存儲結構的電極、方法和設備的製作方法

2023-10-09 06:15:39 3

專利名稱：存儲結構的電極、方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括具有電極的第一和第二薄膜電極層的電極裝置，每層中的電極的形式為平行條狀電導體，其中第二電極層的電極定向為與第一層的電極交叉或基本正交，其中至少一個電極層設置在襯底或底板的絕緣表面上，並且其中電極層設置在分隔開的平行平面中與由功能介質構成的整體設置層接觸；並且本發明涉及用於製造這種電極裝置的方法。
本發明還涉及一種設備，該設備至少一個電極裝置包含具有電極的第一和第二薄膜電極層，每層中的電極的形式為平行條狀電導體，其中第二電極層的電極定向為與第一層的電極交叉或基本正交，其中至少一個電極層設置在襯底或底板的絕緣表面上，並且其中電極層設置在分隔開的平行平面中與其間的由功能介質構成的整體設置層接觸，其中功能元件形成在由第一電極層的電極和第二電極層的電極之間的各個交疊處所限定的功能介質的體積中，以提供矩陣可尋址陣列，其中功能元件可以通過向限定功能元件的相交電極施加電壓來激活，以便在後者上產生電勢，從而可以暫時地或永久地改變功能元件的物理狀態或在可識別的物理狀態之間發生轉換，所述施加電壓基本上與對功能元件寫入或讀出操作的尋址相對應；其中根據所選功能材料的特性，功能元件可以作為下述器件中的至少一種來操作，即數據處理裝置的可開關邏輯元件、數據存儲裝置中的存儲單元或信息顯示裝置中的像素，從而在矩陣可尋址電路中產生的所有情況下進行對所述元件、單元或像素的尋址。
最後，本發明還涉及在根據本發明的設備中的本發明的電極裝置的應用。
本發明特別涉及用於包含平面陣列功能元件的設備和器件中使用的電極裝置，其中各功能元件分別通過第一電極裝置和另一電極裝置尋址，該第一電極裝置具有排列在功能元件一側上並與其接觸的平行條狀電極，該另一電極裝置具有與第一裝置的電極相似但與其正交的電極並與功能元件的相反側接觸。這種構成稱為矩陣可尋址器件。這種矩陣可尋址器件包括例如邏輯單元形式或存儲單元形式的功能元件。功能元件可以包括一個或更多有源開關裝置，在這種情況下將該矩陣可尋址器件稱為有源矩陣可尋址器件，或者功能元件僅由無源裝置組成，例如電阻或電容裝置，在這種情況下將該矩陣可尋址器件稱為無源矩陣可尋址器件。
例如在存儲器件的情況下，由於在存儲單元中不需要開關元件，即電晶體，而認為無源矩陣可尋址器件能提供最有效的尋址方式。達到儘可能高的存儲密度是必要的，但是目前設置單元下限的設計規則也限制其填充因數，即，實際上可以用作存儲目的的矩陣可尋址存儲器件存儲材料的面積。
現有技術的無源矩陣可尋址器件表示在

圖1a中，該器件包括由功能材料構成的基本平坦的整體層3(golbal layer)，該整體層位於第一電極裝置和類似的第二電極裝置之間的夾層中，該第一電極裝置包括具有寬度w並以距離d相互隔開的平行條狀電極1，該第二電極裝置包括具有相同寬度w的平行條狀電極2，但該平行條狀電極2垂直於平行條狀電極1排列。在由功能材料構成的整體層3中，各電極裝置的電極1、2之間的交疊處在整體層3的功能材料中限定出功能元件5。通過向在該部位交叉的電極施加電壓，功能元件的物理狀態將改變或轉換，功能元件例如可以是邏輯單元或存儲單元。
圖1b示出了沿線X-X的截面中圖1a的現有技術器件，以使電極1、2的布局和由夾層功能材料3構成的整體層以及功能元件5的位置可見。整體層的功能材料通常具有如下特性，使得施加到相交電極1、2上的電壓只影響其交叉處的功能元件5，而不影響前者附近電極交叉處的鄰近功能元件或單元。如果整體層的功能材料例如是導電的，可以通過提供具有各向異性導電特性的材料達到該要求，使其僅在功能材料垂直方向上以及交疊的電極之間產生導電，而沒有電流流過整體層到達其他功能元件。然而，對許多應用來說，整體層的功能材料可以是非導電的，即電介質，並且可以認為功能元件是高阻的或純電介質，使其具有電容的性質。電介質材料可以是可極化的無機或有機材料並能表現出磁滯現象。這種材料包括鐵電物質和駐極體材料，並將它們變為極化和表現出的磁滯現象的能力應用到例如具有與圖1a所示相似的器件結構的鐵電矩陣存儲器或駐極體矩陣存儲器中。在這種器件中，一個存儲單元即功能元件5中的極化狀態可以通過向在其交疊處限定出存儲單元的電極施加適當的電壓來設置並可以轉換極化態，或通過對存儲單元的寫入和讀出操作相應的排作使單元恢復到最初的狀態。當然，這種矩陣器件的功能不僅僅取決於所選擇的功能材料，還取決於存儲器件構造和結構上的約束。這種整體層3中存儲介質的存儲容量取決於存儲單元5的尺寸和密度，並進而取決於產生於製造過程中的受工藝約束的最小特徵值(minimum process-constrainedfeature)。例如，當將電極設置為金屬化時，隨後在顯微光刻工藝中藉助於光刻掩模構圖並例如蝕刻，這些特徵取決於由掩模限定的受工藝約束的最小特徵值f，並且其數值進而取決於所用光的波長。換言之，在當今技術領域特徵值f通常限制在0.15-0.2μm，因此，電極1、2的寬度w和它們之間的間隔約為該量值。
應當注意到在那種連接中，將數值2f通常稱為節距，通過因數 給出採用現有技術製造工藝所能得到的每單位長度中線的最大數目，並相應地通過 給出每單位面積中部件的最大數目。因此，如果參考圖1所示的區域4，則從以較大細節表示區域4的圖1c可以明顯看出，單元的尺寸由f2給出。每個單元需要一個與區域4相等的區域(realestate)，其尺寸為4f2，換言之，是單元面積f2的四倍。這個結論表示圖1a中的矩陣具有0.25的填充因數，即f2/4f2。因此通過層3提供的面積利用程度很低。為了達到整體層3中功能元件或單元5的更高填充因數或更高密度，需要提高填充因數或在矩陣的受工藝約束的特徵值中得到更高的解析度，例如在亞-0.1μm範圍內。然而，這雖然可以提高類似區域中單元的總數，但仍然不能保證更高的填充因數。
如果是有源類矩陣器件，即還包含至少一個與每個功能元件或單元相關連的有源開關元件，填充因數會變得更低，典型的約為1/6，即僅16.7％的填充因數。
從US專利NO.5017515(Gill，轉讓給Texas Instruments Inc.)獲知一種用於在集成電路中的元件之間形成亞光刻間距的方法。如該公開文本圖1所述，這種方法適於形成通過隔離部件14相互隔離的具有密集平行條狀電極13、19的電極層，該隔離部件不受所使用的顯微光刻工藝所強加的尺寸限制，但與導體或電極的尺寸相比，該隔離部件可以作得的確很薄。該公開文本披露了如何在集成電路器件中將這種電極裝置用於形成條狀浮置柵電極，集成電路器件例如具有分別由開關和存儲電晶體結構構成的存儲單元的半導體器件。通過襯底的適當摻雜形成位線，很明顯，在摻雜工藝中採用與形成密集電極層的工藝中相同的光掩模。位線和字線/控制柵電極42通過絕緣體與浮置柵極13和19分開形成，得到的結構是具有由電晶體組成的多端存儲單元的半導體存儲器陣列。然而，在US專利No.5017515中沒有給出形成具有兩個電極層的電極裝置的暗示或指示，其中每個電極層包含密集排列並定向的電極，從而使兩個電極層的電極一起形成適於尋址在設置於兩電極層之間並與其電極接觸的、由功能介質構成的整體設置的層中的功能元件的電極矩陣。由功能介質構成的整體層的矩陣尋址的有效利用還以這種矩陣可尋址器件備層中內在平面化的高程度為必要條件，但是這在現有技術的工藝中難以達到，這是因為在襯底上正交延伸的拓撲結構的形成必然使另外的電極層在表面部件中複製這種結構的輪廓。並且現有技術不適於將多個這樣的矩陣可尋址陣列堆疊起來形成立體器件的情況，例如本領域所熟知的多個矩陣可尋址存儲器件的堆疊。
例如，已公開的國際申請WO98/58383中披露了具有排列在功能介質各側面上的電極層、以使電極形成正交電極矩陣的無源矩陣可尋址數據處理或存儲器件的一個實例。顯然，這種裝置有助於通過提高各電極層中電極的填充因數來提高矩陣中功能元件的密度，因為在任何情況下，矩陣中的相應於諸如存儲單元的各功能元件都是由分別通過由第一和第二電極層之間的交叉處所形成的交疊區域來限定的。
考慮到上述因素，本發明的主要目的是能夠將前述類型的矩陣器件中的填充因數提高到趨於一的值，並在實際上不被受工藝約束的最小特徵值f的實際或實用大小所約束的器件中，獲得由功能材料的整體層3提供的實際區的最大利用；儘管f的減小必然會進一步提高整體層3中可得到的功能元件或單元的最大數目，但f的減小將不會影響填充因數。
圖1a所示的這種矩陣器件可以彼此堆疊以形成立體器件，在這種情況下單個器件通過間隔或隔離層與疊層中下面的器件隔開，以便防止對其中一個器件的電極所施加的電壓以及其功能元件的開關影響到疊層中的周圍器件。當然，這種立體器件允許大容量立體存儲器件，但是容易看出如果填充因數可以提高到一(unity)或100％，那麼單個矩陣器件的總容量就可以達到四個類似的常規矩陣器件堆疊形成的立體器件(volumetric devices)的容量。
雖然理論上對形成疊層的器件數量沒有限制，但不利的是，如果在不同的器件中有大量功能元件的並行尋址時，就會在疊層中的器件之間引入不期望的電學上、物理上或熱學上的耦合。另一個不利的方面是疊層中每個單個器件固有的不均勻性。雖然可以認為一個器件基本上平坦，但是由於將器件疊加成疊層，器件一個挨一個地堆疊在彼此之上時不平度增加，因而使不均勻性擴展。這種不平度在實質上平坦的電路技術中也是極不希望的。
考慮本發明的第二個目的是根據一個矩陣器件中所能得到的功能元件的數量提高總體容量，從而降低對開發多層器件或立體器件的需要，即具有很多層的疊層；同時通過僅包含現有技術工藝中所需器件或層的數量的四分之一的疊層組件達到可比的容量。
最後，本發明的另一目的是提供一種容易加工以提供高度平面化的電極裝置，從而消除表面不均勻性或不平度並使該電極裝置更適於在堆疊的立體器件中應用。
根據本發明，上述目的以及更多優點和特徵通過電極裝置來實現，該電極裝置的特徵在於，每個薄膜電極層包括由設置在襯底上的具有寬度wa和厚度ha的所述條狀電極構成的第一組，該第一組的電極通過等於或大於wa的間距d相互隔開；由具有寬度wb和厚度hb的所述條狀電極構成的第二組，該所述條狀電極設置在第一組電極之間的間隔中，並通過由厚度為δ的電絕緣材料構成的薄膜與其電絕緣，並且沿著該平行電極的側邊延伸，並在它們之間形成厚度為δ的絕緣壁，δ的值小於wa或wb的值，第一組電極之間的間隔距離d為wb+2δ，並且具有電極和絕緣薄膜的電極層在電極裝置中形成整體平面層。
有利的是，至少一個電極層中電極的導電材料可以直接設置在襯底表面上。
同樣有利的是，其中一個電極層的電極露在其與另一電極層相對的表面的外部，或者可選的是通過底板將其中一個電極層與另一電極層相對的表面覆蓋。
在根據本發明的電極裝置的一個有利實施例中，兩組電極的截面積相等，即wa·ha＝wb·hb。
在根據本發明的電極裝置的另一個有利實施例中，第一組電極的截面積不同於第二組電極的截面積，使得wa·ha≠wb·hb。
在根據本發明的電極裝置的另一有利實施例中，兩組電極的導電材料相同。
在根據本發明的電極裝置的又一有利實施例中，第二組電極的導電材料與第一組電極的導電材料不同。
在後一種情況中，優選的是第一組電極的導電材料和第二組電極的導電材料分別具有電導率σa、σb，使其符合關係式wahawbhb=ba,]]>使第一和第二電極組的每個電極的導電能力在任何情況下都相等。
在根據本發明的電極裝置的優選實施例中，第一組電極和第二組電極之間的絕緣壁形成絕緣薄膜的一部分，該絕緣薄膜設置在連續層中，該連續層覆蓋第一組電極以及第一組電極之間間隔中的襯底，第二組電極設置在凹槽中，該凹槽位於絕緣薄膜側壁部分之間並位於其覆蓋著襯底的部分上，第二組電極的頂面與覆蓋第一組電極頂面的一部分絕緣薄膜的表面齊平，由此第一和第二組的電極具有相等的高度ha＝hb，並且具有電極和絕緣薄膜的電極層在電極裝置中形成整體平面層。
在電極裝置的另一優選實施例中，第一組電極和第二組電極之間的絕緣壁形成由絕緣材料構成的薄膜的一部分，該薄膜提供在層中，該層覆蓋由第一組電極的側邊直到其頂面，第二組電極設置在凹槽中，該凹槽位於絕緣薄膜的側壁部分之間並位於其覆蓋著襯底的部分上，第二組電極與絕緣壁的頂部邊緣以及第一組電極的頂面齊平，由此第二組電極具有hb＝ha-δ的高度，並且具有電極和絕緣材料的電極層在電極裝置中形成厚度為ha的整體平面層。
在根據本發明的電極裝置的又一優選實施例中，第一組電極和第二組電極之間的絕緣壁形成絕緣薄膜的一部分，該絕緣薄膜設置在層中，該層覆蓋第一組電極直到襯底，第二組電極設置在凹槽中，該凹槽位於絕緣薄膜側壁部分之間和直接露出的襯底上，第二組電級與覆蓋第一組電極頂面的一部分絕緣薄膜的頂面齊平，由此第一組電極具有ha＝hb-δ的高度，並且具有電極和絕緣薄膜的電極層在電極裝置中形成厚度為hb的整體平面層。
根據本發明，發明的目的以及其他優點和特徵還可以通過製造電極裝置的方法來實現，該方法以以下步驟為特徵，在襯底上澱積厚度為ha的由導電材料構成的平面層；構圖所述導電材料的平面層以形成由所述條狀電極構成的第一組，該所述條狀電極具有寬度wa和厚度ha並通過它們之間的凹槽相互隔開，該凹槽是通過在構圖過程中除去部分導電材料並露出第一組各條狀電極之間的襯底表面而形成的，由此第一組的各平行電極通過間距d分隔開，該間距d等於所述電極之間凹槽的寬度並等於或大於wa；形成至少覆蓋第一組電極側邊的由電絕緣材料構成的薄膜；並在覆蓋第一組電極側邊的絕緣材料之間的凹槽中澱積導電材料以形成由具有寬度wb和厚度hb的電極構成的第二組，從而在電極裝置中獲得作為整體平面層的電極層。
在根據本發明的方法的一個有利實施例中，絕緣薄膜形成覆蓋第一組電極和露出的襯底表面的整體層，用於第二組電極的導電材料澱積在凹槽中，該凹槽位於第一組各電極之間並在絕緣薄膜上面，將電極層平面化，以使第二組電極的頂面與覆蓋第一組電極的絕緣薄膜齊平。
在根據本發明的方法的另一有利實施例中，絕緣薄膜形成為覆蓋第一組電極和露出的襯底表面的整體層，用於第二組電極的導電材料澱積在凹槽中，該凹槽位於第一組各電極之間並在絕緣薄膜上面，將電極層平面化，從而除去覆蓋第一組電極的絕緣薄膜露出所述電極的頂面，並使兩組電極的表面和絕緣薄膜的頂部邊緣都與電極層的頂面齊平。
在根據本發明的方法的又一有利實施例中，絕緣薄膜形成為覆蓋第一組電極和所露出的襯底表面的整體層，除去在凹槽底部的絕緣薄膜，僅留下將第一組電極覆蓋到襯底的絕緣薄膜並露出其表面，第二組電極的導電材料澱積在所述凹槽中，將電極層平面化，以使第二組電極的頂面和覆蓋第一組電極的絕緣薄膜的表面都與該電極層的頂面齊平。
在根據本發明的方法的優選實施例中，可以澱積由功能介質構成的整體層以覆蓋設置在襯底上的一個電極層並接觸其電極，然後通過與在襯底上形成電極層相似的步驟直接在由功能介質構成的整體層上形成第二電極層。優選的是可以提供背面襯底覆蓋形成在由功能介質構成的整體層上的電極層。
在根據本發明的方法中，優選的是將能經受表面氧化的材料選為第一組電極的導電材料和/或襯底材料，並通過在至少一個適當的氧化工藝中氧化二者之一的表面形成絕緣薄膜。
最後，根據本發明，上述目的以及更多優點和特徵通過一種設備來實現，該設備的特徵在於，每個電極裝置的電極提供在各自的電極層中，電極裝置的電極都具有大致相同的寬度w，每個裝置的電極通過厚度為δ的絕緣薄膜相互電絕緣，δ的值是寬度w的一小部分，並且w的最小值與受工藝約束的最小特徵值f有可比性，從而使與其有關的功能介質中功能元件的填充因數接近1，並且功能元件的數量達到由夾在電極裝置之間的功能介質的總面積A和所述特徵尺寸f限定的最大值，因此，所述最大值由A/f2限定。
最後，根據本發明，上述目的以及更多優點和特徵通過在本發明的設備中使用根據本發明的電極裝置來實現，以便完成對構成設備的矩陣可尋址陣列的功能元件的無源矩陣尋址；並且，本發明的設備中使用的根據本發明的電極裝置，各功能元件與至少一個有源開關組件相連，以便完成對構成設備的矩陣可尋址陣列的功能元件的有源矩陣尋址。
結合附圖，通過閱讀對電極裝置和其製造方法的示範性實施例的以下描述以及對該設備實施例的描述，將使本發明更加易懂，其中圖1a，b，c示出了現有技術的無源可尋址矩陣器件，其示例了在這樣的器件中通常可獲得的填充因數，圖2a-2f是根據本發明的用於製造電極層的第一實施例的示意性工藝步驟，圖3a，b是根據本發明的源於圖2c工藝步驟的用於製作電極層的第二實施例的示意性工藝步驟，圖4a，b是根據本發明的源於圖2c工藝步驟的用於製作電極層的第三實施例的示意性工藝步驟，圖5a，b是根據本發明的源於圖2b或2c工藝步驟的用於製作電極層的第四實施例的示意性工藝步驟，圖6a是根據本發明電極裝置中的電極層的第一實施例的示意性平面圖，圖6b是圖6a中的實施例的示意性橫截面圖，圖7是根據本發明電極裝置中的電極層的第二實施例的橫截面的示意圖，圖8是根據本發明電極裝置中的電極層的第三實施例的示意性橫截面圖，圖9a是根據本發明電極裝置中的電極層的第四實施例的示意性平面圖，圖9b是圖9a中的實施例的示意性橫截面圖，圖10a是根據本發明電極裝置中的第一電極層的橫截面，該第一電極層覆蓋有功能介質構成的整體層，圖10b是根據本發明的與第一電極層之一相似的實施例的第二電極層並設置以形成電極裝置，圖10c是根據本發明的電極裝置的優選實施例，圖10d表示如何將多個電極裝置堆疊形成立體器件，圖11a-d是根據本發明電極裝置的另一實施例的製造步驟，圖11e表示如何根據該實施例將多個電極裝置堆疊形成立體器件，圖12a是在根據本發明的設備的實施例中，並具有本發明電極裝置的無源矩陣可尋址器件的平面圖，圖12b是沿圖12a的線X-X的截面，以及圖12c是圖12b的詳細圖並示例了由本發明可獲得的填充因數。
現在，將參考圖1-5說明根據本發明的電極裝置，其中說明了在根據本發明的電極裝置中一電極層的各種實施例的製造。應該注意，這些圖僅僅很示意地並限於示出解釋本發明電極裝置中電極層的製造步驟和結構所必需的條狀電極的足夠數量。
當然，本發明的電極裝置包括兩個這種電極層L1，L2，並在兩電極層中間具有面對由功能介質構成的整體層3的電極ε且與該電極接觸電極。當然，第二電極層2能夠採用如前所述的同樣的步驟和實施例製造，並以適當的方式與第一電極層L1和由功能介質構成的整體層3適當地設置和組裝。以下將參考電極裝置EM的幾個優選實施例對其作進一步的解釋，以及如何將電極裝置的這種實施例堆疊起來形成包含多個本發明的電極裝置的立體結構。
在圖2a中，襯底設置有導電材料層ε，該襯底可由任何合適的材料製成，但其無論如何應該是絕緣的或至少具有一個絕緣表面。層ε提供在襯底7的絕緣表面上。在如圖2b所示的第二步驟中，將覆蓋襯底7的設置為整體層的導電材料ε構圖形成平行條狀電極εa，該平行條狀電極形成被距離d分開的第一電極組Ea的電極，從而在電極中間形成凹槽8。應該理解在構圖工藝中得到的電極εa的寬度w下限到受工藝約束的最小特徵值的量值f，例如，在採用傳統顯微光刻並使用光掩模構圖以及隨後蝕刻的時候。f的值可以在低至0.15μm或更小的範圍內，該範圍對應於電極εa的最小寬度和其間的凹槽8的寬度d。
在如圖2c所示的第三工藝步驟中，條狀電極εa和襯底7的露出部分被絕緣材料薄膜6覆蓋，該薄膜可採用任何合適的工藝方法澱積或形成，如化學氣相澱積，噴射等。如本領域技術人員公知的，這種絕緣層6可以極薄，如在幾納米的範圍內，並實際具有與電極εa的寬度wa相比非常小的厚度δ。
在如圖2d所示的在第四工藝步驟中，將覆蓋電極εa和襯底7的絕緣層6被除去，該除去能夠通過與構圖電極εa所使用的工藝不同的工藝實現，或作為選擇地可通過合適工藝的組合實現，但傳統的優選工藝是顯微光刻然後蝕刻。用在圖2b所示的步驟中的相應光掩模能夠在這裡採用，如與電極εa寬度wa以及中間的凹槽8的寬度d相應的光掩模。第四工藝步驟之後可得到如圖2d所示的結構。保留有薄膜層的部分為其壁部分6a，其沿著條狀電極εa的側邊延伸。
在如圖2e所示的第五工藝步驟中，可與用於電極組Ea相同的另一導電材料ε設置在電極εa之間的凹槽8中。當然，這種導電材料ε也可以設置在覆蓋電級εa和凹槽8的整體層中，但如圖所示的其澱積僅僅主要用來填滿凹槽。能夠採用圖2a中的層ε的澱積相同的方法澱積導電材料，即可以採用氣相澱積，噴射等。
最後，圖2f示出了平面化步驟，其中，將導電材料ε除去到絕緣壁部分6a的高度，從而形成第二電級組Eb的條狀電極εb，該條狀電極位於第一電極組Ea的電極εa之間，並通過絕緣薄膜6的絕緣壁部分6a與其電絕緣。用於圖2e所示的工藝步驟中的凹槽8a可被看作是鑄模，且導電材料ε通過合適的澆鑄工藝提供。
用於本發明的電極裝置中的並示意性地示例在圖2f中的電極層的最終實施例表示在平面圖6a中。這裡，電極層L包含提供在襯底7上的多個條狀平行電極εa，εb。可以將電極εa看作是屬於由圖2b所示的構圖步驟中得到的電極εa第一組Ea，同時可以認為前者之間的電極εb屬於由圖2e和2f所示的工藝步驟得到的電極的第二組Eb。此時，兩個電極εa之間的距離是d，電極εa的寬度是wa，且電極εb的寬度是wb。這樣，值wa，wb和d都是可比的，且具有大致相同的量值，它們的最小值將通過受工藝約束的最小特徵值f給出，該特徵值是由用於獲得圖2b所示的得到結構的構圖工藝中得到的。同時，電極εb，εa之間的絕緣壁部分6a的厚度δ不被f約束，並且可以具有低至納米級的厚度，唯一的約束是提供絕緣薄膜，以防止電極εa，εb之間的電故障和擊穿。換言之，假定根據需要接口電極的襯底7的表面也是電絕緣的，所有平行條狀電極εa，εb相互電絕緣。平面圖6a中的截面如圖6b所示無需再解釋，仍需注意的是，電極εa，εb以及絕緣壁部分6a的高度都是h，並有等式d＝wb+2δ。假定電極之間的距離d選擇為wa+2δ，電極εa，εb的寬度相同且等於值w，由此，所有電極εa，εb都具有相同的橫截面積，並且如果採用同樣的導電材料ε，也具有相同的導電特性。
以下將結合如圖10a所示的本發明設備的論述解釋該包括電極層L的電極裝置EM的優點以及可獲得的填充因數。
圖3a和3b示出了製造本發明電極裝置EM中的電極層L的第二實施例的工藝步驟。作為起始點，如圖3a所示的工藝步驟具有圖2c所示的已在適當的位置具有絕緣薄膜6的結構。如圖3a所示，通過任何合適的工藝將與電極εa的導電材料再次相同的導電材料ε提供在圖2c的凹槽8中，然後，進行平面化步驟而得到如圖3b所示的結構，其符合本發明的電極層L的第二實施例。在此實施例中，第一組的電極εa被絕緣薄膜6覆蓋，該薄膜沿著電極εa的側邊形成部分6a、頂面部分6c以及凹槽8的底部部分6b，該底部部分現在覆蓋有導電材料ε，該導電材料在該步驟中被處理而產生具有頂面的第二組Eb的電極εb，該頂面與覆蓋電極εa的絕緣薄膜6的部分6c齊平。對於圖7中的橫截面所示的第二實施例，應該注意，電極6a不與其上提供的任何接觸材料歐姆接觸，而絕緣薄膜6不防止電極εb和接觸材料之間的電容耦合。因此，本發明電極層L的該實施例適合應用於其中電極εa，εb只用在需要電容耦合的環境中。還應該注意，電極εb的高度hb小於電極εa的高度ha對應於絕緣薄膜6的厚度δ的數量。為了獲得電極εa，εb相同的電極橫截面，電極εb的寬度Wb應該相應地擴大，以解決以下問題較之圖7，在使電極頂面與絕緣薄膜部分6c對齊的平面化步驟後，這些電極的高度hb僅為ha-δ。
用於製造本發明的電極層L的第三實施例的工藝步驟如圖4a和4b所示。圖4a以圖2c所示的結構為其起始點，其中，絕緣薄膜6整體地澱積以覆蓋襯底7和電極εa。現在，澱積導電材料ε填充並覆蓋圖2c的凹槽8，圖4a示出的結構的結果用於形成圖4b中示出的電極εb。當然，導電材料ε可以與前述的用於電極εa的相同。下面說明平面化步驟，由此，覆蓋電極εa的絕緣薄膜6的部分以及多出的電極材料ε部被除去，而留下在電極層表面露出的電極εa，εb，該電極層相互齊平並與如圖4b所示的絕緣薄膜6的壁部分6a的頂部邊緣齊平。現在，第三實施例相應於圖8所示的橫截面，由此可以看出，所有電極εa，εb都具有露出的頂面，因此，其適宜與設置其上的接觸或功能材料電容性且歐姆耦合。在此，涉及電極εa，εb最小寬度Wa，Wb的因素也是有效的。而且，可以看到，電極εa的高度ha與電極εb的高度hb不同，其差值δ相當於薄膜6的部分6b的厚度δ。由上可知，為了得到具有相同橫截面的電極，如果這是必要的話，例如為了得到相同的導電能力，電極εa，εb由具有相同傳導率的導電材料製成，在構圖工藝中必須提高電極εa之間的距離d。平面化可以容易地以任何合適的方法實現，如化學機械拋光，受控蝕刻或受控微磨蝕工藝。
最後，圖5a和5b示例了製造本發明電極層L的第四實施例的工藝步驟，該步驟始於圖2b或圖2c的工藝步驟。如果起始點為圖2b，則意味著，如果電極結構εa是由具有合適特性的導電材料製成的，例如鈦或鋁那樣的金屬，它們可以有選擇地氧化形成絕緣薄膜6，該絕緣薄膜邊緣部分或壁部分6a和頂面部分6c覆蓋電極，如圖5a所示。但圖5a所示的工藝步驟還可以從圖2c的情況開始，圖2c意味著必須在其覆蓋襯底的地方將絕緣薄膜6蝕刻掉，即在凹槽8中，只留下被絕緣薄膜6的部分6a和6c所覆蓋的電極εa。然而，這需要採用第二掩模步驟，這將增加製造成本。在澱積用於電極εb的導電材料ε之前，藉助於電極εa選擇性氧化，可以得到提供覆蓋電極εa的絕緣薄膜6的更廉價的方法。導電材料ε澱積在電極εa間的凹槽8中，當然在這裡要如前所述通過絕緣壁部分6a來絕緣，然後通過圖5b所示的平面化步驟除去過多的導電材料ε以在圖5b所示的壁部分6a之間的凹槽8中形成電極εb，並覆蓋與之直接接觸的襯底7的絕緣表面。
平面圖9a和橫截面圖9b示出了相應的第四實施例，從中可以看到，電極εa具有高度ha，電極εb具有不同的高度hb，由此電極εa，εb的截面積分別是wa·ha和wb·hb，可知為了形成具有相同寬度wa＝wb＝w的電極εa，εb，第一電極組Ea的電極εa之間的距離d必須在圖2b所示的構圖步驟中調整。此時絕緣薄膜6仍用部分6c覆蓋電極εb的頂面，由此可知，如圖9a所示的電極層L的第四實施例，例如，將被限定以產生與設置在其上的接觸材料的電容耦合。當然，平面圖9a類似於平面圖6a所示的實施例，只是圖9a中電極εa被絕緣薄膜部分6c所覆蓋。
在上面已經提到，絕緣薄膜6可以通過任何合適的方法澱積，如採用化學氣相澱積，噴射或濺射，但如果電極材料ε和襯底材料適於氧化，則絕緣薄膜可以通過如熱氧化工藝形成，而得到如圖2c所示的結構。這對例如沉澱為金屬化的電極材料，通常採用如鈦，鋁，銅等材料作電極裝置的電極材料是適用的。如果襯底7例如是由矽製成的，則其表面未被電極εa覆蓋的地方將同時被氧化而在其上形成SiO2絕緣層。並且如前所述，在這些電極間的凹槽中的導電材料ε澱積之前，通過電極εa的選擇性氧化形成如圖5a所示的絕緣薄膜部分。這樣的氧化工藝是本領域技術人員來所熟知的，在這裡就不作進一步說明了。
圖10a示出了本發明電極裝置中的第一電極層L1實施例的橫截面，其覆蓋有蓋在電極1中並與之接觸的由功能介質構成的整體層。圖10b示出了具有設置在底板7上的電極的第二電極層L2，該底板對應於第一電極層襯底7。當然，該電極層在所有關係上與第一電極層L1相似，並與包含第一電極層L1和由功能介質構成的整體層的裝置連接在一起，從而形成本發明的組裝電極裝置EM。在圖10c中示出了後者的最終實施例的橫截面，此時已將第一電極層L1旋轉90°並將第二電極層L2這樣設置其電極2定向為與電極層L1的電極1交叉或正交。合成的結構形成密集電極矩陣，該矩陣與由功能介質構成的整體層接觸並具有功能元件，該功能元件是由各電極層L1；L2的交叉電極1；2交疊處限定的。呈電極矩陣狀態的電極裝置的布局允許對整體功能介質的功能元件矩陣尋址，例如，通過向第一電極層L2中的選定電極1和第二電極層中的電極2施加電壓。在這些選定電極處向功能介質3上施加電場或電勢差，並使所尋址的功能元件中的物理參數發生變化，例如以改變阻抗的形式。如果功能介質是如下所述的可極化鐵電物質或駐極體材料，如圖10c所示的器件就可以看作是無源可尋址矩陣存儲器，並向第一和第二電極層各自的電極施加電壓從而極化形成在交叉電極1，2間的功能元件5，當然，該交叉電極特定地是鐵電物質的存儲單元或駐極體存儲器。對於與對存儲單元的尋址操作，例如讀寫操作相關的驅動和控制，當功能介質是存儲材料時，電極必須與外圍驅動器和控制電路連接，這對本領域技術人員來說是公知的。圖10d示出了如何將多個這種包含電極裝置的器件堆疊起來形成多個具有功能介質的電極裝置從而獲得立體器件。容易看到，當適當地連接到未示出的外圍電路時，在這種器件中每個電極裝置能夠並聯地一個一個單獨地被尋址。
本發明的電極裝置的第二實施例如圖11a-11d所示，其中反映了製造過程中的各個不同階段。圖11a示出了與圖2f所示相應的第一電極層L1的實施例，其設置在襯底7上。現在，將由功能介質3構成的整體層設置在第一電極層L1上並接觸其電極。當在其上提供有第二電極層L2時，該整體層被平面化然後作為襯底使用。用於做這些的工藝呈現為圖2a-f所示的步驟，且得到的電極層L2未被底板覆蓋，但在由功能介質3構成的第二層澱積在其上之前對其平面化，並形成用於澱積第三電極層L3的襯底。可以重複該工藝，如圖11c所示，可以看出具有多個電極裝置EM1，EM2的堆疊結構是如何獲得的。然而，本發明的具有電極裝置的設備的體積實施例，與圖10d示出的不同，圖10d中第一電極裝置的第二電極層L2形成第二電極裝置EM2的第一電極層L1，以此類推。結果，當堆疊結構中的電極裝置通過襯底或底板7，7相互隔離時，具有n個電極裝置EM1-EMn的堆疊器件中電極層的總數不會是2n，而是n+1。這樣將減小這種體積實施例中最終結構的尺寸(厚度)。然而，由於從第二個到倒數第二個所有的電極層可以在其任一邊與功能介質層3連接，因此，只有每隔一個電極裝置能夠在此實施例中並行尋址，例如第一和第三電極裝置等等。
當功能介質的材料例如是具有低熔點的有機材料且第二極層L2的電極將澱積作為一種或另一種無機或金屬材料的導體時，直接在功能介質上澱積第二電極層L2可能引起特殊問題。例如當功能介質是由聚合物和共聚物製成的鐵電體或駐極體存儲材料時，該材料將具有約200℃的熔點並且其金屬化，即在這種材料上直接提供金屬敷層，可能導致其表層中的材料熔化。並且，隨後的形成平行條狀電極的構圖步驟中的蝕刻將對這種材料的特性有所損害。然而，採用澱積工藝用於製備金屬化層而不在聚合物材料形式的功能介質上導致非常高的熱應力是有可能的。各種噴射和濺射工藝，例如採用電子或離子束，可以在與熱約束相適合的熱區域中進行，該熱約束必須是旨加於功能介質上的，且當在構圖步驟中進行特別關注時，例如在用於構圖金屬化層的離子反應工藝中採用高選擇性反應物，可以避免功能介質的材料的功能特性的惡化。換句話說，即使涉及用於形成第二層L2的電極的層材料的金屬化和隨後的蝕刻，也可以採用功能介質層3作為襯底，該襯底用於第二電極層隨後的澱積和構圖。
參照圖12a，12b和12c，將給出根據本發明的且包括本發明的電極裝置的設備的論述。由該論述還可以了解到，本發明的電極裝置如何使這種設備中的填充因數趨於一。
平面圖12a示出了一個根據本發明設備的限定為無源矩陣可尋址器件的實施例，其中功能介質澱積在整體層3中並夾在形成本發明電極裝置EM的兩電極層L1，L2之間。取決於所使用的功能材料種類的、可以是圖6-9所示的任一實施例的第一電極層L1與電極層L2是相同的，然而，該電極層L2提供有定向成一角度的平行條狀電極2並優選地與電極層L1中的相應電極1正交，如圖所示。在電極1、2的交疊處，在它們之間的功能介質中限定出功能元件5。功能元件5可以是半導體無機或有機材料或電介質材料，這些材料可以被極化並表現出磁滯現象，例如優選為有機的鐵電物質或駐極體材料，例如聚合物或共聚物。在後一種情況中，耦合是電容性的並允許採用如截面圖7或圖9b所示的電極層L的實施例。為簡明起見，以下根據本發明設備的實施例的論述僅限於數據存儲器件的實施例，更具體的是鐵電體數據存儲器件，優選的是選擇聚合物和共聚物形式的有機材料作為功能介質。然而，本發明設備的實施決不限於此並且本領域技術人員顯而易見其他可能。而且，為清楚起見，所有驅動器、檢測和控制電路都未在圖12a中示出，但在實際的實施中，如果是由相同材料製成的，就可以在基於矽的CMOS技術中實現這些電路並將其提供在襯底7中。然後，以本領域技術人員熟知的方式，將所有電極1，2適當地路由並連接到所述電路。
如上所述，功能材料3夾在電極層L1，L2中間，有利的見圖12b，圖12b示出了圖12a中的設備沿線X-X的截面。在電極1，2的交疊處或交叉處，存儲單元5限定在功能介質3即鐵電材料中，並且當向第一和第二電極層L1；L2交疊電極1，2電壓施加時，存儲單元5中的這種材料從完全初始態被極化。為了在其中存儲邏輯值，必然能表現出磁滯現象的鐵電存儲材料3的極化狀態可以永久存在，和/或極化的符號(方向)+或-可以相互轉換，這種現象可能發生在所謂的破壞性讀出過程中以檢測存儲單元的邏輯狀態，即二進位0或二進位1。然而，讀出也可以是非破壞性的，以便使單元的邏輯狀態在讀出發生後仍保持不變，例如通過向限定存儲單元5的電極1，2施加電壓，但該電壓的量值不會轉換其極化狀態。在物理術語中，電極層L1，L2的電極1；2和夾在其間並形成存儲單元5的鐵電材料3的交疊部分可以被稱為電容結構，由此，通常將這種鐵電存儲器分類為電容數據存儲器件。因為各自的電極層L1，L2中的電極εa，εb總是僅由絕緣材料的非常薄的膜6分開時，其厚度δ僅僅是電極εa，εb的寬度w的極小部分，並且最優選地相應於工藝約束或工藝限定最小特徵值f，可以看出本發明的電極裝置EM將填充因數提高到趨於一。應該注意，無論如何，電極εa，εb可以具有不同的寬度wa，wb，但是wa～wb，實際上可以認為它們的寬度具有大約相同的值w。
當考慮包含如圖12c所示的四個存儲單元51-54的平面部分4時，上述情況可以有利地看到。被電極之間的絕緣壁6a佔據的區域限定了單元51-54的區域，並且每個電極層L1、L2中的電極本身將為4f2+8fδ+4δ2。由此可知，δ僅為f或電極的寬度w的極小部分，本發明的設備中填充因數趨於一，即意味著夾在電極層L1，L2間的功能介質3的接近100％的面積被功能元件或單元佔據，其最小尺寸為f2。例如，如果f～w被設為一且δ＝0.01f，平面部分的面積將是4+8·0.01+0.0004～4.08，且填充因數成為4/4.08＝0.98，即98％的填充因數。假定可使用功能介質的面積為A，矩陣中功能元件或單元5的最大數在本發明的裝置中將接近A/f2。例如，如果適用的設計規則設置f為0,2μm，功能介質3面積A為106μm，即0.98·106/0,22＝24.5·106，可尋址的功能元件3可以設置為存儲一位的存儲單元，這意味著大約25Mbit/mm2的存儲密度。其中如現有技術中所知的，電極通過距離d分隔開，該距離由工藝約束的最小特徵值f限定，圖10c所示的平面部分4應僅僅包含一個單元5且填充因數相應地是0.25或25％，而單元可達到的最大值，將是採用本發明的電極裝置EM時所得到的數值的1/4。
這也意味著，在本發明的設備中，具有兩個電極層L1，L2和夾在其間的功能介質3的單個器件將具有與傳統技術中四個這種器件相同的容量，這四個器件堆疊起來形成立體數據存儲設備。然而，這並不妨礙如圖12b所示的器件堆疊起來產生具有高容量和高存儲密度的立體數據存儲設備，例如，在電極層L2頂部上提供襯底7，其功能是作為疊層中第一器件與其下的器件間的間隔和/或絕緣層。當然，其結果是，在一個堆疊立體數據存儲設備中，僅包括體現本發明的器件的數量的1/4就可以獲是相同的容量。傳統工藝中必須採用大量的堆疊器件中才能獲得相同的數據存儲容量的固有問題因此而解決了。
特別是，在用於形成電極層的最後步驟中所應用的平面化工藝高精度地進行，甚至在本發明的大面積電極裝置中實現整體平面度達到納米等級。例如，可以用所述的化學機械拋光來提供最終的電極裝置，該電極裝置沒有不規則或不平度，該不規則或不平度阻礙在功能材料上直接金屬化所提供的現有技術裝置。
由於更多器件堆疊起來，因此不可能避免堆疊器件的不平度增加。另外，還要避開蕩為了向分開的存儲器件中的由功能介質構成的單元寫入和讀出數據而施加電壓時，所引入的由熱和機械應力產生的問題。
雖然無論是否由堆疊存儲器件形成，這種設備都是特別地有利，但是，本發明的電極裝置EM的應用決不限定於數據存儲設備。對於該設備的通常布局和結構以及大量用於功能介質的可能材料或材料的組合，可參考已述的公開的國際專利申請WO98/58383，其US專利和EP專利已經授權並屬於本申請人。該申請披露了用於數據處理裝置、臨時(in casu)存儲器件的構造，但沒有特別指示出鐵電存儲器件。此外，該公開文本還披露了應用於例如信息顯示器件的類似構造。
至於用在各種器件，如存儲器件中的電極裝置EM的電極材料，如上所述，它們可以是任何合適的導電材料，例如象鈦或鋁那樣的金屬，它們通常用在電子裝置中。該電極材料還可以是無機材料，如導電聚合物，但必須與用於形成絕緣薄膜層的工藝或用於去除其部分的任何工藝相容。
應該理解，本發明電極裝置EM的電極寬度w應該相應地具有由受工藝約束的最小特徵值f限定的最小值，當然，它首先僅為必須被澱積並構圖的第一組電極εa的寬度以及也受到這種限制的其間的距離。電極εb可以通過不受用於構圖工藝的設計規則限制的工藝澱積。這意味著，對可獲得的裝置的最小約束尺寸可能比f的值小很多。當然上述情況適用於絕緣薄膜的應用，該絕緣薄膜例如可以通過氧化，氣相澱積或噴射或濺射形成至幾乎單原子的尺寸。唯一的要求是，應該在電極層L的各電極組Ea，Eb中的相鄰電極εa，εb間設置必要的電絕緣。並且，由於在傳統的顯微光刻工藝中f通常在0.2μm或略小的範圍內，其他目前已建立的或發展中的工藝可允許在毫微級範圍內的特徵值，即電極寬度低到幾十個納米，並且例如毫微級範圍內化學機械工藝的使用能達到必要的平面化，其無論如何都將產生具有高平面度的頂面的電極層L，並且其中所有的組成部件，即電極εa，εb，以及絕緣薄膜6將都在其頂面齊平。
通常，在設備或器件中的本發明電極裝置的應用，將使填充因數趨於一併允許可限定的功能元件或單元的最大數量僅受用於電極的構圖工藝適用設計規則的限制，在該設備或器件中功能介質夾在一對具有平行條狀電極的電極層之間，且分別相互地以一角度定向，優選地為正交，從而形成矩陣可尋址器件。特別有吸引力的是，可以在例如卷到卷的工藝中製備根據本發明的電極層，然後通過將電極的連續帶切割到期望的尺寸來獲得分開的電極層。此時，可以將功能介質塗敷到電極層之一的電極側；然後重新定向本發明的第二電極層，其各個電極垂直於第一電極層的電極並且其電極面對第一電極層，並與第一電極層的已塗敷的功能介質有界面關係；從而形成根據本發明的電極裝置EM，而不必須對直接在功能介質上在金屬化步驟中至少提供第二電極裝置的電極，上述的工藝對功能介質的材料是有害的，特別是在採用如聚合物或共聚物的有機材料以提供如鐵電矩陣可尋址器件的情況下。然而，輪廓製作步驟不容易應用到有源矩陣可尋址器件中，但最近發展的觀點顯示，最有吸引力的命題是矩陣可尋址鐵電存儲器件。不僅有源矩陣可尋址鐵電存儲器件複雜，並具有更高的功率消耗，而且，甚至用具有本發明電極裝置實現有源矩陣可尋址鐵電存儲器件，它們的填充因數將大大小於一。例如，在1T，1C(一電晶體，一電容)類型的有源鐵電存儲單元的情況下，可達到的填充因數最好也不會超過0.67。
可選擇地，以連續地或半連續地卷到卷操作，功能介質也可以在電極裝置平面化之後的最後工藝步驟中塗敷，其具有精密控制的厚度或隨後有第二平面化。然後，將分開的電極層切成期望的尺寸，兩個具有功能介質的電極層就地適當地定向使各電極為相互垂直關係，其後形成根據本發明的電極裝置，並將其就地與每個電極裝置的功能介質形成界面關係。可以重複該製造步驟以製造立體數據存儲器件，該器件包含多個根據本發明的電極裝置，該電極裝置堆疊到任何期望的數量，並由此以立體結構實現根據本發明的設備。
根據本發明的電極裝置具有高度平面化的電極層，並允許電極尺寸的精密控制，即電極橫截面積相對於其電流傳導能力是均勻的。進而意味著，對功能介質中的功能元件的尋址就是對該元件施加相同的電位差，用於將該元件引入或設置為預定的阻抗(電阻性的或電容性的)狀態。並且，當讀寫協議具有的電壓是開關電壓的一部分時，比如採用鐵電存儲材料，獲得高可靠性，同時還可以精確控制施加到無源矩陣尋址電路中的無效字線或位線的靜態電壓，由此避免矩陣中未被尋址存儲單元的例如電容耦合和幹擾。
權利要求
1.一種電極裝置(EM)，包括在備層中具有電極(ε)的第一和第二薄膜電極層(L1，L2)，該電極為平行條狀形式的電導體，其中第二電極層(L2)的電極(ε)定向為與第一層(L1)的電極(ε)交叉或基本正交，其中至少一個電極層(L1；L2)設置在襯底或底板(7，7』)的絕緣表面上，並且其中各電極層(L1，L2)設置在分隔開的平行平面中與其間的由功能介質構成的整體設置層(3)接觸，其特徵在於每個薄膜電極層(L1，L2)包括由具有寬度wa和厚度ha的所述條狀電極(εa)構成的第一組(Ea)，該第一組(Ea)的電極(εa)通過等於或大於wa的間距d相互隔開，由具有寬度wb和厚度hb的所述條狀電極(εb)構成的第二組(Eb)，設置在第一組(Ea)電極(εa)之間的間隔中並通過由電絕緣材料構成的、具有厚度δ的薄膜(6)與其電絕緣，該薄膜至少沿著平行電極(εa，εb)的側邊延伸，並在它們之間形成厚度為δ的絕緣壁(6a)，δ的值比wa或wb的值都小，第一組(Ea)各電極(εa)之間的間隔間距d為wb+2δ，並且具有電極(ε)和絕緣層(6)的各電極層(L1，L2)分別在電極裝置(EM)中形成整體平面層。
2.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於至少一個電極層(L1；L2)的電極(ε)的導電材料直接設置在襯底(7，7』)的表面上。
3.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於電極層(L1；L2)的其中一個的電極(ε)在相對另一電極層(L2；L1)的其表面中露於外部。
4.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於與其中一個電極層(L2；L1)相對的另一個電極層(L1；L2)的表面被底板(7』)覆蓋。
5.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於兩組(Ea，Eb)電極(εa，εb)的截面積相等，使得wa·ha＝wb·hb。
6.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於第一組(Ea)電極(εa)的截面積與第二組(Eb)電極(εb)的截面積不同，使得wa·ha≠wb·hb。
7.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於兩組(Ea，Eb)電極(εa，εb)的導電材料相同。
8.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於第二組(Eb)電極(εb)的導電材料與第一組(Ea)電極(εa)的導電材料不同。
9.根據權利要求8的電極裝置(EM)，其特徵在於第一組(Ea)電極(εa)的導電材料和第二組(Eb)電極(εb)的導電材料分別具有值為σa，σb的電導率，使其符合關係式wahawbhb=ba,]]>使第一和第二電極組(Ea，Eb)的各電極的導電能力在任何情況下都相等。
10.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於第一組(Ea)電極(εa)與第二組(Ea)電極(εb)之間的絕緣壁(6a)形成絕緣薄膜(6)的一部分(6a)，該絕緣薄膜(6)提供在連續層中，該連續層覆蓋該第一組(Ea)電極(εa)並在這種情況下覆蓋該第一組電極之間間隔中的襯底(7，7』)，並且第二組(Eb)電極(εb)提供在凹槽(8)中，該凹槽位於絕緣薄膜(6)的壁部分(6a)之間並在這種情況下位於其覆蓋襯底的部分(6b)上，第二組(Eb)電極(εb)的頂面與覆蓋第一組(Ea)電極(εa)頂面的絕緣薄膜(6)的一部分(6c)的表面齊平，從而使第一和第二組(Ea；Eb)的電極(εa，εb)具有相等的高度ha＝hb，並且具有電極(εa，εb)和絕緣薄膜(6)的各電極層(L1，L2)在電極裝置(EM)中形成整體平面層。
11.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於第一組(Ea)電極(εa)與第二組(Ea)電極(εb)之間的絕緣壁(6a)形成絕緣材料的薄膜(6)的一部分(6a，6b)，該絕緣材料的薄膜(6)提供在層中，該層覆蓋該第一組(Ea)電極(εa)的側邊直到其頂面並在這種情況下覆蓋該第一組電極之間間隔中的襯底(7，7』)，並且第二組(Eb)電極(εb)提供在凹槽(8)中，該凹槽位於絕緣薄膜的壁部分(6a)之間並在這種情況下位於其覆蓋襯底(7)的部分(6b)上，第二組(Eb)電極(εb)與絕緣壁(6a)的頂部邊緣以及第一組(Ea)電極(εa)的頂面齊平，從而使第二組(Eb)的電極(εb)的高度為hb＝ha-δ，並且具有電極(εa，εb)和絕緣材料(6)的各電極層(L1，L2)在電極裝置(EM)中形成厚度為ha的整體平面層。
12.根據權利要求1的電極裝置(EM)，其特徵在於第一組(Ea)電極(εn)與第二組(Ea)電極(εb)之間的絕緣壁(6a)形成絕緣薄膜(6)的一部分，該絕緣薄膜(6)提供在層中，該層覆蓋該第一組(Ea)電極(εa)直到襯底(7，7』)，並且第二組電極(εb)提供在凹槽(8)中，該凹槽位於絕緣薄膜(6)的壁部分(6a)之間並在這種情況下直接位於其露出的襯底(7，7』)上，並且第二組(Eb)電極(εb)與覆蓋第一組(Ea)電極(εa)頂面的絕緣薄膜(6)的一部分(6a)的頂面齊平，從而使第一組(Ea)的電極高度為ha＝hb-δ，並且具有電極(εa，εb)和絕緣薄膜(6)的至少一個電極層(L1，L2)在電極裝置中形成厚度為hb的整體平面層。
13.一種製造電極裝置(EM)中電極層(L1，L2)的方法，該電極裝置(EM)包括在各層中具有電極(ε)的第一和第二薄膜電極層(L1，L2)，該電極為平行條狀形式的電導體，其中第二電極層(L2)的電極(ε)定向為與第一層(L1)的電極(ε)交叉或基本正交，其中至少一個電極層(L1；L2)設置在襯底或底板(7，7』)的絕緣表面上，並且其中各電極層(L1，L2)設置在分隔開的平行平面中與其間的由功能介質構成的整體設置層(3)接觸，其特徵在於通過以下步驟製造在襯底上澱積厚度為ha的導電材料的平面層；構圖所述導電材料的平面層以形成由所述條狀電極構成的第一組，該所述條狀電極具有寬度wa和厚度ha並通過它們之間的凹槽相互隔開，該凹槽是通過在構圖過程中除去部分導電材料並露出第一組的各條狀電極之間的襯底表面而產生的，由此第一組的各平行電極通過間距d分隔開，該間距d等於所述電極之間的凹槽的寬度並等於或大於wa；形成至少覆蓋第一組電極側邊的由電絕緣材料構成的薄膜；並在覆蓋第一組電極側邊絕緣薄膜之間的凹槽中澱積導電材料以形成由具有寬度wb和厚度hb的電極構成的第二組，從而在電極裝置中獲得作為整體平面層的電極層。
14.根據權利要求13的方法，其特徵在於，形成絕緣薄膜作為覆蓋第一組電極和露出的襯底表面的整體層，在凹槽中澱積用於第二組電極的導電材料，該凹槽位於第一組各電極之間並在絕緣薄膜上面，將電極層平面化，以使第二組電極的頂面與覆蓋第一組電極的絕緣薄膜齊平。
15.根據權利要求13的方法，其特徵在於，形成絕緣薄膜作為覆蓋第一組電極和露出的襯底表面的整體層，在凹槽中澱積用於第二組電極的導電材料，該凹槽位於第一組各電極之間並在絕緣薄膜上面，將電極層平面化，從而除去覆蓋第一組電極的絕緣薄膜露出所述電極的頂面，並使兩組電極的頂面和絕緣薄膜的頂部邊緣都與電極層的頂面齊平。
16.根據權利要求13的方法，其特徵在於，形成絕緣薄膜作為覆蓋第一組電極和所露出的襯底表面的整體層，除去凹槽底部的絕緣薄膜，僅留下將第一組電極覆蓋到襯底的絕緣薄膜並露出襯底的表面，在所述凹槽中澱積第二組電極的導電材料，並將電極層平面化，以使第二組電極的頂面和覆蓋第一組電極的絕緣薄膜的表面都與該電極層的頂面齊平。
17.根據權利要求13的方法，其中只有電極層(L1，L2)之一提供在襯底上，其特徵在於，澱積由功能介質構成的整體層，該整體層覆蓋在提供在襯底上的該一個電極層上並接觸其電極，然後通過與用於在襯底上形成電極層相似的步驟在該由功能介質構成的整體層上形成第二電極層。
18.根據權利要求17的方法，其特徵在於，提供襯底或底板覆蓋形成在功能介質的整體層上的電極層。
19.根據權利要求13的方法，其特徵在於，將電極裝置的電極的導電材料和/或襯底材料選擇為易於表面氧化的材料，並通過至少一種適當的氧化工藝氧化其表面形成絕緣薄膜。
20.一種包含至少一個電極裝置(EM)的設備，其中該電極裝置包括在各層中具有電極(ε)的第一和第二薄膜電極層(L1，L2)，該電極為平行條狀形式的電導體，其中第二電極層(L2)的電極(ε)定向為與第一層(L1)的電極(ε)交叉或基本正交，其中至少一個電極層(L1；L2)設置在襯底或底板(7，7』)的絕緣表面上，並且其中各電極層(L1，L2)設置在分隔開的平行平面中與其間由功能介質構成的整體設置層(3)接觸，其中在功能介質(3)的、由第一電極層(L1)的電極(1)和第二電極層(L2)的電極(2)之間的各交疊處所限定的體積中形成功能元件(5)，從而提供矩陣可尋址陣列，其中可以通過向限定該功能元件(5)的交叉電極施加電壓從而在該交叉電極(1，2)上產生電勢來激活該功能元件(5)，由此可以在可識別的物理狀態之間臨時地或永久地改變或轉換功能元件(5)的物理狀態，所述電壓施加基本上相應於用於功能元件(5)的寫入或讀出操作的尋址，並且其中根據功能材料(3)的特性的功能元件(5)至少作為以下器件來操作，即數據處理設備的可開關邏輯元件、數據存儲設備中的存儲單元或信息顯示設備中的像素，由此所述元件、單元或像素的尋址以矩陣尋址方案進行；其特徵在於，電極裝置的電極(1；2)提供在各自的電極層(L1，L2)中，該電極裝置(EM)中的該電極(1；2)都具有大致相同的寬度w，每個裝置的該電極(1；2)通過厚度為δ的絕緣薄膜相互電絕緣，δ的量值是寬度w的一小部分，並且w的最小量值與受工藝約束的最小特徵值的大小f是可比的，相對於此的功能介質(3)中的功能元件(5)的填充因數接近於一，並且功能元件(5)的數量達到由夾在電極層(L1；L2)之間的功能介質(3)的總面積A和所述特徵值的大小f所限定的最大值，因此所述最大值由A/f2限定。
21.根據權利要求20的設備，其特徵在於，該設備包括多個提供在堆疊排列中的電極裝置(EM1...EMn)，每個電極裝置包含並接觸相應的整體層(31...3n)，由此該設備形成了立體結構。
22.根據權利要求21的設備，其特徵在於，電極裝置(EMk)的第二電極層中的電極與接著的電極裝置(EMk+1)中的功能介質(3)直接接觸，由此形成其第一電極層(L)，由此n個電極裝置(EM1...EMn)的堆疊由總數為n+1個的電極層(L)實現。
23.根據權利要求16的設備中的根據權利要求1的電極裝置的應用，其目的是實現對組成該設備的矩陣可尋址陣列的功能元件的無源矩陣尋址。
24.根據權利要求16的設備中的根據權利要求1的電極裝置的應用，為了完成對組成該設備的矩陣可尋址陣列的功能元件有源矩陣尋址，其中每個功能元件與至少一個有源開關組件連接。
全文摘要
在一種電極裝置中，該電極裝置包括在各層中具有電極(ε)的第一和第二薄膜電極層(L1，L2)，該電極為平行條狀形式的電導體，提供僅由電絕緣材料的的薄膜(6)分開的電極(ε)，電絕緣材料的薄膜的厚度最多為電極寬度的一部分並且至少沿其側邊延伸並在其間形成絕緣壁(6a)。電極層(L1，L2)被平面化以獲得非常平的表面。在包括一個或多個電極裝置(EM)的設備中，每個的電極層(L1，L2)以其各自的電極(1；2)以一角度相交而相互取向，優選正交，並整體提供功能介質(3)夾在其間，以便獲得優選無源矩陣可尋址設備並將其用作例如包括形式例如分別為邏輯單元或存儲單元的可獨立尋址功能元件(5)的矩陣可尋址數據處理裝置或矩陣可尋址數據存儲裝置，其在整體功能介質(3)中的填充因數接近一併且該設備中單元的最大數目約為A/f
文檔編號G11C11/22GK1582481SQ02822099
公開日2005年2月16日 申請日期2002年11月8日 優先權日2001年11月9日
發明者H·G·古德森, G·I·萊斯塔德 申請人:薄膜電子有限公司