JP2006332628A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Ryoji Nomura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique by which a higher-performance and more highly reliable memory device and a semiconductor device provided with the memory device are manufactured at a low cost with high yield. <P>SOLUTION: The semiconductor device has an organic compound layer including an insulator on a first conductive layer and a second conductive layer on the organic compound layer including an insulator. The semiconductor device is manufactured by forming a first conductive layer, discharging a composition of an insulator and an organic compound on the first conductive layer to form an organic compound layer including an insulator, and by forming a second conductive layer on the organic compound layer including an insulator. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置、及び半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

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

これらの半導体装置の多くは、シリコン(Si)等の半導体基板を用いた回路(以下、IC(Integrated Circuit)チップとも記す)とアンテナとを有し、当該ICチップは記憶回路(以下、メモリとも記す)や制御回路等から構成されている。また、制御回路や記憶回路等に有機化合物を用いた有機薄膜トランジスタ(以下、TFTとも記す)や有機メモリ等の開発が盛んに行われている(例えば特許文献1参照。)。
特開平7−22669号公報
Many of these semiconductor devices have a circuit using a semiconductor substrate such as silicon (Si) (hereinafter also referred to as an IC (Integrated Circuit) chip) and an antenna, and the IC chip is a memory circuit (hereinafter also referred to as a memory). And a control circuit. In addition, organic thin film transistors (hereinafter also referred to as TFTs) using organic compounds for control circuits, memory circuits, and the like, organic memories, and the like have been actively developed (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-22669

しかし、一対の電極間に有機化合物を設けて記憶素子を形成する、有機化合物を用いた記憶回路において、記憶回路の大きさによっては、有機化合物層の膜厚が厚いと、書き込み電圧が上昇してしまうという問題があり、一方素子サイズが小さく有機化合物層の膜厚が薄いと、ゴミや電極層表面の凹凸形状の影響を受けやすくなり、メモリの特性(書き込み電圧など)にバラツキが生じる、正常な書き込みができないなどという問題がある。 However, in a memory circuit using an organic compound in which a memory element is formed by providing an organic compound between a pair of electrodes, depending on the size of the memory circuit, the write voltage increases when the organic compound layer is thick. On the other hand, when the element size is small and the organic compound layer is thin, it is easily affected by dust and irregularities on the surface of the electrode layer, resulting in variations in memory characteristics (such as write voltage). There is a problem that normal writing is not possible.

よって、本発明は、より高性能、高信頼性の記憶装置、及びその記憶装置を備えた半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製できる技術を提供することも目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technology capable of manufacturing a memory device with higher performance and higher reliability and a semiconductor device including the memory device at low cost with high yield.

本発明では、半導体装置に含まれる記憶素子を構成する一対の導電層の間に設けられる有機化合物層に複数の絶縁物を含んで形成する。有機化合物層中の絶縁物は、有機化合物層内部、及び導電層との界面に存在する。絶縁物を含む有機化合物層は、その材料や形成方法によって、層中の絶縁物の濃度を制御することができる。よって、絶縁物を有機化合物層内に均一に分布させてもよいし、有機化合物層内で濃度が異なるように不均一に分布させてもよい。導電層と有機化合物層の界面の絶縁物により、トンネル注入が可能になりトンネル電流が流れる。よって、第1の導電層と第2の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層に電流が流れて熱が発生する。そして、有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、ジュール熱や高電界の影響により有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層と第2の導電層との一部が接して記憶素子が短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In the present invention, an organic compound layer provided between a pair of conductive layers constituting a memory element included in a semiconductor device is formed to include a plurality of insulators. The insulator in the organic compound layer exists inside the organic compound layer and at the interface with the conductive layer. The organic compound layer containing an insulator can control the concentration of the insulator in the layer depending on the material and the formation method. Therefore, the insulator may be uniformly distributed in the organic compound layer, or may be unevenly distributed so that the concentration is different in the organic compound layer. The insulator at the interface between the conductive layer and the organic compound layer enables tunnel injection and a tunnel current flows. Therefore, when a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer, a current flows through the organic compound layer and heat is generated. And when the temperature of an organic compound layer rises to a glass transition temperature, the material which forms an organic compound layer turns into a composition which has fluidity | liquidity. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform due to the influence of Joule heat or a high electric field, the organic compound layer is deformed, a part of the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with each other, and the memory element is short-circuited. To do. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

また、絶縁物はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層全体のキャリア輸送性は、絶縁物の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。更に、有機化合物単層よりも、絶縁物が混入した混合層の方が、有機化合物の結晶化などによる欠陥が生じにくく、有機化合物層の形態(モルフォロジー)が安定化するため、初期状態において導電層間で短絡するような不良な素子の作製を防止でき、歩留まりが向上する。     In addition, since the insulator does not transport carriers, the carrier transportability of the entire organic compound layer is lowered due to the inhibition of the insulator. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and expansion of material selection. Furthermore, the mixed layer mixed with an insulator is less likely to cause defects due to crystallization of the organic compound and the form (morphology) of the organic compound layer is more stable than the organic compound single layer. It is possible to prevent the production of a defective element that is short-circuited between layers, and the yield is improved.

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置を指す。本発明を用いて多層配線層を有する集積回路や、プロセッサチップなどの半導体装置を作製することができる。   Note that in this specification, a semiconductor device refers to a device that can function by utilizing semiconductor characteristics. By using the present invention, an integrated circuit having a multilayer wiring layer and a semiconductor device such as a processor chip can be manufactured.

本発明の半導体装置の一は、第1の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層と、絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層とを含む記憶素子を有する。     One embodiment of the semiconductor device of the present invention includes a memory element including an organic compound layer including an insulator over a first conductive layer and a second conductive layer over the organic compound layer including an insulator.

第1の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層と、絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層とを含む記憶素子を有し、絶縁物を含む有機化合物層中の絶縁物は濃度勾配を有する。     An insulator in an organic compound layer that includes a memory element including an organic compound layer including an insulator on the first conductive layer, and a second conductive layer on the organic compound layer including the insulator. Has a concentration gradient.

上記有機化合物層中の絶縁物の濃度勾配は、材料や作製方法によって以下のように制御することができる。よって、有機化合物層中の絶縁物の濃度が、絶縁物を含む有機化合物層と第1の導電層との界面の方が、絶縁物を含む有機化合物層と第2の導電層との界面より高い半導体装置、絶縁物を含む有機化合物層中の絶縁物の濃度が、絶縁物を含む有機化合物層と第2の導電層との界面の方が、絶縁物を含む有機化合物層と第1の導電層との界面より高い半導体装置、絶縁物を含む有機化合物層中の絶縁物の濃度が、絶縁物を含む有機化合物層と第1の導電層との界面、及び絶縁物を含む有機化合物層と第2の導電層との界面が、絶縁物を含む有機化合物層中において最も高い半導体装置などを作製することができる。     The concentration gradient of the insulator in the organic compound layer can be controlled as follows depending on the material and the manufacturing method. Therefore, the concentration of the insulator in the organic compound layer is such that the interface between the organic compound layer containing the insulator and the first conductive layer is more than the interface between the organic compound layer containing the insulator and the second conductive layer. The concentration of the insulator in the organic compound layer including the semiconductor device and the insulator is higher in the interface between the organic compound layer including the insulator and the second conductive layer than the organic compound layer including the insulator and the first conductive layer. Semiconductor device higher than interface with conductive layer, concentration of insulator in organic compound layer including insulator is interface between organic compound layer including insulator and first conductive layer, and organic compound layer including insulator A semiconductor device or the like in which the interface between the first conductive layer and the second conductive layer is the highest among the organic compound layers including an insulator can be manufactured.

本明細書中において、濃度が高いとは絶縁物の存在確率が高い、分布が多いということを意味する。これらの濃度は物質の物性によって、体積比、重量比、組成比などで表すことができる。 In this specification, a high concentration means that the existence probability of the insulator is high and the distribution is large. These concentrations can be represented by volume ratio, weight ratio, composition ratio, etc. depending on the physical properties of the substance.

本発明の半導体装置の作製方法の一は、第1の導電層を形成し、第1の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層を形成し、絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層を形成し記憶素子を形成する。     In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a first conductive layer is formed, an organic compound layer including an insulator is formed over the first conductive layer, and a second conductive compound is formed over the organic compound layer including the insulator. A conductive layer is formed to form a memory element.

本発明の半導体装置の作製方法の一は、第1の導電層を形成し、第1の導電層上に絶縁物と有機化合物とを含む組成物を吐出し、固化し絶縁物を含む有機化合物層を形成し、絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層を形成し記憶素子を形成する。     In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a first conductive layer is formed, a composition containing an insulator and an organic compound is discharged over the first conductive layer, and the organic compound containing an insulator is solidified. A layer is formed, a second conductive layer is formed over the organic compound layer including an insulator, and a memory element is formed.

本発明の半導体装置の作製方法の一は、第1の導電層を形成し、第1の導電層上に有機化合物層を形成し、有機化合物層に絶縁物を添加して絶縁物を含む有機化合物層を形成し、絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層を形成し記憶素子を形成する。     In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a first conductive layer is formed, an organic compound layer is formed over the first conductive layer, an insulator is added to the organic compound layer, and an organic material including the insulator is formed. A compound layer is formed, a second conductive layer is formed over the organic compound layer including an insulator, and a memory element is formed.

本発明により、より高性能、高信頼性の記憶装置、及び半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製することができる。 According to the present invention, a memory device and a semiconductor device with higher performance and higher reliability can be manufactured at low cost with high yield.

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described in detail 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 structures of the present invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of a structure of a memory element included in the memory device of the present invention will be described with reference to drawings.

本発明の記憶素子とその動作機構を、図1を用いて説明する。本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する一対の導電層に挟まれて設けられる有機化合物を、複数の絶縁物を含むように形成し、複数の絶縁物を含む有機化合物層とする。絶縁物を含む有機化合物層とすることで、記憶素子の特性がバラつかずに安定化し、正常な書き込みを行うことができる。     The memory element and its operation mechanism of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment mode, an organic compound provided between a pair of conductive layers included in a memory element included in a memory device is formed so as to include a plurality of insulators, and the organic compound layer includes a plurality of insulators. And By using an organic compound layer including an insulator, the characteristics of the memory element are stabilized without variation and normal writing can be performed.

有機化合物層内の絶縁物の分布は、均一でもよいし、濃度勾配を有するように不均一でもよい。有機化合物層中の絶縁物の混入状態は、材料、形成方法によって異なり、濃度などを制御することができる。     The distribution of the insulator in the organic compound layer may be uniform or non-uniform so as to have a concentration gradient. The mixed state of the insulator in the organic compound layer varies depending on the material and the formation method, and the concentration can be controlled.

図1に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第1の導電層50上に、絶縁物51a及び絶縁物51bを含む有機化合物層52が形成され、有機化合物層52上に第2の導電層53が形成されている。     The memory element illustrated in FIG. 1 is an example of the memory element of the present invention. An organic compound layer 52 including an insulator 51a and an insulator 51b is formed over the first conductive layer 50, and the organic compound layer 52 is formed over the organic compound layer 52. Two conductive layers 53 are formed.

第1の導電層50及び第2の導電層53の材料には導電性の高い元素や化合物等用いる。本実施の形態において有機化合物層52の材料には電気的作用により、結晶状態や導電性、形状が変化する物質を用いる。上記構成を有する記憶素子は電圧印加前後で導電性が変化するので、「初期状態」と「導電性変化後」とに対応した2つの値を記憶させることができる。電圧印加前後での記憶素子の導電性の変化について説明する。     As a material for the first conductive layer 50 and the second conductive layer 53, an element or a compound having high conductivity is used. In the present embodiment, the material of the organic compound layer 52 is a substance whose crystal state, conductivity, and shape change due to electric action. Since the conductivity of the memory element having the above configuration changes before and after voltage application, two values corresponding to “initial state” and “after conductivity change” can be stored. A change in conductivity of the memory element before and after voltage application will be described.

本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層52中に絶縁物51a及び絶縁物51bを含んで第1の導電層50上に形成する。第1の導電層50と第2の導電層53との間に電圧を印加すると、有機化合物層52に電流が流れて熱が発生する。そして、有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層52を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、ジュール熱や高電界の影響により有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層50と第2の導電層53とが接してしまい、結果第1の導電層50と第2の導電層53とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In this embodiment mode, the organic compound layer 52 included in the memory element included in the memory device is formed over the first conductive layer 50 including the insulator 51a and the insulator 51b. When a voltage is applied between the first conductive layer 50 and the second conductive layer 53, a current flows through the organic compound layer 52 to generate heat. And if the temperature of an organic compound layer rises to a glass transition temperature, the material which forms the organic compound layer 52 will become a composition which has fluidity | liquidity. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform due to the influence of Joule heat or a high electric field, the organic compound layer is deformed, and the first conductive layer 50 and the second conductive layer 53 are in contact with each other. The conductive layer 50 and the second conductive layer 53 are short-circuited. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

有機化合物層52と第1の導電層50との界面に存在する絶縁物51aにより、第1の導電層50から有機化合物層52へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合層のモロフォロジーが安定化し、さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     The insulator 51a present at the interface between the organic compound layer 52 and the first conductive layer 50 enables tunnel injection of carriers from the first conductive layer 50 to the organic compound layer 52. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. Further, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, the morphology of the organic compound layer is stabilized, and further, the carrier injection property is improved by tunnel injection, so that the organic compound layer can be made thick. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層52中に存在する絶縁物51bはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層52全体のキャリア輸送性は、絶縁物51bの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, since the insulator 51b present in the organic compound layer 52 does not perform carrier transport, the carrier transport property of the entire organic compound layer 52 is lowered by the inhibition of the insulator 51b. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

図1においては、有機化合物層52に、絶縁物51b、及び第1の導電層50との界面に存在する絶縁物51aが含まれる例を示すが、本発明は絶縁物が有機化合物中に含まれていれば良い。よって、必ずしも絶縁物51a及び絶縁物51b両方存在する必要はなく、どちらか一方でもよい。 FIG. 1 shows an example in which the organic compound layer 52 includes an insulator 51b and an insulator 51a present at the interface with the first conductive layer 50. In the present invention, the insulator is included in the organic compound. It only has to be. Therefore, both the insulator 51a and the insulator 51b are not necessarily present, and either one may be used.

なお、本発明の記憶素子に印加する電圧は、第2の導電層より第1の導電層により高い電圧をかけてもよいし、第1の導電層より第2の導電層により高い電圧をかけてもよい。記憶素子が整流性を有する場合も、順バイアス方向に電圧が印加されるように、第1の導電層と第2の導電層との間に電位差を設けてもよいし、逆バイアス方向に電圧が印加されるように、第1の導電層と第2の導電層との間に電位差を設けてもよい。     Note that the voltage applied to the memory element of the present invention may be higher than the second conductive layer in the first conductive layer, or higher in the second conductive layer than in the first conductive layer. May be. Even when the memory element has a rectifying property, a potential difference may be provided between the first conductive layer and the second conductive layer so that the voltage is applied in the forward bias direction, or the voltage is applied in the reverse bias direction. A potential difference may be provided between the first conductive layer and the second conductive layer so that is applied.

本発明では、一対の導電層間に設けられる有機化合物層に、複数の絶縁物を混入させた、複数の絶縁物を含む有機化合物層を用いる。有機化合物層内への複数の絶縁物の混入状態は、用いる材料や形成方法などによって異なる。図1で示す絶縁物を含む有機化合物層は、有機化合物層内ほぼ均一に絶縁物が分散した例であり、その濃度は均一である。図1のように有機化合物層中の絶縁物は均一に混在していてもよく、濃度勾配を有するように不均一に混在していてもよい。有機化合物層中の絶縁物の混入状態の例を、図16を用いて説明する。     In the present invention, an organic compound layer including a plurality of insulators in which a plurality of insulators are mixed in an organic compound layer provided between a pair of conductive layers is used. The mixed state of a plurality of insulators in the organic compound layer varies depending on the material used, the formation method, and the like. The organic compound layer including the insulator shown in FIG. 1 is an example in which the insulator is dispersed almost uniformly in the organic compound layer, and the concentration thereof is uniform. As shown in FIG. 1, the insulators in the organic compound layer may be mixed uniformly or may be mixed non-uniformly so as to have a concentration gradient. An example of the mixed state of the insulator in the organic compound layer will be described with reference to FIG.

図16(A)に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第1の導電層60上に、絶縁物混入領域61を有する有機化合物層62が形成され、有機化合物層62上に第2の導電層63が形成されている。有機化合物層62内において混入する絶縁物は濃度勾配を有しており、絶縁物は有機化合物層62内に不均一に存在している。絶縁物混入領域61は、有機化合物層62と第1の導電層60との界面付近に有している。よって有機化合物層62中の絶縁物の濃度は、有機化合物層62と第1の導電層60との界面が、有機化合物層62中において最も高い。絶縁物混入領域は非絶縁物混入領域と明確な界面を有さずに、有機化合物層内で膜厚方向に第2の導電層63に近づくにつれ徐々に濃度が変化する構造とすることができる。     The memory element illustrated in FIG. 16A is an example of the memory element of the present invention. An organic compound layer 62 including an insulator-containing region 61 is formed over the first conductive layer 60, and the organic compound layer 62 is formed over the organic compound layer 62. A second conductive layer 63 is formed. The insulator mixed in the organic compound layer 62 has a concentration gradient, and the insulator exists nonuniformly in the organic compound layer 62. The insulating material mixed region 61 is provided near the interface between the organic compound layer 62 and the first conductive layer 60. Therefore, the concentration of the insulator in the organic compound layer 62 is highest in the organic compound layer 62 at the interface between the organic compound layer 62 and the first conductive layer 60. The insulating mixed region does not have a clear interface with the non-insulating mixed region, and the organic compound layer can have a structure in which the concentration gradually changes as it approaches the second conductive layer 63 in the film thickness direction. .

図16(B)に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第1の導電層70上に、絶縁物混入領域71を有する有機化合物層72が形成され、有機化合物層72上に第2の導電層73が形成されている。有機化合物層72内において混入する絶縁物は濃度勾配を有しており、絶縁物は有機化合物層72内に不均一に存在している。絶縁物混入領域71は、有機化合物層72と第2の導電層73との界面付近に有している。よって有機化合物層72中の絶縁物の濃度は、有機化合物層72と第2の導電層73との界面が、有機化合物層72中において最も高い。絶縁物混入領域は非絶縁物混入領域と明確な界面を有さずに、有機化合物層内で膜厚方向に第2の導電層73に近づくにつれ徐々に濃度が変化する構造とすることができる。     The memory element illustrated in FIG. 16B is an example of the memory element of the present invention. An organic compound layer 72 including an insulator-containing region 71 is formed over the first conductive layer 70, and the organic compound layer 72 is formed. A second conductive layer 73 is formed. The insulator mixed in the organic compound layer 72 has a concentration gradient, and the insulator exists nonuniformly in the organic compound layer 72. The insulating material mixed region 71 is provided near the interface between the organic compound layer 72 and the second conductive layer 73. Therefore, the concentration of the insulator in the organic compound layer 72 is highest in the organic compound layer 72 at the interface between the organic compound layer 72 and the second conductive layer 73. The insulating mixed region does not have a clear interface with the non-insulating mixed region, and can have a structure in which the concentration gradually changes as it approaches the second conductive layer 73 in the film thickness direction in the organic compound layer. .

図16(C)に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第1の導電層80上に、絶縁物混入領域81a及び絶縁物混入領域81bを有する有機化合物層82が形成され、有機化合物層82上に第2の導電層83が形成されている。有機化合物層82内において混入する絶縁物は濃度勾配を有しており、絶縁物は有機化合物層82内に不均一に存在している。有機化合物層82内において、第1の導電層80との界面付近に絶縁物混入領域81aを有し、第2の導電層83との界面付近に絶縁物混入領域81bを有している。よって有機化合物層82中の絶縁物の濃度は、有機化合物層82と第1の導電層80との界面、及び有機化合物層82と第2の導電層83との界面が、有機化合物層82中において最も高い。絶縁物混入領域は非絶縁物混入領域と明確な界面を有さずに、徐々に濃度は変化しており、有機化合物層内で膜厚方向に第1の導電層80及び第2の導電層83に近づくにつれ絶縁物の濃度は高くなり、有機化合物層82の中心部は絶縁物が低濃度に含まれる構造とすることができる。     The memory element illustrated in FIG. 16C is an example of the memory element of the present invention, and the organic compound layer 82 including the insulator-containing region 81a and the insulator-containing region 81b is formed over the first conductive layer 80, A second conductive layer 83 is formed on the organic compound layer 82. The insulator mixed in the organic compound layer 82 has a concentration gradient, and the insulator exists in the organic compound layer 82 nonuniformly. In the organic compound layer 82, an insulator mixed region 81 a is provided near the interface with the first conductive layer 80, and an insulator mixed region 81 b is provided near the interface with the second conductive layer 83. Therefore, the concentration of the insulator in the organic compound layer 82 is such that the interface between the organic compound layer 82 and the first conductive layer 80 and the interface between the organic compound layer 82 and the second conductive layer 83 are in the organic compound layer 82. Is the highest. The insulating mixed region does not have a clear interface with the non-insulating mixed region, and the concentration gradually changes, and the first conductive layer 80 and the second conductive layer in the film thickness direction in the organic compound layer. As the temperature approaches 83, the concentration of the insulator increases, and the central portion of the organic compound layer 82 can have a structure in which the insulator is contained at a low concentration.

複数の絶縁物を含む有機化合物層は、複数の絶縁物と有機化合物とを混入させて、一工程で複数の絶縁物を含む有機化合物層を形成しても良く、どちらか一方を先に形成し、他の一方を別工程で導入(添加)してもよい。一工程で形成する場合、共蒸着法やスパッタリング法などのドライプロセスで形成しても良く、塗布法などの湿式法で複数の絶縁物と有機化合物との混合材料を用いて、膜状に形成しても良い。有機化合物層内の絶縁物の分布は、上記形成方法を用いて、所望の濃度に制御することができる。     An organic compound layer including a plurality of insulators may be formed by mixing a plurality of insulators and an organic compound to form an organic compound layer including a plurality of insulators in one step. However, the other one may be introduced (added) in a separate step. When formed in one step, it may be formed by a dry process such as a co-evaporation method or a sputtering method, or it is formed into a film by using a mixed material of a plurality of insulators and organic compounds by a wet method such as a coating method. You may do it. The distribution of the insulator in the organic compound layer can be controlled to a desired concentration using the above formation method.

湿式の場合、絶縁物と有機化合物は溶媒中に溶解していてもよいし、不溶であっても分散されて混合していればよい。よって複数の絶縁物が0.1〜0.001μm程度の微粒(コロイド粒子ともいう)となって液体の中に分散している状態であるコロイド溶液を用いることができる。絶縁物の形状は、粒状、柱状、針状、板状などどのような形状でも良く、複数の絶縁物が凝集し、単体として集合体を形成してもよい。絶縁物と有機化合物との比重の違い、溶解度の違いから、濃度勾配を有する層とすることができる。例えば、有機化合物層と導電層との界面付近にトンネル注入を起こしうる絶縁物濃度で、有機化合物層内部には記憶素子にとって必要なキャリア輸送性を確保できる程度の絶縁物濃度で、それぞれ絶縁物の濃度を制御することができる。このように一工程で絶縁物を含む有機化合物層を形成すると、工程数を簡略化することができる。     In the case of a wet process, the insulator and the organic compound may be dissolved in the solvent, or may be dispersed and mixed even if they are insoluble. Therefore, a colloidal solution in which a plurality of insulators are in the form of fine particles (also referred to as colloidal particles) of about 0.1 to 0.001 μm and dispersed in the liquid can be used. The shape of the insulator may be any shape such as granular, columnar, needle-like, or plate-like, and a plurality of insulators may be aggregated to form an aggregate as a single body. A layer having a concentration gradient can be obtained from the difference in specific gravity and solubility between the insulator and the organic compound. For example, the insulator concentration at which the tunnel injection can occur near the interface between the organic compound layer and the conductive layer, and the insulator concentration inside the organic compound layer at an insulator concentration sufficient to ensure the carrier transportability required for the memory element, respectively. Concentration can be controlled. Thus, when the organic compound layer containing an insulator is formed in one step, the number of steps can be simplified.

絶縁物を含む有機化合物層は、電子ビーム蒸着法、共蒸着などの蒸着法、スパッタリング法、CVD法や、混合溶液を用いたスピンコート法など塗布法、ゾル−ゲル法を用いて形成することができる。絶縁物を含む有機化合物層は各々の材料を同時に成膜することにより形成することができ、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリングによる成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種の方法を組み合わせて形成することができる。また、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出(噴出)して所定のパターンに形成することが可能な、液滴吐出(噴出)法(その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。)、ディスペンサ法、物体が所望のパターンに転写、または描写できる方法、例えば各種印刷法(スクリーン(孔版)印刷、オフセット(平版)印刷、凸版印刷やグラビア(凹版)印刷など所望なパターンで形成される方法)なども用いることができる。また、同時に形成するのではなく、有機化合物層を形成した後に、イオン注入法やドーピング法などによって絶縁物を導入し、絶縁物と有機化合物との混合層を形成してもよい。     The organic compound layer containing an insulator is formed by using an electron beam evaporation method, a vapor deposition method such as co-evaporation, a sputtering method, a CVD method, a coating method such as a spin coating method using a mixed solution, or a sol-gel method. Can do. An organic compound layer containing an insulator can be formed by depositing each material at the same time, by co-evaporation by resistance heating deposition, co-evaporation by electron beam deposition, resistance heating deposition and electron beam deposition It can be formed by combining the same type and different types of methods such as co-evaporation, film formation by resistance heating evaporation and sputtering, and film formation by electron beam evaporation and sputtering. In addition, a droplet discharge (ejection) method (an ink jet method depending on the method) that can selectively eject (eject) droplets of a composition prepared for a specific purpose to form a predetermined pattern. Also called dispenser method, a method that allows an object to be transferred or drawn into a desired pattern, such as various printing methods (screen (stencil) printing, offset (lithographic printing), relief printing or gravure printing (intaglio printing), etc. And the like) can also be used. In addition, instead of forming simultaneously, after forming an organic compound layer, an insulating material may be introduced by an ion implantation method, a doping method, or the like to form a mixed layer of the insulating material and the organic compound.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物は、熱的及び化学的に安定で、キャリア注入されない無機絶縁物又は有機化合物を用いる。好ましくは、有機化合物層に混入する絶縁物は、電気伝導率が10−10s/m以下、より好ましくは10−10以上10−14s/m以下のものを用いることができる。以下に絶縁物に用いることのできる、無機絶縁物と有機化合物との具体例を述べる。 In the present invention, the insulator mixed in the organic compound layer is an inorganic insulator or organic compound that is thermally and chemically stable and does not inject carriers. Preferably, an insulator mixed in the organic compound layer can have an electric conductivity of 10 −10 s / m or less, more preferably 10 −10 to 10 −14 s / m. Specific examples of inorganic insulators and organic compounds that can be used for insulators are described below.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる無機絶縁物として、酸化リチウム(LiO)、酸化ナトリウム(NaO)、酸化カリウム(KO)、酸化ルビジウム(RbO)、酸化ベリリウム(BeO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)、酸化スカンジウム(Sc)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化ラザホージウム(RfO)、酸化タンタル(TaO)、酸化テクネチウム(TcO)、酸化鉄(Fe)、酸化コバルト(CoO)、酸化パラジウム(PdO)、酸化銀(AgO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化ガリウム(Ga)、酸化ビスマス(Bi)などの酸化物を用いることができる。 In the present invention, as an inorganic insulator that can be used for an insulator mixed in the organic compound layer, lithium oxide (Li 2 O), sodium oxide (Na 2 O), potassium oxide (K 2 O), rubidium oxide (Rb) 2 O), beryllium oxide (BeO), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), scandium oxide (Sc 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), Hafnium oxide (HfO 2 ), Rutherfordium oxide (RfO 2 ), tantalum oxide (TaO), technetium oxide (TcO), iron oxide (Fe 2 O 3 ), cobalt oxide (CoO), palladium oxide (PdO), silver oxide ( Ag 2 O), aluminum oxide (Al 2 O 3), gallium oxide (Ga 2 O 3 It can be used an oxide such as bismuth oxide (Bi 2 O 3).

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化カリウム(KF)、フッ化ルビジウム(RbF)、フッ化ベリリウム(BeF)、フッ化マグネシウム(MgF)、フッ化カルシウム(CaF)、フッ化ストロンチウム(SrF)、フッ化バリウム(BaF)、フッ化アルミニウム(AlF)、三フッ化窒素(NF)、六フッ化硫黄(SF)、フッ化銀(AgF)、フッ化マンガン(MnF)などのフッ化物を用いることができる。 In the present invention, other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer include lithium fluoride (LiF), sodium fluoride (NaF), potassium fluoride (KF), and rubidium fluoride (RbF). ), Beryllium fluoride (BeF 2 ), magnesium fluoride (MgF 2 ), calcium fluoride (CaF 2 ), strontium fluoride (SrF 2 ), barium fluoride (BaF 2 ), aluminum fluoride (AlF 3 ), Fluorides such as nitrogen trifluoride (NF 3 ), sulfur hexafluoride (SF 6 ), silver fluoride (AgF), and manganese fluoride (MnF 3 ) can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、塩化リチウム(LiCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、塩化ベリリウム(BeCl)、塩化カルシウム(CaCl)、塩化バリウム(BaCl)、塩化アルミニウム(AlCl)、塩化珪素(SiCl)、塩化ゲルマニウム(GeCl)、塩化スズ(SnCl)、塩化銀(AgCl)、塩化亜鉛(ZnCl)、四塩化チタン(TiCl)、三塩化チタン(TiCl)、塩化ジルコニウム(ZrCl)、塩化鉄(FeCl)、塩化パラジウム(PdCl)、三塩化アンチモン(SbCl)、二塩化アンチモン(SbCl)、塩化ストロンチウム(SrCl)、塩化タリウム(TlCl)、塩化銅(CuCl)、塩化マンガン(MnCl)、塩化ルテニウム(RuCl)などの塩化物を用いることができる。 In the present invention, as other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, lithium chloride (LiCl), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), beryllium chloride (BeCl 2 ), chloride Calcium (CaCl 2 ), Barium chloride (BaCl 2 ), Aluminum chloride (AlCl 3 ), Silicon chloride (SiCl 4 ), Germanium chloride (GeCl 4 ), Tin chloride (SnCl 4 ), Silver chloride (AgCl), Zinc chloride ( ZnCl), titanium tetrachloride (TiCl 4 ), titanium trichloride (TiCl 3 ), zirconium chloride (ZrCl 4 ), iron chloride (FeCl 3 ), palladium chloride (PdCl 2 ), antimony trichloride (SbCl 3 ), dichloride antimony (SbCl 2), strontium chloride (SrCl 2), salts Thallium (TlCl), copper chloride (CuCl), manganese chloride (MnCl 2), can be used chlorides such as ruthenium chloride (RuCl 2).

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、臭化カリウム(KBr)、臭化セシウム(CsBr)、臭化銀(AgBr)、臭化バリウム(BaBr)、臭化珪素(SiBr)、臭化リチウム(LiBr)などの臭化物を用いることができる。 In the present invention, other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer include potassium bromide (KBr), cesium bromide (CsBr), silver bromide (AgBr), and barium bromide (BaBr). 2 ), bromides such as silicon bromide (SiBr 4 ) and lithium bromide (LiBr) can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、ヨウ化バリウム(BaI)、ヨウ化タリウム(TlI)、ヨウ化銀(AgI)、ヨウ化チタン(TiI)、ヨウ化カルシウム(CaI)、ヨウ化珪素(SiI)、ヨウ化セシウム(CsI)などのヨウ化物を用いることができる。 In the present invention, as other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, sodium iodide (NaI), potassium iodide (KI), barium iodide (BaI 2 ), thallium iodide ( TlI), silver iodide (AgI), titanium iodide (TiI 4), calcium iodide (CaI 2), iodide silicon (SiI 4), can be used an iodide such as cesium iodide (CsI).

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、炭酸リチウム(LiCO)、炭酸カリウム(KCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸マグネシウム(MgCO)、炭酸カルシウム(CaCO)、炭酸ストロンチウム(SrCO)、炭酸バリウム(BaCO)、炭酸マンガン(MnCO)、炭酸鉄(FeCO)、炭酸コバルト(CoCO)、炭酸ニッケル(NiCO)、炭酸銅(CuCO)、炭酸銀(AgCO)、炭酸亜鉛(ZnCO)などの炭酸塩を用いることができる。 In the present invention, as other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) , Magnesium carbonate (MgCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), strontium carbonate (SrCO 3 ), barium carbonate (BaCO 3 ), manganese carbonate (MnCO 3 ), iron carbonate (FeCO 3 ), cobalt carbonate (CoCO 3 ), Carbonates such as nickel carbonate (NiCO 3 ), copper carbonate (CuCO 3 ), silver carbonate (Ag 2 CO 3 ), and zinc carbonate (ZnCO 3 ) can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、硫酸リチウム(LiSO)、硫酸カリウム(KSO)、硫酸ナトリウム(NaSO)、硫酸マグネシウム(MgSO)、硫酸カルシウム(CaSO)、硫酸ストロンチウム(SrSO)、硫酸バリウム(BaSO)、硫酸チタン(Ti(SO)、硫酸ジルコニウム(Zr(SO)、硫酸マンガン(MnSO)、硫酸鉄(FeSO)、三硫酸二鉄(Fe(SO)、硫酸コバルト(CoSO)、硫酸コバルト(Co(SO)、硫酸ニッケル(NiSO)、硫酸銅(CuSO)、硫酸銀(AgSO)、硫酸亜鉛(ZnSO)、硫酸アルミニウム(Al(SO)、硫酸インジウム(In(SO)、硫酸スズ(SnSO)、硫酸スズ(Sn(SO)、硫酸アンチモン(Sb(SO)、硫酸ビスマス(Bi(SO)などの硫酸塩を用いることができる。 In the present invention, as other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, lithium sulfate (Li 2 SO 4 ), potassium sulfate (K 2 SO 4 ), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) , Magnesium sulfate (MgSO 4 ), calcium sulfate (CaSO 4 ), strontium sulfate (SrSO 4 ), barium sulfate (BaSO 4 ), titanium sulfate (Ti 2 (SO 4 ) 3 ), zirconium sulfate (Zr (SO 4 ) 2 ), Manganese sulfate (MnSO 4 ), iron sulfate (FeSO 4 ), diiron trisulfate (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ), cobalt sulfate (Co 2 (SO 4 ) 3 ), sulfuric acid Nickel (NiSO 4 ), copper sulfate (CuSO 4 ), silver sulfate (Ag 2 SO 4 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), aluminum sulfate Ni (Al 2 (SO 4 ) 3 ), indium sulfate (In 2 (SO 4 ) 3 ), tin sulfate (SnSO 4 ), tin sulfate (Sn (SO 4 ) 2 ), antimony sulfate (Sb 2 (SO 4 )) 3 ) and sulfates such as bismuth sulfate (Bi 2 (SO 4 ) 3 ) can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、硝酸リチウム(LiNO)、硝酸カリウム(KNO)、硝酸ナトリウム(NaNO)、硝酸マグネシウム(Mg(NO)、硝酸カルシウム(Ca(NO)、硝酸ストロンチウム(Sr(NO)、硝酸バリウム(Ba(NO)、硝酸チタン(Ti(NO)、硝酸ストロンチウムSr(NO)、硝酸バリウム(Ba(NO)、硝酸ジルコニウム(Zr(NO)、硝酸マンガン(Mn(NO)、硝酸鉄(Fe(NO)、硝酸鉄(Fe(NO)、硝酸コバルト(Co(NO)、硝酸ニッケル(Ni(NO)、硝酸銅(Cu(NO)、硝酸銀(AgNO)、硝酸亜鉛(Zn(NO)、硝酸アルミニウム(Al(NO)、硝酸インジウム(In(NO)、硝酸スズ(Sn(NO)、硝酸ビスマス(Bi(NO)などの硝酸塩を用いることができる。 In the present invention, as other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, lithium nitrate (LiNO 3 ), potassium nitrate (KNO 3 ), sodium nitrate (NaNO 3 ), magnesium nitrate (Mg (NO 3 ) 2 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ), strontium nitrate (Sr (NO 3 ) 2 ), barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), titanium nitrate (Ti (NO 3 ) 4 ), nitric acid Strontium Sr (NO 3 ) 2 ), barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), zirconium nitrate (Zr (NO 3 ) 4 ), manganese nitrate (Mn (NO 3 ) 2 ), iron nitrate (Fe (NO 3 )) 2 ), iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ), cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 2 ), nickel nitrate (Ni (NO 3 ) 2 ), copper nitrate (C u (NO 3 ) 2 ), silver nitrate (AgNO 3 ), zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 ), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ), indium nitrate (In (NO 3 ) 3 ), tin nitrate ( A nitrate such as Sn (NO 3 ) 2 ) or bismuth nitrate (Bi (NO 3 ) 3 ) can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(SiN)などの窒化物、カルボン酸リチウム(CHCOOLi)、酢酸カリウム(CHCOOK)、酢酸ナトリウム(CHCOONa)、酢酸マグネシウム(Mg(CHCOO))、酢酸カルシウム(Ca(CHCOO))、酢酸ストロンチウム(Sr(CHCOO))、酢酸バリウム(Ba(CHCOO))などのカルボン酸塩を用いることができる。 In the present invention, other inorganic insulators that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer include nitrides such as aluminum nitride (AlN) and silicon nitride (SiN), lithium carboxylate (CH 3 COOLi), acetic acid Potassium (CH 3 COOK), sodium acetate (CH 3 COONa), magnesium acetate (Mg (CH 3 COO) 2 ), calcium acetate (Ca (CH 3 COO) 2 ), strontium acetate (Sr (CH 3 COO) 2 ) , Carboxylates such as barium acetate (Ba (CH 3 COO) 2 ) can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる無機絶縁物として、上記無機絶縁物の一種、または複数種を用いることができる。     In the present invention, one or more of the above inorganic insulators can be used as the inorganic insulator that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる有機化合物は、キャリア注入されにくいもの、バンドギャップが3.5eV以上、好ましくは4eV以上6eV以下ものを用いることができる。例えば、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、ポリエステル、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、珪素樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シロキサン樹脂を用いることができる。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。     In the present invention, as the organic compound that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, one in which carrier injection is difficult and a band gap of 3.5 eV or more, preferably 4 eV or more and 6 eV or less can be used. For example, polyimide, acrylic, polyamide, benzocyclobutene, polyester, novolac resin, melamine resin, phenol resin, epoxy resin, silicon resin, furan resin, diallyl phthalate resin, or siloxane resin can be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O).

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる有機化合物は、上記有機化合物の一種、または複数種を用いることができる。     In the present invention, as the organic compound that can be used for the insulator mixed in the organic compound layer, one or more of the above organic compounds can be used.

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物は、上記無機絶縁物及び上記有機化合物の一種または複数種を用いることができる。     In the present invention, as the insulator mixed in the organic compound layer, one or more of the inorganic insulator and the organic compound can be used.

また、第1の導電層50、第1の導電層60、第1の導電層70、第1の導電層80、第2の導電層53、第2の導電層63、第2の導電層73、第2の導電層83には、導電性の高い元素や化合物等用いる。代表的には、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、炭素(C)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。上記元素を複数含んだ合金としては、例えば、AlとTiを含んだ合金Al、TiとCを含んだ合金、AlとNiを含んだ合金、AlとCを含んだ合金、AlとNiとCを含んだ合金またはAlとMoを含んだ合金等を用いることができる。   The first conductive layer 50, the first conductive layer 60, the first conductive layer 70, the first conductive layer 80, the second conductive layer 53, the second conductive layer 63, and the second conductive layer 73. For the second conductive layer 83, a highly conductive element or compound is used. Typically, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), From one element selected from copper (Cu), palladium (Pd), carbon (C), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti), tantalum (Ta), etc. or an alloy containing a plurality of such elements A single layer or a laminated structure can be used. Examples of the alloy containing a plurality of the above elements include an alloy Al containing Al and Ti, an alloy containing Ti and C, an alloy containing Al and Ni, an alloy containing Al and C, and Al, Ni and C. An alloy containing Al or an alloy containing Al and Mo can be used.

第1の導電層50、第1の導電層60、第1の導電層70、第1の導電層80、第2の導電層53、第2の導電層63、第2の導電層73、第2の導電層83は、蒸着法、スパッタ法、CVD法、印刷法、ディスペンサ法、または液滴吐出法を用いて形成することができる。   The first conductive layer 50, the first conductive layer 60, the first conductive layer 70, the first conductive layer 80, the second conductive layer 53, the second conductive layer 63, the second conductive layer 73, the first The second conductive layer 83 can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, printing, dispenser, or droplet discharge.

また、第1の導電層50、第1の導電層60、第1の導電層70、第1の導電層80、第2の導電層53、第2の導電層63、第2の導電層73、第2の導電層83のうち、一方または両方が透光性を有するように設けてもよい。透光性を有する導電層は、透明な導電性材料を用いて形成するか、または、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。透明な導電性材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、又は酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。酸化珪素を含む酸化インジウムスズ(以下、ITSOと記す)や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに2〜20wt%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したターゲットを用いて形成された酸化物導電性材料を用いても良い。   The first conductive layer 50, the first conductive layer 60, the first conductive layer 70, the first conductive layer 80, the second conductive layer 53, the second conductive layer 63, and the second conductive layer 73. In addition, one or both of the second conductive layers 83 may be provided so as to have translucency. The light-transmitting conductive layer is formed using a transparent conductive material, or is formed with a thickness that allows light to pass even if it is not a transparent conductive material. Transparent conductive materials include indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), indium oxide containing tungsten oxide, and tungsten oxide. Other light-transmitting oxide conductive materials such as indium zinc oxide, indium oxide containing titanium oxide, or indium tin oxide containing titanium oxide can be used. An oxide conductive material formed using a target in which indium tin oxide containing silicon oxide (hereinafter referred to as ITSO) or indium oxide containing silicon oxide is mixed with 2 to 20 wt% zinc oxide (ZnO) is used. It may be used.

有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82は、有機化合物、電気的作用により導電性が変化する有機化合物、又は有機化合物と無機化合物とが混合してなる層で形成する。     The organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, and the organic compound layer 82 are layers formed by mixing an organic compound, an organic compound whose conductivity is changed by an electric action, or a mixture of an organic compound and an inorganic compound. Form.

有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82を構成することが可能な無機絶縁物としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等を用いることができる。     As an inorganic insulator that can form the organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, and the organic compound layer 82, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like is used. it can.

有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82を構成することが可能な有機化合物としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、エポキシ等に代表される有機樹脂を用いることができる。     Examples of organic compounds that can constitute the organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, and the organic compound layer 82 include organic resins represented by polyimide, acrylic, polyamide, benzocyclobutene, epoxy, and the like. Can be used.

また、有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82を構成することが可能な、電気的作用により導電性が変化する有機化合物としては、正孔輸送性を有する有機化合物材料又は電子輸送性を有する有機化合物材料を用いることができる。     Further, as an organic compound that can constitute the organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, and the organic compound layer 82 and whose conductivity is changed by an electric action, an organic compound having a hole transporting property is used. A compound material or an organic compound material having an electron transporting property can be used.

正孔輸送性を有する有機化合物材料としては、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を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上、より好ましくは10−6cm/Vs以上10−2cm/Vs以下の正孔移動度を有する物質である。 As an organic compound material having a hole-transport property, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: α-NPD), 4,4′-bis [ N- (3-methylphenyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: TPD) or 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl-amino) -triphenylamine (abbreviation: TDATA) ), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenyl-amino] -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) and phthalocyanines (abbreviation: H 2 Pc), copper lid Phthalocyanine compounds such as Russianine (abbreviation: CuPc) and vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc) can be used. The substances mentioned here are mainly substances having a hole mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher, more preferably 10 −6 cm 2 / Vs or higher and 10 −2 cm 2 / Vs or lower.

電子輸送性を有する有機化合物材料としては、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を用いることができる。また、この他、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)等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上、より好ましくは10−6cm/Vs以上10−2cm/Vs以下の電子移動度を有する物質である。 As an organic compound material having an electron transporting property, 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., and a metal complex having a quinoline skeleton or a benzoquinoline skeleton Materials can be used. In addition, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) A material such as a metal complex having an oxazole-based or thiazole-based ligand such as 2 ) 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, 4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ), bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), bathocuproin (abbreviation: BCP), and the like can be used. The substances mentioned here are mainly substances having an electron mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher, more preferably 10 −6 cm 2 / Vs or higher and 10 −2 cm 2 / Vs or lower.

本発明において、有機化合物層に用いることのできる有機化合物材料は、上記有機化合物材料の一種、または複数種を用いることができる。 In the present invention, as the organic compound material that can be used for the organic compound layer, one or more of the above organic compound materials can be used.

なお、有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82は、電気的作用により記憶素子の導電性が変化する膜厚で形成する。   Note that the organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, and the organic compound layer 82 are formed to have thicknesses at which the conductivity of the memory element changes due to electrical action.

また、第1の導電層50、第1の導電層60、第1の導電層70、第1の導電層80と有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。例えば、N型半導体層およびP型半導体層を積層させて設けられたPN接合ダイオードを用いることができる。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、1つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、ダイオードを設ける場合、PN接合を有するダイオードではなく、PIN接合を有するダイオードやアバランシェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。なお、上記整流性を有する素子は、有機化合物層52、有機化合物層62、有機化合物層72、有機化合物層82と第2の導電層53、第2の導電層63、第2の導電層73、第2の導電層83との間に設けてもよい。   In addition, the first conductive layer 50, the first conductive layer 60, the first conductive layer 70, the first conductive layer 80 and the organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, and the organic compound layer 82 An element having a rectifying property may be provided between them. The element having a rectifying property is a transistor or a diode in which a gate electrode and a drain electrode are connected. For example, a PN junction diode provided by stacking an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer can be used. Thus, by providing a diode having a rectifying property, current flows only in one direction, so that an error is reduced and a read margin is improved. Note that when a diode is provided, a diode having another structure such as a diode having a PIN junction or an avalanche diode may be used instead of a diode having a PN junction. Note that the rectifying element includes the organic compound layer 52, the organic compound layer 62, the organic compound layer 72, the organic compound layer 82, the second conductive layer 53, the second conductive layer 63, and the second conductive layer 73. , And may be provided between the second conductive layer 83.

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、絶縁物のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化でき、さらに絶縁物と有機化合物との混合層であるために、結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。     With the memory element of the present invention, characteristics such as a write voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. Moreover, since the carrier injection property is improved by the tunnel current of the insulator, the organic compound layer can be made thicker, and since it is a mixed layer of the insulator and the organic compound, defects in the layer due to crystallization and the like are generated. Since it can prevent, the form of an organic compound layer is stabilized. Therefore, it is possible to prevent the memory element from being short-circuited in the initial state before energization. As a result, a highly reliable memory device and semiconductor device can be provided with high yield.

(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of a structure of a memory element included in the memory device of the present invention will be described with reference to drawings.

実施の形態1で示した記憶素子は、一対の導電層間に設けられる有機化合物層内に複数の絶縁物を混入させる例を示した。本実施の形態では、複数の絶縁物を、有機化合物層内のみでなく、電極として設けられる一対の導電層のうち少なくとも一方にも上記絶縁物を混入させる例を示す。     In the memory element described in Embodiment 1, an example in which a plurality of insulators are mixed in an organic compound layer provided between a pair of conductive layers is described. In this embodiment, an example in which a plurality of insulators are mixed not only in an organic compound layer but also in at least one of a pair of conductive layers provided as electrodes is described.

図17(A)に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第2の絶縁物59を含む第1の導電層55上に、第1の絶縁物56を含む有機化合物層57が形成され、有機化合物層57上に第2の導電層58が形成されている。     The memory element illustrated in FIG. 17A is an example of the memory element of the present invention, and the organic compound layer 57 including the first insulator 56 is formed over the first conductive layer 55 including the second insulator 59. The second conductive layer 58 is formed on the organic compound layer 57.

図17(B)に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第1の導電層65上に、第1の絶縁物66を含む有機化合物層67が形成され、有機化合物層67上に第2の絶縁物69を含む第2の導電層68が形成されている。     The memory element illustrated in FIG. 17B is an example of the memory element of the present invention. An organic compound layer 67 including a first insulator 66 is formed over the first conductive layer 65, and the organic compound layer 67 is formed. A second conductive layer 68 including a second insulator 69 is formed.

図17(C)に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第2の絶縁物88を含む第1の導電層75上に、第1の絶縁物76を含む有機化合物層77が形成され、有機化合物層77上に第3の絶縁物79を含む第2の導電層78が形成されている。     The memory element illustrated in FIG. 17C is an example of the memory element of the present invention, and the organic compound layer 77 including the first insulator 76 is formed over the first conductive layer 75 including the second insulator 88. A second conductive layer 78 including a third insulator 79 is formed on the organic compound layer 77.

図17は有機化合物層、導電層中に複数の絶縁物が混入しているということを明確に表現するために、粒子状の複数の絶縁物が有機化合物層、導電層中に混在している一例を示す模式図である。よって、絶縁物の大きさやその層内における混入状態は、必ずしも図17で示すような状態でなくてもよい。絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。上記事柄は、本明細書の他図面においても同様のことが言える。     FIG. 17 clearly shows that a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer and the conductive layer, and a plurality of particulate insulators are mixed in the organic compound layer and the conductive layer. It is a schematic diagram which shows an example. Therefore, the size of the insulator and the mixed state in the layer do not necessarily have to be as shown in FIG. The concentration and the like of the insulator can be appropriately controlled as shown in FIG. 16 depending on the nature and size of the material used for the insulator, the organic compound, the material used for the conductive layer, and the formation method. The same can be said for other drawings in this specification.

第1の導電層55、第1の導電層65、第1の導電層75、第2の導電層58、第2の導電層68、第2の導電層78の材料および形成方法は、上記実施の形態1で示した第1の導電層50、第2の導電層53の材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。     The materials and methods for forming the first conductive layer 55, the first conductive layer 65, the first conductive layer 75, the second conductive layer 58, the second conductive layer 68, and the second conductive layer 78 are as described above. This can be similarly performed using any of the materials and formation methods of the first conductive layer 50 and the second conductive layer 53 described in Embodiment 1.

また第1の絶縁物56、第1の絶縁物66、第1の絶縁物76、第2の絶縁物59、第2の絶縁物69、第2の絶縁物79、第3の絶縁物88、有機化合物層57、有機化合物層67、有機化合物層77は、上記実施の形態1で示した絶縁物、有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。有機化合物層、導電層中に含まれる第1の絶縁物、第2の絶縁物、または第3の絶縁物は同一材料を用いてもよく、それぞれ異なる材料を用いてもよい。   The first insulator 56, the first insulator 66, the first insulator 76, the second insulator 59, the second insulator 69, the second insulator 79, the third insulator 88, The organic compound layer 57, the organic compound layer 67, and the organic compound layer 77 can be provided using a material and a formation method similar to those of the insulator and the organic compound layer described in Embodiment 1. The first insulator, the second insulator, or the third insulator included in the organic compound layer and the conductive layer may be made of the same material or different materials.

有機化合物層と、導電層との界面に絶縁物が存在すると、有機化合物層と、導電層との間でキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。図17(A)、(B)、(C)に示す記憶素子のように、有機化合物層のみならず、第1の導電層や第2の導電層中にも複数の絶縁物を混入させると、有機化合物層と第1の導電層、又は第2の導電層との界面に絶縁物が存在する可能性がより高くなる。従って、絶縁物のトンネル注入による効果も十分に得られやすい。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     When an insulator is present at the interface between the organic compound layer and the conductive layer, carriers can be tunneled between the organic compound layer and the conductive layer. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. When a plurality of insulators are mixed not only in the organic compound layer but also in the first conductive layer and the second conductive layer as in the memory element shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C. The possibility that an insulator exists at the interface between the organic compound layer and the first conductive layer or the second conductive layer becomes higher. Therefore, the effect of tunnel injection of the insulator can be sufficiently obtained. In addition, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, generation of defects in the layer due to crystallization of the organic compound or the like can be prevented, so that the form of the organic compound layer is stabilized. Furthermore, since the carrier injection property is improved by tunnel injection, the organic compound layer can be made thicker. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層57、有機化合物層67、有機化合物層77中に存在する第1の絶縁物56、第1の絶縁物66、第1の絶縁物76はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層57、有機化合物層67、有機化合物層77全体のキャリア輸送性は、第1の絶縁物56、第1の絶縁物66、第1の絶縁物76の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, the first insulator 56, the first insulator 66, and the first insulator 76 present in the organic compound layer 57, the organic compound layer 67, and the organic compound layer 77 do not perform carrier transport. The entire carrier transport property of the compound layer 57, the organic compound layer 67, and the organic compound layer 77 is lowered by the inhibition of the first insulator 56, the first insulator 66, and the first insulator 76. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

以上のことから、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。     As described above, a highly reliable memory device and semiconductor device can be provided with high yield.

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。より具体的には、記憶装置の構成がパッシブマトリクス型の場合に関して示す。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a structure of a memory element included in the memory device of the present invention will be described with reference to drawings. More specifically, the case where the structure of the memory device is a passive matrix type will be described.

図3に示したのは本発明の記憶装置が有する一構成例であり、メモリセル721がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ722、カラムデコーダ726aと読み出し回路726bとセレクタ726cを有するビット線駆動回路726、ロウデコーダ724aとレベルシフタ724bを有するワード線駆動回路724、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェイス723を有している。なお、ここで示す記憶装置716の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。   FIG. 3 shows a structural example of the memory device of the present invention, which is a bit line driver circuit including a memory cell array 722 in which memory cells 721 are provided in a matrix, a column decoder 726a, a read circuit 726b, and a selector 726c. 726, a word line driver circuit 724 having a row decoder 724a and a level shifter 724b, and an interface 723 having a writing circuit and the like for exchanging with the outside. Note that the structure of the memory device 716 shown here is merely an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included, and a write circuit may be provided in the bit line driver circuit.

メモリセル721は、ワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第1の導電層と、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第2の導電層と、絶縁層とを有する。絶縁層は、第1の導電層と第2の導電層の間に単層または積層して設けられている。   The memory cell 721 includes a first conductive layer constituting the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a second conductive layer constituting the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), and an insulating layer. . The insulating layer is provided as a single layer or a stacked layer between the first conductive layer and the second conductive layer.

メモリセルアレイ722の上面図を図2(A)に、図2(A)における線A−Bの断面図を図2(B)、及び図2(C)に示す。また、図2(A)には、絶縁層754は省略され図示されていないが、図2(B)で示すようにそれぞれ設けられている。   2A is a top view of the memory cell array 722, and FIGS. 2B and 2C are cross-sectional views taken along line AB in FIG. 2A. In FIG. 2A, the insulating layer 754 is omitted and not shown, but is provided as shown in FIG. 2B.

メモリセルアレイ722は、第1の方向に延びた第1の導電層751a、第1の導電層751b、第1の導電層751c、第1の導電層751a、第1の導電層751b、第1の導電層751cを覆って設けられた複数の絶縁物756を含む有機化合物層752と、第1の方向と垂直な第2の方向に延びた第2の導電層753a、第2の導電層753b、第2の導電層753aとを有している(図2(A)参照。)。第1の導電層751a、第1の導電層751b、第1の導電層751cと第2の導電層753a、第2の導電層753b、第2の導電層753aとの間に複数の絶縁物756を含む有機化合物層752が設けられている。また、第2の導電層753a、第2の導電層753b、第2の導電層753aを覆うように、保護膜として機能する絶縁層754を設けている(図2(B)参照。)。なお、隣接する各々のメモリセル間において横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた複数の絶縁物756を含む有機化合物層752を分離してもよい。   The memory cell array 722 includes a first conductive layer 751a, a first conductive layer 751b, a first conductive layer 751c, a first conductive layer 751a, a first conductive layer 751b, and a first layer extending in the first direction. An organic compound layer 752 including a plurality of insulators 756 provided to cover the conductive layer 751c; a second conductive layer 753a extending in a second direction perpendicular to the first direction; a second conductive layer 753b; A second conductive layer 753a (see FIG. 2A). A plurality of insulators 756 are provided between the first conductive layer 751a, the first conductive layer 751b, the first conductive layer 751c, the second conductive layer 753a, the second conductive layer 753b, and the second conductive layer 753a. An organic compound layer 752 containing is provided. Further, an insulating layer 754 serving as a protective film is provided so as to cover the second conductive layer 753a, the second conductive layer 753b, and the second conductive layer 753a (see FIG. 2B). Note that when there is a concern about the influence of a horizontal electric field between adjacent memory cells, the organic compound layer 752 including a plurality of insulators 756 provided in each memory cell may be separated.

図2(C)は、図2(B)の変形例であり、基板790上に、第1の導電層791a、第1の導電層791b、第1の導電層791c、複数の絶縁物796を含む有機化合物層792、第2の導電層793b、保護層である絶縁層794を有している。図2(C)の第1の導電層791a、第1の導電層791b、第1の導電層791cのように、第1の導電層は、テーパーを有する形状でもよく、曲率半径が連続的に変化する形状でもよい。第1の導電層791a、第1の導電層791b、第1の導電層791cのような形状は、液滴吐出法などを用いて形成することができる。このような曲率を有する曲面であると、積層する絶縁層や導電層のカバレッジがよい。   FIG. 2C is a modification example of FIG. 2B, in which a first conductive layer 791a, a first conductive layer 791b, a first conductive layer 791c, and a plurality of insulators 796 are provided over a substrate 790. It includes an organic compound layer 792, a second conductive layer 793b, and an insulating layer 794 which is a protective layer. As in the first conductive layer 791a, the first conductive layer 791b, and the first conductive layer 791c in FIG. 2C, the first conductive layer may have a tapered shape, and the curvature radius may be continuous. The shape may change. Shapes such as the first conductive layer 791a, the first conductive layer 791b, and the first conductive layer 791c can be formed by a droplet discharge method or the like. When the curved surface has such a curvature, the insulating layer and the conductive layer to be stacked have good coverage.

本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第1の導電層、第2の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。     The state of inclusion of the insulator in the organic compound layer in this embodiment is an example, as shown in FIG. 16 depending on the nature and size of the material used as the insulator, the material used as the organic compound and the conductive layer, and the formation method. The concentration of the insulator can be appropriately controlled. For example, the insulator concentration may be increased as it approaches the interface between the organic compound layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. The change in the concentration may be continuous or discontinuous in the organic compound layer.

また、第1の導電層の端部を覆うように隔壁(絶縁層)を形成してもよい。隔壁(絶縁層)は、他の記憶素子間を隔てる壁のような役目を果たす。図8(A)、(B)に第1の導電層の端部を隔壁(絶縁層)で覆う構造を示す。   In addition, a partition wall (insulating layer) may be formed so as to cover an end portion of the first conductive layer. The partition (insulating layer) functions like a wall separating other memory elements. 8A and 8B illustrate a structure in which the end portion of the first conductive layer is covered with a partition wall (insulating layer).

図8(A)に示す記憶素子の一例は、隔壁となる隔壁(絶縁層)775が、第1の導電層771a、第1の導電層771b、第1の導電層771cの端部を覆うようにテーパーを有する形状で形成されている。基板770上に設けられた第1の導電層771a、第1の導電層771b、第1の導電層771c上に、隔壁(絶縁層)775を形成し、複数の絶縁物776を含む有機化合物層772、第2の導電層773b、絶縁層774を形成する。     In the example of the memory element illustrated in FIG. 8A, a partition wall (insulating layer) 775 serving as a partition wall covers end portions of the first conductive layer 771a, the first conductive layer 771b, and the first conductive layer 771c. It is formed in a shape having a taper. A partition (insulating layer) 775 is formed over the first conductive layer 771a, the first conductive layer 771b, and the first conductive layer 771c provided over the substrate 770, and an organic compound layer including a plurality of insulators 776 772, a second conductive layer 773b, and an insulating layer 774 are formed.

図8(B)に示す記憶素子の一例は、隔壁(絶縁層)765が曲率を有し、その曲率半径が連続的に変化する形状である。基板760上に設けられた第1の導電層761a、第1の導電層761b、第1の導電層761c、複数の絶縁物766を含む有機化合物層762、第2の導電層763b、絶縁層764が形成される。     An example of the memory element illustrated in FIG. 8B has a shape in which the partition wall (insulating layer) 765 has a curvature, and the radius of curvature continuously changes. A first conductive layer 761a, a first conductive layer 761b, a first conductive layer 761c, an organic compound layer 762 including a plurality of insulators 766, a second conductive layer 763b, and an insulating layer 764 provided over the substrate 760 Is formed.

上記メモリセルの構成において、基板750、基板760、基板770、基板790としては、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板等を用いることができる。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、貼り合わせフィルム(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)などを用いることもできる。また、この他にも、Si等の半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ(FET)の上部や、ガラス等の基板上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)の上部にメモリセルアレイ722を設けることができる。     In the structure of the memory cell, as the substrate 750, the substrate 760, the substrate 770, and the substrate 790, a glass substrate, a flexible substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, or the like can be used. The flexible substrate is a substrate that can be bent (flexible), and examples thereof include a plastic substrate made of polycarbonate, polyarylate, polyethersulfone, or the like. In addition, a laminated film (made of polypropylene, polyester, vinyl, polyvinyl fluoride, vinyl chloride, etc.), paper made of a fibrous material, base film (polyester, polyamide, inorganic vapor deposition film, paper, etc.), etc. are used. You can also In addition, a memory cell array 722 may be provided above a field effect transistor (FET) formed on a semiconductor substrate such as Si or above a thin film transistor (TFT) formed on a substrate such as glass. it can.

本実施の形態で示した第1の導電層751a〜751c、第1の導電層761a〜761c、第1の導電層771a〜771c、第1の導電層791a〜791c、第2の導電層753a〜753c、第2の導電層763a〜763c、第2の導電層773a〜773c、第2の導電層793a〜793cの材料および形成方法は、上記実施の形態1で示した第1の導電層50、第2の導電層53の材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。   The first conductive layers 751a to 751c, the first conductive layers 761a to 761c, the first conductive layers 771a to 771c, the first conductive layers 791a to 791c, the second conductive layers 753a to 753a, which are described in this embodiment mode 753c, second conductive layers 763a to 763c, second conductive layers 773a to 773c, and materials and formation methods of the second conductive layers 793a to 793c are the same as those of the first conductive layer 50 described in Embodiment Mode 1. This can be similarly performed using any of the material and the formation method of the second conductive layer 53.

また、絶縁物756、絶縁物766、絶縁物776、絶縁物796、有機化合物層752、有機化合物層762、有機化合物層772、有機化合物層792は、上記実施の形態1で示した絶縁物、有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。   The insulator 756, the insulator 766, the insulator 776, the insulator 796, the organic compound layer 752, the organic compound layer 762, the organic compound layer 772, and the organic compound layer 792 are formed using the insulator described in Embodiment 1 above, A material and a formation method similar to those for the organic compound layer can be used.

また、第1の導電層751a〜751c、第1の導電層761a〜761c、第1の導電層771a〜771c、第1の導電層791a〜791cと有機化合物層752、有機化合物層762、有機化合物層772、有機化合物層792との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。なお、上記整流性を有する素子は、有機化合物層752、有機化合物層762、有機化合物層772、有機化合物層792と第2の導電層753a〜753c、第2の導電層763a〜763c、第2の導電層773a〜773c、第2の導電層793a〜793cとの間に設けてもよい。   In addition, the first conductive layers 751a to 751c, the first conductive layers 761a to 761c, the first conductive layers 771a to 771c, the first conductive layers 791a to 791c, the organic compound layer 752, the organic compound layer 762, and the organic compound An element having a rectifying property may be provided between the layer 772 and the organic compound layer 792. Note that the rectifying element includes the organic compound layer 752, the organic compound layer 762, the organic compound layer 772, the organic compound layer 792, the second conductive layers 753a to 753c, the second conductive layers 763a to 763c, the second The conductive layers 773a to 773c and the second conductive layers 793a to 793c may be provided.

隔壁(絶縁層)765、隔壁(絶縁層)775としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムその他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド(polyimide)、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリレンエーテル、ポリイミドなどの有機材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。作製法としては、プラズマCVD法や熱CVD法などの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。また、液滴吐出法や、ディスペンサ法、印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法)を用いることもできる。塗布法で得られるTOF膜やSOG膜なども用いることができる。     As the partition wall (insulating layer) 765 and the partition wall (insulating layer) 775, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, and other inorganic insulating materials, acrylic acid, methacrylic acid, and the like Or a heat resistant polymer such as polyimide, aromatic polyamide, polybenzimidazole, or a siloxane resin. Further, a resin material such as a vinyl resin such as polyvinyl alcohol or polyvinyl butyral, an epoxy resin, a phenol resin, a novolac resin, an acrylic resin, a melamine resin, or a urethane resin is used. Further, an organic material such as benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, polyimide, a composition material containing a water-soluble homopolymer and a water-soluble copolymer, or the like may be used. As a manufacturing method, a vapor deposition method such as a plasma CVD method or a thermal CVD method, or a sputtering method can be used. Alternatively, a droplet discharge method, a dispenser method, or a printing method (a method for forming a pattern such as screen printing or offset printing) can be used. A TOF film or an SOG film obtained by a coating method can also be used.

また、液滴吐出法により、導電層、絶縁層などを、組成物を吐出し形成した後、その平坦性を高めるために表面を圧力によってプレスして平坦化してもよい。プレスの方法としては、ローラー状のものを表面に走査することによって、凹凸をならすように軽減したり、平坦な板状な物で表面を垂直にプレスしたりしてもよい。プレスする時に、加熱工程を行っても良い。また溶剤等によって表面を軟化、または融解させエアナイフで表面の凹凸部を除去しても良い。また、CMP法を用いて研磨しても良い。この工程は、液滴吐出法によって凹凸が生じる場合に、その表面の平坦化する場合適用することができる。     Further, after a conductive layer, an insulating layer, or the like is formed by discharging a composition by a droplet discharge method, the surface may be flattened by pressing with a pressure in order to improve the flatness. As a pressing method, the surface of the roller-like object may be scanned to reduce unevenness, or the surface may be pressed vertically with a flat plate-like object. A heating step may be performed when pressing. Alternatively, the surface may be softened or melted with a solvent or the like, and the surface irregularities may be removed with an air knife. Further, polishing may be performed using a CMP method. This step can be applied when the surface is flattened when unevenness is generated by the droplet discharge method.

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、絶縁物のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化でき、さらに絶縁物と有機化合物との混合層であるために、有機化合物の結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。     With the memory element of the present invention, characteristics such as a write voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since the carrier injection property is improved by the tunnel current of the insulator, the organic compound layer can be thickened. Furthermore, since it is a mixed layer of an insulator and an organic compound, Since defects can be prevented, the form of the organic compound layer is stabilized. Therefore, it is possible to prevent the memory element from being short-circuited in the initial state before energization. As a result, a highly reliable memory device and semiconductor device can be provided with high yield.

(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態3とは異なる構成を有する記憶装置について説明する。具体的には、記憶装置の構成がアクティブマトリクス型の場合に関して示す。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a memory device having a structure different from that in Embodiment 3 is described. Specifically, a case where the structure of the memory device is an active matrix type will be described.

図5に示したのは本実施の形態で示す記憶装置の一構成例であり、メモリセル231がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ232、カラムデコーダ226aと読み出し回路226bとセレクタ226cを有するビット線駆動回路226、ロウデコーダ224aとレベルシフタ224bを有するワード線駆動回路224、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェイス223を有している。なお、ここで示す記憶装置217の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。   FIG. 5 shows an example of a structure of the memory device described in this embodiment. A bit line including a memory cell array 232 in which memory cells 231 are provided in a matrix, a column decoder 226a, a read circuit 226b, and a selector 226c. A driving circuit 226, a word line driving circuit 224 having a row decoder 224a and a level shifter 224b, and an interface 223 having a writing circuit and the like for performing exchange with the outside. Note that the structure of the memory device 217 shown here is merely an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included, and a writing circuit may be provided in the bit line driver circuit.

メモリセルアレイ232は、ワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第1の配線と、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第2の配線と、トランジスタ210aと、記憶素子215bと、メモリセル231とを有する。記憶素子215b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。   The memory cell array 232 includes a first wiring configuring the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a second wiring configuring the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a transistor 210a, and a storage element 215b. And a memory cell 231. The memory element 215b has a structure in which an organic compound layer is sandwiched between a pair of conductive layers.

メモリセルアレイ232の上面図を図4(A)に、図4(A)における線E−Fの断面図を図4(B)に示す。また、図4(A)には、複数の絶縁物216を含む有機化合物層212、第2の導電層213及び絶縁層214は省略され図示されていないが、図4(B)で示すようにそれぞれ設けられている。   4A is a top view of the memory cell array 232, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line EF in FIG. 4A. In FIG. 4A, the organic compound layer 212 including the plurality of insulators 216, the second conductive layer 213, and the insulating layer 214 are omitted and not shown, but as shown in FIG. Each is provided.

メモリセルアレイ232は、第1の方向に延びた第1の配線205a及び第1の配線205bと、第1の方向と垂直な第2の方向に延びた第2の配線202とがマトリクス状に設けられている。また、第1の配線はトランジスタ210a及びトランジスタ210bのソース電極又はドレイン電極に接続されており、第2の配線はトランジスタ210a及びトランジスタ210bのゲート電極に接続されている。さらに、第1の配線と接続されていないトランジスタ210a及びトランジスタ210bのソースまたはドレイン電極に、それぞれ第1の導電層206a及び第1の導電層206bが接続され、それぞれ第1の導電層206a及び第1の導電層206b、複数の絶縁物216を含む有機化合物層212、第2の導電層213の積層構造によって記憶素子215a、記憶素子215bが設けられている。隣接する各々のメモリセル231の間に隔壁(絶縁層)207を設けて、第1の導電層と隔壁(絶縁層)207上に複数の絶縁物216を含む有機化合物層212および第2の導電層213を積層して設けている。第2の導電層213上に保護層となる絶縁層214を有している。また、トランジスタ210a、トランジスタ210bとして、薄膜トランジスタを用いている(図4(B)参照。)。   The memory cell array 232 includes a first wiring 205a and a first wiring 205b extending in a first direction and a second wiring 202 extending in a second direction perpendicular to the first direction in a matrix. It has been. The first wiring is connected to the source electrode or the drain electrode of the transistors 210a and 210b, and the second wiring is connected to the gate electrodes of the transistors 210a and 210b. Further, the first conductive layer 206a and the first conductive layer 206b are connected to the source or drain electrodes of the transistor 210a and the transistor 210b which are not connected to the first wiring, respectively. A memory element 215a and a memory element 215b are provided by a stacked structure of one conductive layer 206b, an organic compound layer 212 including a plurality of insulators 216, and a second conductive layer 213. A partition wall (insulating layer) 207 is provided between each adjacent memory cell 231, and the organic compound layer 212 including the plurality of insulators 216 and the second conductive layer are formed on the first conductive layer and the partition wall (insulating layer) 207. A layer 213 is stacked. An insulating layer 214 serving as a protective layer is provided over the second conductive layer 213. Thin film transistors are used as the transistors 210a and 210b (see FIG. 4B).

図4(B)の記憶装置は基板200上に設けられており、絶縁層201a、絶縁層201b、絶縁層208、絶縁層209、絶縁層211、トランジスタ210aを構成する半導体層204a、ゲート電極層202a、ソース電極層又はドレイン電極層を兼ねる配線205a、トランジスタ210bを構成する半導体層204b、ゲート電極層202b、ソース電極層又はドレイン電極層を兼ねる配線205bを有している。第1の導電層206a、第1の導電層206b、隔壁(絶縁層)207上に複数の絶縁物216を含む有機化合物層212、第2の導電層213が形成されている。本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第1の導電層、第2の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。     The memory device in FIG. 4B is provided over a substrate 200, and includes an insulating layer 201a, an insulating layer 201b, an insulating layer 208, an insulating layer 209, an insulating layer 211, a semiconductor layer 204a included in the transistor 210a, and a gate electrode layer. 202a, a wiring 205a also serving as a source electrode layer or a drain electrode layer, a semiconductor layer 204b included in the transistor 210b, a gate electrode layer 202b, and a wiring 205b also serving as a source electrode layer or a drain electrode layer. An organic compound layer 212 including a plurality of insulators 216 and a second conductive layer 213 are formed over the first conductive layer 206 a, the first conductive layer 206 b, and the partition wall (insulating layer) 207. The state of inclusion of the insulator in the organic compound layer in this embodiment is an example, as shown in FIG. 16 depending on the nature and size of the material used as the insulator, the material used as the organic compound and the conductive layer, and the formation method. The concentration of the insulator can be appropriately controlled. For example, the insulator concentration may be increased as it approaches the interface between the organic compound layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. The change in the concentration may be continuous or discontinuous in the organic compound layer.

本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層212中に複数の絶縁物216を含んで第1の導電層上に形成する。第1の導電層と第2の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層212に電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層212を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層と第2の導電層とが接してしまい、結果第1の導電層と第2の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In this embodiment, the organic compound layer 212 included in the memory element included in the memory device includes the plurality of insulators 216 and is formed over the first conductive layer. When a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer, a current flows through the organic compound layer 212 to generate heat. When the temperature of the organic compound layer rises to the glass transition temperature due to Joule heat, the material forming the organic compound layer 212 becomes a fluid composition. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform, the organic compound layer is deformed, and the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with each other. As a result, the first conductive layer and the second conductive layer Is short-circuited. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

有機化合物層212と第1の導電層との界面に存在する絶縁物216により、第1の導電層から有機化合物層212へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     The insulator 216 present at the interface between the organic compound layer 212 and the first conductive layer enables carrier tunnel injection from the first conductive layer to the organic compound layer 212. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, generation of defects due to crystallization of the organic compound or the like can be prevented, so that the form of the organic compound layer is stabilized. Furthermore, since the carrier injection property is improved by tunnel injection, the organic compound layer can be made thicker. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層212中に存在する絶縁物216はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層212全体のキャリア輸送性は、絶縁物216の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, since the insulator 216 present in the organic compound layer 212 does not perform carrier transport, the carrier transport property of the entire organic compound layer 212 is lowered by the inhibition of the insulator 216. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

また、図6に示すように、単結晶半導体基板250上に設けられた電界効果トランジスタ260a、電界効果トランジスタ260bに記憶素子265a、記憶素子265bが接続されていてもよい。ここでは、電界効果トランジスタ260a及び電界効果トランジスタ260bのソース電極層又はドレイン電極層255a〜255dを覆うように絶縁層270を設け、絶縁層270上に第1の導電層256a、第1の導電層256b、隔壁(絶縁層)267、複数の絶縁物266aを含む有機化合物層262a、複数の絶縁物266bを含む有機化合物層262b、第2の導電層263で記憶素子265a、記憶素子265bを構成する。複数の絶縁物266aを含む有機化合物層262a、複数の絶縁物266bを含む有機化合物層262bのように絶縁物を含む有機化合物層は、各メモリセルのみに、マスク等を用いて選択的に設けてもよい。また、図6に示す記憶装置は、素子分離領域268、絶縁層269、絶縁層261、絶縁層264も有している。第1の導電層256a、第1の導電層256b、隔壁267上に絶縁物266aを含む有機化合物層262a、絶縁物266bを含む有機化合物層262bが形成され、絶縁物266aを含む有機化合物層262a及び絶縁物266bを含む有機化合物層262b上に第2の導電層263が形成されている。本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第1の導電層、第2の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。   Further, as illustrated in FIG. 6, a memory element 265 a and a memory element 265 b may be connected to the field effect transistor 260 a and the field effect transistor 260 b provided over the single crystal semiconductor substrate 250. Here, an insulating layer 270 is provided so as to cover the source or drain electrode layers 255a to 255d of the field effect transistor 260a and the field effect transistor 260b, and the first conductive layer 256a and the first conductive layer are provided over the insulating layer 270. The memory element 265a and the memory element 265b are configured by 256b, a partition wall (insulating layer) 267, an organic compound layer 262a including a plurality of insulators 266a, an organic compound layer 262b including a plurality of insulators 266b, and a second conductive layer 263. . An organic compound layer including an insulator such as an organic compound layer 262a including a plurality of insulators 266a and an organic compound layer 262b including a plurality of insulators 266b is selectively provided only in each memory cell using a mask or the like. May be. In addition, the memory device illustrated in FIG. 6 also includes an element isolation region 268, an insulating layer 269, an insulating layer 261, and an insulating layer 264. The organic compound layer 262a including the insulator 266a and the organic compound layer 262b including the insulator 266b are formed over the first conductive layer 256a, the first conductive layer 256b, the partition 267, and the organic compound layer 262a including the insulator 266a. The second conductive layer 263 is formed over the organic compound layer 262b including the insulator 266b. The state of inclusion of the insulator in the organic compound layer in this embodiment is an example, as shown in FIG. 16 depending on the nature and size of the material used as the insulator, the organic compound, the material used as the conductive layer, and the formation method. The concentration of the insulator can be appropriately controlled. For example, the insulator concentration may be increased as it approaches the interface between the organic compound layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. The change in the concentration may be continuous or discontinuous in the organic compound layer.

本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層262a及び有機化合物層262b中に絶縁物266a、絶縁物266bを含んで第1の導電層上に形成する。第1の導電層と第2の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層262a及び有機化合物層262bに電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層262a及び有機化合物層262bを形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層と第2の導電層とが接してしまい、結果第1の導電層と第2の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In this embodiment, the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b included in the memory element included in the memory device are formed over the first conductive layer including the insulator 266a and the insulator 266b. When a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer, a current flows through the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b to generate heat. When the temperature of the organic compound layer rises to the glass transition temperature due to Joule heat, the material forming the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b becomes a fluid composition. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform, the organic compound layer is deformed, and the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with each other. As a result, the first conductive layer and the second conductive layer Is short-circuited. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

有機化合物層262a、有機化合物層262bと第1の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物266a、絶縁物266bにより、第1の導電層から有機化合物層262a、有機化合物層262bへのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     Carriers from the first conductive layer to the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b are formed by the insulator 266a and the insulator 266b respectively present at the interface between the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b and the first conductive layer. Tunnel injection becomes possible. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, generation of defects due to crystallization of the organic compound or the like can be prevented, so that the form of the organic compound layer is stabilized. Furthermore, since the carrier injection property is improved by tunnel injection, the organic compound layer can be made thicker. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層262a、有機化合物層262b中にそれぞれ存在する絶縁物266a、絶縁物266bはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層262a、有機化合物層262b全体のキャリア輸送性は、絶縁物266a、絶縁物266bの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, since the insulator 266a and the insulator 266b respectively present in the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b do not perform carrier transport, the carrier transport property of the organic compound layer 262a and the organic compound layer 262b as a whole 266a and the insulator 266b are lowered. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

このように、絶縁層270を設けて記憶素子を形成することによって第1の導電層を自由に配置することができる。つまり、図4(B)の構成では、トランジスタ210a、トランジスタ210bのソース電極層又はドレイン電極層を避けた領域に記憶素子215a、記憶素子215bを設ける必要があったが、上記構成とすることによって、例えば、トランジスタ210a、トランジスタ210bの上方に記憶素子215a、記憶素子215bを形成することが可能となる。その結果、記憶装置217をより高集積化することが可能となる。   In this manner, by providing the insulating layer 270 and forming the memory element, the first conductive layer can be freely arranged. In other words, in the structure in FIG. 4B, the memory element 215a and the memory element 215b need to be provided in a region where the source electrode layer or the drain electrode layer of the transistor 210a and the transistor 210b are avoided. For example, the memory element 215a and the memory element 215b can be formed above the transistors 210a and 210b. As a result, the storage device 217 can be more highly integrated.

トランジスタ210a、トランジスタ210bはスイッチング素子として機能し得るものであれば、どのような構成で設けてもよい。半導体層も非晶質半導体、結晶性半導体、多結晶半導体、微結晶半導体など様々な半導体を用いることができ、有機化合物を用いて有機トランジスタを形成してもよい。図4(A)では、絶縁性を有する基板上にプレーナ型の薄膜トランジスタを設けた例を示しているが、スタガ型や逆スタガ型等の構造でトランジスタを形成することも可能である。   The transistors 210a and 210b may have any structure as long as they can function as switching elements. As the semiconductor layer, various semiconductors such as an amorphous semiconductor, a crystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, and a microcrystalline semiconductor can be used, and an organic transistor may be formed using an organic compound. FIG. 4A illustrates an example in which a planar thin film transistor is provided over an insulating substrate; however, a transistor can be formed with a staggered structure, an inverted staggered structure, or the like.

図7に、逆スタガ型の構造の薄膜トランジスタを用いた例を示す。基板280上に、逆スタガ型の構造の薄膜トランジスタであるトランジスタ290a、トランジスタ290bが設けられている。トランジスタ290aは、絶縁層288、ゲート電極層281、非晶質半導体層282、一導電型を有する半導体層283a、一導電型を有する半導体層283b、ソース電極層又はドレイン電極層285を有し、ソース電極層又はドレイン電極層は記憶素子を構成する第1の導電層286a、第1の導電層286bである。第1の導電層286a、第1の導電層286bの端部を覆うように隔壁(絶縁層)287を積層し、第1の導電層286a、第1の導電層286b、隔壁(絶縁層)287上に複数の絶縁物296a、複数の絶縁物296bを含む有機化合物層292、第2の導電層293、保護層である絶縁層294が形成され、記憶素子295a、記憶素子295bを構成している。絶縁物296a、絶縁物296bは、有機化合物層292において、第1の導電層286a、第1の導電層286bと、第2の導電層293とに挟まれた記憶素子295a、記憶素子295bの領域に選択的に添加されている。このように、絶縁物は有機化合物層中に選択的に混入されていてもよく、本実施の形態の図7の記憶装置では、有機化合物層292に選択的に絶縁物296a、絶縁物296bをドーピング法、イオン注入法などを用いて添加して作製する。本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第1の導電層、第2の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。     FIG. 7 shows an example using a thin film transistor having an inverted staggered structure. Over the substrate 280, transistors 290a and 290b which are thin film transistors having an inverted staggered structure are provided. The transistor 290a includes an insulating layer 288, a gate electrode layer 281, an amorphous semiconductor layer 282, a semiconductor layer 283a having one conductivity type, a semiconductor layer 283b having one conductivity type, a source or drain electrode layer 285, The source electrode layer or the drain electrode layer is a first conductive layer 286a and a first conductive layer 286b included in the memory element. A partition wall (insulating layer) 287 is stacked so as to cover end portions of the first conductive layer 286a and the first conductive layer 286b, and the first conductive layer 286a, the first conductive layer 286b, and the partition wall (insulating layer) 287 are stacked. An organic compound layer 292 including a plurality of insulators 296a, a plurality of insulators 296b, a second conductive layer 293, and an insulating layer 294 which is a protective layer are formed over the memory element 295a and the memory element 295b. . The insulator 296a and the insulator 296b are regions of the memory element 295a and the memory element 295b which are sandwiched between the first conductive layer 286a, the first conductive layer 286b, and the second conductive layer 293 in the organic compound layer 292. Is selectively added. As described above, the insulator may be selectively mixed in the organic compound layer. In the memory device in FIG. 7 of this embodiment, the insulator 296a and the insulator 296b are selectively added to the organic compound layer 292. It is manufactured by adding using a doping method, an ion implantation method, or the like. The state of inclusion of the insulator in the organic compound layer in this embodiment is an example, as shown in FIG. 16 depending on the nature and size of the material used as the insulator, the material used as the organic compound and the conductive layer, and the formation method. The concentration of the insulator can be appropriately controlled. For example, the insulator concentration may be increased as it approaches the interface between the organic compound layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. The change in the concentration may be continuous or discontinuous in the organic compound layer.

本実施の形態の図7の記憶装置では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層292中に絶縁物296a、絶縁物296bを含んで第1の導電層上に形成する。第1の導電層と第2の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層292に電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層292を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層と第2の導電層とが接してしまい、結果第1の導電層と第2の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In the memory device in FIG. 7 of this embodiment, the organic compound layer 292 included in the memory element included in the memory device includes the insulator 296a and the insulator 296b and is formed over the first conductive layer. When a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer, a current flows through the organic compound layer 292 to generate heat. When the temperature of the organic compound layer rises to the glass transition temperature due to Joule heat, the material forming the organic compound layer 292 becomes a fluid composition. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform, the organic compound layer is deformed, and the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with each other. As a result, the first conductive layer and the second conductive layer Is short-circuited. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

有機化合物層292と第1の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物296a、絶縁物296bにより、第1の導電層から有機化合物層292へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     The insulator 296a and the insulator 296b respectively present at the interface between the organic compound layer 292 and the first conductive layer allow tunnel injection of carriers from the first conductive layer to the organic compound layer 292. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, generation of defects due to crystallization of the organic compound or the like can be prevented, so that the form of the organic compound layer is stabilized. Furthermore, since the carrier injection property is improved by tunnel injection, the organic compound layer can be made thicker. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層292中にそれぞれ存在する絶縁物296a、絶縁物296bはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層292全体のキャリア輸送性は、絶縁物296a、絶縁物296bの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, since the insulators 296a and 296b existing in the organic compound layer 292 do not transport carriers, the entire organic compound layer 292 has a low carrier transport property due to the inhibition of the insulators 296a and 296b. . Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

図7に示す記憶装置は、ゲート電極層281、ソース電極層又はドレイン電極層285、第1の導電層286a、第1の導電層286b、隔壁(絶縁層)287を液滴吐出法を用いて形成する。液滴吐出法とは流動体である構成物形成材料を含む組成物を、液滴として吐出(噴出)し、所望なパターン形状に形成する方法である。構成物の被形成領域に、構成物形成材料を含む液滴を吐出し、焼成、乾燥等を行って固定化し所望なパターンの構成物を形成する。   In the memory device illustrated in FIG. 7, the gate electrode layer 281, the source or drain electrode layer 285, the first conductive layer 286a, the first conductive layer 286b, and the partition wall (insulating layer) 287 are formed by a droplet discharge method. Form. The droplet discharge method is a method in which a composition containing a composition forming material that is a fluid is discharged (jetted) as droplets to form a desired pattern shape. A droplet containing a component forming material is discharged onto a region where the component is to be formed, and fixed by firing, drying, or the like to form a component having a desired pattern.

液滴吐出法に用いる液滴吐出装置の一態様を図15に示す。液滴吐出手段1403の個々のヘッド1405、ヘッド1412は制御手段1407に接続され、それがコンピュータ1410で制御することにより予めプログラミングされたパターンに描画することができる。描画するタイミングは、例えば、基板1400上に形成されたマーカー1411を基準に行えば良い。或いは、基板1400の縁を基準にして基準点を確定させても良い。これを撮像手段1404で検出し、画像処理手段1409にてデジタル信号に変換したものをコンピュータ1410で認識して制御信号を発生させて制御手段1407に送る。撮像手段1404としては、電荷結合素子(CCD)や相補型金属酸化物半導体(CMOS)を利用したイメージセンサなどを用いることができる。勿論、基板1400上に形成されるべきパターン形状の情報は記憶媒体1408に格納されたものであり、この情報を基にして制御手段1407に制御信号を送り、液滴吐出手段1403の個々のヘッド1405、ヘッド1412を個別に制御することができる。吐出する材料は、材料供給源1413、材料供給源1414より配管を通してヘッド1405、ヘッド1412にそれぞれ供給される。     One mode of a droplet discharge apparatus used for the droplet discharge method is shown in FIG. The individual heads 1405 and 1412 of the droplet discharge means 1403 are connected to the control means 1407, which can be drawn in a pre-programmed pattern under the control of the computer 1410. The drawing timing may be performed with reference to a marker 1411 formed on the substrate 1400, for example. Alternatively, the reference point may be determined based on the edge of the substrate 1400. This is detected by the imaging means 1404, converted into a digital signal by the image processing means 1409, is recognized by the computer 1410, a control signal is generated, and sent to the control means 1407. As the imaging unit 1404, an image sensor using a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) can be used. Of course, the information on the pattern shape to be formed on the substrate 1400 is stored in the storage medium 1408. Based on this information, a control signal is sent to the control means 1407, and each head of the droplet discharge means 1403 is sent. 1405, the head 1412 can be individually controlled. The material to be discharged is supplied from the material supply source 1413 and the material supply source 1414 to the head 1405 and the head 1412 through piping.

ヘッド1405内部は、点線1406が示すように液状の材料を充填する空間と、吐出口であるノズルを有する構造となっている。図示しないが、ヘッド1412もヘッド1405と同様な内部構造を有する。ヘッド1405とヘッド1412のノズルを異なるサイズで設けると、異なる材料を異なる幅で同時に描画することができる。一つのヘッドで、導電性材料や有機、無機材料などをそれぞれ吐出し、描画することができ、層間膜のような広領域に描画する場合は、スループットを向上させるため複数のノズルより同材料を同時に吐出し、描画することができる。大型基板を用いる場合、ヘッド1405、ヘッド1412は基板上を、矢印の方向に自在に走査し、描画する領域を自由に設定することができ、同じパターンを一枚の基板に複数描画することができる。     The inside of the head 1405 has a structure having a space filled with a liquid material as indicated by a dotted line 1406 and a nozzle that is a discharge port. Although not shown, the head 1412 has the same internal structure as the head 1405. When the nozzles of the head 1405 and the head 1412 are provided in different sizes, different materials can be drawn simultaneously with different widths. With one head, conductive material, organic material, inorganic material, etc. can be discharged and drawn respectively. When drawing in a wide area like an interlayer film, the same material is used from multiple nozzles to improve throughput. It is possible to discharge and draw at the same time. In the case of using a large substrate, the head 1405 and the head 1412 can freely scan on the substrate in the direction of the arrow to freely set a drawing area, and a plurality of the same pattern can be drawn on a single substrate. it can.

液滴吐出法を用いて導電層を形成する場合、粒子状に加工された導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成によって融合や融着接合させ固化することで導電層を形成する。このように導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成することによって形成された導電層(または絶縁層)においては、スパッタ法などで形成した導電層(または絶縁層)が、多くは柱状構造を示すのに対し、多くの粒界を有する多結晶状態を示すことが多い。     In the case of forming a conductive layer by using a droplet discharge method, a conductive layer is formed by discharging a composition containing a conductive material processed into a particulate form and fusing or fusion-bonding and solidifying by firing. In such a conductive layer (or insulating layer) formed by discharging and baking a composition containing a conductive material, the conductive layer (or insulating layer) formed by sputtering or the like is mostly a columnar structure. In many cases, a polycrystalline state having many grain boundaries is exhibited.

また、トランジスタに含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成してもよいし、pチャネル型またはnチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース、ドレイン領域とゲート電極の一方または両方にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   Further, any structure of a semiconductor layer included in the transistor may be used. For example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) may be formed, or a p-channel type or an n-channel may be formed. You may form with either type | mold. Further, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed on one or both of the source and drain regions and the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

本実施の形態で示した第1の導電層206a、206b、256a、256b、286a、286bと第2の導電層213、263、293の材料および形成方法は、上記実施の形態1で示した材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。   The materials and formation methods of the first conductive layers 206a, 206b, 256a, 256b, 286a, and 286b and the second conductive layers 213, 263, and 293 described in this embodiment are the same as those described in Embodiment 1. And any of the formation methods.

また、絶縁物216、266a、266b、296a、296b、有機化合物層212、262a、262b、292は、上記実施の形態1で示した絶縁物、有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。   The insulators 216, 266a, 266b, 296a, 296b, and the organic compound layers 212, 262a, 262b, and 292 are formed using the same materials and formation methods as those for the insulator and organic compound layers described in Embodiment 1. Can be provided.

また、第1の導電層206a、206b、256a、256b、286a、286bと有機化合物層212、262a、262b、292との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。例えば、N型半導体層およびP型半導体層を積層させて設けられたPN接合ダイオードを用いることができる。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、1つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、ダイオードを設ける場合、PN接合を有するダイオードではなく、PIN接合を有するダイオードやアバランシェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。なお、上記整流性を有する素子は、有機化合物層212、262a、262b、292と第2の導電層213、263、293との間に設けてもよい。   Further, a rectifying element may be provided between the first conductive layers 206a, 206b, 256a, 256b, 286a, and 286b and the organic compound layers 212, 262a, 262b, and 292. The element having a rectifying property is a transistor or a diode in which a gate electrode and a drain electrode are connected. For example, a PN junction diode provided by stacking an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer can be used. Thus, by providing a diode having a rectifying property, current flows only in one direction, so that an error is reduced and a read margin is improved. Note that when a diode is provided, a diode having another structure such as a diode having a PIN junction or an avalanche diode may be used instead of a diode having a PN junction. Note that the element having the rectifying property may be provided between the organic compound layers 212, 262 a, 262 b, and 292 and the second conductive layers 213, 263, and 293.

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、絶縁物のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化でき、さらに絶縁物と有機化合物との混合層であるために、有機化合物の結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。     With the memory element of the present invention, characteristics such as a write voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since the carrier injection property is improved by the tunnel current of the insulator, the organic compound layer can be thickened. Furthermore, since it is a mixed layer of an insulator and an organic compound, Since defects can be prevented, the form of the organic compound layer is stabilized. Therefore, it is possible to prevent the memory element from being short-circuited in the initial state before energization. As a result, a highly reliable memory device and semiconductor device can be provided with high yield.

(実施の形態5)
本実施の形態では、上記実施の形態で示す記憶装置を有する半導体装置の一例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, an example of a semiconductor device including the memory device described in the above embodiment will be described with reference to drawings.

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

まず、複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合の半導体装置の一構成例を、図10を用いて説明する。   First, a structure example of a semiconductor device in the case where an antenna is provided over a substrate provided with a plurality of elements and memory elements will be described with reference to FIGS.

図10はアクティブマトリクス型で構成される記憶装置を有する半導体装置を示しており、基板300上にトランジスタ310a、310bを有するトランジスタ部330、トランジスタ320a、トランジスタ320bを有するトランジスタ部340、絶縁層301a、301b、308、311、316、314を含む素子形成層335が設けられ、素子形成層335の上方に記憶素子部325とアンテナとして機能する導電層343が設けられている。   FIG. 10 illustrates a semiconductor device having a memory device formed of an active matrix type. A transistor portion 330 including transistors 310a and 310b over a substrate 300, a transistor portion 340 including transistors 320a and 320b, an insulating layer 301a, An element formation layer 335 including 301b, 308, 311, 316, and 314 is provided, and a storage element portion 325 and a conductive layer 343 functioning as an antenna are provided above the element formation layer 335.

なお、ここでは素子形成層335の上方に記憶素子部325またはアンテナとして機能する導電層343を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部325またはアンテナとして機能する導電層343を、素子形成層335の下方や同一の層に設けることも可能である。   Note that here, the case where the memory element portion 325 or the conductive layer 343 functioning as an antenna is provided above the element formation layer 335 is shown; however, the structure is not limited thereto, and the memory element portion 325 or the conductive layer 343 functioning as an antenna is provided. Can be provided below the element formation layer 335 or in the same layer.

記憶素子部325は、記憶素子315a、315bで構成され、記憶素子315aは第1の導電層306a上に、隔壁(絶縁層)307a、隔壁(絶縁層)307b、複数の絶縁物326を含む有機化合物層312及び第2の導電層313が積層して構成され、記憶素子315bは、第1の導電層306b上に、隔壁(絶縁層)307b、隔壁(絶縁層)307c、絶縁物326を含む有機化合物層312及び第2の導電層313が積層して設けられている。また、第2の導電層313を覆って保護膜として機能する絶縁層314が形成されている。また、複数の記憶素子315a、315bが形成される第1の導電層306a、第1の導電層306bは、トランジスタ310a、トランジスタ310bそれぞれのソース電極層又はドレイン電極層に、接続されている。すなわち、記憶素子はそれぞれひとつのトランジスタに接続されている。また、絶縁物326を含む有機化合物層312が第1の導電層306a、306bおよび隔壁(絶縁層)307a、307b、307cを覆うように全面に形成されているが、各メモリセルに選択的に形成されていてもよい。なお、記憶素子315a、315bは上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The memory element portion 325 includes memory elements 315a and 315b. The memory element 315a is an organic material including a partition wall (insulating layer) 307a, a partition wall (insulating layer) 307b, and a plurality of insulators 326 over the first conductive layer 306a. The compound layer 312 and the second conductive layer 313 are stacked, and the memory element 315b includes a partition wall (insulating layer) 307b, a partition wall (insulating layer) 307c, and an insulator 326 over the first conductive layer 306b. An organic compound layer 312 and a second conductive layer 313 are stacked. In addition, an insulating layer 314 that covers the second conductive layer 313 and functions as a protective film is formed. The first conductive layer 306a and the first conductive layer 306b in which the plurality of memory elements 315a and 315b are formed are connected to the source electrode layer or the drain electrode layer of each of the transistors 310a and 310b. That is, each memory element is connected to one transistor. An organic compound layer 312 including an insulator 326 is formed over the entire surface so as to cover the first conductive layers 306a and 306b and the partition walls (insulating layers) 307a, 307b, and 307c. It may be formed. Note that the memory elements 315a and 315b can be formed using any of the materials and manufacturing methods described in the above embodiment modes.

本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第1の導電層、第2の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。     The mixed state of the insulator in the organic compound layer in this embodiment is an example, as shown in FIG. 16 depending on the property and size of the material used as the insulator, the material used as the organic compound and the conductive layer, and the formation method The concentration of the insulator can be appropriately controlled. For example, the insulator concentration may be increased as it approaches the interface between the organic compound layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. The change in the concentration may be continuous or discontinuous in the organic compound layer.

本実施の形態の図10の記憶装置では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層312中に絶縁物326を含んで第1の導電層上に形成する。第1の導電層と第2の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層312に電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層312を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層と第2の導電層とが接してしまい、結果第1の導電層と第2の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In the memory device in FIG. 10 of this embodiment mode, the organic compound layer 312 included in the memory element included in the memory device includes the insulator 326 and is formed over the first conductive layer. When a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer, a current flows through the organic compound layer 312 to generate heat. When the temperature of the organic compound layer rises to the glass transition temperature due to Joule heat, the material forming the organic compound layer 312 becomes a fluid composition. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform, the organic compound layer is deformed, and the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with each other. As a result, the first conductive layer and the second conductive layer Is short-circuited. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

有機化合物層312と第1の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物326により、第1の導電層から有機化合物層312へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     With the insulators 326 present at the interface between the organic compound layer 312 and the first conductive layer, carriers can be tunneled from the first conductive layer to the organic compound layer 312. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, generation of defects due to crystallization of the organic compound or the like can be prevented, so that the form of the organic compound layer is stabilized. Furthermore, since the carrier injection property is improved by tunnel injection, the organic compound layer can be made thicker. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層312中にそれぞれ存在する絶縁物326はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層312全体のキャリア輸送性は、絶縁物326の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, since the insulators 326 present in the organic compound layer 312 do not perform carrier transport, the carrier transport property of the entire organic compound layer 312 is lowered due to the inhibition of the insulator 326. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

また、記憶素子315aにおいて、上記実施の形態で示したように、第1の導電層306aと絶縁物326を含む有機化合物層312との間、または絶縁物326を含む有機化合物層312と第2の導電層313との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子も上述したものを用いることが可能である。なお、記憶素子315bにおいても同様である。   Further, in the memory element 315a, as described in the above embodiment mode, between the first conductive layer 306a and the organic compound layer 312 including the insulator 326, or between the organic compound layer 312 including the insulator 326 and the second An element having a rectifying property may be provided between the conductive layer 313 and the conductive layer 313. The above-described elements having a rectifying property can also be used. The same applies to the memory element 315b.

ここでは、アンテナとして機能する導電層343は第2の導電層313と同一の層で形成された導電層342上に設けられている。なお、第2の導電層313と同一の層でアンテナとして機能する導電層を形成してもよい。   Here, the conductive layer 343 functioning as an antenna is provided over the conductive layer 342 formed using the same layer as the second conductive layer 313. Note that a conductive layer functioning as an antenna may be formed using the same layer as the second conductive layer 313.

アンテナとして機能する導電層343の材料としては、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金等を用いることができる。また、アンテナとして機能する導電層343の形成方法は、蒸着、スパッタ、CVD法、ディスペンサ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の各種印刷法または液滴吐出法等を用いることができる。   As a material of the conductive layer 343 functioning as an antenna, gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), copper (Cu), aluminum (Al ), Manganese (Mn), titanium (Ti), or the like, or an alloy containing a plurality of such elements can be used. As a method for forming the conductive layer 343 functioning as an antenna, vapor deposition, sputtering, a CVD method, a dispenser method, various printing methods such as screen printing and gravure printing, a droplet discharge method, and the like can be used.

素子形成層335に含まれるトランジスタ310a、310b、310c、310dは、pチャネル型TFT、nチャネル型TFTまたはこれらを組み合わせたCMOSで設けることができる。また、トランジスタ310a、310b、310c、310dに含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成してもよいし、pチャネル型またはnチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース、ドレイン領域とゲート電極の一方または両方にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   The transistors 310a, 310b, 310c, and 310d included in the element formation layer 335 can be provided using a p-channel TFT, an n-channel TFT, or a combination of these. Further, any structure of the semiconductor layer included in the transistors 310a, 310b, 310c, and 310d may be used. For example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) may be formed. The p channel type or the n channel type may be used. Further, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed on one or both of the source and drain regions and the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

また、素子形成層335に含まれるトランジスタ310a、310b、310c、310dは、当該トランジスタを構成する半導体層を有機化合物で形成する有機トランジスタで設けてもよい。この場合、基板300としてプラスチック等の可撓性を有する基板上に、直接印刷法や液滴吐出法等を用いて有機トランジスタからなる素子形成層335を形成することができる。印刷法や液滴吐出法等を用いて形成することによってより低コストで半導体装置を作製することが可能となる。   Alternatively, the transistors 310a, 310b, 310c, and 310d included in the element formation layer 335 may be organic transistors in which a semiconductor layer included in the transistor is formed using an organic compound. In this case, the element formation layer 335 including an organic transistor can be formed using a direct printing method, a droplet discharge method, or the like on a flexible substrate such as plastic as the substrate 300. By using a printing method, a droplet discharge method, or the like, a semiconductor device can be manufactured at lower cost.

また、素子形成層335、記憶素子315a、315b、アンテナとして機能する導電層343は、上述したように蒸着、スパッタ法、CVD法、ディスペンサ法、または液滴吐出法等を用いて形成することができる。なお、各場所によって異なる方法を用いて形成してもかまわない。例えば、高速動作が必要とされるトランジスタは基板上にSi等からなる半導体層を形成した後に熱処理により結晶化させて設け、その後、素子形成層の上方にスイッチング素子として機能するトランジスタを印刷法や液滴吐出法を用いて有機トランジスタとして設けることができる。   Further, as described above, the element formation layer 335, the memory elements 315a and 315b, and the conductive layer 343 functioning as an antenna can be formed by evaporation, sputtering, CVD, dispenser, droplet discharge, or the like. it can. Note that a different method may be used depending on each place. For example, a transistor that requires high-speed operation is provided by forming a semiconductor layer made of Si or the like on a substrate and then crystallizing it by heat treatment, and then forming a transistor that functions as a switching element above the element formation layer by a printing method or An organic transistor can be provided by a droplet discharge method.

なお、トランジスタに接続するセンサを設けてもよい。センサとしては、温度、湿度、照度、ガス(気体)、重力、圧力、音(振動)、加速度、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出する素子が挙げられる。センサは、代表的には抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。     Note that a sensor connected to the transistor may be provided. Examples of the sensor include an element that detects temperature, humidity, illuminance, gas (gas), gravity, pressure, sound (vibration), acceleration, and other characteristics by physical or chemical means. The sensor is typically formed of a semiconductor element such as a resistance element, a capacitive coupling element, an inductive coupling element, a photovoltaic element, a photoelectric conversion element, a thermoelectric element, a transistor, a thermistor, or a diode.

次に、複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合の半導体装置の一構成例に関して図11を用いて説明する。     Next, a structure example of a semiconductor device in the case where a terminal portion is provided over a substrate provided with a plurality of elements and memory elements and an antenna provided over another terminal is connected to the terminal portion is described with reference to FIG. I will explain.

図11はパッシブマトリクス型の記憶装置を有する半導体装置を示しており、基板350上に素子形成層385が設けられ、素子形成層385の上方に記憶素子部375が設けられ、基板396に設けられたアンテナとして機能する導電層393が素子形成層385と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層385の上方に記憶素子部375またはアンテナとして機能する導電層393を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部375を素子形成層385の下方や同一の層に、またはアンテナとして機能する導電層393を素子形成層385の下方に設けることも可能である。   FIG. 11 illustrates a semiconductor device having a passive matrix memory device, in which an element formation layer 385 is provided over a substrate 350, a memory element portion 375 is provided above the element formation layer 385, and the substrate 396 is provided. A conductive layer 393 functioning as an antenna is provided so as to be connected to the element formation layer 385. Note that here, the case where the memory element portion 375 or the conductive layer 393 functioning as an antenna is provided above the element formation layer 385 is shown; however, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 375 is provided below the element formation layer 385. A conductive layer 393 functioning as an antenna can be provided below the element formation layer 385 in the same layer.

記憶素子部375は、記憶素子365a、365bで構成され、記憶素子365aは第1の導電層356上に、隔壁(絶縁層)357a、隔壁(絶縁層)357b、複数の絶縁物376aを含む有機化合物層362a及び第2の導電層363aが積層して構成され、記憶素子365bは、第1の導電層356上に、隔壁(絶縁層)357b、隔壁(絶縁層)357c、複数の絶縁物376bを含む有機化合物層362b及び第2の導電層363bが積層して設けられている。また、第2の導電層363a、363bを覆って保護膜として機能する絶縁層364が形成されている。また、複数の記憶素子365a、365bが形成される第1の導電層356は、トランジスタ360bひとつのソース電極層又はドレイン電極層に、接続されている。すなわち、記憶素子は同じひとつのトランジスタに接続されている。また、絶縁物376aを含む有機化合物層362a、絶縁物376bを含む有機化合物層362bはメモリセルごとに有機化合物層を分離するための隔壁(絶縁層)357a、357b、357cを設けているが、隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念されない場合は、全面に形成してもよい。なお、記憶素子365a、365bは上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The memory element portion 375 includes memory elements 365a and 365b. The memory element 365a includes a partition (insulating layer) 357a, a partition (insulating layer) 357b, and a plurality of insulators 376a over the first conductive layer 356. The compound layer 362a and the second conductive layer 363a are stacked, and the memory element 365b includes a partition wall (insulating layer) 357b, a partition wall (insulating layer) 357c, and a plurality of insulators 376b over the first conductive layer 356. An organic compound layer 362b containing the second conductive layer 363b is stacked. In addition, an insulating layer 364 that functions as a protective film is formed so as to cover the second conductive layers 363a and 363b. In addition, the first conductive layer 356 in which the plurality of memory elements 365a and 365b are formed is connected to one source electrode layer or drain electrode layer of the transistor 360b. That is, the memory element is connected to the same single transistor. In addition, the organic compound layer 362a including the insulator 376a and the organic compound layer 362b including the insulator 376b are provided with partition walls (insulating layers) 357a, 357b, and 357c for separating the organic compound layer for each memory cell. In the case where there is no concern about the influence of the electric field in the lateral direction in adjacent memory cells, it may be formed on the entire surface. Note that the memory elements 365a and 365b can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図16で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第1の導電層、第2の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。     The mixed state of the insulator in the organic compound layer in this embodiment is an example, as shown in FIG. 16 depending on the property and size of the material used as the insulator, the material used as the organic compound and the conductive layer, and the formation method The concentration of the insulator can be appropriately controlled. For example, the insulator concentration may be increased as it approaches the interface between the organic compound layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. The change in the concentration may be continuous or discontinuous in the organic compound layer.

本実施の形態の図11の記憶装置では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層362a中に絶縁物376a、有機化合物層362b中に絶縁物376bを含んで第1の導電層上に形成する。第1の導電層と第2の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層362a、有機化合物層362bに電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層362a、有機化合物層362bを形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第1の導電層と第2の導電層とが接してしまい、結果第1の導電層と第2の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。     In the memory device in FIG. 11 of this embodiment, the organic compound layer 362a included in the memory element included in the memory device includes the insulator 376a, and the organic compound layer 362b includes the insulator 376b. To form. When a voltage is applied between the first conductive layer and the second conductive layer, a current flows through the organic compound layer 362a and the organic compound layer 362b to generate heat. When the temperature of the organic compound layer is increased to the glass transition temperature by Joule heat, the material forming the organic compound layer 362a and the organic compound layer 362b becomes a fluid composition. A composition having fluidity flows without maintaining a solid state shape. Therefore, the film thickness of the organic compound layer becomes non-uniform, the organic compound layer is deformed, and the first conductive layer and the second conductive layer are in contact with each other. As a result, the first conductive layer and the second conductive layer Is short-circuited. Therefore, the conductivity of the memory element before and after voltage application changes.

有機化合物層362a、有機化合物層362bと第1の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物376a、絶縁物376bにより、第1の導電層から有機化合物層362a、有機化合物層362bへのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡(ショート)するという不良を防止できる。     Carriers from the first conductive layer to the organic compound layer 362a and the organic compound layer 362b are formed by the insulator 376a and the insulator 376b respectively present at the interface between the organic compound layer 362a and the organic compound layer 362b and the first conductive layer. Tunnel injection becomes possible. Therefore, characteristics such as a writing voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since a plurality of insulators are mixed in the organic compound layer, generation of defects due to crystallization of the organic compound or the like can be prevented, so that the form of the organic compound layer is stabilized. Furthermore, since the carrier injection property is improved by tunnel injection, the organic compound layer can be made thicker. Therefore, it is possible to prevent a defect that the memory element is short-circuited (short-circuited) in an initial state before energization.

また、有機化合物層362a、有機化合物層362b中にそれぞれ存在する絶縁物376a、絶縁物376bはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層362a、有機化合物層362b全体のキャリア輸送性は、絶縁物376a、絶縁物376bの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡(素子への書き込み)に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。     In addition, since the insulator 376a and the insulator 376b existing in the organic compound layer 362a and the organic compound layer 362b do not perform carrier transport, the carrier transportability of the organic compound layer 362a and the organic compound layer 362b as a whole It becomes low by inhibition of 376a and the insulator 376b. Therefore, even in an organic compound material having a high carrier transport property, the current value required for short-circuiting (writing to the element) is lowered, and there are advantages such as low power consumption and widening the range of material selection.

また、素子形成層385と記憶素子部375とを含む基板と、アンテナとして機能する導電層393が設けられた基板396は、接着性を有する樹脂395により貼り合わされている。そして、素子形成層385と導電層393とは樹脂395中に含まれる導電性微粒子394を介して電気的に接続されている。また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法を用いて素子形成層385と記憶素子部375を含む基板と、アンテナとして機能する導電層393が設けられた基板396とを貼り合わせてもよい。   A substrate including the element formation layer 385 and the memory element portion 375 and a substrate 396 provided with a conductive layer 393 functioning as an antenna are attached to each other with a resin 395 having adhesiveness. The element formation layer 385 and the conductive layer 393 are electrically connected through conductive fine particles 394 contained in the resin 395. In addition, a conductive layer such as a silver paste, a copper paste, or a carbon paste or a method of performing solder bonding is used to provide a substrate including the element formation layer 385 and the memory element portion 375, and a conductive layer 393 that functions as an antenna. The substrate 396 may be attached.

このように、記憶装置およびアンテナを備えた半導体装置を形成することができる。また、本実施の形態では、基板上に薄膜トランジスタを形成して素子形成層を設けることもできるし、基板としてSi等の半導体基板を用いて、基板上に電界効果トランジスタを形成することによって素子形成層を設けてもよい。また、基板としてSOI基板を用いて、その上に素子形成層を設けてもよい。この場合、SOI基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをSi基板内に打ち込むことにより内部に絶縁層を形成するSIMOXと呼ばれる方法を用いて形成すればよい。   In this manner, a semiconductor device including a memory device and an antenna can be formed. In this embodiment mode, an element formation layer can be provided by forming a thin film transistor over a substrate, or by forming a field effect transistor over a substrate using a semiconductor substrate such as Si as the substrate. A layer may be provided. Alternatively, an SOI substrate may be used as a substrate, and an element formation layer may be provided thereover. In this case, the SOI substrate may be formed by using a method of bonding wafers or a method called SIMOX in which an insulating layer is formed inside by implanting oxygen ions into the Si substrate.

さらには、記憶素子部を、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板に設けてもよい。またトランジスタに接続するセンサを設けてもよい。     Further, the memory element portion may be provided on a substrate provided with a conductive layer functioning as an antenna. A sensor connected to the transistor may be provided.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。また本実施の形態で作製した半導体装置を、基板より公知の剥離工程により剥離し、フレキシブルな基板上に接着することで、フレキシブルな基体上に設けることができ、可撓性を有する半導体装置を得ることができる。フレキシブルな基体とは、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム(ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等)と接着性合成樹脂フィルム(アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等)との積層フィルムなどに相当する。フィルムは、被処理体と加熱処理と加圧処理が行われるものであり、加熱処理と加圧処理を行う際には、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層(接着層ではない)を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。また、基体に接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層に相当する。     Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment. In addition, the semiconductor device manufactured in this embodiment mode can be provided over a flexible substrate by peeling off the semiconductor device from a substrate by a known peeling process and bonding the semiconductor device to a flexible substrate. Obtainable. Flexible substrate means film made of polypropylene, polyester, vinyl, polyvinyl fluoride, vinyl chloride, paper made of fibrous material, substrate film (polyester, polyamide, inorganic vapor deposition film, paper, etc.) and adhesiveness It corresponds to a laminated film with a synthetic resin film (acrylic synthetic resin, epoxy synthetic resin, etc.). The film is subjected to heat treatment and pressure treatment, and when the heat treatment and pressure treatment are performed, the film is provided on the adhesive layer provided on the outermost surface of the film or on the outermost layer. The layer (not the adhesive layer) is melted by heat treatment and bonded by pressure. Further, an adhesive layer may be provided on the substrate, or an adhesive layer may not be provided. The adhesive layer corresponds to a layer containing an adhesive such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an epoxy resin adhesive, or a resin additive.

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。     With the memory element of the present invention, characteristics such as a write voltage of the memory element are stabilized without variation, and normal writing can be performed in each element. In addition, since the carrier injection property is improved by the tunnel current of the mixed layer of the inorganic insulator and the organic compound, the organic compound layer can be thickened. Therefore, it is possible to prevent the memory element from being short-circuited in the initial state before energization. As a result, a highly reliable memory device and semiconductor device can be provided with high yield.

(実施の形態6)
本実施の形態では、上記構成を有する半導体装置において、データの読み込みまたは書き込みについて説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment mode, reading or writing of data in the semiconductor device having the above structure is described.

上記構成を有する半導体装置へのデータの書き込みは、電気的作用を加えることにより行うことができる。電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合について説明する(図3)。   Data writing to the semiconductor device having the above structure can be performed by applying an electrical action. A case where data is written by applying an electrical action will be described (FIG. 3).

電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合、ロウデコーダ724a、カラムデコーダ726a、セレクタ726cにより、1つのメモリセル721を選択し、その後、書き込み回路を用いて、当該メモリセル721にデータを書き込む。具体的には、所望する部分の有機化合物層752に選択的に大きい電圧を印加して大電流を流し、第1の導電層751bと第2の導電層753bの間をショート(短絡)させる。   In the case where data is written by applying an electrical action, one memory cell 721 is selected by the row decoder 724a, the column decoder 726a, and the selector 726c, and then data is stored in the memory cell 721 using a writing circuit. Write. Specifically, a large voltage is selectively applied to a desired portion of the organic compound layer 752 to flow a large current, thereby short-circuiting the first conductive layer 751b and the second conductive layer 753b.

ショートした部分は他の部分と比較すると電気抵抗が大幅に小さくなる。このように、電気的作用を加えることにより、2つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、電気的作用を加えていない有機化合物層を「0」のデータとする場合、「1」のデータを書き込む際は、所望の部分の有機化合物層に選択的に大きい電圧を印加して大電流を流すことによって、ショートさせて電気抵抗を小さくする。   The shorted portion has a significantly lower electrical resistance than the other portions. In this manner, data is written by utilizing the change in the electrical resistance between the two conductive layers by applying an electrical action. For example, when an organic compound layer to which no electrical action is applied is set to “0” data, when writing “1” data, a large voltage is selectively applied to a desired portion of the organic compound layer to increase the data. By passing a current, the electrical resistance is reduced by short-circuiting.

続いて、記憶素子からデータの読み出しを行う際の動作について説明する(図9参照。)。ここでは、読み出し回路726bは、抵抗素子746とセンスアンプ747を含む構成とする。但し、読み出し回路726bの構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。   Next, an operation for reading data from the memory element will be described (see FIG. 9). Here, the reading circuit 726 b includes a resistance element 746 and a sense amplifier 747. Note that the structure of the reading circuit 726b is not limited to the above structure, and may have any structure.

データの読み出しは、第1の導電層751bと第2の導電層753bの間に電圧を印加して、有機化合物層752の電気抵抗を読み取ることにより行う。例えば、上述したように、電気的作用を加えるによりデータの書き込みを行う場合、電気的作用を加えていないときの抵抗値Ra1と、電気的作用を加えて2つの導電膜間をショートしたときの抵抗値Rb1は、Ra1>Rb1を満たす。このような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。   Data is read by applying a voltage between the first conductive layer 751b and the second conductive layer 753b and reading the electrical resistance of the organic compound layer 752. For example, as described above, when data is written by applying an electrical action, the resistance value Ra1 when no electrical action is applied, and when the two conductive films are short-circuited by applying an electrical action. The resistance value Rb1 satisfies Ra1> Rb1. Data is read by electrically reading such a difference in resistance value.

例えば、メモリセルアレイ722が含む複数のメモリセル721から、x列目y行目に配置されたメモリセル721のデータの読み出しを行う場合、まず、ロウデコーダ724a、カラムデコーダ726a、セレクタ726cにより、x列目のビット線Bxと、y行目のワード線Wyを選択する。そうすると、メモリセル721が含む有機化合物層と、抵抗素子746とは、直列に接続された状態となる。このように、直列に接続された2つの抵抗素子の両端に電圧が印加されると、ノードαの電位は、有機化合物層752の抵抗値Ra又はRbに従って、抵抗分割された電位となる。そして、ノードαの電位は、センスアンプ747に供給され、当該センスアンプ747において、「0」と「1」のどちらの情報を有しているかを判別される。その後、センスアンプ747において判別された「0」と「1」の情報を含む信号が外部に供給される。   For example, when data is read from a plurality of memory cells 721 included in the memory cell array 722 to the memory cell 721 arranged in the xth column and the yth row, first, the row decoder 724a, the column decoder 726a, and the selector 726c The bit line Bx in the column and the word line Wy in the y row are selected. Then, the organic compound layer included in the memory cell 721 and the resistance element 746 are connected in series. As described above, when a voltage is applied across the two resistance elements connected in series, the potential of the node α becomes a resistance-divided potential according to the resistance value Ra or Rb of the organic compound layer 752. The potential of the node α is supplied to the sense amplifier 747, and the sense amplifier 747 determines whether it has information “0” or “1”. Thereafter, a signal including information of “0” and “1” determined by the sense amplifier 747 is supplied to the outside.

上記の方法によると、有機化合物層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。しかしながら、電流値を比較する方法でもよい。これは、例えば、有機化合物層に電気的作用を加えていないときの電流値Ia1と、電気的作用を加えて2つの導電膜間をショートしたときの抵抗値Ib1は、Ia1<Ib1を満たすことを利用するものである。このように電流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ってもよい。   According to the above method, the state of the electrical resistance of the organic compound layer is read as a voltage value using the difference in resistance value and resistance division. However, a method of comparing current values may be used. This is because, for example, the current value Ia1 when no electrical action is applied to the organic compound layer and the resistance value Ib1 when the electrical action is applied to short-circuit the two conductive films satisfy Ia1 <Ib1. Is to be used. In this way, data may be read by electrically reading the difference in current value.

上記構成を有する記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置は、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供することができる。また、上記実施の形態で用いる絶縁性材料を有機化合物層として用いることによって、データの書き込み(追記)は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供することができる。   Since a memory element having the above structure and a semiconductor device including the memory element are nonvolatile memories, a small, thin, and lightweight semiconductor device is provided without the need to incorporate a battery for holding data. Can do. In addition, data can be written (added) by using the insulating material used in the above embodiment as an organic compound layer, but data cannot be rewritten. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that prevents forgery and ensures security.

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

ここで、アクティブマトリクス型の場合において、電気的作用により記憶素子部のデータを読み出す場合に関して図14に具体例を挙げて説明する。   Here, in the case of the active matrix type, a case where data in the memory element portion is read by an electrical action will be described with reference to FIG.

図14は、記憶素子部に「0」のデータの書き込みを行った記憶素子部の電流電圧特性951と、「1」のデータの書き込みを行った記憶素子部電流電圧特性952と、抵抗素子246の電流電圧特性953を示しており、ここでは抵抗素子246としてトランジスタを用いた場合を示す。また、データを読み出す際の動作電圧として、第1の導電層243と第2の導電層245の間に3Vを印加した場合について説明する。   FIG. 14 shows a current-voltage characteristic 951 of a memory element unit in which data “0” is written to the memory element unit, a current-voltage characteristic 952 of memory element unit in which data “1” is written, and a resistance element 246. In this example, a transistor is used as the resistance element 246. Further, a case where 3 V is applied between the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 as an operation voltage when reading data will be described.

図14において、「0」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性951とトランジスタの電流電圧特性953との交点954が動作点となり、このときのノードαの電位はV1(V)となる。ノードαの電位はセンスアンプ247に供給され、当該センスアンプ247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「0」と判別される。   In FIG. 14, in a memory cell having a memory element portion in which data of “0” is written, an intersection 954 between the current-voltage characteristic 951 of the memory element part and the current-voltage characteristic 953 of the transistor serves as an operating point. The potential of the node α is V1 (V). The potential of the node α is supplied to the sense amplifier 247. In the sense amplifier 247, the data stored in the memory cell is determined as “0”.

一方、「1」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性952とトランジスタの電流電圧特性953との交点955が動作点となり、このときのノードαの電位はV2(V)(V1>V2)となる。ノードαの電位はセンスアンプ247に供給され、当該センスアンプ247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「1」と判別される。   On the other hand, in a memory cell having a memory element portion in which data of “1” is written, an intersection 955 between the current-voltage characteristic 952 of the memory element part and the current-voltage characteristic 953 of the transistor serves as an operating point. The potential of α is V2 (V) (V1> V2). The potential of the node α is supplied to the sense amplifier 247. In the sense amplifier 247, the data stored in the memory cell is determined as “1”.

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

なお、本実施の形態は、上記実施の形態に示した記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置の構成と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the structures of the memory element and the semiconductor device including the memory element described in the above embodiment.

(実施の形態7)
本実施形態の半導体装置の構成について、図12を参照して説明する。図12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、センサ21、センサ回路22を有する。
(Embodiment 7)
The configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the semiconductor device 20 of the present invention has a function of communicating data without contact, and controls the power supply circuit 11, the clock generation circuit 12, the data demodulation / modulation circuit 13, and other circuits. A circuit 14, an interface circuit 15, a memory circuit 16, a data bus 17, an antenna (antenna coil) 18, a sensor 21, and a sensor circuit 22 are included.

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、電磁波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 / receiving electromagnetic waves or radio waves. 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.

センサ21は抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。センサ回路22はインピーダンス、リアクタンス、インダクタンス、電圧又は電流の変化を検出し、アナログ/デジタル変換(A/D変換)して制御回路14に信号を出力する。 The sensor 21 is formed of a semiconductor element such as a resistance element, a capacitive coupling element, an inductive coupling element, a photovoltaic element, a photoelectric conversion element, a thermoelectric element, a transistor, a thermistor, or a diode. The sensor circuit 22 detects a change in impedance, reactance, inductance, voltage or current, performs analog / digital conversion (A / D conversion), and outputs a signal to the control circuit 14.

(実施の形態8)
本発明によりプロセッサチップ(無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリ、無線タグともよぶ)として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。
(Embodiment 8)
According to the present invention, a semiconductor device that functions as a processor chip (also referred to as a wireless chip, a wireless processor, a wireless memory, or a wireless tag) can be formed. The semiconductor device of the present invention has a wide range of uses. For example, banknotes, coins, securities, certificates, bearer bonds, packaging containers, books, recording media, personal items, vehicles, foods, clothing It can be used in health supplies, daily necessities, medicines and electronic devices.

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの(金券)、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサチップ90を設けることができる(図13(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサチップ91を設けることができる(図13(B)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサチップ96を設けることができる(図13(C)参照)。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指し、プロセッサチップ93を設けることができる(図13(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサチップ94を設けることができる(図13(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指、プロセッサチップ95を設けることができる(図13(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサチップ97を設けることができる(図13(G)参照)。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(テレビ受像機、薄型テレビ受像機)、携帯電話等を指す。 Banknotes and coins are money that circulates in the market, and include those that are used in the same way as money in a specific area (cash vouchers), commemorative coins, and the like. Securities refer to checks, securities, promissory notes, and the like, and can be provided with a processor chip 90 (see FIG. 13A). The certificate refers to a driver's license, a resident's card, and the like, and can be provided with a processor chip 91 (see FIG. 13B). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like, and can be provided with a processor chip 96 (see FIG. 13C). Bearer bonds refer to stamps, gift cards, and various gift certificates. Packaging containers refer to wrapping paper such as lunch boxes, plastic bottles, and the like, and can be provided with a processor chip 93 (see FIG. 13D). Books refer to books, books, and the like, and can be provided with a processor chip 94 (see FIG. 13E). The recording medium refers to DVD software, a video tape, or the like, and can be provided with a processor chip 95 (see FIG. 13F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like, and can be provided with a processor chip 97 (see FIG. 13G). Foods refer to food products, beverages, and the like. Clothing refers to clothing, footwear, and the like. Health supplies refer to medical equipment, health equipment, and the like. Livingware refers to furniture, lighting equipment, and the like. Chemicals refer to pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (TV receivers, flat-screen TV receivers), mobile phones, and the like.

本発明の半導体装置は、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 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 of the present invention realizes a small size, a thin shape, and a light weight, the design of the article itself is not impaired even after being fixed to the article. In addition, by providing the semiconductor device of the present invention in bills, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided, and if this authentication function is utilized, counterfeiting can be prevented. it can. 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、バッテリ2705を有する(図12(B)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. An 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. 12B). 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と複合化される。上記のパネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703は、操作ボタン2704やバッテリ2705と共に、筐体2700、2706の内部に収納される。パネル2701が含む画素領域2709は、筐体2700に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。 The panel 2701 is combined with the printed wiring board 2703 through the connection film 2708. The panel 2701, the housing 2702, and the printed wiring board 2703 are housed in the housings 2700 and 2706 together with the operation buttons 2704 and the battery 2705. A pixel region 2709 included in the panel 2701 is arranged so as to be visible from an opening window provided in the housing 2700.

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、一対の導電層間に有機化合物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 having a simple structure in which an organic compound 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有する記憶装置は、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 device included in the semiconductor device of the present invention writes data by an electric 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、本実施の形態に係る電子機器は、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 this embodiment can be changed into various modes depending on functions and uses.

(実施の形態9)
本実施の形態では、上記構成を有する半導体装置において、データの読み込みまたは書き込みについて説明する。
(Embodiment 9)
In this embodiment mode, reading or writing of data in the semiconductor device having the above structure is described.

図18に示したのは本発明の半導体装置が有する一構成例であり、メモリセル1721がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ1722、読み出し回路及び書き込み回路を有する回路1726、デコーダ1724、デコーダ1723を有している。なお、ここで示す記憶装置1716の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ、外部とのやりとりを行うインターフェイス等の他の回路を有していてもよい。   FIG. 18 shows a structural example of the semiconductor device of the present invention. A memory cell array 1722 in which memory cells 1721 are provided in a matrix, a circuit 1726 having a reading circuit and a writing circuit, a decoder 1724, and a decoder 1723 are provided. Have. Note that the structure of the memory device 1716 shown here is just an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, a buffer, and an interface for exchanging with the outside may be included.

メモリセル1721は、ビット線Bx(1≦x≦m)に接続される第1の導電層と、ワード線Wy(1≦y≦n)に接続される第2の導電層と、有機化合物層とを有する。有機化合物層は、第1の導電層と第2の導電層の間に単層または積層して設けられている。   The memory cell 1721 includes a first conductive layer connected to the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second conductive layer connected to the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), and an organic compound layer And have. The organic compound layer is provided as a single layer or a stacked layer between the first conductive layer and the second conductive layer.

まず、パッシブマトリクス型の記憶装置において記憶素子にデータの書き込みを行う際の動作について図18を用いて説明する。データの書き込みは、電気的作用により行うが、まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。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, operation performed when data is written to a memory element in a passive matrix memory device will be described with reference to FIGS. Data writing is performed by electrical action. First, a case of writing data 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.

メモリセル1721にデータ「1」を書き込む場合、まず、デコーダ1723、1724およびセレクタ1725によってメモリセル1721を選択する。具体的には、デコーダ1724によって、メモリセル1721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1723とセレクタ1725によって、メモリセル1721に接続されるビット線B3を回路1726に接続する。そして、回路1726からビット線B3へ書き込み電圧V1を出力する。こうして、メモリセル1721を構成する第1の導電層と第2の導電層の間には電位(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。電位Vwは5〜15V、あるいは−5〜−15Vとすればよい。   When writing data “1” to the memory cell 1721, first, the memory cell 1721 is selected by the decoders 1723 and 1724 and the selector 1725. Specifically, the decoder 1724 applies a predetermined voltage V2 to the word line W3 connected to the memory cell 1721. In addition, the bit line B 3 connected to the memory cell 1721 is connected to the circuit 1726 by the decoder 1723 and the selector 1725. Then, the write voltage V1 is output from the circuit 1726 to the bit line B3. Thus, the potential (voltage) Vw = V1−V2 is applied between the first conductive layer and the second conductive layer included in the memory cell 1721. 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 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 potential Vw may be 5 to 15 V, or −5 to −15 V.

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1721にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル1721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1723、1724およびセレクタ1725によってメモリセル1721を選択するが、回路1726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1721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1721の電気特性を変化させない程度の電圧(例えばー5〜5V)を印加すればよい。   On the other hand, when data “0” is written to the memory cell 1721, it is not necessary to apply an electrical action to the memory cell 1721. In the circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cells 1721 are selected by the decoders 1723 and 1724 and the selector 1725, but the output potential from the circuit 1726 to the bit line B3 is changed to the selected word line. The voltage is set to the same level as the potential of W3 or the potential of the non-selected word line and does not change the electrical characteristics of the memory cell 1721 between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell 1721 (for example, −5 to 5 V) may be applied.

続いて、パッシブマトリクス型の記憶装置において、記憶素子からデータの読み出しを行う際の動作について説明する(図18参照)。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18(B)に示す抵抗素子1746と差動増幅器1747を用いた回路1726を考えることができる。抵抗素子1746は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子1746の代わりにトランジスタ1748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1749を用いることも可能である(図18(C))。クロックドインバータ1749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φ又は反転信号φが入力される。勿論、回路構成は図18に限定されない。   Next, an operation of reading data from a memory element in a passive matrix memory device will be described (see FIG. 18). 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 structure of the reading / writing circuit, for example, a circuit 1726 using a resistance element 1746 and a differential amplifier 1747 shown in FIG. 18B can be considered. The resistance element 1746 has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 1748 may be used instead of the resistance element 1746, and a clocked inverter 1749 may be used instead of the differential amplifier (FIG. 18C). The clocked inverter 1749 receives a signal φ or an inverted signal φ that becomes Hi when reading is performed and becomes Lo when it is not performed. Of course, the circuit configuration is not limited to FIG.

メモリセル1721からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ1723、1724およびセレクタ1725によってメモリセル1721を選択する。具体的には、デコーダ1724によって、メモリセル1721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1723とセレクタ1725によって、メモリセル1721に接続されるビット線Bxを回路1726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1746(抵抗値Rr)とメモリセル1721(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1721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1721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18(B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図18(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 1721, first, the memory cell 1721 is selected by the decoders 1723 and 1724 and the selector 1725. Specifically, a predetermined voltage Vy is applied to the word line Wy connected to the memory cell 1721 by the decoder 1724. In addition, the bit line Bx connected to the memory cell 1721 is connected to the terminal P of the circuit 1726 by the decoder 1723 and the selector 1725. As a result, the potential Vp of the terminal P becomes a value determined by resistance division by the resistance element 1746 (resistance value Rr) and the memory cell 1721 (resistance value R0 or R1). Therefore, when the memory cell 1721 has data “0”, Vp0 = Vy + (V0−Vy) × R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 1721 has data “1”, Vp1 = Vy + (V0−Vy) × R1 / (R1 + Rr). As a result, in FIG. 18B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 18C, 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 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.

次に、アクティブマトリクス型の記憶装置において記憶素子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19参照。)。   Next, an operation when data is written to the memory element in the active matrix memory device is described (see FIG. 19).

図19に示したのは本実施の形態で示す記憶装置の一構成例であり、メモリセルアレイ1232がマトリクス状に設けられたメモリセル1231、回路1226、デコーダ1224、デコーダ1223を有している。回路1226は読み出し回路及び書き込み回路を有している。なお、ここで示す記憶装置1217の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ、外部とのやりとりを行うインターフェイス等の他の回路を有していてもよい。   FIG. 19 illustrates an example of a structure of the memory device described in this embodiment. The memory cell array 1232 includes memory cells 1231, circuits 1226, a decoder 1224, and a decoder 1223 provided in a matrix. The circuit 1226 includes a reading circuit and a writing circuit. Note that the structure of the memory device 1217 shown here is merely an example, and may include other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, a buffer, and an interface for external communication.

メモリセルアレイ1232は、ビット線Bx(1≦x≦m)に接続する第1の配線と、ワード線Wy(1≦y≦n)に接続する第2の配線と、トランジスタ1210aと、記憶素子1215bと、メモリセル1231とを有する。記憶素子1215b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。   The memory cell array 1232 includes a first wiring connected to the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second wiring connected to the word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a transistor 1210a, and a memory element 1215b. And a memory cell 1231. The memory element 1215b 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).

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

ここでは、n行m列目のメモリセル1231にデータを書き込む場合について説明する。メモリセル1231にデータ「1」を書き込む場合、まず、デコーダ1223、1224およびセレクタ1225によってメモリセル1231を選択する。具体的には、デコーダ1224によって、メモリセル1231に接続されるワード線Wnに所定の電圧V22を印加する。また、デコーダ1223とセレクタ1225によって、メモリセル1231に接続されるビット線Bmを読み出し回路及び書き込み回路を有する回路1226に接続する。そして、回路1226からビット線B3へ書き込み電圧V21を出力する。   Here, a case where data is written to the memory cell 1231 in the nth row and the mth column will be described. When data “1” is written to the memory cell 1231, first, the memory cell 1231 is selected by the decoders 1223 and 1224 and the selector 1225. Specifically, the decoder 1224 applies a predetermined voltage V22 to the word line Wn connected to the memory cell 1231. In addition, the bit line Bm connected to the memory cell 1231 is connected to the circuit 1226 having a reading circuit and a writing circuit by the decoder 1223 and the selector 1225. Then, the write voltage V21 is output from the circuit 1226 to the bit line B3.

こうして、メモリセルを構成するトランジスタ1210aをオン状態とし、記憶素子1215bに、ビット線を電気的に接続し、おおむねVw=VcomーV21の電位(電圧)を印加する。なお、記憶素子1215b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。電位Vwは5〜15V、あるいは−5〜−15Vとすればよい。   Thus, the transistor 1210a included in the memory cell is turned on, the bit line is electrically connected to the memory element 1215b, and a potential (voltage) of approximately Vw = Vcom−V21 is applied. Note that one electrode of the memory element 1215b is connected to a common electrode of 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 potential Vw may be 5 to 15 V, or −5 to −15 V.

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1231にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル1231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1223、1224およびセレクタ1225によってメモリセル1231を選択するが、回路1226からビット線B3への出力電位をVcomと同程度とするか、ビット線B3を浮遊状態とする。その結果、記憶素子1215bには、小さい電位(例えば−5〜5V)が印加されるか、電圧(電位)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 1231, it is not necessary to apply an electrical action to the memory cell 1231. In the circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cells 1231 are selected by the decoders 1223 and 1224 and the selector 1225, but the output potential from the circuit 1226 to the bit line B3 is set to the same level as Vcom. Alternatively, the bit line B3 is brought into a floating state. As a result, a small potential (for example, −5 to 5 V) or a voltage (potential) is not applied to the memory element 1215b, so that electrical characteristics do not change and data “0” writing is realized.

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。ここでは、回路1226は、抵抗素子1246と差動増幅器1247を含む構成とする。但し、回路1226の構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。   Next, an operation when data is read by electrical action will be described. Here, the circuit 1226 includes a resistance element 1246 and a differential amplifier 1247. Note that the structure of the circuit 1226 is not limited to the above structure, and may have any structure.

次に、アクティブマトリクス型の記憶装置において電気的作用により、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1215b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19(B)に示す抵抗素子1246と差動増幅器1247を用いた回路1226を考えることができる。抵抗素子は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子1246の代わりに、トランジスタ1249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1248を用いることも可能である(図19(C))。勿論、回路構成は図19に限定されない。   Next, an operation when data is read by an electrical action in an active matrix memory device will be described. Data is read by utilizing the fact that the electrical characteristics of the memory element 1215b are different between the memory cell having the data “0” and the memory cell having the data “1”. For example, the electrical resistance of the memory element constituting the memory cell having data “0” is R0 at the read voltage, and the electrical resistance of the memory element constituting the memory cell having data “1” is R1 at the read voltage. A method of reading using the difference will be described. Note that R1 << R0. As the reading / writing circuit, for example, a circuit 1226 using a resistance element 1246 and a differential amplifier 1247 shown in FIG. The resistance element has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 1249 may be used instead of the resistance element 1246, and a clocked inverter 1248 may be used instead of the differential amplifier (FIG. 19C). Of course, the circuit configuration is not limited to FIG.

x行y列目メモリセル1231からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ1223、1224およびセレクタ1225によってメモリセル1231を選択する。具体的には、デコーダ1224によって、メモリセル1231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1210aをオン状態にする。また、デコーダ1223とセレクタ1225によって、メモリセル1231に接続されるビット線Bxを回路1226の端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、VcomとV0の抵抗素子1246(抵抗値Rr)と記憶素子1215b(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1231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1231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19(B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図19(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が、データ「0」/「1」に応じて、Lo/Hi(もしくはHi/Lo)が出力され、読み出しを行うことができる。   When data is read from the memory cell 1231 in the xth row and the yth column, first, the memory cell 1231 is selected by the decoders 1223 and 1224 and the selector 1225. Specifically, the decoder 1224 applies a predetermined voltage V24 to the word line Wy connected to the memory cell 1231 to turn on the transistor 1210a. In addition, the bit line Bx connected to the memory cell 1231 is connected to the terminal P of the circuit 1226 by the decoder 1223 and the selector 1225. As a result, the potential Vp of the terminal P becomes a value determined by resistance division by the resistance element 1246 (resistance value Rr) and the memory element 1215b (resistance value R0 or R1) of Vcom and V0. Therefore, when the memory cell 1231 has data “0”, Vp0 = Vcom + (V0−Vcom) × R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 1231 has data “1”, Vp1 = Vcom + (V0−Vcom) × R1 / (R1 + Rr). As a result, in FIG. 19B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 19C, 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1210aのオン抵抗を無視できるとすると、メモリセルのデータが「0」の場合、Vp0=2.7VとなりVoutはHiが出力され、メモリセルのデータが「1」の場合、Vp1=0.3VとなりVoutはLoが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができる。   For example, the differential amplifier is operated at Vdd = 3V, and Vcom = 0V, V0 = 3V, and Vref = 1.5V. Assuming that R0 / Rr = Rr / R1 = 9 and the on-resistance of the transistor 1210a can be ignored, when the data in the memory cell is “0”, Vp0 = 2.7V and Vout is output as Hi. When the data of “1” is “1”, Vp1 = 0.3 V and Lo is output as Vout. Thus, the memory cell can be read.

上記の方法によると、記憶素子1215bの抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの電気特性が、データ「0」と「1」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。   According to the above method, the voltage value is read by utilizing the difference in resistance value of the memory element 1215b 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.

上記構成を有する記憶素子および当該記憶素子を備えた記憶装置は、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の記憶装置及び半導体装置の提供することができる。また、上記実施の形態で用いる絶縁性材料を有機化合物層として用いることによって、データの書き込み(追記)は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した記憶装置及び半導体装置を提供することができる。   Since the memory element having the above structure and the memory device including the memory element are nonvolatile memories, there is no need to incorporate a battery for holding data, and a small, thin, lightweight memory device and semiconductor device Can be provided. In addition, data can be written (added) by using the insulating material used in the above embodiment as an organic compound layer, but data cannot be rewritten. Therefore, it is possible to provide a storage device and a semiconductor device that prevent forgery and ensure security.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態に示した記憶素子、当該記憶素子を備えた記憶装置及び半導体装置の構成と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the structures of the memory element, the memory device including the memory element, and the semiconductor device described in the above embodiment.

本実施例では、本発明を用いた記憶素子を作製し、その特性の評価を行った例を示す。 In this embodiment, an example in which a memory element using the present invention is manufactured and its characteristics are evaluated is shown.

まず、比較例として絶縁物を有さない記憶素子(試料1乃至試料3)を作製し、書き込み電圧と書き込まれる直前の電流値を測定した。試料1乃至試料3の記憶素子の構造は、第1の導電層、有機化合物層、及び第2の導電層の積層構造とし、第1の導電層として膜厚100nmのチタン膜、有機化合物層として膜厚8nmのNPB膜を積層し、第2の導電層として膜厚200nmのアルミニウム膜を形成した。試料1乃至3は記憶素子の形状が正方形であり、試料1及び試料2は一辺の長さが10μmの大きさの記憶素子、試料3は一辺の長さが20μmの大きさの記憶素子である。本明細書において、記憶素子は少なくとも第1の導電層、有機化合物層、及び第2の導電層を含む積層領域であり、記憶素子の形状とは、その積層体の形状である。図20(A)に試料1、図20(B)に試料2、図20(C)に試料3の書き込み電圧及び電流を示す。なお、このときの書込み方法としては、0Vから0.1Vごとに電圧を上昇させながら各電圧での試料の電流値を測定するスイープ測定を行った。 First, memory elements (samples 1 to 3) having no insulator were manufactured as comparative examples, and a writing voltage and a current value immediately before writing were measured. The memory elements of Samples 1 to 3 have a stacked structure of a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer, a titanium film having a thickness of 100 nm as the first conductive layer, and an organic compound layer. An NPB film having a thickness of 8 nm was stacked, and an aluminum film having a thickness of 200 nm was formed as the second conductive layer. Samples 1 to 3 have a square memory element shape, sample 1 and sample 2 are memory elements with a side length of 10 μm, and sample 3 is a memory element with a side length of 20 μm. . In this specification, a memory element is a stacked region including at least a first conductive layer, an organic compound layer, and a second conductive layer, and the shape of the memory element is the shape of the stacked body. FIG. 20A shows the writing voltage and current of Sample 1, FIG. 20B shows Sample 2 and FIG. 20C shows Sample 3 writing voltage and current. As a writing method at this time, sweep measurement was performed in which the current value of the sample at each voltage was measured while increasing the voltage from 0V to 0.1V.

図20(A)及び図20(B)の試料1及び試料2の記憶素子は同一の構造、及び同一の大きさであるのに、書き込み電圧及び電流の特性(I−V特性ともいう)が異なっており、整合性がとれていない。よって同様の記憶素子間で書き込み挙動にばらつきが生じている。さらにの記憶素子は大きさが20μm×20μmと異なる試料3のI−V特性である図20(C)と比較しても、図20(A)(B)に示す試料1及び試料2の書き込み挙動は整合性がとれておらず、ばらつきがある。 Although the memory elements of Sample 1 and Sample 2 in FIGS. 20A and 20B have the same structure and the same size, write voltage and current characteristics (also referred to as IV characteristics) are obtained. They are different and are not consistent. Therefore, the writing behavior varies among similar storage elements. Further, even if the memory element is compared with FIG. 20C which is the IV characteristic of the sample 3 having a size different from 20 μm × 20 μm, the writing of the sample 1 and the sample 2 shown in FIGS. The behavior is not consistent and varies.

図21に、書き込み後の記憶素子(試料4)の断面図(透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscopy)法で観察したSTEM写真)を示す。図21に示す試料4の記憶素子は、下部電極層であるチタン膜30、有機化合物層であるNPB膜31、上部電極層であるアルミニウム膜32の積層で構成されており、また周辺に隔壁34、アルミニウム膜33が存在する。 FIG. 21 shows a cross-sectional view (a STEM photograph observed by a transmission electron microscope (TEM) method) of the memory element (sample 4) after writing. The memory element of Sample 4 shown in FIG. 21 is composed of a laminate of a titanium film 30 that is a lower electrode layer, an NPB film 31 that is an organic compound layer, and an aluminum film 32 that is an upper electrode layer. An aluminum film 33 is present.

図21に示すように、電力の集中によって、上部電極層であるアルミニウム膜が破断している。破断されたアルミニウム膜の周辺で上部電極と下部電極との短絡が生じる可能性がある。また上部電極層を破断する際に生じる熱や電荷によって、隔壁34、下部電極層であるチタン膜30の形状にも影響を与えて、形状が変化している。 As shown in FIG. 21, the aluminum film as the upper electrode layer is broken by the concentration of electric power. There is a possibility that a short circuit between the upper electrode and the lower electrode occurs around the broken aluminum film. The shape of the partition wall 34 and the shape of the titanium film 30 which is the lower electrode layer are also affected by heat and charge generated when the upper electrode layer is broken, and the shape is changed.

一方、本発明のように絶縁物を有する記憶素子を作製し、書き込み電圧及び電流の測定を行った。試料は、絶縁物が薄膜状のバッファ層として設けられている第1の導電層(チタン膜)、絶縁層(膜厚1nmのフッ化リチウム膜)、有機化合物層(膜厚10nmのNPB膜)、及び第2の導電層(アルミニウム膜)の積層構造の試料(試料5及び試料6)と、本発明のように絶縁物が有機化合物中に混合させて設けられている第1の導電層(チタン膜)、絶縁物(フッ化リチウム)を含む有機化合物(NPB)層(膜厚20nm)(フッ化リチウムとNPBとの体積比は1:1)、及び第2の導電層(アルミニウム膜)の積層構造の試料(試料7及び試料8)を作製した。試料5及び試料7は記憶素子の大きさが2μm×2μmであり、試料6及び試料8は記憶素子の大きさが3μm×3μmの大きさであった。試料5乃至8の書き込み電圧及び書き込み直前の電流値を図22に示す。図22において、各試料5乃至8は同条件で複数の素子を作製し、測定しており、同条件で作製された素子は図中おなじドットで示されている。図22において、試料5乃至8の測定データは、試料5は黒丸のドット、試料6は白丸のドット、試料7は黒い三角形のドット、試料8は白い三角形のドットで表されている。 On the other hand, a memory element having an insulator was manufactured as in the present invention, and writing voltage and current were measured. The sample includes a first conductive layer (titanium film) in which an insulator is provided as a thin-film buffer layer, an insulating layer (lithium fluoride film having a thickness of 1 nm), and an organic compound layer (NPB film having a thickness of 10 nm). , And a sample (sample 5 and sample 6) having a laminated structure of the second conductive layer (aluminum film), and a first conductive layer in which an insulator is mixed in an organic compound as in the present invention ( Titanium film), organic compound (NPB) layer (thickness 20 nm) containing an insulator (lithium fluoride) (volume ratio of lithium fluoride and NPB is 1: 1), and second conductive layer (aluminum film) Samples (Sample 7 and Sample 8) having the laminated structure were prepared. Sample 5 and sample 7 had a memory element size of 2 μm × 2 μm, and sample 6 and sample 8 had a memory element size of 3 μm × 3 μm. FIG. 22 shows the writing voltage and current value immediately before writing of Samples 5 to 8. In FIG. 22, each sample 5 to 8 is manufactured by measuring a plurality of elements under the same conditions, and the elements manufactured under the same conditions are indicated by the same dots in the drawing. In FIG. 22, the measurement data of samples 5 to 8 are represented by black dots, sample 6 by white dots, sample 7 by black triangle dots, and sample 8 by white triangle dots.

図22に示すように、本発明を用いた絶縁物を含む有機化合物層を有する記憶素子(試料7及び試料8)は、書き込み電圧及び電流においてばらつきが少ない。第1の導電層と有機化合物層との間に薄膜状の絶縁物のバッファ層を有する記憶素子(試料5及び試料6)においては、書き込み電圧が高いものも見られた。 As shown in FIG. 22, the memory elements (Sample 7 and Sample 8) having an organic compound layer containing an insulator using the present invention have little variation in writing voltage and current. Some memory elements (Sample 5 and Sample 6) having a thin insulating buffer layer between the first conductive layer and the organic compound layer had a high writing voltage.

記憶素子の作製において、成膜条件が悪い場合に、異常な素子特性を示す場合がある。本発明のように絶縁物を有機化合物層中に含ませて成膜することによって、有機化合物層の形態(モルフォロジー)が安定化し、膜の厚さの均一性も向上することができる。従って素子特性もばらつきなく安定化する。さらに絶縁物と有機化合物層を別工程で成膜する必要がないため、工程も簡略化することができる。 In manufacturing a memory element, abnormal element characteristics may be exhibited when film forming conditions are poor. By forming the film by including an insulator in the organic compound layer as in the present invention, the form (morphology) of the organic compound layer can be stabilized, and the uniformity of the film thickness can be improved. Therefore, the element characteristics are also stabilized without variation. Furthermore, since it is not necessary to form the insulator and the organic compound layer in separate steps, the steps can be simplified.

次に、本発明の絶縁物を含む有機化合物層を有する記憶素子(試料9乃至11)を作製し、書き込み電圧と書き込まれる直前の電流値を測定した。試料として第1の導電層(チタン膜)、絶縁物(フッ化リチウム)を含む有機化合物(NPB)層(膜厚20nm)(フッ化リチウムとNPBの体積比は1:1)、及び第2の導電層(アルミニウム膜)の積層構造の試料9、第1の導電層(チタン膜)、絶縁層(膜厚1nmのフッ化カルシウム膜)、絶縁物(フッ化カルシウム)を含む有機化合物(NPB)層(膜厚20nm)(フッ化カルシウムとNPBとの体積比は1:1)、及び第2の導電層(アルミニウム膜)の積層構造の試料10、第1の導電層(チタン膜)、絶縁物(フッ化リチウム)を含む有機化合物(TPAQn)層(膜厚12nm)(フッ化リチウムとTPAQnの体積比は1:1)、及び第2の導電層(アルミニウム膜)の積層構造の試料11を作製した。試料10は、薄膜状の絶縁層と絶縁物を含む有機化合物層とを積層して有しており、記憶素子内で絶縁物の濃度勾配を有している構成となっている例である。 Next, memory elements (samples 9 to 11) each having an organic compound layer containing an insulator of the present invention were manufactured, and a writing voltage and a current value immediately before writing were measured. As a sample, a first conductive layer (titanium film), an organic compound (NPB) layer including an insulator (lithium fluoride) (film thickness 20 nm) (volume ratio of lithium fluoride to NPB is 1: 1), and second Sample 9 having a laminated structure of a conductive layer (aluminum film), a first conductive layer (titanium film), an insulating layer (calcium fluoride film having a thickness of 1 nm), and an organic compound (NPB) containing an insulator (calcium fluoride) ) Layer (film thickness 20 nm) (volume ratio of calcium fluoride and NPB is 1: 1), and sample 10 having a laminated structure of the second conductive layer (aluminum film), the first conductive layer (titanium film), Sample of laminated structure of organic compound (TPAQn) layer (thickness 12 nm) containing insulator (lithium fluoride) (volume ratio of lithium fluoride and TPAQn is 1: 1) and second conductive layer (aluminum film) 11 was produced. The sample 10 is an example in which a thin-film insulating layer and an organic compound layer containing an insulator are stacked and have a concentration gradient of the insulator in the memory element.

図23(A)に試料9、図23(B)に試料10、図24に試料11の書き込み電圧及び電流を示す。なお、このときの書込み方法としては、0Vから0.1Vごとに電圧を上昇させながら各電圧での試料の電流値を測定するスイープ測定を行った。図23(A)(B)及び図24に示すように、各試料9乃至11において、素子の書き込み電流及び電圧特性(I−V特性)はばらつきなく安定しており、挙動の安定化ができていることがわかる。また、書き込み後に記憶素子に抵抗が残存することなく、ほぼ抵抗がなくなっている。 FIG. 23A shows the writing voltage and current of Sample 9, FIG. 23B shows Sample 10 and FIG. 24 shows Sample 11 writing voltage and current. As a writing method at this time, sweep measurement was performed in which the current value of the sample at each voltage was measured while increasing the voltage from 0V to 0.1V. As shown in FIGS. 23A, 23B, and 24, in each of the samples 9 to 11, the writing current and voltage characteristics (IV characteristics) of the elements are stable without variation, and the behavior can be stabilized. You can see that Further, no resistance remains in the memory element after writing, and the resistance is almost lost.

試料11と同様の構成である本発明を用いた第1の導電層(チタン膜)、絶縁物(フッ化リチウム)を含む有機化合物(TPAQn)層(膜厚12nm)(フッ化リチウムとTPAQnの体積比は1:1)、及び第2の導電層(アルミニウム膜)の積層構造の記憶素子(試料12)に書き込みを行った結果を示す。なお、このときの書込み方法としては、10ms−1のパルス電圧を印加して記憶素子に書き込みを行った。図25に各書き込み電圧に対する書き込み素子数を示す。ある程度の書き込み電圧の範囲で記憶素子の書き込みが行われていることがわかる。よって本発明を用いた素子は、記憶素子として十分に用いることができることが確認できた。 First conductive layer (titanium film) using the present invention having the same structure as sample 11, organic compound (TPAQn) layer (thickness 12 nm) containing an insulator (lithium fluoride) (of lithium fluoride and TPAQn The volume ratio is 1: 1), and the result of writing in the memory element (sample 12) having a laminated structure of the second conductive layer (aluminum film) is shown. Note that as a writing method at this time, writing to the memory element was performed by applying a pulse voltage of 10 ms −1 . FIG. 25 shows the number of write elements for each write voltage. It can be seen that the memory element is written in a range of a certain write voltage. Therefore, it was confirmed that the element using the present invention can be sufficiently used as a memory element.

以上のことから、本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。 As described above, the memory element of the present invention can stabilize the characteristics such as the write voltage of the memory element without variation, and can perform normal writing in each element. In addition, since the carrier injection property is improved by the tunnel current of the mixed layer of the inorganic insulator and the organic compound, the organic compound layer can be thickened. Therefore, it is possible to prevent the memory element from being short-circuited in the initial state before energization. As a result, a highly reliable memory device and semiconductor device can be provided with high yield.

本発明を説明する概念図。The conceptual diagram explaining this invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory 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適用例を説明する図。8A and 8B illustrate an application example of a semiconductor device of the invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明に適用することが出来る液滴吐出装置を説明する図。FIG. 6 illustrates a droplet discharge device that can be applied to the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 本発明の記憶装置を説明する図。3A and 3B illustrate a memory device of the present invention. 比較例の実験データExperimental data for comparative examples 比較例の記憶素子の断面写真。Sectional photograph of the memory element of a comparative example. 実施例1における記憶素子の特性グラフ。3 is a characteristic graph of a memory element in Example 1. 実施例1における記憶素子の特性グラフ。3 is a characteristic graph of a memory element in Example 1. 実施例1における記憶素子の特性グラフ。3 is a characteristic graph of a memory element in Example 1. 実施例1における記憶素子の特性グラフ。3 is a characteristic graph of a memory element in Example 1.

Claims (12)

第1の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層と、前記絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層とを含む記憶素子を有することを特徴とする半導体装置。     A semiconductor device comprising: a memory element including an organic compound layer including an insulator over a first conductive layer; and a second conductive layer over the organic compound layer including the insulator. 第1の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層と、前記絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層とを含む記憶素子を有し、
前記絶縁物を含む有機化合物層中の前記絶縁物は濃度勾配を有することを特徴とする半導体装置。
A storage element including an organic compound layer including an insulator on the first conductive layer; and a second conductive layer on the organic compound layer including the insulator;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator in the organic compound layer including the insulator has a concentration gradient.
請求項2において、前記絶縁物を含む有機化合物層の前記絶縁物の濃度は、前記絶縁物を含む有機化合物層と前記第1の導電層との界面の方が、前記絶縁物を含む有機化合物層と第2の導電層との界面より高いことを特徴とする半導体装置。     3. The organic compound layer according to claim 2, wherein the concentration of the insulator in the organic compound layer including the insulator is such that the interface between the organic compound layer including the insulator and the first conductive layer includes the insulator. A semiconductor device characterized by being higher than an interface between the layer and the second conductive layer. 請求項2において、前記絶縁物を含む有機化合物層の前記絶縁物の濃度は、前記絶縁物を含む有機化合物層と前記第2の導電層との界面の方が、前記絶縁物を含む有機化合物層と第1の導電層との界面より高いことを特徴とする半導体装置。     3. The organic compound layer according to claim 2, wherein the concentration of the insulator in the organic compound layer including the insulator is such that the interface between the organic compound layer including the insulator and the second conductive layer includes the insulator. A semiconductor device characterized by being higher than an interface between the layer and the first conductive layer. 請求項2において、前記絶縁物を含む有機化合物層の前記絶縁物の濃度は、前記絶縁物を含む有機化合物層と前記第1の導電層との界面、及び前記絶縁物を含む有機化合物層と前記第2の導電層との界面が、前記絶縁物を含む有機化合物層中において最も高いことを特徴とする半導体装置。     3. The concentration of the insulator in the organic compound layer containing the insulator according to claim 2 is set such that an interface between the organic compound layer containing the insulator and the first conductive layer, and an organic compound layer containing the insulator The semiconductor device is characterized in that the interface with the second conductive layer is the highest in the organic compound layer containing the insulator. 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記絶縁物は粒子形状であることを特徴とする半導体装置。     6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulator has a particle shape. 請求項1乃至6のいずれか一項において、前記記憶素子に電気的作用を加えることによる書きこみ後、前記第1の導電層と前記第2の導電層とは一部接することを特徴とする半導体装置。     7. The first conductive layer and the second conductive layer are in partial contact with each other after writing by applying an electrical action to the memory element. 8. Semiconductor device. 請求項1乃至6のいずれか一項において、前記記憶素子に電気的作用を加えることによる書きこみ後、前記絶縁物を含む有機化合物層の膜厚が変化することを特徴とする半導体装置。     7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the organic compound layer including the insulator is changed after writing by applying an electrical action to the memory element. 第1の導電層を形成し、
前記第1の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層を形成し、
前記絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層を形成し記憶素子を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first conductive layer;
Forming an organic compound layer containing an insulator on the first conductive layer;
A manufacturing method of a semiconductor device, wherein a memory element is formed by forming a second conductive layer over an organic compound layer containing the insulator.
第1の導電層を形成し、
前記第1の導電層上に絶縁物と有機化合物とを含む組成物を吐出し、固化し絶縁物を含む有機化合物層を形成し、
前記絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層を形成し記憶素子を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first conductive layer;
Discharging a composition containing an insulator and an organic compound on the first conductive layer, solidifying to form an organic compound layer containing an insulator;
A manufacturing method of a semiconductor device, wherein a memory element is formed by forming a second conductive layer over an organic compound layer containing the insulator.
第1の導電層を形成し、
前記第1の導電層上に有機化合物層を形成し、
前記有機化合物層に絶縁物を添加して絶縁物を含む有機化合物層を形成し、
前記絶縁物を含む有機化合物層上に第2の導電層を形成し記憶素子を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first conductive layer;
Forming an organic compound layer on the first conductive layer;
Forming an organic compound layer containing an insulator by adding an insulator to the organic compound layer;
A manufacturing method of a semiconductor device, wherein a memory element is formed by forming a second conductive layer over an organic compound layer containing the insulator.
請求項9乃至11のいずれか一項において、
前記絶縁物を含む有機化合物層中の前記絶縁物は濃度勾配を有して形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 9 thru | or 11,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the insulator in the organic compound layer including the insulator is formed with a concentration gradient.
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