JP2007073950A - Semiconductor device and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile storage device which eliminates an obstacle against finer elements and the complexity of a manufacturing process, adds data at a time other than the manufacturing process, and prevents forgery or the like to be committed by rewriting, and also to provide a semiconductor device including the storage device. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes storage cells and switching elements which are arranged on a substrate having an insulating surface. The cell has a first electrode, a second electrode, and a layer containing an organic compound. The first and second electrodes and the layer are disposed on the same plane. The layer containing the organic compound is formed between the first electrode and the second electrode, current passes from the first electrode to the second electrode, and the first electrode is electrically connected to the switching element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、データを記憶可能な半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device capable of storing data.

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全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。   Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.

記憶素子は、記憶素子の二端子として誘電体層の上下に2つの電極を配置している構造が一般的である。   The memory element generally has a structure in which two electrodes are arranged above and below a dielectric layer as two terminals of the memory element.

特許文献1には素子の二端子として有機化合物を含む層の上下に電極を配置して電圧を印加することで短絡させ初期状態を0、導通状態を1として情報の記憶を行うメモリデバイス及びその駆動方法が提案されている。
特開2002−26277
Patent Document 1 discloses a memory device that stores information by placing electrodes on top and bottom of a layer containing an organic compound as two terminals of an element and applying a voltage to short-circuit the initial state to 0 and the conduction state to 1. A driving method has been proposed.
JP 2002-26277 A

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

また、無機材料を誘電体に用いたDRAMなどの記憶回路は、キャパシタに蓄えられた電荷の有無により2値を記憶させている。   In addition, a memory circuit such as a DRAM using an inorganic material as a dielectric stores two values depending on the presence or absence of electric charge stored in a capacitor.

一方、有機化合物を誘電体に用いた記憶回路は、一対の上下電極間に有機化合物を設けて記憶素子を形成するが、有機化合物を含む層の上に電極を形成した場合、電極の形成時の温度によっては有機化合物を含む層への影響があるため温度に制限がある。この温度の制限のため電極の形成方法が限定され、希望通りの電極を形成することができず、素子の微細化を阻害している問題があった。有機化合物を含む層の上に電極を形成することは、素子の微細化を阻害している面から解決されるべき問題である。 On the other hand, a memory circuit using an organic compound as a dielectric forms a memory element by providing an organic compound between a pair of upper and lower electrodes. When an electrode is formed on a layer containing an organic compound, Depending on the temperature, there is an influence on the layer containing an organic compound, so the temperature is limited. Due to this temperature limitation, the electrode formation method is limited, and the desired electrode cannot be formed, which hinders miniaturization of the element. Forming an electrode on a layer containing an organic compound is a problem to be solved from the aspect of hindering element miniaturization.

また、二端子として有機化合物を含む層の上下に形成した一対の電極を用いた有機記憶素子の場合、一対の電極を上下に配置することで、一対の電極を複数の工程に分けて形成しなければならない。そのため製造プロセスが複雑化するといった問題があった。製造プロセスが複雑化することは、製造コストの面から解決されるべき問題である。 In the case of an organic memory element using a pair of electrodes formed above and below a layer containing an organic compound as two terminals, the pair of electrodes are arranged above and below to form the pair of electrodes in a plurality of steps. There must be. Therefore, there has been a problem that the manufacturing process becomes complicated. The complexity of the manufacturing process is a problem to be solved from the viewpoint of manufacturing cost.

上記問題を鑑み、本発明は、素子の微細化の阻害と製造プロセスの複雑化を解決することを課題とする。また、製造時以外にデータの追記が可能であり、書き換えによる偽造等を防止可能な不揮発の記憶装置及びそれを有する半導体装置を提供することを目的とする。また、信頼性が高く、安価な不揮発の記憶装置及び半導体装置の提供を課題とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to solve the hindrance to element miniaturization and the complexity of the manufacturing process. It is another object of the present invention to provide a nonvolatile memory device capable of additionally recording data other than at the time of manufacture and capable of preventing forgery or the like due to rewriting and a semiconductor device having the nonvolatile memory device. It is another object to provide a highly reliable and inexpensive nonvolatile memory device and semiconductor device.

上記課題を鑑み、本発明は、記憶素子の二端子として機能する第1の導電層と、第2の導電層とを同一絶縁層上に配置した記憶素子とする。 In view of the above problems, the present invention provides a memory element in which a first conductive layer functioning as two terminals of a memory element and a second conductive layer are arranged over the same insulating layer.

また、本発明においては、素子の二端子間に電圧を印加し、有機化合物を含む層の変化により引き起こされる有機化合物を含む層の導電性の変化や、電極の短絡によって一対の電極を導通させる。また、有機化合物を含む層に対して基板面と平行に電圧印加し、一対の電極の導通を行う。本発明の素子は、「初期状態」と「導電性変化後状態」とに対応した2値を記憶させることができる。本発明の素子は、前記一対の電極間に電位差を形成し、前記電流経路を高抵抗状態から低抵抗状態に不可逆に変化させる構造の素子であると言える。 Further, in the present invention, a voltage is applied between the two terminals of the element, and the pair of electrodes is made conductive by a change in conductivity of the layer containing the organic compound caused by a change in the layer containing the organic compound or a short circuit of the electrodes. . In addition, a voltage is applied to the layer containing the organic compound in parallel with the substrate surface to conduct the pair of electrodes. The element of the present invention can store binary values corresponding to an “initial state” and a “state after conductivity change”. It can be said that the element of the present invention is an element having a structure in which a potential difference is formed between the pair of electrodes and the current path is irreversibly changed from a high resistance state to a low resistance state.

本明細書で開示する発明の構成1は、図1(A)、及び図1(B)、及び図1(C)にその一例を示しており、絶縁表面を有する基板上に複数の素子及び複数のスイッチング素子がマトリクス状に配置された半導体装置であり、前記素子は、同一平面に配置された一対の電極と、同一平面に有機化合物を含む層とを有し、且つ、一対の電極のうち、一方の電極からもう一方の電極へ向かう基板面と平行な方向に電流が流れ、前記有機化合物を含む層は前記一対の電極の間に配置され、前記一対の電極のうち一方の電極は、前記スイッチング素子と電気的に接続されている半導体装置である。 An example of the structure 1 of the invention disclosed in this specification is illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C, and includes a plurality of elements over a substrate having an insulating surface. A semiconductor device in which a plurality of switching elements are arranged in a matrix, and the elements include a pair of electrodes arranged in the same plane and a layer containing an organic compound in the same plane, Among them, a current flows in a direction parallel to the substrate surface from one electrode to the other electrode, the layer containing the organic compound is disposed between the pair of electrodes, and one electrode of the pair of electrodes is A semiconductor device electrically connected to the switching element.

スイッチング素子のゲート線(ゲート電極)は、ワード線に相当する。また、スイッチング素子の半導体層と電気的に接続している電極は、半導体層に含まれるソース領域やドレイン領域とそれぞれ接続するため、少なくとも2つ存在している。ワード線と交差しているビット線は、スイッチング素子の半導体層と電気的に接続している。また、本明細書において、同一平面に配置された一対の電極は、第1の電極と、第2の電極とも呼び、スイッチング素子の半導体層と電気的に接続する電極を第1の電極と呼ぶ。また、第1の電極に対向して設ける第2の電極は、コモン線(コモン電極)に相当する。例えば、スイッチング素子がnチャネル型薄膜トランジスタである場合、ビット線はnチャネル型薄膜トランジスタのドレイン領域と接続し、第1の電極は、nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域と接続する。また、スイッチング素子がpチャネル型薄膜トランジスタである場合、ビット線はpチャネル型薄膜トランジスタのソース領域と接続し、第1の電極は、pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン領域と接続する。 A gate line (gate electrode) of the switching element corresponds to a word line. In addition, there are at least two electrodes electrically connected to the semiconductor layer of the switching element in order to connect to the source region and the drain region included in the semiconductor layer. The bit line intersecting with the word line is electrically connected to the semiconductor layer of the switching element. In this specification, a pair of electrodes arranged in the same plane is also referred to as a first electrode and a second electrode, and an electrode electrically connected to the semiconductor layer of the switching element is referred to as a first electrode. . The second electrode provided to face the first electrode corresponds to a common line (common electrode). For example, when the switching element is an n-channel thin film transistor, the bit line is connected to the drain region of the n-channel thin film transistor, and the first electrode is connected to the source region of the n-channel thin film transistor. In the case where the switching element is a p-channel thin film transistor, the bit line is connected to the source region of the p-channel thin film transistor, and the first electrode is connected to the drain region of the p-channel thin film transistor.

また、上記構成1において、前記有機化合物を含む層は、少なくとも前記第1の電極の一方の側面の一部、及び該側面と対向する前記コモン線側面の一部と接していればよい。   In the above structure 1, the layer containing the organic compound may be in contact with at least a part of one side surface of the first electrode and a part of the side surface of the common line facing the side surface.

また、有機化合物を含む層は、一対の絶縁層と、前記第1の電極と、前記第2の電極とで周りを囲む構成としてもよく、他の発明の構成2は、絶縁表面を有する基板上に複数の素子及び複数のスイッチング素子がマトリクス状に配置された半導体装置であり、前記素子は、同一平面に配置された一対の電極と、同一平面に有機化合物を含む層及び一対の絶縁層を有し、且つ、一対の電極のうち、一方の電極からもう一方の電極へ向かう基板面と平行な方向に電流が流れ、前記有機化合物を含む層は、前記一対の絶縁層及び前記一対の電極で周りを囲まれ、前記一対の電極のうち一方の電極は、前記スイッチング素子と電気的に接続されている半導体装置である。   In addition, the layer containing an organic compound may be configured to surround the periphery with a pair of insulating layers, the first electrode, and the second electrode. The structure 2 of another invention is a substrate having an insulating surface. A semiconductor device in which a plurality of elements and a plurality of switching elements are arranged in a matrix form, the element including a pair of electrodes arranged in the same plane, a layer containing an organic compound in the same plane, and a pair of insulating layers And a current flows in a direction parallel to the substrate surface from one electrode to the other of the pair of electrodes, and the layer containing the organic compound includes the pair of insulating layers and the pair of electrodes. The semiconductor device is surrounded by electrodes, and one electrode of the pair of electrodes is electrically connected to the switching element.

この一対の絶縁層は、有機化合物を含む層の形成位置を制御するために設けられており、隔壁とも呼ぶ。また、この一対の絶縁層は、一つの素子と、該素子と隣り合う記憶素子との間の領域に設けられる。発明の構成2では、有機化合物を含む層は、一方の電極からもう一方の電極へ向かう基板面と平行な方向である電流径路の方向では一対の電極間に挟まれ、電流径路と垂直な方向では一対の絶縁層に挟まれる。 This pair of insulating layers is provided to control the formation position of the layer containing an organic compound, and is also called a partition. The pair of insulating layers is provided in a region between one element and a memory element adjacent to the element. In the configuration 2 of the invention, the layer containing the organic compound is sandwiched between the pair of electrodes in the direction of the current path that is parallel to the substrate surface from one electrode to the other electrode, and is perpendicular to the current path. Then, it is sandwiched between a pair of insulating layers.

また、上記構成2において、前記一対の絶縁層は、前記電流経路の両側に電流経路を挟むように配置されている。   In the configuration 2, the pair of insulating layers are arranged so as to sandwich the current path on both sides of the current path.

また、上記構成1または上記構成2において、図1(A)にその一例を示すように、前記一対の電極の合計幅(Wa+Wc)は、有機化合物を含む層の幅(Wx)よりも広いことを特徴の一つとしている。ここでの一対の電極の合計幅及び有機化合物を含む層の幅とは、一対の電極を含む断面における幅を指している。また、一対の電極を含む断面において最短の電流経路が、一対の電極の間隔距離(Wb)に相当する。少なくとも有機化合物を含む層の幅(Wx)は、一対の電極の間隔距離(Wb)と同じもしくはそれ以上とする。   In the above configuration 1 or 2, the total width (Wa + Wc) of the pair of electrodes is wider than the width (Wx) of the layer containing an organic compound, as shown as an example in FIG. Is one of the features. Here, the total width of the pair of electrodes and the width of the layer including an organic compound refer to the width in a cross section including the pair of electrodes. In addition, the shortest current path in the cross section including the pair of electrodes corresponds to the distance (Wb) between the pair of electrodes. The width (Wx) of the layer containing at least the organic compound is equal to or larger than the distance (Wb) between the pair of electrodes.

また、有機化合物を含む層は、コモン線と第1の電極の間に配置されれば、特に限定されず、上面から見て様々なパターン形状としてもよい。例えば、有機化合物を含む層の上面形状は、矩形状、楕円状、円状、または帯状とすればよい。有機化合物を含む層を全面に形成するのではなく、選択的に有機化合物を含む層を形成することで材料の使用量を抑えることができる。 Further, the layer containing an organic compound is not particularly limited as long as it is disposed between the common line and the first electrode, and may have various pattern shapes as viewed from above. For example, the top surface shape of the layer containing an organic compound may be rectangular, elliptical, circular, or belt-shaped. The amount of material used can be reduced by selectively forming a layer containing an organic compound instead of forming a layer containing an organic compound over the entire surface.

また、図2(A)、及び図2(B)にその一例を示すように、前記有機化合物を含む層は、上面から見て帯状のパターンに形成してもよく、電流経路の方向に互いに隣接して設けられた複数の素子で共有されてもよい。この場合、前記一対の電極の合計幅は、有機化合物を含む層の幅、即ち帯状としたパターンの長さよりも狭い。なお、帯状のパターンに形成する方法は液滴吐出法(代表的にはインクジェット法やディスペンス法など)を用いればよい。また、隣り合うコモン線とビット線との間にも有機化合物を含む層が配置されるため、隣り合うコモン線とビット線との間隔距離Wdは、第1の電極とコモン線の間隔距離(Wb)よりも広く、具体的には2μm以上することが好ましい。また、有機化合物を含む層の形成位置を制御するために一対の絶縁層が設けられている。   Further, as shown in FIG. 2A and FIG. 2B as an example, the layer containing the organic compound may be formed in a belt-like pattern as viewed from above, and each other in the direction of the current path. A plurality of adjacent elements may be shared. In this case, the total width of the pair of electrodes is narrower than the width of the layer containing the organic compound, that is, the length of the strip pattern. Note that a droplet discharge method (typically, an ink jet method, a dispense method, or the like) may be used as a method for forming a belt-like pattern. In addition, since a layer containing an organic compound is also disposed between the adjacent common line and the bit line, the distance Wd between the adjacent common line and the bit line is equal to the distance between the first electrode and the common line ( Wb) is more preferable, specifically 2 μm or more. In addition, a pair of insulating layers is provided in order to control the formation position of the layer containing an organic compound.

また、図3(A)、及び図3(B)にその一例を示すように、前記有機化合物を含む層は、前記第1電極やコモン線上に一部重なるように形成されてもよく、前記第1電極の側面及びその上端部と、前記第1電極の側面に対向する前記コモン線の側面及びその上端部とを覆ってもよい。図3(A)における有機化合物を含む層の幅Wxは、図1(A)における有機化合物を含む層の幅Wxよりも広い。   3A and 3B, the layer containing the organic compound may be formed so as to partially overlap the first electrode or the common line. The side surface of the first electrode and its upper end portion may be covered with the side surface of the common line facing the side surface of the first electrode and its upper end portion. The width Wx of the layer containing an organic compound in FIG. 3A is wider than the width Wx of the layer containing an organic compound in FIG.

また、図4(A)、及び図4(B)にその一例を示すように、前記有機化合物を含む層は、隔壁を設けずに上面から見て帯状のパターンに形成してもよく、電流経路の方向に互いに隣接して設けられた複数の素子で共有されてもよい。   As shown in FIG. 4A and FIG. 4B as an example, the layer containing the organic compound may be formed in a band-like pattern as viewed from above without providing a partition. A plurality of elements provided adjacent to each other in the direction of the path may be shared.

また、図5(A)、及び図5(B)にその一例を示すように、接続電極及びビット線上に絶縁層を形成し、その上に第1の電極、第2の電極、有機化合物を含む層を形成する構成でもよい。なお、接続電極は、絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して第1の電極と電気的に接続する。接続電極及びビット線上に絶縁層を設けることによって素子の占有面積縮小が図れる。 5A and 5B, an insulating layer is formed over the connection electrode and the bit line, and the first electrode, the second electrode, and the organic compound are formed over the insulating layer. The structure which forms the layer to contain may be sufficient. Note that the connection electrode is electrically connected to the first electrode through a contact hole provided in the insulating layer. The area occupied by the element can be reduced by providing an insulating layer on the connection electrode and the bit line.

また、上記構成1または上記構成2において、前記ビット線の側面と、前記第1の電極の側面と、該側面に対向する前記コモン線の側面は、テーパー形状を有していることを特徴の一つとしている。本明細書において、電極(または配線)の側面がテーパー形状を有しているとは、電極(または配線)の側壁面が基板面に対して傾斜していることを指している。ただし、本明細書において、テーパー形状は、電極(または配線)の上端部が突出した形状、即ちオーバーハング形状を除く。 In the above configuration 1 or 2, the side surface of the bit line, the side surface of the first electrode, and the side surface of the common line facing the side surface have a tapered shape. It is one. In this specification, that the side surface of the electrode (or wiring) has a tapered shape means that the side wall surface of the electrode (or wiring) is inclined with respect to the substrate surface. However, in this specification, the taper shape excludes the shape in which the upper end portion of the electrode (or wiring) protrudes, that is, the overhang shape.

テーパー形状とすることで、一対の電極の対向する下端部の間隔を狭めることができ、電界が集中しやすくなるため、比較的低電力で電流経路に配置された有機化合物を含む層を高抵抗状態から低抵抗状態に不可逆に変化させることができる。本明細書において、電極(または配線)の側面がテーパー形状を有しているとは、電極(または配線)の側壁面が傾斜していることを指している。ただし、本明細書において、テーパー形状は、電極(または配線)の上端部が突出した形状、即ちオーバーハング形状を除く。 By adopting a tapered shape, the gap between the opposing lower ends of the pair of electrodes can be narrowed, and the electric field tends to concentrate. Therefore, the layer containing an organic compound placed in the current path with relatively low power has high resistance. The state can be changed irreversibly from the low resistance state. In this specification, the side surface of an electrode (or wiring) having a tapered shape means that the side wall surface of the electrode (or wiring) is inclined. However, in this specification, the taper shape excludes the shape in which the upper end portion of the electrode (or wiring) protrudes, that is, the overhang shape.

また、上記構成1を実現するための作製工程も本発明の一つであり、本発明は、絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、前記半導体層を覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上の同一面上に一方が前記半導体層と電気的に接続する一対の電極を形成し、前記一対の電極間に有機化合物を含む層を選択的に形成する半導体装置の作製方法である。   In addition, a manufacturing process for realizing the configuration 1 is also one aspect of the present invention. The present invention includes forming a semiconductor layer over a substrate having an insulating surface, forming an insulating film covering the semiconductor layer, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a pair of electrodes, one of which is electrically connected to the semiconductor layer, is formed on the same surface of an insulating film, and a layer containing an organic compound is selectively formed between the pair of electrodes. .

上記作製方法に関する発明の構成において、前記一対の電極を形成する際、ビット線の側面、第1の電極の側面及びコモン線の側面をテーパー形状とすることを特徴の一つとしている。テーパー形状とすることで、その上に形成する膜の被覆性を向上させることができる。また、有機化合物を含む層を形成する方法が液滴吐出法である場合、材料液滴を一対の電極(第1の電極とコモン線)間に吐出すると、吐出位置がずれてもテーパー形状である電極側面に吐出できれば、材料液滴が側面に沿って一対の電極間の絶縁表面に移動し、一対の電極間に露出している絶縁表面を覆うことができる。   In the structure of the invention relating to the above manufacturing method, when the pair of electrodes is formed, one of the characteristics is that the side surface of the bit line, the side surface of the first electrode, and the side surface of the common line are tapered. By adopting the taper shape, the coverage of the film formed thereon can be improved. In addition, when the method for forming a layer containing an organic compound is a droplet discharge method, when a material droplet is discharged between a pair of electrodes (a first electrode and a common line), a tapered shape is obtained even if the discharge position is shifted. If it can discharge to a certain electrode side surface, a material droplet will move to the insulating surface between a pair of electrodes along a side surface, and the insulating surface exposed between a pair of electrodes can be covered.

また、上記構成2を実現するための作製工程も本発明の一つであり、本発明は、絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、前記半導体層を覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上の同一面上に一方が前記半導体層と電気的に接続する一対の電極を形成し、前記絶縁膜上に一対の絶縁層を形成し、前記一対の電極と前記一対の絶縁層とで四方を囲まれた領域に重なるように、有機化合物を含む層を選択的に形成する半導体装置の作製方法である。   In addition, a manufacturing process for realizing the above configuration 2 is also one aspect of the present invention. In the present invention, a semiconductor layer is formed over a substrate having an insulating surface, an insulating film covering the semiconductor layer is formed, A pair of electrodes, one of which is electrically connected to the semiconductor layer, is formed on the same surface of the insulating film, a pair of insulating layers are formed on the insulating film, and the pair of electrodes, the pair of insulating layers, In the method for manufacturing a semiconductor device, a layer containing an organic compound is selectively formed so as to overlap with a region surrounded by four sides.

上記作製方法に関する発明の構成において、前記一対の電極を形成する際、少なくとも有機化合物を含む層を挟む一対の電極の側面のうち、有機化合物を含む層と接する側面をテーパー形状とすることを特徴の一つとしている。また、一対の絶縁層を形成する際、少なくとも有機化合物を含む層を挟む一対の絶縁層の側面のうち、有機化合物を含む層と接する側面をテーパー形状とすることを特徴の一つとしている。   In the structure of the invention related to the manufacturing method, when the pair of electrodes is formed, a side surface of the pair of electrodes sandwiching at least the layer containing the organic compound has a tapered shape on a side surface in contact with the layer containing the organic compound. One of them. In addition, when the pair of insulating layers is formed, one of the characteristics is that a side surface in contact with the layer containing the organic compound among the side surfaces of the pair of insulating layers sandwiching at least the layer containing the organic compound is tapered.

本発明によって、素子の微細化と製造プロセスの簡略化といった効果を奏することができる。 According to the present invention, effects such as miniaturization of elements and simplification of a manufacturing process can be achieved.

また、本発明の記憶装置及び半導体装置は、同一絶縁層上の一対の電極に有機化合物を含む層が挟まれた単純な構造の記憶素子を有するため、安価な記憶装置及び半導体装置を提供することができる。 In addition, since the memory device and the semiconductor device of the present invention include a memory element having a simple structure in which a layer containing an organic compound is sandwiched between a pair of electrodes over the same insulating layer, an inexpensive memory device and semiconductor device are provided. be able to.

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、実施の形態を説明するための全図において、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付し、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の半導体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、複数の記憶素子がマトリクス状に配置された記憶回路の構成例に関して以下に示す。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structural example of a memory element included in a semiconductor device of the present invention will be described with reference to drawings. More specifically, a structure example of a memory circuit in which a plurality of memory elements are arranged in a matrix is shown below.

図1(A)は、本発明の記憶素子を複数有するメモリセルアレイの断面構造の一部を示している。図1(B)は、上面構造であり、鎖線A−Bで切断した図1(B)の断面が図1(A)に対応する。図1(C)は、断面構造であり、鎖線C−Dで切断した断面が図1(B)に対応する。   FIG. 1A illustrates part of a cross-sectional structure of a memory cell array including a plurality of memory elements of the present invention. FIG. 1B illustrates a top structure, and a cross section of FIG. 1B cut along a chain line AB corresponds to FIG. FIG. 1C illustrates a cross-sectional structure, and a cross section taken along a chain line CD corresponds to FIG.

第2の絶縁層104、第3の絶縁層106、及び第4の絶縁層107には半導体層103に達する開口(コンタクトホール)が設けられている。この開口を覆うようにビット線109、第1の電極108、及びコモン電極(第2の電極)112が設けられている。また、開口を介して半導体層103と電気的に接続している第1の電極108、及びコモン電極112は第4の絶縁層107上に設ける。図1(A)では、同じ層に、即ち第4の絶縁層107上にビット線109と第1の電極108とコモン電極112とを設けている。 The second insulating layer 104, the third insulating layer 106, and the fourth insulating layer 107 are provided with openings (contact holes) that reach the semiconductor layer 103. A bit line 109, a first electrode 108, and a common electrode (second electrode) 112 are provided so as to cover the opening. In addition, the first electrode 108 and the common electrode 112 which are electrically connected to the semiconductor layer 103 through the opening are provided over the fourth insulating layer 107. In FIG. 1A, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 are provided in the same layer, that is, over the fourth insulating layer 107.

ここでは、nチャネル型の薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いる例を示す。半導体層103、ゲート線(ワード線)105、ソース電極を兼ねる第1の電極108、及びドレイン電極を兼ねるビット線109はnチャネル型の薄膜トランジスタを構成している。nチャネル型の薄膜トランジスタは、第1の電極108とコモン電極112と有機化合物を含む層113とで構成される記憶素子に電気的に接続している。 Here, an example in which an n-channel thin film transistor is used as a switching element is shown. The semiconductor layer 103, the gate line (word line) 105, the first electrode 108 also serving as a source electrode, and the bit line 109 also serving as a drain electrode form an n-channel thin film transistor. The n-channel thin film transistor is electrically connected to a memory element including the first electrode 108, the common electrode 112, and the layer 113 containing an organic compound.

なお、nチャネル型の薄膜トランジスタに代えてpチャネル型トランジスタを用いる場合、ビット線は薄膜トランジスタのソース電極として機能し、第1の電極は薄膜トランジスタのドレイン電極として機能する。   Note that in the case where a p-channel transistor is used instead of the n-channel thin film transistor, the bit line functions as a source electrode of the thin film transistor and the first electrode functions as a drain electrode of the thin film transistor.

半導体層103は、少なくともチャネル形成領域とソース領域とドレイン領域を有している。また、オフ電流値を低減するため、nチャネル型の薄膜トランジスタを低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造としてもよい。このLDD構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をLDD領域と呼んでいる。LDD構造はドレイン近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐ効果がある。また、ホットキャリアによるオン電流値の劣化を防ぐため、nチャネル型の薄膜トランジスタをGOLD(Gate−drain Overlapped LDD)構造としてもよい。ゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた構造であるGOLD構造は、LDD構造よりもさらにドレイン近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐ効果がある。このようなGOLD構造とすることで、ドレイン近傍の電界強度が緩和されてホットキャリア注入を防ぎ、劣化現象の防止に有効である。 The semiconductor layer 103 has at least a channel formation region, a source region, and a drain region. In order to reduce the off-state current value, an n-channel thin film transistor may have a lightly doped drain (LDD) structure. In this LDD structure, a region to which an impurity element is added at a low concentration is provided between a channel formation region and a source region or a drain region formed by adding an impurity element at a high concentration. It is called. The LDD structure has the effect of relaxing the electric field in the vicinity of the drain and preventing deterioration due to hot carrier injection. In order to prevent deterioration of the on-current value due to hot carriers, an n-channel thin film transistor may have a GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure. The GOLD structure in which the LDD region is disposed so as to overlap the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween has an effect of relaxing the electric field in the vicinity of the drain and preventing deterioration due to hot carrier injection as compared with the LDD structure. By adopting such a GOLD structure, the electric field strength in the vicinity of the drain is relaxed to prevent hot carrier injection and to effectively prevent the deterioration phenomenon.

また、半導体層103としては、非晶質半導体膜、結晶構造を含む半導体膜、非晶質構造を含む化合物半導体膜などを適宜用いることができる。さらにTFTの活性層として、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるセミアモルファス半導体膜(微結晶半導体膜、マイクロクリスタル半導体膜とも呼ばれる)も用いることができる。半導体層103の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。また、半導体層103としてペンタセンなどの有機化合物を用いることもできる。 As the semiconductor layer 103, an amorphous semiconductor film, a semiconductor film including a crystal structure, a compound semiconductor film including an amorphous structure, or the like can be used as appropriate. Further, the active layer of the TFT is a semiconductor having an intermediate structure between an amorphous structure and a crystal structure (including single crystal and polycrystal) and having a third state that is stable in terms of free energy, and has a short distance. A semi-amorphous semiconductor film (also referred to as a microcrystalline semiconductor film or a microcrystal semiconductor film) including a crystalline region having order and lattice strain can be used. There is no limitation on the material of the semiconductor layer 103, but it is preferable that the semiconductor layer 103 be formed of silicon or a silicon germanium (SiGe) alloy. Alternatively, an organic compound such as pentacene can be used for the semiconductor layer 103.

トランジスタはスイッチング素子として機能し得るものであれば、スイッチング素子の構造に関係なく、本発明を適用することが可能である。図1(A)では、絶縁性を有する基板上にトップゲート型の薄膜トランジスタを設けた例を示しているが、ボトムゲート型(逆スタガ型)TFTや、順スタガ型TFTを用いることが可能である。また、シングルゲート構造のTFTに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型TFT、例えばダブルゲート型TFTとしてもよい。   If the transistor can function as a switching element, the present invention can be applied regardless of the structure of the switching element. FIG. 1A shows an example in which a top-gate thin film transistor is provided over an insulating substrate; however, a bottom-gate (reverse staggered) TFT or a forward staggered TFT can be used. is there. Further, the TFT is not limited to a single-gate TFT, and may be a multi-gate TFT having a plurality of channel formation regions, for example, a double-gate TFT.

半導体層103、ゲート線(ワード線)105、ソース電極又はドレイン電極を兼ねる第1の電極108、及びソース電極又はドレイン電極を兼ねるビット線109はトランジスタを構成している。ソース電極又はドレイン電極を兼ねる第1の電極108は、コモン電極112と有機化合物を含む層113とで記憶素子を構成する。 The semiconductor layer 103, the gate line (word line) 105, the first electrode 108 that also serves as the source or drain electrode, and the bit line 109 that also serves as the source or drain electrode form a transistor. The first electrode 108 also serving as a source electrode or a drain electrode forms a memory element with the common electrode 112 and the layer 113 containing an organic compound.

このように、第4の絶縁層107上に第1の電極108、コモン電極112、及び有機化合物を含む層113を形成することによって、第1の電極108、コモン電極112、及び有機化合物を含む層113で構成される記憶素子を自由に配置することができる。   In this manner, the first electrode 108, the common electrode 112, and the layer 113 containing an organic compound are formed over the fourth insulating layer 107, so that the first electrode 108, the common electrode 112, and the organic compound are contained. A memory element including the layer 113 can be freely arranged.

ワード線(ゲート線)105は、メモリセルアレイの中から一列を選択するための制御信号線である。メモリセルアレイは、マトリクス状に複数のメモリセルが配置されたものである。一つのメモリセルは、ビット線109とワード線(ゲート線)105との交点に配置されたトランジスタとコモン電極112の間に配置されており、読み出し、書き込みを行なうアドレスに対応するワード線の電圧を上げることで書き込み、読み出しが可能になる。 A word line (gate line) 105 is a control signal line for selecting one column from the memory cell array. A memory cell array has a plurality of memory cells arranged in a matrix. One memory cell is arranged between the transistor arranged at the intersection of the bit line 109 and the word line (gate line) 105 and the common electrode 112, and the voltage of the word line corresponding to the address at which reading and writing are performed. Can be written and read.

また、ビット線109は、メモリセルアレイからデータを取り出すための信号線である。電圧が印加されたワード線(ゲート線)105に接続されているメモリセルは、記憶素子に記録されたデータをビット線109に出力することで、データの読み出しを行なう。   The bit line 109 is a signal line for taking out data from the memory cell array. The memory cell connected to the word line (gate line) 105 to which the voltage is applied reads the data by outputting the data recorded in the storage element to the bit line 109.

また、第1の電極108とコモン電極112との間に接するように有機化合物を含む層113を設ける。本発明の記憶素子は、有機化合物を含む層113と、該有機化合物を含む層113を基板面に水平方向で挟む第1の電極108、及びコモン電極112とで構成している。有機化合物を含む層113に用いる材料は、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、代表的には、有機化合物、又は有機化合物と無機化合物との混合物を用いる。   In addition, a layer 113 containing an organic compound is provided so as to be in contact between the first electrode 108 and the common electrode 112. The memory element of the present invention includes a layer 113 containing an organic compound, a first electrode 108 that sandwiches the layer 113 containing an organic compound in the horizontal direction on the substrate surface, and a common electrode 112. As a material used for the layer 113 containing an organic compound, a substance whose crystal state, conductivity, or shape is changed by an electrical action, typically an organic compound or a mixture of an organic compound and an inorganic compound is used.

上記構成を有する記憶素子は、電気的作用で導電性が変化するので、「初期状態」と「導電性変化後状態」とに対応した2値を記憶させることができる。なお、電気的作用とは、第1の電極とコモン電極に電圧を印加し、有機化合物を含む層に電流を流すことである。 Since the conductivity of the memory element having the above structure is changed by an electric action, binary values corresponding to the “initial state” and the “state after conductivity change” can be stored. Note that the electrical action means that a voltage is applied to the first electrode and the common electrode, and a current is passed through the layer containing an organic compound.

ここで、電圧印加前後での上記記憶素子の導電性の変化について説明する。 Here, the change in conductivity of the memory element before and after voltage application will be described.

第1の電極108の側面とコモン電極112の側面との間に電圧を印加すると、有機化合物を含む層113の導電性が変化して記憶素子の導電性が高くなる。また、第1の電極108の側面とコモン電極112の側面との間に電圧を印加すると、第1の電極109とコモン電極112とが短絡する場合もある。また、第1の電極109の側面とコモン電極112の側面との間に電圧を印加すると、有機化合物を含む層113で絶縁破壊が生じ、導電性を示す場合もある。これは、電極の端部において電界が集中しやすいため、有機化合物を含む層において絶縁破壊が生じやすくなるためである。上記いずれの場合においても、電気的作用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値を記憶させることができる。なお、絶縁破壊とは、絶縁体にかかる電圧がある限度以上になった時に、絶縁体が電気的に破壊し絶縁性を失って電流を流すようになる現象のことを指しており、有機化合物を含む層は、材料によっては絶縁体ではないが、絶縁体と見なした場合に同じような現象が生じるため、有機化合物を含む層に絶縁破壊が生じると言う。 When a voltage is applied between the side surface of the first electrode 108 and the side surface of the common electrode 112, the conductivity of the layer 113 containing an organic compound is changed, and the conductivity of the memory element is increased. In addition, when a voltage is applied between the side surface of the first electrode 108 and the side surface of the common electrode 112, the first electrode 109 and the common electrode 112 may be short-circuited. In addition, when a voltage is applied between the side surface of the first electrode 109 and the side surface of the common electrode 112, dielectric breakdown may occur in the layer 113 containing an organic compound, which may show conductivity. This is because the electric field tends to concentrate on the end portion of the electrode, so that dielectric breakdown is likely to occur in the layer containing the organic compound. In any of the above cases, the conductivity changes due to the electrical action, so that binary values corresponding to the “initial state” and “after the conductivity change” can be stored. Dielectric breakdown refers to a phenomenon in which when an applied voltage exceeds a certain limit, the insulator is electrically destroyed and loses its insulating properties, causing current to flow. Although the layer containing is not an insulator depending on the material, a similar phenomenon occurs when the layer is considered to be an insulator, so that dielectric breakdown occurs in the layer containing an organic compound.

有機化合物を含む層113に適用することが可能な、外部からの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、正孔輸送性が高い有機化合物又は電子輸送性が高い有機化合物を用いることができる。 As an organic compound that can be applied to the layer 113 containing an organic compound and whose conductivity is changed by an external electric action, an organic compound having a high hole-transport property or an organic compound having a high electron-transport property is used. Can do.

正孔輸送性の高い有機化合物としては、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以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性が高い物質であれば、上記の物質以外のものを用いてもよい。 As an organic compound having a high hole-transport property, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: α-NPD) or 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 phthalocyan Phthalocyanine compounds such as nin (abbreviation: CuPc) and vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc) can be used. The substances described here are mainly substances having a hole mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher. Note that other than the above substances, any substance that has a property of transporting more holes than electrons may be used.

なお、有機化合物を含む層として、有機化合物と無機化合物との混合層を設ける場合には、正孔輸送性の高い有機化合物と電子を受け取りやすい無機化合物とを混合させることが好ましい。上記有機化合物を含む層とすることによって、本来内在的なキャリアをほとんど有さない有機化合物に多くのホールキャリアが発生し、有機化合物は極めて優れたホール注入性・輸送性を示す。その結果、有機化合物を含む層は優れた導電性を得ることが可能となる。 Note that in the case where a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound is provided as a layer containing an organic compound, it is preferable to mix an organic compound having a high hole-transport property and an inorganic compound that easily receives electrons. By forming the layer containing the organic compound, many hole carriers are generated in the organic compound that has essentially no intrinsic carrier, and the organic compound exhibits extremely excellent hole injecting / transporting properties. As a result, the layer containing an organic compound can obtain excellent conductivity.

電子を受け取りやすい無機化合物として、周期表第4族乃至第12族のいずれかの遷移金属の金属酸化物、金属窒化物または金属酸化窒化物を用いることができる。具体的には、チタン酸化物(TiOx)、ジルコニウム酸化物(ZrOx)、バナジウム酸化物(VOx)、モリブデン酸化物(MoOx)、タングステン酸化物(WOx)、タンタル酸化物(TaOx)、ハフニウム酸化物(HfOx)、ニオブ酸化物(NbOx)、コバルト酸化物(Cox)、レニウム酸化物(ReOx)、ルテニウム酸化物(RuOx)、亜鉛酸化物(ZnO)、ニッケル酸化物(NiOx)、銅酸化物(CuOx)等を用いることができる。また、ここでは具体例として酸化物を例に挙げたが、もちろんこれらの窒化物や酸化窒化物を用いてもよい。   As an inorganic compound that easily receives electrons, a metal oxide, metal nitride, or metal oxynitride of a transition metal in any of Groups 4 to 12 of the periodic table can be used. Specifically, titanium oxide (TiOx), zirconium oxide (ZrOx), vanadium oxide (VOx), molybdenum oxide (MoOx), tungsten oxide (WOx), tantalum oxide (TaOx), hafnium oxide (HfOx), niobium oxide (NbOx), cobalt oxide (Cox), rhenium oxide (ReOx), ruthenium oxide (RuOx), zinc oxide (ZnO), nickel oxide (NiOx), copper oxide ( CuOx) or the like can be used. Further, although oxides are given as specific examples here, these nitrides and oxynitrides may of course be used.

電子輸送性の高い有機化合物としては、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以上の電子移動度を有する物質である。但し、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記の物質以外のものを用いてもよい。 As an organic compound having a high electron-transport 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. 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. Note that other than the above substances, any substance that has a property of transporting more electrons than holes may be used.

なお、有機化合物を含む層として有機化合物と無機化合物との混合層を設ける場合には、電子輸送性の高い有機化合物と電子を与えやすい無機化合物とを混合させることが好ましい。このような構成とすることによって、本来内在的なキャリアをほとんど有さない有機化合物に多くの電子キャリアが発生し、有機化合物は極めて優れた電子注入性・輸送性を示す。その結果、有機化合物を含む層は優れた導電性を得ることが可能となる。 Note that in the case where a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound is provided as a layer containing an organic compound, it is preferable to mix an organic compound having a high electron-transport property and an inorganic compound that easily gives electrons. By adopting such a structure, many electron carriers are generated in an organic compound that has essentially no intrinsic carrier, and the organic compound exhibits extremely excellent electron injecting / transporting properties. As a result, the layer containing an organic compound can obtain excellent conductivity.

電子を与えやすい無機化合物として、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物を用いることができる。具体的には、リチウム酸化物(LiOx)、ストロンチウム酸化物(SrOx)、バリウム酸化物(BaOx)、エルビウム酸化物(ErOx)、ナトリウム酸化物(NaOx)、リチウム窒化物(LiNx)、マグネシウム窒化物(MgNx)、カルシウム窒化物(CaNx)、イットリウム窒化物(YNx)、ランタン窒化物(LaNx)等を用いることができる。   As the inorganic compound that easily gives electrons, alkali metal oxides, alkaline earth metal oxides, rare earth metal oxides, alkali metal nitrides, alkaline earth metal nitrides, and rare earth metal nitrides can be used. Specifically, lithium oxide (LiOx), strontium oxide (SrOx), barium oxide (BaOx), erbium oxide (ErOx), sodium oxide (NaOx), lithium nitride (LiNx), magnesium nitride (MgNx), calcium nitride (CaNx), yttrium nitride (YNx), lanthanum nitride (LaNx), or the like can be used.

さらには、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすい無機化合物または有機化合物に電子を与えやすい無機化合物であれば何でもよく、アルミニウム酸化物(AlOx)、ガリウム酸化物(GaOx)、ケイ素酸化物(SiOx)、ゲルマニウム酸化物(GeOx)、インジウム錫酸化物(ITO)等のほか、種々の金属酸化物、金属窒素化物または金属酸化窒化物を用いることができる。   Further, as the inorganic compound, any inorganic compound that can easily receive electrons from an organic compound or an inorganic compound that easily gives electrons to an organic compound may be used. Aluminum oxide (AlOx), gallium oxide (GaOx), silicon oxide ( In addition to SiOx), germanium oxide (GeOx), indium tin oxide (ITO) and the like, various metal oxides, metal nitrides or metal oxynitrides can be used.

また、有機化合物を含む層113が金属酸化物または金属窒化物の中から選ばれた化合物と正孔輸送性の高い化合物とから形成される場合、さらに立体障害の大きな(平面構造とは異なり空間的な広がりを有する構造をもつ)化合物を加えた構成としてもよい。立体障害の大きな化合物としては、5,6,11,12−テトラフェニルテトラセン(略称:ルブレン)が好ましい。但し、これ以外に、ヘキサフェニルベンゼン、t−ブチルペリレン、9,10−ジ(フェニル)アントラセン、クマリン545T等も用いることができる。この他、デンドリマー等も有効である。   In addition, when the layer 113 containing an organic compound is formed of a compound selected from metal oxides or metal nitrides and a compound having a high hole-transport property, the layer 113 has a larger steric hindrance (unlike a planar structure, a space It is also possible to add a compound having a structure having a general spread. As the compound having a large steric hindrance, 5,6,11,12-tetraphenyltetracene (abbreviation: rubrene) is preferable. However, besides this, hexaphenylbenzene, t-butylperylene, 9,10-di (phenyl) anthracene, coumarin 545T, and the like can also be used. In addition, dendrimers and the like are also effective.

さらには、電子輸送性の高い有機化合物で形成される層と、正孔輸送性の高い有機化合物で形成される層との間に、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCJT)、4−(ジシアノメチレン)−2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン、ペリフランテン、2,5−ジシアノ−1,4−ビス[2−(10−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチルジュロリジン−9−イル)エテニル]ベンゼン、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、クマリン6、クマリン545T、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、9,9’−ビアントリル、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)や9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(略称:TBP)等の発光物質を設けてもよい。 Furthermore, 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- [2] is formed between a layer formed of an organic compound having a high electron-transport property and a layer formed of an organic compound having a high hole-transport property. -(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-9-yl) ethenyl] -4H-pyran (abbreviation: DCJT), 4- (dicyanomethylene) -2-tert-butyl-6- [2- ( 1,1,7,7-tetramethyljulolidin-9-yl) ethenyl] -4H-pyran, periflanthene, 2,5-dicyano-1,4-bis [2- (10-methoxy-1,1,7) , 7-tetramethyl-julolidine-9-yl) ethenyl] benzene, N, N'-dimethyl quinacridone (abbreviation: DMQd), coumarin 6, coumarin 545T, tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3) 9,9′-bianthryl, 9,10-diphenylanthracene (abbreviation: DPA), 9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: DNA), 2,5,8,11-tetra-t-butylperylene A light-emitting substance such as (abbreviation: TBP) may be provided.

また、有機化合物を含む層113は、蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、CVD法等を用いて形成することができる。また、有機化合物と無機化合物とを含む混合層は、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。 The layer 113 containing an organic compound can be formed by an evaporation method, an electron beam evaporation method, a sputtering method, a CVD method, or the like. Moreover, the mixed layer containing an organic compound and an inorganic compound can be formed by simultaneously forming the respective materials. The co-evaporation method using resistance heating evaporation, the co-evaporation method using electron beam evaporation, and resistance heating. It can be formed by a combination of the same or different methods such as co-evaporation by vapor deposition and electron beam vapor deposition, film formation by resistance heating vapor deposition and sputtering, and film formation by electron beam vapor deposition and sputtering.

また、他の有機化合物を含む層113の形成方法として、スピンコート法、ゾル−ゲル法、印刷法または液滴吐出法(インクジェット法やディスペンス法)等を用いてもよいし、上記方法とこれらを組み合わせてもよい。   In addition, as a method for forming the layer 113 containing another organic compound, a spin coating method, a sol-gel method, a printing method, a droplet discharge method (an inkjet method or a dispensing method), or the like may be used. May be combined.

また、有機化合物を含む層113は、外部からの電気的作用により、記憶素子の導電性が変化する膜厚とする。有機化合物を含む層113の代表的な膜厚は、5nm〜100nm、好ましくは10nm〜60nmとする。   The layer 113 containing an organic compound has a thickness at which the conductivity of the memory element is changed by an external electric action. A typical film thickness of the layer 113 containing an organic compound is 5 nm to 100 nm, preferably 10 nm to 60 nm.

図1(A)に示すように、有機化合物を含む層113は、コモン電極112の一方側の側面(テーパー状の側面)に接している。また、有機化合物を含む層113に接しているコモン電極112の側面に対向する第1の電極108の側面も有機化合物を含む層113に接している。 As shown in FIG. 1A, the layer 113 containing an organic compound is in contact with one side surface (tapered side surface) of the common electrode 112. Further, the side surface of the first electrode 108 facing the side surface of the common electrode 112 in contact with the layer 113 containing an organic compound is also in contact with the layer 113 containing an organic compound.

また、図1(B)や図1(C)に示すように、有機化合物を含む層113を挟んで第5の絶縁層114を配置する。第5の絶縁層114(隔壁114ともよぶ)は、基板面に対して垂直な膜厚0.1μmから0.5μmで形成する。図1(B)に示すように、、有機化合物を含む層113は、第1の電極108、コモン電極112、及び第5の絶縁層114に四方を囲まれているため、有機化合物を含む層113に使用する有機材料は流動性の高い材料でもよい。 In addition, as illustrated in FIGS. 1B and 1C, a fifth insulating layer 114 is provided with a layer 113 containing an organic compound interposed therebetween. The fifth insulating layer 114 (also referred to as a partition wall 114) is formed with a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm perpendicular to the substrate surface. As shown in FIG. 1B, the layer 113 containing an organic compound is surrounded by the first electrode 108, the common electrode 112, and the fifth insulating layer 114, so that the layer containing an organic compound is included. The organic material used for 113 may be a material with high fluidity.

図1(B)では、有機化合物を含む層113の上面形状が矩形となっているが、特に限定されず、正方形や楕円形や円であってもよい。有機化合物を含む層113の上面形状は成膜方法によって左右されやすく、例えば、抵抗加熱蒸着法や電子ビーム蒸着法を用いる場合、矩形状の開口を有する蒸着マスクを用いると、矩形状の有機化合物を含む層113を得ることができる。こうして、有機化合物を含む層113を各メモリセルごとに分離して形成すると、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を低減することができる。 In FIG. 1B, the top surface shape of the layer 113 containing an organic compound is rectangular, but is not particularly limited, and may be a square, an ellipse, or a circle. The top surface shape of the layer 113 containing an organic compound is easily influenced by the film forming method. For example, when a resistance heating vapor deposition method or an electron beam vapor deposition method is used, a rectangular organic compound is formed by using a vapor deposition mask having a rectangular opening. A layer 113 containing can be obtained. Thus, when the layer 113 containing an organic compound is formed separately for each memory cell, the influence of the electric field in the lateral direction can be reduced between adjacent memory cells.

また、工程数削減のため、同一工程、同一材料でビット線109と第1の電極108とコモン電極112とを形成することが好ましい。また、ビット線109と第1の電極108とコモン電極112との間隔を精密に制御するため、同じフォトマスクを用いて、ビット線109と第1の電極108とコモン電極112とをパターニングすることが好ましい。 In order to reduce the number of processes, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 are preferably formed using the same process and the same material. In addition, in order to precisely control the distance between the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 are patterned using the same photomask. Is preferred.

同一絶縁層上に設ける第1の電極108とコモン電極112との間隔距離Wbは、基板面に対して平行であり、0.1μm〜0.05μm、好ましくは0.01μm以下が望ましい。また、一対の電極をなしている第1の電極108とコモン電極112を含む断面において電流経路120における最短距離が、一対の電極の間隔距離(Wb)に相当する。第1の電極108とコモン電極112との距離間隔を狭めることによって低電圧での書き込みを行うことができる。すなわち、低消費電力で書き込みを行うことが可能となる。 The distance Wb between the first electrode 108 and the common electrode 112 provided on the same insulating layer is parallel to the substrate surface, and is 0.1 μm to 0.05 μm, preferably 0.01 μm or less. In addition, the shortest distance in the current path 120 in the cross section including the first electrode 108 and the common electrode 112 forming a pair of electrodes corresponds to the distance (Wb) between the pair of electrodes. Writing at a low voltage can be performed by narrowing the distance between the first electrode 108 and the common electrode 112. That is, writing can be performed with low power consumption.

また、第1の電極108及びコモン電極112の電極幅の合計幅(Wa+Wc)は、有機化合物を含む層113の幅(Wx)よりも広くすることが好ましい。 The total width (Wa + Wc) of the first electrode 108 and the common electrode 112 is preferably wider than the width (Wx) of the layer 113 containing an organic compound.

ワード線(ゲート線)105やビット線109や第1の電極108やコモン電極112は、蒸着法、スパッタ法、CVD法、印刷法、電界メッキ法、無電界メッキ法、液滴吐出法等を用いて形成する。本発明は、有機化合物を含む層113に用いる材料として、耐熱温度が低い材料を用いる場合に特に有効である。本発明においては、ワード線(ゲート線)105やビット線109や第1の電極108やコモン電極112は有機化合物を含む層113よりも先に形成するため、電極及び配線の形成方法、特に成膜温度が限定されず、様々な形成方法を用いることができる点が長所である。 The word line (gate line) 105, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 are formed by vapor deposition, sputtering, CVD, printing, electroplating, electroless plating, droplet discharge, and the like. Use to form. The present invention is particularly effective when a material having a low heat-resistant temperature is used as the material used for the layer 113 containing an organic compound. In the present invention, the word line (gate line) 105, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 are formed before the layer 113 containing an organic compound. The film temperature is not limited, and various formation methods can be used.

ワード線(ゲート線)105やビット線109や第1の電極108やコモン電極112の材料には導電性の高い元素や化合物等を用いる。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。 As a material for the word line (gate line) 105, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112, an element or a compound having high conductivity is used. Typically, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt (Co), A kind of element selected from copper (Cu), palladium (Pd), carbon (C), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti), tantalum (Ta) or the like, or an alloy containing a plurality of such elements. Can be used. Examples of the alloy containing a plurality of the above elements include an alloy containing Al and Ti, Al, an alloy containing Ti and C, an alloy containing Al and Ni, an alloy containing Al and C, and Al and Ni. An alloy containing C or an alloy containing Al and Mo can be used.

また、ワード線(ゲート線)105やビット線109や第1の電極108やコモン電極112は、互いに異なる材料を使用してもよい。また、ワード線(ゲート線)105やビット線109や第1の電極108やコモン電極112は、形成方法も互いに異なるものとしてもよい。 Further, different materials may be used for the word line (gate line) 105, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112. Further, the formation method of the word line (gate line) 105, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 may be different from each other.

また、パターニング時のエッチング条件を適宜調節することにより、テーパー状の側面を有するビット線109、第1の電極108、及びコモン電極112を形成することができる。同一工程で形成する場合にはビット線109、第1の電極108、及びコモン電極112は同じテーパー形状の側面となる。テーパー形状の側面とは、電極またはビット線の側面の断面が基板面に対し傾斜していることである。好ましくは、基板面に対してビット線109、第1の電極108、及びコモン電極112の側面は、10度以上85度未満、好ましくは60度以上80度以下の傾斜角度(テーパー角)を有する。   In addition, the bit line 109 having the tapered side surface, the first electrode 108, and the common electrode 112 can be formed by appropriately adjusting the etching conditions during patterning. When formed in the same process, the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 have the same tapered side surface. The taper-shaped side surface means that the cross section of the side surface of the electrode or bit line is inclined with respect to the substrate surface. Preferably, the side surfaces of the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112 with respect to the substrate surface have an inclination angle (taper angle) of 10 degrees to less than 85 degrees, preferably 60 degrees to 80 degrees. .

図1(A)及び図1(B)、及び図1(C)に示す記憶素子は、基板面に平行な方向で有機化合物を含む層113に電圧が印加される構造であり、第1の電極108とコモン電極112との距離間隔を狭めることによって、記憶素子の占有面積の縮小化が図れる。 The memory element illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C has a structure in which a voltage is applied to the layer 113 containing an organic compound in a direction parallel to the substrate surface. By reducing the distance between the electrode 108 and the common electrode 112, the area occupied by the memory element can be reduced.

ここで図1(A)、及び図1(B)、及び図1(C)に示す記憶素子の作製方法の一例を以下に説明する。 Here, an example of a method for manufacturing the memory element illustrated in FIGS. 1A, 1B, and 1C is described below.

まず、絶縁表面を有する基板101上に第1の絶縁層102を形成する。   First, the first insulating layer 102 is formed over the substrate 101 having an insulating surface.

次いで、第1の絶縁層102上に半導体層を形成する。フォトリソグラフィ法などを用いて選択的に半導体層のエッチングを行って半導体層103を形成する。次いで、半導体層103と第1の絶縁層102上に第2の絶縁層104を形成する。次いで、第2の絶縁層上に導電層を形成する。フォトリソグラフィ法などを用いて選択的に導電層をエッチングしてワード線(ゲート線)105を形成する。次いで、ワード線(ゲート線)105、及び第2の絶縁層上に第3の絶縁層106を形成する。次いで、第3の絶縁層106上に第4の絶縁層107を形成する。次いで、フォトリソグラフィ法などを用いて選択的に第2の絶縁層、第3の絶縁層、及び第4の絶縁層のエッチングを行って、半導体層103に達する開口を形成する。次いで、第4の絶縁層107、及び半導体層103に達する開口上に導電層を形成する。フォトリソグラフィ法などを用いて選択的に導電層をエッチングしてビット線109、第1の電極108、及びコモン電極112を形成する。次に、絶縁層をビット線109、第1の電極108、及びコモン電極112上に形成し、フォトリソグラフィ法などを用いてエッチングを行い、第5の絶縁層114を形成する。なお、印刷法や液滴吐出法を用いれば、エッチング工程を行うことなく第2の絶縁層104、第3の絶縁層106、第4の絶縁層107、及び第5の絶縁層114を形成することが可能である。   Next, a semiconductor layer is formed over the first insulating layer 102. The semiconductor layer 103 is formed by selectively etching the semiconductor layer using a photolithography method or the like. Next, the second insulating layer 104 is formed over the semiconductor layer 103 and the first insulating layer 102. Next, a conductive layer is formed over the second insulating layer. The conductive layer is selectively etched using a photolithography method or the like to form a word line (gate line) 105. Next, a third insulating layer 106 is formed over the word line (gate line) 105 and the second insulating layer. Next, a fourth insulating layer 107 is formed over the third insulating layer 106. Next, the second insulating layer, the third insulating layer, and the fourth insulating layer are selectively etched using a photolithography method or the like, so that an opening reaching the semiconductor layer 103 is formed. Next, a conductive layer is formed over the opening reaching the fourth insulating layer 107 and the semiconductor layer 103. The conductive layer is selectively etched using a photolithography method or the like to form the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112. Next, an insulating layer is formed over the bit line 109, the first electrode 108, and the common electrode 112, and etching is performed using a photolithography method or the like, so that the fifth insulating layer 114 is formed. Note that if a printing method or a droplet discharge method is used, the second insulating layer 104, the third insulating layer 106, the fourth insulating layer 107, and the fifth insulating layer 114 are formed without performing an etching step. It is possible.

次いで、液滴吐出法を用いて、第1の電極108と、コモン電極112と、第5の絶縁層114とで四方を囲まれた領域に有機物を含む材料液を滴下する。少なくとも第1の電極108と、コモン電極112との隙間を埋めるように滴下する。滴下された有機物を含む材料液は、第1の電極108と、コモン電極112と、第5の絶縁層114とで四方を囲まれているので固定される。そして、焼成を行って有機化合物を含む層113が形成される。   Next, a material liquid containing an organic substance is dropped into a region surrounded by the first electrode 108, the common electrode 112, and the fifth insulating layer 114 by a droplet discharge method. It is dropped so as to fill at least the gap between the first electrode 108 and the common electrode 112. The material liquid containing the dropped organic substance is fixed because it is surrounded on all sides by the first electrode 108, the common electrode 112, and the fifth insulating layer 114. Then, baking is performed to form a layer 113 containing an organic compound.

なお、ここでは有機化合物を含む層113を形成する位置が、半導体層103と重ならない位置とした例を示したが特に限定されず、有機化合物を含む層113の位置を半導体層103やゲート線と重なる位置として記憶素子の占有面積縮小を図ってもよい。 Note that although an example in which the position where the layer 113 containing an organic compound is formed is a position where the layer 113 does not overlap with the semiconductor layer 103 is shown, the position of the layer 113 containing an organic compound is not limited to the semiconductor layer 103 or the gate line. The area occupied by the memory element may be reduced as a position overlapping with the other.

こうして得られる図1(A)、及び図1(B)に示す記憶素子は、ビット線、有機化合物を含む層113を挟む第1の電極108、及びコモン電極112を同時に形成することができ、工程短縮することができる。   In the memory element illustrated in FIGS. 1A and 1B thus obtained, the bit electrode, the first electrode 108 sandwiching the layer 113 containing an organic compound, and the common electrode 112 can be formed at the same time. The process can be shortened.

(実施の形態2)
ここでは、図2(A)、及び図2(B)に図1(A)及び図1(B)、及び図1(C)とは一部異なる記憶素子の例を示す。図2(A)は2つの記憶素子の断面図であり、図2(B)は2つの記憶素子の上面図であり、図2(B)中の鎖線E―Fで切断した図が図2(A)に対応する。
(Embodiment 2)
Here, FIGS. 2A and 2B illustrate examples of memory elements that are partly different from those in FIGS. 1A, 1B, and 1C. 2A is a cross-sectional view of two memory elements, FIG. 2B is a top view of the two memory elements, and FIG. 2 is a diagram cut along a chain line EF in FIG. Corresponds to (A).

図2(A)において、図1(A)と同様に、絶縁表面を有する基板201上に第1の絶縁層202が設けられ、第1の絶縁層202上には半導体層203が設けられている。第1の絶縁層202、半導体層203上には第2の絶縁層204が設けられ、第2の絶縁層204上にはワード線(ゲート線)205が設けられている。ワード線(ゲート線)205上には第3の絶縁層206が設けられ、第3の絶縁層206上には第4の絶縁層207が設けられている。第4の絶縁層207上にはビット線209、第1の電極208及び、コモン電極212が設けられている。ビット線209、第1の電極208及び、コモン電極212は同じ材料で形成されている。第2の絶縁層204、第3の絶縁層206及び、第4の絶縁層207には半導体層203に達する左右一対の開口(コンタクトホール)が設けられている。この開口を覆うようにビット線209、と第1の電極208がそれぞれ設けられている。同じ層に、即ち第4の絶縁層207上にビット線209と第1の電極208とコモン電極212とを設けている。 2A, as in FIG. 1A, a first insulating layer 202 is provided over a substrate 201 having an insulating surface, and a semiconductor layer 203 is provided over the first insulating layer 202. Yes. A second insulating layer 204 is provided over the first insulating layer 202 and the semiconductor layer 203, and a word line (gate line) 205 is provided over the second insulating layer 204. A third insulating layer 206 is provided over the word line (gate line) 205, and a fourth insulating layer 207 is provided over the third insulating layer 206. A bit line 209, a first electrode 208, and a common electrode 212 are provided over the fourth insulating layer 207. The bit line 209, the first electrode 208, and the common electrode 212 are formed of the same material. The second insulating layer 204, the third insulating layer 206, and the fourth insulating layer 207 are provided with a pair of left and right openings (contact holes) reaching the semiconductor layer 203. A bit line 209 and a first electrode 208 are provided so as to cover the opening. A bit line 209, a first electrode 208, and a common electrode 212 are provided in the same layer, that is, over the fourth insulating layer 207.

半導体層203、ゲート線(ワード線)205、第1の電極208、及びビット線209はトランジスタを構成している。 The semiconductor layer 203, the gate line (word line) 205, the first electrode 208, and the bit line 209 form a transistor.

図2(A)に示す記憶素子は、有機化合物を含む層213がビット線209の両側面、第1の電極208の両側面、及びコモン電極212の両側面を覆って接している。   In the memory element illustrated in FIG. 2A, the layer 213 containing an organic compound is in contact with both side surfaces of the bit line 209, both side surfaces of the first electrode 208, and both side surfaces of the common electrode 212.

また、一対の電極をなしている第1の電極208とコモン電極212を含む断面において電流経路220の最短距離が、一対の電極の間隔距離(Wb)に相当する。 Further, the shortest distance of the current path 220 in the cross section including the first electrode 208 and the common electrode 212 forming a pair of electrodes corresponds to the distance (Wb) between the pair of electrodes.

また、図2(B)に示すように、有機化合物を含む層213は、帯状(ライン状とも呼ぶ)に形成されている。また、有機化合物を含む層213を固定するために絶縁層(隔壁)を形成してもよく、その場合、有機化合物を含む層213と平行な帯状(ライン状とも呼ぶ)の第5の絶縁層214も形成する。第5の絶縁層214は有機化合物を含む層213を挟むように形成される。   As shown in FIG. 2B, the layer 213 containing an organic compound is formed in a band shape (also referred to as a line shape). In addition, an insulating layer (partition wall) may be formed in order to fix the layer 213 containing an organic compound. In that case, a fifth insulating layer in a strip shape (also called a line shape) parallel to the layer 213 containing an organic compound is used. 214 is also formed. The fifth insulating layer 214 is formed so as to sandwich the layer 213 containing an organic compound.

また、図2(B)では、有機化合物を含む層213の幅は、特に限定されず、第5の絶縁層214の幅よりも有機化合物を含む層213の幅を広くしてもよい。   In FIG. 2B, the width of the layer 213 containing an organic compound is not particularly limited, and the width of the layer 213 containing an organic compound may be wider than the width of the fifth insulating layer 214.

図2(B)に示す有機化合物を含む層213は、図1(B)の有機化合物を含む層113の上面形状とは異なる構造である。図2(A)及び図2(B)に示す記憶素子は、有機化合物を含む層213の幅を広くできる構造であるため、有機化合物を含む層213の形成時における位置ズレの許容範囲を広くすることができる。 A layer 213 containing an organic compound shown in FIG. 2B has a structure different from that of the top surface of the layer 113 containing an organic compound in FIG. Since the memory element illustrated in FIGS. 2A and 2B has a structure in which the width of the layer 213 containing an organic compound can be widened, the allowable range of misalignment when forming the layer 213 containing an organic compound is widened. can do.

また、コモン電極212とビット線209との間にも有機化合物を含む層213が配置されるため、隣り合うコモン電極212とビット線209との間隔距離(Wd)は、第1の電極とコモン電極の間隔距離(Wb)よりも広く、具体的には2μm以上することが好ましい。間隔距離(Wd)が間隔距離(Wb)と同じまたは狭いと、隣り合うコモン電極212とビット線209との間が短絡し、記憶素子に書き込み等が行われてしまう可能性がある。よって、間隔距離(Wd)を間隔距離(Wb)よりも広くすることで誤動作が起きるのを防ぐことができる。 In addition, since the layer 213 containing an organic compound is also disposed between the common electrode 212 and the bit line 209, the distance (Wd) between the adjacent common electrode 212 and the bit line 209 is equal to that of the first electrode. It is preferably larger than the distance (Wb) between the electrodes, specifically 2 μm or more. If the spacing distance (Wd) is the same as or narrower than the spacing distance (Wb), the adjacent common electrode 212 and the bit line 209 may be short-circuited, and writing or the like may be performed on the memory element. Therefore, it is possible to prevent malfunctions by setting the distance (Wd) wider than the distance (Wb).

また、図2(A)に示す記憶素子において、第4の絶縁層207、ビット線209、第1の電極208、コモン電極212、及び有機化合物を含む層213を覆うように保護層を設けてもよい。   2A, a protective layer is provided so as to cover the fourth insulating layer 207, the bit line 209, the first electrode 208, the common electrode 212, and the layer 213 containing an organic compound. Also good.

また、本実施の形態は、実施の形態1と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1.

(実施の形態3)
ここでは、図3(A)、及び図3(B)に図1(A)及び図1(B)、及び図1(C)とは一部異なる記憶素子の例を示す。図3(A)は2つの記憶素子の断面図であり、図3(B)は2つの記憶素子の上面図であり、図3(B)中の鎖線G―Hで切断した図が図3(A)に対応する。
(Embodiment 3)
Here, FIGS. 3A and 3B illustrate examples of memory elements that are partly different from those in FIGS. 1A, 1B, and 1C. 3A is a cross-sectional view of two memory elements, FIG. 3B is a top view of the two memory elements, and FIG. 3 is a diagram cut along a chain line GH in FIG. Corresponds to (A).

図3(A)において、図1(A)と同様に、絶縁表面を有する基板301上に第1の絶縁層302が設けられ、第1の絶縁層302上には半導体層303が設けられている。第1の絶縁層302、半導体層303上には第2の絶縁層304が設けられ、第2の絶縁層304上にはワード線(ゲート線)305が設けられている。ワード線(ゲート線)305上には第3の絶縁層306が設けられ、第3の絶縁層306上には第4の絶縁層307が設けられている。第4の絶縁層307上にはビット線309、第1の電極308及び、コモン電極312が設けられている。ビット線309、第1の電極308及び、コモン電極312は同じ材料で形成されている。第2の絶縁層304、第3の絶縁層306及び、第4の絶縁層307には半導体層303に達する左右一対の開口(コンタクトホール)が合計6個設けられている。この開口を覆うようにビット線309、及び第1の電極308が設けられている。同じ層に、即ち第4の絶縁層307上にビット線309と第1の電極308とコモン電極312とを設けている。また、図3(B)に示すように、第4の絶縁層307上に有機化合物を含む層313を挟むように一対の第5の絶縁層(隔壁)314も設ける。 3A, similarly to FIG. 1A, a first insulating layer 302 is provided over a substrate 301 having an insulating surface, and a semiconductor layer 303 is provided over the first insulating layer 302. Yes. A second insulating layer 304 is provided over the first insulating layer 302 and the semiconductor layer 303, and a word line (gate line) 305 is provided over the second insulating layer 304. A third insulating layer 306 is provided over the word line (gate line) 305, and a fourth insulating layer 307 is provided over the third insulating layer 306. A bit line 309, a first electrode 308, and a common electrode 312 are provided over the fourth insulating layer 307. The bit line 309, the first electrode 308, and the common electrode 312 are formed of the same material. The second insulating layer 304, the third insulating layer 306, and the fourth insulating layer 307 are provided with a total of six pairs of left and right openings (contact holes) reaching the semiconductor layer 303. A bit line 309 and a first electrode 308 are provided so as to cover this opening. A bit line 309, a first electrode 308, and a common electrode 312 are provided in the same layer, that is, over the fourth insulating layer 307. As shown in FIG. 3B, a pair of fifth insulating layers (partition walls) 314 is also provided over the fourth insulating layer 307 so that the layer 313 containing an organic compound is interposed therebetween.

半導体層303、ゲート線(ワード線)305、第1の電極308、及びビット線309はトランジスタを構成している。 The semiconductor layer 303, the gate line (word line) 305, the first electrode 308, and the bit line 309 form a transistor.

図3(A)及び図3(B)に示す記憶素子では、有機化合物を含む層313の形状は、図1(A)の有機化合物を含む層113の断面形状及び上面形状とは異なる。図1(A)においては、有機化合物を含む層113が第1の電極108、及びコモン電極112の側面のみに接する例であるが、図3(A)においては、有機化合物を含む層313が第1の電極308、及びコモン電極312の側面、及び上面の一部(上端部)と接している。有機化合物を含む層313の上面形状は少なくとも一辺の長さがWxである矩形である。 In the memory element illustrated in FIGS. 3A and 3B, the shape of the layer 313 containing an organic compound is different from the cross-sectional shape and the top shape of the layer 113 containing an organic compound in FIG. FIG. 1A illustrates an example in which the layer 113 containing an organic compound is in contact with only the side surfaces of the first electrode 108 and the common electrode 112, but in FIG. 3A, the layer 313 containing an organic compound is The first electrode 308 and the side surface of the common electrode 312 are in contact with part of the upper surface (upper end portion). The top surface shape of the layer 313 containing an organic compound is a rectangle whose length of at least one side is Wx.

また、図3(A)に示す記憶素子において、ビット線309、第1の電極308、コモン電極312、及び有機化合物を含む層313を覆うように保護層を設けてもよい。図3(A)及び(B)に示す記憶素子は、確実に一対の電極間を有機化合物を含む層で埋めることができる。そのため、どの記憶素子でも均一の抵抗を持つようにすることができ、一対の電極間の抵抗が記憶素子毎でばらつくのを防ぐことができる。また、有機化合物を含む層313をフォトリソグラフィ法等を用いてエッチングにより形成する際は、図1(A)〜(C)に示す構成よりもエッチングしやすい。   In the memory element illustrated in FIG. 3A, a protective layer may be provided so as to cover the bit line 309, the first electrode 308, the common electrode 312, and the layer 313 containing an organic compound. In the memory element illustrated in FIGS. 3A and 3B, the gap between the pair of electrodes can be reliably filled with a layer containing an organic compound. Therefore, any memory element can have a uniform resistance, and the resistance between a pair of electrodes can be prevented from varying from one memory element to another. In addition, when the layer 313 containing an organic compound is formed by etching using a photolithography method or the like, it is easier to etch than the structure shown in FIGS.

また、本実施の形態は、実施の形態1、または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.

(実施の形態4)
ここでは、図4(A)、及び図4(B)に図1(A)及び図1(B)、及び図1(C)とは一部異なる記憶素子の例を示す。図4(A)は2つの記憶素子の断面図であり、図4(B)は2つの記憶素子の上面図であり、図4(B)中の鎖線J―Kで切断した図が図4(A)に対応する。
(Embodiment 4)
Here, FIGS. 4A and 4B illustrate examples of memory elements that are partly different from those in FIGS. 1A, 1B, and 1C. 4A is a cross-sectional view of two memory elements, FIG. 4B is a top view of the two memory elements, and FIG. 4 is a diagram cut along a chain line JK in FIG. Corresponds to (A).

図4(A)において、図1(A)と同様に、絶縁表面を有する基板401上に第1の絶縁層402が設けられ、第1の絶縁層402上には半導体層403が設けられている。第1の絶縁層402、半導体層403上には第2の絶縁層404が設けられ、第2の絶縁層404上にはワード線(ゲート線)405が設けられている。ワード線(ゲート線)405上には第3の絶縁層406が設けられ、第3の絶縁層406上には第4の絶縁層407が設けられている。第4の絶縁層407上にはビット線409、第1の電極408及び、コモン電極412が設けられている。ビット線409、第1の電極408及び、コモン電極412は同じ材料で形成されている。第2の絶縁層404、第3の絶縁層406及び、第4の絶縁層407には半導体層403に達する左右一対の開口(コンタクトホール)が設けられている。この開口を覆うようにビット線409、及び第1の電極408が設けられている。同じ層に、即ち第4の絶縁層407上にビット線409と第1の電極408とコモン電極412とを設けている。 4A, as in FIG. 1A, a first insulating layer 402 is provided over a substrate 401 having an insulating surface, and a semiconductor layer 403 is provided over the first insulating layer 402. Yes. A second insulating layer 404 is provided over the first insulating layer 402 and the semiconductor layer 403, and a word line (gate line) 405 is provided over the second insulating layer 404. A third insulating layer 406 is provided over the word line (gate line) 405, and a fourth insulating layer 407 is provided over the third insulating layer 406. A bit line 409, a first electrode 408, and a common electrode 412 are provided over the fourth insulating layer 407. The bit line 409, the first electrode 408, and the common electrode 412 are formed of the same material. The second insulating layer 404, the third insulating layer 406, and the fourth insulating layer 407 are provided with a pair of left and right openings (contact holes) that reach the semiconductor layer 403. A bit line 409 and a first electrode 408 are provided so as to cover the opening. A bit line 409, a first electrode 408, and a common electrode 412 are provided in the same layer, that is, over the fourth insulating layer 407.

半導体層403、ゲート線(ワード線)405、第1の電極408、及びビット線409はトランジスタを構成している。 The semiconductor layer 403, the gate line (word line) 405, the first electrode 408, and the bit line 409 form a transistor.

有機化合物を含む層413の材料として、硬化の早い材料を用いることが望ましい。硬化の早い材料を用いることによって、図1(B)に示すような第5の絶縁層114を設けなくともよい。また、蒸着法によって蒸着マスクを用いて選択的に有機化合物を含む層413を形成する場合にも図1(B)に示すような第5の絶縁層114を設けなくともよい。 As a material for the layer 413 containing an organic compound, it is desirable to use a material that is quickly cured. By using a material that cures quickly, the fifth insulating layer 114 as illustrated in FIG. 1B is not necessarily provided. In addition, when the layer 413 containing an organic compound is selectively formed using an evaporation mask by an evaporation method, the fifth insulating layer 114 as illustrated in FIG. 1B is not necessarily provided.

図4(A)に示す記憶素子は、有機化合物を含む層413がビット線409の両側面、第1の電極408の両側面、及びコモン電極412の両側面を覆って接している。   In the memory element illustrated in FIG. 4A, the layer 413 containing an organic compound is in contact with both side surfaces of the bit line 409, both side surfaces of the first electrode 408, and both side surfaces of the common electrode 412.

また、図4(B)に示すように、有機化合物を含む層413は、帯状(ライン状とも呼ぶ)に形成されている。また、図1(B)に示すような一対の第5の絶縁層114を形成してもよく、その場合、有機化合物を含む層413と平行な帯状(ライン状とも呼ぶ)に第5の絶縁層も形成する。   As shown in FIG. 4B, the layer 413 containing an organic compound is formed in a strip shape (also called a line shape). Alternatively, a pair of fifth insulating layers 114 as illustrated in FIG. 1B may be formed, in which case the fifth insulating layer is formed in a strip shape (also referred to as a line shape) parallel to the layer 413 containing an organic compound. A layer is also formed.

図4(B)に示す記憶素子では、有機化合物を含む層413の上面形状は、図1(B)の有機化合物を含む層113の上面形状とは異なる構造である。図4(A)及び図4(B)に示す記憶素子は、有機化合物を含む層413の幅を広くできる構造であるため、有機化合物を含む層413の形成時における位置ズレの許容範囲を広くすることができる。 In the memory element illustrated in FIG. 4B, the top surface shape of the layer 413 including an organic compound is different from the top surface shape of the layer 113 including an organic compound in FIG. Since the memory element illustrated in FIGS. 4A and 4B has a structure in which the width of the layer 413 containing an organic compound can be widened, the allowable range of misalignment when forming the layer 413 containing an organic compound is widened. can do.

また、図4(A)に示す記憶素子において、第4の絶縁層407、ビット線409、第1の電極408、コモン電極412、及び有機化合物を含む層413を覆うように保護層を設けてもよい。   In the memory element illustrated in FIG. 4A, a protective layer is provided so as to cover the fourth insulating layer 407, the bit line 409, the first electrode 408, the common electrode 412, and the layer 413 containing an organic compound. Also good.

また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2または実施の形態3と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, or Embodiment Mode 3.

(実施の形態5)
ここでは、図5(A)、及び図5(B)に図1(A)及び図1(B)、及び図1(C)とは一部異なる記憶素子の例を示す。図5(A)は3つの記憶素子の断面図であり、図5(B)は3つの記憶素子の上面図であり、図5(B)中の鎖線L―Mで切断した図が図5(A)に対応する。
(Embodiment 5)
Here, FIGS. 5A and 5B illustrate examples of memory elements that are partly different from those in FIGS. 1A, 1B, and 1C. 5A is a cross-sectional view of three memory elements, FIG. 5B is a top view of the three memory elements, and FIG. 5 is a diagram cut along a chain line LM in FIG. Corresponds to (A).

図5(A)において、図1(A)と同様に、絶縁表面を有する基板501上に第1の絶縁層502が設けられ、第1の絶縁層502上には半導体層503が設けられている。 5A, as in FIG. 1A, a first insulating layer 502 is provided over a substrate 501 having an insulating surface, and a semiconductor layer 503 is provided over the first insulating layer 502. Yes.

第1の絶縁層502、半導体層503上には第2の絶縁層504が設けられ、第2の絶縁層504上にはワード線(ゲート線)505が設けられている。ワード線(ゲート線)505上には第3の絶縁層506が設けられ、第3の絶縁層506上には第4の絶縁層507が設けられている。第4の絶縁層507上にはビット線509、接続電極508が設けられている。 A second insulating layer 504 is provided over the first insulating layer 502 and the semiconductor layer 503, and a word line (gate line) 505 is provided over the second insulating layer 504. A third insulating layer 506 is provided over the word line (gate line) 505, and a fourth insulating layer 507 is provided over the third insulating layer 506. A bit line 509 and a connection electrode 508 are provided over the fourth insulating layer 507.

ビット線509、及び接続電極508は同じ材料で形成されている。第2の絶縁層504、第3の絶縁層506及び、第4の絶縁層507には半導体層503に達する左右一対の開口(コンタクトホール)が設けられている。この開口を覆うようにビット線509、及び接続電極508が設けられている。第4の絶縁層507、ビット線509、及び接続電極508上には第5の絶縁層510が設けられている。 The bit line 509 and the connection electrode 508 are formed of the same material. The second insulating layer 504, the third insulating layer 506, and the fourth insulating layer 507 are provided with a pair of left and right openings (contact holes) reaching the semiconductor layer 503. A bit line 509 and a connection electrode 508 are provided so as to cover the opening. A fifth insulating layer 510 is provided over the fourth insulating layer 507, the bit line 509, and the connection electrode 508.

第5の絶縁層510上には第1の電極511、コモン電極(第2の電極)512が設けられている。第1の電極511、及びコモン電極512は同じ材料で形成されている。第5の絶縁層510には接続電極508に達する開口(コンタクトホール)が設けられている。この開口を覆うように第1の電極511が設けられている。即ち、同一絶縁層上に第1の電極511とコモン電極512を設けている。 A first electrode 511 and a common electrode (second electrode) 512 are provided over the fifth insulating layer 510. The first electrode 511 and the common electrode 512 are formed of the same material. The fifth insulating layer 510 is provided with an opening (contact hole) reaching the connection electrode 508. A first electrode 511 is provided so as to cover the opening. That is, the first electrode 511 and the common electrode 512 are provided over the same insulating layer.

半導体層503、ゲート線(ワード線)505、接続電極508、及びビット線509はトランジスタを構成している。 The semiconductor layer 503, the gate line (word line) 505, the connection electrode 508, and the bit line 509 form a transistor.

また、図5(B)に示すように、有機化合物を含む層513を挟んで第6の絶縁層(隔壁)514を配置する。第6の絶縁層514は、基板面に対して垂直な方向において膜厚0.1μmから0.5μmを有するように形成する。図5(B)に示すように、有機化合物を含む層513に使用する有機材料は、有機化合物を含む層513が第1の電極511、コモン電極512、及び第6の絶縁層514に四方を囲まれているため、流動性の高い材料でもよい。 In addition, as illustrated in FIG. 5B, a sixth insulating layer (partition wall) 514 is provided with a layer 513 containing an organic compound interposed therebetween. The sixth insulating layer 514 is formed to have a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm in a direction perpendicular to the substrate surface. As shown in FIG. 5B, the organic material used for the layer 513 containing an organic compound is such that the layer 513 containing an organic compound covers all sides of the first electrode 511, the common electrode 512, and the sixth insulating layer 514. Since it is surrounded, a material with high fluidity may be used.

本実施形態の記憶素子は、第5の絶縁層510を設けることによってトランジスタと重ねて設けることができ、素子の集積化が図れる。隣接する記憶素子間の距離を短くでき、さらなる微細化が期待できる。 The memory element of this embodiment can be provided so as to overlap with the transistor by providing the fifth insulating layer 510, so that the element can be integrated. The distance between adjacent memory elements can be shortened, and further miniaturization can be expected.

また、図5(A)に示す記憶素子において、第5の絶縁層510、第1の電極511、コモン電極512、及び有機化合物を含む層513を覆うように保護層を設けてもよい。   In the memory element illustrated in FIG. 5A, a protective layer may be provided so as to cover the fifth insulating layer 510, the first electrode 511, the common electrode 512, and the layer 513 containing an organic compound.

また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、または実施の形態4と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 3, or Embodiment Mode 4.

(実施の形態6)
ここでは、図6(A)、及び図6(B)に図1(A)及び図1(B)、及び図1(C)とは一部異なる記憶素子の例を示す。図6(A)は記憶素子の断面図であり、図6(B)は図6(A)に対応する上面図である。
(Embodiment 6)
Here, FIGS. 6A and 6B illustrate examples of memory elements that are partly different from those in FIGS. 1A, 1B, and 1C. 6A is a cross-sectional view of the memory element, and FIG. 6B is a top view corresponding to FIG. 6A.

図6(A)において、図1(A)と同様に、絶縁表面を有する基板1301上に第1の絶縁層1302が設けられ、第1の絶縁層1302上には半導体層1303が設けられている。第1の絶縁層1302、半導体層1303上には第2の絶縁層1304が設けられ、第2の絶縁層1304上にはワード線(ゲート線)1305が設けられている。ワード線(ゲート線)1305上には第3の絶縁層1306が設けられている。第2の絶縁層1304、第3の絶縁層1306には半導体層1303に達する左右一対の開口(コンタクトホール)が設けられている。第3の絶縁層1306上にはこの開口を覆うようにビット線1309、接続電極1308が設けられている。ビット線1309、及び接続電極1308は同じ材料で形成されている。第3の絶縁層1306、ビット線1309、接続電極1308上には第4の絶縁層1307が設けられている。第4の絶縁層1307には接続電極に達する開口(コンタクトホール)が設けられている。第4の絶縁層1307上にはこの開口を覆うように第1の電極1311、及びコモン電極(第2の電極)1312が設けられている。 6A, as in FIG. 1A, a first insulating layer 1302 is provided over a substrate 1301 having an insulating surface, and a semiconductor layer 1303 is provided over the first insulating layer 1302. Yes. A second insulating layer 1304 is provided over the first insulating layer 1302 and the semiconductor layer 1303, and a word line (gate line) 1305 is provided over the second insulating layer 1304. A third insulating layer 1306 is provided over the word line (gate line) 1305. The second insulating layer 1304 and the third insulating layer 1306 are provided with a pair of left and right openings (contact holes) reaching the semiconductor layer 1303. A bit line 1309 and a connection electrode 1308 are provided on the third insulating layer 1306 so as to cover the opening. The bit line 1309 and the connection electrode 1308 are formed of the same material. A fourth insulating layer 1307 is provided over the third insulating layer 1306, the bit line 1309, and the connection electrode 1308. The fourth insulating layer 1307 is provided with an opening (contact hole) reaching the connection electrode. A first electrode 1311 and a common electrode (second electrode) 1312 are provided over the fourth insulating layer 1307 so as to cover the opening.

半導体層1303、ゲート線(ワード線)1305、接続電極1308、及びビット線1309はトランジスタ1315を構成している。 The semiconductor layer 1303, the gate line (word line) 1305, the connection electrode 1308, and the bit line 1309 form a transistor 1315.

本実施の形態では、記憶素子を第4の絶縁層1307を介して、トランジスタ1315と重ねることができる。これにより有機化合物を含む層1313をトランジスタ1315の上方に形成することができる。従って、隣接する記憶素子間の距離を短くでき、さらなる微細化が期待できる。 In this embodiment, the memory element can be overlapped with the transistor 1315 with the fourth insulating layer 1307 provided therebetween. Thus, the layer 1313 containing an organic compound can be formed over the transistor 1315. Therefore, the distance between adjacent memory elements can be shortened, and further miniaturization can be expected.

図6(A)においては、有機化合物を含む層1313が第1の電極1311、及びコモン電極1312の側面と接している。 In FIG. 6A, a layer 1313 containing an organic compound is in contact with side surfaces of the first electrode 1311 and the common electrode 1312.

また、図6(B)に示すように、有機化合物を含む層1313を挟んで一対の第5の絶縁層(隔壁)1314を配置する。一対の第5の絶縁層1314は、基板面に対して垂直な方向において膜厚0.1μmから0.5μmを有するように形成する。図6(B)に示すように、有機化合物を含む層1313に使用する有機材料は、有機化合物を含む層1313が第1の電極1311、コモン電極1312、及び一対の第5の絶縁層1314に四方を囲まれているため、流動性の高い材料でもよい。 In addition, as illustrated in FIG. 6B, a pair of fifth insulating layers (partition walls) 1314 is provided with a layer 1313 containing an organic compound interposed therebetween. The pair of fifth insulating layers 1314 is formed to have a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm in a direction perpendicular to the substrate surface. As shown in FIG. 6B, the organic material used for the layer 1313 containing an organic compound is such that the layer 1313 containing an organic compound forms a first electrode 1311, a common electrode 1312, and a pair of fifth insulating layers 1314. Since it is surrounded on all sides, a material with high fluidity may be used.

また、図6(A)に示す記憶素子において、第1の電極1311、コモン電極1312、及び有機化合物を含む層1313を覆うように保護層を設けてもよい。   6A, a protective layer may be provided so as to cover the first electrode 1311, the common electrode 1312, and the layer 1313 containing an organic compound.

また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4、または実施の形態5と自由に組み合わせることができる。   This embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 3, Embodiment Mode 4, or Embodiment Mode 5.

(実施の形態7)
本実施の形態では、図7(A)及び図7(B)に示す等価回路を用いて本発明の半導体装置を説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment mode, a semiconductor device of the present invention is described with reference to equivalent circuits shown in FIGS. 7A and 7B.

本実施の形態で示す記憶装置の一構成例は、カラムデコーダ801、ローデコーダ802、読み出し回路804、書き込み回路805、セレクタ803、メモリセルアレイ822を有する。メモリセルアレイ822はビット線Bm(1≦m≦x)、ワード線Wn(1≦n≦y)、ビット線とワード線との交点にx×y個のメモリセル821を有する。 One structural example of the memory device described in this embodiment includes a column decoder 801, a row decoder 802, a reading circuit 804, a writing circuit 805, a selector 803, and a memory cell array 822. The memory cell array 822 includes bit lines Bm (1 ≦ m ≦ x), word lines Wn (1 ≦ n ≦ y), and x × y memory cells 821 at the intersections of the bit lines and the word lines.

メモリセル821は、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第1の配線と、ワード線Wy(1≦y≦n)を構成する第2の配線と、トランジスタ840と、記憶素子841とを有する。記憶素子841は、実施の形態1〜6のように、水平に並べて配置された一対の導電層の間に、有機化合物を含む層が挟まれた構造を有する。なお、ここで示す記憶装置816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。   The memory cell 821 includes a first wiring configuring a bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second wiring configuring a word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a transistor 840, and a memory element 841. And have. As in Embodiments 1 to 6, the memory element 841 has a structure in which a layer containing an organic compound is sandwiched between a pair of conductive layers arranged side by side. Note that the structure of the memory device 816 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.

カラムデコーダ801はメモリセルアレイの行を指定するアドレス信号を受けて、指定行のセレクタ803に信号を与える。セレクタ803はカラムデコーダ801の信号を受けて指定行のビット線を選択する。ローデコーダ802はメモリセルアレイの列を指定するアドレス信号を受けて、指定列のワード線を選択する。上記動作によりアドレス信号に対応する一つのメモリセル821が選択される。読み出し回路804は選択されたメモリセルの記憶素子が有するデータを読み出し、増幅して出力する。書き込み回路805は書き込みに必要な電圧を生成し、選択されたメモリセルの記憶素子に電圧を印加することでデータの書き込みを行う。 The column decoder 801 receives an address signal designating a row of the memory cell array, and gives a signal to the selector 803 of the designated row. The selector 803 receives a signal from the column decoder 801 and selects a bit line in a specified row. The row decoder 802 receives an address signal designating a column of the memory cell array and selects a word line in the designated column. Through the above operation, one memory cell 821 corresponding to the address signal is selected. A reading circuit 804 reads, amplifies, and outputs data included in the memory element of the selected memory cell. The writing circuit 805 generates a voltage necessary for writing, and writes data by applying a voltage to the memory element of the selected memory cell.

図7(B)に本発明の記憶装置が有する書き込み回路805の構成を示す。書き込み回路805は電圧発生回路811、タイミング制御回路812、スイッチSW0、SW1、出力端子Pwを有する。電圧発生回路811は昇圧回路等で構成され、書き込みに必要な電圧V1を生成し、出力Paから出力する。タイミング制御回路812は、書き込み制御信号(WEと記載する)、データ信号(DATAと記載する)、クロック信号(CLKと記載する)等からスイッチSW0、SW1をそれぞれ制御する信号S0、S1を生成し、それぞれ出力P0、P1から出力する。スイッチSW0は接地との接続、スイッチSW1は電圧発生回路811の出力Paとの接続、スイッチがいずれかの接続状態となるかによって、書き込み回路の出力Pwからの出力電圧Vwriteを切り替えることができる。 FIG. 7B illustrates a structure of the writing circuit 805 included in the memory device of the present invention. The write circuit 805 includes a voltage generation circuit 811, a timing control circuit 812, switches SW0 and SW1, and an output terminal Pw. The voltage generation circuit 811 is composed of a booster circuit or the like, generates a voltage V1 necessary for writing, and outputs it from the output Pa. The timing control circuit 812 generates signals S0 and S1 for controlling the switches SW0 and SW1, respectively, from a write control signal (described as WE), a data signal (described as DATA), a clock signal (described as CLK), and the like. , Output from outputs P0 and P1, respectively. The switch SW0 is connected to the ground, the switch SW1 is connected to the output Pa of the voltage generation circuit 811, and the output voltage Vwrite from the output Pw of the writing circuit can be switched depending on which connection state the switch SW1 is in.

次に記憶素子の導電性を変化させない初期状態を「0」とし、記憶素子の導電性を変化させる短絡状態の場合を「1」としたときの書き込み動作について説明する。まず入力信号WEがHighレベルになると、行を指定するアドレス信号を受けたカラムデコーダ801は指定行のセレクタ803に信号を与え、セレクタ803は指定行のビット線と書き込み回路の出力Pwとを電気的に接続する。指定されていないビット線は非接続(フローティングと記載する)状態となっている。書き込み回路の出力電圧VwriteはV1であり、指定行のビット線に電圧V1が印加される。同様に列を指定するアドレス信号を受けたローデコーダ802は指定列のワード線に電圧V2を印加し、指定されていないワード線に0Vを印加する。上記動作によりアドレス信号に対応する一つの記憶素子841が選択される。このとき記憶素子841の第2の電極には、0Vが印加される。 Next, the writing operation when the initial state in which the conductivity of the memory element is not changed is “0” and the short-circuit state in which the conductivity of the memory element is changed is “1” will be described. First, when the input signal WE becomes High level, the column decoder 801 that receives the address signal designating the row gives a signal to the selector 803 of the designated row, and the selector 803 electrically connects the bit line of the designated row and the output Pw of the write circuit. Connect. Undesignated bit lines are not connected (denoted as floating). The output voltage Vwrite of the writing circuit is V1, and the voltage V1 is applied to the bit line of the designated row. Similarly, the row decoder 802 that has received an address signal designating a column applies a voltage V2 to the word line of the designated column, and applies 0 V to an undesignated word line. Through the above operation, one storage element 841 corresponding to the address signal is selected. At this time, 0 V is applied to the second electrode of the memory element 841.

同時にHighレベルのデータ信号DATAを受けることにより、電圧発生回路811は電圧V1を生成し、出力Paから出力することができる。タイミング制御回路812は入力信号WE、DATA、CLK、電源電位(VDD)等から、スイッチSW0、SW1を制御する信号S0=Low、S1=Highを生成し、出力P0、P1から出力することができる。当該信号S0、S1によりスイッチSW0はオフ、SW1はオンとなり、書き込み回路805は出力Pwから出力電圧Vwriteとして電圧V1を出力することができる。 At the same time, by receiving the high level data signal DATA, the voltage generation circuit 811 can generate the voltage V1 and output it from the output Pa. The timing control circuit 812 can generate signals S0 = Low and S1 = High for controlling the switches SW0 and SW1 from the input signals WE, DATA, CLK, the power supply potential (VDD), and the like, and can output them from the outputs P0 and P1. . With the signals S0 and S1, the switch SW0 is turned off and the switch SW1 is turned on, and the writing circuit 805 can output the voltage V1 from the output Pw as the output voltage Vwrite.

選択された記憶素子は、上記動作によりワード線に電圧V2が印加され、ビット線に電圧V1が印加され、第2の電極に0Vが印加されることとなる。すると薄膜トランジスタの不純物領域が導通して、ビット線の電圧V1が記憶素子の第1の電極に印加される。その結果、記憶素子の導電性が変化し、短絡状態となり「1」が書き込まれる。 In the selected memory element, the voltage V2 is applied to the word line, the voltage V1 is applied to the bit line, and 0 V is applied to the second electrode by the above operation. Then, the impurity region of the thin film transistor is turned on, and the voltage V1 of the bit line is applied to the first electrode of the memory element. As a result, the conductivity of the memory element changes, and a short circuit state is established, and “1” is written.

また入力信号WEがLowレベル(書き込み不許可となる低い電圧)になると、全てのワード線は0Vとなり、全てのビット線と記憶素子の第2の電極はフローティング状態となる。このときタイミング制御回路812は信号S0、S1としてそれぞれLowを生成し、出力P0、P1から出力し、出力Pwはフローティング状態となる。上記動作により、「1」の書き込みは終了する。 When the input signal WE is at a low level (a low voltage at which writing is not permitted), all the word lines are set to 0 V, and all the bit lines and the second electrodes of the storage elements are in a floating state. At this time, the timing control circuit 812 generates Low as the signals S0 and S1, respectively, and outputs them from the outputs P0 and P1, and the output Pw enters a floating state. With the above operation, the writing of “1” is completed.

次に、「0」の書き込みを説明する。「0」の書き込みは記憶素子の導電性を変化させない書き込みであり、これは記憶素子に電圧を印加しない、つまり初期状態を維持することで実現される。まず「1」の書き込みと同様に入力信号WEがHighレベル(書き込み許可となる高い電圧)になると、行を指定するアドレス信号を受けたカラムデコーダ801は指定行のセレクタに信号を与え、セレクタ803は指定行のビット線を書き込み回路の出力Pwに接続する。このとき指定されていないビット線はフローティング状態となる。同様に列を指定するアドレス信号を受けたローデコーダ802は指定列のワード線に電圧V2を印加し、指定されていないワード線に0Vを印加する。上記動作によりアドレス信号に対応する一つの記憶素子807が選択される。このとき記憶素子841の第2の電極には、0Vが印加される。 Next, writing of “0” will be described. Writing “0” is writing that does not change the conductivity of the memory element, and this is realized by applying no voltage to the memory element, that is, maintaining the initial state. First, when the input signal WE is at a high level (a high voltage enabling writing) as in the case of writing “1”, the column decoder 801 that has received an address signal designating a row gives a signal to the selector of the designated row, and the selector 803 Connects the bit line of the designated row to the output Pw of the write circuit. At this time, the unspecified bit line is in a floating state. Similarly, the row decoder 802 that has received an address signal designating a column applies a voltage V2 to the word line of the designated column, and applies 0 V to an undesignated word line. Through the above operation, one memory element 807 corresponding to the address signal is selected. At this time, 0 V is applied to the second electrode of the memory element 841.

同時にLowレベルの入力信号DATAを受け、タイミング制御回路812はそれぞれ制御信号S0=High、S1=Lowレベルを生成し、当該制御信号を出力P0、P1からそれぞれ出力する。当該制御信号によりスイッチSW0はオン、SW1はオフとなり、出力Pwから出力電圧Vwriteとして0Vを出力する。 At the same time, upon receiving the low level input signal DATA, the timing control circuit 812 generates the control signals S0 = High and S1 = Low levels, respectively, and outputs the control signals from the outputs P0 and P1, respectively. The switch SW0 is turned on and SW1 is turned off by the control signal, and 0 V is output from the output Pw as the output voltage Vwrite.

選択された記憶素子は、上記動作によりワード線にV2が印加され、ビット線と共通電極(第2の電極)に0Vが印加される。すると記憶素子には電圧が印加されず、導電性は変化しないので、初期状態である「0」を維持する。 In the selected memory element, V2 is applied to the word line by the above operation, and 0 V is applied to the bit line and the common electrode (second electrode). Then, no voltage is applied to the memory element, and the conductivity does not change, so the initial state “0” is maintained.

入力信号WEがLowレベルになると、全てのワード線は0V、全てのビット線と第2の電極はフローティング状態となる。同時にタイミング制御回路812は信号S0、S1はLowを生成して、それぞれ出力P0、P1から出力し、出力Pwriteはフローティング状態となる。上記動作により、「0」の書き込みは終了する。 When the input signal WE becomes low level, all the word lines are set to 0 V, and all the bit lines and the second electrodes are in a floating state. At the same time, the timing control circuit 812 generates Low for the signals S0 and S1, and outputs them from the outputs P0 and P1, respectively, and the output Pwrite is in a floating state. With the above operation, writing of “0” is completed.

このようにして「1」又は「0」の書き込み、及び書き込みを終了することができる。 In this manner, writing “1” or “0” and writing can be completed.

また、メモリセルアレイ822は、絶縁表面を有する基板上にスイッチング素子として機能するトランジスタ840および当該トランジスタ840に接続された記憶素子841とを複数有している。 In addition, the memory cell array 822 includes a plurality of transistors 840 functioning as switching elements over a substrate having an insulating surface and a memory element 841 connected to the transistor 840.

図7(A)及び図7(B)に示すように、メモリセル821はトランジスタ840と記憶素子841とを有する。本明細書の添付図において記憶素子821は長方形を用いて表す。トランジスタ840はゲート電極にワード線が接続され、トランジスタの一方の高濃度不純物領域にビット線が接続され、トランジスタのもう一方の高濃度不純物領域に記憶素子841の第1の電極が接続されている。記憶素子の第2の電極はメモリセルアレイ内の全ての記憶素子の第2の電極と導通しており、記憶装置の動作時、つまり書き込み時、読み出し時に一定の電圧が印加される。したがって、本明細書において第2の電極を共通電極と記載する場合がある。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the memory cell 821 includes a transistor 840 and a memory element 841. In the accompanying drawings of this specification, the memory element 821 is represented by a rectangle. In the transistor 840, a word line is connected to the gate electrode, a bit line is connected to one high concentration impurity region of the transistor, and a first electrode of the memory element 841 is connected to the other high concentration impurity region of the transistor. . The second electrode of the memory element is electrically connected to the second electrode of all the memory elements in the memory cell array, and a constant voltage is applied during operation of the memory device, that is, during writing and reading. Therefore, in this specification, the second electrode may be referred to as a common electrode.

また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4、実施の形態5、または実施の形態6と自由に組み合わせることができる。   This embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 3, Embodiment Mode 4, Embodiment Mode 5, or Embodiment Mode 6.

(実施の形態8)
本実施の形態の半導体装置の構成について、図8を参照して説明する。図8に示すように、本発明の半導体装置1520は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路1511、クロック発生回路1512、データ復調/変調回路1513、他の回路を制御する制御回路1514、インターフェイス回路1515、記憶回路1516、データバス1517、アンテナ(アンテナコイル)1518、センサ1523a、センサ回路1523bを有する。
(Embodiment 8)
The structure of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the semiconductor device 1520 of the present invention has a function of communicating data without contact, and controls to control a power supply circuit 1511, a clock generation circuit 1512, a data demodulation / modulation circuit 1513, and other circuits. A circuit 1514, an interface circuit 1515, a memory circuit 1516, a data bus 1517, an antenna (antenna coil) 1518, a sensor 1523a, and a sensor circuit 1523b are included.

電源回路1511は、アンテナ1518から入力された交流信号を基に、半導体装置1520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1512は、アンテナ1518から入力された交流信号を基に、半導体装置1520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1513は、リーダライタ1519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1514は、記憶回路1516を制御する機能を有する。アンテナ1518は、電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ1519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 1511 is a circuit that generates various power supplies to be supplied to each circuit inside the semiconductor device 1520 based on the AC signal input from the antenna 1518. The clock generation circuit 1512 is a circuit that generates various clock signals to be supplied to each circuit inside the semiconductor device 1520 based on the AC signal input from the antenna 1518. The data demodulation / modulation circuit 1513 has a function of demodulating / modulating data communicated with the reader / writer 1519. The control circuit 1514 has a function of controlling the memory circuit 1516. The antenna 1518 has a function of transmitting and receiving radio waves. The reader / writer 1519 controls communication with the semiconductor device, control, 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1516は、記憶素子として実施の形態1〜6で述べた、外部からの電気的作用により変化する有機化合物を含む層が一対の導電層間に挟まれた記憶素子を有する。なお、記憶回路1516は、一対の導電層間に有機化合物を含む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 1516 includes the memory element described in Embodiments 1 to 6 as the memory element in which the layer containing an organic compound that is changed by an external electric action is sandwiched between a pair of conductive layers. Note that the memory circuit 1516 may include only a memory element in which a layer containing an organic compound is interposed 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1523a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1523b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1514に信号を出力する。 The sensor 1523a 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 thermoelectromotive element, a transistor, a thermistor, or a diode. The sensor circuit 1523b 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 1514.

また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4、実施の形態5、実施の形態6、または実施の形態7と自由に組み合わせることができる。 Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 3, Embodiment Mode 4, Embodiment Mode 5, Embodiment Mode 6, or Embodiment Mode 7. .

(実施の形態9)
本発明により無線チップとして機能する半導体装置を形成することができる。無線チップの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図10(A)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図10(C)参照)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等、図10(B)参照)、乗物類(自転車等、図10(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札(図10(E)、図10(F)参照)等の物品に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ)及び携帯電話等を指す。
(Embodiment 9)
According to the present invention, a semiconductor device functioning as a wireless chip can be formed. Applications of wireless chips are wide-ranging. For example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates (driver's license, resident's card, etc., see FIG. 10A), packaging containers (wrapping paper, Bottle, etc., see FIG. 10C), recording medium (DVD software, video tape, etc., see FIG. 10B), vehicles (bicycle, etc., see FIG. 10D), personal items (bags, glasses, etc.) ), Foods, plants, animals, human bodies, clothing, daily necessities, electronic devices, etc. and goods such as luggage tags (see FIGS. 10E and 10F) for use. be able to. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (also simply referred to as televisions, television receivers, television receivers), mobile phones, and the like.

本発明の半導体装置9210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9210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9210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 9210 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 9210 of the present invention is small, thin, and lightweight, it does not impair the design of the article itself even after being fixed to the article. In addition, by providing the semiconductor device 9210 of the present invention for bills, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided, and forgery can be prevented by using this authentication function. Can do. In addition, by providing the semiconductor device of the present invention in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of a system such as an inspection system can be improved.

次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様について図面を参照して説明する。ここで例示する電子機器は携帯電話機であり、筐体2700、2706、パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703、操作ボタン2704、バッテリ2705を有する(図9参照)。パネル2701はハウジング2702に脱着自在に組み込まれ、ハウジング2702はプリント配線基板2703に嵌着される。ハウジング2702はパネル2701が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板2703には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの1つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板2703に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット(CPU、Central Processing Unit)、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。 Next, one mode of an electronic device in which the semiconductor device of the present invention is mounted will be described with reference to the drawings. The electronic device illustrated here is a mobile phone, which includes housings 2700 and 2706, a panel 2701, a housing 2702, a printed wiring board 2703, operation buttons 2704, and a battery 2705 (see FIG. 9). 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と固定される。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 fixed to the printed wiring board 2703 through the connection film 2708. The panel 2701, the housing 2702, and the printed wiring board 2703 are housed in the housings 2700 and 2706 together with the operation buttons 2704 and the battery 2705. A pixel region 2709 included in the panel 2701 is arranged so as to be visible from an opening window provided in the housing 2700.

上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを効果としており、上記効果により、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 advantageous in that it is small, thin, and lightweight, and the above-described effects can effectively use a limited space inside the casings 2700 and 2706 of the electronic device. .

また、本発明の半導体装置は、外部からの電気的作用により変化する有機化合物を含む層が一対の導電層に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。本発明の半導体装置が有する記憶素子として、実施の形態1〜6で述べた記憶素子を用いることができる。 In addition, since the semiconductor device of the present invention includes a memory element having a simple structure in which a layer containing an organic compound that changes due to an external electric action is sandwiched between a pair of conductive layers, an electronic device using an inexpensive semiconductor device Equipment 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. As the memory element included in the semiconductor device of the present invention, the memory element described in any of Embodiments 1 to 6 can be used.

また、本発明の半導体装置が有する記憶装置は、外部からの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。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。 In addition, a memory device included in the semiconductor device of the present invention writes data by an external 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 modified into various modes depending on functions and uses.

また、本実施の形態は、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4、実施の形態5、実施の形態6、実施の形態7、または実施の形態8と自由に組み合わせることができる。 In addition, this embodiment is free from the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, the sixth embodiment, the seventh embodiment, or the eighth embodiment. Can be combined.

本発明の半導体装置の断面図及び上面図を示す図。(実施の形態1)4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 1) 本発明の半導体装置の断面図及び上面図を示す図。(実施の形態2)4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 2) 本発明の半導体装置の断面図及び上面図を示す図。(実施の形態3)4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 3) 本発明の半導体装置の断面図及び上面図を示す図。(実施の形態4)4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 4) 本発明の半導体装置の断面図及び上面図を示す図。(実施の形態5)4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 5) 本発明の半導体装置の断面図及び上面図を示す図。(実施の形態6)4A and 4B are a cross-sectional view and a top view of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 6) 本発明の半導体装置の等価回路図を示す図。(実施の形態7)FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit diagram of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 7) 本発明の半導体装置の構成例について説明する図。(実施の形態8)8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 8) 本発明の半導体装置の使用形態について説明する図。(実施の形態9)4A and 4B each illustrate a usage pattern of a semiconductor device of the invention. (Embodiment 9) 本発明の半導体装置を有する電子機器を説明する図。(実施の形態10)6A and 6B illustrate an electronic device including a semiconductor device of the present invention. (Embodiment 10)

符号の説明Explanation of symbols

101:絶縁表面を有する基板
102:第1の絶縁層
103:半導体層
104:第2の絶縁層
105:ワード線(ゲート線)
106:第3の絶縁層
107:第4の絶縁層
108:第1の電極
109:ビット線
112:コモン線
113:有機化合物を含む層
114:第5絶縁層(隔壁)
120:電流経路
101: substrate having an insulating surface 102: first insulating layer 103: semiconductor layer 104: second insulating layer 105: word line (gate line)
106: third insulating layer 107: fourth insulating layer 108: first electrode 109: bit line 112: common line 113: layer containing an organic compound 114: fifth insulating layer (partition wall)
120: Current path

Claims (13)

絶縁表面を有する基板上に記憶素子及びスイッチング素子が配置された半導体装置であり、
前記記憶素子は、
第1の電極、
第2の電極、及び
前記第1の電極と前記第2の電極との間に有機化合物を含む層を有し、
前記第1の電極、前記第2の電極、前記有機化合物を含む層は同一平面に形成され、
電流は前記第1の電極から前記第2の電極へ流れ、
前記第1の電極は、前記スイッチング素子と電気的に接続されている半導体装置。
A semiconductor device in which a memory element and a switching element are arranged over a substrate having an insulating surface,
The memory element is
A first electrode,
A second electrode and a layer containing an organic compound between the first electrode and the second electrode;
The first electrode, the second electrode, and the layer containing the organic compound are formed in the same plane,
Current flows from the first electrode to the second electrode;
The semiconductor device, wherein the first electrode is electrically connected to the switching element.
絶縁表面を有する基板上に記憶素子及びスイッチング素子が配置された半導体装置であり、
一対の絶縁層を有し、
前記記憶素子は、
第1の電極、
第2の電極、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に有機化合物を含む層を有し、
前記第1の電極、前記第2の電極、前記有機化合物を含む層は同一平面に形成され、
電流は前記第1の電極から前記第2の電極へ流れ、
前記有機化合物を含む層は、前記一対の絶縁層、前記第1の電極、及び前記第2の電極で周りを囲まれ、
前記第1の電極は、前記スイッチング素子と電気的に接続されている半導体装置。
A semiconductor device in which a memory element and a switching element are arranged over a substrate having an insulating surface,
Having a pair of insulating layers;
The memory element is
A first electrode,
A second electrode,
A layer containing an organic compound between the first electrode and the second electrode;
The first electrode, the second electrode, and the layer containing the organic compound are formed in the same plane,
Current flows from the first electrode to the second electrode;
The layer containing the organic compound is surrounded by the pair of insulating layers, the first electrode, and the second electrode,
The semiconductor device, wherein the first electrode is electrically connected to the switching element.
請求項2において、前記一対の絶縁層は、前記有機化合物を含む層の両側を挟むように配置されている半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the pair of insulating layers are disposed so as to sandwich both sides of the layer containing the organic compound. 請求項1乃至3のいずれか一において、前記記憶素子は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電位差を形成し、前記有機化合物を含む層を高抵抗状態から低抵抗状態に不可逆に変化させる構造の素子である半導体装置。 4. The memory element according to claim 1, wherein the memory element forms a potential difference between the first electrode and the second electrode, and the layer including the organic compound is changed from a high resistance state to a low resistance state. A semiconductor device that is an element having a structure that is irreversibly changed. 請求項1乃至4のいずれか一において、前記第1の電極と前記第2の電極の電極幅の合計幅は、前記有機化合物を含む層の幅よりも広い半導体装置。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a total width of electrode widths of the first electrode and the second electrode is wider than a width of the layer containing the organic compound. 請求項1乃至5のいずれか一において、前記スイッチング素子のゲート電極は、ワード線である半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode of the switching element is a word line. 請求項1乃至6のいずれか一において、前記有機化合物を含む層の上面形状は、矩形状、楕円状、円状、または帯状である半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein an upper surface shape of the layer including the organic compound is a rectangular shape, an elliptical shape, a circular shape, or a belt shape. 請求項1乃至7のいずれか一において、前記第1の電極及び前記第2の電極の側面は、テーパー形状を有している半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 1, wherein side surfaces of the first electrode and the second electrode have a tapered shape. 請求項1乃至8のいずれか一において、前記スイッチング素子は、nチャネル型の薄膜トランジスタである半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the switching element is an n-channel thin film transistor. 請求項1乃至8のいずれか一において、前記スイッチング素子は、pチャネル型の薄膜トランジスタである半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the switching element is a p-channel thin film transistor. 絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を覆う絶縁膜を形成し、
一方が前記半導体層と電気的に接続する一対の電極を前記絶縁膜上で同一面上に形成し、
前記一対の電極間に有機化合物を含む層を形成する半導体装置の作製方法。
Forming a semiconductor layer over a substrate having an insulating surface;
Forming an insulating film covering the semiconductor layer;
A pair of electrodes, one of which is electrically connected to the semiconductor layer, is formed on the same surface on the insulating film,
A method for manufacturing a semiconductor device, in which a layer containing an organic compound is formed between the pair of electrodes.
絶縁表面を有する基板上に半導体層を形成し、
前記半導体層を覆う絶縁膜を形成し、
一方が前記半導体層と電気的に接続する一対の電極を前記絶縁膜上で同一面上に形成し、
前記絶縁膜上に一対の絶縁層を形成し、
前記一対の電極と前記一対の絶縁層とで囲まれた領域に重なるように、有機化合物を含む層を形成する半導体装置の作製方法。
Forming a semiconductor layer over a substrate having an insulating surface;
Forming an insulating film covering the semiconductor layer;
A pair of electrodes, one of which is electrically connected to the semiconductor layer, is formed on the same surface on the insulating film,
Forming a pair of insulating layers on the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, in which a layer containing an organic compound is formed so as to overlap with a region surrounded by the pair of electrodes and the pair of insulating layers.
請求項11または請求項12において、前記有機化合物を含む層の上面形状は、矩形状、楕円状、円状、または帯状である半導体装置の作製方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein an upper surface shape of the layer including the organic compound is a rectangular shape, an elliptical shape, a circular shape, or a belt shape.
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