JP2008147632A - Method for forming organic ferroelectric film, method for manufacturing memory element, memory device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機強誘電体膜の形成方法、記憶素子の製造方法、記憶装置、および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a method for forming an organic ferroelectric film, a method for manufacturing a memory element, a memory device, and an electronic apparatus.
記憶素子としては、強誘電体材料で構成された強誘電体膜にその厚さ方向に電界を印加することにより、その分極状態を変化させ、データの書き込み・読み出しを行うものが知られている。このような記憶素子は、強誘電体膜における分極状態が双安定であり、電界の印加停止後においても保持されるので、不揮発性のメモリとして用いることができる。
近年、かかる記憶素子のフレキシブル化を図ることなどを目的として、強誘電体材料として有機強誘電体材料を用いていることが提案されている。このような有機強誘電体材料としては、メモリの特性向上などの目的から、非特許文献1に開示されているような結晶性を有する有機強誘電体材料が用いられる。
As a memory element, there is known a memory element in which a polarization state is changed by applying an electric field in a thickness direction to a ferroelectric film made of a ferroelectric material to write / read data. . Such a memory element can be used as a nonvolatile memory because the polarization state in the ferroelectric film is bistable and is retained even after the application of the electric field is stopped.
In recent years, it has been proposed to use an organic ferroelectric material as a ferroelectric material for the purpose of making the memory element flexible. As such an organic ferroelectric material, an organic ferroelectric material having crystallinity as disclosed in Non-Patent
このような有機強誘電体材料を用いた強誘電体膜を形成するに際しては、結晶性を制御することが容易でない蒸着法などの気相薄膜形成プロセスよりも、有機強誘電体材料を含む液体を用い、スピンコート法などの液相薄膜形成プロセスと結晶化プロセスとの組み合わせたプロセスの方が材料選択の自由度やプロセスコストの面で適している。
例えば、従来では、かかる液体を下部電極上に塗布し、これを乾燥・結晶化して強誘電体膜を形成した後、この強誘電体膜上に気相成膜法を用いて上部電極を形成する。このような液体を用いて強誘電体膜を形成することは、気相薄膜形成プロセスのように大型の真空装置を使用することなく、常温常圧に近い条件下で行うことができるので、記憶素子の製造時における省エネルギー化・低コスト化をもたらす。
When forming a ferroelectric film using such an organic ferroelectric material, a liquid containing an organic ferroelectric material is used rather than a vapor phase thin film forming process such as a vapor deposition method in which it is not easy to control crystallinity. A combination of a liquid phase thin film forming process such as a spin coating method and a crystallization process is more suitable in terms of freedom of material selection and process cost.
For example, conventionally, after applying such a liquid on the lower electrode and drying and crystallizing it to form a ferroelectric film, the upper electrode is formed on the ferroelectric film using a vapor deposition method. To do. Forming a ferroelectric film using such a liquid can be performed under conditions close to room temperature and normal pressure without using a large vacuum apparatus as in the vapor phase thin film formation process. This leads to energy saving and cost reduction during device manufacturing.
しかしながら、従来では、下部電極上に塗布した液体を露出した状態で乾燥・結晶化を行うため、有機強誘電体の結晶化に伴って、強誘電体膜の下部電極と反対側の面に、粗大な結晶粒子による凹凸が形成されてしまう。そのため、従来にかかる記憶素子の製造方法では、強誘電体膜の厚みが結晶粒子のサイズと同程度まで薄くなってくると、上部電極を形成したときに、強誘電体膜の前記凹凸の凹部に電極材料が入り込んでしまい、上部電極と下部電極との間の距離が局所的に小さくなり近接または接触し、リーク電流の増加や、上部電極と下部電極との間でのショートを招くおそれがある。前述したような強誘電体膜の凹凸の粗さは強誘電体膜の厚さが変わっても大きく変化することが無いため、強誘電体膜の厚さが薄くなる程、悪影響が顕著になる。 However, conventionally, since the liquid applied on the lower electrode is dried and crystallized in a state where the liquid is exposed, along with the crystallization of the organic ferroelectric, on the surface opposite to the lower electrode of the ferroelectric film, Unevenness due to coarse crystal particles is formed. Therefore, in the conventional method for manufacturing a memory element, when the thickness of the ferroelectric film becomes as thin as the size of the crystal particles, the concave and convex portions of the ferroelectric film are formed when the upper electrode is formed. The electrode material may get into the electrode, and the distance between the upper electrode and the lower electrode will be locally reduced and close to or in contact with each other, leading to an increase in leakage current and a short circuit between the upper electrode and the lower electrode. is there. Since the roughness of the unevenness of the ferroelectric film as described above does not change greatly even if the thickness of the ferroelectric film changes, the adverse effect becomes more pronounced as the thickness of the ferroelectric film becomes thinner. .
フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、あるいはフッ化ビニリデンの重合体に代表される有機強誘電体は、一般に抗電界が非常に高く、低電圧駆動化を図るためには、強誘電体薄膜の膜厚さを極めて薄くすることが必要とされる。ところが、上に述べた理由等により、これまで、強誘電体膜の膜厚を非常に薄くすることによる記憶素子の低電圧駆動化は、大変に困難であった。 Organic ferroelectrics typified by copolymers of vinylidene fluoride and trifluoroethylene or vinylidene fluoride polymers generally have a very high coercive electric field. It is necessary to make the body thin film very thin. However, for the reasons described above, it has been very difficult to drive the memory element at a low voltage by making the ferroelectric film very thin.
本発明の目的は、有機強誘電体膜の形成方法、記憶素子の製造方法、記憶装置、および電子機器を提供することにある。 The objective of this invention is providing the formation method of an organic ferroelectric film, the manufacturing method of a memory element, a memory | storage device, and an electronic device.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明に係るひとつの有機強誘電体膜の形成方法は、結晶性を有する有機強誘電体材料を主材料として構成された有機強誘電体膜の形成方法であって、基板の一方面上に、前記有機強誘電体膜の結晶化度よりも低い結晶化度の低結晶化度膜を形成する第1の工程と、
前記低結晶化度膜から前記有機強誘電体膜を形成する第2の工程と、を有し、前記第1の工程は、前記基板の一方面上に前記有機強誘電体材料を含む液体材料を塗布・乾燥する工程を含み、前記第2の工程は、前記低結晶化度膜を加熱・加圧することにより、前記低結晶化度膜を整形しつつ前記低結晶化度膜中の結晶化度を高める工程を含む、ことを特徴とする。
また、本発明において、前記低結晶化度膜における結晶化度は、前記有機強誘電体膜の結晶化度の80%以下であることが好ましい。
Such an object is achieved by the present invention described below.
One method of forming an organic ferroelectric film according to the present invention is a method of forming an organic ferroelectric film composed mainly of an organic ferroelectric material having crystallinity, on one surface of a substrate. A first step of forming a low crystallinity film having a crystallinity lower than the crystallinity of the organic ferroelectric film;
Forming the organic ferroelectric film from the low crystallinity film, and the first process includes a liquid material containing the organic ferroelectric material on one surface of the substrate. And the second step includes crystallization in the low crystallinity film while shaping the low crystallinity film by heating and pressurizing the low crystallinity film. Including a step of increasing the degree.
In the present invention, the crystallinity in the low crystallinity film is preferably 80% or less of the crystallinity of the organic ferroelectric film.
これにより、低結晶化度膜の基板と反対側の面が型により平滑化された状態を維持しつつ、有機強誘電体材料の結晶化が進行する。したがって、有機強誘電体材料の結晶粒子が自由に成長して表面が荒れるのを防ぐことができる。そのため、得られる有機強誘電体膜の基板と反対側の面が平滑化され、有機強誘電体膜の膜厚が局所的に小さくなるのを防止することができる。 As a result, the crystallization of the organic ferroelectric material proceeds while the surface of the low crystallinity film on the side opposite to the substrate is kept smooth by the mold. Therefore, it is possible to prevent crystal grains of the organic ferroelectric material from growing freely and roughing the surface. Therefore, the surface of the obtained organic ferroelectric film opposite to the substrate is smoothed, and it is possible to prevent the film thickness of the organic ferroelectric film from being locally reduced.
本発明に係る他のひとつの有機強誘電体膜の形成方法は、結晶性を有する有機強誘電体材料を主材料として構成された有機強誘電体膜の製造方法であって、基板の一方の面上に、前記有機強誘電体膜の結晶化度よりも低い結晶化度の低結晶化度膜を形成する第1の工程と、前記低結晶化度膜から前記有機強誘電体膜を形成する第2の工程と、を有し、前記第1の工程は、前記基板の一方面上に前記有機強誘電体材料を含む液体材料を塗布・乾燥する工程を含み、前記第2の工程は、前記低結晶度化膜を加熱して前記低結晶化度膜の結晶化度を高めた結晶膜を形成する第3の工程と、前記結晶膜を加熱・加圧することにより前記結晶膜を整形し前記有機強誘電体膜を形成する第4の工程とを含む、ことを特徴とする。
これにより、結晶化により結晶膜の基板と反対側の面に、有機強誘電体材料の結晶粒で構成された凹凸が形成されていても、有機強誘電体膜の基板と反対側の面を平滑にすることができる。そのため、有機強誘電体膜の膜厚が局所的に小さくなるのを防止することができる。
Another method for forming an organic ferroelectric film according to the present invention is a method for producing an organic ferroelectric film composed mainly of an organic ferroelectric material having crystallinity. A first step of forming a low crystallinity film having a crystallinity lower than the crystallinity of the organic ferroelectric film on the surface; and forming the organic ferroelectric film from the low crystallinity film And the second step includes applying and drying a liquid material containing the organic ferroelectric material on one surface of the substrate, and the second step includes: A third step of heating the low crystallinity film to form a crystal film in which the crystallinity of the low crystallinity film is increased, and shaping the crystal film by heating and pressurizing the crystal film And a fourth step of forming the organic ferroelectric film.
As a result, even if irregularities made of crystal grains of the organic ferroelectric material are formed on the surface opposite to the substrate of the crystal film by crystallization, the surface opposite to the substrate of the organic ferroelectric film is formed. Can be smooth. Therefore, it is possible to prevent the organic ferroelectric film from being locally reduced in film thickness.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記第2の工程では、前記加圧の圧力が、0.1〜10MPa/cm2であることが好ましい。
これにより、得られる有機強誘電体膜の基板と反対側の面を極めて平滑な面とすることができる。
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記有機強誘電体膜の膜厚は、5nm〜500nmであることが好ましい。
これにより、得られる有機強誘電体膜の薄膜化を図りつつ、有機強誘電体膜の膜厚が局所的に小さくなるのをより確実に防止することができる。
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, in the second step, the pressurizing pressure is preferably 0.1 to 10 MPa / cm 2 .
Thereby, the surface on the opposite side to the board | substrate of the organic ferroelectric film obtained can be made into a very smooth surface.
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, the thickness of the organic ferroelectric film is preferably 5 nm to 500 nm.
Thereby, it is possible to more reliably prevent the organic ferroelectric film from being locally reduced in thickness while reducing the thickness of the obtained organic ferroelectric film.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記有機強誘電体材料は、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンの重合体のうちの1種を単独または2種を組み合わせたものであることが好ましい。
このような有機強誘電体材料は抗電界が非常に高い。そのため、例えば、このような有機強誘電体材料を構成材料とする有機強誘電体膜を記憶素子に用いる場合、低駆動電圧化のため、有機強誘電体膜を極めて薄くする必要がある。したがって、本発明を適用することによる得られる効果が顕著となる。
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, the organic ferroelectric material may be one or two of a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene and a polymer of vinylidene fluoride. It is preferable that these are combined.
Such an organic ferroelectric material has a very high coercive electric field. Therefore, for example, when an organic ferroelectric film having such an organic ferroelectric material as a constituent material is used for a memory element, it is necessary to make the organic ferroelectric film extremely thin in order to reduce the driving voltage. Therefore, the effect obtained by applying the present invention becomes remarkable.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記有機強誘電体材料を含む液状材料は、前記有機強誘電体材料を溶媒に溶解したものであることが好ましい。
これにより、得られる有機強誘電体膜の薄膜化を図りつつ、有機強誘電体膜の膜厚が局所的に小さくなるのをより確実に防止することができる。
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記第2の工程では、前記結晶化度を高めるための前記加熱の温度が、80〜200℃であることが好ましい。
これにより、低結晶化度膜内の有機強誘電体材料を効率的に結晶化することができる。
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, the liquid material containing the organic ferroelectric material is preferably a solution obtained by dissolving the organic ferroelectric material in a solvent.
Thereby, it is possible to more reliably prevent the organic ferroelectric film from being locally reduced in thickness while reducing the thickness of the obtained organic ferroelectric film.
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, in the second step, the heating temperature for increasing the crystallinity is preferably 80 to 200 ° C.
Thereby, the organic ferroelectric material in the low crystallinity film can be efficiently crystallized.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記第2の工程では、前記結晶化度を高めた後、前記加圧状態を維持したまま冷却を行うことが好ましい。
これにより、有機強誘電体膜の基板と反対側の面をより確実に平滑化した状態とすることができる。
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記冷却は、前記有機強誘電体材料のガラス転移点以下で行うことが好ましい。
これにより、結晶化をより確実に行うことができる。
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, in the second step, it is preferable to perform cooling while maintaining the pressurized state after increasing the crystallinity.
As a result, the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate can be more reliably smoothed.
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, it is preferable that the cooling is performed below the glass transition point of the organic ferroelectric material.
Thereby, crystallization can be performed more reliably.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記第1の工程の後、かつ、前記第2の工程の前に、前記低結晶化度膜を加熱して軟化させる工程を有することが好ましい。
これにより、有機強誘電体膜の基板と反対側の面をより確実に平滑化した状態とすることができる。
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記第2の工程では、前記整形を、前記有機強誘電体膜の有効領域を規定し得る型を前記基板に向け押圧することにより行うことが好ましい。
これにより、有機強誘電体膜の形状を所望のものとすることができる。
The method for forming an organic ferroelectric film of the present invention preferably includes a step of heating and softening the low crystallinity film after the first step and before the second step. .
As a result, the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate can be more reliably smoothed.
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, in the second step, the shaping is performed by pressing a mold capable of defining an effective area of the organic ferroelectric film toward the substrate. preferable.
Thereby, the shape of the organic ferroelectric film can be made desired.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記型は、その押圧面に離型処理が施されていることが好ましい。
これにより、型の取り外しが簡単になるとともに、型への有機強誘電体材料の固着を防止し、有機強誘電体膜の基板と反対側の面の平滑性をより優れたものとすることができる。
In the method for forming an organic ferroelectric film of the present invention, it is preferable that the pressing surface of the mold is subjected to a release treatment.
This makes it easy to remove the mold, prevents the organic ferroelectric material from sticking to the mold, and improves the smoothness of the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate. it can.
本発明の有機強誘電体膜の形成方法では、前記第1の工程の前に、前記基板上に第1の電極を形成し、前記第1の工程では、前記第1の電極の前記基板とは反対側の面上に前記低結晶化度膜を形成し、前記第2の工程では、前記加圧に際し、前記型と前記第1の電極との間に電界を印加しつつ、前記結晶化を行うことが好ましい。
これにより、得られる有機強誘電体膜内の有機強誘電体材料の結晶方位を揃えることができる。そのため、得られる記憶素子では、有機強誘電体材料の分極軸の方位のゆらぎによる分極のロスを低減することができる。すなわち、得られる有機強誘電体膜内の有機強誘電体材料の分極軸方向を、できるだけ有機強誘電体膜の厚さ方向(電界の印加方向)に揃えることができるので、得られる記憶素子では、分極反転の応答性の向上を図るとともに、ヒステリシス曲線における角型性を優れたものとすることができる。
In the method of forming an organic ferroelectric film of the present invention, a first electrode is formed on the substrate before the first step, and in the first step, the substrate of the first electrode Forming the low crystallinity film on the opposite surface, and in the second step, the crystallization is performed while applying an electric field between the mold and the first electrode during the pressing. It is preferable to carry out.
Thereby, the crystal orientation of the organic ferroelectric material in the obtained organic ferroelectric film can be made uniform. Therefore, in the obtained memory element, the loss of polarization due to the fluctuation of the orientation of the polarization axis of the organic ferroelectric material can be reduced. That is, the polarization axis direction of the organic ferroelectric material in the obtained organic ferroelectric film can be aligned with the thickness direction of the organic ferroelectric film (the direction in which the electric field is applied) as much as possible. Thus, the response of polarization inversion can be improved and the squareness in the hysteresis curve can be improved.
本発明に係るひとつの記憶素子の製造方法は、結晶性を有する有機強誘電体材料を主材料として構成された有機強誘電体膜を用いた記憶素子の製造方法であって、基板の一方面上に、第1の電極を形成する工程と、前記第1の電極の前記基板とは反対側の面上に前記有機強誘電体膜の結晶化度よりも低い結晶化度の低結晶化度膜を形成する第1の工程と、 前記低結晶化度膜から前記有機強誘電体膜を形成する第2の工程と、前記有機強誘電体膜の前記第1の電極とは反対側の面上に、第2の電極を形成する工程と、を含み、前記第1の工程は、前記基板の一方面上に前記有機強誘電体材料を含む液体材料を塗布・乾燥する工程を含み、前記第2の工程は、前記低結晶化度膜を加熱・加圧することにより、前記低結晶化度膜を整形しつつ前記低結晶化度膜中の結晶化度を高める工程を含む、ことを特徴とする。 One method of manufacturing a memory element according to the present invention is a method of manufacturing a memory element using an organic ferroelectric film composed mainly of an organic ferroelectric material having crystallinity, which is one side of a substrate. A step of forming a first electrode; and a low crystallinity of a crystallinity lower than the crystallinity of the organic ferroelectric film on the surface of the first electrode opposite to the substrate A first step of forming a film; a second step of forming the organic ferroelectric film from the low crystallinity film; and a surface of the organic ferroelectric film opposite to the first electrode Forming a second electrode on the substrate, wherein the first step includes a step of applying and drying a liquid material containing the organic ferroelectric material on one surface of the substrate, The second step is to heat and pressurize the low crystallinity film while shaping the low crystallinity film. Comprising the step of increasing the degree of crystallinity in crystallinity film, characterized in that.
これにより、有機強誘電体膜を第1の電極と第2の電極とで挟持した構造体を基板上に形成してなるキャパシタを形成することができる。この場合、有機強誘電体膜の基板と反対側の面が平滑化されているため、第1の電極と第2の電極との間の距離が局所的に小さくなるのを防止することができる。その結果、有機強誘電体膜を薄くしても、得られる記憶素子は、リーク電流の増加を防止するとともに、第1の電極と第2の電極との間の短絡を防止することができる。すなわち、有機強誘電体膜を薄くして、駆動電圧を低減することができる。
また、この本発明では、大型の真空装置を用いる気相薄膜形成プロセスに比べてエネルギーをあまり必要とせず、比較的低温条件で簡易なプロセスにより記憶素子を形成することができる。そのため、製造装置の低コスト化を図ることができるとともに、記憶素子、さらには記憶装置を構成する材料の選択の幅が広がる。
As a result, it is possible to form a capacitor formed by forming on the substrate a structure in which the organic ferroelectric film is sandwiched between the first electrode and the second electrode. In this case, since the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate is smoothed, it is possible to prevent the distance between the first electrode and the second electrode from being locally reduced. . As a result, even if the organic ferroelectric film is thinned, the obtained memory element can prevent an increase in leakage current and a short circuit between the first electrode and the second electrode. That is, the organic ferroelectric film can be thinned to reduce the driving voltage.
Further, in the present invention, less energy is required than in the vapor phase thin film forming process using a large vacuum apparatus, and the memory element can be formed by a simple process under relatively low temperature conditions. Therefore, the cost of the manufacturing apparatus can be reduced, and the range of selection of the memory element and further the material constituting the memory device is expanded.
本発明の記憶素子の製造方法では、更に前記第1の電極を形成する工程の後、かつ、前記第1の工程の前に、半導体膜を形成する工程を含み、前記第1の電極を形成する工程で形成する前記第1の電極は、互いに間隔を隔てて設けられた1対の電極であり、前記半導体膜を形成する工程において、前記1対の電極のそれぞれに接触するように前記半導体膜を形成し、前記第1の工程において形成される前記低結晶化度膜は、前記半導体膜の前記基板とは反対側の面上に形成されるのが好ましい。 The method for manufacturing a memory element according to the present invention further includes a step of forming a semiconductor film after the step of forming the first electrode and before the first step, and forming the first electrode. The first electrode formed in the step of forming is a pair of electrodes spaced apart from each other, and in the step of forming the semiconductor film, the semiconductor electrode is in contact with each of the pair of electrodes. It is preferable that the low crystallinity film formed in the first step is formed on a surface of the semiconductor film opposite to the substrate.
これにより、いわゆる1T(トランジスタ)型の記憶装置に用いることが可能な記憶素子を得ることができる。この場合、有機強誘電体膜の基板と反対側の面が平滑化されているため、半導体膜と第2の電極との間の距離が局所的に小さくなるのを防止することができる。その結果、有機強誘電体膜を薄くしても、得られる記憶素子は、リーク電流の増加を防止するとともに、半導体膜と第2の電極との間の短絡を防止することができる。すなわち、有機強誘電体膜を薄くして、駆動電圧を低減することができる。
また、この本発明では、大型の真空装置を用いる気相薄膜形成プロセスに比べてエネルギーをあまり必要とせず、比較的低温条件で簡易なプロセスにより記憶素子を形成することができる。そのため、製造装置の低コスト化を図ることができるとともに、記憶素子、さらには記憶装置を構成する材料の選択の幅が広がる。
Accordingly, a memory element that can be used for a so-called 1T (transistor) type memory device can be obtained. In this case, since the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate is smoothed, it is possible to prevent the distance between the semiconductor film and the second electrode from being locally reduced. As a result, even if the organic ferroelectric film is thinned, the obtained memory element can prevent an increase in leakage current and a short circuit between the semiconductor film and the second electrode. That is, the organic ferroelectric film can be thinned to reduce the driving voltage.
Further, in the present invention, less energy is required than in the vapor phase thin film forming process using a large vacuum apparatus, and the memory element can be formed by a simple process under relatively low temperature conditions. Therefore, the cost of the manufacturing apparatus can be reduced, and the range of selection of the memory element and further the material constituting the memory device is expanded.
本発明に係る記憶装置は、本発明の記憶素子の製造方法で製造された記憶素子を備えることを特徴とする。
これにより、結晶性を有する有機強誘電体材料を有機強誘電体膜の構成材料として用いても、駆動電圧の低減化を図ることができる記憶装置を提供することができる。また、このような記憶装置は、リーク電流の低減および短絡の防止により、優れた信頼性を有する。
A memory device according to the present invention includes a memory element manufactured by the method for manufacturing a memory element of the present invention.
Accordingly, it is possible to provide a memory device that can reduce the driving voltage even when an organic ferroelectric material having crystallinity is used as a constituent material of the organic ferroelectric film. Further, such a storage device has excellent reliability by reducing leakage current and preventing short circuit.
本発明に係る電子機器は、本発明の記憶装置を備えることを特徴とする。
これにより、結晶性を有する有機強誘電体材料を有機強誘電体膜の構成材料として用いても、駆動電圧の低減化を図ることができる電子機器を提供することができる。また、このような電子機器は、リーク電流の低減および短絡の防止により、優れた信頼性を有する。
An electronic apparatus according to the present invention includes the storage device of the present invention.
As a result, it is possible to provide an electronic device capable of reducing the driving voltage even when an organic ferroelectric material having crystallinity is used as a constituent material of the organic ferroelectric film. Moreover, such an electronic device has excellent reliability by reducing leakage current and preventing short circuit.
以下、本発明の記憶素子の製造方法、記憶装置、および電子機器の好適な実施形態について説明する。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態を説明する。
<記憶素子>
まず、本発明の記憶素子の製造方法を用いて製造された記憶素子の実施形態を図1に基づいて説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of a method for manufacturing a memory element, a memory device, and an electronic device according to the present invention will be described.
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described.
<Storage element>
First, an embodiment of a memory element manufactured using the method for manufacturing a memory element of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の第1実施形態にかかる記憶素子を示す縦断面図である。なお、以下、説明の便宜上、図2中における「上」を「上」、「下」を「下」という。
図1に示す記憶素子1は、例えば記憶装置等の各種電子デバイスに組み込んで使用されるものであり、基板2、下部電極(第1の電極)3、有機強誘電体膜4、および上部電極(第2の電極)5が、この順で積層されて構成されている。換言すれば、記憶素子1は、下部電極3と上部電極5との間に、有機強誘電体膜(記録膜)4が介在してなる構造体がその下部電極3側で基板2により支持されている。
このような記憶素子1は、下部電極3と上部電極5との間に電圧(電界)を印加することにより、データの書き込みおよび読み出しがなされ、また、電界の印加を停止した後においても、分極状態が保持される。このような特性を利用して、記憶素子1を記憶装置に用いることができる。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a memory element according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, for convenience of explanation, “upper” in FIG. 2 is referred to as “upper”, and “lower” is referred to as “lower”.
A
In such a
基板2としては、例えば、ガラス基板、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリエーテルスルホン(PES)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。記憶素子1に可撓性を付与する場合には、基板2には、樹脂基板が選択される。
なお、基板2上には、下地膜が設けられていてもよい。下地膜としては、例えば、基板2表面からのイオンの拡散を防止する目的、下部電極3と基板2との密着性(接合性)を向上させる目的等により設けられる。
また、用途などによっては、基板2を省略することができる。
Examples of the
A base film may be provided on the
Moreover, the board |
下地膜の構成材料としては、特に限定されないが、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(SiN)、ポリイミド、ポリアミド、あるいは架橋されて不溶化された高分子等が好適に用いられる。
また、基板2の厚さは、特に限定されないが、10〜2000μmであるのが好ましい
。
The constituent material of the base film is not particularly limited, but silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), polyimide, polyamide, or a crosslinked and insoluble polymer is preferably used.
The thickness of the
このような基板2の上面(基板2の一方の面)には、下部電極3が形成されている。
下部電極3の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、例えば、Pd、Pt、Au、W、Ta、Mo、Al、Cr、Ti、Cuまたはこれらを含む合金等の導電性材料、ITO、FTO、ATO、SnO2等の導電性酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素系材料、ポリアセチレン、ポリピロール、PEDOT(poly−ethylenedioxythiophene)のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ(p−フェニレン)、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシランまたはこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、前記導電性高分子材料は、通常、酸化鉄、ヨウ素、無機酸、有機酸、ポリスチレンサルフォニック酸などの高分子でドープされ導電性を付与された状態で用いられる。これらの中でも、下部電極3の構成材料としては、それぞれ、Al、Au、Cr、Ni、Cu、Ptまたはこれらを含む合金を主とするものが好適に用いられる。これらの金属材料を用いると、電解あるいは無電解メッキ法を用いて、容易かつ安価に下部電極3を形成することができる。また、記憶素子1の特性を向上することができる。
また、下部電極3の厚さは、特に限定されないが、10〜1000nm程度とするのが好ましく、50〜500nm程度とするのがより好ましい。
A
The constituent material of the
The thickness of the
このような下部電極3の上面(下部電極3の基板2と逆側の面)には、有機強誘電体膜4が形成されている。
有機強誘電体膜4は、結晶性を有する有機強誘電体材料を主材料として構成されたものである。
有機強誘電体材料としては、例えば、P(VDF/TrFE)(ビニリデンフルオライドとトリフルオロエチレンとの共重合体)、PVDF(フッ化ビニリデンの重合体)などを好適に用いることができる。このような有機強誘電体材料は抗電界が非常に高い。そのため、例えば、このような有機強誘電体材料を構成材料とする有機強誘電体膜4を記憶素子1に用いる場合、低駆動電圧化のため、有機強誘電体膜4を極めて薄くする必要がある。したがって、本発明を適用することによる得られる効果が顕著となる。
An organic ferroelectric film 4 is formed on the upper surface of the lower electrode 3 (the surface opposite to the
The organic ferroelectric film 4 is composed mainly of an organic ferroelectric material having crystallinity.
As the organic ferroelectric material, for example, P (VDF / TrFE) (a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene), PVDF (a polymer of vinylidene fluoride), and the like can be preferably used. Such an organic ferroelectric material has a very high coercive electric field. Therefore, for example, when the organic ferroelectric film 4 having such an organic ferroelectric material as a constituent material is used for the
また、有機強誘電体膜4の厚さは、特に限定されないが、5nm〜500nm程度とするのが好ましく、10nm〜200nm程度とするのがより好ましい。これにより、記憶素子1(延いては、記憶装置素子等の各種電子デバイス)の各種駆動特性を好適に発揮させることができる。また、有機強誘電体膜4でのリーク電流やショートの原因となる、有機強誘電体膜4の結晶粒による表面の凹凸を小さく抑え、その結果、記憶素子1の低電圧駆動化を図ることができる。
The thickness of the organic ferroelectric film 4 is not particularly limited, but is preferably about 5 nm to 500 nm, and more preferably about 10 nm to 200 nm. Thereby, various drive characteristics of the memory element 1 (and thus various electronic devices such as a memory device element) can be suitably exhibited. Further, surface irregularities due to crystal grains of the organic ferroelectric film 4 that cause a leakage current and a short circuit in the organic ferroelectric film 4 are suppressed, and as a result, the
このような有機強誘電体膜4の上面(有機強誘電体膜4の下部電極3と逆側の面)には、上部電極5が形成されている。
上部電極5の構成材料としては、前述した下部電極3の構成材料と同様のものを用いることができる。
また、上部電極5の厚さは、特に限定されないが10nm〜1000nm程度とするのが好ましく、50nm〜500nm程度とするのがより好ましい。
An upper electrode 5 is formed on the upper surface of the organic ferroelectric film 4 (the surface opposite to the
As the constituent material of the upper electrode 5, the same constituent material as that of the
The thickness of the upper electrode 5 is not particularly limited, but is preferably about 10 nm to 1000 nm, and more preferably about 50 nm to 500 nm.
<記憶素子の製造方法>
次に、本発明の記憶素子の製造方法について、記憶素子1の製造方法を一例に説明する。
(第1の例)
まず、記憶素子1の製造方法の第1の例を図2に基づいて説明する。
<Method for Manufacturing Memory Element>
Next, the method for manufacturing the
(First example)
First, the 1st example of the manufacturing method of the
記憶素子1の製造方法は、[1]下部電極3を形成する工程と、[2]下部電極3上に、有機強誘電体材料を含む液状材料を塗布した後、これを乾燥して、低結晶化度膜を形成する工程(第1の工程)と、[3]低結晶化度膜を加熱・加圧することにより、有機強誘電体膜を形成する工程(第2の工程)と、[4]有機強誘電体膜上に、上部電極を形成する工程とを有する。
The manufacturing method of the
以下、各工程を順次詳細に説明する。
[1] 下部電極3を形成する工程
まず、図2(a)に示すように、例えば半導体基板、ガラス基板、樹脂基板等の基板2を用意し、この基板2の上面に、図2(b)に示すように、下部電極3を形成する。
特に基板2として樹脂基板を用いることにより、得られる記憶素子1、さらには記憶装置をフレキシブルなものとすることができる。
Hereafter, each process is demonstrated in detail sequentially.
[1] Step of Forming
In particular, by using a resin substrate as the
下部電極3の形成方法としては、特に限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等のような物理的気相堆積法(PVD法)、プラズマCVD法、熱CVD法、レーザーCVD法のような化学気相堆積法(CVD法)、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、スピンコート法、溶液霧化堆積法(LSMCD法)などの溶液塗布法、スクリーン印刷法、インクジェット法などの各種印刷法等により形成することができる。
The method of forming the
[2] 低結晶化度膜を形成する工程(第1の工程)
次に、図2(c)に示すように、下部電極3上に、結晶性の有機強誘電体材料を含む液状材料4Aを塗布し(膜状の液状材料4Aを形成し)、これを乾燥して、図2(d)に示すように、有機強誘電体膜4の形成のための中間生成膜である低結晶化度膜(非晶質膜を含む)4Bを形成する。
[2] Step of forming a low crystallinity film (first step)
Next, as shown in FIG. 2C, a
この低結晶化度膜4Bは、有機強誘電体膜4における有機強誘電体材料の最終的な結晶化度よりも低い結晶化度で、有機強誘電体材料を主材料として構成されるものである。また、低結晶化度膜4Bにおける有機強誘電体材料の結晶化度は、有機強誘電体膜4における有機強誘電体材料の最終的な結晶化度を100%としたときに、0.001〜80%以下であるのが好ましく、50%以下であるのがより好ましい。
The
液状材料4Aは、結晶性の有機強誘電体材料を溶媒に溶解または分散媒に分散させたものを用いることができる。
特に、液状材料4Aは、前記有機強誘電体材料を溶媒に溶解したものであるのが好ましい。これにより、基板2への液状材料4Aの塗布を容易なものとするとともに、比較的簡単に低結晶化度膜4Bの膜厚を均一なものとすることができる。その結果、得られる有機強誘電体膜4の薄膜化を図りつつ、有機強誘電体膜4の膜厚が局所的に小さくなるのをより確実に防止することができる。
As the
In particular, the
液状材料4A中の有機強誘電体材料としては、前述した有機強誘電体膜4の構成材料を用いることができる。特に、前記有機強誘電体材料として、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体、フッ化ビニリデンの重合体のうちの1種を単独または2種を組み合わせたものを用いることが好ましい。また、非常に容易に強誘電性を得るためには、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンとの共重合体であることがさらに好ましい。
なお、液状材料4Aには、有機強誘電体材料、溶媒または分散媒以外に、他の物質が含まれていてもよい。
As the organic ferroelectric material in the
The
液状材料4A中の溶媒または分散媒としては、前記有機強誘電体材料を溶解または分散させることができるものであれば、特に限定されず、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルイソプロピルケトン(MIPrK)、メチルイソペンチルケトン(MIPeK)、アセチルアセトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、ジエチルカーボネート(DEC)、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、ジエチレングリコールエチルエーテル(カルビトール)等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、または、これらを含む混合溶媒等を用いることができる。
The solvent or dispersion medium in the
特に、有機強誘電体材料としてP(VDF/TrFE)を用いる場合には、溶媒としてMEK(メチルエチルケトン:2−ブタノン)、MIPrK(メチルイソプロピルケトン:3−メチル−2−ブタノン)、2−ペンタノン、3−ペンタノン、MIBK(メチルイソブチルケトン:4−メチル−2−ペンタノン)、2−ヘキサノン、2,4−ジメチル−3−ペンタノン、4−ヘプタノン、MIPeK(メチルイソペンチルケトン:5−メチル−2−ヘキサノン)、2−ヘプタノン、3−ヘプタノン、シクロヘキサノン、またはDEC(ジエチルカーボネート)の各種有機溶媒、またはこれらの混合溶媒を用いることが好ましい。 In particular, when P (VDF / TrFE) is used as the organic ferroelectric material, MEK (methyl ethyl ketone: 2-butanone), MIPrK (methyl isopropyl ketone: 3-methyl-2-butanone), 2-pentanone, 3-pentanone, MIBK (methyl isobutyl ketone: 4-methyl-2-pentanone), 2-hexanone, 2,4-dimethyl-3-pentanone, 4-heptanone, MIpeK (methyl isopentyl ketone: 5-methyl-2- It is preferable to use various organic solvents such as hexanone), 2-heptanone, 3-heptanone, cyclohexanone, or DEC (diethyl carbonate), or a mixed solvent thereof.
また、塗布する液状材料4A中における有機強誘電体材料の含有率は、0.1〜8.0重量%であるのが好ましく、0.2〜4.0重量%であるのがより好ましい。これにより、基板2への液状材料4Aの塗布を容易なものとするとともに、比較的簡単に低結晶化度膜4Bの膜厚を均一なものとすることができる。
液状材料4Aの塗布方法としては、特に限定されないが、例えば、スピンコート法、溶液霧化堆積法(LSMCD法)、インクジェット法などを好適に用いることができる。
The content of the organic ferroelectric material in the
The method for applying the
液状材料4Aの乾燥方法、すなわち液状材料4Aから溶媒または分散液を除去する方法としては、特に限定されないが、例えば、ホットプレートやオーブンなどによる外部熱乾燥法、マイクロ波などによる内部熱乾燥法、熱風搬送法、赤外線などによる輻射伝熱乾燥法、真空減圧法などを用いることができる。
なお、液状材料4Aの溶媒あるいは分散液の揮発性が高く、塗布後の膜に残留溶媒あるいは残留分散液が殆ど無い場合、上記乾燥工程を省いても良い。
The method for drying the
If the solvent or dispersion of the
液状材料4Aの乾燥方法として熱処理を用いる場合、処理温度は、有機強誘電体材料の最適な結晶化温度以下で行い、具体的には、用いる有機強誘電体材料、溶媒の種類、液状材料4Aの膜厚などにもよるが、室温〜140℃であるのが好ましく、室温〜100℃であるのがより好ましい。
また、この場合、処理時間は、用いる有機強誘電体材料や液状材料4Aの膜厚などにもよるが、0.5〜120分間であるのが好ましく、1〜30分間であるのがより好ましい。
When heat treatment is used as a drying method for the
In this case, the treatment time is preferably 0.5 to 120 minutes, more preferably 1 to 30 minutes, depending on the organic ferroelectric material used and the film thickness of the
また、液体材料4Aを塗布し低結晶膜を形成する場合、複数回にわたり塗布工程を繰り返しても良い。これにより、溶媒の蒸発過程で形成される小さなピンホール欠陥などに、液体材料が充填され、低結晶膜のピンホール欠陥が低減され、結果的にリーク電流やショートの少ない強誘電体膜が形成できる。さらに、上記塗布工程と、上記乾燥工程を、交互に繰り返すことにより、ピンホール欠陥の少ない低結晶膜を形成することもできる。
Further, when the
[3] 有機強誘電体膜4を形成する工程
次に、低結晶化度膜4Bを加熱・加圧することにより、低結晶化度膜4Bを整形しつつ低結晶化度膜4Bの結晶化度を高めて、有機強誘電体膜4を得る。具体的には、図2(e)に示すように、型6を低結晶化度膜4Bを介して基板2に向け押圧しつつ、低結晶化度膜4Bを加熱することにより、結晶化を行った後に、図2(f)に示すように、型6を取り外し、有機強誘電体膜4を形成する。
[3] Step of Forming Organic Ferroelectric Film 4 Next, by heating and pressurizing the
型6を基板2に向け押圧する際の圧力は、0.1〜10MPa/cm2であることが好ましい。これにより、得られる有機強誘電体膜4の基板と反対側の面を極めて平滑な面とすることができる。
型6を押圧する方法としては、特に限定されず、各種プレス機を用いることができる。
低結晶化度膜4Bは加熱することにより結晶性の促進を行う。結晶性を促進する方法(結晶化度を高める方法)としては、特に限定されないが、例えば、ホットプレート、オーブン、真空オーブンなどを用いた結晶性促進法、マイクロ波などによる内部加熱を用いた結晶性促進法、赤外線などによる輻射伝熱による結晶性促進法などを用いることができる。特に、ホットプレート、オーブン、真空オーブンなどによる結晶性促進熱処理工程が好適に用いることができる。低結晶化度膜4Bの結晶性を促進するに際して、低結晶化度膜4Bに対し適切な温度域で熱処理を施すことにより、型6で押圧しつつ結晶性の促進を行うと、比較的簡単に短時間で、有機強誘電体材料の不本意な結晶構造変化を防止しつつ、低結晶化度膜4B内の有機強誘電体材料の結晶性を効率的に促進することができる。
The pressure when pressing the
It does not specifically limit as a method of pressing the type |
The
低結晶化度膜4Bの結晶性促進方法として熱処理を用いる場合、その処理温度は、有機強誘電体材料の結晶化温度以上で、かつ融点以下で行い、具体的には、用いる有機強誘電体材料にもよるが、P(VDF/TrFE)(VDF/TrFE=75/25)の場合、加熱の温度が、80〜200℃であることが好ましく、100〜150℃であるのがより好ましい。これにより、低結晶化度膜4B内の有機強誘電体材料を効率的に結晶化させることができる。また、この処理温度は、前述したような温度範囲で、かつ、有機強誘電体材料のキュリー温度以上であると、低結晶化度膜4B内の有機強誘電体材料の結晶性を簡単かつ効率的に促進させることができる。
When heat treatment is used as a method for promoting crystallinity of the
ここで、「処理温度」とは、低結晶化度膜4Bの温度であり、この熱処理では、例えば、低結晶化度膜4Bが前述したような温度範囲となるように、オーブンやホットプレートを作動させる。
また、結晶化処理の際における処理時間は、用いる有機強誘電体材料や液状材料4Aの膜厚などにもよるが、0.5〜120分間であるのが好ましく、1〜30分間であるのがより好ましい。
Here, the “treatment temperature” is the temperature of the
Further, the treatment time in the crystallization treatment is preferably 0.5 to 120 minutes, and preferably 1 to 30 minutes, although it depends on the organic ferroelectric material used and the film thickness of the
また、低結晶化度膜4Bを加熱し結晶化度を高めた後に冷却するのが好ましい。これにより、有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面をより確実に平滑化した状態とすることができる。また、この冷却は、結晶化度を高めた後、かつ、型6の取り外しの前に行うのがより好ましい。すなわち、型6を押圧しながら前記冷却を行い、その後、型6を取り外すのが好ましい。これにより、有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面をさらに確実に平滑化(整形)することができる。
この冷却の温度は、0〜100℃であることが好ましく、前記有機強誘電体材料のガラス転移点以下で行うことがより好ましく、また、常温(室温)以下で行うのが好ましい。これにより、結晶化の促進をより確実に行うことができる。また、この冷却は、有機強誘電体材料が所望の結晶状態となるような冷却速度で行われる。
Further, it is preferable to cool the
The cooling temperature is preferably 0 to 100 ° C., more preferably below the glass transition point of the organic ferroelectric material, and preferably below normal temperature (room temperature). Thereby, promotion of crystallization can be performed more reliably. Further, this cooling is performed at a cooling rate such that the organic ferroelectric material is in a desired crystal state.
有機強誘電体材料の冷却方法としては、特に限定されないが、例えば、自然冷却、基板や型をペルチェ素子により冷却する方法、型にジャケットを設け冷媒を流通させる方法などを好適に挙げることができる。
また、型6による押圧(整形)の前に、低結晶化度膜4Bを加熱して軟化させるのが好ましい。これにより、有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面をより確実に平滑化した状態とすることができる。
The method of cooling the organic ferroelectric material is not particularly limited, and examples thereof include natural cooling, a method of cooling the substrate and the mold with a Peltier element, and a method of providing a jacket on the mold and circulating a refrigerant. .
Moreover, it is preferable to heat and soften the
型6の材質については、特に限定されないが、例えば、金属材料が好適に用いられる。
また、型6の表面(押圧面)に離型処理が施されていることが好ましい。これにより、型6の取り外しが簡単になるとともに、型6への有機強誘電体材料の固着を防止し、有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面の平滑性をより優れたものとすることができる。
離型処理としては、特に限定はないが、撥液処理、微細凹凸の形成などを好適に挙げることができる。
The material of the
Moreover, it is preferable that the surface (pressing surface) of the
The mold release treatment is not particularly limited, and preferred examples include liquid repellent treatment and formation of fine irregularities.
なお、フッ素系高分子の有機強誘電体材料を用いる場合は、フッ素を多く含んでいるため他の材料との密着性があまり高くないので、必ずしも型6の表面処理は必要ではない。
この加熱処理工程では、低結晶化度膜4B内の有機強誘電体材料の分子運動が熱エネルギーにより激しくなり、低結晶化度膜4Bが軟化する。したがって、軟化した状態の低結晶化度膜4Bに型6を密着加圧(プレス)しながらβ型への相転移を促して結晶化した後、プレスした状態を保ちつつ冷却することで、型6に形成されたパターンが転写された有機強誘電体膜4を得ることができる。
When a fluorine-based polymer organic ferroelectric material is used, the surface treatment of the
In this heat treatment step, the molecular motion of the organic ferroelectric material in the
また、結晶化処理の際における雰囲気は、空気中で良いが、窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気中、あるいは真空中であることがより好ましい。
このプロセスの特徴は、加熱により低結晶化度膜4Bの結晶化を促進する過程において、低結晶化度膜4B中の有機強誘電体材料が加圧されるため、結晶化が制限された空間内で進行する。すなわち、低結晶化度膜4Bの基板2と反対側の面が型6により平滑化された状態を維持しつつ、有機強誘電体材料の結晶化が進行する。したがって、有機強誘電体材料の結晶粒子が自由に成長して表面が荒れるのを防ぐことができる。そのため、得られる有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面が平滑化され、有機強誘電体膜4の膜厚(下部電極3と上部電極5との間の距離)が局所的に小さくなるのを防止することができる。これにより、例えば、P(VDF/TrFE)の薄膜化を妨げる結晶粒による表面凹凸の問題が回避され、記憶素子1の低電圧駆動化を図ることができる。
In addition, the atmosphere during the crystallization treatment may be air, but is more preferably an inert atmosphere such as nitrogen or argon, or a vacuum.
The feature of this process is that in the process of promoting the crystallization of the
また、本例では、型6と下部電極3との間に電界を印加しつつ、結晶化を行う。
これにより、得られる有機強誘電体膜4内の有機強誘電体材料の結晶方位、すなわち分極軸を下部電極3および上部電極5の面に垂直な方向に揃えることができる。そのため、得られる記憶素子1では、分極軸の方位ゆらぎに起因する分極のロスを低減でき、有機強誘電体の持つ分極値を最大限に引き出すことができる。さらに、分極反転の応答性の向上を図るとともに、ヒステリシス曲線における角型性を優れたものとすることができる。
In this example, crystallization is performed while an electric field is applied between the
Thereby, the crystal orientation of the organic ferroelectric material in the obtained organic ferroelectric film 4, that is, the polarization axis can be aligned in a direction perpendicular to the surfaces of the
また、下部電極3および型6を用いて低結晶化度膜4Bに電圧を印加するので、別途電極を用意することなく、簡単に低結晶化度膜4Bに電圧を印加することができる。
前記電圧印加により低結晶化度膜4Bに印加される電界は、用いる有機強誘電体材料にもよるが、抗電界以上の電界を印加することが好ましい。例えば、P(VDF/TrFE)の場合、0.3kV/cm以上であるのが好ましく、抗電界である0.5MV/cm以上であるのがより好ましい。これにより、得られる有機強誘電体膜4内の有機強誘電体薄膜の結晶配向性を分極軸が下部および上部電極面に垂直な方向に揃えることができる。
なお、前述したような電界の印加は、省略することができる。
Further, since a voltage is applied to the
The electric field applied to the
The application of the electric field as described above can be omitted.
[4] 上部電極を形成する工程
次に、図2(g)に示すように、低結晶化度膜4B上に、上部電極5を形成する。前述したように有機強誘電体膜4の第1の電極3と反対側の面は平滑であり、このような平滑な面上に上部電極5を形成するので、有機強誘電体膜4と上部電極5との間の界面を極めて平滑にすることができる。
上部電極5の形成は、前記工程[1]と同様にして行うことができる。
[4] Step of Forming Upper Electrode Next, as shown in FIG. 2G, the upper electrode 5 is formed on the
The formation of the upper electrode 5 can be performed in the same manner as in the step [1].
以上のようにして、記憶素子1を製造することができる。
このような製造方法によれば、型6を用いて低結晶化度膜4Bの結晶化を行うので、低結晶化度膜4Bと第2の電極5との間の界面を極めて平滑にし、このような状態で低結晶化度膜4Bを結晶化することができる。そのため、結晶の粒成長に伴う表面凹凸の発生を防止して、得られる有機強誘電体膜4の表面を極めて平滑にすることができる。
As described above, the
According to such a manufacturing method, since the
その結果、有機強誘電体膜4を薄くしても、得られる記憶素子1は、リーク電流の増加を防止するとともに、有機強誘電体膜4の厚さ方向での短絡(下部電極3と上部電極5との間での短絡)を防止することができる。すなわち、有機強誘電体膜4を薄くして、駆動電圧を低減することができる。
また、かかる製造方法では、比較的低温で簡易な装置のみを用いたプロセスにより記憶素子1を形成することができる。そのため、製造装置の低コスト化を図ることができるとともに、記憶素子1、さらには記憶装置を構成する材料の選択の幅が広がる。例えば、基板2として樹脂材料を用いて、フレキシブルな記憶素子1や記憶装置を製造することができる。
As a result, even if the organic ferroelectric film 4 is thinned, the obtained
Further, in this manufacturing method, the
(第2の例)
次に、記憶素子1の製造方法の第2の例を図3に基づいて説明する。なお、以下では、前述した第1の例と相違する事項を中心に説明し、同様の事項に関しては、その説明を省略する。
第2の例における記憶素子1の製造方法は、第2の工程において、低結晶化度膜4Bを結晶化した後にこれを軟化した状態で型6を押圧し、有機強誘電体膜4を形成すること以外は、前述した第1の例における記憶素子1の製造方法と同様である。
(Second example)
Next, a second example of the method for manufacturing the
The method of manufacturing the
すなわち、第2の例における記憶素子1の製造方法では、[1]下部電極3を形成する工程と、[2]下部電極3上に、有機強誘電体材料を含む液状材料を塗布した後、これを乾燥して、低結晶化度膜を形成する工程(第1の工程)と、[3]低結晶化度膜の結晶性を促進した後に、これを加熱・加圧して、有機強誘電体膜を形成する工程(第2の工程)と、[4]有機強誘電体膜上に、上部電極を形成する工程とを有する。
That is, in the method of manufacturing the
第2の例における記憶素子1の製造方法における工程[1]、[2]及び[4]は、第1の例にかかる工程[1]、[2]及び[4]と同様である。
第2の例にかかる工程[3]では、低結晶化度膜4B中の有機強誘電体材料の結晶性を促進して、有機強誘電体膜4を形成する際に、図3(d)に示すように、低結晶化度膜4Bを加熱することにより結晶化度を高めて結晶膜4Cを形成した後、結晶膜4Cを加熱して軟化させた状態で、図3(e)に示すように、型6を結晶膜4Cを介して基板2に向け押圧した後に、型6を取り外し、有機強誘電体膜4を得る。
Steps [1], [2] and [4] in the method for manufacturing the
In step [3] according to the second example, when the organic ferroelectric film 4 is formed by promoting the crystallinity of the organic ferroelectric material in the
前記軟化のための加熱温度(処理温度)としては、特に限定されないが、80〜200℃であるのが好ましい。これにより、得られる有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面を極めて平滑にすることができる。
また、軟化した結晶膜4Cを型6により押圧する際に、前述した第1の例と同様に、型6と基板2(または下部電極3)との間に電圧を印加し、結晶膜4C内の強誘電体材料の分極軸の方向を揃えることができる。
Although it does not specifically limit as heating temperature (processing temperature) for the said softening, It is preferable that it is 80-200 degreeC. Thereby, the surface on the opposite side to the board |
Further, when the softened
その他、ここで用いる型6、および押圧、加熱処理、冷却等の条件は第1の例で述べたと同じ条件を用いることができる。
このような製造方法によれば、結晶化により結晶膜4Cの基板2と反対側の面に、有機強誘電体材料の結晶粒で構成された凹凸が形成されていても、有機強誘電体膜4の基板2と反対側の面を平滑にすることができる。そのため、有機強誘電体膜4の膜厚が局所的に小さくなるのを防止することができる。その結果、有機強誘電体膜4を薄くしても、得られる記憶素子1は、リーク電流の増加を防止するとともに、有機強誘電体膜4の厚さ方向での短絡を防止することができる。すなわち、有機強誘電体膜4を薄くして、駆動電圧を低減することができる。
以上のようにしても、記憶素子1を製造することができる。
なお、第2の例において、前述したような型による押圧は、上部電極5の形成前に行わず、低結晶化度膜4B上に上部電極5を形成し、その後、上部電極5および低結晶化度膜4Bを介して基板2に向けて型6を押圧することもできる。
In addition, the
According to such a manufacturing method, the organic ferroelectric film is formed even if the crystal film 4 </ b> C is provided with irregularities made of crystal grains of the organic ferroelectric material on the surface opposite to the
Even in the above manner, the
In the second example, the pressing by the mold as described above is not performed before the formation of the upper electrode 5, but the upper electrode 5 is formed on the
<記憶装置>
次に、本発明の記憶装置の一例として、記憶素子1を用いたCP型の記憶装置を図4に基づいて説明する。
図4は、記憶素子1を用いた記憶装置(メモリアレイ)の回路形態を模式的に示す図である。
<Storage device>
Next, as an example of the memory device of the present invention, a CP-type memory device using the
FIG. 4 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a storage device (memory array) using the
図4に示す記憶装置100は、複数のCP型のメモリセルで構成されたメモリアレイを有する記憶装置である。
より具体的には、記憶装置100は、行選択のための第1信号電極101と、列選択のための第2信号電極102とが直交するように配列して構成されたメモリアレイを有している。
A
More specifically, the
第1信号電極101および第2信号電極102のうち、一方がワード線であり、他方がビット線であり、これらの各交点が、記憶素子1を構成する。なお、図4では、記憶素子1を交点付近に接続された抵抗として模式的に示している。
このような記憶装置100は、結晶性を有する有機強誘電体材料を有機強誘電体膜4の構成材料として用いても、駆動電圧の低減化を図ることができる。また、このような記憶装置100は、リーク電流の低減および短絡の防止により、優れた信頼性を有する。
One of the
Such a
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。なお、第2実施形態について、前述した第1実施形態と同様の事項に関しては、その説明を省略する。
図5は、本発明の第2実施形態にかかる記憶素子の実施形態を示す断面図である。なお、図5において、(a)は、かかる記憶素子の縦断面図を示し、(b)は、かかる記憶素子の横断面図を示している。また、以下、説明の便宜上、図5中における「上」を「上」、「下」を「下」という。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about 2nd Embodiment, the description is abbreviate | omitted regarding the matter similar to 1st Embodiment mentioned above.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of a memory element according to the second embodiment of the present invention. 5A is a longitudinal sectional view of the memory element, and FIG. 5B is a transverse sectional view of the memory element. Hereinafter, for convenience of explanation, “upper” in FIG. 5 is referred to as “upper”, and “lower” is referred to as “lower”.
図5に示す記憶素子1Aは、1トランジスタ型(いわゆる1T型)の記憶装置の形態をなすものである。
このような記憶素子1Aは、基板2上に互いに間隔を隔てて設けられたソース領域31およびドレイン領域32と、これらの間でソース領域31およびドレイン領域32にそれぞれ接触する半導体膜33と、半導体膜33上を覆うように形成された有機強誘電体膜(記録膜)4Dと、有機強誘電体膜4D上に形成されたゲート電極5Aとを有する。
The
Such a
このような記憶素子1Aにあっては、ゲート電極5Aとソース領域31およびドレイン領域32との間に電圧を印加し、有機強誘電体膜4D内の分極状態を変化させ、データの記録(書込み)がなされる。また、このような分極状態は、電界の印加を停止しても保持され、ソース領域31とドレイン領域32の間を流れる電流を検知することにより、記録の再生(読出し)を行うことができる。そのため、記憶素子1Aを不揮発性メモリに用いることができる。
In such a
この記憶素子1Aでは、図5(b)に示すように、半導体膜33のうち、ソース領域31とドレイン領域32との間の領域が、キャリアが移動するチャネル領域34となっている。ここで、このチャネル領域34において、キャリアの移動方向の長さ、すなわちソース領域31とドレイン領域32との間の距離がチャネル長Lであり、チャネル長L方向と直交する方向の長さがチャネル幅Wである。
このような記憶素子1Aは、ソース領域31およびドレイン領域32が、有機強誘電体膜4Dを介してゲート電極5Aよりも基板2側に設けられた構成、すなわち、トップゲート構造となっている。
In the
Such a
次に、本発明の記憶素子の製造方法について、図6に基づいて、記憶素子1Aの製造方法を一例に説明する。
図6は、図5に示す記憶素子の製造方法を説明するための図である。
記憶素子1Aの製造方法は、有機強誘電体膜4Dの製造に関して、前述した第1の実施形態(第1の例または第2の例)にかかる記憶素子1の製造方法と同様である。
Next, the manufacturing method of the memory element of the present invention will be described based on FIG. 6 by taking the manufacturing method of the
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of manufacturing the memory element shown in FIG.
The manufacturing method of the
すなわち、記憶素子1Aの製造方法は、[1]ソース領域31、ドレイン領域32、および半導体膜33を形成する工程と、[2]半導体膜33(チャネル領域34)上に、有機強誘電体材料を含む液状材料を塗布した後、これを乾燥して、低結晶化度膜を形成する工程(第1の工程)と、[3]低結晶化度膜を結晶化して、有機強誘電体膜を形成(型を用いる)する工程(第2の工程)と、[4]有機強誘電体膜上に、ゲート電極5Aを形成する工程とを有する。
That is, the manufacturing method of the
[1] ソース領域31、ドレイン領域32、および半導体膜33を形成する工程
まず、図6(a)に示すように、例えば半導体基板、ガラス基板、樹脂基板等の基板2を用意し、この基板2の上面に、図6(b)に示すように、ソース領域31およびドレイン領域32を形成した後、図6(c)に示すように、半導体膜33を形成する。
ソース領域31、ドレイン領域32、および半導体膜33の形成方法としては、それぞれ、特に限定されず、前述した下部電極3と同様の方法を用いることができる。
[1] Step of forming
A method for forming the
また、半導体膜33の構成材料としては、特に限定されず、各種有機半導体材料や各種無機半導体材料を用いることができるが、フレキシブル化の観点から有機半道体材料を用いるのが好ましい。
有機半導体材料としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミン、オリゴチオフェン、フタロシアニンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料や、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ポリアリールアミン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体またはこれらの誘導体のような高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)を主とするものを用いるのが好ましい。共役系高分子材料は、その特有な電子雲の広がりにより、キャリアの移動能が特に高い。
In addition, the constituent material of the
Examples of the organic semiconductor material include naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, phthalocyanine, perylene, hydrazone, triphenylmethane, diphenylmethane, stilbene, arylvinyl, pyrazoline, triphenylamine, triarylamine, oligothiophene, phthalocyanine or Low molecular organic semiconductor materials such as these derivatives, poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene, polyalkylthiophene, polyhexylthiophene, poly (p-phenylene vinylene), polytinylene vinylene, Polyarylamine, pyrene formaldehyde resin, ethylcarbazole formaldehyde resin, fluorene-bithiophene copolymer, fluorene-ary Examples thereof include high molecular organic semiconductor materials (conjugated polymer materials) such as amine copolymers or derivatives thereof, and one or more of these can be used in combination. It is preferable to use a material mainly composed of a molecular organic semiconductor material (conjugated polymer material). The conjugated polymer material has a particularly high carrier mobility due to its unique electron cloud spread.
また、このうち、空気中で酸化され難く、安定であること等の理由から、高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)としては、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体、ポリアリールアミンまたはこれらの誘導体のうちの少なくとも1種を主成分とするものを用いるのが特に好ましい。
このような高分子の有機半導体材料を主材料として半導体膜33を構成すると、薄型化・軽量化が可能であり、かつ、可撓性にも優れた記憶装置ができるため、フレキシブルディスプレイ等に代表される、各種フレキシブルエレクトロニクスデバイスに搭載される不揮発性メモリとしての応用に適している。
半導体膜33(有機半導体材料)の厚さは、1nm〜500nm程度であるのが好ましく、10nm〜200nm程度であるのがより好ましい。
Of these, fluorene-bithiophene copolymer, fluorene-arylamine copolymer are used as high-molecular organic semiconductor materials (conjugated polymer materials) because they are not easily oxidized in the air and are stable. It is particularly preferable to use a compound, a polyarylamine or a derivative containing at least one of these derivatives as a main component.
When the
The thickness of the semiconductor film 33 (organic semiconductor material) is preferably about 1 nm to 500 nm, and more preferably about 10 nm to 200 nm.
[2] 低結晶化度膜を形成する工程(第1の工程)
次に、半導体膜33上を覆うように、結晶性の有機強誘電体材料を含む液状材料を塗布し(膜状の液状材料を形成し)、これを乾燥して、図6(d)に示すように、有機強誘電体膜4Dの形成のための中間生成膜である低結晶化度膜(非晶質膜)4Eを形成する。
この低結晶化度膜4Eの形成は、前述した第1の例の低結晶化度膜4Bの形成と同様にして行うことができる。
[2] Step of forming a low crystallinity film (first step)
Next, a liquid material containing a crystalline organic ferroelectric material is applied so as to cover the semiconductor film 33 (a film-like liquid material is formed), and this is dried, as shown in FIG. As shown, a low crystallinity film (amorphous film) 4E, which is an intermediate product film for forming the organic
The low crystallinity film 4E can be formed in the same manner as the
本実施形態のようにソース領域31、ドレイン領域32、および半導体膜33による凹凸が形成されていても、溶液霧化堆積法(LSMCD法)を用いて低結晶化度膜4Eを形成すると、得られる低結晶化度膜4Eの膜厚の均一化を簡単に図ることができる。これは、溶液霧化堆積法(LSMCD法)により形成された液滴の粒径が小さいことに起因するものである。
Even when unevenness is formed by the
[3] 有機強誘電体膜4Dを形成する工程(第2の工程)
次に、図6(e)に示すように、低結晶化度膜4Eの結晶を促進して、有機強誘電体膜4Dを形成する。
この有機強誘電体膜4Dの形成(結晶化)は、前述した第1実施形態(第1の例または第2の例)の有機強誘電体膜4の形成と同様にして行うことができる。すなわち、型を用いて、有機強誘電体膜4Dの基板2と反対側の面を平坦化することができる。
[3] Step of forming organic
Next, as shown in FIG. 6E, the organic
The formation (crystallization) of the organic
[4] ゲート電極を形成する工程
次に、図6(e)に示すように、有機強誘電体膜4上に、ゲート電極5Aを形成する。
ゲート電極5Aの形成は、前記工程[1]と同様にして行うことができる。
以上のようにして、記憶素子1Aを製造することができる。
以上説明したような製造方法によって、優れた応答性およびヒステリシス特性を有する記憶素子1Aを製造することができる。
[4] Step of Forming Gate Electrode Next, as shown in FIG. 6E, a
The formation of the
As described above, the
With the manufacturing method as described above, the
特に、本実施形態では、低結晶化度膜4Eを形成する工程の前に、基板2上に、ソース領域31およびドレイン領域32と、チャネル領域34(半導体膜33)とを形成し、低結晶化度膜4Eを形成する工程では、チャネル領域34上に低結晶化度膜4Eを形成し、有機強誘電体膜4Dを形成する工程の後に、有機強誘電体膜4D上に、ゲート電極5Aを形成する。これにより、いわゆる1T(トランジスタ)型の記憶装置に用いることが可能な記憶素子1Aを得ることができる。
In particular, in the present embodiment, before the step of forming the low crystallinity film 4E, the
<記憶装置>
次に、本発明の記憶装置の他の例として、記憶素子1Aを用いた記憶装置を図7に基づいて説明する。
図7に示す記憶装置100Aは、いわゆる1T型の記憶装置である。
より具体的には、記憶装置100Aは、行選択のための第1信号電極101と、列選択のための第2信号電極102とが直交するとともに、第1信号電極101と第2信号電極102との交点付近を第3信号電極103が通過するように配列し、これらに記憶素子1Aが接続されて構成されたメモリアレイを有している。
<Storage device>
Next, as another example of the memory device of the present invention, a memory device using the
A
More specifically, in the
第1信号電極101および第2信号電極102のうち、一方がワード線であり、他方がビット線である。また、第1信号電極101と第2信号電極102との各交点付近にて、第1信号電極101はドレイン領域32に接続され、第2信号電極102はソース領域31に接続されている。第3信号電極103は、ゲート電極5Aに接続され、データ書き込みのための書込み線として機能するものである。
One of the
このような記憶装置100Aは、非破壊読み出しが可能である。
なお、記憶装置(記憶装置)の安定動作の観点からは、2T2C型、さらには1T1C型の記憶装置が好ましいが、非破壊読み出し(NDRO)が可能であるという観点から、1T型が好ましい。
なお、本実施形態では、記憶素子に関するものを説明したが、本実施形態にかかる記憶素子およびその製造方法は、薄膜トランジスタのようなトランジスタおよびその製造方法にも適用可能である。すなわち、本実施形態にかかる製造方法と同様にして、トランジスタを製造することができる。この場合、トランジスタの駆動電圧の低減化を図ったり、応答性を向上させたりすることができる。
Such a
Note that a 2T2C type and further a 1T1C type storage device are preferable from the viewpoint of stable operation of the storage device (storage device), but a 1T type is preferable from the viewpoint that nondestructive reading (NDRO) is possible.
In the present embodiment, the storage element is described. However, the storage element and the manufacturing method thereof according to the present embodiment can also be applied to a transistor such as a thin film transistor and a manufacturing method thereof. That is, the transistor can be manufactured in the same manner as the manufacturing method according to this embodiment. In this case, the driving voltage of the transistor can be reduced or the response can be improved.
また、1T1C型や2T2C型の記憶装置を製造するに際しては、本実施形態にかかる記憶素子の製造方法と同様にしてメモリアレイのトランジスタ部分を製造することができる。これにより、記憶装置の特性を向上させることができる。このとき、前述した第1実施形態にかかる記憶素子の製造方法を用いてメモリアレイのキャパシタ部分を製造することにより、記憶装置の特性をさらに向上させることができる。 Further, when manufacturing a 1T1C type or 2T2C type storage device, the transistor portion of the memory array can be manufactured in the same manner as the storage element manufacturing method according to the present embodiment. Thereby, the characteristics of the storage device can be improved. At this time, the characteristics of the memory device can be further improved by manufacturing the capacitor portion of the memory array using the method for manufacturing the memory element according to the first embodiment described above.
以上説明したような記憶装置100、100Aは、各種電子機器に適用することができる。これにより、結晶性を有する有機強誘電体材料を有機強誘電体膜4の構成材料として用いても、駆動電圧の低減化を図ることができる電子機器を提供することができきる。また、このような電子機器は、リーク電流の低減および短絡の防止により、優れた信頼性を有する。
この電子機器としては、例えば、パーソナルコンピューター、携帯情報機器等が挙げられる。
The
Examples of the electronic device include a personal computer and a portable information device.
以上、本発明について、図示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い。
例えば、本発明を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
また、例えば、有機強誘電体膜4と、下部電極3および上部電極5との間には、それぞれ、任意の目的の層が、1層または2層以上設けられていてもよい。また、有機強誘電体膜4Dと、半導体膜33との間には、それぞれ、任意の目的の層が、1層または2層以上設けられていてもよい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this.
For example, each unit constituting the present invention can be replaced with any one that exhibits the same function, or other configurations can be added.
In addition, for example, one or two or more desired layers may be provided between the organic ferroelectric film 4 and the
また、前述したような2T2C型、1T1C型、CP型、1T型の各記憶装置内のトランジスタは、単結晶Siトランジスタ、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(a−Si TFT)、低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(LTPS TFT:Low Temperature poly−Si TFT)、高温ポリシリコン薄膜トランジスタ(HTPS:High Temperature poly−Si TFT)、あるいは有機薄膜トランジスタ(有機TFT)の形態とすることができる。 The transistors in each of the 2T2C type, 1T1C type, CP type, and 1T type storage devices described above are a single crystal Si transistor, an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT), and a low temperature polysilicon thin film transistor (LTPS TFT: Low). It can be in the form of a temperature poly (Si TFT), a high temperature polysilicon thin film transistor (HTPS: High Temperature poly-Si TFT), or an organic thin film transistor (organic TFT).
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
(実施例1)
図1に示すような記憶素子を本発明にかかる製造方法により下記のごとく製造した。
具体的には、まず、平均厚さ300μmのポリイミド製の基板を用意した。
次に、この基板上に、蒸着法を用いてAlから成る厚さ100nmの下部電極を形成した。
次に、下記の組成の液状材料をスピンコート法により塗布し、80℃にて20分間乾燥させ、低結晶化度膜を得た。
Next, specific examples of the present invention will be described.
(Example 1)
A memory element as shown in FIG. 1 was manufactured by the manufacturing method according to the present invention as follows.
Specifically, first, a polyimide substrate having an average thickness of 300 μm was prepared.
Next, a 100 nm-thick lower electrode made of Al was formed on the substrate by vapor deposition.
Next, a liquid material having the following composition was applied by spin coating, and dried at 80 ° C. for 20 minutes to obtain a low crystallinity film.
(液状材料の組成)
P(VDF/TrFE)〔VDF/TrFE=75/25〕3wt%
MEK(メチルエチルケトン:2−ブタノン)97wt%
キュリー点(Tc):約80℃
次に、図8(a)に示すように、低結晶化度膜に、予めPTFEにて表面処理を施した型を圧力5MPa/cm2で押圧し、140℃(図8に示す時間TS2−TS3間での温度 キュリー点(Tc)以上)にて15分間(TS1−TS4間の時間長さ)加熱処理を行い結晶化させた。図8は、型および基板の温度と時間との関係、および型の圧力と時間との関係を示す図である。
(Composition of liquid material)
P (VDF / TrFE) [VDF / TrFE = 75/25] 3wt%
MEK (methyl ethyl ketone: 2-butanone) 97 wt%
Curie point (Tc): about 80 ° C
Next, as shown in FIG. 8 (a), a low-crystallinity film was preliminarily pressed with a PTFE surface-treated mold at a pressure of 5 MPa / cm 2 , and 140 ° C. (time T S2 shown in FIG. 8). Temperature between -T S3 Crystallized by heat treatment at a Curie point (Tc) or more for 15 minutes (the length of time between T S1 and T S4 ). FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the mold and substrate temperatures and time, and the relationship between mold pressure and time.
次に、これを室温(常温(RT):25℃)に自然冷却し、型を剥離させ、厚さ50nmの有機強誘電体膜を得た。
そして、型を剥離した有機強誘電体膜の表面を顕微鏡により観察し、その表面状態を以下の4段階の基準に従い評価した。その評価結果を表1に示す。
◎:結晶粒による凹凸がほとんど見られない。
○:結晶粒による凹凸があるが、その凹部が極めて浅い。
△:結晶粒による凹凸があり、その凹部が深い。
×:結晶流による凹凸により、有機強誘電体膜にピンホールを生じていた。
Next, this was naturally cooled to room temperature (normal temperature (RT): 25 ° C.), the mold was peeled off, and an organic ferroelectric film having a thickness of 50 nm was obtained.
Then, the surface of the organic ferroelectric film from which the mold was peeled was observed with a microscope, and the surface state was evaluated according to the following four-stage criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
(Double-circle): The unevenness | corrugation by a crystal grain is hardly seen.
◯: There are irregularities due to crystal grains, but the concave portions are extremely shallow.
(Triangle | delta): There exists an unevenness | corrugation by a crystal grain and the recessed part is deep.
X: Pinholes were generated in the organic ferroelectric film due to irregularities caused by the crystal flow.
次に、蒸着法を用いてAlから成る厚さ100nmの上部電極を形成した。
(実施例2)
図8(b)に示すように、低結晶化度膜に加熱処理を行い結晶性を促進させた後、キュリー点以下に急速冷却(10℃/min以上)する以外は、実施例1と同様にして記憶素子を製造した。
また、型を剥離した有機強誘電体膜の表面を顕微鏡により観察し、その表面状態を以下の4段階の基準に従い評価した。その評価結果を表1に示す。
Next, an upper electrode made of Al and having a thickness of 100 nm was formed by vapor deposition.
(Example 2)
As shown in FIG. 8B, the heat treatment was performed on the low crystallinity film to promote crystallinity, and then the film was rapidly cooled below the Curie point (10 ° C./min or higher), as in Example 1. Thus, a memory element was manufactured.
Further, the surface of the organic ferroelectric film from which the mold was peeled was observed with a microscope, and the surface state was evaluated according to the following four-stage criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
(実施例3)
図1に示すような記憶素子を本発明にかかる製造方法により下記のごとく製造した。
より具体的には、まず、平均厚さ300μmのポリイミド製の基板を用意した。
次に、この基板上に、蒸着法を用いてAlから成る厚さ100nmの下部電極を形成した。
次に、下記の組成の液状材料をスピンコート法により塗布し、140℃(キュリー点(Tc)以上)に加熱して液状材料の結晶性を促進させ結晶膜を得た。
(Example 3)
A memory element as shown in FIG. 1 was manufactured by the manufacturing method according to the present invention as follows.
More specifically, first, a polyimide substrate having an average thickness of 300 μm was prepared.
Next, a 100 nm-thick lower electrode made of Al was formed on the substrate by vapor deposition.
Next, a liquid material having the following composition was applied by spin coating and heated to 140 ° C. (Curie point (Tc) or higher) to promote crystallinity of the liquid material to obtain a crystal film.
(液状材料の組成)
P(VDF/TrFE)〔VDF/TrFE=75/25〕3wt%
MEK(メチルエチルケトン:2−ブタノン)97wt%
キュリー点(Tc):約80℃
次に、結晶膜に、予めPTFEにて表面処理を施した型を圧力8MPa/cm2で20分間押圧した。
(Composition of liquid material)
P (VDF / TrFE) [VDF / TrFE = 75/25] 3wt%
MEK (methyl ethyl ketone: 2-butanone) 97 wt%
Curie point (Tc): about 80 ° C
Next, a die that had been surface-treated with PTFE in advance was pressed against the crystal film at a pressure of 8 MPa / cm 2 for 20 minutes.
次に、これを室温(常温(RT):25℃)に冷却し、型を剥離させ、厚さ50nmの有機強誘電体膜を形成した。
そして、型を剥離した有機強誘電体膜の表面を顕微鏡により観察し、その表面状態を以下の4段階の基準に従い評価した。その評価結果を表1に示す。
次に、蒸着法を用いてAlから成る厚さ100nmの上部電極を形成した。
Next, this was cooled to room temperature (normal temperature (RT): 25 ° C.), the mold was peeled off, and an organic ferroelectric film having a thickness of 50 nm was formed.
Then, the surface of the organic ferroelectric film from which the mold was peeled was observed with a microscope, and the surface state was evaluated according to the following four-stage criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
Next, an upper electrode made of Al and having a thickness of 100 nm was formed by vapor deposition.
(実施例4)
結晶膜に型を押圧した後、急速冷却(10℃/min以上)する以外は、実施例3と同様の操作を行い、表面の平滑な有機強誘電体材料を得た。
また、型を剥離した有機強誘電体膜の表面を顕微鏡により観察し、その表面状態を以下の4段階の基準に従い評価した。その評価結果を表1に示す。
(実施例5〜10)
圧力および処理温度を表1に示すようにした以外は、前述した実施例1と同様にして、有機強誘電体膜を形成した。
Example 4
An organic ferroelectric material with a smooth surface was obtained in the same manner as in Example 3 except that the mold was pressed against the crystal film and then rapidly cooled (10 ° C./min or more).
Further, the surface of the organic ferroelectric film from which the mold was peeled was observed with a microscope, and the surface state was evaluated according to the following four-stage criteria. The evaluation results are shown in Table 1.
(Examples 5 to 10)
An organic ferroelectric film was formed in the same manner as in Example 1 except that the pressure and processing temperature were as shown in Table 1.
(比較例)
型による押圧を行わなかった以外は、前述した実施例1と同様にして記憶素子を製造した。
表1に示すように、本発明にかかる実施例1〜10では、いずれも、有機強誘電体膜の基板と反対側の面が平滑であった。これに比し、比較例では、有機強誘電体膜の基板と反対側の面に結晶粒による凹凸が目立つものであった。
また、実施例1〜10の記憶素子は、低電圧駆動(約2V程度での駆動)が可能であった。これに対し、比較例の記憶素子は、駆動が不可能であった。これは、リーク電流の増大や短絡によるものであると考えられる。
(Comparative example)
A memory element was manufactured in the same manner as in Example 1 described above, except that pressing with a mold was not performed.
As shown in Table 1, in Examples 1 to 10 according to the present invention, the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate was smooth. In contrast, in the comparative example, unevenness due to crystal grains was conspicuous on the surface of the organic ferroelectric film opposite to the substrate.
In addition, the memory elements of Examples 1 to 10 were capable of low voltage driving (driving at about 2 V). On the other hand, the storage element of the comparative example cannot be driven. This is thought to be due to an increase in leakage current or a short circuit.
1、1A‥‥記憶素子 2‥‥基板 3‥‥下部電極 31‥‥ソース領域 32‥‥ドレイン領域 33‥‥半導体膜 34‥‥チャネル領域 4‥‥有機強誘電体膜 4A‥‥液状材料 4B‥‥低結晶化度膜 4C‥‥結晶膜 4D‥‥有機強誘電体膜 4E‥‥低結晶化度膜 5‥‥上部電極 5A‥‥ゲート電極 100、100A‥‥記憶装置 101‥‥第1信号電極 102‥‥第2信号電極 103‥‥第3信号電極
DESCRIPTION OF
Claims (18)
基板の一方面上に、前記有機強誘電体膜の結晶化度よりも低い結晶化度の低結晶化度膜を形成する第1の工程と、
前記低結晶化度膜から前記有機強誘電体膜を形成する第2の工程と、を有し、
前記第1の工程は、前記基板の一方面上に前記有機強誘電体材料を含む液体材料を塗布・乾燥する工程を含み、
前記第2の工程は、前記低結晶化度膜を加熱・加圧することにより、前記低結晶化度膜を整形しつつ前記低結晶化度膜中の結晶化度を高める工程を含む、
ことを特徴とする有機強誘電体膜の形成方法。 A method of forming an organic ferroelectric film composed mainly of an organic ferroelectric material having crystallinity,
Forming a low crystallinity film having a crystallinity lower than the crystallinity of the organic ferroelectric film on one surface of the substrate;
A second step of forming the organic ferroelectric film from the low crystallinity film,
The first step includes a step of applying and drying a liquid material containing the organic ferroelectric material on one surface of the substrate,
The second step includes a step of increasing the crystallinity in the low crystallinity film while shaping the low crystallinity film by heating and pressurizing the low crystallinity film.
A method of forming an organic ferroelectric film characterized by the above.
前記第2の工程では、前記加圧に際し、前記型と前記第1の電極との間に電界を印加しつつ、前記結晶化を行う請求項11または12に記載の有機強誘電体膜の形成方法。 Before the first step, a first electrode is formed on the substrate, and in the first step, the low crystallinity film is formed on a surface of the first electrode opposite to the substrate. Form the
13. The formation of the organic ferroelectric film according to claim 11, wherein, in the second step, the crystallization is performed while applying an electric field between the mold and the first electrode during the pressurization. Method.
基板の一方の面上に、前記有機強誘電体膜の結晶化度よりも低い結晶化度の低結晶化度膜を形成する第1の工程と、
前記低結晶化度膜から前記有機強誘電体膜を形成する第2の工程と、を有し、
前記第1の工程は、前記基板の一方面上に前記有機強誘電体材料を含む液体材料を塗布・乾燥する工程を含み、
前記第2の工程は、
前記低結晶度化膜を加熱して前記低結晶化度膜の結晶化度を高めた結晶膜を形成する第3の工程と、
前記結晶膜を加熱・加圧することにより前記結晶膜を整形し前記有機強誘電体膜を形成する第4の工程とを含む、
ことを特徴とする有機強誘電体膜の形成方法。 A method for producing an organic ferroelectric film comprising an organic ferroelectric material having crystallinity as a main material,
A first step of forming a low crystallinity film having a crystallinity lower than that of the organic ferroelectric film on one surface of the substrate;
A second step of forming the organic ferroelectric film from the low crystallinity film,
The first step includes a step of applying and drying a liquid material containing the organic ferroelectric material on one surface of the substrate,
The second step includes
A third step of forming a crystal film in which the low crystallinity film is heated to increase the crystallinity of the low crystallinity film;
A fourth step of shaping the crystal film by heating and pressurizing the crystal film to form the organic ferroelectric film.
A method of forming an organic ferroelectric film characterized by the above.
基板の一方面上に、第1の電極を形成する工程と、
前記第1の電極の前記基板とは反対側の面上に前記有機強誘電体膜の結晶化度よりも低い結晶化度の低結晶化度膜を形成する第1の工程と、
前記低結晶化度膜から前記有機強誘電体膜を形成する第2の工程と、
前記有機強誘電体膜の前記第1の電極とは反対側の面上に、第2の電極を形成する工程と、を含み、
前記第1の工程は、前記基板の一方面上に前記有機強誘電体材料を含む液体材料を塗布・乾燥する工程を含み、
前記第2の工程は、前記低結晶化度膜を加熱・加圧することにより、前記低結晶化度膜を整形しつつ前記低結晶化度膜中の結晶化度を高める工程を含む、
ことを特徴とする記憶素子の製造方法。 A method of manufacturing a memory element using an organic ferroelectric film composed mainly of an organic ferroelectric material having crystallinity,
Forming a first electrode on one side of the substrate;
Forming a low crystallinity film having a crystallinity lower than that of the organic ferroelectric film on a surface of the first electrode opposite to the substrate;
A second step of forming the organic ferroelectric film from the low crystallinity film;
Forming a second electrode on a surface of the organic ferroelectric film opposite to the first electrode,
The first step includes a step of applying and drying a liquid material containing the organic ferroelectric material on one surface of the substrate,
The second step includes a step of increasing the crystallinity in the low crystallinity film while shaping the low crystallinity film by heating and pressurizing the low crystallinity film.
A method for manufacturing a memory element.
前記第1の電極を形成する工程で形成する前記第1の電極は、互いに間隔を隔てて設けられた1対の電極であり、
前記半導体膜を形成する工程において、前記1対の電極のそれぞれに接触するように前記半導体膜を形成し、
前記第1の工程において形成される前記低結晶化度膜は、前記半導体膜の前記基板とは反対側の面上に形成される請求項15に記載の記憶素子の製造方法。 A step of forming a semiconductor film after the step of forming the first electrode and before the first step;
The first electrode formed in the step of forming the first electrode is a pair of electrodes provided at a distance from each other,
In the step of forming the semiconductor film, the semiconductor film is formed in contact with each of the pair of electrodes,
The method for manufacturing a memory element according to claim 15, wherein the low crystallinity film formed in the first step is formed on a surface of the semiconductor film opposite to the substrate.
を特徴とする記憶装置。 A storage device comprising the storage element manufactured by the method for manufacturing a storage element according to claim 15.
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