JP2002512438A - 2次元または3次元の導電構造体または半導電構造体を生成する方法、同構造体を消去する方法および生成する同方法と共に用いられる電界発生器/変調器 - Google Patents

2次元または3次元の導電構造体または半導電構造体を生成する方法、同構造体を消去する方法および生成する同方法と共に用いられる電界発生器/変調器

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Abstract

(57)【要約】 空間的に分離された材料構造体の中に2個またはさらに多数個の材料を有するマトリックスの中に、3次元の導電構造体または半導電構造体を生成する方法において、電界に応答して材料構造体の中に生成される導電構造体または半導電構造体の予め定められたパターンを表すプロトコルに従い、電界が別々の材料構造体に加えられるまたは電界が空間的に変調される。したがって、材料構造体によって構成されるマトリックスは、3次元のこの種の構造体を有するであろう。大域体的に消去する方法では、それらが全体的に電界に応答してマトリックスの中の材料が非導電状態に到達するまで、電界がマトリックスに加えられる。導電構造体または半導電構造体のパターン作成および生成のために用いることができる電界発生器/変調器(EFGM)の中において、2個の電極装置E1、E2は、電極21、22がマトリックス状の配置を形成するように、平行な平面の中で相互に離れて備えられた平行なストリップ電極21、22を有する。電極装置E1、E2は、電源23に接続された交差接続デバイス24、25にわたって配置される。前記構造体を生成するために、EFGM20は電極デバイスE1、E2の間に薄膜材料を受け入れるようにが適合している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、複合マトリックスの中に2次元または3次元の導電構造体または半
導電構造体を生成する方法に関する。このマトリックスは空間的に分離しそして
均一な材料構造体の中に備えられた1個または複数個の材料を有する。これらの
材料は、エネルギの供給に応答して、非導電状態から導電状態または半導電状態
にまたはその逆に遷移する、状態の特定の変化および/または化学変化、または
材料の導電モードの変化、を行うことができる。材料構造体のおのおのは、薄い
層の形式に作成される。本発明はまた、複合マトリックスの中で2次元または3
次元に生成された導電構造体または半導電構造体を大域的に消去する方法に関す
る。このマトリックスは空間的に分離しそして均一な材料構造体の中に備えられ
た2個またはさらに多数個の材料を有する。これらの材料は、エネルギの供給に
応答して、非導電状態から導電状態または半導電状態にまたはその逆に遷移する
、状態の特定の変化および/または化学変化、または材料の導電モードの変化、
を行うことができる。材料構造体のおのおのは薄い層の形式に作成される。最後
に、本発明は複合マトリックスの中の2次元または3次元の導電構造体または半
導電構造体をパターンに作成するおよび生成するための電界発生器/変調器(E
FGM、electric field generator/modulat
or)に関する。このマトリックスは、空間的に分離しそして均一な1個または
複数個の材料構造体の中にそれぞれ備えられた1個または複数個の材料を有する
。これらの材料はエネルギの供給に応答して、非導電状態から導電状態または半
導電状態にまたはその逆に遷移する、状態の特定の変化および/または化学変化
、または材料の導電モードの変化、を行うことができる。材料構造体のおのおの
は、薄い層の形式に作成される。
【0002】 さらに詳細にいえば本発明は、電子回路に用いられる2次元および3次元の分
離用構造体、抵抗性構造体、導電体または半導電体のパターンの製造、および最
も具体的に薄膜の1個または複数個の積層された層で構成される電子回路に用い
られる構造体の製造に関する。
【0003】 マイクロ電子技術の発展は常に、デバイスの寸法を小さくしそしてコストを低
下させる方向に進んでいる。十分に実証された予測によれば、特性は増大する方
向に進み、一方ユニット当たりまたはデバイス当たりの価格は減少する方向に進
むことを示している。けれども、今日のマイクロ電子技術は実質的には結晶シリ
コンに基づいており、そして超高分解能のリソグラフィの複雑さに伴う固有の制
限を主な理由として、かける費用の割に得られる効果が少ないという傾向が増大
しており、そして材料処理の要求が増大する傾向がある。したがって、結晶シリ
コンに基づく現在の技術を延長することでは、特性または価格のいずれかに関し
て劇的な進展があるとは期待できなく、そして将来の改良には極めて費用がかか
る製造設備と製造装置が必要とされるであろう。
【0004】 他方、薄膜技術に基づくマイクロ電子装置は、価格だけでなく特性に関して、
実際の画期的進展を表す製品を近い将来に供給することを確信をもって予言する
ことができる。結晶性の無機半導体から微結晶、多結晶またはアモルファスの無
機半導体または有機の半導体への移行は、マイクロ電子装置の製造に関し、およ
び特に大きな面積領域を可能にする形状因子を有するブランクスにより、すなわ
ち基板が限定された寸法のブランクスから切り出されたウエハの代わりに大きな
シートであることができることにより、および近い将来の電子技術の期待される
発展において本質的な因子であるであろうアーキテクチャに関する大きな柔軟性
により、全く新規な境界条件を導入するであろう。本発明では、大きな面積領域
および精密に制御することが可能な厚さを有する多重層ブランクス(molti
layer blanks)を用いることと要求された材料の性質を化学的に調
製するためのそれらの大きな潜在能力とに基づいてそれらを処理することができ
る容易さにより、有機材料を用いることを特に強調して説明する。
【0005】 具体的には、にアモルファス材料に基づく電子装置の利用がそれらの期待され
る潜在能力を実現することができる前に、一定の領域における開発がもっと要求
される。最近、有機半導体薄膜材料の半導体の性質を改良することが行われてい
る。現在は有機物に基づくトランジスタがアモルファス・シリコンに基づくトラ
ンジスタと競合できる点まで、有機半導体薄膜材料はトランジスタの特性におい
て劇的にそして急速に増大している。(例えば、Y.Y.リン(Y.Y.Lin
)、D.J.ガンドラック(D.J.Gundlach)、S.F.ネルソン(
S.F.Nelson)およびT.N.ジャクソン(T.N.Jackson)
名の論文「ペンタセンに基づく有機薄膜トランジスタ(Pentacene−B
ased Organic Thin Film Transistors)」
、IEEEトランスアクションズ・オン・エレクトロン・デバイス(IEEE
Transactions on Electron Devices)、19
97年8月、を見よ。)他の進行中の計画は、低温において有機半導体およびア
モルファス・シリコン半導体を生成するために、そしてひろい範囲の有機基板材
料および無機基板材料と両立する、薄膜のための被覆工程に導くであろう。これ
は、大量生産法を用いることに基づく大きな面積領域を有する極めて廉価な電子
デバイスの開発に導いている。
【0006】 この開発にもかかわらず、電子回路を形成する薄膜構造体の中の電気的接続の
低コストで順応性のある大量生産のためにどのように製造技術を改変しそして適
切にするかに対する十分に満足な解決法はなお欠けている。最近の薄膜デバイス
は、リソグラフィおよび真空メタライゼーションのような従来の方法でパターン
に作成された電流路および導電体でもって製造されたアモルファス・シリコンに
基づいている。有機物を基本とする半導体薄膜デバイスの立証のために、リソグ
ラフィおよび真空メタライゼーションのような従来の方法が以前に回路に応用さ
れたことがある。(例えばA.R.ブラウン(A.R.Brown)ほか名の論
文「ポリマ・トランジスタから作成された論理ゲートおよびリング発振器ののそ
れらの利用(Logic gates made from polymer
transistors and their use of ring os
cillators)」、サイエンス(Science)、第270巻972頁
〜974頁(1995年)を見よ。)またはそれとは異なって、導電性の「イン
キ」でのスクリーン印刷が柔軟なポリマ基板の上にトランジスタを作成するのに
用いられた。(例えばF.ガーニア(F.Garier)ほか名の論文「印刷技
術によって実現された全部ポリマの電界効果トランジスタ(All−polym
er field−effect transistor realized
by printing techniqes)」、サイエンス(Scienc
e)、第265巻、1884頁〜1886頁(1994年)を見よ。)リソグラ
フィにより高分解能が得られるけれども、それは比較的に複雑であり、そして典
型的な場合には多重層有機物薄膜構造体の大量生産には好ましくない湿式化学段
階を有している。インキでのスクリーン印刷は、「湿式」法であること以外に、
低分解能ないし中程度の分解能が得られるだけであるので、また理想的な製造法
であることからは遠い。
【0007】 入手可能な特許文献から明らかである先行技術の実施例として、米国特許第5
,043,251号(ゾンネンシャイン(Sonnenschein)ほか)を
あげることができる。この特許は、ポリマ材料の中に一時的な永久パターンを生
成するためのアモルファス・ポリマの3次元リソグラフィに対する工程を開示し
ている。この特許は、不純物が添加された非結晶層または人間が操作する状態の
下で安定なアモルファス状態にあるポリマの膜を得るための段階を有する。パタ
ーンを製造する際、膜が光学的にマスクされ、そしてこのマスクを通して十分な
強度を有する放射線で露光が行われ、それにより膜の中に明確な3次元印刷が生
成されるように露出が行われた部分の除去が行われる。この工程はとりわけ、光
データ記憶ディスクの製造に用いるために提案されている。さらに、米国特許第
5,378,916号(マンテル(Mantell))は単結晶構造体の形式の
感光性デバイスを開示している。ここでは、この構造体の異なる部分は異なる組
成を有することができる。具体的には、この構造体は2次元アレイを形成し、そ
して第1感光部分は、それが予め定められた第1波長領域の中の光で露光が行わ
れる時、電子・ホールの対を生成する材料を有する。一方また別の感光部分は、
それが第1波長領域とは明確に異なるまた別の波長領域の中の光で露光が行われ
る時、電子・ホールの対を生成するのに適合した材料を有する。なおさらに、米
国特許第5,677,041号(サミリング(Samyling))は、基板の
上に放射線に敏感な材料の不純物添加された層を形成することにより作成される
トランジスタ・デバイスを開示している。放射線に敏感な材料はとりわけ、ポリ
イミド、ポリマ、有機誘電体、導電体または半導体であることができる。基板は
シリコン、石英、ヒ化ガリウム、ガラス、セラミック、金属またはポリアミド(
polyamid)であることができる。また別の放射線に敏感な材料の中性層
すなわち不純物が添加されていない層が、不純物が添加された層の上に形成され
る。次に、第1ソース/ドレイン領域および第2ソース/ドレイン領域がこの中
性層の中に形成され、そして不純物が添加された層の頂部にまで下方に延長され
る。第1ソース/ドレイン領域と第2ソース/ドレイン領域との間の中性層の頂
部の中にゲート領域が形成され、それにより不純物が添加された層の中のチヤン
ネル領域がゲート領域の下に得られる。ドレイン/ソース電極およびゲート電極
は、要求された電極パターンに従ってパターンに作成されたマスクを通して最も
上の中性層を照射することにより形成され、そしてそれが放射線を強度変調する
ようにして実現される。それに加えて、このマスクをまた位相シフト・マスクと
して実現することができる。
【0008】 最後に、D.M.デ・リュー(D.M.de Leeuw)ほか名の論文「ポ
リマ集積回路および発光ダイオード(Polymeric integrate
d circuits and light−emitting diodes
)」、IEDM、331頁〜336頁、(1997年)は、全体がポリマで実現
され、そしてUV放射線で露光することにより要求された電気的性質が与えられ
たポリマ材料を用いた、MISFETを開示している。製造の際には、不純物が
添加された導電性ポリアニリン(polyaniline)膜、いわゆるPAN
I薄膜、の光化学パターン作成が用いられる。これらの膜は適切な溶液の中で溶
解され、その後、ポリイミド膜のような適切な基板の上に置かれた溶液に光開始
剤が加えられる。その後、マスクを通して深UV放射線でPANI薄膜に露光を
行うことにより、最初に導電体であったポリアニリンが露光された面積領域の中
で非導電体のロイコメラルダイン(leucoemeraldine)の形に転
換する。したがって、ここでの出発点は導電性のポリマ材料である。この導電性
のポリマ材料の面積抵抗値は、最初は1キロオーム/平方であるが、しかし露光
の後は1013オーム/平方以上の面積抵抗値が得られる。このように、導電性
のマトリックスの中に、誘電体の構造体を生成することができる。図1は、リュ
ーほかによるMISFETを示した図である。このMISFETは、PANI薄
膜を備えたポリイミド基板1を有する。PANI薄膜は、適切なマスクを通して
UV光で照射された後、照射を受けなければ導電体である薄膜材料3の中に、分
離構造体6を形成する。PANI膜の中でなお導電体である領域3はそれぞれ、
MISFETトランジスタのソース電極およびドレイン電極を定める。PANI
膜の上に、また別の層4がポリチエニレンビニレン(polythienyle
nevinylene)、すなわち、PTVの薄膜の形式で沈着される。PTV
は、有機半導体材料である。この層4は、MISFETトランジスタの電気的パ
ラメータを実質的に決定する。PTV膜4の上に、ポリビニルフェノール(po
lyvinyl phenol)PVPが沈着される。このPVPの膜5はこの
トランジスタのゲート分離体を形成し、そしてUV光線および可視光線に対して
不透明である。また別のPANI膜がPTV膜5の上に再び沈着され、そして分
離構造体6が形成されるようにUV光線で照射が行われることによってパターン
に作成される。なお別の導電性領域2は、MISFET構造体のゲート電極を形
成する。
【0009】 前記で説明したこの種の複数個のトランジスタがもし積層された薄膜の形式で
実現される集積回路に中で組み合わされるならば、例えば1つのトランジスタの
中のソース電極およびドレイン電極とまた別のトランジスタの中のゲート電極と
の間に、垂直電流路が用いられなければならない。このような垂直電流路は原理
的には、例えばこの構造体の中に垂直にエッチングを行う段階の後に金属膜を沈
着することにより、機械的に実現することができる。そうでない場合には密接な
類似として、回路ボードの上側側面の電流路と下側側面の電流路との間に垂直接
続を実現するために、回路ボードの中にメッキされた貫通ホールを用いることで
ある。
【0010】 本発明の主要な目的は、マイクロ電子部品の中の導電性の接続体および電極に
対する改良された製造法を得ることである。特に、低いコストで大量生産と組み
合わされた工程により、柔軟な基板の上に大きな面積領域を有するマイクロ電子
デバイスに対する改良された製造法を得ることである。具体的に言えば本発明の
1つの目的は、層状の物理的デバイスに用いることができる、例えば多数個の隣
接する積層された薄膜層の形式で、したがって3次元回路構造体を生成するのに
用いることができる、このような製造法を得ることである。本発明により柔軟で
かつ廉価な製造法が可能であるが、しかし同時に、平面のディスプレイ・デバイ
ス、論理回路、メモリ・デバイスなどのようなデバイスの特に簡単で精密な製造
法がまた可能である。
【0011】 さらにまた本発明の1つの目的は、このような3次元回路構造体をその場で消
去する方法を得ることである。この方法では、構造体の中の材料が最初の新鮮な
状態に戻るように転換され、その後、適切な方法により、3次元の導電構造体お
よび半導電構造体の形式に再構成することができるが、しかしもととは異なるま
た別のパターンまたはまた別の構造体に再構成することができる。
【0012】 前記で説明した特徴および利点は、本発明に従う方法により実現される。本発
明に従う方法は、電界により供給されるエネルギに対する材料の特定の応答に適
合した与えられた電界強度および/または特性を有する電界を分離した層に加え
る段階と、関与する材料構造体の中に導電構造体または半導電構造体の予め定め
られたパターを表す定められたプロトコルに従ってそれぞれの場合に電界を空間
的に変調する段階とを有することを特徴とし、それにより電界により供給される
エネルギに応答して層の中に2次元の導電構造体または半導電構造体がプロトコ
ルによって予め定められたパターンに従って生成され、そして次に、分離した隣
接する層により形成される複合マトリックスが3次元の導電構造体または半導電
構造体で得られるように積層された構成体の中に2個またはさらに多数個の層が
オプションで得る段階とを有することを特徴とする。
【0013】 さらに、本発明に従う利点は、パターンに作成された電極を有する電極デバイ
スにより、層と実質的に平行な面内で電界を空間的に変調することである。この
電極デバイスは、点電位または線電位を生成する定められたプロトコルに従って
電極に電圧を選択的に供給することにより、導電構造体または半導電構造体を生
成する。
【0014】 本発明に従う利点は、それぞれの層の中に導電構造体または半導電構造体を生
成した後、2個またはさらに多数個の層によって積層された構成体が形成されて
層状化した多重層構造体に組み合わされ、3次元の導電構造体または半導電構造
体を有する複合マトリックスが形成されることである。
【0015】 また本発明に従う利点は、2個またはさらに多数個の自己保持層の層状体によ
って形成された多重層を積層構成体の中に位置決めする段階である。隣接する層
に対する層状化の後、次に、プロトコルに従って前記第1層の中の2個またはさ
らに多数個の2次元の導電構造体または半導電構造体が隣接する層の1個または
複数個の2次元の導電構造体または半導電構造体と整合するように、層が配置さ
れることが好ましい。それにより、これらの層を通り交差する方向に、1個また
は複数個の垂直導電チヤンネルまたは垂直半導電チヤンネルが生成される。
【0016】 最後に本発明に従う利点は、プロトコルに従って層を貫通する垂直チヤンネル
を形成する導電構造体または半導電構造体を、この層の中の1個または複数個の
導電構造体または半導電構造体と導電性接続または半導電性接続を行う段階を得
ることである。それぞれのチヤンネルは、これらの層の間で一定である導電度ま
たは導電モードを有し、またはこれらの層の間で変化する導電度または導電モー
ドを有して、生成されることが好ましい。
【0017】 本発明に従う大域的に消去する方法は、複合マトリックスの中の材料がそれら
の全体に電界により供給されるエネルギに応答して電気的状態または非導電状態
に到達するまで、電界により供給されるエネルギに対する材料の特定の応答に適
合した与えられた電界強度および/または特性を有する電界を複合マトリックス
に大域的に加える段階により特徴付けられる。
【0018】 本発明に従う電界発生器/変調器は、1つの面内に備えられた複数個の平行な
ストリップ電極を有する第1電極装置を有することと、第1面と平行な第2面の
中で第1電極から離れた位置でかつそれに重なるように備えられた複数個の平行
なストリップ電極を有する第2電極装置を有することと、ここでこれらの電極が
相互に実質的に直交してマトリックス状の配置に配向し、交差接続デバイスの上
の電極装置が制御可能な電源に接続されることとを特徴とする。電極装置の間の
空間の中の電界発生器/変調器は、それに実質的に平行な面内で電極装置から離
れておよび電極装置の間で位置決めおよび整合を同時に行って電極装置に接触す
ることなく、連続的にまたは間欠的に空間を通って供給される離散(discr
ete)部品または連続テープの形式の薄膜材料を受け入れるのに適合している
。それにより、定められたプロトコルに従って導電構造体または半導電構造体を
生成することができ、そして交差接続デバイスの上の選定された電極に電力が供
給される時、電極装置の中の選定された電極の間に点電位、線電位または面積領
域電位が生成される。それぞれの電極装置の中の電極は、それぞれの基板の表面
の上または表面の中で相互に対面して備えられることが好ましい、および/また
はその接続の中で基板の一部分として作成されそして基板材料の中の導電構造体
を形成することが好ましい。
【0019】 さらに本発明に従う利点は、電極装置の間の距離が薄膜材料の厚さに応じて制
御可能であることである。
【0020】 最後に本発明に従う利点は、電極装置のおのおのの中の電極が0.1μmと1
.0μmとの間の相互距離を有して備えられ、そして電極装置のおのおのの中の
電極が0.1μmないし1.0μmの実質的に一定の幅を有して作成されること
である。
【0021】 次に、本発明の基本原理の概観と関連して、および添付図面を参照して例示さ
れた実施例と関連して、本発明をさらに詳細に説明する。
【0022】 本発明に従う方法の基本原理により、明確に定められたモードおよび大きさの
電気伝導を有する3次元構造体が転換可能な材料(CM、convertibl
e material)の中でその場で空間的に制御されたパターン作成により
生成される。転換可能な材料は、放射線、熱、または電界の効果により可逆的に
または非常可逆的にそれらの電子的性質が転換する性質を有する材料である。本
発明に従いこのような構造体を生成する方法は、直流電界または交流電界のいず
れかの電界を用いることに基づいている。最初に、単一の層に直接に局所的電界
を加えることにより、3次元導電構造体または半導電構造体をこの種の2次元構
造体として生成することができ、そしてこれらの単一の層を多層構造体に結合す
ることにより3次元構造体となる。典型的には、電界により転換可能な材料(E
FCM、electric field−convertible mater
ial)は、例えば、分子、オリゴマ(oligomer)またはポリマのよう
な有機材料であるであろう。これらの材料は、例えば与えられた電界強度または
与えられた周波数の電界を加えと、最初の第1状態から新しい第2状態への相転
換が起こる。下記で説明されるように、第1状態から第2状態に起こる最も重要
な変化は電気伝導度の大きさであることが前提条件として必要とされる。下記に
おいて、電界により導電構造体または半導電構造体を生成および消去する方法を
図面を参照しながら全体的に説明し、およびまた具体例について個別的に説明す
る。
【0023】 ポリアニリン(polyaniline)のようなポリマの場合、デ・リーウ
(de Leeuw)ほか名の前記論文に開示されているように、観測された2
つの状態の間の導電度の比は1010の程度に大きい。この場合、単一の電子回
路の中に電気的接続を生成するために、放射線で転換可能な材料で作成された単
一層を導電状態から非導電状態にその場で転換することに関している。不純物が
添加されたポリアニリン膜(PANI膜、polyaniline film)
の中の電気的接続は、パターンに作成されたマスクを通しての深UV放射線で照
射することにより定められた。
【0024】 この基板は、柔軟であることができるまたは剛直的であることができる、また
は導電体または非導電体であることができる。電界により転換可能な異なる材料
の多層積層体を、基板の上に備えることができる。、多数個の単一層の電界によ
り転換可能な材料を空間的に制御可能な電界の中に置くことにより、電界により
転換可能な材料が要求されたパターンを有する導電体、半導電体または分離体に
作成され、そして後でこれらの層が組み合わされて多重層積層体にされる。電界
により転換可能な材料の多重層積層体は、多重層薄膜回路に関連して特に興味が
ある。多重層薄膜回路では、1つの層の中の導電構造体がその上または下に配置
される層の中の導電構造体に対して精密に制御された空間的関係を有するように
、複数個の層の中の導電線路、電流路、接続点または電極を生成することが要求
される。1つの例は薄膜電界効果トランジスタ(TFET、thin−film
field effect transistors)である。この場合には
、1つの層の中のソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極や介在する分離
層および半導電層に対して正しく配置されなければならない。また別の例はこれ
らの層の間の電気的接続である。この場合には、多くの場合における従来の解決
法は不十分である。それは例えば、異なる層の中で電気的に接続される適切な点
の間にチヤンネルまたは孔を開けるように作成し、そして回路ボードの正面から
回路ボードの裏面への接続を得るために回路ボードの中にメッキされたホールを
用いるように、これらのチヤンネルを導電材料で後で充填または蓋をする、とい
った多数個の段階を組み込むことによるためである。第3の場合は、分離層によ
って分離された2つの層の間で相互に対向して整合した導電領域を定めることに
より、静電容量の生成である。明らかに高度に導電体であるだけでなく、また多
重層構造体の中の抵抗体パターンと半導電体パターンを分離することは、非常に
重要である。下記でさらに詳細に説明されるように、本発明に従う導電構造体ま
たは半導電構造体の構造体またはパターンを生成するための方法を用いることに
より、この種のパターンを生成することができる。けれども精度と明確度とに関
して、非常に良い導電体または非常に悪い導電体のいずれかであるパターンおよ
び3次元構造体をどのようにして定めるかを強調することにより、下記の説明が
行われるであろう。
【0025】 前記で説明した多重層構造体は、完成した回路を作成するために薄膜半導体と
集積化が行われる時、特に興味がある。通常のシリコン基板の半導体的性質を活
用するマイクロ電子回路を製造するための現在の標準的な工程は、すべての活性
デバイスに対して基板を利用することができる種類に実現可能なアーキテクチャ
を自動的に限定する。3次元の導電構造体または半導電構造体を転換された1個
の積層された単一層によって生成するために、もし本発明に従う方法が用いられ
るならば、さらに多数個の層をこの積層体に結合することによりスケーリングが
全く簡単に行われるので、寸法および複雑度に関して本質的な制限がなんらない
ような方式で、デバイス全体を生成することができる。それぞれの層の厚さが例
えば10nm〜100nmの程度に薄く作成されるので、回路パターンに対する
最終の容積密度、したがって単位重量当たりまたは単位容積当たりの特性は、極
めて高いであろう。さらに、電界で転換された電子構造体を有する層を用いて混
成アーキテクチャを実現することができる。この電界で転換された電子構造体は
、従来のシリコンをベースとする電子回路の上に作成され、そしてこの従来のシ
リコンをベースとする電子回路と協力して機能する。
【0026】 本発明の基本的な目的は、前記の構造体が点電位、線電位または面積領域電位
の形式で電界を用いて生成されるように、多重層材料の中にモノリシックな形式
で3次元の導電構造体、半導電構造体または抵抗構造体を生成することである。
電界を用いて生成する方法の1つの実施例が、図2a〜図2fに示されている。
【0027】 図2aは、本発明に従う電界発生器/変調器の横断面図である。この電界発生
器/変調器は、電界により転換可能な材料に対して電気的にパターンを作成する
デバイスとして機能する。この電界発生器/変調器は、電界を発生し、およびそ
れに加えてこの電界を空間的、すなわち面内でまたは2次元の中で、変調するこ
とができることとの両方を実行する。この電界発生器/変調器は、この面内で要
求されたパターンを有する導電構造体または半導電構造体を生成することができ
る。したがって下記において、この電界発生器/変調器をEFGM(elect
ric field generator/modulator)と略称するこ
とにする。EFGM20は、図2aの横断面図および図2bの平面図に示されて
いるように、薄くて平行な電極21から構成される第1電極装置E1と、電極装
置E1から間隔距離を有しそしてそれに平行な面内に備えられたまた別の電極装
置E2とを有する。電極装置E2は同様に薄くて平行な電極22から構成される
が、電極装置E1の電極21に対して実質的に直角に配向するように備えられる
。電極装置E1、E2は電源23に接続される。電源23はここでは直流電源で
あるとして示されているが、電源23はまた交流電源であることもできる。電源
23は、それぞれの交差接続デバイス21、24を通して、電極装置E1、E2
の電極21、22に接続される。電極装置E1、E2の間の間隔距離により、S
S1で示された図2aの電界で転換可能な材料EFCMの薄膜を電極装置E1、
E2の間に、これらに接触することなく、挿入することが可能である。電極装置
E1、E2は自己保持型に作成することができる、または薄膜を保持することが
できる。ここで、いずれの場合の電極21、22も膜材料の中に埋め込まれる。
同様に、電界で転換可能な材料EFCMの層SS1は、EFGM20の中で実質
的に電極装置E1、E2の間に挿入された、連続的に移動する連続したテープで
あることができる。例えば電極装置E1の中の電極21および電極装置E2の中
の電極22に電圧を加えることにより、電極21と電極22との間の交点で層S
S1に垂直な電界が形成され、そして電極21、22の間の電界によって影響を
受ける面積領域の中で、電界で転換可能な材料SS1が非導電状態から導電状態
に転換することができるであろう。もし1つの電極21とまた別の電極22のそ
れぞれがこの方式でアドレスされるならば、それらの間の交点に1つの近似的な
点電位が得られる。もし例えば電極デバイスE1の中の1つの電極21および電
極デバイスE2の中のすべての電極22がアドレスされるならば、着目している
電極21に沿って実質的に線電位の形状の電界が得られ、それに対応して電極デ
バイスE1、E2の間に配置された層SS1の中に線状の導電構造体が生成され
るであろう。もし電極デバイスE1の中で相互に近接して配置された多数個の電
極21および電極デバイスE2の中で相互に近接して配置された対応する複数個
の電極22があるならば、電極の交点の間に生ずる電界は面積領域電位を生成し
、そして層SS1の中に例えば電気面積領域構造体を生成することができる。図
2a、図2bでは、このような導電構造体が例えば実質的に面積領域構造体とし
て生成されるが、しかし電界が生成される方式に応じて、線構造体の点として生
成されることもまた理解されるべきである。
【0028】 図2cおよび図2dは、EFGM20の電極装置E1、E2を適切な方式でア
ドレス指定することにより、例えば第2層の中に導電構造体9を生成するために
EFGM20がどのように用いられるかを示した、それぞれ横断面図および平面
図である。それに対応して図2e、図2fはまた、ここでは例えば半導電構造体
10でパターンに作成された第3層SS3を備えたEFGM20の横断面図およ
び平面図である。図2a〜図2fに示されているように、電界で転換可能な材料
EFCMのパターン作成は、分離した層SS1、SS2、SS3のおのおのに対
して行われるが、しかし前記で説明したようにこれらの層はEFCMの自己保持
の単一膜の形式で存在することができ、および図3の概要図に示されているよう
に多重層積層体に組み立てることができる。EFCMの導電構造体および半導電
構造体で実現される回路の製造は、図示されているように連続した経路の中でE
FCMのテープで行うことができる。図3では、テープのおのおのまたは膜のお
のおのは3個の膜EFCM1、EFCM2、EFCM3として示されており、そ
して電界により経路のおのおのに対する分離したEFGM20の中の要求された
空間パターンに転換される。次に、例えば接着または加熱によって層状構造にす
ることにより、多重層構造体MLS(multilayer structur
e)に組み立てられる。もちろん電界がなにも加えられていない基板の上に多重
層構造体MLSを十分に備えることができるが、しかし同じ工程段階で多重層構
造体MLSに層状化される。それぞれの場合に、例えば単一の回路を作成するた
めに、折り返すまたはコイル状にするまたはセグメントに切断するのいずれかを
行うことができる柔軟なテープMLSが得られる。図3に示されているように、
3個のテープまたは膜の形式の電界で転換可能な材料EFCMであるEFCM1
、EFCM2、EFCM3がそれぞれのロールRから引き出され、そしてそれ
ぞれのラインの中の整合ロールRb1、Rb2、Rb3、Rb4によって別々の
ラインの中に運ばれ、そしてEFGM20を通るテープに張力が与えられおよび
位置が定められる。完成してパターンに作成された膜EFCM1、EFCM2、
EFCM3が案内ロールの組Rの上を運ばれ、そしてできればさらに位置調整
の後、層状化段階Rを通って層状化されて多重層構造体MLSになる。前記で
説明したように、この多重層構造体は別のラインのまた別のロールRから引き
出された基板1を有し、そして層状化段階Rで転換された膜材料EFCMと一
緒に層状化される。このような方式で一緒に層状化されそして図2a〜図2fに
示されたようにして転換された3個の層に対して、次に図4の横断面概要図に示
されているように、基板1の上に備えられる回路構造体を得ることができる。図
に示されているように、導電構造体9および半導電構造体は相互に垂直方向に接
触する、または層SS1、層SS2、層SS3のおのおのの中で水平方向に延長
され、そしてこの種の3次元構造体が一緒になって要求されたパターンを形成す
る。
【0029】 例えば図2aおよび図2bに示されているように、非導電材料の基板の中また
は上に電界発生器/変調器EFGM20の中の電極装置E1、E2を作成するこ
とができ、そして次に電極21、22を基板の反対側の表面の上に備えることが
できる、または基板の中に埋め込むことができる。それらはまた、基板材料それ
自身の中に導電構造体を形成することができる。電極の幅および電極装置E1、
E2のおのおのの中の電極21、22の間の相互距離が、導電構造体または半導
電構造体のパターン作成の空間分解能と達成可能なピッチとに対して決定される
であろう。したがって現在の半導体技術により、0.1μmと1.0μmとの間
の幅とそれに対応する相互距離とを有する電極21、22が実現される。現在の
技術では、例えば基板の上に備えられた薄膜の中で、例えば印刷に対するナノ技
術により、または化学法によって、0.1μmまたはそれ以下の電極幅を実現す
ることが全体的には可能である。本発明に従う方法によってEFGM20で実現
される回路パターンは、シリコンをベースとする回路技術の例えばマイクロリソ
グラフィを用いることによって最適に達成可能である回路パターンと少なくとも
寸法的には矛盾しないであろう。導電構造体または半導電構造体、すなわち回路
パターン、がその中に生成される薄膜材料の厚さに応じて、電極の間に形成され
る電位を最適に定めるために、電極デバイスE1、E2の間の距離を制御するこ
とができる。この制御は、図示されていないが当業者には周知であるマイクロ機
械によるサーボ制御装置により行うことができる。回路パターンを生成している
期間中、電極の間のブレークダウンを防止するために、電極の間のスペースに大
きな誘電強度を有する分離用ガスを充填することができる。
【0030】 例えば図2aおよび図2bに示されているようなEFGM20の中の電源23
は、直流電流源または交流電流源のいずれかであることができる。電源23は制
御された電源として実現されることが好ましく、そして異なるモードおよび異な
る特性の電流を電極装置E1、E2に供給できることが好ましい。したがってこ
の目的のために、電源23と交差接続装置24、25との両方が要求された回路
パターンに対するプロトコルに従ってプログラムすることができる図示されてい
ない外部制御デバイスに接続され、そして電極装置E1、E2の間の層材料また
は薄膜材料の中の要求された導電構造体または半導電構造体の生成を対応して制
御する。任意の外部源から図示されていない制御デバイスにプロトコルおよび要
求されたソフトウエアをロードすることができ、そしてしたがってEFGM20
を用いての回路の製造を遠隔の場所から管理することを妨げるものは何もない。
【0031】 本発明に従う方法に用いることができる電界で転換可能な材料EFCMと前記
方法の実施例に用いることができる特定の技術とに関して、次に詳細に説明する
。材料をその場で電界により転換することの基本原理は、空間的に変調された電
界および/または強度が変調された電界により導電構造体または半導電構造体を
生成することである。それに加えて、この転換それ自身は可逆的または不可逆的
であることができる。その具体例を下記で説明する。現在のEFCMは初期の開
発段階にあり、そしてこの分野の進行中の研究および開発の努力は利用可能な材
料の数を劇的に増大させることが期待できるであろうことを述べておかなくては
ならない。
【0032】 本発明において、それらに電界が再び加えられて材料が最初の状態に戻るまで
、電界を加えることによりこの状態に止まるEFCMを用いることは、特に好ま
しい。これはとりわけ、異なる有機マクロ分子の場合であり、および分子電子材
料として全体的に知られている他の材料の場合である。この種類の材料の場合が
、Z.Y.ヒュー(Z.Y.Hue)およびG.R.チェン(G.R.Chen
)名の論文「光学的、電気的および電子的薄膜メモリのための新規な材料(A
new material for optical,electrical
and electronic thin film memories)」、
バキューム(Vacuum)、第43巻、第11号、1019頁〜1023頁(
1992年)に開示されている。この材料はTCNQ(7,7,8,8−テトラ
シアノキノジメタン(7,7,8,8−tetracyanoquinodim
etan)、C12)により作成された有機金属電荷移動錯体M(TC
NQ)である。この錯体は、電子リッチのドナーとして異なる金属と共に、電子
アクセプタ分子として機能する。この金属はLi、Na、K、Ag、Cuまたは
Feであることができる。M(TCNQ)は、電界を加えることによりおよびま
た熱または光線の形式でエネルギを供給することにより、高インピーダンス状態
から低インピーダンス状態に転換する。全体的に言えば、この反応は下記のよう
に書くことができる。
【化1】 [M(TCNQ)n←e hv,E→+(TCNQ)+[
(TCNQ)n−x 熱、電界または光子放射線の形式でエネルギεを加えることにより逆の反応を
得ることができるので、この工程は可逆的である。これが可逆的反応であるため
に、M(TCNQ)を用いて、例えば消去可能なメモリ材料である2安定スイッ
チング媒体を生成することができる。本発明に従う方法では、電界だけが用いら
れ、放射線は用いられない。例えば厚さが100nm〜200nmの薄い層では
、M(TCNQ)は電圧・電流特性が非線形であり、そのあるものはROM型お
よびRAM型のメモリを実現するのに用いることができる。この目的に対しては
、M(TCNQ)は安定でありそして再現性のよい電流制御2安定スイッチング
が可能である点で特に興味深い。電気的にアドレス可能なメモリでは、例えば高
インピーダンス状態は2進値1を表すのに用いることができ、そして低インピー
ダンス状態は2進値0を表すのに用いることができる。2つのこのような状態の
間の遷移時間は400ns以下である。関連する材料のまた別の例は、W.シュ
ー(W.Xu)ほか名の論文「電気的2安定状態を有する2つの新規な全有機錯
体(Two new all−organic complexes with
electrical bistable states)」、アップライド
・フィジックス・レターズ(Appl.Phys.Lett.)、第67巻、2
241頁〜2242頁(1995年)に開示されている。この論文には関連する
文献が紹介されている。言及されている材料は、電界を用いた場合に導電状態か
ら非導電状態への転換およびその逆の転換に対して、2安定でありそして明確に
定められた閾値を有する。
【0033】 TCNQを含む電界で転換可能な材料では、熱の形式でエネルギが供給された
時に非導電状態から導電状態への転換がまた起こることができる。電界で転換可
能な材料は基本的に誘電体または抵抗率の大きな材料であるので、電極に適切な
周波数を有する交流電界がこの材料に加えられると、電位領域に熱を誘起するこ
とがあり、そしてこの時にこの領域の中の非導電状態から導電状態への材料の転
換に伴う加熱が起こることが可能である。この時に電源が交流電源として動作し
なければならなく、そしてこの熱転換は電界によって有機された2次効果と見な
されなければならない。生成された導電構造体または半導電構造体を空間的に良
好に定めることを得るために、交流電界により材料の中に誘起される熱領域を精
密に制御しなければならない。この熱領域はすなわち材料の中を伝搬し、そして
温度を増大させ、そして生成された構造体の空間的広がりを理想的には定めるで
あろう電位領域の外の材料の電気的性質に影響を与えることがある。もし電界で
転換される材料が無限に薄い層であると見なされるならば、活性化された電極の
交点の範囲内の例えば点電位から、下記の式により定められる熱拡散長を有する
距離まで温度の増大自身を感ずるであろう。
【数1】 ここで、次の材料パラメータが用いられている。 κ=熱伝導率 f=1/τは特性周波数であり、パルスの持続時間τの逆数にほぼ等しい、 ρ=材料の密度、 c=材料の比熱。
【0034】 熱拡散を小さくするためにおよび要求された導電構造体または半導電構造体を
空間的に尖鋭に定めるために、大きな電界強度を供給し、そして電界で転換可能
な材料の結果としての高速転換を伴う電位領域の中の高速温度増大を提供する、
交流電流パルスを用いなければならないことが式1から分かる。このことは、高
い周波数を有する大きな電界強度と、厚さが100nmの薄膜の形式の電界で転
換可能な材料を用いることとを組み合わせることにより達成することができる。
せいぜい数マイクロ秒の交流電流パルスを用いることにより、好ましくない熱拡
散を効果的に避けることができると考えられる。この関連において、生成された
導電構造体および半導電構造体を理想的に定める電位領域に、要求された大きさ
の導電度に電界の特性がまた適合しなければならない。
【0035】 薄膜材料または他の種類の電子材料の中の異なる層の間の電気的接続は、マイ
クロ電子装置の製造に対して大きな難問を提出する。それぞれの層面の中および
これらの面に垂直な方向の導電路の位置を精密に定めることは最も重要である。
精密な位置決定は、層に垂直な方向の接続を得るために、典型的には導電材料で
充填することができる孔またはホールを作成する段階を有する。先行技術におけ
るホールの物理的製造では、孔開け、打ち抜きまたはエッチングの手段によって
行われ、そして導電材料が機械的充填、電気メッキなどによって加られる。この
種類の非常に精密な工程は大幅に複雑であり、そして付随する限定された精度と
共にコストが大幅に増大する。
【0036】 本発明では、接続および能動デバイスや受動デバイスは、導電構造体および半
導電構造体をそれぞれの層の中に定めるのと同じ工程のシーケンスで生成するこ
とができる。すなわち、また別の製造段階や他の種類の製造段階に頼るのではな
く、構造体それ自身と同じ種類の空間的精度でもって生成することができる。図
5は、例えば層SS5の中の導電構造体の一部分とそれから離れた位置にある層
SS8の中のまた別の導電構造体9の一部分との間に単一の導電路9が生成され
るという特定の場合に対して、その基本原理を示した図である。導電構造体また
は半導電構造体の終端点の間の複数個の隣接する層のおのおのの同じ位置に小さ
な面積領域の転換を繰り返すことにより、導電材料の柱状体9′が図5に示され
ているように作成され、そして第1導電構造体を含む出発層SS5から第2導電
構造体を含む最終層SS8まで導電度が階段的に得られる。柱状体9′の横断面
は、選定された電界のパターンにより任意に定めることができる。この工程をそ
のまま拡張することにより、多数個の平行な導電柱状体を生成することができる
。図5から分かるように、これらの柱状体はそれぞれ異なる層に始まりそして異
なる層で終わることができる。垂直導電構造体9′の1個または複数個の導電柱
状体と接続している導電構造体9で寄与する与えられた層では、垂直導電構造体
9′は、この層の中で、例えば図5のSS6の中で、パターンに作成される他の
導電構造体9または他の半導電構造体10と同時に作成されるであろう、すなわ
ち他の処理工程段階または異なる処理工程段階を実行することなく作成されるで
あろう。非導電状態から導電状態への転換またはその逆の転換の程度は、典型的
には、電界強度および/または電界の持続時間に多分またよるその時間特性によ
って制御することができる。したがって、2つの異なる層の中の点を接続する柱
状体は、その柱状体に沿って層から層へのセグメントの中の導電度の大きさを選
定することにより、それが回路の中の抵抗器として機能するように作成すること
ができる。
【0037】 3次元に生成された導電構造体または半導電構造体を消去する方法は、本発明
の一部分を形成する。
【0038】 図2a〜図2fのいずれかに示されたようなEFGM20と適切なスペクトル
変調とを用いて、原理的に、単一層の中の導電構造体または半導電構造体を選択
的に消去することができる。けれども、多重層構造体MLSを単一層に結合した
後、現在の消去は多重層構造体により大域的に実行できるだけであり、マトリッ
クスの場合には、与えられた電界の強度および/または特性でもって電界が大域
的に加えられる、および電界により供給されるエネルギに対する材料の固有の応
答に多分適応される。次に、そのマトリックスが全体として非導電状態、もしそ
れが例えばM(TCNQ)のような材料で作成されている場合の状態、に到達す
るまで、このマトリックスの中の材料は再び転換されるであろう。その後、多重
層構造体またはM(MTCNQ)材料のマトリックスは新しい導電体構造体およ
び半導構造体で再構成されるが、しかし電界を用いることによりこれはいまは可
能ではない。けれども、同時に受け付けられた国際特許出願第PCT/NO99
/00023号に開示されているような生成方法を用いることができる。この国
際特許出願第PCT/NO99/00023号は、本出願に従属する。
【0039】 本発明に従う生成法は適切な材料を分離状態から半導電状態にまたはその逆に
直接または間接のいずれかで(例えば間接の場合に同時の局所的加熱により)変
換することを可能にするので、抵抗器およびコンデンサと電気的に接続して完全
な活性電子回路を作成するために、例えばダイオードおよびトランジスタに対す
る製造法に応用することが可能であるであろう。活性部品およびそれで作成され
る回路のさらに具体的な実施例は、下記の実施例によって開示されるであろう。
【0040】実施例1 図6は、本発明に従う方法によって生成され、そして4個の層SS1〜SS4
を有する薄膜技術で実現された、導電構造体および半導電構造体を有する順方向
にバイアスされたPN接合の図である。層SS2および層SS3は、部分層SS
1および部分層SS4のそれぞれの中の電極11の間に備えられた活性半導電性
材料を有する。部分層SS2の中の活性材料10はN形不純物が添加された半導
体であり、一方部分層SS3の中の活性材料10′はP形不純物が添加された半
導体である。層SS1および層SS4の中の電極11は、同じ層の中の水平導電
構造体すなわち導電路9に接触する。図6のダイオード構造体の中の分離層の厚
さは典型的には約100nmであり、その構造体の全体は1μm以下の厚さを有
する多重層構造体を形成する。このダイオード構造体の面積領域の水平方法の広
がりはEFGMを用いて実現される空間分解能によって決定されるであろうが、
しかし図2a〜図2fに示されたような電極装置E1、E2でもって、従来のリ
ソグラフィ法によりまたは前記の国際特許出願第PCT/NO99/00023
号に開示されているような放射線で転換可能な材料および方法を用いることによ
り、ピッチがの大きさが0.2μm〜1.0μmの程度である電極21、22を
作成することが可能であるであろう。特別の印刷法またはナノ技術および化学法
を用いることにより、さらに1桁小さい電極構造体を実現することがなおまた可
能であるであろう。現実的には、電極デバイスを作成するための利用可能な技術
を用いて、点電位および線電位を空間的に2次元で最小寸法0.1μmにまで変
調することが可能であると考えられる。
【0041】実施例2−MOSFET 図7は、本発明に用いられそして薄膜技術の中で有機材料で全体的に実現され
るMOSFETの概要図である。ゲート電極12が部分層SS1の中に備えられ
そして水平導電構造体9と接続され、一方部分層SS2はゲート分離体13を形
成する。活性半導電性材料10が部分層SS3の中に備えられ、そしてゲート電
極10と整合している。ソース電極およびドレイン電極14はそれに続く上側層
SS4の中に備えられ、そして同じ層の中の水平導電構造体9と接触する。これ
らの層のおのおのは、導電構造体または半導電構造体のいずれかおよび誘電体領
域を有する。この種のMOSFETの厚さは1/2μmであることができ、一方
本発明の技術で実現することができるような水平面の中の広がりはせいぜい数μ
mから1μm以下であるであろう。実施例1での説明を参照されたい。
【0042】実施例3−論理CMOS反転器 図7に示されたMOSFETは、論理ゲート、例えば図8に示されているよう
にCMOS技術の中の論理反転器、に用いることができる。この種の反転器は、
共通のゲート電極を有して、背中合わせ構造のN形MOSFETおよびP形MO
SFETのそれぞれの中のドレイン電極およびソース電極を並列接続することに
より形成される。この目的のために、垂直導電構造体15が生成される。垂直導
電構造体15は、部分層SS1〜SS7の全部を貫通しそして電極14′に接続
される。この反転器からの出力信号は、導電構造体15を通って、図の左の水平
接続構造体9に送られる。MOSFETの共通ゲート電極は、図の右の部分層S
S4の中の水平な導電構造体9を通して、入力信号を受け取る。この時、すべて
の部分層の厚さは1μm以下であり、典型的には約0.7μmの厚さで実現され
るであろう。一方反転器の水平方向の広がりは、図7のMOSFET構造体に関
連して前記で説明したのと同じ寸法を有するであろう。
【0043】実施例4−CMOS ANDゲート 図7に示されたMOSFET構造体と同様の活性部品を用いて、要求された電
気的性質を有しそして有機薄膜技術で全体的に実現される構造体を有する部分層
の積層することによって、集積回路を作成することができる。具体的に言えば下
記の実施例は、図7に示されたようなトランジスタ構造体を用いてCMOS技術
で実現されるANDゲートに関する実施例である。電界効果トランジスタのよう
な活性デバイスが多重層構造体の中で例えば論理ゲートのような機能デバイスの
中にどのように組み合わせることができるかの理解を容易にするために、図9が
参照される。図9は、相補形MOS技術(CMOS技術)で実現されるANDゲ
ートに対する回路図である。このCMOS ANDゲートは、エンリッチ型のN
形MOSFETおよびP形MOSFETをそれぞれスイッチとして用いて実現さ
れる。2つの入力信号Aおよび入力信号BがP形MOSのQおよびQのゲー
ト電極に送られ、およびN形MOSのQおよびQのゲート電極に送られる。
もし入力信号スイッチAおよびBの両方が高レベルであるならば、出力信号Xバ
ーは低レベルであるであろう。この場合、QおよびQは両方ともオンであり
そしてP形MOSスイッチQおよびQは両方ともオフであるであろう、すな
わち電流は流れなく、したがって出力信号Xバーは低レベルに進む。もしそれと
は異なって、入力信号Aまたは入力信号Bのいずれかまたは両方が低レベルであ
るであるならば、それに対応してP形MOSトランジスタQとそれぞれQ
オンにスイッチされ、そして直列に接続されたN形MOSのQおよびQの一
方または両方がオフでありそして電流は流れないので、出力信号Xバーは高レベ
ルに進む。容易に分かるように、デバイスQ、Q、Q、QはNANDゲ
ートを実現し、そしてANDゲートを実現するためにはNANDゲートの出力を
論理反転器と接続することが必要であり、このことはまた並列に接続されたP形
MOSスイッチQとN形MOSQスイッチとをそれぞれ用いてCMOS技術
で実現される。これは標準的CMOS反転器であり、そしてもしその入力信号X
バーが高レベルであるならば、その出力信号Xは入力信号Xバーの反転である、
したがって低レベルであるあろう。逆に、低レベル入力信号Xバーは反転されて
高レベル出力信号Xになるであろう。このことは、NANDゲートに対する入力
信号AおよびBは両方とも高レベルであることに対応する。換言すれば、図9に
示されたような回路はANDゲートを実現することが容易に分かり、そしてそれ
に対応して論理ORゲートおよび論理NORゲートが任意の数の入力を有して実
現できることが、当業者には理解されるであろう。けれども原理的には、すべて
のブール関数は、1つの種類のゲートと、例えば図7に示されたようなトランジ
スタ構造体を用いてCMOS技術で実現される1個または複数個の反転器とを、
組み合わせて実現することができる。
【0044】 ANDゲートは純粋に実際的に、図10a〜図10dに示されたような薄膜技
術の中で図7に示された構造体に対応するMOSFETを用いて実施することが
できる。図10a〜図10dは、4個の部分層SS1、SS3〜SS5の中に備
えられた能動デバイスおよび受動デバイスでもって薄膜技術で全体的に実現され
るANDゲートの図である。第1部分層SS1(図10a)はゲート電極g
を有する。ここで、下付添字は図9のMOSFETQ〜Qに対応する添
字を示す。入力Aおよび入力Bは、水平導電構造体すなわち電流路9を通して、
ゲート電極g、gおよびg、gにそれぞれ送られる。それに対応して、
反転器の中のゲート電極g、gは水平電流路9に接続される。垂直導電構造
体が15で示されている。記号△は、垂直導電構造体15が部分層SS1から垂
直方向の上向きに延長されていることを示す。図10bにおいて、記号△および
記号▽は、部分層SS3の中の垂直導電構造体15がこの層を通って垂直方向に
上向きと下向きとの両方に延長されていることを示す。層SS3は活性半導体材
料b〜bを備えた領域(図7の10に対応する)を有する。これらの領域は
、層SS1の中の対応するゲート電極g〜gのそれぞれに割り当てられそし
て整合している。層SS2は、この部分層を通って垂直方向に上向きと下向きと
の両方にまた延長されている垂直導電構造体15を除いて、全体が誘電体材料で
埋められていることに注意されたい。この誘電体材料は、ANDゲートを実現す
るMOSFETのQ〜Qのための共通ゲート分離体を形成する。もちろん、
層SS2はSS1とSS3との間に配置されるが、しかし図面では省略されてい
る。図10cの層SS4は、層SS3の上でそれに隣接して備えられ、そして対
応するMOSFETのQ〜Qに対してソース電極s〜sおよびドレイン
電極d〜dをそれぞれ有する。層SS3の中に配置された活性半導体材料d
〜dは、ここでは点線で示されている。垂直電流路15がまた層SS4を通
り上方向と下方向との両方に延長され、および図10dに示されているように部
分層SS5の中の水平電流路9に接触する。この水平電流路は、対応するMOS
FETのQ、Qに対するドレイン電極のdとdとの間の接続に対応し、
およびQのドレイン電極dと付加的にまた接続される。また別の水平電流路
9は、Qのソース電極sとQのドレイン電極dとの間の直列接続を実現
する。ソース電極sおよびsはまた別の水平電流路9を通してアースに接続
され、一方層SS5の中の最も右の水平電流路9は電圧Vddを供給し、および
、QおよびQをそれぞれのソース電極s、s、sを接続する。図
10dの最も上のまた別の水平電流路9は、Q、Qのドレイン電極d、d
とXで示された出力線路との間の並列接続を形成する。Q、Q、Q、Q
で構成されるNANDゲートからの出力信号Xバーは、垂直電流路15に送ら
れる。図11は、図10のそれぞれの層がどのように積層されるかを示した概要
図である。この図には、ゲート分離体である層SS2も示されている。けれども
図を明確にするために、この積層体は分離した部分層SS1〜SS5に分解して
示されているが、しかし正しく整合して配置されており、すべての部分層を貫通
する垂直電流路15が点線で示されている。下側の図示されていない誘電体層の
上に備えられたゲート電極層SS1〜SS5の場合、図11に示されたAND構
造体の全体の厚さは0.75μmであることができ、そしてその面積領域は約1
00μm(12.8μm)であることができる。したがって、この構造体の
容積は約75μmである。控え目な空間分解能の場合、このことは1mm
面積領域の上に10000個のこの種の論理ゲートを実現することができ、そし
てその厚さは1μm以下である。それに対応して、電流路9、15の長さは合わ
せて60μmになる。
【0045】実施例5−垂直に積層されたCMOS回路を有するANDゲート 電流路の長さを短くしそしてANDゲートの構造を大幅に単純化することは、
図12に示されたようにMOSFET構造体を垂直に積層することにより達成す
ることができる。図12では、図10および図11と同じ参照番号が用いられて
いる。この垂直ANDゲートは、トランジスQ、Qのゲート電極gおよび
が同じ共通電位にあり、Q、Qのゲート電極gおよびgがまた別の
共通電位にあり、およびQ、Qのゲート電極gおよびgが第3の共通電
位にあるという事実を利用していることが分かるであろう。したがって、対応す
るMOSFET構造体Q、Q;Q、Q;Q、Qに対して共通ゲート
電極g、g;g、g;g、gにより、対になった背中合わせの構成
のCMOS回路としてトランジスタQ〜Qを実施される。CMOS回路のお
のおのは分離層の上に備えられる。この分離層は図12において、MOSFET
構造体のおのおのの中のQの下、QとQの間およびQとQの間に配置
される。もちろんゲート電極gはまた、それぞれのゲート分離体を構成する明確
には図示されていない分離層により、活性半導体材料bから分離される。図10
および図11の水平電流路はここでは実質的に垂直電流路によって置き換えられ
ている。この垂直電流路はこれらの層を貫通して延長され、そして図9の等価回
路に示されたのと同じ接続を有する。特に、図10の構成体で垂直にまた実現さ
れた電流路15が示されており、そして電流路15は図から分かるように、Q
、Qのドレイン電極d、dとQのドレイン電極dとの間の接続と共に
、Q、Qのゲート電極g、gを前記のように接続する。
【0046】 基板1を有する図12の垂直ANDゲート構造体は、合計で24個の部分層を
生成する。その中の6個の比較的に厚い分離層はゲート分離体を形成し、そして
3個の対応する厚い分離層はMOSFET構造体の対になった組合せ体を相互に
分離する。したがって、図11の説明に関連して示されたのと同じ寸法の場合、
図12の積層構造体の全体の厚さは約3.0μmであり、そして16μmの面
積領域の上に備えられる。したがって、全容積は50μm以下であり、図11
の構成体に比べて1/3の容積の減少である。けれども、最も重要なのは電流路
である。図11の構成体では、示された寸法から電流路の長さは52μmである
が、図12の構成体では、最適の実施例では約15μmで十分である。このこと
は、約70%の減少を意味する。このことに関連して特に注意したいことは、図
12は概要図であることと、明確に示すために垂直電流路が水平面内で相互にず
れていることである。けれども、これらは同じ面内にあり、構造体の1つの側面
に平行に配置される。
【0047】 現在の薄膜技術の範囲内で、そして転換可能な有機材料を照射することにより
薄膜の中に導電構造体および半導電構造体を生成するために前記で説明した技術
を用いて、水平方向の寸法を小さくし部品集積度を少なくとも1桁増大させるこ
とが全体的に可能である。このことは、図11の構成体が1mmの上に前記で
説明した種類の論理ゲートを約10個実現し、そして層の厚さは十分に1μm
以下であるが、一方図12の構成体では、同じ面積領域の上に約6×10個ま
たはその何倍かが実現され、デバイスの集積度は図11の構成体に比べて約33
%増加する。
【0048】 単一層の処理工程、すなわち導電構造体および半導電構造体の処理工程は、電
界による転換が行われた後、そして図2a〜図2fおよび図3に示されたように
実行される時、可能な後処理および補正を有することができる、例えば、分離し
た層が多重層に結合された前に可能な熱処理を行いそして積層された回路構成体
を作成することができる。
【0049】 例えば転換の後の単一層の熱処理を制御することにより、導電体または半導体
の性質を制御することができる、例えばモノマのオリゴマまたはポリマへの転換
、不純物添加、結晶化などを制御することができる。このような処理工程は周知
であり、そして広い応用を有しいる。したがって、具体例はここでは取り上げな
いことにする。熱処理は、例えば放射線により実行することができる。また別の
可能性は、交流電界を用いることである。原理的には、交流電界を用いてEFC
Mの電界による転換をまた実行することができる。この場合にはもちろん、図2
a〜図2fに示された電源23は交流電源でなければならない。その関連におい
て、交流電界が加えられる抵抗材料が加熱されることに注目されたい。非導電状
態から例えば導電状態への遷移を生成するために交流電圧を用いることにより、
このようにして生成された導電構造体の加熱を行うことができ、そして可能な要
求された熱処理をその場で行うことができ、そして同時に転換工程を行うことが
できる。
【0050】 層の中に例えば有機材料を用いることによりそして転換により導電造体および
半導電構造体を生成することにより、および本発明に従い電界の手段により、今
日の無機半導体技術でもって可能であるよりもはるかに簡単でかつ廉価な電子デ
バイスの製造法を得ることができる。図7に示されているように、回路の製造に
おいてもしリール対リールの配置体が用いられるならば、大量にそして高速にお
よび本質的に寸法の制限がなく製造を行うことができる。けれども、分離した層
を多重層構造体に結合しそして積層された構成体を作成する場合、分離した層の
中の垂直導電構造体が相互に確実に整合するために、および例えば電極と半導体
構造体の中の活性半導体材料とが確実に整合するために、層の間の整合がとりわ
け重要である。整合精度に対する要求は、導電構造体および半導電構造体の製造
の中で実現することができるが、しかしまた実際には、制御および位置決めに対
する干渉法、光学的に記録可能なマーキング、または機械的または電気的なナノ
技術を用いることにより実現することができる、ピッチにより与えられるであろ
う。けれども、このような計測は本発明の範囲外であり、したがって詳細には考
察されないが、しかし当業者には周知であるはずである。
【0051】 本発明に従う生成法を用いることにより、多重層の設計の中における与えられ
た回路構成体に対するプロトコルは回路の製造場所から遠隔で生成されそしてそ
れに送信されて、製造場所における物理的回路パターンの生成をその場で制御す
る例えば制御デバイスにダウンロードすることができる。したがってそれにより
ユーザは、必要な命令および情報を送信することにより、固有の明細書に従って
遠隔処理により回路を生成および生産することができる。したがって本発明によ
り、根本的に新規な内容を有する概念応用の回路製造および顧客指定の回路製造
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 先行技術による光で転換可能な材料で作成された電極を有するMISFETの
図。
【図2a】 本発明に従う電界発生器/変調器(EFGM)の実施例であってと本発明に従
う生成法の第1段階で使用された該実施例の横断面概要図。
【図2b】 本発明に従う電界発生器/変調器(EFGM)の実施例であって本発明に従う
生成法の第1段階で使用された該実施例の平面概要図。
【図2c】 図2aと図2bに示されかつ本発明に従う生成法の第2段階で使用されたEF
GMの横断面概略図。
【図2d】 図2aと図2bに示されかつ本発明に従う生成法の第2段階で使用されたEF
GMの平面概略図。
【図2e】 図2aと図2bに示されかつ本発明に従う生成法の第3段階で使用されたEF
GMの横断面概略図。
【図2f】 図2aと図2bに示されかつ本発明に従う生成法の第3段階で使用されたEF
GMの平面概略図。
【図3】 単一層の層状体を多重層構造体に組み合わせる、本発明に従う生成法の実施例
の概要図。
【図4】 図2a〜図2fに示された段階により生成された導電構造体および半導電構造
体を有する多重層構造体の横断面図。
【図5】 本発明に従う方法により生成された導電構造体または半導電構造体を有する層
状化された多重層構造体の横断面図。
【図6】 本発明に従う方法により生成されたダイオード構造体の横断面図。
【図7】 本発明に従う方法により生成されたMOSFET構造体の横断面図。
【図8】 図7のMOSFET構造体に基づきおよび本発明に従う方法により生成された
論理反転器構造体の横断面図。
【図9】 CMOS技術で実現されたANDゲートの等価回路図。
【図10a】 図7に示されたMOSFET構造体を用いそして本発明に従う方法により生成
され及び本発明に従う等価回路図に従うANDゲート構造体の1つの部分層の平
面図。
【図10b】 図7に示されたMOSFET構造体を用いそして本発明に従う方法により生成
され及び本発明に従う等価回路図に従うANDゲート構造体の別の部分層の平面
図。
【図10c】 図7に示されたMOSFET構造体を用いそして本発明に従う方法により生成
され及び本発明に従う等価回路図に従うANDゲート構造体の更に別の部分層の
平面図。
【図10d】 図7に示されたMOSFET構造体を用いそして本発明に従う方法により生成
され及び本発明に従う等価回路図に従うANDゲート構造体の更に別の部分層の
平面図。
【図11】 積層された多重層構成体としてであるが別々の部分層に分解された図10のA
NDゲート構造体の図。
【図12】 垂直型構成体に相互に接続された分離したMOSFET構造体を有する図10
のANDゲート構造体のまた別の変更実施例の概要図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/786 H01L 29/78 618B 21/336 29/91 C 29/861 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,HR,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,U Z,VN,YU,ZW (72)発明者 グデセン、ハンス、グデ ノールウェイ国 ガムレ フレドリクスタ ド、 テイリハンスベイエン 5 Fターム(参考) 4M106 AA10 AA20 AB01 AB07 AD00 BA12 BA14 DJ14 5F048 AA06 AB01 AB03 AC03 AC10 BA17 BB04 BB12 BC15 CB01 5F110 AA24 BB04 CC01 EE14 GG05 GG22 【要約の続き】 を生成するために、EFGM20は電極デバイスE1、 E2の間に薄膜材料を受け入れるようにが適合してい る。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複合マトリックスの中に2次元または3次元の導電構造体ま
    たは半導電構造体を生成する方法であって、前記マトリックスが空間的に分離し
    および均一な1個または複数個の材料構造体をそれぞれ備えた1個または複数個
    の材料を有し、前記材料がエネルギが供給されるのに応答して非導電状態から導
    電状態または半導電状態に遷移するまたはその逆に遷移する状態の特定の変化お
    よび/または化学的変化または材料の導電モードの変化を行うことができ、材料
    構造体のおのおのが薄層の形式に作成され、そして、電界により供給されるエネ
    ルギに対する材料の特定の応答に適合した与えられた電界強度および/または特
    性を有する電界を分離した層に加える段階と、関連する材料構造体の中の導電構
    造体または半導電構造体の予め定められたパターンを表す定められたプロトコル
    に従ってそれぞれの場合に電界を空間的に変調する段階とを特徴とし、それによ
    り電界によって供給されるエネルギに応答して前記層の中に2次元の導電構造体
    または半導電構造体が前記プロトコルによって予め定められたパターンをもって
    生成され、分離した隣接する層によって作成される前記複合マトリックスが3次
    元の導電構造体または半導電構造体でもって提供するように積層された構成体の
    中に2個またはさらに多数個の層をオプションで備える段階を有することとを特
    徴とする前記方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された方法において、パターンに作成された
    電極を備えた電極デバイスにより、導電構造体または半導電構造体を生成する点
    電位または線電位を生ずる定められたプロトコルに従い前記電極デバイスの電極
    に電圧を選択的に加えることにより、層と実質的に平行な面の中の電界を空間的
    に変調する段階を特徴とする前記方法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載された方法において、それぞれの層の中の導
    電構造体または半導電構造体が生成された後3次元の導電構造体または半導電構
    造体で複合マトリックスを形成する層状化された多重層構造体に組み合わされる
    2個またはさらに多数個の層によって積層された構成体が作成される段階を特徴
    とする前記方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載された方法において、2個またはさらに多数
    個の自己保持層を積層された構成体に層状化することによって形成された多重層
    を作成する段階を特徴とする前記方法。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載された方法において、隣接する層に対する層
    状化の後プロトコルに従って前記第1層の中の2次元の2個またはさらに多数個
    の導電構造体または半導電構造体が隣接する層の中の2次元の1個または複数個
    の導電構造体または半導電構造体と整合するように層の位置を決める段階を特徴
    とし、それにより1個または複数個の垂直導電構造体または半導電構造体がこれ
    らの層を貫通する交差方向に生成される、前記方法。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載された方法において、層の中に2次元の1個
    または複数個の導電構造体または半導電構造体との導電性接続または半導電性接
    続において、プロトコルに従ってこの層を貫通する垂直チヤンネルを形成する導
    電構造体または半導電構造体を備える段階を特徴とする前記方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載された方法において、これらの層の間では一
    定である導電度または導電モードを有するそれぞれのチヤンネルを生成する段階
    を特徴とする前記方法。
  8. 【請求項8】 請求項6に記載された方法において、これらの層の間で変化
    する導電度または導電率を有するそれぞれのチヤンネルを生成する段階を特徴と
    する前記方法。
  9. 【請求項9】 複合マトリックスの中で2次元または3次元に生成された導
    電構造体または半導電構造体を大域的に消去する方法であって、空間的に分離し
    そして均一な1個または複数個の材料構造体の中にそれぞれ備えられた1個また
    は複数個の材料を前記マトリックスが有し、エネルギの供給に応答して前記材料
    が非導電状態から導電状態または半導電状態にまたはその逆に遷移する状態の特
    定の変化および/または化学変化または材料の導電モードの変化を行うことがで
    き、材料構造体のおのおのが薄層の形式に作成され、そして前記複合マトリック
    スの中の材料がそれらの全体に電界により供給されるエネルギに応答して導電状
    態または非導電状態に到達するまで電界により供給されるエネルギに対する材料
    の特定の応答に適合した与えられた電界強度および/または特性を有する電界を
    前記複合マトリックスに大域的に加える段階を特徴とする前記方法。
  10. 【請求項10】 複合マトリックスの中で2次元または3次元の導電構造体
    または半導電構造体をパターンに作成および生成するための電界発生器/変調器
    (EFGM)であって、空間的に分離しおよび均一な1個または複数個の材料構
    造体の中にそれぞれ備えられた1個または複数個の材料を前記マトリックスが有
    し、供給されたエネルギに応答して前記材料が非導電状態から導電状態または半
    導電状態にまたはその逆に遷移する状態の特定の変化および/または化学変化ま
    たは材料の導電モードの変化を行うことができ、材料構造体のおのおのが薄層の
    形式に作成され、そして面の中に備えられた複数個の平行なストリップ電極(2
    1)を備えた第1電極装置(E1)を有することと、第1電極装置(E1)から
    一定の距離の位置に備えられおよび電極(21、22)がマトリックス状の構成
    に実質的に直交して相互に配向するように前記第1面と平行な第2面の中で重な
    っている複数個の平行なストリップ電極(22)を備えた第2電極装置(E2)
    を有することと、交差接続デバイス(24、25)の上の電極装置(E1、E2
    )が制御可能な電源(23)と接続されることと、それに実質的に平行な面の中
    で電極装置(E1、E2)から離れておよび電極装置(E1、E2)の間で同時
    に位置決めおよび整合して前記電極装置に接触することなく連続的にまたは間欠
    的に空間を通って供給される離散部品または連続テープの形式の薄膜材料を受け
    入れるために電極装置(E1、E2)の間の空間の中の前記電界発生器/変調器
    (20)が適合していることとを特徴とし、それにより交差接続デバイス(24
    、25)の上の電極(21、22)に電力が供給される時電極装置(E1、E2
    )の中の選定された電極(21、22)の間に点電位、線電位または面積領域電
    位によりおよび定められたプロトコルに従って導電構造体または半導電構造体を
    生成することができる、前記電界発生器/変調器。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載された電界発生器/変調器において、そ
    れぞれの電極デバイス(E1、E2)の中の電極(21、22)がそれぞれの基
    板の相互に対面する表面の上および表面の中に備えられることを特徴とする前記
    電界発生器/変調器。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載された電界発生器/変調器において、ス
    トリップ電極(21、22)が基板の一部分として作成されそして基板材料の中
    に導電構造体を形成することを特徴とする前記電界発生器/変調器。
  13. 【請求項13】 請求項10に記載された電界発生器/変調器において、電
    極装置(E1、E2)の間の距離が薄膜材料の厚さに応じて制御可能であること
    を特徴とする前記電界発生器/変調器。
  14. 【請求項14】 請求項10に記載された電界発生器/変調器において、電
    極装置(E1、E2)のおのおのの中の電極(21、22)が0.1μmと1.
    0μmとの間の相互距離をもって備えられることを特徴とする前記電界発生器/
    変調器。
  15. 【請求項15】 請求項10に記載された電界発生器/変調器において、電
    極装置(E1、E2)のおのおのの中の電極(21、22)が0.1μmないし
    1.0μmの実質的に一定の幅を有して作成されることを特徴とする前記電界発
    生器/変調器。
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