DE112005000747T5 - Polymer-Dielektrika zur Speicherelement-Array-Verbindung - Google Patents

Polymer-Dielektrika zur Speicherelement-Array-Verbindung Download PDF

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Abstract

Halbleitervorrichtung (100) mit:
einem Substrat (101);
einem Polymer-Dielektrikum (103) über dem Substrat (101); und
mindestens einer aktiven Vorrichtung (104), die ein organisches Halbleitermaterial (112) und eine passive Schicht (114) aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell IC-Schaltungs-Chips mit Polymer-Dielektrika. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Polymer-Dielektrika als Speicherelement-Verbindungen bei organischen Speichervorrichtungen.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Zu den grundlegenden Funktionen von Computer- und Speichervorrichtungen zählen das Verarbeiten und die Speicherung von Information. Bei typischen Computersystemen werden diese arithmetischen, logischen und Speicher-Operationen von Vorrichtungen durchgeführt, die in der Lage sind, reversibel zwischen zwei Zuständen zu schalten, welche oft als "0" und "1" bezeichnet werden. Derartige Schaltvorrichtungen werden aus Halbleitervorrichtungen hergestellt, die diese verschiedenen Funktionen durchführen und in der Lage sind, mit hoher Geschwindigkeit zwischen zwei Zuständen zu schalten.
  • Elektronische Adressier- oder Logik-Vorrichtungen, z. B. zum Speichern und Verarbeiten von Daten, werden in anorganischer Halbleitertechnologie und insbesondere als kristalline Siliziumvorrichtungen hergestellt. Der Metalloxidfeldeffekttransistor (MOSFET) ist eines der Haupt-"Workhorses".
  • Ein großer Anteil des Fortschritts dahingehend, dass Computer und Speichervorrichtungen schneller, kleiner und kostengünstiger ausgebildet werden, beruht auf der Integration, wobei eine immer größere Anzahl von Transistoren und anderen elektronischen Strukturen auf einem briefmarkengroßen Stück Silizium zusammengedrängt werden. Ein briefmarkengroßes Stück Silizium kann mehrere Zehn Millionen Transistoren enthalten, wobei jeder Transistor kleine Abmessungen in der Größenordnung von nur einigen wenigen Hundert Nanometern hat. Die auf Silizium basierenden Vorrichtungen gelangen jedoch hinsichtlich ihrer physischen Größe an ihre fundamentalen Grenzen.
  • Anorganische Halbleitervorrichtungen sind generell durch eine komplexe Architektur belastet, was zu hohen Kosten und einem Verlust an Datenspeicherdichte führt. Die Schaltungen flüchtiger Halbleiterspeicher, die auf anorganischem Halbleitermaterial basieren, verlangen zum Aufrechterhalten gespeicherter Information eine konstante Zufuhr elektrischen Stroms, wodurch Wärme und ein hoher Verbrauch an elektrischem Strom verursacht werden. Nichtflüchtige Halbleiterspeicherzellen haben eine reduzierte Datenrate, einen relativ hohen Energieverbrauch und ein starkes Maß an Komplexität.
  • Ferner kann mit der Abnahme der Größe anorganischer Halbleitervorrichtungen und mit der Zunahme der Integrität die Empfindlichkeit gegenüber Ausrichtungstoleranzen zunehmen, was den Herstellungsvorgang spürbar erschwert. Die Ausbildung von Merkmalen mit kleinen Minimalgrößen bedeutet nicht notwendigerweise, dass diese Minimalgröße zur Herstellung funktionierender Schaltungen verwendet werden kann. Es besteht das Erfordernis von Ausrichtungstoleranzen, die sehr viel kleiner als die Minimalgrößen sind, wobei sie z. B. ein Viertel der Minimalgröße betragen.
  • Das Skalieren von anorganischen Halbleitervorrichtungen verursacht Probleme hinsichtlich der Dotierungsmitteldiffusionslängen. Wenn die Bemessungen reduziert werden, erzeugen die Dotierungsmitteldiffusionslängen im Silizium Schwierigkeiten in der Prozess-Konzeption. In diesem Zusammenhang werden viele Ausgleichsvorkehrungen getroffen, um die Dotierungsmittelmobilität zu reduzieren und die Zeitdauer hoher Temperaturen zu ver kürzen. Es ist jedoch nicht klar, dass derartige Ausgleichsvorkehrungen unbegrenzt weitergeführt werden können.
  • Das Anlegen einer Spannung an einem Halbleiter-Übergang (in umgekehrter Vorspannrichtung) erzeugt einen Verarmungsbereich um den Übergang. Die Breite des Verarmungsbereichs ist abhängig von den Dotierungsniveaus der Halbleiter. Falls sich der Verarmungsbereich derart ausbreitet, dass er einen anderen Verarmungsbereich kontaktiert, kann ein Durchgriff oder ein unkontrollierter Stromfluss erzeugt werden.
  • Höhere Dotierungsniveaus tendieren dazu, die zum Verhindern von Durchgriff erforderlichen Trennungen zu minimieren. Falls jedoch die Spannungsveränderung pro Einheitsabstand groß ist, werden weitere Schwierigkeiten verursacht, da eine große Spannungsveränderung pro Einheitsabstand impliziert, dass die Größe der elektrischen Felds groß ist. Ein Elektron, das einen derart scharfen Gradienten durchläuft, kann möglicherweise auf ein Energieniveau beschleunigt werden, das beträchtlich höher ist als die minimale Leitungsbandenergie. Ein derartiges Elektron wird als heißes Elektron bezeichnet und kann hinreichend energetisch sein, dass es durch einen Isolator hindurchtritt, was zu einer irreversiblen Verschlechterung der Halbleitervorrichtung führt.
  • Das Skalieren und die Integration machen die Isolation bei einer monolithischen Halbleitervorrichtung zu einer noch größeren Herausforderung. Insbesondere ist die seitliche Isolierung von Vorrichtungen relativ zueinander in einigen Situationen schwierig. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Leckstromskalierung. Eine wiederum weitere Schwierigkeit ergibt sich durch die Diffusion von Trägern in dem Substrat, d. h. freie Träger können über zahlreiche Zehn Mikron diffundieren und eine gespeicherte Ladung neutralisieren.
  • Die fortlaufende Nachfrage nach an immer kleineren und leichteren elektronischen Vorrichtungen hat einen Bedarf an verbesserten Materialien und Konzeptionen hervorgerufen. Dies ist der Fall, weil durch die derzeitigen Trends auf dem Elektronikmarkt, wie z. B. den zunehmenden Wunsch nach drahtloser Kommunikation und tragbaren Computervorrichtungen, immer größerer Wert auf kleinere/leichtere Vorrichtungsmerkmale und schnellere Betriebsgeschwindigkeiten gelegt wird. Zur Gewährleistung eines zuverlässigen Betriebs einer elektronischen Schaltung muss eine korrekte elektrische Isolierung zwischen benachbarten Leitern erzielt werden. Eine korrekte elektrische Isolierung verhindert Hochspannungs-Bögen und Leckströme, die bei hohen Frequenzen verschärft auftreten können. Mit der Zunahme der Vorrichtungsdichte auf den Chips nimmt auch die Schwierigkeit zu, eine korrekte elektrische Isolierung zu erzielen.
  • Mit der Zunahme der Wafer-Größe und/oder der Abnahme der Transistorvorrichtungs-Größe richtet sich ein immer stärkeres Augenmerk auf das dielektrische Material zwischen den Schichten. Derzeitige dielektrische Materialien zur Anordnung zwischen den Schichten, wie z. B. anorganische Oxide und Nitride, weisen vorteilhafte Aspekte sowie auch Nachteile auf. Bei der Erstellung von Schaltungskonzeption ist es immer wichtiger, bestimmte physikalische Eigenschaften zu berücksichtigen, wie z. B. unerwünschte Diffusion, Übersprechen, adäquate Isolierung (elektrisch und in Bezug auf die Temperatur), Wärmeausdehnungskoeffizienten, Kurzkanaleffekte, Lecken, Steuerung kritischer Abmessungen, drain-induzierte Barriere-Abnahme und dgl. Ein Beseitigen der Nachteile der zwischen den Schichten angeordneten dielektrischen Materialien ist gewünscht.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird ein Überblick über die Erfindung gegeben, um ein Grundverständnis einiger Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Dieser Überblick ist nicht dazu vorgesehen, zentrale/kritische Elemente der Erfindung zu identifizieren, noch dazu, den Schutzumfang der Erfindung abzugrenzen. Sein Zweck besteht lediglich darin, zur Vorbereitung der später erfolgenden detaillierten Beschreibung einige Konzepte der Erfindung in vereinfachter Form zu präsentieren.
  • Die vorliegende Erfindung schafft Speicherchips und Halbleiterchips, bei denen die Wärmeausdehnungskoeffizienten von zwei oder mehr der Elemente Plastiksubstrat, Polymer-Dielektrikum, leitende Polymere und organische Halbleiter im Wesentlichen angepasst sind, um dadurch die unerwünschten Auswirkungen von Temperaturveränderungen zu beseitigen. Ferner schafft die vorliegende Erfindung Speicherchips und Halbleiterchips, die relativ leichtgewichtig und flexibel sind, und zwar aufgrund eines oder mehrerer Plastiksubstrate, Polymer-Dielektrika, leitender Polymere und organischer Halbleiter.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten leitenden Polymere haben eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: niedrige dielektrische Konstante, niedriger Verlustfaktor, geringe Feuchtigkeitsaufnahme, Wärmestabilität, mechanische Stabilität, hohe Durchbruchspannung und hohe Glasübergangstemperatur. Ein Aspekt der Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, die ein Polymer-Dielektrikum und mindestens eine aktive Vorrichtung enthalten, die ein organisches Halbleitermaterial und eine passive Schicht aufweist. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Halbleitervorrichtungen, die ferner ein leitendes Polymer enthalten.
  • Zur Realisierung der vorstehend aufgeführten Zwecke sowie mit diesen zusammenhängender Zwecke weist die Erfindung die Merkmale auf, die hier detailliert beschrieben und insbesondere in den Ansprüchen aufgeführt sind. In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen sind zur Veranschaulichung bestimmte Aspekte und Implementierungen der Erfindung aufgeführt. Diese stellen jedoch nur einige wenige der verschiedenen Arten dar, in denen die Prinzipien der Erfindung angewandt werden können. Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Hinzuziehung der Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgebildeten zweidimensionalen mikroelektronischen Vorrichtung, die mehrere organische Speicherzellen in einem Polymer-Dielektrikum aufweist.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer gemäß weiteren einem Aspekt der Erfindung ausgebildeten dreidimensionalen mikroelektronischen Vorrichtung, die mehrere organische Speicherzellen in einem Polymer-Dielektrikum aufweist.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Aspekts einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten IC-Schaltungsvorrichtung, die mehrere organische Halbleitervorrichtungen und Polymer-Dielektrika aufweist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Polymer-Dielektrika haben generell ein leichteres Gewicht und höhere Wärmeausdehnungskoeffizienten als anorganische Materialien, die üblicherweise als Halbleitersubstrate verwendet werden, z. B. Siliziumoxid und Siliziumnitrid. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist generell definiert als die anteilsmäßige Zunahme der Länge pro Temperaturanstiegseinheit. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Verwendung von Polymer-Dielektrika in Verbindung mit organischen Halbleitervorrichtungen oder Polymer-Speichervorrichtungen. Die vorliegende Erfindung umfasst wahlweise auch die Verwendung von Polymer-Dielektrika mit leitenden Polymeren. In diesem Zusammenhang schafft die vorliegende Erfindung Speicherchips und Halbleiterchips, die ein leichtes Gewicht haben, eine halbflexible Beschaffenheit aufweisen und bei denen die Wärmeausdehnungskoeffizienten zweier oder mehr der Elemente Polymer-Dielektrikum, leitende Polymere und organische Halbleiter im Wesentlichen aneinander angepasst sind.
  • Die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten IC-Chips weisen ein Polymer-Dielektrikum auf. Das Polymer-Dielektrikum hat ein relativ leichtes Gewicht und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der im Wesentlichen an zahlreiche der Materialien angepasst ist, die über dem Substrat ausgebildet sind, wobei zu diesen Materialien aktive Vorrichtungen und insbesondere aktive Vorrichtungen zählen, die organische Halbleiterzellen oder Polymer-Halbleiterzellen aufweisen. Da das Dielektrikum aus einem Polymer-Dielektrikum gebildet ist, haben Temperaturveränderungen keinen nachteiligen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und/oder mechanische Integrität der IC-Chips, die organische Halbleitervorrichtungen oder Polymer-Speichervorrichtungen aufweisen.
  • Polymer-Dielektrika sind Isoliermaterialen, wie z. B. Low-k-Materialien (Materialien mit niedriger dielektrischer Konstante). Low-k-Materialien bilden eine elektrische Isolierung zwischen verschiedenen Schichten, Vorrichtungen, Strukturen und Bereichen in Halbleitersubstraten. Für die Zwecke dieser Erfindung haben Low-k-Materialien eine dielektrische Konstante von weniger als ungefähr 3. Gemäß einer weiteren Ausführungsform haben Low-k-Materialien eine dielektrische Konstante von weniger als ungefähr 2,4. Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform haben Low-k-Materialien eine dielektrische Konstante von weniger als ungefähr 1,8. Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform haben Low-k-Materialien eine dielektrische Konstante von weniger als ungefähr 1,5.
  • Die Polymer-Dielektrika können selbstmusternd sein (kein Photoresist erfordern) oder nichtselbstmusternd sein (für die Musterung die Verwendung eines Photoresists oder einer Maske erfordern). In einigen Fällen kann die Verwendung selbstmusternder Polymer-Dielektrika die Notwendigkeit beseitigen, bei der Herstellung von IC-Vorrichtungen Photolithographie-Schritte durchzuführen.
  • Zu den generellen Beispielen von Polymer-Dielektrika zählen Low-k-Polymere und Low-k-Fluorpolymere. Zu den Beispielen von Polymer-Dielektrika zählen Polyimide, fluorierte Polyimide, Polysilsequioxane wie z. B. Wasserstoffpolysilsequioxane, Methylpolysilsequioxane, Butylpolysilsequioxane, und Phenylpolysilsequioxane, Benzocyclobuten, fluoriertes Benzocyclobuten, Polyphenylen, Polysilazan, Polyphenylchinoxalin, Copolymere von 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-difluor-1,3-dioxol, Perfluoralkoxyharz, fluoriertes Ethylenpropylen, Fluormethacrylat, Poly(arylenether), fuorierter Poly(arylenether), fluorierte Parylene, Poly(p-xylxylene), fluorierte Poly(p-xylxylene), Parylen-F, Parylen-N, Parylen-C, Parylen-D, amorphes Polytetrafluorethylen, Polychinolin, Polyphenylchinoxalin und polymere Photoresistmaterialien, und dgl.
  • Zu den speziellen Beispielen im Handel erhältlicher Polymer-Dielektrika zählen diejenigen, die erhältlich sind unter den Warenbezeichnungen FLARETM von AlliedSignal, vermutlich abgeleitet aus Perfluorbiphenyl und aromatischen Bisphenolen; Black DiamondTM von Applied Materials; CYTOP-Fluorpolymer und ALCAP-S von Asahi Chemical; SiLK® und CYCLOTENE von Dow Chemical; KAPTON®-Polyimide und IMIDEX®-Polyimide, erhältlich von Du-Pont; ZIRKON von Shipley; TEFLON®-Polytetrafluorethylen von DuPont; XLK und 3MS von Dow Corning; HSG RZ25 von Hitachi Chemical; HOSPTM und NANOGLASSTM von Honeywell Electronics Materials; LKD von JSR Microelectronics; CORALTM und AF4 von Novellus; SPINFILTM-Polysilazane und PIMEL®-Polyimide von Clariant; und VELOXTM PAE-2 von Schumacher.
  • Polymer-Dielektrika werden typischerweise entweder durch Aufspinn- oder durch CVD-(chemical vapor deposition)Techniken gebildet. Beim CVD wird kein organisches Lösungsmittel während des Resist-Auftragens verwendet. Zu den CVD-Verfahren zählen plasmaverstärkter chemischer Dampfauftrag (PECVD) und pyrolitischer CVD sowie durchgehender PECVD. Beispielweise ist die Plasma-Polymerisierung ein übliches Verfahren zum Auftragen von Fluorkohlenstoff-Polymer-Dielektrika. Beim PECVD wird kontinuierliche Funkfrequenz-(rf-)Energie verwendet, um die Vorläufer-Gase zu erregen, damit Filme innerhalb des Glimmentladungsbereichs aufgetragen werden können.
  • Die IC-Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können zusätzlich anorganische dielektrische Materialien enthalten oder auch nicht. Zu den Beispielen derartiger anorganischer dielektrischer Materialien zählen Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, andere Metalloxide und dgl. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform enthalten die organischen Halbleitervorrichtungen, die Polymer-Dielektrika enthalten, kein Siliziumdioxid.
  • Das Polymer-Dielektrikum kann durchsichtig, halbdurchsichtig oder opak sein. Das Polymer-Dielektrikum hat einen Schmelzpunkt oder eine Glasübergangstemperatur, der bzw. die ausreichend ist, die Verarbeitung und die Herstellung aktiver Halbleitervorrichtungen auf diesem zu erleichtern (wie z. B. das Ausbilden organischer Halbleitervorrichtungen auf und/oder in diesem). Gemäß einer Ausführungsform hat das Polymer-Dielektrikum einen Schmelzpunkt und/oder eine Glasübergangstemperatur von ungefähr 125E C. oder mehr und ungefähr 425E C. oder weniger. Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat das Polymer-Dielektrikum einen Schmelzpunkt und/oder eine Glasübergangstemperatur von ungefähr 135E C. oder mehr und ungefähr 400E C. oder weniger. Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform hat das Polymer-Dielektrikum einen Schmelzpunkt und/oder eine Glasübergangstemperatur von ungefähr 140E C. oder mehr und ungefähr 300E C. oder weniger.
  • In manchen Fällen sind einige Polymer-Dielektrika anfällig gegenüber einem unerwünschten Eindringen von Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit. In derartigen Fällen kann eine optionale Feuchtigkeits- und/oder Sauerstoff-Barriere auf der Oberfläche des Polymer-Dielektrikums angeordnet werden. Die optionale Barriere dient dazu, das Eindringen zumindest eines Teils der Feuchtigkeit und/oder des Sauerstoffs in das Polymer-Dielektrikum zu verhindern. Zu den Beispielen von Barriereschichten zählen Siliziumoxid, Siliziumnitrid, nichtleitende Metalloxide wie z. B. Aluminiumoxid, alternativ Schichten aus Metall/Polymer wie z. B. Aluminium/Parylen oder alternativ ein anorganisches dielektrisches Medium/Polymere wie z. B. Siliziumdioxid/Cycloten, um die Diffusion von Sauerstoff und Feuchtigkeit durch das Polymer-Dielektrikum zu reduzieren und/oder zu beseitigen. Wenn die alternativen Schichten aus Metall/Polymer verwendet werden, weist die obere oder letzte Schicht vorzugsweise Isoliermaterial auf, um jeden möglichen Kurzschluss zu verhindern.
  • Zu den Beispielen aktiver Vorrichtungen von organischen Halbleitervorrichtungen und Polymer-Speichervorrichtungen zählen nichtflüchtige organische Speicherzellen, organische Halbleitertransistoren, Polymer-Halbleitertransistoren, nichtflüchtige Polymer-Speicherzellen, programmierbare organische Speicherzellen und dgl. Generell enthalten diese aktiven Vorrichtungen einen organischen Halbleiter zwischen zwei Elektroden, oder einen organischen Halbleiter, der von drei Elektroden umgeben ist. Die hier beschriebenen IC-Chips sind verwendbar mit logischen Vorrichtungen wie z. B. Zentralverarbeitungseinheiten (CPUs); als flüchtige Speichervorrichtungen wie z. B. DRAM-Vorrichtungen, SDRAM-Vorrichtungen und dgl.; mit Eingangs-/Ausgangs-Vorrichtungen (I/O-Chips); und als nichtflüchtige Speichervorrichtungen wie z. B. EEPROMs, EPROMs, PROMs und dgl.
  • Die organischen Speicherzellen weisen mindestens zwei Elektroden auf, wobei eine oder mehr Elektroden zwischen den beiden Elektroden angeordnet sein können, zwischen denen die steuerbar leitenden Medien sandwichartig angeordnet sind. Die Elektroden weisen leitendes Material auf, wie z. B. leitendes Metall, leitende Metall-Legierungen, leitende Metalloxide, leitende Polymerfilme, Halbleitermaterialien und dgl.
  • Zu den speziellen Beispielen von Materialien für die Elektrode zählen eines oder mehrere der folgenden Elemente: Aluminium, Chrom, Kupfer, Germanium, Gold, Magnesium, Mangan, Indium, Eisen, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan, Zink, Legierungen derselben, Indiumzinnoxid (ITO), Polysilizi um; dotiertes amorphes Silizium, Metallsilicide und dgl.. Zu den Legierungs-Elektroden zählen Hastelloy®, Kovar®, Invar, Monel®, Inconel®, Messing, Edelstahl, Magnesium-Silber-Legierung und verschiedene weitere Legierungen.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Dicke jeder Elektrode unabhängig ungefähr 0,01 Φm oder mehr oder ungefähr 10 Φm oder weniger. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dicke jeder Elektrode unabhängig ungefähr 0,05 Φm oder mehr oder ungefähr 5 Φm oder weniger. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dicke jeder Elektrode unabhängig ungefähr 0,1 Φm oder mehr oder ungefähr 1 Φm oder weniger.
  • Aktive Vorrichtungen von organischen Halbleitervorrichtungen und Polymer-Speichervorrichtungen enthalten einen organischen Halbleiter und eine passive Schicht, die ein steuerbares leitendes Medium bilden können. Das steuerbare leitende Medium kann auf steuerbare Weise mittels externer Stimuli leitend oder nichtleitend gemacht werden. Generell ist bei Abwesenheit eines externen Stimulus das steuerbare leitende Medium nichtleitend oder hat eine hohe Impedanz. Ferner können gemäß einigen Ausführungsformen mehrere Grade an Leitfähigkeit/Widerstand des steuerbaren leitenden Mediums auf steuerbare Weise herbeigeführt werden. Beispielsweise zählen zu den mehreren Graden an Leitfähigkeit/Widerstand des steuerbar leitenden Mediums ein nichtleitender Zustand, ein hochleitender Zustand, ein halbleitender Zustand und ein oder mehrere Widerstandszustände. (Anders ausgedrückt hat das steuerbar leitende Medium mehrere Leitend-Zustände.)
  • Das steuerbar leitende Medium kann auf steuerbare Weise leitend oder nichtleitend gemacht oder auf irgendeinen dazwischenliegenden Zustand (Grad an Leitfähigkeit) gebracht werden, und zwar durch einen externen Stimulus (wobei "extern" im Sinne eines Ursprungs von außerhalb des steuerbar leitenden Mediums her zu verstehen ist). Beispielsweise wird unter Einwirkung eines externen elektrischen Felds, von Strahlung und dgl. ein gegebenes steuerbar leitende Medium in ein leitendes steuerbar leitendes Medium umgesetzt.
  • Das steuerbar leitende Medium weist eine oder mehr organische Halbleiterschichten und eine oder mehr passive Schichten auf. Die passive Schicht enthält eine Leitfähigkeitserleichterungsverbindung. Gemäß einer Ausführungsform enthält das steuerbar leitende Medium mindestens eine organische Halbleiterschicht, die nahe einer passiven Schicht liegt (ohne irgendwelche Zwischenschichten zwischen der organischen Halbleiterschicht und der passiven Schicht).
  • Organische Halbleiterschichten haben somit eine auf Kohlenstoff basierende Struktur, oft eine auf Kohlenstoff-Wasserstoff basierende Struktur, die sich von herkömmlichen MOSFETs unterscheidet. Die organische Halbleitermaterialien sind typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass sie überlappende B-Orbitale aufweisen und/oder dass sie mindestens zwei stabile Oxidationszustände aufweisen. Die organischen Halbleitermaterialien sind auch dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei oder mehr Resonanzstrukturen annehmen können. Die überlappenden B-Orbitale tragen zu den steuerbar leitenden Eigenschaften der steuerbar leitende Medien bei. Auch der Betrag an Ladung, die in die organische Halbleiterschicht injiziert wird, beeinflusst den Grad der Leitfähigkeit der organischen Halbleiterschicht.
  • In diesem Zusammenhang hat die organische Halbleiterschicht, wie z. B. ein konjugiertes organisches Polymer, die Fähigkeit, Ladungen (Löcher und/oder Elektronen) auszugeben und anzunehmen. Generell weist der organische Halbleiter oder ein Atom/Teil in dem Polymer mindestens zwei relativ stabile Zustände auf. Die beiden relativ stabilen Oxidationszustände erlauben dem organischen Halbleiter, Ladungen auszugeben und anzunehmen und mit der Leitfähigkeitserleichterungsverbindung zu interagieren. Die Fähigkeit der organischen Halbleiterschicht, Ladungen auszugeben und anzunehmen und mit der passiven Schicht elektrisch zu interagieren, hängt auch von der Identität der Leitfähigkeitserleichterungsverbindung ab.
  • Organische Halbleiter weisen generell Polymere mit variabler elektrischer Leitfähigkeit auf. Gemäß einer Ausführungsform enthält der organische Halbleiter ein konjugiertes organisches Polymer. Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält der organische Halbleiter ein konjugiertes organisches Polymer mit einer aromatischen Gruppe in seiner repetierenden Einheit.
  • Zu den Beispielen von Polymeren mit variabler elektrischer Leitfähigkeit zählen: Polyacetylen; Polydiphenylacetylen; Poly(t-butyl)diphenylacetylen; Poly(trifluormethyl)diphenylacetylen; Polybis(trifluormethyl)acetylen; Poly-bis(t-butyldiphenyl)acetylene; Poly(trimethylsilyl)diphenylacetylen; Poly(carbazol)diphenylacetylen; Polydiacetylen; Polyphenylacetylen; Polypyridineacetylen; Polymethoxyphenylacetylen; Polymethylphenylacetylen; Poly(t-butyl)phenylacetylen; Polynitro-phenylacetylen; Poly(trifluomethyl)phenylacetylen; Poly(trimethylsilyl)phenylacetylen; Polydipyrrylmethan; Polyindochinon; Polydihydroxyindol; Polytrihydroxyindol; Furan-polydihydroxyindol; Polyindochinon-2-carboxyl; Polyindochinon; Polybenzobisthiazol; Poly(p-phenylensulfid); Polyanilin; Polythiophen; Polypyrrol; Polysilan; Polystyrol; Polyfuran; Polyindol; Polyazulen; Polyphenylen; Polypyridin; Polybipyridin; Polyphthalocyanin; Polysexithiofen; Poly(siliconoxohemiporphyrazin); Poly(germaniumoxohemiporphyrazin); Poly(ethylendioxythiophen); Polymetallocen-Komplexe (Fe, V, Cr, Co, Ni und dgl.), Polypyridinmetall-Komplexe (Ru. Os und dgl.); und dgl.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die organische Halbleiterschicht nicht mit einem Salz dotiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die organische Halbleiterschicht mit einem Salz dotiert. Ein Salz ist eine ionische Verbindung, die ein Anion und ein Kation aufweist. Zu den generellen Beispielen von Salzen, die zum Dotieren der organischen Halbleiterschicht verwendet werden können, zählen Erdalkalimetallhalogenide, -sulfate, -persulfate, -nitrate, -phosphate und dgl.; Alkalimetallhalogenide, -sulfate, -persulfate, -nitrate, -phosphate und dgl.; Übergangsmetallhalogenide, -sulfate, -persulfate, -nitrate, -phosphate und dgl.; Ammoniumhalogenide, -sulfate, -persulfate, -nitrate, -phosphate und dgl.; quartäre Ammoniumhalogenide, -sulfa te, -persulfate, -nitrate, -phosphate und dgl.
  • Gemäß einer Ausführungsform hat die organische Halbleiterschicht eine Dicke von ungefähr 0,001 Φm oder mehr und ungefähr 5 Φm oder weniger. Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die organische Halbleiterschicht eine Dicke von ungefähr 0,01 Φm oder mehr und ungefähr 2,5 Φm oder weniger. Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform hat die organische Halbleiterschicht eine Dicke von ungefähr 0,05 Φm oder mehr und ungefähr 1 Φm oder weniger.
  • Die organische Halbleiterschicht kann durch Aufspinntechniken (Auftragen einer Mischung des Polymer-/Polymer-Vorläufers und eines Lösungsmittels und anschließendes Entfernen des Lösungsmittels von dem Substrat/der Elektrode), durch chemischen Dampfauftrag (CVD) und dabei wahlweise mit einem Gasreaktions-Gasphasenauftrag und dgl. gebildet werden. Zum CVD zählen der mit Niedrigdruck erfolgende chemische Dampfauftrag (LPCVD), der plasmaverstärkte chemische Dampfauftrag (PECVD) und der mit hoher Dichte erfolgende chemische Dampfauftrag (HDCVD). Während des Ausbildens oder Auftragens sammelt sich das organische Halbleitermaterial selbst zwischen den Elektroden an. Es ist nicht typischerweise erforderlich, ein oder mehrere Enden des organischen Polymers zu funktionalisieren, um es an einer Elektrodenschicht/passiven Schicht anzubringen.
  • Es kann eine kovalente Verbindung zwischen zwischen dem organischen Halbleitermaterial und der passiven Schicht ausgebildet werden. Alternativ ist ein enger Kontakt erforderlich, um einen guten Ladungsträger-/Elektronen-Austausch zwischen der organische Halbleiterschicht und der passiven Schicht zu bewirken. Die organische Halbleiterschicht und die passive Schicht sind dahingehend elektrisch miteinander gekoppelt, dass ein Ladungsträger-/Elektronen-Austausch zwischen den beiden Schichten erfolgt.
  • Eine passive Schicht enthält mindestens eine Leitfähigkeitserleichterungsverbindung, die zu den steuerbar leitenden Eigenschaften der steuerbar lei tenden Medien beiträgt. Die Leitfähigkeitserleichterungsverbindung, die durch Implantation gebildet wird, hat die Fähigkeit, Ladungen (Löcher und/oder Elektronen) auszugeben und anzunehmen und/oder als Quelle von Kupferionen zu wirken. Die passive Schicht kann somit Löcher, Elektronen und/oder Ionen zwischen einer Elektrode und dem Interface zwischen organischen Polymerschicht und passiver Schicht transportieren, die Ladungs/Träger-Injektion in die organische Polymerschicht erleichtern und/oder die Konzentration eines Ladungsträgers (Ionen, Löcher und/oder Elektronen) verstärken. In einigen Fällen kann die passive Schicht entgegengesetzte Ladungen speichern, um dadurch ein Gleichgewicht der Ladungen in der organischen Speichervorrichtung als ganzes zu schaffen. Das Speichern von Ladung/Ladungsträgern wird durch die Existenz zweier relativ stabiler Oxidationszustände für die Leitfähigkeitserleichterungsverbindung erleichtert.
  • Das Fermi-Niveau der passiven Schicht liegt nahe an dem Valenz-Band der organischen Halbleiterschicht. Folglich kann sich der (in die organische Halbleiterschicht) injizierte Ladungsträger mit der Ladung an der passiven Schicht rekombinieren, falls sich das Energieband der geladenen organischen Halbleiterschicht nicht wesentlich verändert. Das Positionieren der Energiebänder verlangt, einen Kompromiss zwischen der Leichtigkeit der Ladungsinjektion und der Länge der Ladungs-(Daten-)Haltezeit zu finden.
  • Das aufgebrachte externe Feld kann die Energiebarriere zwischen der passiven Schicht und der organischen Schicht in Abhängigkeit von der Feld-Richtung reduzieren. Somit können bei der Programmieroperation eine verbesserte Ladungsinjektion in dem Vorwärtsrichtungs-Feld und ferner bei der Löschoperation eine verbesserte Ladungs-Rekombination in dem Umkehrfeld erzielt werden.
  • Die passive Schicht kann in manchen Fällen als Katalysator beim Ausbilden der organischen Halbleiterschicht wirken, wenn die organische Halbleiterschicht ein konjugiertes organisches Polymer enthält. In diesem Zusammenhang kann sich anfangs ein Gerüst des konjugierten organischen Poly mers nahe der passiven Schicht bilden und von der Oberfläche der passiven Schicht weg und im Wesentlichen rechtwinklig dazu wachsen und sich aufbauen. Als Ergebnis können die Polymer-Gerüste der organischen Polymere in einer quer zu den beiden Elektroden verlaufenden Richtung oder einer von der passiven Schicht weg verlaufenden Richtung selbstausrichtend sein.
  • Zu den Beispielen von Leitfähigkeitserleichterungsverbindungen, welche die passive Schicht bilden können, zählen eines oder mehrere der folgenden Materialien: Kupfersulfid (Cu2S, CuS), kupferreiches Kupfersulfid (Cu3S, CuS; Cu3S, Cu2S), Kupferoxid (CuO,Cu2O), Kupferselenid (Cu2Se, CuSe), Kupfertellurid (Cu2Te, CuTe), Manganoxid (MnO2), Titandioxid (TiO2), Indiumoxid (I3,O4), Silbersulfid (Ag2S, AgS), Goldsulfid (Au2S, AuS), Eisenoxid (Fe3O4), Cobaltarsenid (CoAs2), Nickelarsenid (NiAs) und dgl. Die Leitfähigkeitserleichterungsverbindungen lösen sich nicht notwendigerweise in Ionen unterhalb der Stärke des elektrischen Felds auf, obwohl sich Ionen durch sie bewegen können. Die passive Schicht kann zwei oder mehr Unter-Passivschichten enthalten, wobei jede Unterschicht die gleichen, unterschiedliche oder mehrere Leitfähigkeitserleichterungsverbindungen enthält.
  • Die passive Schicht wird mittels Oxidationstechniken gezüchtet, durch Gasphasenreaktionen und Implantationstechniken gebildet oder auf/zwischen Elektroden aufgetragen. In einigen Fällen kann zur Förderung langer Ladungshaltezeiten (in der organischen Halbleiterschicht) die passive Schicht mit einem Plasma behandelt werden, nachdem sie gebildet worden ist. Die Plasmabehandlung modifiziert die Energiebarriere der passiven Schicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform hat die passive Schicht, welche die Leitfähigkeitserleichterungsverbindung enthält, eine Dicke von ungefähr 2 Δ oder mehr und ungefähr 0,1 Φm oder weniger. Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die passive Schicht eine Dicke von ungefähr 10 Δ oder mehr und ungefähr 0,01 Φm oder weniger. Gemäß einer wiederum weiteren Ausführungsform hat die passive Schicht eine Dicke von ungefähr 50 Δ oder mehr und ungefähr 0,005 Φm oder weniger.
  • Der Betrieb der organischen Speicherzellen(n) wird erleichtert, indem ein externer Stimulus verwendet wird, um einen Schalteffekt zu erzielen. Zu den externen Stimuli zählen ein externes elektrisches Feld und/oder Lichtstrahlung. Unter verschiedenen Bedingungen ist die organische Speicherzelle entweder leitend (Niedrigimpedanz- oder "Ein"-Zustand) oder nichtleitend (Hochimpedanz- oder "Aus"-Zustand).
  • Die organische Speicherzelle kann ferner mehr als einen einzigen leitenden oder Niedrigimpedanz-Zustand aufweisen, wie z. B. einen sehr hoch leitenden Zustand (Zustand mit sehr niedriger Impedanz), einen hochleitenden Zustand (Niedrigimpedanz-Zustand), einen leitenden Zustand (Zustand mit mittlerem Impedanzniveau) und einen nichtleitenden Zustand (Hochimpedanz-Zustand), wodurch die Speicherung mehrerer Informations-Bits in einer einzelnen organischen Speicherzelle ermöglicht wird, wie beispielsweise 2 oder mehr Informations-Bits oder 4 oder mehr Informations-Bits.
  • Das Schalten der organischen Speicherzelle aus dem "Aus"-Zustand in den "Ein"-Zustand erfolgt, wenn ein externer Stimulus einen Schwellenwert nicht überschreitet oder nicht existiert. Der Schwellenwert variiert in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren, zu denen die Identität der Materialien, welche die organische Speicherzelle und die passive Schicht bilden, die Dicke der verschiedenen Schichten und dgl. zählen.
  • Allgemein ausgedrückt erlaubt das Vorhandensein eines externen Stimulus wie z. B. eines angelegten elektrischen Felds, das einen Schwellenwert überschreitet ("Programmier"-Zustand), dass eine angelegte Spannung Information in die bzw. aus der organische(n) Speicherzelle schreibt oder löscht, während das Vorhandensein eines externen Stimulus wie z. B. eines elektrischen Felds, der kleiner als ein Schwellenwert ist, ermöglicht, dass mittels einer aufgebrachten Spannung Information aus der organischen Speicherzelle gelesen wird; andererseits bewirken externe Stimuli, die einen Schwel lenwert nicht überschreiten, kein Schreiben oder Löschen von Information in die/aus der organische(n) Speicherzelle.
  • Zum Schreiben von Information in die organische Speicherzelle wird ein Spannungs- oder Impulssignal angelegt, dass den Schwellenwert überschreitet. Zum Lesen von Information, die in die organische Speicherzelle geschrieben ist, wird eine Spannung oder ein elektrisches Feld mit einer beliebigen Polarität angelegt. Durch das Messen der Impedanz wird festgestellt, ob sich die organische Speicherzelle in einem Niedrigimpedanzzustand oder einem Hochimpedanzzustand befindet (und somit, ob sich die Zelle im "Ein"- oder "Aus"-Zustand befindet). Zum Löschen von Information, die in die organische Speicherzelle geschrieben ist, wird eine größer als ein Schwellenwert bemessene negative Spannung mit dem Schreibsignal entgegengesetzter Polarität angelegt.
  • 1 zeigt eine knappe Darstellung einer gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgebildeten mikroelektronischen organischen Speichervorrichtung 100, die mehrere organische Speicherzellen aufweist, welche auf oder über einem Substrat 101 positioniert sind, und zeigt eine explodierte Ansicht 102 eines Beispiels einer organischen Speicherzelle 104. Die mikroelektronische organische Speichervorrichtung 100 enthält eine gewünschte Anzahl organischer Speicherzellen, wie sie durch die Anzahl der Reihen, Spalten und Schichten (später beschriebene dreidimensionale Orientierung) bestimmt ist, die bei Positionierung auf einem Substrat 101 vorhanden sind. Die organischen Speicherzellen sind in einem Polymer-Dielektrikum 103 ausgebildet. Die ersten Elektroden 106 und die zweiten Elektroden 108 sind im Wesentlichen in rechtwinkliger Orientierung gezeigt, obwohl auch andere Orientierungen möglich sind, um die in der explodierten Ansicht gezeigte Orientierung zu erzielen. Jede organische Speicherzelle 104 enthält eine erste Elektrode 106 und eine zweite Elektrode 108 mit einem zwischen diesen angeordneten steuerbar leitenden Medium 110. Das steuerbar leitende Medium 110 enthält eine organische Halbleiterschicht 112 und eine passive Schicht 114. Peripherie-Schaltungen und -Vorrichtungen sind um der Übersicht willen nicht gezeigt.
  • 2 zeigt eine gemäß einem Aspekt der Erfindung ausgebildete dreidimensionale mikroelektronische organische Speichervorrichtung 200, die mehrere organische Halbleitervorrichtungen aufweist, welche auf oder über einem Substrat 201 positioniert sind. Die dreidimensionale mikroelektronische organische Speichervorrichtung 200 enthält mehrere erste Elektroden 202, mehrere zweite Elektroden 204, und mehrere Speicherzellen-Schichten 206, die in einem Polymer-Dielektrikum 203 ausgebildet sind. Zwischen den jeweiligen ersten und zweiten Elektroden sind die (nicht gezeigten) steuerbar leitenden Medien angeordnet. Die mehreren ersten Elektroden 202 und die mehreren zweiten Elektroden 204 sind im Wesentliche in rechtwinkliger Ausrichtung gezeigt, obwohl auch andere Ausrichtungen möglich sind. Die mikroelektronische organische Speichervorrichtung hat aufgrund der Polymer-Dielektrika und der organischen Speichervorrichtungen (anstelle der relativ schweren anorganischen Transistoren und anorganischen Dielektrika) ein relativ leichtes Gewicht, und die Polymer-Dielektrika und die organischen Speichervorrichtungen haben relativ angepasste Wärmeausdehnungskoeffizienten, da es sich bei beiden um Materialien auf organischer Basis handelt. In 2 sind Peripherie-Schaltungen und -Vorrichtungen um der Übersicht willen nicht gezeigt.
  • Ein tieferes Verständnis der vorliegenden Erfindung und eine bessere Einsicht in ihre Vorteile ergibt sich anhand von 3. Gezeigt ist eine Mehrfunktions-Halbleitervorrichtung 300, in der Polymer-Dielektrikum-Strukturen 312, 322, 324 und 326 (und optional 308 als Polymer-Dielektrikum-Struktur) angeordnet sind. Die Mehrfunktions-Halbleitervorrichtung 300 weist – gehalten auf dem bzw. durch das Substrat 302 – einen n-dotierten Bereich 304 und einen p+-dotierten Bereich 306 auf, in denen flache Grabenisolations-(STI-)Bereiche 308 ausgebildet sind. Die STi-Bereiche 308 können aus einem Polymer-Dielektrikum oder einem anorganischem Dielektrikum wie z. B. Siliziumdioxid ausgebildet sein. Unterhalb der STI-Bereiche 308 sind Kanalstopp-Implantat-(CSI-)Bereiche 310 ausgebildet. Eine erste Polymer-Dielektrikum-Struktur 312 ist über dem p+-dotierten Bereich 306 positioniert. Innerhalb der ersten Polymer-Dielektrikum-Struktur 312 sind Wolfram-Stopfen 314 angeordnet. Die Wolfram-Stopfen 314 können mittels eines Damaszierungs-Vorgangs unter anderen verfügbaren Herstellungstechniken ausgebildet werden. Unter dem Wolfram-Stopfen 314 liegt ein p+-Bereich 313.
  • Eine zweite Polymer-Dielektrikum-Struktur oder ein Stoppschicht-Dielektrikum (SLD) 322 ist über der Polymer-Dielektrikum-Struktur 312 positioniert. Die SLD 322 kann das gleiche Material wie die erste Polymer-Dielektrikum-Struktur 312 oder ein anderes Material als diese aufweisen, vorzugsweise jedoch ein anderes Material. Eine dritte Polymer-Dielektrikum-Struktur 324 ist über der SLD 322 positioniert. Die dritte Polymer-Dielektrikum-Struktur 324 kann das gleiche Material wie die erste Polymer-Dielektrikum-Struktur 312 und/oder die SLD 322 oder ein anderes Material als diese aufweisen, vorzugsweise jedoch ein anderes Material als die SLD 322 und das gleiche Material wie die erste Polymer-Dielektrikum-Struktur 312. In der dritten Polymer-Dielektrikum-Struktur 324 sind eine leitende Polymer-Verbindungsstruktur 316, eine leitende Polymer-Bitleitung 318 und ein Kupfer-Pad 320 ausgebildet. Alternativ können eine oder beide der leitenden Polymer-Verbindungsstruktur 316 und der leitenden Polymer-Bitleitung 318 aus einem metallischen leitenden Material gebildet sein.
  • Eine vierte Polymer-Dielektrikum-Struktur oder ein Polymer-Zwischenschicht-(ILD-)Dielektrikum 326 ist über der dritten Polymer-Dielektrikum-Struktur 324 positioniert. Die ILD 326 kann das gleiche Material wie die erste Polymer-Dielektrikum-Struktur 312, die dritte Polymer-Dielektrikum-Struktur 324 und/oder die SLD 322 oder ein anderes Material als diese aufweisen. Innerhalb der ILD 326 ist ein Teil einer Polymer-Speicherzelle 327 ausgebildet. Insbesondere ist ein polymeres organisches Halbleitermaterial 328 über dem Kupfer-Pad 320 ausgebildet, und eine Deckelektrode 330 ist über dem polymeren organischen Halbleitermaterial 328 ausgebildet. Es können zusätzliche Schichten über der ILD 326 ausgebildet sein, wobei diese jedoch um der Übersicht willen nicht gezeigt sind.
  • Bei der Mehrfunktions-Halbleitervorrichtung 300 ermöglichen die erste Polymer-Dielektrikum-Struktur 312, die SLD 322, die dritte Polymer-Dielektrikum-Struktur 324, die leitende Polymer-Verbindungsstruktur 316, die leitende Polymer-Bitleitung 318 und die ILD 326 ein leichtes Gewicht und relativ angepasste Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch die Zuverlässigkeit und die Zweckmäßigkeit der Vorrichtung 300 verbessert werden.
  • Die organischen Halbleitervorrichtungen mit Polymer-Dielektrika sind nützlich in jeder Vorrichtung, die einen Speicher erfordert. Beispielsweise finden die organischen Halbleitervorrichtungen zweckmäßige Anwendung in Computern, Zusatzgeräten, industriellen Apparaturen, Handvorrichtungen, Telekommunikationsvorrichtungen, medizinischen Apparaturen, Forschungs- und Entwicklungsapparaturen, Transportfahrzeugen, Radar-/Satellitenvorrichtungen und dgl. Die Tragbarkeit von Handvorrichtungen und insbesondere von handgehaltenen elektronischen Vorrichtungen kann aufgrund der kleinen Größe und des leichten Gewichts der organischen Speicherzellen sowie der Polymer-Dielektrika verbessert werden. Zu den Beispielen von Handvorrichtungen zählen Handys und andere Zweiwege-Kommunikationsvorrichtungen, Personal Data Assistants, Pager, Notebook-Computer, Fernsteuerungen, Recorder (Video und Audio), Radios, kleine Fernseh- und Web-Betrachtungsgeräte, Kameras und dgl.
  • Obwohl die Erfindung hier anhand einer oder mehrerer bestimmter bevorzugter Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, versteht sich, dass anderen Fachleuten auf dem Gebiet nach Kenntnisnahme und Verständnis dieser Beschreibung und der angefügten Zeichnungen äquivalente Änderungen und Modifikationen ersichtlich sein werden. Insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen etc.) ausgeführt werden, sollen die zum Beschreiben derartiger Komponenten verwendeten Termini (einschließlich jedes Bezugs auf "Vorrichtungen"), sofern nicht anderweitig angegeben, jeder Komponente entsprechen, welche die bezeichnete Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (d. h. funktional äquivalent ist), auch wenn sie nicht der beschriebenen Struktur äquivalent ist, die bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Funktion ausführt. Ferner kann, obwohl möglicherweise ein bestimmtes Merkmal der Erfindung in Bezug auf nur eine von mehreren Ausführungsformen beschrieben worden sein kann, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, je nachdem, wie es bei irgendeiner gegebenen oder bestimmten Anwendung gewünscht und vorteilhaft sein mag.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sind zweckmäßig auf dem Gebiet der Halbleiterspeicher und der Halbleiterherstellung.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • POLYMER-DIELEKTRIKA ZUR SPEICHERELEMENT-ARRAY-VERBINDUNG
  • Es werden Halbleitervorrichtungen (100) offenbart, die ein Polymer-Dielektrikum (103) und mindestens eine aktive Vorrichtung (104) aufweisen, die ein organisches Halbleitermaterial (112) und eine passive Schicht (114) enthält. Diese Vorrichtungen sind durch leichtes Gewicht und robuste Zuverlässigkeit gekennzeichnet.

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung (100) mit: einem Substrat (101); einem Polymer-Dielektrikum (103) über dem Substrat (101); und mindestens einer aktiven Vorrichtung (104), die ein organisches Halbleitermaterial (112) und eine passive Schicht (114) aufweist.
  2. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der das Polymer-Dielektrikum (03) mindestens ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Polyimide, fluorierte Polyimide, Polysilsequioxane wie z. B. Wasserstoffpolysilsequioxane, Methylpolysilsequioxane, Butylpolysilsequioxane, und Phenylpolysilsequioxane, Benzocyclobuten, fluoriertes Benzocyclobuten, Polyphenylen, Polysilazan, Polyphenylchinoxalin, Copolymere von 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-difluor-1,3-dioxol, Perfluoralkoxyharz, fluoriertes Ethylenpropylen, Fluormethacrylat, Poly(arylenether), fuorierter Poly(arylenether), fluorierte Parylene, Poly(p-xylxylene), fluorierte Poly(p-xylxylene), Parylen-F, Parylen-N, Parylen-C, Parylen-D, amorphes Polytetrafluorethylen, Polychinolin, Polyphenylchinoxalin und polymere Photoresistmaterialien.
  3. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der das Polymer-Dielektrikum (103) ein selbstmusterndes Material aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der das Polymer-Dielektrikum (103) eine Glasübergangstemperatur oder einen Schmelzpunkt von ungefähr 125E C. oder mehr und ungefähr 425E C. oder weniger hat, wobei das Polymer-Dielektrikum (103) eine die lektrische Konstante unter ungefähr 3 hat.
  5. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, ferner mit einem leitenden Polymer.
  6. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der das organische Halbleitermaterial (112) mindestens ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Polyacetylen; Polydiphenylacetylen; Poly(t-butyl)diphenylacetylen; Poly(trifluormethyl)diphenylacetylen; Polybis(trifluormethyl)acetylen; Polybis(t-butyldiphenyl)acetylene; Poly(trimethylsilyl)diphenylacetylen; Poly(carbazol)diphenylacetylen; Polydiacetylen; Polyphenylacetylen; Polypyridineacetylen; Polymethoxyphenylacetylen; Polymethylphenylacetylen; Poly-(t-butyl)phenylacetylen; Polynitro-phenylacetylen; Poly(trifluomethyl)phenylacetylen; Poly(trimethylsilyl)phenylacetylen; Polydipyrrylmethan; Polyindochinon; Polydihydroxyindol; Polytrihydroxyindol; Furan-polydihydroxyindol; Polyindochinon-2-carboxyl; Polyindochinon; Polybenzobisthiazol; Poly(p-phenylensulfid); Polyanilin; Polythiophen; Polypyrrol; Polysilan; Polystyrol; Polyfuran; Polyindol; Polyazulen; Polyphenylen; Polypyridin; Polybipyridin; Polyphthalocyanin; Polysexithiofen; Poly(siliconoxohemiporphyrazin); Poly(germaniumoxohemiporphyrazin); Poly(ethylendioxythiophen); Polymetallocen-Komplexe; und Polypyridinmetall-Komplexe; und die passive Schicht (114) mindestens ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Kupfersulfid, kupferreiches Kupfersulfid, Kupferoxid, Kupferselenid, Kupfertellurid, Manganoxid, Titandioxid, Indiumoxid, Silbersulfid, Goldsulfid, Eisenoxid, Cobaltarsenid und Nickelarsenid.
  7. Halbleitervorrichtung (100) mit: einem Substrat (101); einem Polymer-Dielektrikum (103) über dem Substrat (101); mindestens einer aktiven Vorrichtung (104), die ein organisches Halbleitermaterial (112) und eine passive Schicht (114) aufweist; und einem leitenden Polymer an mindestens einer aktiven Vorrichtung.
  8. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 7, bei der das Polymer-Dielektrikum (03) mindestens ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Polyimide, fluorierte Polyimide, Polysilsequioxane wie z. B. Wasserstoffpolysilsequioxane, Methylpolysilsequioxane, Butylpolysilsequioxane, und Phenylpolysilsequioxane, Benzocyclobuten, fluoriertes Benzocyclobuten, Polyphenylen, Polysilazan, Polyphenylchinoxalin, Copolymere von 2,2-Bistrifluormethyl-4,5-difluor-1,3-dioxol, Perfluoralkoxyharz, fluoriertes Ethylenpropylen, Fluormethacrylat, Poly(arylenether), fuorierter Poly(arylenether), fluorierte Parylene, Poly(p-xylxylene), fluorierte Poly(p-xylxylene), Parylen-F, Parylen-N, Parylen-C, Parylen-D, amorphes Polytetrafluorethylen, Polychinolin, Polyphenylchinoxalin und polymere Photoresistmaterialien.
  9. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 7, bei der das Polymer-Dielektrikum (103) eine Glasübergangstemperatur oder einen Schmelzpunkt von ungefähr 135E C. oder mehr und ungefähr 400E C. oder weniger hat; und das Polymer-Dielektrikum (103) eine dielektrische Konstante unter ungefähr 2,4 hat.
  10. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 7, bei der die aktive Vorrichtung (104) eine das organische Halbleitermaterial (112) und die passive Schicht (114) aufweisende Polymer-Speichervorrichtung zwischen zwei Elektroden (106, 108) aufweist, wobei das organische Halbleitermaterial (112) ein konjugiertes Polymer aufweist.
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