DE102011007762B4 - Verfahren zur herstellung einer elektronischen vorrichtung, elektronische vorrichtung und dielektrische zusammensetzung für dünnschichttransistoren - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, umfassend:
das Abscheiden einer dielektrischen Zusammensetzung auf einem Substrat, wobei die dielektrische Zusammensetzung ein dielektrisches Material, ein Vernetzungsmittel und ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst; wobei das dielektrische Material ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Dielektrikummaterial) und ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Dielektrikummaterial) umfasst, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,0 aufweist, wobei das High-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder höher aufweist; wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Polymethin, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder -aminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex ist;
das Exponieren der dielektrischen Zusammensetzung gegenüber einer Infrarotstrahlung, um die dielektrische Zusammensetzung auszuhärten und so eine dielektrische Schicht auf dem Substrat zu bilden; und
das Bilden einer halbleitenden Schicht auf dem Substrat.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft in verschiedenen Ausführungsformen Dünnschichttransistoren (TFTs) und/oder weitere elektronische Vorrichtungen, die eine Gate-Dielektrikum-Schicht umfassen. Die Gate-Dielektrikum-Schicht wird aus einer dielektrischen Zusammensetzung gebildet, wie sie hierin beschrieben wird, die einen Infrarot(IR)-Absorber bzw. ein IR-Absorptionsmittel enthält. Dies ermöglicht ein selektives Härten der dielektrischen Zusammensetzung, während das Substrat bei einer relativ geringeren Temperatur verbleibt, was eine Deformierung des Substrats verhindert.
  • TFTs bestehen im Allgemeinen aus einem Substrat, einer elektrisch leitfähigen Gateelektrode, Source- und Drainelektroden, einer elektrisch isolierenden Gate-Dielektrikum-Schicht, welche die Gateelektrode von der Source- und Drainelektroden trennt, und einer halbleitenden Schicht, die mit der Gate-Dielektrikum-Schicht in Kontakt steht und die Source- und Drainelektroden überbrückt. Ihre Betriebseigenschaften können durch die Feldeffekt-Mobilität und das Strom-On/Off-Verhältnis des gesamten Transistors bestimmt werden. Erwünscht sind eine hohe Mobilität und ein hohes On/Off-Verhältnis.
  • Es besteht Interesse an organischen Dünnschichttransistoren (OTFTs) für Anwendung wie z. B. RFID(Radiofrequenzidentifizierung)-Tags und Rückwandbus(Backplane)-Schaltungen für Anzeigegeräte wie z. B. Leitsysteme, Lesegeräte und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, bei denen hohe Schaltgeschwindigkeiten und/oder eine hohe Dichte nicht wesentlich sind. OTFTs kennen unter Verwendung von kostengünstigen Herstellungstechniken mit Lösungen oder Flüssigkeiten hergestellt werden. Sie besitzen auch attraktive mechanische Eigenschaften, wie z. B. eine physikalische Kompaktheit, ein leichtes Gewicht und Flexibilität.
  • Kürzlich hat das Interesse an organischen Dünnschichttransistoren zugenommen, die potenziell unter Verwendung von lösungsbasierten Strukturierungen und Abscheidungstechniken hergestellt werden können, wie z. B. Schleuderbeschichten, Foliengießen, Tauchbeschichten, Schablonen-/Siebdruck, Flexographie, Tiefdruck, Offset-Druck, Tintenstrahldruck, Mikrokontaktdruck und dergleichen oder einer Kombination aus diesen Prozessen. Verglichen mit den komplexen photolithographischen Prozessen, die bei der Herstellung von siliciumbasierten Dünnschichttransistorschaltungen für elektronische Vorrichtungen verwendet werden können, sind solche Prozesse im Allgemeinen einfacher und kostengünstiger. Um die Verwendung dieser lösungsbasierten Prozesses bei der Herstellung von Dünnschichttransistorschaltungen zu ermöglichen, sind daher in Lösung verarbeitbare Materialien erforderlich.
  • In dieser Hinsicht können Gate-Dielektrikum-Schichten durch diese lösungsbasierten Prozesse gebildet werden. Die so gebildete Gate-Dielektrikum-Schicht sollte jedoch frei von feinen Löchern sein und eine geringe Oberflächenrauhigkeit (bzw. eine hohe Oberflächenglattheit), einen geringen Leckstrom, eine hohe Dielektrizitätskonstante und eine hohe Durchschlagsspannung aufweisen, gut an der Gateelektrode haften, bei Raumtemperatur in Lösung stabil sein und weitere Funktionalitäten bieten. Sie sollte auch mit den Halbleitermaterialien kompatibel sein, da die Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht und der organischen halbleitenden Schicht die Betriebseigenschaften des TFT entscheidend beeinflusst.
  • Roll-to-Roll-Herstellung bezieht sich auf das noch immer in der Entwicklung befindliche Verfahren zur Erzeugung von elektronischen Vorrichtungen auf einer Walze aus flexibler Kunststoff- oder Metallfolie, ähnlich dem Tiefdruck, Offset-Druck oder der Flexographie, die bei Papier eingesetzt werden. Es wird in Erwägung gezogen, dass lange, aus Dünnschichttransistoren und anderen Vorrichtungen bestehende Schaltungen einfach auf diesen Substraten strukturiert werden können, die einige Meter breit und 50 km lang sein können. Diese Art von Herstellung würde großformatige Vorrichtungen bei geringen Kosten ermöglichen, insbesondere im Vergleich zu normalen Halbleiterherstellungsprozessen, die Photolithographietechniken einsetzen.
  • Für eine Roll-to-Roll-Herstellung sind geringe Temperaturen und eine erhöhte Verarbeitungsgeschwindigkeit entscheidend. In dieser Hinsicht wird im Allgemeinen eine in Lösung verarbeitbare dielektrische Schicht in Form einer Lösung aufgebracht und dann gehärtet. Das thermische Härten erfolgt im Allgemeinen bei einer Temperatur von zum Beispiel etwa 140°C bis 180°C und über einen Zeitraum von zum Beispiel 10 Minuten bis 30 Minuten, um eine optimale Leistung der resultierenden Zusammensetzung zu gewährleisten. Diese Härtungstemperaturen und dauern sind in den meisten Fällen mit einer Roll-to-Roll-Herstellung nicht vereinbar.
  • US 2008/0237581 A1 betrifft eine elektronische Vorrichtung, umfassend eine Halbleiterschicht und eine phasenseparierte dielektrische Struktur.
  • US 2001/0009129 A1 offenbart eine planographische Druckplatte, die direkt durch Scannen eines Infrarotlasers, basierend auf digitalen Signalen, hergestellt werden kann.
  • DE 60 2004 006 283 T2 betrifft die Herstellung von elektronischen Bauelementen und im Besonderen die Bemusterung und das Einbringen von Elementen von Dünnschichttransistoren in mehrstufige Anordnungen unter Anwendung der Verarbeitung von Lösungen und von Direktdruckverfahren.
  • Es wäre wünschenswert, eine dielektrische Schicht und/oder eine dielektrische Zusammensetzung zu schaffen, die bei geringeren Temperaturen und/oder in kürzeren Zeiträumen verarbeitet werden könnte, um die Herstellung einer elektronischen Vorrichtung unter Verwendung der Roll-to-Roll-Herstellung und anderer Verfahren zu ermöglichen.
  • KURZE BESCHREIBUNG
  • In Ausführungsformen werden elektronische Vorrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung solcher elektronischen Vorrichtungen beschrieben. Im Allgemeinen wird die dielektrische Schicht aus einer dielektrischen Zusammensetzung gebildet, wie sie hierin beschrieben wird, die einen Infrarot(IR)-Absorber oder IR-Absorptionsmittel enthält. Diese Zusammensetzung ermöglicht, dass die dielektrische Zusammensetzung während des Härtungsverfahrens auf eine höhere Temperatur gebracht werden kann als die anderen Komponenten der elektronischen Vorrichtung, insbesondere des Substrats. Dies verringert eine Deformierung des Substrats. Die elektronische Vorrichtung umfasst eine dielektrische Schicht, die dielektrische Schicht umfasst ein vernetzendes dielektrisches Material und ein Infrarotabsorptionsmittel. In Ausführungsformen sind die elektronischen Vorrichtungen Dünnschichttransistoren, insbesondere Dünnschichttransistoren auf einem flexiblen Substrat, wie z. B. ein kostengünstiges Polyethylenterephthalat (PET).
  • In einigen Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung beschrieben. Eine dielektrische Zusammensetzung wird auf einem Substrat abgeschieden, wobei die dielektrische Zusammensetzung ein dielektrisches Material, ein Vernetzungsmittel und ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst; wobei das dielektrische Material ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Dielektrikummaterial) und ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Dielektrikummaterial) umfasst, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,0 aufweist, wobei das High-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder hoher aufweist; wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Polymethin, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder - amminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex ist. Die dielektrische Zusammensetzung wird dann Infrarotstrahlung ausgesetzt, um die dielektrische Zusammenensetzung auszuhärten und so eine dielektrische Schicht auf dem Substrat zu bilden. Anschließend kann eine halbleitende Schicht auf dem Substrat gebildet werden.
  • Das dielektrische Material ist ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Dielektrikummaterial) sowie ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Dielektrikummaterial). Das Low-k-Dielektrikummaterial weist eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,0 auf. Das High-k-Dielektrikummaterial weist eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder höher auf. In einigen Ausführungsformen ist das Low-k-Dielektrikummaterial ein Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante. In weiteren Ausführungsformen ist das High-k-Dielektrikummaterial ein Polymer mit hoher Dielektrizitätskonstante. In spezifischen Ausführungsformen ist das Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante Poly(methylsilsesquioxan) und das Polymer mit hoher Dielektrizitätskonstante Poly(4-vinylphenol). Die Exposition gegenüber Infrarotstrahlung kann eine Trennung des High-k-Dielektrikummaterials und des Low-k-Dielektrikummaterials in zwei Phasen verursachen, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial in der Phase der dielektrischen Schicht, die näher an der halbleitenden Schicht liegt, in höherer Konzentration vorliegt als das High-k-Dielektrikummaterial.
  • Das Infrarotabsorptionsmittel kann ein Absorptionsmaximum von etwa 800 nm bis etwa 1200 nm aufweisen. Das Infrarotabsorptionsmittel kann in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 5 Gew.-% in der gehärteten dielektrischen Schicht vorhanden sein.
  • Die dielektrische Zusammensetzung kann Infrarotstrahlung unter Verwendung eines Lasers ausgesetzt werden. In Ausführungsformen weist das Infrarotabsorptionsmittel ein Absorptionsmaximum von etwa 800 nm bis etwa 1200 nm auf und der Laser emittiert bei einer Wellenlänge, die innerhalb von 5% des Absorptionsmaximums des Infrarotabsorptionsmittels liegt.
  • Die dielektrische Zusammensetzung kann auch mit einer Wärmequelle erhitzt werden, die von der Vorrichtung, die Infrarotstrahlung liefert, getrennt ist. Die Wärmequelle kann in besonderen Ausführungsformen eine Heizplatte oder ein Ofen sein.
  • Die dielektrische Zusammensetzung kann Infrarotstrahlung über einen Zeitraum von etwa 1 Sekunde bis etwa 30 Minuten ausgesetzt werden.
  • Während des Härtens erreicht das Substrat eine Temperatur von etwa Raumtemperatur bis etwa 160°C, insbesondere von etwa Raumtemperatur bis etwa 120°C und die dielektrische Zusammensetzung erreicht eine höhere Temperatur als das Substrat. Die Differenz zwischen der Temperatur der dielektrischen Zusammensetzung und der Temperatur des Substrats kann mindestens 20°C betragen.
  • In Ausführungsformen wird auch eine dielektrische Zusammensetzung offenbart, die ein dielektrisches Material, ein Vernetzungsmittel und ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst, wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Polymethin, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder -amminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex ist. Das dielektrische Material umfasst ein Low-k-Dielektrikummaterial und ein High-k-Dielektrikummaterial und die dielektrische Zusammensetzung kann des Weiteren eine Flüssigkeit umfassen, die sowohl mit dem Low-k-Dielektrikummaterial als auch mit dem High-k-Dielektrikummaterial mischbar ist.
  • Das Low-k-Dielektrikummaterial kann Poly(methylsilsesquioxan) sein. Das High-k-Dielektrikummaterial kann Poly(4-vinylphenol) sein.
  • Das Infrarotabsorptionsmittel kann ein Absorptionsmaximum von etwa 800 nm bis etwa 1200 nm aufweisen und das Absorptionsmittel kann basierend auf dem Gewicht der dielektrischen Zusammensetzung in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 5 Gew.-% vorhanden sein.
  • Diese und andere nicht einschränkende Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden genauer beschrieben.
  • Figurenliste
  • Es folgt eine kurze Beschreibung der Abbildungen, die zum Zweck der Erläuterung der hier offenbarten, beispielhaften Ausführungsformen vorgestellt werden und nicht um diese einzuschränken.
    • 1 stellt eine erste Ausführungsform eines TFT gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
    • 2 stellt eine zweite Ausführungsform eines TFT gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
    • 3 stellt eine dritte Ausführungsform eines TFT gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
    • 4 stellt eine vierte Ausführungsform eines TFT gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
  • DETAILLERTE BESCHREIBUNG
  • Ein vollständigeres Verständnis der hier offenbarten Komponenten, Prozesse und Vorrichtungen kann in Bezug auf die beigefügten Abbildungen erhalten werden. Diese Figuren sind nur schematische Darstellungen, die auf der Bequemlichkeit und der leichteren Erläuterung der vorliegenden Offenbarung basieren, und sind daher nicht dazu gedacht, relative Größen und Abmessungen der Vorrichtungen oder deren Komponenten anzugeben und/oder den Umfang der beispielhaften Ausführungsformen zu definieren oder einzuschränken.
  • Obwohl in der folgenden Beschreibung zum Wohle der Klarheit spezifische Begriffe verwendet werden, sollen sich diese Begriffe nur auf die bestimmte Struktur der Ausführungsformen beziehen, die zum Zwecke der Darstellung in den Abbildungen gewählt wurden, und sollen den Umfang der Offenbarung weder definieren noch einschränken. In den Abbildungen und der unten folgenden Beschreibung versteht es sich, dass gleiche numerische Bezeichnungen sich auf Bestandteile der gleichen Funktion beziehen.
  • Das modifizierende Wort „etwa“, das im Zusammenhang mit einer Menge verwendet wird, umfasst den genannten Wert und hat die durch den Zusammenhang gegebene Bedeutung (zum Beispiel umfasst es mindestens den Fehlergrad, der mit der Messung einer bestimmten Menge einhergeht). Wird das modifizierende Wort „etwa“ im Zusammenhang mit einem Bereich verwendet, ist es auch so zu verstehen, das der durch die absoluten Werte der beiden Endpunkte definierte Bereich beschrieben wird. Zum Beispiel beschreibt der Bereich „von etwa 2 bis etwa 10“ auch den Bereich „von 2 bis 10“.
  • Der Begriff „Raumtemperatur“ bezieht sich auf eine Temperatur von 20°C bis 25°C.
  • 1 stellt eine TFT-Konfiguration mit „Bottom-Gate“ „Bottom-Kontakt“ gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das TFT 10 umfasst ein Substrat 16 in Kontakt mit der Gateelektrode 18 und einer dielektrischen Schicht 14. Obwohl die Gateelektrode 18 hier über dem Substrat 16 dargestellt ist, kann sie sich auch innerhalb des Substrats befinden. Von Wichtigkeit ist jedoch, dass die dielektrische Schicht 14 die Gateelektrode 18 von der Sourceelektrode 20, Drainelektrode 22 und der halbleitenden Schicht 12 trennt. Die halbleitende Schicht 12 verläuft über und zwischen den Source- und Drainelektroden 20 und 22. Der Halbleiter weist eine Kanallänge zwischen den Source- und Drainelektroden 20 und 22 auf.
  • 2 stellt eine weitere TFT-Konfiguration mit „Bottom-Gate“ „Top-Kontakt“ gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Das TFT 30 umfasst ein Substrat 36 in Kontakt mit der Gateelektrode 38 und einer dielektrischen Schicht 34. Die halbleitende Schicht 32 wird über oder auf die dielektrische Schicht 34 platziert und trennt diese von der Source- und Drainelektrode 40 und 42.
  • 3 stellt eine TFT-Konfiguration mit „Bottom-Gate“ „Bottom-Kontakt“ gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Der TFT 50 umfasst ein Substrat 56, das auch als die Gateelektrode fungiert und mit der dielektrischen Schicht 54 in Kontakt steht. Die Sourceelektrode 60, Drainelektrode 62 und die halbleitende Schicht 52 befinden sich über der Gate-Dielektrikum-Schicht 54.
  • 4 stellt eine TFT-Konfiguration mit „Top-Gate“ „Top-Kontakt“ gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. Der TFT 70 umfasst ein Substrat 76, das mit der Sourceelektrode 80, der Drainelektrode 82 und der halbleitenden Schicht 72 in Kontakt steht. Die halbleitende Schicht 72 verläuft aber und zwischen den Source- und Drainelektroden 80 und 82. Die dielektrische Schicht 74 befindet sich auf der halbleitenden Schicht 72. Die Gateelektrode 78 befindet sich auf der dielektrischen Schicht 74 und steht nicht mit der halbleitenden Schicht 72 in Kontakt.
  • Aspekte der vorliegende Offenbarung betreffen eine elektronische Vorrichtung (z. B. einen Dünnschichttransistor), die eine dielektrische Schicht umfasst, die ihrerseits ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst. In einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht eine einzelne homogene Schicht, oder besteht in anderen Worten nicht aus mehreren, phasenseparierten Materialien. Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen eine elektronische Vorrichtung, die eine phasenseparierte dielektrische Struktur umfasst, wobei die dielektrische Struktur ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst. Im Zusammenhang mit einem Dünnschichttransistor kann eine phasenseparierte dielektrische Struktur auch als ein „Gate-Dielektrikum“ bezeichnet werden. Die phasenseparierte dielektrische Struktur kann in einer beliebigen geeigneten, elektronischen Vorrichtung verwendet werden. Außer einem Dünnschichttransistor umfassen weitere Arten von geeigneten elektronischen Vorrichtungen zum Beispiel eingebettete Kondensatoren und eine elektrolumineszierende Lampe.
  • Bei der Herstellung der vorliegenden dielektrischen Struktur wird eine dielektrische Zusammensetzung hergestellt, die ein dielektrisches Material, ein Vernetzungsmittel, ein Infrarotabsorptionsmittel und gegebenenfalls ein Lösungsmittel oder eine Flüssigkeit umfasst. In Ausführungsformen kann ein beliebiges, geeignetes isolierendes Material als das dielektrische Material verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen ist das dielektrische Material ein thermisch vernetzbares dielektrisches Material. Der Begriff „thermisch vernetzbar“ bezieht sich auf die Tatsache, dass das dielektrische Material funktionelle Gruppen umfasst, die mit einem zusätzlichen Vernetzungsmittel oder mit anderen funktionellen Gruppen am dielektrischen Material selbst reagieren können, um beim Erhitzen ein vernetztes Netzwerk zu bilden. Das dielektrische Material umfasst zwei oder mehr verschiedene Materialien mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten, nämlich ein Low-k-Dielektrikummaterial und ein High-k-Dielektrikummaterial.
  • Der Begriffe „Low-k-Dielektrikum“ und „High-k-Dielektrikum“ werden verwendet, um (basierend auf der Dielektrizitätskonstante) zwei Arten von Material in der dielektrischen Zusammensetzung und in der phasenseparierten dielektrischen Struktur zu unterscheiden.
  • In Ausführungsformen ist das Low-k-Dielektrikummaterial elektrisch isolierend und mit einer halbleitenden Schicht in der Vorrichtung kompatibel oder weist eine gute Kompatibilität damit auf. Die Begriffe „kompatibel“ und „Kompatibilität“ beziehen sich darauf, wie gut die elektrische Leistung der halbleitenden Schicht ist, wenn diese einer Oberfläche, die reich an einem Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist, benachbart ist oder mit dieser in Kontakt steht.
  • In Ausführungsformen hat das Low-k-Dielektrikummaterial eine hydrophobe Oberfläche und kann daher zufrieden stellende bis ausgezeichnete Kompatibilität mit halbleitenden Polythiophenpolymeren aufweisen. Das Low-k-Dielektrikummaterial weist eine Dielektrizitätskonstante (Permittivität) von kleiner als 4,0, oder kleiner als etwa 3,5 oder insbesondere kleiner als etwa 3,0 auf. Das Low-k-Dielektrikummaterial kann unpolare oder schwach polare Gruppen wie z. B. eine Methylgruppe, Phenylgruppe, Ethylengruppe, Si-C, Si-O-Si und dergleichen aufweisen. In Ausführungsformen ist das Low-k-Dielektrikummaterial ein Polymer. Beispielhafte Polymere mit niedriger Dielektrizitätskonstante umfassen Homopolymere wie z. B. Polystyrol, Poly(4-methylstyrol), Poly(chlorstyrol), Poly(α-methylstyrol), Polysiloxan wie z. B. Poly(dimethylsiloxan) und Poly(diphenylsiloxan), Polysilsesquioxan wie z. B. Poly(ethylsilsesquioxan), Poly(methylsilsesquioxan) und Poly(phenylsilsesquioxan), Polyphenylen, Poly(1,3-butadien), Poly(α-vinylnaphthalin), Polypropylen, Polyisopren, Polyisobutylen, Polyethylen, Poly(4-methyl-1-penten), Poly(p-xylol), Poly(cyclohexylmethacrylat), Poly(propylmethacryl-POSS-co-methylmethacrylat), Poly(propylmethacryl-POSS-co-styrol), Poly(styryl-POSS-co-styrol), Poly(vinylcinnamat) und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt. In spezifischen Ausführungsformen ist das Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante ein Polysilsequioxan, insbesondere Poly(methylsilsesquioxan). Die Dielektrizitätskonstante wird bei Raumtemperatur und einer Frequenz von 1 kHz gemessen. In weiteren Ausführungsformen ist das Low-k-Dielektrikummaterial eine molekulare Verbindung wie z b. eine ein molekulares Glas darstellende Verbindung.
  • In Ausführungsformen hat die Oberfläche des Polymers mit niedriger Dielektrizitätskonstante, wenn es zu einem Film gegossen wird, eine geringe Oberflächenenergie. Um die Oberflächenenergie zu charakterisieren, kann der fortschreitende Kontaktwinkel mit Wasser verwendet werden. Ein großer Kontaktwinkel deutet auf eine niedrige Oberflächenenergie hin. In Ausführungsformen beträgt der Kontaktwinkel 80 Grad oder mehr, oder mehr als etwa 90 Grad oder insbesondere mehr als etwa 95 Grad.
  • In Ausführungsformen ist das High-k-Dielektrikummaterial elektrisch isolierend und enthält polare Gruppen wie z. B. eine Hydroxylgruppe, Aminogruppe, Cyanogruppe, Nitrogruppe, C=O-Gruppe und dergleichen. Das High-k-Dielektrikummaterial weist eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder mehr, 5,0 oder mehr oder insbesondere 6,0 oder mehr auf. In Ausführungsformen ist das High-k-Dielektrikummaterial ein Polymer. Allgemeine Arten von Polymeren mit hoher Dielektrizitätskonstante können Polyimid, Polyester, Polyether, Polyacrylat, Polyvinyl, Polyketon und Polysulfon umfassen. Spezifische, beispielhafte Polymere mit hoher Dielektrizitätskonstante umfassen Homopolymere wie z. B. Poly(4-vinylphenol) (PVP), Poly(vinylalkohol) und Poly(2-hydroxylethylmethacrylat) (PHEMA), cyanoethylierten Poly(vinylalkohol) (PVA), cyanoethylierte Cellulose, Poly(vinylidenfluorid) (PVDF), Poly(vinylpyridin), Copolymere davon und dergleichen, sind aber nicht darauf beschränkt. In Ausführungsformen ist das High-k-Dielektrikummaterial PVP, PVA oder PHEMA. In weiteren Ausführungsformen ist das High-k-Dielektrikummaterial eine molekulare Verbindung wie z. B. eine ein molekulares Glas darstellende Verbindung.
  • In Ausführungsformen hat die Oberfläche des Polymers mit hoher Dielektrizitätskonstante, wenn es zu einem Film gegossen wird, eine hohe Oberflächenenergie. In Bezug auf den fortschreitenden Kontaktwinkel mit Wasser beträgt der Winkel zum Beispiel weniger als 80 Grad oder weniger als etwa 60 Grad oder weniger als etwa 50 Grad.
  • In Ausführungsformen beträgt die Größendifferenz zwischen der Dielektrizitätskonstante des High-k-Dielektrikummaterials und des Low-k-Dielektrikummaterials mindestens etwa 0,5 oder mindestens etwa 1,0 oder mindestens etwa 2,0, zum Beispiel von etwa 0,5 bis etwa 200.
  • In Ausführungsformen umfasst die vorliegende phasenseparierte dielektrische Struktur bewusst erzeugte Poren (die auch als Löcher oder Öffnungen bezeichnet werden) wie solche, die unter Verwendung von Verfahren und Materialien erzeugt werden, die zum Beispiel von Lopatin et al., US 6 528 409 B1 ; Foster et al., US 6 706 464 B2 und Carter et al., US 5 883 219 A beschrieben werden. In weiteren Ausführungsformen enthält die vorliegende phasenseparierte dielektrische Struktur keine bewusst erzeugten Poren (wobei jedoch kleine Löcher in bestimmten Ausführungsformen vorhanden sein können, die nicht bewusst erzeugt wurden, sondern eher ein unerwünschtes Nebenprodukt des vorliegenden Verfahrens sind). Die Lochdichte in den Ausführungsformen beträgt zum Beispiel weniger als 50 pro mm2 (Quadratmillimeter) oder weniger als 10 pro mm2 oder weniger als 5 pro mm2. In weiteren Ausführungsformen ist die vorliegende phasenseparierte dielektrische Struktur frei von Löchern. In Ausführungsformen ist die dielektrische Zusammensetzung nicht photostrukturierbar. In Ausführungsformen fehlt ein Schritt zur Erzeugung von Poren in der dielektrischen Struktur.
  • In Ausführungsformen weist die dielektrische Struktur eine Gesamtdielektrizitätskonstante von mehr als etwa 4,0 oder mehr als etwa 5,0 und insbesondere mein als 6,0 auf. Die Gesamtdielektrizitätskonstante kann mit einem Metall/dielektrische Struktur/Metall-Kondensator charakterisiert werden. Insbesondere für Dünnschichttransistoranwendungen ist eine hohe Gesamtdielektrizitätskonstante in Ausführungsformen wünschenswert, so dass die Vorrichtung bei einer relativ geringen Spannung betrieben werden kann.
  • In der dielektrischen Zusammensetzung ist ein Vernetzungsmittel vorhanden. Da die dielektrische Zusammensetzung aus einem High-k-Dielektrikummaterial und einem Low-k-Dielektrikummaterial (und gegebenenfalls weiteren Materialien) besteht, welche während des Härtens in zwei oder mehr Phasen separieren können, verursacht das Vernetzungsmittel zwischen dem High-k-Dielektrikummaterial und dem Low-k-Dielektrikummaterial das Auftreten einer Vernetzung in den ganzen Phasen. Zu der dielektrischen Zusammensetzung können weitere Materialien gegeben werden. Beispielhafte Vernetzungsmittel umfassen Poly(melamin-co-formaldehyd)-Harz, Oxazolin-funktionalisierte Vernetzungsmittel, blockierte Polyisocyanate, bestimmte Diaminverbindungen, Dithiolverbindungen, Diisocyanate und dergleichen. Ein Katalysator zum Vernetzen kann ebenfalls vorhanden sein, wie zum Beispiel Toluolsulfonsäure.
  • Ein Infrarotabsorber oder Infrarotabsorptionsmittel ist ebenfalls vorhanden. Der Begriff „Infrarot“ bezieht sich auf elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 700 nm bis etwa 3000 nm. Geeignete Infrarotabsorptionsmittel umfassen in Ausführungsformen „Nahinfrarotstrahlung absorbierende Mittel“ mit einer Wellenlänge von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm und „thermische Infrarotstrahlung absorbierende Mittel“ mit einer Wellenlänge von etwa 1400 nm bis etwa 3000 nm. In bevorzugten Ausführungsformen weist das Infrarotabsorptionsmittel ein Absorptionsmaximum (λmax) von etwa 800 nm bis etwa 1400 nm, einschließlich von etwa 800 nm bis etwa 1200 nm auf. Im Allgemeinen kann jedes geeignete Infrarotabsorptionsmittel eingesetzt werden. Infrarotabsorptionsmittel sind von vielen Quellen käuflich erhältlich, wie z. B. der H. W. Sands Corp., American Dye Source Inc., Epolin Inc., und Nagase America Corp. Spezifische beispielhafte Infrarotabsorptionsmittel umfassen EpolightTM 1178 (λmax = 1073 nm, Schmelzp. 210-213°C, Absorptionsvermögen 62 l/g·cm, eine Tetrakisamminium-Struktur, Epolin), Epolight™ 4113 (λmax = 833 nm, Schmelzp. 270-274°C, Absorptionsvermögen 65 l/g·cm, enthält Platin, Epolin), Epolight™ 5588 (λmax = 860 nm, Absorptionsvermögen 240 l/g·cm, Epolin), ADS815EI (λmax = 815 nm, Schmelzp. > 200°C, Absorptionsvermögen 2,6 × 105 l/mo)·cm, American Dye Source), SDA9393 λmax = 798 nm, Schmelzp. 217-219°C, Absorptionsvermögen 429 l/g·cm, H. W. Sands), SDA5688 (λmax = 842 nm, Schmelzp. 228-230°C, Absorptionsvermögen 378 l/g·cm, H. W. Sands), NK-2911 (Nagase) und NK-4680 (vermutlich > λmax = 830 nm, Cyaninfarbstoff, Nagase). Das Infrarotabsorptionsmittel kann in der dielektrischen Schicht oder in der dielektrischen Zusammensetzung in einer Menge von etwa 0,001 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%, einschließlich von etwa 0,1 bis etwa 3 Gew.-% oder von etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% oder von etwa 0,5 bis etwa 3 Gew.-% oder von etwa 1 bis etwa 2 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der dielektrischen Schicht oder der dielektrischen Zusammensetzung ohne Flüssigkeit vorhanden sein. Das Infrarotabsorptionsmittel ist ein Polymethin, wie z. B. ein Cyanin, ein Squarain oder ein Croconain, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder -amminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex.
  • Als in der dielektrischen Zusammensetzung verwendete Flüssigkeit oder Lösungsmittel (welche die Flüssigphasenabscheidung erleichtern) können ein, zwei oder mehrere geeignete Flüssigkeiten verwendet werden. In Ausführungsformen ist die Flüssigkeit/das Lösungsmittel in der Lage, das Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante und das Polymer mit hoher Dielektrizitätskonstante aufzulösen. Beispielhafte Flüssigkeiten umfassen Wasser, Alkohole wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Hexanol, Ethylenglykol, Dowanol und Methoxyethanol; Acetate wie z. B. Ethylacetat und Propylenglykolmonoethyletheracetat; Ketone wie z. B. Methylisobutylketon, Methylisoamylketon, Aceton, Methylethylketon und Methylpropylketon; Ether wie z. B. Petrolether, Tetrahydrofuran und Methyl-tert-butylether; Kohlenwasserstoffe wie z. B. Hexan, Cyclohexan, Cyclopentan, Hexadecan und Isooctan; aromatische Kohlenwasserstoffe wie z. B. Toluol, Xylol, Ethylbenzol und Mesitylen; chlorierte Lösungsmittel wie z. B. Chloroform, Dichlormethan, Dichlorethan, Chlorbenzol, Dichlorbenzol und Trichlorbenzol und andere Lösungsmittel wie zum Beispiel Dimethylsulfoxid, Trifluoressigsäure, Acetonitril, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Pyridin und N-Methyl-α-pyrrolidinon, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Anorganische Nanopartikel können gegebenenfalls ebenfalls eingeschlossen sein, um die Gesamtdielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht zu verstärken. Diese Nanopartikel reagieren nicht mit den dielektrischen Polymeren und sind im Allgemeinen innerhalb der dielektrischen Schicht dispergiert. Die Nanopartikel weisen eine Partikelgröße von etwa 3 nm bis zu etwa 500 nm oder von etwa 3 nm bis etwa 100 nm auf. Es können beliebige geeignete Nanopartikel verwendet werden. Beispielhafte Nanopartikel umfassen Metallnanopartikel wie z. B. Au, Ag, Cu, Cr, Ni, Pt und Pd; Metalloxidnanopartikel wie z. B. Al2O3, TiO2, ZrO2, La2O3, Y2O3, Ta2O5, ZrSiO4, SrO, SiO, SiO2, MgO, CaO, HfSiO4, BaTiO3 und HfO2 und andere anorganische Nanopartikel wie z. B. ZnS und Si3N4. Die Zugabe der anorganischen Nanopartikel bietet mehrere Vorteile. Erstens kann die Dielektrizitätskonstante der gesamten Gate-Dielektrikum-Schicht erhöht werden. Zweitens können die Partikel, wenn Metallnanopartikel zugegeben werden, als Elektronenfalle dienen, um den Gate-Leckstrom der Gate-Dielektrikum-Schicht zu verringern.
  • Die Konzentration von jeder der oben aufgeführten Komponenten in der dielektrischen Zusammensetzung variiert von etwa 0,001 bis etwa 99 Gewichtsprozent der Zusammensetzung. Die Konzentration des Low-k-Dielektrikummaterials beträgt zum Beispiel von etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsprozent oder von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent. Die Konzentration des High-k-Dielektrikummaterials beträgt zum Beispiel von etwa 0,1 bis etwa 50 Gewichtsprozent oder von etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent. Die Konzentration des Vernetzungsmittels (und jeden Katalysators für die Vernetzungsreaktion) hängt von der Konzentration der dielektrischen Polymere ab. Das Verhältnis von Vernetzungsmittel zu den dielektrischen Polymeren beträgt zum Beispiel von etwa 1:99 bis etwa 50:50 oder von etwa 5:95 bis etwa 30:70 nach Gewicht. Das Verhältnis von Katalysator zu den dielektrischen Polymeren beträgt zum Beispiel von etwa 1:9999 bis etwa 5:95 oder von etwa 1:999 bis etwa 1:99 nach Gewicht. Die anorganischen Nanopartikel können zum Beispiel von etwa 0,5 bis etwa 30 Gewichtsprozent oder von etwa 1 bis etwa 10 Gewichtsprozent betragen.
  • In Ausführungsformen sind das Low-k-Dielektrikummaterial und das High-k-Dielektrikummaterial in der dielektrischen Zusammensetzung nicht phasensepariert. Der Ausdruck „nicht phasensepariert“ bedeutet, dass das Low-k-Dielektrikummaterial und das High-k-Dielektrikummaterial in der Flüssigkeit gelöst vorliegen. Der Begriff „gelöst“ deutet auf eine vollständige Lösung oder partielle Lösung des Low-k-Dielektrikummaterials und des High-k-Dielektrikummaterials in der Flüssigkeit hin. Das Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante, das Polymer mit hoher Dielektrizitätskonstante und die Flüssigkeit können mischbar sein, um über einen bestimmten Temperatur-, Druck- und Zusammensetzungsbereich eine einzige Phase zu bilden. Dieser Temperaturbereich beträgt zum Beispiel von 0°C bis 150°C, insbesondere bei etwa Raumtemperatur. Der Druck beträgt im Allgemeinen etwa 1 Atmosphäre. In der dielektrischen Zusammensetzung kann das Low-k-Dielektrikummaterial und das High-k-Dielektrikummaterial vor der Flüssigphasenabscheidung zum Beispiel von etwa 0,1 bis etwa 90 Gewichtsprozent oder von etwa 0,5 bis etwa 50 Gewichtsprozent vorhanden sein, basierend auf dem Gesamtgewicht des Polymers mit niedriger Dielektrizitätskonstante, des Polymers mit hoher Dielektrizitätskonstante und der Flüssigkeit. Das Verhältnis von Low-k-Dielektrikummaterial und High-k-Dielektrikummaterial kann zum Beispiel von etwa 1:99 bis 99:1 oder von etwa 5:95 bis etwa 95:5, insbesondere von etwa 10:90 bis etwa 40:60 betragen (wobei der erste genannte Wert in jedem Verhältnis für das Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante steht).
  • In Ausführungsformen, in denen das Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante, das Polymer mit hoher Dielektrizitätskonstante und die Flüssigkeit mischbar sind, um vor der Flüssigphasenabscheidung eine einzige Phase zu bilden (typischerweise ein klare Lösung), kann die einzige Phase mittels Lichtstreuungstechniken oder visuell durch das menschliche Auge ohne die Hilfe irgendwelcher Geräte bestätigt werden.
  • Vor der Flüssigphasenabscheidung kann die dielektrische Zusammensetzung in Ausführungsformen Aggregate des Low-k-Dielektrikummaterials und/oder des Polymers mit hoher Dielektrizitätskonstante enthalten. Diese Aggregate können zum Beispiel in einer Größenordnung von kleiner der Wellenlänge von sichtbarem Licht vorliegen, oder kleiner als 100 nm und insbesondere kleiner als 50 nm. Für Zwecke der vorliegenden Offenbarung werden diese Aggregate, sofern sie in der dielektrischen Zusammensetzung vorliegen, nicht als Ergebnis einer Phasentrennung oder als phasensepariert betrachtet; darüber hinaus werden diesen Aggregate nicht als „erste Phase“ und/oder „zweite Phase“ betrachtet.
  • Die dielektrische Zusammensetzung wird als Flüssigkeit auf ein Substrat aufgebracht. Es kann eine beliebige, geeignete Flüssigphasenabscheidungstechnik eingesetzt werden. In Ausführungsformen umfasst das Flüssigphasenabscheiden Rakeln wie z. B. Schleuderbeschichten, Rakelbeschichten, Stabbeschichten, Tauchbeschichten und dergleichen und Drucken, wie z. B. Siebdruck, Tintenstrahldrucken, Prägen, Schablonendruck, Siebdruck, Tiefdruck, Flexographie-Druck und dergleichen.
  • In Ausführungsformen kann die Flüssigphasenabscheidung in einem einzigen Schritt durchgeführt werden. Der Begriff „einziger Schritt“ bezieht sich auf eine Flüssigphasenabscheidung sowohl des ersten als auch des zweiten dielektrischen Materials zur gleichen Zeit aus einer dielektrischen Zusammensetzung. Dies unterscheidet sich von dem Verfahren zur Herstellung einer üblichen zweischichtigen dielektrischen Struktur, in der zwei verschiedene dielektrische Materialien getrennt aus zwei verschiedenen dielektrischen Zusammensetzungen als Flüssigkeit aufgebracht werden. „Schritt“ in „einziger Schritt“ unterscheidet sich vom Begriff „Durchlauf“. In Ausführungsformen kann, um die Dicke der dielektrischen Struktur zu erhöhen, mehr als ein Durchlauf während des einzigen Schritts der Abscheidung der dielektrischen Zusammensetzung durchgeführt werden.
  • Bei der Herstellung der dielektrischen Struktur umfasst das vorliegende Verfahren das Verursachen einer Phasentrennung des Low-k-Dielektrikummaterials und des High-k-Dielektrikummaterials, um eine zwei Phasen umfassende dielektrische Struktur zu bilden. Der Begriff „verursachen“ umfasst das spontane Auftreten einer Phasentrennung während des Flüssigphasenabscheidens beim Verdampfen der Flüssigkeit. Der Begriff „verursachen“ umfasst auch die externe Unterstützung zur Erleichterung der Phasentrennung während und nach der Flüssigphasenabscheidung; in Ausführungsformen wird die Phasentrennung zum Beispiel durch eine thermische Behandlung und/oder einer Lösungsmittel-Behandlung verursacht. Eine thermische Behandlung könnte bei einer beliebigen geeigneten Temperatur durchgeführt werden, zum Beispiel bei einer Temperatur, die höher als die Glasübergangstemperatur oder der Schmelzpunkt von einem der dielektrischen Polymere ist. Die Dauer der thermischen Behandlung kann in Abhängigkeit von der jeweiligen dielektrischen Kombination zwischen etwa 1 Minute oder etwa 1 Tag oder von etwa 1 Minute bis 1 Stunde variieren. Die Lösungsmittel-Behandlung kann bei einer beliebigen Temperatur wie zum Beispiel Raumtemperatur oder einer erhöhten Temperatur durchgeführt werden, indem die abgeschiedene dielektrische Struktur dem Dampf von einem oder mehreren Lösungsmitteln ausgesetzt wird. Beispielhafte Lösungsmittel können zum Beispiel aus den hierin für das Flüssigphasenabscheiden beschriebenen Flüssigkeiten ausgewählt werden. Die Dauer der Lösungsmittel-Behandlung kann in Abhängigkeit von der jeweiligen dielektrischen Kombination zwischen etwa wenigen Sekunden bis etwa 1 Woche oder von etwa 1 Minute bis 2 Stunde variieren.
  • Der Begriff „Phase“ in „erste Phase“ und „zweite Phase“ meint eine Domäne oder Domänen von Material, in denen eine Eigenschaft wie z. B. die chemische Zusammensetzung relativ gleichmäßig ist. Demzufolge bezieht sich der Begriff „Zwischenphase“ auf einen Bereich zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase in der phasenseparierten dielektrischen Struktur, in welcher ein Gradient der Zusammensetzung existiert. In Ausführungsformen umfasst die dielektrische Struktur die Abfolge: erste Phase, gegebenenfalls Zwischenphase und zweite Phase.
  • In Ausführungsformen manifestiert sich die „phasenseparierte“ Natur der vorliegenden phasenseparierten dielektrischen Struktur durch eine beliebige der folgenden, möglichen, beispielhaften Morphologien der ersten Phase und der zweiten Phase: (1) Zwischen der ersten Phase (in Form einer Schicht) und der zweiten Phase (in Form einer Schicht) ist eine Zwischenphase (in Form einer Schicht) vorhanden; (2) eine Phase bildet eine Vielzahl an „Punkten“ in einer kontinuierlichen Matrix der anderen Phase; (3) eine Phase bildet eine Vielzahl an stabförmigen Elementen (z. B. Zylindern) in einer kontinuierlichen Matrix der anderen Phase; und (4) eine Phase durchdringt die andere Phase unter Bildung von bikontinuierlichen Domänen. In Ausführungsformen können die Morphologie (2), (3) oder (4) vorhanden sein, nicht aber (1).
  • Die „phasenseparierte“ Natur der vorliegenden phasenseparierten dielektrischen Struktur bezüglich der Morphologie von der ersten Phase und der zweiten Phase kann mittels verschiedener Analysen wie zum Beispiel den Folgenden bestimmt werden: Analyse der Oberfläche und Schnitten der dielektrischen Struktur mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM); und Analysen von Querschnitten der dielektrischen Struktur mittels Transmissionselektronenmikroskop (TEM). Andere Werkzeuge wie z. B. Lichtstreuung und Röntgenbeugung (Weitwinkel- und Kleinwinkelstreuung) können ebenfalls verwendet werden.
  • In Ausführungsformen unterscheidet sich die eine Zwischenphase umfassende Morphologie (1) von einem herkömmlichen zweischichtigen Gate-Dielektrikum mit einer Grenzflächenschicht insofern die Zwischenphase eine graduelle Zusammensetzungsveränderung umfasst, während die Grenzflächenschicht eine diskontinuierliche Zusammensetzungsveränderung und keine graduelle Zusammensetzungsveränderung umfasst. In Ausführungsformen ist ein weiterer Unterschied, dass die vorliegende Zwischenphase relativ dick ist und eine Dicke im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 50 nm umfasst, was typischerweise beträchtlich dicker ist als jede Grenzflächenschicht, die in einem herkömmlichen zweischichtigen Gate-Dielektrikum gefunden wird und eine Dicke der Grenzflächenschicht von weniger als etwa 5 nm, insbesondere weniger als etwa 3 nm aufweist.
  • In Ausführungsformen bildet das Low-k-Dielektrikummaterial die Mehrheit der ersten Phase und das High-k-Dielektrikummaterial bildet die Mehrheit der zweiten Phase. Ebenso bildet das High-k-Dielektrikummaterial die Minderheit der ersten Phase und das Low-k-Dielektrikummaterial bildet die Minderheit der zweiten Phase. Der Begriff „Mehrheit“ bedeutet mehr als 50 Gew.-% des Gesamtgewichts aus Low-k-Dielektrikummaterial und High-k-Dielektrikummaterial in einer Phase der phasenseparierten dielektrischen Struktur. Der Begriff „Minderheit“ bedeutet weniger als 50 Gew.-% des Gesamtgewichts aus Low-k-Dielektrikummaterial und High-k-Dielektrikummaterial in einer Phase der phasenseparierten dielektrischen Struktur.
  • In Ausführungsformen liegt das Low-k-Dielektrikummaterial in dem Bereich der dielektrischen Struktur, die der halbleitenden Schicht am nächsten ist, in einer höheren Konzentration vor als die Phase mit der höheren Dielektrizitätskonstante. Anders gesagt, befindet sich die erste Phase näher an der halbleitenden Schicht als die zweite Phase.
  • Der Begriff „Bereich“ bezieht sich auf eine dünne Scheibe (parallel zur Oberfläche der dielektrischen Struktur) der phasenseparierten dielektrischen Struktur, die der halbleitenden Schicht am nächsten ist. Die Region wird untersucht, um die Konzentration des Low-k-Dielektrikummaterials und des High-k-Dielektrikummaterials darin zu bestimmen. In Ausführungsformen enthält der Bereich einen Teil der oder die gesamte erste Phase und gegebenenfalls einen Teil der oder die gesamte zweite Phase. In Ausführungsformen kann die optionale Zwischenschicht in der phasenseparierten dielektrischen Struktur vorhanden sein und so kann der Bereich die Zwischenschicht umfassen, sofern der Bereich eine ausreichende Dicke aufweist, um einen Teil der oder die gesamte erste Phase und gegebenenfalls einen Teil der oder die gesamte zweite Phase zu umfassen. Die Region weist eine beliebige geeignete Dicke zur Verwendung in einer analytischen Technik auf, wie zum Beispiel von etwa 1 nm bis etwa 100 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 100 nm oder vorzugsweise von etwa 5 nm bis etwa 50 nm.
  • Zur Bestimmung der Konzentration der beiden dielektrischen Polymere können verschiedene Verfahren eingesetzt werden. Zum Beispiel kann zur Analyse der Konzentration von jedem Atom in dem Bereich Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie (XPS) verwendet werden. AFM könnte zur Bestimmung der Domänengröße der verschiedenen Phasen verwendet werden. TEM an einem Querschnitt des Bereichs könnte ebenfalls zur Bestimmung der Domänengröße der verschiedenen Phasen und der Konzentration von jedem Atom der verschiedenen dielektrischen Materialien verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Kombination der verschiedenen Verfahren verwendet werden. Im Falle von signifikanten Abweichungen der Ergebnisse aus verschiedenen Verfahren sind die Ergebnisse aus der TEM-Analyse bevorzugt.
  • In Ausführungsformen des „Bereichs“ liegt das Low-k-Dielektrikummaterial in einer Konzentration von zum Beispiel im Bereich von etwa 60% bis 100% oder von etwa 80% bis 100% vor und das High-k-Dielektrikummaterial liegt in einer Konzentration in einem Bereich von etwa 40% bis etwa 0% oder von etwa 20% bis etwa 0% vor. Die Konzentration kann durch verschiedene Faktoren gesteuert werden, wie z. B. dem Anfangsverhältnis von Low-k-Dielektrikummaterial und High-k-Dielektrikummaterial in der dielektrischen Zusammensetzung, der Konzentration der dielektrischen Polymere in der dielektrischen Zusammensetzung, der Mischbarkeit der dielektrischen Polymere, den Verarbeitungsbedingungen wie z. B. Temperdauer und Tempertemperatur.
  • Um eine Phasentrennung zu erreichen, werden das Low-k-Dielektrikummaterial und das High-k-Dielektrikummaterial bewusst so gewählt, dass sie in festem Zustand unmischbar oder nur teilweise mischbar sind. Die Mischbarkeit (die Fähigkeit einer Mischung zur Bildung einer einzelnen Phase) zweier dielektrischen Polymere kann durch Ansehen ihres Wechselwirkungsparameters x vorhergesagt werden. Allgemein gesagt ist ein Material mit einem anderen Material mischbar, das ihm ähnlich ist.
  • In Ausführungsformen weist bei geschichteten phasenseparierten dielektrischen Strukturen (Morphologie (1)) die erste Phase eine Dicke von zum Beispiel etwa 1 nm bis etwa 500 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 200 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 50 nm auf. Die zweite Phase weist eine Dicke von zum Beispiel etwa 5 nm bis etwa 2 Mikrometer oder von etwa 10 nm bis etwa 500 nm oder von etwa 100 nm bis etwa 500 nm auf. Die dielektrische Struktur weist eine Gesamtdicke von zum Beispiel etwa 10 nm bis etwa 2 Mikrometer oder von etwa 200 nm bis etwa 1 Mikrometer oder von etwa 300 nm bis etwa 800 nm auf.
  • In Ausführungsformen umfasst die phasenseparierte dielektrische Struktur eine Materialmischung. In Ausführungsformen ist die phasenseparierte Materialmischung eine binäre Mischung. In weiteren Ausführungsformen ist die phasenseparierte Materialmischung eine ternäre oder quaternäre Mischung, wenn ein drittes bzw. ein viertes dielektrisches Material zugegeben wird. Wie hierin verwendet deutet der Begriff „Mischung“ nur auf das Vorhandensein von zwei oder mehr Polymeren hin und beinhaltet weder die Konzentration noch die Verteilung des Low-k-Dielektrikummaterials und des High-k-Dielektrikummaterials in der ersten Phase und der zweiten Phase. Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Dünnschichttransistor, der eine phasenseparierte Materialmischung für ein Gate-Dielektrikum umfasst.
  • Zwischen der halbleitenden Schicht und der phasenseparierten dielektrischen Struktur kann sich eine optionale Grenzflächenschicht befinden. Die Grenzflächenschicht kann unter Verwendung von Materialien und Verfahren hergestellt werden, die zum Beispiel in US Patent 7 282 735 B2 offenbart sind.
  • Die dielektrische Zusammensetzung der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Erstens vermeidet diese Zusammensetzung eine mehrstufige Abscheidung von verschiedenen dielektrischen Materialien durch Verwendung eines einstufigen Merkmals. Zweitens kann die phasenseparierte dielektrische Materialmischung bessere Eigenschaften über die Kombination der Vorteile verschiedener Polymere bieten.
  • Zusätzliche Vorteile kommen hinzu, wenn die dielektrische Zusammensetzung in Verbindung mit einem gewählten Substrat verwendet wird. Für eine Roll-to-Roll-Herstellung muss das Substrat strukturell flexibel sein. In Ausführungsformen ist das Substrat ein Kunststoff und ist zum Beispiel Poly(ethylenterephthalat) (PET). Die Dicke des Substrats kann von etwa 10 Mikrometer bis etwa 10 Millimeter betragen, wobei eine beispielhafte Dicke von etwa 50 bis etwa 400 Mikrometer beträgt.
  • Normalerweise wird die dielektrische Zusammensetzung unter Verwendung einer Wärmequelle wie z. B. einer Heizplatte oder Ofenheizung gehärtet, um die Flüssigkeit/das Lösungsmittel zu entfernen und die dielektrische Zusammensetzung zu härten. Wiederum unter Bezug auf die Figuren erhitzen diese Heizverfahren typischerweise jedoch alle Teile der elektronischen Vorrichtung/des Transistors, die auf dem Substrat zum Zeitpunkt des Aufbringens der dielektrischen Zusammensetzung vorhanden sind. Aufgrund der unterschiedlichen Konstruktion von jedem Teil/jeder Schicht kann diese Anwendung von Wärme zu Deformierungen zum Beispiel des Substrats führen. Außerdem sind diese Verfahren typischerweise schwer in eine Roll-to-Roll-Verarbeitung zu integrieren, insbesondere bei dielektrischen Materialien, die eine relativ lange Härtungsdauer wie z. B. 10 Minuten oder mehr benötigen. Daher ist eine Verringerung der Härtungsdauer wünschenswert. Es ist ebenfalls erwünscht, die Verarbeitungstemperatur, der das Substrat ausgesetzt wird, zu verringern, um eine Deformierung des Substrats zu vermeiden. Im Allgemeinen kann die Härtungsdauer durch Erhöhen der Härtungstemperatur verkürzt werden.
  • Der Einschluss des Infrarotabsorptionsmittels in die dielektrische Zusammensetzung ermöglicht sowohl eine Verringerung der Härtungsdauer als auch eine Absenkung der Verarbeitungstemperatur, der das Substrat ausgesetzt ist. In dieser Hinsicht ist PET ein schlechter Absorber für Infrarotstrahlung. Mittel zur Lieferung von Infrarotstrahlung, wie z. B. ein Laser oder eine Infrarotlampe, die ebenfalls mit der Roll-to-Roll-Herstellung kompatibel sind, können dann verwendet werden, um die dielektrische Zusammensetzung einer Infrarotstrahlung auszusetzen. Die dielektrische Zusammensetzung kann dann verglichen mit dem Substrat selektiv erhitzt werden. So kann die Substrattemperatur relativ niedrig gehalten werden, während die Temperatur der dielektrischen Zusammensetzung hoch genug für eine Härtung der Zusammensetzung und das Bilden der dielektrischen Schicht sein kann. In Ausführungsformen wird die dielektrische Zusammensetzung der Infrarotstrahlung über einen Zeitraum von etwa 1 Sekunde bis etwa 30 Minuten, einschließlich von etwa 30 Sekunden bis etwa 10 Minuten oder von etwa 1 Minute bis etwa 5 Minuten ausgesetzt. In weiteren Ausführungsformen beträgt die Bestrahlungsdauer von etwa 1 Mikrosekunde bis etwa 1 Sekunde, einschließlich von etwa 10 Mikrosekunden bis etwa 500 Millisekunden.
  • In Ausführungsformen wird ein gepulster Laser verwendet um die dielektrische Zusammensetzung der Infrarotstrahlung auszusetzen. Eine Steuerung der Länge der Pulse und der Frequenz der Strahlung ermöglicht eine selektive Erhitzung der dielektrischen Zusammensetzung wie gewünscht. Insbesondere wird bei einem kurz gepulsten Laser mit hoher Energieleistung, zum Beispiel bei Bestrahlung der dielektrischen Zusammensetzung über einen kurzen Zeitraum wie z. B. Mikrosekunden bis Millisekunden die erzeugte Hitze in der dielektrischen Zusammensetzung ausreichend sein, um die dielektrische Zusammensetzung zu vernetzen, aber die Hitze wird innerhalb der kurzen Bestrahlungsdauer nicht zum Substrat diffundieren können oder wird nur in einen kleinen Bereich des Substrats diffundieren (z. B. einen Bereich von weniger als 10% der Dicke des Substrats). Dieses Fehlen von Diffusion ermöglicht dem Substrat die Aufrechterhaltung seiner Formbeständigkeit.
  • Auch wenn es am Besten ist, wenn der Laser bei einer Wellenlänge gleich dem des Infrarotabsorptionsmittel emittiert, ist es in der Ausführung zulässig, dass der Laser mit einer Wellenlänge innerhalb des Absorptionsmaximums des Infrarotabsorptionsmittels emittiert. Vorzugsweise emittiert der Laser bei einer Wellenlänge, bei der das Infrarotabsorptionsmittel eine Absorptionseffizienz von mindestens 5% der maximalen Absorptionseffizienz erreicht und vorzugsweise emittiert der Laser bei einer Wellenlänge, bei der das Infrarotabsorptionsmittel 20% seiner maximalen Absorptionseffizienz erreicht. In weiteren Ausführungsformen können weitere Pulsbestrahlungsgeräte wie z. B. ein PulseForge®-Gerät von Novacentrix verwendet werden.
  • Insbesondere ermöglicht die dielektrische Zusammensetzung der vorliegenden Offenbarung, die ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst, eine Strukturierung der fertigen dielektrischen Schicht mittels Infrarotlaserbestrahlung. Der Laser kann auf eine gewünschte Größe fokussiert werden und kann die abgeschiedene dielektrische Zusammensetzung entsprechend eines gewünschten fertigen Musterkonzepts abtasten. Bestrahlte Bereiche werden vernetzt, während unbestrahlte Bereiche nicht vernetzt werden. Die nicht bestrahlte dielektrische Zusammensetzung kann mit bestimmten Lösungsmitteln entfernt werden, um eine strukturierte dielektrische Struktur auf dem Substrat zu bilden, wie z. B. eine dielektrische Schicht mit Durchkontaktierungen.
  • Wenn gewünscht, kann die dielektrische Zusammensetzung auch mit einer anderen Wärmequelle außer Infrarotstrahlung erhitzt werden. Zum Beispiel kann eine Heizplatte oder Ofenheizung verwendet werden, um die Temperatur von sowohl Substrat als auch dielektrischer Zusammensetzung auf eine erste erhöhte Temperatur anzuheben, während die Infrarotstrahlung nur die dielektrische Zusammensetzung auf eine zweite erhöhte Temperatur anhebt. Die zweite erhöhte Temperatur ist zum Beispiel mindestens 20°C höher als die erste erhöhte Temperatur, einschließlich mindestens 40°C höher als die erste erhöhte Temperatur.
  • Während des Härtens der dielektrischen Zusammensetzung erreicht das Substrat eine niedrigere Temperatur als die dielektrische Zusammensetzung. In bevorzugten Ausführungsformen erreicht das Substrat eine Temperatur von etwa Raumtemperatur bis etwa 160°C, einschließlich von etwa Raumtemperatur bis etwa 120°C oder von etwa Raumtemperatur bis etwa 100°C. Die Temperatur der dielektrischen Zusammensetzung kann andererseits zum Beispiel von etwa 100°C bis etwa 300°C oder von etwa 120°C bis etwa 180°C oder von etwa 160°C bis etwa 200°C betragen. Die Differenz zwischen der Temperatur der dielektrischen Zusammensetzung und der Temperatur des Substrats beträgt mindestens 20°C, einschließlich mindestens 40°C.
  • Infrarothärten ist auch mit organischen Halbleitern verträglich, die typischerweise aus konjugierten Polymeren/Molekülen bestehen, wie z. B. Polythiophenen. Solche organischen Halbleiter sind gegenüber Infrarotstrahlung widerstandsfähiger, da sie nur ein geringes oder gar kein Absorptionsvermögen gegenüber Infrarotwellenlängen aufweisen. Organische Halbleiter besitzen jedoch ein hohes Absorptionsvermögen gegenüber Ultraviolett(UV)-Wellenlängen, so dass das Härten der dielektrischen Schicht unter Verwendung von UV-Wellenlängen kontraindiziert ist.
  • In spezifischen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht aus einer dielektrischen Zusammensetzung gebildet, die Poly(methylsilsesquioxan), Poly(4-vinylphenol), ein Vernetzungsmittel und ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst. Diese dielektrische Zusammensetzung wird auf einem PET-Substrat abgeschieden.
  • • Elektroden
  • Die Gateelektrode kann ein dünner Metallfilm, ein leitfähiger Polymerfilm, ein aus einer leitfähigen Tinte oder Paste hergestellter leitfähiger Film sein, oder das Substrat kann selbst die Gateelektrode sein, zum Beispiel stark dotiertes Silicium. Beispiele für Gateelektrodenmaterialien umfassen Aluminium, Gold, Silber, Chrom, Indiumzinnoxid, leitfähige Polymere wie z. B. Polystyrolsulfonat dotiertes Poly(3,4-ethylendioxythiophen) (PSS-PEDOT) sowie leitfähige, aus Kohlenstoffschwarz/Graphit oder kolloidalen Silberdispersionen in Polymerbindemittel bestehende Tinte/Paste, wie z. B. ELECTRODAG™, das von der Acheson Colloids Company erhältlich ist, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Gateelektrodenschicht kann mittels Vakuumverdampfen, Sputtern von Metallen oder leitfähigen Metalloxiden, Beschichten mit Lösungen leitfähiger Polymere oder leitfähiger Tinten mittels Sprühbeschichten, Gießen oder Drucken hergestellt werden. Die Dicke der Gateelektrodenschicht liegt zum Beispiel in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 200 Nanometer bei Metallfilmen und in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 10 Mikrometer bei polymeren Leitern.
  • Die Source- und Drainelektrodenschicht kann aus Materialien hergestellt werden, die einen Kontakt zur halbleitenden Schicht mit geringem ohmschen Widerstand bietet. Typische Materialien, die für die Verwendung als Source- und Drainelektroden geeignet sind, können die der Gateelektrodenmaterialien, wie z. B. Gold, Nickel, Aluminium, Platin, leitfähige Polymere und leitfähige Tinten umfassen. Typische Dicken der Source- und Drainelektroden betragen zum Beispiel von etwa 40 nm bis etwa 10 Mikrometer, mit einer spezifischeren Dicke von etwa 100 nm bis etwa 400 Nanometer.
  • • Halbleitende Schicht
  • Für die Verwendung als die organische halbleitende Schicht geeignete Materialien umfassen Acene wie z. B. Tetracen, Pentacen und substituierte Pentacene, Perylene, Fullerene, Phthalocyanine, Oligothiophene, Polythiophene und substituierte Derivate davon. In Ausführungsformen wird die organische halbleitende Schicht aus einem in Flüssigkeit verarbeitbaren Material gebildet. Beispiele für geeignete Halbleitermaterialien umfassen Polylhiophene, Oligothiophene und die in den US Patent 6 621 099 B2 , US 6 774 393 B2 , US 6 770 904 B2 und US 6 949 762 B2 beschriebenen halbleitenden Polymere. Außerdem umfassen geeignete Materialien die halbleitenden Polymere, die in „Organic Thin-film transistors for Large Area Electronics“ von C. D. Dimitrakopoulos und P. R. L. Malenfant, Adv. Mater., Vol. 12, Nr. 2, S. 99-117 (2002) beschrieben werden.
  • Die halbleitende Schicht kann mittels eines beliebigen, geeigneten Mittels gebildet werden, einschließlich Vakuumverdampfen Schleuderbeschichten, Foliengießen, Tauchbeschichten, Schablonen/Siebdruck, Flexographie, Tiefdruck, Offset-Druck, Tintenstrahldruck, Mikrokontaktdruck, einer Kombination aus diesen Prozessen und dergleichen, aber nicht darauf beschränkt. In Ausführungsformen wird die halbleitende Schicht mittels eines Flüssigphasenabscheidungsverfahren gebildet. In Ausführungsformen hat die halbleitende Schicht eine Dicke von etwa 10 Nanometer bis etwa 1 Mikrometer. In weiteren Ausführungsformen hat die organische halbleitende Schicht eine Dicke von etwa 30 bis etwa 150 Nanometer. In weiteren Ausführungsformen hat die halbleitende Schicht eine Dicke von etwa 40 bis etwa 100 Nanometer.
  • • Gate-Dielektrikum
  • Hierin werden die Zusammensetzung und Bildung des Gate-Dielektrikums beschrieben. In Ausführungsformen ist das Gate-Dielektrikum eine hoch vernetzte und robuste Schicht, die ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst. In einigen Ausführungsformen ist das Gate-Dielektrikum eine homogene Schicht ohne Phasentrennung. In weiteren Ausführungsformen ist das Gate-Dielektrikum ein phasensepariertes Gate-Dielektrikum und die erste Phase und die zweite Phase des Gate-Dielektrikums stehen miteinander im Kontakt. In weiteren Ausführungsformen befindet sich zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase eine Zwischenschicht. In Ausführungsformen steht die erste Phase des Gate-Dielektrikums mit der halbleitenden Schicht in Kontakt, in weiteren Ausführungsformen befindet sich zwischen der ersten Phase und der halbleitenden Schicht eine Grenzflächenschicht. In Ausführungsformen stehen sowohl die erste Phase als auch die zweite Phase des Gate-Dielektrikums mit der halbleitenden Schicht in Kontakt. In weiteren Ausführungsformen stehen sowohl die erste Phase als auch die zweite Phase des Gate-Dielektrikums mit der halbleitenden Schicht in Kontakt, wobei der Kontaktbereich zwischen der halbleitenden Schicht und der ersten Phase größer ist als der zwischen der halbleitenden Schicht und der zweiten Phase im Kanalbereich (der Bereich zwischen der Source- und der Drainelektrode) des Dünnschichttransistors.
  • Das Gate-Dielektrikum, die Gateelektrode, die halbleitende Schicht, die Sourceelektrode und die Drainelektrode werden in einer beliebigen Reihenfolge auf dem Substrat gebildet. In Ausführungsformen befinden sich die Gateelektrode und die halbleitende Schicht auf gegenüberliegenden Seiten der Gate-Dielektrikum-Schicht und die Sourceelektrode und die Drainelektrode stehen beide in Kontakt mit der halbleitenden Schicht. Der Begriff „in einer beliebigen Reihenfolge“ umfasst eine aufeinander folgende und eine gleichzeitige Bildung. Zum Beispiel können die Sourceelektrode und die Drainelektrode gleichzeitig oder aufeinander folgend gebildet werden. Die Zusammensetzung, Herstellung und der Betrieb von Feldeffekttransistoren werden bei Bao et al., US Patent 6 107 117 A beschrieben. Der Begriff „auf dem Substrat“ bezieht sich auf die verschiedenen Schichten und Komponenten in Bezug auf das Substrat, das unten liegen sollte oder die Schichten oder Komponenten, die über ihr liegen, trägt. Mit anderen Worten, es befinden sich alle Komponenten auf dem Substrat, auch wenn sie nicht alle direkt mit dem Substrat in Kontakt stehen. Zum Beispiel befinden sich sowohl die dielektrische Schicht als auch die halbleitende Schicht auf dem Substrat, auch wenn sich eine Schicht näher am Substrat befindet als die andere Schicht.
  • Die folgenden Beispiele dienen dem Zweck der weiteren Erläuterung der vorliegenden Offenbarung. Die Beispiele sind rein erläuternd und sollen Vorrichtungen, die gemäß der Offenbarung hergestellt wurden, in Bezug auf darin dargelegte Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter in keiner Weise einschränken. Alle Teile stellen, wenn nicht anders angegeben, Volumenteile dar.
  • BEISPIELE
  • Ein aus PET bestehendes Substrat mit einer Dicke von 3 mils (0,003 inch, 76,2 µm) wurde bereitgestellt. Eine Dünnschicht aus Aluminium diente als die Gateelektrode.
  • Es wurde eine dielektrische Zusammensetzung hergestellt, die Poly(methylsilsesquioxan), Poly(4-vinylphenol), ein Vernetzungsmittel, ein Infrarotabsorptionsmittel und ein Lösungsmittel enthielt. 0,08 Gramm Poly(4-vinylphenol) (Aldrich, Mw = 25000) wurden in 1,0 Gramm n-Butanol gelöst. Zu der Mischung wurden 0,08 Gramm methyliertes MelaminFormaldehyd-Harz (Aldrich, 84 Gew.-% in n-Butanol) und 0,12 g Poly(methylsilsesquioxan) (26 Gew.-% in n-Butanol) gegeben. Außerdem wurden 0,003 Gramm Infrarotabsorptionsmittel (ADS815EI, American Dye Source, Inc.) zugegeben. Nach Filtration durch einen 0,2-µm-Spritzenfilter wurde die dielektrische Zusammensetzung mit 2000 UpM über 60 Sekunden auf das Substrat schleuderbeschichtet. Die abgeschiedene dielektrische Zusammensetzung wurde bei 80°C auf eine Heizplatte gelegt und mit einer darüber befindlichen Infrarotlampe 5 Minuten lang zur Bildung einer dielektrischen Schicht bestrahlt. Es wurde gefunden, dass die dielektrische Schicht unter Bildung einer robusten Schicht vollständig vernetzt war, ohne dass eine Deformierung des PET-Substrats beobachtet wurde.
  • Ein Transistor wurde mittels Schleuderbeschichten einer halbleitenden Schicht aus PQT-12 (einem Polythiophen) und Vakuumaufdampfung von Gold zur Bildung von Source- und Drainelektrode vervollständigt. Der Transistor wurde unter Umgebungsbedingungen mit einem 4200 SCS von Keithley charakterisiert. Es wurde eine Mobilität von 0,07 cm2/V·sec und ein On/Off-Verhältnis von 105 gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass das Vorhandensein eines Infrarotabsorptionsmittels in der dielektrischen Schicht und das zweifache Erhitzen die elektrische Gesamtleistung des Transistors in keiner Weise beeinträchtigte.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, umfassend: das Abscheiden einer dielektrischen Zusammensetzung auf einem Substrat, wobei die dielektrische Zusammensetzung ein dielektrisches Material, ein Vernetzungsmittel und ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst; wobei das dielektrische Material ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Dielektrikummaterial) und ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Dielektrikummaterial) umfasst, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,0 aufweist, wobei das High-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder höher aufweist; wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Polymethin, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder -aminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex ist; das Exponieren der dielektrischen Zusammensetzung gegenüber einer Infrarotstrahlung, um die dielektrische Zusammensetzung auszuhärten und so eine dielektrische Schicht auf dem Substrat zu bilden; und das Bilden einer halbleitenden Schicht auf dem Substrat.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial Poly(methylsilsesquioxan) und das High-k-Dielektrikummaterial Poly(4-vinylphenol) ist; oder wobei die Exposition gegenüber Infrarotstrahlung eine Trennung des High-k-Dielektrikummaterials und des Low-k-Dielektrikummaterials in zwei Phasen verursacht, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial in der Phase der dielektrischen Schicht, die näher an der halbleitenden Schicht liegt, in höherer Konzentration vorliegt als das High-k-Dielektrikummaterial.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Absorptionsmaximum von etwa 800 nm bis etwa 1400 nm aufweist; oder wobei das Infrarotabsorptionsmittel in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 5 Gew.-% in der gehärteten dielektrischen Schicht vorhanden ist; oder wobei die dielektrische Zusammensetzung der Infrarotstrahlung unter Verwendung eines Lasers ausgesetzt wird oder wobei die dielektrische Zusammensetzung der Infrarotstrahlung über einen Zeitraum von etwa 1 Sekunde bis etwa 30 Minuten ausgesetzt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die dielektrische Zusammensetzung der Infrarotstrahlung unter Verwendung eines Lasers ausgesetzt wird, wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Absorptionsmaximum von etwa 800 nm bis etwa 1400 nm aufweist und der Laser bei einer Wellenlänge emittiert, die innerhalb von mindestens 5% des Absorptionsmaximums des Infrarotabsorptionsmittels liegt; oder des Weiteren umfassend das Erhitzen der dielektrischen Zusammensetzung mit einer Wärmequelle.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat während des Härtens eine Temperatur von etwa Raumtemperatur bis etwa 160°C erreicht und die dielektrische Zusammensetzung eine höhere Temperatur als das Substrat erreicht; und gegebenenfalls wobei die Differenz zwischen der Temperatur der dielektrischen Zusammensetzung und der Temperatur des Substrats mindestens 20°C beträgt.
  6. Elektronische Vorrichtung, umfassend eine dielektrische Schicht, wobei die dielektrische Schicht ein versetztes, dielektrisches Material und ein Infrarotabsorptionsmittel umfasst, wobei das dielektrische Material ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Dielektrikummaterial) und ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Dielektrikummaterial) umfasst, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,0 aufweist, wobei das High-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder höher aufweist; wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Polymethin, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder -aminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex ist.
  7. Dielektrische Zusammensetzung, umfassend ein dielektrisches Material, ein Vernetzungsmittel und ein Infrarotabsorptionsmittel, wobei das dielektrische Material ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Low-k-Dielektrikummaterial) und ein dielektrisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante (High-k-Dielektrikummaterial) umfasst, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 4,0 aufweist, wobei das High-k-Dielektrikummaterial eine Dielektrizitätskonstante von 4,0 oder höher aufweist; wobei das Infrarotabsorptionsmittel ein Polymethin, ein Phthalocyanin, Naphthalocyanin, Chinondiimmonium- oder -aminiumsalz oder ein Dithiolen-Metall-Komplex ist.
  8. Dielektrische Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei die dielektrische Zusammensetzung des Weiteren eine Flüssigkeit umfasst, die sowohl mit dem Low-k-Dielektrikummaterial als auch mit dem High-k-Dielektrikummaterial mischbar ist.
  9. Dielektrische Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, wobei das Low-k-Dielektrikummaterial Poly(methylsilsesquioxan) und das High-k-Dielektrikummaterial Poly(4-vinylphenol) ist.
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