JP2006165535A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is nonvolatile and easily manufactured, and has a rewritable storage circuit. <P>SOLUTION: The semiconductor device has a plurality of transistors, conductive layers acting as source lines or drain lines of the transistors, a storage element provided on one of the plurality of transistors, and a conductive layer acting as an antenna; wherein the storage element includes a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer stacked in this order, and the conductive layer acting as the antenna and the conductive layers acting as the source lines or the drain lines of the transistors are provided on the same layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、データの送受信が可能な半導体装置及びその作製方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device capable of transmitting and receiving data and a manufacturing method thereof.

近年、絶縁表面上に複数の回路が集積され、様々な機能を有する半導体装置の開発が進められている。また、アンテナを設けることにより、無線によるデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置は、無線チップ(IDタグ、ICタグ、ICチップ、RF(Radio Frequency)タグ、無線タグ、電子タグ、RFID(Radio Frequency Identification)タグともよばれる)とよばれ、既に一部の市場で導入されている。   In recent years, development of semiconductor devices having various functions in which a plurality of circuits are integrated on an insulating surface has been promoted. In addition, development of a semiconductor device capable of transmitting and receiving data wirelessly by providing an antenna is in progress. Such a semiconductor device is called a wireless chip (also referred to as an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF (Radio Frequency) tag, a wireless tag, an electronic tag, or an RFID (Radio Frequency Identification) tag). Has been introduced in the market.

基板上に集積する様々な回路として、データを記憶する記憶回路(単にメモリともよぶ)を設けると、より高機能で、付加価値が高い半導体装置を提供することができる。記憶回路としては、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、マスクROM(Mask Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリなどが挙げられる。このうち、DRAM、SRAMは揮発性の記憶回路であり、電源をオフするとデータが消去されてしまうため、電源をオンする度にデータを書き込む必要がある。FeRAMは不揮発性の記憶回路であるが、強誘電体層を含む容量素子を用いているため、作製工程が増加してしまう。マスクROMは、簡単な構造であるが、製造工程でデータを書き込む必要があり、追記することはできない。EPROM、EEPROM、フラッシュメモリは、不揮発性の記憶回路ではあるが、2つのゲート電極を含む素子を用いているため、作製工程が増加してしまう。   When a memory circuit for storing data (also simply referred to as a memory) is provided as various circuits integrated on the substrate, a semiconductor device with higher functions and higher added value can be provided. Memory circuits include DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory Memory), FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory Memory), Mask ROM (Mask Read Only Memory). Examples include Erasable and Programmable Read Only Memory) and flash memory. Among these, DRAM and SRAM are volatile storage circuits, and data is erased when the power is turned off. Therefore, it is necessary to write data every time the power is turned on. FeRAM is a non-volatile memory circuit, but a manufacturing process increases because a capacitor element including a ferroelectric layer is used. Although the mask ROM has a simple structure, it is necessary to write data in the manufacturing process and cannot be additionally written. Although EPROM, EEPROM, and flash memory are non-volatile memory circuits, the number of manufacturing steps increases because an element including two gate electrodes is used.

上記の実情を鑑み、本発明は、不揮発性であって、作製が簡単であり、追記が可能な記憶回路を有する半導体装置及びその作製方法の提供を課題とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a memory circuit that is nonvolatile, easy to manufacture, and additionally writable, and a manufacturing method thereof.

本発明の一は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記トランジスタに重畳する記憶素子と、アンテナとして機能する導電層とを有し、前記記憶素子は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが順に積層された素子であり、アンテナとして機能する前記導電層と前記複数のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、同じ層に設けられていることを特徴とする半導体装置である。   One embodiment of the present invention includes a transistor provided over an insulating layer, a conductive layer that functions as a source wiring or a drain wiring of the transistor, a memory element that overlaps with the transistor, and a conductive layer that functions as an antenna. The memory element is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are sequentially stacked. The memory element functions as an antenna and includes a plurality of transistors. The conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring is a semiconductor device provided in the same layer.

本発明の一は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタに重畳する記憶素子と、アンテナとして機能する導電層とを有し、前記記憶素子は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが順に積層された素子であり、アンテナとして機能する前記導電層と、前記第1の導電層とは同じ層に設けられていることを特徴とする半導体装置である。   One embodiment of the present invention includes a transistor provided over an insulating layer, a memory element overlapping with the transistor, and a conductive layer functioning as an antenna. The memory element includes a first conductive layer, an organic compound, and the like. An element in which a layer or a phase change layer and a second conductive layer are sequentially stacked, wherein the conductive layer functioning as an antenna and the first conductive layer are provided in the same layer. It is a semiconductor device.

本発明の一は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタに重畳する記憶素子と、アンテナとして機能する導電層とを有し、前記記憶素子は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが順に積層された素子であり、アンテナとして機能する前記導電層と、前記第2の導電層とは同じ層に設けられていることを特徴とする半導体装置である。   One embodiment of the present invention includes a transistor provided over an insulating layer, a memory element overlapping with the transistor, and a conductive layer functioning as an antenna. The memory element includes a first conductive layer, an organic compound, and the like. An element in which a layer or a phase change layer and a second conductive layer are sequentially stacked, wherein the conductive layer functioning as an antenna and the second conductive layer are provided in the same layer. It is a semiconductor device.

本発明の一は、第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を含む接着層とを有し、前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記トランジスタ上に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、前記第2の素子形成層は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが積層された記憶素子を有し、前記第1の導電層又は前記第2の導電層と、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、導電性粒子を介して接続されることを特徴とする半導体装置である。   According to one aspect of the present invention, a first element formation layer, a second element formation layer, an adhesive layer that adheres the first element formation layer and the second element formation layer and includes conductive particles are provided. And the first element formation layer includes a transistor provided over an insulating layer, a conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor, and a conductive layer functioning as an antenna provided over the transistor And the second element formation layer includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked. The conductive layer or the second conductive layer and the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor are connected to each other through conductive particles.

本発明の一は、素子形成層と、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板と、前記素子形成層及び前記基板を接着し、且つ導電性粒子を含む接着層とを有し、前記素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記第2のトランジスタに重畳し、且つ、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層された記憶素子とを有し、アンテナとして機能する前記導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、導電性粒子を介して接続されることを特徴とする半導体装置である。   One aspect of the present invention includes an element formation layer, a substrate provided with a conductive layer functioning as an antenna, and an adhesive layer that adheres the element formation layer and the substrate and includes conductive particles. The formation layer overlaps with the first and second transistors provided on the insulating layer, a conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor, the second transistor, and a first layer A memory element in which one conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked; the conductive layer functioning as an antenna; and the source wiring or drain wiring of the first transistor The conductive layer functioning as a semiconductor device is a semiconductor device that is connected through conductive particles.

本発明の一は、第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を含む接着層とを有し、前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層と、前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層とを有し、前記第2の素子形成層は、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層とが積層された記憶素子、並びにアンテナとして機能する導電層を有し、アンテナとして機能する前記導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層とは、前記導電性粒子を介して接続し、前記記憶素子の第1の導電層又は前記第2の導電層と、前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層とは、前記導電性粒子を介して接続されることを特徴とする半導体装置である。   According to one aspect of the present invention, a first element formation layer, a second element formation layer, an adhesive layer that adheres the first element formation layer and the second element formation layer and includes conductive particles are provided. And the first element formation layer includes: first and second transistors provided on an insulating layer; a first conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor; A second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the second transistor, and the second element formation layer includes a first conductive layer, an organic compound layer, a phase change layer, and a second conductive layer. A memory element in which a conductive layer is stacked; a conductive layer that functions as an antenna; the conductive layer that functions as an antenna; and a first conductive layer that functions as a source wiring or a drain wiring of the first transistor; Through the conductive particles The first conductive layer or the second conductive layer of the memory element and the second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the second transistor are connected to each other through the conductive particles. A semiconductor device is connected.

本発明の一は、基板上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記複数のトランジスタ上に設けられたアンテナとして機能する導電層を有する第1の素子形成層と、前記基板又は前記第1の素子形成層上において、接着層を介して設けられると共に、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子を有する第2の素子形成層とを有し、前記記憶素子の第1の導電層又は前記第2の導電層と、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、前記導電性部材を介して接続されることを特徴とする半導体装置である。   According to one embodiment of the present invention, a first transistor includes a transistor provided over a substrate, a conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor, and a conductive layer functioning as an antenna provided over the plurality of transistors. An element formation layer and the substrate or the first element formation layer are provided via an adhesive layer, and the first conductive layer, the organic compound layer or the phase change layer, and the second conductive layer are stacked. A second element formation layer having a memory element, a first conductive layer of the memory element or the second conductive layer, and a conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor, The semiconductor device is connected through the conductive member.

本発明の一は、素子形成層と、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板と、前記素子形成層及び前記基板を接着し、且つ導電性粒子を有する接着層とを有し、前記素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、前記第1及び第2のトランジスタを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ、前記絶縁層と前記層間絶縁層の各々に設けられた開口部を介して前記素子形成層の裏面に露出する前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタに重畳し、且つ、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子と、を有し、前記アンテナとして機能する導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して接続することを特徴とする半導体装置である。   One of the present invention includes an element formation layer, a substrate provided with a conductive layer functioning as an antenna, an adhesive layer that adheres the element formation layer and the substrate and includes conductive particles, and the element The formation layer includes the first and second transistors provided on the insulating layer, an interlayer insulating layer covering the first and second transistors, and an opening provided in the interlayer insulating layer. A source of the first transistor connected to a source region or a drain region of the first transistor and exposed to a back surface of the element formation layer through an opening provided in each of the insulating layer and the interlayer insulating layer; A conductive layer functioning as a wiring or a drain wiring, the second transistor, the second transistor, a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer overlapping with the second transistor. Laminated A conductive layer that functions as the antenna, and an exposed portion of the conductive layer that functions as a source wiring or a drain wiring of the first transistor through the conductive particles of the adhesive layer. A semiconductor device is characterized by being connected.

本発明の一は、第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記第1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を有する接着層とを有し、前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記トランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ、前記絶縁層と前記層間絶縁層の設けられた開口部を介して前記第1の素子形成層の裏面に露出する前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、アンテナとして機能する導電層と、を有し、前記第2の素子形成層は、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子を有し、前記記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して電気的に接続することを特徴とする半導体装置である。   According to one aspect of the present invention, a first element formation layer, a second element formation layer, an adhesive layer that adheres the first element formation layer and the second element formation layer, and has conductive particles, The first element formation layer includes a transistor provided on an insulating layer, an interlayer insulating layer covering the transistor, and a source region of the transistor through an opening provided in the interlayer insulating layer. Alternatively, a conductive layer connected to the drain region and functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor exposed to the back surface of the first element formation layer through an opening provided with the insulating layer and the interlayer insulating layer. A memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked. And a first of the storage elements The conductive layer or the second conductive layer is electrically connected to the exposed portion of the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor through the conductive particles of the adhesive layer. It is a semiconductor device.

本発明の一は、第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記第1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を有する接着層とを有し、前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、前記第1及び第2のトランジスタを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第1及び第2のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ、前記絶縁層と前記層間絶縁層の設けられた開口部を介して前記第1の素子形成層の裏面に露出する第1及び第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層及び第2の導電層と、を有し、前記第2の素子形成層は、アンテナとして機能する導電層と、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子とを有し、前記記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して電気的に接続し、前記アンテナとして機能する導電層と前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して接続することを特徴とする半導体装置である。   According to one aspect of the present invention, a first element formation layer, a second element formation layer, an adhesive layer that adheres the first element formation layer and the second element formation layer, and has conductive particles, And the first element formation layer is provided on the insulating layer, the first and second transistors provided on the insulating layer, the interlayer insulating layer covering the first and second transistors, and the interlayer insulating layer. The first element is formed through the opening provided with the insulating layer and the interlayer insulating layer, and connected to the source region or the drain region of the first and second transistors through the formed opening. A first conductive layer and a second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first and second transistors exposed on the back surface of the layer, and the second element formation layer serves as an antenna A functional conductive layer and a first conductive layer, an organic compound layer or A memory element on which the change layer and the second conductive layer are stacked, and function as the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element and the source wiring or the drain wiring of the first transistor The exposed portion of the first conductive layer is electrically connected via the conductive particles of the adhesive layer, and functions as the source wiring or drain wiring of the conductive layer functioning as the antenna and the second transistor. The exposed portion of the second conductive layer is a semiconductor device that is connected through the conductive particles of the adhesive layer.

本発明の一は、第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記第1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を有する第1の接着層と、アンテナとして機能する導電層を有する基板と、前記第2の素子形成層及び前記基板を接着し、且つ、導電性粒子を有する第2の接着層とを有し、前記第1の素子形成層は、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子を有し、前記第2の素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、前記第1及び第2のトランジスタを覆う層間絶縁層と、前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層と、前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第2のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ前記絶縁層と前記層間絶縁層の設けられた開口部を介して前記第1の素子形成層の裏面に露出するトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層と、を有し、前記記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層とは、前記第1の接着層の前記導電性粒子を介して電気的に接続し、前記アンテナとして機能する導電層と前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層の露出部とは、前記接着層の前記第2の導電性粒子を介して接続することを特徴とする半導体装置である。   According to one aspect of the present invention, a first element formation layer, a second element formation layer, the first element formation layer, and the second element formation layer are bonded to each other, and the first element formation layer includes conductive particles. An adhesive layer; a substrate having a conductive layer that functions as an antenna; and a second adhesive layer that adheres the second element formation layer and the substrate and has conductive particles. The element formation layer includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked, and the second element formation layer is provided on the insulating layer. The first and second transistors, the interlayer insulating layer covering the first and second transistors, and the source or drain region of the first transistor through the opening provided in the interlayer insulating layer Connected as the source wiring or drain wiring of the first transistor A first conductive layer that functions as well as an opening provided in the interlayer insulating layer and connected to a source region or a drain region of the second transistor, and the insulating layer and the interlayer insulating layer are provided. And a second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor exposed on the back surface of the first element formation layer through the opening, and the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element The conductive layer and the first conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor are electrically connected through the conductive particles of the first adhesive layer as the antenna. The functioning conductive layer and the exposed portion of the second conductive layer functioning as the source wiring or drain wiring of the second transistor are connected via the second conductive particles of the adhesive layer, Do A conductor arrangement.

上記構成を有する本発明の半導体装置において、記憶素子には、トランジスタが接続されていることを特徴とする。また、記憶素子に接続されたトランジスタは、MOSトランジスタ、薄膜トランジスタ、又は有機半導体トランジスタであることを特徴とする。   In the semiconductor device of the present invention having the above structure, a transistor is connected to the memory element. Further, the transistor connected to the memory element is a MOS transistor, a thin film transistor, or an organic semiconductor transistor.

また、記憶素子は、上記トランジスタ、第1のトランジスタ、又は第2のトランジスタの一部又は全部に重畳することを特徴とする。 The memory element overlaps with part or all of the transistor, the first transistor, or the second transistor.

また、絶縁層は、酸化珪素層であることを特徴とする。   The insulating layer is a silicon oxide layer.

また、記憶素子において、有機化合物層が、光酸発生剤がドーピングされた共役高分子材料、電子輸送材料、又はホール輸送材料からなる場合、記憶素子は、光学的作用または電気的作用により不可逆的に電気抵抗が変化し、記憶素子の電極間隔距離が変化することを特徴とする。電気抵抗を変化させる前の有機化合物層の膜厚は、5〜60nm、好ましくは10〜20nmである。 In the memory element, when the organic compound layer is made of a conjugated polymer material doped with a photoacid generator, an electron transport material, or a hole transport material, the memory element is irreversible due to an optical action or an electrical action. The electrical resistance changes, and the electrode spacing distance of the memory element changes. The film thickness of the organic compound layer before changing the electric resistance is 5 to 60 nm, preferably 10 to 20 nm.

また、記憶素子が含む前記相変化層は、結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料、第1の結晶状態と第2の結晶状態の間で可逆的に変化する材料、又は非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料からなることを特徴とする。 The phase change layer included in the memory element includes a material that reversibly changes between a crystalline state and an amorphous state, a material that reversibly changes between a first crystalline state and a second crystalline state, Or it consists of a material which changes only from an amorphous state to a crystalline state.

また、上記構成を有する本発明の半導体装置は、電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路、制御回路、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する。   In addition, the semiconductor device of the present invention having the above-described structure includes one or more selected from a power supply circuit, a clock generation circuit, a data demodulation / modulation circuit, a control circuit, and an interface circuit.

本発明の半導体装置は、複数のトランジスタに重畳する記憶素子を有することを特徴とし、上記特徴により、小型で高集積化された半導体装置を提供することができる。   The semiconductor device of the present invention includes a memory element that overlaps with a plurality of transistors. With the above characteristics, a small and highly integrated semiconductor device can be provided.

また、本発明の半導体装置は、複数のトランジスタを有する素子形成層上に、記憶素子を有する基板又はアンテナとして機能する導電層を有する基板を貼り合わせる構成を有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。   Further, the semiconductor device of the present invention has a structure in which a substrate having a memory element or a substrate having a conductive layer functioning as an antenna is bonded to an element formation layer having a plurality of transistors. A small semiconductor device can be provided.

また、本発明は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた単純な構造の記憶素子を有することを特徴とし、上記特徴により、記憶素子の作製が簡単であるために安価な半導体装置及びその作製方法を提供することができる。また、高集積化が容易なため、大容量の記憶回路を有する半導体装置及びその作製方法を提供することができる。   In addition, the present invention is characterized in that it has a memory element with a simple structure in which an organic compound layer or a phase change layer is sandwiched between a pair of conductive layers. A semiconductor device and a manufacturing method thereof can be provided. In addition, since high integration is easy, a semiconductor device having a large-capacity memory circuit and a manufacturing method thereof can be provided.

また、本発明の半導体装置が含む記憶回路において、一対の導電層間に有機化合物層が挟まれた記憶素子を有する場合、光学的作用又は電気的作用によりデータの書き込みを行うものであり、不揮発性であって、データの追記が可能であることを特徴とする。上記特徴により、書き換えによる偽造を防止することができ、新たなデータを追加して書き込むことができる。つまり、書き換え不可の記憶回路を有する半導体装置を提供することができる。   In addition, in the memory circuit included in the semiconductor device of the present invention, in the case where a memory element in which an organic compound layer is sandwiched between a pair of conductive layers is included, data is written by an optical action or an electrical action, and is nonvolatile And, it is possible to add data. With the above feature, forgery due to rewriting can be prevented, and new data can be added and written. That is, a semiconductor device including a memory circuit that cannot be rewritten can be provided.

また、本発明の半導体装置が含む記憶回路において、一対の導電層間に相変化層が挟まれた記憶素子を有する場合、記憶素子は不揮発性であるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供を実現する。また、相変化層として不可逆的な材料を用いれば、データの書き換えを行うことはできない。このため、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。   In addition, in the memory circuit included in the semiconductor device of the present invention, in the case where the memory element includes a phase change layer sandwiched between a pair of conductive layers, the memory element is nonvolatile, and thus a battery for retaining data is incorporated. There is no need to provide a small, thin, and lightweight semiconductor device. If an irreversible material is used for the phase change layer, data cannot be rewritten. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that prevents forgery and ensures security.

従って、高機能化と高付加価値化を実現した半導体装置及びその作製方法を提供することができる。   Accordingly, it is possible to provide a semiconductor device that achieves high functionality and high added value and a manufacturing method thereof.

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。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る。   Embodiments of the present invention will be described 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.

(実施形態1)
本実施形態の半導体装置の構成について、図1、7、及び15を参照して説明する。図15に示すように、本発明の半導体装置20は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制御回路14、インターフェイス回路15、記憶回路16、データバス17、アンテナ(アンテナコイル)18を有する。
(Embodiment 1)
The configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 15, the semiconductor device 20 of the present invention has a function of communicating data without contact, and controls to control a power supply circuit 11, a clock generation circuit 12, a data demodulation / modulation circuit 13, and other circuits. The circuit 14 includes an interface circuit 15, a memory circuit 16, a data bus 17, and an antenna (antenna coil) 18.

電源回路11は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置20の内部の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路12は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置20の内部の各回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。データ復調/変調回路13は、リーダライタ19と交信するデータを復調/変調する機能を有する。制御回路14は、記憶回路16を制御する機能を有する。アンテナ18は、電磁界或いは電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ19は、半導体装置との交信、制御及びそのデータに関する処理を制御する。なお、半導体装置は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。   The power supply circuit 11 is a circuit that generates various power supplies to be supplied to each circuit inside the semiconductor device 20 based on the AC signal input from the antenna 18. The clock generation circuit 12 is a circuit that generates various clock signals to be supplied to each circuit inside the semiconductor device 20 based on the AC signal input from the antenna 18. The data demodulation / modulation circuit 13 has a function of demodulating / modulating data communicated with the reader / writer 19. The control circuit 14 has a function of controlling the memory circuit 16. The antenna 18 has a function of transmitting and receiving an electromagnetic field or a radio wave. The reader / writer 19 controls communication and control with the semiconductor device and processing related to the data. The semiconductor device is not limited to the above-described configuration, and may be a configuration in which other elements such as a power supply voltage limiter circuit and hardware dedicated to cryptographic processing are added.

記憶回路16は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた記憶素子を有することを特徴とする。なお、記憶回路16は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた記憶素子のみを有していてもよいし、他の構成の記憶回路を有していてもよい。他の構成の記憶回路とは、例えば、DRAM、SRAM、FeRAM、マスクROM、PROM、EPROM、EEPROM及びフラッシュメモリから選択される1つ又は複数に相当する。   The memory circuit 16 includes a memory element in which an organic compound layer or a phase change layer is sandwiched between a pair of conductive layers. Note that the memory circuit 16 may include only a memory element in which an organic compound layer or a phase change layer is sandwiched between a pair of conductive layers, or may include a memory circuit having another structure. The memory circuit having another configuration corresponds to, for example, one or more selected from DRAM, SRAM, FeRAM, mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM, and flash memory.

本実施形態の半導体装置20の斜視図について、図7(A)を用いて説明する。本実施形態の半導体装置は、図7(A)に示すように、基板上に複数の回路が集積された構成を有する。ここでは、基板100a上に複数のトランジスタを有する素子形成層101aが形成されており、複数のトランジスタを有する素子形成層101aは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103と、記憶素子を有する領域104と、複数のTFTを有する領域102、103及び記憶素子を有する領域104の周囲に設けられたアンテナとして機能する導電層105とで構成されている。   A perspective view of the semiconductor device 20 of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7A, the semiconductor device of this embodiment has a configuration in which a plurality of circuits are integrated on a substrate. Here, an element formation layer 101a including a plurality of transistors is formed over a substrate 100a. The element formation layer 101a including a plurality of transistors typically includes regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs and a memory element. And a conductive layer 105 functioning as an antenna provided around the regions 102 and 103 having a plurality of TFTs and the region 104 having a memory element.

なお、以下の実施形態では、複数のトランジスタを有する素子形成層は、TFTを有する領域102、103で構成されている例を示すが、TFTに限定されるものではなく、MOSトランジスタのように単結晶基板に形成されるトランジスタを用いて複数のトランジスタを有する素子形成層を形成することができる。この場合、基板100aは半導体単結晶基板となる。また、絶縁層と単結晶半導体層とが積層されたSOI(silicon on insulator)基板を用いることができる。さらには、有機半導体トランジスタを用いて複数のトランジスタを有する素子形成層を形成することができる。   In the following embodiments, an example in which the element formation layer having a plurality of transistors is configured by the regions 102 and 103 having TFTs is shown, but is not limited to TFTs, and is not limited to TFTs. An element formation layer having a plurality of transistors can be formed using a transistor formed over a crystal substrate. In this case, the substrate 100a is a semiconductor single crystal substrate. Alternatively, an SOI (silicon on insulator) substrate in which an insulating layer and a single crystal semiconductor layer are stacked can be used. Furthermore, an element formation layer having a plurality of transistors can be formed using an organic semiconductor transistor.

複数のTFTを有する領域102、103は様々な回路を構成する。複数のTFTを有する領域102の代表例としては、電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路等のアンテナが受信する電磁波を処理する通信回路が設けられている。また、複数のTFTを有する領域103の代表例としては、他の回路を制御する制御回路、インターフェイス回路等を有する。   The regions 102 and 103 having a plurality of TFTs constitute various circuits. As a typical example of the region 102 having a plurality of TFTs, a communication circuit that processes an electromagnetic wave received by an antenna such as a power supply circuit, a clock generation circuit, and a data demodulation / modulation circuit is provided. A typical example of the region 103 having a plurality of TFTs includes a control circuit for controlling other circuits, an interface circuit, and the like.

また、アンテナとして機能する導電層105は、通信回路を構成する複数のTFTを含む領域102と接続する。   In addition, the conductive layer 105 functioning as an antenna is connected to a region 102 including a plurality of TFTs that form a communication circuit.

また、記憶素子を含む領域104は、データを記憶する記憶回路を構成し、記憶素子及び当該記憶素子を動作させる回路等を有する。記憶素子を含む領域104は、制御回路、インターフェイス回路等を構成する複数のTFTを有する領域103と接続される。   The region 104 including a memory element forms a memory circuit that stores data, and includes a memory element, a circuit that operates the memory element, and the like. A region 104 including a memory element is connected to a region 103 having a plurality of TFTs that constitute a control circuit, an interface circuit, and the like.

次に、図7(A)に示す構成を有する半導体装置の断面構造について、図1(A)を用いて説明する。基板100a上に複数のトランジスタを有する素子形成層101aが形成されている。ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層101aとして、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111(図7(A)の記憶素子を有する領域104の一部)、記憶素子のスイッチング用のTFT112(図7(A)の記憶素子を有する領域104の一部)、電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路等のアンテナで受信した信号を処理する回路を構成するTFT113(図7(A)の複数のTFTを有する領域102の一部)、制御回路、インターフェイス等の回路を構成するTFT114(図7(A)の複数のTFTを有する領域103の一部)を示す。   Next, a cross-sectional structure of the semiconductor device having the structure illustrated in FIG. 7A will be described with reference to FIG. An element formation layer 101a including a plurality of transistors is formed over the substrate 100a. Here, as the element formation layer 101a having a plurality of transistors, a TFT 111 (part of the region 104 having the memory element in FIG. 7A) that forms a circuit for operating the memory element, and a TFT 112 for switching the memory element ( TFT 113 which constitutes a circuit for processing a signal received by an antenna such as a power supply circuit, a clock generation circuit, and a data demodulation / modulation circuit (FIG. 7A). The TFT 114 (part of the region 103 having a plurality of TFTs in FIG. 7A) constituting a circuit such as a control circuit and an interface is shown.

これらのTFTは、pチャネル型TFT、nチャネル型TFT等を適宜組み合わせて構成することが可能である。ここでは、それぞれの回路を構成するTFTをnチャネル型TFTで示す。   These TFTs can be configured by appropriately combining p-channel TFTs, n-channel TFTs, and the like. Here, TFTs constituting each circuit are shown as n-channel TFTs.

TFT111〜114は、基板100a上に絶縁層115を介して設けられている。TFTは、半導体領域、ゲート絶縁膜116a〜116d、ゲート電極117a〜117d、ゲート電極の側壁に設けられたサイドウォール118a〜118dで構成される。半導体層は、ソース領域及びドレイン領域119a〜119d、低濃度不純物領域120a〜120d、チャネル形成領域121a〜121dで構成される。また、低濃度不純物領域120a〜120dは、サイドウォール118a〜118dに覆われている。また、TFT111〜114を覆う絶縁層122が形成されている。絶縁層122は、パッシベーション膜として機能し、外部からの不純物、代表的にはアルカリ金等の汚染物質をブロックする効果があり、TFTが汚染されることがなく、信頼性が向上したTFT111〜114を提供することができる。なお、パッシベーション膜としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜等が挙げられる。   The TFTs 111 to 114 are provided on the substrate 100a with an insulating layer 115 interposed therebetween. The TFT includes a semiconductor region, gate insulating films 116a to 116d, gate electrodes 117a to 117d, and sidewalls 118a to 118d provided on the side walls of the gate electrode. The semiconductor layer includes source and drain regions 119a to 119d, low-concentration impurity regions 120a to 120d, and channel formation regions 121a to 121d. The low concentration impurity regions 120a to 120d are covered with the sidewalls 118a to 118d. Further, an insulating layer 122 that covers the TFTs 111 to 114 is formed. The insulating layer 122 functions as a passivation film, has an effect of blocking impurities from the outside, typically contaminants such as alkali gold, and the TFTs 111 to 114 have improved reliability without being contaminated. Can be provided. Note that as the passivation film, a silicon nitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon oxynitride film, or the like can be given.

なお、TFT111〜114の半導体層は、非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体、有機半導体等のいずれの半導体を活性層として用いてもよいが、良好な特性のトランジスタを得るために、金属元素を触媒として結晶化した半導体層、レーザ照射法により結晶化した半導体層を用いるとよい。また、プラズマCVD法により、SiH/Fガス、SiH/Hガス(Arガス)を用いて形成した半導体層や、前記半導体層にレーザ照射を行ったものを半導体層として用いるとよい。 Note that the semiconductor layer of the TFTs 111 to 114 may use any semiconductor such as an amorphous semiconductor, a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, and an organic semiconductor as an active layer, but in order to obtain a transistor with favorable characteristics, A semiconductor layer crystallized using a metal element as a catalyst or a semiconductor layer crystallized by a laser irradiation method may be used. In addition, a semiconductor layer formed by a plasma CVD method using SiH 4 / F 2 gas or SiH 4 / H 2 gas (Ar gas), or a semiconductor layer that has been subjected to laser irradiation may be used as the semiconductor layer. .

また、TFT111〜114は、200度から600度の温度(好適には350度から550度)で結晶化した結晶質半導体層(低温ポリシリコン層)や、600度以上の温度で結晶化した結晶質半導体層(高温ポリシリコン層)を用いることができる。なお、基板上に高温ポリシリコン層を作成する場合は、ガラス基板では熱に脆弱な場合があるので、石英基板を使用するとよい。TFT111〜114の半導体層(特にチャネル形成領域)には、1×1019atoms/cm〜1×1022atoms/cmの濃度、好適には1×1019atoms/cm〜5×1020atoms/cmの濃度で、水素又はハロゲン元素を添加するとよい。そうすると、欠陥が少なく、クラックが生じにくい活性層を得ることができる。 The TFTs 111 to 114 are crystalline semiconductor layers (low-temperature polysilicon layers) that are crystallized at a temperature of 200 to 600 degrees (preferably 350 to 550 degrees) or crystals that are crystallized at a temperature of 600 degrees or more. A quality semiconductor layer (high-temperature polysilicon layer) can be used. When a high-temperature polysilicon layer is formed on a substrate, a quartz substrate may be used because a glass substrate may be vulnerable to heat. A concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 to 1 × 10 22 atoms / cm 3 , preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 to 5 × 10, is applied to the semiconductor layer (particularly the channel formation region) of the TFTs 111 to 114. Hydrogen or a halogen element is preferably added at a concentration of 20 atoms / cm 3 . If it does so, the active layer with few defects and being hard to produce a crack can be obtained.

また、TFT111〜114の半導体層の厚さは、20nm〜200nm、好ましくは40nm〜170nm、さらに好ましくは45nm〜55nm、さらに好ましくは50nmとするとよい。そうすると、折り曲げても、クラックが生じにくい素子形成層101aを提供することができる。   The thickness of the semiconductor layer of the TFTs 111 to 114 is 20 nm to 200 nm, preferably 40 nm to 170 nm, more preferably 45 nm to 55 nm, and still more preferably 50 nm. Then, it is possible to provide the element formation layer 101a that is unlikely to crack even when bent.

また、TFT111〜114の半導体層を構成する結晶は、キャリアの流れる方向(チャネル長方向)と平行に延びる結晶粒界を有するように形成するとよい。また、TFT111〜114のS値(サブスレッシュホールド値)は0.35V/sec以下(好ましくは0.09〜0.25V/sec)、移動度10cm/Vs以上の特性を有するとよい。このような半導体層は、連続発振レーザや、10MHz以上、好ましくは60〜100MHzで動作するパルスレーザを半導体層に照射して形成することが可能である。 In addition, crystals constituting the semiconductor layers of the TFTs 111 to 114 are preferably formed so as to have a crystal grain boundary extending in parallel with the carrier flow direction (channel length direction). The S value (subthreshold value) of the TFTs 111 to 114 is preferably 0.35 V / sec or less (preferably 0.09 to 0.25 V / sec) and has a mobility of 10 cm 2 / Vs or more. Such a semiconductor layer can be formed by irradiating the semiconductor layer with a continuous wave laser or a pulsed laser operating at 10 MHz or higher, preferably 60 to 100 MHz.

低濃度不純物領域やソース領域及びドレイン領域には、p型又はn型の導電型を付与する元素が添加されている。ここでは、ソース領域及びドレイン領域119a〜119d及び低濃度不純物領域120a〜120dには、n型の導電型を付与する不純物元素を、イオン注入法やイオンドープ法で自己整合的に添加して形成することができる。   An element imparting p-type or n-type conductivity is added to the low-concentration impurity region, the source region, and the drain region. Here, the source and drain regions 119a to 119d and the low-concentration impurity regions 120a to 120d are formed by adding an impurity element imparting n-type conductivity in a self-aligned manner by an ion implantation method or an ion doping method. can do.

なお、ここでは、TFT111〜114が低濃度不純物領域120a〜120dやサイドウォール118a〜118dを有する構成を示すが、本発明はこの構成に制約されない。必要がなければ低濃度不純物領域やサイドウォールは設けなくてもよい。   Note that here, a configuration in which the TFTs 111 to 114 include low-concentration impurity regions 120a to 120d and sidewalls 118a to 118d is shown; however, the present invention is not limited to this configuration. If not necessary, the low-concentration impurity region and the sidewall need not be provided.

また、半導体層として、公知の有機半導体材料を適宜用いることができる。代表例としては、骨格が共役二重結合から構成されるπ電子共役系の高分子材料が望ましい。代表的には、ポリチオフェン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリチオフェン誘導体、ペンタセン等の可溶性の高分子材料を用いることができる。   Moreover, a well-known organic-semiconductor material can be used suitably as a semiconductor layer. As a typical example, a π-electron conjugated polymer material whose skeleton is composed of conjugated double bonds is desirable. Typically, a soluble polymer material such as polythiophene, poly (3-alkylthiophene), a polythiophene derivative, or pentacene can be used.

その他にも、可溶性の前駆体を成膜した後で処理することにより半導体層を形成することができる。なお、このような前駆体を経由する有機半導体材料としては、ポリチエニレンビニレン、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)、ポリアセチレン、ポリアセチレン誘導体、ポリアリレンビニレンなどがある。   In addition, a semiconductor layer can be formed by processing after forming a soluble precursor. Examples of the organic semiconductor material that passes through such a precursor include polythienylene vinylene, poly (2,5-thienylene vinylene), polyacetylene, a polyacetylene derivative, and polyarylene vinylene.

前駆体を有機半導体に変換する際には、加熱処理だけではなく塩化水素ガスなどの反応触媒を添加することがなされる。また、これらの可溶性有機半導体材料を溶解させる代表的な溶媒としては、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、クロロホルム、ジクロロメタン、γブチルラクトン、ブチルセルソルブ、シクロヘキサン、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、シクロヘキサノン、2−ブタノン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド(DMF)または、THF(テトラヒドロフラン)などを適用することができる。     When converting the precursor into an organic semiconductor, a reaction catalyst such as hydrogen chloride gas is added as well as heat treatment. Typical solvents for dissolving these soluble organic semiconductor materials include toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, anisole, chloroform, dichloromethane, γ-butyllactone, butyl cellosolve, cyclohexane, NMP (N-methyl-2 -Pyrrolidone), cyclohexanone, 2-butanone, dioxane, dimethylformamide (DMF), THF (tetrahydrofuran), or the like can be applied.

また、TFT111〜114と、パッシベーション膜として機能する絶縁層122を覆うように、絶縁層123が設けられており、これらの絶縁層123は、表面を平坦化するために設けられている。ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124a〜124dは、ソース領域及びドレイン領域119a〜119dに接し、絶縁層122、123に設けられたコンタクトホールを充填する。また、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124a〜124dと同時に形成された層で、アンテナとしとして機能する導電層125aが形成される。導電層125aは、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cに接続する。導電層124a〜124d、125を覆うように、絶縁層126、127が設けられている。これらの絶縁層126、127は、表面を平坦化する目的と、TFT111〜114及び導電層124a〜124d、125を保護する目的で設けられている。   In addition, an insulating layer 123 is provided so as to cover the TFTs 111 to 114 and the insulating layer 122 functioning as a passivation film, and these insulating layers 123 are provided to planarize the surface. The conductive layers 124 a to 124 d functioning as source wirings or drain wirings are in contact with the source and drain regions 119 a to 119 d and fill contact holes provided in the insulating layers 122 and 123. In addition, a conductive layer 125a functioning as an antenna is formed with the conductive layers 124a to 124d functioning as source wirings or drain wirings. The conductive layer 125 a is connected to the conductive layer 124 c that functions as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113. Insulating layers 126 and 127 are provided so as to cover the conductive layers 124 a to 124 d and 125. These insulating layers 126 and 127 are provided for the purpose of flattening the surface and for protecting the TFTs 111 to 114 and the conductive layers 124 a to 124 d and 125.

また、TFT111〜114において、少なくともTFT113 、114は、リングオシレータ(9段インバータ)レベルで1MHz以上、好適には10MHz以上(3〜5Vにて)の特性を有する。又は、ゲートあたりの周波数特性を100kHz以上、好適には1MHz以上(3〜5Vにて)を有する。   In the TFTs 111 to 114, at least the TFTs 113 and 114 have characteristics of 1 MHz or higher, preferably 10 MHz or higher (at 3 to 5 V) at the ring oscillator (9-stage inverter) level. Alternatively, the frequency characteristic per gate is 100 kHz or more, preferably 1 MHz or more (at 3 to 5 V).

なお、後述するが、TFT111〜114上に積層する記憶素子134は、その構造によっては、レーザ光を用いた光学的作用によりデータの書き込みを行う。その場合、レーザ光から、TFT111〜114を保護するために、絶縁層127、及び後に形成される絶縁層135を遮光性がある絶縁性材料により形成する。遮光性がある絶縁性材料とは、例えば、公知の絶縁性材料に、カーボン粒子、金属粒子、顔料や着色料等を添加して撹拌した後、必要に応じて濾過を行った材料、又は、カーボン粒子等が均一に混合されるように、界面活性剤や分散剤を添加した材料等である。このような絶縁性材料は、スピンコート法で形成するとよい。   Note that, as will be described later, depending on the structure of the memory element 134 stacked over the TFTs 111 to 114, data is written by an optical action using laser light. In that case, in order to protect the TFTs 111 to 114 from laser light, the insulating layer 127 and the insulating layer 135 to be formed later are formed using an insulating material having a light-blocking property. The insulating material having a light-shielding property is, for example, a material obtained by adding carbon particles, metal particles, pigments, coloring agents, and the like to a known insulating material and stirring, and then performing filtration as necessary, or It is a material to which a surfactant or a dispersant is added so that carbon particles and the like are uniformly mixed. Such an insulating material is preferably formed by a spin coating method.

また、絶縁層127上に記憶素子134が設けられている。記憶素子は、TFT112の一部又は全部に重畳することを特徴とする。当該構造により、狭い面積の半導体装置に記憶素子を高い密度で集積することが可能である。   In addition, the memory element 134 is provided over the insulating layer 127. The memory element is characterized in that it overlaps part or all of the TFT 112. With this structure, memory elements can be integrated with high density in a semiconductor device with a small area.

絶縁層127上に、第1の導電層131、有機化合物層又は相変化層132、第2の導電層133が順に積層されており、この積層体が記憶素子134に相当する。隣接する有機化合物層又は相変化層132の間には、絶縁層135が設けられている。第1の導電層131は、TFT112のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124bと接続する。第2の導電層133上には、絶縁層136が設けられている。なお、TFT112は記憶素子のスイッチング用のTFTとして機能する。   A first conductive layer 131, an organic compound layer or phase change layer 132, and a second conductive layer 133 are sequentially stacked over the insulating layer 127, and this stacked body corresponds to the memory element 134. An insulating layer 135 is provided between adjacent organic compound layers or phase change layers 132. The first conductive layer 131 is connected to the conductive layer 124 b that functions as a source wiring or a drain wiring of the TFT 112. An insulating layer 136 is provided over the second conductive layer 133. Note that the TFT 112 functions as a TFT for switching the memory element.

次に、図1(A)の各記憶素子にスイッチング用のTFTが設けられた記憶回路、即ちアクティブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置の代わりに、パッシブ型の記憶回路を有する半導体装置の断面構造について、図1(B)を用いて説明する。より詳しくは、図1(A)に示した半導体装置と比較すると、記憶素子134の構造及びそれに接続されるTFT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 section of a semiconductor device having a passive memory circuit instead of a memory circuit in which a switching TFT is provided in each memory element in FIG. 1A, that is, a semiconductor device having an active matrix memory circuit. The structure will be described with reference to FIG. More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which the structure of the memory element 134 and the TFT connected to the memory element 134 are different from those of the semiconductor device illustrated in FIG.

絶縁層127上に、TFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aに接続するように、第1の導電層151が設けられ、第1の導電層151に接するように有機化合物層又は相変化層152が設けられ、有機化合物層又は相変化層152に接するように第2の導電層153が設けられている。第1の導電層151と、有機化合物層又は相変化層152と、第2の導電層153との積層体が記憶素子154に相当する。隣接する有機化合物層又は相変化層152の間には、絶縁層155が設けられている。記憶素子154上には、絶縁層156が設けられている。   A first conductive layer 151 is provided over the insulating layer 127 so as to be connected to the conductive layer 124 a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111, and an organic compound layer or a phase is in contact with the first conductive layer 151. A change layer 152 is provided, and a second conductive layer 153 is provided so as to be in contact with the organic compound layer or the phase change layer 152. A stacked body of the first conductive layer 151, the organic compound layer or phase change layer 152, and the second conductive layer 153 corresponds to the memory element 154. An insulating layer 155 is provided between adjacent organic compound layers or phase change layers 152. An insulating layer 156 is provided over the memory element 154.

なお、第1の導電層151は共通電極として機能し、第1の導電層151を用いて複数の記憶素子154が形成される。 Note that the first conductive layer 151 functions as a common electrode, and the plurality of memory elements 154 are formed using the first conductive layer 151.

図1(B)に示す記憶素子154は、各記憶素子154にスイッチング用のTFTが接続されておらず、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111に直接接続される。   In the memory element 154 illustrated in FIG. 1B, the switching TFT is not connected to each memory element 154, and is directly connected to the TFT 111 that forms a circuit for operating the memory element.

また、図1(A)及び(B)においては、基板上に複数のトランジスタを有する素子形成層101aが形成された半導体装置の断面図について説明しているが、これに限定されない。例えば、基板上に剥離層を設け、剥離層上に複数のトランジスタを有する素子形成層101aを形成した後、複数のトランジスタを有する素子形成層101aを剥離層から剥離し、図2(A)に示すように、基板200a上に接着層201を介して複数のトランジスタを有する素子形成層101aを貼り合わせても良い。なお剥離方法としては、(1)基板と複数のトランジスタを有する素子形成層の間に金属酸化膜を設け、当該金属酸化膜を結晶化により脆弱化して、当該複数のトランジスタを有する素子形成層を物理的に剥離する方法、(2)基板と複数のトランジスタを有する素子形成層の間に水素を含む非晶質珪素膜を設け、レーザ光の照射またはエッチングにより当該非晶質珪素膜を除去することで、当該複数のトランジスタを有する素子形成層を剥離する方法、(3)複数のトランジスタを有する素子形成層が形成された基板を機械的に削除する、又は溶液によるエッチングで除去する方法、(4)基板と複数のトランジスタを有する素子形成層の間に剥離層及び金属酸化膜を設け、当該金属酸化膜を結晶化により脆弱化し、剥離層の一部を溶液やCF等のガスによるエッチングで除去した後、脆弱化された金属酸化膜において物理的に剥離する方法等を用いればよい。 1A and 1B illustrate a cross-sectional view of a semiconductor device in which an element formation layer 101a including a plurality of transistors is formed over a substrate, the invention is not limited to this. For example, after a separation layer is provided over a substrate and an element formation layer 101a including a plurality of transistors is formed over the separation layer, the element formation layer 101a including a plurality of transistors is separated from the separation layer, and FIG. As illustrated, an element formation layer 101a including a plurality of transistors may be attached to the substrate 200a with an adhesive layer 201 interposed therebetween. As a peeling method, (1) a metal oxide film is provided between a substrate and an element formation layer having a plurality of transistors, the metal oxide film is weakened by crystallization, and an element formation layer having the plurality of transistors is formed. (2) An amorphous silicon film containing hydrogen is provided between a substrate and an element formation layer having a plurality of transistors, and the amorphous silicon film is removed by laser light irradiation or etching. (3) A method for removing the element formation layer having a plurality of transistors, (3) a method for mechanically removing the substrate on which the element formation layer having a plurality of transistors is formed, or removing the substrate by etching with a solution; 4) A peeling layer and a metal oxide film are provided between the substrate and an element formation layer having a plurality of transistors, the metal oxide film is weakened by crystallization, and a part of the peeling layer is dissolved in a solution or After removing by etching with gas F 3, etc., may be used a method in which physically separated in the metal oxide film which is weakened.

また、基板200aとしては、可撓性があり、薄くて軽いプラスチック基板を用いることが好ましく、具体的には、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルスルホン)、ポリプロピレン、ポリプロピレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルフォン、ポリフタールアミド等からなる基板を用いることができる。また、ラミネートフィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる)、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム(ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等)と接着性合成樹脂フィルム(アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等)との積層フィルムなどを用いることもできる。   The substrate 200a is preferably a flexible, thin and light plastic substrate. Specifically, PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyethersulfone), polypropylene A substrate made of polypropylene sulfide, polycarbonate, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyphthalamide, or the like can be used. Adhesive synthesis with laminate film (made of polypropylene, polyester, vinyl, polyvinyl fluoride, vinyl chloride, etc.), paper made of fibrous materials, base film (polyester, polyamide, inorganic vapor deposition film, paper, etc.) A laminated film with a resin film (acrylic synthetic resin, epoxy synthetic resin, or the like) can also be used.

ラミネートフィルムは、熱圧着により、被処理体と封止処理が行われるものであり、封止処理を行う際には、ラミネートフィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層(接着層ではない)を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。基板200aの表面には接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。   The laminate film is subjected to sealing treatment with the object to be processed by thermocompression bonding. When the sealing treatment is performed, the laminate film is provided on the outermost layer of the laminate film or on the outermost layer. The layer (not the adhesive layer) is melted by heat treatment and bonded by pressure. An adhesive layer may be provided on the surface of the substrate 200a, or an adhesive layer may not be provided.

接着層201は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層である。   The adhesive layer 201 is a layer including an adhesive such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an epoxy resin adhesive, and a resin additive.

上記のように、剥離した複数のトランジスタを有する素子形成層101aを、可撓性があり、薄くて軽いプラスチック基板に貼り合わせると、厚さが薄く、軽く、落下しても割れにくい半導体装置を提供することができる。また、曲面や異形の形状上に貼り合わせることが可能となり、多種多様の用途が実現する。例えば、薬の瓶のような曲面上に、本発明の半導体装置を密着して貼り合わせることができる。さらに、基板を再利用すれば、安価な半導体装置の提供を実現する。   As described above, when the element formation layer 101a including a plurality of peeled transistors is bonded to a flexible, thin and light plastic substrate, a semiconductor device that is thin, light, and difficult to break even when dropped is obtained. Can be provided. In addition, it can be bonded on a curved surface or an irregular shape, realizing a wide variety of uses. For example, the semiconductor device of the present invention can be closely attached to a curved surface such as a medicine bottle. Furthermore, if the substrate is reused, an inexpensive semiconductor device can be provided.

また、図2(B)に示すように、記憶素子134の第1の導電層131と同時に形成された導電層で、アンテナとして機能する導電層215aを形成してもよい。このとき、アンテナとして機能する導電層215は、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cと接続する。   Alternatively, as illustrated in FIG. 2B, a conductive layer 215a functioning as an antenna may be formed using the conductive layer formed at the same time as the first conductive layer 131 of the memory element 134. At this time, the conductive layer 215 functioning as an antenna is connected to the conductive layer 124c functioning as a source wiring or a drain wiring.

更には、図2(C)に示すように、記憶素子134の第2の導電層133と同時に形成された導電層で、アンテナとして機能する導電層225aを形成してもよい。このとき、アンテナとして機能する導電層225aは、導電層214を介してソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cと接続する。   Further, as illustrated in FIG. 2C, a conductive layer 225a functioning as an antenna may be formed using a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer 133 of the memory element 134. At this time, the conductive layer 225a functioning as an antenna is connected to the conductive layer 124c functioning as a source wiring or a drain wiring through the conductive layer 214.

なお、図2(A)〜(C)に示す半導体装置は、図1(B)に示すような、スイッチング用のTFTが各記憶素子に設けられていない記憶素子を有するパッシブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置にも適応することが可能である。   Note that the semiconductor device illustrated in FIGS. 2A to 2C includes a passive matrix memory circuit including a memory element in which a switching TFT is not provided in each memory element as illustrated in FIG. It is also possible to apply to a semiconductor device having

本発明の半導体装置は、複数のTFTを有する素子形成層上に、記憶素子を積層した構成を有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。また、TFTのソース配線又はドレイン配線、記憶素子の導電層の何れかと同時に、アンテナとして機能する導電層を形成するため、工程数を削減することが可能であり、スループットを向上させることが可能である。   The semiconductor device of the present invention has a structure in which a memory element is stacked over an element formation layer having a plurality of TFTs. With the above characteristics, a small semiconductor device can be provided. In addition, since the conductive layer functioning as an antenna is formed at the same time as the source wiring or drain wiring of the TFT or the conductive layer of the memory element, the number of steps can be reduced and throughput can be improved. is there.

上記構成を有する半導体装置において、記憶素子は、一対の導電層(第1の導電層と第2の導電層)間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた単純な構造を有することを特徴とする。上記特徴により、作製が簡単であるために安価な半導体装置及びその作製方法を提供することができる。また、高集積化が容易なため、大容量の記憶回路を有する半導体装置及びその作製方法を提供することができる。   In the semiconductor device having the above structure, the memory element has a simple structure in which an organic compound layer or a phase change layer is sandwiched between a pair of conductive layers (a first conductive layer and a second conductive layer). And With the above characteristics, since the manufacturing is simple, an inexpensive semiconductor device and a manufacturing method thereof can be provided. In addition, since high integration is easy, a semiconductor device having a large-capacity memory circuit and a manufacturing method thereof can be provided.

また、本発明の半導体装置が含む記憶回路は、光学的作用又は電気的作用によりデータの書き込みを行うものであり、不揮発性であって、データの追記が可能であることを特徴とする。上記特徴により、書き換えによる偽造を防止することができ、新たなデータを追加して書き込むことができる。従って、高機能化と高付加価値化を実現した半導体装置及びその作製方法を提供することができる。   Further, a memory circuit included in the semiconductor device of the present invention writes data by an optical action or an electrical action, is nonvolatile, and can additionally write data. With the above feature, forgery due to rewriting can be prevented, and new data can be added and written. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor device that achieves high functionality and high added value and a manufacturing method thereof.

(実施形態2)
本実施形態では、上記実施形態とは異なる本発明の半導体装置の構成について、図3、7を参照して説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a structure of a semiconductor device of the present invention which is different from that of the above embodiment mode will be described with reference to FIGS.

本実施形態の半導体装置は、図7(B)に示すように、第1の基板100a上に形成された複数のトランジスタを有する素子形成層301aと、第2の基板300a上に形成されたアンテナとして機能する導電層105を有する素子形成層302aとが、接着層で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 7B, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 301a having a plurality of transistors formed over a first substrate 100a and an antenna formed over a second substrate 300a. And the element formation layer 302a including the conductive layer 105 functioning as an adhesive layer.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層301aは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103と、記憶素子を有する領域104で構成される。また、素子形成層302aに形成されるアンテナとして機能する導電層105は、素子形成層301aに形成される通信回路を構成する複数のTFTを有する領域102と、図示しないが導電性粒子で接続されている。   Here, the element formation layer 301a having a plurality of transistors is typically formed of regions 102 and 103 having a plurality of TFTs and a region 104 having a memory element. In addition, the conductive layer 105 functioning as an antenna formed in the element formation layer 302a is connected to a region 102 including a plurality of TFTs included in the communication circuit formed in the element formation layer 301a with conductive particles (not shown). ing.

上記の図7(B)に示す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3を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 7B is described with reference to FIG.

図3(A)に示すように、本実施形態の半導体装置は、第1の基板100a上に形成された複数のトランジスタと記憶素子を有する素子形成層301aと、第2の基板300a上に形成されたアンテナとして機能する導電層303aを有する素子形成層302aとが、接着層306で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 3A, the semiconductor device of this embodiment is formed on the second substrate 300a and the element formation layer 301a including a plurality of transistors and memory elements formed on the first substrate 100a. The element formation layer 302a including the conductive layer 303a functioning as the antenna is bonded to the adhesive layer 306.

複数のTFTと記憶素子を有する素子形成層301aは、TFT111〜114を有する。これらのTFT111〜114の構造は上述した通りであり、また、記憶素子134は、図1(A)に示す記憶素子134と同じ構造を用いて形成することが可能であり、TFT112の一部又は全部に重畳することにより、狭い面積の半導体装置に記憶素子を高い密度で集積することが可能である。   The element formation layer 301a including a plurality of TFTs and memory elements includes TFTs 111 to 114. The structures of these TFTs 111 to 114 are as described above, and the memory element 134 can be formed using the same structure as the memory element 134 illustrated in FIG. By superimposing all of them, memory elements can be integrated with high density in a semiconductor device with a small area.

基板100aに形成された、複数のTFT111〜114及び記憶素子134を有する素子形成層301aと、基板300aに形成された導電層303を有する素子形成層302aは、導電性粒子305を含む接着層306により貼り合わせられている。また、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cは、導電層214を介して、導電層224に接続される。導電層224は接続端子として機能する。また、導電層214は、記憶素子134の第1の導電層131と同時に形成される導電層である。また、導電層224は、記憶素子134の第2の導電層133と同時に形成される導電層である。さらに、接続端子として機能する導電層224と、アンテナとして機能する導電層303とは、導電性粒子305を介して電気的に接続されている。   An element formation layer 301 a having a plurality of TFTs 111 to 114 and a memory element 134 formed on the substrate 100 a and an element formation layer 302 a having a conductive layer 303 formed on the substrate 300 a are bonded to an adhesive layer 306 containing conductive particles 305. Are pasted together. In addition, the conductive layer 124 c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 is connected to the conductive layer 224 through the conductive layer 214. The conductive layer 224 functions as a connection terminal. The conductive layer 214 is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer 131 of the memory element 134. The conductive layer 224 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer 133 of the memory element 134. Further, the conductive layer 224 functioning as a connection terminal and the conductive layer 303 functioning as an antenna are electrically connected through conductive particles 305.

なお、アンテナとして機能する導電層303が設けられた第2の基板300aは、基板200aと同様の基板を用いることが可能である。また、基板300a及び導電層303表面に絶縁層307を形成しても良い。ただし、TFT113の接続端子として機能する導電層224と接続する領域は、導電層303が露出されている。   Note that the second substrate 300a provided with the conductive layer 303 functioning as an antenna can be a substrate similar to the substrate 200a. Alternatively, the insulating layer 307 may be formed on the surfaces of the substrate 300a and the conductive layer 303. However, the conductive layer 303 is exposed in a region connected to the conductive layer 224 functioning as a connection terminal of the TFT 113.

接着層306は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含み、導電性粒子305が分散されている。このような接着剤を異方性導電接着剤という。導電性粒子305は、金、銀、銅、パラジウム、又は白金から選ばれた一元素、若しくは複数の元素で形成される。また、これらの元素の多層構造を有する粒子でも良い。導電性粒子305は、直径が1〜100nm、好ましくは5〜50nmである場合、一つ又は複数の導電性粒子305と導電層303、224が接続する。この場合、一つ又は複数の導電性粒子305で導電層303と導電層224の間隔を保持する。     The adhesive layer 306 includes an adhesive such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an epoxy resin adhesive, and a resin additive, and the conductive particles 305 are dispersed. Such an adhesive is called an anisotropic conductive adhesive. The conductive particles 305 are formed of one element or a plurality of elements selected from gold, silver, copper, palladium, or platinum. Moreover, the particle | grains which have the multilayer structure of these elements may be sufficient. When the diameter of the conductive particles 305 is 1 to 100 nm, preferably 5 to 50 nm, one or a plurality of conductive particles 305 and the conductive layers 303 and 224 are connected. In this case, the distance between the conductive layer 303 and the conductive layer 224 is maintained by one or a plurality of conductive particles 305.

また、図37に示すように、直径が0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmの導電性粒子308が含まれる接着層306を用いても良い。この場合、導電層303と導電層224は、垂直方向に押しつぶされた形状の導電性粒子309で接続される。このときは、押しつぶされた導電性粒子309で導電層303と導電層224の間隔を保持する。   As shown in FIG. 37, an adhesive layer 306 including conductive particles 308 having a diameter of 0.5 to 10 μm, preferably 1 to 5 μm may be used. In this case, the conductive layer 303 and the conductive layer 224 are connected by conductive particles 309 having a shape squeezed in the vertical direction. At this time, the space between the conductive layer 303 and the conductive layer 224 is held by the crushed conductive particles 309.

また、樹脂で形成された粒子の表面に、金、銀、銅、パラジウム、又は白金から選ばれた一元素、若しくは複数の元素で形成される薄膜が形成された導電性粒子を用いてもよい。さらには、異方性導電接着剤の代わりに、ベースフィルム上にフィルム状に形成された異方性導電フィルムを転写して用いても良い。異方性導電フィルムも、異方性導電接着剤と同様の導電性粒子が分散されている。 Alternatively, conductive particles in which a thin film formed of one element selected from gold, silver, copper, palladium, or platinum or a plurality of elements may be used on the surface of particles formed of resin. . Furthermore, instead of the anisotropic conductive adhesive, an anisotropic conductive film formed in a film shape on the base film may be transferred and used. In the anisotropic conductive film, conductive particles similar to the anisotropic conductive adhesive are dispersed.

図3(A)に示す記憶素子134は、スイッチング用のTFT112が、各記憶素子134に設けられている。即ち、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。なお、図3(B)に示すように、第1の導電層151、有機化合物層又は相変化層152、第2の導電層153で構成される記憶素子154を設けることも可能である。この構造では、図1(B)と同様に記憶素子154には各スイッチング用のTFTが接続されておらず、TFT111に直接接続されている。また、第1の導電層151は共通電極として機能し、第1の導電層151を用いて複数の記憶素子154が形成されており、パッシブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。   In the memory element 134 illustrated in FIG. 3A, a switching TFT 112 is provided in each memory element 134. In other words, the semiconductor device includes an active matrix memory circuit. Note that as illustrated in FIG. 3B, a memory element 154 including a first conductive layer 151, an organic compound layer or phase change layer 152, and a second conductive layer 153 can be provided. In this structure, as in FIG. 1B, each switching TFT is not connected to the memory element 154 but is directly connected to the TFT 111. In addition, the first conductive layer 151 functions as a common electrode, a plurality of memory elements 154 are formed using the first conductive layer 151, and is a semiconductor device having a passive matrix memory circuit.

さらには、本実施形態においても、図2(A)に示すように、接着層201を介して基板200a上に複数のトランジスタを有する素子形成層301aを設けても良い。   Furthermore, also in this embodiment, as illustrated in FIG. 2A, an element formation layer 301a including a plurality of transistors may be provided over the substrate 200a with the adhesive layer 201 interposed therebetween.

本発明の半導体装置は、複数のTFTを有する素子形成層上に、記憶素子を含む層を積層した構成を有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。また、複数のトランジスタと記憶素子を有する素子形成層を形成する工程とアンテナとして機能する導電層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、アンテナそれぞれが形成された時点で、各回路の性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や、アンテナを電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   The semiconductor device of the present invention has a structure in which a layer including a memory element is stacked over an element formation layer having a plurality of TFTs. With the above characteristics, a small semiconductor device can be provided. In addition, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors and memory elements and the step of forming a conductive layer functioning as an antenna can be performed independently and in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layers having a plurality of transistors and the antennas are formed, the performance of each circuit is confirmed and selected to electrically connect the element formation layers having a plurality of transistors and the antennas. A semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態3)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について、図4及び図7を用いて説明する。より詳しくは、図3に示した半導体装置と比較すると、アンテナを有する導電層の代わりに、記憶素子を有する素子形成層402aが形成された基板が貼り合わせられた構造の半導体装置の断面構造について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a cross-sectional structure of a semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described with reference to FIGS. More specifically, as compared with the semiconductor device illustrated in FIGS. 3A and 3B, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which a substrate on which an element formation layer 402a including a memory element is formed is attached instead of a conductive layer having an antenna explain.

本実施形態の半導体装置は、図7(C)に示すように、第1の基板100a上に形成された複数のトランジスタを有する素子形成層401aと、第2の基板400a上に形成された記憶素子を有する素子形成層402aとが、接着層で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 7C, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 401a including a plurality of transistors formed over the first substrate 100a and a memory formed over the second substrate 400a. An element formation layer 402a including elements is bonded to each other with an adhesive layer.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層401aは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103と、アンテナとして機能する導電層125aを有する。また、記憶素子を有する素子形成層402aは、記憶素子を有する領域104で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、図示しないが導電性粒子で接続されている。   Here, the element formation layer 401a including a plurality of transistors typically includes regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs, and a conductive layer 125a functioning as an antenna. In addition, the element formation layer 402a including a memory element includes a region 104 including a memory element. In addition, the region 104 having a memory element is connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like by conductive particles (not shown).

上記の図7(C)に示す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4を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 7C is described with reference to FIGS.

図4(A)に示すように、基板100a上には、アンテナとして機能する導電層及び複数のトランジスタを有する素子形成層401aが形成され、アンテナとして機能する導電層及び複数のトランジスタを有する素子形成層401aはTFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、基板400a上に記憶素子を有する素子形成層402aが形成されている。図4(A)においては、記憶素子434a、434bそれぞれに、スイッチング用のTFT412a、412bが接続されている。即ち、スイッチング用のTFT412a、412bのソース配線又はドレイン配線の一方に記憶素子の第1の導電層431a、431bが接続されている。また、スイッチング用のTFT412a、412bのソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層424の他方は、導電層425を介して導電層426と接続している。なお、導電層425は、記憶素子の第1の導電層431a、431bと同時に形成された導電層であり、導電層426は、記憶素子の第2の導電層433a、433bと同時に形成された導電層である。   As shown in FIG. 4A, an element formation layer 401a including a conductive layer functioning as an antenna and a plurality of transistors is formed over a substrate 100a, and an element formation including a conductive layer functioning as an antenna and a plurality of transistors is formed. The layer 401a includes TFTs 111, 113, and 114, and the structure of these TFTs is as described above. In addition, an element formation layer 402a including a memory element is formed over the substrate 400a. In FIG. 4A, switching TFTs 412a and 412b are connected to the memory elements 434a and 434b, respectively. In other words, the first conductive layers 431a and 431b of the memory element are connected to one of the source wiring and the drain wiring of the switching TFTs 412a and 412b. The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFTs 412a and 412b is connected to a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 424 functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 426 through the conductive layer 425. Note that the conductive layer 425 is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layers 431a and 431b of the memory element, and the conductive layer 426 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layers 433a and 433b of the memory element. Is a layer.

また、複数のトランジスタを有する素子形成層401a及び記憶素子を有する素子形成層402aが接着層306で接着されている。 In addition, an element formation layer 401 a including a plurality of transistors and an element formation layer 402 a including a memory element are bonded to each other with an adhesive layer 306.

また、記憶素子のスイッチング用のTFT412aのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層424と、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aとは、導電性粒子305、及び導電層421、425、426を介して電気的に接続されている。   The conductive layer 424 functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 412a for switching the memory element and the conductive layer 124a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111 constituting a circuit for operating the memory element are conductive. The particles 305 and the conductive layers 421, 425, and 426 are electrically connected to each other.

なお、記憶素子の構成によっては、記憶素子を有する素子形成層402aに対して、レーザ光を用いた光学的作用によりデータの書き込みを行う場合がある。そのような場合、記憶素子を有する素子形成層402aにおいて、スイッチング用のTFT412a、412bと、記憶素子434a、434bそれぞれが、重ならない領域を有するようにレイアウトをすることが必要である。   Note that depending on the structure of the memory element, data may be written to the element formation layer 402a including the memory element by an optical action using a laser beam. In such a case, in the element formation layer 402a having a memory element, it is necessary to perform layout so that the switching TFTs 412a and 412b and the memory elements 434a and 434b each have a non-overlapping region.

図4(A)に示す記憶素子434a、434bは、それぞれスイッチング用のTFT412a、412bに接続される。即ち、アクティブマトリクス型の半導体装置である。なお、図4(B)に示すように、第1の導電層451、有機化合物層又は相変化層452、第2の導電層453で構成される記憶素子454を有する基板を貼り合わせることも可能である。また、第1の導電層451、有機化合物層又は相変化層452、第2の導電層453は、それぞれ実施形態1に示す第1の導電層151と、有機化合物層又は相変化層152と、第2の導電層153と同様の構造を用いることができる。この構造では、図1(B)と同様に記憶素子454には各スイッチング用のTFTが接続されておらず、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111に導電性粒子305を介して接続されている。また、第1の導電層451は共通電極として機能し、第1の導電層451を用いて複数の記憶素子454が形成されており、パッシブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。 Memory elements 434a and 434b shown in FIG. 4A are connected to switching TFTs 412a and 412b, respectively. That is, an active matrix semiconductor device. Note that as illustrated in FIG. 4B, a substrate including a memory element 454 including a first conductive layer 451, an organic compound layer or phase change layer 452, and a second conductive layer 453 can be attached. It is. The first conductive layer 451, the organic compound layer or phase change layer 452, and the second conductive layer 453 include the first conductive layer 151 described in Embodiment 1, the organic compound layer or phase change layer 152, and A structure similar to that of the second conductive layer 153 can be used. In this structure, as in FIG. 1B, each switching TFT is not connected to the memory element 454, and is connected to the TFT 111 constituting a circuit for operating the memory element via the conductive particles 305. Yes. In addition, the first conductive layer 451 functions as a common electrode, a plurality of memory elements 454 are formed using the first conductive layer 451, and is a semiconductor device having a passive matrix memory circuit.

また、上記実施形態において、複数のトランジスタを有する素子形成層401aに記憶素子を動作させる回路が形成されるが、これに限定されるものではない。例えば、記憶素子を有する素子形成層402aに記憶素子を動作させる回路が形成されてもよい。具体的には、図8(A)に示すように、記憶素子434a、434bとともに、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT811を基板400a上に形成した後、記憶素子を有する素子形成層402aと複数のトランジスタを有する素子形成層401aと、導電性粒子305を有する接着層306で貼り合わせてもよい。このとき、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT811のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層424の一方と、TFT114のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aの一方とが、導電性粒子305、及び導電層825、826、827を介して電気的に接続される。なお、導電層826は、TFT811のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層424の一方と導電層825を介して接続されている。また、導電層826は、記憶素子の第2の導電層と同時に形成された導電層であり、導電層825は、記憶素子の第1の導電層と同時に形成された導電層である。   In the above embodiment, a circuit for operating a memory element is formed in the element formation layer 401a including a plurality of transistors; however, the present invention is not limited to this. For example, a circuit for operating a memory element may be formed in the element formation layer 402a including the memory element. Specifically, as illustrated in FIG. 8A, the TFT 811 which forms a circuit for operating the memory element is formed over the substrate 400a together with the memory elements 434a and 434b, and then an element formation layer 402a including the memory element is formed. Alternatively, the element formation layer 401 a including a plurality of transistors may be bonded to the adhesive layer 306 including the conductive particles 305. At this time, one of the conductive layers 424 functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 811 constituting a circuit for operating the memory element and one of the conductive layers 124a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 114 are electrically conductive particles. 305 and the conductive layers 825, 826, and 827 are electrically connected. Note that the conductive layer 826 is connected to one of the conductive layers 424 functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 811 through the conductive layer 825. The conductive layer 826 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer of the memory element, and the conductive layer 825 is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer of the memory element.

また、図4(A)において、記憶素子を有する素子形成層402aは基板400a上に形成された構造を有しているが、図8(B)に示すように、基板800a上に接着層834を介して記憶素子を有する素子形成層402aを貼り合せても良い。   4A, the element formation layer 402a including a memory element has a structure formed over the substrate 400a. However, as illustrated in FIG. 8B, the adhesive layer 834 is formed over the substrate 800a. An element formation layer 402a including a memory element may be attached to the substrate.

本発明の半導体装置は、アンテナとして機能する導電層と複数のトランジスタを有する素子形成層上に、記憶素子を含む層を貼りあわせた構成を有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子を有する素子形成層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子それぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子を電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   The semiconductor device of the present invention has a structure in which a layer including a memory element is bonded to an element formation layer having a plurality of transistors and a conductive layer that functions as an antenna. Can be provided. In addition, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors and the step of forming an element formation layer having a memory element can be performed independently and in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layer having a plurality of transistors and the memory element is formed, the performance of each element is confirmed and selected, and the element formation layer having a plurality of transistors and the memory element are electrically connected. A semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態4)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について説明する。より詳しくは、複数のトランジスタを有する素子形成層に、記憶素子及びアンテナが形成された層を有する基板が貼り合わせられた構造の半導体装置の断面構造について、図5及び図7を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described. More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which a substrate including a layer including a memory element and an antenna is bonded to an element formation layer including a plurality of transistors will be described with reference to FIGS. .

本実施形態の半導体装置は、図7(D)に示すように、第1の基板100a上に形成された複数のトランジスタを有する素子形成層501aと、第2の基板500a上に形成された記憶素子及びアンテナを有する素子形成層502aとが、接着層で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 7D, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 501a having a plurality of transistors formed over the first substrate 100a and a memory formed over the second substrate 500a. An element formation layer 502a including an element and an antenna has a structure in which the adhesive layer is attached to the element formation layer 502a.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層501aは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103を有する。また、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層502aは、記憶素子を有する領域104及びアンテナとして機能する導電層105で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、図示しないが導電性粒子で接続されている。また、及びアンテナとして機能する導電層105は、通信回路を構成する複数のTFTを含む領域102と、図示しないが導電性粒子で接続されている。   Here, the element formation layer 501a including a plurality of transistors typically includes regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs. In addition, the element formation layer 502a including a memory element and an antenna includes a region 104 including a memory element and a conductive layer 105 functioning as an antenna. In addition, the region 104 having a memory element is connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like by conductive particles (not shown). In addition, the conductive layer 105 functioning as an antenna is connected to a region 102 including a plurality of TFTs constituting a communication circuit with conductive particles (not shown).

上記の図7(D)に示す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5を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 7D is described with reference to FIGS.

図5(A)に示すように、複数のTFTを有する素子形成層501aは、TFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、基板500a上に記憶素子434及びアンテナとして機能する導電層525を有する素子形成層502が形成されている。図5(A)においては、記憶素子434に、スイッチング用のTFT412が接続されている。即ち、スイッチング用のTFT412のソース配線又はドレイン配線の一方に、記憶素子434の第1の導電層が接続されている。   As shown in FIG. 5A, an element formation layer 501a having a plurality of TFTs has TFTs 111, 113, and 114, and the structure of these TFTs is as described above. In addition, an element formation layer 502 including a memory element 434 and a conductive layer 525 functioning as an antenna is formed over the substrate 500a. In FIG. 5A, a switching TFT 412 is connected to the memory element 434. That is, the first conductive layer of the memory element 434 is connected to one of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 412.

また、スイッチング用のTFT412のソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層425と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層424の他方は、導電層425を介して導電層426と接続している。なお、導電層426は、記憶素子434の第2の導電層と同時に形成された導電層であり、接続端子として機能する。   The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 412 is connected to a conductive layer 425 formed at the same time as the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 424 functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 426 through the conductive layer 425. Note that the conductive layer 426 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer of the memory element 434 and functions as a connection terminal.

また、TFT412のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層424及びTFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aは、導電層421、425、426及び導電性粒子305を介して電気的に接続されている。   Further, the conductive layer 424 functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 412 and the conductive layer 124a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111 are electrically connected through the conductive layers 421, 425, and 426 and the conductive particles 305. Has been.

また、記憶素子434の第1の導電層又は第2の導電層と同時に、アンテナとして機能する導電層525が形成される。導電層525は、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cと、導電性粒子305及び導電層521を介して電気的に接続される。また、導電層521は、アンテナとして機能する導電層525と接続するための接続端子として機能する。   In addition, a conductive layer 525 functioning as an antenna is formed at the same time as the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element 434. The conductive layer 525 is electrically connected to the conductive layer 124 c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 through the conductive particles 305 and the conductive layer 521. In addition, the conductive layer 521 functions as a connection terminal for connecting to the conductive layer 525 functioning as an antenna.

なお、記憶素子の構成によっては、記憶素子434に対して、レーザ光を用いた光学的作用によりデータの書き込みを行う場合がある。そのような場合、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層502aにおいて、スイッチング用のTFT412及び記憶素子434、並びに導電層424及び記憶素子434が、重ならない領域を有するように、レイアウトをすることが必要である。   Note that depending on the structure of the memory element, data may be written to the memory element 434 by an optical action using a laser beam. In such a case, in the element formation layer 502a including the memory element and the antenna, it is necessary to perform layout so that the switching TFT 412 and the memory element 434, and the conductive layer 424 and the memory element 434 have regions that do not overlap with each other. It is.

図5(A)に示す記憶素子434は、スイッチング用のTFT412に接続される。即ち、アクティブマトリクス型の半導体装置である。なお、図5(B)に示すように、第1の導電層451、有機化合物層又は相変化層452、第2の導電層453で構成される記憶素子454を有する基板500を貼り合わせることも可能である。また、第1の導電層451、有機化合物層又は相変化層452、第2の導電層453は、それぞれ実施形態1に示す第1の導電層151と、有機化合物層又は相変化層152と、第2の導電層153と同様の構造を用いることができる。この構造では、図1(B)と同様に、パッシブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。   A memory element 434 illustrated in FIG. 5A is connected to the switching TFT 412. That is, an active matrix semiconductor device. Note that as illustrated in FIG. 5B, a substrate 500 including a memory element 454 including a first conductive layer 451, an organic compound layer or phase change layer 452, and a second conductive layer 453 may be attached. Is possible. The first conductive layer 451, the organic compound layer or phase change layer 452, and the second conductive layer 453 include the first conductive layer 151 described in Embodiment 1, the organic compound layer or phase change layer 152, and A structure similar to that of the second conductive layer 153 can be used. In this structure, as in FIG. 1B, the semiconductor device includes a passive matrix memory circuit.

また、複数のトランジスタを有する素子形成層501aに記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111が形成されるが、この構造に限定されない。記憶素子及びアンテナを有する素子形成層に記憶素子を動作させる回路が形成されてもよい。また、図5(A)において、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層502aは基板500a上に形成された構造を有しているが、基板上に接着層を介して記憶素子及びアンテナを有する素子形成層502aを貼り合せても良い。さらには、複数のトランジスタを有する素子形成層501aは基板100a上に形成されているが、図2(A)に示すように基板200a上に接着層を介して複数のトランジスタを有する素子形成層501aを貼り合せても良い。   In addition, the TFT 111 which forms a circuit for operating the memory element is formed in the element formation layer 501a including a plurality of transistors; however, the structure is not limited thereto. A circuit for operating the memory element may be formed in the element formation layer including the memory element and the antenna. In FIG. 5A, an element formation layer 502a having a memory element and an antenna has a structure formed over a substrate 500a. However, an element having a memory element and an antenna is formed over the substrate through an adhesive layer. The formation layer 502a may be attached. Further, although the element formation layer 501a including a plurality of transistors is formed over the substrate 100a, as illustrated in FIG. 2A, the element formation layer 501a including a plurality of transistors is formed over the substrate 200a with an adhesive layer interposed therebetween. May be pasted together.

本発明の半導体装置は、複数のTFTを有する素子形成層上に、記憶素子及びアンテナを含む素子形成層を接着層を介して積層した構成を有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子、アンテナそれぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子、アンテナを電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   A semiconductor device according to the present invention has a structure in which an element formation layer including a memory element and an antenna is stacked via an adhesive layer on an element formation layer having a plurality of TFTs. An apparatus can be provided. In addition, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors and the step of forming an element formation layer having a memory element and an antenna can be performed independently and in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layer having a plurality of transistors, the storage element, and the antenna is formed, the performance of each element is confirmed and selected to electrically connect the element formation layer, the storage element, and the antenna having a plurality of transistors. Thus, the semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態5)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について説明する。より詳しくは、複数のトランジスタを有する素子形成層601aが形成される基板100a上に、記憶素子を有する素子形成層602aを搭載した構造の半導体装置の断面構造について、図6及び図7を用いて説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described. More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which an element formation layer 602a including a memory element is mounted over a substrate 100a over which an element formation layer 601a including a plurality of transistors is formed is described with reference to FIGS. explain.

本実施形態の半導体装置は、図7(E)に示すように、基板100a上に形成された複数のトランジスタを有する素子形成層601aと基板100a上に、記憶素子を有する素子形成層602aが、接着層611で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 7E, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 601a having a plurality of transistors formed over a substrate 100a and an element formation layer 602a having a memory element over the substrate 100a. It has a structure in which the adhesive layer 611 is attached.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層601aは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103及びアンテナとして機能する導電層105で構成される。また、記憶素子を有する素子形成層602aは、記憶素子を有する領域104で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、導電部材631を用いて電気的に接続されている。   Here, the element formation layer 601a including a plurality of transistors is typically formed using regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs and a conductive layer 105 functioning as an antenna. In addition, the element formation layer 602a including a memory element includes a region 104 including a memory element. In addition, the region 104 having a memory element is electrically connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like using a conductive member 631.

上記の図7(E)に示す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6を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 7E is described with reference to FIGS.

図6(A)に示すように、複数のTFTを有する素子形成層601aは、TFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、記憶素子を有する素子形成層602aが形成された基板621aが、基板100a上に接着層611を用いて搭載されている。図6(A)においては、記憶素子634に、スイッチング用のTFT112が接続されている。即ち、スイッチング用のTFT112のソース配線又はドレイン配線の一方に、記憶素子の第1の導電層が接続されている。また、スイッチング用のTFT112のソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124bの他方は、導電層625を介して導電層626と接続している。なお、導電層625は、記憶素子の第1の導電層と同時に形成された導電層であり、導電層626は、記憶素子の第2の導電層と同時に形成された導電層であり、接続端子として機能する。   As shown in FIG. 6A, the element formation layer 601a having a plurality of TFTs has TFTs 111, 113, and 114, and the structure of these TFTs is as described above. In addition, a substrate 621a over which an element formation layer 602a including a memory element is formed is mounted over the substrate 100a using an adhesive layer 611. In FIG. 6A, a switching TFT 112 is connected to the memory element 634. That is, the first conductive layer of the memory element is connected to one of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 112. The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 112 is connected to a conductive layer formed simultaneously with the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 124 b functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 626 through the conductive layer 625. Note that the conductive layer 625 is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer of the memory element, and the conductive layer 626 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer of the memory element. Function as.

また、記憶素子を有する素子形成層602aに形成された記憶素子634のスイッチング用のTFT112と、複数のTFTを有する素子形成層601aに形成された記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111とが、導電部材631で電気的に接続されている。ここでは、導電部材631をワイヤーを用い、ワイヤボンディング法によりTFT111とTFT112とを接続しているが、導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして、導電部材631を形成してもよい。さらには、印刷法等の接続方法を用いることができる。   Further, a switching TFT 112 of the memory element 634 formed in the element formation layer 602a having a memory element, and a TFT 111 constituting a circuit for operating the memory element formed in the element formation layer 601a having a plurality of TFTs, They are electrically connected by a conductive member 631. Here, the conductive member 631 is a wire and the TFT 111 and the TFT 112 are connected by a wire bonding method. However, after the conductive film is formed, the conductive member 631 may be formed by etching into a desired shape. Good. Furthermore, a connection method such as a printing method can be used.

図6(A)に示す記憶素子634は、スイッチング用のTFT112に接続される。即ち、アクティブマトリクス型の半導体装置である。なお、図6(B)に示すように、第1の導電層651、有機化合物層又は相変化層652、第2の導電層653で構成される記憶素子654が形成される基板622を、接着層611を用いて基板100a上に搭載することも可能である。この構造では、パッシブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。   A memory element 634 illustrated in FIG. 6A is connected to the switching TFT 112. That is, an active matrix semiconductor device. Note that as illustrated in FIG. 6B, a substrate 622 over which a memory element 654 including the first conductive layer 651, the organic compound layer or phase change layer 652, and the second conductive layer 653 is formed is bonded. It is also possible to mount on the substrate 100a using the layer 611. In this structure, the semiconductor device includes a passive matrix memory circuit.

また、本実施形態では、記憶素子を有する素子形成層602aを基板100a上に搭載したが、これに限定されず、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層や、アンテナを有する素子形成層を基板100a上に搭載しても良い。   In this embodiment, the element formation layer 602a having a memory element is mounted over the substrate 100a. However, the present invention is not limited to this, and the element formation layer having a memory element and an antenna or the element formation layer having an antenna is attached to the substrate 100a. It may be mounted on top.

本発明の半導体装置は、複数のTFTを有する素子形成層と、記憶素子を含む層を同一基板上に有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子を有する素子形成層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子それぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子を電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   The semiconductor device of the present invention includes an element formation layer having a plurality of TFTs and a layer including a memory element over the same substrate. With the above characteristics, a small semiconductor device can be provided. In addition, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors and the step of forming an element formation layer having a memory element can be performed independently and in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layer having a plurality of transistors and the memory element is formed, the performance of each element is confirmed and selected, and the element formation layer having a plurality of transistors and the memory element are electrically connected. A semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態6)
本実施形態では、半導体装置の作製方法に関して図面を参照して説明する。ここでは、実施形態1の図2(A)で示す半導体装置の作製方法を示すが、各実施形態に示される半導体装置にそれぞれ、本実施形態を適宜適応することが可能である。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to drawings. Here, a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 2A of Embodiment 1 is described; however, this embodiment can be appropriately applied to each semiconductor device described in each embodiment.

図9(A)に示すように、基板1100の一表面に、剥離層1101、1102を形成する。   As shown in FIG. 9A, release layers 1101 and 1102 are formed on one surface of a substrate 1100.

基板1100は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁層を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いる。上記に挙げた基板1100には、大きさや形状に制約がないため、例えば、基板1100として、1辺が1メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。この利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。   As the substrate 1100, a glass substrate, a quartz substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate with an insulating layer formed on one surface, a heat-resistant plastic substrate that can withstand the processing temperature in this step, or the like is used. Since there is no restriction on the size or shape of the substrate 1100 listed above, for example, if a substrate having a side of 1 meter or more and a rectangular shape is used as the substrate 1100, productivity is remarkably improved. Can do. This advantage is a great advantage compared to the case of using a circular silicon substrate.

また、基板1100上に設けられる複数のトランジスタを有する素子形成層は、後に基板1100上から剥離される。従って、基板1100を再利用して、当該基板1100上に新たに複数のトランジスタを有する素子形成層を形成してもよい。この結果、コストを削減することができる。なお、再利用する基板1100には、石英基板を用いることが好ましい。   In addition, the element formation layer including a plurality of transistors provided over the substrate 1100 is peeled off from the substrate 1100 later. Therefore, the element formation layer having a plurality of transistors may be newly formed over the substrate 1100 by reusing the substrate 1100. As a result, cost can be reduced. Note that a quartz substrate is preferably used as the substrate 1100 to be reused.

剥離層1101、1102は、基板1100の一表面に薄膜を形成した後、フォトリソグラフィ法により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。剥離層1101、1102は、スパッタリング法やプラズマCVD法等により、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、鉛(Pb)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、珪素(Si)から選択された元素、又は前記元素を主成分とする合金材料、又は前記元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。   The peeling layers 1101 and 1102 are formed by forming a thin film over one surface of the substrate 1100 and then selectively etching the resist using a resist mask formed by a photolithography method. The separation layers 1101 and 1102 are formed by sputtering, plasma CVD, or the like using tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), or cobalt (Co). , An element selected from zirconium (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), lead (Pb), osmium (Os), iridium (Ir), silicon (Si), or the element A layer made of an alloy material containing the main component or a compound material containing the element as a main component is formed as a single layer or stacked layers. The crystal structure of the layer containing silicon may be any of amorphous, microcrystalline, and polycrystalline.

剥離層1101、1102が単層構造の場合、好ましくは、タングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。   In the case where the separation layers 1101 and 1102 have a single-layer structure, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is preferably formed. Alternatively, a layer containing tungsten oxide or oxynitride, a layer containing molybdenum oxide or oxynitride, or a layer containing an oxide or oxynitride of a mixture of tungsten and molybdenum is formed. Note that the mixture of tungsten and molybdenum corresponds to, for example, an alloy of tungsten and molybdenum.

剥離層1101、1102が積層構造の場合、好ましくは、1層目としてタングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、2層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物又は窒化酸化物を形成する。   In the case where the separation layers 1101 and 1102 have a stacked structure, preferably, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is formed as a first layer, and tungsten, molybdenum, or tungsten and molybdenum is formed as a second layer. An oxide, nitride, oxynitride or nitride oxide of the mixture is formed.

剥離層1101、1102として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化珪素を含む層を形成することで、タングステン層と酸化珪素層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、NOプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。これは、タングステンの窒化物、酸化窒化物及び窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。 In the case where a stacked structure of a layer containing tungsten and a layer containing an oxide of tungsten is formed as the separation layers 1101 and 1102, a layer containing tungsten is formed, and a layer containing silicon oxide is formed thereover. The fact that a layer containing an oxide of tungsten is formed at the interface between the layer and the silicon oxide layer may be utilized. Further, the surface of the layer containing tungsten is subjected to thermal oxidation treatment, oxygen plasma treatment, N 2 O plasma treatment, treatment with a solution having strong oxidizing power such as ozone water, and the like to form a layer containing tungsten oxide. May be. The same applies to the case where a layer containing tungsten nitride, oxynitride, and nitride oxide is formed. After a layer containing tungsten is formed, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, and a silicon nitride oxide layer are formed thereon. A layer may be formed.

タングステンの酸化物は、WOxで表される。Xは2≦X≦3の範囲内にあり、xが2の場合(WO)、xが2.5の場合(W)、xが2.75の場合(W11)、xが3の場合(WO)などがある。タングステンの酸化物を形成するにあたり、上記に挙げたXの値に特に制約はなく、そのエッチングレートなどを基に決めるとよい。但し、エッチングレートの最も良いものは、酸素雰囲気下で、スパッタリング法により形成するタングステンの酸化物を含む層(WOx、0<X<3)である。従って、作製時間の短縮のために、剥離層として、酸素雰囲気下でスパッタリング法によりタングステンの酸化物を含む層を形成するとよい。 The oxide of tungsten is represented by WOx. X is in the range of 2 ≦ X ≦ 3, when x is 2 (WO 2 ), when x is 2.5 (W 2 O 5 ), when x is 2.75 (W 4 O 11 ) X is 3 (WO 3 ). In forming the tungsten oxide, the value of X mentioned above is not particularly limited, and may be determined based on the etching rate. However, the layer having the best etching rate is a layer containing tungsten oxide (WOx, 0 <X <3) formed by a sputtering method in an oxygen atmosphere. Therefore, in order to shorten the manufacturing time, a layer containing a tungsten oxide is preferably formed as the separation layer by a sputtering method in an oxygen atmosphere.

また、上記の工程によると、基板1100に接するように剥離層1101、1102を形成しているが、本発明はこの工程に制約されない。基板1100に接するように下地となる絶縁層を形成し、その絶縁層に接するように剥離層1101、1102を設けてもよい。   Further, according to the above steps, the release layers 1101 and 1102 are formed so as to be in contact with the substrate 1100, but the present invention is not limited to this step. An insulating layer serving as a base may be formed so as to be in contact with the substrate 1100 and the peeling layers 1101 and 1102 may be provided so as to be in contact with the insulating layer.

次に、図9(B)に示すように、剥離層1101、1102を覆うように、下地となる絶縁層1105を形成する。絶縁層1105は、公知の手段(スパッタリング法やプラズマCVD法等)により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層で形成する。珪素の酸化物材料とは、珪素(Si)と酸素(O)を含む物質であり、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等が該当する。珪素の窒化物材料とは、珪素と窒素(N)を含む物質であり、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等が該当する。下地となる絶縁層は、基板1100からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。   Next, as illustrated in FIG. 9B, an insulating layer 1105 serving as a base is formed so as to cover the separation layers 1101 and 1102. The insulating layer 1105 is formed as a single layer or a stacked layer including a silicon oxide or a silicon nitride by a known means (such as a sputtering method or a plasma CVD method). The silicon oxide material is a substance containing silicon (Si) and oxygen (O), and corresponds to silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like. The silicon nitride material is a substance containing silicon and nitrogen (N), and corresponds to silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like. The insulating layer serving as a base functions as a blocking film that prevents impurities from entering from the substrate 1100.

次に、絶縁層1105上に、非晶質半導体層(例えば非晶質珪素を含む層)を形成する。この非晶質半導体層は、公知の手段(スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により、25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。続いて、非晶質半導体層を公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザ結晶化法を組み合わせた方法等)により結晶化して、結晶質半導体層を形成する。その後、得られた結晶質半導体層を所望の形状にエッチングして結晶質半導体層1127〜1130を形成する。なお、剥離層1101、1102がタングステンの場合、当該加熱処理により、剥離層1101、1102及び絶縁層1105の界面において、タングステンの酸化物を形成することが可能である。   Next, an amorphous semiconductor layer (eg, a layer containing amorphous silicon) is formed over the insulating layer 1105. This amorphous semiconductor layer is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 150 nm) by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method or the like). Subsequently, a known crystallization method (laser crystallization method, thermal crystallization method using an RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, and crystallization are promoted. A crystalline semiconductor layer is formed by crystallization by a combination of a thermal crystallization method using a metal element to be combined and a laser crystallization method). After that, the obtained crystalline semiconductor layer is etched into a desired shape to form crystalline semiconductor layers 1127 to 1130. Note that in the case where the separation layers 1101 and 1102 are tungsten, an oxide of tungsten can be formed at the interface between the separation layers 1101 and 1102 and the insulating layer 1105 by the heat treatment.

結晶質半導体層1127〜1130の作製工程の具体例を挙げると、まず、プラズマCVD法を用いて、膜厚66nmの非晶質半導体層を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体層上に保持させた後、非晶質半導体層に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体層を形成する。その後、必要に応じてレーザ光を照射して結晶性を向上させた後、フォトリソグラフィ法を用いて形成されたレジストマスクを用いてエッチングして結晶質半導体層1127〜1130を形成する。   As a specific example of a manufacturing process of the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130, first, an amorphous semiconductor layer having a thickness of 66 nm is formed by a plasma CVD method. Next, after a solution containing nickel, which is a metal element for promoting crystallization, is held on the amorphous semiconductor layer, the amorphous semiconductor layer is subjected to dehydrogenation treatment (500 ° C., 1 hour), heat Crystallization treatment (550 ° C., 4 hours) is performed to form a crystalline semiconductor layer. After that, laser light is irradiated as necessary to improve crystallinity, and etching is performed using a resist mask formed by a photolithography method, so that crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 are formed.

なお、レーザ結晶化法で結晶質半導体層1127〜1130を形成する場合、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いる。気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用いる。固体レーザとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmがドーピングされたYAG、YVO、YLF、YAlOなどの結晶を使ったレーザを用いる。 Note that when the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 are formed by a laser crystallization method, a continuous wave or pulsed gas laser or solid laser is used. As the gas laser, excimer laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, Ti: sapphire laser, or the like is used. As the solid-state laser, a laser using a crystal such as YAG, YVO 4 , YLF, or YAlO 3 doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm is used.

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

次に、結晶質半導体層1127〜1130を覆う絶縁層を形成する。絶縁層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素を含む層、酸化窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層を、単層で又は積層して形成する。   Next, an insulating layer covering the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 is formed. The insulating layer is formed by a single layer or a stack of layers containing silicon oxide or silicon nitride by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. Specifically, a layer containing silicon oxide, a layer containing silicon oxynitride, or a layer containing silicon nitride oxide is formed as a single layer or a stacked layer.

次に、絶縁層上に、第1の導電層と第2の導電層を積層して形成する。第1の導電層は、プラズマCVD法やスパッタリング法により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電層は、公知の手段により、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導電層と第2の導電層は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nd)等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。   Next, a first conductive layer and a second conductive layer are stacked over the insulating layer. The first conductive layer is formed with a thickness of 20 to 100 nm by a plasma CVD method or a sputtering method. The second conductive layer is formed with a thickness of 100 to 400 nm by a known means. The first conductive layer and the second conductive layer include tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), niobium ( Nd) or the like or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus is used.

第1の導電層と第2の導電層との組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル(TaN)層とタングステン(W)層、窒化タングステン(WN)層とタングステン層、窒化モリブデン(MoN)層とモリブデン(Mo)層等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電層と第2の導電層を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。   Examples of combinations of the first conductive layer and the second conductive layer include a tantalum nitride (TaN) layer and a tungsten (W) layer, a tungsten nitride (WN) layer and a tungsten layer, and a molybdenum nitride (MoN) layer. A molybdenum (Mo) layer etc. are mentioned. Since tungsten and tantalum nitride have high heat resistance, heat treatment for thermal activation can be performed after the formation of the first conductive layer and the second conductive layer.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極を形成するためのエッチング処理を行って、ゲート電極として機能する導電層(ゲート電極層とよぶことがある)1107〜1110を形成する。   Next, a resist mask is formed using a photolithography method, etching treatment for forming a gate electrode is performed, and conductive layers functioning as gate electrodes (sometimes referred to as gate electrode layers) 1107 to 1110 Form.

次に、結晶質半導体層1127〜1130に、イオンドープ法又はイオン注入法により、N型を付与する不純物元素を低濃度に添加して、N型不純物領域を形成する。N型を付与する不純物元素は、15族に属する元素を用いれば良く、例えばリン(P)、砒素(As)を用いる。また、P型を付与する不純物元素を添加して、P型不純物領域を形成してもよい。P型を付与する不純物元素は、例えばボロン(B)を用いる。   Next, an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 at a low concentration by ion doping or ion implantation to form N-type impurity regions. The impurity element imparting N-type may be an element belonging to Group 15, for example, phosphorus (P) or arsenic (As). Further, an impurity element imparting P-type may be added to form a P-type impurity region. For example, boron (B) is used as the impurity element imparting P-type.

次に、絶縁層と導電層1107〜1110を覆うように、絶縁層を形成する。絶縁層は、公知の手段(プラズマCVD法やスパッタリング法)により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む層(無機層と表記することがある)や、有機樹脂などの有機材料を含む層(有機層と表記することがある)を、単層又は積層して形成する。好ましくは、絶縁層として、珪素の酸化物からなる層を形成する。   Next, an insulating layer is formed so as to cover the insulating layer and the conductive layers 1107 to 1110. The insulating layer is formed by a known means (plasma CVD method or sputtering method) such as a layer containing an inorganic material of silicon, silicon oxide or silicon nitride (sometimes referred to as an inorganic layer), or an organic resin. A layer containing an organic material (sometimes referred to as an organic layer) is formed as a single layer or a stacked layer. Preferably, a layer made of an oxide of silicon is formed as the insulating layer.

次に、絶縁層を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電層1107〜1110の側面に接する絶縁層(以下、サイドウォール絶縁層とよぶ)1115〜1118を形成する(図9(B)参照)。サイドウォール絶縁層1115〜1117は、後にソース領域及びドレイン領域を形成するためのドーピング用のマスクとして用いる。   Next, the insulating layer is selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction to form insulating layers (hereinafter referred to as sidewall insulating layers) 1115 to 1118 in contact with the side surfaces of the conductive layers 1107 to 1110. It is formed (see FIG. 9B). The sidewall insulating layers 1115 to 1117 are used as doping masks for forming a source region and a drain region later.

なお、サイドウォール絶縁層1115〜1118を形成するためのエッチング工程により、絶縁層もエッチングされ、ゲート絶縁層1119〜1122が形成される。ゲート絶縁層1119〜1122は、導電層1107〜1110及びサイドウォール絶縁層1115〜1118と重なる層である。このように、ゲート絶縁層がエッチングされてしまうのは、ゲート絶縁層とサイドウォール絶縁層1115〜1118の材料のエッチングレートが同じであるためであり、図9(B)ではその場合を示している。従って、ゲート絶縁層とサイドウォール絶縁層1115〜1118の材料のエッチングレートが異なる場合には、サイドウォール絶縁層1115〜1118を形成するためのエッチング工程を経ても、絶縁層が残存する場合がある。   Note that the insulating layer is also etched by the etching step for forming the sidewall insulating layers 1115 to 1118 to form gate insulating layers 1119 to 1122. The gate insulating layers 1119 to 1122 overlap with the conductive layers 1107 to 1110 and the sidewall insulating layers 1115 to 1118. Thus, the gate insulating layer is etched because the etching rates of the materials of the gate insulating layer and the sidewall insulating layers 1115 to 1118 are the same. FIG. 9B shows such a case. Yes. Accordingly, when the gate insulating layer and the sidewall insulating layers 1115 to 1118 have different etching rates, the insulating layer may remain even after an etching process for forming the sidewall insulating layers 1115 to 1118. .

続いて、サイドウォール絶縁層1115〜1118をマスクとして、結晶質半導体層1127〜1130にN型を付与する不純物元素を添加して、第1のN型不純物領域(LDD領域ともよぶ)1123a〜1123dと、第2のN型不純物領域(ソース領域及びドレイン領域領域ともよぶ)1124a〜1124dとを形成する。第1のN型不純物領域1123a〜1123dが含む不純物元素の濃度は、第2のN型不純物領域1124a〜1124dの不純物元素の濃度よりも低い。   Subsequently, an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 using the sidewall insulating layers 1115 to 1118 as masks, so that first N-type impurity regions (also referred to as LDD regions) 1123a to 1123d. And second N-type impurity regions (also referred to as source region and drain region region) 1124a to 1124d are formed. The concentration of the impurity element contained in the first N-type impurity regions 1123a to 1123d is lower than the concentration of the impurity element in the second N-type impurity regions 1124a to 1124d.

なお、第1のN型不純物領域1123a〜1123dを形成するためには、ゲート電極を2層以上の積層構造とし、該ゲート電極がテーパ部を有するようなエッチングや異方性エッチングを行って該ゲート電極を構成する下層の導電層をマスクとして用いる手法と、サイドウォール絶縁層をマスクとして用いる手法がある。前者の手法を採用して形成された薄膜トランジスタはGOLD(Gate Overlapped Lightly Doped drain)構造になる。本発明は、前者と後者のどちらの手法を用いてもよい。但し、後者のサイドウォール絶縁層をマスクとして用いる手法を用いると、LDD領域を確実に形成することができ、また、LDD領域の幅の制御が容易になるという利点がある。   Note that in order to form the first N-type impurity regions 1123a to 1123d, the gate electrode has a stacked structure of two or more layers, and etching or anisotropic etching is performed so that the gate electrode has a tapered portion. There are a method using a lower conductive layer constituting the gate electrode as a mask and a method using a sidewall insulating layer as a mask. A thin film transistor formed by adopting the former method has a GOLD (Gate Overlapped Lightly Doped Drain) structure. In the present invention, either the former method or the latter method may be used. However, the use of the latter method using the sidewall insulating layer as a mask has an advantage that the LDD region can be reliably formed and the width of the LDD region can be easily controlled.

上記工程を経て、n型のTFT1131〜1134が完成する。   Through the above steps, n-type TFTs 1131 to 1134 are completed.

n型のTFT1131〜1134は、LDD構造を有し、第1のn型不純物領域(LDD領域ともよぶ。)と第2のn型不純物領域(ソース領域及びドレイン領域ともよぶ。)とチャネル形成領域を含む活性層と、ゲート絶縁層と、ゲート電極として機能する導電層とを有する。   The n-type TFTs 1131 to 1134 have an LDD structure, and include a first n-type impurity region (also referred to as an LDD region), a second n-type impurity region (also referred to as a source region and a drain region), and a channel formation region. An active layer, a gate insulating layer, and a conductive layer functioning as a gate electrode.

次に、TFT1131〜1134を覆うように、単層又は積層で絶縁層を形成する。TFT1131〜1134を覆う絶縁層は、公知の手段(SOG法、液滴吐出法等)により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の有機材料等により、単層又は積層で形成する。シロキサン系の材料とは、例えば、シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。   Next, an insulating layer is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the TFTs 1131 to 1134. The insulating layer covering the TFTs 1131 to 1134 is formed by known means (SOG method, droplet discharge method, etc.), inorganic materials such as silicon oxide and silicon nitride, polyimide, polyamide, benzocyclobutene, acrylic, epoxy, A single layer or a stacked layer is formed using an organic material such as siloxane. With a siloxane-based material, for example, siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent.

図示する断面構造では、TFT1131〜1134を覆うように、絶縁層を2層積層して形成した場合を示し、1層目の絶縁層1142として窒化珪素を含む層を形成し、2層目の絶縁層1141として酸化珪素を含む層を形成する。さらには、2層目の絶縁層1141上に、3層目の絶縁層として酸化珪素を含む層を形成してもよい。   The cross-sectional structure shown in the figure shows a case where two insulating layers are stacked so as to cover the TFTs 1131 to 1134, and a layer containing silicon nitride is formed as the first insulating layer 1142, and the second insulating layer is formed. A layer containing silicon oxide is formed as the layer 1141. Further, a layer containing silicon oxide may be formed over the second insulating layer 1141 as the third insulating layer.

なお、絶縁層1141、1142を形成する前、又は絶縁層1141、1142のうちの1つ又は複数の薄膜を形成した後に、半導体層の結晶性の回復や半導体層に添加された不純物元素の活性化、半導体層の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザアニール法又はRTA法などを適用するとよい。   Note that before the insulating layers 1141 and 1142 are formed or after one or more thin films of the insulating layers 1141 and 1142 are formed, the crystallinity of the semiconductor layer is restored and the activity of the impurity element added to the semiconductor layer is increased. Heat treatment for the purpose of hydrogenation of the semiconductor layer is preferably performed. For the heat treatment, thermal annealing, laser annealing, RTA, or the like is preferably applied.

次に、図9(C)に示すように、フォトリソグラフィ法により絶縁層1141、1142をエッチングして、第2のN型不純物領域1124a〜1124dを露出させるコンタクトホール1143〜1150を形成する。   Next, as shown in FIG. 9C, the insulating layers 1141 and 1142 are etched by photolithography to form contact holes 1143 to 1150 that expose the second N-type impurity regions 1124a to 1124d.

次に、図9(D)に示すように、コンタクトホール1143〜1150を充填するように、導電層を形成し、当該導電層をパターン加工して、導電層1154〜1162を形成する。導電層1155〜1162は、TFTのソース配線又はドレイン配線として機能し、導電層1154はアンテナとして機能する。   Next, as illustrated in FIG. 9D, a conductive layer is formed so as to fill the contact holes 1143 to 1150, and the conductive layer is patterned to form conductive layers 1154 to 1162. The conductive layers 1155 to 1162 function as a source wiring or a drain wiring of the TFT, and the conductive layer 1154 functions as an antenna.

導電層1154〜1162は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ネオジウム(Nd)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。   The conductive layers 1154 to 1162 are formed of an element selected from titanium (Ti), aluminum (Al), and neodymium (Nd) by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like, or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component Thus, a single layer or a stacked layer is formed. The alloy material containing aluminum as a main component corresponds to, for example, a material containing aluminum as a main component and containing nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon.

導電層1154〜1162は、例えば、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層とバリア層、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層と窒化チタン(TiN)層とバリア層の積層構造を採用するとよい。なお、バリア層とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる層に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電層1154〜1162を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンと、結晶質半導体層との、良好なコンタクトをとることができる。また、チタンは、還元性の高い元素であるため、チタンからなるバリア層を形成すると、結晶質半導体層上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体層と良好なコンタクトをとることができる。   The conductive layers 1154 to 1162 employ, for example, a stacked structure of a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer and a barrier layer, a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a barrier layer. Good. Note that the barrier layer corresponds to a layer formed of titanium, titanium nitride, molybdenum, or molybdenum nitride. Aluminum and aluminum silicon are suitable materials for forming the conductive layers 1154 to 1162 because they have low resistance and are inexpensive. In addition, when an upper layer and a lower barrier layer are provided, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be prevented. When a lower barrier layer is provided, good contact between aluminum or aluminum silicon and the crystalline semiconductor layer can be obtained. Titanium is a highly reducible element. Therefore, when a barrier layer made of titanium is formed, even if a thin natural oxide film is formed on the crystalline semiconductor layer, this natural oxide film is reduced and crystalline. Good contact can be made with the semiconductor layer.

次に、図9(E)に示すように、導電層1154〜1162を覆うように、単層又は積層で絶縁層1163を形成する。導電層1154〜1162を覆う絶縁層1163は、薄膜トランジスタを覆う絶縁層1142と同様の手法及び材料を用いて形成することができる。次に、導電層1154〜1162を覆う絶縁層1163にコンタクトホールを形成し、第1の導電層1164を形成する。導電層1164は、後に形成される記憶素子の第1の導電層として機能する。なお、第1の導電層は薄膜トランジスタ1132を覆うように形成する。   Next, as illustrated in FIG. 9E, an insulating layer 1163 is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the conductive layers 1154 to 1162. The insulating layer 1163 covering the conductive layers 1154 to 1162 can be formed using a method and a material similar to those of the insulating layer 1142 covering the thin film transistor. Next, a contact hole is formed in the insulating layer 1163 covering the conductive layers 1154 to 1162, and the first conductive layer 1164 is formed. The conductive layer 1164 functions as a first conductive layer of a memory element to be formed later. Note that the first conductive layer is formed so as to cover the thin film transistor 1132.

次に、第1の導電層1164の端部を覆うように絶縁層1165を形成した後、有機化合物層又は相変化層1166、第2の導電層1167を形成する。第1の導電層1164、有機化合物層又は相変化層1166、及び第2の導電層1167で記憶素子1169を構成する。この後、絶縁層1168を形成してもよい。当該絶縁層1168は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などの炭素を含む層、窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層、有機材料(好ましくはエポキシ樹脂)を含む層等に相当する。なお、絶縁層は、保護層として機能するものであり、必要がなければ形成しなくてもよい。また、絶縁層1168として、膜厚の厚い(代表的には5〜100μm、好ましくは5〜50μm、更に好ましくは5〜10μm)有機化合物からなる層を形成すると、剥離層1101、1102を除去した後でも、基板1100上の複数の素子に重みがつき、基板1100からの飛散を防止し、さらに、巻かれた形状になることがなく、素子の破壊や損傷を防止することができる。以下、TFT1131〜1134及び記憶素子1169を含むを複数のトランジスタを有する素子形成層1170と示す。   Next, an insulating layer 1165 is formed so as to cover an end portion of the first conductive layer 1164, and then an organic compound layer or phase change layer 1166 and a second conductive layer 1167 are formed. The first conductive layer 1164, the organic compound layer or phase change layer 1166, and the second conductive layer 1167 form a memory element 1169. After that, an insulating layer 1168 may be formed. The insulating layer 1168 corresponds to a layer containing carbon such as DLC (diamond-like carbon), a layer containing silicon nitride, a layer containing silicon nitride oxide, a layer containing an organic material (preferably an epoxy resin), or the like. Note that the insulating layer functions as a protective layer, and may not be formed if not necessary. In addition, when the insulating layer 1168 is formed of a thick layer (typically 5 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm, more preferably 5 to 10 μm) of an organic compound, the separation layers 1101 and 1102 are removed. Even after that, a plurality of elements on the substrate 1100 are weighted to prevent scattering from the substrate 1100, and further, without being wound, the element can be prevented from being broken or damaged. Hereinafter, an element formation layer 1170 including a plurality of transistors including the TFTs 1131 to 1134 and the memory element 1169 is described.

また、記憶素子の有機化合物層を、インクジェットに代表される液滴吐出法により形成してもよい。液滴吐出法を用いることにより、材料の利用効率を向上させて、作製工程を簡略化した半導体装置の作製方法を提供することができる。また、作製時間の短縮及び作製費用の低減を実現した半導体装置の作製方法を提供することができる。   Further, the organic compound layer of the memory element may be formed by a droplet discharge method typified by inkjet. By using a droplet discharge method, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the material use efficiency is improved and the manufacturing process is simplified. In addition, a method for manufacturing a semiconductor device that can reduce manufacturing time and manufacturing cost can be provided.

次に、図10(A)に示すように、剥離層1101、1102が露出するように、フォトリソグラフィ法により絶縁層1105、1141、1142、1163、1165、1168をエッチングして、開口部1171、1172を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 10A, the insulating layers 1105, 1141, 1142, 1163, 1165, and 1168 are etched by a photolithography method so that the separation layers 1101 and 1102 are exposed, whereby openings 1171, 1172 is formed.

次に、図10(B)に示すように、開口部1171、1172にエッチング剤を導入して、剥離層1101、1102を除去する。エッチング剤は、ウエットエッチングであれば、フッ酸を水やフッ化アンモニウムで希釈した混液、フッ酸と硝酸の混液、フッ酸と硝酸と酢酸の混液、過酸化水素と硫酸の混液、過酸化水素とアンモニウム水と水の混液、過酸化水素と塩酸と水の混液等を用いる。また、ドライエッチングであれば、フッ素等のハロゲン系の原子や分子を含む気体、又は酸素を含む気体を用いる。好ましくは、エッチング剤として、フッ化ハロゲン又はハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素(ClF)を使用する。 Next, as illustrated in FIG. 10B, an etchant is introduced into the openings 1171 and 1172 to remove the peeling layers 1101 and 1102. If the etching agent is wet etching, a mixture of hydrofluoric acid diluted with water or ammonium fluoride, a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid, a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid, a mixture of hydrogen peroxide and sulfuric acid, hydrogen peroxide And a mixed solution of ammonium water and water, a mixed solution of hydrogen peroxide, hydrochloric acid, and water. In the case of dry etching, a gas containing a halogen atom or molecule such as fluorine or a gas containing oxygen is used. Preferably, a gas or liquid containing halogen fluoride or an interhalogen compound is used as an etchant. For example, chlorine trifluoride (ClF 3 ) is used as a gas containing halogen fluoride.

次に、図10(C)に示すように、複数のトランジスタを有する素子形成層1170において記憶素子が形成されている面を、基体1181に接着させた後、複数のトランジスタを有する素子形成層1170を基板1100から完全に剥離する(図11(A)の断面図参照)。   Next, as illustrated in FIG. 10C, the element formation layer 1170 including a plurality of transistors is bonded to the base 1181 after the surface where the memory element is formed, and then the element formation layer 1170 including the plurality of transistors. Is completely peeled from the substrate 1100 (see the cross-sectional view of FIG. 11A).

基体1181は、実施形態1で示される基板200aと同様の材料を用いることができる。   The base 1181 can be formed using a material similar to that of the substrate 200a described in Embodiment 1.

次に、図11(B)に示すように、複数のトランジスタを有する素子形成層1170の他方の面を、接着剤1182aを用いて基板1183aに接着させる。 Next, as illustrated in FIG. 11B, the other surface of the element formation layer 1170 including a plurality of transistors is bonded to a substrate 1183a with an adhesive 1182a.

基板1183aには、実施形態1で示される基板200aと同様の材料を用いることができる。   For the substrate 1183a, a material similar to that of the substrate 200a described in Embodiment 1 can be used.

次に、複数のトランジスタを有する素子形成層1170と基体1181とが接着したものを、スライシング装置やレーザ照射装置等を用いて分断する。   Next, a structure in which the element formation layer 1170 including a plurality of transistors is bonded to the base 1181 is cut using a slicing device, a laser irradiation device, or the like.

上記工程を経て、非接触でデータを交信する機能を有する半導体装置が完成する。   Through the above steps, a semiconductor device having a function of communicating data without contact is completed.

また、本実施形態では、複数のトランジスタを有する素子形成層1170と、基板1183とを接着させた後、分断して半導体装置を形成しているが、この工程に限定されない。複数のトランジスタを有する素子形成層1170と基体1181を接着し、分断した後、複数のトランジスタを有する素子形成層1170に、基板1183を接着してもよい。     In this embodiment mode, the element formation layer 1170 having a plurality of transistors and the substrate 1183 are bonded, and then divided to form a semiconductor device. However, the present invention is not limited to this step. After the element formation layer 1170 including a plurality of transistors and the base 1181 are bonded and divided, the substrate 1183 may be bonded to the element formation layer 1170 including a plurality of transistors.

このように、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であり、フレキシブル性を有するために、多種多様の用途が実現し、物品に貼り付けても、その物品のデザイン性を損なうことがない。
(実施形態7)
本実施形態の半導体装置の構成について、図26、27を参照して説明する。
As described above, since the semiconductor device of the present invention is small, thin, lightweight, and flexible, it can be used in a wide variety of applications, and even when attached to an article, the design of the article may be impaired. Absent.
(Embodiment 7)
The configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態の半導体装置の斜視図について、図26(A)を用いて説明する。本実施形態の半導体装置は、図26(A)に示すように、基板上に複数のトランジスタが集積された構成を有する。ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層101bと、基板108bに設けられたアンテナを有する素子形成層107bが形成されており、記憶素子と複数のトランジスタを有する素子形成層101bは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103と、記憶素子を有する領域104とで構成されている。また、基板108b上にはアンテナとして機能する導電層105を有する素子形成層107bが形成されており、複数のトランジスタを有する素子形成層101bの裏面において、導電層105と接着層で貼り合わせられた構成を有する。ここで、複数のトランジスタを有する素子形成層101bの裏面とは、絶縁層が露出されている面をいう。   A perspective view of the semiconductor device of this embodiment is described with reference to FIG. As shown in FIG. 26A, the semiconductor device of this embodiment has a structure in which a plurality of transistors are integrated on a substrate. Here, an element formation layer 101b including a plurality of transistors and an element formation layer 107b including an antenna provided over a substrate 108b are formed. The element formation layer 101b including a memory element and a plurality of transistors is typically Consists of regions 102 and 103 having a plurality of TFTs, and a region 104 having a memory element. Further, an element formation layer 107b including the conductive layer 105 functioning as an antenna is formed over the substrate 108b, and the conductive layer 105 and the adhesive layer are attached to the back surface of the element formation layer 101b including a plurality of transistors. It has a configuration. Here, the back surface of the element formation layer 101b including a plurality of transistors refers to the surface where the insulating layer is exposed.

次に、図26(A)に示す構成を有する半導体装置の断面構造について、図27(A)を用いて説明する。複数のトランジスタを有する素子形成層101bが基板100bに設けられている。ここでは、複数の回路を有する素子形成層101bとして、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111(図26(A)の記憶素子を有する領域104の一部)、記憶素子のスイッチング用のTFT112(図26(A)の記憶素子を有する領域104の一部)、電源回路、クロック発生回路、データ復調/変調回路等のアンテナで受信した信号を処理する回路を構成するTFT113(図26(A)の複数のTFTを有する領域102の一部)、制御回路、インターフェイス等の回路を構成するTFT114(図26(A)の複数のTFTを有する領域103の一部)を示す。   Next, a cross-sectional structure of the semiconductor device having the structure illustrated in FIG. 26A will be described with reference to FIG. An element formation layer 101b including a plurality of transistors is provided over the substrate 100b. Here, as the element formation layer 101b having a plurality of circuits, a TFT 111 (a part of the region 104 having the memory element in FIG. 26A) that forms a circuit for operating the memory element, and a TFT 112 for switching the memory element ( TFT 113 which constitutes a circuit for processing a signal received by an antenna such as a power supply circuit, a clock generation circuit, a data demodulation / modulation circuit, etc. (FIG. 26A). The TFT 114 (part of the region 103 having a plurality of TFTs in FIG. 26A) forming a circuit such as a control circuit and an interface is shown.

また、複数のトランジスタを有する素子形成層101bとアンテナを有する素子形成層107bは接着層106で貼り合わせられている。具体的には、絶縁層115とアンテナを有する素子形成層107bは接着層106で貼り合わせられている。また、素子形成層101bのTFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cと、素子形成層101bのアンテナとして機能する導電層125bは、接着層106の導電性粒子109を介して電気的に接続されている。 The element formation layer 101b including a plurality of transistors and the element formation layer 107b including an antenna are attached to each other with an adhesive layer 106. Specifically, the insulating layer 115 and the element formation layer 107 b having an antenna are attached to each other with an adhesive layer 106. In addition, the conductive layer 124c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 of the element formation layer 101b and the conductive layer 125b functioning as an antenna of the element formation layer 101b are electrically connected through the conductive particles 109 of the adhesive layer 106. It is connected.

TFT111〜114は、基板100bと絶縁層115との間に設けられてまた、TFT111〜114を覆う絶縁層122が形成されている。   The TFTs 111 to 114 are provided between the substrate 100 b and the insulating layer 115, and an insulating layer 122 that covers the TFTs 111 to 114 is formed.

また、TFT111〜114と、パッシベーション膜として機能する絶縁層122を覆うように、絶縁層123が設けられており、これらの絶縁層123は、表面を平坦化するために設けられている。ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124a〜124dは、ソース領域及びドレイン領域119a〜119dに接し、絶縁層123に設けられたコンタクトホールを充填する。また、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cの一方は、絶縁層115、122、123を貫通しており、素子形成層101の裏面に露出している。   In addition, an insulating layer 123 is provided so as to cover the TFTs 111 to 114 and the insulating layer 122 functioning as a passivation film, and these insulating layers 123 are provided to planarize the surface. The conductive layers 124 a to 124 d functioning as source wirings or drain wirings are in contact with the source and drain regions 119 a to 119 d and fill contact holes provided in the insulating layer 123. In addition, one of the conductive layers 124 c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 passes through the insulating layers 115, 122, and 123 and is exposed on the back surface of the element formation layer 101.

また、導電層124a〜124d、125bを覆うように、絶縁層126、127が設けられている。これらの絶縁層126、127は、表面を平坦化する目的と、TFT111〜114及び導電層124a〜124d、125bを保護する目的で設けられている。   In addition, insulating layers 126 and 127 are provided so as to cover the conductive layers 124a to 124d and 125b. These insulating layers 126 and 127 are provided for the purpose of flattening the surface and for protecting the TFTs 111 to 114 and the conductive layers 124a to 124d and 125b.

また、絶縁層127上に記憶素子134が設けられている。   In addition, the memory element 134 is provided over the insulating layer 127.

絶縁層127上に、第1の導電層131、有機化合物層又は相変化層132、第2の導電層133が順に積層されており、この積層体が記憶素子134に相当する。隣接する有機化合物層又は相変化層132の間には、絶縁層135が設けられている。第1の導電層131は、TFT112のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124bと接続する。導電層133上には、絶縁層136が設けられている。なお、TFT112は記憶素子のスイッチング用のTFTとして機能する。また、その他の記憶素子それぞれにもスイッチング用のTFTが設けられている。この構造では、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。   A first conductive layer 131, an organic compound layer or phase change layer 132, and a second conductive layer 133 are sequentially stacked over the insulating layer 127, and this stacked body corresponds to the memory element 134. An insulating layer 135 is provided between adjacent organic compound layers or phase change layers 132. The first conductive layer 131 is connected to the conductive layer 124 b that functions as a source wiring or a drain wiring of the TFT 112. An insulating layer 136 is provided over the conductive layer 133. Note that the TFT 112 functions as a TFT for switching the memory element. In addition, a switching TFT is provided in each of the other memory elements. In this structure, the semiconductor device has an active matrix memory circuit.

また、絶縁層136上には基板100bが設けられている。   A substrate 100b is provided over the insulating layer 136.

次に、図27(A)のトランジスタを設けた記憶素子の代わりに、スイッチング用のトランジスタを有しない記憶素子を有する半導体装置、即ちパッシブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置の断面構造について、図27(B)を用いて説明する。より詳しくは、図27(A)に示した半導体装置と比較すると、記憶素子154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 including a memory element that does not include a switching transistor, that is, a semiconductor device including a passive matrix memory circuit, instead of the memory element provided with the transistor in FIG. 27 (B). More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which the structure of the memory element 154 is different from that of the semiconductor device illustrated in FIG.

絶縁層127上に、TFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aに接続するように、第1の導電層151が設けられ、第1の導電層151に接するように有機化合物層又は相変化層152が設けられ、有機化合物層又は相変化層152に接するように第2の導電層153が設けられている。第1の導電層151と、有機化合物層又は相変化層152と、第2の導電層153との積層体が記憶素子154に相当する。隣接する有機化合物層又は相変化層152の間には、絶縁層155が設けられている。記憶素子154上には、絶縁層156が設けられている。   A first conductive layer 151 is provided over the insulating layer 127 so as to be connected to the conductive layer 124 a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111, and an organic compound layer or a phase is in contact with the first conductive layer 151. A change layer 152 is provided, and a second conductive layer 153 is provided so as to be in contact with the organic compound layer or the phase change layer 152. A stacked body of the first conductive layer 151, the organic compound layer or phase change layer 152, and the second conductive layer 153 corresponds to the memory element 154. An insulating layer 155 is provided between adjacent organic compound layers or phase change layers 152. An insulating layer 156 is provided over the memory element 154.

本発明の半導体装置は、記憶素子と複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程とアンテナとして機能する導電層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、記憶素子と複数のトランジスタを有する素子形成層や、アンテナそれぞれが形成された時点で、各回路の性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や、アンテナを電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   In the semiconductor device of the present invention, the step of forming an element formation layer including a memory element and a plurality of transistors and the step of forming a conductive layer functioning as an antenna can be independently performed in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layer having the memory element and the plurality of transistors and the antenna is formed, the performance of each circuit is confirmed and selected to electrically connect the element formation layer having the plurality of transistors and the antenna. Thus, the semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態8)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について説明する。より詳しくは、図27に示した半導体装置と比較すると、アンテナを有する導電層の代わりに、記憶素子を有する素子形成層202bが形成された基板200bが貼り合わせられた構造の半導体装置の断面構造について説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described. More specifically, compared with the semiconductor device illustrated in FIG. 27, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which a substrate 200b over which an element formation layer 202b including a memory element is formed is bonded instead of a conductive layer including an antenna Will be described.

本実施形態の半導体装置は、図26(B)に示すように、第1の基板100b上に設けられた複数のトランジスタを有する素子形成層201bと、第2の基板200b上に形成された記憶素子を有する素子形成層202bとが、樹脂層で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 26B, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 201b having a plurality of transistors provided over a first substrate 100b and a memory formed over a second substrate 200b. The element formation layer 202b including an element has a structure in which a resin layer is attached.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層201bは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103と、アンテナとして機能する導電層105を有する。また、記憶素子を有する素子形成層202bは、記憶素子を有する領域104で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、図示しないが接着層の導電性粒子で接続されている。   Here, the element formation layer 201b including a plurality of transistors typically includes regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs, and a conductive layer 105 functioning as an antenna. In addition, the element formation layer 202b including a memory element includes a region 104 including a memory element. In addition, the region 104 having a memory element is connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like by conductive particles of an adhesive layer (not shown).

上記の図26(B)に示す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28を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 26B is described with reference to FIG.

図28(A)に示すように、アンテナとして機能する導電層複数のトランジスタを有する素子形成層201bに基板100bが設けられ、複数のトランジスタを有する素子形成層201bはTFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、TFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aは、裏面に露出している。   As shown in FIG. 28A, a substrate 100b is provided over an element formation layer 201b including a plurality of transistors having a conductive layer functioning as an antenna, and the element formation layer 201b including a plurality of transistors includes TFTs 111, 113, and 114. The structure of these TFTs is as described above. Further, the conductive layer 124a functioning as the source wiring or drain wiring of the TFT 111 is exposed on the back surface.

また、基板200b上に記憶素子を有する素子形成層202bが形成されている。複数のトランジスタを有する素子形成層201bと記憶素子を有する素子形成層202bは接着層106で貼り合わせられている。具体的には、絶縁層115と記憶素子を有する素子形成層202bは接着層106で貼り合わせられている。図28(A)においては、記憶素子234a、234bそれぞれに、スイッチング用のTFT212a、212bが接続されている。即ち、スイッチング用のTFT212a、212bのソース配線又はドレイン配線の一方に記憶素子の第1の導電層231a、231bが接続されている。また、スイッチング用のTFT212a、212bのソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層223の他方は、導電層225bを介して導電層226と接続している。なお、導電層225bは、記憶素子234a、234bの第1の導電層231a、231bと同時に形成された導電層であり、導電層226は、記憶素子234a、234bの第2の導電層233a、233bと同時に形成された導電層である。   In addition, an element formation layer 202b including a memory element is formed over the substrate 200b. The element formation layer 201 b including a plurality of transistors and the element formation layer 202 b including a memory element are attached to each other with an adhesive layer 106. Specifically, the insulating layer 115 and the element formation layer 202b including a memory element are attached to each other with an adhesive layer 106. In FIG. 28A, switching TFTs 212a and 212b are connected to the memory elements 234a and 234b, respectively. In other words, the first conductive layers 231a and 231b of the memory element are connected to one of the source wiring and the drain wiring of the switching TFTs 212a and 212b. The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFTs 212a and 212b is connected to a conductive layer formed simultaneously with the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 223 functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 226 through the conductive layer 225b. Note that the conductive layer 225b is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layers 231a and 231b of the memory elements 234a and 234b, and the conductive layer 226 is a second conductive layer 233a and 233b of the memory elements 234a and 234b. It is a conductive layer formed at the same time.

また、記憶素子のスイッチング用のTFT212aのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層223と、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aとは、接着層106中の導電性粒子109を介して電気的に接続されている。   The conductive layer 223 that functions as a source wiring or a drain wiring of the TFT 212a for switching the memory element and the conductive layer 124a that functions as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111 that constitutes a circuit for operating the memory element are an adhesive layer. They are electrically connected through conductive particles 109 in 106.

なお、記憶素子の構成によっては、記憶素子を有する素子形成層202bに対して、レーザ光を用いた光学的作用によりデータの書き込みを行う場合がある。そのような場合、記憶素子を有する素子形成層202bにおいて、スイッチング用のTFT212a、212bと、記憶素子234a、234bそれぞれが、重ならない領域を有するように、レイアウトをすることが必要である。   Note that depending on the structure of the memory element, data may be written to the element formation layer 202b including the memory element by an optical action using a laser beam. In such a case, in the element formation layer 202b having a memory element, it is necessary to make a layout so that the switching TFTs 212a and 212b and the memory elements 234a and 234b each have a non-overlapping region.

図28(A)に示す記憶素子234a、234bは、スイッチング用のTFT212a、212bが、各記憶素子234a、234bに設けられた記憶素子を示す。この構造では、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する半導体装置である。なお、図28(B)に示すように、第1の導電層251、有機化合物層又は相変化層252、第2の導電層253で構成される記憶素子254を有する基板を貼り合わせることも可能である。図28(B)においては、各記憶素子それぞれには、スイッチング用のTFTは設けられていないパッシブマトリクス型の記憶回路を示す。なお、第1の導電層251、有機化合物層又は相変化層252、第2の導電層253は、それぞれ実施形態1に示す第1の導電層151と、有機化合物層又は相変化層152と、第2の導電層153と同様の構造を用いることができる。   Memory elements 234a and 234b illustrated in FIG. 28A each indicate a memory element in which switching TFTs 212a and 212b are provided in the memory elements 234a and 234b. In this structure, the semiconductor device has an active matrix memory circuit. Note that as shown in FIG. 28B, a substrate having a memory element 254 including a first conductive layer 251, an organic compound layer or phase change layer 252, and a second conductive layer 253 can be attached. It is. FIG. 28B shows a passive matrix memory circuit in which each memory element is not provided with a switching TFT. Note that the first conductive layer 251, the organic compound layer or phase change layer 252, and the second conductive layer 253 are the first conductive layer 151, the organic compound layer or phase change layer 152 described in Embodiment 1, and A structure similar to that of the second conductive layer 153 can be used.

また、上記実施形態において、複数のトランジスタを有する素子形成層201bに記憶素子を動作させる回路が形成されるが、これに限定される物ではない。例えば、記憶素子を有する素子形成層202bに記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111が形成されてもよい。具体的には、図31(A)に示すように、記憶素子234a、234bとともに、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT511を基板500b上に形成した後、記憶素子とアンテナを有する素子形成層502bと、アンテナ及び複数のトランジスタを有する素子形成層501bと、導電性粒子109を有する接着層106で貼り合わせてもよい。このとき、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT511のソース配線又はドレイン配線524の一方と接続する導電層526と、TFT114のソース配線又はドレイン配線124dの一方とが、導電性粒子109を介して電気的に接続される。なお、導電層526は、TFT511のソース配線又はドレイン配線524の一方と導電層525を介して接続されている。また、導電層526は、記憶素子の第2の導電層と同時に形成された導電層であり、導電層525は、記憶素子の第1の導電層と同時に形成された導電層である。   In the above embodiment, a circuit for operating a memory element is formed in the element formation layer 201b including a plurality of transistors; however, the invention is not limited to this. For example, the TFT 111 that constitutes a circuit for operating the memory element may be formed in the element formation layer 202b including the memory element. Specifically, as illustrated in FIG. 31A, after the TFT 511 that forms a circuit for operating the memory element is formed over the substrate 500b together with the memory elements 234a and 234b, an element formation layer including the memory element and the antenna is formed. 502b, an element formation layer 501b including an antenna and a plurality of transistors, and an adhesive layer 106 including conductive particles 109 may be attached to each other. At this time, the conductive layer 526 connected to one of the source wiring or the drain wiring 524 of the TFT 511 and the one of the source wiring or the drain wiring 124d of the TFT 114 which form a circuit for operating the memory element are connected to each other through the conductive particles 109. Electrically connected. Note that the conductive layer 526 is connected to one of the source wiring and the drain wiring 524 of the TFT 511 through the conductive layer 525. The conductive layer 526 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer of the memory element, and the conductive layer 525 is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer of the memory element.

また、図28(A)において、記憶素子を有する素子形成層202bは基板200b上に形成された構造を有しているが、図31(B)に示すように、基板512b上に接着層513を介して記憶素子を有する素子形成層202bを貼り合せても良い。具体的には、基板上に剥離層を設け、剥離層上に複数のトランジスタを有する素子形成層202bを形成した後、複数のトランジスタを有する素子形成層202bを剥離層から剥離し、図31(B)に示すように、基板512b上に接着層513を介して複数のトランジスタを有する素子形成層202bを貼り合わせても良い。なお剥離方法としては、実施の形態1に示す剥離方法を適宜用いることが出来る。   In FIG. 28A, the element formation layer 202b having a memory element has a structure formed over the substrate 200b. However, as shown in FIG. 31B, the adhesive layer 513 is formed over the substrate 512b. An element formation layer 202b having a memory element may be attached to the substrate. Specifically, after a separation layer is provided over a substrate and an element formation layer 202b including a plurality of transistors is formed over the separation layer, the element formation layer 202b including a plurality of transistors is separated from the separation layer, and FIG. As shown in B), an element formation layer 202b having a plurality of transistors may be bonded to the substrate 512b with an adhesive layer 513 interposed therebetween. Note that as the peeling method, the peeling method described in Embodiment 1 can be used as appropriate.

また、基板512bとしては、基板200aと同様の材料を用いることができる。接着層513は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層に相当する。   For the substrate 512b, a material similar to that of the substrate 200a can be used. The adhesive layer 513 corresponds to a layer containing an adhesive such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an epoxy resin adhesive, or a resin additive.

上記のように、剥離した複数のトランジスタを有する素子形成層を、可撓性があり、薄くて軽いプラスチック基板に貼り合わせると、厚さが薄く、軽く、落下しても割れにくい半導体装置を提供することができる。また、曲面や異形の形状の物上に貼り合わせることが可能となり、多種多様の用途が実現する。例えば、薬の瓶のような曲面上に、本発明の半導体装置を密着して貼り合わせることができる。さらに、基板を再利用すれば、安価な半導体装置の提供を実現する。   As described above, a semiconductor device that is thin, light, and hard to crack even when dropped is provided by bonding an element formation layer having a plurality of peeled transistors to a flexible, thin and light plastic substrate. can do. In addition, it can be bonded onto a curved or irregularly shaped object, realizing a wide variety of uses. For example, the semiconductor device of the present invention can be closely attached to a curved surface such as a medicine bottle. Furthermore, if the substrate is reused, an inexpensive semiconductor device can be provided.

本発明の半導体装置は、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子を有する素子形成層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子それぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子を電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   In the semiconductor device of the present invention, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors and the step of forming an element formation layer having a memory element can be independently performed in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layer having a plurality of transistors and the memory element is formed, the performance of each element is confirmed and selected, and the element formation layer having a plurality of transistors and the memory element are electrically connected. A semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態9)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について説明する。より詳しくは、複数のトランジスタを有する素子形成層の裏面に、記憶素子及びアンテナが形成された層を有する基板が貼り合わせられた構造の半導体装置の断面構造について説明する。
(Embodiment 9)
In this embodiment, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described. More specifically, a cross-sectional structure of a semiconductor device in which a substrate having a layer in which a memory element and an antenna are formed is bonded to the back surface of an element formation layer having a plurality of transistors will be described.

本実施形態の半導体装置は、図26(C)に示すように、基板100bに設けられた複数のトランジスタを有する素子形成層301bと、第2の基板300b上に形成された記憶素子及びアンテナを有する素子形成層302bとが、接着層で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 26C, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 301b including a plurality of transistors provided over a substrate 100b, a memory element and an antenna formed over the second substrate 300b. The element formation layer 302b has a structure in which an adhesive layer is attached to the element formation layer 302b.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層301bは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103を有する。また、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層302bは、記憶素子を有する領域104及びアンテナとして機能する導電層105で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、図示しないが導電性粒子で接続されている。また、及びアンテナとして機能する導電層105は、通信回路を構成する複数のTFTを含む領域102と、図示しないが接着層の導電性粒子で接続されている。   Here, the element formation layer 301b including a plurality of transistors typically includes regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs. The element formation layer 302b including a memory element and an antenna includes a region 104 including a memory element and a conductive layer 105 functioning as an antenna. In addition, the region 104 having a memory element is connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like by conductive particles (not shown). In addition, the conductive layer 105 functioning as an antenna is connected to a region 102 including a plurality of TFTs constituting a communication circuit by conductive particles of an adhesive layer (not shown).

上記の図26(C)に示す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29を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 26C is described with reference to FIGS.

図29(A)に示すように、複数のTFTを有する素子形成層301bは、TFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、基板300b上に記憶素子334及びアンテナとして機能する導電層325を有する素子形成層302bが形成されている。図29(A)においては、記憶素子334に、スイッチング用のTFT312が接続されている。即ち、スイッチング用のTFT312のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層324の一方に、記憶素子334の第1の導電層が接続されており、アクティブマトリクス型の記憶回路を構成する。   As shown in FIG. 29A, an element formation layer 301b having a plurality of TFTs has TFTs 111, 113, and 114, and the structure of these TFTs is as described above. In addition, an element formation layer 302b including a memory element 334 and a conductive layer 325 functioning as an antenna is formed over the substrate 300b. In FIG. 29A, a switching TFT 312 is connected to the memory element 334. In other words, the first conductive layer of the memory element 334 is connected to one of the conductive layers 324 functioning as a source wiring or a drain wiring of the switching TFT 312 to form an active matrix memory circuit.

また、スイッチング用のTFT312のソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層324の他方は、導電層225bを介して導電層326と接続している。なお、導電層225bは、記憶素子の第1の導電層と同時に形成された導電層であり、導電層326は、記憶素子の第2の導電層と同時に形成された導電層であり、接続端子として機能する。   The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 312 is connected to a conductive layer formed simultaneously with the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 324 functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 326 through the conductive layer 225b. Note that the conductive layer 225b is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer of the memory element, and the conductive layer 326 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer of the memory element. Function as.

また、複数のTFTを有する素子形成層301bの裏面と、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層302bとは、導電性粒子109を有する接着層106で貼り合わせられている。即ち、絶縁層115と、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層302bとは、導電性粒子109を有する接着層106で貼り合わせられている。また、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cは裏面で露出されている。よって、TFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aは、導電性粒子109を介して、アンテナとして機能する導電層325と電気的に接続されている。   Further, the back surface of the element formation layer 301 b having a plurality of TFTs and the element formation layer 302 b having a memory element and an antenna are bonded to each other with an adhesive layer 106 having conductive particles 109. That is, the insulating layer 115 and the element formation layer 302 b including a memory element and an antenna are bonded to each other with the adhesive layer 106 including the conductive particles 109. Further, the conductive layer 124c functioning as the source wiring or drain wiring of the TFT 113 is exposed on the back surface. Therefore, the conductive layer 124 a that functions as the source wiring or the drain wiring of the TFT 111 is electrically connected to the conductive layer 325 that functions as an antenna through the conductive particles 109.

また、記憶素子334の第1の導電層又は第2の導電層と同時に、アンテナとして機能する導電層325が形成される。導電層325は、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cと、導電性粒子109を介して電気的に接続される。なお、導電層325は導電層326と同時に形成される。   In addition, a conductive layer 325 functioning as an antenna is formed at the same time as the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element 334. The conductive layer 325 is electrically connected to the conductive layer 124 c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 through the conductive particles 109. Note that the conductive layer 325 is formed at the same time as the conductive layer 326.

なお、記憶素子の構成によっては、記憶素子334に対して、レーザ光を用いた光学的作用によりデータの書き込みを行う場合がある。そのような場合、記憶素子を有する素子形成層302bにおいて、スイッチング用のTFT312及び記憶素子334、並びに導電層325及び記憶素子434が、重ならない領域を有するように、レイアウトをすることが必要である。   Note that depending on the structure of the memory element, data may be written to the memory element 334 by an optical action using a laser beam. In such a case, in the element formation layer 302b including a memory element, it is necessary to perform layout so that the switching TFT 312 and the memory element 334, and the conductive layer 325 and the memory element 434 have regions that do not overlap with each other. .

図29(A)に示す記憶素子334は、スイッチング用のTFT312が、各記憶素子に設けられた記憶素子を示す。なお、図29(B)に示すように、第1の導電層351、有機化合物層又は相変化層352、第2の導電層353で構成される記憶素子354及びアンテナとして機能する導電層525を有する基板300bを貼り合わせることも可能である。   A memory element 334 illustrated in FIG. 29A is a memory element in which a switching TFT 312 is provided in each memory element. Note that as shown in FIG. 29B, a memory element 354 including a first conductive layer 351, an organic compound layer or phase change layer 352, and a second conductive layer 353 and a conductive layer 525 functioning as an antenna are provided. It is also possible to attach the substrate 300b having the same.

また、複数のトランジスタを有する素子形成層301bに記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111が形成されるが、これに限定される物ではない。記憶素子を有する素子形成層302bに記憶素子を動作させる回路を構成するTFTが形成されてもよい。また、図29(A)において、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層302bは基板300b上に形成された構造を有しているが、基板300b上に接着層を介して記憶素子及びアンテナを有する素子形成層302bを貼り合せても良い。   In addition, although the TFT 111 which forms a circuit for operating the memory element is formed in the element formation layer 301b having a plurality of transistors, the invention is not limited to this. A TFT that constitutes a circuit for operating the memory element may be formed in the element formation layer 302b including the memory element. In FIG. 29A, an element formation layer 302b including a memory element and an antenna has a structure formed over a substrate 300b. The element formation layer 302b includes a memory element and an antenna over the substrate 300b with an adhesive layer interposed therebetween. The element formation layer 302b may be attached.

本発明の半導体装置は、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。 また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子、アンテナそれぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子、アンテナを電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。 In the semiconductor device of the present invention, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors and the step of forming an element formation layer having a memory element and an antenna can be performed independently and in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when each of the element formation layer having a plurality of transistors, the storage element, and the antenna is formed, the performance of each element is confirmed and selected to electrically connect the element formation layer, the storage element, and the antenna having a plurality of transistors. Thus, the semiconductor device can be completed. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態10)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について説明する。より詳しくは、複数のトランジスタを有する素子形成層401bを、アンテナが形成される基板及び記憶素子を有するが形成される基板で挟み込んだ構造の半導体装置の断面構造について、図26及び図30を用いて説明する。
(Embodiment 10)
In this embodiment, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described. In more detail, FIG. 26 and FIG. 30 are used for a cross-sectional structure of a semiconductor device in which an element formation layer 401b including a plurality of transistors is sandwiched between a substrate over which an antenna is formed and a substrate over which a memory element is formed. I will explain.

本実施形態の半導体装置は、図26(D)に示すように、基板108b上に形成されたアンテナとして機能する導電層を有する素子形成層107bと、基板200bに形成された記憶素子を有する素子形成層202bとを用いて、複数のトランジスタを有する素子形成層401bを挟み込んだ構造を有する。なお、複数のトランジスタを有する素子形成層401bと、アンテナとして機能する導電層を有する素子形成層202bとは、接着層で貼り合わせられており、複数のトランジスタを有する素子形成層401bと、アンテナとして機能する導電層を有する素子形成層107bとも接着層で貼り合わせられている。   As shown in FIG. 26D, the semiconductor device of this embodiment includes an element formation layer 107b having a conductive layer functioning as an antenna formed over a substrate 108b and an element having a memory element formed over the substrate 200b. The element formation layer 401b including a plurality of transistors is interposed between the formation layer 202b and the formation layer 202b. Note that the element formation layer 401b including a plurality of transistors and the element formation layer 202b including a conductive layer functioning as an antenna are attached to each other with an adhesive layer. The element formation layer 401b including a plurality of transistors and the antenna An element formation layer 107b having a functioning conductive layer is also attached to the adhesive layer.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層401bは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103を有する。また、記憶素子を有する素子形成層202bは、記憶素子を有する領域104で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、図示しないが接着層中の導電性粒子で接続されている。   Here, the element formation layer 401b including a plurality of transistors typically includes regions 102 and 103 including a plurality of TFTs. In addition, the element formation layer 202b including a memory element includes a region 104 including a memory element. In addition, the region 104 having a memory element is connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like by conductive particles in an adhesive layer (not shown).

また、アンテナとして機能する導電層105は、通信回路を構成する複数のTFTを含む領域102と、図示しないが接着層中の導電性粒子で接続されている。   In addition, the conductive layer 105 functioning as an antenna is connected to a region 102 including a plurality of TFTs constituting a communication circuit by conductive particles in an adhesive layer (not shown).

上記の図26(D)に示す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30を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 26D is described with reference to FIGS.

図30(A)に示すように、基板200b上に記憶素子を有する素子形成層202bが形成されている。複数のトランジスタを有する素子形成層401bと記憶素子を有する素子形成層202bは、導電性粒子109を有する接着層406で貼り合わせられている。また、複数のトランジスタを有する素子形成層401bは、TFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、TFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aに接続する接続配線は、複数の薄膜トランジスタを有する素子形成層401bの表面に露出している。また、TFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cは、複数の薄膜トランジスタを有する素子形成層401bの裏面に露出している。   As shown in FIG. 30A, an element formation layer 202b having a memory element is formed over a substrate 200b. The element formation layer 401 b including a plurality of transistors and the element formation layer 202 b including a memory element are attached to each other with an adhesive layer 406 including conductive particles 109. The element formation layer 401b having a plurality of transistors includes TFTs 111, 113, and 114, and the structure of these TFTs is as described above. A connection wiring connected to the conductive layer 124a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111 is exposed on the surface of the element formation layer 401b including a plurality of thin film transistors. Further, the conductive layer 124c functioning as the source wiring or drain wiring of the TFT 111 is exposed on the back surface of the element formation layer 401b having a plurality of thin film transistors.

図30(A)においては、記憶素子234a、234bそれぞれに、スイッチング用のTFT212a、212bが接続されている。即ち、スイッチング用のTFT212a、212bのソース配線又はドレイン配線の一方に記憶素子の第1の導電層231a、231bが接続されている。また、スイッチング用のTFT212a、212bのソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層225b、226と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層223の他方は、導電層225bを介して導電層226と接続している。   In FIG. 30A, switching TFTs 212a and 212b are connected to the memory elements 234a and 234b, respectively. In other words, the first conductive layers 231a and 231b of the memory element are connected to one of the source wiring and the drain wiring of the switching TFTs 212a and 212b. The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFTs 212a and 212b is connected to conductive layers 225b and 226 that are formed at the same time as the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 223 functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 226 through the conductive layer 225b.

また、記憶素子のスイッチング用のTFT212aのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層223と、記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124aとは、導電性粒子109および導電層を介して電気的に接続されている。   The conductive layer 223 functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 212a for switching the memory element and the conductive layer 124a functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 111 constituting a circuit for operating the memory element are conductive. It is electrically connected through the particle 109 and the conductive layer.

また、複数のトランジスタを有する素子形成層401bと、基板108bに形成された導電層125bを有する素子形成層107bは、導電性粒子109を含む接着層406により貼り合わせられている。また、TFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cは、アンテナとして機能する導電層125bと、接着層407中の導電性粒子109を介して電気的に接続されている。   In addition, the element formation layer 401 b including a plurality of transistors and the element formation layer 107 b including the conductive layer 125 b formed over the substrate 108 b are attached to each other with an adhesive layer 406 including conductive particles 109. In addition, the conductive layer 124 c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 is electrically connected to the conductive layer 125 b functioning as an antenna through the conductive particles 109 in the adhesive layer 407.

図30(A)に示す記憶素子234a、234bは、スイッチング用のTFT212a、212bが、設けられている。即ちアクティブマトリクス型記憶回路である。なお、図30(B)に示すように、第1の導電層251、有機化合物層又は相変化層252、第2の導電層253で構成される記憶素子254を有する基板を貼り合わせることも可能である。このような記憶素子はパッシブマトリクス型記憶回路を構成する。   In the memory elements 234a and 234b illustrated in FIG. 30A, switching TFTs 212a and 212b are provided. That is, an active matrix memory circuit. Note that as illustrated in FIG. 30B, a substrate having a memory element 254 including the first conductive layer 251, the organic compound layer or phase change layer 252, and the second conductive layer 253 can be attached. It is. Such a memory element constitutes a passive matrix memory circuit.

また、上記実施形態において、複数のトランジスタを有する素子形成層401bに記憶素子を動作させる回路が形成されるが、これに限定される物ではない。例えば、記憶素子を有する素子形成層202bに記憶素子を動作させる回路が形成されてもよい。   In the above embodiment, a circuit for operating a memory element is formed in the element formation layer 401b having a plurality of transistors; however, the invention is not limited to this. For example, a circuit for operating the memory element may be formed in the element formation layer 202b including the memory element.

また、図30(A)において、記憶素子を有する素子形成層202bは基板200bに形成された構造を有しているが、基板上に接着層を介して記憶素子を有する素子形成層202bを貼り合せても良い。   In FIG. 30A, the element formation layer 202b having a memory element has a structure formed over the substrate 200b, but the element formation layer 202b having a memory element is pasted over the substrate through an adhesive layer. May be combined.

本発明の半導体装置は、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子を有する素子形成層を形成する工程とアンテナとして機能する導電層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子、アンテナとして機能する導電層それぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子やアンテナとして機能する導電層を電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   In the semiconductor device of the present invention, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors, the step of forming an element formation layer having a memory element, and the step of forming a conductive layer functioning as an antenna are performed in parallel. It can be carried out. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when an element formation layer having a plurality of transistors, a storage element, and a conductive layer functioning as an antenna are formed, the performance of each element is confirmed and selected, and an element formation layer having a plurality of transistors or a storage layer is stored. A conductive layer functioning as an element or an antenna can be electrically connected to complete the semiconductor device. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態11)
本実施形態では、上記実施形態の構成とは異なる本発明の半導体装置の断面構造について説明する。より詳しくは、アンテナとして機能する導電層を有する素子形成層107bを有する基板108b上に複数のトランジスタを有する素子形成層601bを設け、さらにその上に記憶素子を有する素子形成層602bを搭載した構造の半導体装置の断面構造について、図26及び図32を用いて説明する。
(Embodiment 11)
In this embodiment, a cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention, which is different from the structure of the above embodiment, will be described. More specifically, a structure in which an element formation layer 601b having a plurality of transistors is provided over a substrate 108b having an element formation layer 107b having a conductive layer functioning as an antenna, and an element formation layer 602b having a memory element is mounted thereon. A cross-sectional structure of the semiconductor device will be described with reference to FIGS.

本実施形態の半導体装置は、図26(E)に示すように複数のトランジスタを有する素子形成層601bとアンテナが形成された基板108bとが接着層で貼り合わせられた構成を有する。又、複数のトランジスタを有する素子形成層601b上に、記憶素子を有する素子形成層602bが、接着層で貼り合わせられた構成を有する。   As shown in FIG. 26E, the semiconductor device of this embodiment has a structure in which an element formation layer 601b having a plurality of transistors and a substrate 108b on which an antenna is formed are attached to each other with an adhesive layer. In addition, the element formation layer 602b including a memory element is bonded to the element formation layer 601b including a plurality of transistors with an adhesive layer.

ここでは、複数のトランジスタを有する素子形成層601bは、代表的には複数のTFTを有する領域102、103及びアンテナとして機能する導電層105で構成される。また、記憶素子を有する素子形成層602は、記憶素子を有する領域104で構成される。また、記憶素子を有する領域104は、制御回路、インターフェイス等を構成する複数のTFTを含む領域103と、電気的に接続されている。   Here, the element formation layer 601b including a plurality of transistors is typically formed using regions 102 and 103 each including a plurality of TFTs and a conductive layer 105 functioning as an antenna. In addition, the element formation layer 602 including a memory element includes a region 104 including a memory element. Further, the region 104 having a memory element is electrically connected to a region 103 including a plurality of TFTs constituting a control circuit, an interface, and the like.

上記の図26(E)に示す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32を用いて説明する。   A cross-sectional structure of the semiconductor device of the present invention having the structure shown in FIG. 26E is described with reference to FIG.

図32に示すように、複数のTFTを有する素子形成層601bは、TFT111、113、114を有し、これらのTFTの構造は上述した通りである。また、記憶素子を有する素子形成層602bが形成された絶縁層621bが、絶縁層615上に接着層611を用いて搭載されている。   As shown in FIG. 32, the element formation layer 601b having a plurality of TFTs has TFTs 111, 113, and 114, and the structure of these TFTs is as described above. In addition, an insulating layer 621b over which an element formation layer 602b including a memory element is formed is mounted over the insulating layer 615 with the use of an adhesive layer 611.

また、複数のトランジスタを有する素子形成層601bとアンテナを有する素子形成層107bは接着層106で貼り合わせられている。具体的には、絶縁層115とアンテナを有する素子形成層107bは接着層106で貼り合わせられている。また、複数のトランジスタを有する素子形成層601bのTFT113のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124cと、素子形成層107bのアンテナとして機能する導電層125bは、接着層106の導電性粒子109を介して電気的に接続されている。 The element formation layer 601b including a plurality of transistors and the element formation layer 107b including an antenna are attached to each other with an adhesive layer 106. Specifically, the insulating layer 115 and the element formation layer 107 b having an antenna are attached to each other with an adhesive layer 106. In addition, the conductive layer 124c functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 113 of the element formation layer 601b including a plurality of transistors and the conductive layer 125b functioning as an antenna of the element formation layer 107b include the conductive particles 109 of the adhesive layer 106. Is electrically connected.

図32においては、記憶素子634に、スイッチング用のTFT112が接続されている。即ち、スイッチング用のTFT112のソース配線又はドレイン配線の一方に、記憶素子634の第1の導電層が接続されている。また、スイッチング用のTFT112のソース配線又はドレイン配線の他方は、記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と同時に形成された導電層と接続されている。ここでは、ソース配線又はドレイン配線として機能する導電層124bの他方は、導電層625を介して導電層626と接続している。なお、導電層625は、記憶素子の第1の導電層と同時に形成された導電層であり、導電層626は、記憶素子の第2の導電層と同時に形成された導電層であり、接続端子として機能する。 In FIG. 32, a switching TFT 112 is connected to the memory element 634. That is, the first conductive layer of the memory element 634 is connected to one of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 112. The other of the source wiring and the drain wiring of the switching TFT 112 is connected to a conductive layer formed simultaneously with the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element. Here, the other of the conductive layer 124 b functioning as a source wiring or a drain wiring is connected to the conductive layer 626 through the conductive layer 625. Note that the conductive layer 625 is a conductive layer formed at the same time as the first conductive layer of the memory element, and the conductive layer 626 is a conductive layer formed at the same time as the second conductive layer of the memory element. Function as.

また、記憶素子を有する素子形成層602に形成された記憶素子634のスイッチング用のTFT112と、複数のTFTを有する素子形成層601bに形成された記憶素子を動作させる回路を構成するTFT111とが、導電部材631で電気的に接続されている。   In addition, a switching TFT 112 of the memory element 634 formed in the element formation layer 602 having a memory element, and a TFT 111 constituting a circuit for operating the memory element formed in the element formation layer 601b having a plurality of TFTs, They are electrically connected by a conductive member 631.

図32に示す記憶素子634は、スイッチング用のTFT112が、各記憶素子に設けられた記憶素子を示す。なお、図33に示すように、TFTを有する記憶素子の代わりに、第1の導電層651、有機化合物層又は相変化層652、第2の導電層653で構成される記憶素子654が形成される基板622を、接着層611を用いて基板103b上に搭載することも可能である。   A memory element 634 illustrated in FIG. 32 is a memory element in which a switching TFT 112 is provided in each memory element. 33, a memory element 654 including a first conductive layer 651, an organic compound layer or phase change layer 652, and a second conductive layer 653 is formed instead of the memory element having a TFT. The substrate 622 can be mounted on the substrate 103b with the use of the adhesive layer 611.

また、本実施形態では、記憶素子を有する素子形成層602を素子形成層601上に搭載したが、これに限定されず、記憶素子及びアンテナを有する素子形成層や、アンテナを有する素子形成層を素子形成層601上に搭載しても良い。   In this embodiment, the element formation layer 602 having a memory element is mounted on the element formation layer 601. However, the present invention is not limited to this, and an element formation layer having a memory element and an antenna or an element formation layer having an antenna is provided. It may be mounted on the element formation layer 601.

本発明の半導体装置は、複数のTFTを有する素子形成層上に、記憶素子を含む層を積層した構成を有することを特徴とし、上記特徴により、小型の半導体装置を提供することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層を形成する工程と、記憶素子を有する素子形成層を形成する工程、アンテナとして機能する導電層を形成する工程を、独立に並行して行うことができる。従って、本発明は短時間で効率よく半導体装置を作製することができる。また、複数のトランジスタを有する素子形成層や、記憶素子、アンテナとして機能する導電層それぞれが形成された時点で、それぞれの性能を確認し、選別して、複数のトランジスタを有する素子形成層や記憶素子を電気的に接続させ半導体装置を完成させることができる。従って、欠陥品が作製される割合を抑えることができ、歩留まりを改善することができる。   The semiconductor device of the present invention has a structure in which a layer including a memory element is stacked over an element formation layer having a plurality of TFTs. With the above characteristics, a small semiconductor device can be provided. In addition, the step of forming an element formation layer having a plurality of transistors, the step of forming an element formation layer having a memory element, and the step of forming a conductive layer functioning as an antenna can be independently performed in parallel. Therefore, the present invention can manufacture a semiconductor device efficiently in a short time. In addition, when an element formation layer having a plurality of transistors, a storage element, and a conductive layer functioning as an antenna are formed, the performance of each element is confirmed and selected, and an element formation layer having a plurality of transistors or a storage layer is stored. Elements can be electrically connected to complete a semiconductor device. Therefore, the rate at which defective products are produced can be suppressed, and the yield can be improved.

(実施形態12)
本実施形態では、半導体装置の作製方法に関して図面を参照して説明する。ここでは、実施形態7の図27(A)で示す半導体装置の作製方法を示すが、各実施形態に示される半導体装置にそれぞれ、本実施形態を適宜適応することが可能である。
Embodiment 12
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to drawings. Here, a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 27A of Embodiment 7 is described; however, this embodiment can be appropriately applied to each semiconductor device described in each embodiment.

図34(A)に示すように、実施の形態6と同様に、基板1100の一表面に、剥離層1101、1102を形成する。   As shown in FIG. 34A, separation layers 1101 and 1102 are formed on one surface of a substrate 1100 as in Embodiment 6.

次に、図34(B)に示すように、実施の形態6と同様に、剥離層1101、1102を覆うように、下地となる絶縁層1105を形成する。次に、絶縁層1105上に、非晶質半導体層を形成した後、非晶質半導体層を公知の結晶化法により結晶化して、結晶質半導体層を形成する。その後、得られた結晶質半導体層を所望の形状にエッチングして結晶質半導体層1127〜1130を形成する。次に、結晶質半導体層1127〜1130を覆うゲート絶縁層を形成する。次に、ゲート絶縁層上に、第1の導電層と第2の導電層を積層して形成する。次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極を形成するためのエッチング処理を行って、導電層1107〜1110を形成する。次に、結晶質半導体層1127〜1130に、イオンドープ法又はイオン注入法により、N型を付与する不純物元素を低濃度に添加して、N型不純物領域を形成する。次に、絶縁層と導電層1107〜1110を覆うように、絶縁層1141を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 34B, as in Embodiment 6, an insulating layer 1105 serving as a base is formed so as to cover the separation layers 1101 and 1102. Next, after an amorphous semiconductor layer is formed over the insulating layer 1105, the amorphous semiconductor layer is crystallized by a known crystallization method to form a crystalline semiconductor layer. After that, the obtained crystalline semiconductor layer is etched into a desired shape to form crystalline semiconductor layers 1127 to 1130. Next, a gate insulating layer covering the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 is formed. Next, a first conductive layer and a second conductive layer are stacked over the gate insulating layer. Next, a resist mask is formed using a photolithography method, and etching treatment for forming a gate electrode is performed, so that the conductive layers 1107 to 1110 are formed. Next, an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 at a low concentration by ion doping or ion implantation to form N-type impurity regions. Next, the insulating layer 1141 is formed so as to cover the insulating layer and the conductive layers 1107 to 1110.

次に、実施の形態6と同様に、絶縁層を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電層1107〜1110の側面に接するサイドウォール絶縁層1115〜1118を形成する。なお、サイドウォール絶縁層1115〜1118を形成するためのエッチング工程により、絶縁層もエッチングされ、ゲート絶縁層1119〜1122が形成される。続いて、サイドウォール絶縁層1115〜1118をマスクとして、結晶質半導体層1127〜1130にN型を付与する不純物元素を添加して、第1のN型不純物領域(LDD領域ともよぶ)1123a〜1123dと、第2のN型不純物領域(ソース領域及びドレイン領域ともよぶ)1124a〜1124dとを形成する。第1のN型不純物領域1123a〜1123dが含む不純物元素の濃度は、第2のN型不純物領域1124a〜1124dの不純物元素の濃度よりも低い。 Next, as in Embodiment 6, the insulating layer is selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction, so that the sidewall insulating layers 1115 to 1118 in contact with the side surfaces of the conductive layers 1107 to 1110 are formed. Form. Note that the insulating layer is also etched by the etching step for forming the sidewall insulating layers 1115 to 1118 to form gate insulating layers 1119 to 1122. Subsequently, an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 1127 to 1130 using the sidewall insulating layers 1115 to 1118 as masks, so that first N-type impurity regions (also referred to as LDD regions) 1123a to 1123d. And second N-type impurity regions (also referred to as source and drain regions) 1124a to 1124d are formed. The concentration of the impurity element contained in the first N-type impurity regions 1123a to 1123d is lower than the concentration of the impurity element in the second N-type impurity regions 1124a to 1124d.

上記工程を経て、n型のTFT1131〜1134が完成する。   Through the above steps, n-type TFTs 1131 to 1134 are completed.

次に、TFT1131〜1134を覆うように、単層又は積層で絶縁層1142を形成する。   Next, an insulating layer 1142 is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the TFTs 1131 to 1134.

次に、図34(C)に示すように、実施の形態6と同様に、フォトリソグラフィ法により絶縁層1141、1142をエッチングして、N型不純物領域1124a〜1124dを露出させるコンタクトホール1143〜1150を形成する。このときコンタクトホール1151は、絶縁層1141、1142とともに、絶縁層1105をもエッチングして、基板1100の一部を露出させる。   Next, as shown in FIG. 34C, as in the sixth embodiment, the insulating layers 1141 and 1142 are etched by a photolithography method to expose the N-type impurity regions 1124a to 1124d, so that the contact holes 1143 to 1150 are exposed. Form. At this time, the contact hole 1151 also etches the insulating layer 1105 together with the insulating layers 1141 and 1142, and part of the substrate 1100 is exposed.

次に、図34(D)に示すように、コンタクトホール1143〜1151を充填するように、導電層を形成し、当該導電層をパターン加工して、導電層1155〜1162を形成する。導電層1155〜1162は、TFTのソース配線又はドレイン配線として機能する。また導電層1159は基板表面にまで達している。また、導電層1159は、剥離層1101、1102に接しておらず、絶縁層1105、1141、1142に接する。これは、剥離層1101、1102をエッチング剤により除去する際に、導電層1159がエッチング剤により除去されないようにするためである。   Next, as illustrated in FIG. 34D, a conductive layer is formed so as to fill the contact holes 1143 to 1151, and the conductive layer is patterned to form conductive layers 1155 to 1162. The conductive layers 1155 to 1162 function as a source wiring or a drain wiring of the TFT. Further, the conductive layer 1159 reaches the substrate surface. The conductive layer 1159 is not in contact with the separation layers 1101 and 1102 but is in contact with the insulating layers 1105, 1141, and 1422. This is to prevent the conductive layer 1159 from being removed by the etching agent when the peeling layers 1101 and 1102 are removed by the etching agent.

次に、図34(E)に示すように、実施の形態6と同様に、導電層1155〜1162を覆うように、単層又は積層で絶縁層1163を形成する。導電層1154〜1162を覆う絶縁層1163は、薄膜トランジスタを覆う絶縁層1142と同様の手法及び材料を用いて形成することができる。次に、導電層1154〜1162を覆う絶縁層1163にコンタクトホールを形成し、導電層1164を形成する。導電層1164は、後に形成される記憶素子の第1の導電層として機能する。   Next, as illustrated in FIG. 34E, as in Embodiment 6, an insulating layer 1163 is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the conductive layers 1155 to 1162. The insulating layer 1163 covering the conductive layers 1154 to 1162 can be formed using a method and a material similar to those of the insulating layer 1142 covering the thin film transistor. Next, a contact hole is formed in the insulating layer 1163 covering the conductive layers 1154 to 1162, and the conductive layer 1164 is formed. The conductive layer 1164 functions as a first conductive layer of a memory element to be formed later.

次に、導電層1164の端部を覆うように絶縁層1165を形成した後、有機化合物層又は相変化層1166、導電層1167を形成する。導電層1164、有機化合物層又は相変化層1166、及び導電層1167で記憶素子1169を構成する。導電層1164は、記憶素子1169の第2の導電層として機能する。この後、絶縁層1168を形成してもよい。   Next, an insulating layer 1165 is formed so as to cover an end portion of the conductive layer 1164, and then an organic compound layer or a phase change layer 1166 and a conductive layer 1167 are formed. The memory element 1169 includes the conductive layer 1164, the organic compound layer or phase change layer 1166, and the conductive layer 1167. The conductive layer 1164 functions as a second conductive layer of the memory element 1169. After that, an insulating layer 1168 may be formed.

次に、図35(A)に示すように、実施の形態6と同様に、剥離層1101、1102が露出するように、フォトリソグラフィ法により絶縁層1105、1141、1142、1163、1168をエッチングして、開口部1171、1172を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 35A, the insulating layers 1105, 1141, 1142, 1163, and 1168 are etched by photolithography so that the separation layers 1101 and 1102 are exposed, as in Embodiment 6. Thus, openings 1171 and 1172 are formed.

次に、図35(B)に示すように、実施の形態6と同様に、開口部1171、1172にエッチング剤を導入して、剥離層1101、1102を除去する。   Next, as illustrated in FIG. 35B, as in Embodiment 6, an etching agent is introduced into the opening portions 1171 and 1172 to remove the separation layers 1101 and 1102.

次に、図35(C)に示すように、実施の形態6と同様に、複数のトランジスタを有する素子形成層1170において記憶素子が形成されている面を、基体1181に接着させて、複数のトランジスタを有する素子形成層1170と基体1181を接着させた後、複数のトランジスタを有する素子形成層1170を基板1100から完全に剥離する(図36(A)の断面図参照)。   Next, as illustrated in FIG. 35C, as in Embodiment 6, the surface on which the memory element is formed in the element formation layer 1170 including a plurality of transistors is bonded to the base 1181, so that After the element formation layer 1170 including a transistor and the base 1181 are bonded, the element formation layer 1170 including a plurality of transistors is completely peeled from the substrate 1100 (see a cross-sectional view in FIG. 36A).

次に、図36(B)に示すように、実施の形態6と同様に、複数のトランジスタを有する素子形成層1170の他方の面を、導電層1182が設けられた基板1183に接着させる。この際、導電性粒子1900を含む接着層1191を用いて接着する。また、TFT1133のソース配線又はドレイン配線として機能する導電層1159と、基板1183b上の導電層1182bとが、導電性粒子1190で接するように、複数のトランジスタを有する素子形成層1170と基板1183bとを接着させる。   Next, as illustrated in FIG. 36B, as in Embodiment 6, the other surface of the element formation layer 1170 including a plurality of transistors is bonded to a substrate 1183 provided with a conductive layer 1182. At this time, bonding is performed using an adhesive layer 1191 including conductive particles 1900. In addition, the element formation layer 1170 including a plurality of transistors and the substrate 1183b are formed so that the conductive layer 1159 functioning as a source wiring or a drain wiring of the TFT 1133 and the conductive layer 1182b over the substrate 1183b are in contact with each other with conductive particles 1190. Adhere.

次に、複数のトランジスタを有する素子形成層1170と基体1181、1183bとが接着したものを、スライシング装置やレーザ照射装置等を用いて分断する。   Next, the element formation layer 1170 having a plurality of transistors and the bases 1181 and 1183b are separated using a slicing device, a laser irradiation device, or the like.

上記工程を経て、非接触でデータを交信する機能を有する半導体装置が完成する。   Through the above steps, a semiconductor device having a function of communicating data without contact is completed.

また、本実施形態では、複数のトランジスタを有する素子形成層1170と、導電層を有する基板1183bとを接着させた後、分断して半導体装置を形成しているが、この工程に限定されない。複数のトランジスタを有する素子形成層1170と基体1181を接着し、分断した後、複数のトランジスタを有する素子形成層1170に、導電層1182を有する基板1183bを接着してもよい。   In this embodiment mode, the element formation layer 1170 having a plurality of transistors and the substrate 1183b having a conductive layer are bonded, and then divided to form a semiconductor device; however, the present invention is not limited to this step. After the element formation layer 1170 including a plurality of transistors and the base 1181 are bonded and divided, the substrate 1183b including the conductive layer 1182 may be bonded to the element formation layer 1170 including a plurality of transistors.

このように、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であり、フレキシブル性を有するために、多種多様の用途が実現し、物品に貼り付けても、その物品のデザイン性を損なうことがない。   As described above, since the semiconductor device of the present invention is small, thin, lightweight, and flexible, it can be used in a wide variety of applications, and even when attached to an article, the design of the article may be impaired. Absent.

(実施形態13)
次に、本発明の半導体装置が有する記憶回路の構成とその動作について図面を参照して説明する。本発明の記憶回路は、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と、デコーダ23、24と、セレクタ25と、読み出し/書き込み回路26とを有する。メモリセル21は、記憶素子30を有する(図12(A)参照)。
(Embodiment 13)
Next, the structure and operation of the memory circuit included in the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. The memory circuit of the present invention 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. The memory cell 21 includes a memory element 30 (see FIG. 12A).

記憶素子30は、ワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第1の導電層27と、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第2の導電層28と、第1の導電層27と、第2の導電層28の間に設けられた有機化合物層又は相変化層29aとを有する(図13(A)参照)。図13Bに示すように、隣接する有機化合物層又は相変化層29aの間には、絶縁層33が設けられる。また、記憶素子30上に、絶縁層34が設けられる。ワード線Wyを構成する第1の導電層27は、第1の方向に延在して設けられ、ビット線Bxを構成する第2の導電層28は、第1の方向と垂直な第2の方向に延在して設けられる。つまり、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設けられる。   The memory element 30 includes a first conductive layer 27 constituting the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a second conductive layer 28 constituting the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), The conductive layer 27 includes an organic compound layer or a phase change layer 29a provided between the second conductive layer 28 (see FIG. 13A). As shown in FIG. 13B, an insulating layer 33 is provided between adjacent organic compound layers or phase change layers 29a. In addition, an insulating layer 34 is provided over the memory element 30. The first conductive layer 27 constituting the word line Wy is provided to extend in the first direction, and the second conductive layer 28 constituting the bit line Bx is a second layer perpendicular to the first direction. It is provided extending in the direction. That is, the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 are provided in stripes so as to cross each other.

なお、有機化合物層又は相変化層29aの構成によっては、記憶素子30に対するデータの書き込みを光学的作用により行う場合がある。その場合、第1の導電層27と第2の導電層28のうち、一方又は両方は透光性を有することが必要である。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。   Depending on the configuration of the organic compound layer or the phase change layer 29a, data may be written to the memory element 30 by an optical action. In that case, one or both of the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 needs 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.

また、図12(A)に示す等価回路図は、パッシブ型の場合であるが、メモリセル21にトランジスタ31を設けたアクティブ型を採用してもよい(図14参照)。その場合、スイッチング用のトランジスタ31のゲート電極はワード線Wy(1≦y≦n)に接続され、ソース電極及びドレイン電極の一方はビット線Bx(1≦x≦m)に接続され、ソース電極及びドレイン電極の他方は、記憶素子30の一方の導電層に接続する。   The equivalent circuit diagram shown in FIG. 12A is a passive type, but an active type in which a transistor 31 is provided in the memory cell 21 may be employed (see FIG. 14). In that case, the gate electrode of the switching transistor 31 is connected to the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), and one of the source electrode and the drain electrode is connected to the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m). The other of the drain electrode and the drain electrode is connected to one conductive layer of the memory element 30.

有機化合物層又は相変化層29aの代表例の一つとして、有機化合物材料が挙げられる。以下、有機化合物材料で形成される層を有機化合物層と示す。   As a representative example of the organic compound layer or the phase change layer 29a, an organic compound material can be given. Hereinafter, a layer formed of an organic compound material is referred to as an organic compound layer.

有機化合物層の代表的例としては、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:HPc)、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。 As a typical example of the organic compound layer, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] -biphenyl (abbreviation: α-NPD), 4,4′-bis [N- ( 3-methylphenyl) -N-phenylamino] -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) and other aromatic amine-based compounds (that is, having a benzene ring-nitrogen bond), phthalocyanine (abbreviation: H 2 Pc), copper Phthalocyanine (abbreviation: A substance having a high hole transporting property such as a phthalocyanine compound such as CuPc) or vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc) can be used.

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:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、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))、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))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 transporting 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. A material made of a metal complex having a skeleton or a benzoquinoline skeleton, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) ) Benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) 2 ) and other oxazoles and thiazoles A material such as a metal complex having a ligand can also be used. 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、他にも有機化合物材料として、4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−ジシアノメチレン−2−t−ブチル−6−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)−4H−ピラン、ペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジル−9−エニル)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:Alq)、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:Znpp)、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:Alq)、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。 In addition, as other organic compound materials, 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl) -4H-pyran (abbreviation: DCJT), 4-dicyanomethylene-2-tert-butyl-6- (1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl) -4H-pyran, perifrantene, 2,5-dicyano-1,4-bis (10-methoxy-1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl) benzene, N, N′-dimethylquinacridone (abbreviation: DMQd), coumarin 6, coumarin 545T, tris (8-quinolinolato) Aluminum (abbreviation: Alq 3 ), 9,9′-bianthryl, 9,10-diphenylanthracene (abbreviation: DPA) and 9,10-bis (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: D) NA), 2,5,8,11-tetra-t-butylperylene (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. In addition, 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.

また、上記有機化合物に、酸化物半導体又は金属酸化物が添加されてもよい。酸化物半導体又は金属酸化物の具体例としては、モリブデン酸化物(MoO)、バナジウム酸化物(VO)、ルテニウム酸化物(RuO)、タングステン酸化物(WO)、コバルト酸化物(Co)、ニッケル酸化物(NiO)、銅酸化物(CuO)等が挙げられる。この他、インジウム錫酸化物(ITO)や亜鉛酸化物(ZnO)等を用いることができる。 In addition, an oxide semiconductor or a metal oxide may be added to the organic compound. Specific examples of the oxide semiconductor or metal oxide include molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (VO x ), ruthenium oxide (RuO x ), tungsten oxide (WO x ), and cobalt oxide (Co x ), nickel oxide (NiO x ), copper oxide (CuO x ), and the like. In addition, indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), or the like can be used.

また、有機化合物層には、光学的作用により、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。共役高分子として、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PF塩等を用いることができる。 For the organic compound layer, a material whose electrical resistance is changed by an optical 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. As the conjugated polymer, polyacetylenes, polyphenylene vinylenes, polythiophenes, polyanilines, polyphenylene ethynylenes, and the like can be used. 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. .

次に、上記構成を有する記憶回路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。なお、光学的作用とは、外部から光を照射することであり、電気的作用とは記憶素子の第1の導電層及び第2の導電層に所定以上の電圧を印加することである。   Next, an operation when data is written to the memory circuit having the above structure is described. Data is written by optical action or electrical action. Note that the optical action is to irradiate light from the outside, and the electric action is to apply a voltage higher than a predetermined voltage to the first conductive layer and the second conductive layer of the memory element.

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又は相変化層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。 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 or the phase change 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.

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13(B)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、レーザ照射装置32により、有機化合物層にレーザ光を照射することにより、データの書き込みを行う。より詳しくは、選択された記憶素子30が含む有機化合物層にレーザ光を照射して、有機化合物層を破壊する。破壊された有機化合物層は、絶縁化し、他の記憶素子30と比較すると抵抗値が大幅に大きくなる。このように、レーザ光の照射により、記憶素子30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記憶素子30を「0」のデータとする場合、記憶素子30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して「1」のデータを書き込むことが可能である。   Next, the case where data is written by an optical action is described (see FIG. 13B). In this case, data is written by irradiating the organic compound layer with laser light by the laser irradiation device 32 from the light-transmitting conductive layer side (here, the second conductive layer 28). More specifically, the organic compound layer included in the selected memory element 30 is irradiated with laser light to destroy the organic compound layer. The destroyed organic compound layer is insulated, and its resistance value is greatly increased as compared with other memory elements 30. In this manner, data is written by utilizing the change in the electrical resistance of the memory element 30 due to laser light irradiation. For example, when the memory element 30 that is not irradiated with laser light is set to “0” data, the electric resistance is increased by writing the data “1” by irradiating the memory element 30 with laser light and destroying it. Is possible.

なお、本発明は、記憶素子30にレーザ光を照射して、有機化合物層を絶縁化することによりデータを書き込む形態に制約されず、記憶素子30の素子構造やレーザ光の強度を調整することにより、記憶素子30にレーザ光を照射して、有機化合物層を絶縁破壊して、記憶素子30の抵抗値を変化させることによりデータを書き込んでもよい。この場合、一対の導電層を短絡させた記憶素子30は、他の記憶素子30と比較すると、抵抗値が大幅に低くなる。このように、光学的作用を加えることにより、記憶素子30の抵抗値が変化することを利用してデータの書き込みを行ってもよい。   Note that the present invention is not limited to the mode of writing data by irradiating the memory element 30 with laser light and insulating the organic compound layer, and adjusts the element structure of the memory element 30 and the intensity of the laser light. Thus, the data may be written by irradiating the memory element 30 with laser light, causing the organic compound layer to break down, and changing the resistance value of the memory element 30. In this case, the resistance of the memory element 30 in which the pair of conductive layers are short-circuited is significantly lower than that of the other memory elements 30. In this manner, data may be written using the change in the resistance value of the memory element 30 by applying an optical action.

また、有機化合物層として、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、照射された部分の電気抵抗値が変化し、未照射の部分は電気抵抗値が変化しない。この場合も、選択された有機化合物層にレーザ光を照射することにより、記憶素子30の抵抗値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記憶素子30を「0」のデータとする場合、選択された記憶素子30にレーザ光を照射して電気抵抗値を変化させて「1」のデータを書き込むことが可能である。   In addition, when a conjugated polymer doped with a compound that generates an acid by absorbing light (photoacid generator) is used as the organic compound layer, when the laser beam is irradiated, the electric resistance value of the irradiated portion is It changes, and the electrical resistance value does not change in the unirradiated part. Also in this case, data is written by utilizing the change in the resistance value of the memory element 30 by irradiating the selected organic compound layer with laser light. For example, when the memory element 30 that has not been irradiated with the laser beam is set to “0” data, the selected memory element 30 is irradiated with the laser beam to change the electrical resistance value and write the data “1”. Is possible.

続いて、データの読み出しを行う際の動作について説明する(図12参照)。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12(B)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、差動増幅器の代わりにクロックドインバータ49を用いることも可能である(図12(C))。クロックドインバータ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12に限定されない。   Next, an operation for reading data will be described (see FIG. 12). 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 read / write circuit, for example, a circuit 26 using a resistance element 46 and a differential amplifier 47 shown in FIG. 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 (FIG. 12C). 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、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12(B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図12(C)では、クロックド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として、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 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. 12B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 12C, 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、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、有機化合物層又は相変化層29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 electrical resistance of the organic compound layer or the phase change layer 29 is read as a voltage value using 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.

また、有機化合物層にレーザ光を照射することによりデータの書き込みを行った場合も同様であり、光学作用を加えていない記憶素子30の抵抗値と、光学的作用を加えた記憶素子30の抵抗値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。   The same applies to the case where data is written by irradiating the organic compound layer with laser light. The resistance value of the memory element 30 to which the optical action is not applied and the resistance value of the memory element 30 to which the optical action is added are the same. Data is read by electrically reading the difference in values.

また、有機化合物層に、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も同様であり、光学的作用を加えていない記憶素子30の抵抗値と、光学的作用を加えた記憶素子の抵抗値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。   The same applies to the case where a conjugated polymer doped with a compound that generates an acid by absorbing light (photoacid generator) is used in the organic compound layer, and the memory element 30 to which no optical action is applied. Data is read by electrically reading the difference between the resistance value and the resistance value of the memory element to which an optical action is applied.

また、有機化合物層又は相変化層29の代表例の一つとして、相変化層を用いてもよい。ここでは、相変化層とは、結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料、相変化層は第1の結晶状態と第2の結晶状態の間で可逆的に変化する材料、又は、非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料が挙げられる。このような材料で形成される層という。   A phase change layer may be used as a representative example of the organic compound layer or the phase change layer 29. Here, the phase change layer is a material that reversibly changes between a crystalline state and an amorphous state, and the phase change layer is a material that reversibly changes between a first crystalline state and a second crystalline state. Or a material that changes only from an amorphous state to a crystalline state. It is called a layer formed of such a material.

なお、可逆的な材料を用いる場合、データの読み出しとデータの書き込みを行うことができる。一方、不可逆的な材料を用いる場合は、データの読み出ししか行うことができない。このように、材料の種類によっては、相変化メモリは、読み出し専用メモリ又は読み出し/書き込みメモリになりうるため、半導体装置の用途に従って、相変化層に用いる材料を適宜選択する。   Note that in the case of using a reversible material, data reading and data writing can be performed. On the other hand, when an irreversible material is used, only data reading can be performed. Thus, depending on the type of material, the phase change memory can be a read-only memory or a read / write memory. Therefore, a material used for the phase change layer is appropriately selected according to the use of the semiconductor device.

相変化層において、結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料とは、ゲルマニウム(Ge)、テルル(Te)、アンチモン(Sb)、硫黄(S)、酸化テルル(TeOx)、Sn(スズ)、金(Au)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)、インジウム(In)、タリウム(Tl)、Co(コバルト)及び銀(Ag)から選択された複数を有する材料であり、例えば、Ge−Te−Sb−S、Te−TeO−Ge−Sn、Te−Ge−Sn−Au、Ge−Te−Sn、Sn−Se−Te、Sb−Se−Te、Sb−Se、Ga−Se−Te、Ga−Se−Te−Ge、In−Se、In−Se−Tl−Co、Ge−Sb−Te、In−Se−Te、Ag−In−Sb−Te系材料が挙げられる。 In the phase change layer, materials that reversibly change between a crystalline state and an amorphous state include germanium (Ge), tellurium (Te), antimony (Sb), sulfur (S), tellurium oxide (TeOx), A material having a plurality selected from Sn (tin), gold (Au), gallium (Ga), selenium (Se), indium (In), thallium (Tl), Co (cobalt), and silver (Ag), For example, Ge—Te—Sb—S, Te—TeO 2 —Ge—Sn, Te—Ge—Sn—Au, Ge—Te—Sn, Sn—Se—Te, Sb—Se—Te, Sb—Se, Ga -Se-Te, Ga-Se-Te-Ge, In-Se, In-Se-Tl-Co, Ge-Sb-Te, In-Se-Te, and Ag-In-Sb-Te-based materials can be given.

相変化層において、第1の結晶状態と第2の結晶状態の間で可逆的に変化する材料とは、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、アンチモン(Sb)、セレン(Se)及びテルル(Te)から選択された複数を有する材料であり、例えば、Te−TeO、Te−TeO−Pd、SbSe/BiTeが挙げられる。この材料の場合、相変化は2つの異なる結晶状態の間で行われる。 In the phase change layer, materials that reversibly change between the first crystal state and the second crystal state are silver (Ag), zinc (Zn), copper (Cu), aluminum (Al), nickel ( Ni), indium (in), antimony (Sb), a material having a plurality selected from selenium (Se) and tellurium (Te), for example, Te-TeO 2, Te- TeO 2 -Pd, Sb 2 Se 3 / Bi 2 Te 3 and the like. In this material, the phase change takes place between two different crystalline states.

相変化層において、非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料とは、テルル(Te)、酸化テルル(TeOx)、アンチモン(Sb)、セレン(Se)及びビスマス(Bi)から選択された複数を有する材料であり、例えば、Ag−Zn、Cu−Al−Ni、In−Sb、In−Sb−Se、In−Sb−Teが挙げられる。   In the phase change layer, the material that changes only from the amorphous state to the crystalline state is a plurality selected from tellurium (Te), tellurium oxide (TeOx), antimony (Sb), selenium (Se), and bismuth (Bi). Examples thereof include Ag—Zn, Cu—Al—Ni, In—Sb, In—Sb—Se, and In—Sb—Te.

一対の導電層間に相変化材料を有する単純な構成を有する記憶素子は、作製工程が単純であり、安価な半導体装置の提供を可能とする。また、相変化メモリは、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、軽量の半導体装置の提供を実現する。また、相変化層として不可逆的な材料を用いれば、データの書き換えを行うことはできない。そうすると、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。   A memory element having a simple structure including a phase change material between a pair of conductive layers has a simple manufacturing process and can provide an inexpensive semiconductor device. In addition, since the phase change memory 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. If an irreversible material is used for the phase change layer, data cannot be rewritten. Then, it is possible to provide a semiconductor device that prevents forgery and ensures security.

次に、相変化層を有する記憶素子にデータの書き込みを行う際の動作について説明する。有機化合物層を用いた記憶素子と同様に、第1の導電層27と第2の導電層28の間に電圧を印加して、相変化材料の相を変えることにより、データの書き込みを行う。   Next, an operation when data is written to a memory element having a phase change layer will be described. Similarly to the memory element using the organic compound layer, data is written by applying a voltage between the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 to change the phase of the phase change material.

次に、光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(B)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、相変化層にレーザ光を照射することにより行う。相変化層は、レーザ光の照射により、その構造に結晶学的な相変化が起こる。このように、レーザ光の照射により、相変化層の相が変わることを活用して、データの書き込みを行う。   Next, the case where data is written by light is described (see FIG. 13B). In this case, the phase change layer is irradiated with laser light from the side of the light-transmitting conductive layer (here, the second conductive layer 28). The phase change layer undergoes a crystallographic phase change in its structure when irradiated with laser light. In this manner, data writing is performed by utilizing the fact that the phase of the phase change layer changes due to laser light irradiation.

例えば、「1」のデータを書き込む際は、相変化層にレーザ光を照射して、結晶化温度以上に加熱した後、徐冷することにより、相変化層を結晶状態にする。一方、「0」のデータを書き込む際は、相変化層にレーザ光を照射して、融点以上に加熱昇温して溶融した後に急冷することにより、相変化層を非晶質状態にする。   For example, when data “1” is written, the phase change layer is irradiated with laser light, heated to a temperature equal to or higher than the crystallization temperature, and then gradually cooled to bring the phase change layer into a crystalline state. On the other hand, when writing “0” data, the phase change layer is irradiated with laser light, heated to a temperature higher than the melting point, melted, and then rapidly cooled to make the phase change layer amorphous.

相変化層の相の変化は、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の速度で通過するとき、1つのメモリセル21が含む相変化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、レーザパワーは例えば10mW、パワー密度は10kW/mmとするとよい。 Although the phase change of the phase change layer depends on the size of the memory cell 21, it is realized by laser light irradiation with a diameter of the order of μm. For example, when a laser beam having a diameter of 1 μm passes at a speed of 10 m / sec, the time during which the phase change layer 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 , for example.

なお、相変化層に対するレーザ光の照射は、全てのメモリセル21に対して行ってもよいし、選択的に行ってもよい。例えば、形成したばかりの相変化層が非晶質状態の場合、非晶質状態のままにするときはレーザ光を照射せず、結晶状態に変化させるときはレーザ光を照射するとよい。つまり、レーザ光を選択的に照射することで、データの書き込みを行ってもよい。このように、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うとよい。   Note that the laser beam irradiation to the phase change layer may be performed on all the memory cells 21 or may be performed selectively. For example, in the case where the phase change layer just formed is in an amorphous state, laser light is preferably not irradiated when the amorphous state is kept, and laser light is irradiated when the phase change layer is changed to a crystalline state. That is, data may be written by selectively irradiating laser light. In this manner, in the case of selectively irradiating laser light, a pulsed laser irradiation apparatus may be used.

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成することができる。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 produce a large number of semiconductor devices. Therefore, an inexpensive semiconductor device can be provided.

続いて、相変化層を有する記憶素子にデータの読み出しを行う際の動作は、有機化合物層を有する記憶素子と同様であり、相変化層の相状態に伴う抵抗変化から、電圧または電流の変化を読み取ることができる。   Subsequently, the operation when data is read from the memory element having the phase change layer is the same as that of the memory element having the organic compound layer, and the voltage or current changes from the resistance change accompanying the phase state of the phase change layer. Can be read.

また、上記構成とは異なる構成として、第1の導電層27と有機化合物層又は相変化層29aの間、もしくは第2の導電層28と有機化合物又は相変化層29の間に、整流性を有する素子を設けてもよい(図13(C)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を含む層の間に、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の動作マージンを向上させることができる。   Further, as a configuration different from the above configuration, a rectifying property is provided between the first conductive layer 27 and the organic compound layer or phase change layer 29a, or between the second conductive layer 28 and the organic compound or phase change layer 29. An element including the above may be provided (see FIG. 13C). 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 a layer including an organic compound is shown. One of the semiconductor layers 44 and 45 is an N-type semiconductor and the other is a P-type semiconductor. By providing an element having a rectifying action in this manner, the selectivity of the memory cell can be improved and the operation margin for reading and writing can be improved.

上記の通り、本発明の半導体装置が含む記憶回路は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた単純な構造の記憶素子を有することを特徴とし、上記特徴により、作製が簡単であるために安価な半導体装置及びその作製方法を提供することができる。また、高集積化が容易なため、大容量の記憶回路を有する半導体装置及びその作製方法を提供することができる。   As described above, the memory circuit included in the semiconductor device of the present invention includes a memory element having a simple structure in which an organic compound layer or a phase change layer is sandwiched between a pair of conductive layers. Since it is simple, an inexpensive semiconductor device and a manufacturing method thereof can be provided. In addition, since high integration is easy, a semiconductor device having a large-capacity memory circuit and a manufacturing method thereof can be provided.

また、本発明の半導体装置が含む記憶回路は、光学的作用又は電気的作用によりデータの書き込みを行うものであり、不揮発性であって、データの追記が可能であることを特徴とする。上記特徴により、書き換えによる偽造を防止してセキュリティを確保しつつ、新たなデータを追加して書き込むことができる。従って、高機能化と高付加価値化を実現した半導体装置及びその作製方法を提供することができる。
(実施形態14)
次に、本発明の半導体装置が有する記憶回路の構成とその動作について図面を参照して説明する。メモリセル21は、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第1の導電層と、ワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第2の導電層と、トランジスタ31と、記憶素子30とを有する。記憶素子30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。
Further, a memory circuit included in the semiconductor device of the present invention writes data by an optical action or an electrical action, is nonvolatile, and can additionally write data. With the above feature, new data can be added and written while preventing forgery due to rewriting and ensuring security. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor device that achieves high functionality and high added value and a manufacturing method thereof.
(Embodiment 14)
Next, the structure and operation of the memory circuit included in the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. The memory cell 21 includes a first conductive layer constituting the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second conductive layer constituting the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a transistor 31, and a memory Element 30. The memory element 30 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).

次に、メモリセル21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14)。   Next, an operation when data is written to the memory cell 21 will be described (FIG. 14).

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、x列y行目のメモリセル21にデータを書き込む場合について説明する。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Wyに所定の電圧V22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Bxへ書き込み電圧V21を出力する。 Here, a case where data is written to the memory cell 21 in the x column and the y row will be described. 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 V22 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 read / write circuit 26 by the decoder 23 and the selector 25. Then, the write voltage V21 is output from the read / write circuit 26 to the bit line Bx.

こうして、メモリセルを構成するトランジスタ31をオン状態とし、記憶素子30に、ビット線を電気的に接続し、おおむねVw=Vcom−V21の電圧を印加する。なお、記憶素子30の一方の電極は電位Vcomの共通電極に接続されている。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を物理的もしくは電気的変化させ、データ「1」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「1」の状態の第1の導電層と第2の導電層の間の電気抵抗が、データ「0」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよく、単に短絡(ショート)させてもよい。なお、電位は、(V21、V22、Vcom)=(5〜15V、5〜15V、0V)、あるいは(−12〜0V、−12〜0V、3〜5V)の範囲から適宜選べば良い。電圧Vwは5〜15V、あるいは−5〜−15Vとすればよい。 Thus, the transistor 31 included in the memory cell is turned on, the bit line is electrically connected to the memory element 30, and a voltage of approximately Vw = Vcom−V21 is applied. Note that one electrode of the memory element 30 is connected to a common electrode having the potential Vcom. By appropriately selecting the potential Vw, the organic compound layer provided between the conductive layers is changed physically or electrically, and data “1” is written. Specifically, at the read operation voltage, the electrical resistance between the first conductive layer and the second conductive layer in the data “1” state is significantly smaller than that in the data “0” state. It may be changed as described above, or it may be simply short-circuited. The potential may be appropriately selected from the range of (V21, V22, Vcom) = (5-15V, 5-15V, 0V), or (-12 to 0V, -12 to 0V, 3 to 5V). The voltage Vw may be 5 to 15V, or -5 to -15V.

なお、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Bxへの出力電位をVcomと同程度とするか、ビット線Bxを浮遊状態とする。その結果、記憶素子30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 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 Bx is the same as Vcom. Or the bit line Bx is in a floating state. As a result, a small voltage (for example, −5 to 5 V) is applied to the memory element 30 or no voltage is applied, so that the electrical characteristics do not change and data “0” writing is realized.

なお、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合は、実施の形態13と同様である。   Note that the case of writing data by optical action is the same as that in Embodiment 13.

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30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14(B)に示す抵抗素子246と差動増幅器247を用いた回路26を考えることができる。抵抗素子246は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子246の代わりに、トランジスタ248を用いても良いし、差動増幅器247の代わりにクロックドインバータ249を用いることも可能である(図14(C))。勿論、回路構成は図14に限定されない。 Next, an operation when data is read by electrical action will be described. Data is read using the fact that the electrical characteristics of the memory element 30 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, the circuit 26 using the resistance element 246 and the differential amplifier 247 illustrated in FIG. 14B can be considered. The resistance element 246 has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 248 may be used instead of the resistance element 246, and a clocked inverter 249 may be used instead of the differential amplifier 247 (FIG. 14C). Of course, the circuit configuration is not limited to FIG.

y行x列目メモリセル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V24を印加し、トランジスタ31をオン状態にする。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、抵抗素子246(抵抗値Rr)と記憶素子30(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=Vcom+(V0−Vcom)×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=Vcom+(V0−Vcom)×R1/(R1+Rr)となる。その結果、図14(B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図14(C)では、クロックド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として、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 21 at the y-th row and the x-th column, 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 V24 to the word line Wy connected to the memory cell 21 to turn on the transistor 31. 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 by the resistance element 246 (resistance value Rr) and the memory element 30 (resistance value R0 or R1). Therefore, when the memory cell 21 has data “0”, Vp0 = Vcom + (V0−Vcom) × R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 21 has data “1”, Vp1 = Vcom + (V0−Vcom) × R1 / (R1 + Rr). As a result, in FIG. 14B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 14C, 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31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。
上記の方法によると、記憶素子30の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で出力を読み取っている。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。
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 31 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.
According to the above method, the output is read with the voltage value by utilizing the difference in the resistance value of the memory element 30 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.

本実施例では、基板上に記憶素子を作製し、その記憶素子に電気的作用によりデータの書き込みを行ったときの電流電圧特性を調べた実験の結果について説明する。記憶素子は、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とインジウム錫酸化物の化合物(ITSOと略称されることがある)、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。   In this example, a result of an experiment in which a memory element is manufactured over a substrate and current-voltage characteristics are examined when data is written to the memory element by an electric action will be described. The 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. Indium tin oxide compound (sometimes abbreviated as ITSO), the first organic compound layer is 4,4′-bis [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviated as TPD) The second organic compound layer may be 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (sometimes abbreviated as α-NPD), 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.

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、記憶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。図16は、横軸が電圧値、縦軸が電流値、プロット261は電気的作用によりデータを書き込む前の記憶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記憶素子の電流電圧特性を示す。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、記憶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1.1×10mA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。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、記憶素子の抵抗値に変化が生じており、この記憶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。 First, measurement results of current-voltage characteristics of a memory element before data writing by an electrical action and after data writing by an electrical action are described with reference to FIGS. 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 memory element before writing data by electrical action, and the plot 262 represents the memory element after data written by electrical action. The current-voltage characteristics are shown. From FIG. 16, there is a large change in the current-voltage characteristics of the memory element before 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. As described above, the resistance value of the memory element changes before and after the data is written. When the change in the resistance value of the memory element is read by the voltage value or the current value, the memory circuit can be obtained. Can function.

次に、同様に基板上に記憶素子を作製した試料1〜試料6において、記憶素子に電気的作用によりデータの書き込みを行ったときの電流電圧特性を調べた実験の結果について図22〜24を用いて説明する。なお、ここでは、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素子を短絡させて書き込みを行った。図22〜24は、それぞれ、横軸が電圧値、縦軸が電流密度値、丸印のプロットは電気的作用によりデータを書き込み前の記憶素子の電流電圧特性、四角印のプロットは電気的作用によりデータを書き込んだ後の、記憶素子の電流電圧特性を示す。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。   Next, in Sample 1 to Sample 6 in which memory elements are similarly formed on the substrate, the results of experiments in which current-voltage characteristics were examined when data was written to the memory elements by electrical action are shown in FIGS. It explains using. Here, writing was performed by applying a voltage to the organic memory element to short-circuit the organic memory element. 22 to 24, the horizontal axis represents the voltage value, the vertical axis represents the current density value, the circled plot represents the current-voltage characteristics of the memory element before data is written by the electrical action, and the square mark represents the electrical action. Shows current-voltage characteristics of the memory element after data is written. 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、第1の導電層701、第1の有機化合物層702、第2の導電層703の順に積層した素子を図25(A)に示す。第1の導電層701をITSO、第1の有機化合物層702をTPD、第2の導電層703をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層は50nmの膜厚で形成した。試料1の電流電圧特性を図22(A)に示す。   As Sample 1, an element in which a first conductive layer 701, a first organic compound layer 702, and a second conductive layer 703 are stacked in this order is illustrated in FIG. The first conductive layer 701 was formed of ITSO, the first organic compound layer 702 was formed of TPD, and the second conductive layer 703 was formed of aluminum. The first organic compound layer was formed with a thickness of 50 nm. The current-voltage characteristics of Sample 1 are shown in FIG.

また、試料2として、第1の導電層701、第1の有機化合物層711、第2の導電層703の順に積層した素子を図25(B)に示す。第1の導電層をITSO、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、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層の厚さを50nmとし、F4−TCNQを0.01wt比添加して形成した。試料2の電流電圧特性を図22(B)に示す。   Further, as Sample 2, an element in which a first conductive layer 701, a first organic compound layer 711, and a second conductive layer 703 are stacked in this order is illustrated in FIG. The first conductive layer is ITSO, and the first organic compound layer is 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8, -tetracyanoquinodimentane (abbreviated as F4-TCNQ). And the second conductive layer was formed of aluminum. Moreover, the thickness of the first organic compound layer was set to 50 nm, and F4-TCNQ was added at a ratio of 0.01 wt. The current-voltage characteristics of Sample 2 are shown in FIG.

また、試料3として、第1の導電層701、第1の有機化合物層721、第2の有機化合物層722、第2の導電層703の順に積層した素子を図25(C)に示す。第1の導電層をITSO、第1の有機化合物層をTPD、第2の有機化合物層をF4−TCNQ、第2の導電層をアルミニウムで形成した。また、第1の有機化合物層であるTPDの厚さを50nmの膜厚とし、第2の有機化合物層であるF4−TCNQを厚さ1nmで形成した。試料3の電流電圧特性を図23(A)に示す。   FIG. 25C illustrates a sample 3 in which a first conductive layer 701, a first organic compound layer 721, a second organic compound layer 722, and a second conductive layer 703 are stacked in this order. The first conductive layer was formed of ITSO, the first organic compound layer was TPD, the second organic compound layer was F4-TCNQ, and the second conductive layer was formed of aluminum. In addition, the thickness of the first organic compound layer TPD was set to 50 nm, and the second organic compound layer F4-TCNQ was formed to a thickness of 1 nm. The current-voltage characteristics of Sample 3 are shown in FIG.

また、試料4として、第1の導電層701、第1の有機化合物層731、第2の有機化合物層732、第2の導電層703の順に積層した素子を図25(D)に示す。第1の導電層はITSO、第1の有機化合物層はF4−TCNQ、第2の有機化合物層はTPD、第2の導電層はアルミニウム、により形成した。また、第1の有機化合物層であるF4−TCNQを厚さ1nmで形成し、第2の有機化合物層であるTPDを厚さ50nmで形成した。試料4の電流電圧特性を図23(B)に示す。   FIG. 25D illustrates a sample 4 in which a first conductive layer 701, a first organic compound layer 731, a second organic compound layer 732, and a second conductive layer 703 are stacked in this order. The first conductive layer was formed of ITSO, the first organic compound layer was formed of F4-TCNQ, the second organic compound layer was formed of TPD, and the second conductive layer was formed of aluminum. In addition, F4-TCNQ that is the first organic compound layer was formed with a thickness of 1 nm, and TPD that was the second organic compound layer was formed with a thickness of 50 nm. The current-voltage characteristics of Sample 4 are shown in FIG.

また、試料5として、第1の導電層701、第1の有機化合物層741、第2の有機化合物層742、第2の導電層703の順に積層した素子を図25(E)に示す。第1の導電層はITSO、第1の有機化合物層は、F4−TCNQを添加したTPD、第2の有機化合物層はTPD、第2の導電層はアルミニウム、により形成した。また、第1の有機化合物層を厚さ40nmで形成し、F4−TCNQを0.01wt比添加して形成した。また、第2の有機化合物層を厚さ40nmで形成した。試料5の電流電圧特性を図24(A)に示す。   FIG. 25E illustrates a sample 5 in which a first conductive layer 701, a first organic compound layer 741, a second organic compound layer 742, and a second conductive layer 703 are stacked in this order. The first conductive layer was formed of ITSO, the first organic compound layer was formed of TPD to which F4-TCNQ was added, the second organic compound layer was formed of TPD, and the second conductive layer was formed of aluminum. In addition, the first organic compound layer was formed to a thickness of 40 nm, and F4-TCNQ was added at a ratio of 0.01 wt. The second organic compound layer was formed with a thickness of 40 nm. The current-voltage characteristics of Sample 5 are shown in FIG.

また、試料6として、第1の導電層701、第1の有機化合物層751、第2の有機化合物層752、第2の導電層703の順に積層した素子を図25(F)に示す。第1の導電層はITSO、第1の有機化合物層はTPD、第2の有機化合物層はF4−TCNQを添加したTPD、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比添加して形成した。試料6の電流電圧特性を図24(B)に示す。   FIG. 25F illustrates a sample 6 in which a first conductive layer 701, a first organic compound layer 751, a second organic compound layer 752, and a second conductive layer 703 are stacked in this order. The first conductive layer was formed of ITSO, the first organic compound layer was formed of TPD, the second organic compound layer was formed of TPD added with F4-TCNQ, and the second conductive layer was formed of aluminum. The first organic compound layer was formed with a thickness of 40 nm. In addition, the second organic compound layer was formed to a thickness of 10 nm by adding F4-TCNQ in a 0.01 wt ratio. The current-voltage characteristics of Sample 6 are shown in FIG.

図22〜24に示す実験結果からも、試料1〜試料6において、データの書き込み前と、記憶素子の書込み前後で、記憶素子の電流電圧特性に大きな変化がみられる。また、これらの試料の記憶素子において、各記憶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. 22 to 24, in Samples 1 to 6, there is a large change in the current-voltage characteristics of the memory element before data writing and before and after the memory element writing. Moreover, in the memory elements of these samples, the voltage at which each memory element is short-circuited was also reproducible, and the error was within 0.1V.

次に、試料1〜試料6の書込み電圧、書込み前後の特性を表1に示す。

Figure 2006165535
Next, Table 1 shows the writing voltage of Sample 1 to Sample 6 and the characteristics before and after writing.
Figure 2006165535

表1において、書込み電圧(V)は、各記憶素子が短絡するときの印加電圧値を示す。また、R(1V)は、印加電圧1V時の、記憶素子の書込み後の電流密度を書込み前の電流密度で除算した値である。同様に、R(3V)は、印加電圧3V時の、記憶素子の書込み後の電流密度を書込み前の電流密度で除算した値である。即ち、記憶素子の書込み後に流れ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、有機メモリ素子の電流密度の差は10の4乗以上と大きいことが分かる。   In Table 1, the write voltage (V) indicates an applied voltage value when each memory element is short-circuited. R (1 V) is a value obtained by dividing the current density after writing of the memory element at the applied voltage of 1 V by the current density before writing. Similarly, R (3V) is a value obtained by dividing the current density after writing of the memory element at the applied voltage of 3V by the current density before writing. That is, it shows a change in current density that flows after writing to the memory element. It can be seen that when 1 V is applied compared to the applied voltage of 3 V, the difference in the current density of the organic memory element is as large as 10 4 or more.

なお、上記のような記憶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、記憶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、上記の記憶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。そこで、データの読み出し動作を行った後の記憶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。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、記憶素子の電流電圧特性を測定した。データの読み出し動作は合計5回行ったので、記憶素子の電流電圧特性の測定は計5回行った。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記憶素子と、抵抗値が変化していない記憶素子の、2つの記憶素子に対して行った。   Note that in the case where the 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 memory element every time data is read, and the resistance value is read. Is called. Therefore, the current-voltage characteristics of the memory element must have characteristics that do not change even if the read operation is repeated, that is, a predetermined voltage value is repeatedly applied. Therefore, measurement results of current-voltage characteristics of the memory element after the data read operation are described with reference to FIGS. Note that in this experiment, the current-voltage characteristics of the memory element were measured each time the data reading operation was performed once. Since the data reading operation was performed five times in total, the current-voltage characteristics of the memory element were measured five times in total. In addition, the measurement of the current-voltage characteristics was performed on two memory elements, that is, a memory element in which data was written by an electrical action and a resistance value was changed, and a memory element in which the resistance value was not changed. .

図17は、横軸が電圧値、縦軸が電流値、プロット271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記憶素子の電流電圧特性、プロット272は抵抗値が変化していない記憶素子の電流電圧特性を示す。プロット271から分かるように、抵抗値が変化していない記憶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、抵抗値が変化した記憶素子の電流電圧特性も、電圧値が1V以上のときに特に良好な再現性を示す。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大きく変化せず、再現性は良好である。上記の記憶素子を記憶回路として用いることができる。   In FIG. 17, the horizontal axis represents the voltage value, the vertical axis represents the current value, the plot 271 represents the current-voltage characteristics of the memory element in which the resistance value has been changed by writing data by electrical action, and the plot 272 represents the resistance value. The current-voltage characteristic of the memory element which is not shown is shown. As can be seen from the plot 271, the current-voltage characteristic of the memory element whose resistance value has not changed exhibits particularly good reproducibility when the voltage value is 1 V or more. Similarly, as can be seen from the plot 272, the current-voltage characteristic of the memory element whose resistance value has changed shows particularly good reproducibility when the voltage value is 1 V or more. From the above results, even when the data read operation is repeated a plurality of times, the current-voltage characteristics do not change greatly and the reproducibility is good. The above memory element can be used as a memory circuit.

本実施例では、光学的作用により、記憶回路にデータの書き込みを行う際に用いるレーザ照射装置について図面を参照して説明する。   In this embodiment, a laser irradiation apparatus used when data is written to a memory circuit by an optical action will be described with reference to the drawings.

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1002と、レーザ光を出力するレーザ発振器1003と、電源1004と、レーザ光を減衰させるための光学系1005と、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器1006と、レーザ光の断面を縮小するためのレンズや光路を変更するためのミラー等で構成される光学系1007と、X軸ステージ及びY軸ステージを有する移動機構1009と、コンピュータ1002から出力される制御データを変換する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とを有する(図18参照)。レーザ発振器1003には、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、具体的には、ArF、KrF、XeCl、Xe等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO、YVO、YLF、YAlOなどの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。 A laser irradiation apparatus 1001 includes a computer 1002 that executes various controls when irradiating laser light, a laser oscillator 1003 that outputs laser light, a power source 1004, an optical system 1005 that attenuates laser light, and laser light. An acousto-optic modulator 1006 for modulating the intensity of the light, an optical system 1007 composed of a lens for reducing the cross section of the laser light, a mirror for changing the optical path, and the X-axis stage and the Y-axis stage. A moving mechanism 1009, a D / A converter 1010 that converts control data output from the computer 1002, and a driver 1011 that controls the acousto-optic modulator 1006 in accordance with an analog voltage output from the D / A converter. A driver 1012 that outputs a signal for driving the moving mechanism 1009, and laser light on the object to be irradiated. And a auto-focus mechanism 1013 for adjusting the point (see Figure 18). As the laser oscillator 1003, a laser oscillator that can oscillate ultraviolet light, visible light, or infrared light can be used. Specifically, an excimer laser oscillator such as ArF, KrF, XeCl, or Xe, He , He—Cd, Ar, He—Ne, HF and other gas laser oscillators, YAG, GdVO 4 , YVO 4 , YLF, YAlO 3 and other crystals with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm A solid-state laser oscillator using a doped crystal or a semiconductor laser oscillator such as GaN, GaAs, GaAlAs, InGaAsP can be used.

次に、上記構成を有するレーザ照射装置1001の動作について説明する。まず、基板1014が移動機構1009に装着されると、コンピュータ1002は図外のカメラによって、レーザ光を照射する記憶素子の位置を検出する。次いで、コンピュータ1002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。続いて、コンピュータ1002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1014上に該レーザ光を照射する。このとき、コンピュータ1002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1014上に設けられた記憶素子に選択的にレーザ光が照射される。なお、上記の記載によると、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。   Next, the operation of the laser irradiation apparatus 1001 having the above configuration will be described. First, when the substrate 1014 is mounted on the moving mechanism 1009, the computer 1002 detects the position of the memory element that emits the laser light by a camera (not shown). Next, the computer 1002 generates movement data for moving the movement mechanism 1009 based on the detected position data. Subsequently, the computer 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. The amount of light is controlled by 1006 so as to obtain a predetermined amount of light. 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, condensed by a lens, and then irradiated onto the substrate 1014. At this time, the movement mechanism 1009 is controlled to move in the X direction and the Y direction according to the movement data generated by the computer 1002. 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 memory element provided over the substrate 1014 is selectively irradiated with the laser light. Note that, according to the above description, an example in which the laser beam is irradiated by moving the moving mechanism 1009 is shown; however, the laser beam may be moved in the X direction and the Y direction by adjusting the optical system 1007. .

上記のようなレーザ照射装置を用いて、レーザ光を照射することによりデータの書き込みを行う本発明は、リーダライタに組み込むことで、データの書き込みを簡単に行うことができる。従って、大量のデータの書き込みを短時間で行うことができる。   The present invention in which data is written by irradiating a laser beam using the laser irradiation apparatus as described above can be easily written by being incorporated in a reader / writer. Therefore, a large amount of data can be written in a short time.

本発明の半導体装置の用途は広範にわたるものであるが、以下にはその用途の具体例について説明する。本発明の半導体装置20は、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図19(A)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図19(B)参照)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等、図19(C)参照)、乗物類(自転車等、図19(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等、図19(E)参照)、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等の物品に設けて活用することができる。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(単にテレビと呼んだり、テレビ受像機やテレビジョン受像機とも呼んだりする)、携帯電話等を指す。   Although the application of the semiconductor device of the present invention is wide-ranging, specific examples of the application will be described below. The semiconductor device 20 of the present invention includes, for example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates (driver's license, resident card, etc., see FIG. 19A), packaging containers (wrapping paper and bottles, etc.) 19 (B)), recording medium (DVD software, video tape, etc., see FIG. 19 (C)), vehicles (bicycles, etc., see FIG. 19 (D)), personal items (bags, glasses, etc.) (See FIG. 19 (E)), and can be used by being provided in articles such as foods, clothes, daily necessities, and electronic devices. An electronic device refers to a liquid crystal display device, an EL display device, a television device (also simply called a television, or a television receiver or a television receiver), a mobile phone, or the like.

本発明の半導体装置20は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、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して、各物品に固定される。本発明の半導体装置20は、小型・薄型・軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置20を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、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、電子機器等に本発明の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。   The semiconductor device 20 of the present invention is fixed to an article by being mounted on a printed board, pasted on a surface, or embedded. For example, a book is embedded in paper, and a package made of an organic resin is embedded in the organic resin, and is fixed to each article. Since the semiconductor device 20 of the present invention is small, thin, and lightweight, it does not impair the design of the article itself even after being fixed to the article. In addition, by providing the semiconductor device 20 of the present invention on bills, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided, and if this authentication function is utilized, forgery can be prevented. Can do. In addition, by providing the semiconductor device of the present invention in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of a system such as an inspection system can be improved.

次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様について図面を参照して説明する。ここで例示する電子機器は携帯電話機であり、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、及びバッテリ2705を有する(図20参照)。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。   Next, one mode of an electronic device in which the semiconductor device of the present invention is mounted will be described with reference to the drawings. The electronic device illustrated here is a mobile phone, which includes housings 2700 and 2706, a panel 2701, a housing 2702, a printed wiring board 2703, operation buttons 2704, and a battery 2705 (see FIG. 20). 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と接着される。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 bonded to the printed wiring board 2703 through the connection film 2708. The panel 2701, the housing 2702, and the printed wiring board 2703 are housed in the housings 2700 and 2706 together with the operation buttons 2704 and the battery 2705. A pixel region 2709 included in the panel 2701 is arranged so as to be visible from an opening window provided in the housing 2700.

上記の通り、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。   As described above, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight, and the limited space inside the housings 2700 and 2706 of the electronic device can be effectively used due to the above characteristics. .

また、本発明の半導体装置は、TFTを含む層上に、記憶素子を含む層を積層した構成を有するため、小型の半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。   In addition, since the semiconductor device of the present invention has a structure in which a layer including a memory element is stacked over a layer including a TFT, an electronic device using a small semiconductor device can be provided.

また、本発明の半導体装置は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた単純な構造の記憶素子を有するため、安価な半導体装置を用い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高集積化が容易なため、大容量の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。   In addition, since the semiconductor device of the present invention includes a memory element with a simple structure in which an organic compound layer or a phase change layer is sandwiched between a pair of conductive layers, an electronic device using an inexpensive semiconductor device can be provided. . In addition, since the semiconductor device of the present invention can be easily integrated, an electronic device using the semiconductor device including a large-capacity memory circuit can be provided.

また、本発明の半導体装置が含む記憶回路は、光学的作用又は電気的作用によりデータの書き込みを行うものであり、不揮発性であって、データの追記が可能であることを特徴とする。上記特徴により、書き換えによる偽造を防止することができ、新たなデータを追加して書き込むことができる。従って、高機能化と高付加価値化を実現し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。   Further, a memory circuit included in the semiconductor device of the present invention writes data by an optical action or an electrical action, is nonvolatile, and can additionally write data. With the above feature, forgery due to rewriting can be prevented, and new data can be added and written. Therefore, an electronic device using a semiconductor device that achieves high functionality and high added value can be provided.

なお、筐体2700、2706は、携帯電話機の外観形状を一例として示したものであり、本実施例に係る電子機器は、その機能や用途に応じて様々な態様に変容しうる。   Note that the housings 2700 and 2706 are examples of the appearance of a mobile phone, and the electronic device according to the present embodiment can be transformed into various modes depending on the function and application.

続いて、本発明の半導体装置を活用したシステムの一例について説明する。まず、表示部294を含む携帯端末の側面にリーダライタ295を設けて、物品297の側面に本発明の半導体装置20を設けておく(図21(A)参照)。また、あらかじめ、半導体装置20に物品297の原材料や原産地、流通過程の履歴等の情報を記憶させておく。そして、半導体装置20をリーダライタ295にかざすと同時に、半導体装置20が含む情報が表示部294に表示されるようにすれば、利便性が優れたシステムを提供することができるまた、別の例として、ベルトコンベアの脇にリーダライタ295を設けておく(図21(B)参照)。そうすれば、物品297の検品を極めて簡単に行うことが可能なシステムを提供することができる。このように、本発明の半導体装置を物品の管理や流通のシステムに活用することで、システムの高機能化を図り、利便性を向上させることができる。   Next, an example of a system using the semiconductor device of the present invention will be described. First, the reader / writer 295 is provided on the side surface of the portable terminal including the display portion 294, and the semiconductor device 20 of the present invention is provided on the side surface of the article 297 (see FIG. 21A). In addition, information such as the raw material and origin of the article 297 and the history of the distribution process are stored in the semiconductor device 20 in advance. If the information included in the semiconductor device 20 is displayed on the display unit 294 at the same time as holding the semiconductor device 20 over the reader / writer 295, a system with excellent convenience can be provided. As shown in FIG. 21B, a reader / writer 295 is provided on the side of the belt conveyor. Then, a system capable of performing inspection of the article 297 very easily can be provided. In this manner, by utilizing the semiconductor device of the present invention for an article management or distribution system, the system can be improved in functionality and convenience can be improved.

本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の記憶回路を説明する図。3A and 3B each illustrate a memory circuit of the present invention. 本発明の記憶素子を説明する図。3A and 3B each illustrate a memory element of the present invention. 本発明の記憶回路を説明する図。3A and 3B each illustrate a memory circuit of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 記憶素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 11 shows current-voltage characteristics of a memory element. 記憶素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 11 shows current-voltage characteristics of a memory element. レーザ照射装置を説明する図The figure explaining laser irradiation equipment 本発明の半導体装置の使用形態について説明する図。4A and 4B each illustrate a usage pattern of a semiconductor device of the invention. 本発明の本発明の半導体装置を用いた電子機器を説明する図。4A and 4B each illustrate an electronic device using a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態について説明する図。4A and 4B each illustrate a usage pattern of a semiconductor device of the invention. 記憶素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 11 shows current-voltage characteristics of a memory element. 記憶素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 11 shows current-voltage characteristics of a memory element. 記憶素子の電流電圧特性を示す図。FIG. 11 shows current-voltage characteristics of a memory element. 記憶素子の構造を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a memory element. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device of the present invention.

Claims (25)

絶縁層上に設けられたトランジスタと、
前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、
前記トランジスタに重畳する記憶素子と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶素子は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが順に積層された素子であり、
アンテナとして機能する前記導電層と前記複数のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、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 transistor provided over the insulating layer;
A conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor;
A memory element superimposed on the transistor;
A conductive layer that functions as an antenna,
The memory element is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are sequentially stacked.
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as an antenna and the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the plurality of transistors are provided in the same layer.
絶縁層上に設けられたトランジスタと、
前記トランジスタに重畳する記憶素子と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶素子は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが順に積層された素子であり、
アンテナとして機能する前記導電層と、前記第1の導電層とは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 transistor provided over the insulating layer;
A memory element superimposed on the transistor;
A conductive layer that functions as an antenna,
The memory element is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are sequentially stacked.
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as an antenna and the first conductive layer are provided in the same layer.
絶縁層上に設けられたトランジスタと、
前記トランジスタに重畳する記憶素子と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、
前記記憶素子は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが順に積層された素子であり、
アンテナとして機能する前記導電層と、前記第2の導電層とは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 transistor provided over the insulating layer;
A memory element superimposed on the transistor;
A conductive layer that functions as an antenna,
The memory element is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are sequentially stacked.
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as an antenna and the second conductive layer are provided in the same layer.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、前記記憶素子は、前記トランジスタの一部に重畳することを特徴とする半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the memory element overlaps with part of the transistor. 第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を含む接着層とを有し、
前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記トランジスタ上に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、
前記第2の素子形成層は、第1の導電層と、有機化合物層又は相変化層と、第2の導電層とが積層された記憶素子を有し、
前記第1の導電層又は前記第2の導電層と、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、導電性粒子を介して接続されることを特徴とする半導体装置。
A first element forming layer; a second element forming layer; an adhesive layer that adheres the first element forming layer and the second element forming layer and includes conductive particles;
The first element formation layer includes a transistor provided over an insulating layer, a conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor, and a conductive layer functioning as an antenna provided over the transistor. And
The second element formation layer includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked.
The semiconductor device, wherein the first conductive layer or the second conductive layer and the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor are connected through conductive particles.
素子形成層と、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板と、前記素子形成層及び前記基板を接着し、且つ導電性粒子を含む接着層とを有し、
前記素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、
前記第2のトランジスタに重畳し、且つ、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層された記憶素子とを有し、
アンテナとして機能する前記導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、導電性粒子を介して接続されることを特徴とする半導体装置。
An element forming layer, a substrate provided with a conductive layer functioning as an antenna, and an adhesive layer that adheres the element forming layer and the substrate and includes conductive particles;
The element formation layer includes first and second transistors provided on an insulating layer;
A conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor;
A storage element that overlaps with the second transistor and in which the first conductive layer, the organic compound layer, or the phase change layer, and the second conductive layer are stacked;
The semiconductor device, wherein the conductive layer functioning as an antenna and the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor are connected through conductive particles.
第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を含む接着層とを有し、
前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層と、前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層とを有し、
前記第2の素子形成層は、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層された記憶素子、並びにアンテナとして機能する導電層を有し、
アンテナとして機能する前記導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層とは、前記導電性粒子を介して接続し、
前記記憶素子の第1の導電層又は前記第2の導電層と、前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層とは、前記導電性粒子を介して接続されることを特徴とする半導体装置。
A first element forming layer; a second element forming layer; an adhesive layer that adheres the first element forming layer and the second element forming layer and includes conductive particles;
The first element formation layer includes first and second transistors provided on an insulating layer;
A first conductive layer that functions as a source wiring or a drain wiring of the first transistor; and a second conductive layer that functions as a source wiring or a drain wiring of the second transistor;
The second element formation layer includes a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, a memory element in which the second conductive layer is stacked, and a conductive layer functioning as an antenna.
The conductive layer functioning as an antenna and the first conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor are connected via the conductive particles,
The first conductive layer or the second conductive layer of the memory element is connected to the second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the second transistor through the conductive particles. A semiconductor device.
基板上に設けられたトランジスタと、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、前記複数のトランジスタ上に設けられたアンテナとして機能する導電層を有する第1の素子形成層と、
前記基板又は前記第1の素子形成層上において、接着層を介して設けられると共に、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子を有する第2の素子形成層とを有し、
前記記憶素子の第1の導電層又は前記第2の導電層と、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層とは、前記導電性部材を介して接続されることを特徴とする半導体装置。
A transistor provided over a substrate, a conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor, a first element formation layer having a conductive layer functioning as an antenna provided over the plurality of transistors;
The memory element is provided on the substrate or the first element formation layer through an adhesive layer, and the first conductive layer, the organic compound layer or the phase change layer, and the second conductive layer are stacked. A second element forming layer,
The semiconductor, wherein the first conductive layer or the second conductive layer of the memory element is connected to the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor through the conductive member. apparatus.
素子形成層と、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板と、前記素子形成層及び前記基板を接着し、且つ導電性粒子を有する接着層とを有し、
前記素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、
前記第1及び第2のトランジスタを覆う層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ、前記絶縁層と前記層間絶縁層の各々に設けられた開口部を介して前記素子形成層の裏面に露出する前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、
前記第2のトランジスタと、前記第2のトランジスタに重畳し、且つ、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子と、を有し、
前記アンテナとして機能する導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して接続することを特徴とする半導体装置。
An element forming layer, a substrate provided with a conductive layer functioning as an antenna, and an adhesive layer that adheres the element forming layer and the substrate and has conductive particles;
The element formation layer includes first and second transistors provided on an insulating layer;
An interlayer insulating layer covering the first and second transistors;
The first transistor is connected to a source region or a drain region through an opening provided in the interlayer insulating layer, and the opening is provided in each of the insulating layer and the interlayer insulating layer. A conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor exposed on the back surface of the element formation layer;
A storage element that overlaps with the second transistor and is stacked with the first conductive layer, the organic compound layer or the phase change layer, and the second conductive layer;
The semiconductor, wherein the conductive layer functioning as the antenna and the exposed portion of the conductive layer functioning as the source wiring or drain wiring of the first transistor are connected through the conductive particles of the adhesive layer apparatus.
第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記第1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を有する接着層とを有し、
前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられたトランジスタと、
前記トランジスタを覆う層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記トランジスタのソースドレイン領域に接続し、且つ、前記絶縁層と前記層間絶縁層の各々に設けられた開口部を介して前記第1の素子形成層の裏面に露出する前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層と、
アンテナとして機能する導電層と、を有し、
前記第2の素子形成層は、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子を有し、
前記記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と、前記トランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して電気的に接続することを特徴とする半導体装置。
A first element forming layer; a second element forming layer; an adhesive layer that adheres the first element forming layer and the second element forming layer and has conductive particles;
The first element formation layer includes a transistor provided over an insulating layer;
An interlayer insulating layer covering the transistor;
The first element is formed through an opening provided in each of the insulating layer and the interlayer insulating layer, and connected to a source / drain region of the transistor through an opening provided in the interlayer insulating layer. A conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor exposed on the back surface of the layer;
And a conductive layer that functions as an antenna,
The second element formation layer has a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked.
The first conductive layer or the second conductive layer of the memory element and the exposed portion of the conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the transistor are electrically connected through the conductive particles of the adhesive layer. A semiconductor device which is connected.
第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記第1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を有する接着層とを有し、
前記第1の素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、
前記第1及び第2のトランジスタを覆う層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第1及び第2のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ、前記絶縁層と前記層間絶縁層の各々に設けられた開口部を介して前記第1の素子形成層の裏面に露出する第1及び第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層及び第2の導電層と、を有し、
前記第2の素子形成層は、アンテナとして機能する導電層と、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子とを有し、
前記記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して電気的に接続し、
前記アンテナとして機能する導電層と前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して接続することを特徴とする半導体装置。
A first element forming layer; a second element forming layer; an adhesive layer that adheres the first element forming layer and the second element forming layer and has conductive particles;
The first element formation layer includes first and second transistors provided on an insulating layer;
An interlayer insulating layer covering the first and second transistors;
An opening provided in each of the insulating layer and the interlayer insulating layer is connected to a source region or a drain region of the first and second transistors through an opening provided in the interlayer insulating layer. A first conductive layer and a second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first and second transistors exposed on the back surface of the first element formation layer,
The second element formation layer includes a conductive layer functioning as an antenna, and a memory element in which the first conductive layer, the organic compound layer or the phase change layer, and the second conductive layer are stacked.
The first conductive layer or the second conductive layer of the memory element and the exposed portion of the first conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor are the conductive particles of the adhesive layer Electrically connected through
The conductive layer functioning as the antenna and the exposed portion of the second conductive layer functioning as the source wiring or drain wiring of the second transistor are connected through the conductive particles of the adhesive layer. Semiconductor device.
第1の素子形成層と、第2の素子形成層と、前記第1の素子形成層及び前記第2の素子形成層を接着し、且つ導電性粒子を有する第1の接着層と、アンテナとして機能する導電層を有する基板と、前記第2の素子形成層及び前記基板を接着し、且つ、導電性粒子を有する第2の接着層とを有し、
前記第1の素子形成層は、第1の導電層、有機化合物層又は相変化層、及び第2の導電層が積層される記憶素子を有し、
前記第2の素子形成層は、絶縁層上に設けられた第1及び第2のトランジスタと、
前記第1及び第2のトランジスタを覆う層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層と、
前記層間絶縁層に設けられた開口部を介して前記第2のトランジスタのソース領域又はドレイン領域に接続し、且つ前記絶縁層と前記層間絶縁層の各々に設けられた開口部を介して前記第1の素子形成層の裏面に露出するトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層と、を有し、
前記記憶素子の第1の導電層又は第2の導電層と、前記第1のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第1の導電層とは、前記第1の接着層の前記導電性粒子を介して電気的に接続し、
前記アンテナとして機能する導電層と前記第2のトランジスタのソース配線又はドレイン配線として機能する第2の導電層の露出部とは、前記接着層の前記導電性粒子を介して接続することを特徴とする半導体装置。
A first element formation layer, a second element formation layer, the first element formation layer, the first element formation layer, the first adhesion layer having conductive particles, and an antenna A substrate having a functional conductive layer; and a second adhesive layer having conductive particles adhered to the second element formation layer and the substrate;
The first element formation layer includes a memory element in which a first conductive layer, an organic compound layer or a phase change layer, and a second conductive layer are stacked.
The second element formation layer includes first and second transistors provided on an insulating layer;
An interlayer insulating layer covering the first and second transistors;
A first conductive layer connected to a source region or a drain region of the first transistor through an opening provided in the interlayer insulating layer and functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor;
The second transistor is connected to a source region or a drain region through an opening provided in the interlayer insulating layer, and the first transistor is connected to the second transistor through an opening provided in each of the insulating layer and the interlayer insulating layer. A second conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of a transistor exposed on the back surface of the first element formation layer,
The first conductive layer or the second conductive layer of the memory element and the first conductive layer functioning as a source wiring or a drain wiring of the first transistor are the conductive particles of the first adhesive layer. Electrically connected through
The conductive layer functioning as the antenna and the exposed portion of the second conductive layer functioning as the source wiring or drain wiring of the second transistor are connected through the conductive particles of the adhesive layer. Semiconductor device.
請求項1乃至請求項12のいずれか一項において、前記記憶素子に接続されるトランジスタ、第1のトランジスタ、又は第2のトランジスタは、薄膜トランジスタであることを特徴とする半導体装置。   13. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor connected to the memory element, the first transistor, or the second transistor is a thin film transistor. 請求項1乃至請求項13のいずれか一項において、前記記憶素子に接続されるトランジスタは、有機半導体トランジスタであることを特徴とする半導体装置。   14. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor connected to the memory element is an organic semiconductor transistor. 請求項1乃至請求項14のいずれか一項において、前記絶縁層は、酸化珪素層であることを特徴とする半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating layer is a silicon oxide layer. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、前記記憶素子は、光学的作用により電気抵抗値が変化することを特徴とする半導体装置。   16. The semiconductor device according to claim 1, wherein an electric resistance value of the memory element is changed by an optical action. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、前記記憶素子は、電気的作用により抵抗値が変化することを特徴とする半導体装置。   16. The semiconductor device according to claim 1, wherein a resistance value of the memory element is changed by an electrical action. 請求項14において、前記有機化合物層は、光酸発生剤がドーピングされた共役高分子材料からなることを特徴とする半導体装置。   15. The semiconductor device according to claim 14, wherein the organic compound layer is made of a conjugated polymer material doped with a photoacid generator. 請求項17において、前記有機化合物層は、電子輸送材料又はホール輸送材料からなることを特徴とする半導体装置。   18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the organic compound layer is made of an electron transport material or a hole transport material. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、前記相変化層は、結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料を有することを特徴とする半導体装置。   16. The semiconductor device according to claim 1, wherein the phase change layer includes a material that reversibly changes between a crystalline state and an amorphous state. 請求項20において、前記相変化層は、ゲルマニウム、テルル、アンチモン、硫黄、スズ、金、ガリウム、セレン、インジウム、タリウム、コバルト、又は銀から選択された複数を有する材料であることを特徴とする半導体装置。   The phase change layer according to claim 20, wherein the phase change layer is a material having a plurality selected from germanium, tellurium, antimony, sulfur, tin, gold, gallium, selenium, indium, thallium, cobalt, or silver. Semiconductor device. 請求項15において、前記相変化層は、第1の結晶状態と第2の結晶状態の間で可逆的に変化する材料を有することを特徴とする半導体装置。   16. The semiconductor device according to claim 15, wherein the phase change layer includes a material that reversibly changes between a first crystal state and a second crystal state. 請求項22において、前記相変化層は、銀、亜鉛、銅、アルミニウム、ニッケル、インジウム、アンチモン、セレン、又はテルルから選択された複数を有する材料であることを特徴とする半導体装置。   23. The semiconductor device according to claim 22, wherein the phase change layer is a material having a plurality selected from silver, zinc, copper, aluminum, nickel, indium, antimony, selenium, or tellurium. 請求項15において、前記相変化層は、非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料を有することを特徴とする半導体装置。   16. The semiconductor device according to claim 15, wherein the phase change layer includes a material that changes only from an amorphous state to a crystalline state. 請求項24において、前記相変化層は、テルル、酸化テルル、アンチモン、セレン、又はビスマスから選択された複数を有する材料であることを特徴とする半導体装置。

25. The semiconductor device according to claim 24, wherein the phase change layer is a material having a plurality selected from tellurium, tellurium oxide, antimony, selenium, or bismuth.

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