufacturing method thereof.

本変形例では、強誘電体キャパシタ230を配線層180よりも上層に形成する。すなわち、配線層180を形成した後、配線層180上に中間絶縁層190を形成し、中間絶縁層190上に強誘電体キャパシタ230(下部電極232、有機強誘電体層234、上部電極236を含む)を形成する。その場合、第1の絶縁層120及び中間絶縁層190を連続して貫通する第2のコンタクト層228により、薄膜トランジスタ110及び強誘電体キャパシタ230の電気的接続を図ることができる。中間絶縁層190の形成方法及び材料は、第1の絶縁層120の内容を適用することができる。なお、強誘電体キャパシタ230上に第2の絶縁層140を形成することは、すでに説明した通りである。   In this modification, the ferroelectric capacitor 230 is formed above the wiring layer 180. That is, after forming the wiring layer 180, the intermediate insulating layer 190 is formed on the wiring layer 180, and the ferroelectric capacitor 230 (the lower electrode 232, the organic ferroelectric layer 234, and the upper electrode 236 are formed on the intermediate insulating layer 190. Including). In that case, the thin film transistor 110 and the ferroelectric capacitor 230 can be electrically connected by the second contact layer 228 that continuously passes through the first insulating layer 120 and the intermediate insulating layer 190. The contents of the first insulating layer 120 can be applied to the formation method and material of the intermediate insulating layer 190. The formation of the second insulating layer 140 on the ferroelectric capacitor 230 is as already described.

本変形例によれば、有機強誘電体層234を含む強誘電体キャパシタ230を形成するので、例えば150℃以下の低温プロセスが可能になり、必要な配線層180等の素子を形成した後に強誘電体キャパシタ230を形成しても、配線層180等の素子に熱によるダメージを与えることがない。また、薄膜トランジスタ110及びその他の導電部(配線層180など)の形成工程と、強誘電体キャパシタ230の形成工程とを分離して行うことができるので、いずれか一方の工程が他方により制約されることがなく、製造自由度の向上を図ることができる。   According to this modification, since the ferroelectric capacitor 230 including the organic ferroelectric layer 234 is formed, a low temperature process of, for example, 150 ° C. or less is possible, and the ferroelectric layer 230 is formed after the necessary elements such as the wiring layer 180 are formed. Even if the dielectric capacitor 230 is formed, the elements such as the wiring layer 180 are not damaged by heat. In addition, since the formation process of the thin film transistor 110 and other conductive parts (such as the wiring layer 180) and the formation process of the ferroelectric capacitor 230 can be performed separately, one of the processes is restricted by the other. In this way, the manufacturing flexibility can be improved.

(第2の変形例)
図18は、本実施の形態の第2の変形例を示す図であり、有機強誘電体メモリの回路図である。上述の内容では、1トランジスタ1キャパシタ型の例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、いわゆる2トランジスタ2キャパシタ型の有機強誘電体メモリについて適用することができる。このメモリ構造によれば、上述した効果に加え、動作余裕度が高く、製造工程等に起因する特性ばらつきに対して強いという特徴がある。あるいは、上述の1T1C型、2T2C型とは別の他の蓄積容量型について本発明の内容を適用してもよい。
(Second modification)
FIG. 18 is a diagram showing a second modification of the present embodiment, and is a circuit diagram of an organic ferroelectric memory. In the above description, an example of a one-transistor one-capacitor type has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a so-called two-transistor two-capacitor type organic ferroelectric memory. According to this memory structure, in addition to the effects described above, there is a feature that the operation margin is high and it is strong against characteristic variations caused by manufacturing processes and the like. Alternatively, the contents of the present invention may be applied to another storage capacity type other than the above-described 1T1C type and 2T2C type.

(第3の変形例)
図19〜図22は、本実施の形態の第3の変形例を示す図であり、有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。本変形例では、強誘電体キャパシタ230のパターニング方法が上述と異なっている。
(Third Modification)
19 to 22 are views showing a third modification of the present embodiment, and are diagrams showing a method of manufacturing an organic ferroelectric memory. In this modification, the patterning method of the ferroelectric capacitor 230 is different from that described above.

まず、図19に示すように、所定のパターン及びその周囲を含む領域に、下部電極132a、有機強誘電体層134a、上部電極136aを順に積層する。その後、図20に示すように上部電極136をパターニングして形成する。例えばウエットエッチングによりパターニングすることができる。あるいは、所定のパターンを有する上部電極136を液滴吐出法により直接的に有機強誘電体層134aに形成してもよい。   First, as shown in FIG. 19, a lower electrode 132a, an organic ferroelectric layer 134a, and an upper electrode 136a are sequentially stacked in a region including a predetermined pattern and its periphery. Thereafter, as shown in FIG. 20, the upper electrode 136 is formed by patterning. For example, patterning can be performed by wet etching. Alternatively, the upper electrode 136 having a predetermined pattern may be directly formed on the organic ferroelectric layer 134a by a droplet discharge method.

その後、図20に示すように、所定のパターンを有する上部電極136をマスクとして有機強誘電体層134aをアッシングする。すなわち、反応性ガス(例えばプラズマ酸素ガスなど)により、有機強誘電体層134aのうちマスク(上部電極136)から露出する領域を揮発させて除去する。こうして、図21に示すように、有機強誘電体層134を上部電極136と同一パターンに形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 20, the organic ferroelectric layer 134a is ashed using the upper electrode 136 having a predetermined pattern as a mask. That is, a region exposed from the mask (upper electrode 136) in the organic ferroelectric layer 134a is volatilized and removed by a reactive gas (for example, plasma oxygen gas). In this way, as shown in FIG. 21, the organic ferroelectric layer 134 can be formed in the same pattern as the upper electrode 136.

あるいは、ドライエッチングにより上部電極136をパターニングすることにより、アッシングと同様の作用によって有機強誘電体層134を同時にパターニングしてもよい。   Alternatively, by patterning the upper electrode 136 by dry etching, the organic ferroelectric layer 134 may be simultaneously patterned by the same action as ashing.

なお、図22に示すように、下部電極132を所定の方法によりパターニングすることで、強誘電体キャパシタ130を形成することができる。   As shown in FIG. 22, the ferroelectric capacitor 130 can be formed by patterning the lower electrode 132 by a predetermined method.

本変形例によれば、上部電極136をマスクとして利用することにより、有機強誘電体層134をパターニングするためのマスクを形成する必要がなくなり、製造プロセスの容易化を図ることができる。   According to this modification, by using the upper electrode 136 as a mask, it is not necessary to form a mask for patterning the organic ferroelectric layer 134, and the manufacturing process can be facilitated.

(その他の変形例)
上述の製造方法では転写技術を適用した例を説明したが、完成品としての基板(第2の基板200)上に対して薄膜トランジスタ110及び強誘電体キャパシタ130などを直接形成してもよい。その場合に、使用する基板は、薄膜トランジスタ110及び強誘電体キャパシタ130の形成工程に対して耐熱性を有することが好ましい。
(Other variations)
Although an example in which the transfer technique is applied has been described in the above manufacturing method, the thin film transistor 110, the ferroelectric capacitor 130, and the like may be directly formed on a substrate (second substrate 200) as a finished product. In that case, it is preferable that the substrate to be used has heat resistance to the formation process of the thin film transistor 110 and the ferroelectric capacitor 130.

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and results). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the organic ferroelectric memory which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリを示す図である。1 is a diagram showing an organic ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る有機強誘電体メモリの回路図である。1 is a circuit diagram of an organic ferroelectric memory according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100…第1の基板 102…分離層 104…絶縁層 110…薄膜トランジスタ
114…薄膜半導体層 120…第1の絶縁層 122…第1のコンタクトホール
124…第2のコンタクトホール 126…第1のコンタクト層
128…第2のコンタクト層 130…強誘電体キャパシタ 132…下部電極
134…有機強誘電体層 136…上部電極 150…第2の絶縁層
170…被転写層 180…配線層 190…中間絶縁層 200…第2の基板
228…第2のコンタクト層 230…強誘電体キャパシタ 234…有機強誘電体層
236…上部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... 1st board | substrate 102 ... Separation layer 104 ... Insulating layer 110 ... Thin film transistor 114 ... Thin film semiconductor layer 120 ... 1st insulating layer 122 ... 1st contact hole 124 ... 2nd contact hole 126 ... 1st contact layer 128 ... second contact layer 130 ... ferroelectric capacitor 132 ... lower electrode 134 ... organic ferroelectric layer 136 ... upper electrode 150 ... second insulating layer 170 ... transfer layer 180 ... wiring layer 190 ... intermediate insulating layer 200 ... second substrate 228 ... second contact layer 230 ... ferroelectric capacitor 234 ... organic ferroelectric layer 236 ... upper electrode

Claims (15)

有機強誘電体メモリの製造方法であって、
(a)薄膜半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する薄膜トランジスタを形成すること、
(b)前記薄膜トランジスタの上方に第1の絶縁層を形成すること、
(c)前記第1の絶縁層に前記薄膜半導体層と電気的に接続する第1のコンタクト層、及び前記第1の絶縁層に前記薄膜半導体層と電気的に接続する第2のコンタクト層を形成すること、
(d)前記第1のコンタクト層と電気的に接続する配線層を形成すること、
(e)前記第2のコンタクト層と電気的に接続し、かつ下部電極、有機強誘電体層及び上部電極を有する強誘電体キャパシタを形成すること、
(f)前記強誘電体キャパシタの上方に第2の絶縁層を形成すること、
を含む、有機強誘電体メモリの製造方法。
An organic ferroelectric memory manufacturing method comprising:
(A) forming a thin film transistor having a thin film semiconductor layer, a gate insulating layer, and a gate electrode;
(B) forming a first insulating layer above the thin film transistor;
(C) a first contact layer electrically connected to the thin film semiconductor layer to the first insulating layer, and a second contact layer electrically connected to the thin film semiconductor layer to the first insulating layer. Forming,
(D) forming a wiring layer electrically connected to the first contact layer;
(E) forming a ferroelectric capacitor electrically connected to the second contact layer and having a lower electrode, an organic ferroelectric layer and an upper electrode;
(F) forming a second insulating layer above the ferroelectric capacitor;
A method for manufacturing an organic ferroelectric memory, comprising:
請求項1記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(a)工程で、前記薄膜トランジスタを液体シリコン材料を塗布することにより又は液滴吐出法により形成する、有機強誘電体メモリの製造方法
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory of Claim 1,
In the step (a), the thin film transistor is formed by applying a liquid silicon material or by a droplet discharge method.
請求項1又は請求項2記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記有機強誘電体層を液滴吐出法により所定のパターンに形成する、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory of Claim 1 or Claim 2,
A method of manufacturing an organic ferroelectric memory, wherein in the step (e), the organic ferroelectric layer is formed in a predetermined pattern by a droplet discharge method.
請求項1又は請求項2記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記上部電極を所定のパターンを有するように形成し、前記所定のパターンを有する前記上部電極をマスクとして前記有機強誘電体層をアッシングすることにより、前記有機強誘電体層をパターニングする、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory of Claim 1 or Claim 2,
In the step (e), the organic ferroelectric layer is formed by ashing the organic ferroelectric layer using the upper electrode having the predetermined pattern as a mask by forming the upper electrode to have a predetermined pattern. A method of manufacturing an organic ferroelectric memory, wherein a layer is patterned.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれか一方を導電性有機材料により形成する、有機強誘電体メモリ。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-4,
An organic ferroelectric memory, wherein at least one of the lower electrode and the upper electrode is formed of a conductive organic material in the step (e).
請求項1から請求項5のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれか一方を液滴吐出法により所定のパターンに形成する、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-5,
A method of manufacturing an organic ferroelectric memory, wherein in the step (e), at least one of the lower electrode and the upper electrode is formed in a predetermined pattern by a droplet discharge method.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(e)工程で、前記下部電極及び上部電極の少なくともいずれか一方を蒸着法又はメッキ法により形成する、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-5,
In the step (e), at least one of the lower electrode and the upper electrode is formed by a vapor deposition method or a plating method.
請求項1から請求項7のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(f)工程における前記第2の絶縁層の成膜温度は、前記(b)工程における前記第1の絶縁層の成膜温度よりも低い、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-7,
The method for manufacturing an organic ferroelectric memory, wherein a film forming temperature of the second insulating layer in the step (f) is lower than a film forming temperature of the first insulating layer in the step (b).
請求項1から請求項8のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
少なくとも前記(a)工程を第1の基板に対して行い、前記第1の基板の上方に前記薄膜トランジスタを含む被転写層を形成し、
少なくとも1回の転写工程により、前記被転写層を第2の基板に転写させることをさらに含む、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-8,
Performing at least the step (a) on the first substrate, forming a transfer layer including the thin film transistor above the first substrate,
A method of manufacturing an organic ferroelectric memory, further comprising transferring the transferred layer to a second substrate by at least one transfer step.
請求項1から請求項9のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記第2の基板は、フレキシブル基板である、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-9,
The method of manufacturing an organic ferroelectric memory, wherein the second substrate is a flexible substrate.
請求項1から請求項10のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記有機強誘電体層は、ポリ(フッ化ビニリデン/トリフルオロエチレン)共重合体、ポリフッ化ブニリデン、(フッ化ビニリデン/トリフルオロエチレン)コオリゴマー、フッ化ビニリデンオリゴマー及び奇数ナイロンのいずれかの有機強誘電体材料からなる、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-10,
The organic ferroelectric layer is an organic material selected from poly (vinylidene fluoride / trifluoroethylene) copolymer, polyvinylidene fluoride, (vinylidene fluoride / trifluoroethylene) co-oligomer, vinylidene fluoride oligomer, and odd-number nylon. A method for manufacturing an organic ferroelectric memory comprising a ferroelectric material.
請求項1から請求項11のいずれかに記載の有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記(d)工程後に、前記配線層の上方に中間絶縁層を形成することをさらに含み、
前記(e)工程で、前記強誘電体キャパシタを前記中間絶縁層の上方に形成する、有機強誘電体メモリの製造方法。
In the manufacturing method of the organic ferroelectric memory in any one of Claims 1-11,
After the step (d), further comprising forming an intermediate insulating layer above the wiring layer;
In the step (e), the ferroelectric capacitor is formed above the intermediate insulating layer in the step (e).
蓄積容量型の有機強誘電体メモリであって、
薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタの上方に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層を貫通する第1のコンタクト層と、
前記第1の絶縁層を貫通する第2のコンタクト層と、
前記第1のコンタクト層を介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続された配線層と、
前記第2のコンタクト層を介して前記薄膜トランジスタと電気的に接続され、かつ下部電極、有機強誘電体層及び上部電極を有する強誘電体キャパシタと、
前記強誘電体キャパシタの上方に形成された第2の絶縁層と、
を含む、有機強誘電体メモリ。
A storage capacitor type organic ferroelectric memory,
A thin film transistor;
A first insulating layer formed above the thin film transistor;
A first contact layer penetrating the first insulating layer;
A second contact layer penetrating the first insulating layer;
A wiring layer electrically connected to the thin film transistor through the first contact layer;
A ferroelectric capacitor electrically connected to the thin film transistor through the second contact layer and having a lower electrode, an organic ferroelectric layer and an upper electrode;
A second insulating layer formed above the ferroelectric capacitor;
Including an organic ferroelectric memory.
請求項13記載の有機強誘電体メモリにおいて、
前記下部電極及び前記上部電極の少なくともいずれか一方は、導電性有機材料からなる、有機強誘電体メモリ。
The organic ferroelectric memory according to claim 13, wherein
An organic ferroelectric memory in which at least one of the lower electrode and the upper electrode is made of a conductive organic material.
請求項13又は請求項14記載の有機強誘電体メモリにおいて、
フレキシブル基板の上方に形成されている、有機強誘電体メモリ。
The organic ferroelectric memory according to claim 13 or 14,
An organic ferroelectric memory formed above a flexible substrate.
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