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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE102004008784 B3
Publication typeGrant
Application numberDE200410008784
Publication date15 Sep 2005
Filing date23 Feb 2004
Priority date23 Feb 2004
Also published asUS7390703, US20050186700
Publication number0410008784, 200410008784, DE 102004008784 B3, DE 102004008784B3, DE 2004/10008784 B3, DE-B3-102004008784, DE0410008784, DE102004008784 B3, DE102004008784B3, DE2004/10008784B3, DE200410008784
InventorsStefan Braun, Marcus Dr. Halik, Hagen Dr. Klauk, Günter Dr. Schmid, Ute Zschieschang
ApplicantInfineon Technologies Ag
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Verfahren zur Durchkontaktierung von Feldeffekttransistoren mit einer selbstorganisierten Monolage einer organischen Verbindung als Gatedielektrikum A method for through-contacting of field effect transistors with a self-assembled monolayer of an organic compound as the gate dielectric translated from German
DE 102004008784 B3
Abstract  translated from German
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zur Durchkontaktierung von Feldeffekttransistoren vor, wobei der Feldeffekttransistor als Gatedielektrikum eine selbstorganisierte Monolage einer organischen Verbindung aufweist. The present invention proposes a method for through-contacting of field effect transistors, the field-effect transistor as the gate dielectric comprises a self-assembled monolayer an organic compound. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Feldeffekttransistor durch folgende Schritte durchkontaktiert: According to the method of the invention, a field effect transistor is contacted by the following steps:
- Strukturieren eines Gateelektrodenmaterials, eines Kontaktlochs zur Durchkontaktierung der Gateelektrode und eines Kontaktlochmaterials in der Weise, dass das Kontaktlochmaterial und das Gateelektrodenmaterial wenigstens teilweise frei liegen, wobei das Kontaktlochmaterial mit dem Gateelektrodenmaterial nicht identisch ist, - Structuring a gate electrode material, a contact hole for throughplating the gate electrode and a contact hole material in such a way that the contact hole material and the gate electrode material are at least partially exposed, the contact hole material to the gate electrode material is not the same,
- in Kontakt bringen einer organischen Verbindung mit dielektrischen Eigenschaften mit dem Kontaktlochmaterial und dem Gateelektrodenmaterial, so dass sich eine selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung selektiv über dem Gateelektrodenmaterial bildet, - Contacting an organic compound having dielectric properties of the contact hole material and the gate electrode material, so that a self-assembled monolayer of organic compound is formed selectively on the gate electrode material,
- Abscheiden und Strukturieren der Source- und Drain-Kontakte, ohne die selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung zu entfernen, und - Depositing and patterning the source and drain contacts, without removing the self-assembled monolayer of the organic compound, and
- Abscheiden eines Halbleitermaterials. - Depositing a semiconductor material.
Claims(9)  translated from German
  1. Verfahren zur Durchkontaktierung von Feldeffekttransistoren, mit folgenden Schritten: – Strukturieren eines Gateelektrodenmaterials, eines Kontaktlochs zur Durchkontaktierung einer Gateelektrode und eines Kontaktlochmaterials in der Weise, dass das Kontaktlochmaterial und das Gateelektrodenmaterial wenigstens teilweise frei liegen, wobei das Kontaktlochmaterial mit dem Gateelektrodenmaterial nicht identisch ist; Method for through-hole plating of field effect transistors, comprising the following steps: - Structuring a gate electrode material, a contact hole for throughplating a gate electrode and a contact hole material in such a way that the contact hole material and the gate electrode material are at least partially exposed, the contact hole material to the gate electrode material is not identical; – in Kontakt bringen einer organischen Verbindung mit dielektrischen Eigenschaften mit dem Kontaktlochmaterial und dem Gateelektrodenmaterial, wobei sich eine selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung selektiv über dem Gateelektrodenmaterial bildet; - Contacting an organic compound having dielectric properties of the contact hole material and the gate electrode material, with a self-assembled monolayer of organic compound is formed selectively on the gate electrode material; – Abscheiden und Strukturieren der Source- und Drain-Kontakte ohne die selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung zu entfernen; To remove deposition and patterning of source and drain contacts without the self-assembled monolayer of the organic compound -; und – Abscheiden eines Halbleitermaterials. and - depositing a semiconductor material.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Material für die Gateelektrode aus der Gruppe bestehend aus Al, Ti, TiN, Ta, TaN, W, TiW, TaW, WN, WCN, IrO, RuO, SrRuO ausgewählt ist, das Kontaktlochmaterial aus der Gruppe bestehend aus Galliumarsenid, Indiumphosphid, Au, Pt, Pd und Ag ausgewählt ist. A method according to claim 1, characterized in that, when the material for the gate electrode from the group consisting of Al, Ti, TiN, Ta, TaN, W, TiW, TaW, WN, WCN, IrO, RuO, SrRuO is selected, the contact hole material selected from the group consisting of gallium arsenide, indium phosphide, Au, Pt, Pd and Ag is selected.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn das Kontaktlochmaterial aus der Gruppe bestehend aus Al, Ti, TiN, Ta, TaN, W, TiW, TaW, WN, WCN, IrO, RuO, SrRuO ausgewählt ist, das Gateelektrodenmaterial aus der Gruppe bestehend aus Galliumarsenid, Indiumphosphid, Au, Pt, Pd und Ag ausgewählt ist. A method according to claim 1, characterized in that when the contact hole material selected from the group consisting of Al, Ti, TiN, Ta, TaN, W, TiW, TaW, WN, WCN, IrO, RuO, SrRuO is selected, the gate electrode material selected from the group is selected consisting of gallium arsenide, indium phosphide, Au, Pt, Pd and Ag.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateelektrodenmaterial an der Oberfläche eine Metalloxidschicht aufweist. The method of claim 1 or 2, characterized in that the gate electrode material comprises a metal oxide layer on the surface.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktlochmaterial an der Oberfläche eine Metalloxidschicht aufweist. The method of claim 1 or 3, characterized in that the contact hole material having a metal oxide layer on the surface.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 4 oder nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung einen Rest aufweist, der aus der Gruppe bestehend aus R-SiCl 3 , R-SiCl 2 Alkyl, R-SiCl(Alkyl) 2 , R-Si(OR) 3 , R-Si(OR) 2 Alkyl, R-SiOR (Alkyl) 2 , R-PO(OH) 2 , R-CHO, R-CH=CH 2 , SH, OH, NH 2 , COOH, CONH 2 , CONHOH, CONHNH 2 , CN ausgewählt ist, wobei R eine beliebige Gruppe sein kann und insbesondere eine n-Alkyl, n-Alkylether, eine lineare aromatische Gruppe der Formel -(C 6 H 4 )n-, wobei die n-Alkyl und n-Alkyl(thio)ethergruppen vorzugsweise zwischen 4 und 20 C-Atomen aufweisen und n eine ganze Zahl zwischen 2 und 6 ist. Method according to one of claims 2 or 4 or any one of claims 3 or 5, characterized in that the organic compound has a radical selected from the group consisting of R-SiCl 3, R-SiCl 2 alkyl, R-SiCl (alkyl ) 2, R-Si (OR) 3, R-Si (OR) 2 alkyl, R-SiOR (alkyl) 2, R-PO (OH) 2, R-CHO, R-CH = CH 2, SH, OH , NH 2, COOH, CONH 2, CONHOH, CONHNH 2, CN, wherein R may be any group and in particular an n-alkyl, n-alkyl ether, a linear aromatic group of the formula - (C 6 H 4) n -, wherein the n-alkyl and n-alkyl (thio) ether groups, preferably 4 to 20 carbon atoms having and n is an integer between 2 and 6.
  7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung der Formel R-PO(OM) 2 entspricht, wobei R die vorstehende Bedeutung hat und MH, Metall oder ein organischer Rest ist. A method according to claim 2 or 4, characterized in that the organic compound of the formula R-PO (OM) corresponding to 2, wherein R is as defined above and M is H, metal or an organic radical.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial ein organisches Polymer ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor material is an organic polymer.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pentazen, Tetrazen und Polythiophen ist. A method according to claim 8, characterized in that the organic polymer is selected from the group consisting of pentacene, tetracene, and polythiophene.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Feldeffekttransistoren auf der Basis organischer Halbleiter sind für eine Vielzahl elektronischer Anwendungen von Interesse, die extrem niedrige Fertigungskosten, flexible oder unzerbrechliche Substrate oder die Herstellung von Transistoren und integrierten Schaltungen über große Flächen erfordern. Field-effect transistors based on organic semiconductors are required for a variety of electronic applications of interest, the extremely low manufacturing cost, flexible or unbreakable substrates or the fabrication of transistors and integrated circuits over large areas. Zum Beispiel eignen sich organische Feldtransistoren als Pixelsteuerelemente in Aktiv-Matrix-Bildschirmen. For example, organic field effect transistors are suitable as pixel control elements in active matrix screens. Solche Bildschirme werden gewöhnlich mit Feldeffekttransistor auf der Basis amorpher oder polykristalliner Siliziumschichten hergestellt. Such screens are typically made with field effect transistors based on amorphous or polycrystalline silicon layers. Die für die Herstellung hochwertiger Transistoren auf der Basis amorpher oder polykristalliner Siliziumschichten notwendigen Temperaturen von gewöhnlich mehr als 250°C erfordern die Verwendung starrer unzerbrechlicher Glas- oder Quarzsubstrate. Necessary for the production of high quality transistors based on amorphous or polycrystalline silicon layers temperatures of usually more than 250 ° C require the use of rigid unbreakable glass or quartz substrates. Dank der relativ niedrigen Temperaturen, bei denen Transistoren auf der Basis organischer Halbleiter hergestellt werden, die gewöhnlich von weniger als 200°C betragen, erlauben organische Transistoren die Herstellung von Aktiv-Matrix-Bildschirmen unter Verwendung beliebiger, flexibler, transparenter, unzerbrechlicher Polymerfolien mit erheblichen Vorteilen gegenüber Glas oder Quarzsubstraten. Thanks to the relatively low temperatures at which the transistors are manufactured on the basis of organic semiconductor, the amount usually of less than 200 ° C, allowing organic transistors, the production of active-matrix displays using any flexible, transparent, unbreakable polymer films with significant advantages over glass or quartz substrates.
  • [0002] [0002]
    Ein weiteres Anwendungsgebiet für organische Feldeffekttransistoren liegt in der Herstellung von sehr preiswerten integrierten Schaltungen, wie sie zum Beispiel für die aktive Kennzeichnungen und Identifizierung von Waren und Gütern zum Einsatz kommen. Another field of application for organic field-effect transistors is in the manufacture of very inexpensive integrated circuits, such for example as used for the active marking and identification of products and goods used. Diese so genannten Transponder werden gewöhnlich unter Verwendung von integrierten Schaltkreisen auf der Basis von einkristallinem Silizium hergestellt, was zu erheblichen Kosten bei dem Aufbau und der Verbindungstechnik führt. These so-called transponders are usually manufactured using integrated circuits based on single crystalline silicon, which leads to considerable costs for the construction and interconnection technology. Die Herstellung von Transpondern auf der Grundlage organischer Transistoren würde zu enormen Kostensenkungen führen und könnte der Transpondertechnologie zum weltweiten Durchbruch verhelfen. The production of transponders based on organic transistors would lead to enormous cost reduction and could transponder technology in achieving a global breakthrough.
  • [0003] [0003]
    Bei der Herstellung von Dünnfilmtransistoren sind gewöhnlich viele Schritte erforderlich, in denen die verschiedenen Schichten des Transistors abgeschieden werden. In the manufacture of thin film transistors are usually required many steps in which the various layers of the transistor are deposited. In einem ersten Schritt wird die Gateelektrode auf einem Substrat abgeschieden, anschließend wird auf der Gateelektrode das Gatedielektrikum abgeschieden und in einem weiteren Schritt werden die Source- und Drain-Kontakte abgeschieden und anschließend strukturiert. In a first step the gate electrode is deposited on a substrate, after which the gate dielectric is deposited on the gate electrode and in a further step, the source and drain contacts are deposited and patterned subsequently. Im letzten Schritt wird der Halbleiter zwischen der Source und der Drainelektrode auf dem Gatedielektrikum abgeschieden. In the last step of the semiconductor between the source and the drain electrode is deposited on the gate dielectric.
  • [0004] [0004]
    In der letzten Zeit werden hohe Anstrengungen unternommen, um einerseits den Herstellungsprozess von Feldeffekttransistoren zu vereinfachen und andererseits die Feldeffekttransistoren mit immer geringeren Ausmaßen herzustellen. In recent times, efforts are being made high, on the one hand to simplify the process of manufacturing field effect transistors and the other part to manufacture the field-effect transistors having ever smaller dimensions. Die Herstellung organischer Feldeffekttransistoren erfordert unter anderem eine gezielte Strukturierung der Gatedielektrikumsschicht, da der für den Betrieb der Transistoren notwendige, gezielte Zugang zu den Elektroden oder Kontakten in der Metallisierungsebene oder den Metallisierungsebenen unterhalb der isolierenden Schicht nur mittels Durchkontaktierung (auch als Kontaktloch oder "via" bezeichnet) in der isolierenden Schicht hergestellt werden kann. The production of organic field effect transistors requires, among other things, a specific structuring of the gate dielectric layer because of the necessary for the operation of the transistors, targeted access to the electrodes, or contacts in the metallization or the metallization below the insulating layer only by means of plated-through hole (including a contact hole or "via" called) can be prepared in the insulating layer. Ein Zugang zu den unterhalb der isolierenden Schicht befindlichen Metallisierungsebenen ist insbesondere notwendig, wenn der Eingang eines Transistors mit dem Ausgang eines anderen Transistors verknüpft werden soll, wie dies in fast jeder integrierten Schaltung vielfach zwingend notwendig ist. An access to the metallization located beneath the insulating layer is particularly required if the input of a transistor connected to the output of another transistor is to be combined, as is often absolutely necessary in almost every integrated circuit.
  • [0005] [0005]
    In den letzten Jahren wurden mehrere mikroelektronische Elemente beschrieben, die eine Größe von wenigen Nanometern aufweisen und keine lithografischen Verfahren bzw. weniger lithografische Schritte bei deren Herstellung benötigen. In recent years, more microelectronic elements have been described which have a size of a few nanometers and do not require lithographic methods or less lithographic steps in their preparation. Diese Elemente werden also Nanoelemente und die Technologie zu deren Herstellung als Nanotechnologie bezeichnet. These elements are so called nano-elements and the technology for their production as nanotechnology. Die vorgeschlagenen Elemente weisen in der Regel eine selbstorganisierte molekulare Schicht (self assembled mono layer) auf. The proposed elements generally have a self-assembled molecular layer (self-assembled monolayer).
  • [0006] [0006]
    Bei der Verwendung herkömmlicher Gatedielektrika, wie zum Beispiel Siliziumoxid und Aluminiumoxid erfolgt das Öffnen der Kontaktlöcher in der Regel erst nach der Abscheidung der zunächst geschlossenen Dielektrikumsschicht. When using conventional gate dielectrics, such as silicon oxide and aluminum oxide the opening of contact holes in the rule only takes place after the deposition of the first dielectric layer closed. Zum Zwecke der Strukturierung des Gatedielektrikums wird zunächst ein Fotolack aufgebracht, dieser wird belichtet und entwickelt, und im Anschluss wird das Gatedielektrikum in Bereiche der vorgesehenen Kontaktlöcher durch einen Ätzprozess entfernt, wobei der Fotolack die nicht zu ätzenden Gebiete schützt. For the purpose of patterning the gate dielectric, a photoresist is first applied, this is exposed and developed, and after the gate dielectric is removed in the regions provided for the contact holes by an etching process, the photoresist protects the not to be etched areas. In dem letzten Schritt wird die Fotolackmaske wieder entfernt. In the final step, the photoresist mask is removed again.
  • [0007] [0007]
    Für die Strukturierung molekularer selbstorganisierter Monolagen ist die beschriebene Methode in der Regel aus mehreren Gründen ungeeignet. The method described in the rule for several reasons is unsuitable for the structuring of molecular self-assembled monolayers. Zum einen erfolgt das Entwickeln von Fotolacken in der Regel in einer basischen Lösung, deren Verwendung in vielen Fällen zu einer Zerstörung der Monolage führen würde. On the one carried out the development of photoresists usually in a basic solution of which would in many cases lead to the destruction of the monolayer. Zum anderen gestaltet sich schon die Belackung von Monolagen aufgrund der starken Hydrophobie vieler selbstorganisierter Monolagen schwierig. On the other hand already designed the lacquering of monolayers difficult due to the strong hydrophobicity of many self-assembled monolayers.
  • [0008] [0008]
    Die Patentschrift The patent DE 198 15 220 C2 DE 198 15 220 C2 bezieht sich auf ein Verfahren zur haftfesten und dichten, chemischen oder galvanischen Metallisierung von Substraten, wie Al, Ti, Mg, deren Legierungen und Oxide, Si, Siliciumoxide, Gläser oder Keramiken. refers to a process for firmly adhering and tight, chemical or electrolytic metallization of substrates, such as Al, Ti, Mg, their alloys and oxides, Si, silicon oxides, glasses or ceramics. Hierzu wird eine Haftvermittlerschicht auf der Basis von Phosphorsäure oder Phosphorsäuregruppen bereitgestellt. For this purpose, an adhesive layer on the basis of phosphoric acid or phosphoric acid groups is provided. Nach dem Verfahren wird auf eine Substratoberfläche eine kovalent gebundene, organische Molekülschicht durch einen Tauchprozeß aufgebracht und diese gebundenen Moleküle durch Polymerisation mit weiteren heterocyclischen Monomeren zu einer leitfähigen Polymerschicht entwickelt. According to the method a covalently bound organic molecule layer is applied by a dipping process and develops them bound molecules by polymerization with other monomers to form a heterocyclic conductive polymer layer on a substrate surface.
  • [0009] [0009]
    Gemäß CR Kagan et al.: „Patterning organic-inorganic thinfilm transistors using microcontact printed templates", in Appl. Phys. Lett., 19. November 2001, Band 79, Nr. 21, S. 3536–3538 wurde unter Verwendung von Mikrokontakt-Drucken mit Mustern versehene molekulare Matrizen auf TFT Gateisolatoren, wie SiO 2 oder Metalloxiden, aufgebracht. Die gedruckten Matrizen führten zu chemisch unterschiedlichen hydrophilen und hydrophoben Bereichen der Oxidoberflächen, wobei sich die Lösung des Dünnfilmmaterials oder dessen Vorläufers nur in Bereichen mit ähnlicher Benetzbarkeit abschied. Die hergestellten TFTs hatten gute Charakteristika. According to CR Kagan et al .: "patterning organic-inorganic thin film transistor using microcontact printed templates", Appl. Phys. Lett. 19 November 2001 volume 79, no. 21, pp 3536-3538 was performed using microcontact -Printing with patterns provided a molecular template on TFT gate insulators such as SiO 2 or metal oxides deposited. The printed matrices led to chemically different hydrophilic and hydrophobic regions of the oxide surfaces, wherein the solution of the thin film material or its precursor farewell only in areas with similar wettability. The TFTs produced had good characteristics.
  • [0010] [0010]
    Die WO 02/091460 A2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung, worin auf einer ersten Seite eines Substrats ein erster elektrisch leitender Bereich, eine elektrisch isolierende Zwischenschicht und ein zweiter elektrisch leitender Bereich vorgesehen wird. WO 02/091460 A2 relates to a method of manufacturing an electronic device, wherein on a first side of a substrate a first electrically conducting region, an electrically insulating intermediate layer and a second electrically conductive area is provided. Eine elektrisch leitende vertikale Verbindung zwischen diesen Bereichen, dh ein Kontaktloch („via"), wird in nicht photolithographischer Art und Weise gebildet. Hierzu wird durch Modifizieren der Oberfläche der ersten Seite des Substrats entsprechend einem gewünschten Muster, das das Kontaktloch definiert, ein modifizierter Abschnitt und ein zurückbleibender Abschnitt der Oberfläche gebildet und eine Zusammensetzung auf die Oberfläche aufgebracht, die ein erstes Polymer, zB Polystyrol, und ein zweites Polymer, zB Polyvinylpyridin, und ein Lösungsmittel, zB THF, aufweist, wobei das Lösungsmittel die Oberfläche benetzt. Hierdurch wird eine erste und zweite Unterschicht unter Phasenseparation gebildet, von denen jede im wesentlichen ein Polymer enthält. Die erste Unterschicht befindet sich dabei auf dem ersten elektrisch leitenden Bereich. Nach dem Ätzen der ersten Unterschicht wird eine vertikale Verbindung sowie ein zweiter elektrisch leitender Bereich bereitgestellt. Die Modifizierung der Oberfläche erfolgt durch Vorsehen einer geeigneten Monolage zur Adsorption an die spezifische Oberfläche, wobei zum Beispiel Thiole oder Cyanide genannt sind. An electrically conductive vertical interconnect between these areas, ie, a contact hole ("via") is formed in a non-photolithographic manner. For this purpose, by modifying the surface of the first side of the substrate corresponding to a desired pattern that defines the via hole, a modified is portion and a remaining portion of the surface is formed and applying a composition to the surface comprising a first polymer, such as polystyrene, and a second polymer, such as polyvinyl pyridine, and a solvent, for example THF comprising, wherein the solvent wets the surface. As a result, a first and second sub-layer formed by phase separation, each of which substantially comprises a polymer. The first sub-layer is located in this case on the first electrically conducting area. After etching, the first sub-layer has a vertical connection and a second electrically conductive area is provided. The modification of the surface is carried out by providing a suitable monolayer of adsorbing to the specific surface area, which are called, for example, cyanides or thiols.
  • [0011] [0011]
    Die WO 03/023877 A2 beschreibt einen organischen Dünnfilmtransistor mit einer selbstorganisierenden Monolage, die zwischen einem Gatedielektrikum und einer organischen Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei die Monolage das Produkt der Umsetzung aus dem Gatedielektrikum und einem Vorläufer der selbstorganisierenden Monolage ist. WO 03/023877 A2 describes an organic thin film transistor with a self-assembled monolayer interposed between a gate dielectric and an organic semiconductor layer, the monolayer is the product of the reaction from the gate dielectric and a precursor to the self-assembling monolayer. Der besonders bevorzugte Monolage-Vorläufer ist CH 3 -(CH 2 ) m -PO 3 H 2 mit m = 4 bis 21. The most preferred monolayer precursor is CH 3 - (CH 2) m PO 3 H 2 with m = 4 to 21.
  • [0012] [0012]
    Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Durchkontaktierung von Feldeffekttransistoren vorzuschlagen, wobei die Feldeffekttransistoren eine auf der Gateelektrode angeordnete selbstorganisierte Monolage aufweisen, die als Gatedielektrikum dient. The object of the present invention is to propose a method for through-contacting of field effect transistors, the field-effect transistors having a gate electrode arranged on the self-assembled monolayer, which is used as gate dielectric. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Durchkontaktierung von Feldeffekttransistoren einerseits zu vereinfachen und andererseits ein Verfahren vorzuschlagen, das mit den herkömmlichen lithografischen Techniken kompatibel ist. Another object of the invention is the via hole of field effect transistors to facilitate on the one hand and on the other hand to propose a method which is compatible with conventional lithographic techniques.
  • [0013] [0013]
    Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, das folgende Schritte aufweist: The object of the invention is achieved by a method comprising the steps of:
    • – Strukturieren eines Gateelektrodenmaterials, eines Kontaktlochs zur Durchkontaktierung der Gateelektrode und eines Kontaktlochmaterials in der Weise, dass das Kontaktlochmaterial und das Gateelektrodenmaterial wenigstens teilweise frei liegen, wobei das Kontaktlochmaterial mit dem Gateelektrodenmaterial nicht identisch ist; - Structuring a gate electrode material, a contact hole for throughplating the gate electrode and a contact hole material in such a way that the contact hole material and the gate electrode material are at least partially exposed, the contact hole material to the gate electrode material is not identical;
    • – Abscheiden einer organischen Verbindung mit dielektrischen Eigenschaften über dem Kontaktlochmaterial und dem Gateelektrodenmaterial, so dass sich eine selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung selektiv über dem Gateelektrodenmaterial bildet; - Depositing an organic compound having dielectric properties to the material contact hole and the gate electrode material, so that a self-assembled monolayer of the organic compound is formed selectively on the gate electrode material;
    • – Abscheiden und Strukturieren der Source- und Drain-Kontakte ohne die selbstorganisierte Monolage zu entfernen; Remove deposition and patterning of the source and drain contacts without the self-assembled monolayer -; und and
    • – Abscheiden eines Halbleitermaterials. - Depositing a semiconductor material.
  • [0014] [0014]
    In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Prozessierung der selbstorganisierten Monolage, die als Gatedielektrikum dient, in der Weise, dass die Bereitstellung von Durchkontaktierungen bereits bei der Abscheidung der Monolage erfolgt und eine nachfolgende Strukturierung der Monolage überflüssig macht. In the method according to the invention the processing of the self-assembled monolayer, which serves as gate dielectric takes place in such a way that the provision of vias is carried out already during the deposition of the monolayer and makes a subsequent patterning of the monolayer superfluous.
  • [0015] [0015]
    Zu diesem Zweck wird die Selektivität der Absorption molekularer Monolagen in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Substratoberfläche ausgenutzt. To this end, the selectivity of the absorption molecular monolayers depending on the nature of the substrate surface is used. Die molekulare Monolage soll daher so gewählt werden, dass sie lediglich über dem Gateelektrodenmaterial gebildet wird und nicht über dem Kontaktlochmaterial. The molecular monolayer should therefore be selected such that it is formed only above the gate electrode material and not above the contact hole material. Das ist deswegen möglich, da viele Metalle eine native Oxidschicht aufweisen, die für die Selektivität genutzt werden kann. This is possible because many metals have a native oxide layer, which can be used for the selectivity. Auf Edelmetallen kommt es dann zu keiner Absorption der organischen Verbindungen, da edle Metalle keine Metalloxidschicht aufweisen, die zur Bildung der selbstorganisierten Monolage notwendig ist. Then on noble metals there is no absorption of the organic compounds, since noble metals do not have a metal oxide layer, which is necessary for forming the self-assembled monolayer. Durch die gezielte Auswahl des Gateelektrodenmaterials, des Kontaktlochmaterials und der organischen Verbindung, kann daher eine Auswahl von Materialien getroffen werden, durch die sich die selbst organisierte Monolage lediglich über dem Gateelektrodenmaterial bildet. By careful selection of the gate electrode material, the contact hole and the material of the organic compound, therefore, a variety of materials are made by the self-assembled monolayer is formed only above the gate electrode material.
  • [0016] [0016]
    Wenn zum Beispiel das Gateelektrodenmaterial aus der Gruppe bestehend aus Aluminium (Al), Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), Wolfram (W), Titanwolfram (TiW), Tantalwolfram (TaW), Wolframnitrid (WN), Wolframcarbonitrid (WCN), Irridiumoxid (IrO), Rhutheniumoxid (RuO), Strontiumrhutheniumoxid (SRuO) ausgewählt ist, kann das Kontaktmaterial aus der Gruppe der Edelmetalle, wie zum Beispiel Gold (Au), Platin (Pt), Palladium (Pd), Silber (Ag), und weiter z. B. aus Galliumarsenid und Indiumphosphid ausgewählt sein. For example, when the gate electrode material from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten (W), titanium tungsten (TiW), tantalum tungsten (TaW), tungsten nitride (WN) Wolframcarbonitrid (WCN), Irridiumoxid (IrO), Rhutheniumoxid (RuO), Strontiumrhutheniumoxid (SruO) is selected, the contact material from the group of precious metals such as gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), and further z. B. be selected from gallium arsenide and indium phosphide. In diesem Fall kann als Gatedielektrikum eine selbstorganisierte Monolage einer organischen Verbindung verwendet werden, die aus der Gruppe der Phosphonsäurederivate ausgewählt ist, da die Phosphonsäurederivate gezielt auf der Oberfläche unedler, nativ oxidierter Metalle adsorbieren und nicht auf die Oberfläche der Edelmetalle. In this case, as the gate dielectric, a self-assembled monolayer of an organic compound can be used which is selected from the group of phosphonic acid derivatives, as the phosphonic acid derivatives specifically of base on the surface of, nativ adsorb oxidized metal and not on the surface of the precious metals. Da die Oberfläche des Gateelektrodenmaterials und des Kontaktlochmaterials teilweise frei liegen, kommt es bei der Selbstorganisation der organischen Verbindung zur Bildung einer selbstorganisierten Monolage lediglich auf dem Gateelektrodenmaterial, während sich über dem Kontaktlochmaterial keine selbstorganisierte Monolage bildet. Since the surface of the gate electrode material and the contact hole material are partially exposed, it is in the self-organization of the organic compound to form a self-assembled monolayer only on the gate electrode material, while not form self-assembled monolayer on the contact hole material.
  • [0017] [0017]
    In einer bevorzugten Form der Erfindung, werden das Gateelektrodenmaterial und das Kontaktlochmaterial aus den vorstehend genannten Materialien ausgewählt. In a preferred form of the invention, the gate electrode material and the contact hole material from the above materials can be selected.
  • [0018] [0018]
    Es ist aber auch möglich, dass das Kontaktlochmaterial aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium (Al), Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Tantal (Ta), Tantalnitrid (TaN), Wolfram (W), Titanwolfram (TiW), Tantalwolfram (TaW), Wolframnitrid (WN), Wolframcarbonitrid (WCN), Irridiumoxid (IrO), Rhutheniumoxid (RuO), Strontiumrhutheniumoxid (SRuO) ausgewählt ist. But it is also possible that the contact hole material selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), tungsten (W), titanium tungsten (TiW), tantalum, tungsten (TaW), tungsten nitride (WN) Wolframcarbonitrid (WCN), Irridiumoxid (IrO), Rhutheniumoxid (RuO), Strontiumrhutheniumoxid (SruO) is selected. In diesem Fall muss das Material der Gateelektrode aus der Gruppe bestehend aus Edelmetallen, wie zum Beispiel Gold (Au), Platin (Pt), Palladium (Pd), Silber (Ag) und zusätzlich aus Galliumarsenid und Indiumphosphid ausgewählt sein. In this case, the material of the gate electrode must be selected from the group consisting of noble metals, such as gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag) and in addition be selected from gallium arsenide and indium phosphide. In diesem Fall soll die selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung Gruppen aufweisen, die gezielt auf die Oberfläche der Edelmetalle eine selbstorganisierte Monolage bilden und nicht auf die Oberfläche der unedlen Metalle. In this case, the self-assembled monolayer of the organic compound should have groups that form the surface of the noble metals selectively on a self-assembled monolayer and not on the surface of the base metals. Eine solche organische Verbindung kann zum Beispiel Reste aufweisen, die aus der Gruppe, bestehend aus SH, OH, NH 2 , NHR, NR 2 , COOH, CONH 2 , CN, CONHOH, CONHNH 2 oder PR 2 ausgewählt ist. Such an organic compound may, for example, comprise radicals which are selected from the group consisting of SH, OH, NH 2, NHR, NR 2, COOH, CONH 2, CN, CONHOH, CONHNH 2 or PR 2. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, wird die Auswahl für das Gateelektrodenmaterial aus der Gruppe der Edelmetalle und zusätzlich Galliumarsenid und Indiumphosphid getroffen. In a particular embodiment of the invention, the selection for the gate electrode material from the group of precious metals and in addition, gallium arsenide and indium phosphide is made.
  • [0019] [0019]
    Auch wenn Metalloxid als die Möglichkeit zur Erzielung der Selektivität als eine bevorzugte Ausführungsform genannt ist, können durch eine gezielte Behandlung des Gateelektrodenmaterials auch andere Gruppen eingeführt werden, die eine Selektivität gegenüber einer organischen Verbindung aufweisen. Even if metal is mentioned as the possibility to achieve the selectivity, as a preferred embodiment, other groups can be introduced by a targeted treatment of the gate electrode material having a selectivity to an organic compound. Eine solche Behandlung ist zum Beispiel möglich, wenn das Gateelektrodenmaterial z. B. aus Silizium besteht. Such treatment is possible, for example, when the gate electrode material, for. Example, from silicon. Dann kann Silizium so behandelt werden, dass verschiedene Gruppen an der Oberfläche vorliegen, die eine Wechselwirkung mit einer organischen Verbindung eingehen, so dass sich die selbstorganisierte Monolage lediglich über dem Gateelektrodenmaterial bildet. Then silicon can be treated so that different groups are present on the surface, which undergo interaction with an organic compound, so that the self-assembled monolayer formed only on the gate electrode material. Silizium kann dann die Gruppen wie zum Beispiel -H, -OH, -NH 2 oder andere Gruppen aufweisen. Silicon can then have the groups such as, for example, -H, -OH, -NH 2, or other groups.
  • [0020] [0020]
    In einer besonderen Ausführungsform wird aber eine Metalloxidschicht bevorzugt, da diese Schicht bei vielen nicht edlen Metallen schon vorhanden ist oder relativ leicht herzustellen ist. In a particular embodiment, but a metal is preferred, since this layer is already present in many non-noble metals, or is relatively easy to manufacture.
  • [0021] [0021]
    Wenn aber das Gateelektrodenmaterial aus der Gruppe der Edelmetalle wie vorstehend beschrieben ausgewählt ist, weist das Kontaktlochmaterial eine Metalloxidschicht auf, so dass eine organische Verbindung, die zum Beispiel SH-Gruppen aufweist, lediglich auf der Oberfläche des Edelmetalls gebildet wird. If, however, the gate electrode material from the group of the noble metals is selected as above described, the contact hole on a metal material, so that an organic compound having, for example, SH groups, is formed only on the surface of the noble metal.
  • [0022] [0022]
    Die organische Verbindung, die über dem Gateelektrodenmaterial eine selbstorganisierte Monoschicht bildet, kann aus einer Vielzahl von Verbindungen ausgewählt werden. The organic compound which forms a self-assembled monolayer over the gate electrode material can be selected from a variety of compounds. Die einzige Voraussetzung ist, dass eine Selektivität zwischen dem Gateelektrodenmaterial und dem Kontaktlochmaterial vorhanden ist. The only requirement is that the selectivity between the gate electrode material and the contact hole material is present. Beispielsweise kann die organische Verbindung einen Rest aufweisen, der aus der Gruppe bestehend aus R-SiCl 3 , R-SiCl 2 -Alkyl, R-SiCl(Alkyl) 2 , R-Si(OR) 3 , R-Si(OR) 2 Alkyl, R-SiOR(Alkyl) 2 , R-PO(OH) 2 , R-CHO, R-CH=CH 2 , R-SH, R-OH, R-NH 2 , R-COOH, R-CONH 2 , R-CONHOH, R-CONHNH 2 , R-CN, ausgewählt ist, wobei R eine beliebige Gruppe sein kann, insbesondere eine n-Alkyl-, n-Alkylether-, oder lineare aromatische Gruppe der Formel -(C 6 H 4 )n-, wobei die Alkylgruppe und die Alkylethergruppe zwischen 4 und 40 C-Atome aufweisen und n eine ganze Zahl zwischen 2 und 6 ist. For example, the organic compound having a radical selected from the group consisting of R-SiCl 3, R-SiCl 2 alkyl, R-SiCl (alkyl) 2, R-Si (OR) 3, R-Si (OR) 2 alkyl, R-SiOR (alkyl) 2, R-PO (OH) 2, R-CHO, R-CH = CH 2, R-SH, R-OH, R-NH2, R-COOH, R-CONH 2 , R-CONHOH, R-CONHNH 2, R-CN, is selected, where R can be any group, in particular an n-alkyl, n-alkyl ether, or linear aromatic group of the formula - (C 6 H 4) N-, wherein the alkyl group and the alkyl ether group 4-40 C atoms and n is an integer between 2 and 6.
  • [0023] [0023]
    Da als Gateelektrodenmaterial herkömmlicherweise Metalle aus der Gruppe wie zum Beispiel Aluminium oder Titan ausgewählt sind, die eine entweder native oder leicht herstellbare Metalloxidschicht aufweisen, weist in einer bevorzugten Ausführungsform die organische Verbindung eine Gruppe ausgewählt aus R-PO(OM) 2 auf, wobei R die vorstehende Bedeutung hat. Because as a gate electrode material conventionally metals are selected from the group such as aluminum or titanium, which have either native or easy to produce metal oxide, in a preferred embodiment, the organic compound is a group selected from R-PO (OM) 2, where R is as defined above. M kann entweder H, ein Metall oder eine beliebige organische Gruppe sein. M can be either H, a metal or an arbitrary organic group.
  • [0024] [0024]
    Das Material für die Source- und Drainkontakte kann ein beliebiges Material sein und die Auswahl ist für die vorliegende Erfindung nicht kritisch. The material for the source and drain contacts may be any material, and the choice is not critical to the present invention.
  • [0025] [0025]
    Das Halbleitermaterial kann sowohl anorganischer als auch organischer Natur sein. The semiconductor material can be either inorganic or organic in nature. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleitermaterial jedoch ein organisches Polymer. In a preferred embodiment, however, the semiconductor material is an organic polymer.
  • [0026] [0026]
    In der bevorzugten Ausführungsform ist das organische Polymer aus der Gruppe bestehend aus Pentazen, Tetrazen und Polythiophen ausgewählt. In the preferred embodiment, the organic polymer is selected from the group consisting of pentacene, tetracene, and polythiophene.
  • [0027] [0027]
    Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to FIGS.
  • [0028] [0028]
    Es zeigt: It shows:
  • [0029] [0029]
    1a 1a - 1e 1e die Prozessabfolge zur Herstellung eines organischen Feldeffekttransistors mit molekularer selbstorganisierter Monolage als Gatedielektrikum; the process sequence for fabricating an organic field effect transistor with self-assembled molecular monolayer as the gate dielectric;
  • [0030] [0030]
    2a 2a und and 2b 2b einen schematischen Querschnitt eines organischen Feldeffekttransistors und eine Kontaktlochs, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. a schematic cross section of an organic field effect transistor, and a contact hole made in accordance with the inventive method.
  • [0031] [0031]
    3 3 Stromspannungs-Kennlinien eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors. Current voltage characteristics of a field effect transistor according to the invention.
  • [0032] [0032]
    1 1 zeigt einen Querschnitt einer Gateelektrode, die aus dem erfindungsgemäßen Gateelektrodenmaterial herstellbar ist. shows a cross section of a gate electrode, which is produced from the gate electrode material according to the invention. Nach der Strukturierung des Kontaktlochs und Abscheidung des Kontaktlochmaterials erhält man die in der After the patterning of the contact hole and deposition of the contact hole material obtained in the 1b 1b dargestellte Struktur. structure shown. Das Gateelektrodenmaterial und das Kontaktlochmaterial werden gleichzeitig mit einer organischen Verbindung in Kontakt gebracht, wobei sich die selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung selektiv über dem Gateelektrodenmaterial bildet (und nicht über dem Kontaktlochmaterial)( The gate electrode material and the contact hole material are simultaneously brought into contact with an organic compound, wherein the self-assembled monolayer of organic compound is formed selectively on the gate electrode material (and not via the contact hole footage) ( 1c 1c ). ). Die selbstorganisierte Monolage der organischen Verbindung dient als Gatedielektrikum, so dass nun die Source- bzw. Drainkontakte abgeschieden und strukturiert werden können, ohne eine Fotomaske zur Strukturierung des Gatedielektrikums verwenden zu müssen. The self-assembled monolayer of the organic compound serves as a gate dielectric, so that now the source and drain contacts can be deposited and patterned without using a photomask for patterning the gate dielectric. Das Ergebnis ist in The result is in 1d 1d dargestellt. shown. Im letzten Schritt kann anschließend ein Halbleiter abgeschieden werden, um auf die in In the final step, a semiconductor can be deposited subsequently, into the 1e 1e dargestellte Struktur zu gelangen. structure shown arrive.
  • [0033] [0033]
    Es ist anzumerken, dass es möglich ist, zunächst das Metall für die Gateelektroden und danach das Metall für die Kontakt löcher zu definieren oder umgekehrt zunächst das Metall für die Kontaktlöcher und danach das Metall für die Gateelektroden zu definieren. It should be noted that it is possible to first define the metal for the gate electrodes and then the metal for the contact holes or vice versa to define the first metal for the contact holes and then the metal for the gate electrodes. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass das Kontaktlochmaterial nach der Definition des Gateelektrodenmaterials wenigstens teilweise freiliegt. It only has to be ensured that the contact hole material as defined by the gate electrode material is exposed at least partially.
  • [0034] [0034]
    In den In the 2a 2a und and 2b 2b sind schematische Querschnitt eines organischen Feldeffekttransistors (links) und eines Kontaktlochs (rechts) dargestellt, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt sind. are schematic cross-sectional view of an organic field effect transistor (left) and a contact hole (right), which are manufactured using the inventive method. In der in In the in 2a 2a gezeigte Anordnung wurde zuerst das Metall für die Gateelektroden und danach das Metall für die Kontaktlöcher definiert. arrangement shown, the metal was first defined for the gate electrodes and then the metal for the contact holes. In der in In the in 2b 2b gezeigten Anordnung, wurde zuerst das Metall für die Kontaktlöcher und danach das Metall für die Gateelektroden definiert. arrangement shown, the metal for the contact holes and then, the metal for the gate electrode was first defined.
  • Beispiel Example
  • [0035] [0035]
    Auf ein Glassubstrat wird eine 20 nm dicke Schicht Aluminium gedampft und mittels Fotolithografie und nasschemischem Ätzen in einer schwach basischen Lösung strukturiert, um die Gateelektroden zu definieren. On a glass substrate, a 20 nm thick layer of aluminum is evaporated and patterned by photolithography and wet chemical etching in a weakly basic solution to define the gate electrode. Danach wird eine 20 nm dicke Schicht Gold aufgedampft und mittels Fotolithografie und nasschemischem Ätzen in einer Jod-Kalium-Jodid-Lösung strukturiert, um die Kontaktlöcher zu definieren. Thereafter, a 20 nm thick gold layer is vapor deposited and patterned by photolithography and wet chemical etching in an iodine-potassium iodide solution, so as to define the contact holes. Im Anschluss wird das Substrat in eine alkoholische Lösung des Phosphonsäure-Derivats n-Octadecylphosphonsäure (C 18 H 37 PO(OH) 2 ) getaucht um das Gatedielektrikum zu erzeugen, wobei sich eine molekulare Monolage nur auf den Aluminium-Gateelektroden und nicht in den Kontaktlöchern bildet. Subsequently, the substrate into an alcoholic solution of the phosphonic acid derivative is n-octadecylphosphonic acid (C 18 H 37 PO (OH) 2) is dipped in order to produce the gate dielectric, wherein a molecular monolayer only on the aluminum gate electrode and not in the contact holes forms. Nachfolgend wird eine 20 nm dicke Schicht Gold abgeschieden und strukturiert, um die Source- und Drainkontakte zu erzeugen. Subsequently, a 20 nm thick gold layer is deposited and patterned to form the source and drain contacts. Zum Abschluss wird Pentazen aufgedampft. At the end of pentacene is deposited.
  • [0036] [0036]
    3 3 zeigt die Strom-Spannungskennlinien eines Pentazentransistors und das Ausgangssignal eines fünfstufigen Pentazen-Ringoszillators, die wie oben beschrieben, mittels der erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. shows the current-voltage characteristics of a Pentazentransistors and the output signal of a five-stage pentacene ring oscillator, which as described above, are prepared by the methods of the invention.
Patent Citations
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Non-Patent Citations
Reference
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Classifications
International ClassificationH01L21/768, C07F7/08, H01L21/316, H01L51/40, C08F132/08, C07F9/38, C08F132/06
Cooperative ClassificationH01L21/31687, B82Y30/00, B82Y10/00, H01L51/0516
European ClassificationB82Y30/00, B82Y10/00, H01L51/05B2B2
Legal Events
DateCodeEventDescription
15 Sep 20058100Publication of the examined application without publication of unexamined application
9 Mar 20068364No opposition during term of opposition
4 Mar 20108325Change of the main classification
Ipc: H01L 51/40 AFI20041028BHDE
4 Mar 20108327Change in the person/name/address of the patent owner
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5 Jun 2015R081Change of applicant/patentee
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13 Oct 2015R081Change of applicant/patentee
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1 Sep 2016R119Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee