WO2005117024A1 - Integrated semiconductor memory comprising an organic selector transistor - Google Patents

Integrated semiconductor memory comprising an organic selector transistor Download PDF

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WO2005117024A1
WO2005117024A1 PCT/DE2005/000926 DE2005000926W WO2005117024A1 WO 2005117024 A1 WO2005117024 A1 WO 2005117024A1 DE 2005000926 W DE2005000926 W DE 2005000926W WO 2005117024 A1 WO2005117024 A1 WO 2005117024A1
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selection transistor
integrated semiconductor
semiconductor memory
memory
bit line
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PCT/DE2005/000926
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Hagen Klauk
Marcus Halik
Ute Zschieschang
Günter Schmid
Christine Dehm
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Infineon Technologies Ag
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells

Definitions

  • the invention relates to an integrated semiconductor memory having a cell array comprising a plurality of memory cells arranged in rows and columns on a substrate, each of which has a memory element with two electrodes and an associated selection transistor.
  • DRAM dynamic random access memory
  • DRAM technology is based on the storage of electronic charges in a capacitive storage element, i.e. in a capacitor.
  • Each memory cell represents a memory unit (“bit”) and is formed by a capacitor and a selection transistor (a field effect transistor, FET).
  • FET field effect transistor
  • the task of the selection transistor is the electrical insulation of the individual memory cells from one another and from the periphery of the cell array; By switching the respective selection transistor, any cell can be specifically and individually accessed (“random access”).
  • the DRAM architecture is characterized by extremely small space requirements (less than one square micron per memory cell) and extremely low manufacturing costs (less than 10 ⁇ 8 euros per memory cell).
  • the decisive disadvantage of the DRAM concept is the volatility of the stored information, since the charge stored in the capacitor is so small (less than 500,000 electrons) that it Switching off the supply voltage after a short time (within a few milliseconds) is lost due to leakage currents within the cell field.
  • Nonvolatile memory which does not lose the stored information even after the supply voltage has been switched off for long periods (several years), is suitable for a wide range of applications (digital cameras, mobile phones, mobile navigation instruments, computer games, etc .) of interest and could also revolutionize the way computers are used, since it would not be necessary to start up the computer after switching it on (“instant-on computer”).
  • Existing non-volatile memory technologies include what are known as flash memories, in which the information is stored in the form of electronic charges in the gate dielectric of a silicon field-effect transistor and is detected as a change in the threshold voltage of the transistor. Since the electronic charge is "trapped" in the gate dielectric of the transistor, it is not lost even when the supply voltage is switched off.
  • a major disadvantage of flash technology are the relatively high write and erase voltages, which result from the need to safely and reproducibly inject the electronic charge to be stored into the gate dielectric or to withdraw it from there.
  • Other disadvantages are the significantly longer access times compared to the DRAM and the limited reliability due to the high load on the gate dielectric when writing and erasing.
  • the implementation of cells without a selection transistor has the essential advantage of a significantly smaller space requirement, which leads to a significantly higher integration density and a lower manufacturing effort per cell.
  • the use of a selection transistor makes reading out the stored information considerably easier and safer, and it is foreseeable that the first magnetoresistive memory products will be based on a structure with a selection transistor.
  • FIGS. 1 a - lf show six possible circuit diagrams of an optionally volatile or non-volatile memory cell with an optionally capacitive, resistive or memory element S based on another physical concept and a selection transistor T.
  • FIGS. La-lf differ in the arrangement and connection of the memory element S and the selection transistor T with a word line WL, a bit line BL, a digit line DL and a field plate FP. It should be noted here that the basic interconnections of a memory element with a selection transistor shown in FIGS. 1 a - 1 are known per se in the prior art:
  • FIG. 1 a shows that the drain connection of the selection transistor T is on the bit line BL and the memory element S lies between the source connection of the selection transistor T and a field plate FP.
  • the drain connection of the selection transistor T is on the bit line BL and the memory element is between the source connection of the selection transistor T and a digit line DL, which is led in parallel with the word line WL.
  • the drain connection of the selection transistor T is on the bit line BL and the memory element S is between the source connection of the selection transistor T and a digit line DL, which runs parallel to the bit line BL.
  • the source connection of the selection transistor T lies on a field plate FP and the memory element S lies between the drain connection of the selection transistor T and the bit line BL.
  • FIG. 1 shows that the source terminal of the selection transistor T is on a digit line DL and the memory element S is between the drain terminal of the selection transistor T and the bit line BL, the digit line DL running parallel to the word line WL.
  • the source connection of the selection transistor T is connected to a digit line and the memory element S lies between the drain connection of the selection transistor T and
  • Bit line BL Bit line BL, the digit line DL running parallel to the bit line BL.
  • the memory cell S is always selected via the word line WL, which is connected in each case to the gate electrode of the selection transistor T.
  • a suitable potential to the word line WL for example a negative potential if the selection transistor T is a p-type transistor with a negative threshold voltage
  • the selection transistor T is opened (electrically conductive) and the information stored in the memory element S can be transmitted through
  • Applying suitable potentials to bit line BL and digit line DL or field plate FP can be read out via the bit line in a read cycle or changed in a write or erase cycle.
  • An embodiment of the memory cell with a digit line DL has the advantage over an embodiment with a field plate FP that the potential on this line can be specifically changed for the cell that is currently being accessed. Designing an integrated semiconductor memory with FP field plate can lead to a smaller space requirement for the cell field.
  • bit line capacity An important criterion in the implementation of the memory cells is the bit line capacity, which should be as small as possible in the interest of fast access times.
  • the capacitance associated with the selection transistor T is greater or smaller than the capacitance associated with the memory element S is either shown in FIGS. 1 a - lc (in which the selection transistor T is located on the bit line BL) or the configurations in accordance with FIGS ld-lf (in which the memory element S lies between the bit line BL and the drain connection of the selection transistor T) has the lower bit line capacitance.
  • FIG. 2a shows a highly simplified circuit diagram of a cell array of an integrated semiconductor memory, which is designed according to FIG. 1b.
  • the digit line DL0 runs parallel to the word line WL0 (for simplification only the selection transistors and the memory elements of a 0th line are provided with reference numerals in FIG. 2a).
  • FIG. 2b shows a highly simplified circuit diagram of a cell field which is designed according to FIG. 1f.
  • the source connections of the selection transistors T01 - TOm are on digital lines DL0 - DLm and the memory elements S01 - SOm are each between the drain connection of the selection transistor and the associated bit line BL0 - BLm.
  • the digit lines DL0 - DLm run parallel to the bit lines BL0 - BLm.
  • FIGS. 2a-2b only show a section of a cell field consisting of m columns (bit lines) and n rows (word lines). The row direction is labeled x and the column direction is labeled y.
  • FIG. 3 shows a greatly simplified circuit diagram of a cell field consisting of m columns and n rows, which common bit lines ("shared bit lines") is executed.
  • the memory cells of the first, third, fifth, etc. column are each offset by one row compared to the memory cells of the zero, second, fourth column (y direction).
  • the circuit arrangement of the memory elements and the selection transistors corresponds to the arrangement according to FIG. 2b, the digit lines DLO, DL1 being replaced by bit lines BL1, BL3 etc.
  • an integrated semiconductor memory having a cell array composed of a plurality of memory cells arranged in rows and columns on a substrate, each of which has a memory element with two electrodes and an associated selection transistor, the control electrodes of the selection transistors of the individual lines by in the line direction current word lines and a controlled electrode of the selection transistors of the individual columns are either connected to a bit line running in the column direction, or to a digit line or to a field plate, and one electrode of each storage element is connected to the other controlled electrode of the associated selection transistor and the other electrode of each storage element is connected to either a bit line, a digit line or a field plate.
  • the integrated semiconductor memory is distinguished in that each memory cell has an organic one
  • the substrate does not need to be a silicon substrate but can consist of glass, a polymer film, a metal film covered with an insulating layer or also of paper and other substrates which do not contain silicon.
  • the selection transistors are integrated in an inverse-coplanar arrangement, in which the organic semiconductor layer is arranged above the gate electrode and the source and drain electrodes of the selection transistors are in direct contact with the gate dielectric.
  • the gate electrode of the selection transistor and the lower electrode of the memory element can have the same material.
  • the gate electrode of the selection transistor and the lower one Electrode of the memory element each consist of different materials.
  • the preferred exemplary embodiment can be designed such that the source and drain electrodes of the selection transistor and the upper electrode of the memory element have the same material.
  • the source and drain electrodes of the selection transistor on the one hand and the upper electrode of the memory element on the other hand consist of different materials.
  • FIGs. 2a and 2b highly simplified circuit diagrams of two cell "Feider consisting of mxn memory cells each designed according to Figures lb and 2f (already described above). 3 shows a simplified circuit diagram of a cell field, implemented with common bit lines (already described at the beginning);
  • FIGS. 4a-4f are schematic cross sections through differently designed memory cells according to the invention according to FIGS.
  • FIGS. Le and lf are schematic cross sections through differently designed memory cells according to the invention according to FIGS. Le and lf;
  • FIG. 6 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1b, 2a and 4b with a W / L ratio of the selection transistor from FIG. 1;
  • FIG. 7 shows a schematic layout layer of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1b, 2a and 4b with a W / L ratio of the selection transistor of approximately 10.
  • FIG. 8 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1f, 2b and 5c with a W / L ratio of the selection transistor from FIG. 1.
  • FIG. 9 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1f, 2b and 5c with a W / L ratio of approximately 10 and 10 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1c, 3 and 4f with a W / L ratio of the selection transistor from FIG. 1.
  • the memory element and the selection transistor of each memory cell are each with S and T, the bit line with BL, the word line with WL, the field plate with FP, the gate dielectric with GD, the organic semiconductor layer of the field effect transistor T with os and the organic active layer of the memory element S with as.
  • the selection transistors T of all the variants shown in FIGS. 4a-4f are integrated in an inverse-coplanar arrangement, in which the organic semiconductor layer os of the selection transistor T is arranged above its gate electrode and its source and drain electrodes are each in direct contact with the gate dielectric GD stand.
  • FIG. 4a shows a schematic cross section of the planar memory cell consisting of the memory element S with the organic active layer as and the selection transistor T with the organic active layer as according to the circuit shown in FIG. 1 a with a field plate FP, which here is the lowest metal layer ( Metal-0).
  • the field dielectric FD forms an insulation between the different metal layers, i. H. 4a shows that the source / drain contacts of the selection transistor T can consist of the same material as the upper electrode of the storage element S. This also applies to the variants according to FIGS 4b and 4c.
  • FIG. 4b shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuit shown in FIG. naren memory cell using the same material for the implementation of the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S and therefore necessarily with a digit line DL run parallel to the word line WL.
  • FIGS. 1b and 1c shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using two different materials for realizing the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S and therefore with one alternatively parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL digit line DL.
  • FIGS. 4d shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using two different materials for the implementation of the gate electrode of the selection transistor T and the upper electrode of the memory element S and therefore with one alternatively parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL digit line DL.
  • the lower electrode of the memory element S can have the same material as the drain / source contacts of the selection transistor T.
  • 4e shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using four different materials, each for the implementation of the gate electrode and the source and drain contacts of the selection transistor T and of the upper and lower ones Electrode of the memory element S and therefore with a digit line DL, which is optionally implemented parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL.
  • 4f shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS.
  • the embodiment according to FIG. 4f is particularly suitable for the realization of a cell field with common bit lines according to FIG. 3.
  • FIGS. 5a-5e each show a schematic cross section of memory cells designed according to the invention in accordance with the circuits in FIGS. Le and lf.
  • the selection transistor T is also integrated in an inverse-coplanar arrangement in the planar memory cells according to the invention shown in FIGS. 5a and 5e.
  • the reference numerals in Figures 5a-5e are the same as those used in Figures 4a-4f.
  • the digital line DL is optionally routed parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL.
  • the source / drain electrode of the selection transistor T can consist of the same material as the upper electrode of the memory element S. According to FIG.
  • the upper electrode of the selection transistor T can consist of the same material as the lower electrode of the memory element S.
  • Die 5b-5e bit line BL is in an upper metallization layer and the word line WL is always in a lowermost metal layer (metal 0).
  • bit line is also in the lowest metal layer (metal 0).
  • planar semiconductor memory cells according to the invention shown in FIGS. 4a-4f and 5a-5e are suitable for realizing a cell field composed of a large number of rows and columns on a substrate.
  • planar memory cells each having a memory element S with an associated selection transistor T integrated in the same plane next to it, the control electrodes of the selection transistors of the individual rows by word lines WL running in the row direction and a controlled electrode of the selection transistors T of the individual columns either with an in Column direction running bit line BL or with a digit line DL or with a field plate FP and one electrode of each memory element with the other controlled electrode of the associated selection transistor T and the other electrode of each memory element S either with a bit line BL or with a digit line DL or is connected to a field plate FP.
  • each memory cell has an organic memory element S with an organic active layer as arranged between the two electrodes and a selection transistor T consisting of a field effect transistor with an organic semiconductor layer os, the selection transistors T and the memory elements S on the substrate, the does not have to be silicon, is integrated as planar elements and is arranged laterally next to one another in one plane.
  • FIGS. 4a-4f and 5a-5e requires the deposition and structuring of the following functional layers on the substrate (not shown).
  • optional layers are written in italics. 1. Metal-0 ⁇ DL or FP or DL; lower electrode of the memory element) 2. Metal-1 (WL and gate electrode of the selection transistor T; possibly DL or lower electrode of the memory element); 3. field dielectric FD (insulation of the various metal layers); 4. Gate dielectric GD (insulation between the gate electrode and the semiconductor layer of the selection transistor T); 5. Active layer as of the storage element S;
  • Metal-2 bit line BL or digit line DL, source and drain contacts of the selection transistor T; upper or, if applicable, lower electrode of the memory element S); 7. Organic semiconductor layer os of the selection transistor T; 8. Metal-3 [BL or DL, upper electrode of the storage element).
  • substrates are glass, polymer film, metal foil (covered with an insulating layer), paper and others
  • Suitable materials In particular, the use of silicon as a substrate is possible, but not necessary.
  • the layers metal-0, metal-1, metal-2 and metal-3 must be metallically conductive, i.e. by depositing inorganic metals (for example aluminum, copper, titanium, gold), conductive oxides (for example indium tin oxide) , or conductive polymers (for example polyaniline).
  • inorganic metals for example aluminum, copper, titanium, gold
  • conductive oxides for example indium tin oxide
  • conductive polymers for example polyaniline.
  • the gate dielectric and the field dielectric must have good insulator properties; inorganic insulators, such as silicon oxide and aluminum oxide, but in particular also insulating polymers, such as polyvinylphenol, are suitable for this.
  • a number of materials can be used as the organic semiconductor layer os for the selection transistor T, in particular pentazene, various oligothiophenes and polythiophene.
  • a number of approaches for capacitive as well as resistive memory effects are currently being discussed for the implementation of the active layer as of the memory element S.
  • All preferred exemplary embodiments of memory cells according to the invention shown in FIGS. 4 and 5 use a planar structure, that is to say the memory element and the selection transistor are integrated lying side by side in one plane on the substrate.
  • the planar Structure In comparison with a vertical structure, in which the memory element and the selection transistor lie - at least partially - one above the other, the planar Structure the advantage that it is much easier to implement from a technological perspective.
  • All of the memory cells shown in FIGS. 4 and 5 use a selection transistor which is manufactured in an inverse-coplanar ("inverted co-planar") design.
  • the organic semiconductor layer os is arranged on the top (above the gate electrode) (inversely to the ordinary silicon field effect transistor in which the gate electrode is arranged on the top), and the source and drain contacts are in direct contact with the gate dielectric GD (in contrast to the staggered version, in which the semiconductor layer is located between the gate dielectric and the source / drain contacts.
  • the inverse-coplanar version is the most frequently used design for organic transistors, but in principle all can be integrated into Fig. 1 implement circuits in memory cells according to the invention with organic selection transistors in any other design.
  • An important criterion in the design of the memory cell is the question of whether the same material is used for the implementation of the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S, or whether two different materials are used.
  • the realization of the memory cell is simpler if the same material (metal-1 in FIGS. 4b and 5c) is used for the gate electrode of the selection transistor and the lower electrode of the memory element, since in this case only one is used to implement both structures Process step becomes necessary. In certain cases, however, it may be necessary to design the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S with two different materials.
  • resistive memories which require the use of very specific materials for the lower electrode of the memory element, such as, for example, copper or indium tin oxide, are discussed in the literature.
  • materials may be unsuitable for the implementation of the gate electrode of the selection transistor and therefore the use of two different materials (metal-0, optimized for the implementation of the lower electrode of the memory element; metal -1, optimized for the implementation of the gate electrode of the selection transistor; see FIGS. 4a, 4c, 4e, 5a, 5d and 5e).
  • metal-0 optimized for the implementation of the lower electrode of the memory element
  • metal -1 optimized for the implementation of the gate electrode of the selection transistor
  • Similar considerations relate to the choice of materials for the implementation of the source and drain contacts of the selection transistor and the upper electrode of the memory element.
  • the realization of the memory cell is easier if the same material (metal-2 in Fig. 4a, 4b, 4c, 5a, 5d, 5d) is used, but in certain cases it may be necessary to use two different materials. In this case too, the designs shown in FIGS. 4 and 5 have to be slightly adapted.
  • FIG. 6 shows in the form of a schematic layout representation a section of a cell array according to the invention made of planar memory cells with circuit arrangements according to FIGS. 1b and 2a and a cross-sectional structure according to FIG. 4b.
  • the cell field shown consists of nine cells organized in three columns (bit lines BL1, BL2, BL3) and three rows (word lines WL1, WL2, WL3) and three digit lines (DL1, DL2, DL3).
  • the selection transistors of a first row of the cell array are each denoted by TU, T12, T13 and the associated memory elements of the first row of the cell array laterally integrated in the same plane are denoted by S11, S12 and S13.
  • W / L the ratio W / L of the channel width W to the channel length L of the selection transistor
  • W / L ratio the ratio W / L of the channel width W to the channel length L of the selection transistor.
  • This W / L ratio of the selection transistor decisively decides on its electrical resistance, that is to say on the amperage which, for a certain combination of gate Source voltage and drain-source voltage flow through the transistor (the current is proportional to the W / L ratio).
  • the design shown allows the implementation of any W / L ratio.
  • 7 shows a section of a cell array according to the invention from planar memory cells in the circuit arrangements according to FIGS.
  • the cell field shown consists of nine memory cells which are organized in three rows and three columns.
  • the channel width W results approximately from the length of the inner outline of the drain contact D, that is to say approximately 2a + b, and the channel length results approximately from the distance between the drain contact D and the source contact S.
  • FIGS. 8 and 9 show schematic layout representations of two cell arrays from planar memory cells according to the invention in accordance with the circuit arrangements in FIGS. 1f and 2b and the cross-sectional structure in accordance with FIG. 5c, the selection transistors in FIG. 8 having a W / L ratio of approximately 1 and in 9 have a W / L ratio of about 10. 8 and 9 also represent a cell array of nine memory cells, organized in three columns and three rows.
  • the selection transistors of a first row (WL1) are each with TU, T12, T13 and the memory elements of this row with S11, S12 and Denoted S13.
  • FIG. 10 schematically shows a cell array with planar memory cells according to the invention, which implement the circuits according to FIGS. 1c and 3 and have the cross-sectional structure according to FIG. 4f.
  • the W / L ratio of the selection transistors is 1.
  • each circuit according to FIGS. 1 a - 1 f and each embodiment of the memory cells according to the invention shown in the cross-sectional representations of FIGS. 4 a - 4 f and 5 a - 5 e can be implemented with any W / L ratio of the selection transistors, so that the in 6-10 are only examples.
  • a process for realizing the cell field shown in the layout of FIG. 6 is explained below as an example.
  • metal 1 active layer as of the memory element S, field dielectric FD, gate dielectric GD, metal 2 and organic semiconductor layer os of the selection transistor T made a chrome mask, which allows the structuring of the deposited layers by means of photolithographic processes.
  • a layer of aluminum, approximately 30 nm thick, is applied to a substrate, for example made of glass, which is structured by means of photolithography and wet-chemical etching in aqueous potassium hydroxide solution, around the first metal layer (metal-1; gate electrode of the selection transistor T; lower electrode of the memory element S; word line WL) to be defined.
  • a substrate for example made of glass, which is structured by means of photolithography and wet-chemical etching in aqueous potassium hydroxide solution, around the first metal layer (metal-1; gate electrode of the selection transistor T; lower electrode of the memory element S; word line WL) to be defined.
  • a suitable organic solvent for example propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA
  • thermally crosslinked at approximately 200 ° C.
  • the gate dielectric GD is defined below, for example by spinning on and photolithographically structuring an approximately 100 nm thick layer of polyvinylphenol or by applying an approximately 3 nm thick electrically insulating molecular self-assembling monolayer (“seif asembling mono layer”; SAM).
  • Etching defines the second metal layer (metal-2; source and drain contacts of the selection transistor T; bit line BL).
  • an approximately 30 nm thick layer of pentazen is evaporated as the organic semiconductor layer os of the selection transistor and structured by means of photolithography (with the aid of a water-soluble photoresist) and plasma etching.
  • the invention provides a semiconductor memory in which an organic selection transistor, that is to say a field effect transistor with an organic semiconductor layer together with an organic memory element, that is to say an organic active layer arranged between two electrodes, with either capacitive, resistive or based on another physical concept electrical storage behavior can be integrated together to form a planar storage cell on any substrate, which preferably does not consist of silicon. It is particularly important that the selection transistor and memory element are arranged such that the gate electrode of the transistor is designed as a word line and the drain or source contact of the transistor or the electrodes of the memory element are designed either as a bit line, digit line or field plate. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to an integrated semiconductor memory comprising a cell field that is composed of a plurality of memory cells which are arranged in lines and rows. An organic selector transistor (T11, T12, T13) which represents a field effect transistor with an organic semiconductor layer (os) is integrated in each memory cell along with an organic storage element (S11, S12, S13), i.e. an organic layer (as) that is disposed between two electrodes and alternatively has a capacitive or resistive electrical storage behavior so as to form a planar memory cell on any substrate, said substrate preferably not being made of silicon. The selector transistors (T11, T12, T13) and the storage elements (S11, S12, S13) of the inventive semiconductor memory are arranged such that the gate electrode of the selector transistors (T11, T12, T13) is embodied as a word line (WL1, WL2, WL3) while the drain contact or source contact of the selector transistors (T11, T12, T13) or the electrodes of the storage elements (S11, S12, S13) are configured as a bit line (BL1, BL2, BL3), a digit line, or a magnetoresistor. In principle, the ratio between the channel width (W) and the channel length (L) of the selector transistors can be randomly adjusted.

Description

Beschreibungdescription
Integrierter Halbleiterspeicher mit organischem AuswahltransistorIntegrated semiconductor memory with organic selection transistor
Die Erfindung betrifft einen integrierten Halbleiterspeicher it einem Zellenfeld aus einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten auf einem Substrat angeordneten Speicherzellen, die jeweils ein Speicherelement mit zwei Elektroden und einen zu- gehörigen Auswahltransistor aufweisen.The invention relates to an integrated semiconductor memory having a cell array comprising a plurality of memory cells arranged in rows and columns on a substrate, each of which has a memory element with two electrodes and an associated selection transistor.
Der Markt für Halbleiterspeicher wird gegenwärtig durch eine relativ überschaubare Anzahl an Produkten bedient:The market for semiconductor memories is currently served by a relatively manageable number of products:
1. Arbeitsspeicher mit extrem kurzen Zugriffszeiten, wie sie heute in enormem Umfang in Computern zur Anwendung kommen, werden fast ausschließlich auf der Grundlage flüchtiger Speicherarchitekturen ("volatile memory"), insbesondere in der DRAM-Technologie ("dynamic random access memory") gefertigt. Die DRAM-Technologie beruht auf der Speicherung elektronischer Ladungen in einem kapazitiven Speicherelement, also in einem Kondensator. Jede Speicherzelle repräsentiert eine Speichereinheit ("bit") und wird durch einen Kondensator und einen Auswahltransistor (einen Feldeffekttransistor, FET) gebildet. Aufgabe des Auswahltransistors ist die elektrische Isolation der einzelnen Speicherzellen voneinander und von der Peripherie des Zellenfeldes; durch Schalten des jeweiligen Auswahltransistors kann auf jede beliebige Zelle gezielt und einzeln zugegriffen werden ("random access"). Die DRAM- Architektur zeichnet sich durch extrem geringen Platzbedarf (weniger als ein Quadratmikrometer pro Speicherzelle) und extrem geringe Fertigungskosten (weniger als 10~8 Euro pro Speicherzelle) aus. Entscheidender Nachteil des DRAM-Konzepts ist die Flüchtigkeit der gespeicherten Information, da die im Kondensator gespeicherte Ladung so klein ist (weniger als 500.000 Elektronen), dass sie bei Abschalten der Versorgungsspannung nach kurzer Zeit (innerhalb weniger Millisekunden) aufgrund von Leckströmen innerhalb des Zellenfeldes verloren geht.1. Main memory with extremely short access times, as are used to an enormous extent in computers today, are produced almost exclusively on the basis of volatile memory architectures ("volatile memory"), in particular in DRAM technology ("dynamic random access memory") , DRAM technology is based on the storage of electronic charges in a capacitive storage element, i.e. in a capacitor. Each memory cell represents a memory unit ("bit") and is formed by a capacitor and a selection transistor (a field effect transistor, FET). The task of the selection transistor is the electrical insulation of the individual memory cells from one another and from the periphery of the cell array; By switching the respective selection transistor, any cell can be specifically and individually accessed ("random access"). The DRAM architecture is characterized by extremely small space requirements (less than one square micron per memory cell) and extremely low manufacturing costs (less than 10 ~ 8 euros per memory cell). The decisive disadvantage of the DRAM concept is the volatility of the stored information, since the charge stored in the capacitor is so small (less than 500,000 electrons) that it Switching off the supply voltage after a short time (within a few milliseconds) is lost due to leakage currents within the cell field.
2. Nichtflüchtige Speicher ("nonvolatile memory"), die die gespeicherte Information auch nach Abschalten der Versorgungsspannung über lange Zeiträume (mehrere Jahre) nicht verlieren, sind für ein breites Spektrum von Anwendungen (Digitalkameras, Mobiltelefone, mobile Navigationsinstru- mente, Computerspiele, usw.) von Interesse und könnten auch den Umgang mit Computern revolutionieren, da ein Hochfahren des Computers nach dem Einschalten unnötig würde ("instant-on Computer"). Zu den bereits existierenden nichtflüchtigen Speichertechnologien gehören die so genannten Flash-Speicher, bei denen die Information in Form elektronischer Ladungen im Gate-Dielektrikum eines Silizium-Feldeffekttransistors gespeichert und als Änderung der Schwellspannung des Transistors detektiert wird. Da die elektronische Ladung im Gate-Dielektrikum des Transistors "gefangen" ist, geht sie auch bei Abschalten der Versorgungsspannung nicht verloren. Ein wesentlicher Nachteil der Flash-Technologie sind die relativ hohen Schreib- und Lösch-Spannungen, die sich aus der Notwendigkeit ergeben, die zu speichernde elektronische Ladung sicher und reproduzierbar in das Gate-Dielektrikum zu injizieren bzw. von dort wieder abzuziehen. Weitere Nachteile sind die im Vergleich zum DRAM deutlich längeren Zugriffszeiten sowie die aufgrund der hohen Belastung des Gate-Dielektrikums beim Schreiben und Löschen be- schränkte Zuverlässigkeit.2. Nonvolatile memory ("nonvolatile memory"), which does not lose the stored information even after the supply voltage has been switched off for long periods (several years), is suitable for a wide range of applications (digital cameras, mobile phones, mobile navigation instruments, computer games, etc .) of interest and could also revolutionize the way computers are used, since it would not be necessary to start up the computer after switching it on ("instant-on computer"). Existing non-volatile memory technologies include what are known as flash memories, in which the information is stored in the form of electronic charges in the gate dielectric of a silicon field-effect transistor and is detected as a change in the threshold voltage of the transistor. Since the electronic charge is "trapped" in the gate dielectric of the transistor, it is not lost even when the supply voltage is switched off. A major disadvantage of flash technology are the relatively high write and erase voltages, which result from the need to safely and reproducibly inject the electronic charge to be stored into the gate dielectric or to withdraw it from there. Other disadvantages are the significantly longer access times compared to the DRAM and the limited reliability due to the high load on the gate dielectric when writing and erasing.
3. Aufgrund der oben genannten Nachteile von Flashspeichern werden seit mehreren Jahren neue Technologien für nichtflüchtige Halbleiterspeicher auf der Grundlage diverser physikalischer Konzepte entwickelt. Dazu gehören die fer- roelektrischen und die magnetoresistiven Speicher, bei denen die gespeicherte Information als Änderung der e- lektrischen Polarisation (aufgrund der Verschiebung des Zentralatoms in einem Perovskit-Kristall) bzw. als Änderung eines elektrischen Widerstands in einer Anordnung ferromagnetischer Schichten ausgelesen wird. Für die In- tegration ferroelektrischer Speicherelemente ist die Verwendung eines Auswahltransistors (ähnlich der DRAM-Speicherzelle) zwingend notwendig, um das sichere Auslesen der gespeicherten Informationen zu gewährleisten. Magne- toresistive Speicher können prinzipiell ohne Auswahltran- sistor integriert werden, da eine Isolation der einzelnen Speicherelemente nicht unbedingt notwendig ist. Dabei hat die Implementierung von Zellen ohne Auswahltransistor den wesentlichen Vorteil eines deutlich geringeren Platzbedarfs, was zu einer deutlich höheren Integrationsdichte und einem niedrigeren Fertigungsaufwand pro Zelle führt. Allerdings wird das Auslesen der gespeicherten Information durch die Verwendung eines Auswahltransistors erheblich einfacher und sicherer, und es ist abzusehen, dass den ersten magnetoresistiven Speicherprodukten ein Aufbau mit Auswahltransistor zugrunde liegen wird.3. Due to the above-mentioned disadvantages of flash memories, new technologies for non-volatile semiconductor memories based on various physical concepts have been developed for several years. These include the ferroelectric and magnetoresistive memories, in which the stored information as a change in the electronic electrical polarization (due to the shift of the central atom in a perovskite crystal) or as a change in electrical resistance in an arrangement of ferromagnetic layers. For the integration of ferroelectric memory elements, the use of a selection transistor (similar to the DRAM memory cell) is absolutely necessary in order to ensure the safe reading of the stored information. Magnetoresistive memories can in principle be integrated without a selection transistor, since isolation of the individual memory elements is not absolutely necessary. The implementation of cells without a selection transistor has the essential advantage of a significantly smaller space requirement, which leads to a significantly higher integration density and a lower manufacturing effort per cell. However, the use of a selection transistor makes reading out the stored information considerably easier and safer, and it is foreseeable that the first magnetoresistive memory products will be based on a structure with a selection transistor.
Die oben genannten Speicherkonzepte werden ausschließlich auf Silizium-Plattformen produziert bzw. entwickelt, das heißt, die Herstellung der Speicherelemente erfolgt ausschließlich auf Siliziumsubstraten ( "Silizium-Wafern" ) und ausschließlich unter Verwendung von Transistoren auf der Basis von Silizium als Halbleiter. Alternativ dazu werden gegenwärtig sowohl Speicher-Konzepte als auch Transistor-Konzepte entwickelt, die ohne die Verwendung von Silizium-Wafern auskommen, und die prinzipiell die Herstellung von Massenspeichern auf preiswerten Glassubstraten und sogar auf flexiblen Polymerfolien ermöglichen. Solche neuartigen Massenspeicher sind für eine Vielzahl von Anwendungen von Interesse, und zwar prinzipiell sowohl für alle Anwendungen, für die die ferroelektri- sehen und magnetoresistiven Speicher entwickelt werden, als auch für Anwendungen, bei denen sich die Verwendung von Sili- ziumsubstraten nachteilig auf die Kosten oder auf die Einsatzmöglichkeiten auswirkt.The above-mentioned memory concepts are produced or developed exclusively on silicon platforms, that is to say that the memory elements are produced exclusively on silicon substrates (“silicon wafers”) and exclusively using transistors based on silicon as semiconductors. As an alternative to this, both memory concepts and transistor concepts are currently being developed which do not require the use of silicon wafers and which in principle enable the production of mass memories on inexpensive glass substrates and even on flexible polymer films. Such novel mass storage devices are of interest for a large number of applications, in principle both for all applications for which the ferroelectric and magnetoresistive memories are being developed, and for applications in which the use of silicon Zium substrates adversely affect the costs or the possible uses.
Die beiliegenden Fig. la - lf zeigen sechs mögliche Schalt- bilder einer wahlweise flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicherzelle mit einem wahlweise kapazitiven, resistiven oder auf einem anderen physikalischen Konzept beruhenden Speicherelement S und einem Auswahltransistor T.The attached FIGS. 1 a - lf show six possible circuit diagrams of an optionally volatile or non-volatile memory cell with an optionally capacitive, resistive or memory element S based on another physical concept and a selection transistor T.
Die sechs in den Fig. la - lf dargestellten Schaltbilder unterscheiden sich in der Anordnung und Verschaltung jeweils des Speicherelements S und des Auswahltransistors T mit einer Wortleitung WL, einer Bitleitung BL, einer Digitleitung DL und einer Feldplatte FP. Es sei hier bemerkt, dass die in den Fig. la - lf gezeigten Grundverschaltungen eines Speicherelements mit einem Auswahltransistor an sich im Stand der Technik bekannt sind:The six circuit diagrams shown in FIGS. La-lf differ in the arrangement and connection of the memory element S and the selection transistor T with a word line WL, a bit line BL, a digit line DL and a field plate FP. It should be noted here that the basic interconnections of a memory element with a selection transistor shown in FIGS. 1 a - 1 are known per se in the prior art:
Fig. la zeigt, dass der Drainanschluss des Auswahltransistors T an der Bitleitung BL und das Speicherelement S zwischen dem Sourceanschluss des Auswahltransistors T und einer Feldplatte FP liegt.FIG. 1 a shows that the drain connection of the selection transistor T is on the bit line BL and the memory element S lies between the source connection of the selection transistor T and a field plate FP.
Gemäß Fig. lb liegt der Drainanschluss des Auswahltransistors T an der Bitleitung BL und das Speicherelement zwischen dem Sourceanschluss des Auswahltransistors T und einer Digitleitung DL, die parallel zur Wortleitung WL geführt ist.According to FIG. 1b, the drain connection of the selection transistor T is on the bit line BL and the memory element is between the source connection of the selection transistor T and a digit line DL, which is led in parallel with the word line WL.
Gemäß Fig. lc liegt der Drainanschluss des Auswahltransistors T an der Bitleitung BL und das Speicherelement S zwischen dem Sourceanschluss des Auswahltransistor T und einer Digitleitung DL, die parallel zur Bitleitung BL verläuft.According to FIG. 1 c, the drain connection of the selection transistor T is on the bit line BL and the memory element S is between the source connection of the selection transistor T and a digit line DL, which runs parallel to the bit line BL.
Gemäß Fig. ld liegt der Sourceanschluss des Auswahltransis- tors T an einer Feldplatte FP und das Speicherelement S zwischen- dem Drainanschluss des Auswahltransistors T und der Bitleitung BL. Fig. le zeigt, dass der Sourceanschluss des Auswahltransistors T an einer Digitleitung DL und das Speicherelement S zwischen Drainanschluss des Auswahltransistors T und der Bit- leitung BL liegt, wobei die Digitleitung DL parallel zur Wortleitung WL verläuft.According to FIG. 1d, the source connection of the selection transistor T lies on a field plate FP and the memory element S lies between the drain connection of the selection transistor T and the bit line BL. FIG. 1 shows that the source terminal of the selection transistor T is on a digit line DL and the memory element S is between the drain terminal of the selection transistor T and the bit line BL, the digit line DL running parallel to the word line WL.
Gemäß Fig. lf liegt der Sourceanschluss des Auswahltransistors T an einer Digitleitung und das Speicherelement S zwi- sehen dem Drainanschluss des Auswahltransistors T und derAccording to FIG. 1f, the source connection of the selection transistor T is connected to a digit line and the memory element S lies between the drain connection of the selection transistor T and
Bitleitung BL, wobei die Digitleitung DL parallel zur Bitleitung BL verläuft.Bit line BL, the digit line DL running parallel to the bit line BL.
Die Auswahl der Speicherzelle S erfolgt stets über die Wort- leitung WL, die in jedem Fall mit der Gateelektrode des Auswahltransistors T verbunden ist. Durch Anlegen eines geeigneten Potenzials an die Wortleitung WL (z.B. ein negatives Potenzial, wenn es sich beim Auswahltransistor T um einen p- leitenden Transistor mit negativer Schwellspannung handelt) wird der Auswahltransistor T geöffnet (elektrisch leitend) und die im Speicherelement S gespeicherte Information kann durch Anlegen geeigneter Potenziale an Bitleitung BL und Digitleitung DL bzw. Feldplatte FP über die Bitleitung in einem Lesezyklus ausgelesen oder in einem Schreib- oder Löschzyklus verändert werden.The memory cell S is always selected via the word line WL, which is connected in each case to the gate electrode of the selection transistor T. By applying a suitable potential to the word line WL (for example a negative potential if the selection transistor T is a p-type transistor with a negative threshold voltage), the selection transistor T is opened (electrically conductive) and the information stored in the memory element S can be transmitted through Applying suitable potentials to bit line BL and digit line DL or field plate FP can be read out via the bit line in a read cycle or changed in a write or erase cycle.
Eine Ausführung der Speicherzelle mit einer Digitleitung DL hat im Vergleich zu einer Ausführung mit einer Feldplatte FP den Vorteil, dass das Potenzial an dieser Leitung gezielt für die Zelle verändert werden kann, auf die gerade zugegriffen wird. Eine Ausführung eines integrierten Halbleiterspeichers mit Feldplatte FP kann zu einem geringeren Platzbedarf des Zellenfeldes führen.An embodiment of the memory cell with a digit line DL has the advantage over an embodiment with a field plate FP that the potential on this line can be specifically changed for the cell that is currently being accessed. Designing an integrated semiconductor memory with FP field plate can lead to a smaller space requirement for the cell field.
Ein wesentliches Kriterium bei der Realisierung der Speicherzellen ist die Bitleitungskapazität, die im Interesse schneller Zugriffszeiten so klein wie möglich sein sollte. Je nach- dem, ob die dem Auswahltransistor T zugehörige Kapazität größer oder kleiner als die dem Speicherelement S zugehörige Kapazität ist, weisen entweder die Ausführungen gemäß den Fig. la - lc (bei denen der Auswahltransistor T an der Bitleitung BL liegt) oder die Ausführungen gemäß den Fig. ld - lf (bei denen das Speicherelement S zwischen Bitleitung BL und Drainanschluss des Auswahltransistors T liegt) die geringere Bitleitungskapazität auf.An important criterion in the implementation of the memory cells is the bit line capacity, which should be as small as possible in the interest of fast access times. Depending on- that the capacitance associated with the selection transistor T is greater or smaller than the capacitance associated with the memory element S is either shown in FIGS. 1 a - lc (in which the selection transistor T is located on the bit line BL) or the configurations in accordance with FIGS ld-lf (in which the memory element S lies between the bit line BL and the drain connection of the selection transistor T) has the lower bit line capacitance.
Fig. 2a zeigt ein stark vereinfachtes Schaltbild eines Zellenfeldes eines integrierten HalbleiterSpeichers, das gemäß Fig. lb ausgeführt ist. Das heißt, dass bei den Speicherzellen die Drainanschlüsse der Auswahltransistoren TOI - TO (einer Zeile 0) an den Bitleitungen BL0 - BLm und die Spei- cherelemente SOI - SOm (der Zeile 0) jeweils zwischen dem Sourceanschluss des Auswahltransistors (T01 - TOm) und der Digitleitung DL0 liegen. Die Digitleitung DL0 verläuft parallel zur Wortleitung WL0 (zur Vereinfachung sind in Fig. 2a lediglich die Auswahltransistoren und die Speicherelemente einer 0-ten Zeile mit Bezugszeichen versehen) . Fig. 2b zeigt ein stark vereinfachtes Schaltbild eines Zellenfeldes, das gemäß Fig. lf ausgeführt ist. Bei dieser Ausführung liegen die Sourceanschlüsse der Auswahltransistoren T01 - TOm an Di- gitleitungen DL0 - DLm und die Speicherelemente S01 - SOm liegen jeweils zwischen dem Drainanschluss des Auswahltransistors und der zugehörigen Bitleitung BL0 - BLm. Die Digit- leitungen DL0 - DLm verlaufen parallel zu den Bitleitungen BL0 - BLm. Auch hier sind zur Vereinfachung lediglich die Auswahltransistoren und die Speicherelemente der 0-ten Zeile mit Bezugszeichen versehen. Selbstverständlich geben die Fig, 2a - 2b lediglich einen Ausschnitt eines aus m Spalten (Bitleitungen) und n Zeilen (Wortleitungen) bestehenden Zellenfeldes wieder. Die Zeilenrichtung ist mit x und die Spaltenrichtung mit y bezeichnet.FIG. 2a shows a highly simplified circuit diagram of a cell array of an integrated semiconductor memory, which is designed according to FIG. 1b. This means that in the case of the memory cells, the drain connections of the selection transistors TOI - TO (a line 0) on the bit lines BL0 - BLm and the memory elements SOI - SOm (the line 0) each between the source connection of the selection transistor (T01 - TOm) and of the digit line DL0. The digit line DL0 runs parallel to the word line WL0 (for simplification only the selection transistors and the memory elements of a 0th line are provided with reference numerals in FIG. 2a). FIG. 2b shows a highly simplified circuit diagram of a cell field which is designed according to FIG. 1f. In this embodiment, the source connections of the selection transistors T01 - TOm are on digital lines DL0 - DLm and the memory elements S01 - SOm are each between the drain connection of the selection transistor and the associated bit line BL0 - BLm. The digit lines DL0 - DLm run parallel to the bit lines BL0 - BLm. Here too, only the selection transistors and the memory elements of the 0th line are provided with reference numerals for simplification. Of course, FIGS. 2a-2b only show a section of a cell field consisting of m columns (bit lines) and n rows (word lines). The row direction is labeled x and the column direction is labeled y.
Fig. 3 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltbild eines aus m Spalten und n Zeilen bestehenden Zellenfeldes, das mit ge- meinsamen Bitleitungen ("shared bit lines") ausgeführt ist. Bei dieser Ausführung sind die Speicherzellen der ersten, dritten, fünften usw. Spalte gegenüber den Speicherzellen der nullten, zweiten, vierten Spalte (y-Richtung) jeweils um eine Zeile versetzt. Die Schaltungsanordnung der Speicherelemente und der Auswahltransistoren entspricht der Anordnung gemäß Fig. 2b, wobei die Digitleitungen DLO, DL1 durch Bitleitungen BL1, BL3 usw. ersetzt sind.3 shows a greatly simplified circuit diagram of a cell field consisting of m columns and n rows, which common bit lines ("shared bit lines") is executed. In this embodiment, the memory cells of the first, third, fifth, etc. column are each offset by one row compared to the memory cells of the zero, second, fourth column (y direction). The circuit arrangement of the memory elements and the selection transistors corresponds to the arrangement according to FIG. 2b, the digit lines DLO, DL1 being replaced by bit lines BL1, BL3 etc.
Die oben anhand der Fig. 1 beschriebenen, aus dem Stand der Technik an sich bekannten Schaltschemata von flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicherzellen mit wahlweise kapazitiven, re- sistiven oder auf einem anderen physikalischen Konzept beruhenden Speicherelementen und jeweils einem Auswahltransistor und die anhand der Fig. 2a, 2b und 3 beschriebenen Schaltbilder von unterschiedlich ausgeführten Zellenfeldern, die ebenfalls im Stand der Technik bekannt sind, dienen als Grundlage für Schaltungsanordnungen eines erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeichers .The circuit diagrams of volatile or non-volatile memory cells described above with reference to FIG. 1, which are known per se from the prior art, with either capacitive, resistive or memory elements based on another physical concept and in each case a selection transistor and those based on FIG. 2a, 2b and 3 described circuit diagrams of differently designed cell fields, which are also known in the prior art, serve as the basis for circuit arrangements of an integrated semiconductor memory according to the invention.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Konzept für einen integrierten Halbleiterspeicher anzugeben, der ohne Siliziumsubstrat realisiert werden kann und dessen Speicherzellen wahlweise kapazitive, resistive oder auf einem anderen physi- kalischen Konzept beruhende Speicherelemente, insbesondere nichtflüchtige Speicherelemente auf der Basis eines organischen Materials sowie einen auf der Grundlage einer organischen Halbleiterschicht realisierten Auswahltransistor enthalten.It is therefore an object of the invention to provide a concept for an integrated semiconductor memory which can be implemented without a silicon substrate and whose memory cells optionally have capacitive, resistive or memory elements based on another physical concept, in particular non-volatile memory elements based on an organic material, and one contain a selection transistor realized on the basis of an organic semiconductor layer.
Die obige Aufgabe wird gemäß einem wesentlichen Aspekt gelöst durch einen integrierten Halbleiterspeicher mit einem Zellenfeld aus einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten auf einem Substrat angeordneten Speicherzellen, die jeweils ein Spei- cherelement mit zwei Elektroden und einen zugehörigen Auswahltransistor aufweisen, wobei die Steuerelektroden der Auswahltransistoren der einzelnen Zeilen durch in Zeilenrichtung laufende Wortleitungen und eine gesteuerte Elektrode der Auswahltransistoren der einzelnen Spalten entweder mit einer in Spaltenrichtung laufenden Bitleitung, oder mit einer Digitleitung oder mit einer Feldplatte verbunden ist und eine E- lektrode jedes Speicherelements mit der anderen gesteuerten Elektrode des zugehörigen Auswahltransistors und die andere Elektrode jedes Speicherelements entweder mit einer Bitleitung, einer Digitleitung oder einer Feldplatte verbunden ist. Der integrierte Halbleiterspeicher zeichnet sich erfindungs- gemäß dadurch aus, dass jede Speicherzelle ein organischesAccording to an essential aspect, the above object is achieved by an integrated semiconductor memory having a cell array composed of a plurality of memory cells arranged in rows and columns on a substrate, each of which has a memory element with two electrodes and an associated selection transistor, the control electrodes of the selection transistors of the individual lines by in the line direction current word lines and a controlled electrode of the selection transistors of the individual columns are either connected to a bit line running in the column direction, or to a digit line or to a field plate, and one electrode of each storage element is connected to the other controlled electrode of the associated selection transistor and the other electrode of each storage element is connected to either a bit line, a digit line or a field plate. According to the invention, the integrated semiconductor memory is distinguished in that each memory cell has an organic one
Speicherelement mit einer zwischen den zwei Elektroden angeordneten organischen aktiven Schicht und einen aus einem Feldeffekttransistor mit einer organischen Halbleiterschicht bestehenden Auswahltransistor aufweist und die Auswahltran- sistoren und die Speicherelemente auf dem Substrat als plana- re Elemente integriert und in einer Ebene lateral nebeneinander angeordnet sind.Has memory element with an organic active layer arranged between the two electrodes and a selection transistor consisting of a field effect transistor with an organic semiconductor layer, and the selection transistors and the memory elements are integrated on the substrate as planar elements and are arranged laterally next to one another in one plane.
Bei einem erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeicher braucht das Substrat kein Siliziumsubstrat sein sondern kann aus Glas, einer Polymerfolie, einer mit einer Isolierschicht überzogenen Metallfolie oder auch aus Papier und anderen Substraten bestehen, die kein Silizium enthalten.In the case of an integrated semiconductor memory according to the invention, the substrate does not need to be a silicon substrate but can consist of glass, a polymer film, a metal film covered with an insulating layer or also of paper and other substrates which do not contain silicon.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Auswahltransistoren in invers-koplanarer Anordnung integriert, bei der die organische Halbleiterschicht oberhalb der Gateelektrode angeordnet ist und die Source- und Drainelektroden der Auswahltransistoren in direktem Kontakt mit dem Gatedie- lektrikum stehen.In a preferred exemplary embodiment, the selection transistors are integrated in an inverse-coplanar arrangement, in which the organic semiconductor layer is arranged above the gate electrode and the source and drain electrodes of the selection transistors are in direct contact with the gate dielectric.
Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann die Gateelektrode des Auswahltransistors und die untere Elektrode des Speicherelements dasselbe Material aufweisen. Bei einer alternativen Variante des bevorzugten Ausführungsbeispiels kann die Gateelektrode des Auswahltransistors und die untere Elektrode des Speicherelements jeweils aus verschiedenen Materialien bestehen.In a variant of this exemplary embodiment, the gate electrode of the selection transistor and the lower electrode of the memory element can have the same material. In an alternative variant of the preferred exemplary embodiment, the gate electrode of the selection transistor and the lower one Electrode of the memory element each consist of different materials.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel so gestaltet sein, dass die Source- und Drainelektrode des Auswahltransistors und die obere Elektrode des Speicherelements dasselbe Material aufweisen.In a further preferred embodiment, the preferred exemplary embodiment can be designed such that the source and drain electrodes of the selection transistor and the upper electrode of the memory element have the same material.
In alternativer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Source- und Drainelektrode des Auswahltransistors einerseits und die obere Elektrode des Speicherelements andererseits aus verschiedenen Materialien bestehen.In an alternative advantageous embodiment, the source and drain electrodes of the selection transistor on the one hand and the upper electrode of the memory element on the other hand consist of different materials.
Vorteilhafterweise lassen sich mit den nachstehend im Detail beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen und deren Varianten eines erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeichers sämtliche zuvor anhand der Fig. la - lf, 2a, 2b und 3 beschriebenen Schaltungsvarianten integrierter Halbleiterspeicher realisieren.Advantageously, with the preferred exemplary embodiments described below in detail and their variants of an integrated semiconductor memory according to the invention, all circuit variants of integrated semiconductor memories described above with reference to FIGS. 1a-2f, 2a, 2b and 3 can be realized.
Somit beschreibt die nachstehende Beschreibung bezogen auf die Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele und deren Varianten eines erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeichers. Die Zeichnungsfiguren zeigen im Einzelnen:The following description, based on the drawing, thus describes preferred exemplary embodiments and their variants of an integrated semiconductor memory according to the invention. The drawing figures show in detail:
Fig. la bis lf die eingangs bereits beschriebenen sechs Schaltbilder einer wahlweise flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicherzelle mit einem wahlweise kapazitiven oder resistiven Speicher- element und einem Auswahltransistor;La to lf the six circuit diagrams already described at the beginning of an optionally volatile or non-volatile memory cell with an optionally capacitive or resistive memory element and a selection transistor;
Fig. 2a und 2b stark vereinfachte Schaltbilder zweier Zell- " feider bestehend aus m x n Speicherzellen jeweils ausgeführt gemäß den Fig. lb bzw. 2f (eingangs bereits beschrieben) ; Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild eines Zellenfeldes, ausgeführt mit gemeinsamen Bitleitungen (eingangs bereits beschrieben) ;Figs. 2a and 2b highly simplified circuit diagrams of two cell "Feider consisting of mxn memory cells each designed according to Figures lb and 2f (already described above). 3 shows a simplified circuit diagram of a cell field, implemented with common bit lines (already described at the beginning);
Fig. 4a - 4f schematische Querschnitte durch unterschiedlich ausgeführte erfindungsgemäße Speicherzellen gemäß Fig. la - lc.4a-4f are schematic cross sections through differently designed memory cells according to the invention according to FIGS.
Fig. 5a - 5e schematische Querschnitte durch unterschied- lieh gestaltete erfindungsgemäße Speicherzellen gemäß den Fig. le und lf;5a-5e are schematic cross sections through differently designed memory cells according to the invention according to FIGS. Le and lf;
Fig. 6 eine schematische Layoutansicht eines Ausschnitts eines Zellenfeldes mit erfindungsge- mäßen Speicherzellen gemäß den Fig. lb, 2a und 4b mit einem W/L-Verhältnis des Auswahltransistors von 1;6 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1b, 2a and 4b with a W / L ratio of the selection transistor from FIG. 1;
Fig. 7 eine schematische Layoutschicht eines Aus- Schnitts eines Zellenfeldes mit erfindungsgemäßen Speicherzellen gemäß den Fig. lb, 2a und 4b mit einem W/L-Verhältnis des Auswahltransistors von etwa 10.7 shows a schematic layout layer of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1b, 2a and 4b with a W / L ratio of the selection transistor of approximately 10.
Fig. 8 eine schematische Layoutansicht eines Ausschnitts eines Zellenfeldes mit erfindungsgemäßen Speicherzellen gemäß den Fig. lf, 2b und 5c mit einem W/L-Verhältnis des Auswahltransistors von 1.8 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1f, 2b and 5c with a W / L ratio of the selection transistor from FIG. 1.
Fig. 9 eine schematische Layoutansicht eines Ausschnitts eines Zellenfeldes mit erfindungsgemäßen Speicherzellen gemäß den Fig. lf, 2b und 5c mit einem W/L-Verhältnis von etwa 10, und Fig. 10 eine schematische Layoutansicht eines Ausschnitts eines Zellenfeldes mit erfindungsgemäßen Speicherzellen gemäß den Fig. lc, 3 und 4f mit einem W/L-Verhältnis des Auswahltran- sistors von 1.9 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1f, 2b and 5c with a W / L ratio of approximately 10 and 10 shows a schematic layout view of a section of a cell array with memory cells according to the invention according to FIGS. 1c, 3 and 4f with a W / L ratio of the selection transistor from FIG. 1.
In den schematische Querschnitte von Speicherzellen eines erfindungsgemäßen Halbleiterspeichers darstellenden Fig. 4a - 4f ist das Speicherelement und der Auswahltransistor jeder Speicherzelle jeweils mit S und T, die Bitleitung mit BL, die Wortleitung mit WL, die Feldplatte mit FP, das Gatedielektrikum mit GD, die organische Halbleiterschicht des Feldeffekttransistors T mit os und die organische aktive Schicht des Speicherelements S mit as bezeichnet. Die Auswahltransistoren T sämtlicher in den Fig. 4a - 4f dargestellten Varianten sind in invers-koplanarer Anordnung integriert, bei der die organische Halbleiterschicht os des Auswahltransistors T oberhalb seiner Gateelektrode angeordnet ist und seine Source- und Drainelektrode jeweils in direktem Kontakt mit dem Gatedie- lektrikum GD stehen.4a-4f, the memory element and the selection transistor of each memory cell are each with S and T, the bit line with BL, the word line with WL, the field plate with FP, the gate dielectric with GD, the organic semiconductor layer of the field effect transistor T with os and the organic active layer of the memory element S with as. The selection transistors T of all the variants shown in FIGS. 4a-4f are integrated in an inverse-coplanar arrangement, in which the organic semiconductor layer os of the selection transistor T is arranged above its gate electrode and its source and drain electrodes are each in direct contact with the gate dielectric GD stand.
Fig. 4a zeigt einen schematischen Querschnitt der aus dem Speicherelement S mit der organischen aktiven Schicht as und dem Auswahltransistor T mit der organischen aktiven Schicht as bestehenden planaren Speicherzelle gemäß der in Fig. la gezeigten Schaltung mit einer Feldplatte FP, die hier die unterste Metalllage (Metall-0) ist. Das Felddielektrikum FD bildet eine Isolation zwischen den verschiedenen Metalllagen, d. h. der Feldplatte FP und den Source/Drainkontakte sowie der oberen Elektrode des Speicherelements S. Fig. 4a zeigt, dass die Source/Drainkontakte des Auswahltransistors T aus demselben Material bestehen können wie die obere Elektrode des Speicherelements S. Dies trifft auch für die Varianten gemäß den Fig. 4b und 4c zu.4a shows a schematic cross section of the planar memory cell consisting of the memory element S with the organic active layer as and the selection transistor T with the organic active layer as according to the circuit shown in FIG. 1 a with a field plate FP, which here is the lowest metal layer ( Metal-0). The field dielectric FD forms an insulation between the different metal layers, i. H. 4a shows that the source / drain contacts of the selection transistor T can consist of the same material as the upper electrode of the storage element S. This also applies to the variants according to FIGS 4b and 4c.
Fig. 4b zeigt in schematischem Querschnitt eine erfindungsgemäße Ausführung der in Fig. lb gezeigten Schaltung einer pla- naren Speicherzelle unter Verwendung desselben Materials für die Realisierung jeweils der Gateelektrode des Auswahltran- sistors T und der unteren Elektrode des Speicherelements S und daher notwendigerweise mit einer parallel zur Wortleitung WL geführten Digitleitung DL.4b shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuit shown in FIG. naren memory cell using the same material for the implementation of the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S and therefore necessarily with a digit line DL run parallel to the word line WL.
Fig. 4c zeigt in schematischem Querschnitt eine erfindungsgemäße Ausführung der in den Fig. lb und lc gezeigten Schaltungen einer planaren Speicherzelle unter Verwendung zweier ver- schiedener Materialien für die Realisierung jeweils der Gateelektrode des Auswahltransistors T und der unteren Elektrode des Speicherelements S und daher mit einer wahlweise parallel zur Wortleitung WL oder parallel zur Bitleitung BL ausgeführten Digitleitung DL.4c shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using two different materials for realizing the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S and therefore with one alternatively parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL digit line DL.
Fig. 4d zeigt in schematischem Querschnitt eine erfindungsgemäße Ausführung der in den Fig. lb und lc gezeigten Schaltungen einer planaren Speicherzelle unter Verwendung zweier verschiedener Materialien für die Realisierung jeweils der Ga- teelektrode des Auswahltransistors T und der oberen Elektrode des Speicherelements S und daher mit einer wahlweise parallel zur Wortleitung WL oder parallel zur Bitleitung BL ausgeführten Digitleitung DL. Dagegen kann die untere Elektrode des Speicherelements S dasselbe Material aufweisen wie die Drain/Sourcekontakte des Auswahltransistors T.4d shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using two different materials for the implementation of the gate electrode of the selection transistor T and the upper electrode of the memory element S and therefore with one alternatively parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL digit line DL. In contrast, the lower electrode of the memory element S can have the same material as the drain / source contacts of the selection transistor T.
Fig. 4e zeigt in schematischem Querschnitt eine erfindungsgemäße Ausführung der in den Fig. lb und lc gezeigten Schaltungen einer planaren Speicherzelle unter Verwendung von vier verschiedenen Materialien jeweils für die Realisierung jeweils der Gateelektrode und der Source- und Drainkontakte des Auswahltransistors T sowie der oberen und unteren Elektrode des Speicherelements S und daher mit einer wahlweise parallel zur Wortleitung WL oder parallel zur Bitleitung BL ausgeführ- ten Digitleitung DL. Fig. 4f zeigt in schematischem Querschnitt eine erfindungsgemäße Ausführung der in den Fig. lb und lc gezeigten Schaltungen einer planaren Speicherzelle unter Verwendung desselben Materials für die Realisierung der Gateelektrode des Auswahl- transistors T und der unteren Elektrode des Speicherelements S, aber mit der Möglichkeit, die Digitleitung DL wahlweise parallel zur Wortleitung WL oder parallel zur Bitleitung zu führen oder auch mit der Möglichkeit einer zweiten Bitleitung. Daher ist die Ausführung gemäß Fig. 4f besonders geeig- net für die Realisierung eines Zellenfelds mit gemeinsamen Bitleitungen gemäß Fig. 3.4e shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using four different materials, each for the implementation of the gate electrode and the source and drain contacts of the selection transistor T and of the upper and lower ones Electrode of the memory element S and therefore with a digit line DL, which is optionally implemented parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL. 4f shows a schematic cross section of an embodiment according to the invention of the circuits of a planar memory cell shown in FIGS. 1b and 1c using the same material for realizing the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S, but with the possibility of to run the digit line DL either parallel to the word line WL or parallel to the bit line or with the option of a second bit line. Therefore, the embodiment according to FIG. 4f is particularly suitable for the realization of a cell field with common bit lines according to FIG. 3.
Die Fig. 5a - 5e zeigen jeweils in schematischem Querschnitt erfindungsgemäß ausgeführte Speicherzellen gemäß den Schal- tungen in den Fig. le und lf. Auch bei den in den Fig. 5a und 5e dargestellten erfindungsgemäßen planaren Speicherzellen ist der Auswahltransistor T in invers-koplanarer Anordnung integriert. Die Bezugszeichen sind in den Fig. 5a - 5e dieselben wie sie in den Fig. 4a - 4f verwendet wurden. Die Di- gitleitung DL ist bei den Ausführungen gemäß den Fig. 5a - 5e wahlweise parallel zur Wortleitung WL oder parallel zur Bitleitung BL geführt. Gemäß Fig. 5a kann die Sour- ce/Drainelektrode des Auswahltransistors T aus demselben Material bestehen wie die obere Elektrode des Speicherelements S. Gemäß Fig. 5b kann die obere Elektrode des Auswahltransistors T aus demselben Material bestehen wie die untere Elektrode des Speicherelements S. Die Bitleitung BL liegt bei allen Ausführungen gemäß den Fig. 5b - 5e in einer oberen Metallisierungsschicht und die Wortleitung WL immer in einer untersten Metalllage (Metall-0) . Bei der Ausführung gemäß5a-5e each show a schematic cross section of memory cells designed according to the invention in accordance with the circuits in FIGS. Le and lf. The selection transistor T is also integrated in an inverse-coplanar arrangement in the planar memory cells according to the invention shown in FIGS. 5a and 5e. The reference numerals in Figures 5a-5e are the same as those used in Figures 4a-4f. 5a-5e, the digital line DL is optionally routed parallel to the word line WL or parallel to the bit line BL. According to FIG. 5a, the source / drain electrode of the selection transistor T can consist of the same material as the upper electrode of the memory element S. According to FIG. 5b, the upper electrode of the selection transistor T can consist of the same material as the lower electrode of the memory element S. Die 5b-5e, bit line BL is in an upper metallization layer and the word line WL is always in a lowermost metal layer (metal 0). When executed according to
Fig. 5a liegt die Bitleitung ebenfalls in der untersten Metalllage (Metall-0) .5a, the bit line is also in the lowest metal layer (metal 0).
Sämtliche in den Fig. 4a - 4f und 5a - 5e gezeigten Ausfüh- rungen erfindungsgemäßer planarer Halbleiterspeicherzellen eignen sich für die Realisierung eines Zellenfeldes aus einer Vielzahl von in Zeilen und Spalten auf einem Substrat ange- ordneten planaren Speicherzellen, die jeweils ein Speicherelement S mit einem zugehörigen in der gleichen Ebene daneben integrierten Auswahltransistoren T aufweisen, wobei die Steuerelektroden der Auswahltransistoren der einzelnen Zeilen durch in Zeilenrichtung laufende Wortleitungen WL und eine gesteuerte Elektrode der Auswahltransistoren T der einzelnen Spalten entweder mit einer in Spaltenrichtung laufenden Bitleitung BL oder mit einer Digitleitung DL oder mit einer Feldplatte FP verbunden sind und eine Elektrode jedes Spei- cherelements mit der anderen gesteuerten Elektrode des zugehörigen Auswahltransistors T und die andere Elektrode jedes Speicherelements S entweder mit einer Bitleitung BL oder mit einer Digitleitung DL oder mit einer Feldplatte FP verbunden ist. Beim erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeicher weist jede Speicherzelle ein organisches Speicherelement S mit einer zwischen den zwei Elektroden angeordneten organischen aktiven Schicht as und einen aus einem Feldeffekttransistor mit einer organischen Halbleiterschicht os bestehenden Auswahltransistor T auf, wobei die Auswahltransistoren T und die Speicherelemente S auf dem Substrat, das kein Silizium ' sein muss, als planare Elemente integriert und in einer Ebene lateral nebeneinander angeordnet sind.All of the designs of planar semiconductor memory cells according to the invention shown in FIGS. 4a-4f and 5a-5e are suitable for realizing a cell field composed of a large number of rows and columns on a substrate. arranged planar memory cells, each having a memory element S with an associated selection transistor T integrated in the same plane next to it, the control electrodes of the selection transistors of the individual rows by word lines WL running in the row direction and a controlled electrode of the selection transistors T of the individual columns either with an in Column direction running bit line BL or with a digit line DL or with a field plate FP and one electrode of each memory element with the other controlled electrode of the associated selection transistor T and the other electrode of each memory element S either with a bit line BL or with a digit line DL or is connected to a field plate FP. In the integrated semiconductor memory according to the invention, each memory cell has an organic memory element S with an organic active layer as arranged between the two electrodes and a selection transistor T consisting of a field effect transistor with an organic semiconductor layer os, the selection transistors T and the memory elements S on the substrate, the does not have to be silicon, is integrated as planar elements and is arranged laterally next to one another in one plane.
Die Realisierung der in den Fig. 4a - 4f und 5a - 5e gezeig- ten Ausführungen erfindungsgemäßer Speicherzellen erfordert die Abscheidung und Strukturierung folgender funktionaler Schichten auf dem (nicht gezeigten) Substrat. In der folgenden Aufzählung sind optionale Schichten kursiv geschrieben. 1. Metall-0 {DL bzw. FP bzw. DL; untere Elektrode des Spei- cherelements) 2. Metall-1 (WL und Gateelektrode des Auswahltransistors T; gegebenenfalls DL bzw. untere Elektrode des Speicherelements) ; 3. Felddielektrikum FD (Isolation der verschiedenen Metallla- gen) ; 4. Gatedielektrikum GD (Isolation zwischen Gateelektrode und Halbleiterschicht des Auswahltransistors T) ; 5. Aktive Schicht as des Speicherelements S;The realization of the embodiments of memory cells according to the invention shown in FIGS. 4a-4f and 5a-5e requires the deposition and structuring of the following functional layers on the substrate (not shown). In the following list, optional layers are written in italics. 1. Metal-0 {DL or FP or DL; lower electrode of the memory element) 2. Metal-1 (WL and gate electrode of the selection transistor T; possibly DL or lower electrode of the memory element); 3. field dielectric FD (insulation of the various metal layers); 4. Gate dielectric GD (insulation between the gate electrode and the semiconductor layer of the selection transistor T); 5. Active layer as of the storage element S;
6. Metall-2 (Bitleitung BL bzw. Digitleitung DL, Source- und Drainkontakte des Auswahltransistors T; obere bzw. gegebenenfalls untere Elektrode des Speicherelements S) ; 7. Organische Halbleiterschicht os des Auswahltransistors T; 8. Metall-3 [BL bzw. DL, obere Elektrode des Speicherelements) .6. Metal-2 (bit line BL or digit line DL, source and drain contacts of the selection transistor T; upper or, if applicable, lower electrode of the memory element S); 7. Organic semiconductor layer os of the selection transistor T; 8. Metal-3 [BL or DL, upper electrode of the storage element).
Als Substrat sind zum Beispiel Glas, Polymerfolie, Metallfo- lie (überzogen mit einer Isolierschicht) , Papier und andereExamples of substrates are glass, polymer film, metal foil (covered with an insulating layer), paper and others
Materialien geeignet. Insbesondere ist die Verwendung von Silizium als Substrat zwar möglich, aber nicht notwendig. Die Schichten Metall-0, Metall-1, Metall-2 und Metall-3 müssen metallisch leitend sein, also durch Abscheidung anorganischer Metalle (zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Titan, Gold) , leitfähiger Oxide (zum Beispiel Indium-Zinn-Oxid) , oder leitfähiger Polymere (zum Beispiel Polyanilin) erzeugt werden. Das Gatedielektrikum und das Felddielektrikum müssen gute Isolatoreigenschaften aufweisen; hierfür sind sowohl anorganische Isolatoren, wie zum Beispiel Siliziumoxid und Aluminiumoxid, aber insbesondere auch isolierende Polymere, wie zum Beispiel Polyvinylphenol, geeignet. Als organische Halbleiterschicht os für den Auswahltransistor T kommen eine Reihe von Materialien in Frage, insbesondere Pentazen, diverse Oligothiophene und Polythiophen. Für die Ausführung der aktiven Schicht as des Speicherelements S werden zur Zeit eine Reihe von Ansätzen sowohl für kapazitive als auch für resistive Speichereffekte diskutiert.Suitable materials. In particular, the use of silicon as a substrate is possible, but not necessary. The layers metal-0, metal-1, metal-2 and metal-3 must be metallically conductive, i.e. by depositing inorganic metals (for example aluminum, copper, titanium, gold), conductive oxides (for example indium tin oxide) , or conductive polymers (for example polyaniline). The gate dielectric and the field dielectric must have good insulator properties; inorganic insulators, such as silicon oxide and aluminum oxide, but in particular also insulating polymers, such as polyvinylphenol, are suitable for this. A number of materials can be used as the organic semiconductor layer os for the selection transistor T, in particular pentazene, various oligothiophenes and polythiophene. A number of approaches for capacitive as well as resistive memory effects are currently being discussed for the implementation of the active layer as of the memory element S.
Alle in den Fig. 4 und 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Speicherzellen verwenden einen planaren Aufbau, das heißt das Speicherelement und der Auswahltransistor sind nebeneinander liegend in einer Ebene auf dem Substrat integriert. Im Vergleich mit einem vertika- len Aufbau, bei dem Speicherelement und Auswahltransistor - zumindest teilweise - übereinander liegen, hat der planare Aufbau den Vorteil, dass er aus technologischer Sicht wesentlich einfacher zu realisieren ist.All preferred exemplary embodiments of memory cells according to the invention shown in FIGS. 4 and 5 use a planar structure, that is to say the memory element and the selection transistor are integrated lying side by side in one plane on the substrate. In comparison with a vertical structure, in which the memory element and the selection transistor lie - at least partially - one above the other, the planar Structure the advantage that it is much easier to implement from a technological perspective.
Alle in den Fig. 4 und 5 dargestellten Speicherzellen verwen- den einen Auswahltransistor, der in invers-koplanarer ("in- verted co-planar") Ausführung gefertigt wird. Bei der invers- koplanaren Bauweise ist die organische Halbleiterschicht os oben liegend (oberhalb der Gateelektrode) angeordnet (invers zum gewöhnlichen Silizium-Feldeffekttransistor, bei dem die Gateelektrode oben liegend angeordnet ist) , und die Source- und Drainkontakte sind in direktem Kontakt mit dem Gatedielektrikum GD (im Gegensatz zur versetzten ("staggered" ) Ausführung, bei der sich die Halbleiterschicht zwischen dem Gatedielektrikum und den Source-/Drainkontakten befindet. Die invers-koplanare Ausführung ist die am häufigsten verwendete Bauweise für organische Transistoren; prinzipiell lassen sich aber alle in Fig. 1 dargestellten Schaltungen bei erfindungsgemäßen Speicherzellen auch mit organischen Auswahltransistoren in jeder beliebigen anderen Bauweise realisieren.All of the memory cells shown in FIGS. 4 and 5 use a selection transistor which is manufactured in an inverse-coplanar ("inverted co-planar") design. In the inverse-coplanar construction, the organic semiconductor layer os is arranged on the top (above the gate electrode) (inversely to the ordinary silicon field effect transistor in which the gate electrode is arranged on the top), and the source and drain contacts are in direct contact with the gate dielectric GD (in contrast to the staggered version, in which the semiconductor layer is located between the gate dielectric and the source / drain contacts. The inverse-coplanar version is the most frequently used design for organic transistors, but in principle all can be integrated into Fig. 1 implement circuits in memory cells according to the invention with organic selection transistors in any other design.
Ein wichtiges Kriterium bei der Ausführung der Speicherzelle ist die Frage, ob für die Realisierung der Gateelektrode des Auswahltransistors T und der unteren Elektrode des Speicherelements S dasselbe Material eingesetzt wird, oder ob zwei verschiedene Materialien verwendet werden. Prinzipiell ist die Realisierung der Speicherzelle einfacher, wenn für die Gateelektrode des Auswahltransistors und die untere Elektrode des Speicherelements dasselbe Material (Metall-1 in Fig. 4b und 5c) zum Einsatz kommt, da in diesem Fall für die Reali- sierung beider Strukturen nur ein Prozessschritt notwendig wird. In bestimmten Fällen kann es allerdings notwendig sein, die Gateelektrode des Auswahltransistors T und die untere E- lektrode des Speicherelements S mit zwei verschiedenen Materialien auszuführen. Zum Beispiel werden in der Literatur re- sistive Speicher diskutiert, die die Verwendung ganz bestimmter Materialien für die untere Elektrode des Speicherelements erfordern, wie zum Beispiel Kupfer oder Indium-Zinn-Oxid. Je nach Ausführung des Auswahltransistors (insbesondere je nach Wahl des Materials für das Gatedielektrikum) können solche Materialien ungeeignet für die Realisierung der Gateelektrode des Auswahltransistors sein und daher die Verwendung zweier verschiedener Materialien (Metall-0, optimiert für die Realisierung der unteren Elektrode des Speicherelements; Metall-1, optimiert für die Realisierung der Gateelektrode des Auswahltransistors; siehe Fig. 4a, 4c, 4e, 5a, 5d und 5e) erforderlich machen. Ähnliche Überlegungen betreffen die Wahl der Ma- terialien für die Realisierung der Source- und Drainkontakte des Auswahltransistors und der oberen Elektrode des Speicherelements. Prinzipiell ist die Realisierung der Speicherzelle einfacher, wenn dasselbe Material (Metall-2 in Fig. 4a, 4b, 4c, 5a, 5d, 5d) zum Einsatz kommt, aber in bestimmten Fällen kann es notwendig sein, zwei verschiedene Materialien einzusetzen. Auch in diesem Fall müssen die in den Fig. 4 bzw. 5 gezeigten Ausführungen geringfügig angepasst werden.An important criterion in the design of the memory cell is the question of whether the same material is used for the implementation of the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S, or whether two different materials are used. In principle, the realization of the memory cell is simpler if the same material (metal-1 in FIGS. 4b and 5c) is used for the gate electrode of the selection transistor and the lower electrode of the memory element, since in this case only one is used to implement both structures Process step becomes necessary. In certain cases, however, it may be necessary to design the gate electrode of the selection transistor T and the lower electrode of the memory element S with two different materials. For example, resistive memories which require the use of very specific materials for the lower electrode of the memory element, such as, for example, copper or indium tin oxide, are discussed in the literature. ever after execution of the selection transistor (in particular depending on the choice of material for the gate dielectric), such materials may be unsuitable for the implementation of the gate electrode of the selection transistor and therefore the use of two different materials (metal-0, optimized for the implementation of the lower electrode of the memory element; metal -1, optimized for the implementation of the gate electrode of the selection transistor; see FIGS. 4a, 4c, 4e, 5a, 5d and 5e). Similar considerations relate to the choice of materials for the implementation of the source and drain contacts of the selection transistor and the upper electrode of the memory element. In principle, the realization of the memory cell is easier if the same material (metal-2 in Fig. 4a, 4b, 4c, 5a, 5d, 5d) is used, but in certain cases it may be necessary to use two different materials. In this case too, the designs shown in FIGS. 4 and 5 have to be slightly adapted.
Fig. 6 zeigt in Form einer schematischen Layoutdarstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Zellenfeldes aus planaren Speicherzellen mit Schaltungsanordnungen gemäß den Fig. lb und 2a und einer Querschnittsstruktur gemäß Fig. 4b. Das dargestellte Zellenfeld besteht aus neun Zellen organisiert in drei Spalten (Bitleitungen BL1, BL2, BL3) und drei Zeilen (Wortleitungen WLl, WL2, WL3) und drei Digitleitungen (DL1, DL2, DL3) . Die Auswahltransistoren einer ersten Zeile des Zellenfeldes sind jeweils mit TU, T12, T13 und die zugeordneten lateral daneben in derselben Ebene integrierten Speicherelemente der ersten Zeile des Zellenfelds jeweils mit Sll, S12 und S13 bezeichnet.6 shows in the form of a schematic layout representation a section of a cell array according to the invention made of planar memory cells with circuit arrangements according to FIGS. 1b and 2a and a cross-sectional structure according to FIG. 4b. The cell field shown consists of nine cells organized in three columns (bit lines BL1, BL2, BL3) and three rows (word lines WL1, WL2, WL3) and three digit lines (DL1, DL2, DL3). The selection transistors of a first row of the cell array are each denoted by TU, T12, T13 and the associated memory elements of the first row of the cell array laterally integrated in the same plane are denoted by S11, S12 and S13.
Ein wichtiges Kriterium bei der Ausführung von Speicherzellen ist das Verhältnis W/L der Kanalbreite W zur Kanallänge L des Auswahltransistors, das so genannte W/L-Verhältnis. Dieses W/L-Verhältnis des Auswahltransistors entscheidet maßgeblich über dessen elektrischen Widerstand, das heißt über die Stromstärke, die bei einer bestimmten Kombination von Gate- Source-Spannung und Drain-Source-Spannung durch den Transistor fließt (die Stromstärke ist proportional zum W/L-Verhältnis) . In dem in Fig. 6 dargestellten Zellenfeld ist das W/L- Verhältnis der Auswahltransistoren etwa gleich 1. Das heißt, W = L. Prinzipiell erlaubt der dargestellte Entwurf die Realisierung jedes beliebigen W/L-Verhältnisses . So zeigt die Layoutdarstellung der Fig. 7 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Zellenfeldes aus planaren Speicherzellen in den Schaltungsanordnungen gemäß den Fig. lb und 2a und mit der Querschnittsstruktur der Fig. 4b, bei der das W/L-Verhältnis des Auswahltransistors etwa 10 ist. Das dargestellte Zellenfeld besteht, wie schon in Fig. 6 aus neun Speicherzellen, die in drei Zeilen und drei Spalten organisiert sind. Die Kanalbreite W ergibt sich annähernd aus der Länge des inneren Umrisses des Drainkontakts D, das heißt annähernd 2a + b, und die Kanallänge ergibt sich annähernd aus dem Abstand zwischen Drainkontakt D und Sourcekontakt S.An important criterion when designing memory cells is the ratio W / L of the channel width W to the channel length L of the selection transistor, the so-called W / L ratio. This W / L ratio of the selection transistor decisively decides on its electrical resistance, that is to say on the amperage which, for a certain combination of gate Source voltage and drain-source voltage flow through the transistor (the current is proportional to the W / L ratio). In the cell field shown in FIG. 6, the W / L ratio of the selection transistors is approximately equal to 1. That is, W = L. In principle, the design shown allows the implementation of any W / L ratio. 7 shows a section of a cell array according to the invention from planar memory cells in the circuit arrangements according to FIGS. 1b and 2a and with the cross-sectional structure of FIG. 4b, in which the W / L ratio of the selection transistor is approximately 10. As already shown in FIG. 6, the cell field shown consists of nine memory cells which are organized in three rows and three columns. The channel width W results approximately from the length of the inner outline of the drain contact D, that is to say approximately 2a + b, and the channel length results approximately from the distance between the drain contact D and the source contact S.
Die Fig. 8 und 9 zeigen schematische Layoutdarstellungen zweier Zellenfelder aus erfindungsgemäßen planaren Speicherzellen gemäß den Schaltungsanordnungen der Fig. lf und 2b und der Querschnittsstruktur gemäß Fig. 5c, wobei die Auswahltransistoren in Fig. 8 ein W/L-Verhältnis von etwa 1 und in Fig. 9 ein W/L-Verhältnis von etwa 10 haben. Auch die Fig. 8 und 9 stellen ein Zellenfeld aus neun Speicherzellen, organisiert in drei Spalten und drei Zeilen dar. Die Auswahltransistoren einer ersten Zeile (WLl) sind jeweils mit TU, T12, T13 und die Speicherelemente dieser Zeile jeweils mit Sll, S12 und S13 bezeichnet.8 and 9 show schematic layout representations of two cell arrays from planar memory cells according to the invention in accordance with the circuit arrangements in FIGS. 1f and 2b and the cross-sectional structure in accordance with FIG. 5c, the selection transistors in FIG. 8 having a W / L ratio of approximately 1 and in 9 have a W / L ratio of about 10. 8 and 9 also represent a cell array of nine memory cells, organized in three columns and three rows. The selection transistors of a first row (WL1) are each with TU, T12, T13 and the memory elements of this row with S11, S12 and Denoted S13.
Schließlich zeigt die Layoutansicht der Fig. 10 schematisch ein Zellenfeld mit erfindungsgemäßen planaren Speicherzellen, die die Schaltungen gemäß den Fig. lc und 3 realisieren und die Querschnittsstruktur gemäß Fig. 4f haben. Das W/L-Ver- hältnis der Auswahltransistoren beträgt 1. Prinzipiell kann jede Schaltung gemäß den Fig. la - lf und jede in den Querschnittsdarstellungen der Fig. 4a - 4f und 5a - 5e dargestellten Ausführungen der erfindungsgemäßen Speicherzellen mit jedem beliebigen W/L-Verhältnis der Auswahl- transistoren realisiert werden, so dass die in den Fig. 6 - 10 gezeigten Layouts lediglich Beispiele sind.Finally, the layout view of FIG. 10 schematically shows a cell array with planar memory cells according to the invention, which implement the circuits according to FIGS. 1c and 3 and have the cross-sectional structure according to FIG. 4f. The W / L ratio of the selection transistors is 1. In principle, each circuit according to FIGS. 1 a - 1 f and each embodiment of the memory cells according to the invention shown in the cross-sectional representations of FIGS. 4 a - 4 f and 5 a - 5 e can be implemented with any W / L ratio of the selection transistors, so that the in 6-10 are only examples.
Nachstehend wird beispielhaft ein Prozess zur Realisierung des im Layout der Fig. 6 dargestellten Zellenfeldes erläu- tert. Gemäß dem in Fig. 6 dargestellten bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterspeichers wird für jede der sechs zu strukturierenden funktioneilen Schichten, das heißt Metall-1, aktive Schicht as des Speicherelements S, Felddielektrikum FD, Gatedie- lektrikum GD, Metall-2 und organische Halbleiterschicht os des Auswahltransistors T eine Chrommaske angefertigt, die die Strukturierung der abgeschiedenen Schichten mittels fotoli- thografischer Prozesse erlaubt.A process for realizing the cell field shown in the layout of FIG. 6 is explained below as an example. According to the preferred exemplary embodiment of an integrated semiconductor memory according to the invention shown in FIG. 6, for each of the six functional layers to be structured, that is to say metal 1, active layer as of the memory element S, field dielectric FD, gate dielectric GD, metal 2 and organic semiconductor layer os of the selection transistor T made a chrome mask, which allows the structuring of the deposited layers by means of photolithographic processes.
Auf ein Substrat, beispielsweise aus Glas wird mittels thermischen Verdampfens eine etwa 30 nm dicke Schicht Aluminium aufgebracht, die mittels Fotolithografie und nasschemischem Ätzen in wässriger Kaliumhydroxidlösung strukturiert wird, um die erste Metalllage (Metall-1; Gateelektrode des Auswahl- transistors T; untere Elektrode des Speicherelements S; Wortleitung WL) zu definieren.A layer of aluminum, approximately 30 nm thick, is applied to a substrate, for example made of glass, which is structured by means of photolithography and wet-chemical etching in aqueous potassium hydroxide solution, around the first metal layer (metal-1; gate electrode of the selection transistor T; lower electrode of the memory element S; word line WL) to be defined.
Im zweiten Schritt wird die aktive Schicht as des Speicherelements (S) zum Beispiel ein Polymer, das durch einen ge- zielt veränderbaren elektrischen Widerstand gekennzeichnet ist, abgeschieden und strukturiert. Um das Felddielektrikum FD zu erzeugen, wird aus einem geeigneten organischen Lösungsmittel (zum Beispiel Propylen-Glykol-Monomethyl-Ether- Acetat, PGMEA) eine etwa 300 nm dicke Schicht Polyvinylphenol aufgeschleudert, thermisch (bei etwa 200°C) vernetzt und mittels Fotolithografie und Ätzen in einem Sauerstoffplasma strukturiert. Nachfolgend wird das Gatedielektrikum GD definiert, zum Beispiel durch Aufschleudern und fotolithografisches Strukturieren einer etwa 100 nm dicken Schicht Polyvinylphenol oder durch Aufbringen einer etwa 3 nm dicken elektrisch isolierenden molekularen selbst organisierenden Monolage ("seif as- sembling mono layer"; SAM) .In the second step, the active layer as of the storage element (S), for example a polymer which is characterized by a specifically variable electrical resistance, is deposited and structured. In order to generate the field dielectric FD, an approximately 300 nm thick layer of polyvinylphenol is spun on from a suitable organic solvent (for example propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA), thermally crosslinked (at approximately 200 ° C.) and by means of photolithography and Textured etching in an oxygen plasma. The gate dielectric GD is defined below, for example by spinning on and photolithographically structuring an approximately 100 nm thick layer of polyvinylphenol or by applying an approximately 3 nm thick electrically insulating molecular self-assembling monolayer (“seif asembling mono layer”; SAM).
Im nächsten Schritt wird eine etwa 30 nm dicke Goldschicht aufgedampft und mittels Fotolithografie und nasschemischemIn the next step, an approximately 30 nm thick gold layer is evaporated and by means of photolithography and wet chemical
Ätzen die zweite Metalllage (Metall-2; Source- und Drainkontakte des Auswahltransistors T; Bitleitung BL) definiert.Etching defines the second metal layer (metal-2; source and drain contacts of the selection transistor T; bit line BL).
Als organische Halbleiterschicht os des Auswahltransistors wird abschließend eine etwa 30 nm dicke Schicht Pentazen aufgedampft und mittels Fotolithografie (unter Zuhilfenahme eines wasserlöslichen Fotolacks) und Plasmaätzen strukturiert.Finally, an approximately 30 nm thick layer of pentazen is evaporated as the organic semiconductor layer os of the selection transistor and structured by means of photolithography (with the aid of a water-soluble photoresist) and plasma etching.
Zusammengefasst gibt die Erfindung einen Halbleiterspeicher an, bei dem ein organischer Auswahltransistor, das heißt ein Feldeffekttransistor mit einer organischen Halbleiterschicht zusammen mit einem organischen Speicherelement, das heißt eine zwischen zwei Elektroden angeordnete organische aktive Schicht mit wahlweise kapazitivem, resistivem oder auf einem anderen physikalischen Konzept beruhenden elektrischen Speicherverhalten zusammen zu einer planaren Speicherzelle auf einem beliebigen Substrat, welches vorzugsweise nicht aus Silizium besteht, integriert werden. Dabei ist insbesondere Wert darauf gelegt, dass Auswahltransistor und Speicherele- ment so angeordnet sind, dass die Gateelektrode des Transistors als Wortleitung und der Drain- bzw. Sourcekontakt des Transistors bzw. die Elektroden des Speicherelements entweder als Bitleitung, Digitleitung oder Feldplatte ausgeführt sind. BezugszeichenlisteIn summary, the invention provides a semiconductor memory in which an organic selection transistor, that is to say a field effect transistor with an organic semiconductor layer together with an organic memory element, that is to say an organic active layer arranged between two electrodes, with either capacitive, resistive or based on another physical concept electrical storage behavior can be integrated together to form a planar storage cell on any substrate, which preferably does not consist of silicon. It is particularly important that the selection transistor and memory element are arranged such that the gate electrode of the transistor is designed as a word line and the drain or source contact of the transistor or the electrodes of the memory element are designed either as a bit line, digit line or field plate. LIST OF REFERENCE NUMBERS
as aktive Schicht des Speicherelements os organische Schicht des Auswahltransistors BL, BLO - BLm Bitleitungenhe active layer of the memory element os organic layer of the selection transistor BL, BLO - BLm bit lines
DL, DLO - DLm DigitleitungenDL, DLO - DLm digit lines
WL, WLO - WLm WortLeitungenWL, WLO - WLm WortLeitungen
S, Sll, S12, S13, SOI, S02, S03 - SOm Speicherelemente T, TU, T12, T13, TOI - TOm AuswahltransistorenS, Sll, S12, S13, SOI, S02, S03 - SOm memory elements T, TU, T12, T13, TOI - TOm selection transistors
GD GatedielektrikumGD gate dielectric
FP FeldplatteFP field plate
S, D Source, Drain a, b Seitenlängen des DrainkontaktsS, D Source, Drain a, b Side lengths of the drain contact
W KanalbreiteW channel width
L Kanallänge x, y Zeilen-, Spaltenrichtung L channel length x, y row, column direction

Claims

Patentansprüche claims
1. Integrierter Halbleiterspeicher mit einem Zellenfeld aus einer Vielzahl von in Zeilen (0-n) und Spalten (0-m) auf ei- nem Substrat angeordneten Speicherzellen, die jeweils ein1. Integrated semiconductor memory with a cell array made up of a multiplicity of memory cells, each of which is arranged in rows (0-n) and columns (0-m) on a substrate
Speicherelement (Sll, S12, S13) mit zwei Elektroden und einen zugehörigen Auswahltransistor (TU, T12, T13) aufweisen, wobei die Steuerelektroden der Auswahltransistoren der einzelnen Zeilen durch in Zeilenrichtung (x) laufende Wortleitungen (WLO, WLl, WL2) und eine gesteuerte Elektrode der Auswahltransistoren der einzelnen Spalten entweder mit einer in Spaltenrichtung (y) laufenden Bitleitung (BL1, BL2, BL3) oder mit einer Digitleitung (DL1, DL2, DL3) oder mit einer Feldplatte (FP) verbunden ist und eine Elektrode jedes Speicher- elements (Sll, S12, S13) mit der anderen gesteuerten Elektrode des zugehörigen Auswahltransistors (TU, T12, T13) und die andere Elektrode jedes Speicherelements entweder mit einer Bitleitung (BL1, BL2, BL3) einer Digitleitung (DLl, DL2, DL3) oder einer Feldplatte (FP) verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jede Speicherzelle (Sll, S12, S13) ein organisches Speicherelement (S) mit einer zwischen den zwei Elektroden angeordneten organischen aktiven Schicht (as) und einen aus einem Feldeffekttransistor (T) mit einer organischen Halbleiter- schicht (os) bestehenden Auswahltransistor (TU, T12, T13) aufweist und die Auswahltransistoren (TU, T12, T13) und die Speicherelemente (Sll, S12, S13) auf dem Substrat als planare Elemente integriert und in einer Ebene lateral nebeneinander angeordnet sind.Have memory element (Sll, S12, S13) with two electrodes and an associated selection transistor (TU, T12, T13), the control electrodes of the selection transistors of the individual lines being controlled by word lines (WLO, WL1, WL2) running in the line direction (x) and a controlled one Electrode of the selection transistors of the individual columns is either connected to a bit line (BL1, BL2, BL3) running in the column direction (y) or to a digit line (DL1, DL2, DL3) or to a field plate (FP) and an electrode of each memory element (Sll, S12, S13) with the other controlled electrode of the associated selection transistor (TU, T12, T13) and the other electrode of each memory element either with a bit line (BL1, BL2, BL3), a digit line (DL1, DL2, DL3) or one Field plate (FP) is connected, characterized in that each memory cell (Sll, S12, S13) has an organic memory element (S) with an organi arranged between the two electrodes The active layer (as) and a selection transistor (TU, T12, T13) consisting of a field effect transistor (T) with an organic semiconductor layer (os) and the selection transistors (TU, T12, T13) and the memory elements (Sll, S12 , S13) are integrated on the substrate as planar elements and are arranged laterally next to one another in one plane.
2. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Substrat kein Siliziumsubstrat ist.2. Integrated semiconductor memory according to claim 1, so that the substrate is not a silicon substrate.
3. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Substrat aus Glas besteht. 3. Integrated semiconductor memory according to claim 1 or 2, characterized in that the substrate consists of glass.
4. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Substrat eine Polymerfolie aufweist.4. Integrated semiconductor memory according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the substrate has a polymer film.
5. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Substrat eine mit einer Isolierschicht überzogene Metallfolie ist.5. Integrated semiconductor memory according to claim 1 or 2, so that the substrate is a metal film coated with an insulating layer.
6. Integrierter Halbleiterspeicher nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Substrat aus Papier besteht.6. Integrated semiconductor memory according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the substrate consists of paper.
7. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswahltransistoren (TU, T12, T13) in invers-kopla- narer Anordnung integriert sind, bei der die organische Halb- leiterschicht (os) jedes Auswahltransistors oberhalb seiner Gateelektrode angeordnet ist und sein Source- und Drainkontakt in direktem Kontakt mit dem Gatedielektrikum steht.7. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 6, characterized in that the selection transistors (TU, T12, T13) are integrated in an inverse-coplanar arrangement, in which the organic semiconductor layer (os) of each selection transistor is arranged above its gate electrode and its source and drain contact is in direct contact with the gate dielectric.
8. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gateelektrode der Auswahltransistoren und die untere8. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the gate electrode of the selection transistors and the lower
Elektrode der Speicherelemente dasselbe Material aufweisen.Electrode of the memory elements have the same material.
9. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gateelektrode der Auswahltransistoren und die untere Elektrode der Speicherelemente jeweils verschiedene Materia- lien aufweisen. 9. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 7, characterized in that the gate electrode of the selection transistors and the lower electrode of the memory elements each have different materials.
10. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Source- und Drainkontakt der Auswahltransistoren und die obere Elektrode der Speicherelemente dasselbe Material aufweisen.10. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 9, so that the source and drain contact of the selection transistors and the upper electrode of the memory elements have the same material.
11. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Source- und Drainkontakt der Auswahltransistoren und die obere Elektrode der Speicherelemente jeweils verschiedene Materialien aufweisen.11. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the source and drain contact of the selection transistors and the upper electrode of the memory elements each have different materials.
12. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Drainkontakt des Auswahltransistors (T) an der Bitleitung (BL) und das Speicherelement (S) zwischen dem Source- kontakt des Auswahltransistors (T) und einer Feldplatte (FP) liegt.12. Integrated semiconductor memory according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the drain contact of the selection transistor (T) on the bit line (BL) and the memory element (S) between the source contact of the selection transistor (T) and a field plate (FP).
13. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Drainkontakt des Auswahltransistors (T) an der Bitleitung (BL) und das Speicherelement (S) zwischen dem Sourcekontakt des Auswahltransistors (T) und der parallel zur Wortleitung verlaufenden Digitleitung (DL) liegt.13. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 11, characterized in that the drain contact of the selection transistor (T) on the bit line (BL) and the memory element (S) between the source contact of the selection transistor (T) and the digit line running parallel to the word line ( DL).
14. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Drainkontakt des Auswahltransistors an der Bitlei- tung und das Speicherelement zwischen dem Sourcekontakt des Auswahltransistors und der parallel zur Bitleitung (BL) verlaufenden Digitleitung (DL) liegt. 14. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 11, characterized in that the drain contact of the selection transistor on the bit line and the memory element between the source contact of the selection transistor and the digit line (DL) running parallel to the bit line (BL).
15. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sourcekontakt des Auswahltransistors (T) an einer Feldplatte (FP) und das Speicherelement (S) zwischen dem Drainkontakt des Auswahltransistors (T) und der Bitleitung (BL) liegt.15. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the source contact of the selection transistor (T) on a field plate (FP) and the memory element (S) between the drain contact of the selection transistor (T) and the bit line (BL).
16. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sourcekontakt des Auswahltransistors an der Digitleitung (DL) und das Speicherelement zwischen dem Drainkon- takt des Auswahltransistors und der Bitleitung (BL) liegt, wobei die Digitleitung (DL) parallel zur Wortleitung (WL) verläuft .16. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 11, characterized in that the source contact of the selection transistor on the digit line (DL) and the memory element between the drain contact of the selection transistor and the bit line (BL), the digit line (DL) in parallel runs to the word line (WL).
17. Integrierter Halbleiterspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sourcekontakt des Auswahltransistors (T) an der Digitleitung (DL) und das Speicherelement (S) zwischen dem Drainkontakt des Auswahltransistors (T) und der Bitleitung (BL) liegt, wobei die Digitleitung (DL) parallel zur Bitleitung (BL) verläuft. 17. Integrated semiconductor memory according to one of claims 1 to 11, characterized in that the source contact of the selection transistor (T) on the digit line (DL) and the memory element (S) lies between the drain contact of the selection transistor (T) and the bit line (BL), the digit line (DL) running parallel to the bit line (BL).
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121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
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