JP4954540B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、好適には記憶回路に有機化合物を用いることによりデータを記憶可能な半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more preferably to a semiconductor device capable of storing data by using an organic compound in a memory circuit.

近年、個々の対象物にID(個体識別番号)を与えることで、その対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てるといった個体認識技術が注目されている。その中でも、非接触でデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置として、特に、RFIDタグ(Radio Frequency Identification)(IDタグ、ICタグ、ICチップ、RFタグ(Radio Frequency)、無線タグ、電子タグ、無線チップともよばれる)等が企業内、市場等で導入され始めている。   2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on an individual recognition technique in which an ID (individual identification number) is given to an individual object to clarify information such as a history of the object and to be useful for production and management. Among them, development of semiconductor devices capable of transmitting and receiving data without contact is underway. As such a semiconductor device, an RFID tag (Radio Frequency Identification) (ID tag, IC tag, IC chip, RF tag (Radio Frequency), wireless tag, electronic tag, wireless chip), etc., is especially used in the company, on the market. Etc. have begun to be introduced.

現在実用化されているこれらの半導体装置の多くは、Si等の半導体基板を用いた回路(IC(Integrated Circuit)チップとも呼ばれる)とアンテナとを有し、当該ICチップは記憶回路(メモリとも呼ぶ)や制御回路等から構成されている。特に多くのデータを記憶可能な記憶回路を備えることによって、より高機能で付加価値が高い半導体装置の提供が可能となる。   Many of these semiconductor devices in practical use have a circuit (also referred to as an IC (Integrated Circuit) chip) using a semiconductor substrate such as Si and an antenna, and the IC chip is a memory circuit (also referred to as a memory). ) And a control circuit. In particular, by providing a memory circuit capable of storing a large amount of data, a semiconductor device with higher functions and higher added value can be provided.

一般的に、半導体装置に設けられる記憶回路として、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、マスクROM(Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリなどが挙げられる。このうち、DRAM、SRAMは揮発性の記憶回路であり、電源をオフするとデータが消去されてしまうため、電源をオンする度にデータを書き込む必要がある。FeRAMは不揮発性の記憶回路であるが、強誘電体層を含む容量素子を用いているため、作製工程が増加してしまう。マスクROMは、簡単な構造であるが、製造工程でデータを書き込む必要があり、追記することはできない。EPROM、EEPROM、フラッシュメモリは、不揮発性の記憶回路ではあるが、2つのゲート電極を含む素子を用いているため、作製工程が増加してしまう。   In general, as a memory circuit provided in a semiconductor device, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), an SRAM (Static Random Access Memory), a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), a mask ROM (Read Only Memory, a Read ROM). Examples include only memory (EEPROM), EEPROM (electrically erasable and programmable read only memory), and flash memory. Among these, DRAM and SRAM are volatile storage circuits, and data is erased when the power is turned off. Therefore, it is necessary to write data every time the power is turned on. FeRAM is a non-volatile memory circuit, but a manufacturing process increases because a capacitor element including a ferroelectric layer is used. Although the mask ROM has a simple structure, it is necessary to write data in the manufacturing process and cannot be additionally written. Although EPROM, EEPROM, and flash memory are non-volatile memory circuits, the number of manufacturing steps increases because an element including two gate electrodes is used.

上記の実情を鑑み、本発明は、不揮発性であって、作製が容易であり、追記が可能な記憶装置および半導体装置を安価で提供することを課題とする。   In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a memory device and a semiconductor device that are nonvolatile, easy to manufacture, and additionally writable at a low cost.

上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を講ずる。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following measures.

本発明の半導体装置は、基板上に設けられた、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを含む素子形成層と、素子形成層上に設けられた記憶素子と、記憶素子の上方に設けられたセンサ部とを有し、記憶素子は、第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層との積層構造を有し、第1の導電層と第1のトランジスタとが電気的に接続され、センサ部と第2のトランジスタが電気的に接続されていることを特徴としている。   A semiconductor device of the present invention is provided over a substrate, an element formation layer including a first transistor and a second transistor, a storage element provided over the element formation layer, and a storage element. The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer, and the first conductive layer and the first transistor are electrically connected to each other. The sensor portion and the second transistor are electrically connected to each other.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた、第1のトランジスタと第2のトランジスタと第3のトランジスタとを含む素子形成層と、素子形成層上に設けられた記憶素子と、アンテナとして機能する導電層と記憶素子の上方に設けられたセンサ部とを有し、記憶素子は、第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層との積層構造を有し、第1の導電層と第1のトランジスタとが電気的に接続され、センサ部と第2のトランジスタが電気的に接続され、アンテナとして機能する導電層と第3のトランジスタが電気的に接続していることを特徴としている。また、アンテナとして機能する導電層が第1の導電層と同一の層に設けられていることを特徴としている。   In another structure of the semiconductor device of the present invention, an element formation layer including a first transistor, a second transistor, and a third transistor provided on a substrate, and an element formation layer is provided. A memory element, a conductive layer functioning as an antenna, and a sensor portion provided above the memory element, the memory element having a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer And the first conductive layer and the first transistor are electrically connected, the sensor portion and the second transistor are electrically connected, and the conductive layer functioning as an antenna and the third transistor are electrically connected. It is characterized by being connected. The conductive layer functioning as an antenna is provided in the same layer as the first conductive layer.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、センサ部と第2のトランジスタの接続は、センサ部に設けられた導電層と第2のトランジスタのソースまたはドレイン領域と電気的に接続した導電層とが導電性微粒子を介して行われていることを特徴としている。   According to another configuration of the semiconductor device of the present invention, the connection between the sensor portion and the second transistor is such that the conductive layer provided in the sensor portion is electrically connected to the source or drain region of the second transistor. Is performed through conductive fine particles.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた、第1のトランジスタと第2のトランジスタとセンサ部とを含む素子形成層と、素子形成層上に設けられた記憶素子とを有し、記憶素子は、第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層との積層構造を有し、第1の導電層と第1のトランジスタとが電気的に接続され、センサ部と第2のトランジスタが電気的に接続されていることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention includes an element formation layer including a first transistor, a second transistor, and a sensor portion provided over a substrate, and a memory element provided over the element formation layer. The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer, and the first conductive layer and the first transistor are electrically connected; The sensor portion and the second transistor are electrically connected.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた、第1のトランジスタと第2のトランジスタと第3のトランジスタとセンサ部とを含む素子形成層と、素子形成層上に設けられた記憶素子と、アンテナとして機能する導電層とを有し、記憶素子は、第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層との積層構造を有し、第1の導電層と第1のトランジスタとが電気的に接続され、センサ部と第2のトランジスタが電気的に接続され、アンテナとして機能する導電層と第3のトランジスタが電気的に接続していることを特徴としている。また、アンテナとして機能する導電層が第1の導電層と同一の層に設けられていることを特徴としている。   According to another structure of the semiconductor device of the present invention, an element formation layer including a first transistor, a second transistor, a third transistor, and a sensor portion provided over a substrate, and an element formation layer is provided. The memory element is provided and a conductive layer functioning as an antenna. The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer. And the first transistor are electrically connected, the sensor portion and the second transistor are electrically connected, and the conductive layer functioning as an antenna is electrically connected to the third transistor. Yes. The conductive layer functioning as an antenna is provided in the same layer as the first conductive layer.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、センサ部がフォトダイオードまたはフォトトランジスタを有することを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the sensor portion includes a photodiode or a phototransistor.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを含む素子形成層と、素子形成層上に設けられた記憶素子およびセンサ部とを有し、記憶素子は、第1の導電層と第1の有機化合物層と第2の導電層との積層構造を有し、センサ部は、第3の導電層と第2の有機化合物層と第4の導電層との積層構造を有し、第1の導電層と第1のトランジスタとが電気的に接続され、第3の導電層と第2のトランジスタとが電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。   According to another configuration of the semiconductor device of the present invention, an element formation layer including a first transistor and a second transistor provided on a substrate, a memory element and a sensor portion provided on the element formation layer are provided. The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, a first organic compound layer, and a second conductive layer, and the sensor unit includes a third conductive layer and a second organic compound. The first conductive layer and the first transistor are electrically connected, and the third conductive layer and the second transistor are electrically connected. A semiconductor device characterized by that.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた、第1のトランジスタと第2のトランジスタと第3のトランジスタとを含む素子形成層と、素子形成層上に設けられた記憶素子およびセンサ部と、アンテナとして機能する導電層とを有し、記憶素子は、第1の導電層と第1の有機化合物層と第2の導電層との積層構造を有し、センサ部は、第3の導電層と第2の有機化合物層と第4の導電層との積層構造を有し、第1の導電層と第1のトランジスタとが電気的に接続され、第3の導電層と第2のトランジスタとが電気的に接続され、アンテナとして機能する導電層と第3のトランジスタが電気的に接続していることを特徴としている。また、アンテナとして機能する導電層が第1の導電層および第3の導電層と同一の層に設けられていることを特徴としている。   In another structure of the semiconductor device of the present invention, an element formation layer including a first transistor, a second transistor, and a third transistor provided on a substrate, and an element formation layer is provided. A memory element and a sensor unit, and a conductive layer functioning as an antenna, and the memory element has a stacked structure of a first conductive layer, a first organic compound layer, and a second conductive layer, Has a stacked structure of a third conductive layer, a second organic compound layer, and a fourth conductive layer, the first conductive layer and the first transistor are electrically connected, and the third conductive The layer and the second transistor are electrically connected, and the conductive layer functioning as an antenna and the third transistor are electrically connected. Further, the conductive layer functioning as an antenna is provided in the same layer as the first conductive layer and the third conductive layer.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、第1の導電層と第3の導電層が同一の層に設けられていることを特徴としている。また、第1の有機化合物層と第2の有機化合物層は、同一の材料を有することを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the first conductive layer and the third conductive layer are provided in the same layer. Further, the first organic compound layer and the second organic compound layer have the same material.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、書き込みにより記憶素子の第1の導電層と第2の導電層との距離が変化することを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the distance between the first conductive layer and the second conductive layer of the memory element is changed by writing.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、トランジスタが有機トランジスタであることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the transistor is an organic transistor.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、トランジスタがガラス基板または可撓性基板上に設けられていることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the transistor is provided over a glass substrate or a flexible substrate.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、有機化合物層が高分子化合物を有していることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the organic compound layer has a polymer compound.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、書き込みにより不可逆的に記憶素子の抵抗が変化することを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that the resistance of the memory element is irreversibly changed by writing.

また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを少なくとも有する複数のトランジスタを形成し、第1のトランジスタに電気的に接続する第1の導電層と第2のトランジスタに電気的に接続する第2の導電層とを形成し、第1の導電層および第2の導電層の端部を覆うように選択的に絶縁層を形成し、第1の導電層と電気的に接続するようにアンテナとして機能する導電層を形成し、アンテナとして機能する導電層を形成した後に第2の導電層を覆うようにスピンコート法、スクリーン印刷法または液滴吐出法を用いて高分子化合物を有する層を形成し、有機化合物層を覆うように第3の導電層を形成することを特徴としている。また、この場合、アンテナとして機能する導電層は、スクリーン印刷法または液滴吐出法により設けられた導電性のペーストに熱処理を行うことによって形成することができる。   In addition, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes forming a plurality of transistors including at least a first transistor and a second transistor over a substrate, and a first conductive layer electrically connected to the first transistor; A second conductive layer electrically connected to the second transistor, and an insulating layer is selectively formed so as to cover the first conductive layer and an end portion of the second conductive layer. A conductive layer functioning as an antenna is formed so as to be electrically connected to the conductive layer, and after forming the conductive layer functioning as an antenna, a spin coating method, a screen printing method, or droplet discharge is performed so as to cover the second conductive layer. A layer having a high molecular compound is formed using a method, and a third conductive layer is formed so as to cover the organic compound layer. In this case, the conductive layer functioning as an antenna can be formed by performing heat treatment on a conductive paste provided by a screen printing method or a droplet discharge method.

また、本発明の半導体装置の他の作製方法は、基板上に第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを少なくとも有する複数のトランジスタを形成し、第1のトランジスタに電気的に接続するアンテナとして機能する第1の導電層と第2のトランジスタに電気的に接続する第2の導電層とを形成し、第2の導電層の端部および第1の導電層を覆うように選択的に絶縁層を形成し、第2の導電層を覆うようにスピンコート法、スクリーン印刷法または液滴吐出法を用いて高分子化合物を有する層を形成し、有機化合物層を覆うように第3の導電層を形成することを特徴としている。また、この場合、第1の導電層と第2の導電層は、スパッタリング法またはCVD法により形成することができる。   In another method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a plurality of transistors each including at least a first transistor and a second transistor are formed over a substrate, and the semiconductor device functions as an antenna electrically connected to the first transistor. A first conductive layer and a second conductive layer electrically connected to the second transistor are formed, and an insulating layer is selectively formed so as to cover an end portion of the second conductive layer and the first conductive layer A layer having a high molecular compound is formed by spin coating, screen printing, or a droplet discharge method so as to cover the second conductive layer, and a third conductive layer is formed to cover the organic compound layer. It is characterized by forming. In this case, the first conductive layer and the second conductive layer can be formed by a sputtering method or a CVD method.

本発明を用いることによって、製造時以外にデータの書き込み(追記)が可能であり、書き換えによる偽造を防止可能な半導体装置を得ることができる。また、本発明を用いることによって、微細な構造で設けられた記憶素子を有する安価な半導体装置を提供することが可能となる。   By using the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which data can be written (added) other than during manufacturing and forgery by rewriting can be prevented. In addition, by using the present invention, an inexpensive semiconductor device having a memory element provided with a fine structure can be provided.

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals may be used in common in different drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態では、記憶素子に有機化合物層を含んだ記憶回路(以下、有機メモリとも記す)の一構成例に関して図面を用いて説明する。より具体的には、記憶回路の構成がパッシブマトリクス型の場合に関して示す。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structural example of a memory circuit including an organic compound layer in a memory element (hereinafter also referred to as an organic memory) will be described with reference to drawings. More specifically, the case where the structure of the memory circuit is a passive matrix type will be described.

図1(A)に示したのは本発明の半導体装置の一構成例であり、メモリセル21がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ22、カラムデコーダ26aと読み出し回路26bとセレクタ26cを有するビット線駆動回路26、ロウデコーダ24aとレベルシフタ24bを有するワード線駆動回路24、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース23を有している。なお、ここで示す記憶回路16の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。   FIG. 1A shows an example of a structure of a semiconductor device according to the present invention. A bit line having a memory cell array 22 in which memory cells 21 are provided in a matrix, a column decoder 26a, a read circuit 26b, and a selector 26c. It has a drive circuit 26, a word line drive circuit 24 having a row decoder 24a and a level shifter 24b, an interface 23 having a write circuit and the like for performing exchanges with the outside. Note that the structure of the memory circuit 16 shown here is just an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included, and a write circuit may be provided in the bit line driver circuit.

メモリセル21は、一対の導電層間に有機化合物層が設けられた構造(以下、「有機メモリ素子」とも記す)を有しており、ここでは、ワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第1の導電層と、有機化合物層と、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第2の導電層との積層構造を有している。有機化合物層は、第1の導電層と第2の導電層の間に単層または積層して設けられている。   The memory cell 21 has a structure in which an organic compound layer is provided between a pair of conductive layers (hereinafter, also referred to as “organic memory element”). Here, a word line Wy (1 ≦ y ≦ n) is formed. The first conductive layer, the organic compound layer, and the second conductive layer constituting the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m) are stacked. The organic compound layer is provided as a single layer or a stacked layer between the first conductive layer and the second conductive layer.

メモリセルアレイ22の上面構造の一例に関して図1(B)に示す。   An example of a top structure of the memory cell array 22 is illustrated in FIG.

メモリセルアレイ22は、第1の方向に延びた第1の導電層27と、第1の導電層27を覆って設けられた有機化合物層と、第1の方向と異なる第2の方向(ここでは、垂直方向)に延びた第2の導電層28とを有している。第1の導電層27と第2の導電層28との間に有機化合物層が設けられている。なお、第1の導電層27はワード線Wyに、第2の導電層28はビット線Bxにそれぞれ対応している。   The memory cell array 22 includes a first conductive layer 27 extending in a first direction, an organic compound layer provided so as to cover the first conductive layer 27, and a second direction different from the first direction (here, , And a second conductive layer 28 extending in the vertical direction. An organic compound layer is provided between the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28. The first conductive layer 27 corresponds to the word line Wy, and the second conductive layer 28 corresponds to the bit line Bx.

次に、有機メモリ素子を含むメモリセルアレイの作製方法に関して図2を用いて説明する。なお、図2では、図1(B)に示したメモリセルアレイ22におけるA−B間の断面構造を例に挙げて示す。   Next, a method for manufacturing a memory cell array including an organic memory element will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 2 illustrates an example of a cross-sectional structure between A and B in the memory cell array 22 illustrated in FIG.

まず、基板30上に導電性を有する組成物を選択的に吐出することによって、第1の導電層27を形成する(図2(A))。また、第1の導電層27は、液滴吐出法に限らず、蒸着法、スパッタ法、CVD法、スピンコート法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を用いて形成してもよい。例えば、スパッタ法やCVD法で導電性を有する材料を全面に形成した後にフォトリソグラフィ法を用いて選択的にエッチングすることにより第1の導電層27とすることができる。   First, a first conductive layer 27 is formed by selectively discharging a conductive composition over the substrate 30 (FIG. 2A). Further, the first conductive layer 27 is not limited to the droplet discharge method, and may be formed by using a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a spin coating method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like. For example, the first conductive layer 27 can be formed by forming a conductive material over the entire surface by a sputtering method or a CVD method and then selectively etching it using a photolithography method.

次に、第1の導電層27を覆うように有機化合物層29を形成する(図2(B))。有機化合物層29は、液滴吐出法、スクリーン印刷法、グラビア印刷、スピンコート法または蒸着法等を用いて形成することができる。これらの方法を用いることによって作業効率を向上することができる。   Next, an organic compound layer 29 is formed so as to cover the first conductive layer 27 (FIG. 2B). The organic compound layer 29 can be formed using a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing, a spin coating method, an evaporation method, or the like. Working efficiency can be improved by using these methods.

次に、有機化合物層29上に導電性を有する組成物を選択的に吐出することによって、第2の導電層28を形成する(図2(C))。ここでは、第1の導電層27と有機化合物層29と第2の導電層28との積層構造で構成された有機メモリ素子を複数有する記憶素子部39が形成される。また、第2の導電層28は、上記第1の導電層の形成で示したように他の方法を用いて形成することができる。第2の導電層28は、第1の導電層27と異なる方法を用いて形成してもよく、例えば、第1の導電層27をCVD法やスパッタ法で導電性を有する材料を全面に形成した後に選択的にエッチングして第1の導電層27を形成し、第2の導電層28を液滴吐出法やスクリーン印刷法等により直接選択的に形成することができる。この場合、第2の導電層28の形成にエッチングを行わなくてよいため、有機化合物層29へのダメージを抑制することができる。   Next, a second conductive layer 28 is formed by selectively discharging a conductive composition over the organic compound layer 29 (FIG. 2C). Here, a memory element portion 39 having a plurality of organic memory elements each having a stacked structure of the first conductive layer 27, the organic compound layer 29, and the second conductive layer 28 is formed. Further, the second conductive layer 28 can be formed by other methods as shown in the formation of the first conductive layer. The second conductive layer 28 may be formed using a method different from that of the first conductive layer 27. For example, the first conductive layer 27 is formed on the entire surface with a conductive material by a CVD method or a sputtering method. Then, the first conductive layer 27 can be formed by selective etching, and the second conductive layer 28 can be directly and selectively formed by a droplet discharge method, a screen printing method, or the like. In this case, since it is not necessary to perform etching for forming the second conductive layer 28, damage to the organic compound layer 29 can be suppressed.

次に、第2の導電層28を覆うように保護膜として機能する絶縁層31を設ける(図2(D))。   Next, an insulating layer 31 functioning as a protective film is provided so as to cover the second conductive layer 28 (FIG. 2D).

以上の工程により、有機メモリ素子を含むパッシブマトリクス型のメモリセルアレイを形成することができる。次に、上述した各工程で用いる材料等に関して具体的に説明を行う。   Through the above steps, a passive matrix memory cell array including an organic memory element can be formed. Next, the material used in each process described above will be specifically described.

基板30としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレスを含む金属基板または半導体基板の表面に絶縁層を形成したものを用いても良い。PET等のプラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。なお、基板30の表面を、CMP法などの研磨により平坦化しておいても良い。   As the substrate 30, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a metal substrate containing stainless steel or a semiconductor substrate with an insulating layer formed on the surface thereof may be used. A substrate made of a synthetic resin having flexibility such as plastic such as PET generally has a lower heat-resistant temperature than the above-mentioned substrate, but it should be used if it can withstand the processing temperature in the manufacturing process. Is possible. Note that the surface of the substrate 30 may be planarized by polishing such as a CMP method.

第1の導電層27と第2の導電層28としては、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、炭素(C)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。上記元素を複数含んだ合金としては、例えば、AlとTiとCを含んだ合金、AlとNiを含んだ合金、AlとCを含んだ合金、AlとNiとCを含んだ合金またはAlとMoを含んだ合金等を用いることができる。他にもドーピング等で導電率を向上させた導電性ポリマー、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)の錯体等も用いることができる。また、透明導電材料を用いてもよい。特に、光学的作用を加えてデータの書き込みを行う際には透明導電材料を用いることが好ましい。透明導電材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。酸化珪素を含む酸化インジウムスズや、酸化珪素を含む酸化インジウムにさらに2〜20wt%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したものを用いても良い。上記材料は、液滴吐出法、蒸着法、スパッタ法、CVD法、スピンコート法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を用いて形成することができる。例えば、Agを液滴吐出法で選択的に形成したり、Alを蒸着法により形成したりすることができる。   As the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo) , Iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), palladium (Pd), carbon (C), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti), tantalum (Ta), etc. A single layer or a stacked structure including one kind of element or an alloy containing a plurality of such elements can be used. Examples of the alloy containing a plurality of the above elements include an alloy containing Al, Ti and C, an alloy containing Al and Ni, an alloy containing Al and C, an alloy containing Al, Ni and C, or Al and An alloy containing Mo can be used. Other conductive polymers whose conductivity has been improved by doping, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS) complexes, etc. Can do. A transparent conductive material may be used. In particular, a transparent conductive material is preferably used when data is written by applying an optical action. As the transparent conductive material, other light-transmitting oxide conductive materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), gallium-added zinc oxide (GZO) can be used. It is. Indium tin oxide containing silicon oxide or indium oxide containing silicon oxide mixed with 2 to 20 wt% zinc oxide (ZnO) may be used. The above material can be formed by a droplet discharge method, an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, a spin coating method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like. For example, Ag can be selectively formed by a droplet discharge method, or Al can be formed by a vapor deposition method.

有機化合物層29は、導電性を有する有機化合物材料からなる層を単層または積層構造で設ける。導電性を有する有機化合物材料の具体例としては、キャリア輸送性を有する高分子化合物等が挙げられる。   As the organic compound layer 29, a layer made of an organic compound material having conductivity is provided in a single layer or a laminated structure. Specific examples of the organic compound material having conductivity include a polymer compound having carrier transportability.

キャリア輸送性を有する高分子化合物として、ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)、[メトキシ−5−(2−エチル)ヘキシロキシ]−p−フェニレンビニレン(MEH−PPV)、ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(PAF)、ポリ(9−ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアセチレン類、ポリピレン類、ポリカルバゾール類等を用いることができる。また、上記高分子化合物より重合度が小さいオリゴマー等を用いてもよい。これらの材料は、スピンコート法、液滴吐出法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法または蒸着法等を用いて形成することができる。   Examples of the polymer compound having carrier transportability include poly (p-phenylene vinylene) (PPV), [methoxy-5- (2-ethyl) hexyloxy] -p-phenylene vinylene (MEH-PPV), poly (9,9- Dialkylfluorene) (PAF), poly (9-vinylcarbazole) (PVK), polypyrroles, polythiophenes, polyacetylenes, polypyrenes, polycarbazoles, and the like can be used. Moreover, you may use the oligomer etc. whose polymerization degree is smaller than the said high molecular compound. These materials can be formed by a spin coating method, a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, an evaporation method, or the like.

絶縁層31としては、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素または窒素を有する無機材料等の単層構造またはこれらの積層構造を用いることができる。他にも、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の有機材料等により、単層又は積層構造で形成する。また、無機材料と有機材料を積層させて設けてもよい。シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。   As the insulating layer 31, an inorganic material containing oxygen or nitrogen, such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiOxNy) (x> y), silicon nitride oxide (SiNxOy) (x> y), or the like A single-layer structure such as these or a stacked structure thereof can be used. In addition, a single layer or a laminated structure is formed using an organic material such as polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, acrylic, epoxy, or siloxane. Alternatively, an inorganic material and an organic material may be stacked. A siloxane material corresponds to a material including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent.

なお、図2に示した構成はあくまで一例であり、この構成に限られない。上記構成と異なる場合に関して図3に示す。   The configuration shown in FIG. 2 is merely an example, and the configuration is not limited to this. A case different from the above configuration is shown in FIG.

図2では、第1の導電層27を覆うように全面に有機化合物層29を形成しているが、隣接する各々のメモリセル間において横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた有機化合物層を分離するため、各メモリセルに設けられた有機化合物層間に絶縁層32を設けてもよい(図3(A))。つまり、メモリセルごとに有機化合物層29を選択的に設ける。この場合、液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を用いて有機化合物層を各メモリセルに選択的に形成することによって効率よく設けることができる。   In FIG. 2, the organic compound layer 29 is formed on the entire surface so as to cover the first conductive layer 27. However, when there is a concern about the influence of the electric field in the lateral direction between adjacent memory cells, In order to separate the organic compound layer provided in the memory cell, an insulating layer 32 may be provided between the organic compound layers provided in each memory cell (FIG. 3A). That is, the organic compound layer 29 is selectively provided for each memory cell. In this case, the organic compound layer can be efficiently provided by selectively forming each memory cell using a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like.

また、第1の導電層27を覆って有機化合物層29を設ける際に、第1の導電層27間の段差により生じる有機化合物層29の段切れや各メモリセル間における横方向への電界の影響を防止するために第1の導電層27の端部を覆うように、第1の導電層27間に絶縁層37を設けてもよい(図3(B))。この場合、液滴吐出法を用いることによって、複数の第1の導電層27間に選択的に絶縁層37を形成することができる。   In addition, when the organic compound layer 29 is provided so as to cover the first conductive layer 27, the step of the organic compound layer 29 caused by the step between the first conductive layers 27 and the electric field in the lateral direction between the memory cells. In order to prevent the influence, an insulating layer 37 may be provided between the first conductive layers 27 so as to cover an end portion of the first conductive layer 27 (FIG. 3B). In this case, the insulating layer 37 can be selectively formed between the plurality of first conductive layers 27 by using a droplet discharge method.

また、図2の構成において、第1の導電層27と有機化合物層29との間に、整流性を有する素子を設けてもよい(図3(C))。整流性を有する素子とは、代表的には、ショットキーダイオード、PN接合を有するダイオード、PIN接合を有するダイオード、あるいはゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタである。もちろん、他の構成のダイオードでも構わない。ここでは、第1の導電層と有機化合物層の間に、半導体層34、35を含むPN接合ダイオードを設けた場合を示す。半導体層34、35のうち、一方はN型半導体であり、他方はP型半導体である。このように、整流作用を有する素子を設けることにより、読み出しや書き込み動作のマージンや正確性を向上させることができる。   In the structure of FIG. 2, a rectifying element may be provided between the first conductive layer 27 and the organic compound layer 29 (FIG. 3C). The rectifying element is typically a Schottky diode, a diode having a PN junction, a diode having a PIN junction, or a transistor in which a gate electrode and a drain electrode are connected. Of course, other configurations of diodes may be used. Here, a case where a PN junction diode including semiconductor layers 34 and 35 is provided between the first conductive layer and the organic compound layer is shown. One of the semiconductor layers 34 and 35 is an N-type semiconductor, and the other is a P-type semiconductor. As described above, by providing an element having a rectifying action, the margin and accuracy of the read and write operations can be improved.

また、図2では基板30上に有機メモリ素子を複数有する記憶素子部39を設ける構成を示したが、これに限られず、基板30上に薄膜トランジスタ(TFT)779を設けてその上方に記憶素子部39を形成してもよいし(図3(D))、基板30としてSi等の半導体基板やSOI基板を用いて当該基板をトランジスタチャネル領域として利用する電界効果トランジスタ(FET)778を形成し、その上方に記憶素子部39を形成してもよい(図3(E))。なお、ここでは、記憶素子部39を薄膜トランジスタ779または電界効果トランジスタ778の上方に形成する例を示したが、記憶素子部39と薄膜トランジスタ779または電界効果トランジスタ778を貼り合わせることによって設けてもよい。この場合、記憶素子部39と薄膜トランジスタ779または電界効果トランジスタ778は、別工程で作製し、その後、導電性フィルム等を用いて貼り合わせることによって設けることができる。また、薄膜トランジスタ779または電界効果トランジスタ778の構成は、公知のものであればどのような構成を用いてもよい。   2 shows a configuration in which the memory element portion 39 having a plurality of organic memory elements is provided on the substrate 30, the present invention is not limited to this. A thin film transistor (TFT) 779 is provided on the substrate 30 and the memory element portion is provided thereabove. 39 (FIG. 3D), or a field effect transistor (FET) 778 that uses the substrate as a transistor channel region using a semiconductor substrate such as Si or an SOI substrate as the substrate 30; A memory element portion 39 may be formed thereabove (FIG. 3E). Note that although the example in which the memory element portion 39 is formed above the thin film transistor 779 or the field effect transistor 778 is shown here, the memory element portion 39 and the thin film transistor 779 or the field effect transistor 778 may be provided together. In this case, the memory element portion 39 and the thin film transistor 779 or the field effect transistor 778 can be provided by being manufactured in separate steps and then bonded together using a conductive film or the like. The thin film transistor 779 or the field effect transistor 778 may have any structure as long as it is a known structure.

このように、本実施の形態では、記憶素子に含まれる有機化合物層としてキャリア輸送性を有する高分子材料を液滴吐出法、スクリーン印刷法やグラビア印刷法等の印刷法またはスピンコート法等により設けることができるため、作製が容易であり安価な記憶装置または半導体装置を作製することができる。また、本実施の形態で示した記憶素子部は微細な構造で作製することが可能であるため、大きい容量を有する記憶回路を有する半導体装置を得ることができる。   As described above, in this embodiment mode, a polymer material having carrier transportability is formed as an organic compound layer included in a memory element by a droplet discharging method, a printing method such as a screen printing method or a gravure printing method, a spin coating method, or the like. Therefore, a memory device or a semiconductor device that is easy to manufacture and inexpensive can be manufactured. Further, since the memory element portion described in this embodiment can be manufactured with a minute structure, a semiconductor device including a memory circuit having a large capacity can be obtained.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態1とは異なる構成を有する半導体装置について説明する。具体的には、記憶回路の構成がアクティブマトリクス型の場合に関して示す。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a semiconductor device having a structure different from that of Embodiment 1 is described. Specifically, the case where the structure of the memory circuit is an active matrix type will be described.

図4(A)に示したのは本発明の半導体装置の一構成例であり、メモリセル221がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ222、カラムデコーダ226aと読み出し回路226bとセレクタ226cを有するビット線駆動回路226、ロウデコーダ224aとレベルシフタ224bを有するワード線駆動回路224、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース223を有している。なお、ここで示す記憶回路216の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。   FIG. 4A shows an example of a structure of the semiconductor device of the present invention. A bit line having a memory cell array 222 in which memory cells 221 are provided in a matrix, a column decoder 226a, a read circuit 226b, and a selector 226c. It has a driver circuit 226, a word line driver circuit 224 having a row decoder 224a and a level shifter 224b, an interface 223 having a write circuit and the like for performing exchanges with the outside. Note that the structure of the memory circuit 216 shown here is just an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included, and a writing circuit may be provided in the bit line driver circuit.

メモリセル221は、少なくとも、トランジスタ240と記憶素子241(有機メモリ素子)を有しており、当該トランジスタ240はワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第1の配線とビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第2の配線に電気的に接続されている。   The memory cell 221 includes at least a transistor 240 and a memory element 241 (organic memory element). The transistor 240 includes a first wiring and a bit line Bx (a word line Wy (1 ≦ y ≦ n)). 1 ≦ x ≦ m) is electrically connected to the second wiring.

メモリセルアレイ222の上面構造の一例を図4(B)に示す。   An example of a top structure of the memory cell array 222 is illustrated in FIG.

メモリセルアレイ222は、第1の方向に延びた第1の配線231と、第1の方向と異なる第2の方向(ここでは、垂直方向)に延びた第2の配線232とがマトリクス状に設けられている。また、ここでは、第2の配線232はトランジスタ240のソースまたはドレイン領域の一方と電気的に接続されており、第1の配線231はトランジスタ240のゲート電極に電気的に接続されている。さらに、第2の配線232と接続されていないトランジスタ240のソースまたはドレイン領域の他方は、第1の導電層243と電気的に接続され、第1の導電層243と有機化合物層と第2の導電層との積層構造によって有機メモリ素子241が設けられている。   The memory cell array 222 includes a first wiring 231 extending in a first direction and a second wiring 232 extending in a second direction (here, a vertical direction) different from the first direction in a matrix. It has been. Here, the second wiring 232 is electrically connected to one of the source and drain regions of the transistor 240, and the first wiring 231 is electrically connected to the gate electrode of the transistor 240. Further, the other of the source and drain regions of the transistor 240 that is not connected to the second wiring 232 is electrically connected to the first conductive layer 243, and the first conductive layer 243, the organic compound layer, and the second An organic memory element 241 is provided by a stacked structure with a conductive layer.

次に、上記構成を有する有機メモリの作製方法に関して図5を用いて説明する。なお、図5では、図4(B)に示したメモリセルアレイ222におけるa−b間の断面図およびビット線駆動回路226に含まれるCMOS回路の断面構造を示している。   Next, a method for manufacturing an organic memory having the above structure will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 5 illustrates a cross-sectional view taken along line ab in the memory cell array 222 illustrated in FIG. 4B and a cross-sectional structure of a CMOS circuit included in the bit line driver circuit 226.

まず、基板230上に記憶素子のスイッチング素子として機能する複数のトランジスタ240およびビット線駆動回路226が含むCMOS回路を構成するトランジスタ248を形成する。その後、トランジスタ240のソース領域またはドレイン領域と電気的に接続するようにソース電極またはドレイン電極を形成する(図5(A))。なお、ここでは、トランジスタ240のソース電極またはドレイン電極の一方を、記憶素子に含まれる上記第1の導電層243として併用する。また、第1の導電層243とソースまたはドレイン電極の材料として異なる材料を用いる場合には、ソースまたはドレイン電極を形成した後に、当該ソースまたはドレイン電極と電気的に接続するように第1の導電層243を別途形成すればよい。第1の導電層243は、蒸着法、スパッタ法、CVD法、液滴吐出法、スピンコート法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷等を用いて形成することができる。   First, a plurality of transistors 240 functioning as switching elements of a memory element and a transistor 248 forming a CMOS circuit included in the bit line driver circuit 226 are formed over the substrate 230. After that, a source electrode or a drain electrode is formed so as to be electrically connected to the source region or the drain region of the transistor 240 (FIG. 5A). Note that here, one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 240 is used in combination as the first conductive layer 243 included in the memory element. In the case where a material different from that of the first conductive layer 243 and the source or drain electrode is used, after the source or drain electrode is formed, the first conductive layer 243 is electrically connected to the source or drain electrode. The layer 243 may be formed separately. The first conductive layer 243 can be formed by evaporation, sputtering, CVD, droplet discharge, spin coating, screen printing, gravure printing, or the like.

次に、第1の導電層243の端部およびトランジスタ240、248のソース電極とドレイン電極を覆うように、保護膜として機能する絶縁層249を形成する(図5(B))。絶縁層249は、例えば、液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法を用いて直接選択的に形成してもよいし、CVD法、スパッタ法またはスピンコート法を用いて形成した後に、選択的にエッチングして第1の導電層243が露出するように形成してもよい。   Next, an insulating layer 249 functioning as a protective film is formed so as to cover the end portion of the first conductive layer 243 and the source and drain electrodes of the transistors 240 and 248 (FIG. 5B). The insulating layer 249 may be formed directly and selectively using, for example, a droplet discharge method, a screen printing method, or a gravure printing method, or may be selected after being formed using a CVD method, a sputtering method, or a spin coating method. Alternatively, the first conductive layer 243 may be exposed by etching.

次に、第1の導電層243上に有機化合物層244を形成する(図5(C))。なお、有機化合物層244は、図5(C)に示すように全面に形成してもよいし、各メモリセルに設けられる有機化合物層が分離するように選択的に形成してもよい。有機化合物層244は、液滴吐出法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、スピンコートまたは蒸着法等を用いて形成することができる。図5に示すように、全面に有機化合物層244を設ける場合には、スピンコート法や蒸着法を用いることによって作業効率を向上させることができる。また、選択的に有機化合物層244を設ける場合には、液滴吐出法やスクリーン印刷法、グラビア印刷法等を用いることによって、材料の利用効率を向上させることができる。また、スピンコート法や蒸着法を用いた場合であっても、あらかじめ選択的にマスクを設けておくか、または全面に形成した後にエッチングすることにより選択的に有機化合物層を設けることができる。どの方法を用いるかは実施者が適宜選択すればよい。   Next, an organic compound layer 244 is formed over the first conductive layer 243 (FIG. 5C). Note that the organic compound layer 244 may be formed over the entire surface as shown in FIG. 5C, or may be selectively formed so that the organic compound layer provided in each memory cell is separated. The organic compound layer 244 can be formed by a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, a spin coating method, an evaporation method, or the like. As shown in FIG. 5, when the organic compound layer 244 is provided on the entire surface, the working efficiency can be improved by using a spin coating method or a vapor deposition method. In the case where the organic compound layer 244 is selectively provided, the material utilization efficiency can be improved by using a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like. Even when a spin coating method or a vapor deposition method is used, a mask can be selectively provided in advance, or an organic compound layer can be selectively provided by etching after being formed over the entire surface. The practitioner may select which method is used as appropriate.

次に、有機化合物層244上に第2の導電層245を形成する(図5(D))。第2の導電層245は、上記第1の導電層と同様に蒸着法、スパッタ法、CVD法、液滴吐出法、スピンコート法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷等を用いて形成することができる。また、第1の導電層243と第2の導電層245は異なる方法を用いて形成してもよい。第1の導電層243と有機化合物層244と第2の導電層245との積層構造により記憶素子241(有機メモリ素子)が形成される。   Next, the second conductive layer 245 is formed over the organic compound layer 244 (FIG. 5D). The second conductive layer 245 can be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a droplet discharge method, a spin coating method, a screen printing method, a gravure printing, or the like in the same manner as the first conductive layer. . The first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 may be formed using different methods. A memory element 241 (organic memory element) is formed by a stacked structure of the first conductive layer 243, the organic compound layer 244, and the second conductive layer 245.

次に、第2の導電層245を覆うように保護膜として機能する絶縁層256を設ける(図5(E))。絶縁層256は、蒸着法、スパッタ法、CVD法、液滴吐出法、スピンコート法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷等を用いて単層または積層構造で形成することができる。   Next, an insulating layer 256 functioning as a protective film is provided so as to cover the second conductive layer 245 (FIG. 5E). The insulating layer 256 can be formed with a single layer or a stacked structure using an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, a droplet discharge method, a spin coating method, a screen printing method, a gravure printing, or the like.

以上の工程により、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置を形成することができる。続いて、各工程で用いる材料等に関して具体的に説明を行う。   Through the above steps, a semiconductor device having an active matrix memory circuit can be formed. Next, the material used in each process will be specifically described.

基板230としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレスを含む金属基板または半導体基板の表面に絶縁層を形成したものを用いても良い。PET等のプラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。なお、基板230の表面を、CMP法などの研磨により平坦化しておいても良い。   As the substrate 230, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a metal substrate containing stainless steel or a semiconductor substrate with an insulating layer formed on the surface thereof may be used. A substrate made of a synthetic resin having flexibility such as plastic such as PET generally has a lower heat-resistant temperature than the above-mentioned substrate, but it should be used if it can withstand the processing temperature in the manufacturing process. Is possible. Note that the surface of the substrate 230 may be planarized by polishing such as a CMP method.

トランジスタ240は、スイッチング素子として機能し得るものであれば、どのような構成で設けてもよい。例えば、基板230としてガラスや可撓性を有する基板を用いて当該基板上に薄膜トランジスタ(TFT)を形成してもよいし、Si等の半導体基板やSOI基板を用いて当該基板をトランジスタのチャネル領域として利用する電界効果トランジスタ(FET)を形成してもよい。また、トランジスタのチャネル領域に有機材料を用いた有機トランジスタを形成してもよい。また、図5では、絶縁性を有する基板上にプレーナ型の薄膜トランジスタを設けた例を示しているが、スタガ型や逆スタガ型等の構造でトランジスタを形成することも可能である。   The transistor 240 may have any structure as long as it can function as a switching element. For example, a thin film transistor (TFT) may be formed over the substrate 230 using glass or a flexible substrate as the substrate 230, or the substrate may be used as a channel region of the transistor using a semiconductor substrate such as Si or an SOI substrate. A field effect transistor (FET) may be formed. An organic transistor using an organic material may be formed in the channel region of the transistor. FIG. 5 shows an example in which a planar thin film transistor is provided over an insulating substrate; however, a transistor having a staggered structure, an inverted staggered structure, or the like can also be formed.

また、トランジスタ240またはトランジスタ248に含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成することもできる。トランジスタの構造としては、pチャネル型、nチャネル型のいずれかを用いて形成することができ、回路はpチャネル型のみ、nチャネル型のみ、その両方を用いたCMOS回路とすることができる。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース領域およびドレイン領域、またはゲート電極にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   Further, any structure of the semiconductor layer included in the transistor 240 or the transistor 248 may be used. For example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) can be formed. As a structure of the transistor, either a p-channel type or an n-channel type can be used, and a circuit can be a CMOS circuit using only a p-channel type, only an n-channel type, or both. In addition, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed in the source and drain regions or the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

第1の導電層243または第2の導電層245としては、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、炭素(C)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。上記元素を複数含んだ合金としては、例えば、AlとTiとCを含んだ合金、AlとNi、AlとCを含んだ合金、AlとNiとCを含んだ合金またはAlとMoを含んだ合金等を用いることができる。他にもドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)の錯体等も用いることができる。また、透明導電材料を用いてもよい。特に、光学的作用を加えてデータの書き込みを行う際には透明導電材料を用いることが好ましい。透明導電材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。酸化珪素を含む酸化インジウムスズや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに2〜20wt%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したものを用いても良い。上記材料は、液滴吐出法、蒸着法、スパッタ法、CVD法、スピンコート法、スクリーン印刷またはグラビア印刷等を用いて形成することができる。例えば、Agを液滴吐出法で形成したり、Alを蒸着法により形成したりすることができる。   As the first conductive layer 243 or the second conductive layer 245, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo) , Iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), palladium (Pd), carbon (C), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti), tantalum (Ta), etc. A single layer or a stacked structure including one kind of element or an alloy containing a plurality of such elements can be used. Examples of the alloy containing a plurality of the elements include an alloy containing Al, Ti and C, an alloy containing Al and Ni, an alloy containing Al and C, an alloy containing Al, Ni and C, or Al and Mo. An alloy or the like can be used. In addition, known conductive polymers whose conductivity has been improved by doping, such as conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS) complex, etc. are also used. be able to. A transparent conductive material may be used. In particular, a transparent conductive material is preferably used when data is written by applying an optical action. As the transparent conductive material, other light-transmitting oxide conductive materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), gallium-added zinc oxide (GZO) can be used. It is. Indium tin oxide containing silicon oxide or indium oxide containing silicon oxide and further mixed with 2 to 20 wt% zinc oxide (ZnO) may be used. The material can be formed by a droplet discharge method, an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, a spin coating method, screen printing, gravure printing, or the like. For example, Ag can be formed by a droplet discharge method, or Al can be formed by a vapor deposition method.

有機化合物層244としては、上記実施の形態1で示した有機化合物層29と同様の材料を用いることができる。例えば、第1の導電層243として酸化珪素を含む酸化インジウムスズを用い、当該第1の導電層243上に有機化合物層としてポリ(9−ビニルカルバゾール)(PVK)を設け、当該有機化合物層上に第2の導電層245として液滴吐出法によりAgを設けることによって記憶素子を形成することができる。   As the organic compound layer 244, a material similar to that of the organic compound layer 29 described in Embodiment 1 can be used. For example, indium tin oxide containing silicon oxide is used as the first conductive layer 243, poly (9-vinylcarbazole) (PVK) is provided as an organic compound layer over the first conductive layer 243, and the organic compound layer A memory element can be formed by providing Ag as the second conductive layer 245 by a droplet discharge method.

絶縁層249、256としては、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素または窒素を有する無機材料や、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の有機材料等により、単層又は積層で形成する。また、無機材料と有機材料を積層させて設けてもよい。ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の材料は、液滴吐出法、印刷法またはスピンコート法を用いることによって効率的に形成することができる。   The insulating layers 249 and 256 include oxygen or nitrogen such as silicon oxide (SiOx), silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiOxNy) (x> y), or silicon nitride oxide (SiNxOy) (x> y). A single layer or a stacked layer is formed using an inorganic material or an organic material such as polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, acrylic, epoxy, or siloxane. Alternatively, an inorganic material and an organic material may be stacked. Materials such as polyimide, polyamide, polyvinylphenol, benzocyclobutene, acrylic, epoxy, and siloxane can be efficiently formed by using a droplet discharge method, a printing method, or a spin coating method.

また、上記構成において、第1の導電層243と有機化合物層244との間、または有機化合物層244と第2の導電層245との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子として、上記実施の形態で示したいずれかの構成とすればよい。   In the above structure, a rectifying element may be provided between the first conductive layer 243 and the organic compound layer 244 or between the organic compound layer 244 and the second conductive layer 245. The element having the rectifying property may have any of the structures described in the above embodiment modes.

また、本実施の形態で示す半導体層の構成は上述したものに限られない。例えば、トランジスタ240のソースおよびドレイン電極を覆うように絶縁層250を設け、当該絶縁層250上に第1の導電層243を設けた構成とすることもできる(図6)。この場合、スピンコート法や蒸着法を用いて第1の導電層243を覆うように全面に有機化合物層244を形成することができる(図6(B))。また、隣接する各々のメモリセル間において、有機化合物層244の段切れや、横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた有機化合物層を分離するために絶縁層249を設けてもよい(図6(C))。なお、図6(C)では、液滴吐出法や印刷法等を用いて各メモリセルに選択的に有機化合物層244を設けた例を示したが、上記図5に示したように、全面に有機化合物層244を設けた構成としてもよい。   Further, the structure of the semiconductor layer described in this embodiment is not limited to that described above. For example, the insulating layer 250 may be provided so as to cover the source and drain electrodes of the transistor 240, and the first conductive layer 243 may be provided over the insulating layer 250 (FIG. 6). In this case, the organic compound layer 244 can be formed over the entire surface so as to cover the first conductive layer 243 by using a spin coating method or an evaporation method (FIG. 6B). Further, when there is a concern about the step of the organic compound layer 244 or the influence of the electric field in the lateral direction between adjacent memory cells, insulation is performed to separate the organic compound layer provided in each memory cell. A layer 249 may be provided (FIG. 6C). 6C illustrates an example in which the organic compound layer 244 is selectively provided in each memory cell by using a droplet discharge method, a printing method, or the like. However, as illustrated in FIG. Alternatively, the organic compound layer 244 may be provided.

このように、絶縁層250を介してソースまたはドレイン電極と電気的に接続するように第1の導電層243を設けることによって、ソース電極およびドレイン電極と同一の層に第1の導電層243を設ける場合と比較して第1の導電層243の配置を自由に決めることができる。つまり、図5に示した構造では、トランジスタ240のソースまたはドレイン電極を避けた領域に記憶素子241を設ける必要があったが、絶縁層250を介して記憶素子241を設けることによって、例えば、トランジスタ240の上方に記憶素子241を形成することが可能となる。その結果、メモリセル221をより高集積化することが可能となる(図6(A))。   In this manner, by providing the first conductive layer 243 so as to be electrically connected to the source or drain electrode through the insulating layer 250, the first conductive layer 243 is formed in the same layer as the source electrode and the drain electrode. The arrangement of the first conductive layer 243 can be freely determined as compared with the case where it is provided. That is, in the structure illustrated in FIG. 5, the memory element 241 needs to be provided in a region where the source or drain electrode of the transistor 240 is avoided, but by providing the memory element 241 via the insulating layer 250, for example, the transistor The storage element 241 can be formed above 240. As a result, the memory cell 221 can be more highly integrated (FIG. 6A).

また、他にも、上記構成とは異なる他の構成として、第1の導電層243と第2の導電層245とを同一の層に配置して記憶素子241を形成することもできる。この場合の一構成例に関して、図19を参照して説明する。   In addition, as another structure different from the above structure, the memory element 241 can be formed by disposing the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 in the same layer. A configuration example in this case will be described with reference to FIG.

図5または図6では、第1の導電層243と第2の導電層245を用いて有機化合物層244を上下で挟んで積層させることによって記憶素子241を形成したが、ここでは、第1の導電層243と第2の導電層245を同一の層に設け横方向で有機化合物層244を挟むことによって記憶素子241を形成する(図19(A)、(B))。この場合、第1の導電層243は、トランジスタ240のソースまたはドレイン電極としての機能を有しており、第2の導電層245もソースまたはドレイン電極と同一の層に形成されている。第1の導電層243と第2の導電層245とが同じ材料を用いて形成することができる場合は、第1の導電層243および第2の導電層245を同時に形成することができるため、作製工程を減らすことができる。なお、ここでは、全面に有機化合物層244を設けた例を示したが、これに限られず、選択的に有機化合物層244を形成することもできる。   In FIG. 5 or FIG. 6, the memory element 241 is formed by stacking the organic compound layer 244 with the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 interposed between the top and the bottom. The memory element 241 is formed by providing the conductive layer 243 and the second conductive layer 245 in the same layer and sandwiching the organic compound layer 244 in the horizontal direction (FIGS. 19A and 19B). In this case, the first conductive layer 243 functions as a source or drain electrode of the transistor 240, and the second conductive layer 245 is also formed in the same layer as the source or drain electrode. In the case where the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 can be formed using the same material, the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 can be formed at the same time. The number of manufacturing steps can be reduced. Note that here, an example in which the organic compound layer 244 is provided over the entire surface is described; however, the present invention is not limited thereto, and the organic compound layer 244 can also be selectively formed.

また、トランジスタ240のソースおよびドレイン電極を覆うように絶縁層250を設け、当該絶縁層250上に第1の導電層243および第2の導電層245を設ける構成とすることもできる(図19(C))。これは、例えば、第1の導電層243をITO等の透光性を有する材料で設ける場合等、つまりトランジスタのソースおよびドレイン電極と第1の導電層243を異なる材料で形成したいとき等に有効である。また、絶縁層250を介して第1の導電層243および第2の導電層245を形成することによって、当該第1の導電層および第2の導電層を自由に配置することができるため、記憶素子241を集積化して設けることができる。この場合も、第1の導電層243と第2の導電層245の材料が同じ場合には同時に形成することにより、作製工程を減らすことができる。   Alternatively, the insulating layer 250 may be provided so as to cover the source and drain electrodes of the transistor 240, and the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 may be provided over the insulating layer 250 (FIG. 19 ( C)). This is effective when, for example, the first conductive layer 243 is provided with a light-transmitting material such as ITO, that is, when the source and drain electrodes of the transistor and the first conductive layer 243 are formed with different materials. It is. In addition, since the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 are formed through the insulating layer 250, the first conductive layer and the second conductive layer can be freely arranged. The element 241 can be provided in an integrated manner. Also in this case, when the materials of the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 are the same, the manufacturing steps can be reduced by forming them simultaneously.

なお、図19の構成において、第1の導電層243と第2の導電層245は必ずしも同一の層に設ける必要はない。例えば、図19(C)の構成において、第2の導電層245を有機化合物層244の上方に形成し、有機化合物層244を介して斜め方向で第1の導電層243と第2の導電層245が配置する構成としてもよい。このような構成とすることによって、第1の電極上にゴミ等の汚染物がある場合にも、その影響を防止することができる。   Note that in the structure in FIG. 19, the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 are not necessarily provided in the same layer. For example, in the structure of FIG. 19C, the second conductive layer 245 is formed above the organic compound layer 244, and the first conductive layer 243 and the second conductive layer are obliquely interposed through the organic compound layer 244. It is good also as a structure which 245 arrange | positions. With such a configuration, even when there is a contaminant such as dust on the first electrode, the influence can be prevented.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なる半導体装置の一例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a semiconductor device different from that in the above embodiment will be described with reference to drawings.

本実施の形態で示す半導体装置は、非接触でデータの読み出しと書き込みが可能であることを特徴としており、データの伝送形式は、一対のコイルを対向に配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の3つに大別されるが、いずれの方式を用いてもよい。また、データの伝送に用いるアンテナは2通りの設け方があり、1つは複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合、もう1つは複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合がある。   The semiconductor device described in this embodiment is characterized in that data can be read and written in a non-contact manner. A data transmission format is an electromagnetic which performs communication by mutual induction with a pair of coils arranged opposite to each other. There are roughly divided into a coupling system, an electromagnetic induction system that communicates using an induction electromagnetic field, and a radio system that communicates using radio waves, but any system may be used. In addition, there are two types of antennas used for data transmission. When one antenna is provided on a substrate on which a plurality of elements and memory elements are provided, the other is provided with a plurality of elements and memory elements. In some cases, a terminal portion is provided over the substrate, and an antenna provided over another substrate is connected to the terminal portion.

まず、複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合の半導体装置の一構成例を図7を用いて説明する。   First, a structure example of a semiconductor device in the case where an antenna is provided over a substrate provided with a plurality of elements and memory elements will be described with reference to FIGS.

図7(A)はパッシブマトリクス型で構成される有機メモリを有する半導体装置を示しており、基板350上に複数のトランジスタ451を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に複数の有機メモリ素子を含んだ記憶素子部352とアンテナ部353が設けられている。なお、ここでは素子形成層351の上方に記憶素子部352またはアンテナ部353を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部352またはアンテナ部353を、素子形成層351の下方や同一の層に設けることも可能である。   FIG. 7A illustrates a semiconductor device having an organic memory that is formed using a passive matrix type, in which an element formation layer 351 including a plurality of transistors 451 is provided over a substrate 350, and a plurality of elements are formed above the element formation layer 351. A memory element portion 352 including an organic memory element and an antenna portion 353 are provided. Note that here, the case where the memory element portion 352 or the antenna portion 353 is provided above the element formation layer 351 is shown; however, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 352 or the antenna portion 353 is disposed below the element formation layer 351. Or in the same layer.

基板350としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレスを含む金属基板または半導体基板の表面に絶縁層を形成したものを用いても良い。PET等のプラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。なお、基板230の表面を、CMP法などの研磨により平坦化しておいても良い。   As the substrate 350, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a metal substrate containing stainless steel or a semiconductor substrate with an insulating layer formed on the surface thereof may be used. A substrate made of a synthetic resin having flexibility such as plastic such as PET generally has a lower heat-resistant temperature than the above-mentioned substrate, but it should be used if it can withstand the processing temperature in the manufacturing process. Is possible. Note that the surface of the substrate 230 may be planarized by polishing such as a CMP method.

記憶素子部352に含まれる複数の有機メモリ素子は、第1の導電層361と有機化合物層362と第2の導電層363とが積層して設けられ、第2の導電層363を覆って保護膜として機能する絶縁層366が形成されている。ここでは、各メモリセル間(複数の有機メモリ素子同士の間)に絶縁層364を設けて有機化合物層362をメモリセルごとに設けているが、有機化合物層362は第1の導電層361を覆うように全面に形成してもよい。なお、記憶素子部352は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The plurality of organic memory elements included in the memory element portion 352 are provided by stacking a first conductive layer 361, an organic compound layer 362, and a second conductive layer 363 and covering the second conductive layer 363 for protection. An insulating layer 366 that functions as a film is formed. Here, an insulating layer 364 is provided between each memory cell (between a plurality of organic memory elements), and an organic compound layer 362 is provided for each memory cell. However, the organic compound layer 362 includes a first conductive layer 361. You may form in the whole surface so that it may cover. Note that the memory element portion 352 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

また、記憶素子部352において、上記実施の形態で示したように、第1の導電層361と有機化合物層362との間、または有機化合物層362と第2の導電層363との間に整流性を有する素子を設けてもよい。   Further, in the memory element portion 352, as shown in the above embodiment mode, rectification is performed between the first conductive layer 361 and the organic compound layer 362 or between the organic compound layer 362 and the second conductive layer 363. A device having a property may be provided.

アンテナ部353は、アンテナとして機能する導電層355が設けられている。ここでは、導電層355は第1の導電層361と同一の層に設けられており、導電層355と第1の導電層361を同一の材料を用いて一緒に形成してもよい。また、導電層355は、絶縁層364または絶縁層366上に形成してもよい。絶縁層364上に設ける場合は、第2の導電層363と同じ材料を用いて一緒に形成することができる。   The antenna portion 353 is provided with a conductive layer 355 that functions as an antenna. Here, the conductive layer 355 is provided in the same layer as the first conductive layer 361, and the conductive layer 355 and the first conductive layer 361 may be formed using the same material. The conductive layer 355 may be formed over the insulating layer 364 or the insulating layer 366. In the case of being provided over the insulating layer 364, the second conductive layer 363 can be formed using the same material.

アンテナとして機能する導電層355は、波形整形回路や整流回路を構成するトランジスタに接続されている。ここでは、アンテナとして機能する導電層355は複数のトランジスタ451のいずれかに電気的に接続されている。また、非接触で外部から送られてきたデータは波形整形回路や整流回路で処理された後、読み込み回路や書き込み回路を介して有機メモリ素子とデータのやりとり(データの書き込みや読み込み)が行われる。   The conductive layer 355 functioning as an antenna is connected to a transistor that forms a waveform shaping circuit or a rectifier circuit. Here, the conductive layer 355 functioning as an antenna is electrically connected to any of the plurality of transistors 451. Further, data sent from the outside without contact is processed by a waveform shaping circuit or a rectifier circuit, and then data is exchanged with an organic memory element (data writing or reading) through a reading circuit or a writing circuit. .

導電層355の材料としては、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金等を用いることができる。また、導電層355は、蒸着法、スパッタ法、CVD法、液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷等を用いて形成することができる。   As a material of the conductive layer 355, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), copper (Cu), aluminum ( A kind of element selected from Al), manganese (Mn), titanium (Ti) or the like, or an alloy containing a plurality of such elements can be used. The conductive layer 355 can be formed by an evaporation method, a sputtering method, a CVD method, a droplet discharge method, a screen printing method, gravure printing, or the like.

素子形成層351は、少なくともトランジスタを有している。当該トランジスタにより、CPU(central processing unit)、メモリまたはマイクロプロセッサ等のありとあらゆる集積回路を設けることができる。また、本実施の形態において、素子形成層351に含まれるトランジスタ451は、pチャネル型TFT、nチャネル型TFTとすることができる。また、トランジスタ451に含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   The element formation layer 351 includes at least a transistor. With the transistor, a variety of integrated circuits such as a CPU (central processing unit), a memory, or a microprocessor can be provided. In this embodiment, the transistor 451 included in the element formation layer 351 can be a p-channel TFT or an n-channel TFT. In addition, any structure of a semiconductor layer included in the transistor 451 may be used. For example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) may be formed. In addition, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed in the source region, the drain region, and the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

また、素子形成層351に含まれるトランジスタ451は、当該トランジスタのチャネル領域を有機材料で形成した有機トランジスタで設けてもよい。この場合、基板350としてプラスチック等の可撓性を有する基板上に、直接印刷法や液滴吐出法等を用いて有機トランジスタを有する素子形成層351を形成することができる。またこの際、上述したように記憶素子部352も液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を用いて形成することによってより低コストで半導体装置を作製することが可能となる。   The transistor 451 included in the element formation layer 351 may be an organic transistor in which a channel region of the transistor is formed using an organic material. In this case, the element formation layer 351 having an organic transistor can be formed using a direct printing method, a droplet discharge method, or the like over a flexible substrate such as plastic as the substrate 350. At this time, as described above, the memory element portion 352 is also formed using a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like, whereby a semiconductor device can be manufactured at lower cost.

図7(B)にアクティブマトリクス型の有機メモリを有する半導体装置の一例を示す。なお、図7(B)については、図7(A)と異なる部分に関して説明する。   FIG. 7B illustrates an example of a semiconductor device including an active matrix organic memory. Note that FIG. 7B will be described with respect to portions different from those in FIG.

図7(B)に示す半導体装置は、基板350上にトランジスタ451、354を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に記憶素子部356とアンテナ部353が設けられている。なお、ここではトランジスタ451と同一の層に記憶素子部356のスイッチング素子として機能するトランジスタ354を設け、素子形成層351の上方に記憶素子部356とアンテナ部353を設けた場合を示しているが、この構成に限られずトランジスタ354を素子形成層351の上方や下方に設けてもよいし、記憶素子部356やアンテナ部353を、素子形成層351の下方や同一の層に設けることも可能である。   In the semiconductor device illustrated in FIG. 7B, an element formation layer 351 including transistors 451 and 354 is provided over a substrate 350, and a memory element portion 356 and an antenna portion 353 are provided above the element formation layer 351. Note that here, the transistor 354 functioning as a switching element of the memory element portion 356 is provided in the same layer as the transistor 451, and the memory element portion 356 and the antenna portion 353 are provided above the element formation layer 351. The transistor 354 may be provided above or below the element formation layer 351 without being limited to this structure, and the memory element portion 356 and the antenna portion 353 may be provided below the element formation layer 351 or in the same layer. is there.

記憶素子部356に含まれる複数の有機メモリ素子は、第1の導電層371と有機化合物層372と第2の導電層373が積層して設けられており、第2の導電層373を覆うように保護膜として絶縁層376が形成されている。また、ここでは、第1の導電層371の端部を覆うように絶縁層374が形成され、有機化合物層372が各メモリセルに選択的に形成されているが、第1の導電層371および絶縁層374を覆うように全面に形成してもよい。なお、記憶素子部356は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。また、記憶素子部356においても、上述したように、第1の導電層371と有機化合物層372との間、または有機化合物層372と第2の導電層373との間に整流性を有する素子を設けてもよい。   The plurality of organic memory elements included in the memory element portion 356 includes a first conductive layer 371, an organic compound layer 372, and a second conductive layer 373 that are stacked so as to cover the second conductive layer 373. An insulating layer 376 is formed as a protective film. Here, the insulating layer 374 is formed so as to cover the end portion of the first conductive layer 371, and the organic compound layer 372 is selectively formed in each memory cell, but the first conductive layer 371 and You may form in the whole surface so that the insulating layer 374 may be covered. Note that the memory element portion 356 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes. In the memory element portion 356, as described above, a rectifying element is provided between the first conductive layer 371 and the organic compound layer 372 or between the organic compound layer 372 and the second conductive layer 373. May be provided.

アンテナ部353に設けられた導電層355は、第1の導電層371と同一の層に形成してもよいし、絶縁層374または絶縁層376上に形成してもよい。導電層355を第1の導電層371または第2の導電層373と同一の層上に設ける場合は、それぞれ第1の導電層371または第2の導電層373と同じ材料を用いて一緒に形成することもできる。アンテナとして機能する導電層355は、波形整形回路や整流回路を構成するトランジスタに接続されている。ここでは、アンテナとして機能する導電層355は波形整形回路や整流回路を構成するトランジスタ451に電気的に接続されている。また、非接触で外部から送られてきたデータは波形整形回路や整流回路で処理された後、読み込み回路や書き込み回路を介して有機メモリ素子とデータのやりとり(データの書き込みや読み込み)が行われる。   The conductive layer 355 provided in the antenna portion 353 may be formed in the same layer as the first conductive layer 371 or may be formed over the insulating layer 374 or the insulating layer 376. In the case where the conductive layer 355 is provided over the same layer as the first conductive layer 371 or the second conductive layer 373, the conductive layer 355 is formed using the same material as the first conductive layer 371 or the second conductive layer 373, respectively. You can also The conductive layer 355 functioning as an antenna is connected to a transistor that forms a waveform shaping circuit or a rectifier circuit. Here, the conductive layer 355 functioning as an antenna is electrically connected to a transistor 451 included in a waveform shaping circuit or a rectifier circuit. Further, data sent from the outside without contact is processed by a waveform shaping circuit or a rectifier circuit, and then data is exchanged with an organic memory element (data writing or reading) through a reading circuit or a writing circuit. .

素子形成層351に設けられたトランジスタ354は、記憶素子部356に含まれる有機メモリ素子へのデータの書き込みまたは読み込みを行う場合にスイッチング素子として機能する。そのため、トランジスタ354はpチャネル型TFTまたはnチャネル型TFTのどちらか一方の構成を用いて設けることが好ましい。また、トランジスタ354に含まれる半導体層の構造は、どのような構成としてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成してもよいし、pチャネル型またはnチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース領域、ドレイン領域、ゲート電極にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   The transistor 354 provided in the element formation layer 351 functions as a switching element when data is written to or read from an organic memory element included in the memory element portion 356. Therefore, the transistor 354 is preferably provided using either a p-channel TFT or an n-channel TFT. The semiconductor layer included in the transistor 354 may have any structure, for example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) may be formed, or a p-channel type or an n-channel type You may form with either type | mold. In addition, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed in the source region, the drain region, and the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

また、素子形成層351、記憶素子部356、アンテナ部353は、上述したように蒸着、スパッタ法、CVD法、液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を用いて形成することができる。なお、各場所によって異なる方法を用いて形成してもかまわない。例えば、高速動作が必要とされるトランジスタ451は基板上にSi等からなる半導体層を形成した後に熱処理により結晶化させて設け、その後、素子形成層351の上方にスイッチング素子として機能するトランジスタ354を液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を用いて有機トランジスタとして設けることができる。   Further, as described above, the element formation layer 351, the memory element portion 356, and the antenna portion 353 can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, droplet discharge, screen printing, gravure printing, or the like. . Note that a different method may be used depending on each place. For example, the transistor 451 that requires high-speed operation is provided by forming a semiconductor layer made of Si or the like over a substrate and then crystallizing it by heat treatment. After that, a transistor 354 that functions as a switching element is provided above the element formation layer 351. An organic transistor can be provided by a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like.

なお、図7(B)に示す記憶素子部356において、第1の導電層371は絶縁層を介して素子形成層351のトランジスタ354のソースまたはドレイン電極と接続する構成を示しているが、もちろん図5に示すようにトランジスタのソースまたはドレイン電極と同一の層に形成することも可能である。また、図7(B)では、メモリセルごとに有機化合物層372を選択的に設けているが、もちろん図5に示したように全面に形成してもよい。メモリセルごとに有機化合物層を設ける場合には液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等を、全面に有機化合物層を設ける場合にはスピンコート法や蒸着法等を用いることが好ましい。   Note that in the memory element portion 356 illustrated in FIG. 7B, the first conductive layer 371 is connected to the source or drain electrode of the transistor 354 in the element formation layer 351 through an insulating layer. As shown in FIG. 5, it can be formed in the same layer as the source or drain electrode of the transistor. In FIG. 7B, the organic compound layer 372 is selectively provided for each memory cell, but may be formed over the entire surface as shown in FIG. When an organic compound layer is provided for each memory cell, it is preferable to use a droplet discharge method, a screen printing method or a gravure printing method, and when an organic compound layer is provided on the entire surface, a spin coating method or a vapor deposition method is preferably used.

次に、複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合の半導体装置の一構成例に関して図8を用いて説明する。なお、図8に関しては図7と異なる部分に関して説明を行う。   Next, a structure example of a semiconductor device in which a terminal portion is provided on a substrate provided with a plurality of elements and a memory element and an antenna provided on another terminal is connected to the terminal portion is described with reference to FIG. I will explain. Note that FIG. 8 will be described with respect to parts different from FIG.

図8(A)は、パッシブマトリクス型の有機メモリを有する半導体装置を示しており、基板350上に複数のトランジスタ451を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に有機メモリ素子を複数有する記憶素子部352が設けられ、基板365に設けられたアンテナ部357が素子形成層351のトランジスタ451と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層351の上方に記憶素子部352またはアンテナ部357を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部352を素子形成層351の下方や同一の層に、またはアンテナ部357を素子形成層351の下方に設けることも可能である。   FIG. 8A illustrates a semiconductor device having a passive matrix organic memory, in which an element formation layer 351 including a plurality of transistors 451 is provided over a substrate 350, and an organic memory element is provided above the element formation layer 351. And an antenna portion 357 provided over the substrate 365 is provided so as to be connected to the transistor 451 in the element formation layer 351. Note that although the case where the memory element portion 352 or the antenna portion 357 is provided above the element formation layer 351 is shown here, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 352 is provided below the element formation layer 351 or in the same layer. Alternatively, the antenna portion 357 can be provided below the element formation layer 351.

記憶素子部352に含まれる有機メモリ素子は、第1の導電層361と有機化合物層362と第2の導電層363が積層して設けられている。また、有機化合物層362の段切れや隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念される場合は、メモリセルごとに有機化合物層を分離するための絶縁層を設けてもよい。なお、記憶素子部352は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The organic memory element included in the memory element portion 352 is provided by stacking a first conductive layer 361, an organic compound layer 362, and a second conductive layer 363. In the case where there is a concern about the step of the organic compound layer 362 or the influence of the electric field in the lateral direction in adjacent memory cells, an insulating layer for separating the organic compound layer may be provided for each memory cell. Note that the memory element portion 352 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

また、素子形成層351と記憶素子部352とが形成される基板と、アンテナ部357が設けられた基板365は、接着性を有する樹脂375により貼り合わされている。そして、素子形成層351と導電層358とは樹脂375中に含まれる導電性微粒子359を介して電気的に接続されている。また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法を用いて素子形成層351と記憶素子部352とが形成される基板と、アンテナ部357が設けられた基板365とを貼り合わせてもよい。   Further, the substrate over which the element formation layer 351 and the memory element portion 352 are formed and the substrate 365 over which the antenna portion 357 is provided are attached to each other with an adhesive resin 375. The element formation layer 351 and the conductive layer 358 are electrically connected through conductive fine particles 359 included in the resin 375. In addition, a substrate on which the element formation layer 351 and the memory element portion 352 are formed using a conductive adhesive such as silver paste, copper paste, or carbon paste, or a method of performing solder bonding, and a substrate on which the antenna portion 357 is provided 365 may be bonded together.

図8(B)は、アクティブマトリクス型の有機メモリが設けられた半導体装置を示しており、基板350上にトランジスタ451、354を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に有機メモリ素子を複数有する記憶素子部356が設けられ、基板365に設けられたアンテナ部357が素子形成層と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層351においてトランジスタ451と同一の層にトランジスタ354を設け、素子形成層351の上方にアンテナ部357を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部356を素子形成層351の下方や同一の層に、またはアンテナ部357を素子形成層351の下方に設けることも可能である。   FIG. 8B illustrates a semiconductor device provided with an active matrix organic memory. An element formation layer 351 including transistors 451 and 354 is provided over a substrate 350, and an organic layer is formed above the element formation layer 351. A memory element portion 356 having a plurality of memory elements is provided, and an antenna portion 357 provided on the substrate 365 is provided so as to be connected to the element formation layer. Note that here, a case where the transistor 354 is provided in the same layer as the transistor 451 in the element formation layer 351 and the antenna portion 357 is provided above the element formation layer 351 is shown; however, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 356 is provided. Can be provided below the element formation layer 351 or in the same layer, or the antenna portion 357 can be provided below the element formation layer 351.

記憶素子部356に含まれる有機メモリ素子は、第1の導電層371と有機化合物層372と第2の導電層373が積層して設けられている。また、隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念される場合は、隣接する有機化合物層を分離するために絶縁層を設けてもよい。なお、記憶素子部356は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The organic memory element included in the memory element portion 356 is provided by stacking a first conductive layer 371, an organic compound layer 372, and a second conductive layer 373. In the case where there is a concern about the influence of the electric field in the lateral direction in adjacent memory cells, an insulating layer may be provided to separate adjacent organic compound layers. Note that the memory element portion 356 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

また、図8(B)においても素子形成層351と記憶素子部356とが設けられた基板と、アンテナ部357が設けられた基板は、導電性微粒子359を含む樹脂375により貼り合わせることにより設けることができる。   8B, the substrate provided with the element formation layer 351 and the memory element portion 356 and the substrate provided with the antenna portion 357 are provided by bonding with a resin 375 containing conductive fine particles 359. be able to.

このように、有機メモリおよびアンテナを備えた半導体装置を形成することができる。また、本実施の形態では、トランジスタ354、451として、基板350上に薄膜トランジスタを形成して設けているが、基板350としてSi等の半導体基板を用いて、基板をチャネル部として用いた電界効果トランジスタ(FET)を形成することによって設けてもよい。また、基板350としてSOI基板を用いて、当該基板に作り込んで設けてもよい。この場合、SOI基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをSi基板内に打ち込むことにより内部に絶縁層を形成するSIMOXと呼ばれる方法を用いて形成することができる。   Thus, a semiconductor device including an organic memory and an antenna can be formed. In this embodiment, a thin film transistor is formed over the substrate 350 as the transistors 354 and 451. However, a field effect transistor in which a semiconductor substrate such as Si is used as the substrate 350 and the substrate is used as a channel portion. You may provide by forming (FET). Alternatively, an SOI substrate may be used as the substrate 350 and may be provided over the substrate. In this case, the SOI substrate can be formed by using a method of bonding wafers or a method called SIMOX in which an insulating layer is formed inside by implanting oxygen ions into the Si substrate.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、薄膜トランジスタ、記憶素子およびアンテナを含む本発明の半導体装置の作製方法について、図面を参照して説明する。
Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(Embodiment 4)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention including a thin film transistor, a memory element, and an antenna will be described with reference to drawings.

まず、基板701の一表面に、剥離層702を形成する(図21(A))。基板701は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁層を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板701であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板701として、例えば、1辺が1メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。なお、本工程では、剥離層702は、基板701の全面に設けているが、必要に応じて、基板701の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法を用いて選択的に設けてもよい。また、基板701に接するように剥離層702を形成しているが、必要に応じて、基板701に接するように下地となる絶縁層を形成し、当該絶縁層に接するように剥離層702を形成してもよい。   First, the separation layer 702 is formed over one surface of the substrate 701 (FIG. 21A). As the substrate 701, a glass substrate, a quartz substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate with an insulating layer formed on one surface, a heat-resistant plastic substrate that can withstand the processing temperature in this step, or the like may be used. With such a substrate 701, there is no significant limitation on the area and shape thereof. For example, if the substrate 701 is a rectangular substrate having a side of 1 meter or more and a rectangular shape, productivity is remarkably improved. Can be made. Such an advantage is a great advantage compared to the case of using a circular silicon substrate. Note that although the separation layer 702 is provided over the entire surface of the substrate 701 in this step, the separation layer 702 may be selectively provided using a photolithography method after being provided over the entire surface of the substrate 701 as needed. Good. In addition, although the separation layer 702 is formed so as to be in contact with the substrate 701, an insulating layer serving as a base is formed so as to be in contact with the substrate 701 as necessary, and the separation layer 702 is formed so as to be in contact with the insulation layer. May be.

剥離層702は、公知の手段(スパッタリング法やプラズマCVD法等)により、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、鉛(Pb)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、珪素(Si)から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む層の構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。   The release layer 702 is formed by a known means (sputtering method, plasma CVD method, etc.) tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), cobalt An element selected from (Co), zirconium (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), lead (Pb), osmium (Os), iridium (Ir), silicon (Si) A layer formed of an alloy material or a compound material containing an element as a main component is formed as a single layer or a stacked layer. The structure of the layer containing silicon may be any of amorphous, microcrystalline, and polycrystalline.

剥離層702が単層構造の場合、例えば、タングステン層、モリブデン層またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。あるいは、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層またはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。また、タングステンの酸化物は、酸化タングステンと表記することがある。   In the case where the separation layer 702 has a single-layer structure, for example, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is formed. Alternatively, a layer containing tungsten oxide or oxynitride, a layer containing molybdenum oxide or oxynitride, or a layer containing oxide or oxynitride of a mixture of tungsten and molybdenum is formed. Note that the mixture of tungsten and molybdenum corresponds to, for example, an alloy of tungsten and molybdenum. The oxide of tungsten may be expressed as tungsten oxide.

剥離層702が積層構造の場合、1層目としてタングステン層、モリブデン層またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、2層目として、タングステン、モリブデンまたはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物又は窒化酸化物を形成する。   In the case where the separation layer 702 has a stacked structure, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is formed as a first layer, and an oxide or nitride of tungsten, molybdenum, or a mixture of tungsten and molybdenum is formed as a second layer Forming an oxide, oxynitride or nitride oxide.

なお、剥離層702として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化珪素を含む層を形成することで、タングステン層と酸化珪素層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。これは、タングステンの窒化物、酸化窒化物および窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。また、タングステンの酸化物は、WOxで表され、Xは2〜3であり、Xが2の場合(WO)、Xが2.5の場合(W)、Xが2.75の場合(W11)、Xが3の場合(WO)などがある。タングステンの酸化物を形成するにあたり、上記に挙げたXの値に特に制約はなく、エッチングレート等を基に、どの酸化物を形成するかを決めるとよい。なお、エッチングレートとして最も良いものは、酸素雰囲気下で、スパッタリング法により形成するタングステンの酸化物を含む層(WOx、0<X<3)である。従って、作製時間の短縮のため、剥離層として、酸素雰囲気下でスパッタリング法によりタングステンの酸化物を含む層を形成するとよい。また、剥離層として金属層と金属酸化物を含む層の積層構造で設ける場合、金属層を形成後、当該金属層にプラズマ処理を行うことによって金属層上に金属酸化膜を形成してもよい。プラズマ処理を行う場合、酸素雰囲気下や窒素雰囲気下またはNO雰囲気下等で行うことによって、金属膜上に金属酸化膜や金属酸窒化膜等を形成することができる。 Note that in the case where a stacked structure of a layer containing tungsten and a layer containing an oxide of tungsten is formed as the separation layer 702, a layer containing tungsten is formed, and a layer containing silicon oxide is formed thereover. The fact that a layer containing an oxide of tungsten is formed at the interface between the layer and the silicon oxide layer may be utilized. The same applies to the case where a layer containing tungsten nitride, oxynitride, and nitride oxide is formed. After a layer containing tungsten is formed, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, and a silicon nitride oxide layer are formed thereon. A layer may be formed. The oxide of tungsten is represented by WOx, X is 2 to 3, X is 2 (WO 2 ), X is 2.5 (W 2 O 5 ), and X is 2.75. (W 4 O 11 ) and X is 3 (WO 3 ). In forming the tungsten oxide, there is no particular limitation on the value of X mentioned above, and it is preferable to determine which oxide is formed based on the etching rate or the like. Note that the best etching rate is a layer containing tungsten oxide (WOx, 0 <X <3) formed by a sputtering method in an oxygen atmosphere. Therefore, in order to shorten the manufacturing time, a layer containing a tungsten oxide is preferably formed as the separation layer by a sputtering method in an oxygen atmosphere. In the case where the separation layer is provided with a stacked structure including a metal layer and a layer containing a metal oxide, a metal oxide film may be formed on the metal layer by performing plasma treatment on the metal layer after the metal layer is formed. . When plasma treatment is performed, a metal oxide film, a metal oxynitride film, or the like can be formed over the metal film by performing the treatment in an oxygen atmosphere, a nitrogen atmosphere, an N 2 O atmosphere, or the like.

次に、剥離層702を覆うように、下地となる絶縁層703を形成する。絶縁層703は、公知の手段(スパッタ法やプラズマCVD法等)により、珪素の酸化物または珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層で形成する。珪素の酸化物材料とは、珪素(Si)と酸素(O)を含む物質であり、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等が該当する。珪素の窒化物材料とは、珪素と窒素(N)を含む物質であり、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等が該当する。下地となる絶縁層が2層構造の場合、例えば、1層目として窒化酸化珪素層を形成し、2層目として酸化窒化珪素層を形成するとよい。下地となる絶縁層が3層構造の場合、1層目の絶縁層として酸化珪素層を形成し、2層目の絶縁層として窒化酸化珪素層を形成し、3層目の絶縁層として酸化窒化珪素層を形成するとよい。または、1層目の絶縁層として酸化窒化珪素層を形成し、2層目の絶縁層として窒化酸化珪素層を形成し、3層目の絶縁層として酸化窒化珪素層を形成するとよい。下地となる絶縁層は、基板701からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。   Next, an insulating layer 703 serving as a base is formed so as to cover the separation layer 702. The insulating layer 703 is formed as a single layer or a stacked layer including a silicon oxide or a silicon nitride by a known means (such as a sputtering method or a plasma CVD method). The silicon oxide material is a substance containing silicon (Si) and oxygen (O), and corresponds to silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like. The silicon nitride material is a substance containing silicon and nitrogen (N), and corresponds to silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like. In the case where the insulating layer serving as a base has a two-layer structure, for example, a silicon nitride oxide layer may be formed as the first layer and a silicon oxynitride layer may be formed as the second layer. When the underlying insulating layer has a three-layer structure, a silicon oxide layer is formed as the first insulating layer, a silicon nitride oxide layer is formed as the second insulating layer, and oxynitriding is performed as the third insulating layer A silicon layer may be formed. Alternatively, a silicon oxynitride layer may be formed as the first insulating layer, a silicon nitride oxide layer may be formed as the second insulating layer, and a silicon oxynitride layer may be formed as the third insulating layer. The insulating layer serving as a base functions as a blocking film that prevents impurities from entering from the substrate 701.

次に、絶縁層703上に、非晶質半導体層704(例えば非晶質珪素を含む層)を形成する。非晶質半導体層704は、公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により、25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。続いて、非晶質半導体層704を公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザ結晶化法を組み合わせた方法等)により結晶化して、結晶質半導体層を形成する。その後、得られた結晶質半導体層を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体層706〜710を形成する(図21(B))。   Next, an amorphous semiconductor layer 704 (eg, a layer containing amorphous silicon) is formed over the insulating layer 703. The amorphous semiconductor layer 704 is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 150 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, or the like). Subsequently, the amorphous semiconductor layer 704 is subjected to a known crystallization method (laser crystallization method, thermal crystallization method using an RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, crystallization A crystalline semiconductor layer is formed by crystallization by a combination of a thermal crystallization method using a promoting metal element and a laser crystallization method). After that, the obtained crystalline semiconductor layer is etched into a desired shape to form crystalline semiconductor layers 706 to 710 (FIG. 21B).

結晶質半導体層706〜710の作成工程の一例を以下に簡単に説明すると、まず、プラズマCVD法を用いて、膜厚66nmの非晶質半導体層を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体層上に保持させた後、非晶質半導体層に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体層を形成する。その後、必要に応じてレーザ光を照射し、フォトリソグラフィ法によって結晶質半導体層706〜710を形成する。レーザ結晶化法で結晶質半導体層を形成する場合、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いる。気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用いる。固体レーザとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmがドーピングされたYAG、YVO、YLF、YAlOなどの結晶を使ったレーザを用いる。 An example of a manufacturing process of the crystalline semiconductor layers 706 to 710 will be briefly described below. First, an amorphous semiconductor layer having a thickness of 66 nm is formed using a plasma CVD method. Next, after a solution containing nickel, which is a metal element for promoting crystallization, is held on the amorphous semiconductor layer, the amorphous semiconductor layer is subjected to dehydrogenation treatment (500 ° C., 1 hour), heat Crystallization treatment (550 ° C., 4 hours) is performed to form a crystalline semiconductor layer. Thereafter, laser light is irradiated as necessary, and crystalline semiconductor layers 706 to 710 are formed by a photolithography method. In the case of forming a crystalline semiconductor layer by a laser crystallization method, a continuous wave or pulsed gas laser or solid state laser is used. As the gas laser, excimer laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, Ti: sapphire laser, or the like is used. As the solid-state laser, a laser using a crystal such as YAG, YVO 4 , YLF, or YAlO 3 doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm is used.

また、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質半導体層の結晶化を行うと、低温で短時間の結晶化が可能となるうえ、結晶の方向が揃うという利点がある一方、金属元素が結晶質半導体層に残存するためにオフ電流が上昇し、特性が安定しないという欠点がある。そこで、結晶質半導体層上に、ゲッタリングサイトとして機能する非晶質半導体層を形成するとよい。ゲッタリングサイトとなる非晶質半導体層には、リンやアルゴンの不純物元素を含有させる必要があるため、好適には、アルゴンを高濃度に含有させることが可能なスパッタ法で形成するとよい。その後、加熱処理(RTA法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等)を行って、非晶質半導体層中に金属元素を拡散させ、続いて、当該金属元素を含む非晶質半導体層を除去する。そうすると、結晶質半導体層中の金属元素の含有量を低減又は除去することができる。   In addition, when an amorphous semiconductor layer is crystallized using a metal element that promotes crystallization, it is possible to crystallize at a low temperature for a short time and the crystal orientation is aligned. Remains in the crystalline semiconductor layer, resulting in an increase in off-current and unstable characteristics. Therefore, an amorphous semiconductor layer functioning as a gettering site is preferably formed over the crystalline semiconductor layer. Since the amorphous semiconductor layer serving as a gettering site needs to contain an impurity element such as phosphorus or argon, it is preferably formed by a sputtering method that can contain argon at a high concentration. After that, heat treatment (RTA method or thermal annealing using a furnace annealing furnace) is performed to diffuse the metal element in the amorphous semiconductor layer, and then the amorphous semiconductor layer containing the metal element is removed. To do. Then, the content of the metal element in the crystalline semiconductor layer can be reduced or removed.

次に、結晶質半導体層706〜710を覆うゲート絶縁層705を形成する。ゲート絶縁層705は、公知の手段(プラズマCVD法やスパッタ法)により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素を含む層、酸化窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層を、単層又は積層して形成する。   Next, a gate insulating layer 705 is formed to cover the crystalline semiconductor layers 706 to 710. The gate insulating layer 705 is formed as a single layer or a stack of layers containing silicon oxide or silicon nitride by a known means (plasma CVD method or sputtering method). Specifically, a layer containing silicon oxide, a layer containing silicon oxynitride, or a layer containing silicon nitride oxide is formed as a single layer or a stacked layer.

次に、ゲート絶縁層705上に、第1の導電層と第2の導電層を積層して形成する。第1の導電層は、公知の手段(プラズマCVD法やスパッタリング法)により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電層は、公知の手段により、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導電層と第2の導電層は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第1の導電層と第2の導電層の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル層とタングステン層、窒化タングステン層とタングステン層、窒化モリブデン層とモリブデン層等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電層と第2の導電層を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層構造ではなく、3層構造の場合は、モリブデン層とアルミニウム層とモリブデン層の積層構造を採用するとよい。   Next, a first conductive layer and a second conductive layer are stacked over the gate insulating layer 705. The first conductive layer is formed with a thickness of 20 to 100 nm by a known means (plasma CVD method or sputtering method). The second conductive layer is formed with a thickness of 100 to 400 nm by a known means. The first conductive layer and the second conductive layer include tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), niobium ( Nb) or the like or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus is used. Examples of the combination of the first conductive layer and the second conductive layer include a tantalum nitride layer and a tungsten layer, a tungsten nitride layer and a tungsten layer, a molybdenum nitride layer and a molybdenum layer, and the like. Since tungsten and tantalum nitride have high heat resistance, heat treatment for thermal activation can be performed after the formation of the first conductive layer and the second conductive layer. In the case of a three-layer structure instead of a two-layer structure, a stacked structure of a molybdenum layer, an aluminum layer, and a molybdenum layer may be employed.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、ゲート電極として機能する導電層716〜725(ゲート電極層とよぶことがある)を形成する。   Next, a resist mask is formed using a photolithography method, etching treatment for forming a gate electrode and a gate line is performed, and conductive layers 716 to 725 functioning as gate electrodes (referred to as gate electrode layers) Form).

次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体層706、708〜710に、イオンドープ法又はイオン注入法により、N型を付与する不純物元素を低濃度に添加して、N型不純物領域711、713〜715とチャネル形成領域780、782〜784を形成する。N型を付与する不純物元素は、15族に属する元素を用いれば良く、例えばリン(P)、砒素(As)を用いる。   Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting N-type is added to the crystalline semiconductor layers 706 and 708 to 710 at a low concentration by ion doping or ion implantation. N-type impurity regions 711 and 713 to 715 and channel formation regions 780 and 782 to 784 are formed. The impurity element imparting N-type may be an element belonging to Group 15, for example, phosphorus (P) or arsenic (As).

次に、フォトリソグラフィ法によりレジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体層707に、P型を付与する不純物元素を添加して、P型不純物領域712とチャネル形成領域781を形成する。P型を付与する不純物元素は、例えばボロン(B)を用いる。   Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting P-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layer 707 to form a P-type impurity region 712 and a channel formation region 781. For example, boron (B) is used as the impurity element imparting P-type.

次に、ゲート絶縁層705と導電層716〜725を覆うように、絶縁層を形成する。絶縁層は、公知の手段(プラズマCVD法やスパッタ法)により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む層や、有機樹脂などの有機材料を含む層を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁層を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電層716〜725の側面に接する絶縁層(サイドウォールともよばれる)739〜743を形成する(図21(C))。また、絶縁層739〜743の作製と同時に、絶縁層705がエッチングされた絶縁層734〜738を形成する。絶縁層739〜743は、後にLDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。   Next, an insulating layer is formed so as to cover the gate insulating layer 705 and the conductive layers 716 to 725. The insulating layer may be a single layer or a layer containing an inorganic material such as silicon, silicon oxide or silicon nitride, or an organic material such as an organic resin by a known means (plasma CVD method or sputtering method). It is formed by stacking. Next, the insulating layer is selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction to form insulating layers (also referred to as sidewalls) 739 to 743 that are in contact with the side surfaces of the conductive layers 716 to 725 (see FIG. 21 (C)). At the same time as the formation of the insulating layers 739 to 743, insulating layers 734 to 738 obtained by etching the insulating layer 705 are formed. The insulating layers 739 to 743 are used as a mask for doping when an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed later.

次に、フォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストからなるマスクと、絶縁層739〜743をマスクとして用いて、結晶質半導体層706、708〜710にN型を付与する不純物元素を添加して、第1のN型不純物領域(LDD領域ともよぶ)727、729、731、733と、第2のN型不純物領域726、728、730、732とを形成する。第1のN型不純物領域(ソース、ドレイン領域ともよぶ)727、729、731、733が含む不純物元素の濃度は、第2のN型不純物領域726、728、730、732の不純物元素の濃度よりも低い。上記工程を経て、N型の薄膜トランジスタ744、746〜748と、P型の薄膜トランジスタ745が完成する。   Next, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 706 and 708 to 710 using a mask made of a resist formed by a photolithography method and the insulating layers 739 to 743 as masks. First N-type impurity regions (also referred to as LDD regions) 727, 729, 731, 733 and second N-type impurity regions 726, 728, 730, 732 are formed. The concentration of the impurity element contained in the first N-type impurity regions (also referred to as source and drain regions) 727, 729, 731, and 733 is higher than the concentration of the impurity elements in the second N-type impurity regions 726, 728, 730, and 732. Is also low. Through the above steps, N-type thin film transistors 744 and 746 to 748 and a P-type thin film transistor 745 are completed.

なお、LDD領域を形成するためには、サイドウォールの絶縁層をマスクとして用いる手法がある。サイドウォールの絶縁層をマスクとして用いる手法は、LDD領域の幅の制御が容易であり、また、LDD領域を確実に形成することができる。   In order to form the LDD region, there is a method using an insulating layer of a sidewall as a mask. The technique using the sidewall insulating layer as a mask makes it easy to control the width of the LDD region, and the LDD region can be reliably formed.

続いて、薄膜トランジスタ744〜748を覆うように、絶縁層を単層又は積層して形成する(図22(A))。薄膜トランジスタ744〜748を覆う絶縁層は、公知の手段(SOG法、液滴吐出法等)により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の有機材料等により、単層又は積層で形成する。例えば、薄膜トランジスタ744〜748を覆う絶縁層が3層構造の場合、1層目の絶縁層749として酸化珪素を含む層を形成し、2層目の絶縁層750として樹脂を含む層を形成し、3層目の絶縁層751として窒化珪素を含む層を形成するとよい。   Subsequently, an insulating layer is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the thin film transistors 744 to 748 (FIG. 22A). The insulating layer covering the thin film transistors 744 to 748 is formed by a known means (SOG method, droplet discharge method, etc.), an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride, polyimide, polyamide, benzocyclobutene, acrylic, epoxy. It is formed of a single layer or a laminated layer using an organic material such as siloxane. For example, when the insulating layer covering the thin film transistors 744 to 748 has a three-layer structure, a layer containing silicon oxide is formed as the first insulating layer 749, and a layer containing resin is formed as the second insulating layer 750, A layer containing silicon nitride is preferably formed as the third insulating layer 751.

なお、絶縁層749〜751を形成する前、又は絶縁層749〜751のうちの1つ又は複数の薄膜を形成した後に、半導体層の結晶性の回復や半導体層に添加された不純物元素の活性化、半導体層の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザアニール法又はRTA法などを適用するとよい。   Note that before the insulating layers 749 to 751 are formed or after one or more thin films of the insulating layers 749 to 751 are formed, the crystallinity of the semiconductor layer is restored and the activity of the impurity element added to the semiconductor layer is increased. Heat treatment for the purpose of hydrogenation of the semiconductor layer is preferably performed. For the heat treatment, thermal annealing, laser annealing, RTA, or the like is preferably applied.

次に、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁層749〜751をエッチングして、N型不純物領域726、728〜732、P型不純物領域712を露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電層を形成し、当該導電層をパターン加工して、ソースドレイン配線として機能する導電層752〜761を形成する。   Next, the insulating layers 749 to 751 are etched using photolithography to form contact holes that expose the N-type impurity regions 726 and 728 to 732 and the P-type impurity region 712. Subsequently, a conductive layer is formed so as to fill the contact hole, and the conductive layer is patterned to form conductive layers 752 to 761 functioning as source / drain wirings.

導電層752〜761は、公知の手段(プラズマCVD法やスパッタリング法)により、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ネオジウム(Nd)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電層752〜761は、例えば、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層とバリア層の積層構造、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層と窒化チタン層とバリア層の積層構造を採用するとよい。なお、バリア層とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電層752〜761を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンを含むバリア層を形成すると、結晶質半導体層上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体層と良好なコンタクトをとることができる。   The conductive layers 752 to 761 are made of an element selected from titanium (Ti), aluminum (Al), and neodymium (Nd) by known means (plasma CVD method or sputtering method), or an alloy containing these elements as a main component. The material or compound material is formed as a single layer or a stacked layer. The alloy material containing aluminum as a main component corresponds to, for example, a material containing aluminum as a main component and containing nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon. For example, the conductive layers 752 to 761 employ a laminated structure of a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer, and a barrier layer, and a laminated structure of a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer, a titanium nitride layer, and a barrier layer. Good. Note that the barrier layer corresponds to a thin film formed of titanium, a nitride of titanium, molybdenum, or a nitride of molybdenum. Aluminum and aluminum silicon are optimal materials for forming the conductive layers 752 to 761 because they have low resistance and are inexpensive. In addition, when an upper layer and a lower barrier layer are provided, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be prevented. In addition, when a barrier layer containing titanium, which is a highly reducing element, is formed, even if a thin natural oxide film is formed on the crystalline semiconductor layer, the natural oxide film is reduced, and the crystalline semiconductor layer is excellent. Contact can be made.

次に、導電層752〜761を覆うように、絶縁層762を形成する(図22(B))。絶縁層762は、公知の手段(SOG法、液滴吐出法等)を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁層762は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。   Next, an insulating layer 762 is formed so as to cover the conductive layers 752 to 761 (FIG. 22B). The insulating layer 762 is formed as a single layer or a stacked layer using an inorganic material or an organic material by a known means (SOG method, droplet discharge method, or the like). The insulating layer 762 is preferably formed with a thickness of 0.75 to 3 μm.

続いて、フォトリソグラフィ法を用いて絶縁層762をエッチングして、導電層757、759、761を露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電層を形成する。導電層は、公知の手段(プラズマCVD法やスパッタリング法)を用いて、導電性材料により形成する。次に、導電層をパターン加工して、導電層763〜765を形成する。なお、導電層763、764は、記憶素子が含む一対の導電層のうちの一方の導電層となる。従って、好適には、導電層763〜765は、チタン、又はチタンを主成分とする合金材料若しくは化合物材料により、単層又は積層で形成するとよい。チタンは、抵抗値が低いため、記憶素子のサイズの縮小につながり、高集積化を実現することができる。また、導電層763〜765を形成するためのエッチング工程においては、下層の薄膜トランジスタ744〜748にダメージを与えないために、ウエットエッチング加工を行うとよく、エッチング剤にはフッ化水素(HF)又はアンモニア過水を用いるとよい。   Subsequently, the insulating layer 762 is etched by photolithography to form contact holes that expose the conductive layers 757, 759, and 761. Subsequently, a conductive layer is formed so as to fill the contact hole. The conductive layer is formed of a conductive material using a known means (plasma CVD method or sputtering method). Next, the conductive layer is patterned to form conductive layers 763 to 765. Note that the conductive layers 763 and 764 serve as one of a pair of conductive layers included in the memory element. Therefore, the conductive layers 763 to 765 are preferably formed as a single layer or a stacked layer using titanium, or an alloy material or compound material containing titanium as a main component. Since titanium has a low resistance value, it leads to a reduction in the size of the memory element, and high integration can be realized. In the etching step for forming the conductive layers 763 to 765, wet etching may be performed in order to prevent damage to the thin film transistors 744 to 748, and the etching agent may be hydrogen fluoride (HF) or Ammonia hydrogen peroxide may be used.

次に、導電層763〜765を覆うように、絶縁層766を形成する。絶縁層766は、公知の手段(SOG法、液滴吐出法等)を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁層766は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。続いて、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁層766をエッチングして、導電層763〜765を露出させるコンタクトホール767〜769を形成する。   Next, an insulating layer 766 is formed so as to cover the conductive layers 763 to 765. The insulating layer 766 is formed as a single layer or a stacked layer using an inorganic material or an organic material by a known means (SOG method, droplet discharge method, or the like). The insulating layer 766 is preferably formed with a thickness of 0.75 μm to 3 μm. Subsequently, the insulating layer 766 is etched by photolithography to form contact holes 767 to 769 that expose the conductive layers 763 to 765.

次に、導電層765に接し、アンテナとして機能する導電層786を形成する(図23(A))。導電層786は、公知の手段(プラズマCVD法、スパッタリング法、印刷法、液滴吐出法)を用いて、導電性材料により形成する。好ましくは、導電層786は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。具体的には、導電層786は、スクリーン印刷法により、銀を含むペーストを用いて形成し、その後、50〜350度の加熱処理を行って形成する。又は、スパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、当該アルミニウム層をパターン加工することにより形成する。アルミニウム層のパターン加工は、ウエットエッチング加工を用いるとよく、ウエットエッチング加工後は200〜300度の加熱処理を行うとよい。   Next, a conductive layer 786 which functions as an antenna is formed in contact with the conductive layer 765 (FIG. 23A). The conductive layer 786 is formed using a conductive material by a known method (plasma CVD method, sputtering method, printing method, droplet discharge method). Preferably, the conductive layer 786 is an element selected from aluminum (Al), titanium (Ti), silver (Ag), and copper (Cu), or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component. It is formed by layer or lamination. Specifically, the conductive layer 786 is formed by a screen printing method using a paste containing silver, and then heat-treated at 50 to 350 degrees. Alternatively, an aluminum layer is formed by a sputtering method, and the aluminum layer is formed by patterning. For the pattern processing of the aluminum layer, wet etching processing may be used, and after the wet etching processing, heat treatment at 200 to 300 degrees may be performed.

次に、導電層763、764に接するように有機化合物層787を形成する(図23(B))。有機化合物層787は、液滴吐出法、スピンコート法、スクリーン印刷法等により形成する。続いて、有機化合物層787に接するように、導電層771を形成する。導電層771は、公知の手段(スパッタリング法や蒸着法)により形成する。   Next, an organic compound layer 787 is formed so as to be in contact with the conductive layers 763 and 764 (FIG. 23B). The organic compound layer 787 is formed by a droplet discharge method, a spin coating method, a screen printing method, or the like. Subsequently, a conductive layer 771 is formed so as to be in contact with the organic compound layer 787. The conductive layer 771 is formed by a known means (a sputtering method or a vapor deposition method).

以上の工程を経て、導電層763、有機化合物層787および導電層771の積層体からなる記憶素子789と、導電層764、有機化合物層787および導電層771の積層体からなる記憶素子790が完成する。   Through the above steps, a memory element 789 including a stack of the conductive layer 763, the organic compound layer 787, and the conductive layer 771, and a memory element 790 including a stack of the conductive layer 764, the organic compound layer 787, and the conductive layer 771 are completed. To do.

なお、上記の作製工程では、有機化合物層787の耐熱性が強くないため、アンテナとして機能する導電層786を形成する工程の後に、有機化合物層787を形成する工程を行うことを特徴とする。   Note that the above manufacturing process is characterized in that the organic compound layer 787 is formed after the step of forming the conductive layer 786 functioning as an antenna because the heat resistance of the organic compound layer 787 is not strong.

次に、記憶素子789、790、アンテナとして機能する導電層786を覆うように、公知の手段(SOG法、液滴吐出法等)により、保護層として機能する絶縁層772を形成する。絶縁層772は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などの炭素を含む層、窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層、有機材料により形成し、好ましくはエポキシ樹脂により形成する。   Next, an insulating layer 772 functioning as a protective layer is formed by a known means (SOG method, droplet discharge method, or the like) so as to cover the memory elements 789 and 790 and the conductive layer 786 functioning as an antenna. The insulating layer 772 is formed of a layer containing carbon such as DLC (diamond-like carbon), a layer containing silicon nitride, a layer containing silicon nitride oxide, or an organic material, and preferably formed of an epoxy resin.

次に、薄膜集積回路791を基板701から剥離する。ここでは、レーザ光(例えばUV光)を照射することによって開口部773、774を形成後(図24(A))、物理的な力を用いて基板701から薄膜集積回路791を剥離することができる。また、開口部773、774を形成後、基板701から薄膜集積回路791を剥離する前に、開口部773、774にエッチング剤を導入して、剥離層702を除去した後(図24(B))に剥離してもよい。エッチング剤は、フッ化ハロゲンまたはハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素(ClF)を使用する。そうすると、薄膜集積回路791は、基板701から剥離された状態となる。なお、剥離層702は、全て除去せず一部分を残存させてもよい。こうすることによって、エッチング剤の消費量を抑え剥離層の除去に要する処理時間を短縮することが可能となる。また、剥離層702の除去を行った後にも、基板701上に薄膜集積回路791を保持しておくことが可能となる。 Next, the thin film integrated circuit 791 is peeled from the substrate 701. Here, after the openings 773 and 774 are formed by irradiation with laser light (for example, UV light) (FIG. 24A), the thin film integrated circuit 791 can be peeled from the substrate 701 using physical force. it can. Further, after the openings 773 and 774 are formed, before the thin film integrated circuit 791 is peeled from the substrate 701, an etching agent is introduced into the openings 773 and 774 and the peeling layer 702 is removed (FIG. 24B). ) May be peeled off. As the etchant, a gas or liquid containing halogen fluoride or an interhalogen compound is used. For example, chlorine trifluoride (ClF 3 ) is used as a gas containing halogen fluoride. Then, the thin film integrated circuit 791 is peeled from the substrate 701. Note that the peeling layer 702 may be partially left without being completely removed. By doing so, it is possible to suppress the consumption of the etching agent and shorten the processing time required for removing the release layer. Further, the thin film integrated circuit 791 can be held on the substrate 701 even after the peeling layer 702 is removed.

薄膜集積回路791が剥離された基板701は、コストの削減のために、再利用するとよい。また、絶縁層772は、剥離層702を除去した後に、薄膜集積回路791が飛散しないように形成したものである。薄膜集積回路791は小さく薄く軽いために、剥離層702を除去した後は、基板701に密着していないために飛散しやすい。しかしながら、薄膜集積回路791上に絶縁層772を形成することで、薄膜集積回路791に重みが付き、基板701からの飛散を防止することができる。また、薄膜集積回路791単体では薄くて軽いが、絶縁層772を形成することで、巻かれた形状になることがなく、ある程度の強度を確保することができる。   The substrate 701 from which the thin film integrated circuit 791 is peeled is preferably reused for cost reduction. The insulating layer 772 is formed so that the thin film integrated circuit 791 is not scattered after the peeling layer 702 is removed. Since the thin film integrated circuit 791 is small and thin, the thin film integrated circuit 791 is likely to be scattered after being removed from the substrate 701 after the peeling layer 702 is removed. However, by forming the insulating layer 772 over the thin film integrated circuit 791, the thin film integrated circuit 791 is weighted and scattering from the substrate 701 can be prevented. In addition, although the thin film integrated circuit 791 is thin and light, the insulating layer 772 is formed, so that a certain shape of strength can be secured without forming a wound shape.

次に、薄膜集積回路791の一方の面を、第1の基体776に接着させて、基板701から完全に剥離する(図25)。続いて、薄膜集積回路791の他方の面を、第2の基体775に接着させ、その後加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って、薄膜集積回路791を、第1の基体776と第2の基体775により封止する。第1の基体776と第2の基体775は、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム(ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等)と接着性合成樹脂フィルム(アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等)との積層フィルムなどを用いることができる。フィルムは、熱圧着により、被処理体と加熱処理と加圧処理が行われるものであり、加熱処理と加圧処理を行う際には、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層(接着層ではない)を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。また、第1の基体776と第2の基体775の表面には接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層を用いることができる。   Next, one surface of the thin film integrated circuit 791 is adhered to the first base body 776 and completely peeled from the substrate 701 (FIG. 25). Subsequently, the other surface of the thin film integrated circuit 791 is bonded to the second substrate 775, and then one or both of heat treatment and pressure treatment are performed, so that the thin film integrated circuit 791 is bonded to the first substrate 776 and the first substrate 776. Sealing with the second substrate 775 is performed. The first substrate 776 and the second substrate 775 are a film made of polypropylene, polyester, vinyl, polyvinyl fluoride, vinyl chloride, a paper made of a fibrous material, a base film (polyester, polyamide, inorganic vapor deposition film, A laminated film of a paper or the like) and an adhesive synthetic resin film (acrylic synthetic resin, epoxy synthetic resin, etc.) can be used. The film is subjected to heat treatment and pressure treatment by thermocompression bonding. When the heat treatment and pressure treatment are performed, the film is either an adhesive layer provided on the outermost surface of the film or the A layer (not an adhesive layer) provided in the outer layer is melted by heat treatment and bonded by pressure. In addition, an adhesive layer may be provided on the surfaces of the first base body 776 and the second base body 775, or the adhesive layer may not be provided. As the adhesive layer, a layer containing an adhesive such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an epoxy resin adhesive, or a resin additive can be used.

以上の工程により、記憶素子およびアンテナを有する半導体装置を作製することができる。また、上記工程により、可撓性を有する半導体装置を得ることができる。   Through the above steps, a semiconductor device including a memory element and an antenna can be manufactured. In addition, a flexible semiconductor device can be obtained through the above steps.

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる半導体装置の作製方法に関して説明する。
Note that this embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.
(Embodiment 5)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device, which is different from that in the above embodiment, will be described.

まず、基板400上にノズル410から導電性を有する組成物を選択的に吐出することによって、配線および電極として機能する導電層401a、401bを形成する(図11(A))。なお、基板400上に保護膜として下地絶縁層をあらかじめ設けておいてもよい。また、当該下地絶縁層にピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ等の短パルスレーザを照射して表面に凹部を形成してもよい。そうすると、組成物を吐出する際に、導電層401a、401bを配置する位置を正確に制御することができる。   First, conductive layers 401a and 401b functioning as wirings and electrodes are formed by selectively discharging a conductive composition from a nozzle 410 over a substrate 400 (FIG. 11A). Note that a base insulating layer may be provided over the substrate 400 as a protective film in advance. Alternatively, the base insulating layer may be irradiated with a short pulse laser such as a picosecond laser or a femtosecond laser to form a recess on the surface. Then, when the composition is discharged, the positions where the conductive layers 401a and 401b are disposed can be accurately controlled.

次に、ノズル410から導電性を有する組成物を選択的に吐出することによって、導電層402を形成する(図11(B))。なお、導電層402は導電層401bと同時に形成してもよく、特に、導電層401bと導電層402の材料が同じである場合には同時に設けることが好ましい。   Next, the conductive layer 402 is formed by selectively discharging a conductive composition from the nozzle 410 (FIG. 11B). Note that the conductive layer 402 may be formed at the same time as the conductive layer 401b. In particular, the conductive layer 402 is preferably provided at the same time when the materials of the conductive layer 401b and the conductive layer 402 are the same.

次に、選択的に組成物を吐出して導電層401a、401bを覆うように半導体層403を形成し、当該半導体層403を覆うように絶縁層404を形成する。その後、導電層401aと401bの間にゲート電極として機能する導電層(以下、ゲート電極405と記す)を形成する(図11(C))。導電層401aと401b間には、凹部が形成されているため、組成物を吐出してゲート電極405を設ける際に、位置を制御することが可能となる。   Next, the semiconductor layer 403 is formed so as to cover the conductive layers 401 a and 401 b by selectively discharging a composition, and the insulating layer 404 is formed so as to cover the semiconductor layer 403. After that, a conductive layer functioning as a gate electrode (hereinafter referred to as a gate electrode 405) is formed between the conductive layers 401a and 401b (FIG. 11C). Since a concave portion is formed between the conductive layers 401a and 401b, the position can be controlled when the gate electrode 405 is provided by discharging the composition.

次に、導電層401a、401b、半導体層403、絶縁層404およびゲート電極405を覆うように絶縁性を有する組成物を選択的に吐出して絶縁層406を形成する(図11(D))。   Next, an insulating composition 406 is formed by selectively discharging an insulating composition so as to cover the conductive layers 401a and 401b, the semiconductor layer 403, the insulating layer 404, and the gate electrode 405 (FIG. 11D). .

次に、組成物を選択的に吐出して導電層402と接するように有機化合物層407を形成し、当該有機化合物層407上に導電層408を形成する。なお、有機化合物層407は全面に設けてもよいし、導電層402に接する有ように選択的に設けてもよい(図11(E))。このように、導電層402、有機化合物層407および導電層408の積層体によって記憶素子409が形成される。   Next, the organic compound layer 407 is formed so as to be in contact with the conductive layer 402 by selectively discharging the composition, and the conductive layer 408 is formed over the organic compound layer 407. Note that the organic compound layer 407 may be provided over the entire surface or may be selectively provided so as to be in contact with the conductive layer 402 (FIG. 11E). In this manner, the memory element 409 is formed by a stacked body of the conductive layer 402, the organic compound layer 407, and the conductive layer 408.

以上の工程により、アクティブマトリクス型の有機メモリ素子を形成することができる。図11では、全ての工程に液滴吐出法を用いた場合を示したが、本実施の形態はこれに限られず、各工程において、蒸着法、CVD法、スパッタ法、スピンコート法、スクリーン印刷またはグラビア印刷等の他の方法を用いて形成することが可能である。また、工程ごとに別々の方法を用いて、つまり上述した方法を組み合わせてもよい。例えば、導電層401a、401bを液滴吐出法で形成し、半導体層403を蒸着法により形成し、有機化合物層407をスピンコート法により形成することができる。なお、各工程で用いる材料等に関して以下に説明する。   Through the above steps, an active matrix organic memory element can be formed. Although FIG. 11 shows the case where the droplet discharge method is used for all the steps, this embodiment is not limited to this, and in each step, a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, a spin coating method, a screen printing method is used. Alternatively, it can be formed using other methods such as gravure printing. Moreover, you may combine the method mentioned above using a separate method for every process, ie, the above-mentioned method. For example, the conductive layers 401a and 401b can be formed by a droplet discharge method, the semiconductor layer 403 can be formed by an evaporation method, and the organic compound layer 407 can be formed by a spin coating method. The materials used in each process will be described below.

基板400としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレスを含む金属基板または半導体基板の表面に絶縁層を形成したものを用いても良い。PET等のプラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。なお、基板400の表面を、CMP法などの研磨により平坦化しておいても良い。   As the substrate 400, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a metal substrate containing stainless steel or a semiconductor substrate with an insulating layer formed on the surface thereof may be used. A substrate made of a synthetic resin having flexibility such as plastic such as PET generally has a lower heat-resistant temperature than the above-mentioned substrate, but it should be used if it can withstand the processing temperature in the manufacturing process. Is possible. Note that the surface of the substrate 400 may be planarized by polishing such as a CMP method.

導電層401a、401bとしては、導電性材料であれば特に限定されず、Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、W、Al等の金属、金属化合物を1つまたは複数有する導電性材料を用いることができる。他にもドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)の錯体等も用いることができる。   The conductive layers 401a and 401b are not particularly limited as long as they are conductive materials, and have one or more metals such as Ag, Au, Cu, Pd, Cr, Mo, Ti, Ta, W, and Al, or a metal compound. A conductive material can be used. In addition, known conductive polymers whose conductivity has been improved by doping, such as conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS) complex, etc. are also used. be able to.

導電層402としては、上記導電層401a、401bと同様の材料を用いて形成すればよい。また、他にも透明導電材料を用いてもよい。特に、光学的作用を加えてデータの書き込みを行う際には透明導電材料を用いることが好ましい。透明導電材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。酸化珪素を含む酸化インジウムスズや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムにさらに2〜20wt%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したものを用いても良い。   The conductive layer 402 may be formed using a material similar to that of the conductive layers 401a and 401b. In addition, a transparent conductive material may be used. In particular, a transparent conductive material is preferably used when data is written by applying an optical action. As the transparent conductive material, other light-transmitting oxide conductive materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), gallium-added zinc oxide (GZO) can be used. It is. Indium tin oxide containing silicon oxide or indium oxide containing silicon oxide mixed with 2 to 20 wt% zinc oxide (ZnO) may be used.

半導体層403としては、半導体元素(シリコン、ゲルマニウム等)の単体または合金、有機半導体材料等を用いることができる。有機半導体材料とは、半導体的な電気的性質を示す有機化合物のことであり、その構造は、骨格が共役二重結合から構成されるπ電子共役系の高分子材料が望ましい。具体的には、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリチオフェン誘導体等の可溶性の高分子材料を用いることができる。また、他にもペンタセンやナフタセン等の材料を用いてもよい。本明細書では、半導体層に有機半導体材料等の有機材料を用いたトランジスタを有機トランジスタとよぶ。本実施の形態では、上記有機半導体材料を液滴吐出法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、スピンコート法または蒸着法等により形成することができる。   As the semiconductor layer 403, a single element or an alloy of a semiconductor element (silicon, germanium, or the like), an organic semiconductor material, or the like can be used. The organic semiconductor material is an organic compound exhibiting semiconducting electrical properties, and the structure is preferably a π-electron conjugated polymer material whose skeleton is composed of conjugated double bonds. Specifically, soluble polymer materials such as polyphenylene vinylene, polythiophene, poly (3-alkylthiophene), and polythiophene derivatives can be used. In addition, other materials such as pentacene and naphthacene may be used. In this specification, a transistor using an organic material such as an organic semiconductor material for a semiconductor layer is referred to as an organic transistor. In this embodiment mode, the organic semiconductor material can be formed by a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, a spin coating method, an evaporation method, or the like.

絶縁層404、絶縁層406としては、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素などの無機絶縁層、ポリビニルフェノール、ポリイミド、シロキサン等の絶縁層などを用いることができる。また、ポリビニルフェノール、ポリイミドまたはシロキサンは、液滴吐出法、印刷法またはスピンコート法を用いることによって効率的に形成することができる。シロキサンは、その構造により、例えば、シリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどに分類することができる。また、Si−N結合を有するポリマー(ポリシラザン)を含む材料で絶縁層を形成してもよい。またこれらの膜を積層して絶縁層を形成してもよい。   As the insulating layer 404 and the insulating layer 406, an inorganic insulating layer such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide, an insulating layer such as polyvinylphenol, polyimide, or siloxane can be used. Polyvinylphenol, polyimide, or siloxane can be efficiently formed by using a droplet discharge method, a printing method, or a spin coating method. Siloxanes can be classified according to their structure into, for example, silica glass, alkylsiloxane polymers, alkylsilsesquioxane polymers, hydrogenated silsesquioxane polymers, hydrogenated alkylsilsesquioxane polymers, and the like. Alternatively, the insulating layer may be formed using a material containing a polymer having an Si—N bond (polysilazane). Alternatively, an insulating layer may be formed by stacking these films.

有機化合層407は、上記実施の形態で示した有機化合物材料のいずれかを用いて形成することができる。   The organic compound layer 407 can be formed using any of the organic compound materials described in the above embodiment modes.

導電層408としては、上記導電層401a、401b、402で示した材料のうちいずれかを用いて形成することができる。   The conductive layer 408 can be formed using any of the materials shown for the conductive layers 401a, 401b, and 402.

また、上記構成において、導電層402と有機化合物層407との間、または有機化合物層407と導電層408との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子として、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードを設けることができる。例えば、N型半導体層およびP型半導体層を積層させて設けられたPN接合ダイオードを用いることができる。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、1つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出し精度が向上する。なお、ダイオードを設ける場合、PN接合を有するダイオードではなく、PIN接合を有するダイオードやアバランシェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。   In the above structure, a rectifying element may be provided between the conductive layer 402 and the organic compound layer 407 or between the organic compound layer 407 and the conductive layer 408. As a rectifying element, a transistor or a diode in which a gate electrode and a drain electrode are connected can be provided. For example, a PN junction diode provided by stacking an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer can be used. In this way, by providing a rectifying diode, current flows only in one direction, so that errors are reduced and reading accuracy is improved. Note that when a diode is provided, a diode having another structure such as a diode having a PIN junction or an avalanche diode may be used instead of a diode having a PN junction.

また、図11ではソースおよびドレイン電極よりゲート電極が上方に位置するトップゲート(順スタガ)構造に関して示したが、もちろんソースおよびドレイン電極よりゲート電極が下方に位置するボトムゲート(逆スタガ)構造で設けることも可能である。ボトムゲート構造で設けた場合に関して図13(A)に示す。   FIG. 11 shows a top gate (forward stagger) structure in which the gate electrode is located above the source and drain electrodes. Of course, a bottom gate (reverse stagger) structure in which the gate electrode is located below the source and drain electrodes is shown. It is also possible to provide it. FIG. 13A shows the case where a bottom gate structure is provided.

図13(A)では、基板400上にゲート電極425、絶縁層424、半導体層423、ソースまたはドレイン電極として機能する導電層421a、421b、絶縁層426、有機化合物層427および導電層428が順に積層して形成される。また、材料や形成方法は、上記図11と同様の材料や方法を用いて行うことができる。なお、この場合も、導電層421bと有機化合物層427との間、または有機化合物層427と導電層428との間に整流性を有する素子を設けてもよい。   In FIG. 13A, a gate electrode 425, an insulating layer 424, a semiconductor layer 423, conductive layers 421a and 421b functioning as a source or drain electrode, an insulating layer 426, an organic compound layer 427, and a conductive layer 428 are sequentially formed over a substrate 400. It is formed by stacking. Further, the material and the formation method can be performed using the same material and method as those in FIG. Note that in this case as well, a rectifying element may be provided between the conductive layer 421b and the organic compound layer 427 or between the organic compound layer 427 and the conductive layer 428.

次に、上記構成とは異なる場合に関して図12を参照して説明する。具体的には、記憶素子をトランジスタの下方に設けた場合に関して示す。   Next, a case different from the above configuration will be described with reference to FIG. Specifically, the case where a memory element is provided below a transistor is described.

まず、基板400上に導電層411と有機化合物層412を積層して設ける(図12(A))。導電層411と有機化合物層は、上述したいずれかの方法で形成することができる。   First, the conductive layer 411 and the organic compound layer 412 are stacked over the substrate 400 (FIG. 12A). The conductive layer 411 and the organic compound layer can be formed by any of the above-described methods.

次に、絶縁性を有する組成物を選択的に吐出して絶縁層413を形成する(図12(B))。なお、このとき記憶素子となる領域を避けて絶縁層413を設ける。   Next, an insulating composition 413 is formed by selectively discharging an insulating composition (FIG. 12B). Note that at this time, the insulating layer 413 is provided to avoid a region to be a memory element.

次に、絶縁層413上に導電性を有する組成物を選択的に吐出して、配線または電極として機能する導電層414a、414bを選択的に形成する(図12(C))。この場合、あらかじめ絶縁層413の導電層414a、414bを設ける位置に、レーザ光を照射して凹部を形成しておいてもよい。   Next, a conductive composition is selectively discharged over the insulating layer 413, so that conductive layers 414a and 414b functioning as wirings or electrodes are selectively formed (FIG. 12C). In this case, a recess may be formed in advance by irradiating a laser beam at a position where the conductive layers 414a and 414b of the insulating layer 413 are provided.

次に、導電層414bと接続するように導電層415を形成する(図12(D))。なお、導電層415は有機化合物層412上に配置するように設ける。そうすると、導電層411、有機化合物層412および導電層415の積層構造からなる記憶素子419が得られる。また、導電層415は、凹部に設けるため液滴吐出法等を用いた場合に位置の制御が容易になる。なお、導電層415は導電層414a、414bと同時に形成してもよい。   Next, a conductive layer 415 is formed so as to be connected to the conductive layer 414b (FIG. 12D). Note that the conductive layer 415 is provided over the organic compound layer 412. Then, a memory element 419 having a stacked structure of the conductive layer 411, the organic compound layer 412, and the conductive layer 415 is obtained. In addition, since the conductive layer 415 is provided in the recess, the position can be easily controlled when a droplet discharge method or the like is used. Note that the conductive layer 415 may be formed at the same time as the conductive layers 414a and 414b.

次に、導電層414a、414bを覆うように半導体層416を形成する。その後、半導体層416を覆うように絶縁層417を形成し、導電層414aと導電層414bの間にゲート電極418を形成する(図12(E))。導電層414aと導電層414b間は凹部が設けてあるため、液滴吐出法等によってゲート電極418を設ける場合位置の制御が容易となる。   Next, a semiconductor layer 416 is formed so as to cover the conductive layers 414a and 414b. After that, an insulating layer 417 is formed so as to cover the semiconductor layer 416, and a gate electrode 418 is formed between the conductive layer 414a and the conductive layer 414b (FIG. 12E). Since a recess is provided between the conductive layer 414a and the conductive layer 414b, the position can be easily controlled when the gate electrode 418 is provided by a droplet discharge method or the like.

以上の工程によって、トランジスタの下方に記憶素子419が配置された有機メモリを形成することができる。なお、図12においては、全ての工程に液滴吐出法を用いた場合を示したが、これに限られず各工程において、蒸着法、CVD法、スパッタ法、スピンコート法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法等の他の方法を用いて形成することも可能である。また、工程ごとに上記方法を組み合わせて行うこともできる。特に、導電層411または有機化合物層412等のように基板の全面に形成する材料は、スピンコート法を用いて形成することが好ましい。   Through the above steps, an organic memory in which the memory element 419 is disposed below the transistor can be formed. Note that FIG. 12 shows the case where the droplet discharge method is used in all the steps, but the present invention is not limited to this, and in each step, a vapor deposition method, a CVD method, a sputtering method, a spin coating method, screen printing, and gravure printing are used. It is also possible to form it using other methods such as a printing method. Moreover, it can also carry out combining the said method for every process. In particular, a material formed over the entire surface of the substrate such as the conductive layer 411 or the organic compound layer 412 is preferably formed using a spin coating method.

また、図12において、導電層411、413a、413b、419、絶縁層413、417、半導体層416の材料は図11を用いた説明で示したいずれかの材料を用いることができる。有機化合物層412も上記実施の形態で示したいずれかの材料を用いて形成することができる。   In FIG. 12, any of the materials shown in the description with reference to FIG. 11 can be used for the conductive layers 411, 413a, 413b, and 419, the insulating layers 413 and 417, and the semiconductor layer 416. The organic compound layer 412 can also be formed using any of the materials described in the above embodiment modes.

次に、図12と構成が一部異なる有機メモリに関して図13(B)に示す。   Next, an organic memory whose structure is partly different from that of FIG. 12 is illustrated in FIG.

高集積化された記憶素子では、隣接する各々のメモリセル間において横方向への電界の影響が懸念される場合がある。そのため、図13(B)に示すように隣接する各々の記憶素子419に設けられる有機化合物層を分離してもよい。ここでは、基板400上に導電層411を形成した後に、選択的に有機化合物層を形成する。図13(B)においては、各々の記憶素子419を構成する有機化合物層422が形成されている。   In a highly integrated memory element, there may be a concern about the influence of a horizontal electric field between adjacent memory cells. Therefore, as shown in FIG. 13B, an organic compound layer provided in each adjacent memory element 419 may be separated. Here, after the conductive layer 411 is formed over the substrate 400, an organic compound layer is selectively formed. In FIG. 13B, an organic compound layer 422 included in each memory element 419 is formed.

また、図13(B)では、有機化合物層421が設けられている。これは、液滴吐出法等を用いて絶縁層413上に導電層414a、414bを形成する際に、位置の制御がしやすくなるように設けてある。つまり、有機化合物層421を設けることによって、導電層414a、414bが設けられる位置にあらかじめ凹部を形成することができる。なお、蒸着法やスパッタ法等他の方法を用いる場合や平坦性を考える場合、有機化合物層421は設けなくともよい。この場合、上述したように、あらかじめ絶縁層413の導電層414a、414bを設ける位置に、レーザ光を照射して凹部を形成しておくことが好ましい。また、有機化合物層421を導電性の材料で設けることによって半導体層423を上下から挟んだデュアルゲート構造とすることができる。   In FIG. 13B, an organic compound layer 421 is provided. This is provided so that the position can be easily controlled when the conductive layers 414a and 414b are formed over the insulating layer 413 by a droplet discharge method or the like. That is, by providing the organic compound layer 421, a recess can be formed in advance at a position where the conductive layers 414a and 414b are provided. Note that the organic compound layer 421 is not necessarily provided when another method such as an evaporation method or a sputtering method is used or when flatness is considered. In this case, as described above, it is preferable to form a concave portion by previously irradiating the laser beam at a position where the conductive layers 414a and 414b of the insulating layer 413 are provided. Further, by providing the organic compound layer 421 with a conductive material, a dual gate structure in which the semiconductor layer 423 is sandwiched from above and below can be obtained.

また、図12および図13(B)に示す構成においても、上述したように、記憶素子419を構成する導電層と有機化合物層との間に整流性を有する素子を設けてもよい。   12 and 13B, a rectifying element may be provided between the conductive layer and the organic compound layer included in the memory element 419 as described above.

このように、記憶素子およびトランジスタを有機化合物で設けることによって、有機メモリおよび当該有機メモリを備えた半導体装置を簡単なプロセスで安価に作製することが可能となる。また、トランジスタを有機化合物で設けることによって、可撓性を有する基板上に直接有機メモリおよび当該有機メモリを備えた半導体装置を作製することができる。   Thus, by providing the memory element and the transistor with an organic compound, an organic memory and a semiconductor device including the organic memory can be manufactured at low cost with a simple process. Further, by providing the transistor with an organic compound, an organic memory and a semiconductor device including the organic memory can be manufactured directly over a flexible substrate.

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.

(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置を画素部を有する表示装置に適用した場合に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, the case where the semiconductor device described in any of the above embodiments is applied to a display device including a pixel portion will be described with reference to drawings.

まず、画素部がアクティブマトリクス型であり、記憶素子部がパッシブマトリクス型で設けた場合について、図26(A)、(B)に示す。なお、図26(A)におけるA−B間の断面図が図26(B)に対応している。   First, FIGS. 26A and 26B illustrate the case where the pixel portion is an active matrix type and the memory element portion is a passive matrix type. Note that a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. 26A corresponds to FIG.

画素部81には、発光素子94が設けられており、発光素子94は、第1の導電層91と有機化合物層92と第2の導電層93とを有している。第1の導電層91と有機化合物層92と第2の導電層93とは積層して設けられている。発光素子94に含まれる第1の導電層91は、駆動用トランジスタ85のソースまたはドレイン電極として機能する導電層76に接続されている。また、隣接する発光素子94同士の間には、隔壁として機能する絶縁層79が設けられている。   A light emitting element 94 is provided in the pixel portion 81, and the light emitting element 94 includes a first conductive layer 91, an organic compound layer 92, and a second conductive layer 93. The first conductive layer 91, the organic compound layer 92, and the second conductive layer 93 are stacked. The first conductive layer 91 included in the light emitting element 94 is connected to the conductive layer 76 that functions as a source or drain electrode of the driving transistor 85. Further, an insulating layer 79 functioning as a partition is provided between adjacent light emitting elements 94.

駆動回路部82には複数のトランジスタ86を含む素子形成層が設けられている。素子形成層は、画素部81およびメモリセル83の動作を制御する駆動回路を構成する。画素部81の動作を制御する駆動回路とは、例えば、シフトレジスタ、デコーダ、バッファ、サンプリング回路、ラッチ等である。また、メモリセル83の動作を制御する駆動回路とは、例えば、デコーダ、センスアンプ、セレクタ、バッファ、読み出し回路、書き込み回路等である。   The driver circuit portion 82 is provided with an element formation layer including a plurality of transistors 86. The element formation layer constitutes a drive circuit that controls the operation of the pixel portion 81 and the memory cell 83. Examples of the drive circuit that controls the operation of the pixel unit 81 include a shift register, a decoder, a buffer, a sampling circuit, and a latch. The drive circuit that controls the operation of the memory cell 83 is, for example, a decoder, a sense amplifier, a selector, a buffer, a read circuit, a write circuit, or the like.

メモリセル83には、記憶素子98が設けられており、記憶素子98は、ワード線Wyとして機能する第1の導電層95と、有機化合物層96と、ビット配Bxとして機能する第2の導電層97とを有する。第1の導電層95と有機化合物層96と第2の導電層97は積層して設けられている。また、図26(B)の構成において、絶縁層79上に記憶素子98を形成することによって、メモリセル83を駆動回路部82の上方に設けることができる。このような構成とすることによって、画素部81の面積を拡大することが可能となる。   A memory element 98 is provided in the memory cell 83. The memory element 98 has a first conductive layer 95 that functions as the word line Wy, an organic compound layer 96, and a second conductive that functions as the bit arrangement Bx. Layer 97. The first conductive layer 95, the organic compound layer 96, and the second conductive layer 97 are stacked. In the structure of FIG. 26B, the memory cell 98 can be provided above the driver circuit portion 82 by forming the memory element 98 over the insulating layer 79. With such a configuration, the area of the pixel portion 81 can be increased.

また、基板80上には接続フィルム84が設けられており、接続フィルム84は、具体的には、フレキシブルプリント回路(Flexible Print Circuit、FPC)等に相当する。画素部81とメモリセル83を構成する複数の素子の動作を制御する信号や電源電位は、接続フィルム84を介して、外部から入力される。   In addition, a connection film 84 is provided on the substrate 80, and specifically, the connection film 84 corresponds to a flexible printed circuit (FPC) or the like. A signal for controlling the operation of a plurality of elements constituting the pixel portion 81 and the memory cell 83 and a power supply potential are input from the outside through the connection film 84.

なお、メモリセル83に含まれる記憶素子98に対するデータの読み出しは、電気的作用を加えることによって行われる。具体的には、記憶素子98の第1の導電層95と第2の導電層97間に電圧を印加し、記憶素子98の抵抗値を読み取ることにより、データの読み出しが行われる。このようなデータの読み出しを行うとき、有機化合物層96に用いる材料によっては、記憶素子98が発光してしまう場合がある。従って、発光素子94に含まれる有機化合物層92と記憶素子98に含まれる有機化合物層96とが同じ材料から形成されている場合、記憶素子98の発光が視認されないようにブラックマトリクス等の筐体を配置するとよい。または、発光素子94に含まれる有機化合物層92と記憶素子98に含まれる有機化合物層96とを異なる材料で設けることによって、発光素子94のみが発光する構成とするとよい。   Note that data is read from the memory element 98 included in the memory cell 83 by applying an electrical action. Specifically, data is read by applying a voltage between the first conductive layer 95 and the second conductive layer 97 of the memory element 98 and reading the resistance value of the memory element 98. When such data reading is performed, the memory element 98 may emit light depending on the material used for the organic compound layer 96. Therefore, when the organic compound layer 92 included in the light-emitting element 94 and the organic compound layer 96 included in the memory element 98 are formed of the same material, a housing such as a black matrix so that the light emission of the memory element 98 is not visually recognized. It is good to arrange. Alternatively, only the light-emitting element 94 may emit light by providing the organic compound layer 92 included in the light-emitting element 94 and the organic compound layer 96 included in the memory element 98 using different materials.

次に、画素部および記憶素子部の双方をアクティブマトリクス型で設けた場合について、図26(C)に示す。   Next, FIG. 26C illustrates the case where both the pixel portion and the memory element portion are provided in an active matrix type.

画素部81には、発光素子94が設けられており、発光素子94は、第1の導電層91と有機化合物層92と第2の導電層93とを有している。第1の導電層91と有機化合物層92と第2の導電層93とは積層して設けられている。発光素子94に含まれる第1の導電層91は、絶縁層77を介して駆動用トランジスタ85のソースまたはドレイン配線として機能する導電層76に接続されている。また、隣接する発光素子94の間には、隔壁として機能する絶縁層78が設けられている。   A light emitting element 94 is provided in the pixel portion 81, and the light emitting element 94 includes a first conductive layer 91, an organic compound layer 92, and a second conductive layer 93. The first conductive layer 91, the organic compound layer 92, and the second conductive layer 93 are stacked. The first conductive layer 91 included in the light-emitting element 94 is connected to the conductive layer 76 functioning as a source or drain wiring of the driving transistor 85 through the insulating layer 77. Further, an insulating layer 78 functioning as a partition is provided between the adjacent light emitting elements 94.

駆動回路部82には複数のトランジスタ86を含む素子形成層が設けられている。素子形成層は、画素部81およびメモリセル83の動作を制御する駆動回路を構成する。画素部81の動作を制御する駆動回路とは、例えば、シフトレジスタ、デコーダ、バッファ、サンプリング回路、ラッチ等である。また、メモリセル83の動作を制御する駆動回路とは、例えば、デコーダ、センスアンプ、セレクタ、バッファ、読み出し回路、書き込み回路等である。   The driver circuit portion 82 is provided with an element formation layer including a plurality of transistors 86. The element formation layer constitutes a drive circuit that controls the operation of the pixel portion 81 and the memory cell 83. Examples of the drive circuit that controls the operation of the pixel unit 81 include a shift register, a decoder, a buffer, a sampling circuit, and a latch. The drive circuit that controls the operation of the memory cell 83 is, for example, a decoder, a sense amplifier, a selector, a buffer, a read circuit, a write circuit, or the like.

メモリセル83には、記憶素子98が設けられており、記憶素子98は、第1の導電層88と有機化合物層89と第2の導電層90とを有している。第1の導電層88と有機化合物層89と第2の導電層90は積層して設けられている。記憶素子98が含む第1の導電層88は、スイッチ用トランジスタ87のソースドレイン配線として機能する導電層99に絶縁層77を介して接続している。また、隣接する記憶素子98の間には、隔壁として機能する絶縁層78が設けられる。また、図26(C)に示す構造において、絶縁層77を設けずに、第1の導電層91をソースまたはドレイン電極として機能する導電層76と同一の層に設けてもよいし、第1の導電層88をスイッチ用トランジスタ87のソースまたはドレイン電極として機能する導電層99と同一の層に設けてもよい。   The memory cell 83 is provided with a memory element 98, and the memory element 98 includes a first conductive layer 88, an organic compound layer 89, and a second conductive layer 90. The first conductive layer 88, the organic compound layer 89, and the second conductive layer 90 are stacked. The first conductive layer 88 included in the memory element 98 is connected to a conductive layer 99 functioning as a source / drain wiring of the switching transistor 87 through an insulating layer 77. In addition, an insulating layer 78 functioning as a partition is provided between adjacent memory elements 98. In the structure illustrated in FIG. 26C, the first conductive layer 91 may be provided in the same layer as the conductive layer 76 functioning as a source or drain electrode without providing the insulating layer 77. The conductive layer 88 may be provided in the same layer as the conductive layer 99 functioning as the source or drain electrode of the switching transistor 87.

また、上記構成において、発光素子94から発する光は、基板80側に向かう下面射出の構造を採用しているが、基板80と反対側に向かう上面射出の構造を採用してもよいし、上面射出と下面射出の双方の構造を有している両面射出の構造を採用してもよい。   In the above configuration, the light emitted from the light emitting element 94 employs a bottom emission structure toward the substrate 80 side. However, a top emission structure toward the opposite side of the substrate 80 may be employed. You may employ | adopt the structure of the double injection which has the structure of both injection | emission and bottom injection.

また、上記構成において、有機化合物層96、92、89は、液滴吐出法、スピンコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法または蒸着法等を用いて作製することができる。図26(B)、(C)では、選択的に有機化合物層96、92、89を形成した例を示しているが、これは液滴吐出法、スクリーン印刷法またはグラビア印刷法等によって形成することができる。この場合、各画素または各メモリセルにそれぞれ選択的に有機化合物層を設けることができるため、材料の利用効率を向上することが可能となる。さらに、有機化合物層96、92、89にそれぞれ異なる材料を用いて設けることができる。   In the above structure, the organic compound layers 96, 92, and 89 can be manufactured by a droplet discharge method, a spin coating method, a screen printing method, a gravure printing method, an evaporation method, or the like. FIGS. 26B and 26C show an example in which the organic compound layers 96, 92, and 89 are selectively formed. This is formed by a droplet discharge method, a screen printing method, a gravure printing method, or the like. be able to. In this case, since an organic compound layer can be selectively provided in each pixel or each memory cell, the material utilization efficiency can be improved. Further, the organic compound layers 96, 92, and 89 can be provided using different materials.

一方、スピンコート法または蒸着法等を用いて有機化合物層96、92および89を形成した場合を図27(A)、(B)に示す。図27において、有機化合物層96、92および89は同一の材料で形成されている。スピンコート法を用いることによって、作業効率を大幅に向上させることができる。   On the other hand, FIGS. 27A and 27B show the case where the organic compound layers 96, 92, and 89 are formed by using a spin coating method or a vapor deposition method. In FIG. 27, the organic compound layers 96, 92 and 89 are formed of the same material. By using the spin coating method, the working efficiency can be greatly improved.

上記構成を有する発光装置は、一対の導電層間に有機化合物層が挟まれた構造の記憶素子部からなる記憶回路を有することを特徴とする。上記の記憶素子部の構造は、発光素子の構造と同じ又はほぼ同じであるため作製工程が増加することがない上、構造が簡単なために作製が簡単であり、安価な表示装置を提供することができる。また、メモリセルの面積を小型化することが容易であるために高集積化が容易であり、大容量の記憶回路を有する表示装置を提供することができる。   The light-emitting device having the above structure includes a memory circuit including a memory element portion having a structure in which an organic compound layer is sandwiched between a pair of conductive layers. Since the structure of the memory element portion is the same as or almost the same as the structure of the light-emitting element, the number of manufacturing steps does not increase, and the structure is simple, so that the manufacturing is simple and an inexpensive display device is provided. be able to. In addition, since it is easy to reduce the area of the memory cell, high integration is easy, and a display device having a large-capacity memory circuit can be provided.

また、本発明の表示装置は、画像を表示する複数の画素と、記憶回路とを同一基板上に設けることを特徴とする。上記特徴により、外部に接続させるICチップの個数を減らすことができるため、小型、薄型、軽量を実現した表示装置を提供することができる。   The display device of the present invention is characterized in that a plurality of pixels for displaying an image and a memory circuit are provided over the same substrate. With the above features, the number of IC chips connected to the outside can be reduced, so that a display device that is small, thin, and lightweight can be provided.

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した半導体装置における材料や構成は、本実施の形態において自由に組み合わせて行うことができるものとする。   Note that this embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes. That is, the materials and structures in the semiconductor device described in the above embodiment can be freely combined in this embodiment.

(実施の形態7)
本実施の形態では、上記構成を有する半導体装置において、データの読み込みまたは書き込みについて説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment mode, reading or writing of data in the semiconductor device having the above structure is described.

記憶回路へのデータの書き込みは、光学的作用又は電気的作用により行うことができる。まず、電気的作用によりデータの書き込みを行うときの動作について説明する(図4)。なお、書き込みはメモリセルの電気特性を変化させることで行うが、メモリセルの初期状態(電気的作用を加えていない状態)をデータ「0」、電気特性を変化させた状態を「1」とする。   Data can be written into the memory circuit by an optical action or an electrical action. First, an operation when data is written by electrical action will be described (FIG. 4). Writing is performed by changing the electrical characteristics of the memory cell. The initial state of the memory cell (the state where no electrical action is applied) is data “0”, and the state where the electrical characteristic is changed is “1”. To do.

ここでは、y行x列目のメモリセル221にデータを書き込む場合について説明する。メモリセル221にデータ「1」を書き込む場合、まず、インターフェース223を介してロウデコーダ224a、カラムデコーダ226aおよびセレクタ226cによってメモリセル221を選択する。具体的には、ロウデコーダ224aによって、メモリセル221に接続されるワード線Wyに所定の電圧V22を印加する。また、カラムデコーダ226aとセレクタ226cによって、メモリセル221に接続されるビット線Bxを読み出し回路226bに接続する。そして、読み出し回路226bからビット線Bxへ書き込み電圧V21を出力する。   Here, a case where data is written to the memory cell 221 in the y-th row and the x-th column will be described. When data “1” is written to the memory cell 221, first, the memory cell 221 is selected by the row decoder 224a, the column decoder 226a, and the selector 226c via the interface 223. Specifically, a predetermined voltage V22 is applied to the word line Wy connected to the memory cell 221 by the row decoder 224a. Further, the bit line Bx connected to the memory cell 221 is connected to the read circuit 226b by the column decoder 226a and the selector 226c. Then, the write voltage V21 is output from the read circuit 226b to the bit line Bx.

こうして、メモリセルを構成するトランジスタ240をオン状態とし、有機メモリ素子241に、共通電極及びビット線とを電気的に接続し、おおむねVw=Vcom−V21の電圧を印加する。電圧Vwを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層を物理的もしくは電気的変化させ、データ「1」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「1」の状態の第1の導電層と第2の導電層の間の電気抵抗が、データ「0」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよく、単に短絡(ショート)させてもよい。なお、電位は、(V21、V22、Vcom)=(5〜15V、5〜15V、0V)、あるいは(−12〜0V、−12〜0V、3〜5V)の範囲から適宜選べば良い。電圧Vwは5〜15V、あるいは−5〜−15Vとすればよい。   Thus, the transistor 240 constituting the memory cell is turned on, the common electrode and the bit line are electrically connected to the organic memory element 241, and a voltage of approximately Vw = Vcom−V21 is applied. By appropriately selecting the voltage Vw, the organic compound layer provided between the conductive layers is changed physically or electrically, and data “1” is written. Specifically, at the read operation voltage, the electrical resistance between the first conductive layer and the second conductive layer in the data “1” state is significantly smaller than that in the data “0” state. It may be changed as described above, or it may be simply short-circuited. The potential may be appropriately selected from the range of (V21, V22, Vcom) = (5-15V, 5-15V, 0V), or (-12 to 0V, -12 to 0V, 3 to 5V). The voltage Vw may be 5 to 15V, or -5 to -15V.

なお、有機メモリ素子241にデータ「1」の書き込みを行った場合、有機化合物層を挟んで設けられた一対の導電層間の距離が変化する場合がある。具体的には、一対の導電層の間に有機化合物層が設けられた積層構造において有機化合物層を物理的または電気的に変化させることによって、一対の導電層間の距離Lが変化する。例えば、図3(A)に示す構造において、第1の導電層27と第2の導電層28との間にデータ「1」の書き込みを行い有機化合物層29に物理的または電気的な変化を与えることにより、第1の導電層27と第2の導電層28との距離Lが変化する。   Note that when data “1” is written to the organic memory element 241, the distance between the pair of conductive layers provided with the organic compound layer interposed therebetween may change. Specifically, the distance L between the pair of conductive layers is changed by physically or electrically changing the organic compound layer in a stacked structure in which the organic compound layer is provided between the pair of conductive layers. For example, in the structure shown in FIG. 3A, data “1” is written between the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 to change the organic compound layer 29 physically or electrically. As a result, the distance L between the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 changes.

なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ「1」が書き込まれないよう制御する。具体的には、非選択のワード線には接続されるメモリセルのトランジスタをオフ状態とする電位(例えば0V)を印加し、非選択のビット線は浮遊状態とするか、Vcomと同程度の電位を印加するとよい。   Note that data “1” is controlled not to be written in the memory cell connected to the non-selected word line and the non-selected bit line. Specifically, a potential (for example, 0 V) for turning off the transistor of the memory cell to be connected is applied to the non-selected word line, and the non-selected bit line is in a floating state or approximately equal to Vcom. A potential may be applied.

一方、メモリセル221にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル221には電気的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「1」を書き込む場合と同様に、インターフェース223を介してロウデコーダ224a、カラムデコーダ226aおよびセレクタ226cによってメモリセル221を選択するが、読み出し回路226bからビット線Bxへの出力電位をVcomと同程度とするか、ビット線Bxを浮遊状態とする。その結果、記憶素子241には、小さい電圧(例えば−5〜5V)が印加されるか、電圧が印加されないため、電気特性が変化せず、データ「0」書き込みが実現される。   On the other hand, when data “0” is written in the memory cell 221, it is not necessary to apply an electrical action to the memory cell 221. In the circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cell 221 is selected by the row decoder 224a, the column decoder 226a, and the selector 226c via the interface 223, but from the read circuit 226b to the bit line Bx. The output potential is set to the same level as Vcom or the bit line Bx is set in a floating state. As a result, a small voltage (for example, −5 to 5 V) is applied to the memory element 241 or no voltage is applied, so that the electrical characteristics do not change and data “0” writing is realized.

次に、光学的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合について説明する。   Next, a case where data is written by applying an optical action will be described.

光学的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合、透光性を有する導電層側(ここでは第2の導電層28とする)から、有機化合物層29にレーザ光を照射する(図9(A)、(B))。ここでは、所望の部分の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層29にレーザ照射装置1001を用いて選択的にレーザ光を照射して当該有機化合物層29を破壊する。破壊された有機化合物層は、炭化して絶縁化するため、当該破壊された有機化合物層を含む有機メモリ素子と破壊されていない有機化合物層を含む有機メモリ素子とを比較した場合、第1の導電層と第2の導電層間の電気抵抗が大幅に大きくなる。このように、レーザ光の照射により、有機化合物層29を挟んで設けられた2つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、レーザ光を照射していない有機化合物層を含む有機メモリ素子を「0」のデータとする場合、「1」のデータを書き込む際は、所望の部分の有機化合物層に選択的にレーザ光を照射して破壊することによって電気抵抗を大きくする。   When data is written by applying an optical action, the organic compound layer 29 is irradiated with laser light from the light-transmitting conductive layer side (here, the second conductive layer 28) (FIG. 9 ( A), (B)). Here, the organic compound layer 29 included in a desired portion of the organic memory element is selectively irradiated with laser light using the laser irradiation apparatus 1001 to destroy the organic compound layer 29. Since the destroyed organic compound layer is carbonized and insulated, when an organic memory element including the destroyed organic compound layer and an organic memory element including an unbroken organic compound layer are compared, the first The electrical resistance between the conductive layer and the second conductive layer is greatly increased. As described above, data is written by utilizing the change in the electrical resistance between the two conductive layers provided with the organic compound layer 29 sandwiched by the laser light irradiation. For example, when an organic memory element including an organic compound layer not irradiated with laser light is set to “0” data, when writing “1” data, the laser light is selectively applied to a desired portion of the organic compound layer. The electrical resistance is increased by irradiating and destroying.

レーザ光を照射する場合、有機メモリ素子の電気抵抗の変化は、メモリセル21の大きさによるが、レンズ等の光学系を用いてビームスポットの直径をμmまたはnmに絞ったレーザ光の照射により実現する。例えば、径が1μmのレーザビームが10m/secの速度で通過するとき、1つのメモリセル21に含まれる有機メモリ素子にレーザ光が照射される時間は100nsecとなる。100nsecという短い時間内で相を変化させるためには、例えばレーザパワーは10mW、パワー密度は10kW/mmとするとよい。また、レーザ光を選択的に照射する場合は、パルス発振のレーザ照射装置を用いて行いることが好ましい。 When laser light is irradiated, the change in the electrical resistance of the organic memory element depends on the size of the memory cell 21, but by irradiation with the laser light with a beam spot diameter reduced to μm or nm using an optical system such as a lens. Realize. For example, when a laser beam having a diameter of 1 μm passes at a speed of 10 m / sec, the time for which the organic memory element included in one memory cell 21 is irradiated with laser light is 100 nsec. In order to change the phase within a short time of 100 nsec, for example, the laser power is preferably 10 mW and the power density is 10 kW / mm 2 . In the case of selectively irradiating laser light, it is preferable to use a pulsed laser irradiation apparatus.

ここで、レーザ照射装置の一例に関して、図9(B)を用いて簡単に説明する。レーザ照射装置1001は、レーザ光を照射する際の各種制御を実行するコンピュータ(以下、PCと示す。)1002と、レーザ光を出力するレーザ発振器1003と、レーザ発振器1003の電源1004と、レーザ光を減衰させるための光学系(NDフィルタ)1005と、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器(Acousto−Optic Modulator ; AOM)1006と、レーザ光の断面を縮小するためのレンズおよび光路を変更するためのミラー等で構成される光学系1007、X軸ステージおよびY軸ステージを有する移動機構1009と、PCから出力される制御データをデジタルーアナログ変換するD/A変換部1010と、D/A変換部から出力されるアナログ電圧に応じて音響光学変調器1006を制御するドライバ1011と、移動機構1009を駆動するための駆動信号を出力するドライバ1012と、被照射物上にレーザ光の焦点を合わせるためのオートフォーカス機構1013を備えている。   Here, an example of a laser irradiation apparatus will be briefly described with reference to FIG. A laser irradiation apparatus 1001 includes a computer (hereinafter, referred to as a PC) 1002 that executes various controls when irradiating laser light, a laser oscillator 1003 that outputs laser light, a power source 1004 of the laser oscillator 1003, and laser light. An optical system (ND filter) 1005 for attenuating light, an acousto-optic modulator (AOM) 1006 for modulating the intensity of the laser light, and a lens and an optical path for reducing the cross section of the laser light An optical system 1007 composed of a mirror or the like for changing the position, a moving mechanism 1009 having an X-axis stage and a Y-axis stage, a D / A converter 1010 for digital-to-analog conversion of control data output from the PC, Acousto-optic modulator 1 according to the analog voltage output from the D / A converter A driver 1011 for controlling 06, a driver 1012 for outputting a driving signal for driving the movement mechanism 1009 is provided with an auto-focus mechanism 1013 for focusing the laser beam on the irradiated object.

レーザ発振器1003としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。レーザ発振器としては、KrF、ArF、KrF、XeCl、Xe等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO、YVO、YLF、YAlOなどの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波か第2高調波〜第5高調波を適用するのが好ましい。 As the laser oscillator 1003, a laser oscillator that can oscillate ultraviolet light, visible light, or infrared light can be used. Laser oscillators include excimer laser oscillators such as KrF, ArF, KrF, XeCl, and Xe, gas laser oscillators such as He, He—Cd, Ar, He—Ne, and HF, YAG, GdVO 4 , YVO 4 , YLF, and YAlO. Cr crystal such as 3, Nd, Er, Ho, Ce, Co, solid-state laser oscillator using a crystal doped with Ti or Tm, can be used GaN, GaAs, GaAlAs, a semiconductor laser oscillator of InGaAsP or the like. In the solid-state laser oscillator, it is preferable to apply the fundamental wave or the second to fifth harmonics.

次に、レーザ照射装置を用いた照射方法について述べる。有機化合物層が設けられた基板30が移動機構1009に装着されると、PC1002は図外のカメラによって、レーザ光を照射する有機化合物層の位置を検出する。次いで、PC1002は、検出した位置データに基づいて、移動機構1009を移動させるための移動データを生成する。   Next, an irradiation method using a laser irradiation apparatus will be described. When the substrate 30 provided with the organic compound layer is mounted on the moving mechanism 1009, the PC 1002 detects the position of the organic compound layer to be irradiated with the laser light by a camera (not shown). Next, the PC 1002 generates movement data for moving the movement mechanism 1009 based on the detected position data.

この後、PC1002が、ドライバ1011を介して音響光学変調器1006の出力光量を制御することにより、レーザ発振器1003から出力されたレーザ光は、光学系1005によって減衰された後、音響光学変調器1006によって所定の光量になるように光量が制御される。一方、音響光学変調器1006から出力されたレーザ光は、光学系1007で光路およびビームスポット形状を変化させ、レンズで集光した後、基板30上に該レーザ光を照射する。   Thereafter, the PC 1002 controls the output light amount of the acousto-optic modulator 1006 via the driver 1011, so that the laser light output from the laser oscillator 1003 is attenuated by the optical system 1005 and then the acousto-optic modulator 1006. The light amount is controlled so as to be a predetermined light amount. On the other hand, the laser light output from the acousto-optic modulator 1006 is changed in optical path and beam spot shape by the optical system 1007 and condensed by the lens, and then the substrate 30 is irradiated with the laser light.

このとき、PC1002が生成した移動データに従い、移動機構1009をX方向およびY方向に移動制御する。この結果、所定の場所にレーザ光が照射され、レーザ光の光エネルギー密度が熱エネルギーに変換され、基板30上に設けられた有機化合物層に選択的にレーザ光を照射することができる。なお、ここでは移動機構1009を移動させてレーザ光の照射を行う例を示しているが、光学系1007を調整することによってレーザ光をX方向およびY方向に移動させてもよい。   At this time, according to the movement data generated by the PC 1002, the movement mechanism 1009 is controlled to move in the X direction and the Y direction. As a result, laser light is irradiated to a predetermined place, the light energy density of the laser light is converted into thermal energy, and the organic compound layer provided on the substrate 30 can be selectively irradiated with the laser light. Note that, here, an example in which the moving mechanism 1009 is moved and laser light irradiation is performed is shown; however, the laser light may be moved in the X direction and the Y direction by adjusting the optical system 1007.

次に、電気的作用により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。データの読み出しは、有機メモリ素子241の電気特性が、データ「0」を有するメモリセルとデータ「1」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「0」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてR0、データ「1」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてR1とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、R1<<R0とする。読み出し回路226bは、読み出し部分の構成として、例えば、図10(A)に示す抵抗素子246と差動増幅器247を用いたビット線駆動回路226を考えることができる。抵抗素子は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子246の代わりに、トランジスタ248を用いても良いし、差動増幅器の代わりにクロックドインバータ229を用いることも可能である(図10(B))。勿論、回路構成は図10(A)、(B)に限定されない。   Next, an operation when data is read by electrical action will be described. Data is read using the fact that the electrical characteristics of the organic memory element 241 are different between the memory cell having the data “0” and the memory cell having the data “1”. For example, the electrical resistance of the memory element constituting the memory cell having data “0” is R0 at the read voltage, and the electrical resistance of the memory element constituting the memory cell having data “1” is R1 at the read voltage. A method of reading using the difference will be described. Note that R1 << R0. As the reading circuit 226b, for example, a bit line driver circuit 226 using the resistance element 246 and the differential amplifier 247 illustrated in FIG. The resistance element has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 248 may be used instead of the resistance element 246, and a clocked inverter 229 may be used instead of the differential amplifier (FIG. 10B). Of course, the circuit configuration is not limited to that shown in FIGS.

y行x列目メモリセル221からデータの読み出しを行う場合、まず、インターフェース223を介してロウデコーダ224a、カラムデコーダ226aおよびセレクタ226cによってメモリセル221を選択する。具体的には、ロウデコーダ224aによって、メモリセル221に接続されるワード線Wyに所定の電圧V24を印加する。また、カラムデコーダ226aとセレクタ226cによって、メモリセル221に接続されるビット線Bxを読み出し回路226bの端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、Vcomと抵抗素子246の一端に印加されたV0が抵抗素子246(抵抗値Rr)と有機メモリ素子241(抵抗値R0もしくはR1)による抵抗分割によって決定される値となる。従って、メモリセル221がデータ「0」を有する場合には、Vp0=Vcom+(V0−Vcom)*R0/(R0+Rr)となる。また、メモリセル221がデータ「1」を有する場合には、Vp1=Vcom+(V0−Vcom)*R1/(R1+Rr)となる。その結果、図10(A)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図10(B)では、クロックトインバータの変化点をVp0とVp1の間となるように選択することで、出力電位Voutが、データ「0」/「1」に応じて、Lo/Hi(もしくはHi/Lo)となり、読み出しを行うことができる。   When data is read from the memory cell 221 at the y-th row and the x-th column, first, the memory cell 221 is selected by the row decoder 224a, the column decoder 226a, and the selector 226c via the interface 223. Specifically, a predetermined voltage V24 is applied to the word line Wy connected to the memory cell 221 by the row decoder 224a. Further, the bit line Bx connected to the memory cell 221 is connected to the terminal P of the read circuit 226b by the column decoder 226a and the selector 226c. As a result, the potential Vp of the terminal P is determined by resistance division by Vcom and V0 applied to one end of the resistance element 246 by the resistance element 246 (resistance value Rr) and the organic memory element 241 (resistance value R0 or R1). Value. Therefore, when the memory cell 221 has data “0”, Vp0 = Vcom + (V0−Vcom) * R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 221 has data “1”, Vp1 = Vcom + (V0−Vcom) * R1 / (R1 + Rr). As a result, in FIG. 10A, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 10B, the changing point of the clocked inverter is selected to be between Vp0 and Vp1. Thus, the output potential Vout becomes Lo / Hi (or Hi / Lo) according to the data “0” / “1”, and reading can be performed.

例えば、差動増幅器をVdd=3Vで動作させ、Vcom=0V、V0=3V、Vref=1.5Vとする。仮に、R0/Rr=Rr/R1=9とすると、メモリセルのデータが「0」の場合、Vp0=2.7VとなりVoutはHiが出力され、メモリセルのデータが「1」の場合、Vp1=0.3VとなりVoutはLoが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができる。   For example, the differential amplifier is operated at Vdd = 3V, and Vcom = 0V, V0 = 3V, and Vref = 1.5V. Assuming that R0 / Rr = Rr / R1 = 9, when the memory cell data is “0”, Vp0 = 2.7 V and Vout is Hi, and when the memory cell data is “1”, Vp1 = 0.3V and Lo is output as Vout. Thus, the memory cell can be read.

上記の方法によると、有機メモリ素子の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの電気特性が、データ「0」と「1」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。   According to the above method, the voltage value is read by utilizing the difference in resistance value and the resistance division of the organic memory element. Of course, the reading method is not limited to this method. For example, in addition to using the difference in electrical resistance, reading may be performed using the difference in current value. In addition, when the electrical characteristics of the memory cell have data “0” and “1” and diode characteristics with different threshold voltages, reading may be performed using the threshold voltage difference.

上記構成を有する有機メモリおよび当該有機メモリを備えた半導体装置は、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供することができる。また、上記実施の形態で示した有機化合物材料を有機化合物層として用いることによって、データの書き込み(追記)は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない記憶素子とすることができる。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供することができる。   An organic memory having the above-described structure and a semiconductor device including the organic memory are nonvolatile memories, and therefore, it is not necessary to incorporate a battery for holding data, and a small, thin, and lightweight semiconductor device is provided. Can do. Further, by using the organic compound material described in any of the above embodiments as an organic compound layer, a memory element in which data can be written (added) but data cannot be rewritten can be obtained. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that prevents forgery and ensures security.

なお、本実施の形態では、記憶回路の構成が単純であるパッシブマトリクス型の有機メモリおよび当該有機メモリを備えた半導体装置を例に挙げて説明を行ったが、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する場合であっても、同様にデータの書き込みまたは読み出しを行うことができる。   Note that in this embodiment, a passive matrix organic memory with a simple structure of a memory circuit and a semiconductor device including the organic memory are described as examples. However, an active matrix memory circuit is provided. Even in this case, data can be written or read in the same manner.

ここで、アクティブマトリクス型の場合において、電気的作用により記憶素子部のデータを読み出す場合に関して図20に具体例を挙げて説明する。   Here, in the case of the active matrix type, a case where data in the memory element portion is read by an electric action will be described with reference to FIG.

図20は、記憶素子部に「0」のデータの書き込みを行った記憶素子部の電流電圧特性941と、「1」のデータの書き込みを行った記憶素子部電流電圧特性942と、抵抗素子246の電流電圧特性943を示しており、ここでは抵抗素子246としてトランジスタを用いた場合を示す。横軸はノードαの電位を示す。また、データを読み出す際の動作電圧として、第1の導電層243と第2の導電層245の間に3Vを印加した場合について説明する。   FIG. 20 illustrates a current-voltage characteristic 941 of a memory element unit in which data “0” is written in the memory element unit, a current-voltage characteristic 942 in which data data “1” is written, and a resistance element 246. In this example, a transistor is used as the resistance element 246. The horizontal axis indicates the potential of the node α. Further, a case where 3 V is applied between the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 as an operation voltage when reading data will be described.

図20において、「0」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性941とトランジスタの電流電圧特性943との交点944が動作点となり、このときのノードαの電位はV1(V)となる。ノードαの電位は差動増幅器247に供給され、当該差動増幅器247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「0」と判別される。   In FIG. 20, in a memory cell having a memory element portion in which data of “0” is written, an intersection 944 between the current-voltage characteristic 941 of the memory element part and the current-voltage characteristic 943 of the transistor is an operating point. The potential of the node α is V1 (V). The potential of the node α is supplied to the differential amplifier 247, and the data stored in the memory cell is determined as “0” in the differential amplifier 247.

一方、「1」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性942とトランジスタの電流電圧特性943との交点945が動作点となり、このときのノードαの電位はV2(V)(V1>V2)となる。ノードαの電位は差動増幅器247に供給され、当該差動増幅器247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「1」と判別される。   On the other hand, in a memory cell having a memory element portion in which data of “1” is written, an intersection 945 between the current-voltage characteristic 942 of the memory element part and the current-voltage characteristic 943 of the transistor serves as an operating point. The potential of α is V2 (V) (V1> V2). The potential of the node α is supplied to the differential amplifier 247, and the data stored in the memory cell is determined as “1” in the differential amplifier 247.

このように、有機メモリ素子241の抵抗値に従って、抵抗分割された電位を読み取ることによって、メモリセルに記憶されたデータを判別することができる。   Thus, by reading the resistance-divided potential according to the resistance value of the organic memory element 241, the data stored in the memory cell can be determined.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態に示した有機メモリおよび当該有機メモリを備えた半導体装置の構成と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment mode can be freely combined with the structures of the organic memory and the semiconductor device including the organic memory described in the above embodiment modes.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の半導体装置を非接触でデータの送受信が可能であるRFIDタグとして利用した場合に関して図14を用いて説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, the case where the semiconductor device of the present invention is used as an RFID tag capable of transmitting and receiving data without contact will be described with reference to FIGS.

RFIDタグ20は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制御回路14、インターフェース回路15、メモリ6、データバス17、アンテナ18(アンテナコイル)を有する(図14(A))。   The RFID tag 20 has a function of communicating data without contact, and includes a power supply circuit 11, a clock generation circuit 12, a data demodulation / modulation circuit 13, a control circuit 14 for controlling other circuits, an interface circuit 15, a memory 6, A data bus 17 and an antenna 18 (antenna coil) are included (FIG. 14A).

電源回路11は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置の内部の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路12は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置内の各回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。データ復調/変調回路13は、リーダライタ19と交信するデータを復調/変調する機能を有する。制御回路14は、メモリ6を制御する機能を有する。アンテナ18は、電磁界或いは電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ19は、半導体装置との交信、制御およびそのデータに関する処理を制御する。   The power supply circuit 11 is a circuit that generates various power supplies to be supplied to each circuit inside the semiconductor device based on the AC signal input from the antenna 18. The clock generation circuit 12 is a circuit that generates various clock signals to be supplied to each circuit in the semiconductor device based on the AC signal input from the antenna 18. The data demodulation / modulation circuit 13 has a function of demodulating / modulating data communicated with the reader / writer 19. The control circuit 14 has a function of controlling the memory 6. The antenna 18 has a function of transmitting and receiving an electromagnetic field or a radio wave. The reader / writer 19 controls communication and control with the semiconductor device and processing related to the data.

また、メモリ6は上記実施の形態で示した有機メモリのいずれかの構成により形成されている。なお、RFIDタグは上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。   Further, the memory 6 is formed by any of the configurations of the organic memory shown in the above embodiment. Note that the RFID tag is not limited to the above-described configuration, and may be a configuration in which other elements such as a power supply voltage limiter circuit and cryptographic processing dedicated hardware are added.

また、RFIDタグは、各回路への電源電圧の供給を電源(バッテリ)を搭載せず電波により行うタイプとしてもよいし、各回路への電源電圧の供給をアンテナの代わりに電源(バッテリ)を搭載させて行うタイプとしてもよいし、電波と電源により電源電圧を供給するタイプとしてもよい。   The RFID tag may be of a type in which power supply voltage is supplied to each circuit by radio waves without mounting a power supply (battery), or power supply (battery) is supplied to each circuit instead of an antenna. It may be a type that is mounted, or may be a type that supplies a power supply voltage by radio waves and a power source.

本発明の半導体装置をRFIDタグ等に利用した場合、非接触で通信を行う点、複数読取りが可能である点、データの書き込みが可能である点、様々な形状に加工可能である点、選択する周波数によっては、指向性が広く、認識範囲が広い点等の利点を有する。RFIDタグは、非接触による無線通信で人や物の個々の情報を識別可能なICタグ、ラベル加工を施して目標物への貼り付けを可能としたラベル、イベントやアミューズメント向けのリストバンド等に適用することができる。また、RFIDタグを樹脂材料により成型加工してもよいし、無線通信を阻害する金属に直接固定してもよい。さらに、RFIDタグは、入退室管理システムや精算システムといった、システムの運用に活用することができる。   When the semiconductor device of the present invention is used for an RFID tag or the like, the point of performing contactless communication, the point that multiple reading is possible, the point that data can be written, the point that it can be processed into various shapes, and the selection Depending on the frequency to be used, there are advantages such as wide directivity and wide recognition range. RFID tags can be used for IC tags that can identify individual information about people and objects by wireless communication without contact, labels that can be attached to target objects by label processing, wristbands for events and amusements, etc. Can be applied. Further, the RFID tag may be molded using a resin material, or may be directly fixed to a metal that hinders wireless communication. Furthermore, the RFID tag can be used for system operation such as an entrance / exit management system and a payment system.

次に、半導体装置をRFIDタグとして実際に使用するときの一形態について説明する。表示部321を含む携帯端末の側面には、リーダライタ320が設けられ、品物322の側面にはRFIDタグ323が設けられる(図14(B))。品物322が含むRFIDタグ323にリーダライタ320をかざすと、表示部321に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品326をベルトコンベアーにより搬送する際に、リーダライタ324と、商品326に設けられたRFIDタグ325を用いて、該商品326の検品を行うことができる(図14(C))。このように、システムにRFIDタグを活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。   Next, one mode when the semiconductor device is actually used as an RFID tag will be described. A reader / writer 320 is provided on the side surface of the portable terminal including the display portion 321, and an RFID tag 323 is provided on the side surface of the article 322 (FIG. 14B). When the reader / writer 320 is held over the RFID tag 323 included in the item 322, the display unit 321 displays information about the product, such as a description of the product, such as the raw material and origin of the product, the inspection result for each production process, and the history of the distribution process. The In addition, when the product 326 is conveyed by a belt conveyor, the product 326 can be inspected using the reader / writer 324 and the RFID tag 325 provided on the product 326 (FIG. 14C). In this manner, by using the RFID tag in the system, information can be easily acquired, and high functionality and high added value are realized.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.

(実施の形態9)
本実施の形態では、上記構成において、温度や圧力等の各種情報を測定可能なセンサを設けた半導体装置に関して図28を用いて説明する。
(Embodiment 9)
In this embodiment, a semiconductor device provided with a sensor capable of measuring various information such as temperature and pressure in the above structure will be described with reference to FIGS.

図28(A)は、上記実施の形態で示した半導体装置にセンサ部を設けた場合の一構成例である。基板350上にトランジスタ451、354を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層の上方に記憶素子部356とアンテナ部353が設けられている。そして記憶素子部356の上方にセンサ部950が設けられている。なお、記憶素子部356やトランジスタ451、354は、上記実施の形態で示したいずれかの構成を用いて形成することが可能である。例えば、記憶素子部356として、図19で示した構造を用いてもよい。   FIG. 28A illustrates an example of a structure in the case where a sensor portion is provided in the semiconductor device described in the above embodiment. An element formation layer 351 including transistors 451 and 354 is provided over a substrate 350, and a memory element portion 356 and an antenna portion 353 are provided above the element formation layer. A sensor unit 950 is provided above the memory element unit 356. Note that the memory element portion 356 and the transistors 451 and 354 can be formed using any of the structures described in the above embodiments. For example, the structure shown in FIG. 19 may be used as the memory element portion 356.

センサ部950は、温度、湿度、照度、気体、重力、圧力、音、振動、加速度、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出することができる。また、センサ部950は、センサとそれを制御するセンサ回路とを有しており、センサとしては抵抗素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどで形成される。   The sensor unit 950 can detect temperature, humidity, illuminance, gas, gravity, pressure, sound, vibration, acceleration, and other characteristics by physical or chemical means. The sensor unit 950 includes a sensor and a sensor circuit that controls the sensor, and the sensor is formed of a resistance element, a photoelectric conversion element, a thermoelectromotive force element, a transistor, a thermistor, a diode, or the like.

センサ部950は、素子形成層351に含まれるトランジスタ451に接続しており、ここでは、接着性を有する樹脂954により貼り合わされている。そして、センサ部950とトランジスタ451は、センサ部950と電気的に接続された導電層953とトランジスタのソースまたはドレイン領域と電気的に接続した導電層951とが樹脂954に含まれる導電性微粒子952を介して電気的に接続されている。   The sensor portion 950 is connected to the transistor 451 included in the element formation layer 351, and is bonded here with an adhesive resin 954. The sensor portion 950 and the transistor 451 include conductive particles 952 in which a conductive layer 953 electrically connected to the sensor portion 950 and a conductive layer 951 electrically connected to the source or drain region of the transistor are included in the resin 954. It is electrically connected via.

なお、センサ部950は、上記構成に限られずどのように配置してもよい。例えば、記憶素子部356と同一の層に設けてもよいし、トランジスタ451と同一の層に設けてもよい。また、基板350の下方にセンサ部950を設けることも可能である。トランジスタ451または記憶素子部356と同一の層に設ける場合には、当該トランジスタ451または記憶素子部356と同時に作り込んで設けることによって作製工程を簡略化しコストを低減することができる。   The sensor unit 950 is not limited to the above configuration and may be arranged in any manner. For example, the memory element portion 356 may be provided in the same layer or the transistor 451 may be provided. In addition, the sensor portion 950 can be provided below the substrate 350. In the case where the transistor 451 or the memory element portion 356 is provided in the same layer as the transistor 451 or the memory element portion 356, the manufacturing process can be simplified and cost can be reduced.

また、上記構成において、センサ部950とトランジスタ451の接続として、上記方法以外にも銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法またはTCP(tape carrier package)法やワイヤーボンディング法等の公知の方法を用いて行うことができる。   In addition to the above method, the sensor unit 950 and the transistor 451 may be connected with a conductive adhesive such as silver paste, copper paste, or carbon paste, a solder bonding method, a TCP (tape carrier package) method, It can carry out using well-known methods, such as a wire bonding method.

上記構成においては、半導体装置と別途にセンサ部を形成した後に貼り合わせることによって設ける例を示したが、センサ部を直接半導体装置に作り込んで設けることも可能である。この場合について、図29を用いて説明する。   In the above structure, an example in which a sensor portion is formed separately from the semiconductor device and then pasted is shown; however, the sensor portion can be directly formed in the semiconductor device. This case will be described with reference to FIG.

図29(A)は、トランジスタ354、451を含む素子形成層351と同一の層に光センサが設けられている。ここでは、光センサとして、P型不純物領域と真性半導体領域とN型不純物領域とからなるフォトダイオード461が設けてある。ダイオード461は、光が照射されることにより電流値が変化するため、その電流値の変化をフォトダイオード461に接続されたトランジスタ462により測定することによって光を検出することができる。また、フォトダイオード461の構成としては、P型不純物領域と真性半導体領域とP型不純物領域、N型不純物領域と真性半導体領域とN型不純物領域またはP型不純物領域とN型不純物領域との接合構造とから構成してもよい。また、フォトダイオードの代わりにフォトトランジスタを設けてもよい。例えば、トランジスタ354、451を薄膜トランジスタで設ける場合にフォトダイオードやフォトトランジスタを同時に作り込んで設けると工程の簡略化や低コスト化を図ることができるため好ましい。   In FIG. 29A, a photosensor is provided in the same layer as the element formation layer 351 including the transistors 354 and 451. Here, a photodiode 461 including a P-type impurity region, an intrinsic semiconductor region, and an N-type impurity region is provided as an optical sensor. Since the current value of the diode 461 changes when irradiated with light, light can be detected by measuring the change in the current value with the transistor 462 connected to the photodiode 461. The photodiode 461 includes a P-type impurity region and an intrinsic semiconductor region and a P-type impurity region, an N-type impurity region and an intrinsic semiconductor region and an N-type impurity region, or a junction between a P-type impurity region and an N-type impurity region. You may comprise from structure. Further, a phototransistor may be provided instead of the photodiode. For example, in the case where the transistors 354 and 451 are provided using thin film transistors, it is preferable to provide a photodiode and a phototransistor at the same time because the process can be simplified and the cost can be reduced.

図29(B)は、記憶素子部356と同一の層に温度センサ472が設けられている。ここでは、温度センサとして、一対の導電層間に有機化合物層482が設けられている。有機化合物層482は、周囲の温度によって、抵抗値が変化する性質を有する。具体的には、室温を通常の温度としたとき、温度が室温より高くなると抵抗値が低下し、温度が室温よりも低くなると抵抗値が増加する。そのため、一対の導電層間に一定の電流値を流したときの電圧値を測定することによって温度の変化を検出することができる。   In FIG. 29B, a temperature sensor 472 is provided in the same layer as the memory element portion 356. Here, an organic compound layer 482 is provided as a temperature sensor between a pair of conductive layers. The organic compound layer 482 has a property that the resistance value changes depending on the ambient temperature. Specifically, when the room temperature is a normal temperature, the resistance value decreases when the temperature is higher than the room temperature, and the resistance value increases when the temperature is lower than the room temperature. Therefore, a change in temperature can be detected by measuring a voltage value when a constant current value is passed between the pair of conductive layers.

また、図29(B)において、記憶素子部356と温度センサ472は共に、同一の層に設けられた第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層とが順に積層されて設けられているため、同一の材料を用いて設けることが可能である。具体的には、記憶素子部356の第1の導電層と温度センサ472における第1の導電層または記憶素子部356の第2の導電層と温度センサ472における第2の導電層とを同じ材料で形成することができる。他にも、記憶素子部356の有機化合物層と温度センサ472の有機化合物層は同一の材料を用いて設けることができる。記憶素子部356の有機化合物層と温度センサ472の有機化合物層を同一の材料を用いて設けた場合は、温度センサ472によって有機化合物層の抵抗値の変化が検出された場合、記憶素子部356における有機化合物層の抵抗値も同様に変化しているため、記憶素子部356に記憶されたデータを読み出す際に有機化合物層の抵抗値の変化に伴う電圧の変化を補正する回路を設けるとよい。もちろん、第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層の全てを同じ材料で設ける必要はなく、例えば、第1の導電層だけを同じ材料で形成してもよいし、第2の導電層だけを同じ材料で形成してもよい。また、上記実施の形態で示したように第1の導電層とアンテナとして機能する導電層を同一の層に形成しても良い。なお、図29の構成において、光センサおよび温度センサに限られず、上述した他のセンサを形成することも可能である。また、温度センサ472と記憶素子部356とを同様の構成で設ける場合には、例えば、温度センサ472を記憶素子部356と同じように図19に示した構造で形成することもできる。   In FIG. 29B, the memory element portion 356 and the temperature sensor 472 are both provided by sequentially stacking a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer provided in the same layer. Therefore, the same material can be used. Specifically, the first conductive layer of the memory element portion 356 and the first conductive layer in the temperature sensor 472 or the second conductive layer of the memory element portion 356 and the second conductive layer in the temperature sensor 472 are made of the same material. Can be formed. In addition, the organic compound layer of the memory element portion 356 and the organic compound layer of the temperature sensor 472 can be provided using the same material. In the case where the organic compound layer of the memory element unit 356 and the organic compound layer of the temperature sensor 472 are provided using the same material, when the change in the resistance value of the organic compound layer is detected by the temperature sensor 472, the memory element unit 356 Since the resistance value of the organic compound layer in the memory cell similarly changes, it is preferable to provide a circuit that corrects a change in voltage caused by a change in the resistance value of the organic compound layer when reading data stored in the memory element portion 356. . Of course, it is not necessary to provide all of the first conductive layer, the organic compound layer, and the second conductive layer with the same material. For example, only the first conductive layer may be formed with the same material. Only the conductive layer may be formed of the same material. Further, as shown in the above embodiment mode, the first conductive layer and the conductive layer functioning as an antenna may be formed in the same layer. 29 is not limited to the optical sensor and the temperature sensor, and other sensors described above can be formed. In the case where the temperature sensor 472 and the memory element portion 356 are provided in the same configuration, for example, the temperature sensor 472 can be formed with the structure shown in FIG.

次に、図28(B)に、素子形成層901、記憶回路部904、センサ908およびアンテナ902を備えたRFIDタグ900の構成を示す。センサ部906は、温度、湿度、照度、気体、重力、圧力、音、振動、加速度、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出する。センサ部906は、センサ908とそれを制御するセンサ回路909が含まれている。センサ908は抵抗素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどで形成される。センサ回路909はインピーダンス、リアクタンス、インダクタンス、電圧又は電流の変化を検出し、アナログ/デジタル変換(A/D変換)して演算処理回路部903に信号を出力する。   Next, FIG. 28B illustrates a structure of an RFID tag 900 including an element formation layer 901, a memory circuit portion 904, a sensor 908, and an antenna 902. The sensor unit 906 detects temperature, humidity, illuminance, gas, gravity, pressure, sound, vibration, acceleration, and other characteristics by physical or chemical means. The sensor unit 906 includes a sensor 908 and a sensor circuit 909 that controls the sensor 908. The sensor 908 is formed of a resistance element, a photoelectric conversion element, a thermoelectromotive element, a transistor, a thermistor, a diode, or the like. The sensor circuit 909 detects a change in impedance, reactance, inductance, voltage, or current, performs analog / digital conversion (A / D conversion), and outputs a signal to the arithmetic processing circuit unit 903.

素子形成層901は、演算処理回路部903、通信回路部905、電源回路部907を備える。また、記憶回路部904を素子形成層901内に設けることも可能である。記憶回路部904は、センサ部906およびアンテナ902を経由して受信した外部からの情報を随時記録することができる。記憶回路部904は、センサ部906で検知した信号を格納する第1の記憶回路部910と、リーダ/ライタ装置から書き込まれた情報を記録する第2の記憶回路部911に分けて構成することもできる。   The element formation layer 901 includes an arithmetic processing circuit portion 903, a communication circuit portion 905, and a power supply circuit portion 907. In addition, the memory circuit portion 904 can be provided in the element formation layer 901. The memory circuit portion 904 can record information received from the outside via the sensor portion 906 and the antenna 902 as needed. The memory circuit unit 904 is configured by being divided into a first memory circuit unit 910 that stores a signal detected by the sensor unit 906 and a second memory circuit unit 911 that records information written from the reader / writer device. You can also.

第1の記憶回路部910はセンサ部906で検知した情報を記録するために、逐次書き込みを可能とするとともに、データが消失しないフラッシュメモリなどで構成することが好ましい。また、一度だけ書き込み可能な記憶素子を適用することが好ましい。   The first memory circuit portion 910 is preferably configured by a flash memory or the like that allows sequential writing and records data in order to record information detected by the sensor portion 906. In addition, it is preferable to apply a memory element that can be written only once.

通信回路部905は、復調回路912、変調回路913を含んでいる。復調回路912は、アンテナ902を経由して入力される信号を復調して、演算処理回路部903に出力する。信号にはセンサ部906を制御する信号や、記憶回路部904に記憶させる情報を含んでいる。また、センサ回路909から出力される信号や、記憶回路部904から読み出された情報は、演算処理回路部903を通して変調回路913に出力される。変調回路913は、この信号を無線通信可能な信号に変調して、アンテナ902を介して外部装置に出力する。   The communication circuit unit 905 includes a demodulation circuit 912 and a modulation circuit 913. The demodulation circuit 912 demodulates a signal input via the antenna 902 and outputs the demodulated signal to the arithmetic processing circuit unit 903. The signal includes a signal for controlling the sensor unit 906 and information stored in the storage circuit unit 904. In addition, a signal output from the sensor circuit 909 and information read from the storage circuit unit 904 are output to the modulation circuit 913 through the arithmetic processing circuit unit 903. The modulation circuit 913 modulates this signal into a signal capable of wireless communication, and outputs the signal to an external device via the antenna 902.

演算処理回路部903、センサ部906、記憶回路部904および通信回路部905を動作させるのに必要な電力は、アンテナ902を介して供給される。また、使用形態によっては、電源(バッテリ)を内蔵させた構成としてもよい。   Electric power necessary for operating the arithmetic processing circuit unit 903, the sensor unit 906, the storage circuit unit 904, and the communication circuit unit 905 is supplied via the antenna 902. Moreover, it is good also as a structure which incorporated the power supply (battery) depending on the usage form.

このように、温度や圧力等の情報を検出できるセンサを上記実施の形態で示した半導体装置に設けることによって、センサから検出された様々な情報を記憶素子部に記憶して管理することが可能となる。例えば、食品にガスセンサを有する半導体装置を設け、食品の状態を管理することができる。具体的には、腐敗しやすい食品等にガスセンサを有する半導体装置を設け、食品から発せられる腐敗ガスを検知する。記憶されたデータは、陳列棚またはベルトコンベアーの脇に設けられたリーダライタで定期的に読み取ることで食品の鮮度を管理すると共に、腐敗が始まった食品を選別することができる。   In this manner, by providing a sensor capable of detecting information such as temperature and pressure in the semiconductor device described in the above embodiment mode, various information detected from the sensor can be stored and managed in the memory element portion. It becomes. For example, a semiconductor device having a gas sensor can be provided in the food to manage the state of the food. Specifically, a semiconductor device having a gas sensor is provided in a perishable food or the like to detect spoilage gas emitted from the food. The stored data is periodically read by a reader / writer provided on the side of the display shelf or the belt conveyor, so that the freshness of the food can be managed and the food that has started to be spoiled can be selected.

また、他にも、人体の表面または内部に、温度センサ、圧力センサ等のセンサを有する半導体装置を設けて脈拍数、心拍数、体温、血圧、心電図、筋電図等の生体情報を半導体装置に設けられた記憶素子部に記憶することができる。本発明の半導体装置は、薄型且つ小型であるため、人体を拘束せずとも生体情報を読み取ることが可能である。また、記録された情報をリーダライタで定期的に読み取ることにより、人体の健康状態や運動状態の管理や疾病の予防、予測が可能となる。また、インターネット等のネットワークを用いて、リーダライタで読み取った生体情報を得ることで、在宅医療監視システム等が可能となる。なお、人体だけでなく、家畜等の動物にセンサを備えた半導体装置を埋め込むことにより様々な情報を記録させて、管理することが可能となる。   In addition, a semiconductor device having a sensor such as a temperature sensor or a pressure sensor is provided on the surface or inside of the human body, and the biological information such as the pulse rate, heart rate, body temperature, blood pressure, electrocardiogram, electromyogram, etc. Can be stored in a storage element portion provided in the storage area. Since the semiconductor device of the present invention is thin and small, it can read biological information without restraining the human body. In addition, by regularly reading the recorded information with a reader / writer, it is possible to manage the health and exercise state of the human body and prevent or predict diseases. In addition, a home medical monitoring system or the like can be obtained by obtaining biological information read by a reader / writer using a network such as the Internet. It is possible to record and manage various information by embedding a semiconductor device provided with a sensor not only in the human body but also in animals such as livestock.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した半導体装置の全ての構成と組み合わせて実施することができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment. That is, it can be implemented in combination with any structure of the semiconductor device described in the above embodiment mode.

(実施の形態10)
本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、情報を記憶して表示する電子機器に用いることができる。電子機器として、例えばテレビ受像器、携帯電話をはじめとする携帯情報端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーションシステム等に利用することができる。本発明の半導体装置を携帯電話に適用した場合に関して図15を用いて説明する。
(Embodiment 10)
The semiconductor device of the present invention has a wide range of uses, but can be used, for example, in electronic devices that store and display information. As an electronic device, for example, it can be used in a television receiver, a portable information terminal such as a mobile phone, a digital camera, a video camera, a navigation system, and the like. The case where the semiconductor device of the present invention is applied to a mobile phone will be described with reference to FIG.

携帯電話は、筐体2700、2706、パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703、操作ボタン2704、バッテリ2705とを有する。パネル2701はハウジング2702に脱着自在に組み込まれ、ハウジング2702はプリント配線基板2703に脱着される。ハウジング2702はパネル2701が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板2703には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの1つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板2703に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット(CPU、Central Processing Unit)、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。   The cellular phone includes housings 2700 and 2706, a panel 2701, a housing 2702, a printed wiring board 2703, operation buttons 2704, and a battery 2705. The panel 2701 is detachably incorporated in the housing 2702, and the housing 2702 is attached to and detached from the printed wiring board 2703. The shape and dimensions of the housing 2702 are changed as appropriate in accordance with the electronic device in which the panel 2701 is incorporated. A plurality of packaged semiconductor devices are mounted on the printed wiring board 2703, and the semiconductor device of the present invention can be used as one of them. The plurality of semiconductor devices mounted on the printed wiring board 2703 have any one function of a controller, a central processing unit (CPU), a memory, a power supply circuit, a sound processing circuit, a transmission / reception circuit, and the like.

パネル2701は、接続フィルム2708を介して、プリント配線基板2703と接続される。上記のパネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703は、操作ボタン2704やバッテリ2705と共に、筐体2700、2706の内部に収納される。パネル2701が含む画素領域2709は、筐体2700に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。   The panel 2701 is connected to the printed wiring board 2703 through the connection film 2708. The panel 2701, the housing 2702, and the printed wiring board 2703 are housed in the housings 2700 and 2706 together with the operation buttons 2704 and the battery 2705. A pixel region 2709 included in the panel 2701 is arranged so as to be visible from an opening window provided in the housing 2700.

本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体2700、2706内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、本発明の半導体装置は、単純な構造の記憶回路を有することを特徴としており、上記特徴により、安価で、高集積化された記憶回路を有する半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。さらに、本発明の半導体装置は、不揮発性であって、追記が可能な記憶回路を有することを特徴としており、上記特徴により、高機能化と高付加価値化を実現した電子機器を提供することができる。また、本発明の半導体装置は、移動度や応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトランジスタを設けることができ、この場合、高速な動作が可能であり、動作周波数を向上させた半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。   The semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight. With the above characteristics, a limited space inside the housings 2700 and 2706 of the electronic device can be used effectively. In addition, the semiconductor device of the present invention is characterized by having a memory circuit with a simple structure, and by the above characteristics, an electronic device using the semiconductor device having a memory circuit highly integrated is provided at low cost. Can do. Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it has a nonvolatile memory circuit that can be additionally written, and an electronic device that realizes high functionality and high added value by the above characteristics. Can do. In addition, the semiconductor device of the present invention can be provided with a transistor in which a channel portion is a single crystal semiconductor layer having favorable mobility and response speed. In this case, high-speed operation is possible and the operating frequency is improved. An electronic device using the semiconductor device can be provided.

また、本発明の半導体装置はRFIDタグとしても利用可能であり、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類および電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図16を用いて説明する。   The semiconductor device of the present invention can also be used as an RFID tag. For example, banknotes, coins, securities, certificates, bearer bonds, packaging containers, books, recording media, personal belongings, vehicles It can be used in foods, clothing, health supplies, daily necessities, medicines, electronic devices and the like. These examples will be described with reference to FIG.

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの(金券)、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す(図16(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す(図16(B)参照)。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す(図16(C)参照)。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す(図16(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指す(図16(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指す(図16(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す(図16(G)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す(図16(H)参照)。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(テレビ受像機、薄型テレビ受像機)、携帯電話等を指す。   Banknotes and coins are money that circulates in the market, and include those that are used in the same way as money in a specific area (cash vouchers), commemorative coins, and the like. Securities refer to checks, securities, promissory notes, and the like (see FIG. 16A). The certificate refers to a driver's license, a resident card, etc. (see FIG. 16B). Bearer bonds refer to stamps, gift tickets, various gift certificates, and the like (see FIG. 16C). Packaging containers refer to wrapping paper for lunch boxes, plastic bottles, and the like (see FIG. 16D). Books refer to books, books, and the like (see FIG. 16E). The recording media refer to DVD software, video tapes, and the like (see FIG. 16F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like (see FIG. 16G). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like (see FIG. 16H). Foods refer to food products, beverages, and the like. Clothing refers to clothing, footwear, and the like. Health supplies refer to medical equipment, health equipment, and the like. Livingware refers to furniture, lighting equipment, and the like. Chemicals refer to pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (TV receivers, flat-screen TV receivers), mobile phones, and the like.

紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等にRFIDタグを設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等にRFIDタグを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等にRFIDタグを設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。RFIDタグの設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。また、後に光学的作用を加えて書き込み(追記)をする場合には、チップに設けられた記憶素子の部分に光が照射できるように透明な材料で形成しておくことが好ましい。さらに、一度書き込んだデータの書き換えが不可能である記憶素子を用いることによって、効果的に偽造を防止することが可能となる。また、ユーザーが商品を購入した後のプライバシー等の問題についても、RFIDタグに設けられた記憶素子のデータを消去するシステムを設けておくことによって解決することができる。   Forgery can be prevented by providing RFID tags on bills, coins, securities, certificates, bearer bonds, and the like. In addition, it is possible to improve the efficiency of inspection systems and rental store systems by providing RFID tags for personal items such as packaging containers, books, and recording media, foods, daily necessities, and electronic devices. it can. By providing RFID tags on vehicles, health supplies, medicines, etc., counterfeiting and theft can be prevented, and medicines can prevent mistakes in taking medicines. The RFID tag is provided by being attached to the surface of the article or embedded in the article. For example, a book may be embedded in paper, and a package made of an organic resin may be embedded in the organic resin. Further, when writing (additional writing) is performed by applying an optical action later, it is preferable to form the transparent element so that light can be applied to the portion of the memory element provided on the chip. Furthermore, forgery can be effectively prevented by using a memory element in which data once written cannot be rewritten. In addition, problems such as privacy after a user purchases a product can be solved by providing a system for erasing data in a storage element provided in the RFID tag.

このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等にRFIDタグを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類にRFIDタグを設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサを備えたRFIDタグを埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん現在の体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。   In this way, by providing RFID tags on packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., it is possible to improve the efficiency of inspection systems and rental store systems. it can. In addition, forgery and theft can be prevented by providing an RFID tag in vehicles. Moreover, by embedding it in creatures such as animals, it is possible to easily identify individual creatures. For example, by embedding an RFID tag equipped with a sensor in a living creature such as livestock, it is possible to easily manage the current health condition such as the body temperature as well as the year of birth, gender or type.

以上のように、本発明の半導体装置はデータを記憶する物品あればどのようなものにでも設けて使用することができる。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。   As described above, the semiconductor device of the present invention can be provided and used for any article that stores data. Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.

本実施例では、基板上に有機メモリ素子を設け、その有機メモリ素子に電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行った結果について説明する。   In this embodiment, a result of writing data by providing an organic memory element on a substrate and applying an electrical action to the organic memory element will be described.

有機メモリ素子は、基板上に第1の導電層、有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。なお、第1の導電層は、酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を用いた。有機化合物層は、メトキシ−5−(2−エチル)ヘキシロキシ]−p−フェニレンビニレン(MEH−PPVと略称されることがある)をスピンコート法により形成した。第2の導電層は蒸着法によりアルミニウムを設けた。   An organic memory element is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order on a substrate. Note that a compound of silicon oxide and indium tin oxide was used for the first conductive layer. The organic compound layer was formed by spin coating of methoxy-5- (2-ethyl) hexyloxy] -p-phenylene vinylene (sometimes abbreviated as MEH-PPV). The second conductive layer was provided with aluminum by a vapor deposition method.

上記構成を有する有機メモリ素子に、電気的作用によりデータの書き込みを行う前と、電気的作用によりデータを書き込んだ後の電流電圧特性の測定結果を図17に示す。なお、図17において、横軸は電圧値(V)、縦軸は電流密度(mA/cm)を示している。また、図17において、プロット861aは電気的作用を加えることによりデータを書き込む前の電流電圧特性、プロット861bは電気的作用を加えることによりデータを書き込んだ後の電流電圧特性を示している。 FIG. 17 shows measurement results of current-voltage characteristics before data is written by an electrical action and after data is written by an electrical action in the organic memory element having the above configuration. In FIG. 17, the horizontal axis indicates the voltage value (V), and the vertical axis indicates the current density (mA / cm 2 ). In FIG. 17, a plot 861a shows a current-voltage characteristic before writing data by applying an electrical action, and a plot 861b shows a current-voltage characteristic after writing data by applying an electrical action.

図17から、データの書き込み前と、データの書き込み後とで、有機メモリ素子の電流電圧特性には大きな変化がみられることがわかる。例えば、印過電圧1Vにおいて書き込み前は電流密度7.4×10−6mA/cmであるのに対し、データの書き込み後の有機メモリ素子の電流密度は1.1×10mA/cmであり、データの書き込み前とデータの書き込み後では、電流値に8桁の変化が生じている。つまり、データの書き込み後には有機メモリ素子の抵抗値が大幅に減少している。 From FIG. 17, it can be seen that there is a large change in the current-voltage characteristics of the organic memory element before and after data writing. For example, the current density before writing is 7.4 × 10 −6 mA / cm 2 at an applied voltage of 1 V, whereas the current density of the organic memory element after writing data is 1.1 × 10 2 mA / cm 2. Thus, there is an 8-digit change in the current value before data writing and after data writing. That is, after the data is written, the resistance value of the organic memory element is greatly reduced.

このように、データの書き込み前と、データの書き込み後では、有機メモリ素子の抵抗値に変化が生じており、この有機メモリ素子の抵抗値の変化を、電圧値又は電流値により読み取ることによって、本発明の半導体装置に記憶回路の機能を組み込むことができる。   As described above, the resistance value of the organic memory element has changed before and after the data writing, and the change in the resistance value of the organic memory element is read by the voltage value or the current value. The function of a memory circuit can be incorporated in the semiconductor device of the present invention.

また、上記構成とは異なる材料を用いて有機メモリ素子を作製し、その有機メモリ素子に電気的作用によりデータの書き込みを行った結果について説明する。   In addition, a description will be given of a result of manufacturing an organic memory element using a material different from the above structure and writing data to the organic memory element by an electric action.

有機メモリ素子は、基板上に第1の導電層、有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。なお、第1の導電層は、酸化珪素とインジウム錫酸化物の化合物を用いた。有機化合物層は、ポリ(9−ビニルカルバゾール)(PVKと略称されることがある)をスピンコート法により形成した。第2の導電層は蒸着法によりアルミニウムを設けた。   An organic memory element is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order on a substrate. Note that a compound of silicon oxide and indium tin oxide was used for the first conductive layer. The organic compound layer was formed by spin coating of poly (9-vinylcarbazole) (sometimes abbreviated as PVK). The second conductive layer was provided with aluminum by a vapor deposition method.

上記構成を有する有機メモリ素子に、電気的作用によりデータの書き込みを行う前と、電気的作用によりデータを書き込んだ後の電流電圧特性の測定結果を図18に示す。なお、図18において、横軸は電圧値(V)、縦軸は電流密度(mA/cm)を示している。また、図18において、プロット862aは電気的作用を加えることによりデータを書き込む前の電流電圧特性、プロット862bは電気的作用を加えることによりデータを書き込んだ後の電流電圧特性を示している。 FIG. 18 shows measurement results of current-voltage characteristics before writing data by an electrical action and after writing data by an electrical action in the organic memory element having the above configuration. In FIG. 18, the horizontal axis indicates the voltage value (V), and the vertical axis indicates the current density (mA / cm 2 ). In FIG. 18, a plot 862a shows a current-voltage characteristic before writing data by applying an electrical action, and a plot 862b shows a current-voltage characteristic after writing data by applying an electrical action.

図18から、データの書き込み前と、データの書き込み後とで、有機メモリ素子の電流電圧特性には大きな変化がみられる。例えば、印過電圧1Vにおいて書き込み前は電流密度2.3×10−1mA/cmであるのに対し、データの書き込み後の有機メモリ素子の電流密度は2.6×10mA/cmであり、データの書き込み前とデータの書き込み後では、電流値に3桁の変化が生じている。つまり、データの書き込み後には有機メモリ素子の抵抗値が大幅に減少している。 As shown in FIG. 18, there is a large change in the current-voltage characteristics of the organic memory element before data writing and after data writing. For example, the current density is 2.3 × 10 −1 mA / cm 2 before writing at an applied voltage of 1 V, whereas the current density of the organic memory element after writing data is 2.6 × 10 2 mA / cm 2. Thus, there is a three-digit change in the current value before data writing and after data writing. That is, after the data is written, the resistance value of the organic memory element is greatly reduced.

このように、データの書き込み前と、データの書き込み後では、有機メモリ素子の抵抗値に変化が生じており、この有機メモリ素子の抵抗値の変化を、電圧値又は電流値により読み取ることによって、記憶回路として機能させることができる。   As described above, the resistance value of the organic memory element has changed before and after the data writing, and the change in the resistance value of the organic memory element is read by the voltage value or the current value. It can function as a memory circuit.

本実施例においては、液滴吐出法(インクジェット法)により第2の導電層を形成した有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。なお、ここでは、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素子を短絡させて書き込みを行った。また、図30(A)、(B)においては、横軸は有機メモリ素子印加する電圧を示し、縦軸は有機メモリ素子に流れる電流密度を示す。   In this embodiment, current-voltage characteristics of an organic memory element in which a second conductive layer is formed by a droplet discharge method (inkjet method) are shown. Here, writing was performed by applying a voltage to the organic memory element to short-circuit the organic memory element. In FIGS. 30A and 30B, the horizontal axis represents the voltage applied to the organic memory element, and the vertical axis represents the current density flowing through the organic memory element.

ここでは、ガラス基板上にスパッタリング法により酸化珪素を含むITOを第1の導電層として形成した。次に、スピンコート法によりPVK(ポリ(9−ポリビニルカルバゾール))を塗布した後、100℃で10分加熱して厚さ30nmの有機化合物層を形成した。次に、有機化合物層上に液滴吐出法でAgを含む組成物を吐出し、窒素雰囲気で200℃1時間加熱して第2の導電層を形成した。このときの有機メモリ素子の電流電圧特性を図30(A)に示す。ここでの書込み電圧は4.2Vであり、書込み電流密度は5.8mA/cmであった。 Here, ITO containing silicon oxide was formed as a first conductive layer over a glass substrate by a sputtering method. Next, PVK (poly (9-polyvinylcarbazole)) was applied by spin coating, and then heated at 100 ° C. for 10 minutes to form an organic compound layer having a thickness of 30 nm. Next, a composition containing Ag was discharged onto the organic compound layer by a droplet discharge method, and heated in a nitrogen atmosphere at 200 ° C. for 1 hour to form a second conductive layer. FIG. 30A shows the current-voltage characteristics of the organic memory element at this time. The write voltage here was 4.2 V, and the write current density was 5.8 mA / cm 2 .

図30(A)において、プロット5001は、有機メモリ素子の書き込み前の電流電圧特性を示し、プロット5002は、有機メモリの書き込み後の電流電圧特性を示す。書き込み後は、オーミック電流が流れていることが分かる。即ち、印加電圧4〜5Vで有機メモリ素子を短絡させることが可能である。   In FIG. 30A, a plot 5001 shows a current-voltage characteristic before writing of the organic memory element, and a plot 5002 shows a current-voltage characteristic after writing of the organic memory. It can be seen that an ohmic current flows after writing. That is, it is possible to short-circuit the organic memory element with an applied voltage of 4 to 5V.

一方、図30(B)は、図30(A)で示す有機メモリ素子の参照例であり、第2の導電層として蒸着法によりアルミニウム層を用いて形成した有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。ここでの書込み電圧は1.9Vであり、書込み電流密度は0.26mA/cmであった。 On the other hand, FIG. 30B is a reference example of the organic memory element shown in FIG. 30A and shows current-voltage characteristics of an organic memory element formed using an aluminum layer by a vapor deposition method as the second conductive layer. . The write voltage here was 1.9 V, and the write current density was 0.26 mA / cm 2 .

図30(B)において、プロット5011は、有機メモリ素子の書き込み前の電流電圧特性を示し、プロット5012は、書き込み後の有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。図30(A)および(B)より、第2の導電層を液滴吐出法で形成した有機メモリ素子は、蒸着法で第2の導電層を形成した有機メモリ素子と同様に、電圧を印加することで短絡し、書き込みを行うことが可能である。   In FIG. 30B, a plot 5011 shows a current-voltage characteristic before writing of the organic memory element, and a plot 5012 shows a current-voltage characteristic of the organic memory element after writing. 30A and 30B, the organic memory element in which the second conductive layer is formed by the droplet discharge method applies a voltage in the same manner as the organic memory element in which the second conductive layer is formed by the vapor deposition method. By doing so, it is possible to short-circuit and write.

本実施例では、有機メモリ素子を加熱したときの電流電圧特性の測定結果を図31に示す。ここでは、有機メモリ素子の有機化合物層をガラス転移点が200℃のPVKを用いて形成した。   In this example, the measurement result of the current-voltage characteristic when the organic memory element is heated is shown in FIG. Here, the organic compound layer of the organic memory element was formed using PVK having a glass transition point of 200 ° C.

ガラス基板上にスパッタリング法により形成した酸化珪素を含むITOを第1の導電層として形成し、第1の導電層上にスピンコート法により厚さ17nmのPVKを塗布し120℃で90分加熱して有機化合物層を形成し、有機化合物層上に蒸着法によりアルミニウム層で形成される第2の導電層を形成して、有機メモリ素子を形成した。このときの第1の導電層の厚さは110nmであり、第2の導電層の厚さは200nmであった。また、素子の水平面における大きさは2mm×2mmであった。このときの有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を図31の丸印のプロットで示す。   ITO containing silicon oxide formed by sputtering on a glass substrate is formed as a first conductive layer, PVK having a thickness of 17 nm is applied on the first conductive layer by spin coating, and heated at 120 ° C. for 90 minutes. Then, an organic compound layer was formed, and a second conductive layer formed of an aluminum layer was formed on the organic compound layer by vapor deposition to form an organic memory element. At this time, the thickness of the first conductive layer was 110 nm, and the thickness of the second conductive layer was 200 nm. The size of the element in the horizontal plane was 2 mm × 2 mm. The measurement result of the current-voltage characteristic of the organic memory element at this time is shown by a circled plot in FIG.

次に、有機メモリ素子を120℃で10分加熱した後、室温にて有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を測定した結果を図31の四角のプロットで示す。同様に、有機メモリ素子を160℃で10分加熱した後、室温にて有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を測定した結果を図31の三角のプロットで示す。同様に、有機メモリ素子を200℃で10分加熱した後、室温にて有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を測定した結果を図31の菱形のプロットで示す。   Next, after heating the organic memory element at 120 ° C. for 10 minutes, the measurement result of the current-voltage characteristics of the organic memory element at room temperature is shown as a square plot in FIG. Similarly, after the organic memory element was heated at 160 ° C. for 10 minutes, the measurement result of the current-voltage characteristic of the organic memory element at room temperature was measured, and the triangular plot in FIG. 31 shows the result. Similarly, after heating the organic memory element at 200 ° C. for 10 minutes, the measurement result of the current-voltage characteristics of the organic memory element at room temperature is shown by a rhombus plot in FIG.

更に、各素子の書き込みを行った後の電流電圧特性の測定結果をバツ印のプロットで示す。   Furthermore, the measurement results of the current-voltage characteristics after writing each element are shown by cross marks.

書き込み前の有機メモリ素子は、加熱温度を高くするほど書き込み電圧が徐々に低減しており、書き込み電圧を低減することが可能である。   In the organic memory element before writing, the writing voltage gradually decreases as the heating temperature is increased, and the writing voltage can be reduced.

本実施例では、異なる大きさの有機メモリ素子の書き込み電圧及び電流について表1及び図32を用いて説明する。なお、ここでは、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素子を短絡させて書き込みを行った。   In this embodiment, write voltages and currents of organic memory elements having different sizes will be described with reference to Table 1 and FIG. Here, writing was performed by applying a voltage to the organic memory element to short-circuit the organic memory element.

基板上にスパッタリング法によりチタンで形成される第1の導電層を形成し、第1の導電層上にスピンコート法によりPVK(ポリ(9−ビニルカルバゾール))を塗布、加熱して8nmの有機化合物層を形成し、有機化合物層上に蒸着法によりアルミニウム層で形成される第2の導電層を形成して有機メモリ素子を形成した。このとき、有機メモリ素子の水平面における大きさが100μm×100μm、40μm×40μm、20μm×20μm、10μm×10μmの有機メモリ素子をそれぞれ形成して電流電圧特性を測定した。   A first conductive layer made of titanium is formed on a substrate by sputtering, and PVK (poly (9-vinylcarbazole)) is applied on the first conductive layer by spin coating and heated to form an organic layer having a thickness of 8 nm. A compound layer was formed, and a second conductive layer formed of an aluminum layer was formed on the organic compound layer by vapor deposition to form an organic memory element. At this time, organic memory elements having a size of 100 μm × 100 μm, 40 μm × 40 μm, 20 μm × 20 μm, 10 μm × 10 μm in the horizontal plane of the organic memory element were formed, and current-voltage characteristics were measured.

ここで、有機メモリ素子の水平面における大きさが100μm×100μmの有機メモリ素子を試料1、40μm×40μmの有機メモリ素子を試料2、20μm×20μmの有機メモリ素子を試料3〜6、10μm×10μmの有機メモリ素子を試料7〜10とし、試料1〜試料10の有機メモリ素子の書き込み電圧、書き込み電流及び読み込み電流を表1に示す。なお、読み込みは、書込み前の素子では2.5V、書込み後の素子では0.5V印加して行った。   Here, the organic memory element having a size of 100 μm × 100 μm in the horizontal plane is Sample 1, the organic memory element having 40 μm × 40 μm is Sample 2, the organic memory element having 20 μm × 20 μm is Sample 3-6, and 10 μm × 10 μm. These organic memory elements are designated as Samples 7 to 10, and Table 1 shows the write voltage, write current, and read current of the organic memory elements of Samples 1 to 10. Reading was performed by applying 2.5 V to the element before writing and 0.5 V to the element after writing.

Figure 0004954540
Figure 0004954540

また、試料8〜10の電流電圧特性を図32(A)〜(C)に示す。△(三角印)が書き込み前、○(丸印)が書き込み後を示す。   Moreover, the current-voltage characteristics of Samples 8 to 10 are shown in FIGS. A triangle (triangle mark) indicates before writing, and a circle (circle) indicates after writing.

それぞれ、8.5V〜10.1Vで書き込みを行うことが可能であった。また、書き込みの前後における読み込み電流値は読み込み電圧1Vで10以上の差があり、メモリとして十分な特性を示すことがわかった。また、書き込み時の電流値は10μAであり、低い電力で有機メモリ素子にデータを書込みできることが分かった。 It was possible to perform writing at 8.5 V to 10.1 V, respectively. Further, the read current value before and after the writing had a difference of 10 7 or more at the reading voltage of 1 V, and it was found that the characteristics sufficient for the memory were exhibited. The current value at the time of writing was 10 μA, and it was found that data could be written to the organic memory element with low power.

本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置にレーザによりデータを書き込む例を示す図。FIG. 10 shows an example of writing data to a semiconductor device of the present invention with a laser. 本発明の半導体装置の駆動方法を説明する図。8A and 8B illustrate a method for driving a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態を示す図。FIG. 11 shows a usage pattern of a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置の使用形態を示す図。FIG. 11 shows a usage pattern of a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置の使用形態を示す図。FIG. 11 shows a usage pattern of a semiconductor device of the invention. 本発明の半導体装置における記憶素子の電流電圧特性の測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of current-voltage characteristics of a memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における記憶素子の電流電圧特性の測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of current-voltage characteristics of a memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置に記憶されたデータの読み取りを示す図。FIG. 6 is a diagram showing reading of data stored in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法の一構成例を示す図。10A and 10B illustrate a structural example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を表示装置に設けた一構成例を示す図。FIG. 10 illustrates a structural example in which a semiconductor device of the present invention is provided in a display device. 本発明の半導体装置を表示装置に設けた一構成例を示す図。FIG. 10 illustrates a structural example in which a semiconductor device of the present invention is provided in a display device. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を示す図。FIG. 6 illustrates a structural example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における記憶素子の電流電圧特性の測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of current-voltage characteristics of a memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における記憶素子の電流電圧特性の測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of current-voltage characteristics of a memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における記憶素子の電流電圧特性の測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of current-voltage characteristics of a memory element in a semiconductor device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

6 メモリ
11 電源回路
12 クロック発生回路
13 データ復調/変調回路
14 制御回路
15 インターフェース回路
16 記憶回路
17 データバス
18 アンテナ
19 リーダライタ
20 RFIDタグ
21 メモリセル
22 メモリセルアレイ
23 インターフェース
24 ワード線駆動回路
24a ロウデコーダ
24b レベルシフタ
26 ビット線駆動回路
26a カラムデコーダ
26b 読み出し回路
26c セレクタ
27 第1の導電層
28 第2の導電層
29 有機化合物層
30 基板
31 絶縁層
32 絶縁層
34 半導体層
35 半導体層
37 絶縁層
38 有機化合物層
39 記憶素子部
46 抵抗素子
47 差動増幅器
76 導電層
77 絶縁層
78 絶縁層
79 絶縁層
80 基板
81 画素部
82 駆動回路部
83 メモリセル
84 接続フィルム
85 駆動用トランジスタ
86 トランジスタ
87 トランジスタ
88 第1の導電層
89 有機化合物層
90 第2の導電層
91 第1の導電層
92 有機化合物層
93 第2の導電層
94 発光素子
95 第1の導電層
96 有機化合物層
97 第2の導電層
98 記憶素子
99 導電層
221 メモリセル
222 メモリセルアレイ
226 ビット線駆動回路
226a カラムデコーダ
226b 読み出し回路
226c セレクタ
224 ワード線駆動回路
224a ロウデコーダ
224b レベルシフタ
223 インターフェース
216 記憶回路
231 第1の配線
232 第2の配線
240 トランジスタ
248 トランジスタ
241 記憶素子
241 有機メモリ素子
230 基板
243 第1の導電層
244 有機化合物層
245 第2の導電層
246 抵抗素子
247 差動増幅器
256 絶縁層
249 絶縁層
250 絶縁層
251 素子形成層
321 表示部
320 リーダライタ
322 品物
323 RFIDタグ
326 商品
324 リーダライタ
325 RFIDタグ
350 基板
351 素子形成層
352 記憶素子部
353 アンテナ部
354 トランジスタ
355 導電層
356 記憶素子部
357 アンテナ部
358 導電層
359 導電性微粒子
361 第1の導電層
362 有機化合物層
363 第2の導電層
364 絶縁層
365 基板
366 絶縁層
371 第1の導電層
372 有機化合物層
373 第2の導電層
374 絶縁層
375 樹脂
376 絶縁層
400 基板
401a 導電層
401b 導電層
402 導電層
403 半導体層
404 絶縁層
405 ゲート電極
406 絶縁層
407 有機化合物層
408 導電層
409 記憶素子
410 ノズル
411 導電層
412 有機化合物層
413 絶縁層
414a 導電層
414b 導電層
415 導電層
416 半導体層
417 絶縁層
418 ゲート電極
419 記憶素子
421 有機化合物層
421a 導電層
421b 導電層
422 有機化合物層
423 半導体層
424 絶縁層
425 ゲート電極
426 絶縁層
427 有機化合物層
428 導電層
451 トランジスタ
462 トランジスタ
482 有機化合物層
701 基板
702 剥離層
703 絶縁層
704 非晶質半導体層
705 絶縁層
706 結晶質半導体層
707 結晶質半導体層
708 結晶質半導体層
709 結晶質半導体層
710 結晶質半導体層
711 N型不純物領域
712 P型不純物領域
713 N型不純物領域
714 N型不純物領域
715 N型不純物領域
716 導電層
717 導電層
718 導電層
719 導電層
720 導電層
721 導電層
722 導電層
723 導電層
724 導電層
725 導電層
726 N型不純物領域
727 N型不純物領域
728 N型不純物領域
729 N型不純物領域
730 N型不純物領域
731 N型不純物領域
732 N型不純物領域
733 N型不純物領域
734 絶縁層
735 絶縁層
736 絶縁層
737 絶縁層
738 絶縁層
739 絶縁層
740 絶縁層
741 絶縁層
742 絶縁層
743 絶縁層
744 薄膜トランジスタ
745 薄膜トランジスタ
746 薄膜トランジスタ
747 薄膜トランジスタ
748 薄膜トランジスタ
749 絶縁層
750 絶縁層
751 絶縁層
752 導電層
753 導電層
754 導電層
755 導電層
756 導電層
757 導電層
758 導電層
759 導電層
760 導電層
761 導電層
762 絶縁層
763 導電層
764 導電層
765 導電層
766 絶縁層
767 コンタクトホール
768 コンタクトホール
769 コンタクトホール
771 導電層
772 絶縁層
773 開口部
774 開口部
775 第2の基体
776 第1の基体
778 電界効果トランジスタ
779 薄膜トランジスタ
780 チャネル形成領域
781 チャネル形成領域
782 チャネル形成領域
783 チャネル形成領域
784 チャネル形成領域
785 P型不純物領域
786 導電層
787 有機化合物層
789 記憶素子
790 記憶素子
791 薄膜集積回路
900 RFIDタグ
901 素子形成層
902 アンテナ
906 センサ部
941 電流電圧特性
942 電流電圧特性
943 電流電圧特性
944 交点
945 交点
950 センサ部
951 導電層
952 導電性微粒子
953 導電層
954 樹脂
1001 レーザ照射装置
1002 コンピュータ
1003 レーザ発振器
1004 電源
1005 光学系
1006 音響光学変調器
1007 光学系
1009 移動機構
1010 D/A変換部
1011 ドライバ
1012 ドライバ
1013 オートフォーカス機構
2700 筐体
2706 筐体
2701 パネル
2702 ハウジング
2703 プリント配線基板
2704 操作ボタン
2705 バッテリ
2708 接続フィルム
2709 画素領域
861a プロット
861b プロット
862a プロット
862b プロット
5001 プロット
5002 プロット
5011 プロット
5012 プロット
6 Memory 11 Power supply circuit 12 Clock generation circuit 13 Data demodulation / modulation circuit 14 Control circuit 15 Interface circuit 16 Storage circuit 17 Data bus 18 Antenna 19 Reader / writer 20 RFID tag 21 Memory cell 22 Memory cell array 23 Interface 24 Word line drive circuit 24a Row Decoder 24b Level shifter 26 Bit line drive circuit 26a Column decoder 26b Read circuit 26c Selector 27 First conductive layer 28 Second conductive layer 29 Organic compound layer 30 Substrate 31 Insulating layer 32 Insulating layer 34 Semiconductor layer 35 Semiconductor layer 37 Insulating layer 38 Organic compound layer 39 Memory element part 46 Resistive element 47 Differential amplifier 76 Conductive layer 77 Insulating layer 78 Insulating layer 79 Insulating layer 80 Substrate 81 Pixel part 82 Drive circuit part 83 Memory cell 84 Connection film 85 Driving transistor Star 86 Transistor 87 Transistor 88 First conductive layer 89 Organic compound layer 90 Second conductive layer 91 First conductive layer 92 Organic compound layer 93 Second conductive layer 94 Light emitting element 95 First conductive layer 96 Organic compound layer 97 Second conductive layer 98 Memory element 99 Conductive layer 221 Memory cell 222 Memory cell array 226 Bit line driver circuit 226a Column decoder 226b Read circuit 226c Selector 224 Word line driver circuit 224a Row decoder 224b Level shifter 223 Interface 216 Memory circuit 231 First Wiring 232 second wiring 240 transistor 248 transistor 241 storage element 241 organic memory element 230 substrate 243 first conductive layer 244 organic compound layer 245 second conductive layer 246 resistance element 247 differential amplifier 256 insulating layer 2 9 Insulating layer 250 Insulating layer 251 Element forming layer 321 Display unit 320 Reader / writer 322 Product 323 RFID tag 326 Product 324 Reader / writer 325 RFID tag 350 Substrate 351 Element forming layer 352 Memory element unit 353 Antenna unit 354 Transistor 355 Conductive layer 356 Memory element Part 357 antenna part 358 conductive layer 359 conductive fine particle 361 first conductive layer 362 organic compound layer 363 second conductive layer 364 insulating layer 365 substrate 366 insulating layer 371 first conductive layer 372 organic compound layer 373 second conductive Layer 374 insulating layer 375 resin 376 insulating layer 400 substrate 401a conductive layer 401b conductive layer 402 conductive layer 403 semiconductor layer 404 insulating layer 405 gate electrode 406 insulating layer 407 organic compound layer 408 conductive layer 409 storage element 410 nozzle 411 conductive Layer 412 Organic compound layer 413 Insulating layer 414a Conductive layer 414b Conductive layer 415 Conductive layer 416 Semiconductor layer 417 Insulating layer 418 Gate electrode 419 Memory element 421 Organic compound layer 421a Conductive layer 421b Conductive layer 422 Organic compound layer 423 Semiconductor layer 424 Insulating layer 425 Gate electrode 426 Insulating layer 427 Organic compound layer 428 Conductive layer 451 Transistor 462 Transistor 482 Organic compound layer 701 Substrate 702 Release layer 703 Insulating layer 704 Amorphous semiconductor layer 705 Insulating layer 706 Crystalline semiconductor layer 707 Crystalline semiconductor layer 708 Crystalline Semiconductor layer 709 Crystalline semiconductor layer 710 Crystalline semiconductor layer 711 N-type impurity region 712 P-type impurity region 713 N-type impurity region 714 N-type impurity region 715 N-type impurity region 716 Conductive layer 717 Conductive layer 718 Conductive layer 719 Conductive layer 720 Conductive layer 721 Conductive layer 722 Conductive layer 723 Conductive layer 724 Conductive layer 725 Conductive layer 726 N-type impurity region 727 N-type impurity region 728 N-type impurity region 729 N-type impurity region 730 N-type impurity region 731 N-type impurity region 731 732 N-type impurity region 733 N-type impurity region 734 Insulating layer 735 Insulating layer 736 Insulating layer 737 Insulating layer 738 Insulating layer 739 Insulating layer 740 Insulating layer 741 Insulating layer 742 Insulating layer 743 Insulating layer 744 Thin film transistor 745 Thin film transistor 746 Thin film transistor 747 Thin film transistor 748 Thin film transistor 749 insulating layer 750 insulating layer 751 insulating layer 752 conductive layer 753 conductive layer 754 conductive layer 755 conductive layer 756 conductive layer 757 conductive layer 758 conductive layer 759 conductive layer 760 conductive layer 761 conductive layer 762 insulating layer 7 3 conductive layer 764 conductive layer 765 conductive layer 766 insulating layer 767 contact hole 768 contact hole 769 contact hole 771 conductive layer 772 insulating layer 773 opening 774 opening 775 second substrate 776 first substrate 778 field effect transistor 779 thin film transistor 780 Channel formation region 781 Channel formation region 782 Channel formation region 783 Channel formation region 784 Channel formation region 785 P-type impurity region 786 Conductive layer 787 Organic compound layer 789 Memory element 790 Memory element 791 Thin film integrated circuit 900 RFID tag 901 Element formation layer 902 Antenna 906 Sensor part 941 Current-voltage characteristic 942 Current-voltage characteristic 943 Current-voltage characteristic 944 Intersection 945 Intersection 950 Sensor part 951 Conductive layer 952 Conductive fine particle 953 Conductive layer 9 4 Resin 1001 Laser Irradiation Device 1002 Computer 1003 Laser Oscillator 1004 Power Supply 1005 Optical System 1006 Acoustooptic Modulator 1007 Optical System 1009 Moving Mechanism 1010 D / A Converter 1011 Driver 1012 Driver 1013 Autofocus Mechanism 2700 Housing 2706 Housing 2701 Panel 2702 Housing 2703 Printed wiring board 2704 Operation button 2705 Battery 2708 Connection film 2709 Pixel area 861a Plot 861b Plot 862a Plot 862b Plot 5001 Plot 5002 Plot 5011 Plot 5012 Plot

Claims (8)

基板上に設けられた、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含む素子形成層と、
前記素子形成層上に設けられた記憶素子と、
前記記憶素子上に設けられたセンサ部と、を有し、
前記記憶素子は、第1の導電層と、前記第1の導電層上の有機化合物層と、前記有機化合物層上の第2の導電層との積層構造を有し、
前記有機化合物層下において前記第1の導電層の一端を覆う絶縁層が設けられ、
前記第1の導電層は、前記第1のトランジスタと電気的に接続され、
前記有機化合物層は、高分子化合物を有し、
前記センサ部は、前記第2のトランジスタと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
An element formation layer including a first transistor and a second transistor provided over a substrate;
A storage element provided on the element formation layer;
A sensor unit provided on the storage element,
The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer on the first conductive layer, and a second conductive layer on the organic compound layer,
Insulating layer is provided to cover the end of Oite the first conductive layer under the organic compound layer,
The first conductive layer is electrically connected to the first transistor;
The organic compound layer has a polymer compound,
The semiconductor device is characterized in that the sensor portion is electrically connected to the second transistor.
基板上に設けられた、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタ、およびセンサ部を含む素子形成層と、
前記素子形成層上に設けられた記憶素子と、を有し、
前記記憶素子は、第1の導電層と、前記第1の導電層上の有機化合物層と、前記有機化合物層上の第2の導電層との積層構造を有し、
前記有機化合物層下において前記第1の導電層の一端を覆う絶縁層が設けられ、
前記第1の導電層は、前記第1のトランジスタと電気的に接続され、
前記有機化合物層は、高分子化合物を有し、
前記センサ部は、前記第2のトランジスタと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
An element formation layer including a first transistor, a second transistor, and a sensor portion provided on a substrate;
A storage element provided on the element formation layer,
The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer on the first conductive layer, and a second conductive layer on the organic compound layer,
Insulating layer is provided to cover the end of Oite the first conductive layer under the organic compound layer,
The first conductive layer is electrically connected to the first transistor;
The organic compound layer has a polymer compound,
The semiconductor device is characterized in that the sensor portion is electrically connected to the second transistor.
基板上に設けられた、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを含む素子形成層と、
前記素子形成層上に設けられた記憶素子およびセンサ部と、を有し、
前記記憶素子は、第1の導電層と、前記第1の導電層上の第1の有機化合物層と、前記第1の有機化合物層上の第2の導電層との積層構造を有し、
前記第1の有機化合物層下において前記第1の導電層の一端を覆う第1の絶縁層が設けられ、
前記センサ部は、第3の導電層と、前記第3の導電層上の第2の有機化合物層と、前記第2の有機化合物層上の第4の導電層との積層構造を有し、
前記第2の有機化合物層下において前記第3の導電層の一端を覆う第2の絶縁層が設けられ、
前記第1の導電層は、前記第1のトランジスタと電気的に接続され、
前記第3の導電層は、前記第2のトランジスタと電気的に接続され、
前記第1の有機化合物層および前記第2の有機化合物層は、同一の高分子化合物を有することを特徴とする半導体装置。
An element formation layer including a first transistor and a second transistor provided over a substrate;
A storage element and a sensor unit provided on the element formation layer,
The memory element has a stacked structure of a first conductive layer, a first organic compound layer on the first conductive layer, and a second conductive layer on the first organic compound layer;
A first insulating layer covering the one end of Oite the first conductive layer is provided under the first organic compound layer,
The sensor unit has a stacked structure of a third conductive layer, a second organic compound layer on the third conductive layer, and a fourth conductive layer on the second organic compound layer,
A second insulating layer covering the one end of Oite the third conductive layer is provided under the second organic compound layer,
The first conductive layer is electrically connected to the first transistor;
The third conductive layer is electrically connected to the second transistor;
The semiconductor device, wherein the first organic compound layer and the second organic compound layer have the same polymer compound.
請求項において、
前記第1の有機化合物層および前記第2の有機化合物層は、同一工程によって設けられることを特徴とする半導体装置。
In claim 3 ,
The first organic compound layer and the second organic compound layer are provided in the same process.
請求項3または請求項4において、
前記第1の導電層および前記第3の導電層、または前記第2の導電層および前記第4の導電層の少なくとも一方は、同一工程によって設けられる同一の材料を有することを特徴とする半導体装置。
In claim 3 or claim 4 ,
At least one of the first conductive layer and the third conductive layer, or the second conductive layer and the fourth conductive layer has the same material provided in the same step. .
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
前記基板は、ガラス基板または可撓性基板であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The semiconductor device is characterized in that the substrate is a glass substrate or a flexible substrate.
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
前記記憶素子は、書き込みにより不可逆的に抵抗が変化することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6 ,
A resistance of the memory element is irreversibly changed by writing.
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
前記記憶素子は、書き込みにより前記第1の導電層と、前記第2の導電層との距離が変化することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7 ,
In the semiconductor device, the distance between the first conductive layer and the second conductive layer is changed by writing in the memory element.
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