用于内存组件阵列互连的聚合物电介质的利记博彩app

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【专利摘要】一种用于内存组件阵列互连的聚合物电介质，本发明揭示一种半导体装置(100)，其含有聚合物电介质(103)以及至少含有有机半导体材料(112)与无源层(114)的有源装置(104)。该半导体装置(100)亦可进一步含有导电性聚合物(106与/或108)。此装置以重量轻和高可靠度为其特征。
【专利说明】用于内存组件阵列互连的聚合物电介质
[0001] 本申请是申请号为200580017617. 3,申请日为2005年2月11日，发明名称为"用 于内存组件阵列互连的聚合物电介质"的中国专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002] 本发明大致关于具有聚合物电介质的集成电路芯片。详而言之，本发明为关于在 有机内存装置内作为内存组件互连的聚合物电介质。

【背景技术】
[0003] 计算机与内存装置的基本功能包含信息处理与储存。在典型计算机系统中，藉由 能够在常称作"0"与"Γ的两态之间的可逆切换之装置进行这些演算、逻辑与记忆操作。该 切换装置为从其进行这些不同的功能且可在两态之间以高速切换的半导体装置来制造。
[0004] 例如供储存或处理资料的电子寻址或逻辑装置，特别是晶态硅装置，其以无机固 态技术制成。金属氧半导体场效应晶体管（M0SFET)为其主要骨干之一。
[0005] 在制造计算机与内存装置更快、更小及更便宜的许多发展上涉及挤压越多晶体管 与其它电子结构至一邮票尺寸之娃块上的整合积集度（integration)。一邮票尺寸娃块可 含有数千万个晶体管，而各晶体管小至几百奈米。然而，以硅为基础的装置正接近其基本物 理尺寸的限制。
[0006] 无机固态装置通常被导致价格偏高及资料储存密度损失之复杂结构所妨碍。基于 无机半导体材料的可变挥发性半导体内存（volatile semiconductor device)的电路系统 为了维持已储存信息必须经常地被提供电流而导致加热与高电力消耗。非挥发性半导体装 置（nonvolatile semiconductor device)具有一已降低的资料速率及相对高的电力消耗 与高程度的复杂性。
[0007] 此外，随着无机固态装置尺寸减小及积集度增加，对校准误差（alignment tolerances)的敏感度将更显着地增加制造之困难。形成最小尺寸的特征并非表示该最小 尺寸可用以工作电路之制造。其必须具有比小的最小尺寸，例如，四分之一最小尺寸，还小 很多的校准误差。
[0008] 缩放无机固态装置会增加掺杂物扩散长度之问题。当范围缩小时，在硅内之掺杂 物扩散长度会在制程设计上产生困难。在此种关系下，许多调整为用以降低掺杂物的迁移 与在降低在高温下的时间。然而，不清楚能无限期地持续作此类调整。
[0009] 施予穿过半导体连接（semiconductor junction)(在逆向偏压方向上）的电压会 增加连接周围的空乏区（depletion region)。空乏区的宽度取决于半导体的掺杂程度。若 该空乏区延伸至接触到另一空乏区，则可能发生冲穿（punch through)或不受控电流。 [0010] 较高之掺杂程度将小化须要用来防止冲穿的间隔。然而，若每单位距离之电压改 变为大时，则会进一步加深在每单位距离之大电压改变其意味着电场强度为大时的困难。 穿过该锐梯度的电子可能被增速至足以高于最小导电带能量的能阶。此电子被称为热电 子，且可能足够活跃以穿越绝缘体而导致半导体装置不可逆的退化。
[0011] 缩放与积集度使单石半导体衬底的绝缘（isolation)更有挑战性。尤其，在某些 状态下装置的互相横向绝缘（lateral isolation)相当困难。另一困难为漏电流大小。尚 有另一困难为在衬底内的载子扩散，因自由载子能扩散至数十微米而中和已储存电荷。
[0012] 对更小与更轻电子组件的持续需求已增加对先进材料与设计的需求。此因目前电 子市场之趋势，例如无线通讯与可携式计算机的成长需求，为放置在加强更小/更轻的装 置特征与更快的操作速度的强调上。为了确保电子电路的可靠操作，必须执行在邻近导体 间的合适电子绝缘。合适之电子隔离可减轻高电压发弧（high voltage arcing)与漏电流， 而高压发弧与漏电流在高频下可能恶化。当芯片上的装置密度增加时，则在实行合适电子 绝缘的难度亦增加。
[0013] 当晶圆尺寸增加与/或当晶体管装置尺寸减少时，关于整个层间电介质材料变 得更加重要。目前层间电介质材料，例如无机氧化物与氮化物，具有有益的方面，同样地 也具有缺点。更重要的是当制造电路设计时产生某些物理特质，例如不良的扩散、串音 (crosstalk)、适当绝缘（电与温度）、热膨胀系数、短信道效应、漏泄、关键尺寸控制、汲极 偏压导致信道能障降低效应（Drain Induced Barrier Lowering, DIBL)。因而想要减轻层 间电介质材料的缺点。


【发明内容】

[0014] 为了提供本发明某些观点的基本了解，如下所述为本发明的概要。本概要并非打 算确认本发明之重要/关键组件或打算描述本发明的范畴。其唯一的目的为以一简化形式 提出本发明之某些观念当作之后所提出的更详细说明的序言。
[0015] 本发明在内存芯片与半导体芯片之处提供其热膨胀系数大致相符之两种或以上 的塑料衬底、聚合物电介质、导电聚合物与有机半导体，藉此减轻温度改变的不良效应。再 者，由于两种或以上的塑料衬底、聚合物电介质、导电聚合物与有机半导体，因此本发明提 供相当轻量的与可挠性的（flexible)内存芯片与半导体芯片。
[0016] 根据本发明所使用的聚合物电介质具有一个或以上的低介电常数、低耗散因子 (low dissipation factor)、低吸水性（low moisture uptake)、热稳定性、机械稳定性、高 崩溃电压（breakdown voltage)与高玻璃转化温度（glass transition temperature)。本 发明之一观点为关于含有聚合物电介质与至少含有有机半导体材料与无源层之有源装置 的半导体装置。本发明另一观点为关于进一步含有导电聚合物的半导体装置。
[0017] 为了先前与相关于后所述的实现，本发明包括于其后全面描述其特征并在申请专 利范围内详加指出。接下来的说明与附加图标会提出某些本发明详细图标观点与实现。然 而，仅使用本发明众多原理的部分方式表示。当想到与这些图标结合时，从接下来之本发明 的详细描述，将使本发明之其它目标、优点与新颖特征变得更为明显。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1为根据本发明其中一观点图标之二维微电子装置之透视图，该装置为聚合物 电介质内部含有多个有机内存格；
[0019] 图2为根据本发明另一观点图标之三维微电子装置之透视图，该装置为在聚合物 电介质内部多个有机内存格；以及
[0020] 图3为根据本发明其中一观点之集成电路装置之横截面说明图标，该装置含有多 个有机半导体装置与聚合物电介质。

【具体实施方式】
[0021] 聚合物电介质通常比无机材料具有较轻之重量与较高之热膨胀系数，其通常用以 当作例如硅与硅化氮之半导体衬底。热膨胀系数通常定义为提升每单位温度在长度上的微 量增加 （fructional increuse)。本发明涉及使用关于有机半导体或聚合物内存装置之聚 合物电介质。本发明亦可选择涉及使用具导电聚合物之聚合物电介质。因此关系中，本发 明提供重量轻、在构造上为半可挠弹性以及于两种或以上之聚合物电介质、导电聚合物与 有机半导体之热膨胀系数之处为实质吻合之内存芯片与半导体芯片。
[0022] 根据本发明所制造之集成电路芯片含有一聚合物电介质。该聚合物电介质具有相 当轻量与大致吻合形成于包含有源装置，特别是以有机半导体或聚合物内存格制造之有源 装置之衬底上之许多材料之热膨胀系数。由于电介质为由聚合物电介质所制造，因此温度 变化不会有害影响效能、可靠性与/或含有有机半导体或聚合物内存装置之集成电路芯片 之机械完整性（mechanical integrity)。
[0023] 聚合物电介质为绝缘材料，诸如低k材料（具有低介电常数之材料）。低k材料提 供在不同层、装置、结构与半导体衬底内之区域之间的电气绝缘。为了本发明之目的，低k 材料具有大约在3以下之介电常数。在另一实施例中，低k材料具有在约2. 4以下之介电 常数。而在另一实施例中，低k材料具有在约1.8以下之介电常数。更在另一实施例中，低 k材料具有在约1. 5以下之电介质常数。
[0024] 该聚合物电介质可能为可自图案化的（不需光刻胶）或不可自图案化的（需使用 光刻胶或屏蔽以图案化）。在某些例子中，自图案化的聚合物电介质之使用可以排除在制造 集成电路装置中之实行微影步骤（photolithographic step)之需要。
[0025] 聚合物电介质之通常例子包含低k聚合物与低k氟聚合物。聚合物电介质 之例子包含聚酰亚胺（polyimides)、氟化的聚酰亚胺（f luorinated polyimides)、 诸如氢聚倍半娃氧烧（hydrogen polysilsequioxanes)、甲基聚倍半娃氧烧（methyl polysilsequioxanes)、丁基聚倍半娃氧烧（butyl polysilsequioxanes)与苯基聚倍半 娃氧烧（phenyl polysilsequioxanes)的聚倍半娃氧烧（polysilsequioxanes)、苯并环 丁烯（benzocyclobutenes:BCB)、氟化的苯并环丁烯（fluorinated benzocyclobutene)、 聚亚苯基（polphenylene)、聚娃氮烧（polysilazanes)、聚苯基喹喔啉 (polyphenylquinoxaline)、2, 2-双三氟甲基-4, 5-二氟-1，3-二氧杂环戊烯（2, 2-bistri fluoromethyl-4, 5-difluoro-l, 3-dioxole)的共聚物、全氟烧氧基树脂（perfluoroalkoxy resin)、氟化的乙烯丙烯（fluorinated ethylene propylene)、氟甲基丙烯酸酯 (fluoromethacrylate)、聚（芳基醚）（poly (arylene ether))、氟化的聚（芳基醚） (fluorinated poly(arylene ether))、氟化的派瑞林（fluorinated parylenes)、聚（对二 甲苯）（poly (p-xylxylenes)、氟化的聚（对二甲苯）（fluoride poly (p-xylxylenes)、派瑞 林 F(parylene F)、派瑞林 N(parylene N)、派瑞林 C(parylene C)、派瑞林 D(parylene D)、 非晶的聚四氟乙烯（amorphous polytetrafluoroethylene)、聚喹啉（polyquinoline)、聚 苯基喹喔啉（polyphenylquinoxalines)、聚合物光刻胶材料等。
[0026] 商业上可购得之聚合物电介质之具体例子包含，被认为是从全氟联苯基 (perfluorobiphenyl)与非晶的双酚衍生出来的 AlliedSignal 公司的 FLARE? ;Applied Materials公司可购得的Black Diamond? ;AsahiChemical公司的CYT0P氟聚合物与 ALCAP-S ;Dow Chemical 公司的 SiLK? U CYCLOTENER? BCB ;从 DuPont 公司可 购得的KAPTON?聚酰亚胺与IMIDEX?聚酰亚胺；Shipley公司的ZIRKON ;Dup〇nt 公司的 TEFLON?:聚全氟乙烯；Dow Corning 公司的 XLK 与 3MS ;Hitachi Chemical 公 司的 HSG RZ25 ;Honeywell Electronic Materials 公司的 HOSP? 与 NANOGLASS? ;JSR Microelectronics 公司的 LKD ;Novellus 公司的 CORAL? 与 AF4 ;Clariant 公司的 SPINFIL? 聚硅氮烷与PIMEL?聚酰亚胺；以及Schumacher公司的VEL0X?PAE-2。
[0027] 聚合物电介质一般不是使用旋转式涂布沉积法就是使用化学气相沉积法 (chemical vapor deposition)技术来形成。在化学气相沉积法中，于阻剂（resist)沉 积期间没有使用有机溶剂。化学气相沉积法包含脉冲电浆辅助化学气相沉积法（plasma enhanced chemical vapor deposition)与热分解化学气相沉积法（pyrolytic CVD)以及 连续式电浆辅助化学气相沉积法。举例来说，电浆聚合是一种常用来沉积氟碳化物聚合物 电介质之方法。为了使膜沉积在辉光放电（glow discharge)区内部，该电楽辅助化学气相 沉积法使用连续式射频功率（radio frequency)以激发先驱物气体（precursor gas)。
[0028] 本发明之集成电路装置可能或可能不额外含有无机电介质材料。此无机电介质材 料之例子包含娃、氮化娃、氮氧化娃（silicon oxynitride)、其它金属氧化物等。在一特定 实施例中，含有聚合物电介质之有机半导体装置不含有硅。
[0029] 该聚合物电介质可能为透明、半透明或不透明。该聚合物电介质具有一熔点或玻 璃转化温度，其足够以在其上或在其中促进加工与促进有源半导体装置（例如在其上与/ 或在其中形成有机半导体装置）之制造。在一实施例中，该聚合物电介质具有一熔点与/ 或玻璃转化温度约在125E C.或更高且在大约425E C.或更少。在另一实施例中，该聚合 物电介质具有一熔点与/或玻璃转化温度约在135E C.或更高且在大约400E C.或更少。 更在另一实施例中，该聚合物电介质具有一熔点与/或玻璃转化温度约在140E C.或更高 且在大约300E C.或更少。
[0030] 在某些例子中，某些聚合物电介质易受氧与/或水分渗透不良的影响。在这些例 子中，在聚合物电介质表面上可沉积任意的水分与/或氧隔离层。该任意的隔离层当作预 防至少一部份水分或/与氧穿透至该聚合物电介质用。隔离层之例子包含硅氧化物、氮化 硅、非导电金属氧化物，例如铝氧化物、金属/聚合物交替层，例如铝/聚对二甲苯基或交替 的无机电介质介质聚合物，例如硅/cyclotene以减低与/或排除通过聚合物电介质之氧与 水分扩散。当利用该金属/聚合物交替层，最上或最后层最好是用绝缘材料制造以预防任 何可能的短路。
[0031] 有机半导体装置之有源装置与有机内存装置之例子包含非可变性有机内存格、有 机半导体晶体管、聚合物半导体晶体管、非可变性聚合物内存格、可程序有机内存格等。通 常这些有源装置含有于两电极间之有机半导体或含有藉由三电极所环绕之有机半导体。 此处所描述之集成电路芯片可以利用成逻辑装置，例如中央处理单元（CPUs);例如可变 性内存装置，例如动态随机存取内存（DRAM)装置、静态随机存取内存（SRAM)装置等；输 入/输出装置（I/O芯片）；以及例如非可变性内存装置，例如电清除可程序化只读存储器 (EEPROMs)、可清除可程序化只读存储器（EPROMs)、可程序只读存储器（PROMs)等。
[0032] 该有机内存格最少含有两电极，同时其一或更多电极可能沉积介于夹于可控导电 介质之两电极之间。该电极以导电材质制造，例如导电金属、导电金属合金、导电金属氧化 物、导电聚合物膜、半导体材料等。
[0033] 特定电极用之材料之例子包含一种或更多种之铝、铬、铜、锗、金、 镁、猛、铟、铁、镍、钯、钼、银、钛、锌以及其合金；铟锡氧化物（ΙΤ0);多晶 娃；掺杂非晶质娃；金属娃化物（metal si licide)等。合金电极具体包含 Hastelloy?、Kovar?、Invar、Monel?、Inconel?、黄铜、不锈钢、镁银合金以及其 它不同合金。
[0034] 在一实施例中，各电极之厚度独自约为0. ΟΙΦπι或更大且约为ΙΟΦι?或更小。在 另一实施例中，各电极之厚度独自约为〇. 05 Φm或更大且约为5 Φm或更小。更在另一实施 例中，各电极之厚度独自约为〇. ΙΦπι或更大且约为ΙΦι?或更小。
[0035] 有机半导体装置与聚合物内存装置之有源装置含有有机半导体与无源层，其可以 构成一可控导电介质。在可控方法中使用外部刺激能使该可控导电介质成为可导电的与非 导电的。通常在缺少外部刺激下，该可控导电介质为非导电或具有较高阻抗。再者，在某些 实施例中，导电性/抵抗性之多重程度可能以可控方式建立可控导电介质。举例来说，用于 该可控导电介质之导电性/抵抗性之多重程度可能包含一非导电态、一高导电态、一半导 电态以及其具有不同程度之电阻(换句话说，该可控导电介质可能具有多个导电态）之电阻 态。
[0036] 藉由外在刺激（外在意指从可控导电介质之外引起）以可控方式能使该可控导电 介质成为导电、非导电或任何介于两者间之态（导电程度）。举例来说，在一外在电场、福射 等之下，一给定非导电可控导电介质被转变成一导电可控导电介质。
[0037] 该可控导电介质含有一种或更多种有机半导体层与一种或更多种无源层。该无源 层含有一导电性促进化合物。在一实施例中，该可控导电介质含有至少邻近一无源层（介 于有机半导体与无源层间不需任何中介层）之有机半导体层。
[0038] 有机半导体因此具有以碳为基础的结构，通常为以碳氢为基础的结构，其不同于 习知的MOSFETs。该有机半导体材料典型特征在于其具有重迭Β轨域（orbitals)与/或在 于其具有至少两稳定氧化态。该有机半导体材料亦具有其可能假设二种或更多种共振结构 (resonantstructure)之特征。该重迭B轨域贡献可控导电介质的可控导电特性。注入至 有机半导体层内之电荷量亦影响该有机半导体层之导电程度。
[0039] 由此关系中，该有机半导体层，例如一共轭有机聚合物，具有给予及接收电荷之能 力（电子与/或电洞）。通常该有机半导体或聚合物内之原子/部分（moiety)具有至少两 相对稳定态。该两相对稳定氧化态允许该有机半导体给予及接收电荷且与导电性促进化合 物电性相互作用。该有机半导体给予及接收电荷以及与无源层电性相互作用之能力亦取决 于该导电性促进化合物本身。
[0040] 有机半导体通常包含具有多变导电性之聚合物。在一实施例中，该有机半导体含 有共轭有机聚合物。在另一实施例中，该有机半导体含有具有芳香族为其内之重复单元 (repeating unit)之共轭有机聚合物。
[0041] 具有多变导电性之聚合物之例子包含聚乙炔（polyacetylene);聚二苯 基乙块（polydiphenylacetylene);聚（叔 丁基）二苯基乙块（poly(t-butyl) diphenylacetylene);聚（三氟甲基）二苯基乙块（poly(trifluoromethyl) diphenylacetylene);聚双（三氟甲基）乙块（polybis(trifluoromethyl) acetylene);聚双（叔丁基联苯基）乙块（polybis(t-butyldiphenyl)acetylene); 聚（三甲基娃焼基）二苯基乙块（poly (trimethylsilyl) diphenylacetylene); 聚（咔唑）二苯基乙块（poly(carbazole)diphenylacetylene);聚二乙 块（polydiacetylene);聚苯基乙块（polyphenylacetylene);聚啼陡乙块 (polypyridineacetylene);聚甲氧基苯基乙块（polymethoxyphenylacetylene);聚甲 基苯基乙块（polymethylphenylacetylene);聚（叔丁基）苯基乙块（poly(t-butyl) phenylacetylene);聚硝基苯基乙块（polynitro-phenylacetylene);聚（三氟甲基） 苯基乙块（poly(trifluoromethyl)phenylacetylene);聚（三甲基娃焼基）苯基乙块 (poly (trimethylsilyl) phenylacetylene);聚二批 口各基甲焼（polydipyrrylmethane)； 聚tl引哚醌（polyindoquinone);聚二轻基卩引哚（polydihydroxyindole);聚三轻基卩引哚 (polytrihydroxyindole);咲喃-聚二轻基卩引哚（furane-polydihydroxyindole);聚 口引哚醌 _2_ 羧基（polyindoquinone-2-carboxyl);聚卩引哚醌（polyindoquinone);聚 苯并双噻唑（polybenzobisthiazole);聚（对苯硫醚）（poly(p-phenylene sulfide)); 聚苯胺（polyaniline);聚噻吩（polythiophene);聚卩比咯（polypyrrole);聚娃焼 (polysilane);聚苯乙烯（polystyrene);聚咲喃（polyfuran);聚 Π 引哚（polyindole); 聚奥（polyazulene);聚亚苯基（polyphenylene);聚啼陡（polypyridine); 聚联啼陡（polybipyridine);聚酞菁染料（polyphthalocyanine);聚六噻吩 (polysexithiofene);聚（娃酮半紫菜嗪）（poly (siliconoxohemiporphyrazine))； 聚（错酮半紫菜嗪）（?〇17(8〇1'11^11；!_鹽〇1〇1161111口〇印117^2；!_116));聚（伸乙二氧基噻吩） (poly (ethylenedioxythiophene));聚金属茂合物（polymetallocene)络合物（铁、钥1、格、 钴、镍等）；聚啼陡（polypyridine)金属络合物（钌、锇等）；等。
[0042] 在一实施例中，该有机半导体层未以盐类掺杂。在另一实施例中，该有机半导体层 以盐类掺杂。该盐类为一具有阳离子与阴离子之离子化合物。通常可以用来掺杂有机半导 体层之例子包含碱土金属的齒素、硫酸盐类、过硫酸盐类、硝酸盐类、磷酸盐类等。碱金属的 卤素、硫酸盐类、过硫酸盐类、硝酸盐类、磷酸盐类等。过渡金属的齒素、硫酸盐类、过硫酸盐 类、硝酸盐类、磷酸盐类以及诸如此类。铵的齒素、硫酸盐类、过硫酸盐类、硝酸盐类、磷酸盐 类等。四烷基铵的齒化物、硫酸盐类、过硫酸盐类、硝酸盐类、磷酸盐类等。
[0043] 在一实施例中，该有机半导体层具有厚度约为0. ΟΟΙΦπι或更大且约为5Φπι或更 小。在另一实施例中，该有机半导体层具有厚度约为Ο.ΟΙΦπι或更大且约为2.5Φπι或更小。 更在另一实施例中，该有机半导体层具有厚度约为〇.〇5Φπι或更大且约为ΙΦπι或更小。
[0044] 该有机半导体层可藉由旋转涂布技术（spin-on technique)(沉积一聚合物/聚 合物前驱物与一溶剂之混合物，之后再从衬底/电极移除溶剂）、任意包含气体反应、气相 沉积等之化学气相沉积法技术（CVD)来形成。化学气相沉积法（CVD)包含低压化学气相沉 积法（LPCVD)、电浆辅助化学气相沉积法（PECVD)与高密度化学气相沉积法（high density chemical vaor deposition)。在形成或沉积期间，该有机半导体材料自组装于电极之间。 一般无须为了要使其黏附至电极/无源层上将有机聚合物之一个或多个末端官能化。
[0045] -共价键可能形成于该有机半导体材料与该无源层之间。或者，为了要提供在该 有机半导体层与无源层之间的良好电荷载子/电子交换使其紧密接触为必要者。该有机半 导体层与该无源层为在该二层之间发生电荷载子/电子交换之电偶合。
[0046] -无源层含有至少一种导电促进化合物，该化合物其提供可控导电介质之可控导 电性质。该以植入法所形成之导电促进化合物具有给予及接收电荷（电子与/或电洞）与 /或扮演铜离子来源之能力。该无源层因此可能传输电洞、电子与/或介于一电极与该有机 聚合物层/无源层接口之离子、促进电荷/载子注入至该有机聚合物层与/或于该有机聚 合物层增加电荷/载子（离子、电洞与/或电子）浓度。在某些例子中，该无源层可能储存 相反电荷是故整体上于该有机内存装置内提供电荷平衡。储存电荷/电荷载子为藉由两相 对稳定氧化态于导电促进化合物存在时来促成。
[0047] 该无源层之费米能阶（fermi level)为接近该有机半导体层之价带。若该充电的 有机半导体之能带未实质改变，结果，该已注入电荷载子（至该有机半导体层）可能与在无 源层中电荷重组。定位能带涉及在电荷注入之减轻与电荷（资料）滞留时间之长度之间的 折衷。
[0048] 施予外部电场可以降低于该无源层与依电场方向之有机层之间之能障。因此，在 顺向电场之程序化操作中可得到加强电荷注入并且在逆向电场之减低操作中亦可得到加 强电荷重组。
[0049] 当形成该有机半导体层时，特别当该有机半导体层含有一共轭有机聚合物时，该 无源层在某些例子中可扮演触媒的角色。由此关系，该共轭有机聚合物之聚合物主干可能 一开始形成相邻的无源层，并生长或组合开并大致垂直于无源层表面。因此，该有机聚合物 之聚合物主干可能自动对准于一横贯电极之方向或于一远离无源层之方向。
[0050] 可能构成无源层之导电促进化合物之例子包含一或更多铜硫化物（Cu2S、CuS)、富 含铜的铜硫化物（Cu 3S、CuS ;Cu3S、Cu2S)、铜氧化物（CuO、Cu20)、铜硒化物（Cu 2Se、CuSe)、铜 碲化物（Cu2Te、CuTe)、锰氧化物（Mn02)、二氧化钛（Ti0 2)、铟氧化物（1304)、银硫化物（Ag2S、 AgS)、金硫化物（Au2S、AuS)、铁氧化物（Fe304)、钴砷化物（CoAs 2)、镍砷化物（NiAs)等。在 电场强度下，该导电促进化合物并非必然解离成离子，虽然离子可能移动通过它们。该无源 层可含有二或更多次无源层，各次层含有相同、不同或多重导电促进化合物。
[0051] 该无源层使用，其透过气相反应、植入技术或沉积于电极之上/之间来形成之氧 化技术来生长。在某些例子中，为了提升长电荷滞留时间（在有机半导体层内），无源层可 能在其形成后以电浆处理。该电浆处理修正了无源层之能障。
[0052] 在一实施例中，含有导电促进化合物之无源层具有厚度为2Λ或更多且大约 0. ΙΦι?或更少。在另一实施例中，该无源层具有厚度为10Λ或更多且大约0. ΟΙΦπι或更 少。更在另一实施例中，该无源层具有厚度为50 Λ或更多且大约〇.〇〇5Φπι或更少。
[0053] 使用一外在刺激来促进该有机内存装置/格之操作以达成切换效果。该外在刺激 包含外在电场与/或光辐射。在各种情况下，该有机内存格不是可导电性（低阻抗或"导 通"状态）就是非导电性（高阻抗或"关闭"状态）。
[0054] 该有机内存格可更具有多于一可导电性的或低阻抗之状态，例如一极高导电态 (极低阻抗态）、一高导电态（低阻抗态）、一导电态（中度阻抗态）以及一非导电态（高阻 抗态），因此于单一内存格内能储存多重位之信息，例如二或更多位之信息或四或更多位之 信息。
[0055] 当一外在刺激（例如施予外部电场）超过临限值（threshod value)时，贝U会该有 机内存格从"关闭"状态切换至"导通"状态发生。当一外在刺激不超过临限值或不存在时， 则会该有机内存格从"导通"状态切换至"关闭"状态发生。该临限值变化取决于许多因素， 这些因素包含构成有机内存格与无源层之材料本身、不同层之厚度等。
[0056] -般说来，外在刺激（例如施予超过临限值（"可程序化"状态）之外部电场）之 存在允许施予电压于/从该有机内存格写入或抹除信息而且外在刺激（例如施予少于临限 值之外部电场）之存在允许一施予电压从该有机内存格读取信息；而不超过临限值之外在 刺激无法于/从该有机内存格中写入或抹除信息。
[0057] 为了写入信息至该有机内存格，需施以超过临限值之电压或脉冲讯号。为了读取 该有机内存格之写入信息，需施以电压或任何极性之电场。测量阻抗以决定该有机内存格 是在低阻抗态或是高阻抗态（即是"导通"或是"关闭"）。为了抹除该已写入至有机内存 格之写入信息，需施以一超过临限值之与写入讯号极性相反之负电压。
[0058] 请参照图1，显示根据本发明之一观点之微电子有机内存装置100之简要描述，该 装置含有位于或覆盖在衬底101上之多个有机内存格，以及说明有机内存格104之展开图 102。该微电子有机内存装置100含有以行数、列数与层数(三维定向稍后描述)决定之期望 数量之有机内存格存在于衬底101上。该有机内存格形成在一聚合物电介质103之内。该 第一电极106与第二电极108显示在大致垂直之方向，尽管其它定向可能达成该展开图102 之结构。各有机内存格104含有第一电极106与第二电极108以及一可控导电介质110于 其间。该可控导电介质110含有一有机半导体层112与无源层114。周边电路图与装置未 显示以表简明。
[0059] 请参照图2,其显示根据本发明之一观点之三维微电子有机内存装置200,该装置 含有位于衬底201上或上方之多个有机记忆装置。该三维微电子有机内存装置200含有多 个第一电极202、多个第二电极204以及形成在聚合物电介质203内之多个内存格层206。 在各别的第一与第二电极间为可控导电介质（未显示）。该多个第一电极202与多个第二 电极204显示在大致垂直之方向，尽管其它定向为可能的。归因于聚合物电介质与有机内 存装置（代替相对较重的无机晶体管与无机电介质）该微电子有机内存装置具有相对轻量 且该聚合物电介质与有机内存装置两者为有机基底材料其具有相对吻合之热膨胀系数。如 图2所示，周边电路图与装置未显示以表简明。
[0060] 结合图3,可更加了解本发明且更能鉴别其优点。一多功能半导体装置300于其中 显示具有聚合物电介质之结构312、322、324与326 (可选择308为一聚合物电介质结构）。 该多功能半导体装置300具有以衬底302支持之η-掺杂区304与n+掺杂区306以及在其 中形成之浅沟隔离（STI)区308。STI区308可以一聚合物电介质或一无机电介质，例如娃 来形成。在STI区308下方形成信道阻绝植入（CSI)区310。第一聚合物电介质结构312位 在n+掺杂区306上方。在第一聚合物电介质结构312内部为鹤插塞（tungsten plugs) 314。 在其它可利用的制造技术当中，可能使用一镶嵌结构或双镶嵌结构制程以形成该钨栓314。 位于该钨栓314之下为p+区313。
[0061] 第二聚合物电介质结构或停止层电介质（SLD) 322位在第一聚合物电介质结构 312上方。该停止层电介质322可能含有与第一聚合物电介质结构312相同或不同之材料， 而最好是不同材料。第三聚合物电介质结构324位在停止层电介质322上方。该第三聚合 物电介质结构324可含有与第一聚合物电介质结构312与/或停止层电介质322相同或不 同之材料，而最好是与停止层电介质322不同之材料而与第一聚合物电介质结构312相同 之材料。在该第三聚合物电介质结构324内部形成导电聚合物连接结构316、导电聚合物 位线（conductive polymer bitline)318以及铜垫320。或者，该导电聚合物连接结构316 与该导电聚合物位线318其中之一或两者都可能以金属的导电材料来形成。
[0062] 第四聚合物电介质结构或聚合物层间电介质（ILD) 326位在第三聚合物电介质结 构324上方。该聚合物层间电介质326可含有与第一聚合物电介质结构312、第三聚合物电 介质结构324与/或停止层电介质322相同或不同之材料。在聚合物层间电介质326内部 形成聚合物内存格327之一部份。特别地聚合物有机半导体材料328形成在铜垫320上方 而且顶电极330形成在聚合物有机半导体材料328上方。在聚合物层间电介质326上方可 形成额外的层，但图中并未显示以表简明。
[0063] 在多功能半导体装置300内，第一聚合物电介质结构312、停止层电介质322、第三 聚合物电介质结构324、导电聚合物连接结构316、导电聚合物位线318以及ILD326提供轻 量与相当吻合之热膨胀系数，因此改善该装置300之可靠度与有用性。
[0064] 该具有聚合物电介质之有机半导体装置在任何需要内存之装置是有用的。举例来 说，该有机半导体装置有用于计算机、工业设备、手持式装置、电信设备、医疗设备、研究与 发展设备、运输工具、雷达/卫星装置等。手持式装置，特别指手持式电子装置由于有机内 存装置与聚合物电介质之小尺寸与轻量而达成在可携带性方面之改善。手持式装置之例 子包含行动电话与其它双向通信装置、个人资料助理、呼叫器、笔记型计算机、遥控、纪录器 (影像与声音）、收音机、小型电视与网络浏览器、照相机等。
[0065] 虽然本发明已经显示与描述相关特定较佳实施例或众实施例，很明显的，均等的 代换与修正将发生于在所属【技术领域】具有通常知识者在阅读与了解本说明书与附加简图 后。特别注意到藉由上面描述过之组件（组合、装置、电路等）所执行不同功能时，用以描 述该组件之术语（包括任何相关之"意义"）除非另有所指，则被视为等同于任何执行所描 述组件（即功能上等同）之特定功能之组件，即使结构不等同于在此处本发明之图标模范 之实施例中执行该功能所揭露之结构。此外，尽管本发明特别之特征可能已揭露仅相关之 数实施例其中之一，该特征可能结合其它实施例之一或更多之其它特征可作为想要与优点 于任何给定或特别之应用。
[0066] 工业上之应用
[〇〇67] 本发明之方法与装置有用于半导体内存与半导体制造领域。
【权利要求】
1. 一种半导体装置（1〇〇)，包括： 衬底（101); 在衬底（101)上方的聚合物电介质（103);以及 形成在该聚合物电介质（103)内的至少一个有源装置（104)，其包括有机半导体材料 (112)与无源层（114); 其中，该聚合物电介质（103)的材料的选择是基于该聚合物电介质（103)的热膨胀系 数是否实质吻合该有机半导体材料（112)与该无源层（114)的热膨胀系数，该聚合物电介 质（103)包括选自下列所组成的群组中的至少之一：氢聚倍半硅氧烷，甲基聚倍半硅氧烷， 丁基聚倍半硅氧烷，苯基聚倍半硅氧烷，聚亚苯基，聚硅氮烷，聚苯基喹喔啉，2, 2-双三氟甲 基-4, 5-二氟-1，3-二氧杂环戊烯的共聚物，全氟烷氧基树脂，氟化的乙烯丙烯，氟甲基丙 烯酸酯，聚（芳基醚），氟化的聚（芳基醚），氟化的派瑞林，聚（对二甲苯），氟化的聚（对 二甲苯），派瑞林F、派瑞林N，派瑞林C，派瑞林D，非晶的聚四氟乙烯，聚喹啉，聚苯基喹喔 啉，以及该有机半导体材料（112)包括选自下列所组成的群组中的至少之一：聚（叔丁基） 二苯基乙炔；聚（三氟甲基）二苯基乙炔；聚双（三氟甲基）乙炔；聚双（叔丁基联苯基） 乙炔；聚（三甲基硅烷基）苯基乙炔；聚（咔唑）二苯基乙炔；聚二乙炔；聚苯基乙炔；聚嘧 啶乙炔；聚甲氧基苯基乙炔；聚甲基苯基乙炔；聚（叔丁基）苯基乙炔；聚硝基-苯基乙炔； 聚（三氟甲基）苯基乙炔；聚（三甲基硅烷基）苯基乙炔；聚二吡咯基甲烷；聚吲哚醌；聚 二羟基吲哚；聚三羟基吲哚；呋喃-聚二羟基吲哚；聚吲哚醌-2-羧基；聚吲哚醌；聚苯并双 噻唑；聚（对苯硫醚）；聚硅烷；聚呋喃；聚吲哚；聚奧；聚亚苯基；聚嘧啶；聚联嘧啶；聚六 噻吩；聚（硅酮半紫菜嗪）；聚（锗酮半紫菜嗪）；聚（伸乙二氧基噻吩）以及聚嘧啶金属 络合物。
2. 如权利要求1所述的半导体装置（100)，其中，该聚合物电介质（103)包括可自图案 化的材料。
3. 如权利要求1所述的半导体装置（100)，其中，该聚合物电介质（103)的玻璃转化 温度或熔点在125°C或以上以及在425°C或以下，该聚合物电介质（103)的介电常数为3以 下。
4. 如权利要求1所述的半导体装置（100)，还包括导电聚合物。
5. 如权利要求1所述的半导体装置（100)，其中，该无源层（114)包括选自下列所组成 的群组中的至少之一：铜硫化物、铜氧化物、铜硒化物、铜碲化物、锰氧化物、二氧化钛、铟氧 化物、银硫化物、金硫化物、铁氧化物、钴砷化物以及镍砷化物。
6. 如权利要求5所述的半导体装置（100)，其中，该铜硫化物是富含铜的铜硫化物。
7. -种半导体装置（100)，包括： 衬底（101); 在衬底（101)上方的聚合物电介质（103); 形成在该聚合物电介质（103)内的至少一个有源装置（104)，其包括有机半导体材料 (112)与无源层（114);以及 导电聚合物，其邻近至少一个有源装置； 其中，该聚合物电介质（103)的材料的选择是基于该聚合物电介质（103)的热膨胀系 数是否实质吻合该有机半导体材料（112)与该无源层（114)的热膨胀系数，该聚合物电介 质（103)包括选自下列所组成的群组中的至少之一：氢聚倍半硅氧烷，甲基聚倍半硅氧烷， 丁基聚倍半硅氧烷，苯基聚倍半硅氧烷，聚亚苯基，聚硅氮烷，聚苯基喹喔啉，2, 2-双三氟甲 基-4, 5-二氟-1，3-二氧杂环戊烯的共聚物，全氟烷氧基树脂，氟化的乙烯丙烯，氟甲基丙 烯酸酯，聚（芳基醚），氟化的聚（芳基醚），氟化的派瑞林，聚（对二甲苯），氟化的聚（对 二甲苯），派瑞林F、派瑞林N，派瑞林C，派瑞林D，非晶的聚四氟乙烯，聚喹啉，聚苯基喹喔 啉，以及该有机半导体材料（112)包括选自下列所组成的群组中的至少之一：聚（叔丁基） 二苯基乙炔；聚（三氟甲基）二苯基乙炔；聚双（三氟甲基）乙炔；聚双（叔丁基联苯基） 乙炔；聚（三甲基硅烷基）苯基乙炔；聚（咔唑）二苯基乙炔；聚二乙炔；聚苯基乙炔；聚嘧 啶乙炔；聚甲氧基苯基乙炔；聚甲基苯基乙炔；聚（叔丁基）苯基乙炔；聚硝基-苯基乙炔； 聚（三氟甲基）苯基乙炔；聚（三甲基硅烷基）苯基乙炔；聚二吡咯基甲烷；聚吲哚醌；聚 二羟基吲哚；聚三羟基吲哚；呋喃-聚二羟基吲哚；聚吲哚醌-2-羧基；聚吲哚醌；聚苯并双 噻唑；聚（对苯硫醚）；聚硅烷；聚呋喃；聚吲哚；聚奧；聚亚苯基；聚嘧啶；聚联嘧啶；聚六 噻吩；聚（硅酮半紫菜嗪）；聚（锗酮半紫菜嗪）；聚（伸乙二氧基噻吩）以及聚嘧啶金属 络合物。
8. 如权利要求7所述的半导体装置（100)，其中，该聚合物电介质（103)的玻璃转化 温度或熔点在135°C或以上且在400°C或以下，该聚合物电介质（103)的介电常数为2.4以 下。
9. 如权利要求7所述的半导体装置（100)，其中，该有源装置（104)包括在两电极 (106U08)间包含有机半导体材料（112)与无源层（114)的聚合物存储装置，该有机半导体 材料（112)包含共轭聚合物。
【文档编号】G11C13/00GK104091816SQ201410164564
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2005年2月11日 优先权日:2004年4月2日
【发明者】C·F·莱昂斯 申请人:斯班逊有限公司