DE112004001855T5

DE112004001855T5 - Selbststrukturierende Anordnung eines leitenden Polymers zur Herstellung einer Polymerspeicherzelle

Info

Publication number: DE112004001855T5
Application number: DE112004001855T
Authority: DE
Inventors: Matthew S. Palo Alto Buynoski; Suzette K. Cupertino Pangrle; Uzodinma Mountain View Okoroanyanwu; Nicholas H. San Jose Tripsas
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Spansion LLC
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2007-02-15
Also published as: JP5311740B2; WO2005041319A2; CN1864230B; GB0607814D0; KR101043054B1; KR20060090244A; US6852586B1; JP2007527620A; JP2010157769A; GB2423174B; GB2423174A; TW200527601A; CN1864230A; WO2005041319A3; TWI356470B; JP5443246B2

Abstract

Organisches Speicherbauelement mit:
einem organischen Halbleitermaterial zur Speicherung von Information;
einer passiven Schicht benachbart zu dem organischen Halbleitermaterial, wobei die passive Schicht das Speichern von Information ermöglicht;
zwei Elektroden, die das organische Halbleitermaterial einschließen, um auf das organische Halbleitermaterial zuzugreifen, wobei das organische Halbleitermaterial eine nicht polare Kette und ein reaktives Ende aufweist, und wobei das reaktive Ende zu einer Elektrode ausgerichtet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen organische Speichereinrichtungen und betrifft insbesondere organische Speichereinrichtungen, die einen sich selbst anordnenden organischen Halbleiter aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Die Anzahl, Verwendung und Komplexität von Computern und elektronischen Geräten steigt ständig an. Computer werden zunehmend leistungsfähiger und neue und verbesserte elektronische Geräte werden ständig entwickelt (beispielsweise digitale Abspielgeräte, Videoabspielgeräte). Des weiteren forcieren das Wachstum und die Verwendung digitaler Medien (beispielsweise digitales Audio, Video, Bildbearbeitung und dergleichen) die Entwicklung dieser Geräte. Ein derartiges Wachstum und eine Entwicklung hat die Informationsmenge, die für Computer und elektronische Geräte wünschenswerter Weise zu speichern ist oder gespeichert werden muss und bewahrt werden muss, stark zugenommen.
Speichereinrichtungen enthalten im Allgemeinen Arrays aus Speicherzellen. Auf jede Speicherzelle kann zugegriffen werden oder diese kann im Hinblick auf Information „gelesen", „beschrieben" und „gelöscht" werden. Die Speicherzellen enthalten Informationen in einem „aus" oder einem „ein" Zustand (beispielsweise sind diese auf zwei Zustände begrenzt), die auch als „0" und „1" bezeichnet werden. Typischerweise ist eine Speichereinrichtung adressiert, um eine spezifizierte Anzahl an Byte(s) abzurufen (beispielsweise acht Speicherzellen pro Byte). Für flüchtige Speichereinrichtungen werden die Speicherzellen periodisch „aufgefrischt", um ihren Zustand beizubehalten. Derartige Speichereinrichtungen werden für gewöhnlich aus Halbleiterbauelementen hergestellt, die diese diversen Funktionen ausführen und die in der Lage sind zwischen diesen beiden Zuständen hin- und herzuschalten und diese zu bewahren. Die Einrichtungen werden häufig mit einer anorganischen Halbleitertechnologie, etwa in Form kristalliner Siliziumbauelemente, hergestellt. Ein übliches Halbleiterbauelement, das in Speichereinrichtungen verwendet wird, ist der Metall-Oxid-Halbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET).
Auf Grund der zunehmenden Nachfrage für die Informationsspeicherung sind Speicherentwickler und Hersteller ständig bestrebt, die Speicherkapazität für Speichereinrichtungen zu erhöhen (beispielsweise die Speichermenge pro Chip oder Chipfläche zu vergrößern). Eine briefmarkengroßes Stück Silizium kann viele Millionen Transistoren aufweisen, wobei jeder Transistor lediglich einige 100 nm groß ist. Jedoch nähern sich Bauelemente auf Siliziumbasis ihrer prinzipiellen physikalischen Größengrenze. Anorganische Halbleiterbauelemente sind im Allgemeinen mit einer komplexen Architektur verknüpft, die zu hohen Kosten und einem Verlust an Datenspeicherdichte führt. Die flüchtigen Halbleiterspeicher, die auf anorganischen Halbleitermaterial beruhen, müssen ständig mit elektrischen Strom mit einer resultierenden Erwärmung und einem hohen elektrischen Leistungsverbrauch beaufschlagt werden, um die gespeicherte Information zu bewahren. Nicht flüchtige Halbleiterspeicher besitzen eine reduzierte Datenrate und eine relativ hohe Leistungsaufnahme und ein hohes Maß an Komplexität.
In dem Maße wie die Größe anorganischer Bauelemente verringert wird und die Integration anwächst, steigt auch die Empfindlichkeit für Justiertoleranzen an, wodurch die Herstellung deutlich schwieriger wird. Die Herstellung von Strukturelementen mit minimaler Größe impliziert nicht, dass die minimale Größe für die Herstellung betriebsfähiger Schaltungen eingesetzt werden kann. Es ist notwendig, Justiertoleranzen vorzusehen, die deutlich kleiner sind als die kleine minimale Größe, d. h. beispielsweise ein viertel der minimalen Größe.
Das Größenreduzieren anorganischer Festkörperbauelemente führt auch zu Problemen hinsichtlich der Dotierstoffdiffusionslängen. Wenn Abmessungen verringert werden, führen die Diffusionslängen von Dotiermitteln von Silizium bei der Gestaltung der Prozesse zu Schwierigkeiten. In dieser Hinsicht müssen viele Vorkehrungen getroffen werden, um die Dotierstoffbeweglichkeit zu reduzieren und um die Zeit der Einwirkung hoher Temperaturen zu verringern.
Jedoch ist nicht ersichtlich, wie derartige Einschränkungen weiterhin durchgeführt werden sollen. Des weiteren erzeugt das Anlegen einer Spannung über einem Halbleiterübergang (in der Sperrrichtung) eine Verarmungszone in der Nähe des Übergangs. Die Breite der Verarmungszone hängt von den Dotierstoffpegeln des Halbleiters ab. Wenn die Verar mungszone sich ausdehnt und eine andere Verarmungszone kontaktiert, kann ein Durchschlag oder ein ungesteuerter Stromfluss auftreten.
Höhere Dotierstoffpegel neigen dazu, die räumlichen Trennungen, die für das Verhindern von Durchschlägen erforderlich sind, zu minimieren. Wenn jedoch die Spannungsänderung pro Einheitslänge groß ist, werden weitere Schwierigkeiten hervorgerufen, indem eine große Spannung pro Einheitslänge impliziert, dass die Größe des elektrischen Feldes groß ist. Ein Elektron, das entlang eines derartigen steilen Gradienten wandert, kann auf einen Energiepegel beschleunigt werden, der deutlich höher ist als die minimale Leitungsbandenergie. Ein derartiges Elektron ist als ein heißes Elektron bekannt und kann ausreichend energetisch sein, um durch einen Isolator hindurchzuwandern, wodurch sich eine nicht reversible Beeinträchtigung eines Halbleiterbauelements ergeben kann.
Das Größenreduzieren und die Integration machen die Isolation in einem monolithischen Halbleitersubstrat zu einer Herausforderung. Insbesondere die laterale Isolation oder Trennung von Bauelementen voneinander ist in einigen Situationen schwierig. Eine weitere Schwierigkeit ist die Skalierung von Leckströmen. Eine noch weitere Schwierigkeit wird durch die Diffusion von Ladungsträgern innerhalb des Substrats hervorgerufen; d. h. freie Ladungsträger können über einige 10 μm diffundieren und gespeicherte Ladung neutralisieren. Somit kann die weitere Bauteilgrößenreduzierung und die Erhöhung der Dichte für anorganische Speichereinrichtungen begrenzt sein. Ferner ist eine derartige Größenreduzierung für anorganische nicht flüchtige Speichereinrichtungen bei gleichzeitigem Vorhandensein dese Bedarfs einer verbesserten Leistungsfähigkeit insbesondere schwierig, vor allem wenn geringe Kosten aufrecht erhalten werden sollen.
Überblick über die Erfindung
Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Erfindung, um ein grundlegendes Verständnis einiger Aspekte der Erfindung bereitzustellen. Dieser Überblick ist nicht dazu beabsichtigt, wesentliche entscheidende Elemente der Erfindung anzugeben oder den Schutzbereich der Erfindung abzugrenzen. Der ledigliche Zweck ist darin zu sehen, dass einige Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als Einleitung für die detailliertere Beschreibung, wie sie nachfolgend angeführt ist, anzugeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zur Herstellung organischer Speicherbauelemente mit einem Halbleitermaterial, das aus einer Polymerlösung gebildet ist, die ein selbstanordnendes leitendes Polymer aufweist. Organische Speichereinrichtungen werden vorgesehen, die in dem organischen Halbleitermaterial, das mit dem Bauelement verknüpft ist, Informationen speichern können. Derartige Speichereinrichtungen enthalten zwei Elektroden, die das Halbleitermaterial einschließen und eine Passivierungsschicht, wobei der organische Halbleiter benachbart zu der Passivierungsschicht angeordnet werden kann.
Die organischen Speichereinrichtungen können durch Abscheiden einer konzentrierten Polymerlösung gebildet werden, die ein leitendes Polymer und ein organisches Lösungsmittel mit einer Öffnung über einer leitenden Elektrode und/oder über einer Passivierungsschicht, die auf die leitende Elektrode aufgebracht ist, aufweist. Das leitende Polymer orientiert sich so, dass eine polare Gruppe an einem Ende sich selbst in der Nähe der leitenden Elektrode und/oder der passiven Schicht auf der leitenden Elektrode ausrichtet, und eine nicht polare Kette erstreckt sich von der leitenden Elektrode weg. Wärme kann dann zugeführt werden, um das organische Lösungsmittel aus der Polymerlösung zu verdampfen, wodurch das leitende Polymer angeregt wird, sich selbst entsprechend dem kürzesten leitenden Weg anzuordnen. Zusätzlich kann die organische Speichereinrichtung in einem Vakuum angeordnet werden, während sich das leitende Polymer selbst anordnet, um eine kontrollierte Umgebung vorzusehen, bei der das organische Lösungsmittel entfernt werden kann.
Eine partitionierende bzw. Teilungskomponente kann in organischen Speicherstrukturen integriert werden, um das Programmieren zu ermöglichen und/oder eine spannungs/stromgesteuerte Isolationsbarriere zu bilden. Zu Partitionierungs- bzw. Teilungseinrichtungen gehören derartige Einrichtungen, wie Dünnfilmdioden oder Dünnfilmtransistoren und andere Komponenten, die zur Herstellung einer spannungs-/stromgesteuerten Barriere eingesetzt werden können. Eine Speicherzelle kann durch Anlegen einer Schwellwertspannung an die Teilungskomponente aktiviert werden (beispielsweise eine Ionenspannung in Vorwärtsrichtung, eine Zener-Durchbruchspannung in Querrichtung) und durch Anlegen von Spannungen an darunter liegende passive und leitende Schichten innerhalb der gestapelten Speicherstruktur, wobei Bits in Form einer Null, Eins oder andern Zuständen innerhalb der ausgewählten Bereiche oder der Speicherstruktur gespeichert werden können.
Die organischen Speicherstrukturen können in einer vertikalen Anordnung ausgebildet werden, wobei die zuvor genannte Partitionierungs- bzw. Teilungskomponente gebildet oder aufgebaut wird zwischen zwei oder mehreren organischen Speicherstrukturen, um das Stapeln mehrerer ähnlich konfigurierter Speicherstrukturen oder Zellen zu ermöglichen. Ferner kann eine Vielzahl angeordneter Stapel parallel gebildet werden, um damit den Aufbau äußerst dichter Speichereinrichtungen zu ermöglichen, die mehrere Schichten aus vertikal angeordneten Speicherzellen aufweisen, wobei ein paralleler Zugriff mit hoher Geschwindigkeit auf die entsprechenden Zellen möglich ist. Auf diese Weise kann die Speichereinrichtungsausnutzung, die Dichte und die Packungsanordnung deutlich verbessert werden.
Die Speicherstrukturen und damit verknüpfte Speicherzellen können eingesetzt werden, um organische Mehrfachzellenspeichereinrichtungen bereitzustellen, in denen ein organischer Leiter verwendet wird, der das Wandern von Ladungsträgern (beispielsweise Elektronen, Löcher) ermöglicht. Die vorliegende Erfindung stellt organische Speichereinrichtungen bereit, die zumindest eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen: eine geringe Größe im Vergleich zu anorganischen Speichereinrichtungen, die Fähigkeit, mehrere Informationsbits zu speichern, kurze Umschaltzeiten für Widerstand/Impedanz, geringe Betriebsspannungen, geringe Kosten, hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer (Tausende/Millionen Zyklen), die Fähigkeit einer dreidimensionalen Konfiguration, Bearbeitung bei geringer Temperatur, geringes Gewicht, hohe Dichte/Integration und ausgedehnte Speicherhaltezeit.
Um das zuvor genannte und damit in Beziehung stehende Eigenschaften zu erreichen, umfasst die Erfindung die Merkmale, wie sie hierin nachfolgend vollständig beschrieben und insbesondere in den Patentansprüchen dargestellt sind. Die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen zeigen detailliert gewisse anschauliche Aspekte und Implementierungen der Erfindung. Diese sind jedoch nur für einige der diversen Arten kennzeichnend, in denen die Prinzipien der Erfindung eingesetzt werden können. Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen studiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein leitendes Polymer, das zur Herstellung eines organischen Halbleiters gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 zeigt einen organischen Halbleiter und eine beispielhafte organische Speichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt beispielhafte polare Polymerketten und ein polares Polymer gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Ansicht, die grundlegende organische Speicherschichten gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die grundlegende partitionierende bzw. teilende Komponentenschichten gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm und eine zugehörige Struktur, in der ein Teil eines Prozesses zur Herstellung eines polaren Polymerspeicherbauelement gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt wird.
7 ist ein Flussdiagramm und eine zugehörige Struktur, in der eine Fortsetzung des Prozesses dargestellt ist, der in 6 für eine polare Polymerspeicherstruktur gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
8 ist ein Flussdiagramm und eine zugeordnete Struktur, in der eine Fortsetzung des Prozesses gezeigt ist, der in 7 für eine spezielle Polymerspeicherstruktur gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
9 ist eine Ausschnittsansicht eines Teils einer geschichteten organischen Speichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Ansicht, in der eine gestapelte Speichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
11 zeigt eine Säulenlösung für mehrschichtige Speicherstrukturen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt eine Säulenlösung für mehrschichtige Speicherstrukturen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine 3-D-Ansicht einer organischen Speichereinrichtung gemäß einer vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Blockansicht einer passiven Schicht, die in einer organischen Speichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
15 ist eine Blockansicht, die eine organische Polymerschicht zeigt, die durch einen CVD-Prozess gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
16 ist eine Blockansicht, die eine weitere organische Polymerschicht zeigt, die durch einen CVD-Prozess gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
17 ist eine Blockansicht einer noch weiteren organischen Polymerschicht, die durch einen CVD-Prozess gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine organische Speichereinrichtung bereit, die als ein nicht flüchtiger Speicher betrieben werden kann. Die organische Speichereinrichtung kann mit zwei oder mehreren Elektroden mit einer passiven Schicht gebildet werden, die mit mindestens einer Elektrode verbunden ist, und einer organischen Halbleiterschicht, die zwischen den Elektroden und der zugeordneten passiven Schicht ausgebildet ist, wobei die organische Halbleiterschicht aus einer Lösung eines leitenden Polymers vorzugsweise mit einer konjugierten nicht polaren Kette zur Bereitstellung von Steifigkeit und Leitfähigkeit und aus einem organischen Lösungsmittel gebildet ist. Ein beispielhaftes leitendes Polymer ist mit Bezugszeichen 10 in 1 gezeigt. Die Polymerkette enthält einen reaktiven Platz (oder ein Ende 12) und eine nicht polare Kette 14. Beispiele reaktiver Plätze oder reaktiven Enden schließen polare Gruppen, Radikale und ionische Gruppen mit ein. Das reaktive Ende 12 kann Wasserstoff und Sauerstoff, Schwefel und/oder Stickstoff enthalten, und enthält Gruppen mit mindestens einer der folgenden: eine Alkoholgruppe oder eine Säuregruppe oder eine Schwefelsäuregruppe oder eine Estergruppe, Ionen/Gegenionen und/oder eine Gruppe mit einer konjugierten Verbindung gehören. Die nicht polare Gruppe 14 beinhaltet hauptsächlich Kohlenstoff und Wasserstoff. Mit 16 ist ein beispielhaftes leitendes Polymer als einem reaktiven Alkoholende 18 und einem nicht polaren Ende 20 gezeigt.
Mit Bezugszeichen 22 ist ein Teil der Polymerlösung dargestellt, wobei die leitenden Polymere 23 zufällig orientiert dargestellt sind. Bezugszeichen 24 zeigt, dass ein Teil der Polymerlösung über einer Elektrode 26 und in einer Öffnung 28 abgeschieden ist. Die leitenden Polymere 22 richten sich so aus, dass das reaktive Ende 12 sich zu der Elektrode 26 (oder passiven Schicht) ausrichtet, und die nicht polare Kette 14 orientiert sich in einer im Wesentlichen senkrechten Weise und in einer lamellaren Anordnung weg von der Elektrode 26 an.
Es kann Wärme zugeführt werden, um die Verdampfung des Lösungsmittels zu unterstützen, so dass die Konzentration der leitenden Polymere 22 in der Lösung mit einer geeigneten Konzentration vorhanden ist, um die Selbstanordnung zu ermöglichen. Bei Bezugszeichen 30 ist ein organischer Halbleiter 32 in der Öffnung 28 und über der Elektrode 30 gebildet.
In 2 ist ein organischer Halbleiter 100 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der organische Halbleiter 100 umfasst eine nicht polare Kette 110 und ein reaktives Ende 120. Die Orientierung (beispielsweise oben und unten) des nicht polaren Endes 110 im Verhältnis zu dem reaktiven Ende 120 ist nicht auf die dargestellte Weise eingeschränkt. Zu beachten ist, dass die dargestellte Struktur als das reaktive Ende 120 oben und das nicht polare Ende unten (beispielsweise eine Drehung um 180 Grad) und auch in anderen Orientierungen aufweisen kann. Es gibt diverse Faktoren, die die Orientierung des nicht polaren Endes 110 relativ zu dem reaktiven Ende bestimmen, wie dies nachfolgend detailliert beschrieben ist.
Zu beachten ist, dass obwohl der organische Halbleiter 100 als in zwei Gebiete aufgeteilt dargestellt ist – die nicht polare Kette 110 und das reaktive Ende 120 – die nicht polare Kette 110 polare Bestandteile aufweisen kann und das reaktive Ende 130 nicht polare (bei spielsweise elektrisch neutrale) Bestandteile besitzen kann. Ferner kann ein derartiges Abwechseln der nicht polaren Kette und des reaktiven Endes des Polymers des organischen Halbleiters 100 wünschenswert sein. Ferner können sowohl die nicht polare Kette 110 als auch das reaktive Ende 120 des organischen Halbleiters 100 andere Elemente, Ketten oder dergleichen enthalten, um beispielsweise Eigenschaften, etwa die Leitfähigkeit und die Wärmeableitung und Ausrichtung der Seitengruppen zu ändern.
Wie zuvor angegeben ist, kann eine organische Speichereinrichtung mit zwei oder mehreren Elektroden gebildet werden, wobei ein leitendes Medium zwischen den Elektroden vorgesehen ist, das eine Speicherzelle bildet. Das leitende Medium kann ein leitendes Polymer enthalten, das sich orientiert und selbst anordnet, um damit einen organischen Halbleiter zu bilden. 2 zeigt ferner ein Beispiel einer Speichereinrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Eine organische Speichereinrichtung 200 umfasst eine erste Elektrode 210, die funktionsmäßig mit einem organischen Halbleiter 100 verbunden ist. Der organische Halbleiter 100 kann selektiv leitend zwischen der ersten Elektrode 210 und einer zweiten Elektrode 230 sein. Typischerweise enthält die erste Elektrode 210 und/oder die zweite Elektrode 230 ein passives Material (nicht gezeigt), das auf der Oberfläche der ersten Elektrode 210 und/oder der zweiten Elektrode 230 aufgebracht ist, das den organischen Halbleiter 100 kontaktiert. Das Anlegen eines elektrischen Potentials an der ersten Elektrode 210 und der zweiten Elektrode 230 führt zu einem Stromfluss von der ersten Elektrode 210 über den organischen Halbleiter 100 zu der zweiten Elektrode 230.
Wie zuvor gezeigt ist, orientieren sich ein reaktives Ende 120 und eine nicht polare Kette 110 des organischen Halbleiters 100 während der Herstellung des organischen Halbleiters 100 gemäß der leitenden Oberfläche aus, auf die der organische Halbleiter 100 aufgebracht wird. Wenn beispielsweise die Polymerlösung (nicht gezeigt) auf der Oberfläche der ersten Elektrode 210 während der Herstellung des organischen Halbleiters 100 aufgebracht wird, dann orientiert sich im Allgemeinen das reaktive Ende 120 in Richtung der leitenden Oberfläche der ersten Elektrode 210 und die nicht polare Kette 110 orientiert sich von der Oberfläche der ersten Elektrode 210 weg.
Zu beachten ist, dass die Herstellung des organischen Halbleiters 100 an der Oberfläche der zweiten Elektrode 230 anstatt der ersten Elektrode 210 durchgeführt werden kann. D. h., das reaktive Ende 120 kann sich in Richtung auf die leitende Oberfläche der zweiten Elektrode 230 orientieren, und die nicht polare Kette 110 kann sich von der Oberfläche der zweiten Elektrode 230 weg orientieren.
Beispielhafte organische leitende Polymere und eine beispielhafte leitende Polymerverbindung sind in 3 gemäß einem Aspekt der Erfindung gezeigt. Ein organisches leitendes Polymer 300 enthält ein reaktives Ende 300 und eine nicht polare Kette (R) 320 wobei R ein organischer Rest ist. Das organische leitende Polymer 330 enthält ein reaktives Ende 340 und eine nicht polare Kette 350 (R), wobei wiederum R ein organischer Rest ist. R ist vorzugsweise ein konjugierter (beispielsweise Einzel- und Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffen) organischer Rest, der Steifigkeit und Leitfähigkeit vermittelt. Das organische leitende Polymer 300 und/oder das organische leitende Polymer 330 können in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die Beispiele eingeschränkt und es können andere organische leitende Polymerketten eingesetzt werden.
Im Allgemeinen wird eine Polymerlösung verwendet, wobei die Konzentration des leitenden Polymers als eine geeignete Konzentration vorhanden ist, die das Abscheiden der Lösung und anschließend eine Selbstanordnung auf einer Elektrode ermöglicht. Zu Beispielen organischer leitender Polymere gehören die leitenden Polymere 300 und 330. Die Polymerlösung kann dann auf einem Substrat abgeschieden werden, wobei die Polymerlösung die Kanäle einer Damaszener-Struktur auffüllt. Das reaktive Ende des leitenden Polymers wird dann zu einer leitenden Elektrodenoberfläche hin angezogen und richtet sich entsprechend aus. Verbindungen bilden sich zwischen dem reaktiven Ende und der leitenden Elektrode. Beispielsweise ist bei 360 eine typische Verbindung zwischen einem leitenden Polymer, etwa 300 oder 330, und einer Kupferelektrode (Cu) dargestellt, wobei R typischerweise ein konjugierter organischer Rest ist und N eine Ganzzahl ist, die von 0 bis zu einigen Millionen reichen kann. Wenn das Lösungsmittel aus der Polymerlösung entfernt wird, ordnet sich das leitende Polymer selbst an.
In 4 ist eine grundlegende organische Speicherstruktur gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine organische Speicherzelle 400 enthält typischerweise einige geschichtete Bereiche. Derartige Bereiche beinhalten eine untere Elektrode 410, ein organisches Material 414 zur Speicherung von Information, eine passive Schicht 418, um den Zugriff auf das organische Halbleitermaterial 414 zu ermöglichen, und eine obere Elekt rode 422, die mit der unteren Elektrode 410 zusammenwirkt, um das organische Halbleitermaterial 414 zu programmieren, löschen und/oder darauf zuzugreifen. Die organische Speicherzelle 400, die aus diversen Materialien aufgebaut sein kann, wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
5 zeigt eine organische Partitionierungs- bzw. Teilungskomponente (beispielsweise eine Dünnfilmdiode, TFD), die mit Speicherzellen, etwa der organischen Speicherzelle 400, eingesetzt werden kann. In einer Ausführungsform wird eine organische Teilungskomponente eingesetzt, um das Programmieren und/oder das Zugreifen in einer Richtung zu ermöglichen, indem diese Komponente in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird. In einer Sperrrichtung kann eine Durchbruchvorspannung angelegt werden, um das Programmieren/Zugreifen der bzw. auf die organische Speichereinrichtung in der entgegengesetzten Richtung zu ermöglichen.
Eine organische Teilungskomponente kann auch so dargestellt werden, dass diese einige geschichtete Bereiche aufweist. Wie dargestellt ist, enthält die TFD 530 eine Kathodenelektrode 532, ein organisches Material 536 (beispielsweise eine Polymerschicht), und eine Anodenelektrode 540. Somit bewirkt das Anlegen einer Vorwärts- oder positiven Vorspannung an die Anodenelektrode 540 in Bezug auf die Kathodenelektrode 532 einen Stromfluss in einer Vorwärtsrichtung. In der Sperrrichtung der Vorspannung ist der Stromfluss typischerweise minimal, sofern die Vorspannung in Sperrrichtung nicht über die Schwellwertspannung für den Durchbruch in Sperrrichtung der TFD 530 erhöht wird. Somit kann durch Steuern der Vorwärts- und Sperrrichtungsspannungen, die an die TFD 530 angelegt werden, dass Programmieren und Zugreifen auf die zugeordnete organische Speicherstruktur bewerkstelligt werden, während in anderer Beziehung die TFD 530 eine Isolation/Trennung liefert.
Wie man erkennen kann, können entsprechende Unterteilungskomponenten mit diversen Materialien und/oder Prozessen hergestellt werden, wobei diverse Schwellwertspannungen eingesetzt werden können, um die Partitionierungs- bzw. Unterteilungskomponenten zu veranlassen, in der Vorwärtsrichtung oder Sperrrichtung zu leiten (beispielsweise 0,7 Volt vorwärts Spannungsschwellwert –3,2 Volt Sperrrichtungsschwellwert, eine geeignete Spannung, die zur Steuerung von Elementen einer dreianschlüssigen Schalteinrichtung angelegt werden).
Zu beachten ist, dass obwohl diverse beispielhafte Schichten in der organischen Speicherstruktur 400 und der TFD 530 gezeigt sind, andere Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet und/oder vorgesehen werden können. Beispielsweise gehören zu derartigen Schichten Zwischenschichtdielektrika (ILD), Barrierenschichten, Beschichtungen und/oder Kombinationen aus Schichten/anderen Elementen, die zusammenwirken, um Speicherstrukturen und/oder Partitionierungskomponenten gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden, die alternative Schichten und/oder Elemente enthalten, wie sie nachfolgend detailliert beschrieben sind.
6 bis 9 zeigen Bauelemente und zugehörige Verfahrenstechniken, um eine Herstellung einzelliger und mehrzelliger Speicher gemäß der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Obwohl zum Zwecke der Einfachheit der Erläuterung die Verfahrenstechniken als eine Reihenfolgen von Handlungen gezeigt und beschrieben sind, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Reihenfolge der Handlungen eingeschränkt ist, da einige Handlungen gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Reihenfolgen auftreten und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen durchgeführt werden können, anders als dies hierin gezeigt und beschrieben ist. Beispielsweise erkennt der Fachmann, dass eine Verfahrenstechnik alternativ als eine Reihe miteinander in Beziehung stehender Zustände oder Ereignisse, etwa in einem Zustanddiagramm, dargestellt werden könnte. Ferner sind unter Umständen nicht alle dargestellten Handlungen erforderlich, um eine Verfahrenstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung einzurichten.
In 6 ist eine Ansicht 600 gezeigt, in der ein Teil eines Prozesses zur Herstellung einer Speichereinrichtung 610 mit leitenden Polymeren gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Bevor zur Beschreibung des Prozesses 600 und der zugeordneten Struktur 610 weitergegangen wird, ist anzumerken, dass beispielhafte Materialien und Prozessschritte beschrieben sind. Jedoch ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Daher werden viele alternative Materialien und/oder Komponenten detaillierter im Weiteren beschrieben, die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Gemäß 614 wird eine Kupferbitleitung, Wortleitung oder eine untere Elektrode mit einer zugeordneten Barriere gemäß einem Einzel- oder Dual-Damaszener-Prozess hergestellt, der gut etabliert ist. Die untere Elektrode (oder Wortleitung oder Bitleitung) ist bei 616 der Struktur 610 innerhalb einer Barriere 618 dargestellt. Beide sind in einer ILD-Schicht 620 gebildet. Die Barriere 618 wird verwendet, um Kupfer oder ein anderes leitendes Material an einem Diffundieren in andere Schichten (nicht gezeigt) zu hindern. Beispielsweise kann die Barriere 618 als eine Diffusionsbarriere ausgebildet sein. Derartige Barrierenmaterialien, die verwendbar sind, sind Kobalt, Chrom, Nickel, Palladium, Tantal, Tantalsiliziumnitrid, Titan, Titannitrid, Siliziumnitrid, Wolframnitrid und Wolframsiliziumnitrid, um nur einige Beispiele zu nennen.
Bei 624 wird eine Kontaktdurchführung oder eine andere Art an Öffnung 634 in einer ILD-Schicht 638 über der unteren Elektrode 616 gebildet. Die Kontaktdurchführung 634 kann beispielsweise mit lithographischen Ätzverfahren und/oder anderen Prozessen zum Entfernen von Bereichen der ILD-Schicht 638 gebildet werden. Bei 640 sind Teile oder die Gesamtheit der Kontaktdurchführung 634 mit einer organischen Materialablagerung gefüllt, wobei eine Lösung aus organischen leitenden Polymeren (beispielsweise die Polymerketten 300 und 330) und ein organisches Lösungsmittel abgeschieden werden.
Wenn das Material von der Kontaktdurchführung 634 eingefüllt ist, wird das reaktive Ende des leitenden Polymers zu der unteren Elektrode 616 angezogen. Wenn sich das reaktive Ende selbst in der Nähe der unteren Elektrode 616 anordnet, wird das nicht polare Ende von der unteren Elektrode 616 wegweisend angeordnet. Wenn beispielsweise die darunter liegende Bitleitung im Wesentlichen aus Kupfer aufgebaut ist, bildet sich eine Bindung zwischen dem reaktiven Ende, beispielsweise HO-C- (aus HO-C-R), so dass Cu-O-C-R zwischen der Cu-Bitleitung und dem HO-C-R-polaren Polymer gebildet wird.
Die Selbstanordnung des leitenden Polymers beginnt, wenn die Polymerlösung abgeschieden wird. Wie gezeigt ist, wird die Speichereinrichtung 610 typischerweise in einer Vakuumkammer 632 angeordnet, wobei Lösungsmittel in einer kontollierten Umgebung entfernt werden kann. Des weiteren kann Wärme 644 zugeführt werden, um Lösungsmittel aus der Polymerlösung zu verdampfen. Die Wärme 644 ist so dargestellt, dass diese in Richtung der unteren Schicht wandert. Es sollte beachtet werden, dass Wärme auch unorientiert in dem gesamten System 610, beispielsweise in einem Ofen, zugeführt werden kann. Ferner kann Wärme in nicht uniformer, symmetrischer, nicht symmetrischer und/oder in diversen anderen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zugeführt werden. Wenn das Lö sungsmittel der Polymerlösung verdampft, steigt die Polymerkonzentration in der Polymerlösung an, wodurch die Selbstanordnung beschleunigt wird. Nach Abschluss der Selbstanordnung ist der organische Halbleiter 648 gebildet.
7 zeigt eine Fortsetzung des in 6 gezeigten Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei 650 kann eine passive Schicht, etwa Cu₂__xS_y unter dem organischen Halbleiter 648 gebildet werden. Die passive Schicht ist bei 652 der Struktur 610 gezeigt. Bei 656 wird eine Elektrode 660, die eine zugeordnete Barriere aufweist, über der passiven Schicht 652 gemäß einem Einzel- oder Dual-Damaszener-Prozess hergestellt.
8 zeigt alternative Architekturen für die Speicherbauelementsstruktur 610 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Eine erste alternative Speichereinrichtung 810 ist eine Fortsetzung des Prozesses 600, wobei eine TFD 674 über der oberen Elektrode 660 gebildet wird. Wie zuvor dargestellt ist, kann eine TFD, etwa die TFD 674 eingesetzt werden, um das Programmieren und/oder das Stapeln von Speichereinrichtungen zu ermöglichen. Bei Bedarf können zusätzliche Schichten verwendet werden. Beispielsweise kann eine Hartmaske, ein Photolack und eine antireflektierende Beschichtung verwendet werden.
In einer zweiten alternativen Speichereinrichtung 820 wird die passive Schicht 652 über der Bitleitung 616 gebildet, bevor der organische Halbleiter 648 gebildet wird. Nachfolgend wird der organische Halbleiter 648 abgeschieden, wie dies zuvor beschrieben ist. D. h., eine Lösung leitender Polymere wird abgeschieden, wobei Wärme angewendet wird, um das Lösungsmittel aus der Lösung auszutreiben, wodurch die Selbstanordnung des leitenden Polymers ermöglicht wird. Anschließend wird die TFD 674 über dem organischen Halbleiter 648 hergestellt, und die obere Elektrode 660 wird über dem organischen Halbleiter 648 gebildet. Zu beachten ist, dass die obigen Beispiele den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken, sondern diverse Konfigurationen bereitstellen, mit denen Speicherzellen unter Anwendung eines selbstanordnenden polaren Polymers aufgebaut werden können. Es können beliebige bekannte Konfigurationen einschließlich zusätzlicher Strukturen oder mit weniger Strukturen angewendet werden.
In 9 ist ein beispielhafter geschichteter Speicher in einer Ausschnittsansicht einer einzelnen Speichereinrichtung gezeigt, die gestapelt und/oder angeordnet werden kann mit anderen ähnlich aufgebauten Speicherstapeln (nicht gezeigt) gemäß einem Aspekt der vor liegenden Erfindung. Die Speichereinrichtung 900 kann diverse dielektrische Schichten, etwa eine Schicht 914 und eine Schicht 916 aufweisen, wobei derartige Schichten auch als ein Zwischenschichtdielektrikum (ILD) bezeichnet werden. Diese Schichten 914 und 916 können beispielsweise ein Halbleitermaterial sein, und/oder im Wesentlichen eine beliebige Art eines Materials mit dielektrischen Eigenschaften. In der Schicht 916 ist eine untere Elektrode 920 ausgebildet, die eine zugehörige Barrierenschicht 924 aufweist, die die Diffusion der unteren Elektrode 920 in eine nachfolgende Schicht 928 verhindert. Über der unteren Elektrode 920 ist eine passive Schicht 930 gebildet. Die untere Elektrode 920 und die zugehörige passive Schicht oder Schichten 930 wirken zusammen als ein gemeinsames Aktivierungs- oder Zugriffselement für die Speichereinrichtung 900, wie sie hierin beschrieben ist.
Nachdem die passive Schicht 930 gebildet ist, wird die dielektrische Schicht 914 über der Schicht 916 hinzugefügt, wobei ein organisches Halbleitermaterial 914 (beispielsweise ein leitendes Polymer) sodann in der Schicht 914 gebildet wird. Eine leitende Elektrode 944 wird über dem organischen Halbleitermaterial 934 (es können Barrierenschichten zwischen der oberen Elektrode und dem organischen Halbleitermaterial enthalten sein) gebildet, wodurch eine Speicherzelle in vertikalen Bereichen (Y+ und Y– Richtungen) des organischen Materials 934 hergestellt wird. Wenn daher eine geeignete Spannung zwischen den Elektroden 944 und 920 angelegt wird, kann ein Speicherzustand (beispielsweise 1, 0 oder ein anderer Impedanzzustand) in der Speicherzelle, die in dem organischen Material 934 gebildet ist, gespeichert werden (oder aus dieser ausgelesen werden).
Es können eine Vielzahl derartiger Speicherbauelemente 900 gemäß einer integrierten Schaltungs- (IC) Speichereinrichtung hergestellt werden (beispielsweise 1 Mbit, 8 Mbit Speicherzellen, ..., usw., die die als ein nicht flüchtiges Speicher IC aufgebaut sind). Ferner können gemeinsame Wortleitungen, wie sie beispielsweise bei 958 in der Schicht 928 gezeigt sind, vorgesehen werden, um mehrere Mehrfachzellenstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Speicher-, Lösch-, Lese- und Schreibfunktionen zu beaufschlagen (beispielsweise 8/16-Byte-Wort löschen, lesen, schreiben). Zu beachten ist, dass die Speichereinrichtung 900 entsprechend anderer angepasster Speicherbauelemente in einer vertikalen Anordnung oder Spalten gestapelt werden können, wodurch andere Stapel in ähnlicher Weise aufgebaut werden können, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Das Speicherbauelement 900 zeigt eine Herstellungsweise für die Kontaktlöcher in einer Damaszener-Technik, wie sie auch detaillierter nachfolgend mit Bezug zu 10 beschrieben ist, um das Stapeln gemäß der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Alternativ kann ein Säulen- oder Schichtansatz, wie er in 11 gezeigt ist, vorgesehen werden, wobei entsprechende Schichten im Wesentlichen von unten nach oben gestapelt oder aufgebaut werden und nachfolgend geätzt werden, um vertikale Speicherstrukturen oder Spalten gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden. Wie zuvor angemerkt ist, können entsprechende Partitionierungskomponenten vorgesehen werden, um eine Trennung zwischen aufeinanderfolgenden Speichereinrichtungen zu bewirken, die auf zuvor gebildete vertikale Strukturen oder Spalten gestapelt sind.
10 ist eine Ansicht, die eine gestapelte Speichereinrichtung 1000 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gestapelte Speichereinrichtung 1000 zeigt zwei vertikale Spalten 1010 und 1014, wobei entsprechende Spalten zwei Schichten aus organischen Speicherzellen aufweisen. Zu beachten ist, dass die gestapelte Speichereinrichtung 1000 beispielhaft ist, indem nicht alle Spalten und Schichten dargestellt sind, wobei jedoch eine Vielzahl derartiger Spalten und/oder Schichten (die Anzahl der Schichten muss nicht notwendigerweise mit der Anzahl der Spalten übereinstimmen) vorgesehen werden kann. Ferner ist zu beachten, dass alternative Materialien zu dem in 10 gezeigten Materialien eingesetzt werden können, um die gestapelte Speichereinrichtung 1000 zu bilden, wie dies auch detaillierter nachfolgend beschrieben ist.
Die folgende Erläuterung betrifft die vertikale Spalte 1010 und kann in ähnlicher Weise auf die vertikale Spalte 1014 angewendet werden. Die vertikale Spalte 1014 umfasst eine Kupferleitung 1020 (beispielsweise eine globale Zugriffsleitung) mit einer passiven Cu₂__xS_y-Schicht 1024 (wobei das Kupfer in einem nicht stöchiometrischen Oxidationszustand ist: 1,8 ≤ × ≤ 2,0), die darauf gebildet ist. Eine selbstanordnende Polymerschicht 1028 wird abgeschieden, um eine anorganische Polymerschicht 1028 zu bilden, und anschließend wird eine obere Elektrode 1032 gebildet. Eine Dünnschichtdiode 1036 (TFD) wird dann über der oberen Elektrode 1032 hergestellt (die TFD kann mehrere Schichten aufweisen, wie dies zuvor erläutert ist), bevor mit dem Aufbau einer nachfolgenden Speicherschicht begonnen wird. Nachdem die TFD 1036 gebildete ist, wird eine weitere Speicherstruktur mit einer Kupferleitung 1040, einer passiven Schicht 1042, einer Polymerschicht 1046 (zum Beispiel ein polymeres Polymer) und eine obere Elektrode 1048 gebildet, wobei nachfolgend eine TFD 1050 und eine Kupferleitung 1052 gebildet werden. Die vertikale Spalte 1014 ist in ähnlicher Weise aus Komponenten 1060 bis 1080 aufgebaut.
11 zeigt ein alternatives gestapeltes Speicherbauelement 1100 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Ähnlich zu der obigen Speichereinrichtung 300 zeigt die gestapelte Speichereinrichtung 1100 zwei vertikale Spalten 1110 und 1114, wobei entsprechende Spalten zwei Schichten aus organischen Speicherzellen aufweisen. Wie zuvor ausgeführt ist, ist zu beachten, dass die gestapelte Speichereinrichtung 1100 ebenso beispielhaft ist, indem zwei Spalten und Schichten gezeigt sind, wobei jedoch mehrere derartige Spalten und/oder Schichten vorgesehen sein können (wobei die Anzahl der Schichten nicht notwendigerweise der Anzahl der Spalten übereinstimmen muss). Ferner ist zu beachten, dass alternative Materialien im Vergleich zu den in 11 gezeigten Materialien eingesetzt werden können, um die gestapelte Speichereinrichtung 1100 zu bilden, und diese sind detaillierter im Folgenden beschrieben.
Die gestapelte Speichereinrichtung 1100 kann gemäß einem Säulen-Ansatz hergestellt werden, in welchem das Herstellen mehrerer Schichten und dann das Ätzen säulenförmiger Spalten aus den Schichten erfolgt, wie dies detaillierter mit Bezug zu 12 beschrieben ist. Die folgende Erläuterung bezieht sich auf die vertikale Spalte 1110 und kann in ähnlicher Weise auf die vertikale Spalte 1114 angewendet werden. Die vertikale Spalte 1114 umfasst eine Kupferleitung 1120 (beispielsweise eine globale Zugriffsleitung) mit einer darauf ausgebildeten passiven Cu₂__xS_y-Schicht 1124. Es wird dann eine organische Halbleiterschicht 1128 und eine obere Elektrode 1132 über der passiven Schicht 1124 gebildet, wobei eine Dünnschichtdiode 1136 (TFD) dann über der oberen Elektrode 1132 gebildet wird. Nachdem die TFD 1136 gebildet ist, wird eine weitere Speicherstruktur mit einer Kupferleitung 1140, einer passiven Schicht 1142, einer Polymerschicht 1146 und einer oberen Elektrode 1148 gebildet, wobei nachfolgend eine TFD 1150 und eine Kupferschicht 1152 hergestellt werden. Die vertikale Spalte bei 1114 wird in ähnlicher Weise aus Komponenten 1162 bis 1180 aufgebaut.
Zu beachten ist, dass der durch das Speicherbauelement 1100 dargestellte Lösungsansatz mit Säulen auch die Ausbildung mehrerer Schichten (beispielsweise Kupfer, Passive, Polymer, Elektroden, TFD, Kupfer, Passive, Polymer, Elektrode, TFD, usw.) beinhalten kann, bevor vertikale Spalten (beispielsweise die Spalten 1110 und 1114) hergestellt werden, die nachfolgend aus den vorhergehenden Schichten geätzt werden. Alternativ kann eine Teilmenge aus Schichten gebildet werden (beispielsweise Kupfer, Passiv, Polymer, Elektroden, TFD), wobei vertikale Spalten dann in der Teilmenge gebildet werden, daraufhin kann eine weitere Teilmenge aus Schichten über den bestehenden vertikalen Spalten gebildet werden, wodurch andere vertikale Spalten sodann in der nachfolgenden beschichteten Teilmenge gebildet werden. Wie man erkennen kann, können die gemäß der vorliegenden Erfindung angewendeten Prozesse wiederholt werden, um die Speicherbauteildichte zu erhöhen.
12 zeigt eine alternative Speicherstruktur 1200 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Bevor mit dem Beschreiben des in 12 gezeigten Prozesses begonnen wird, ist zu beachten, dass beispielhafte Materialien und Prozessschritte beschrieben sind. Jedoch ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist. Somit können eine Vielzahl alternativer Materialien und/oder Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wie sie auch nachfolgend detaillierter beschrieben sind.
Bei 1200 wird ein leitendes Polymer 1210 (beispielsweise wie dies zuvor beschrieben ist) auf eine Kupferbitleitung 1212 aufgeschleudert, die zuvor als Cu₂S freigelegt wurde, wie dies bei 1214 dargestellt ist, wobei die Schichten 1210 bis 1214 gemeinsam eine Dicke von 300 Angstrom bis 5000 Angstrom aufweisen. Es wird dann eine obere Elektrode 1216 auf das Polymer 1210 abgeschieden. Es wird dann eine oder mehrere Dünnschichtdiodenschichten 1218 auf der oberen Elektrode 1216 abgeschieden. Eine antireflektierende Beschichtung ARC (nicht gezeigt) kann ebenso darauf abgeschieden werden, um die Reflektivität des kollektiven Stapels zu verbessern. Zu beachten ist, dass, obwohl ein einzelner Stapel bei 1200 gezeigt ist, weitere Stapel ebenso darauf gebildet werden können – bevor entsprechende vertikalen Säulen oder Spalten geätzt werden. Alternativ kann der Stapel 1200 vertikale Spalten oder Säulen, die in der nachfolgend beschriebenen Weise gebildet werden, aufweisen, wobei nachfolgende Stapel gebildet werden, woran sich das Ätzen vertikaler Säulen oder Speicherstrukturen anschließt, usw.
Bei 1220 wird ein Lack aufgeschleudert und mit einer geeigneten Wellenlänge belichtet. Der Lack wird dann entwickelt und der belichtete Teil wird entfernt. Bei 1224 wird sodann der Stapel geätzt, um die ARC (falls diese vorgesehen ist), die TFD 1218, die obere Elektrode 1216 und das programmierbare Polymer 1210 in ungefähr einem drei- bis vierstufigen Ätzprozess zu entfernen. Die Ätzung kann so gestaltet sein, dass der Lack während der Polymerätzung entfernt wird. Daher ist kein Lackveraschungsprozess typischerweise erforderlich. Wenn ein dickerer Lack notwendig ist, dann kann der Ätzprozess so unterteilt werden, dass die ARC unter Anwendung einer O₂+CHF₃-Ätzchemie geätzt wird. Danach wird die Scheibe von dem Lack befreit, wobei ein Trockenätzprozess angewendet wird. Der Ätzvorgang geht dann weiter, um die TFD, die obere Elektrode und das Polymer zu ätzen. Die Polymerätzung kann eine O₂/N₂-CO-Ätzung und/oder eine N₂H₂-Ätzung sein, um ein Beispiel zu nennen.
Bei 1230 wird dann ein Dilektrikum abgeschieden, das den Raum zwischen den Speicherzellen (zwischen entsprechenden Säulen) und die Höhe einer Kontaktdurchführung einer Wortleitung (größer als deren Summe) füllt. Das Dilektrikum kann in einem zweistufigen Prozess mit einer geringen Abscheiderate für ein konformes Dielektrikum mit einer anschließenden schnellen Abscheidung enthalten. Das Abscheiden kann ein CVD oder ein Aufschleuderprozess beispielsweise sein. Bei 1240 wird das Dielektrikum zu der Oberfläche der TDF 1218 eingeebnet, wobei eine Wortleitung 1242 sodann gebildet wird. Bei Bedarf kann der obige Prozess wiederholt werden, um mehrere gestapelte Speicherzellen gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen.
13 bis 17 zeigen alternative Materialien und Prozesse, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Daher werden solche Komponenten, die zuvor beschrieben wurden, etwa Elektroden, leitende Materialien, passive Schichten, organische Materialien/Schichten und Prozesse zu deren Herstellung, nunmehr detaillierter gemäß alternativer Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In 13 ist ein 3-D-Diagramm einer organischen Speichereinrichtung 1300 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Speichereinrichtung umfasst eine erste Elektrode 1304, eine selbst angeordnete organische Halbleiterschicht 1306, eine passive Schicht 1308 und eine zweite Elektrode 1310. Das Diagramm zeigt ferner eine Spannungsquelle 1302, die mit der ersten Elektrode 1304 und der zweiten Elektrode 1310 verbunden ist, die eine Spannung an die erste Elektrode 1304 und an die zweite Elektrode 1310 anlegt. Zum Zwecke der Darstellung ist lediglich eine einzelne Elektrode beschrieben. Zu beachten ist jedoch, dass mehrere Elektroden mit ähnlichen Eigenschaften wie die erste E lektrode 1304 in einer mehrzelligen organischen Speichereinrichtung, wie sie zuvor beschrieben ist, vorgesehen sein können.
Die erste Elektrode 1304 (oder mehrere erste Elektroden) und die zweite Elektrode 1310 sind aus einem leitenden Material, etwa Kupfer, einer Kupferlegierung, oder Silberlegierung aufgebaut. Andere Materialien sind Aluminium, Chrom, Germanium, Gold, Magnesium, Mangan, Indium, Eisen, Nickel, Palladium, Platin, Titan, Titannitrid, Wolfram, Zink, Legierungen davon, Indium-Zinn-Oxid, Polysilizium, dotiertes amorphes Silizium, Metallsilizide und dergleichen. Zu beispielhaften Legierungen, die für das leitende Material verwendet werden können, gehören eine Kupfer-Silber-Legierung, eine Kupfer-Zink-Legierung. Andere Materialien können Hastelloy, Kovar, Invar, Monel, Inconel, Messing, rostfreier Stahl, eine Magnesium-Silber-Legierung und diverse andere Legierungen sein.
Die Dicke der ersten Elektrode 1304 und der zweiten Elektrode 1310 können sich in Abhängigkeit der Implementierung und der herzustellenden Speichereinrichtung unterscheiden. Jedoch liegen einige beispielhafte Dickenbereiche bei ungefähr 0,01 μm oder mehr und bei ungefähr 10 μm oder weniger, bei ungefähr 0,05 μm oder mehr und ungefähr 5 μm oder weniger und/oder ungefähr 0,1 μm und mehr und ungefähr 1 μm und weniger.
Die organische Schicht 1306 und die passive Schicht 1308 werden gemeinsam als ein selektiv leitendes Medium oder selektiv leitende Schicht bezeichnet. Die Leitfähigkeitseigenschaften dieser Medien (beispielsweise leitfähig, nicht leitfähig, halbleitend) können in gesteuerter Weise durch Anwenden diverser Spannungen an den Medien mittels der Elektroden 1304 und 1310 modifiziert werden.
Die organische Schicht 1306 ist aus einem konjugierten organischen Material aufgebaut. Wenn die organische Schicht ein Polymer ist, kann sich die Polymerbasis des konjugierten organischen Polymers in der Länge zwischen den Elektroden 1304 und 1310 erstrecken (beispielsweise im Wesentlichen ungefähr senkrecht zu inneren zugewandten Oberflächen der Elektroden 1304 und 1310). Das konjugierte organische Molekül kann linear oder verzweigt sein, so dass das Basisgerüst seine konjugierte Natur beibehält. Derartige konjugierte Moleküle sind dadurch gekennzeichnet, dass diese überlappende π-Orbitale aufweisen und dass sie zwei oder mehrere resonante Strukturen annehmen können. Die konjugierte Natur der konjugierten organischen Materialien trägt zu den steuerbar leitenden Eigenschaften der selektiv leitenden Medien bei.
In diesem Zusammenhang besitzt das konjugierte organische Material die Fähigkeit, Ladungsträger (Löcher und/oder Elektronen) abzugeben oder aufzunehmen. Im Allgemeinen besitzt das konjugierte organische Molekül mindestens zwei relativ stabile Oxidations-Reduktionszustände. Die zwei relativen Zustände ermöglichen es, dass das konjugierte organische Polymer Ladungsträger aufnimmt oder abgibt und elektrisch mit der die Leitfähigkeit bereitstellenden Verbindung wechselwirkt.
Das organische Material kann zyklisch oder azyklisch sein. Für einige Fälle, etwa organische Polymere, ordnet sich das organische Material selbst zwischen den Elektroden während der Herstellung oder der Abscheidung an. Zu Beispielen konjugierter organischer Polymere gehören eines oder mehrere von: Polyacetylen; Polyphenylacetylen; Polydiphenylacetylen, Polyanilen; Poly(p-phenylen Vinylen); Polythiophen, Polyprophyrin; porphyrinische Makrozyklen, thiolderivartizierte Polyporphyrine; Polymetallozene, etwa Polyferrozene, Polyphthalozyanin; Polyvinylen; Polypyrol; und dergleichen. Des weiteren können die Eigenschaften des organischen Materials modifiziert werden, indem mit es einem geeigneten Dotiermittel für das spezielle Polymer dotiert wird.
Die organische Schicht 1306 besitzt eine geeignete Dicke, die von der gewählten Implementierung und/oder der herzstellenden Speichereinrichtung abhängt. Zu geeigneten beispielhaften Dickenbereiche für die organische Polymerschicht 1306 gehören ungefähr 0,001 μm oder mehr und ungefähr 5 μm oder weniger, ungefähr 0,01 μm oder mehr bis ungefähr 2,5 μm oder weniger, und ungefähr eine Dicke von ungefähr 0,05 μm oder mehr bis ungefähr 1 μm oder weniger.
Die organische Schicht 1306 kann mittels einer Reihe geeigneter Verfahren hergestellt werden. Ein geeignetes Verfahren, das eingesetzt werden kann, ist eine Aufschleudertechnik, die das Abscheiden einer Mischung des Materials und eines Lösungsmittels beinhaltet und anschließend das Entfernen des Lösungsmittels von dem Substrat/Elektrode. Eine weitere geeignete Technik ist die chemische Dampfabscheidung (CVD). CVD schließt die chemische Dampfabscheidung bei geringem Druck (LPCVD), plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (PECVD) und chemische Dampfabscheidung mit hoher Dichte (HDCVD) mit ein. Es ist typischerweise nicht notwendig ein oder mehrere Enden des organischen Moleküls zu funktionalisieren, um es an einer Elektrode/passiven Schicht anzuhaften. Es kann eine chemische Bindung aufweisen, die zwischen dem konjugierten organischen Polymer und der passiven Schicht 1308 gebildet ist.
Die passive Schicht 1308 enthält zumindest eine leitfähigkeitsherstellende Verbindung, die zu den steuerbaren Leitfähigkeitseigenschaften der selektiv leitenden Medien beiträgt. Die die Leitfähigkeit ergebende Verbindung besitzt die Fähigkeit, Ladungsträger, Löcher und/oder Elektronen aufzunehmen und abzugeben. Im Allgemeinen besitzt die leitfähigkeitsvermittelnde Verbindung zumindest zwei relativ stabile Oxidations-Reduktions-Zustände. Die zwei relativ stabilen Zustände ermöglichen es der leitfähigkeitsvermittelnden Verbindung, Ladungsträger aufzunehmen und abzugeben und elektrisch mit der organischen Schicht 1306 zu Wechselwirken. Die spezielle angewendete die Leitfähigkeit erzeugende Verbindung ist so ausgewählt, dass die zwei relativ stabilen Zustände mit den zwei relativ stabilen Zuständen des konjugierten organischen Moleküls der Schicht 1306 übereinstimmen.
Die passive Schicht 1308 kann in einigen Fällen als ein Katalysator dienen, wenn die organische Schicht 1306 gebildet wird. Dabei kann sich das Grundgerüst des konjugierten organischen Moleküls anfänglich benachbart zu der passiven Schicht 1308 ausbilden und wachsen und sich anordnen in Richtung weg und im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der passiven Schicht. Folglich können die Grundgerüste der konjugiert anorganischen Moleküle in einer Richtung selbstjustiert sein, die die beiden Elektroden schneidet. Zu Beispielen der die Leiffähigkeit ermöglichenden Verbindungen, die die passive Schicht 1308 bilden, gehören eine oder mehrere der folgenden Materialien: Kupfersulfid (Cu₂__xS_y, CuS), Kupferoxid (CuO, Cu₂O), Manganoxid (MnO₂), Titandioxid (TiO₂), Indiumoxid (I₃O₄), Silbersulfid (Ag₂__xS₂, AgS), ein Silber-Kupfer-Sulfid-Komplex (Ag_yCu₂__xS₂), Ag_xSb_yS_z, Ag_xAS_ySb_z, Zersulfat (Ce(SO₄)₂), Ammoniumpersulfat (NH₄)₂S₂O₈), Eisenoxid (F₃O₃), Lithiumkomplexe (Li_xTiS₂, Li_xTiSe₂, Li_xNbSe₃, Li_xNb₃Se₃), Palladiumhydrid (H_xPd), (wobei x und y festgelegt werden, um gewünschte Eigenschaften zu erzeugen) und dergleichen. Die passive Schicht 1308 kann unter Anwendung von Oxidationsverfahren aufgewachsen werden, mittels Gasphasenreaktionen gebildet oder zwischen den Elektroden abgeschieden werden.
Die passive Schicht 1308 besitzt eine geeignete Dicke, die gemäß der Implementierung und/oder der herzustellenden Speichereinrichtung variiert werden kann. Einige beispielhafte geeignete Dicken für die passive Schicht 1308 sind wie folgt: eine Dicke von ungefähr 2 Angstrom oder mehr bis ungefähr 0,1 μm oder weniger, eine Dicke von ungefähr 10 Angstrom oder mehr bis ungefähr 0,01 μm oder weniger, eine Dicke von ungefähr 50 Angstrom oder mehr bis ungefähr 0,05 μm oder weniger.
Um die Funktion der organischen Speichereinrichtung zu ermöglichen, ist die organische Schicht 1306 im Allgemeinen dicker als die passive Schicht 1308. In einem Aspekt ist die Dicke der organischen Schicht ungefähr 0,1 bis ungefähr 500 mal größer als die Dicke der passiven Schicht. Ferner ist zu beachten, dass andere geeignete Verhältnisse gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden können.
Die organische Speichereinrichtung kann wie konventionelle Speichereinrichtungen zwei Zustände aufweisen, einen leitenden (mit geringer Impedanz oder „ein") Zustand oder einen nicht leitenden (Hochimpedanz oder „aus") Zustand. Jedoch kann im Gegensatz zu konventionellen Speichereinrichtungen die organische Speichereinrichtung mehrere Zustände besitzen „bewahren" im Gegensatz zu einer konventionellen Speichereinrichtung, die auf zwei Zustände (beispielsweise aus oder ein) beschränkt ist. Die organische Speichereinrichtung kann ein variierendes Maß an Leitfähigkeit nutzen, um zusätzliche Zustände zu kennzeichnen. Beispielsweise kann die organische Speichereinrichtung einen Niederimpedanzzustand aufweisen, etwa einen sehr gut leitenden Zustand (einen Zustand mit sehr geringer Impedanz), einen gut leitenden Zustand (Zustand mit geringer Impedanz), einen leitenden Zustand (Zustand mit einer mittleren Impedanz), einen nicht leitenden Zustand (hochohmigen Zustand), wodurch die Speicherung mehrerer Bits an Informationen in einer einzelnen organischen Speicherzelle möglich ist (beispielsweise n Bits an Information liefern 2" Zustände, wobei n eine Ganzzahl ist, die gleich oder größer als 2 ist).
Während des typischen Bauelementsbetriebs fließen Elektronen von der zweiten Elektrode 1310 über die selektiv leitenden Medien zu der ersten Elektrode 1304 auf der Grundlage einer Spannung, die an die Elektroden mittels der Spannungsquelle 1302 angelegt wird, wenn die organische Schicht ein n-Leiter ist. Alternativ fließen Löcher von der ersten Elektrode 1304 zu der zweiten Elektrode 1310, wenn die organische Schicht 1306 ein p-Leiter ist, oder es fließen Elektronen und Löcher in der organischen Schicht, wenn sie sowohl n- als auch p-leitend ist, bei einer geeigneten Energiebandübereinstimmung zwischen 1308 und 1310. Strom fließt von der ersten Elektrode 1304 zu der zweiten Elektrode 1310 über die selektiv leitenden Medien.
Das Umschalten der organischen Speichereinrichtung in einen speziellen Zustand wird als Programmieren oder Schreiben bezeichnet. Das Programmieren wird erreicht, indem eine geeignete Spannung (beispielsweise 0,9 Volt, 0,2 Volt, 0,1 Volt, ...) über die selektiv leitenden Medien mittels der Elektroden 1304 und 1310 angelegt wird. Die spezielle Spannung, die auch als Schwellwertspannung bezeichnet wird, ändert sich gemäß einem entsprechenden gewünschten Zustand und ist im Allgemeinen wesentlich größer als Spannungen, die während des normalen Betriebs angesetzt werden. Somit gibt es typischerweise eine separate Schwellwertspannung, die den gewünschten Zuständen entspricht (beispielsweise „aus", „ein", ...). Der Schwellwert variiert in Abhängigkeit einer Reihe von Faktoren, zu denen die Art der Materialien gehören, die die organische Speichereinrichtung bilden, die Dicke der diversen Schichten, und dergleichen. Die Spannungsquelle 1302 wird in gesteuerter Weise eingesetzt, um die Schwellwertspannung in diesem Aspekt der Erfindung bereitzustellen. In anderen Aspekten der Erfindung können jedoch andere Mittel zum Anlegen der Schwellwertspannungen eingesetzt werden.
Allgemein gesagt, ermöglicht das Vorhandensein eines externen Stimulus, etwa eines angelegten elektrischen Feldes, das einen Schwellwert („ein"- Zustand) übersteigt, eine angelegte Spannung, um Information in die organische Speicherzelle zu schreiben, aus dieser auszulesen oder Information zu löschen; wohingegen das Fehlen des externen Stimulus, der einen Schwellwert übersteigt („aus"- Zustand) verhindert, dass eine angelegte Spannung Information in die organische Speicherzelle schreibt oder aus dieser löscht.
Um Information aus der organischen Speichereinrichtung auszulesen, wird eine Spannung oder ein elektrisches Feld (beispielsweise 1 Volt, 0,5 Volt, 0,1 Volt) mittels der Spannungsquelle 1302 angelegt. Anschließend wird eine Widerstandsmessung ausgeführt, die bestimmt, welcher Betriebszustand der Speichereinrichtung vorliegt (beispielsweise hoher Widerstand, sehr geringer Widerstand, geringer Widerstand, mittlerer Widerstand, und dergleichen). Wie zuvor dargelegt ist, steht der Widerstand mit beispielsweise „ein" (beispielsweise 1) oder „aus" (beispielsweise 0) für eine zweiwertige Einrichtung oder mit „00", „01 ", „10", oder „11" für eine vierwertige Einrichtung in Beziehung. Zu beachten ist, dass andere Anzahlen an Zuständen andere binäre Interpretationen ermöglichen. Um in die organische Speichereinrichtung geschriebene Information zu löschen, wird eine negative Spannung oder eine Polarität entgegengesetzt zur Polarität des Schreibsignals, die eine Schwellwertspannung übersteigt, angelegt.
14 ist eine Blockansicht, die die Herstellung einer passiven Schicht 1400 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Es wird eine Cu₂__xS_y-Schicht mittels einer Gasphasenreaktion gebildet. Eine erste Schicht 1406 wird gebildet, die Kupfer aufweist. Es wird eine zweite Schicht 1404 auf der ersten Schicht gebildet. Die zweite Schicht umfasst Cu₂__xS_y (beispielsweise Cu₂__xS_yCuS oder eine Mischung davon) und weist eine Dicke von ungefähr 20 Angstrom oder mehr auf. Eine dritte Schicht 1402 wird auf der zweiten Schicht 1404 gebildet. Die dritte Schicht 1402 enthält Cu₂O und/oder CuO und besitzt im Allgemeinen eine Dicke von ungefähr 10 Angstrom oder weniger. Zu beachten ist, dass in alternativen Aspekten der Erfindung geeignete Variationen hinsichtlich der Zusammensetzung und der Dicke verwendet werden können und dennoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.
15 ist eine Blockansicht, die eine organische Schicht 1500 zeigt, die mittels eines chemischen Dampfabscheideprozesses (CVD) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Die organische Schicht 1500 wird mittels eines Gasphasenreaktionsprozesses gebildet. Typischerweise wird die organische Schicht 1500 gebildet, so dass diese in Kontakt mit einer passiven Schicht und einer Elektrode ist. Die organische Schicht 1500 ist aus einem Polymerdiphenylacetylen (DPA) aufgebaut. Diese Polymerschicht, wie in 14 gezeigt ist, wird mit einer Dicke von ungefähr 65 bis 135 Angstrom hergestellt.
16 zeigt eine Blockansicht einer weiteren organischen Schicht 1600, die mittels eines CVD-Prozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Wiederum wird die organische Schicht 1600 mittels eines Gasphasenreaktionsprozesses gebildet. Die organische Schicht 1600 wird so gebildet, dass sie mit einer passiven Schicht und einer Elektrode in Kontakt ist. Die organische Polymerschicht 1600 ist aus Polymerpolyphenylacetylen (PPA) aufgebaut.
In 17 ist eine Blockansicht eine weiteren organischen Schicht 1700 gezeigt, die durch Aufschleudern gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Die orga nische Schicht 1700 wird mittels eines Aufschleuderprozesses anstatt einer Gasphasenreaktion gebildet. Die organische Schicht 1700 wird so gebildet, dass sie mit einer passiven Schicht und einer Elektrode in Kontakt ist. Die organische Schicht 1700 ist im Wesentlichen aus PPA aufgebaut und besitzt eine Dicke von ungefähr 1000 Angstrom. Zu beachten ist, dass diverse Alternativen und Variationen der in den 14 bis 17 gezeigten Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Zuvor wurden einige oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist natürlich nicht möglich, jede mögliche Kombination aus Komponenten oder Verfahren zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung darzulegen, jedoch erkennt der Fachmann, dass viele Kombinationen und Modifizierungen der vorliegenden Erfindung möglich sind. Daher beabsichtigt die vorliegende Erfindung, alle derartigen Änderungen, Modifizierungen und Variationen einzuschließen, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der angefügten Patentansprüche liegen. Obwohl ferner spezielle Merkmale der Erfindung in Bezug auf lediglich einige der mehreren Implementierungen offenbart sind, können derartige Merkmale mit einem oder mehreren anderen Merkmalen anderer Implementierungen kombiniert werden, wie dies für eine beliebige oder eine spezielle Anwendung wünschenswert und vorteilhaft ist.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind im allgemeinen anwendbar auf dem Gebiet der Halbleiterbauelementeverarbeitung und können insbesondere zumindest auf dem Gebiet der Mikroprozessorherstellung und der Herstellung von nicht flüchtigen Halbleiterspeicherelementen eingesetzt werden.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung stellt eine selektiv leitende organische Halbleiter- (beispielsweise Polymer) Einrichtung bereit, die als eine Speicherzelle eingesetzt werden kann. Eine Polymerlösung mit einem leitenden Polymer (22) ordnet sich selbst relativ zu einer leitenden Elektrode (26) an. Der Prozess besitzt eine Selbstorientierung, so dass ein kürzester leitender Pfad erreicht wird. Das Verfahren umfasst das Abscheiden einer konzentrierten Lösung aus leitendem Polymer (23) auf einer leitenden Oberfläche (26), das Anwenden von Wärme und optional eines Vakuums und das Selbstanordnen des leitenden Polymers (22) zu einem organischen Halbleiterleiter. Der organische Halbleiter kann in einer Einzel- oder Mehrfachzellenspeichereinrichtung eingesetzt werden, indem eine Struktur mit zwei oder mehreren Elektroden gebildet wird, wobei der organische Halbleiter zusammen mit einer Passivierungseinrichtung zwischen den Elektroden verwendet wird. Eine Partitionierungskomponente kann in die Speichereinrichtung integriert werden, um das Programmieren und Stapeln zusätzlicher Speicherzellen aufeinander oder im Zusammenhang mit zuvor gebildeten Zellen zu ermöglichen.

1

10: leitendes Polymer
16: beispielhafte leitende Polymerstruktur
22: leitendes Polymer in Lösung
24: leitende Polymerlösung, die auf Elektrode abgeschieden ist
26: Elektrode
30: organischer Halbleiter
26: Elektrode

2

100: organischer Halbleiter
110: nicht polar
120: reaktiv
200: beispielhafte organische Speichereinrichtung
230: Elektrode
100: nicht polar
120: reaktiv
210: Elektrode

3

300: erstes leitendes Polymer
310: reaktiv
320: nicht polar
330: zweites leitendes Polymer
340: reaktiv
350: nicht polar
360: beispielhaftes selbst angeordnetes polares Polymer, das mit einer leitenden Elektrode verbunden ist

4

400: grundlegende Struktur der organischen Speicherzelle
422: obere Elektrode
418: organisches Material
414: passive Schicht
410: untere Elektrode

5

530: grundlegende Struktur der Partitionierungskomponete (beispielsweise TFD)
522: Kathode
536: organisches Material
540: Anode

6

644: Wärme
614: Bilden einer Bit-Leitung unter Anwendung eines Einzel- oder Dual-Damaszener-Prozesses
624: Bilden einer Kontaktdurchführung mit Litho-Ätzung der ILD
640: Füllen der Kontaktdurchführung mit organischem Halbleitermaterial

7

650: Bilden der passiven Schicht auf der Bit-Leitung
656: Bilden der Elektrode über organischem Halbleitermaterial

8

810: erste alternative Speichereinrichtung zusätzliche Schichten
820: zweite alternative Speichereinrichtung

10

1040, 1070: Kupferleitung
1052, 1010: Kupferleitung

11

1152, 1120: Kupferleitung
1140, 1170: Kupferleitung

12

zusätzliche Stapel

16

sehr dünn

Claims

Organisches Speicherbauelement mit: einem organischen Halbleitermaterial zur Speicherung von Information; einer passiven Schicht benachbart zu dem organischen Halbleitermaterial, wobei die passive Schicht das Speichern von Information ermöglicht; zwei Elektroden, die das organische Halbleitermaterial einschließen, um auf das organische Halbleitermaterial zuzugreifen, wobei das organische Halbleitermaterial eine nicht polare Kette und ein reaktives Ende aufweist, und wobei das reaktive Ende zu einer Elektrode ausgerichtet ist.
Speicherbauelement nach Anspruch 1, das ferner mindestens eine der folgenden Komponenten aufweist: eine Diode, eine Dünnschichtdiode (TFD), eine Zenerdiode, eine LED, einen Transistor, einen Dünnschichttransistor (TFT), einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), einen Transistor mit unipolarem Übergang (UJT) und einen Feldeffekttransistor (FET), um Zugriff auf mindestens eine Schicht zu ermöglichen und um das Stapeln mindestens einer weiteren Schicht zu ermöglichen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, das ferne eine oder mehrere globale Zugriffsleitungen aufweist, um Zugriff auf mehrere organische Speicherstrukturen, die in einem gemeinsamen Substrat gebildet sind, zu ermöglichen.
Speicherbauelement nach Anspruch 1, wobei die passive Schicht Kupfersulfid aufweist und wobei das organische Halbleitermaterial mindestens ein Material aus der folgenden Gruppe umfasst: Polyacetylen, Polyphenylacetylen, Polydiphenylacetylen, Polyanilin, Poly(p-Phenylenvinylen), Polythiophen, Polyporphyrine, porphyrinische Makrozyklen, thioderivarisierte Polyporphyrine, Polymetallozene, Polyferrozene, Polyphthalozyanin, Polyvinylen, Polypyrol.
Speicherbauelement nach Anspruch 1, wobei die Elektroden unabhängig ein Material aufweisen, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Aluminium, Chrom, Kupfer, Germanium, Gold, Magnesium, Mangan, Indium, Eisen, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan, Zink, Legierungen davon, Indiumzinnoxid, Polysilizium, dotiertes amorphes Silizium und Metallsilizide.
Verfahren zum Herstellen einer organischen Speichereinrichtung mit: Bilden eines Kanals in einem Halbleitersubstratmaterial; Bilden einer Elektrode in dem Kanal; Mischen einer Polymerlösung mit einem leitenden Polymer und einem organischen Lösungsmittel, wobei das Polymer eine polare Gruppe an einem Ende und eine nicht polare konjugierte Kette aufweist, und Abscheiden der Polymerlösung in den Kanal, um eine organische Halbleiterschicht über der Elektrode zu bilden, wobei das Polymer sich selbst so orientiert, dass die polare Gruppe in der Nähe der Elektrode ist und die nicht polare Gruppe von der Elektrode weggerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner Mischen der Polymerlösung mit einer leitenden Polymerkonzentration umfasst, um das Aufschleudern der Lösung in den Kanal zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Erwärmen der Polymerlösung, um die Konzentration des in der Polymerlösung vorhandenen leitenden Polymers auf eine geeignete Größe zu erhöhen, um damit die Selbstanordnung des leitenden Polymers auf einer Elektrode zu verbessern.
Organische Speichereinrichtung mit: einer ersten Elektrode, die gemäß einem Damaszener-Prozess in einem Substrat hergestellt ist; einem organischen Halbleitermaterial mit einem reaktiven Ende und einem nicht polaren Ende, wobei das reaktive Ende mit der ersten Elektrode in Verbindung steht und das nicht polare Ende sich von der ersten Elektrode in einer im Wesentlichen senkrechten Weise weg erstreckt; einem passiven Material, das mit dem organischen Halbleitermaterial verbunden ist, um eine Datenspeicherung in dem organischen Halbleitermaterial zu ermöglichen; und einer zweiten Elektrode, die mit der erste Elektrode zusammenwirkt, um Daten in dem organischen Halbleitermaterial zu speichern und/oder zu löschen und/oder darauf zuzugreifen.
Speichereinrichtung nach Anspruch 9, wobei das organische Halbleitermaterial mindestens einen aus der folgenden Gruppe aufweist: Polyacetylen, Polyphenylacetylen, Polydiphenylacetylen, Polyanilin, Poly(p-Phenylenvinylen), Polythiophen, Polyporphyrine, porphyrinische Makrozyklen, thioderivarisierte Polyporphyrine, Polymetallozene, Polyferrozene, Polyphthalozyanine, Polyvinylene, Polypyrole.