CN101064361A

CN101064361A - 存储元件以及半导体装置

Info

Publication number: CN101064361A
Application number: CNA2007101024893A
Authority: CN
Inventors: 山崎舜平
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: US20070285959A1; US7551471B2; CN101064361B

Abstract

本发明的目的在于提供一种减少了初期故障的存储元件以及一种具有该存储元件的半导体装置。本发明的目的还在于提供一种非易失性存储元件以及一种具有存储元件的半导体装置。该存储元件在制造时以外也可以补写数据，并且可以防止因补写导致的伪造等。本发明的存储元件包括：第一导电层；第二导电层；夹持在第一导电层和第二导电层之间且包含呈现液晶性的化合物的层；以及夹持在第一导电层和第二导电层之间并接触于包含呈现液晶性的化合物的层且包含有机化合物的层，其中包含呈现液晶性的化合物的层与第一导电层接触地形成，并且为至少从第一相转变到第二相的层。

Description

存储元件以及半导体装置

技术领域

本发明涉及存储元件以及具有该存储元件的半导体装置。

背景技术

近年来，具有集成在绝缘表面上的多个电路并具有各种功能的半导体装置已被开发出来。此外，对通过提供天线而能够进行无线数据发射/接收的半导体装置的开发也已有所进展。这种半导体装置被称为无线芯片(也称为ID标签、IC标签、RF(射频)标签、无线标签、电子标签、RFID(射频识别)标签)，并且已被引入一部分市场。

目前，已实现实用化的这些半导体装置的绝大多数包括使用Si等半导体衬底的电路(也称为IC(集成电路)芯片)和天线，并且该IC芯片由存储电路(也称为存储器)或控制电路等构成。特别是，通过具有能够存储多个数据的存储电路，可以提供功能更高且附加价值高的半导体装置。另外，这些半导体装置被要求以低成本制造。近几年，对将有机化合物使用于存储电路等的有机存储器等的开发也已有所进展(例如，参照非专利文件1)。

[非专利文件1]S.Moller及其他四人，NATURE，Vol426，p166-p199(2003)

发明内容

然而，如非专利文件1所述，当在一对电极之间设置包括有机化合物的层时，如果将包括有机化合物的层形成得薄以降低写入电压，则有可能在初期状态下在电极之间彼此发生短路。另外，在具有这种存储元件的半导体装置中发生初期故障。

另外，作为一般设置在半导体装置的存储电路，可以举出DRAM(动态随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、FeRAM(铁电随机存取存储器)、掩模ROM(只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)、闪存等。在它们之中，DRAM和SRAM为易失性存储电路，当关掉电源时数据即被擦除，所以每当打开电源时都需要写入数据。FeRAM为非易失性存储电路，但是因为它使用包括铁电体层的电容元件，所以会使其制造步骤增加。掩模ROM结构简单，但是需要在制造步骤期间写入数据，并且不能补写。EPROM、EEPROM和闪存为非易失性存储电路，但是它们使用具有两个栅电极的元件，因此会使其制造步骤增加。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供减少了初期故障的存储元件以及具有该存储元件的半导体装置。另外，本发明的目的在于提供非易失性存储元件以及具有该存储元件的半导体装置。该非易失性存储元件在制造期间以外也可以补写数据，并且可以防止由于补写导致的伪造等。

为了解决上述问题，本发明的存储元件包括：第一导电层；第二导电层；夹持在第一导电层和第二导电层之间且含有呈现液晶性的化合物的层；以及夹持在第一导电层和第二导电层之间且与含有呈现液晶性的化合物的层接触的含有有机化合物的层，其中与第一导电层接触地形成含有呈现液晶性的化合物的层，并且该含有呈现液晶性的化合物的层为至少从第一相相转变到第二相的层。

另外，本发明的存储元件的其他结构具有如下特征：含有呈现液晶性的化合物的层为由于通过对第一导电层和第二导电层之间施加电压而发生的温度变化，从第一相相转变到第二相的层。

另外，本发明的存储元件的其他结构具有如下特征：含有呈现液晶性的化合物的层的第一相处于固体状态，并且第二相处于液晶状态或液体状态。注意，在本说明书中，呈现液晶性的化合物意味着通过相转变可以成为液晶状态的化合物。因此，呈现液晶性的化合物将虽然通过相转变可以成为液晶状态但是处于固体状态或液体状态的化合物也包括在其范畴内。

另外，本发明的存储元件的其他结构具有如下特征：含有有机化合物的层为含有有机树脂的层、含有具有空穴传输性的有机化合物的层或含有具有电子传输性的有机化合物的层。

另外，本发明的半导体装置包括：矩阵状地设置有多个存储单元的存储单元阵列；通过选择多个存储单元中的至少一个而写入数据的电路；以及选择多个存储单元中的至少一个而读取数据的电路，其中在多个存储单元中分别至少设置存储元件，并且该存储元件具有：一对导电层；夹持在一对导电层之间且与一个导电层接触的含有呈现液晶性的化合物的层；以及夹持在一对导电层之间并与含有呈现液晶性的化合物的层接触且含有有机化合物的层。

另外，本发明的半导体装置的其他结构包括：矩阵状地设置有多个存储单元的存储单元阵列；通过选择多个存储单元中的至少一个而写入数据的电路；以及通过选择多个存储单元中的至少一个而读取数据的电路，其中在多个存储单元中分别至少设置存储元件和连接于存储元件的晶体管，并且该存储元件具有：一对导电层；夹持在一对导电层之间且与一个导电层接触的含有呈现液晶性的化合物的层；以及夹持在一对导电层之间并与含有呈现液晶性的化合物的层接触且含有有机化合物的层。

另外，本发明的半导体装置的其他结构具有如下特征：含有呈现液晶性的化合物的层为由于通过对一对导电层之间施加电压而发生的温度变化，从固体状态到相转变到液晶状态或液体状态的层。

另外，本发明的半导体装置的其他结构具有如下特征：含有有机化合物的层为含有有机树脂的层、含有具有空穴传输性的有机化合物的层或含有具有电子传输性的有机化合物的层。

另外，本发明的半导体装置的其他结构具有如下特征：在玻璃衬底上设置有存储单元阵列、用来写入数据的电路以及用来读取数据的电路

通过利用本发明，可以获取不容易发生初期故障的存储元件以及具有该存储元件的半导体装置。因此，可以提高存储元件以及具有该存储元件的半导体装置的成品率。

另外，通过利用本发明，可以提供存储元件以及具有该存储元件的半导体装置。该存储元件在制造期间以外也可以写入数据(补写)并且防止因补写导致的伪造。

附图说明

图1为表示本发明的存储元件的一个例子的图；

图2A至2C2为说明本发明的示意图；

图3A至3C为表示本发明的半导体装置的实例的图；

图4A和4B为表示本发明的半导体装置的实例的俯视图以及截面图；

图5A至5C为表示本发明的半导体装置的实例的截面图；

图6A至6C为表示本发明的半导体装置的实例的图；

图7A至7C为表示本发明的半导体装置的实例的俯视图以及截面图；

图8A至8D为表示本发明的半导体装置的实例的截面图；

图9为表示本发明的半导体装置的实例的截面图；

图10A和10B为表示本发明的半导体装置的实例的图；

图11A和11B为表示本发明的半导体装置的制造方法的实例的图；

图12A和12B为表示本发明的半导体装置的制造方法的实例的图；

图13A和13B为表示本发明的半导体装置的制造方法的实例的图；

图14为表示本发明的半导体装置的制造方法的实例的图；

图15A至15F为表示本发明的半导体装置的实例的图；

图16为表示本发明的半导体装置的实例的图。

本发明的选择图为图1。

具体实施方式

下面，关于本发明的具体实施方式将参照附图给予说明。但是，所属技术领域的普通人员可以很容易地理解一个事实，就是本发明可以以多个不同形式来实施，其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在本实施方式所记载的内容中。

实施方式1

参照图1至图2C2而说明本发明的存储元件的一个例子。本发明的存储元件具有如下结构：在一对导电层之间具有含有有机化合物的层(以下，也称为有机化合物层)以及接触于有机化合物层的含有呈现液晶性的化合物的层(以下，也称为液晶层)。

图1所示的存储元件110具有如下结构：在衬底100上依次层叠第一导电层102、液晶层104、有机化合物层106、第二导电层108。在第一导电层和第二导电层之间夹持液晶层104以及有机化合物层106。换言之，在第一导电层102和有机化合物层106之间提供有接触于第一导电层102和有机化合物层106的液晶层104。此外，在液晶层104和第二导电层108之间提供有接触于液晶层104和第二导电层108的有机化合物层106。

作为衬底100，可以使用玻璃衬底、柔性衬底、石英衬底、半导体衬底、金属衬底、不锈钢衬底、包括纤维材料的纸等。注意，柔性衬底为可以折弯(以下，也称为柔性)的衬底。例如，可以举出包括聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚砜等的塑料衬底等。此外，还可以使用呈现热可塑性的薄膜(其包括聚烯烃、含有氟的聚烯烃、聚酯类等)。

注意，还可以在形成在Si等半导体衬底上的场效应晶体管(FET)的上面或在形成在玻璃等衬底上的薄膜晶体管(以下，也称为TFT)的上面提供存储元件110。

可以使用金属或其合金、金属化合物、氧化物导电材料等而形成第一导电层102或第二导电层108。具体地说，可以使用选自金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等的一种元素或包括多个该元素的合金。此外，可以使用该金属的氮化物，例如氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、氮化钼(MoN)等。此外，可以使用碱金属诸如锂(Li)、铯(Cs)等，碱土金属诸如镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)等，包含这些中的任何一种的合金(MgAg、AlLi)，稀土金属诸如铕(Er)、镱(Yb)等，以及包含这些的合金等。

另外，作为第一导电层102或第二导电层108，可以使用透光导电氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、添加有镓的氧化锌(GZO)、含有氧化硅的氧化铟锡(以下，写为ITSO)等。另外，还可以通过利用将2至20重量％的氧化锌(ZnO)混合于含有氧化硅的氧化铟中的靶子的溅射法，形成第一导电层102或第二导电层108。

可以通过气相沉积法、溅射法、印刷法或液滴喷射法并且使用上述材料以单层结构或叠层结构而形成第一导电层102或第二导电层108。

可以通过使用由于温度变化至少从第一相相转变到第二相的呈现液晶性的化合物而形成液晶层104。注意，呈现液晶性的化合物意味着通过相转变可以成为液晶状态的化合物。因此，呈现液晶性的化合物将虽然通过相转变可以成为液晶状态但是处于固体状态或液体状态的化合物也包括在其范畴内。就是说，可以使用通过相转变可呈现液晶性的化合物而形成液晶层104。此外，可以通过使用如下化合物而形成液晶层104：由于温度变化至少从第一相相转变到第二相且与接触的导电层(在本实施方式中，为第一导电层102)一起形成混合物的化合物。具体地说，可以使用如下面的结构式1至4所示的高分子液晶、如下面的结构式5至8所示的低分子液晶、如下面的结构式9至12所示的含氟液晶、如下面的结构式14、16以及下面的通用公式13、15所示的金属配合物液晶、如下面的通用公式17、18所示的有机金属高分子液晶。

(注意，在算式中，R表示烷基、烷氧基、芳基或氰基。)

(注意，在算式中，R表示烷基、烷氧基、芳基或氰基。并且M表示镍(Ni)或铂(Pt)。)

(注意，在算式中，M表示镍(Ni)、钯(Pd)或铂(Pt)。)

(注意，在算式中，M表示镍(Ni)、钯(Pd)或铂(Pt)。)

可以通过液晶滴落法、喷墨法、气相沉积法或旋涂法而形成液晶层104。例如，可以通过利用分配器或喷墨设备将呈现液晶性的化合物、处于熔化状态或溶液状态且呈现液晶性的化合物滴落在第一导电层102上，而形成液晶层104。可以在大气压下或在减压下，进行呈现液晶性的化合物、处于熔化状态或溶液状态且呈现液晶性的化合物的滴落。当进行呈现液晶性的化合物、处于熔化状态或溶液状态且呈现液晶性的化合物的滴落时，也可以使用预先进行减压而被除泡処理的呈现液晶性的物质。此外，还可以在进行呈现液晶性的化合物、处于熔化状态或溶液状态且呈现液晶性的化合物的滴落期间，加热衬底100。注意，在本说明书中，减压下指的是处于比大气压低的压力下的情况。

可以通过使用利用电作用使结晶状态、电阻值、或形状变化的有机化合物以单层结构或叠层结构形成有机化合物层106。具体地说，可以使用聚酰亚胺类、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯等有机树脂，具有空穴传输性质的有机化合物，或者具有电子传输性质的有机化合物形成有机化合物层106。

作为具有空穴传输性质的有机化合物，可以举出芳族胺化合物(即，具有苯环-氮键的化合物)或者酞菁化合物诸如酞菁(简写为H₂Pc)、铜酞菁(简写为CuPc)、氧钒酞菁(简写为VOPc)等。芳族胺化合物为诸如4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(简写为α-NPD)；4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(简写为TPD)；4，4’，4”-三(N，N-二苯基-氨基)-三苯胺(简写为TDATA)；4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(简写为MTDATA)；以及N，N’-二[4-[二(3-甲基苯基)氨基)苯基]-N，N’-二苯基-[1，1’-联苯]-4，4’-二胺(简写为DNTPD)等。这里提到的化合物主要为具有10^-6cm²/Vs或更大的空穴迁移率的化合物。

此外，作为具有电子传输性质的有机化合物，可以举出包括具有喹啉骨架或者苯并喹啉骨架的金属配合物等的材料：三(8-喹啉醇合)铝(简写为Alq₃)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)铝(简写为Almq₃)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉)铍(简写为BeBq₂)、二(2-甲基-8-喹啉醇合)-4-苯基苯酚-铝(简写为BAlq)等。另外，可以使用具有恶唑系、噻唑系配位体的金属配合物等的材料：双[2-(2-羟基苯基)-苯并恶唑]锌(简写为Zn(BOX)₂)、双[2-(2-羟基苯基)-苯并噻唑]锌(简写为Zn(BTZ)₂)等。另外，除了金属配合物之外，还可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4恶二唑(简写为PBD)；1，3-二[5-(p-叔丁基苯基)-1，3，4恶二唑-2-基]苯(简写为OXD-7)；3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简写为TAZ)；3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简写为p-EtTAZ)；红菲咯啉(简写为BPhen)；浴铜灵(简写为BCP)等。这里提到的化合物主要为具有10^-6cm²/Vs或更大的电子迁移率的化合物。注意，可以使用气相沉积法、电子束气相沉积法、溅射法、喷墨法、旋涂法来形成有机化合物层106。此外，当使用多个材料而形成有机化合物层106时，通过同时淀积各个材料，可以形成有机化合物层106。例如，可以通过组合同一种方法、不同种类的方法诸如利用电阻加热气相沉积的共同沉积法、利用电子束气相沉积的共同沉积法、利用电阻加热气相沉积和电子束气相沉积的共同沉积法、利用电阻加热气相沉积和溅射的淀积、以及利用电子束气相沉积和溅射的淀积等。

在本发明的存储元件中，通过对由第一导电层和第二导电层构成的一对导电层之间施加电压，使有机化合物层的结晶状态、电阻值、或者形状变化，而使液晶层相转变。具体地说，通过对有机化合物层施加预定值以上的电压，使有机化合物层的结晶状态、电阻值、或形状变化。此外，由于将预定值以上电压施加预定期间以上而发生的温度变化，液晶层从第一相相转变到第二相，然后与接触的导电层(在本实施方式中，为第一导电层)一起形成混合物。液晶层和第一导电层形成混合物的区域起导电层的作用。换言之，在施加电压之前起液晶层的作用的部分通过施加电压而起导电层的作用。然后，由于在第一导电层和第二导电层之间发生短路，或者在第一导电层和第二导电层之间的有机化合物层的电阻值发生变化，而使存储元件的电阻发生变化，其中第一导电层包括这样一个区域就是液晶层和与该液晶层接触的导电层形成混合物的区域。如此，在施加电压前后，本发明的存储元件的电阻有所变化。因此，通过将施加电压之前的存储元件作为初期状态，并且将施加电压之后的电阻发生了变化的存储元件作为写入状态，可以使本发明的存储元件存储两个值。注意，将液晶层的固体状态(也称为结晶状态)作为第一相，并且将液晶层的液晶状态或液体状态(也称为各向同性液体状态)作为第二相。

下面，参照图2A至2C2而详细说明可以推定的本发明的存储元件的工作原理。

图2A所示的存储元件110相当于上述图1中的存储元件110。就是说，存储元件110具有如下的结构：在衬底100上依次层叠第一导电层102、液晶层104、有机化合物层106、第二导电层108。此外，图2A所示的存储元件110处于施加电压之前的状态，并且液晶层104处于固体状态。注意，将液晶层104的固体状态作为第一相。

图2B1、图2B2所示的存储元件处于通过对第一导电层和第二导电层之间施加电压，而使液晶层处于从第一相相转变到第二相的状态。具体地说，该存储元件处于液晶层从固体状态相转变到液晶状态，或者从固体状态相转变到液体状态的状态。注意，图2B1表示由于施加电压，只有液晶层发生变化的情况。另一方面，图2B2表示由于施加电压，液晶层相转变并且有机化合物层变形的情况。本发明的存储元件可以经过图2B1、图2B2中的任何状态。

在图2B1所示的存储元件中，液晶层114处于液晶状态或液体状态。注意，将液晶层114的液晶状态或液体状态作为第二相。此时，有机化合物层106的形状没有变化。注意，有机化合物层106的结晶状态或电阻值可以变化。由于在图2B1所示的存储元件中提供有液晶层114，因此存储元件本身的电阻没有大的变化。

在图2B2所示的存储元件中，液晶层114处于液晶状态或液体状态。注意，将液晶层114的液晶状态或液体状态作为第二相。此外，由于施加电压，有机化合物层106的形状变化。再者，伴随有机化合物层106的形状变化，第二导电层108变形，并且第二导电层108与液晶层114一部分地接触。此时，由于在第二导电层108和第一导电层102之间存在液晶层114，所以存储元件的电阻没有大的变化。注意，在图2B2中，除了有机化合物层106的形状可以变化以外，其结晶状态或电阻值也可以变化。

图2C1所示的存储元件处于通过对第一导电层102和第二导电层108之间将预定值以上的电压施加预定期间以上，而使液晶层与接触于该液晶层的第一导电层一起形成混合物的状态。将由液晶层和第一导电层接触的部分形成混合物的区域作为混合物区域124。混合物区域124起第一导电层122的作用。此外，通过施加电压，有机化合物层106的结晶状态或电阻值变化。因此，成为在第一导电层122和第二导电层108之间只夹持有机化合物层106的结构，并且由于有机化合物层106的结晶状态或电阻值的变化，存储元件的电阻发生变化。

图2C2所示的存储元件处于通过对第一导电层102和第二导电层108之间将预定值以上的电压施加预定期间以上，而使液晶层与接触于该液晶层的第一导电层形成混合物的状态。将由液晶层和第一导电层接触的部分形成混合物的区域作为混合物区域124。混合物区域124起第一导电层122的作用。此外，通过施加电压，有机化合物层106的形状变化。因此，在包括混合物区域124的第一导电层122和变形的第二导电层108之间发生短路，而使存储元件的电阻发生变化。

如上所述，本发明的存储元件电阻变化，通过利用该电阻变化而可以写入数据。本发明的存储元件通过使液晶层和第一导电层形成混合物，而成为在第一导电层和第二导电层之间只夹持有机化合物层的结构，并且由于该夹持的有机化合物层的结晶状态或电阻的变化、或者在第一导电层和第二导电层之间发生的短路，使电阻发生变化。因此，通过利用液晶层的相转变而控制本发明的存储元件的电阻变化。

注意，因为本发明的存储元件由液晶层控制，所以通过施加电压而引起的有机化合物层106的变化的经过不局限于图2A至图2C2。

可以通过在第一导电层和第二导电层之间提供液晶层和有机化合物层，而使本发明的存储元件厚膜化，从而可以防止在初期状态下发生的短路等初期故障。

实施方式2

参照图3A至图5C而说明本发明的存储元件以及具有该存储元件的半导体装置，典型为存储装置的例子。具体地说，说明无源矩阵型存储装置的例子。

图3A所示的是本发明的存储装置的一个例子。该存储装置具有设置在衬底20上的存储单元阵列10、位线驱动电路32、字线驱动电路40以及接口30。

存储单元阵列10由在x方向上延伸的多个位线Bx(1≤x≤m)以及在与x方向正交的y方向上延伸的多个字线Wy(1≤y≤n)构成。此外，在位线Bx和字线Wy交叉的部分提供有具有存储元件14的存储单元12。在存储单元阵列10中，将存储单元12提供为矩阵状。

位线驱动电路32包括列译码器34、读取/写入电路36、选择器38。此外，位线驱动电路32连接到位线Bx以及接口30。

字线驱动电路40包括行译码器42、电平转移电路44。此外，字线驱动电路40连接到字线Wy以及接口30。

接口30为具有如下功能的电路：将从外部输入的信号供给于位线驱动电路32或字线驱动电路40，或者将从位线驱动电路32输出的信号供给到外部。

注意，图3A所示的结构只是一个例子，所以还可以包括读出放大器、输出电路、缓冲器电路等其他电路。此外，在接口30中还可以提供写入电路。

下面，参照图4A和4B而详细说明存储单元12。图4A表示存储单元10的俯视图的一个例子。此外，图4B表示沿着图4A的虚线O-P切断的截面图的一个例子。注意，在图4A中，部分地省略除了第一导电层和第二导电层以外的结构。

在构成位线Bx的第一导电层22和构成字线Wy的第二导电层28交叉的部分提供有存储单元12。此外，存储单元12具有如实施方式1所示的存储元件14。注意，存储元件14具有如下结构：至少依次层叠第一导电层、接触于该第一导电层的液晶层、接触于该液晶层的有机化合物层、接触于该有机化合物层的第二导电层。因此，存储元件14可以具有如图5A至5C所示的结构。注意，图5A至5C所示的存储元件相当于沿着图4A的虚线O-P或虚线Q-R切断的截面图。

例如，如图5A所示，可以在与有机化合物层26相反一侧提供具有整流性质的元件，第一导电层22夹在它们之间。作为具有整流性质的元件，可以举出肖特基二极管、具有PN结的二极管、具有PIN结的二极管、或者其中栅电极连接到漏电极的晶体管。这里，与第一导电层22接触地提供由第三导电层52和半导体层54构成的二极管50。此时，半导体层54具有由第一导电层22和第三导电层52夹持的结构。注意，还可以将具有整流性质的元件提供在与有机化合物层26相反一侧，第二导电层28夹在它们之间。此时，半导体层也具有由第二导电层28和第三导电层夹持的结构。另外，也可以将具有整流性质的元件提供在有机化合物层26和第二导电层28之间。作为二极管的典型实例，可以举出PN结二极管、具有PIN结的二极管、雪崩二极管等。此外，也可以使用具有其他结构的二极管。像这样，通过提供具有整流性质的元件，可以使电流仅仅沿着一个方向流动。从而，减少误差并且提高读出的确实性。注意，在邻接的存储元件之间提供有使二极管绝缘的绝缘层55。

此外，也可以在具有绝缘性质的衬底上提供薄膜晶体管(TFT)，并且在其上提供存储元件14。也可以通过使用Si等半导体衬底或SOI衬底而代替具有绝缘性质的衬底，并在衬底上形成场效应晶体管(FET)，且在其上提供存储元件14。注意，这里示出了将存储元件14形成在薄膜晶体管或者场效应晶体管上的实例，但是也可以通过将存储元件与薄膜晶体管或者场效应晶体管粘合在一起而提供。在此情况下，可以分别在不同步骤中制作存储元件和薄膜晶体管或者场效应晶体管，然后，通过使用导电薄膜、各向异性导电胶等将存储元件与薄膜晶体管或者场效应晶体管粘合在一起，来提供。另外，任何已知的结构都可以被用作薄膜晶体管或者场效应晶体管的结构。

如果担心在邻接的各存储元件之间的横方向上的电场影响，则可以在提供在各存储元件中的有机化合物层之间提供用作分隔壁的绝缘层(以下，也称为隔断层)，以便将提供在各存储元件中的有机化合物层分离。此外，还可以采用在每个存储单元中选择性地提供有机化合物层的结构。

例如，如图5B所示，当覆盖第一导电层22地提供液晶层24以及有机化合物层26时，可以在邻接的第一导电层22之间提供隔断层56。通过采用这种结构，可以防止由于第一导电层22的台阶造成液晶层24以及有机化合物层26的台阶状或在各存储单元之间的横方向上的电场影响。注意，在隔断层56的截面部分中，隔断层56的侧面相对于第一导电层22的表面具有10度至60度(包括10度和60度)，优选25度至45度(包括25度和45度)的倾斜角。再者，优选的是隔断层56的侧面是弯曲的。之后，形成覆盖第一导电层22和隔断层56的液晶层24、有机化合物层26以及第二导电层28。

此外，也可以在第一导电层22上形成液晶层24后，形成隔断层56。在此情况下，优选通过使用能够与形成液晶层24的材料获取蚀刻选择比的材料，而形成隔断层56。

此外，如图5C所示，可以提供层间绝缘层62，该层间绝缘层62覆盖提供在衬底20上且在x方向上延伸的第一导电层22的一部分，并且可以在该层间绝缘层62上提供隔断层64。注意，层间绝缘层62至少在每个存储元件14中具有开口部分。此外，在层间绝缘层62的没有形成开口部分的区域上提供在y方向上延伸的隔断层64。优选的是，相对于层间绝缘层62的表面隔断层64的侧壁具有95度至135度(包括95度和135度)的倾斜角度。

对形成隔断层64的材料没有特别的限制。例如，可以通过光刻法且使用具有没有曝光部分的正型感光性树脂而形成隔断层64。在此情况下，可以通过调节曝光量或显影时间以使成为隔断层的图案的下部更多地被蚀刻，而形成具有理想的倾斜角度的隔断层。此外，也可以通过光刻法以及蚀刻法且使用无机绝缘材料、有机绝缘材料等，而形成隔断层64。

此外，将层间绝缘层62和隔断层64的厚度制定得成为比液晶层24、有机化合物层26以及第二导电层28的厚度大。结果，只利用在衬底20的整个面上气相沉积有机化合物层26以及第二导电层28的步骤，就可以形成被划分成多个电独立的区域，并在与x方向交叉的y方向上延伸的条形的有机化合物层26以及第二导电层28。因此，可以削减步骤数量。注意，虽然也在隔断层64上形成液晶层25、有机化合物层27以及第二导电层29，但是将该液晶层25、有机化合物层27以及第二导电层29从构成存储元件14的液晶层24、有机化合物层26以及第二导电层28分开。

下面，将说明本发明的存储装置的数据写入工作的一个例子。例如，当将数据写入到提供在图3A所示的存储单元阵列10中的多个存储单元12中的位于第x列、第y行的存储单元12时，首先通过利用行译码器42、列译码器34、选择器38，选择第x列的位线Bx和第y行的字线Wy，并且选择位于该位线Bx和字线Wy交叉部分的存储单元12。然后，通过使用写入电路，将数据写入到选择的存储单元12。

存储单元12具有存储元件14。如实施方式1所说明，在施加电压前后存储元件14的电阻有所变化。因此，通过利用存储元件的电阻变化，可以将数据选择性地写入到存储单元12。

下面，参照图3A至3C而说明当将数据写入到本发明的存储装置时的具体工作。注意，通过使存储单元的电阻等电气特性变化，进行写入。并且将存储单元的初期状态(不施加电气作用的状态)作为数据“0”，将使电气特性变化的状态作为“1”。

在将数据“1”写入存储单元12的情况下，首先利用图3A所示的行译码器42、电平转移电路44、列译码器34、选择器38而选择存储单元12。例如，当选择位于位线B3和字线W3交叉的部分的存储单元12时，通过利用行译码器42、电平转移电路44，对连接于存储单元12的字线W3施加预定的电压V2。此外，通过利用列译码器34和选择器38将连接于存储单元12的位线B3连接到读出/写入电路36。然后，从读出/写入电路36对位线B3输出写入电压V1。如此，对构成该存储单元12的第一导电层和第二导电层之间施加电压Vw＝V1-V2。通过适当地选择要施加的电压Vw，可以在存储元件14所具有的第一导电层与液晶层接触的部分形成混合物，并且使设置在液晶层和第二导电层之间的有机化合物层产生物理或电气变化，以写入数据“1”。具体来说，当施加读取工作电压时，优选使在数据“1”时的第一导电层和第二导电层之间的电阻大幅度地小于在数据“0”时的第一导电层和第二导电层之间的电阻地发生物理或电气变化。例如，从(V1、V2)＝(0V、5V至15V)或(3V至5V、-12V至-2V)的范围适当地选择即可。将电压Vw制定为5V至15V或-5V至-15V即可。

注意，使数据“1”不写入到连接到非选择的字线以及非选择的位线的存储单元地控制非选择的字线以及非选择的位线。例如，使非选择的字线和非选择的位线处于浮动状态即可。此外，构成存储单元的第一导电层和第二导电层之间的层必须具有二极管特性等可以确保选择性的特性。

另一方面，在将数据“0”写入存储单元12的情况下，对存储单元12不施加电作用即可。在电路工作上，例如与写入“1”时相同地利用行译码器42、电平转移电路44、列译码器34以及选择器38而选择存储单元12。然而，将从读出/写入电路36到位线B3的输出电位制定为与被选择的字线W3的电位或非选择的字线的电位相同程度，并且在构成存储单元12的第一导电层和第二导电层之间施加不改变存储单元12的电特性的程度(例如-5V至5V)的电压即可。

接下来，将说明当从有机存储器读出数据时的具体工作。通过利用在具有数据“0”的存储单元和具有数据“1”的存储单元中，构成存储单元的第一导电层和第二导电层之间的电气特性不同的事实而读出数据。例如，将说明如下方法：在读出电压下，将构成具有数据“0”的存储单元的第一导电层和第二导电层之间的有效电阻(以下简单称作存储单元的电阻)制定为R0，并在读出电压下，将具有数据“1”的存储单元的电阻制定为R1，且利用电阻的差异来读出。注意，R1＜＜R0。作为在读出/写入电路36中的读出部分的结构，例如可以考虑使用如图3B所示的电阻元件72和差动放大器74的电路。电阻元件72具有电阻值Rr，并且R1＜Rr＜R0。此外，如图3C所示，可以使用晶体管76而代替电阻元件72，也可以使用时钟反相器78而代替差动放大器。将信号φ或反相信号φ输入到时钟反相器78中，所述信号φ或反相信号φ在进行读出时成为High，而且在不进行读出时成为Low。当然，电路结构不局限于图3B和图3C。

在从存储单元12读出数据的情况下，首先通过利用行译码器42、电平转移电路44、列译码器34、选择器38，而选择存储单元12。具体地说，通过利用行译码器42、电平转移电路44，将预定的电压Vy施加到连接于存储单元12的字线Wy。此外，通过利用列译码器34、选择器38将连接于存储单元12的位线Bx连接到读出/写入电路36的端子P。结果，端子P的电位Vp成为根据电阻元件72(电阻值Rr)和存储单元12(电阻值R0或R1)进行的电阻分割来决定的数值。因此，当存储单元12具有数据“0”时，Vp0＝Vy+(V0-Vy)×R0/(R0+Rr)。此外，当存储单元12具有数据“1”时，Vp1＝Vy+(V0-Vy)×R1/(R1+Rr)。结果，通过在图3B中以成为Vp0和Vp1之间地选择Vref，并且在图3C中以成为Vp0和Vp1之间地选择时钟反相器的变化点，相应于数据“0”/“1”输出Low/High(或High/Low)作为输出电位Vout，以可以进行读出。

例如，以Vdd＝3V使差动放大器74工作，并且制定Vy＝0V、V0＝3V以及Vref＝1.5V。如果R0/Rr＝Rr/R1＝9，则在存储单元的数据为“0”的情况下，Vp0＝2.7V，“High”作为Vout被输出，并且在存储单元的数据为“1”的情况下，Vp1＝0.3V，“Low”作为Vout被输出。这样，可以进行存储单元的读出。

根据上述方法，通过利用电阻值的差异和电阻分压以电压值读出存储元件14的电阻状态。当然，读出方法不局限于此。例如，除了利用电阻的差异以外，还可以利用电流值的差异而读出。此外，在存储单元的电气特性具有当数据“0”时和当数据“1”时的阈值电压不同的二极管特性的情况下，也可以利用阈值电压的差异来读出。此外，也可以采用如下方法：通过以存储元件的电阻值代替电流的大小而读出的方法；对位线进行预充电的方法。

注意，本实施方式可以与上述实施方式自由组合来实施。

通过利用本发明，可以减少存储元件的初期故障并且提高当制造具有该存储元件的半导体装置时的成品率。

另外，通过利用本发明，可以提供具有在制造时以外也可以写入数据(补写)，并且防止由于补写导致的伪造的存储元件的半导体装置。

实施方式3

参照图6A至图9而说明本发明的存储元件以及具有该存储元件的半导体装置，典型为存储器件的例子。具体地说，将说明有源矩阵型存储装置的例子。

图6A所示的是存储装置的一个例子，该存储装置包括提供在衬底620上的存储单元阵列610、位线驱动电路632、字线驱动电路640以及接口630。

存储单元阵列610由在x方向上延伸的多个位线Bx(1≤x≤m)以及在与x方向正交的y方向上延伸的多个字线Wy(1≤y≤n)构成。此外，在位线Bx和字线Wy交叉的部分提供有具有晶体管680以及存储元件614的存储单元612。在存储单元阵列610中，将存储单元612提供为矩阵状。

位线驱动电路632包括列译码器634、读取/写入电路636、选择器638。此外，将位线驱动电路632连接到位线Bx以及接口630。

字线驱动电路640包括行译码器642、电平转移电路644。此外，将字线驱动电路640连接到字线Wy以及接口630。

接口630为具有如下功能的电路：将从外部输入的信号供给于位线驱动电路632或字线驱动电路640，或者将从位线驱动电路632输出的信号供给到外部。

注意，图6A所示的结构只是一个例子，所以存储装置还可以包括读出放大器、输出电路、缓冲器电路等其他电路。此外，在接口630中还可以提供写入电路。

下面，参照图7A至7C而详细说明存储单元612。图7A表示存储单元610的俯视图的一个例子。此外，图7B表示沿着图7A的虚线A-B切断的截面图的一个例子。注意，在图7A中，部分地省略除了晶体管和第一导电层以外的结构。

存储单元612包括连接于位线Bx(1≤x≤m)的电极(源电极或漏电极)、连接于字线Wy(1≤y≤n)的电极、存储元件614、晶体管680。存储元件614具有如实施方式1、2所示的结构，即具有至少依次层叠第一导电层、连接于该第一导电层的液晶层、连接于该液晶层的有机化合物层、连接于该有机化合物层的第二导电层的结构。此外，晶体管680的栅电极连接到字线Wy，源电极和漏电级中的一个连接到位线Bx，另一个连接到存储元件614的第一电极622，或者起存储元件614的第一导电层622本身的作用。存储元件的第二导电层628连接到共通电极(电位Vcom)。

例如，如图7B所示，可以在提供有晶体管680的衬底620上形成存储元件614。存储元件614与实施方式1或2所说明的存储元件同样地具有依次层叠第一导电层622、液晶层624、有机化合物层626以及第二导电层628的结构。另外，在邻接的第一导电层之间提供有覆盖该第一导电层622的端部的隔断层654。再者，在本实施方式中，在存储元件614上提供有用作保护层的绝缘层656。

在衬底620上中间夹着基底绝缘层650而提供晶体管680。另外，用作晶体管680的源电极或漏电极的导电层连接到存储元件614的第一导电层622。

作为本实施方式的晶体管680，可以适用各种各样的晶体管。这里，参照图8A至8D而说明可以适用的晶体管680的例子。

例如，图8A表示适用顶栅型薄膜晶体管(以下，也称为TFT)的一个例子。这里所示的晶体管(TFT)680包括：提供在基底绝缘层650上的半导体层1302；提供在该半导体层1302上的栅绝缘层1303；提供在该栅绝缘层1303上的栅电极1304。

此外，在半导体层1302、栅电极1304上提供有用作层间绝缘层的绝缘层651、绝缘层652。再者，中间夹着绝缘层651、652提供有连接到半导体层1302的导电层1312。导电层1312用作晶体管680的源电极或漏电极。此外，导电层1312中的一个连接到存储元件614的第一导电层622，或者起第一导电层622本身的作用。

半导体层1302为由具有结晶结构的半导体构成的层，可以使用非单晶半导体或单晶半导体。特别优选适用如下结晶性半导体：通过照射激光束使非晶体半导体或微晶半导体晶化的结晶性半导体；通过加热处理使非晶体半导体或微晶半导体晶化的结晶性半导体；通过组合加热处理和激光束照射使非晶体半导体或微晶半导体晶化的结晶性半导体。在加热处理中，可以适用使用促进硅半导体的晶化的镍等金属元素的晶化法。

在通过照射激光束进行晶化的情况下，可以通过照射连续振荡激光束或者照射重复频率为10MHz或更高并且脉冲宽度为1纳秒或更短、优选为1微微秒到100微微秒的高重复频率超短脉冲光来执行晶化，采用这样的方式，沿着该激光束的照射方向连续地移动其中晶体半导体熔化的熔化区域而执行晶化。通过这样的晶化方法，可以得到如下晶体半导体：其中晶粒界面沿着一个方向延伸并且晶粒直径大。通过使载流子漂移的方向与晶粒界面延伸的方向一致，可以提高晶体管的电场效应迁移率。例如，可以获得400cm²/V·sec或更高的迁移率。

此外，在通过玻璃衬底的耐热温度(大约600℃)以下的晶化工序而执行晶化时，可以使用大面积的玻璃衬底。因此，可以在一个衬底上制作大量的半导体装置，从而降低制作成本。

注意，也可以通过进行玻璃衬底的耐热温度以上的加热的晶化工序，而形成半导体层1302。典型的是，使用石英衬底作为具有绝缘性质的衬底，并且在700℃或更高的温度下加热非晶体半导体或者微晶半导体以形成半导体层1302。结果，可以形成结晶性高的半导体。因此，可以提供响应速度、迁移率等特性优越并且能够高速工作的薄膜晶体管。

此外，半导体层1302包括：沟道形成区1313；用作源区或漏区的一对高浓度杂质区1311；以及位于沟道形成区和高浓度杂质区之间的一对低浓度杂质区1310(也称为轻掺杂漏区)。高浓度杂质区1311以及低浓度杂质区1310添加有一种导电类型的杂质，并且高浓度杂质区1311以比低浓度杂质区1310高的杂质浓度添加有杂质。此外，沟道形成区1313中间夹栅绝缘层1303与栅电极1304重叠，并且低浓度杂质区1310中间夹栅绝缘层1303与侧壁1308重叠。注意，本发明没有特别的限制，既可以与栅电极重叠地形成低浓度杂质区，又可以不形成低浓度杂质区。

通过薄膜形成方法诸如等离子体CVD法或溅射法等并且使用包含氮化硅、氧化硅、其他硅的绝缘层以单层或叠层结构形成栅绝缘层1303。此外，也可以通过液滴喷射法、涂布法、溶胶-凝胶法等并且使用具有绝缘性质的溶液以形成栅绝缘层1303。作为具有绝缘性质的溶液的典型例子，可以适当地使用：无机氧化物的微粒子被分散的溶液；包含聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、丙烯、PSG(磷玻璃)、BPSG(硼磷玻璃)、硅酸盐材料、烷氧基硅酸盐材料、聚硅氮烷材料、以聚甲基硅氧烷为代表的具有Si-CH2键的SiO₂的溶液。

可以使用添加有赋予一种导电类型的杂质的多晶半导体或者金属来形成栅电极1304。在使用金属的情况下，可以使用钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)等。此外，可以使用通过使该金属氮化而获得的金属氮化物。或者，可以层合包含金属氮化物的第一层和包含金属的第二层。在采用叠层结构的情况下，这样的形状是也可以应用的，即第一层的端部比第二层的端部向外部伸出得更远一些。此时，通过使用金属氮化物形成第一层，可以使该第一层成为阻挡层金属。换句话说，可以防止第二层的金属扩散到栅绝缘层1303或者其下面的半导体层1302。

在栅电极1304的侧表面提供有侧壁(侧壁间隔)1308。通过在形成栅电极1304后利用CVD法形成包含氧化硅的绝缘层，并且利用RIE(反应离子刻蚀)方法对该绝缘层进行各向异性刻蚀，而形成侧壁1308。注意，也可以不提供侧壁1308。

由无机绝缘材料诸如氧化硅和氧氮化硅等、或者有机绝缘材料诸如丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂等形成绝缘层651、652。在使用涂布法诸如旋涂或辊式涂布等的情况下，可以使用在涂上液状绝缘材料之后，对该液状绝缘材料执行热处理而形成的包含氧化硅的绝缘层。例如，可以使用在涂上包含硅氧烷键的材料之后，对该材料在200至400℃的温度下执行热处理来形成的包含氧化硅的绝缘层。通过使用经由涂布法形成的绝缘层或者通过回流而被平坦化的绝缘层作为绝缘层651、652，可以防止形成在该层上的布线断裂。此外，当形成多层布线时也可以有效地利用这种方法。注意，在此层间绝缘层具有二层结构，但是没有特别的限制，而可以具有单层结构、三层或更多的叠层结构。

形成在绝缘层652上的导电层1312中的一个与存储元件614的第一导电层622连接，或者起第一导电层622本身的作用。在此，导电层1312也用作第一导电层622。换言之，导电层1312的一部分相当于第一导电层622。注意，可以与由与栅电极1304相同的层形成的布线交叉地提供用作第一导电层的导电层1312，从而形成多层布线结构。可以通过层合多个具有与绝缘层652相同的功能的绝缘层，并且在该层上形成布线，以形成多层布线结构。优选通过组合包含如铝(Al)的低电阻材料的层和包含使用如钛(Ti)、钼(Mo)等高熔点金属材料的阻挡层金属的层，而形成导电层1312。例如，可以使用由包含钛(Ti)的层和包含铝(Al)的层构成的叠层结构、由包含钼(Mo)的层和包含铝(Al)的层构成的叠层结构，而形成导电层1312。

另外，晶体管680既可以为多栅结构，又可以为双栅结构(dual gate)。多栅结构包括：含有至少两个或更多串联连接的沟道形成区的半导体层；至少两个或更多用来对各个沟道形成区施加电场的栅电极。而双栅结构以栅电极从上下两面夹持半导体层。

图8B表示应用底栅型TFT的一个例子。这里所示的晶体管(TFT)680包括：提供在基底绝缘层650上的栅电极1304；提供在该栅电极1304上的栅绝缘层1303；提供在该栅绝缘层1303上的半导体层1302；提供在该半导体层1302上的沟道保护层1309。在半导体层1302上提供有用作层间绝缘层的绝缘层651、652。再者，中间夹着绝缘层651、652提供有连接于半导体层1302的导电层1312。导电层1312用作晶体管680的源电极或漏电极。此外，导电层1312的一方连接到存储元件614的第一导电层622，或者起第一导电层622本身的作用。注意，在此中间夹着绝缘层651、652而形成导电层1312，但是也可以只中间夹着绝缘层651而形成导电层1312。此外，在底栅型TFT的情况下，也可以不形成基底绝缘层650。

另外，当衬底620为柔性衬底时，该衬底的耐热温度低于非柔性衬底诸如玻璃衬底等的耐热温度。因此，优选使用有机半导体在柔性衬底上形成晶体管。

图8C表示适用交错型有机半导体晶体管的一个例子。这里所示的晶体管680被提供在柔性衬底1401上。晶体管680包括：栅电极1402；设置在该栅电极1402上的栅绝缘层1403；设置在该栅绝缘层1403上的半导体层1404；与半导体层1404接触的导电层1412。导电层1412的一个与存储元件614的第一导电层622连接，或者起第一导电层622本身的作用。此外，半导体层1404的一部分由栅绝缘层1403和导电层1412夹持。

可以通过使用类似于栅电极1304的材料和方法来形成栅电极1402。另外，栅电极1402可以通过使用液滴喷射法，然后进行干燥和焙烧来形成。此外，可以通过使用印刷法在柔性衬底上印刷包含导电微粒子的膏剂，然后进行干燥和焙烧来形成栅电极1402。作为导电微粒子的代表例子，也可以使用以金；铜；金和银的合金；金和铜的合金；银和铜的合金；或者金、银和铜的合金中任一个为主要成分的微粒子。此外，也可以使用以氧化铟锡(ITO)等导电氧化物为主要成分的微粒子。

可以通过类似于栅绝缘层1303的材料和方法来形成栅绝缘层1403。但是，在涂上液状绝缘材料之后通过热处理形成绝缘层的情况下，使热处理温度低于柔性衬底的耐热温度来进行该步骤。

作为构成有机半导体晶体管的半导体层1404的材料，可以举出多环芳香化合物、共轭双键类化合物、酞菁、电荷迁移型配合物等。例如，可以使用蒽、并四苯、并五苯、6T(六噻吩)、TCNQ(四氰基对醌二甲烷)、PTCDA(二萘嵌苯羧酸酐)、NTCDA(萘甲酸酐)等。此外，作为有机半导体晶体管的半导体层1404的材料，可以举出有机高分子化合物等的π共轭类高分子、碳纳米管、聚乙烯吡啶、酞菁金属配合物等。尤其是，优选使用作为骨架由共轭双键构成的π共轭类高分子的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚亚噻吩基(polythienylene)、聚噻吩衍生物、聚(3-烷基噻吩)、聚对苯撑衍生物或聚对苯撑亚乙烯基衍生物。

此外，作为形成有机半导体晶体管的半导体层1404的方法，可以使用能够在衬底上以均匀的膜厚度形成的方法。该膜厚度优选为1nm以上1000nm以下，更优选为10nm以上100nm以下。作为具体的方法，可以使用气相淀积法、涂布法、旋涂法、外敷层(overcoat)方法、溶液浇注(solution-cast)方法、浸渍法、丝网印刷法、辊式涂布法或者液滴喷射法。

图8D表示适用共面型有机半导体晶体管的一个例子。这里所示的晶体管680设置在柔性衬底1401上。晶体管680包括：栅电极1402；设置在该栅电极1402上的栅绝缘层1403，设置在该栅绝缘层1403上的导电层1412；设置在该导电层1412的一部分及栅绝缘层1403上的半导体层1404。导电层1412的一个与存储元件614的第一导电层622连接，或者起第一导电层622本身的作用。此外，导电层1412的一部分由栅绝缘层1403和半导体层1404夹持。

注意，图8A至8D所示的薄膜晶体管、有机半导体晶体管只要能够被用作开关元件，就可以使用任何结构而设置。

另外，可以使用单晶衬底或者SOI衬底来形成晶体管，然后在其上提供存储元件。SOI衬底可以通过使用将薄片(wafer)相互粘合的方法或者被称为SIMOX的方法而形成，在所述SIMOX方法中，通过将氧离子注入到Si衬底中而在内部形成绝缘层。如图7C所示，存储元件614连接到提供在单晶半导体衬底660上的场效应晶体管662。具体地说，连接于场效应晶体管662的杂质区的导电层663与第一导电层622连接，而中间夹着绝缘层672。换言之，提供绝缘层672并使其覆盖用作场效应晶体管662的源电极或漏电级的导电层663，并且在该绝缘层672上提供有存储元件614。注意，场效应晶体管662由场氧化膜661分离。

由于使用这样的单晶半导体形成的晶体管具有良好的特性，诸如高响应速度和高迁移率，因此可以提供能够高速工作的晶体管。另外，因为由单晶半导体形成的晶体管的特性的不均匀非常小，所以可以提供实现了高可靠性的半导体装置。

此外，通过在场效应晶体管662上设置绝缘层672来形成存储元件614，可以自由配置第一导电层622。就是说，在图7A和7B的结构中，需要在不是晶体管680的上方的区域中设置存储元件614，但是通过采用图7C所示的结构，例如可以在设置在具有晶体管的层671中的晶体管622的上方形成存储元件614。

此外，尽管图7B和7C表示这样的实例，其中有机化合物层626提供在衬底的整个表面上，但是有机化合物层626可以选择性地仅仅提供在每个存储单元中。在此情况下，通过液滴喷射法等来排放有机化合物并且进行焙烧来选择性地提供有机化合物层的方式，可以提高材料的利用效率。

存储元件614的材料以及形成方法可以使用类似于上述实施方式1或2所示的材料以及形成方法。

另外，可以通过使用与上述实施方式2所示的隔断层56和64同样的材料以及形成方法而设置隔断层654。

另外，如图9所示，也可以通过在具有绝缘表面的衬底上提供剥离层并且在该剥离层上形成具有晶体管的层692和存储元件614之后，从该剥离层剥离具有晶体管的层692和存储元件614，然后使具有晶体管的层692和存储元件614附着到衬底690，中间夹着附着层694。注意，作为剥离方法，可以使用如下方法等：(1)在具有高耐热性的衬底和具有晶体管的层之间设置金属氧化物层作为剥离层，通过晶化使该金属氧化物层脆弱化，然后剥离该具有晶体管的层；(2)在具有高耐热性的衬底和具有晶体管的层之间设置包含氢的非晶硅薄膜作为剥离层，然后通过激光照射从非晶硅薄膜中释放氢气来剥离具有高耐热性的衬底；或者，作为剥离层而提供非晶硅薄膜，通过蚀刻来除去该非晶硅薄膜，而剥离该具有晶体管的层；(3)机械性地除去或者通过使用溶液的蚀刻而除去形成有具有晶体管的层且耐热性高的衬底；或者(4)在具有高耐热性的衬底和具有晶体管的层之间设置金属层和金属氧化物层作为剥离层，然后通过晶化该金属氧化物层使其脆弱化，并且通过使用溶液或氟化卤素气体诸如NF3、BrF3、ClF3等的蚀刻来去掉金属层的一部分，以在被脆弱化的金属氧化物层处进行物理性的剥离。

此外，通过使用柔性衬底、呈现热可塑性的薄膜、包括纤维材料的纸等作为衬底690，可以谋求实现存储装置的小型化、薄型化以及轻量化。

接着，参照图6A至6C而说明当对本发明的存储装置进行写入数据时的具体工作。注意，通过改变存储单元的电气特性而进行写入，并且将存储单元的初始状态(没有施加电气作用的状态)作为数据“0”，将电气特性发生变化的状态作为“1”。

在此，对向位于第3列、第3行的存储单元612写入数据的情况进行说明。当对存储单元612写入数据“1”时，首先通过行译码器642、列译码器634和选择器638选择存储单元612。具体地说，通过行译码器642对连接于存储单元612的字线W3施加预定的电压V22。此外，通过列译码器634和选择器638使连接于存储单元612的位线B3连接到读取/写入电路636。然后，从读取/写入电路636中输出写入电压V21到位线B3中。

如此，使构成被选择的存储单元612的晶体管680接通，并使位线电连接于存储元件614，然后施加大约V_w＝V_com-V21的电压。注意，存储元件614的一个电极连接到电位为Vcom的共同电极。通过适当地选择电压V_w，可以在存储元件614所具有的第一导电层与液晶层接触的部分中形成混合物，并使设置在液晶层和第二导电层之间的有机化合物层物理性或电气性地改变，而进行数据“1”的写入。具体地说，在读取工作电压中，使当数据为“1”时的第一导电层和第二导电层之间的电阻改变为大幅度小于当数据为“0”时的电阻，即可。并且，还可以仅仅使当数据为“1”时的第一导电层和第二导电层之间发生短路。注意，可以在(V21、V22、V_com)＝(5V至15V、5V至15V、0V)或(-12V至0V、-12V至0V、3V至5V)的范围内适当地选择电位。电压V_w的范围为5V～15V或-5V～-15V，即可。

注意，使数据“1”不写入到与未选择的字线和未选择的位线连接的存储单元中地进行控制。具体地说，将使连接的存储单元的晶体管成为截止的电位(例如，0V)施加到未选择的字线，以使未选择的位线成为浮动状态，或者施加与V_com相同程度的电位，即可。

另一方面，当对存储单元612写入数据“0”时，需要对存储单元612施加电气作用。在电路工作上，例如与写入数据“1”的情况同样地利用行译码器642、列译码器634和选择器638选择存储单元612，但是使从读取/写入电路636输出到位线B3的输出电位成为与V_com相同程度，或者使位线B3成为浮动状态。结果，因为对存储元件614施加低电压(例如，-5V至5V)或者不施加电压，所以电特性不改变，而实现数据“0”的写入。

随后描述当通过电气作用进行读取数据时的工作。通过利用具有数据“0”的存储单元和具有数据“1”的存储单元在存储元件614的电气特性上的差别，进行读取数据。例如，说明如下方法：使构成具有数据“0”的存储单元的存储元件的电阻在读取电压下成为R0，并使构成具有数据“1”的存储单元的存储元件的电阻在读取电压下成为R1，且通过利用电阻之差而读取数据。注意，R1＜＜R0。作为读取/写入电路，可以考虑使用例如图6B所示的使用电阻元件673和差动放大器674而作为读取部分的结构的读取/写入电路636。电阻元件具有电阻值Rr，并且R1＜Rr＜R0。注意，如图6C所示，既可以使用晶体管676而代替电阻元件673，又可以使用时钟反相器678而代替差动放大器674。当然，电路结构不局限于图6B和6C。

当从位于第x列、第y行的存储单元612读取数据时，首先通过行译码器642、列译码器634和选择器638选择存储单元612。具体地说，通过行译码器642对连接于存储单元612的字线Wy施加预定的电位V24，而使晶体管680接通。此外，通过列译码器634和选择器638，使连接于存储单元612的位线Bx连接到读取/写入电路636的端子P。结果，端子P的电位Vp成为其V_com和V0的值为根据由电阻元件673(电阻值Rr)和存储元件614(电阻值R0或R1)进行的电阻分割(resistance division)而被决定的值。因此，当存储单元612具有数据“0”时，Vp0＝V_com+(V0-V_com)×R0/(R0+Rr)。当存储单元612具有数据“1”时，Vp1＝V_com+(V0-V_com)×R1/(R1+Rr)。结果，通过在图6B中，使V_ref介于Vp0和Vp1之间地进行选择，并且在图6C中，使时钟反相器678的变化点介于Vp0和Vp1之间地进行选择，根据数据“0”/“1”，输出Low/High(或High/Low)作为输出电位V_out，从而可以进行读取。

例如，以Vdd＝3V使差动放大器674工作，并且规定V_com＝0V，V0＝3V以及V_ref＝1.5V。若R0/Rr＝Rr/R1＝9而且可以忽视晶体管680的接通电阻，则当存储单元的数据为“0”时，Vp0成为2.7V，输出High作为V_out，并且当存储单元的数据为“1”时，Vp1成为0.3V，输出L_ow作为V_out。如此，可以进行从存储单元中读取数据。

根据上述方法，通过利用存储元件614的电阻值的差异和电阻分割，以电压值而进行读取数据。当然，读取方法不局限于这种方法。例如，除了利用电阻值的差异的方法以外，还可采用利用电流值之差而读取的方法。此外，在存储单元的电气特性具有当数据“0”和“1”时阈值电压不同的二极管特性的情况下，可以利用阈值电压之差而读取。

注意，本实施方式可以与上述实施方式自由组合而进行。

通过本发明，可以减少存储元件的初期故障，并且提高制造具有该存储元件的半导体装置的成品率。

此外，通过本发明，可以提供具有在制造时以外也可以写入数据(补写)，并且可以防止因补写而导致的伪造的存储元件的半导体装置。

实施方式4

在本实施方式中，参照图10A至图16而说明本发明的存储元件、具有该存储元件的半导体装置以及其制造方法、或者该半导体装置的适用例子。

在本实施方式所示的半导体装置中，可以无接触地进行读取和写入。数据传输方式大致划分成三种方式：相对地配置一对线圈并且通过互感进行通讯的电磁耦合方式；通过感应电磁场进行通讯的电磁感应方式；以及通过利用电波进行通讯的电波方式。可以使用这些方式中的任一种方式。此外，可以采用两种方法来提供用于传输数据的天线：一种方法为在设置有晶体管和存储元件的衬底上设置天线，另一种方法为在设置有晶体管和存储元件的衬底上设置端子部分，并且将设置在另一衬底上的天线连接到该端子部分。在此示出天线、连接于天线的电路以及存储器电路的一部分，作为半导体装置的截面的一部分。

首先，参照图10A和10B而说明当在设置有多个半导体元件和存储元件的衬底上设置天线时的半导体装置的一个结构实例。

图10A所示的半导体装置包括：形成在衬底1350上的晶体管1451、晶体管1452、具有晶体管的层1250；形成在具有晶体管的层1250的上方的存储元件部分1352以及用作天线的导电层1353。

注意，尽管这里示出在绝缘层1252的上方具有存储元件部分1352以及用作天线的导电层1353的情况，但是本发明并不局限于此。例如，可以在具有晶体管的层1250的下方或者在与具有晶体管的层1250相同的层中具有存储元件部分1352或者用作天线的导电层1353。

存储元件部分1352包括存储元件1351a和存储元件1351b。此外，存储元件1351a包括：形成在绝缘层1252上的第一导电层1361a；形成在该第一导电层1361a上的液晶层1362a；形成在该液晶层1362a上的有机化合物层1363a；形成在该有机化合物层1363a上的第二导电层1364a。存储元件1351b同样地包括：形成在绝缘层1252上的第一导电层1361b；形成在该第一导电层1361b上的液晶层1362b；形成在该液晶层1362b上的有机化合物层1363b；形成在该有机化合物层1363b上的第二导电层1364b。

此外，覆盖存储元件1351a、1351b以及用作天线的导电层1353地形成用作保护膜的绝缘层1366。可以通过使用与上述实施方式所示的存储元件同样的材料或制造方法来形成存储元件部分1352。

在此，在由与第二导电层1364a、1364b相同的层形成的导电层1360上设置有用作天线的导电层1353。注意，也可以使用与第二导电层1364a、1364b相同的层形成用作天线的导电层。用作天线的导电层1353连接到晶体管1451的源极用布线或漏极用布线。注意，晶体管1451构成连接到天线的电路的一部分。

此外，晶体管1452构成用来控制存储元件部分1352的工作的驱动电路的一部分。在驱动电路中设置有多个晶体管，并且例如设置译码器、缓冲器等。

作为用作天线的导电层1353的材料，可以使用选自金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)等中的一种元素，或者包含多种该元素的合金等。另外，作为用作天线的导电层1353的形成方法，可以使用气相淀积法、溅射法、各种印刷法诸如丝网印刷法和凹版印刷法等、液滴喷射法等。

作为具有晶体管的层1250所包括的晶体管1451、1452，可以适当地使用实施方式3所示的晶体管680。

此外，在衬底上形成剥离层、具有晶体管的层1250、存储元件部分1352以及用作天线的导电层1353，然后通过适当地使用实施方式3所示的剥离方法而剥离具有晶体管的层1250、存储元件部分1352以及用作天线的导电层1353，并且通过使用附着层将具有晶体管的层1250、存储元件部分1352以及用作天线的导电层1353粘贴到另一个衬底上。通过使用柔性衬底、呈现热可塑性的薄膜、包括纤维材料的纸、基材薄膜等，而作为另一个衬底，可以谋求实现存储装置的小型化、薄型化、轻量化。

图10B表示与图10A所示的半导体装置不同的半导体装置的实例。注意，参照图10B而说明与图10A不同的部分。

图10B所示的半导体装置包括：形成在衬底1350上的具有晶体管的层1250；以及形成在具有晶体管的层1250的上方的存储元件部分1355和用作天线的导电层1353。这里示出如下的情况：在与晶体管1451、1452相同的层中具有用作存储元件部分1355的开关元件的晶体管1453、晶体管1454，并且在具有晶体管的层1250的上方具有存储元件部分1355以及用作天线的导电层1353。注意，本发明并不局限于此，还可以在具有晶体管的层1250的下方或在与具有晶体管的层1250相同的层中具有存储元件部分1355或用作天线的导电层1353。

存储元件部分1355包括存储元件1356a和存储元件1356b。此外，存储元件1356a包括：形成在绝缘层1252上的第一导电层1371a；形成在该第一导电层1371a上的液晶层1370；形成在该液晶层1370上的有机化合物层1372；形成在该有机化合物层1372上的第二导电层1373。存储元件1356b同样地包括：形成在绝缘层1252上的第一导电层1371b；形成在该第一导电层1371b上的液晶层1370；形成在该液晶层1370上的有机化合物层1372；形成在该有机化合物层1372上的第二导电层1373。此外，使用隔断层1374而覆盖存储元件1356a的第一导电层1371a的端部和存储元件1356b的第一导电层1371b的端部。

注意，存储元件1356a以及1356b使用液晶层1370、有机化合物层1372以及第二导电层1373而作为共同的层。换言之，在第一导电层1371a、1371b以及覆盖该第一导电层1371a、1371b的端部的隔断层1374上依次层合设置液晶层1370、有机化合物层1372以及第二导电层1373。

此外，存储元件1356a连接到晶体管1454，并且存储元件1356b连接到晶体管1453。具体地说，第一导电层1371a连接到晶体管1454的源极用布线或漏极用布线。第一导电层1371b同样地连接到晶体管1453的源极用布线或漏极用布线。

此外，覆盖存储元件1356a、1356b以及用作天线的导电层1353地形成用作保护膜的绝缘层1366。可以使用与上述实施方式所示的存储元件相同的材料或制造方法来形成存储元件部分1355。

注意，可以使用上述实施方式1至3所示的材料或制造方法来形成存储元件1356a、1356b。

如上所述，可以通过使用气相淀积法、溅射法、CVD法、印刷法、液滴喷射法等来形成具有晶体管的层1250、存储元件部分1355以及用作天线的导电层1353。注意，也可以根据各个部分的位置，使用不同方法来形成。

也可以在衬底上形成剥离层、具有晶体管的层1250、存储元件部分1355、以及用作天线的导电层1353，然后适当地使用实施方式3所示的剥离方法而剥离具有晶体管的层1250、存储元件部分1355、以及用作天线的导电层1353，并且通过使用附着层将具有晶体管的层1250、存储元件部分1355、以及用作天线的导电层1353粘贴到另一个衬底上。通过使用柔性衬底、呈现热可塑性的薄膜、包括纤维材料的纸、基材薄膜等，而作为另一个衬底，可以谋求实现存储装置的小型化、薄型化、轻量化。

注意，可以在同一个衬底上设置传感器元件。作为传感器元件，可以举出如下元件：通过物理或化学工具来检测温度、湿度、亮度、气体、重力、压力、声音(振动)、加速度以及其它特性的元件。所述传感器元件典型地由诸如电阻元件、电容耦合元件、电感耦合元件、光电动势元件、光电转换元件、热电动势元件、晶体管、热敏电阻器、二极管、电容量型元件、或者压电元件等来形成。

下面，参照图11A至图14而说明本发明的存储元件以及具有该存储元件的半导体装置的制造方法的实例。在此，说明制造作为图10B所示的半导体装置的IC标签、RFID等半导体装置的方法。

首先，在衬底1100的一个表面上形成剥离层1102(参照图11A)。作为衬底1100，可以使用在玻璃衬底、石英衬底、金属衬底或不锈钢衬底的一个表面上形成有绝缘膜的衬底，或者具有能够耐受本工序的处理温度的耐热性的塑料衬底等。此外，虽然在衬底1100的整个表面上设置有剥离层1102，但是本发明并不局限于此。例如，还可以通过光刻法以及蚀刻方法，选择性地形成设置剥离层1102。再者，虽然与衬底1100接触地形成剥离层1102，但是根据需要，形成接触于衬底1100且成为基底的绝缘层，并且与该绝缘层接触地形成剥离层1102。

通过溅射法、等离子体CVD法等，并且使用由选自钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镍(Ni)、钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铹(Rh)、钯(Pd)、锇(Os)、铱(Ir)以及硅(Si)中的元素，以上述元素为主要成分的合金材料，或以上述元素为主要成分的化合物材料构成的层的单层或叠层，而形成剥离层1102。含有硅的层的结晶结构可以为非晶、微晶、多晶中的任何一种。

在剥离层1102为单层结构的情况下，优选形成钨层、钼层或者含有钨和钼的混合物的层。或者，形成含有钨的氧化物或钨的氧氮化物的层、含有钼的氧化物或钼的氧氮化物的层、或含有钨和钼的混合物的氧化物或钨和钼的混合物的氧氮化物的层。注意，钨和钼的混合物例如相当于钨和钼的合金。此外，钨的氧化物有时写为氧化钨。

在剥离层1102为叠层结构的情况下，优选形成钨层、钼层或含有钨和钼的混合物的层，而作为第一层。然后，形成钨、钼或钨和钼的混合物的氧化物；钨、钼或钨和钼的混合物的氮化物；钨、钼或钨和钼的混合物的氧氮化物；或钨、钼或钨和钼的混合物的氮氧化物，而作为第二层。

注意，当形成由含有钨的层和含有钨的氧化物的层构成的叠层结构而作为剥离层1102时，可以利用如下事实：通过形成含有钨的层，并且在其上形成含有氧化硅的层，而在钨层和氧化硅层之间的界面形成含有钨的氧化物的层。这在形成含有钨的氮化物、钨的氧氮化物、以及钨的氮氧化物的层的情况下也是如此，在形成含有钨的层之后，在其上形成含有氮化硅、氧化硅、其它硅的层。注意，在形成含有钨的层之后在其上形成的含有氮化硅、氧化硅、其它硅的绝缘层等起后面成为基底的绝缘层的作用。

此外，钨的氧化物用WOx表示，其中x为0以上3以下(但是，0除外)。有x为2(WO₂)、2.5(W₂O₅)、2.75(W₄O₁₁)、3(WO₃)等的情况。当形成钨的氧化物时，对上述举出的x值没有特别的限制，根据其蚀刻速度而确定其值，即可。但是，在氧气氛中使用溅射法形成的含有钨的氧化物的层(WO_x，0＜x≤3)具有最理想的蚀刻速度。因此，为了缩短制造时间，优选在氧气氛中使用溅射法形成含有钨的氧化物的层作为剥离层，即可。

接着，覆盖剥离层1102地形成基底绝缘层1104。通过溅射法、等离子体CVD法等的薄膜形成法，并且使用含有氮化硅、氧化硅、其它硅的绝缘层的单层或叠层结构，来形成基底绝缘层1104。基底绝缘层也可以用作用来防止杂质从衬底1100侵入的阻挡层。

接着，与上述实施方式3所示的晶体管680同样地形成晶体管1451、1452、1453和1454(参照图11B)。注意，在此形成图8A所示的顶栅型薄膜晶体管。具体地说，在基底绝缘层上形成半导体层，在该半导体层上形成栅绝缘层，在该栅绝缘层上形成栅电极以及侧壁，并且形成覆盖半导体层、栅电极以及侧壁的绝缘层。然后，形成连接于半导体层且用作源极用布线或漏极用布线的导电层。

在晶体管1451、1452、1453和1454中添加一种导电型的杂质元素，以在各个半导体层中形成沟道形成区、用作低浓度杂质区(也称为轻掺杂漏区)的一对第一杂质区、用作源区或漏区的一对第二杂质区。第二杂质区的杂质浓度比第一杂质区的杂质浓度大。注意，本发明并不局限于此，也可以不设置第一杂质区。

在此，在晶体管1451中形成沟道形成区1106、一对第一杂质区1108、一对第二杂质区1110。晶体管1452由添加有不同的一种导电型的杂质的两个晶体管构成，并且在各个晶体管中分别形成沟道形成区1112、一对第一杂质区1114以及一对第二杂质区1116，或者沟道形成区1118、一对第一杂质区1120以及一对第二杂质区1122。注意，在晶体管1452中，通过添加不同导电型的杂质，而形成第一杂质区1114以及第二杂质区1116、第一杂质区1120以及第二杂质区1122。晶体管1453中形成有沟道形成区1124、一对第一杂质区1126以及一对第二杂质区1128。晶体管1454中形成有沟道形成区1130、一对第一杂质区1132以及一对第二杂质区1134。

接着，在晶体管1451、1452、1453、1454的用作源极用布线或漏极用布线的导电层上层合形成绝缘层1136、绝缘层1252(参照图12A)。使用无机绝缘材料诸如氧化硅和氧氮化硅等、或者有机绝缘材料诸如丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂等形成绝缘层1136、绝缘层1252。在使用涂布法诸如旋涂或辊式涂布等的情况下，可以使用在涂上液状绝缘材料之后，对该液状绝缘材料执行热处理而形成的包含氧化硅的绝缘层。例如，可以使用在涂上包含硅氧烷键的材料之后，对该材料在200至400℃的温度下执行热处理来形成的包含氧化硅的绝缘层。通过使用经由涂布法形成的绝缘层或者通过回流而被平坦化的绝缘层作为绝缘层1136、1252，可以防止形成在该层上的布线(在此，将存储元件的第一导电层以及将用作天线的导电层与晶体管连接的导电层)断裂。注意，虽然在此层间绝缘层为二层结构，但是没有特别的限制，也可以使层间绝缘层成为单层结构或者三层或更多的叠层结构。此外，当通过使用无机绝缘材料诸如氧化硅以及氧氮化硅等而形成接触于晶体管的导电层的绝缘层1136时，可以使该绝缘层1136用作保护层。

下面，通过光刻法来蚀刻绝缘层1136、1252而形成使用作晶体管1451、1453、1454的源极用布线或漏极用布线的导电层露出的接触孔。然后，在绝缘层1252上形成填充接触孔的导电层。通过溅射法、印刷法或液滴喷射法，并且使用金属或其合金、金属化合物、氧化物导电材料，而形成导电层。具体地说，可以使用金属诸如金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等，其合金，碱金属诸如锂(Li)、铯(Cs)等，碱土金属诸如镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)等，包含碱金属和碱土金属中的任何一种的合金(MgAg、AlLi)，稀土金属诸如铕(Er)、镱(Yb)等，以及包含稀土金属的合金。此外，可以使用金属化合物诸如氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、氮化钼(MoN)等。再者，也可以使用氧化物导电材料诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、添加有镓的氧化锌(GZO)、包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)等。此外，也可以通过使用靶子的溅射法而形成导电层。在该靶子中，将2至20重量％的氧化锌(ZnO)混合在含有氧化硅的氧化铟中。

通过光刻法以及蚀刻法对如上述那样形成的导电层进行加工，而形成构成存储元件的第一导电层1371a、第一导电层1371b以及导电层1138。第一导电层1371a连接到晶体管1454的源极用布线或漏极用布线。第一导电层1371b连接到晶体管1453的源极用布线或漏极用布线。此外，导电层1138用作将晶体管1451与之后形成的天线连接的布线。

接着，覆盖第一导电层1371a、第一导电层1371b、导电层1138地形成绝缘层。通过使用无机绝缘材料诸如氧化硅、氮化硅等，有机绝缘材料诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、其他抗蚀剂材料等，或者含有硅氧烷键的材料，而形成该绝缘层。根据使用的材料，而通过溅射法、CVD法、涂布法等形成绝缘层。

接着，通过使用光刻法以及蚀刻法对绝缘层进行蚀刻，而使第一导电层1371a、第一导电层1371b露出。在此，留下的绝缘层用作为隔断层1374。覆盖第一导电层1371a、第一导电层1371b的端部地形成隔断层1374。此外，在导电层1138上的绝缘层中形成能够形成布线程度的接触孔，而使导电层1138的一部分露出。注意，在使用留下没有曝光部分的正性感光树脂而作为绝缘层的情况下，可以只利用光刻法而形成绝缘层，因此可以谋求实现工序的缩短化。

接着，在第一导电层1371a、第一导电层1371b上形成液晶层1370。通过液晶滴落法、喷墨法、气相淀积法或旋涂法，并且使用呈现液晶性的化合物，而形成液晶层1370。在此使用的呈现液晶性的化合物为至少由于温度变化从第一相相转变到第二相的化合物。此外，在此使用的呈现液晶性的化合物为呈现液晶性且与接触的第一导电层1371a、第一导电层1371b一起形成混合物的化合物。

接着，在液晶层1370上形成有机化合物层1372。通过使用由于电气作用而使结晶状态、电阻值或该有机化合物层的形状变化的有机化合物，并且利用气相淀积法、电子束气相淀积法、溅射法或CVD法，来形成有机化合物层1372。具体地说，可以使用聚酰亚胺类、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯等有机树脂，具有空穴传输性质的有机化合物，或者具有电子传输性质的有机化合物。此外，在使用多个材料形成有机化合物层1372的情况下，可以通过同时沉积形成各个材料而形成有机化合物层1372。例如，可以组合相同类型的方法、不同类型的方法来形成有机化合物层1372：采用电阻加热气相淀积的共同沉积法、采用电子束气相淀积的共同沉积法、采用电阻加热气相淀积和电子束气相淀积的共同沉积法、采用电阻加热气相淀积和溅射的淀积、采用电子束气相淀积和溅射的淀积等。

下面，在有机化合物层1372上形成第二导电层1373。通过溅射法、印刷法或液滴喷射法，并且使用金属或其合金、金属化合物、氧化物导电材料，而形成第二导电层1373。具体地说，可以使用金属诸如金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等，其合金，碱金属诸如锂(Li)、铯(Cs)等，碱土金属诸如镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)等，包含碱金属和碱土金属中的任何一种的合金(MgAg、AlLi)，稀土金属诸如铕(Er)、镱(Yb)等，以及包含稀土金属的合金。此外，可以使用金属化合物诸如氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、氮化钼(MoN)等。再者，也可以使用氧化物导电材料诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、添加有镓的氧化锌(GZO)、包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)等。此外，也可以通过使用靶子的溅射法而形成第二导电层1373。在该靶子中，将2至20重量％的氧化锌(ZnO)混合在含有氧化硅的氧化铟中。

此外，与第二导电层1373同时地形成导电层1360。填充使导电层1138露出的接触孔地形成导电层1360。

注意，虽然在此，在第一导电层1371a、第一导电层1371b、以及覆盖该第一导电层1371a、第一导电层1371b的端部的隔断层1374上依次层合而设置液晶层1370、有机化合物层1372以及第二导电层1373，而作为共同层，但是还可以在第一导电层1371a、第一导电层1371b上分别选择性地设置。

接着，形成接触于导电层1360且用作天线的导电层1353。通过气相淀积法、溅射法、各种印刷法诸如丝网印刷、凹版印刷等或者液滴喷射法，并且使用导电材料，而形成导电层1353。具体地说，通过使用选自金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)等的元素，以这些元素为主要成分的合金材料或者化合物材料，并且以单层或叠层，而形成导电层1353。

下面，在第二导电层1373、隔断层1374、导电层1360以及导电层1353上形成绝缘层1366、绝缘层1140。在此，绝缘层1366用作保护层，并且形成在绝缘层1366上的绝缘层1140用作平坦化层。通过溅射法、CVD法、涂布法并且使用无机绝缘材料诸如氧化硅、氧氮化硅等，有机绝缘材料诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等，或者含有硅氧烷键的材料，而形成绝缘层1366、绝缘层1140。注意，优选使用无机绝缘材料诸如氧化硅、氧氮化硅等，而形成绝缘层1366。优选使用有机绝缘材料诸如丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等，或者含有硅氧烷键的材料，而形成绝缘层1140。注意，形成在基底绝缘层1104上方且包括晶体管1451、1452、1453、1454、存储元件1356a、1356b以及用作天线的导电层1353等的层为元件层1141。

接着，从衬底1100剥离元件层1141。例如，在通过照射激光束(例如UV光)形成开口部分1142、开口部分1144之后(参照图13A)，利用物理性的力量可以从衬底1100剥离元件层1141(参照图13B)。此外，也可以在从衬底1100剥离元件层1141之前，将蚀刻剂引入到开口部分1142、1144中，然后除去剥离层1102。作为蚀刻剂，使用含有氟化卤或卤素间化合物(interhalogen compound)的气体或液体。例如，使用三氟化氯(ClF₃)作为含有氟化卤的气体。如果使用三氟化氯，元件层1141成为从衬底1100剥离的状态。注意，也可以部分地留下剥离层1102而无需全部除去。通过部分地残留剥离层1102，可以减少蚀刻剂的消耗并缩短除去该剥离层所需的处理时间。此外，即使在已除去剥离层1102之后，也可以将元件层1141保留在衬底1100上。此外，优选再利用剥离了元件层1141的衬底1100，以便减少成本。

下面，将元件层1141的一个表面与第一基体1146粘在一起，然后从衬底1100完全剥离元件层1141。接着，将元件层1141的另一个表面与第二基体1148粘在一起，然后执行加热处理和加压处理中的一方或双方，使用第一基体1146和第二基体1148而密封元件层1141(参照图14)。第一基体1146和第二基体1148相当于：呈现热可塑性的薄膜(聚烯烃、含有氟的聚烯烃、聚酯类等)；由纤维材料构成的纸；由基材薄膜(聚酯、聚酰胺、无机气相淀积薄膜、纸类等)和附着性合成树脂薄膜(丙烯系合成树脂、环氧系合成树脂等)构成的叠层薄膜等。

通过热压合将薄膜与被处理体粘合。当进行加热处理和加压处理时，通过加热处理使设置在该薄膜的最外表面的附着层或设置在该薄膜的最外层的层(不为附着层)熔化，随后施加压力进行粘合。此外，既可以在第一基体1146和第二基体1148的表面上设置有附着层，又可以在第一基体1146和第二基体1148的表面上不设置有附着层。附着层相当于包含粘合剂诸如热固性树脂、紫外线固化树脂、环氧树脂系粘合剂、树脂添加剂等的层。

根据上述工序，可以制造本发明的存储元件以及具有天线的半导体装置。注意，本实施方式可以与上述实施方式自由组合来实施。

根据本发明，可以减少存储元件的初期故障，并且提高具有该存储元件的半导体装置的制造成品率。

此外，根据本发明，可以提供具有在制造时以外也能够写入数据(补写)，并且可以防止由于补写导致的伪造的存储元件的半导体装置。

此外，本实施方式的半导体装置具有存储元件以及天线，并且可以无接触地读取/写入数据。再者，根据上述工序，可以获得具有柔性的半导体装置。

下面，参照图15A至图16而说明将如图14所示的能够无接触地读取/写入数据的本发明的半导体装置适用于无线芯片的实例。

适用本发明的半导体装置的无线芯片9210可以使用于各种各样的用途。例如，可以将无线芯片设置在如下物品来使用：钞票、硬币、有价证券类、无记名债券类、证书类(驾驶执照、居民卡等，参考图15A)、包装用容器类(包装纸、瓶子等，参考图15C)、记录媒质(DVD软件、录像磁带等，参考图15B)、交通工具类(自行车等，参考图15D)、个人物品(包、眼镜等)、食品类、植物类、衣服、生活用品类、电子设备、行李标签(参考图15E和15F)等。另外，可以将无线芯片贴在动物类、人体上或将无线芯片嵌入于动物类、人体中。电子设备指的是液晶显示装置、EL显示装置、电视装置(还简单地称作电视机、电视接收机)、移动电话等。

通过将本发明的半导体装置安装在印刷电路板上，将它贴在物品的表面上，或者将它嵌入在物品中，而可以将本发明的半导体装置固定于物品。例如，当是书籍时，将本发明的半导体装置嵌入在纸中，当是由有机树脂构成的包装时，将本发明的半导体装置嵌入在该有机树脂中，而可以将本发明的半导体装置固定于各个物品。由于本发明的半导体装置实现了小型化、薄型化以及轻量化，所以即使在将该半导体装置固定在物品上后，也不会损害该物品本身的设计性。此外，通过在钞票、硬币、有价证券类、无记名债券类、证书类等设置本发明的半导体装置，可以提供识别功能。通过利用该识别功能，可以防止伪造。此外，通过在包装用容器类、记录介媒质、个人物品、食品类、衣服、生活用品类、电子设备等设置本发明的半导体装置，可以谋求实现诸如检查系统等的系统的效率化。

接下来，将参照附图而说明安装有本发明的半导体装置的电子设备的一个形式。这里示出的电子设备为移动电话，该移动电话包括框体2700、框体2706、面板2701、外壳2702、印刷线路板2703、操作按钮2704、电池2705(参考图16)。面板2701可以装卸地编入在外壳2702中，并且外壳2702嵌入而固定在印刷线路板2703中。根据面板2701被编入的电子设备，适当地改变外壳2702的形状和尺寸。在印刷线路板2703上安装有多个封装的半导体装置，可以使用本发明的半导体装置，而作为该封装的半导体装置之一。安装在印刷线路板2703上的该多个半导体装置具有如下功能中的任一种功能：控制器、中央处理单元(CPU)、存储器、电源电路、音频处理电路、发送/接收电路等。

面板2701通过连接薄膜2708连接到印刷线路板2703。上述面板2701、外壳2702、印刷线路板2703与操作按钮2704和电池2705一起安装在框体2700、2706里面。将面板2701所包括的像素区域2709配置为能够从设置在框体2700中的开口窗看到该像素区域2709。

如上所述，本发明的半导体装置的特征是小型、薄型和轻量。通过上述特征，可以有效地利用电子设备的框体2700和2706中的有限空间。

由于本发明的半导体装置具有简单结构的存储元件，该结构为：根据从外部施加的电压而发生变化的有机化合物层以及根据从外部施加的电压而相转变的包括呈现液晶性的化合物的层夹在一对导电层之间。所以可以提供使用廉价半导体装置的电子设备。此外，由于本发明的半导体装置容易实现高集成化，所以可以提供使用具有大容量存储电路的半导体装置的电子设备。

另外，本发明的半导体装置所具有的存储元件是通过利用从外部施加的电压而写入数据的，该存储元件为非易失性并且可以补写数据。通过上述特征，可以防止由于补写写导致的伪造，并且补写入新数据。因此，可以提供使用实现了高功能化和高附加值化的半导体装置的电子设备。

注意，框体2700、2706是以移动电话的外观形状为一个例子而表示的。本实施方式的电子设备可以根据其功能、用途而变成为各种各样的形式。

本说明书根据2006年4月28日在日本专利局受理的日本专利申请编号2006-125238而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims

1.一种存储元件，包括：

第一导电层；

第二导电层；

夹持在所述第一导电层和所述第二导电层之间且包含呈现液晶性的化合物的层；以及

夹持在所述包含呈现液晶性的化合物的层和所述第二导电层之间的包含有机化合物的层，

其中，所述包含呈现液晶性的化合物的层与所述第一导电层接触，并且，所述包含有机化合物的层与所述包含呈现液晶性的化合物的层接触。

2.根据权利要求1所述的存储元件，其中所述包含呈现液晶性的化合物的层为至少从第一相相转变到第二相的层。

3.根据权利要求2所述的存储元件，其中所述包含呈现液晶性的化合物的层的所述第一相处于固体状态，并且所述第二相处于液晶状态或液体状态。

4.根据权利要求2所述的存储元件，其中通过对所述第一导电层和所述第二导电层之间施加的电压导致的温度变化，使所述包含呈现液晶性的化合物的层从所述第一相相转变到所述第二相。

5.根据权利要求1所述的存储元件，其中所述包含有机化合物的层为包含有机树脂的层、包含具有空穴传输性的有机化合物的层、或者包含具有电子传输性的有机化合物的层。

6.根据权利要求1所述的存储元件，其中所述第一导电层和所述第二导电层中的至少一个包含选自金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)中的至少一种元素或包含所述元素的合金。

7.根据权利要求1所述的存储元件，其中所述第一导电层和所述第二导电层中的至少一个包含选自锂(Li)、铯(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、镱(Yb)中的至少一种元素或包含所述元素的合金。

8.根据权利要求1所述的存储元件，其中所述第一导电层和所述第二导电层中的至少一个包含氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、添加有镓的氧化锌(GZO)、或者包含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)。

9.一种半导体装置，包括：

多个存储单元被设置为矩阵状的存储单元阵列；

通过选择所述多个存储单元中的至少一个而写入数据的写入电路；以及

通过选择所述多个存储单元中的至少一个而读取数据的读取电路，

其中，在所述多个存储单元中的至少一个中设置存储元件，

并且，所述存储元件包括：第一导电层；第二导电层；夹持在所述第一导电层和所述第二导电层之间且包含呈现液晶性的化合物的层；夹持在所述包含呈现液晶性的化合物的层和所述第二导电层之间且包含有机化合物的层，其中，所述包含呈现液晶性的化合物的层与所述第一导电层接触，并且，所述包含有机化合物的层与所述包含呈现液晶性的化合物的层接触。

10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述存储元件还包括连接到所述存储元件的晶体管。

11.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述包含呈现液晶性的化合物的层为通过对所述第一导电层和所述第二导电层之间施加的电压导致的温度变化，从固体状态相转变到液体状态或液晶状态的层。

12.根据权利要求9所述的半导体装置，其中所述包含有机化合物的层包含有机树脂、具有空穴传输性的有机化合物、或者具有电子传输性的有机化合物。

13.根据权利要求9所述的半导体装置，其中在玻璃衬底上设置有所述存储单元阵列、所述写入数据的写入电路以及所述读取数据的读取电路。