NO321381B1

NO321381B1 - Elektrisk viaforbindelse og tilknyttet kontaktanordning samt fremgangsmate til deres fremstilling

Info

Publication number: NO321381B1
Application number: NO20043180A
Authority: NO
Inventors: Goran Gustafsson; Rickard Liljedahl
Original assignee: Thin Film Electronics Asa
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2006-05-02
Also published as: EP1782469A1; WO2006009463A1; CN101023526A; NO20043180D0; WO2006009463A8; NO20043180L; US20060018175A1

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i en organisk elektronisk krets, spesielt en minnekrets, hvor et lag av et aktivt, organisk, dielektrisk materiale omfatter enkeltmolekyler, oligomerer, homopolymerer, kopolymerer eller blandinger eller forbindelser derav, hvor viaforbindelsen er anordnet i en viaåpning som strekker seg gjennom det aktive, dielektriske lag og er forbundet med henholdsvis første og andre elektriske kontaktanordninger anordnet på hver side av det aktive, dielektriske lag, og hvor den første kontaktanordning er anordnet på en bunnoverflate av laget og den annen kontaktanordning er anordnet på en motsatt flate eller toppoverflate av laget.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger av denne art.

Funksjonelle mellomforbindelser eller viaforbindelser utgjør et viktig element i integrerte kretser, og multibrikkemoduler ved fabrikasjon av høytetthetsflerlagsviaforbindelser med metallisering av gull og et isolerende mellomlag av polymer er omtalt av Chinoy & Tajadod, i "Processing and microwave characterization of multilevel interconnects using benzocyclobutene dielectric", IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology, bind 16, nr. 7, pp. 714-719 (november 1993).

US patent nr. 6 649 509 angir hvordan etterpassivering kan finne sted i forbindelse med fremstilling av metalliske viaforbindelser i en integrert krets hvor viaforbindelsen er dannet over elektrodemetalliseringer på hver side av et passiverende lag og et dielektrisk lag. Viahull er dannet gjennom de to sistnevnte lag og påført et passende barrierelag over bunn og vegger før viametallet anbringes.

Også internasjonal publisert patentsøknad nr. WO00/16393 (overdratt til Atmel Corp.) viser en fremgangsmåte til å danne flernivås viaforbindelse ved bruk av selektiv avsetning av et tynt dekksjikt av en metallforbindelse eller metallegering på overflatene til viahull og kontaktspor før det egentlig viametall avsettes.

I en artikkel av Ishii & al., "Microfabrication technology for millimeter-wave photonic systems on Si", Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, del E, bind 124-E, nr. 4, pp. 136-42 (2004) er det vist en fremgangsmåte til å danne forholdsvis store viaer, dvs. over en avstand på minst 10 nm og av gull, gjennom et polymerbasert, isolerende lag på et silisiumsubstrat.

Endelig viser US patent nr. 6 057 223 (Landford & al.) en viaforbindelse hvor viaåpningens vegger kles med et tynt lag av metall, hvoretter viaåpningen fylles med kobber og komponentene varmebehandles. Tilsvarende materialer kan benyttes til å danne ledere i overflaten av et isolerende lag. Ved varmebehandlingen dannes det et beskyttende lag av metalloksid på overflaten av kobberlaget som dermed passiveres.

Den foreliggende oppfinnelse henvender seg spesifikt til problemet med å kontaktere organiske, aktive, dielektriske materialer som omfatter fluoratomer, med ledende materialer som danner strømløp, viaer og elektrodemetall i en organisk, elektronisk krets. Begrepet aktivt, organisk, dielektrisk materiale eller lag som benyttet i den foreliggende oppfinnelse angår organiske, dielektriske materialer som utøver en aktiv funksjon i de organiske, elektroniske kretser. Eksempler på slike materialer innbefatter organiske, dielektriske materialer som kan gjennomgå en faseforandring når det utsettes for et elektrisk felt, spenning eller strøm eller som kan settes til en spesifikk fysisk eller elektrisk tilstand under slike påvirkninger, slik det f.eks. er tilfelle med organiske ferroelektriske materialer som kan settes til en av to polarisasjonstilstander og svitsjes mellom disse. Følgelig skiller aktive, organiske, dielektriske materialer seg i viktig henseender fra passive, organiske dielektrika, som vanligvis anses som isolatorer og ikke vil endre deres tilstand eller fase når det utsettes for et elektrisk felt, strøm eller spenning. Slike materialer, spesielt de beste isolatorer, har naturligvis lav permittivitet, men aktive, organiske, dielektriske materialer kan ha en vesentlig høyere dielektrisk konstant, og i mange anvendelser er det ansett som fordelaktig at det organiske, dielektriske materiale er et såkalt høy-e-materiale. Likevel utgjør de en impedans og kan derfor finnes som aktive komponenter i RC- eller RCL-nettverk. En spesifikk anvendelse som er emne for den foreliggende oppfinnelse er naturligvis bruken av aktivt, organisk, dielektrisk materiale i form av ferroelektriske eller elektrete, organisk materialer, så som fluorholdige polymerer eller kopolymerer. Det har imidlertid vist seg at når disse materialene står i ohmsk kontakt med en leder, f.eks. et elektrodetall og utsettes for en dynamisk, elektrisk stimulus, kan deres funksjonelle egenskaper bli permanent svekket. Svekkelsen av deres funksjonelle egenskaper kan øke over tid og med antallet påtrykte stimuli, spesielt når de aktive organiske forbindelser omfatter atomer av høyt reaktive elementer slik som fluor.

Viaer eller mer korrekt viaforbindelser blir rutinemessig benyttet til å forbinde komponenter og innretninger på motsatte overflater av laglignende strukturer. Som oftest benyttes viaforbindelser til å forbinde kontaktanordninger på hver side av en laglignende, aktiv, dielektrisk struktur elektrisk, og det er vanligvis ønsket at viaforbindelsene skal ha en minimal trekkstørrelse, men samtidig kreves det at de skal gi den ønskede høykvalitets elektrisk forbindelse.

I integrert kretsteknikk basert på uorganiske materialer blir vanligvis viaforbindelser dannet av høytledende viametall med høy korrosjonsmotstand og kompatibilitet med andre uorganiske, ledende og dielektriske materialer som benyttet med integrerte kretser.

Velfungerende viaforbindelser er av stor betydning i VLSI-kretser hvor tusener eller selv millioner av forbindelser skal dannes i topologisk komplekse, ultraminiatyriserte strukturer. Kontaktanordninger anordnet på hver side av de aktive, dielektriske lag, krever for viaforbindelsen at en viaåpning eller et viahull gjennom laget og med dimensjoner i området under en mikrometer, slike viahull kan fremstilles ved mikrofotolitografisk mønstring og påfølgende etsing. På denne måte kan også viaer med forskjellige tverrsnittsgeometrier dannes.

US patent nr. 6 127 070 (Yang & al.) viser en fremgangsmåte for å danne rektangulære viaer med et lengde/bredde-forhold større enn 4:1. Tverrdimensjonene til slike viaer som begrenset av en anvendbar konstruksjonsregel ligger i størrelsesorden 0,2 um og impliserer rektangulære viaer med lengde på omtrent lum. Forskjellige ledende materialer er blitt foreslått og benyttet til å fylle viahullet. Typisk benyttes wolfram som viamateriale og viaen blir da betegnet som en wolframplugg. I praksis kan imidlertid en viaplugg dannes av ethvert passende, ledende materiale som kan avsettes med tilstrekkelig strømningsrate til å fylle viahullene.

US patent nr. 5 322 816 (Pinter) viser en fremgangsmåte til fremstilling av viahull i et halvlederlag med en tykkelse på omtrent 1 (im og hvor de tverrgående sidekanter til viaene kan dannes med en helning eller avsmalning i den vertikale retningen. Dette sikrer en høykvalitets fylling av viahullene når viametallet dekningsavsettes, f.eks. som en sprutet film, for å dekke hovedsakelig skrånende sidekanter av viaen og en metallkontakt på bunnen.

Ovennevnte fremgangsmåter i henhold til kjent teknikk for å danne metalliske viaer er hemmet av en rekke ulemper, spesielt med hensyn til tynnfilminnretninger med lag av aktivt, organisk materiale, f.eks. polymerer. Lagene kan være ekstremt tynne, f.eks. ned til noen ti-nanometere, og det er vanskelig å avstemme prosessparameterne, spesielt i det termiske regime når metall for viapluggen avsettes. Også antallet prosesstrinn medfører økte produksjonskostnader.

For en organisk, elektronisk krets som omfatter en eller flere organiske, aktive, dielektriske materialer, spesielt med fluoratomer, er det funnet at slike materialer kan ha en nedbrytende effekt på viaforbindelsene, og dette er spesielt kritisk når viaforbindelsene faktisk er dannet med viametallet i kontakt med et organisk materiale av denne art. Slike viaforbindelser er vanligvis anordnet i matriseadresserbare, ferroelektriske eller elektrete minner hvor et lag av f.eks. ferroelektrisk eller elektret polymer eller kopolymer benyttes som minnemateriale og omgis på hver side av sett av parallelle, stripelignende elektroder, slik at elektrodene i hvert sett er orientert hovedsakelig ortogonalt til hverandre. Det organiske, dvs. det ferroelektriske eller elektrete materiale er anordnet i sandwich mellom elektrodesettene og danner et globalt lag, mens minnecellene er definert i minnematerialet mellom kryssende elektroder. En ferroelektrisk eller elektret minnecelle kan derfor anses som en ferroelektrisk eller elektret kondensator, og de kryssende elektroder med det organiske materiale i sandwich derimellom er naturligvis ekvivalent med en kondensatorstruktur. Innretninger av denne art behøver et stort antall viaforbindelser, vanligvis anordnet ved kanten av innretningen hvor elektrodene til de ovennevnte sett ender i høytetthetskonfigurasjon med innbyrdes avstander i området under en mikrometer. Dette innebærer at det å realisere viaforbindelsen kan være en vanskelig forehavende. Typisk forbinder viaen et sett av elektroder til kontaktanordninger og er anordnet i viahull som strekker seg gjennom viamaterialet som naturligvis er en dielektrikum med ferroelektriske eller elektrete egenskaper, slik at det kan polariseres i et elektrisk felt som påtrykkes mellom kryssende elektroder i den kondensatorlignende struktur. Videre har det vist seg at selv prosessen med dannelse av viaen, dvs. mønstringen og etsingen av viahullene så vel som avsetningen av viametaller, kan ha nedbrytende virkninger ikke bare på viamaterialet, men også på de kontakterende elektroder, mens minnematerialet utsatt for prosessbetingelsene kan være i stand til å reagere med både elektroden og viametallet kjemisk, med resulterende nedbryting av deres elektriske egenskaper.

Følgelig er det en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger med forbedret kvalitet i organiske, elektroniske kretser hvor viaforbindelser og kontaktanordninger i ethvert tilfelle er anordnet i kontakterende relasjon med aktive, organiske, dielektriske materialer som i det minste omfatter fluoratomer.

Det er også en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe viaforbindelser som er kjemisk, elektrisk eller mekanisk kompatible med kontaktanordningene eller elektrodemetallene, som er anordnet for kontaktering i slike kretser.

De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler oppnås med en elektrisk viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse som er kjennetegnet ved at den annen kontaktanordning omfatter et første lag av et kjemisk inert og ikke-reaktivt ledende materiale avsatt direkte på det aktive, organiske, dielektriske lag og et annet lag av ledende materiale anordnet sammen med det første lag og i viaåpningen ned tit den første kontaktanordning, hvorved viaforbindelsen mellom de første og andre kontaktanordninger strekker seg gjennom det aktive, organiske, dielektriske lag og i ett med det annet lag i den annen kontaktanordning.

De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler oppnås også med en fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse som er kjennetegnet ved å avsette et lag av kjemisk, inert, ledende materiale som et første lag i den annen kontaktanordning direkte på det aktive, organiske dielektriske lag, å danne en viaåpning i det første lag og gjennom det aktive, organiske dielektriske lag ned til den første kontaktanordning, og å avsette et lag av ledende materiale over det første lag som det annet lag av den annen kontaktanordning og gjennom viaåpningen ned til den første kontaktanordning, hvorved viaforbindelsen mellom de første og andre kontaktanordninger etableres gjennom det aktive organiske, dielektriske lag og i ett med det annet lag i den annen kontaktanordning.

Ytterligere trekk og fordeler vil fremgå av de vedføyde, uselvstendige krav.

Den foreliggende oppfinnelse vil forståes bedre ved hjelp av den etterfølgende drøftelse av foretrukkede utførelser lest i samband med tegningen, på hvilken

fig. 1 viser et tverrsnitt gjennom en kontaktanordning med to lag i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 skjematisk et tverrsnitt av en viaforbindelse i henhold til den foreliggende oppfinnelse slik den f.eks. benyttes i en matriseadresserbar innretning med et lag av aktivt, organisk, dielektrisk materiale,

fig. 3 skjematisk et tverrsnitt av en annen utførelse av en viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 4a en perspektivriss av en viaåpning som benyttet i en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse,

fig. 4b et tverrsnitt av en foretrukket utførelse av viaforbindelsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse og med en viaåpning som vist på fig. 4a,

fig. 4c et grunnriss av utførelsen på fig. 4a,

fig. 5a et perspektivriss av en viaåpning som benyttet i en annen foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse,

fig. 5b et tverrsnitt av en annen foretrukket utførelse av viaforbindelsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse og med en viaåpning som vist på fig. 5a,

fig. 5c et grunnriss av utførelsen på fig. 5a, og

flg. 6 et flytdiagram av fremstillingsprosessen for en viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Den generelle bakgrunn for den foreliggende oppfinnelse er i noen grad basert på søkerens egne undersøkelser av elektrodematerialer og avsetningsmetoder som er egnet til fremstilling av elektroniske kretser med aktive, organiske materialer som inneholder fluoratomer. Spesielt har undersøkelsene angått materialer for adresseringselektroder og kontaktanordninger i matriseadresserbare, ferroelektriske eller elektrete minner, hvor det organiske minnemateriale er polymer eller kopolymer basert på vinylidenfluorid i sandwich mellom adresseringselektroder. På grunn av vekselvirkninger mellom elektrodemetallet og f.eks. en fluorert, ferroelektrisk polymer hvor spenning påtrykkes elektrodene og et elektrisk felt dannes i minnematerialet mellom disse, må det spesielt tas hensyn til valg av elektrodematerialer og fremgangsmåter for deres avsetning for å unngå uheldige virkninger på systemet elektrodemetall/minnemateriale, spesielt under driftsforhold. Som et resultat av undersøkelsene er det i en samtidig patentsøknad foreslått at i det minste bunnelektroden til den ferroelektriske eller elektrete minnekrets med en organisk, ferroelektrisk eller elektret minnemateriale, hvor fluorert polymer er plassert mellom adresseringselektrodene, skal omfatte minst et lag av gull som vender mot minnematerialet. Et foretrukket minnemateriale i dette tilfelle er en kopolymer av typen P(VDF-TrFE), dvs. poly(vinylidenfluorid-trifluoretylen).

En bunnelektrode bør være i alt vesentlig kjemisk inert i forhold til reaktive spesies som finnes i minnematerialet, men fortsatt kan avsetningen av en eksempelvis ferroelektrisk polymer over elektroden resultere i noen uheldige overflatereaksjoner. Disse kan imidlertid fordelaktig unngås ved å behandle den blottlagte elektrodeoverflate kjemisk før minnematerialet avsettes derover. Toppelektroden på den motsatte overflate og fremstilt av minnemateriale kunne imidlertid være laget av ethvert egnet elektrodemateriale, så som titan, selv om spesielle hensyn må tas til avsetningen av elektrodematerialet på minnematerialet, spesielt på grunn av inkompatible termiske og kjemiske regimer i avsetningsprosessen. Gitt imidlertid de fordelaktige driftsmessige resultater oppnådd ved en bunnelektrode av gull som vist i søkerens samtidig inngitte norske patentsøknad nr. 20043163, ble det også gjort forsøk med toppelektroder av gull og dette viste seg faktisk å virke meget godt. Nå er det også velkjent at mønstring og etsing av hull i et organisk minnemateriale som det ovennevnte, kan ha skadelige virkninger på polymermateriale, spesielt i etsetrinnene, da slike viahull i ethvert tilfelle er fremstilt med bruk av mikrofotolitografi og eksempelvis ionereaktiv etsing. Forbløffende nok har det vist seg at avsetning av et lag av kjemisk inert og ikke-reaktivt ledende materiale før mønstring og etsing av viahull mer eller mindre eliminerer problemer som ble påtruffet med tidligere metoder for å danne viaforbindelser i organiske, dielektriske materialer av denne art. Spesielt har det vist seg å være av signifikant fordel at etter avsetning av laget som kunne anses som det første lag i en toppelektrode eller -kontaktanordning, kunne den påfølgende avsetning av viametall finne sted samtidig med avsetning av et annet lag av ledende materiale, og foretrukket slik at dette ledende materiale og viametallet var ett og det samme og avsatt i ett og samme prosesstrinn og dannet en viaforbindelse i ett med toppelektroden eller -kontaktanordningen og samtidig sikret feilfri kontaktering til bunnelektroden.

Noen foretrukkede utførelser skal nå beskrives og drøftes for klart å skissere og fremheve fordelen med den foreliggende oppfinnelse. Drøftelsen skal konsentrere seg om bruken av gull som et spesielt fordelaktig materiale i et første lag av en annen kontaktanordning. Generelt kunne imidlertid hvilket som helst kjemisk inert og ikke-reaktivt materiale benyttes i dette første lag og dette kunne innbefatte ethvert annet lignende edelmetall, f.eks. metaller med lavere oksidasjonspotensial enn sølv. Følgelig kunne alle platinametaller innbefattet platina selv eller palladium betraktes som egnede kandidater. Fig. 1 viser en kontaktanordning eller elektrodeanordning omfattende to lag 2a, 2b vist i tverrsnitt. Lag 2a er et gullag og anordnet tilstøtende til det aktive, organiske, dielektriske materiale, mens lag 2b er anordnet over det første lag 2a og, som allerede sagt, behøver det ikke å være av gull, men dette kan imidlertid være en fordel. Fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom en organisk, elektronisk krets med en viaforbindelse og forbundne kontaktanordninger i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Her er bunnelektroden eller kontaktanordninger la, lb anordnet på et ikke-vist substrat. Kontaktanordningen la, lb kan fordelaktig være utført med gull og den blottlagte overflate til disse kunne etter avsetningen behandles kjemisk for å unngå uønskede overflatereaksjoner og sikre god adhesjon til det aktive, organiske, dielektriske materiale, f.eks. et ferroelektrisk eller elektret minnemateriale som kan omfatte fluoratomer, og som er avsatt for å dekke bunnkontaktanordningene la, lb. Nå anordnes toppelektrodekontaktanordningen 2 slik at den omfatter et første lag 2a med ønskede egenskaper, f.eks. fremstilt av gull tilstøtende det organiske materiale 3a. En viaåpning 5 etses nå i laget 2a og ned gjennom det aktive, organiske materiale 3 og til bunnkontaktanordningen la, og deretter avsettes et annet lag 2b i kontaktanordningen 2 og viaforbindelsen 2a, dvs. viametallet i ett og samme prosesstrinn, slik at det annet lag 2b og viaforbindelsen 2c fremstilles av samme materiale og anordnes som en iboende komponent av kretsen.

Hvis kretsen vist på fig. 2 er en minnekrets eller en del av en slik krets i en matriseadresserbar gruppe hvor det aktive, organiske minnemateriale 3 er anordnet som et globalt lag og i sandwich mellom elektrodene 1 og 2, defineres en minnecelle 4 i minnematerialet 3 mellom kryssende bunnelektroder lb og toppelektroder 2 som vist. Elektroden la kan da være en inngangs- eller utgangslinje for elektroden 2 over viaforbindelsen 2c mellom disse.

Fig. 3 viser en noe forskjellig kretsarrangement som av praktiske grunner kan anses å være et tverrsnitt av f.eks. et matriseadresserbart ferroelektrisk minne hvor de første eller bunnelektrodene lb og toppelektrodene 2 er anordnet som stripelignende elektroder henholdsvis orientert perpendikulært til hverandre i hvert av elektrodesettene. Minneområdet 6 i det matriseadresserbare minnet er det området hvor det ferroelektriske minnematerialet 3 fungerer som et aktivt materiale og omfatter ferroelektriske minneceller 4 som kondensatorlignende strukturer med elektroder la, 2 som adresseringselektroder for individuelle minneceller 4. Naturligvis kan kontaktanordningen la og elektroden lb foretrukket være av gull, men spesielt i dette tilfellet er det første lag 2a til den annen elektrode eller kontaktanordningen 2 fremstilt av gull og avsatt over det organiske minnematerialet 3 som vist. I området til kontaktanordningen la anordnet i bunnelektrodelaget, etses en viaåpning 5 gjennom både gullaget 2a og det organiske materiale 3, hvoretter et annet lag 2b i kontaktanordningen 2 avsettes over det første laget 2a, fortrinnsvis av gull, og fyller viaåpningen 5 for å danne viaforbindelsen 2c gjennom minnematerialet 3 og ned til kontaktanordningen la. Igjen kunne laget 2b og viaforbindelsen 2c være fremstilt av samme materiale som laget 2a, eksempelvis gull, men dette er strengt tatt ikke nødvendig.

I mange matriseadresserbare innretninger, uansett om de er minner, displayer eller lysemitterende grupper, kan adresseringselektroder, dvs. topp- og bunnelektrodene f.eks. på hver side av globale lag av aktivt materiale, anses som stripelignende elektroder som strekker seg over gruppen og kontakterer det aktive materiale. Hvert elektrodesett er dannet av parallelle, stripelignende elektroder. Breddedimensjonen til elektrodene vil avhenge av en anvendbar konstruksjonsregel, men vil naturligvis alltid være begrenset til det minimale trekkstørrelse som kan oppnås når det mønstres med mikrofotolitografiske metoder. For å skaffe ønskede viaforbindelser og sikre en god elektrisk kontakt, er det ganske åpenbart at det vil være fordelaktig om viaåpningens geometri på en eller annen måte kan tilpasses geometrien til kontaktanordningen forbundet med viaforbindelsen. Når en viaforbindelse som skal anordnes mellom en stripelignende elektrode på toppen av det organiske, dielektriske lag og ned til en annen stripelignende elektrode på motsatt overflate, eller den forbundne kontaktanordning uansett er langstrakt med breddedimensjoner gitt av en anvendbar konstruksjonsregel og vanligvis i størrelsesorden under en mikrometer, kunne viaåpningene være utført med geometri som vist i norsk patentsøknad nr. 2002S772 inngitt av den nærværende søker. Denne publikasjonen viser viahullet med langstrakt og rektangulær form innenfor fotavtrykket av en derover avsatt elektrodemetallisering.

Fig. 4a viser et viahull i henhold til den ovennevnte patentsøknad og spesielt et parti av et aktivt, organisk, dielektrisk lag med en derover anordnet stripelignede elektrode 2a, som i det foreliggende tilfelle svarer til et første lag 2a eller en annen kontaktanordning 2a. Et langstrakt, dvs. rektangulært viahull 5 etses gjennom den stripelignende elektrode 2a og det underliggende dielektriske, organiske lag 3, slik at viahullene 5 fremkommer med en geometrisk form som et rektangulært prisme. Et viahull av denne art i henhold til kjent teknikk kan fordelaktig også benyttes ved den foreliggende oppfinnelse, slik det skal fremlegges i noe detalj i det følgende. En foretrukket utførelse hvor kontaktanordningene er langstrakte strukturer lik de stripelignende elektroder i matriseadresserbare grupper, er vist i tverrsnitt på fig. 4b. Et lag av kjemisk inert og ikke-reaktivt ledende materiale, f.eks. foretrukket gull, som danner det første lag 2a av elektroden eller kontaktanordningen 2, avsettes og mønstres slik at den stripelignende elektrode dannes i laget 2a sammen med det deri rommede, langstrakte viahull 5, som strekker seg gjennom det aktive, organiske, dielektriske lag 3 til bunnelektroden 1, som i dette tilfellet foretrukket også vil være laget av gull. Nå er det annet lag 2b avsatt over det første lag 2a av gull og fyller samtidig viaåpningen 5 som angitt på fig. 4a, idet det danner viaforbindelsen 2c og sikrer en tilstrekkelig kontakt mellom kontaktanordningene 1 og 2. Fig.

4c viser foravtrykket til viaforbindelsen i grunnriss, og viaåpningen 5 fremkommer som en rektangulær åpning i det annet lag 2b til elektroden eller kontaktanordningen 2, men strekker seg naturligvis hele veien ned til bunnelektroden 1.

I fig. 5b er en variant av utførelsen på fig. 4b vist i tverrsnitt og skiller seg fra denne ved å benytte viahullgeometri som gjengitt på flg. 5a. Viahullet 5

etses og mønstres i det første lag 2a og det aktive, organiske, dielektriske lag 3, ved å danne mer skrånende eller avsmalnende overflater 6 mot sidekantene perpendikulære til lengderetningen av det annet lag 2a. Når det annet lag 2b i elektroden eller kontaktanordningen 2 og viametallet til viaforbindelsen 2c avsettes i den langstrakte viaåpning med skrånende endeflater, sikres en uhindret metallflyt og fylling av viahullet 5 og skaffer optimal elektrisk kontakt mellom kontaktanordningene 1 og 2. Fotavtrykket til denne utførelsesvariant med skrånende endeflater 6 er vist på fig. 5c. Foretrukket blir viaåpningene med denne geometri dannet med et slikt forhold at deres lengdemessige dimensjon overskrider deres tverrdimensjon med en faktor på minst 2,5. Da viaåpningen 5 foretrukket mønstres sammen med den stripelignende elektrode dannet i laget 2a, kan den i prinsippet være helt konformal med denne elektroden, men foretrukket bør den være rommet innenfor fotavtrykket av denne for å unngå eventuelle skadelige vekselvirkninger med det underliggende, aktive, organiske dielektriske materiale i prosessen. Følgelig er det også innlysende at når det brukes konvensjonell mikrofotolitografi innenfor en anvendbar konstruksjonsregel, skal elektroden dannet i det første lag 2a av den annen kontaktanordning være noe bredere enn viaåpningen 2c for å sikre tilstrekkelig beskyttelse. Dette impliserer at hvis bredden til viaåpningen 5 da er begrenset til denne anvendbare konstruksjonsregel, skal stripeelektroden dannet i elektrodelaget 2a naturligvis være noe bredere, men kostnaden for dette, uttrykt ved arealforbruk, kan i ethvert tilfelle anses som ubetydelig.

Det er også innlysende at metalliseringen av det annet lag 2b kan anordnes globalt og etses og mønstres for å danne stripelignende elektroder, konformale med de i laget 2a, og naturligvis også viaforbindelsene 2c. Prosesstrinnene i fremstillingen av viaforbindelse og de forbundne kontaktanordninger med bruk av en tolags toppkontaktanordning skal nå kort drøftes i forbindelse med flytkartet vist på fig. 6. Det første lag 2a til kontaktanordningen 2 avsettes i trinn 601, f.eks. ved fysisk dampavsetning PVD til en tykkelse på f.eks. 30-90 nm. Dette første lag 2a av et kjemisk inert og ikke-reaktivt ledende materiale, foretrukket gull, utgjør den nedre eller kontaktflatedelen av toppkontaktanordningen 2 og skal virke både som elektrode og som beskyttende lag for underliggende aktive, organiske, dielektriske materialer 3 under det følgende prosesstrinn 602 for viaåpningen. Det aktive organiske, dielektriske materiale som i dette tilfelle kan anses som en ferroelektrisk polymer, blir også beskyttet av dette første lag 2a, f.eks. av gull under viaprosesseringen. Dette blir mulig grunnet det faktum at det første lagets materiale skal være kjemisk inert, slik gull i alt vesentlig er. Som kjent i teknikken blir et mellomlag undertiden anordnet for å beskytte laget av minnemateriale, og viaprosesseringen behøver ikke da å være et problem. Når kontaktanordningene imidlertid kontakterer det aktive organiske, dielektriske materiale direkte, kunne viaprosesseringen være et problem, spesielt hvis den foreliggende oppfinnelse realiseres på eksempelvis passive, matriseadresserbare ferroelektriske eller elektrete minner med et minnemateriale som P(VDF-TrFE). Følgelig vil prosessen vist på fig. 6 være spesielt egnet sammen med den tiltenkte hensikt å oppnå minnekretser med høy ytelse.

Viaåpningene mønstres i trinn 602 med bruk av konvensjonell mikrofotolitografi fulgt av våt- eller tørretsing. Fotoresisten blir deretter fjernet med konvensjonelle våtetsemetoder. Et desisjonstrinn 603 tilbyr nå muligheten av å velge mellom to adskilte tiltak. Det første realiseres i trinn 604 hvor et annet lag 2b av kontaktanordningen er avsatt på toppen av det første lag 2a. Det første og annet lag utgjør deretter en toppelektrode 2b. Det skal naturligvis forståes at også dette annet lag 2b kunne være laget av samme materiale som det første lag 2a, eksempelvis gull. Minimumstykkelsen til det annet lag 2b er dessuten avhengig av tykkelsen av det første lag 2a og av avsetningsmetoden, og f.eks. i tilfelle av fysisk dampavsetning, skal den også være avhengig av graden av trinndekning. Dette annet lag 2b i toppkontaktanordningen 2 danner også nå viaforbindelsen 2c gjennom viaåpningen 5 og forbinder således en annen kontaktanordning 2 med driverelektronikk i f.eks. ikke viste substratkretser med viaene 2c som strekker seg gjennom viaåpningene 5 etset i trinn 602. Toppkontaktanordningen 2 kan endelig mønstres i trinn 606 med bruk av konvensjonell mikrofotolitografi fulgt av våtetsing. Fotoresisten kan da fjernes med våte eller tørre fjerningsmetoder. Det skal bemerkes at i tilfelle av tørrfjerningsmetoder vil partier av det organiske minnematerialet som ikke er beskyttet av toppkontaktanordningen 2 også fjernes og følgelig vil fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen redusere risikoen for delaminering mellom polymerlaget (eksempelvis) og det isolerende substrat. Som et alternativ til det siste trinn 606 kunne et tynt lag av titan avsettes og benyttes som en hard maske i etseprosessen for toppkontaktanordningen. Titanlaget mønstres ved konvensjonell mikrofotolitografi fulgt av våt- eller tørretsing. Fotoresisten fjernes deretter med våte eller tørre fjerningsmetoder.

Viametallet benyttet i viaforbindelsen 2c behøver ikke å være den samme som det annet lag 2b i den annen kontaktanordning 2. Hvis det så bestemmes i trinn 603, kan alternativt et separat viametall avsettes i viaåpningen S i trinn 604b før det annet lag 2b avsettes. Bruken av separate viaplugger er kjent i teknikken, og for å forbedre konduktiviteten kunne de f.eks. være fremstilt av wolfram, noe som er vanlig kjent, og avsettes med kjemisk eller fysisk dampavsetning (CVD eller PVD). Etter avsetning av viametallet avsettes det annet lag 2b av kontaktanordningen 2 i trinn 605 og etablerer den påkrevde kontakt. Mønstring og etsing av toppelektroden finner sted i trinn 601 i det tilsvarende første tiltak.

Som allerede angitt i det foregående, er det langt å foretrekke at hele den annen kontaktanordning er fremstilles av samme kjemisk inerte og ikke-reaktive materiale, f.eks. gull eller et annet edelmetall, uansett om den første kontaktanordning også er laget av et tilsvarende materiale. Fordelen av gull i bunnelektroden er blitt vist av søkeren i den ovennevnte norske patentsøknad 20043163, som angir en løsning på det tiltagende problem med passende elektrodematerialer i det minste for bunnelektrodene i eksempelvis ferroelektriske eller elektrete minner med minnematerialer basert på organiske, fluorerte polymerer eller kopolymerer. Av dette følger at det også er en betydelig forenkling og fordel når begge kontaktanordninger fremstilles av det samme materiale, og da foretrukket gull. Også viaforbindelsen fremstilles med de samme materialer som kontaktanordningen og i det samme prosesstrinn og i ett med den annen kontaktanordning 2.

Det vesentlige og forbedringen som utgjør kjernen i den foreliggende oppfinnelse, er imidlertid at det første lag i den annen kontaktanordning alltid skal være et kjemisk inert og ikke-reaktivt materiale og vanligvis kan benyttes uten noen spesiell kjemisk behandling eller tilpasning for å oppnå de ønskede resultater, mens f.eks. en første kontaktanordning av gull vanligvis må utsettes for en eller annen kjemisk forbehandling før det aktive, organiske, dielektriske lag, dvs. minnematerialet kan avsettes derover. Dette skyldes det faktum at overflaten til den første kontaktanordning 1 er blottlagt for avsetningen av det organiske, dielektriske lag. Overflatereaksjoner eller strukturelle forandringer kan da finne sted og skade funksjonaliteten til kontaktlaget og derover anordnede minnematerialer. I tilfelle av det første lag 2a i en annen kontaktanordning fremkommer ikke slike problemer og bortsett fra dets kontakterende funksjon, er det første lags primære oppgave å skaffe den ønskede beskyttelse av det aktive, organiske, dielektriske materiale når viaforbindelsene dannes. Imidlertid er det tenkbart at overflaten til det aktive, organiske, dielektriske lag 3 kan forbehandles for å forbedre adhesjonen av laget 2a som deretter avsettes derpå.

Claims

1. Elektrisk viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i en organisk, elektronisk krets, spesielt en minnekrets, hvor et lag av et aktivt, organisk, dielektrisk materiale omfatter enkeltmolekyler, oligomerer, homopolymerer, kopolymerer eller blandinger eller forbindelser derav, hvor viaforbindelsen er anordnet i en viaåpning som strekker seg gjennom det aktive, dielektriske lag og er forbundet med henholdsvis første og andre elektriske kontaktanordninger anordnet på hver side av det aktive, dielektriske lag, og hvor den første kontaktanordning er anordnet på en bunnoverflate av laget og den annen kontaktanordning er anordnet på en motsatt flate eller toppoverflate av laget, karakterisert vedat den annen kontaktanordning omfatter et første lag av et kjemisk inert og ikke-reaktivt ledende materiale avsatt direkte på det aktive, organiske, dielektriske lag og et annet lag av ledende materiale anordnet sammen med det første lag og i viaåpningen ned til den første kontaktanordning, hvorved viaforbindelsen mellom de første og andre kontaktanordninger strekker seg gjennom det aktive, organiske, dielektriske lag og i ett med det annet lag i den annen kontaktanordning.

2. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat det første lag består av et edelmetall med lavere oksidasjonspotensial enn sølv.

3. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 2,karakterisert vedat edelmetallet er gull eller platinametall, innbefattet platina eller palladium.

4. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat viaforbindelsen og det annet lag består av et kjemisk inert og ikke-reaktivt ledende materiale.

5. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 4,karakterisert vedat viaforbindelsen og det annet lag består av et edelmetall med lavere oksidasjonspotensial enn sølv.

6. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 5,karakterisert vedat edelmetallet er gull eller platinametall, innbefattet platina eller palladium.

7. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat viaforbindelsen og det annet lag består av et uedelt metall med høyere oksidasjonspotensial enn sølv.

8. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat viaforbindelsen og det annet lag består av det samme ledende materiale.

9. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat viaforbindelsen og det annet lag består av ulike ledende materiale.

10. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat viaforbindelsen er anordnet som et utragende parti av det annet lag i den annen kontaktanordning og strekker seg gjennom viaåpningen til kontakt med den første kontaktanordning.

11. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat viaforbindelsen er anordnet som et parti av det annet lag av den annen kontaktanordning og avsatt over minst ett parti av en eller flere sidekanter i viaåpningen og strekker seg over bunnen av denne til kontakt med den første kontaktanordning.

12. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat minst en av kontaktanordningene er en elektrode som kontakterer det organiske, dielektriske lag.

13. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 12,karakterisert vedat nevnte minst en elektrode er en stripelignende elektrode.

14. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat den minst ene kontaktanordning er et kontaktsete.

15. Viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 1,karakterisert vedat den første kontaktanordning består av gull.

16. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og tilknyttede kontaktanordninger i en organisk, elektronisk krets, spesielt en minnekrets, hvor et lag av et aktivt, organisk, dielektrisk materiale omfatter enkeltmolekyler, oligomerer, homopolymerer, kopolymerer eller blandinger eller forbindelser derav, hvor viaforbindelsen er anordnet i en viaåpning som strekker seg gjennom det aktive, dielektriske lag og er forbundet med henholdsvis første og andre elektriske kontaktanordninger henholdsvis anordnet på hver side av det aktive dielektriske lag, og hvor den første kontaktanordning er anordnet på en bunnoverflate av laget og den annen kontaktanordning er anordnet på en motsatt flate eller toppoverflate av laget,karakterisert vedå avsette et lag av kjemisk, inert, ledende materiale som et første lag i den annen kontaktanordning direkte på det aktive, organiske, dielektriske lag, å danne en viaåpning i det første lag og gjennom det aktive organiske, dielektriske lag ned til den første kontaktanordning, og å avsette et lag av ledende materiale over det første lag som det annet lag av den annen kontaktanordning og gjennom viaåpningen ned til den første kontaktanordning, hvorved viaforbindelsen mellom de første og andre kontaktanordninger etableres gjennom det aktive organiske, dielektriske lag og i ett med det annet lag i den annen kontaktanordning.

17. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 16, karakterisert vedå velge et edelmetall med lavere oksidasjonspotensial enn sølv som det ledende materiale i det første lag.

18. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 17, karakterisert vedå velge edelmetallet som gull eller platinametall, innbefattet platina eller palladium, men ikke begrenset til disse.

19. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 16, karakterisert vedå velge et edelmetall med lavere oksidasjonspotensial enn sølv som materiale i viaforbindelsen og det annet lag av den annen kontaktanordning.

20. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 19, karakterisert vedat edelmetallet er gull eller platinametall, innbefattet platina eller palladium.

21. Fremgangsmåte til fremstilling av en elektrisk viaforbindelse og kontaktanordninger i henhold til krav 11, karakterisert vedå velge et uedelt metall med et høyere oksidasjonspotensial enn sølv som materiale for viaforbindelsen og det annet lag i den annen kontaktanordning.