Systeme mit integrierten Schaltungen basierend auf organischen Feldeffekttransistoren (OFET) stellen eine zukunftsträchtige Technologie im Massenanwendungsbereich preiswerter Elektronik dar. Ein Feldeffekttransistor gilt insbesondere als organisch, wenn die halbleitende Schicht aus einem organischen Material hergestellt ist.

Da sich mit OFETs komplexe Schaltungen aufbauen lassen, bestehen zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. So gilt beispielsweise die Einführung von RF-ID (RF-ID : radio frequency identification) Systemen basierend auf dieser Technologie als potentieller Ersatz für den störanfälligen und nur in direktem Sichtkontakt zum Scanner anwendbaren Barcode.

Besonders Schaltungen auf flexiblen Substraten, die in hohen Stückzahlen in Rolle-zu-Rolle Verfahren gefertigt werden können, sind hierbei von Interesse.

Für die Herstellung solcher flexiblen Substrate besteht aufgrund des thermischen Verzuges der meisten in Frage kommenden preiswerten Substrate (z. B. Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphtalat (PEN) ) eine obere Temperaturgrenze von 130-150°C. Unter bestimmten Vorraussetzungen, z. B. einer thermischen Vorbehandlung des Substrates, lässt sich diese Temperaturgrenze bis auf 200°C

erhöhen, jedoch mit der Einschränkung, dass der Verzug des Substrates zwar reduziert, nicht jedoch verhindert wird.

Ein kritischer Prozessschritt bei elektronischen Bauelementen ist die Abscheidung der Dielektrikumsschicht, insbesondere der Gatedielektrikumsschicht eines OFET. An die Qualität der Dielektrika in OFETs werden hinsichtlich der thermischen, chemischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften sehr hohe Ansprüche gestellt.

Siliziumdioxid (Si02) stellt das derzeit häufigst verwendete Gatedielektrikum in OFETs dar, basierend auf der breiten Verfügbarkeit in der Halbleitertechnologie. So sind Transistorstrukturen beschrieben, bei denen ein dotierter Siliziumwafer als Gateelektrode dient und darauf thermisches aufgewachsenes Si02 das Gatedielektrikum bildet. Dieses Si02 wird bei Temperaturen von etwa 800-1000°C hergestellt.

Andere Prozesse (z. B. CVD) zur Abscheidung von Si02 auf verschiedenen Substraten arbeiten ebenfalls bei Temperaturen oberhalb von 400°C. Eine Gruppe an der PennState University hat einen Prozess (Ionenstrahl Sputtern) entwickelt, der es erlaubt ein qualitativ hochwertiges Si02 bei Prozesstemperaturen von 80°C abzuscheiden. Dies ist in den Artikeln von C. D. Sheraw, J. A. Nichols, D. J. Gundlach, J.

R. Huang, C. C. Kuo, H. Klauk, T. N. Jackson, M. G. Kane, J.

Campi, F. P. Cuomo, and B. K. Greening, Tech. Dig.-lot.

Electron Devices Meet., 619 (2000) und C. D. Sheraw, L. Zhou, J. R. Huang, D. J. Gundlach, T.

N. Jackson, M. G. Kane, I. G. Hili, M. S. Hammond, J. Campi, B. K. Greening, J. Francl, and J. West, Appl. Phys. Lett. 80, 1088 (2002) beschrieben.

Nachteilig hierbei sind jedoch die hohen Prozesskosten und der geringe Durchsatz für Massenprodukte.

Es ist auch bekannt, anorganische Nitride, wie z. B. SiN.., TaNxzu verwenden. Ähnlich der Herstellung von anorganischen Oxiden, erfordern die Abscheidungen von anorganischen

Nitriden hohe Temperaturen bzw. hohe Verfahrenskosten. Dies ist z. B. in dem Artikel von B. K. Crone, A. Dodabalapur, R.

Sarpeshkar, R. W. Filas, Y. Y. Lin, Z. Bao, J. H. O'Neill, W.

Li, and H. E. Katz, J. Appl. Phys. 89,5125 (2001) beschrieben.

Auch ist es bekannt, Hybridlösungen (spin on glass) zu verwenden. Organische Siloxane, die sich aus einer Lösung herstellen lassen und durch eine thermische Konvertierung in "glasähnliche"Schichten umwandeln lassen, wurden beschrieben. Die Konvertierung zu Si02 erfolgt entweder bei hohen Temperaturen (ca. 400°C) oder verläuft nur teilweise, was eine verringerte Transistorqualität zur Folge hat (siehe dazu den Artikel von Z. Bao, V. Kuck, J. A. Rogers, and M. A.

Paczkowski, Adv. Funct. Mater., 12,526, (2002).

Außerdem sind bereits organische Polymere, wie zum Beispiel Poly-4-vinylphenol (PVP), Poly-4-vinylphenol-co-2- hydroxyethylmethacrylat oder Polyimid (PI) verwendet worden.

Diese Polymere zeichnen sich durch ihre vergleichsweise einfache Verarbeitbarkeit aus. So sind sie z. B. aus der Lösung für spin-coating oder Drucken verwendbar. Die hervorragenden dielektrische Eigenschaften solcher Materialien sind bereits demonstriert worden (siehe Artikel von H. Klauk, M. Halik, U. Zschieschang, G. Schmid, W.

Radlik, and W. Weber, J Appl. Phys., in press, scheduled to appear in val. 92, no. 10 (November 2002)) Auch Anwendungen in ICs konnten bereits demonstriert werden, wobei die benötigten chemischen und mechanischen Stabilitäten der Dielektrikumsschichten für deren Strukturierung und die Strukturierung der darauffolgenden Source-Drain-Schicht durch Quervernetzung der Polymere erreicht wurde (siehe Artikel von M. Halik, H. Klauk, U. Zschieschang, T. Kriem, G. Schmid, and W. Radlik, Appl. Phys. Lett., 81,289 (2002)).

Diese Quervernetzung erfolgt jedoch bei Temperaturen von 200°C, was für die Herstellung großflächiger flexibler Substrate problematisch ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung mit einem organischen Halbleiter und ein Verfahren zu schaffen, wobei die Herstellung von Dielektrikumsschichten von OEFT's bei niedrigen Temperaturen möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine integrierte Schaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die integrierte Schaltung mit einem organischen Halbleiter aus einer Polymerformulierung bestehend aus a) 100 Teilen mindestens eines vernetzbaren Basispolymers, b) 10 bis 20 Teilen mindestens einer elektrophilen Vernetzerkomponente, c) 1 bis 10 Teilen mindestens eines thermischen Säurekatalysators, der bei Temperaturen zwischen 100-150°C ein aktivierendes Proton generiert und d) mindestens einem Lösungsmittel herstellbar. Die erfindungsgemäßen integrierten Schaltungen sind insbesondere OFETs mit organischen Schichten, die hervorragende Dielelektrikumseigenschaften aufweisen. Die integrierten Schaltungen sind auf Grund der verwendeten spezifischen Polymerformulierung in einfacher Weise bei niedrigen Temperaturen (bis zu 150°C) herstellbar. Diese Polymerformulierung lässt sich grundsätzlich auch in Verbindung mit anderen elektronischen Bauelementen einsetzen.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Basispolymer ein phenolhaltiges Polymer oder Copolymer, insbesondere Poly- 4-vinylphenol, Poly-4-vinylphenol-co-methacrylsäure-2-

hydroxyethylester oder Poly-4-vinylphenol-co- methacrylsäuremethylester ist.

Vorteilhafterweise ist mindestens eine elektrophile Vernetzerkomponente ein Di-bzw. Tribenzylalkoholverbindung, insbesondere 4-Hydroxymethyl-benzylalkohol.

Es ist vorteilhaft, wenn mindestens eine Vernetzerkomponente eine der folgenden Strukturen aufweist : Für R, gilt: -O-, -S-, -SO2-, -S2-, -(CH2)x- wobei x=1-10, ausserdem :

Mit Vorteil wird als thermischer Säurekatalysator mindestens eine Sulfonsäure, insbesondere 4-Toluolsulfonsäure verwendet, da diese in der Lage ist, unterhalb von 150°C ein Proton auf die Hydroxygruppe eines Benzylalkohols zu übertragen.

Vorteilhafte Lösungsmittel sind ein Alkohol, insbesondere n- Butanol, Propylenglykolmonomethyletheracetat (PGMEA), Dioxan, N-Methylpyrolidon (NMP), y-Butyrolacton, Xylen oder ein Gemisch.

Für eine gute Verarbeitbarkeit ist es vorteilhaft, wenn der Anteil an Basispolymer, Vernetzerkomponente und Säuregenerator eine Anteil zwischen 5 und 20 Masse-% aufweist.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltung, insbesondere eines OFET mit einer Dielektrikumsschicht, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird a) eine Polymerformulierung gemäß Anspruch 1 auf ein Substrat, insbesondere mit einer vorstrukturierten Gateelektrode aufgebracht, anschließend b) eine Vernetzungsreaktion zur Bildung der Gatedielektrikumsschicht zwischen 100 und 150 °C durchgeführt.

Zur Herstellung eines OFET wird anschließend vorteilhafterweise mindestens eine weitere Strukturierung zum Aufbau des OFET vorgenommen.

Vorteilhafterweise erfolgt das Aufbringen der Polymerformulierung durch Aufschleudern, Drucken oder Sprühen.

Die Vernetzungsreaktion erfolgt mit Vorteil unter einer Inertgas-, insbesondere einer N2-Atmosphäre.

Nach dem Aufbringen der Polymerformulierung und der Herstellung des Polymerfilms ist es vorteilhaft eine Trocknung, insbesondere bei 100 °C durchzuführen.

Zur Herstellung des OFET ist es dann vorteilhaft, auf die Gatedielektrikumsschicht eine Source-Drain-Schicht aufzubringen.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn auf die Source-Drain- Schicht eine aktive Schicht zur Bildung eines OFET, insbesondere aus dem halbleitenden Pentazen aufgebracht wird.

Vorteilhafterweise wird auf die aktive Schicht eine Passivierungsschicht angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung eines organischen Feldeffekttransistors ; Fig. 2 Beispiel einer Vernetzungsreaktion eines polymeren Gatedielektrikums mit PVP und 4- Hydroxymethylbenzylalkohol als Vernetzer ; Fig. 3a Ausgangskennlinienschar eines OFET mit elektrophil vernetzten Gatedielektrikum ; Fig. 3b Durchgangskennlinienschar eines OFET mit elektrophil vernetzten Gatedielektrikum ; Fig. 4 Durchzeichnung eines Oszilloskopbildes

OFETs sind elektronische Bauteile, die aus mehreren Schichten (Lagen) bestehen, welche alle strukturiert sind, um durch Verbindungen einzelner Schichten integrierte Schaltungen zu generieren. Dabei zeigt Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines solchen Transistors in einer Bottom-Kontakt Architektur.

Auf einem Substrat 1 ist eine Gatelektrode 2 angeordnet, die von einer Gatedielektrikumsschicht 3 überdeckt ist. Wie später noch erläutert wird, stellen bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Substrat 1 mit der bereits darauf angeordneten Gateelektrode 2 das Ausgangsmaterial dar, auf das die Gatedielektrikumsschicht 3 aufgebracht wird. Auf der Gatedielektrikumsschicht 3 sind eine Drainschicht 4a und eine Sourceschicht 4b angeordnet, die beide mit der aktiven halbleitenden Schicht 5 in Verbindung stehen. Über der aktiven Schicht 5 ist eine Passivierungsschicht 6 angeordnet.

Entscheidend für die hier beschriebene Ausführungsform der Erfindung ist die Deposition und Bearbeitung der Gatedielektrikumsschicht 3.

Die erfindungsgemäßen Schaltungen und deren Herstellung lösen das Problem der Bereitstellung von OFETs mit Gatedielektrikumsschichten insbesondere mit organischen ICs mit hervorragenden mechanischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften bei gleichzeitig niedrigen Prozesstemperaturen.

Dabei weist ein OFET eine Dielektrikumsschicht auf, die aus einer Mischung (Polymerformulierung) mit grundsätzlich vier Bestandteilen herstellbar ist : ein Basispolymer, eine Vernetzerkomponente, einen thermischen Säuregenerator und ein Lösungsmittel. Eine hier beispielhaft angeführte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung weist eine Polymerformulierung mit folgenden Bestandteilen auf a) als vernetzbares Basispolymer PVP,

b) als eine elektrophile Vernetzerkomponente 4- hydroxymethylbenzylalkohol, c) als Säurekatalysator 4-Toluolsulfonsäure, die bei Temperaturen zwischen 100-150°C ein aktivierendes Proton generiert, d) als Lösungsmittel z. B. Alkohole, PGMEA.

Diese Polymerformulierung wird auf ein entsprechend vorbereitetes Substrat 1 (Gatestrukturen 2 sind bereits auf dem Substrat 1 definiert) aufgebracht. Die Polymerformulierung kann z. B. aufgedruckt, aufgeschleudert oder aufgesprüht werden. Durch anschließendendes Trocknen bei moderaten Temperaturen (ca. 100°C) wird die Polymerformulierung auf der Unterlage fixiert und anschließend in einem thermischen Vernetzungsschritt in ihre endgültige Struktur überführt.

In Fig. 2 ist in schematischer Weise dargestellt, wie PVP mit 4-Hydroxymethylbenzylalkohol bei einer Temperatur von 150 °C unter Abspaltung von Wasser vernetzt wird. Alternativ können auch die im Folgenden dargestellten Verbindungen als elektrophile Vernetzer eingesetzt werden : Für R, gift : -O-, -S-, -SO2-, -S2-, -(CH2)x- wobei x = 1-10, ausserdem :

Für R2 gilt : Alkyl mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder Aryl Der entscheidende Schritt für die Herstellung von Gatedielektrikumsschichten 3 mit den geforderten Eigenschaften ist hierbei diese Vernetzungsreaktion und deren Initiierung bei Temperaturen welche für das Substrat unkritisch sind. Dies sind Temperaturen von 20°C bis maximal 150°C.

Die Benutzung des Verfahrens verringert die benötigte Vernetzungstemperatur um mehr als 50°C, verglichen mit den bisher bekannten Methoden (siehe Artikel von Halik et al.

(2002)).

Das Basispolymer bestimmt dabei die Grundeigenschaften der Gatedielektrikumsschicht 3. Als Basispolymere eigenen sich prinzipiell alle phenolhaltigen Polymere und deren Copolymere, wie z. B. Poly-4-vinyl-phenol, Poly-4-vinylphenol- co-methacrylsäure-2-hydroxyethylester oder Poly-4- vinylphenol-co-methacrylsäuremethylester.

Durch die Wahl der Vernetzerkomponente und deren Konzentration in der Polymerformulierung lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Polymerschicht und die Resistenz gegenüber Chemikalien maßgeblich steuern.

Durch die Wahl des thermischen Säurekatalysators lässt sich die Temperatur der Initiierung der Vernetzungsreaktion steuern.

Die Wahl des Lösungsmittels bestimmt die Filmbildungseigenschaften der Formulierung.

Im Folgenden werden als Beispiele zwei Polymerformulierungen beschrieben, die sich in lediglich im Anteil des Vernetzers unterscheiden.

Formulierung 1 ist eine 10%-ige Lösung in Propylenglykolmonomethyletheracetat (PGMEA). Dabei liegen 100 Teile Basispolymer, 10 Teile Vernetzer und 2.5 Teile Säuregenerator vor.

Eine Mischung aus 2 g PVP (MW ca. 20.000) als Basispolymer und 200 mg 4-Hydroxymethyl-benzylalkohol als Vernetzer werden

in 20.5g PGMEA als Lösungsmittel auf einer Rüttelapparatur gelöst (ca. 3 Stunden).

Anschließend werden 50 mg 4-Toluolsulfonsäure als Säuregenerator zugegeben und die gesamte Lösung eine weitere Stunde geschüttelt. Vor Benutzung wird die Polymerlösung durch einen 0. 2 um Filter filtriert.

Formulierung 2 ist eine 10%-ige Lösung in PGMEA. Dabei liegen 100 Teile Basispolymer, 20 Teile Vernetzer und 2.5 Teile Säuregenerator vor. Der Anteil an Vernetzer ist also doppelt so hoch wie in der Formulierung 1.

Eine Mischung aus 2 g PVP (MW ca. 20.000) als Basispolymer und 400 mg 4-Hydroxymethyl-benzylalkohol als Vernetzer werden in 20.5g PGMEA als Lösungsmittel auf einer Rüttelapparatur gelöst (ca. 3 Stunden). Anschließend werden 50 mg 4- Toluolsulfonsäure als Säuregenerator zugegeben und die gesamte Lösung eine weitere Stunde geschüttelt. Vor Benutzung wird die Polymerlösung durch einen 0.2 um Filter filtriert.

Filmpräparation : 2 ml der Formulierung 1 wurden mittels spin coater bei 4000 U/min für 22 s auf ein vorbereitetes Substrat (PEN (Polyethylennaphtalat) mit Ti-Gatestrukturen) aufgebracht.

Anschließend wird bei 100°C für 2 min auf einer Hotplate getrocknet. Die Vernetzungsreaktion erfolgt bei 150°C im Ofen unter 400 mbar N2-Atmosphäre. Die Filmpräparation für Formulierung 2 erfolgt analog.

Strukturierung der Gatedielektrikumsschicht : Auf die quervernetzte Polymerschicht (Gatedielektrikumsschicht 3) wird ein Photoresist aufgebracht (S 1813 ; 3000 U/min ; 30 s) und bei 100°C 2 min getrocknet.

Anschließend werden die späteren Kontaktlöcher mittels Belichtung und Entwicklung des Photolacks definiert. Die

Öffnung der Kontaktlöcher erfolgt mittels Sauerstoffplasma (2 mal 45s bei 100W).

Anschließend wir die Source-Drain Schicht 4 nach Standardverfahren abgeschieden und strukturiert (30 nm Au thermisch aufgedampft, photolithographische Strukturierung und nasschemisches Ätzen mit I2/KI-Lösung) Die Schichtdicke der Gatedielektrikumsschichten 2 beträgt für Formulierung 1 = 210nm. Die Rauhigkeit der Schicht beträgt 0,5 nm auf 50 um.

Die Schichtdicke der Gatedielektrikumsschichten beträgt für Formulierung 2 = 230nm. Die Rauhigkeit der Schicht beträgt 0,6 nm auf 50 um.

Die Transistoren bzw. Schaltungen werden fertiggestellt, indem die aktive Komponente 5 (hier Pentazen) thermisch aufgedampft wird. Bis auf die Passivierungsschicht 6 ist damit der Aufbau eines OFET gemäß Fig. 1 hergestellt.

Hier werden Ausführungsformen für eine Polymerformulierung und deren Verwendung zur Herstellung von Gatedielektrikumsschichten 3 bei niedrigen Temperaturen für den Einsatz in integrierten Schaltungen basierend auf OFETs beschrieben. Diese Gatedielektrikumsschichten 3 zeichnen sich neben der geringen Prozesstemperatur für deren Herstellung durch hervorragende thermische, chemische, mechanische und elektrische Eigenschaften aus.

In Fig. 3a ist eine Ausgangskennlinienschar eines Pentazen- OFET mit elektrophil vernetztem Gatedielektrium dargestellt.

Fig. 3b zeigt für den gleichen Aufbau die Durchgangskennlinien eines OFET (u=0m5 cm/Vs, on/off ratio = 104). In Fig. 4 ist eine Durchzeichnung einer Ozilloskop- Darstellung wiedergegeben. Dabei wird die Kennlinie eines 5

Stufen Ringoszillators dargestellt, wobei der Ringoszillator mit einer Signalverzögerung von 120 usec pro Stufe arbeitet.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.

Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Bezugszeichenliste 1 Substrat 2 Gateelektrode 3 Gatedielektrikumsschicht 4a Drainschicht 4b Sourceschicht 5 Aktive Schicht 6 Passivierungsschicht