JP2006253380A - 有機強誘電体メモリ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 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。
【解決手段】（ａ）基板１００の上方に、ソース電極１１０、ドレイン電極１１２、有機半導体層１１４、ゲート絶縁層１１６及びゲート電極１２８を有する有機薄膜トランジスタ１２０を形成すること、（ｂ）層間絶縁層１２２を貫通して有機薄膜トランジスタ１２０と電気的に接続する第１のコンタクト層１２４、及び層間絶縁層１２２を貫通して有機薄膜トランジスタ１２０と電気的に接続する第２のコンタクト層１２６を形成すること、（ｃ）第１のコンタクト層１２４と電気的に接続する配線層１３０を形成すること、（ｄ）第２のコンタクト層１２６と電気的に接続し、かつ下部電極１４２、有機強誘電体層１４４及び上部電極１４６を有する有機強誘電体キャパシタ１４０を形成すること、を含む。
【選択図】 図８

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。

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、ガラス基板やプラスチックなどの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

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。

（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）基板の上方に、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する有機薄膜トランジスタを形成すること、
（ｂ）前記有機薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成すること、
（ｃ）前記層間絶縁層に前記有機薄膜トランジスタと電気的に接続する第１のコンタクト層、及び前記層間絶縁層に前記有機薄膜トランジスタ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有機強誘電体キャパシタを形成すること、
を含む。本発明によれば、有機強誘電体層を含む有機強誘電体キャパシタと、有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタとを形成するので、例えば全体として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。
（２）この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記（ａ）〜（ｅ）工程を液相プロセスにより行ってもよい。これにより、安価かつ容易な製造プロセスを実現することができる。
（３）この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記有機半導体層、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極の少なくとも一つ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（ａ）工程で、前記有機半導体層を、フルオレン―チオフェン共重合体により形成してもよい。
（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、前記有機強誘電体層及び前記上部電極の少なくとも一つ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。
（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。
（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、有機強誘電体キャパシタのヒステリシス特性が良好になる。
（８）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、ポリ（フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン）、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により形成してもよい。
（９）この有機強誘電体メモリの製造方法において、
前記基板は有機系基板であってもよい。
（１０）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、前記有機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、有機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。
（１１）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、
基板と、
前記基板の上方に形成され、かつソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタの上方に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に形成された第１のコンタクト層と、
前記層間絶縁層に形成された第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有機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有機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有機強誘電体キャパシタと、
を含む。本発明によれば、有機強誘電体層を含む有機強誘電体キャパシタと、有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタを有するので、例えば全体として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。
（１２）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、
基板と、
前記基板の上方に形成され、下部電極、有機強誘電体層及び上部電極を有する有機強誘電体キャパシタと、
前記有機強誘電体キャパシタの上方に形成された層間絶縁層と、
前記層間絶縁層の上方に形成され、かつソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する有機薄膜トランジスタと、
前記有機薄膜トランジスタと電気的に接続された第１のコンタクト層と、
前記第１のコンタクト層と電気的に接続された配線層と、
前記層間絶縁層を貫通し、かつ前記有機薄膜トランジスタと前記有機強誘電体キャパシタとを電気的に接続する第２のコンタクト層と、
を含む。本発明によれば、有機強誘電体層を含む有機強誘電体キャパシタと、有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタを有するので、例えば全体として１４０℃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。
（１３）この有機強誘電体メモリにおいて、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方には、前記有機半導体層が形成され、
前記有機半導体層の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
前記ゲート絶縁層の上方には、前記ゲート電極が形成されていてもよい。
（１４）この有機強誘電体メモリにおいて、
前記有機半導体層の上方には、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成され、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
前記ゲート絶縁層の上方には、前記ゲート電極が形成されていてもよい。
（１５）この有機強誘電体メモリにおいて、
前記ゲート電極の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
前記ゲート絶縁層の上方には、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成され、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方には、前記有機半導体層が形成されていてもよい。
（１６）この有機強誘電体メモリにおいて、
前記ゲート電極の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
前記ゲート絶縁層の上方には、前記有機半導体層が形成され、
前記有機半導体層の上方には、前記ソース及び前記ドレイン電極が形成されていてもよい。
（１７）この有機強誘電体メモリにおいて、
前記基板は有機系基板であってもよい。

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。

図１〜図７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８及び図９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。

（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。

（１）図１〜図４に示すように、基板１００上に有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）１２０を形成する。

まず、図１に示すように、基板１００を用意する。基板１００は、有機系基板（樹脂基板、プラスチック基板）であってもよい。有機系基板は、有機系材料を少なくとも一部に含み、例えば、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンナフタレート基板、ポリアラミド基板、ポリフェニリンサルファイド基板、ポリオレフィン系基板、ポリイミド基板、エポキシ基板などが挙げられる。有機系基板としてフィルム状のフレキシブル基板を使用してもよい。変形例として、基板１００は、ガラス基板や、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を用いることもできる。本実施の形態では、基板１００に対して行う全てのプロセスを低温（例えば最高温度１４０℃程度）により行うことができるため、熱による制約を受けることがなく、基板１００等の材料選択自由度の向上が図れる。

（１−１）図１に示すように、基板１００上にソース電極１１０及びドレイン電極１１２を形成する。ソース電極１１０及びドレイン電極１１２は、基板１００の上面に形成してもよいし、基板１００上に図示しないバッファー層、又は表面改質層を介して形成してもよい。

ソース電極１１０及びドレイン電極１１２は、液滴吐出部（例えばプリンタヘッド）１０２からインク１０４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１０４は、導電性微粒子を含む分散液（例えば導電性有機材料インク、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、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウムなどの金属微粒子、導電性有機材料の微粒子、超電導体又は導電性酸化物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。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スチレンサルフォネート（ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキサンチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、又はポリアニリンなどが挙げられる。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。

液滴吐出法としては、スピンコート法、マイクロディスペンス法、インクジェット法、バブルジェット（登録商標）法、ジェルジェット（登録商標）法、又は溶液霧化法（ＬＳＭＣＤ：Liquid Source Misted Chemical Deposition）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ソース電極１１０及びドレイン電極１１２を直接形成することが可能になる。

インク１０４を塗布する前に、必要に応じて、基板１００の上面を表面処理してもよい。例えば、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２を形成するための領域以外の領域に撥液処理を行う。これにより、吐出されたインク１０４がソース電極１１０及びドレイン電極１１２を形成するための領域に滴下されなかった場合でも、所定のパターンのソース電極１１０及びドレイン電極１１２を形成することができる。

なお、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２の成膜方法としては、上述した液滴吐出法に限定されず、その他のプロセスとして、スパッタ法、蒸着法、メッキ法等の公知の方法を適用することもできる。

（１−２）図２に示すように、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２上に有機半導体層１１４を形成する。有機半導体層１１４の材料を含む液体を使用し、液相プロセス（例えばスピンコート法又は液滴吐出法）により有機半導体層１１４を形成することができる。例えば上述した液滴吐出法を適用して、所定のパターンを有する有機半導体層１１４を直接形成してもよい。すなわち、図２に示すように、ソース電極１１０を露出する穴１１４ａ及びドレイン電極１１２を露出する穴１１４ｂが形成されるように、有機半導体層１１４を所定のパターンに形成する。

有機半導体層１１４の材料としては、例えばフルオレン−チオフェン共重合体の一つであるＦ８Ｔ２が挙げられる。また、有機半導体層としては、この他にも、以下の高分子系有機半導体材料、低分子系有機半導体材料のいずれも使用することができる。高分子系有機半導体材料としては、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）（ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（ＰＴＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）（ＰＦＭＯ）、ポリ（９，９ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）（ＢＴ）、フルオレン−トリアリルアミン共重合体、トリアリルアミン系ポリマー、フルオレン−チオフェン共重合体、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン／スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリチオフェン、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（２，２’−チエニルピロール）、ポリアニリン等等が挙げられる。低分子系有機半導体としては、例えば、Ｃ６０、或いは、金属フタロシアニン、或いは、それらの置換誘導体、或いは、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン等のアセン分子材料、或いは、α−オリゴチオフェン類、具体的にはクォーターチオフェン（４Ｔ）、セキシチオフェン（６Ｔ）、オクチチオフェン（８Ｔ）、ジヘキシルクォーターチオフェン（ＤＨ４Ｔ）、ジヘキルセキシチオフェン（ＤＨ６Ｔ）、等が挙げられる。

半導体層の材料として有機材料を用いることにより、低温プロセスが可能となり、例えばシリコンを用いる場合と比べてきわめて簡便に半導体層を形成することができる。なお有機半導体層１１４の形成法として、蒸着法など公知の方法を適用することができる。

（１−３）図３に示すように、有機半導体層１１４上にゲート絶縁層１１６を形成する。ゲート絶縁層１１６の材料を含む液体を使用し、液体材料を用いた成膜プロセスによりゲート絶縁層１１６を形成することができる。例えば上述した液滴吐出法を適用して、所定のパターンを有するゲート絶縁層１１６を直接形成してもよい。すなわち、図３に示すように、ソース電極１１０を露出する穴１１６ａ及びドレイン電極１１２を露出する穴１１６ｂが形成されるように、ゲート絶縁層１１６を所定のパターンに形成する。

ゲート絶縁層１１６の成膜温度は、有機半導体層１１４の耐熱温度よりも低温であることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの絶縁性有機材料を使用すると、ゲート絶縁層１１６を有機半導体層１１４の耐熱温度よりも低温により成膜することが可能になる。

（１−４）図４に示すように、ゲート絶縁層１１６上にゲート電極１１８を形成する。ゲート電極１１８の材料を含む液体を使用し、液相プロセス（例えば液滴吐出法）によりゲート電極１１８を形成することができる。例えば上述した液滴吐出法を適用して、所定のパターンを有するゲート電極１１８を直接形成してもよい。ゲート電極１１８の材料は、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２において説明した内容を適用することができ、例えばソース電極１１０及びドレイン電極１１２と同じ材料であってもよい。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。その他のゲート電極１１８の成膜方法としては、スパッタ法、蒸着法、メッキ法等が挙げられる。

また、ゲート絶縁層１１６の材質によっては、ゲート電極１１８を成膜する前に、受容層（図示しない）を形成してもよい。例えばゲート絶縁層１１６が、撥水性の高い材質からなり、かつゲート電極１１８の液体材料が水溶性である場合、所望の形状にゲート電極１１８を塗布するのは困難である。そこで、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）等からなる受容層を予め形成することによって、より簡便に所望の形状のゲート電極１１８を形成することができる。

こうして、有機薄膜トランジスタ１２０を形成することができる。有機薄膜トランジスタ１２０は、ソース電極１１０、ドレイン電極１１２、有機半導体層１１４、ゲート絶縁層１１６及びゲート電極１１８を含む。図４に示す有機薄膜トランジスタ１２０は、いわゆるトップゲート・ボトムコンタクト型の有機ＴＦＴである。

（２）図５に示すように、有機薄膜トランジスタ１２０上に層間絶縁層１２２を形成する。

層間絶縁層１２２の材料としては、有機半導体層１１４の耐熱温度より低い温度で成膜できるものが好ましい。例えば、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、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）等が挙げられる。これらを用いることにより、有機半導体層１１４に与える熱によるダメージを低減することができる。

成膜方法としては、ＣＶＤ法、液滴吐出法などが挙げられる。例えば、図５に示すように、上述した液滴吐出法を適用して、所定のパターンを有する層間絶縁層１２２を直接形成してもよい。詳しくは、ソース電極１１０を露出する穴１２２ａ及びドレイン電極１１２を露出する穴１２２ｂが形成されるように、層間絶縁層１２２を所定のパターンに形成する。

（３）次に、図６及び図７に示すように、第１及び第２のコンタクト層１２４，１２６、配線層１３０、有機強誘電体キャパシタ１４０を形成する。

（３−１）第１のコンタクト層１２４は、層間絶縁層１２２を貫通して有機薄膜トランジスタ１２０（例えばドレイン電極１１２）と電気的に接続するように形成される。詳しくは、第１のコンタクト層１２４は、穴１１４ｂ、１１６ｂ、１２２ｂを埋めるように形成される。第１のコンタクト層１２４の材料を含む液体を使用し、液相プロセス（例えば液滴吐出法）により第１のコンタクト層１２４を形成してもよい。

第１のコンタクト層１２４は、所定の穴（穴１１４ｂ、１１６ｂ、１２２ｂ）の内部のみに形成してもよいし、その内部のみならずさらに層間絶縁層１２２の上面に至るように形成してもよい。後者の場合、図６に示すように、第１のコンタクト層１２４と配線層１３０とを一体的（連続的）に形成してもよい。液滴吐出法により、インク量及びインク塗布領域を制御すれば、第１のコンタクト層１２４及び配線層１３０を同一の液滴吐出工程により形成することができる。そのため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。あるいは、第１のコンタクト層１２４を形成した後に、同一又は異なる手法により配線層１３０を別個に形成してもよい。なお、第１のコンタクト層１２４、配線層１３０の材料及び成膜方法の詳細は、上述した内容を適用することができる。

（３−２）第２のコンタクト層１２６は、層間絶縁層１２２を貫通して有機薄膜トランジスタ１２０（例えばソース電極１１０）と電気的に接続するように形成される。詳しくは、第２のコンタクト層１２６は、穴１１４ａ、１１６ａ、１２２ａを埋めるように形成される。

図６に示すように、第２のコンタクト層１２６と有機強誘電体キャパシタ１４０の下部電極１４２とを一体的（連続的）に形成してもよい。液滴吐出法により、インク量及びインク塗布領域を制御すれば、第２のコンタクト層１２６及び下部電極１４２を同一の液滴吐出工程により形成することができる。そのため、製造プロセスの簡略化を図ることができる。あるいは、第２のコンタクト層１２６を形成した後に、同一又は異なる手法により別個に下部電極１４２を形成してもよい。なお、第２のコンタクト層１２６のその他の内容は、第１のコンタクト層１２４及び上述の説明を適用することができる。

（３−３）図７に示すように、下部電極１４２、有機強誘電体層１４４及び上部電極１４６を有する有機強誘電体キャパシタ１４０を形成する。例えば、下部電極１４２と第２のコンタクト層１２６を相互に電気的に接続する。下部電極１４２及び配線層１３０は、層間絶縁層１２２上に形成することができる。すなわち、有機強誘電体キャパシタ１４０及び配線層１３０を同一レベル層に形成することができる。

下部電極１４２の材料及び成膜方法は、ソース電極１１０等の内容を適用することができる。特に、下部電極１４２の材料が導電性有機材料であれば、有機強誘電体キャパシタ１４０のヒステリシス特性が良好になる。

次に、下部電極１４２上に有機強誘電体層１４４を形成する。有機強誘電体層１４４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））、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（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、フッ化ビニリデンオリゴマー（ＶＤＦ）、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）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１４２を含む領域上に成膜し、１４０℃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１００の選択自由度が高い。また、配線層１３０に熱によるダメージを与えることがないので、配線層１３０を有機強誘電体キャパシタ１４０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１４２）にはあまり依存しないため、下部電極１４２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。

有機強誘電体層１４４の成膜方法は、真空蒸着法、ＬＢ（Langmuir-Blodgett）法、上述した液滴吐出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１４４を直接形成することができる。また、液滴吐出法の場合、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１４４をエッチングによりパターニングしてもよい。

その後、有機強誘電体層１４４上に上部電極１４６を形成する。上部電極１４６の材料及び形成方法としては、上述した下部電極１４２の内容を適用することができる。例えば上部電極１４６の材料が導電性有機材料であれば、上述したように有機強誘電体キャパシタ１４０のヒステリシス特性が向上する。上部電極１４６の場合、下地となる有機強誘電体層１４４にダメージが与えられないよう成膜することが好ましい。

こうして、有機強誘電体キャパシタ１４０を形成することができる。この有機強誘電体キャパシタ１４０は、第２のコンタクト層１２６を介して有機薄膜トランジスタ１２０（例えばソース電極１１０）に電気的に接続されている。有機薄膜トランジスタ１２０は、有機強誘電体キャパシタ１４０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。

（４）その後、図８に示すように、有機強誘電体キャパシタ１４０上に絶縁層１５０を形成する。絶縁層１５０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。絶縁層１５０は、有機強誘電体キャパシタ１４０を被覆して形成する。絶縁層１５０の成膜温度が、例えば有機強誘電体層１４４の成膜温度よりも低くければ、有機強誘電体キャパシタ１４０の熱によるダメージを低減することができる。絶縁層１５０の材料及び成膜方法は、層間絶縁層１２２の内容を適用することができる。

以上の工程により、図８に示すように有機強誘電体メモリ１０００を製造することができる。上述の全ての成膜プロセスを液相プロセスにより行うことができる。特に、液滴吐出法を適用すれば、液滴材料を変えるだけで同一の吐出装置を用いて製造できるため、極めて安価かつ容易な製造プロセスを実現することができる。

（有機強誘電体メモリの構造）
図８に示すように、有機強誘電体メモリ１０００は、基板１００と、有機薄膜トランジスタ１２０と、層間絶縁層１２２と、第１及び第２のコンタクト層１２４，１２６と、配線層１３０と、有機強誘電体キャパシタ１４０と、を含む。図８に示す例では、有機薄膜トランジスタ１２０はいわゆるトップゲート・ボトムコンタクト型の構造を有する。詳しくは、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２上に有機半導体層１１４が形成され、有機半導体層１１４上にゲート絶縁層１１６が形成され、ゲート絶縁層１１６上にゲート電極１１８が形成されている。なお、有機薄膜トランジスタの構造は図８に示すものに限定されず、後述のように様々な態様をとることができる。

図９の回路図を参照すると、ワード線（ＷＬ）が有機薄膜トランジスタ１２０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１３０に電気的に接続され、プレート線（ＰＬ）が有機強誘電体キャパシタ１４０の上部電極１４６に電気的に接続されている。

この有機強誘電体メモリ１０００によれば、上述した効果のほか、特に、有機系基板、有機半導体、導電性有機材料、絶縁性有機材料等の他のフレキシブル材料と組み合わせることにより、互いにかける負荷を軽減し、より高性能なフレキシブルメモリを提供することができる。

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。

（第１の変形例）
図１０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。

本変形例では、有機強誘電体キャパシタ２４０を配線層１３０よりも上層に形成する。すなわち、配線層１３０を形成した後、配線層１３０上に中間絶縁層１６０を形成し、中間絶縁層１６０上に有機強誘電体キャパシタ２４０を形成する。その場合、層間絶縁層１２２及び中間絶縁層１６０を連続して貫通する第２のコンタクト層２２６により、有機薄膜トランジスタ１２０及び有機強誘電体キャパシタ２４０の電気的接続を図ることができる。中間絶縁層１６０の形成方法及び材料は、層間絶縁層１２２の内容を適用することができる。

本変形例によれば、有機強誘電体層を含む有機強誘電体キャパシタ２４０を形成するので、例えば、必要な層間絶縁層１６０、配線層１３０、層間絶縁層１２２、有機薄膜トランジスタの成膜温度が、有機強誘電体キャパシタ２４０の耐熱温度より高い場合でも、配線層１３０等の素子に熱によるダメージを与えることがない。また、有機薄膜トランジスタ１２０及びその他の導電部（配線層１３０など）の形成工程と、有機強誘電体キャパシタ２４０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。

（第２の変形例）
図１１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及びその製造方法を説明する図である。

本変形例では、基板１００から順番に、有機強誘電体キャパシタ３４０、有機薄膜トランジスタ３２０が配置されている。詳しくは、基板１００上に有機強誘電体キャパシタ３４０が形成され、有機強誘電体キャパシタ３４０上に層間絶縁層１２２が形成され、層間絶縁層１２２上に有機薄膜トランジスタ３２０が形成され、有機薄膜トランジスタ３２０上に絶縁層１５０が形成されている。有機強誘電体キャパシタ３４０及び有機薄膜トランジスタ３２０の詳細は、基板１００を基準とする位置が異なる点を除き、上述した内容を適用することができる。図１１に示す例では、第１のコンタクト層３２４が有機薄膜トランジスタ３２０（図ではドレイン電極３１２）上に設けられ、絶縁層１５０上に配線層３３０が形成されているがこの形態に限定されるものではなく、配線層３３０を有機強誘電体キャパシタ３４０と同一レベル層（すなわち基板１００上）に形成してもよい。第２のコンタクト層３２６は、層間絶縁層１２２を貫通し、かつ有機強誘電体キャパシタ３４０及び有機薄膜トランジスタ３２０を電気的に接続するもので、例えば上部電極３４６及びソース電極３１０を電気的に接続している。

本変形例によれば、有機強誘電体キャパシタ３４０の上方に有機薄膜トランジスタ３２０を形成することによって、有機薄膜トランジスタ３２０を形成する前に有機強誘電体キャパシタ３４０を形成することができる。これにより、例えば有機強誘電体層の成膜温度が有機半導体層の耐熱温度より高い場合に、有機半導体層が有機強誘電体層の成膜時のアニール処理によって受けるダメージを防止することができる。

（第３の変形例）
図１２〜図１４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及びその製造方法を説明する図である。本変形例では、有機薄膜トランジスタの構造が上述と異なっている。

（１）図１２に示す例では、有機薄膜トランジスタ４２０は、いわゆるトップゲート・トップコンタクト型の構造を有する。詳しくは、有機半導体層４１４上にソース電極４１０及びドレイン電極４１２が形成され、ソース電極４１０及びドレイン電極４１２上にゲート絶縁層４１６が形成され、ゲート絶縁層４１６上にゲート電極４１８が形成されている。なお、それらの材料及び成膜方法は、上述した内容を適用することができる。

（２）図１３に示す例では、有機薄膜トランジスタ５２０は、いわゆるボトムゲート・ボトムコンタクト型の構造を有する。詳しくは、ゲート電極５１８上にゲート絶縁層５１６が形成され、ゲート絶縁層５１６上にソース電極５１０及びドレイン電極５１２が形成され、ソース電極５１０及びドレイン電極５１２上に有機半導体層５１４が形成されている。なお、それらの材料及び成膜方法は、上述した内容を適用することができる。

（３）図１４に示すように、有機薄膜トランジスタ６２０は、いわゆるボトムゲート・トップコンタクト型の構造を有する。詳しくは、ゲート電極６１８上にゲート絶縁層６１６が形成され、ゲート絶縁層６１６上に有機半導体層６１４が形成され、有機半導体層６１４上にソース電極６１０及びドレイン電極６１２が形成されている。なお、それらの材料及び成膜方法は、上述した内容を適用することができる。

（第４の変形例）
図１５は、本実施の形態の第４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、動作安定性が高く、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。

（第５の変形例）
図１６〜図１９は、本実施の形態の第５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、有機強誘電体キャパシタ１４０のパターニング方法が上述と異なっている。

まず、図１６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１４２ａ、有機強誘電体層１４４ａ、上部電極１４６ａを順に積層する。その後、図１７に示すように上部電極１４６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１４６を液滴吐出法により直接的に有機強誘電体層１４４ａに形成してもよい。

その後、図１７に示すように、所定のパターンを有する上部電極１４６をマスクとして有機強誘電体層１４４ａ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１４４ａのうちマスク（上部電極１４６）から露出する領域を揮発させて除去する。こうして、図１８に示すように、有機強誘電体層１４４を上部電極１４６と同一パターンに形成することができる。

あるいは、ドライエッチングにより上部電極１４６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１４４を同時にパターニングしてもよい。

なお、図１９に示すように、下部電極１４２を所定の方法によりパターニングすることで、有機強誘電体キャパシタ１４０を形成することができる。

本変形例によれば、上部電極１４６をマスクとして利用することにより、有機強誘電体層１４４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。

なお、本発明は、上述した複数の変形例の少なくとも２つ以上の内容を組み合わせて導くことができる形態をさらに含む。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１００…基板 １１０…ソース電極 １１２…ドレイン電極 １１４…有機半導体層
１１６…ゲート絶縁層 １１８…ゲート電極 １２０…有機薄膜トランジスタ
１２２…層間絶縁層 １２４…第１のコンタクト層 １２６…第２のコンタクト層
１３０…配線層 １４０…有機強誘電体キャパシタ １４２…下部電極
１４４…有機強誘電体層 １４６…上部電極 １５０…絶縁層 １６０…中間絶縁層
２２６…第２のコンタクト層 ２４０…有機強誘電体キャパシタ ３１０…ソース電極
３１２…ドレイン電極 ３２０…有機薄膜トランジスタ ３２４…第１のコンタクト層
３２６…第２のコンタクト層 ３３０…配線層 ３４０…有機強誘電体キャパシタ
４１０…ソース電極 ４１２…ドレイン電極 ４１６…ゲート絶縁層
４１８…ゲート電極 ４２０…有機薄膜トランジスタ ５１０…ソース電極
５１２…ドレイン電極 ５１４…有機半導体層 ５１６…ゲート絶縁層
５２０…有機薄膜トランジスタ ６１０…ソース電極 ６１２…ドレイン電極
６１４…有機半導体層 ６１６…ゲート絶縁層 ６２０…有機薄膜トランジスタ

Claims (17)

1. 有機強誘電体メモリの製造方法であって、
   （ａ）基板の上方に、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する有機薄膜トランジスタを形成すること、
   （ｂ）前記有機薄膜トランジスタの上方に層間絶縁層を形成すること、
   （ｃ）前記層間絶縁層に前記有機薄膜トランジスタと電気的に接続する第１のコンタクト層、及び前記層間絶縁層に前記有機薄膜トランジスタ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有機強誘電体キャパシタを形成すること、
   を含む、有機強誘電体メモリの製造方法。
2. 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）〜（ｅ）工程を液相プロセスにより行う、有機強誘電体メモリの製造方法。
3. 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（ａ）工程で、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記有機半導体層、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極の少なくともいずれか一つ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。
4. 請求項１から請求項３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（ａ）工程で、前記有機半導体層を、フルオレン−チオフェン共重合体により形成する、強誘電体メモリの製造方法。
5. 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、前記有機強誘電体層及び前記上部電極の少なくともいずれか一つ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。
6. 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。
7. 請求項１から請求項６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。
8. 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（ｅ）工程で、前記有機強誘電体層を、ポリ（フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン）、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により形成する、有機強誘電体メモリの製造方法。
9. 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、
   前記基板は有機系基板である、有機強誘電体メモリの製造方法。
10. 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（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、前記有機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。
11. 蓄積容量型の有機強誘電体メモリであって、
    基板と、
    前記基板の上方に形成され、かつソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する有機薄膜トランジスタと、
    前記有機薄膜トランジスタの上方に形成された層間絶縁層と、
    前記層間絶縁層に形成された第１のコンタクト層と、
    前記層間絶縁層に形成された第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有機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有機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有機強誘電体キャパシタと、
    を含む、有機強誘電体メモリ。
12. 蓄積容量型の有機強誘電体メモリであって、
    基板と、
    前記基板の上方に形成され、下部電極、有機強誘電体層及び上部電極を有する有機強誘電体キャパシタと、
    前記有機強誘電体キャパシタの上方に形成された層間絶縁層と、
    前記層間絶縁層の上方に形成され、かつソース電極、ドレイン電極、有機半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極を有する有機薄膜トランジスタと、
    前記有機薄膜トランジスタと電気的に接続された第１のコンタクト層と、
    前記第１のコンタクト層と電気的に接続された配線層と、
    前記層間絶縁層に形成され、かつ前記有機薄膜トランジスタと前記有機強誘電体キャパシタとを電気的に接続する第２のコンタクト層と、
    を含む、有機強誘電体メモリ。
13. 請求項１１又は請求項１２記載の有機強誘電体メモリにおいて、
    前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方には、前記有機半導体層が形成され、
    前記有機半導体層の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
    前記ゲート絶縁層の上方には、前記ゲート電極が形成されている、有機強誘電体メモリ。
14. 請求項１１又は請求項１２記載の有機強誘電体メモリにおいて、
    前記有機半導体層の上方には、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成され、
    前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
    前記ゲート絶縁層の上方には、前記ゲート電極が形成されている、有機強誘電体メモリ。
15. 請求項１１又は請求項１２記載の有機強誘電体メモリにおいて、
    前記ゲート電極の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
    前記ゲート絶縁層の上方には、前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成され、
    前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上方には、前記有機半導体層が形成されている、有機強誘電体メモリ。
16. 請求項１１又は請求項１２記載の有機強誘電体メモリにおいて、
    前記ゲート電極の上方には、前記ゲート絶縁層が形成され、
    前記ゲート絶縁層の上方には、前記有機半導体層が形成され、
    前記有機半導体層の上方には、前記ソース及び前記ドレイン電極が形成されている、有機強誘電体メモリ。
17. 請求項１１から請求項１６のいずれかに記載の有機強誘電体メモリにおいて、
    前記基板は有機系基板である、有機強誘電体メモリ。

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