JP2006148084A - Semiconductor device - Google Patents

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舜平 山崎
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康行 荒井
Yasuko Watanabe
康子 渡辺
Yoshitaka Moriya
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which data can be written except a manufacturing time and which can prevent a forgery by rewriting and to further provide a cheap semiconductor device which consists of memories of simple structure. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a field effect transistor formed on a single crystal semiconductor substrate, a first conductive layer provided on the field effect transistor, an organic compound layer provided on the first conductive layer, and a second conductive layer provided on the organic compound layer in which a memory element consists of the first conductive layer, the organic compound and the second conductive layer. Moreover, in the above configuration, the semiconductor device which can transmit and receive data without contact by providing an antenna. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は記憶素子を有する半導体装置に関し、特に当該記憶素子として有機化合物層を含む半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a memory element, and more particularly to a semiconductor device including an organic compound layer as the memory element.

近年、有機材料を用いた電子デバイスの開発が広く行われており、発光素子である有機ELや有機TFT等の開発が行われている。また、有機材料を用いた記憶素子の研究も行われており、例えば、有機ダイオードを利用したマスクROM等がある(例えば、特許文献1)。この記憶素子においては、製造時以外ではデータの書き込み(追記)を行うことができず使い勝手が良くなかった。
特表2001−516964
In recent years, electronic devices using organic materials have been widely developed, and organic ELs and organic TFTs, which are light-emitting elements, have been developed. In addition, a memory element using an organic material has been studied. For example, there is a mask ROM using an organic diode (for example, Patent Document 1). In this memory element, data cannot be written (added) except at the time of manufacture, and the usability is not good.
Special table 2001-516964

本発明では、チップ製造時以外にデータの書き込みが可能であり、偽造の防止可能な半導体装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、単純な構造の記憶素子から構成される安価な半導体装置の提供を課題とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of writing data other than during chip manufacture and capable of preventing forgery. Another object of the present invention is to provide an inexpensive semiconductor device including a memory element having a simple structure.

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、単結晶半導体基板上に形成された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、電界効果トランジスタは単結晶半導体基板をチャネル領域として形成されており、記憶回路は、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た有機メモリ素子を有することを特徴としている。なお、ここでいう有機メモリ素子とは、少なくとも一対の導電層間に有機化合物層が挟まれた構造を有している素子を指す。   A semiconductor device of the present invention includes a field effect transistor formed over a single crystal semiconductor substrate and a memory circuit provided above the field effect transistor, and the field effect transistor is formed using the single crystal semiconductor substrate as a channel region. The memory circuit includes an organic memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are sequentially stacked. Note that the organic memory element herein refers to an element having a structure in which an organic compound layer is sandwiched between at least a pair of conductive layers.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、アンテナとして機能する導電層とを有し、記憶回路は、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た有機メモリ素子を有し、アンテナとして機能する導電層と第1の導電層とが同じ層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 includes a field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region, a memory circuit provided above the field effect transistor, and a conductive layer functioning as an antenna. The memory circuit includes an organic memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are sequentially stacked, and the conductive layer functioning as an antenna, the first conductive layer, Are provided in the same layer.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、記憶回路の上方に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、記憶回路は、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た有機メモリ素子を有し、アンテナとして機能する導電層は、電界効果トランジスタと電気的に接続するように貼り合わされて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 a field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region, a memory circuit provided above the field effect transistor, and a memory circuit provided above the memory circuit. The memory circuit includes an organic memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are sequentially stacked, and a conductive circuit that functions as an antenna. The layer is provided by being attached so as to be electrically connected to the field effect transistor.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路が、電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、第1の導電層および絶縁層上に設けられた有機化合物層と、有機化合物層上に設けられた第2の導電層とを有する有機メモリ素子を有し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, in the above configuration, the memory circuit covers a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor and an end portion of the first conductive layer. An organic memory element having an insulating layer provided, an organic compound layer provided on the first conductive layer and the insulating layer, and a second conductive layer provided on the organic compound layer; It is characterized by.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路が、前記電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層に覆われていない前記第1の導電層および前記絶縁層の端部を覆うように設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層および前記前記有機化合物層に覆われていない前記絶縁層を覆うように設けられた第2の導電層とを有する有機メモリ素子を有し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, in the above structure, the memory circuit covers a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor and an end portion of the first conductive layer. An insulating layer provided so as to cover the first conductive layer not covered by the insulating layer and an end portion of the insulating layer, the organic compound layer and the organic layer And an organic memory element having a second conductive layer provided so as to cover the insulating layer not covered with the compound layer.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、第1の導電層と第2の導電層の一方または両方が透光性を有することを特徴としている。この構成は、光学的作用を加えることによって記憶回路にデータを書き込む(追記)場合に必要となる。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the above structure, one or both of the first conductive layer and the second conductive layer have a light-transmitting property. This configuration is necessary when data is written to the memory circuit by adding an optical action (additional writing).

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機メモリ素子が電圧を印加する書き込み処理により不可逆的に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, in the above structure, the resistance is irreversibly changed by a writing process in which the organic memory element applies a voltage.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路にデータを書き込んだ場合に、有機メモリ素子の第1の導電層と第2の導電層間の距離が変化することを特徴としている。データの書き込みによる第1の導電層と第2の導電層間の距離の変化は、有機メモリ素子の場所によって異なり、広くなる部分や狭くなる部分が生じる。   In another configuration of the semiconductor device of the present invention, the distance between the first conductive layer and the second conductive layer of the organic memory element changes when data is written to the memory circuit in the above configuration. It is said. A change in the distance between the first conductive layer and the second conductive layer due to data writing differs depending on the location of the organic memory element, and a widened portion or a narrowed portion is generated.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機化合物層が電子輸送材料またはホール輸送材料であることを特徴としている。また、より具体的には、有機化合物層の導電率が10-15S/cm以上10-3S/cm以下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, in the above structure, the organic compound layer is an electron transport material or a hole transport material. More specifically, the electrical conductivity of the organic compound layer is 10 −15 S / cm or more and 10 −3 S / cm or less.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機化合物層の膜厚が5〜60nm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, in the above structure, the thickness of the organic compound layer is 5 to 60 nm.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路として有機メモリ素子の他に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、マスクROM(Read Only Memory)、PROM(Programmable Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Read Only Memory)及びフラッシュメモリから選択された1つまたは複数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 that in the above structure, in addition to an organic memory element as a memory circuit, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), an SRAM (Static Random Access Memory), an FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory). , Mask ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Memory) and EEPROM (Electrically Erasable Memory) It is characterized in Rukoto.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路及びインターフェイス回路から選択された1つ又は複数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, in the above structure, one or a plurality selected from a power supply circuit, a clock generation circuit, a data demodulation / modulation circuit, and an interface circuit is provided.

また、本発明において、有機化合物層は、蒸着法、液滴吐出法、スクリーン印刷法、スピンコート法等を用いて形成することができる。なお、液滴吐出法とは、導電物や絶縁物等の材料を含んだ組成物の液滴(ドットともいう)を選択的に吐出(噴射)して任意の場所に形成する方法であり、その方式によってはインクジェット法とも呼ばれている。   In the present invention, the organic compound layer can be formed using a vapor deposition method, a droplet discharge method, a screen printing method, a spin coating method, or the like. Note that the droplet discharge method is a method of selectively discharging (jetting) droplets of a composition containing a material such as a conductive material or an insulator to form an arbitrary place. Depending on the method, it is also called an inkjet method.

本発明を用いることによって、記憶素子の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有するため、高速動作が可能である。また、本発明では、単純な構成の記憶素子を形成することが可能であるため、安価で高集積化された記憶素子を有する半導体装置を提供することができる。   By using the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which data can be written (added) other than at the time of manufacturing a memory element and forgery by rewriting can be prevented. Further, since the semiconductor device of the present invention includes a transistor in which a single crystal semiconductor layer with favorable mobility and response speed is used as a channel portion, high-speed operation is possible. Further, according to the present invention, a memory element having a simple structure can be formed, so that a semiconductor device including a memory element that is inexpensive and highly integrated 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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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、繰り返しの説明を省略する場合がある。   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 are used in common in different drawings, and repetitive description may be omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の半導体装置の構成の一例について、図1〜3を用いて以下に説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a structure of a semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIGS.

本発明の半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジスタ(FET)を含む層351と、複数の記憶素子を含む層352が順に積層された構成を有する(図1)。複数の電界効果トランジスタを含む層351は様々な回路を構成し、複数の記憶素子を含む層352はデータを記憶する記憶回路を有している。   The semiconductor device of the present invention has a structure in which a plurality of circuits are integrated, and has a structure in which a layer 351 including a plurality of field effect transistors (FETs) and a layer 352 including a plurality of memory elements are sequentially stacked ( FIG. 1). The layer 351 including a plurality of field-effect transistors forms various circuits, and the layer 352 including a plurality of memory elements includes a memory circuit that stores data.

次に、上記構成を有する半導体装置の断面構造について説明する。まず、複数の電界効果トランジスタを含む層351の断面構造について説明する(図2(A))。   Next, a cross-sectional structure of the semiconductor device having the above structure will be described. First, a cross-sectional structure of the layer 351 including a plurality of field effect transistors is described (FIG. 2A).

電界効果トランジスタは、単結晶半導体基板302上に形成される。単結晶半導体基板302は、nウェル303、304とpウェル305、306が形成され、フィールド酸化膜307によってそれぞれ分離されている。また、上記構成に限られず、n型の単結晶半導体基板を用いるときにはpウェルを、p型の単結晶半導体基板を用いるときにはnウェルのみをそれぞれ設けた構成としてもよい。   The field effect transistor is formed over the single crystal semiconductor substrate 302. In the single crystal semiconductor substrate 302, n wells 303 and 304 and p wells 305 and 306 are formed and separated by a field oxide film 307, respectively. The present invention is not limited to the above structure, and a p-well may be provided when an n-type single crystal semiconductor substrate is used, and only an n-well may be provided when a p-type single crystal semiconductor substrate is used.

ゲート絶縁膜308〜311は、熱酸化法により形成された薄膜である。ゲート312〜315は、CVD法により100〜300nmの厚さで形成した多結晶シリコン層312a〜315aと、50〜300nmの厚さで形成したシリサイド層312b〜315bからなる。また、サイドウォール324〜327は、全面に絶縁層を形成後、異方性エッチングにより、ゲート312〜315の側壁に絶縁層を残存させることにより形成することができる。   The gate insulating films 308 to 311 are thin films formed by a thermal oxidation method. The gates 312 to 315 are composed of polycrystalline silicon layers 312a to 315a formed with a thickness of 100 to 300 nm by a CVD method and silicide layers 312b to 315b formed with a thickness of 50 to 300 nm. The sidewalls 324 to 327 can be formed by forming an insulating layer on the entire surface and then leaving the insulating layer on the side walls of the gates 312 to 315 by anisotropic etching.

pチャネル型FET316のソース・ドレイン領域328と、pチャネル型FET318のソース・ドレイン領域330には、p型の導電型を付与する不純物元素が添加されている。一方、nチャネル型FET317のソース・ドレイン領域329と、nチャネル型FET319のソース・ドレイン領域331には、n型の導電型を付与する不純物元素が添加されている。   An impurity element imparting p-type conductivity is added to the source / drain region 328 of the p-channel FET 316 and the source / drain region 330 of the p-channel FET 318. On the other hand, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the source / drain region 329 of the n-channel FET 317 and the source / drain region 331 of the n-channel FET 319.

また、pチャネル型FET316の低濃度不純物領域(LDD領域)320と、pチャネル型FET318の低濃度不純物領域(LDD領域)322には、p型の導電型を付与する不純物元素が添加されている。nチャネル型FET317の低濃度不純物領域(LDD領域)321と、nチャネル型FET319の低濃度不純物領域(LDD領域)323には、n型の導電型を付与する不純物元素が添加されている。これらの低濃度不純物領域は、イオン注入法やイオンドープ法で自己整合的に形成された領域である。なお、本実施の形態の半導体装置は上記構成に限られず、サイドウォールやLDD領域を設けなくともよいし、サリサイド構造としてもよい。   An impurity element imparting p-type conductivity is added to the low-concentration impurity region (LDD region) 320 of the p-channel FET 316 and the low-concentration impurity region (LDD region) 322 of the p-channel FET 318. . An impurity element imparting n-type conductivity is added to the low-concentration impurity region (LDD region) 321 of the n-channel FET 317 and the low-concentration impurity region (LDD region) 323 of the n-channel FET 319. These low-concentration impurity regions are regions formed in a self-aligned manner by ion implantation or ion doping. Note that the semiconductor device of this embodiment is not limited to the above structure, and a sidewall or an LDD region may not be provided, or a salicide structure may be employed.

また、pチャネル型FET316、318と、nチャネル型FET317、319を覆うように、絶縁層332、333が設けられており、これらの絶縁層332、333は、表面を平坦化するために設けられた薄膜である。   In addition, insulating layers 332 and 333 are provided so as to cover the p-channel FETs 316 and 318 and the n-channel FETs 317 and 319, and these insulating layers 332 and 333 are provided to planarize the surface. Thin film.

ソース配線またはドレイン配線334〜341は、ソース配線またはドレイン領域328〜331に接する配線であり、絶縁層332、333にそれぞれ設けられたコンタクトホールを充填する配線である。そして、ソース配線とドレイン配線334〜341を覆うように、絶縁層342、343が設けられており、これらの絶縁層342、343も、表面を平坦化するために設けられた薄膜である。   The source wirings or drain wirings 334 to 341 are wirings in contact with the source wirings or drain regions 328 to 331, and are wirings filling contact holes provided in the insulating layers 332 and 333, respectively. Insulating layers 342 and 343 are provided so as to cover the source wiring and the drain wirings 334 to 341, and these insulating layers 342 and 343 are also thin films provided for planarizing the surface.

次に、複数の電界効果トランジスタを含む層351上に、複数の記憶素子を含む層352が積層された半導体装置の断面構造について説明する(図2(B)参照)。   Next, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which a layer 352 including a plurality of memory elements is stacked over a layer 351 including a plurality of field effect transistors will be described (see FIG. 2B).

絶縁層343上に、第1の導電層345、有機化合物層346、第2の導電層347が順に積層されており、この積層体が記憶素子350に相当する。有機化合物層346同士の間には、絶縁層348が設けられている。複数の記憶素子350上には、絶縁層349が設けられている。図2(B)に示すように電界効果トランジスタ上に複数の記憶素子を単純な構成(パッシブマトリクス型)で設けることによって、より微細な構造を容易に集積化することが可能となり、低コストで大容量の記憶素子を有する半導体装置を提供することが可能となる。   A first conductive layer 345, an organic compound layer 346, and a second conductive layer 347 are sequentially stacked over the insulating layer 343, and this stacked body corresponds to the memory element 350. An insulating layer 348 is provided between the organic compound layers 346. An insulating layer 349 is provided over the plurality of memory elements 350. As shown in FIG. 2B, by providing a plurality of memory elements over a field effect transistor with a simple structure (passive matrix type), it becomes possible to easily integrate a finer structure at low cost. A semiconductor device having a large-capacity storage element can be provided.

次に、上記図2(B)とは異なる半導体装置の断面構造について図3を用いて説明する。   Next, a cross-sectional structure of a semiconductor device different from that in FIG. 2B is described with reference to FIGS.

絶縁層343上に、電界効果トランジスタに接続されたソース・ドレイン配線に接続するように、第1の導電層361〜364が設けられ、第1の導電層361〜364に接するように有機化合物層365〜368が設けられる。さらに、有機化合物層365〜368に接するように第2の導電層369が設けられる。第1の導電層361〜364または第2の導電層369は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)または透光性を有するインジウム錫酸化物(ITO)等の公知の導電性材料を用いて形成することができる。また、有機化合物層365〜368は、蒸着法や液滴吐出法を用いて形成することができる。液滴吐出法を用いて形成すると、有機化合物層を所望の場所に選択的に形成することができるためマスクが不要となる。また、必要最低限の材料で済むため、材料の利用効率が向上するといった利点を有している。   First conductive layers 361 to 364 are provided on the insulating layer 343 so as to be connected to source / drain wirings connected to the field effect transistor, and an organic compound layer is in contact with the first conductive layers 361 to 364. 365-368 are provided. Further, a second conductive layer 369 is provided so as to be in contact with the organic compound layers 365 to 368. The first conductive layers 361 to 364 or the second conductive layer 369 is formed of a known conductive material such as aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or light-transmitting indium tin oxide (ITO). It can be formed using a material. The organic compound layers 365 to 368 can be formed by a vapor deposition method or a droplet discharge method. When formed using a droplet discharge method, an organic compound layer can be selectively formed at a desired location, so that a mask is unnecessary. Moreover, since the minimum necessary material is sufficient, there is an advantage that the utilization efficiency of the material is improved.

第1の導電層361〜364のいずれか1つと、第2の導電層369の積層体が記憶素子371〜374のいずれか1つに相当する。有機化合物層365〜368の間には、絶縁層370が設けられている。また、複数の記憶素子371〜374上には、絶縁層375が設けられている。なお、図3に示した半導体装置の構成において、電界効果トランジスタを含む層351に設けられた電界効果トランジスタは、記憶素子371〜374への書き込みまたは読み込みの際にスイッチング素子として働くため、pチャネル型FETまたはnチャネル型FETのどちらか一方の構成を用いて設けることが好ましい。上記構成とすることによって、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有するため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提供することが可能となる。   A stacked body of any one of the first conductive layers 361 to 364 and the second conductive layer 369 corresponds to any one of the memory elements 371 to 374. An insulating layer 370 is provided between the organic compound layers 365 to 368. An insulating layer 375 is provided over the plurality of memory elements 371 to 374. Note that in the structure of the semiconductor device illustrated in FIG. 3, the field effect transistor provided in the layer 351 including the field effect transistor functions as a switching element when writing to or reading from the memory elements 371 to 374. It is preferable to use either type FET or n-channel type FET. With the above structure, a transistor including a single crystal semiconductor layer with favorable mobility and response speed as a channel portion is included, so that a high-speed operation is possible and a semiconductor device with an improved operating frequency can be provided. It becomes.

次に、非接触でデータを送受信する機能を有する半導体装置の構成について、図4、図5を用いて以下に説明する。   Next, a structure of a semiconductor device having a function of transmitting and receiving data without contact will be described below with reference to FIGS.

図4に示す半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジスタを含む層401と、複数の記憶素子を含む層402が順に積層されており、複数の記憶素子を含む層402の周囲に、アンテナとして機能する導電層403が設けられた構成を有する(図4(A)、(B))。なお、図4(A)は上面図、図4(B)は斜視図を示している。   The semiconductor device illustrated in FIG. 4 has a structure in which a plurality of circuits are integrated, and a layer 401 including a plurality of field effect transistors and a layer 402 including a plurality of memory elements are sequentially stacked. The conductive layer 403 functioning as an antenna is provided around the layer 402 including (FIGS. 4A and 4B). 4A is a top view and FIG. 4B is a perspective view.

上記構成を有する半導体装置の断面構造について図5(A)を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device having the above structure is described with reference to FIG.

図5(A)において、複数の電界効果トランジスタを含む層401は、pチャネル型FET316、nチャネル型FET317、pチャネル型FET318、nチャネル型FET319を有している。なお、これらのFETの構造は上記図2(B)で示した通りであるので、ここでは、その説明を省略する。   In FIG. 5A, a layer 401 including a plurality of field effect transistors includes a p-channel FET 316, an n-channel FET 317, a p-channel FET 318, and an n-channel FET 319. Since the structure of these FETs is as shown in FIG. 2B, description thereof is omitted here.

pチャネル型FET316、nチャネル型FET317、pチャネル型FET318、nチャネル型FET319を覆うように絶縁層342、343が設けられ、絶縁層343上に複数の記憶素子を含む層402が設けられている。また、複数の記憶素子を含む層402の周囲には、アンテナとして機能する導電層403が設けられている。   Insulating layers 342 and 343 are provided so as to cover the p-channel FET 316, the n-channel FET 317, the p-channel FET 318, and the n-channel FET 319, and the layer 402 including a plurality of memory elements is provided over the insulating layer 343. . In addition, a conductive layer 403 functioning as an antenna is provided around the layer 402 including a plurality of memory elements.

複数の記憶素子を含む層402は、絶縁層343上に、第1の導電層445、有機化合物層446、第2の導電層447が順に積層されており、この積層体が記憶素子450に相当する。有機化合物層446の間には、絶縁層448が設けられている。   In the layer 402 including a plurality of memory elements, a first conductive layer 445, an organic compound layer 446, and a second conductive layer 447 are stacked in this order over the insulating layer 343. This stacked body corresponds to the memory element 450. To do. An insulating layer 448 is provided between the organic compound layers 446.

また、アンテナとして機能する導電層403は、第1の導電層445と同じ層に設けられている。導電層403上には、絶縁層448、449が設けられている。アンテナとして機能する導電層403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。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。ここでは、導電層403は、pチャネル型FET316のソースまたはドレイン配線334と、nチャネル型FET319のソースまたはドレイン配線341に接続されている。導電層403としては、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)等の材料を用いて形成することができる。また、第1の導電層445と同じ工程で作製しても良い。   The conductive layer 403 functioning as an antenna is provided in the same layer as the first conductive layer 445. Insulating layers 448 and 449 are provided over the conductive layer 403. The conductive layer 403 that functions as an antenna is connected to a transistor that forms a waveform shaping circuit or a rectifier circuit. Data sent from the outside in a non-contact manner is processed by a waveform shaping circuit or a rectifier circuit, and then data is exchanged with the organic memory element (data writing or reading) via a reading circuit or a writing circuit. Here, the conductive layer 403 is connected to the source or drain wiring 334 of the p-channel FET 316 and the source or drain wiring 341 of the n-channel FET 319. The conductive layer 403 can be formed using a material such as copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), or gold (Au). Alternatively, the first conductive layer 445 may be manufactured in the same process.

次に、上記図5(A)とは異なる半導体装置の断面構造について図5(B)を用いて説明する。より詳しくは、図5(A)における複数の記憶素子を含む層402の構造が異なる半導体装置の断面構造について説明する。   Next, a cross-sectional structure of a semiconductor device which is different from that in FIG. 5A is described with reference to FIG. More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which the structure of the layer 402 including a plurality of memory elements in FIG.

図5(B)において、複数の電界効果トランジスタを含む層401は、上記図3で示した構成と同様に設けることができる。複数の記憶素子を含む層402は、ソース・ドレイン配線336、338に接続するように、第1の導電層462、463が設けられ、第1の導電層462、463に接するように有機化合物層466、467が設けられている。さらに、有機化合物層466、467に接するように第2の導電層469が設けられている。   In FIG. 5B, a layer 401 including a plurality of field effect transistors can be provided in a manner similar to the structure shown in FIG. The layer 402 including a plurality of memory elements is provided with first conductive layers 462 and 463 so as to be connected to the source / drain wirings 336 and 338, and an organic compound layer so as to be in contact with the first conductive layers 462 and 463. 466, 467 are provided. Further, a second conductive layer 469 is provided so as to be in contact with the organic compound layers 466 and 467.

第1の導電層462、463のどちらかと、有機化合物層466、467のどちらかと、第2の導電層469の積層体が記憶素子472、473のどちらかに相当する。有機化合物層466、467の間には、絶縁層470が設けられている。また、複数の記憶素子472、473上には、絶縁層475が設けられている。   A stacked body of one of the first conductive layers 462 and 463, one of the organic compound layers 466 and 467, and the second conductive layer 469 corresponds to one of the memory elements 472 and 473. An insulating layer 470 is provided between the organic compound layers 466 and 467. An insulating layer 475 is provided over the plurality of memory elements 472 and 473.

図5(B)の半導体装置の構成において、第1の導電層462、463と接続する電界効果トランジスタは、記憶素子472、473への書き込みまたは読み込みの際にスイッチング素子として働くため、pチャネル型FETまたはnチャネル型FET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、その他の電界効果トランジスタは、pチャネル型FETまたはnチャネル型FETのどちらか一方の構成で設けてもよいし、pチャネル型FETまたはnチャネル型FETの両方を設けてもよいし、pチャネル型FETまたはnチャネル型FETをあわせてCMOS回路として設けてもよい。   In the structure of the semiconductor device in FIG. 5B, the field-effect transistor connected to the first conductive layers 462 and 463 functions as a switching element when writing to or reading from the memory elements 472 and 473. It is preferable to use either a FET or an n-channel FET. Other field effect transistors may be provided with either a p-channel FET or an n-channel FET, or may be provided with both a p-channel FET or an n-channel FET, or p A channel type FET or an n channel type FET may be provided together as a CMOS circuit.

このように図4、図5に示すように、アンテナとして機能する導電層を形成することによって、非接触でデータを送受信する機能を有する半導体装置を提供することができる。このような半導体装置は、非接触でデータの送受信を行う無線チップ等に利用することができる。また、無線チップ等は微細な構造を要求される場合が多いが、図5に示す構造を用いることによって安価で高集積化された記憶素子を有する半導体装置を提供することができる。   As described above with reference to FIGS. 4 and 5, by forming a conductive layer functioning as an antenna, a semiconductor device having a function of transmitting and receiving data without contact can be provided. Such a semiconductor device can be used for a wireless chip that transmits and receives data without contact. In many cases, a wireless chip or the like is required to have a fine structure; however, by using the structure shown in FIG. 5, a semiconductor device having a memory element that is inexpensive and highly integrated can be provided.

次に、非接触でデータを送受信する場合において、上記図4、図5と異なる半導体装置の構成について、図6〜図8を用いて以下に説明する。   Next, a structure of a semiconductor device different from those in FIGS. 4 and 5 in the case of transmitting and receiving data without contact will be described below with reference to FIGS.

本発明の半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジスタを含む層501と、複数の記憶素子を含む層502が順に積層して設けられた基板と、アンテナとして機能する導電層503が設けられた基板とが貼り合わされた構成を有する(図6(A)、(B))。なお、図6(A)は上面図、図6(B)は斜視図を示している。   A semiconductor device of the present invention has a structure in which a plurality of circuits are integrated, a substrate in which a layer 501 including a plurality of field effect transistors, a layer 502 including a plurality of memory elements are sequentially stacked, and an antenna The substrate is provided with a substrate provided with a conductive layer 503 functioning as (FIGS. 6A and 6B). 6A is a top view and FIG. 6B is a perspective view.

次に、上記構成を有する本発明の半導体装置の断面構造について図7を用いて以下に説明する。   Next, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the above structure will be described below with reference to FIG.

複数の電界効果トランジスタを含む層501は、pチャネル型FET316、nチャネル型FET317、pチャネル型FET318、nチャネル型FET319を有している。これらのFETの構造は上記図2(B)で示した通りであるので、ここでは、その説明を省略する。   A layer 501 including a plurality of field effect transistors includes a p-channel FET 316, an n-channel FET 317, a p-channel FET 318, and an n-channel FET 319. Since the structure of these FETs is as shown in FIG. 2B, description thereof is omitted here.

また、複数の記憶素子を含む層502は、図5(A)を用いて説明した複数の記憶素子を含む層402と同様に設けることができる。   The layer 502 including a plurality of memory elements can be provided similarly to the layer 402 including a plurality of memory elements described with reference to FIG.

複数の電界効果トランジスタを含む層501と複数の記憶素子を含む層502とを含む基板と、導電層503が設けられた基板504は、導電性粒子506を含む樹脂505により貼りあわされている。なお、貼り合わせて素子を形成する方法としては、例えば、円形の半導体基板と複数の導電層が設けられた基板504とを貼り合わせた後に、貼り合わされた円形の半導体基板と基板504とを分断して個々の素子に分離して設けることができる。また、複数の導電層が設けられた基板504上にあらかじめ分断されたSi基板を貼り合わせた後に、基板504を分断して個々の素子を形成してもよいし、半導体基板と基板504をそれぞれ分断した後に貼り合わせることによって個々の素子を形成してもよい。   A substrate including a layer 501 including a plurality of field-effect transistors and a layer 502 including a plurality of memory elements and a substrate 504 provided with a conductive layer 503 are attached to each other with a resin 505 including conductive particles 506. Note that as a method for forming an element by bonding, for example, a circular semiconductor substrate and a substrate 504 provided with a plurality of conductive layers are bonded, and then the bonded circular semiconductor substrate and the substrate 504 are divided. Thus, each element can be provided separately. In addition, after pasting a previously divided Si substrate on a substrate 504 provided with a plurality of conductive layers, the substrate 504 may be divided to form individual elements, or the semiconductor substrate and the substrate 504 may be formed respectively. Individual elements may be formed by bonding after dividing.

そして、pチャネル型FET316のソース・ドレイン配線334及びnチャネル型FET319のソース・ドレイン配線341と、導電層503とは、導電性粒子506を介して電気的に接続する。なお、ここでは導電性微粒子を含む異方性導電フィルムを用いて接続した場合を示したが、他にも、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を用いてもよい。   The source / drain wiring 334 of the p-channel FET 316 and the source / drain wiring 341 of the n-channel FET 319 and the conductive layer 503 are electrically connected through the conductive particles 506. In addition, although the case where it connected using the anisotropic conductive film containing electroconductive fine particles was shown here, other methods, such as conducting conductive adhesives, such as silver paste, copper paste, and carbon paste, and soldering, are used. It may be used.

次に、図7に示した構成とは異なる半導体装置の断面構造について図8を用いて説明する。より詳しくは、図7の構成と、複数の記憶素子を含む層502の構造が異なる半導体装置の断面構造について説明する。   Next, a cross-sectional structure of a semiconductor device different from the structure illustrated in FIG. 7 is described with reference to FIGS. More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which the structure in FIG. 7 is different from the structure of a layer 502 including a plurality of memory elements will be described.

複数の電界効果トランジスタを含む層501は、図5(B)で示したように形成することができる。複数の記憶素子を含む層502は、図5(B)を用いて説明した、複数の記憶素子を含む層402と同じ構造である。そして、上記図7の構成と同様、複数の電界効果トランジスタを含む層501と複数の記憶素子を含む層502とを含む基板と、導電層503が設けられた基板504は、導電性粒子506を含む樹脂505により貼りあわされている。そして、ソース・ドレイン配線334、341と、導電層503とは、導電性粒子506を介して電気的に接続する。   The layer 501 including a plurality of field effect transistors can be formed as illustrated in FIG. The layer 502 including a plurality of memory elements has the same structure as the layer 402 including a plurality of memory elements described with reference to FIG. 7, the substrate including the layer 501 including a plurality of field-effect transistors and the layer 502 including a plurality of memory elements, and the substrate 504 provided with the conductive layer 503 include conductive particles 506. It is pasted by the resin 505 containing. The source / drain wirings 334 and 341 and the conductive layer 503 are electrically connected via the conductive particles 506.

このように上記図6〜図8に示すように、複数の電界効果トランジスタを含む層501と複数の記憶素子を含む層502が順に積層して設けられた基板にアンテナとして機能する導電層503を貼り合わせて設けることによって、上記図5に示した構造に比べて容易に導電層503の面積を大きく形成することができる。導電層の面積を広く形成することによって、導通抵抗を低く抑えることができるため、非接触でデータを送受信する際に半導体装置の通信距離をのばすことができる。   As described above with reference to FIGS. 6 to 8, the conductive layer 503 functioning as an antenna is provided over the substrate in which the layer 501 including a plurality of field effect transistors and the layer 502 including a plurality of memory elements are sequentially stacked. By providing them together, the area of the conductive layer 503 can be easily increased as compared with the structure shown in FIG. When the conductive layer has a large area, the conduction resistance can be kept low, so that the communication distance of the semiconductor device can be increased when data is transmitted and received without contact.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、上記実施の形態1で示した記憶素子の構成に関して以下に説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, the structure of the memory element described in Embodiment 1 is described below.

本発明において、上記実施の形態で示した記憶素子(以下、有機メモリ素子とも記す)は、有機化合物層を有していることを特徴とする。なお、メモリは有機メモリ素子のみを含んでいてもよいし、他の記憶素子を含んでいてもよい。有機メモリ素子を含むメモリ(以下、有機メモリとも記す)は、有機化合物の材料を利用したものであり、当該有機化合物層に光または電気的作用を加えることにより電気抵抗の変化を生じさせるものである。   In the present invention, the memory element (hereinafter also referred to as an organic memory element) described in the above embodiment includes an organic compound layer. Note that the memory may include only organic memory elements, or may include other memory elements. A memory including an organic memory element (hereinafter also referred to as an organic memory) uses an organic compound material, and causes a change in electrical resistance by applying light or an electrical action to the organic compound layer. is there.

次に、有機メモリの構成について図13を用いて説明する。有機メモリは、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、デコーダ23、24、セレクタ25、読み出し/書き込み回路26を有する。なお、図13に示す有機メモリの構成は、図2(B)、図5(A)における複数の記憶素子を含む層402または図7における複数の有機メモリ素子を含む層502の記憶素子の構造(パッシブマトリクス型)に対応している。   Next, the configuration of the organic memory will be described with reference to FIG. The organic memory includes a memory cell array 22 in which memory cells 21 are provided in a matrix, decoders 23 and 24, a selector 25, and a read / write circuit 26. Note that the structure of the organic memory shown in FIG. 13 is the structure of the memory element of the layer 402 including a plurality of memory elements in FIGS. 2B and 5A or the layer 502 including a plurality of organic memory elements in FIG. (Passive matrix type) is supported.

メモリセル21は、ビット線Bx(1≦x≦m)に接続される第1の導電層と、ワード線Wy(1≦y≦n)に接続される第2の導電層と、有機化合物層とを有する。有機化合物層は、第1の導電層と第2の導電層の間に設けられる。   The memory cell 21 includes a first conductive layer connected to the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second conductive layer connected to the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), and an organic compound layer And have. The organic compound layer is provided between the first conductive layer and the second conductive layer.

次に、メモリセルアレイ22の上面構造と断面構造について図9を用いて説明する。なお、メモリセルアレイ22は、上記実施の形態で示した電界効果トランジスタを含む層(以下、基板30と記す)上に、第1の方向に延在する第1の導電層27と、第1の方向と異なる方向第2の方向(例えば、垂直な方向)に延在する第2の導電層28と、有機化合物層29とを有する。第1の導電層27と第2の導電層28は、ストライプ状に、互いに交差するように形成される。隣接する有機化合物層29の間には、絶縁層33が設けられる。また、第2の導電層28に接するように、保護層として機能する絶縁層34が設けられる。   Next, the top surface structure and the cross-sectional structure of the memory cell array 22 will be described with reference to FIG. Note that the memory cell array 22 includes a first conductive layer 27 extending in a first direction on a layer including the field-effect transistor described in the above embodiment (hereinafter referred to as a substrate 30), A second conductive layer 28 extending in a second direction (for example, a vertical direction) different from the direction and an organic compound layer 29 are included. The first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 are formed in a stripe shape so as to cross each other. An insulating layer 33 is provided between the adjacent organic compound layers 29. An insulating layer 34 that functions as a protective layer is provided so as to be in contact with the second conductive layer 28.

第1の導電層27と第2の導電層28は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の公知の導電性材料を用いて形成する。また、有機化合物層29は蒸着法や液滴吐出法を用いて形成することができる。液滴吐出法を用いた場合、各メモリセルに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できる。   The first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 are formed using a known conductive material such as aluminum (Al), copper (Cu), or silver (Ag). The organic compound layer 29 can be formed using a vapor deposition method or a droplet discharge method. When the droplet discharge method is used, an organic compound layer can be selectively provided in each memory cell, so that the material utilization efficiency can be improved.

光によりデータの書き込みを行う場合、第2の導電層28は透光性を有するように形成する。透光性を有する導電層は、インジウム錫酸化物(ITO)等の透明な導電性材料を用いて形成するか、又は、透明な導電性材料でなくても、光を透過する厚さで形成する。また、上記実施の形態において、記憶素子上にアンテナとして機能する導電層が設けてある場合には、データの書き込む部分の記憶素子の上方には導電層を設けず、光を照射できる開口窓を設けておく。また、記憶素子の下方に設けてある電界効果トランジスタに光が照射されないように、遮光膜を設けておくとよい。具体的には、図2(B)に示す半導体装置に光学的作用を加えてデータを書き込む際には、絶縁層332、333、342または343の少なくとも一層を遮光性を有する膜で形成する。好ましくは342または343の少なくとも一方を遮光性の膜で形成する。   In the case where data is written by light, the second conductive layer 28 is formed to have a light-transmitting property. The light-transmitting conductive layer is formed using a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), or formed with a thickness that allows light to pass even if it is not a transparent conductive material. To do. In the above embodiment mode, in the case where a conductive layer functioning as an antenna is provided over the memory element, an opening window that can irradiate light without providing a conductive layer above the memory element in the data writing portion is provided. Keep it. In addition, a light-shielding film is preferably provided so that light is not irradiated to the field-effect transistor provided below the memory element. Specifically, when data is written by applying an optical action to the semiconductor device illustrated in FIG. 2B, at least one of the insulating layers 332, 333, 342, and 343 is formed using a light-blocking film. Preferably, at least one of 342 and 343 is formed using a light-shielding film.

有機化合物層29は、導電性を有する(好ましくは、導電率が10-15S/cm以上10-3S/cm以下)有機化合物材料を用いることができる。例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:α−NPD)や4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)や4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)や4,4’−ビス(N−(4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)などの芳香族アミン系(即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する)の化合物やフタロシアニン(略称:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等のフタロシアニン化合物等の正孔輸送性の高い物質を用いることができる。 The organic compound layer 29 may be made of an organic compound material having conductivity (preferably having a conductivity of 10 −15 S / cm or more and 10 −3 S / cm or less). For example, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: α-NPD) or 4,4′-bis [N- (3-methylphenyl) -N-phenyl Amino] biphenyl (abbreviation: TPD), 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenylamino) triphenylamine (abbreviation: TDATA), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- ( 3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine (abbreviation: MTDATA) and 4,4′-bis (N- (4- (N, N-di-m-tolylamino) phenyl) -N-phenylamino ) biphenyl (abbreviation: DNTPD); a high system such as (i.e., benzene ring - a compound of having the binding nitrogen) and phthalocyanine (abbreviation: H 2 Pc), copper phthalocyanine (abbreviation: CuPc), or vanadyl phthalocyaninato two (Abbreviation: VOPc), and the can be used substance having a high hole-transport property of the phthalocyanine compound such as.

また、他にも有機化合物材料として電子輸送性が高い材料を用いることができ、例えばトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料や、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)等の化合物等を用いることができる。 In addition, a material having a high electron-transport property can be used as the organic compound material. For example, tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3 ), tris (4-methyl-8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Almq 3 ), bis (10-hydroxybenzo [h] -quinolinato) beryllium (abbreviation: BeBq 2 ), bis (2-methyl-8-quinolinolato) -4-phenylphenolato-aluminum (abbreviation: BAlq), etc. Alternatively, a material including a metal complex having a benzoquinoline skeleton, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) -benzothiazolato] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) 2) oxazole-based, such as, a thiazole-based ligand Material such as metal complexes can also be used to. In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- (P-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 3- (4-tert-butylphenyl) -4-phenyl-5- ( 4-biphenylyl) -1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) -5- (4-biphenylyl) -1,2, Compounds such as 4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ), bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), bathocuproin (abbreviation: BCP), and the like can be used.

また、他の有機化合物材料として、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−t−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン、ペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベンゼン、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6、クマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)や9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(略称:TBP)等が挙げられる。また、上記発光材料を分散してなる層を形成する場合に母体となる材料としては、9,10−ジ(2−ナフチル)−2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)等のアントラセン誘導体、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等のカルバゾール誘導体、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:ZnBOX)などの金属錯体等を用いることができる。また、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、9,10−ビス(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等を用いることができる。なお、上述した有機化合物は単層で設けてもよいし積層して設けてもよく、実施者が適宜選択すればよい。 As another organic compound material, 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- [2- (1,1,7,7-tetramethyljulolidin-9-yl) ethenyl] -4H-pyran (abbreviation: DCJT), 4-dicyanomethylene-2-t-butyl-6- [2- (1,1,7,7-tetramethyljulolidin-9-yl) ethenyl] -4H-pyran, periflanthene, 2,5- Dicyano-1,4-bis [2- (10-methoxy-1,1,7,7-tetramethyljulolidin-9-yl) ethenyl] benzene, N, N′-dimethylquinacridone (abbreviation: DMQd), coumarin 6, coumarin 545T, tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3), 9,9'-bianthryl, 9,10-diphenyl anthracene (abbreviation: DPA) and 9,10-bi (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: DNA), 2,5,8,11-tetra -t- butyl perylene (abbreviation: TBP), and the like. As a base material for forming a layer in which the light emitting material is dispersed, an anthracene such as 9,10-di (2-naphthyl) -2-tert-butylanthracene (abbreviation: t-BuDNA) is used. Derivatives, carbazole derivatives such as 4,4′-bis (N-carbazolyl) biphenyl (abbreviation: CBP), bis [2- (2-hydroxyphenyl) pyridinato] zinc (abbreviation: Znpp 2 ), bis [2- (2 Metal complexes such as -hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: ZnBOX) can be used. Tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3 ), 9,10-bis (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: DNA), bis (2-methyl-8-quinolinolato) -4-phenylphenolato- Aluminum (abbreviation: BAlq) or the like can be used. Note that the above-described organic compound may be provided as a single layer or may be provided as a stack, and may be selected as appropriate by the practitioner.

また、他にも光または電気的作用を加えることによって電気抵抗が変化する材料を用いることができる。例えば、光を吸収することによって酸を発生する化合物(光酸発生剤)をドープした共役高分子を用いることができる。ここで共役高分子としては、ポリアセチレン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレンエチニレン類等を用いることができる。また、光酸発生剤としては、アリールスルホニウム塩、アリールヨードニウム塩、o−ニトロベンジルトシレート、アリールスルホン酸p−ニトロベンジルエステル、スルホニルアセトフェノン類、Fe−アレン錯体PF6塩等を用いることができる。 In addition, a material whose electric resistance is changed by applying light or an electric action can be used. For example, a conjugated polymer doped with a compound that generates an acid by absorbing light (a photoacid generator) can be used. Here, polyacetylenes, polyphenylene vinylenes, polythiophenes, polyanilines, polyphenylene ethynylenes, and the like can be used as the conjugated polymer. As the photoacid generator, arylsulfonium salts, aryliodonium salts, o-nitrobenzyl tosylate, arylsulfonic acid p-nitrobenzyl esters, sulfonylacetophenones, Fe-allene complex PF 6 salts and the like can be used. .

また、上記構成とは異なる構成として、第1の導電層27と有機化合物層29の間、もしくは第2の導電層28と有機化合物層29の間に、整流性を有する素子を設けてもよい(図9(D)参照)。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44、45を含むPN接合ダイオードを設けた場合を示す。半導体層44、45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、メモリセルの選択性を向上し、読み出しや書き込み動作のマージンを向上させることができる。   Further, as a different structure from the above structure, a rectifying element may be provided between the first conductive layer 27 and the organic compound layer 29 or between the second conductive layer 28 and the organic compound layer 29. (See FIG. 9D). 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 44 and 45 is provided between the first conductive layer and the organic compound layer is shown. One of the semiconductor layers 44 and 45 is an N-type semiconductor, and the other is a P-type semiconductor. In this manner, by providing an element having a rectifying action, the selectivity of the memory cell can be improved and the margin of the read or write operation can be improved.

上記の通り、本実施の形態で示した有機メモリ素子は、一対の導電層間に有機化合物層を設ける単純な構成を有するため、作製工程が単純であり、高集積化させた有機メモリ素子を有する半導体装置を低コストで提供することができる。また、上記構成とすることによって、製造時以外にもデータの書き込み(追記)が可能であるため、ユーザーが適宜必要なときにデータを書き込むことができる。また、本発明の有機メモリは、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、軽量の半導体装置を提供することができる。また、上述した有機メモリは、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。そのため、当該有機メモリを用いることによって、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。   As described above, since the organic memory element described in this embodiment has a simple structure in which an organic compound layer is provided between a pair of conductive layers, a manufacturing process is simple and a highly integrated organic memory element is included. A semiconductor device can be provided at low cost. In addition, with the above configuration, data can be written (added) other than at the time of manufacture, so that data can be written as needed by the user. In addition, since the organic memory of the present invention is a non-volatile memory, it is not necessary to incorporate a battery for holding data, and a small, thin, and lightweight semiconductor device can be provided. The above-described organic memory can write (add) data, but cannot rewrite data. Therefore, by using the organic memory, it is possible to provide a semiconductor device that prevents forgery and ensures security.

次に、有機メモリにデータの書き込みを行う際の動作について説明する。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が、まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する(図13参照)。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、ここでは、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。   Next, an operation when data is written to the organic memory will be described. Data writing is performed by optical action or electrical action. First, the case of writing data by electrical action will be described (see FIG. 13). Note that writing is performed by changing the electrical characteristics of the memory cell. Here, the initial state (state in which no electrical action is applied) of the memory cell is data “0”, and the state in which the electrical characteristics are changed is “ 1 ”.

メモリセル21にデータ「1」を書き込む場合、まず、デコーダ23、24およびセレクタ25によってメモリセル21を選択する。具体的には、デコーダ24によって、メモリセル21に接続されるワード線W3に所定の電圧V2を印加する。また、デコーダ23とセレクタ25によって、メモリセル21に接続されるビット線B3を読み出し/書き込み回路26に接続する。そして、読み出し/書き込み回路26からビット線B3へ書き込み電圧V1を出力する。こうして、当該メモリセル21を構成する第1の導電層と第2の導電層の間には電圧Vw=V1−V2を印加する。電位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29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い。例えば、(V1、V2)=(0V、5〜15V)、あるいは(3〜5V、−12〜−2V)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。なお、この場合に、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。   When data “1” is written in the memory cell 21, first, the memory cell 21 is selected by the decoders 23 and 24 and the selector 25. Specifically, the decoder 24 applies a predetermined voltage V2 to the word line W3 connected to the memory cell 21. Further, the bit line B 3 connected to the memory cell 21 is connected to the read / write circuit 26 by the decoder 23 and the selector 25. Then, the write voltage V1 is output from the read / write circuit 26 to the bit line B3. Thus, the voltage Vw = V1−V2 is applied between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell 21. By appropriately selecting the potential Vw, the organic compound layer 29 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 is good to change as follows. For example, it may be appropriately selected from the range of (V1, V2) = (0V, 5-15V), or (3-5V, -12--2V). The voltage Vw may be 5 to 15V, or -5 to -15V. In this case, the distance between the pair of conductive layers provided with the organic compound layer interposed therebetween may change.

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。例えば、非選択のワード線および非選択のビット線を浮遊状態とすればよい。メモリセルを構成する第1の導電層と第2の導電層の間は、ダイオード特性など、選択性を確保できる特性を有する必要がある。   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. For example, unselected word lines and unselected bit lines may be set in a floating state. The first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell must have characteristics such as diode characteristics that can ensure selectivity.

一方、メモリセル21にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル21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、デコーダ23、24およびセレクタ25によってメモリセル21を選択するが、読み出し/書き込み回路26からビット線B3への出力電位を、選択されたワード線W3の電位あるいは非選択ワード線の電位と同程度とし、メモリセル21を構成する第1の導電層と第2の導電層の間に、メモリセル21の電気特性を変化させない程度の電圧(例えば−5〜5V)を印加すればよい。   On the other hand, when data “0” is written in the memory cell 21, it is not necessary to apply an electrical action to the memory cell 21. In the circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cell 21 is selected by the decoders 23 and 24 and the selector 25, but the output potential from the read / write circuit 26 to the bit line B3 is selected. The potential of the word line W3 or the potential of the non-selected word line is set to the same level, and the electrical characteristics of the memory cell 21 are not changed between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell 21. A voltage (for example, −5 to 5 V) may be applied.

次に、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する(図9(B)(C)参照)。この場合、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、有機メモリ素子に含まれる有機化合物層29にレーザ光を照射することにより行う。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に選択的にレーザ光を照射して有機化合物層29を破壊する。破壊された有機化合物層は、絶縁化するため、他の有機メモリ素子と比較すると抵抗が大きくなる。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、所望の部分の有機メモリ素子に含まれる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。   Next, a case where data is written by optical action will be described (see FIGS. 9B and 9C). In this case, the irradiation is performed by irradiating the organic compound layer 29 included in the organic memory element with laser light from the light-transmitting conductive layer side (herein, the second conductive layer 28). Here, the organic compound layer 29 included in a desired portion of the organic memory element is selectively irradiated with laser light to destroy the organic compound layer 29. Since the destroyed organic compound layer is insulated, the resistance increases as compared with other organic memory elements. 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 organic compound layer included in a desired portion of the organic memory element The electrical resistance is increased by selectively irradiating with laser light and destroying.

また、有機化合物層29として、光を吸収することによって酸を発生する化合物(光酸発生剤)をドープした共役高分子を用いた場合、レーザ光を照射すると、照射された部分だけが導電性が増加し、未照射の部分は導電性を有しない。そのため、所望の部分の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層に選択的にレーザ光を照射することにより、当該有機メモリ素子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「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導電性を増加させる。   Further, when a conjugated polymer doped with a compound that generates acid by absorbing light (photoacid generator) is used as the organic compound layer 29, when irradiated with laser light, only the irradiated portion becomes conductive. Increases, and the unirradiated portion has no conductivity. Therefore, data is written by utilizing the change in the electrical resistance of the organic memory element by selectively irradiating the organic compound layer included in the organic memory element in a desired portion with laser light. For example, in a case where an organic compound layer not irradiated with laser light is set to “0” data, when writing “1” data, a desired portion of the organic compound layer is selectively irradiated with laser light to be conductive. Increase sex.

レーザ光を照射する場合、有機メモリ素子に含まれる有機化合物層29の電気抵抗の変化は、メモリセル21の大きさによるが、μmオーダの径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の線速度で通過するとき、1つのメモリセル21が含む有機化合物を含む層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、レーザパワーは10mW、パワー密度は10kW/mm2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 the laser light is irradiated, the change in the electric resistance of the organic compound layer 29 included in the organic memory element is realized by the laser light irradiation with a diameter of the order of μm depending on the size of the memory cell 21. For example, when a laser beam having a diameter of 1 μm passes at a linear velocity of 10 m / sec, the time during which the layer containing an organic compound 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, 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12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、PC1002と示す。)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軸ステージ及び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−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(図12)。   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 performs 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, 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 including a mirror for changing, a moving mechanism 1009 having an X-axis stage and a Y-axis stage, a D / A conversion unit 1010 for digital-analog conversion of control data output from the PC, and D Acousto-optic modulator 10 according to the analog voltage output from the A / A converter 6, a driver 1012 that outputs a drive signal for driving the moving mechanism 1009, and an autofocus mechanism 1013 for focusing the laser beam on the irradiated object (FIG. 12). .

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、XeCl、XeF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、GdVO4、YVO4、YLF、YAlO3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. Examples of laser oscillators include excimer laser oscillators such as KrF, ArF, XeCl, and XeF, gas laser oscillators such as He, He—Cd, Ar, He—Ne, and HF, YAG, GdVO 4 , YVO 4 , YLF, and YAlO 3. A solid-state laser oscillator using a crystal doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm, and a semiconductor laser oscillator such as GaN, GaAs, GaAlAs, or InGaAsP can be used. 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29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29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 29 is mounted on the moving mechanism 1009, the PC 1002 detects the position of the organic compound layer 29 to be irradiated with 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で光路及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方向及び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.

上記の通り、レーザ光の照射によりデータの書き込みを行う本発明の構成は、半導体装置を簡単に大量に作製することができる。従って、安価な半導体装置を提供することができる。   As described above, the structure of the present invention in which data is written by laser light irradiation can easily manufacture a large number of semiconductor devices. Therefore, an inexpensive semiconductor device can be provided.

続いて、有機メモリからデータの読み出しを行う際の動作について説明する(図13、図10参照)。データの読み出しは、メモリセルを構成する第1の導電層と第2の導電層の間の電気特性が、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第1の導電層と第2の導電層の間の実効的な電気抵抗(以下、単にメモリセルの電気抵抗と呼ぶ)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の電気抵抗を、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/書き込み回路は、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46と差動増幅器47を用いた回路26を考えることができる。抵抗素子46は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子46の代わりにトランジスタ48を用いても良いし、差動増幅器47の代わりにクロックトインバータ49を用いることも可能である(図10(B))。クロックトインバータ49には、読み出しを行うときにHi、行わないときにLoとなる、信号又は反転信号が入力される。勿論、回路構成は図10に限定されない。   Next, an operation when data is read from the organic memory will be described (see FIGS. 13 and 10). In reading data, the electrical characteristics between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell are different between the memory cell having data “0” and the memory cell having data “1”. Use it. For example, the effective electrical resistance between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell having data “0” (hereinafter simply referred to as the electrical resistance of the memory cell) is R0 at the read voltage. A method of reading data by using the difference in electric resistance when the electric resistance of the memory cell having data “1” is R1 in the read voltage will be described. Note that R1 << R0. As the configuration of the reading / writing circuit, for example, a circuit 26 using a resistance element 46 and a differential amplifier 47 shown in FIG. 10A can be considered. The resistance element 46 has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 48 may be used instead of the resistance element 46, and a clocked inverter 49 may be used instead of the differential amplifier 47 (FIG. 10B). The clocked inverter 49 receives a signal or an inverted signal that becomes Hi when reading and becomes Lo when not reading. Of course, the circuit configuration is not limited to FIG.

メモリセル21からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ23、24およびセレクタ25によってメモリセル21を選択する。具体的には、デコーダ24によって、メモリセル21に接続されるワード線Wyに所定の電圧Vyを印加する。また、デコーダ23とセレクタ25によって、メモリセル21に接続されるビット線Bxを読み出し/書き込み回路26の端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、VyとV0が抵抗素子46(抵抗値Rr)とメモリセル21(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21がデータ「0」を有する場合には、Vp0=Vy+(V0−Vy)*R0/(R0+Rr)となる。また、メモリセル21がデータ「1」を有する場合には、Vp1=Vy+(V0−Vy)*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)が出力され、読み出しを行うことができる。   When reading data from the memory cell 21, first, the memory cell 21 is selected by the decoders 23 and 24 and the selector 25. Specifically, the decoder 24 applies a predetermined voltage Vy to the word line Wy connected to the memory cell 21. Further, the bit line Bx connected to the memory cell 21 is connected to the terminal P of the read / write circuit 26 by the decoder 23 and the selector 25. As a result, the potential Vp of the terminal P becomes a value determined by resistance division of Vy and V0 by the resistance element 46 (resistance value Rr) and the memory cell 21 (resistance value R0 or R1). Therefore, when the memory cell 21 has data “0”, Vp0 = Vy + (V0−Vy) * R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 21 has data “1”, Vp1 = Vy + (V0−Vy) * 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, Lo / Hi (or Hi / Lo) is output as the output potential Vout 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、Vy=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 Vy = 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、有機メモリ素子の電気抵抗の状態は、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 state of the electric resistance of the organic memory element is read as a voltage value by utilizing the difference in resistance value and resistance division. 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.

このように、本実施の形態を用いることによって、有機メモリ素子の構成を単純に設けることができるため、微細な構造を有するつまり大容量を有する有機メモリ素子を備えた半導体装置を低コストで設けることができる。また、上述した有機メモリは、データの追記は可能であるが書き換えは不可能であるため、当該有機メモリを備えた半導体装置は偽造等を効果的に防止することができる。   As described above, since the structure of the organic memory element can be simply provided by using this embodiment mode, a semiconductor device including an organic memory element having a fine structure, that is, a large capacity is provided at low cost. be able to. In addition, since the above-described organic memory can additionally write data but cannot be rewritten, the semiconductor device including the organic memory can effectively prevent forgery and the like.

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3)
上述の通り、本発明の半導体装置は、メモリを必須の構成要素としており、本実施の形態では上記の実施の形態2とは異なる構成のメモリについて図11を用いて以下に説明する。
(Embodiment 3)
As described above, the semiconductor device of the present invention includes a memory as an essential component. In this embodiment, a memory having a structure different from that of Embodiment 2 described above will be described below with reference to FIGS.

図11(A)において、メモリ216は、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、デコーダ223、224、セレクタ225、読み出し/書き込み回路226を有する。なお、ここで示すメモリ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。   In FIG. 11A, a memory 216 includes a memory cell array 222 in which memory cells 221 are provided in a matrix, decoders 223 and 224, a selector 225, and a read / write circuit 226. Note that the structure of the memory 216 shown here is merely an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included.

メモリセル221は、ビット線Bx(1≦x≦m)に接続する第1の配線と、ワード線Wy(1≦y≦n)に接続する第2の配線と、トランジスタ240と、記憶素子241とを有する。また、記憶素子241は、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造を有する。トランジスタのゲート電極はワード線と接続され、ソース電極もしくはドレイン電極のいずれか一方はビット線と接続され、残る一方は記憶素子が有する2端子の一方と接続される。記憶素子の残る1端子は共通電極(電位Vcom)と接続される。つまり、図11示す有機メモリの構成は、図3、図5(B)における複数の記憶素子を含む層402または図8における複数の記憶素子を含む層502の記憶素子の構造(アクティブマトリクス型)に対応している。   The memory cell 221 includes a first wiring connected to the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second wiring connected to the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a transistor 240, and a memory element 241. And have. The memory element 241 has a structure in which an organic compound layer is sandwiched between a pair of conductive layers. The gate electrode of the transistor is connected to the word line, either the source electrode or the drain electrode is connected to the bit line, and the other is connected to one of the two terminals of the memory element. The remaining one terminal of the memory element is connected to a common electrode (potential Vcom). That is, the structure of the organic memory shown in FIG. 11 is the structure of the memory element of the layer 402 including a plurality of memory elements in FIGS. 3 and 5B or the layer 502 including a plurality of memory elements in FIG. 8 (active matrix type). It corresponds to.

例えば、図3に示す半導体装置において、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合、第2の導電層369は、インジウム錫酸化物(ITO)等の透光性がある材料により形成するか、又は光を透過する厚さで形成する。また、電界効果トランジスタに光が照射されないように、絶縁層342、343または370のうち少なくとも1つを遮光性の材料で設けることが好ましい。また、図4〜図8に示すようにアンテナとして機能する導電層を設ける場合には、データを書き込む記憶素子の部分は光を照射できるように開口窓を設けておくことが好ましい。   For example, in the semiconductor device illustrated in FIG. 3, when data is written by optical action, the second conductive layer 369 is formed using a light-transmitting material such as indium tin oxide (ITO), or It is formed with a thickness that transmits light. In addition, at least one of the insulating layers 342, 343, and 370 is preferably formed using a light-blocking material so that the field-effect transistor is not irradiated with light. In the case where a conductive layer functioning as an antenna is provided as shown in FIGS. 4 to 8, an opening window is preferably provided so that a portion of a memory element for writing data can be irradiated with light.

一方、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合、第1の導電層361〜364と第2の導電層369に用いる材料に特に制約はない。   On the other hand, when data is written by an electrical action, there are no particular limitations on the materials used for the first conductive layers 361 to 364 and the second conductive layer 369.

有機化合物層365〜368としては、上記の実施の形態において説明した通りであり、上述したいずれかの材料の単層または積層した構造を用いることができる。   As the organic compound layers 365 to 368, as described in the above embodiment, a single layer or a stacked structure of any of the materials described above can be used.

有機化合物層として、上述したいずれかの有機化合物材料を用いた場合には、データの書き込みはレーザ光等の光学的作用や電気的作用を加えることによって行う。また、光酸発生剤をドープした共役高分子材料を用いた場合、データの書き込みは光学的作用により行う。データの読み出しは、有機化合物層の材料には依存せず、いずれの場合であっても、電気的作用により行う。   When any of the organic compound materials described above is used as the organic compound layer, data is written by applying an optical action or an electrical action such as laser light. When a conjugated polymer material doped with a photoacid generator is used, data is written by an optical action. Reading of data does not depend on the material of the organic compound layer, and in any case, it is performed by electrical action.

次に、メモリ216に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11参照)。   Next, an operation when data is written to the memory 216 will be described (see FIG. 11).

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。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。   First, an operation when data is written by electrical action will be described. 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、n行m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、デコーダ223、224およびセレクタ225によってメモリセル221を選択する。具体的には、デコーダ224によって、メモリセル221に接続されるワード線Wnに所定の電圧V22を印加する。また、デコーダ223とセレクタ225によって、メモリセル221に接続されるビット線Bmを読み出し/書き込み回路226に接続する。そして、読み出し/書き込み回路226からビット線Bm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 n-th row and the m-th column will be described. When writing data “1” in the memory cell 221, first, the memory cell 221 is selected by the decoders 223 and 224 and the selector 225. Specifically, the decoder 224 applies a predetermined voltage V22 to the word line Wn connected to the memory cell 221. In addition, the bit line Bm connected to the memory cell 221 is connected to the read / write circuit 226 by the decoder 223 and the selector 225. Then, the write voltage V21 is output from the read / write circuit 226 to the bit line Bm.

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、記憶素子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。電位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29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。なお、この場合に、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。   Thus, the transistor 240 included in the memory cell is turned on, the common electrode and the bit line are electrically connected to the memory element 241, and a voltage of approximately Vw = Vcom−V21 is applied. By appropriately selecting the potential Vw, the organic compound layer 29 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. In this case, the distance between the pair of conductive layers provided with the organic compound layer interposed therebetween may change.

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、デコーダ223、224およびセレクタ225によってメモリセル221を選択するが、読み出し/書き込み回路226からビット線Bmへの出力電位をVcomと同程度とするか、ビット線Bm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 circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cell 221 is selected by the decoders 223 and 224 and the selector 225, but the output potential from the read / write circuit 226 to the bit line Bm is the same as Vcom. Or the bit line Bm is 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.

続いて、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。この場合、レーザ照射装置232により、透光性を有する第2の導電層側から、有機化合物層に対して、レーザ光を照射することにより行う。   Next, a case where data is written by optical action will be described. In this case, the irradiation is performed by irradiating the organic compound layer with laser light from the side of the light-transmitting second conductive layer by the laser irradiation device 232.

有機化合物層として、有機化合物材料を用いた場合、レーザ光の照射により、有機化合物層が酸化又は炭化して絶縁化する。そうすると、レーザ光が照射された記憶素子241の抵抗値は増加し、レーザ光が照射されない記憶素子241の抵抗値は変化しない。また、光酸発生剤をドープした共役高分子材料を用いた場合、レーザ光の照射により、有機化合物層に導電性が与えられる。つまり、レーザ光が照射された記憶素子241には導電性が与えられ、レーザ光が照射されない記憶素子241には導電性が与えられない。   In the case where an organic compound material is used as the organic compound layer, the organic compound layer is oxidized or carbonized and insulated by laser light irradiation. Then, the resistance value of the memory element 241 irradiated with the laser light increases, and the resistance value of the memory element 241 not irradiated with the laser light does not change. When a conjugated polymer material doped with a photoacid generator is used, conductivity is imparted to the organic compound layer by irradiation with laser light. That is, conductivity is given to the memory element 241 irradiated with the laser light, and conductivity is not given to the memory element 241 not irradiated with the laser light.

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、記憶素子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/書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば、図11(B)に示す抵抗素子246と差動増幅器247を用いた回路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250を用いても良いし、差動増幅器247の代わりにクロックトインバータ251を用いることも可能である(図11(C))。勿論、回路構成は図11に限定されない。   Next, an operation when data is read by electrical action will be described. Data is read by utilizing the fact that the electrical characteristics of the 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 structure of the reading / writing circuit, for example, a circuit 226 using a resistance element 246 and a differential amplifier 247 shown in FIG. 11B can be considered. The resistance element has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 250 may be used instead of the resistance element 246, and a clocked inverter 251 may be used instead of the differential amplifier 247 (FIG. 11C). Of course, the circuit configuration is not limited to FIG.

n行m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、デコーダ223、224およびセレクタ225によってメモリセル221を選択する。具体的には、デコーダ224によって、メモリセル221に接続されるワード線Wnに所定の電圧V24を印加し、トランジスタ240をオン状態にする。また、デコーダ223とセレクタ225によって、メモリセル221に接続されるビット線Bmを読み出し/書き込み回路226の端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、VcomとV0が抵抗素子246(抵抗値Rr)と記憶素子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11(B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図11(C)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)が出力され、読み出しを行うことができる。   When data is read from the memory cell 221 in the nth row and mth column, first, the memory cell 221 is selected by the decoders 223 and 224 and the selector 225. Specifically, the decoder 224 applies a predetermined voltage V24 to the word line Wn connected to the memory cell 221 to turn on the transistor 240. In addition, the bit line Bm connected to the memory cell 221 is connected to the terminal P of the read / write circuit 226 by the decoder 223 and the selector 225. As a result, the potential Vp of the terminal P becomes a value determined by resistance division of Vcom and V0 by the resistance element 246 (resistance value Rr) and the memory element 241 (resistance value R0 or R1). 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. 11B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 11C, the change point of the clocked inverter is selected to be between Vp0 and Vp1. Thus, Lo / Hi (or Hi / Lo) is output as the output potential Vout 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とし、トランジスタ240のオン抵抗を無視できるとすると、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 and the on-resistance of the transistor 240 can be ignored, when the data in the memory cell is “0”, Vp0 = 2.7V and Vout is output as Hi, When the data of “1” is “1”, Vp1 = 0.3 V and Lo is output as Vout. Thus, the memory cell can be read.

上記の方法によると、記憶素子241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 of the memory element 241 and the resistance division. 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.

また、上述した有機メモリは、データの追記は可能であるが書き換えは不可能であるため、当該有機メモリを備えた半導体装置は偽造等を効果的に防止することができる。   In addition, since the above-described organic memory can additionally write data but cannot be rewritten, the semiconductor device including the organic memory can effectively prevent forgery and the like.

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4)
本実施の形態では、本発明の半導体装置を無線チップ3060として用いた場合の通信手順について、以下に簡単に説明する(図14参照)。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a communication procedure in the case where the semiconductor device of the present invention is used as the wireless chip 3060 will be briefly described below (see FIG. 14).

まず、無線チップ3060が含むアンテナ3050がリーダ/ライタ3070からの電波を受信する。そうすると、電源発生手段3030において、共振作用により起電力が発生する。そして、無線チップ3060が含むICチップ3040が起動して、制御手段3020により、記憶手段3010内のデータが信号化される。   First, the antenna 3050 included in the wireless chip 3060 receives radio waves from the reader / writer 3070. Then, an electromotive force is generated by the resonance action in the power generation means 3030. Then, the IC chip 3040 included in the wireless chip 3060 is activated, and the data in the storage unit 3010 is converted into a signal by the control unit 3020.

次に、無線チップ3060が含むアンテナ3050から信号を発信する。そうすると、リーダ/ライタ3070が含むアンテナにより送信された信号を受信する。受信した信号は、リーダ/ライタ3070が含むコントローラを介して、データ処理装置に送信され、ソフトウエアを用いてデータ処理が行われる。なお上記通信手順は、コイル型のアンテナを用い、無線チップのコイルとリーダ/ライタのコイル間に誘導されて発生する磁束を利用した電磁誘導方式を用いた場合を例示しているが、マイクロ波帯の電波を使った電波方式を用いてもよい。   Next, a signal is transmitted from the antenna 3050 included in the wireless chip 3060. Then, the signal transmitted by the antenna included in the reader / writer 3070 is received. The received signal is transmitted to the data processing device via a controller included in the reader / writer 3070, and data processing is performed using software. Note that the above communication procedure exemplifies the case of using an electromagnetic induction method using a magnetic flux generated by induction between a coil of a wireless chip and a reader / writer coil using a coil-type antenna. A radio wave system using band radio waves may be used.

また、本実施の形態の無線チップは、素子形成層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パッシブ型を用いてもよいし、素子形成層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)を搭載させて行うアクティブ型を用いてもよいし、電波と電源により電源電圧を供給してもよい。   In addition, the wireless chip of this embodiment mode may use a passive type in which power supply voltage is supplied to the element formation layer by radio waves without mounting a power supply (battery), or supply of power supply voltage to the element formation layer. An active type in which a power source (battery) is mounted instead of an antenna may be used, or a power supply voltage may be supplied by a radio wave and a power source.

無線チップ3060は、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。無線チップ3060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、無線チップ3060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、無線チップ3060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。   The wireless chip 3060 has a wide directivity depending on the point of non-contact communication, the point that a plurality of readings are possible, the point that data can be written, the point that it can be processed into various shapes, and the frequency to be selected. This has advantages such as a wide recognition range. The wireless chip 3060 is an IC tag that can identify individual information of a person or an object by non-contact wireless communication, a label that can be attached to a target by applying label processing, a wristband for an event or an amusement, etc. Can be applied to. Further, the wireless chip 3060 may be molded using a resin material, or directly fixed to a metal that hinders wireless communication. Further, the wireless chip 3060 can be used for system operations such as an entrance / exit management system and a payment system.

次に、半導体装置を無線チップ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3210を含む携帯端末の側面には、リーダ/ライタ3200が設けられ、品物3220の側面には無線チップ3230が設けられる(図15(A)参照)。品物3220が含む無線チップ3230にリーダ/ライタ3200をかざすと、表示部3210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3260をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ/ライタ3240と、商品3260に設けられた無線チップ3250を用いて、該商品3260の検品を行うことができる(図15(B)参照)。このように、システムに無線チップを活用することで、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 a wireless chip will be described. A reader / writer 3200 is provided on a side surface of the portable terminal including the display portion 3210, and a wireless chip 3230 is provided on a side surface of the article 3220 (see FIG. 15A). When the reader / writer 3200 is held over the wireless chip 3230 included in the product 3220, information about the product such as the description of the product, such as the raw material and origin of the product, the inspection result for each production process, the history of the distribution process, and the like are displayed on the display unit 3210. Is done. Further, when the product 3260 is conveyed by the belt conveyor, the product 3260 can be inspected using the reader / writer 3240 and the wireless chip 3250 provided in the product 3260 (see FIG. 15B). . In this manner, by using a wireless chip 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5)
本発明の半導体装置に有機メモリを一体化する場合、以下のような特徴を有することが好ましい。
(Embodiment 5)
When an organic memory is integrated in the semiconductor device of the present invention, it is preferable to have the following characteristics.

読み出し時間は、無線チップ内の論理回路の動作周波数(典型的には10kHz〜1MHz)で動作させるために、1nsec〜100μsecであることが好ましい。本発明では、読み出し動作は有機化合物の特性を変化させる必要がないため、読み出し時間として100μsec以下を実現することができる。   The reading time is preferably 1 nsec to 100 μsec in order to operate at the operating frequency (typically 10 kHz to 1 MHz) of the logic circuit in the wireless chip. In the present invention, since the read operation does not need to change the characteristics of the organic compound, a read time of 100 μsec or less can be realized.

書き込み時間は勿論短い方がよいが、書き込み動作は頻繁に行われることは少なく、用途によっては、100nsec〜10msec/bitが許容される範囲である。例えば、256bitの書き込みを行う場合、10msec/1bitとすると2.56秒の時間を要する。本発明では、書き込み動作は有機化合物の特性を変化させる必要があり、読みだし動作より時間を要するが、書き込み時間として10msec以下を実現することができる。書き込み電圧を高くすることや、書き込みを並列化することで、書き込み時間を低減することが可能である。   Of course, the writing time should be short, but the writing operation is rarely performed, and depending on the application, 100 nsec to 10 msec / bit is permissible. For example, when writing 256 bits, it takes 2.56 seconds if 10 msec / 1 bit. In the present invention, the write operation needs to change the characteristics of the organic compound, and takes more time than the read operation, but a write time of 10 msec or less can be realized. It is possible to reduce the writing time by increasing the writing voltage or parallelizing the writing.

メモリの記憶容量は64bit〜64Mbit程度であることが好ましい。無線チップの使用形態として、無線チップ内にはUID(Unique Identifier;固有識別子)や他のわずかな情報のみを格納し、主データは他のファイルサーバを用いる場合、64bit〜8kbit程度を有すればよい。無線チップ内部に履歴情報などのデータを格納する場合には、メモリの記憶容量は多い方がよく、8kbit〜64Mbit程度を有することが好ましい。   The storage capacity of the memory is preferably about 64 bits to 64 Mbits. As a usage form of the wireless chip, only a UID (Unique Identifier) or other slight information is stored in the wireless chip, and the main data has about 64 bits to 8 kbit when using another file server. Good. When data such as history information is stored inside the wireless chip, the storage capacity of the memory is preferably large, and preferably about 8 kbit to 64 Mbit.

また、無線チップの通信距離は、チップの消費電力と密接に関わり、一般的に消費電力が小さい方が大きい通信距離を実現することができる。特に、読み出し動作では1mW以下とすることが好ましい。書き込み動作では、用途によって通信距離が短くても構わない場合があり、読みだし動作よりは大きな消費電力でも許容され、例えば5mW以下とすることが好ましい。本発明において、読み出し時の有機メモリの消費電力は、勿論、記憶容量や動作周波数に依存するが、10μW〜1mWを実現することが出来る。書き込み動作は、読み出し動作よりも高い電圧を必要とすることから消費電力も増加する。これも記憶容量や動作周波数に依存するが、50μW〜5mWを実現することが出来る。   Further, the communication distance of the wireless chip is closely related to the power consumption of the chip, and in general, the smaller the power consumption, the larger the communication distance can be realized. In particular, it is preferable that the read operation is 1 mW or less. In the writing operation, the communication distance may be short depending on the application, and even power consumption larger than that in the reading operation is allowed. For example, it is preferably 5 mW or less. In the present invention, the power consumption of the organic memory at the time of reading depends of course on the storage capacity and the operating frequency, but 10 μW to 1 mW can be realized. Since the write operation requires a higher voltage than the read operation, the power consumption increases. Although this also depends on the storage capacity and the operating frequency, 50 μW to 5 mW can be realized.

メモリセル面積は、小さいことが好ましく、100nm角〜30μm角を実現することができる。メモリセルにトランジスタを有さないパッシブ型では配線幅でメモリセル面積が決まり、最小加工寸法程度の小型のメモリセルサイズを実現できる。また、メモリセルにトランジスタ1個を有するアクティブ型では、トランジスタを配置する面積が増大するものの、容量素子を有するDRAMや複数のトランジスタを用いるSRAMと比して小型のメモリセル面積を実現できる。メモリセル面積30μm角以下を実現することで、1kbitメモリであればメモリセルアレイ面積を1mm角以下とすることが可能となる。また、メモリセル面積100nm角程度を実現することで、64Mbitメモリであればメモリセルアレイ面積を1mm角以下とすることが可能となる。その結果、チップ面積を小さく抑えることが可能となる。   The area of the memory cell is preferably small, and a 100 nm square to 30 μm square can be realized. In a passive type in which a memory cell does not have a transistor, the memory cell area is determined by the wiring width, and a small memory cell size of about the minimum processing dimension can be realized. In the active type having one transistor in the memory cell, although the area for arranging the transistor is increased, a smaller memory cell area can be realized as compared with a DRAM having a capacitor and an SRAM using a plurality of transistors. By realizing a memory cell area of 30 μm square or less, the memory cell array area can be reduced to 1 mm square or less for a 1 kbit memory. Further, by realizing a memory cell area of about 100 nm square, the memory cell array area can be reduced to 1 mm square or less for a 64 Mbit memory. As a result, the chip area can be reduced.

なお、これらの有機メモリの特徴は、記憶素子の特性に依存する。記憶素子の特性として、電気的な書き込みを行う場合に必要な電圧は、読み出しにおいて書き込みが行われない範囲で低い電圧で書き込めることが好ましく、5〜15V、より好ましくは5〜10Vとするとよい。また、書き込み時に記憶素子に流れる電流値は、1nA〜30μA程度とすることが好ましい。このような値とすることで、消費電力を低く抑え、また、昇圧回路を小型にしてチップ面積を小さくすることが可能となる。記憶素子に電圧を印加して特性を変化させるのに要する時間は、有機メモリの書き込み時間に対応して、100nsec〜10msecとすることが好ましい。記憶素子面積は、100nm角〜10μm角とすることが好ましい。このような値とすることで、小型のメモリセルを実現してチップ面積を小さくすることが可能となる。   Note that the characteristics of these organic memories depend on the characteristics of the memory element. As a characteristic of the memory element, it is preferable that the voltage necessary for electrical writing can be written at a low voltage within a range where writing is not performed in reading, and is preferably 5 to 15 V, more preferably 5 to 10 V. In addition, the value of the current flowing through the memory element during writing is preferably about 1 nA to 30 μA. With such values, power consumption can be kept low, and the booster circuit can be downsized to reduce the chip area. The time required to change the characteristics by applying a voltage to the memory element is preferably 100 nsec to 10 msec corresponding to the writing time of the organic memory. The area of the memory element is preferably 100 nm square to 10 μm square. With such values, a small memory cell can be realized and the chip area can be reduced.

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6)
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。上記電子機器として、その具体例を図18に示す。
(Embodiment 6)
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. A specific example of the electronic device is shown in FIG.

図18(A)は炊飯器であり、筐体2001、表示部2002、操作ボタン2003、蓋2004、取っ手2005等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を炊飯器に設けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部2002を用いて表示することができる。例えば、白米、おかゆ、山菜ごはん等を作るさいのレシピ(水分量やお米の量等)をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン2003を操作することによって、知りたい情報を簡単に検索することができる。また、例えばごはんのやわらかさやかたさ等に関して、ユーザー自身が自分の好みに合わせてデータを書き込む(追記)ことができる。   FIG. 18A illustrates a rice cooker, which includes a housing 2001, a display portion 2002, operation buttons 2003, a lid 2004, a handle 2005, and the like. By providing the semiconductor device described in any of the above embodiments in a rice cooker, various data can be stored and the data can be displayed using the display portion 2002. For example, recipes for making white rice, rice porridge, wild vegetable rice, etc. (moisture amount, rice amount, etc.) are stored in advance, and the user can easily search for information he wants to know by operating the operation buttons 2003. be able to. In addition, for example, regarding the softness and softness of rice, the user can write (add) data according to his / her preference.

図18(B)は電子レンジであり、筐体2101、表示部2102、操作ボタン2103、窓2104、取っ手2105等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を電子レンジに設けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部2102を用いて表示することができる。例えば、様々な料理のレシピとその材料の加熱・解凍時間等をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン2103を操作することによって、知りたい情報を簡単に検索することができる。また、データとして記憶されていないユーザーのオリジナル料理のレシピ等をデータとして書き込むことができる。   FIG. 18B illustrates a microwave oven which includes a housing 2101, a display portion 2102, operation buttons 2103, a window 2104, a handle 2105, and the like. By providing the semiconductor device described in any of the above embodiments in a microwave oven, various data can be stored and the data can be displayed using the display portion 2102. For example, it is possible to easily search for information that the user wants to know by storing various cooking recipes and heating / thawing times of the ingredients in advance and operating the operation buttons 2103 by the user. In addition, a recipe of the user's original dish that is not stored as data can be written as data.

図18(C)は洗濯機であり、筐体2201、表示部2202、操作ボタン2203、蓋2204、ホース2205等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を洗濯機に設けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部2202を用いて表示することができる。例えば、洗濯の方法や衣類の量に対する水量や洗剤の分量等をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン2203を操作することによって、知りたい情報を簡単に検索することができる。また、ユーザーの好みに合わせた洗濯の方法をデータとして書き込むことができる。   FIG. 18C illustrates a washing machine, which includes a housing 2201, a display portion 2202, operation buttons 2203, a lid 2204, a hose 2205, and the like. By providing the semiconductor device described in any of the above embodiments in a washing machine, various data can be stored and displayed using the display portion 2202. For example, the user can easily search for information he / she wants to know by storing in advance the amount of water, the amount of detergent, and the like with respect to the washing method and the amount of clothes, and the user operates the operation buttons 2203. Also, it is possible to write a washing method according to the user's preference as data.

なお、本発明の半導体装置の適用は図18に示したものに限られず、他にもテレビ受像器、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。また、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20を用いて説明する。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に嵌着される。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。   Note that the application of the semiconductor device of the present invention is not limited to the one shown in FIG. 18, but can be used for other television receivers, portable information terminals such as cellular phones, digital cameras, video cameras, navigation systems, and the like. Can do. Further, the case where the semiconductor device of the present invention is applied to a mobile phone will be described with reference to FIG. 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 fitted on 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と一体化される。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 integrated with 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有するため、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, since the semiconductor device of the present invention includes a transistor whose channel portion is a single crystal semiconductor layer with favorable mobility and response speed, a semiconductor device that can operate at high speed and has an improved operating frequency is used. An electronic device can be provided.

また、本発明の半導体装置は無線チップ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、薬品類及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19を用いて説明する。   The semiconductor device of the present invention can also be used as a wireless chip. 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19(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す(図19(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19(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19(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指す(図19(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指す(図19(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す(図19(G)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す(図19(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. 19A). The certificate refers to a driver's license, a resident card, etc. (see FIG. 19B). Bearer bonds refer to stamps, gift cards, various gift certificates, and the like (see FIG. 19C). Packaging containers refer to wrapping paper for lunch boxes, plastic bottles, and the like (see FIG. 19D). Books refer to books, books, and the like (see FIG. 19E). The recording media refer to DVD software, video tapes, and the like (see FIG. 19F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like (see FIG. 19G). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like (see FIG. 19H). 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、無記名債券類等に無線チップ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、電子機器等に無線チップ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、薬品類等に無線チップ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。無線チップの設け方としては、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、無線チップ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 wireless chips on bills, coins, securities, certificates, bearer bonds, and the like. In addition, by providing wireless chips in personal items such as packaging containers, books, recording media, personal items, foods, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of inspection systems and rental store systems can be improved. it can. By providing wireless chips for vehicles, health supplies, medicines, etc., counterfeiting and theft can be prevented, and medicines can prevent mistakes in taking medicines. As a method of providing the wireless chip, the wireless chip is provided on 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 wireless chip.

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、電子機器等に無線チップ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。また乗物類に無線チップ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、家畜等の生き物に無線チップ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を容易に識別することが可能となる。   In this way, by providing wireless chips in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of inspection systems and rental store systems can be improved. it can. In addition, forgery and theft can be prevented by providing a wireless chip in vehicles. Moreover, by embedding it in creatures such as animals, it is possible to easily identify individual creatures. For example, by burying a wireless chip in a living creature such as livestock, it is possible to easily identify the year of birth, sex 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 this embodiment, an organic memory element is manufactured over a substrate, and a result of writing data to the organic memory element by an electric action will be described.

有機メモリ素子は、基板上に、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子であり、第1の導電層は酸化珪素を含んだインジウム錫酸化物、第1の有機化合物層は4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(TPDと略称されることがある)、第2の有機化合物層は、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(α−NPDと略称されることがある)、第2の導電層はアルミニウムにより形成した。また、第1の有機化合物層は10nm、第2の有機化合物層は50nmの膜厚で形成した。また、素子のサイズは2mm×2mmであった。   An organic memory element is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, a second organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order on a substrate, and the first conductive layer is silicon oxide. Indium tin oxide containing the first organic compound layer is 4,4′-bis [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] biphenyl (sometimes abbreviated as TPD), second The organic compound layer was formed of 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (sometimes abbreviated as α-NPD), and the second conductive layer was formed of aluminum. . The first organic compound layer was formed with a thickness of 10 nm, and the second organic compound layer was formed with a thickness of 50 nm. The element size was 2 mm × 2 mm.

まず、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、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果について、図16を用いて説明する。   First, measurement results of current-voltage characteristics of an organic memory element before data writing by an electrical action and after data writing by an electrical action will be described with reference to FIG.

図16は、横軸が電圧値、縦軸が電流値であり、プロット261は電気的作用によりデータを書き込む前の有機メモリ素子の電流電圧特性、プロット262は電気的作用によりデータを書き込んだ後の有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。なお、電気的作用は、電圧を0Vより徐々に上げていくことで行った。プロット261に示したように、電圧を上げるにつれて徐々に電流値が大きくなるが、約20Vで急激に電流値が大きくなることがわかる。つまり、20Vでこの素子は書き込みができることを示している。従って、プロット261の20V以下のカーブは、書き込みが行われていないメモリセルの電流電圧特性であり、一方、プロット262は書き込みが行われたメモリセルの電流電圧特性を示している。   In FIG. 16, the horizontal axis represents the voltage value, the vertical axis represents the current value, the plot 261 represents the current-voltage characteristics of the organic memory element before data is written by electrical action, and the plot 262 is after data is written by electrical action. The current-voltage characteristic of the organic memory element is shown. The electrical action was performed by gradually increasing the voltage from 0V. As shown in the plot 261, it can be seen that the current value gradually increases as the voltage is increased, but the current value rapidly increases at about 20V. In other words, this element indicates that writing is possible at 20V. Therefore, the curve of 20V or less in the plot 261 is the current-voltage characteristic of the memory cell that is not written, while the plot 262 shows the current-voltage characteristic of the memory cell that is written.

また、図16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、印加電圧1Vでは、データ書き込み前の電流値は4.8×10-5mAであるのに対し、データ書き込み後の電流値は1.1×102mA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7桁の変化が生じている。 Further, from FIG. 16, there is a large change in the current-voltage characteristics of the organic memory element before data writing and after data writing. For example, at an applied voltage of 1 V, the current value before data writing is 4.8 × 10 −5 mA, whereas the current value after data writing is 1.1 × 10 2 mA. After the data writing, the current value has changed by 7 digits.

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れば、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 changes before and after the data is written, and if the change in the resistance value of the organic memory element is read by the voltage value or the current value, the memory value is stored. It can function as a circuit.

なお、上記のような有機メモリ素子を記憶回路として用いる場合、データの読み出し動作の度に、有機メモリ素子には所定の電圧値(短絡しない程度の電圧値)が印加され、その抵抗値の読み取りが行われる。従って、上記の有機メモリ素子の電流電圧特性には、読み出し動作を繰り返し行っても、つまり、所定の電圧値を繰り返し印加しても、変化しないような特性が必要となる。   When the organic memory element as described above is used as a memory circuit, a predetermined voltage value (a voltage value that does not cause a short circuit) is applied to the organic memory element every time data is read, and the resistance value is read. Is done. Therefore, the current-voltage characteristic of the organic memory element needs to have a characteristic that does not change even if the read operation is repeated, that is, a predetermined voltage value is repeatedly applied.

そこで、データの読み出し動作を行った後の有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果について、図17を用いて説明する。   Accordingly, the measurement result of the current-voltage characteristics of the organic memory element after the data read operation is described with reference to FIG.

なお、この実験では、データの読み出し動作を1回行う度に、有機メモリ素子の電流電圧特性を測定した。ここでは、データの読み出し動作を複数回行うことにより、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定を行った。また、この電流電圧特性の測定は、電気的作用によりデータの書き込みが行われて抵抗値が変化した有機メモリ素子と、抵抗値が変化していない有機メモリ素子の、2つの有機メモリ素子に対して行った。   In this experiment, the current-voltage characteristics of the organic memory element were measured every time the data reading operation was performed once. Here, the current-voltage characteristics of the organic memory element were measured by performing a data read operation a plurality of times. In addition, the current-voltage characteristics are measured for two organic memory elements, that is, an organic memory element whose resistance value has been changed by writing data by an electrical action and an organic memory element whose resistance value has not changed. I went.

図17は、横軸が電圧値、縦軸が電流値、プロット272は電気的作用によりデータの書き込みが行われて抵抗値が変化した有機メモリ素子の電流電圧特性、プロット271は抵抗値が変化していない有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。   In FIG. 17, the horizontal axis represents the voltage value, the vertical axis represents the current value, the plot 272 represents the current-voltage characteristics of the organic memory element in which the resistance value has been changed by writing data by electrical action, and the plot 271 represents the resistance value variation. The current-voltage characteristic of the organic memory element which is not performed is shown.

プロット271から分かるように、書き込みを行う前の有機メモリ素子の電流電圧特性は、電圧値が1V以上のときに特に良好な再現性を示す。同様に、プロット272から分かるように、書き込みを行って抵抗値が変化した有機メモリ素子の電流電圧特性は、特に良好な再現性を示す。   As can be seen from the plot 271, the current-voltage characteristic of the organic memory element before writing shows particularly good reproducibility when the voltage value is 1 V or more. Similarly, as can be seen from the plot 272, the current-voltage characteristics of the organic memory element whose resistance value has changed after writing shows particularly good reproducibility.

上記の結果から、データの読み出し動作を複数回繰り返し行っても、その電流電圧特性は変化しないことが分かる。従って、上記の有機メモリ素子を記憶回路として用いることができる。   From the above results, it can be seen that the current-voltage characteristics do not change even when the data read operation is repeated a plurality of times. Therefore, the above organic memory element can be used as a memory circuit.

次に、図24に示すような基板上に有機メモリ素子を作製した試料1〜試料6において、有機メモリ素子に電気的にデータの書き込みを行ったときの電流電圧特性の測定結果を図21〜23に示す。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。   Next, in the samples 1 to 6 in which the organic memory elements are formed on the substrate as shown in FIG. 24, the measurement results of the current-voltage characteristics when data is electrically written to the organic memory elements are shown in FIGS. 23. Here, writing was performed by applying a voltage to the organic memory element to short-circuit the organic memory element.

図21〜23は、それぞれ、横軸が電圧、縦軸が電流密度値、丸印のプロットはデータを書き込む前の有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果、四角印のプロットはデータを書き込んだ後の、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を示す。また、試料1〜試料6の水平面における大きさは、2mm×2mmである。   In FIGS. 21 to 23, the horizontal axis represents voltage, the vertical axis represents current density value, the circled plots indicate the measurement results of the current-voltage characteristics of the organic memory element before the data was written, and the squared plots represent the data written. The measurement result of the current voltage characteristic of an organic memory element later is shown. Moreover, the magnitude | size in the horizontal surface of the samples 1-6 is 2 mm x 2 mm.

試料1としては、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図24(A)に示すように、第1の導電層を酸化珪素を含むITOで形成し、第1の有機化合物層をTPDで形成し、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ50nmで形成した。試料1の電流電圧特性の測定結果を図21(A)に示す。   Sample 1 is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order. Here, as shown in FIG. 24A, the first conductive layer is formed of ITO containing silicon oxide, the first organic compound layer is formed of TPD, and the second conductive layer is formed of aluminum. . The first organic compound layer was formed with a thickness of 50 nm. The measurement result of the current-voltage characteristics of Sample 1 is shown in FIG.

また、試料2としては、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図24(B)に示すように、第1の導電層を酸化珪素を含むITOで形成し、第1の有機化合物層を、2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8,−テトラシアノキノジメンタン(F4−TCNQと略称されることがある)を添加したTPDで形成し、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ50nmで、F4−TCNQを0.01wt%添加して形成した。試料2の電流電圧特性の測定結果を図21(B)に示す。     Sample 2 is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order. Here, as shown in FIG. 24B, the first conductive layer is formed of ITO containing silicon oxide, and the first organic compound layer is formed of 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7. , 8,8, -tetracyanoquinodimentane (sometimes abbreviated as F4-TCNQ), and the second conductive layer was formed of aluminum. The first organic compound layer was formed to a thickness of 50 nm by adding 0.01 wt% of F4-TCNQ. The measurement result of the current-voltage characteristic of Sample 2 is shown in FIG.

また、試料3としては、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図24(C)に示すように、第1の導電層を酸化珪素を含むITOで形成し、第1の有機化合物層をTPDで形成し、第2の有機化合物層をF4−TCNQで形成し、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ50nmで形成し、第2の有機化合物層を厚さ1nmで形成した。試料3の電流電圧特性の測定結果を図22(A)に示す。     Sample 3 is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, a second organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order. Here, as shown in FIG. 24C, the first conductive layer is formed of ITO containing silicon oxide, the first organic compound layer is formed of TPD, and the second organic compound layer is formed of F4-TCNQ. And the second conductive layer was formed of aluminum. In addition, the first organic compound layer was formed with a thickness of 50 nm, and the second organic compound layer was formed with a thickness of 1 nm. The measurement result of the current-voltage characteristic of Sample 3 is shown in FIG.

また、試料4としては、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図24(D)に示すように、第1の導電層を酸化珪素を含むITOで形成し、第1の有機化合物層をF4−TCNQで形成し、第2の有機化合物層をTPDで形成し、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ1nmで形成し、第2の有機化合物層を厚さ50nmで形成した。試料4の電流電圧特性の測定結果を図22(B)に示す。   Sample 4 is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, a second organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order. Here, as illustrated in FIG. 24D, the first conductive layer is formed using ITO containing silicon oxide, the first organic compound layer is formed using F4-TCNQ, and the second organic compound layer is formed using TPD. And the second conductive layer was formed of aluminum. In addition, the first organic compound layer was formed with a thickness of 1 nm, and the second organic compound layer was formed with a thickness of 50 nm. The measurement result of the current-voltage characteristic of Sample 4 is shown in FIG.

また、試料5としては、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図24(E)に示すように、第1の導電層を酸化珪素を含むITOで形成し、第1の有機化合物層を、F4−TCNQを添加したTPDで形成し、第2の有機化合物層をTPDで形成し、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ40nmで、F4−TCNQを0.01wt%添加して形成した。また、第2の有機化合物層を厚さ40nmで形成した。試料5の電流電圧特性の測定結果を図23(A)に示す。   Sample 5 is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, a second organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order. Here, as shown in FIG. 24E, the first conductive layer is formed of ITO containing silicon oxide, the first organic compound layer is formed of TPD to which F4-TCNQ is added, and the second The organic compound layer was formed with TPD, and the second conductive layer was formed with aluminum. In addition, the first organic compound layer was formed to a thickness of 40 nm by adding 0.01 wt% of F4-TCNQ. The second organic compound layer was formed with a thickness of 40 nm. The measurement result of the current-voltage characteristics of Sample 5 is shown in FIG.

また、試料6としては、第1の導電層、第1の有機化合物層、第2の有機化合物層、第2の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図24(F)に示すように、第1の導電層を酸化珪素を含むITOで形成し、第1の有機化合物層をTPDで形成し、第2の有機化合物層をF4−TCNQを添加したTPDで形成し、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ40nmで形成した。また、第2の有機化合物層を厚さ10nmで、F4−TCNQを0.01wt%添加して形成した。試料6の電流電圧特性の測定結果を図23(B)に示す。   Sample 6 is an element in which a first conductive layer, a first organic compound layer, a second organic compound layer, and a second conductive layer are stacked in this order. Here, as illustrated in FIG. 24F, the first conductive layer is formed using ITO containing silicon oxide, the first organic compound layer is formed using TPD, and the second organic compound layer is formed using F4-TCNQ. And the second conductive layer was formed of aluminum. The first organic compound layer was formed with a thickness of 40 nm. The second organic compound layer was formed to a thickness of 10 nm by adding 0.01 wt% of F4-TCNQ. The measurement result of the current-voltage characteristics of Sample 6 is shown in FIG.

図21〜23に示す実験結果からも、試料1〜試料6において、有機メモリ素子の短絡前後で、有機メモリ素子の電流電圧特性に大きな変化がみられる。また、これらの試料の有機メモリ素子において、各有機メモリ素子が短絡する電圧にも再現性があり、誤差は0.1V以内であった。   Also from the experimental results shown in FIGS. 21 to 23, in Samples 1 to 6, there is a large change in the current-voltage characteristics of the organic memory element before and after the short circuit of the organic memory element. Moreover, in the organic memory elements of these samples, the voltage at which each organic memory element is short-circuited was also reproducible, and the error was within 0.1V.

次に、試料1〜試料6の書き込み電圧、及び書き込み前後の特性を表1に示す。

Figure 2006148084
Next, Table 1 shows the writing voltage of Sample 1 to Sample 6 and the characteristics before and after writing.
Figure 2006148084

表1において、書き込み電圧(V)は、各有機メモリ素子が短絡するときの印加電圧を示す。また、R(1V)は、書き込み後の有機メモリ素子に電圧を1V印加したときの電流密度を、書き込み前の有機メモリ素子に電圧を1V印加したときの電流密度で除算した値である。同様に、R(3V)は、書き込み後の有機メモリ素子に電圧を3V印加した時の電流密度を、書き込み前の有機メモリ素子に3V印加した時の電流密度で除算した値である。即ち、有機メモリ素子の書き込み前後における電流密度の変化を示す。印加電圧が3Vの場合と比較して1V印加した場合、有機メモリ素子の書き込み前と書き込み後の電流密度の変化は10の4乗以上と大きいことが分かる。   In Table 1, a write voltage (V) indicates an applied voltage when each organic memory element is short-circuited. R (1V) is a value obtained by dividing the current density when 1 V is applied to the organic memory element after writing by the current density when 1 V is applied to the organic memory element before writing. Similarly, R (3 V) is a value obtained by dividing the current density when a voltage of 3 V is applied to the organic memory element after writing by the current density when 3 V is applied to the organic memory element before writing. That is, the current density changes before and after writing in the organic memory element. It can be seen that when 1 V is applied compared to when the applied voltage is 3 V, the change in current density before and after writing of the organic memory element is as large as 10 4 or more.

本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device and a driving method thereof according to the present invention. 本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device and a driving method thereof according to the present invention. 本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device and a driving method thereof according to the present invention. 本発明のレーザ照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser irradiation apparatus of this invention. 本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device and a driving method thereof according to the present invention. 本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。6A and 6B illustrate an example of a structure of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a usage pattern of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of an organic memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of an organic memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a usage pattern of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a usage pattern of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of a usage pattern of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of an organic memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of an organic memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of an organic memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置における有機メモリ素子の素子構造を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an element structure of an organic memory element in a semiconductor device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

302 単結晶半導体基板
303 nウェル
304 nウェル
305 pウェル
306 pウェル
307 フィールド酸化膜
308 ゲート絶縁膜
309 ゲート絶縁膜
310 ゲート絶縁膜
311 ゲート絶縁膜
312 ゲート
312a 多結晶シリコン層
312b シリサイド層
313 ゲート
313a 多結晶シリコン層
313b シリサイド層
314 ゲート
314a 多結晶シリコン層
314b シリサイド層
315 ゲート
315a 多結晶シリコン層
315b シリサイド層
316 pチャネル型FET
317 nチャネル型FET
318 pチャネル型FET
319 nチャネル型FET
320 低濃度不純物領域(LDD領域)
321 低濃度不純物領域(LDD領域)
322 低濃度不純物領域(LDD領域)
323 低濃度不純物領域(LDD領域)
324 サイドウォール
325 サイドウォール
326 サイドウォール
327 サイドウォール
328 ソース・ドレイン領域
329 ソース・ドレイン領域
330 ソース・ドレイン領域
331 ソース・ドレイン領域
332 絶縁層
333 絶縁層
334 ソース・ドレイン配線
335 ソース・ドレイン配線
336 ソース・ドレイン配線
337 ソース・ドレイン配線
338 ソース・ドレイン配線
339 ソース・ドレイン配線
340 ソース・ドレイン配線
341 ソース・ドレイン配線
342 絶縁層
343 絶縁層
345 第1の導電層
346 有機化合物層
347 第2の導電層
348 絶縁層
349 絶縁層
350 記憶素子
351 層
352 層
361 第1の導電層
362 第1の導電層
363 第1の導電層
364 第1の導電層
365 有機化合物層
367 有機化合物層
368 有機化合物層
369 第2の導電層
370 絶縁層
371 記憶素子
372 記憶素子
373 記憶素子
374 記憶素子
375 絶縁層
302 Single crystal semiconductor substrate 303 n well 304 n well 305 p well 306 p well 307 field oxide film 308 gate insulating film 309 gate insulating film 310 gate insulating film 311 gate insulating film 312 gate 312a polycrystalline silicon layer 312b silicide layer 313 gate 313a Polycrystalline silicon layer 313b Silicide layer 314 Gate 314a Polycrystalline silicon layer 314b Silicide layer 315 Gate 315a Polycrystalline silicon layer 315b Silicide layer 316 p-channel FET
317 n-channel FET
318 p-channel FET
319 n-channel FET
320 Low concentration impurity region (LDD region)
321 Low concentration impurity region (LDD region)
322 Low concentration impurity region (LDD region)
323 Low concentration impurity region (LDD region)
324 Side wall 325 Side wall 326 Side wall 327 Side wall 328 Source / drain region 329 Source / drain region 330 Source / drain region 331 Source / drain region 332 Insulating layer 333 Insulating layer 334 Source / drain wiring 335 Source / drain wiring 336 Source Drain wiring 337 Source / drain wiring 338 Source / drain wiring 339 Source / drain wiring 340 Source / drain wiring 341 Source / drain wiring 342 Insulating layer 343 Insulating layer 345 First conductive layer 346 Organic compound layer 347 Second conductive layer 348 Insulating layer 349 Insulating layer 350 Memory element 351 Layer 352 Layer 361 First conductive layer 362 First conductive layer 363 First conductive layer 364 First conductive layer 365 Organic compound layer 367 Organic compound layer 368 Organic compound layer 369 Second conductive layer 370 Insulating layer 371 Memory element 372 Memory element 373 Memory element 374 Memory element 375 Insulating layer

Claims (19)

単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、
前記記憶回路は、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た記憶素子を有することを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
The memory circuit includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are sequentially stacked.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶回路は、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た記憶素子を有し、
前記アンテナとして機能する導電層と前記第1の導電層とが同じ層上に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
A conductive layer that functions as an antenna,
The memory circuit includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are sequentially stacked,
A semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as the antenna and the first conductive layer are provided on the same layer.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
前記記憶回路の上方に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶回路は、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た記憶素子を有し、
前記アンテナとして機能する導電層は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続するように貼り合わされて設けられていることを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
A conductive layer functioning as an antenna provided above the memory circuit;
The memory circuit includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer are sequentially stacked,
The semiconductor device is characterized in that the conductive layer functioning as the antenna is provided so as to be electrically connected to the field effect transistor.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、
前記記憶回路は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記第1の導電層および前記絶縁層上に設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層上に設けられた第2の導電層とを有する記憶素子を有することを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
The memory circuit includes a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor, an insulating layer provided so as to cover an end portion of the first conductive layer, the first conductive layer, A semiconductor device comprising: a memory element having an organic compound layer provided on the insulating layer and a second conductive layer provided on the organic compound layer.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶回路は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記第1の導電層および前記絶縁層上に設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層上に設けられた第2の導電層とを有する記憶素子を有し、
前記アンテナとして機能する導電層と前記第1の導電層とが同じ層に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
A conductive layer that functions as an antenna,
The memory circuit includes a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor, an insulating layer provided so as to cover an end portion of the first conductive layer, the first conductive layer, A storage element having an organic compound layer provided on the insulating layer and a second conductive layer provided on the organic compound layer;
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as the antenna and the first conductive layer are provided in the same layer.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
前記記憶回路の上方に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶回路は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記第1の導電層および前記絶縁層上に設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層上に設けられた第2の導電層とを有する記憶素子を有し、
前記アンテナとして機能する導電層は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続するように貼り合わされて設けられていることを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
A conductive layer functioning as an antenna provided above the memory circuit;
The memory circuit includes a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor, an insulating layer provided so as to cover an end portion of the first conductive layer, the first conductive layer, A storage element having an organic compound layer provided on the insulating layer and a second conductive layer provided on the organic compound layer;
The semiconductor device is characterized in that the conductive layer functioning as the antenna is provided so as to be electrically connected to the field effect transistor.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、
前記記憶回路は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層に覆われていない前記第1の導電層および前記絶縁層の端部を覆うように設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層および前記有機化合物層に覆われていない前記絶縁層を覆うように設けられた第2の導電層とを有する記憶素子を有することを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
The memory circuit is covered with a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor, an insulating layer provided so as to cover an end portion of the first conductive layer, and the insulating layer. There is no organic compound layer provided to cover the first conductive layer and the end of the insulating layer, and the organic compound layer and the insulating layer not covered by the organic compound layer are provided to cover the organic compound layer A semiconductor device comprising a memory element having a second conductive layer.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、
を有し、
前記記憶回路は、前記電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層に覆われていない前記第1の導電層および前記絶縁層の端部を覆うように設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層および前記有機化合物層に覆われていない前記絶縁層を覆うように設けられた第2の導電層とを有する記憶素子を有し、
前記アンテナとして機能する導電層と前記第1の導電層とが同じ層に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A field effect transistor formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the field effect transistor;
A conductive layer that functions as an antenna,
Have
The memory circuit is covered with a first conductive layer electrically connected to the field effect transistor, an insulating layer provided so as to cover an end portion of the first conductive layer, and the insulating layer. There is no organic compound layer provided to cover the first conductive layer and the end of the insulating layer, and the organic compound layer and the insulating layer not covered by the organic compound layer are provided to cover the organic compound layer A storage element having a second conductive layer;
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as the antenna and the first conductive layer are provided in the same layer.
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された第1および第2の電界効果トランジスタを有する複数の電界効果トランジスタと、
前記複数の電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
前記記憶回路の上方に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶回路は、前記第1の電界効果トランジスタと電気的に接続された第1の導電層と、前記第1の導電層の端部を覆うように設けられた絶縁層と、前記絶縁層に覆われていない前記第1の導電層および前記絶縁層の端部を覆うように設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層および前記有機化合物層に覆われていない前記絶縁層を覆うように設けられた第2の導電層とを有する記憶素子を有し、
前記アンテナとして機能する導電層は、前記第2の電界効果トランジスタと電気的に接続するように貼り合わされて設けられていることを特徴とする半導体装置。
A plurality of field effect transistors having first and second field effect transistors formed using a single crystal semiconductor substrate as a channel region;
A memory circuit provided above the plurality of field effect transistors;
A conductive layer functioning as an antenna provided above the memory circuit;
The memory circuit includes: a first conductive layer electrically connected to the first field effect transistor; an insulating layer provided to cover an end of the first conductive layer; and the insulating layer An organic compound layer provided so as to cover the end portions of the first conductive layer and the insulating layer that are not covered, and the insulating layer that is not covered with the organic compound layer and the organic compound layer A storage element having a second conductive layer provided,
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as the antenna is provided so as to be electrically connected to the second field effect transistor.
請求項3、請求項6または請求項9において、
前記アンテナとして機能する導電層と前記第2の電界効果トランジスタとの電気的な接続は、導電性粒子を介して行われていることを特徴とする半導体装置。
In claim 3, claim 6 or claim 9,
An electrical connection between the conductive layer functioning as the antenna and the second field effect transistor is performed through conductive particles.
請求項1乃至請求項10のいずれか一項において、
前記第2の導電層は、透光性を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 10,
The semiconductor device, wherein the second conductive layer has a light-transmitting property.
請求項1乃至請求項11のいずれか一項において、
前記記憶素子は、電圧を加える書き込み処理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 to 11,
A resistance of the memory element is irreversibly changed by a writing process for applying a voltage.
請求項1乃至請求項12のいずれか一項において、
前記記憶素子は、電圧を加える書き込み処理により第1の導電層と第2の導電層間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 to 12,
The semiconductor device is characterized in that a distance between the first conductive layer and the second conductive layer is changed by a writing process applying voltage.
請求項1乃至請求項13のいずれか一項において、
前記有機化合物層は、電子輸送材料またはホール輸送材料であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru / or Claim 13,
The organic compound layer is an electron transport material or a hole transport material.
請求項1乃至請求項14のいずれか一項において、
前記有機化合物層は、導電率が10−15S/cm以上10−3S/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 14,
The organic compound layer has a conductivity of 10 −15 S / cm or more and 10 −3 S / cm or less.
請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、
前記有機化合物層は、膜厚が5〜60nmであることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 15,
The organic compound layer has a film thickness of 5 to 60 nm.
請求項1乃至請求項11のいずれか一項において、
前記有機化合物層は、光の照射前後で電気抵抗が変化する材料を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 11,
The organic compound layer includes a material whose electric resistance changes before and after light irradiation.
請求項17において、
前記有機化合物層は、レーザ光の照射前後で導電性が変化することを特徴とする半導体装置。
In claim 17,
The organic compound layer changes in conductivity before and after laser light irradiation.
請求項1乃至請求項18のいずれか一項において、
電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路及びインターフェイス回路から選択された1つまたは複数を有することを特徴とする半導体装置。

In any one of Claims 1 thru / or Claim 18,
A semiconductor device comprising one or more selected from a power supply circuit, a clock generation circuit, a data demodulation / modulation circuit, and an interface circuit.

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