JP2014042040A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の導電層110と、金属酸化物層111と、半導体層112と、有機化合物層113と、第2の導電層114とを有する記憶素子とし、金属酸化物層111、半導体層112及び有機化合物層113は第1の導電層110及び第2の導電層114に挟持され、金属酸化物層111は第1の導電層110に接し、半導体層112は金属酸化物層111に接して設けられている。
【選択図】図1
Description
められている。また、アンテナを設けることにより、アンテナで受信した電波を電気エネ
ルギーに変換して動作するデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められている。
このような半導体装置は、無線チップ(IDタグ、ICタグ、ICチップ、RF(Rad
io Frequency)タグ、無線タグ、電子タグ、RFID(Radio Fre
quency Identification)とも呼ぶ)と呼ばれ、既に一部の市場に
導入されている。
回路(IC(Integrated Circuit)チップとも呼ばれる)とアンテナ
とを有する。そして、当該ICチップは記憶回路(メモリとも呼ぶ)や制御回路等から構
成されている。特に多くのデータを記憶可能な記憶回路を備えることによって、より高機
能で付加価値が高い半導体装置の提供が可能となる。しかし、シリコン基板は高価である
にもかかわらず、これら半導体装置は低コストで作製することが要求されている。これは
無線チップのような小型半導体装置が半ば使い捨て商品としての需要が期待されているか
らである。そこで、近年、制御回路や記憶回路等に有機化合物を用いた有機薄膜トランジ
スタ(以下、「有機TFT」ともいう。)や有機メモリ等の開発が盛んに行われている(
例えば特許文献1参照)。
ることで形成され、データの書き込みには、電圧の印加による電気的特性、例えば抵抗値
などの変化を利用する。このように動作原理は単純であるものの、同一構成の記憶素子で
あっても素子毎の書き込み挙動にばらつきが生じやすい。例えば、第1の導電層と、有機
化合物層と、第2の導電層とを順に積層した記憶素子における書き込み電圧のばらつきに
ついて検討した結果を以下に記す。なお、用いた記憶素子のサイズは5μm×5μm(以
下、5μm角と表記する)、10μm×10μm(10μm角)であり、第1の導電層に
は膜厚100nmのチタンを、有機化合物層には膜厚10nmの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:NPB)を、第2の導電層に
は膜厚200nmのアルミニウムを用いた。
図23に示す。なお、記憶素子のサンプル数nはそれぞれ64とした。
きがあり、その結果、書き込みが開始される電圧(図23では5V)と書き込みが完了す
る電圧(図23では10V〜15V)に大きな差が生じる。このような場合、最も高い書
き込み電圧を要する記憶素子に合わせて書き込み電圧を設定する必要があるため、消費電
力が高くなってしまう。つまり、素子毎のばらつきは消費電力の増大につながる。
れた記憶装置及びその記憶装置を備えた半導体装置を得ることを課題とする。
の導電層とを有し、前記金属酸化物層、前記半導体層及び前記有機化合物層は前記第1の
導電層及び前記第2の導電層に挟持され、前記金属酸化物層は前記第1の導電層と接し、
前記半導体層は前記金属酸化物層に接して設けられていることを特徴とする記憶素子であ
る。
の導電層とを有し、前記金属酸化物層、前記半導体層及び前記有機化合物層は前記第1の
導電層及び前記第2の導電層に挟持され、前記金属酸化物層は前記第1の導電層と接し、
前記半導体層は前記第2の導電層に接して設けられていることを特徴とする記憶素子であ
る。
より構成されていても良い。その場合、前記第1の導電層の表面に対し酸化処理を施すこ
とで形成しても良い。なお、酸化処理には、酸素存在下におけるプラズマ処理または加熱
処理の他、自然酸化等も含まれる。
る。また、電圧の印加により素子の電気的特性を変化させ、データの書き込みを行う。電
気的特性には例えば抵抗値があり、書き込んだ際には対となる第1の導電層及び第2の導
電層の一部が接続、つまり短絡(以下、「ショート」ともいう。)することにより抵抗値
に変化が生じる。
する半導体装置である。なお、その複数の記憶素子の各々は、薄膜トランジスタに接続さ
れていても良い。
する第3の導電層を有していても良い。
素子の電気的特性を変化させる電圧であれば特に限定されない。この記憶素子の電気的特
性を大幅に変化させるために要する印加電圧を、本明細書においては書き込み電圧と表記
することとする。このように電圧の印加による記憶素子の電気的特性の変化を利用してデ
ータの書き込みを行う。また、読み取り電圧とは、未書き込み素子と書き込み済み素子と
の電気的特性の差を読み取るために用いる印加電圧であり、記憶素子の電気的特性を変化
させない程度の電圧であれば特に限定されない。
。
並びにそれを有する記憶装置及びその記憶装置を備えた半導体装置を得ることができる。
説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を
様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に
示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本
発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。
本発明の記憶素子の一構成例を図1を用いて説明する。図1(A)に示す記憶素子は、
第1の導電層110と、金属酸化物層111と、半導体層112と、有機化合物層113
と、第2の導電層114とを有する。金属酸化物層111、半導体層112及び有機化合
物層113は第1の導電層110と第2の導電層114に挟持された構成であり、金属酸
化物層111は第1の導電層110上に接し、半導体層112は金属酸化物層111に接
して設けられている。
高い金属、合金、化合物等を用いることができる。
錫酸化物、2〜20[wt%]の酸化亜鉛(ZnO)を含む酸化インジウム(略称:IZ
O)等が挙げられる。また、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(N
i)、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)等の遷移金属単体、または金属材料の窒化
物(例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化モリブデン)の他、周期表の1族また
は2族に属する金属、即ちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、マグ
ネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属
、及びこれらのいずれかを含む合金(たとえば、MgAg、AlLi)等が挙げられる。
また、ユーロピウム(Er)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含
む合金等を用いてもよい。
、無電界メッキ法、スピンコート法等を用いて形成される。また、液滴吐出法を用いるこ
とも可能である。なお、液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出してパ
ターンを形成する方法である。
いて形成することができる。
する有機化合物で形成する。あるいは、電圧の印加により有機化合物層113の形状が変
化するものであっても良い。有機化合物層113は、単層で設けてもよいし、異なる有機
化合物で形成された層を積層させて複数層としても良い。
る膜厚で形成する。有機化合物層113の代表的な膜厚は、5nmから100nm、好ま
しくは10nmから60nmである。
酸化モリブデン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化パラジウム等の金属酸化物を用い
ることができる。
nm以上15nm以下であることが好ましい。
お、酸化処理には、酸素存在下におけるプラズマ処理または加熱処理の他、自然酸化等も
含まれる。また、第1の導電層110とは別に金属膜を形成し、該金属膜に対し酸化処理
を施すことで、金属酸化物層111を形成しても良い。なお、前記金属膜には、第1の導
電層110に用いることができる材料の他、導電性の低い金属膜を用いることも可能であ
る。また、金属酸化物を蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、CVD法等を用いて形
成しても良い。また、他の金属酸化物の形成方法として、スピンコート法、ゾル−ゲル法
、印刷法または液滴吐出法等を用いても良いし、上記方法とこれらを組み合わせてもよい
。
化チタン、酸化鉄、酸化クロム、酸化銅、酸化マンガンシリコン膜、酸化ニッケル、酸化
亜鉛、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、酸化インジウム、リン化イ
ンジウム、窒化インジウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、チタン酸ストロンチ
ウム膜などの半導体を用いることができる。なお、半導体層112は必ずしも一種の半導
体から構成される必要はなく、複数の半導体材料が混合されていても良い。また、半導体
層112は単層で設けてもよいし、異なる半導体層で形成された層を積層させて複数層と
しても良い。
nm以下でも良いし、それ以上であっても良い。
て形成することができる。また、他の形成方法として、スピンコート法、ゾル−ゲル法、
印刷法または液滴吐出法等を用いても良いし、上記方法とこれらを組み合わせてもよい。
成することができる。なお、ここで正孔輸送性を有する化合物とは正孔のみを輸送するも
のではなく、電子輸送性も有するが、電子の移動度よりも正孔の移動度が大きい化合物を
意味する。また、電子輸送性を有する化合物とは電子のみを輸送するものではなく、正孔
輸送性も有するが、正孔の移動度よりも電子の移動度が大きい化合物を意味する。従って
、正孔と電子の両方を輸送する材料もこれらの範疇に含まれる。
スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:SFDCz)、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:NPB)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:TD
ATA)、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:D
NTPD)などの芳香族アミン系(即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する)の化合物や
フタロシアニン(略称:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフ
タロシアニン(略称:VOPc)のようなフタロシアニン化合物等が挙げられる。
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
3)、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
2)、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)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェ
ニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などのオキサゾール系、チア
ゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以
外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,
4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフ
ェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、
3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−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)等が挙げられる。
:TPAQn)、1,3,5−トリ(N−カルバゾリル)ベンゼン(略称:TCzB)、
9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:Cz
PA)、3,6−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル
]−9H−カルバゾール(略称:DPCzPA)、2−t−ブチル−9,10−ビス(4
−(N−カルバゾリル)フェニル)アントラセン(略称:CzBPA)、3−[N−(9
−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾー
ル(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イ
ル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3
−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9
−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)
ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル
]ベンゼン(略称:TCPB)、N−(2−ナフチル)カルバゾール(略称:NCz)等
を用いて形成してもよい。
形成することができる。また、他の形成方法として、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。
縁物が混合されていても良い。なお、絶縁物は、均一に分散されている必要はない。絶縁
物を混合することにより、有機化合物層113のモルフォロジーを向上することができる
。よって、部分的な膜の結晶化を抑制することができるため、さらに記憶素子毎の挙動の
ばらつきを抑制することが可能となる。
る。例えば無機化合物としては、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ル
ビジウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、
酸化バリウム等の酸化物、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化
ルビジウム、フッ化ベリリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロ
ンチウム、フッ化バリウム等のフッ化物や、その他絶縁性を有する窒化物、塩化物、臭化
物、ヨウ化物、炭酸塩、硫酸塩若しくは硝酸塩等が挙げられる。また、絶縁性を有する有
機化合物としては、ポリイミド、アクリルポリマー、ポリアミド、ベンゾシクロブテン系
樹脂、ポリエステル、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
シリコーン樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂等を用いることができる。また、
ケイ素と酸素との結合で主鎖が構成される、いわゆるシロキサン系の材料を用いてもよい
。
き、たとえば抵抗加熱による共蒸着法、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法による成膜、電子
ビーム蒸着とスパッタリング法による成膜など、同種もしくは異種の方法を組み合わせて
形成することができる。また、他の形成方法として、スピンコート法、ゾル−ゲル法、印
刷法または液滴吐出法等を用いてもよいし、これらも上記方法と組み合わせてもよい。ま
た、同時に形成するのではなく、有機化合物層を形成した後に、イオン注入法やドーピン
グ法などによって絶縁物を導入し、有機化合物と絶縁物との混合層を形成してもよい。
体層を設けることにより、前記導電層表面の局所的な電界の集中を抑制することができる
。
み特性に優れた記憶素子を得ることができる。
の記憶素子を図16(A)に示す。第1の導電層110と第2の導電層114との間に電
圧を印加すると、第1の導電層110から金属酸化物層111を介して半導体層112及
び有機化合物層113にキャリアが注入され、ある印加電圧に達した時、有機化合物層1
13が変形する。これにより、第2の導電層114と、半導体層112や第1の導電層1
10とが接してしまい、その結果記憶素子がショートする(16(B)及び(C)の16
0参照)。このようにして、電圧印加前後での記憶素子の抵抗値が変化する。
してデータの書き込みを行う。
は第1の導電層110に、半導体層112は第2の導電層114に接して設けられていて
も良い。また、図1(C)に示すように、第1の導電層110に接して金属酸化物層11
1及び半導体層112が順に積層され、さらに第2の導電層114に接するように半導体
層112が設けられていても良い。
層であっても良い。例えば、図2(A)に示す半導体層212のように縞状の非連続層と
することもできる。なお、半導体層212の縞方向は、特に限定されない。たとえ、半導
体層112が非連続層であっても第1の導電層表面における局所的な電界の集中を抑制す
ることができるため、上記と同様の効果を得ることができる。
のときの粒子222の粒径は特に限定されない。
であり、半導体層は312、322、332で表されている。
を金属酸化物層111を介して覆う、島状の非連続層とすることができる。ここでは、複
数の非連続層である半導体層312が不規則に金属酸化物層111を介して第1の導電層
110上に分散されている。
形成された半導体層322は、第1の導電層110のいずれかの一辺に対し所定の角度(
−90度以上かつ90度未満)を有する縞状の非連続層とすることができる。
形成された半導体層332は、網状の非連続層とすることができる。
た半導体層の各々は上述した形状とすることができる。
より高い電圧をかけてもよいし、第1の導電層110に比べ第2の導電層114により高
い電圧をかけてもよい。
なり、書き込み特性に優れた記憶素子を得ることができる。また、本発明の記憶素子は、
書き込みを一度行った記憶素子に対しデータを消去することは不可能なため、書き換えに
よる偽造を防止することができる。さらに、本発明の記憶素子は一対の導電層間に、金属
酸化物層、半導体層及び有機化合物層が挟まれた単純な構造であるため、書き込み特性に
優れた記憶素子を安価に作製することが可能でなる。
本実施形態では、本発明の記憶素子を有する半導体装置、代表的には記憶装置について
図面を用いて説明する。ここでは、記憶装置の構成がパッシブマトリクス型の場合に関し
て示す。
憶素子401がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ411、デコーダ412、4
13、セレクタ414、読み出し/書き込み回路415を有する。なお、ここで示す半導
体装置400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。
ンターフェース等は、記憶素子と同様に基板上に形成しても良いし、ICチップとして外
付けしても良い。
線Bx(1≦x≦m)に接続される第2の導電層と、第1の導電層に接する金属酸化物層
と、金属酸化物層上に形成された半導体層及び有機化合物層とを有する。
)はメモリセルアレイ411の一部の上面図を示している。
素子401は、基板上に、第1の方向(A−B)に延びた第1の導電層510と、第1の
導電層510を覆う、金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層520と、第1の方向と
垂直な第2の方向(C−D)に延びた第2の導電層514とを有する。なお、記憶素子4
01に用いられる各々の層は、実施の形態1で示した物質を用いて形成することができる
。図5(A)では、保護膜として機能する第2の導電層514を覆うように設けられた絶
縁層が省略されている。
110に相当し、金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層520のそれぞれは、金属酸
化物層111、半導体層112及び有機化合物層113に相当する。また、第2の導電層
514は実施の形態1における第2の導電層114に相当する。実施の形態1と同様のも
のに関しては共通の符号を用いて示し、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説
明は省略する。
けられた基板521には、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属
基板、ステンレス基板、繊維質な材料からなる紙等を用いることができる。可撓性基板と
は、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネ
ート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、等からなるプラスチック基板等が挙げ
られる。また、フィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化
ビニルなどからなる)を用いることもできる。
401を設けてもよいし、上記基板の代わりにSi等の半導体基板やSOI基板を用いて
基板上に電界効果トランジスタ(FET)を形成しその上に記憶素子401を設けてもよ
い。また、記憶素子401と薄膜トランジスタまたは電界効果トランジスタを貼り合わせ
ることによって設けてもよい。この場合、記憶素子部と薄膜トランジスタまたは電界効果
トランジスタは別工程で作製し、その後、導電性フィルムや異方性導電接着剤等を用いて
貼り合わせることによって設けることができる。
VD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。次に
、第1の導電層110上に金属酸化物層111を、第1の導電層110に対し酸素存在下
におけるプラズマ処理または加熱処理等の酸化処理を施すことで形成する。なお、第1の
導電層110の自然酸化により金属酸化物層111を形成しても良い。もちろん、金属膜
を形成し、該金属膜に対し酸化処理を施すことで金属酸化物層111を形成しても良い。
また、対応する金属酸化物を蒸着、スパッタ、もしくは対応する金属酸化物の溶液や分散
液を塗布または滴下して、金属酸化物層を第1の導電層上に直接形成しても良いし、金属
アルコキシドを用いてゾルゲル法によって金属酸化物層を形成しても良い。次に、金属酸
化物層111上に、半導体層112および有機化合物層113を、蒸着法、電子ビーム蒸
着法、スパッタリング法、CVD法等を用いて順に形成する。また、他の形成方法として
、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。さらに、有機化合物層113上に第2の導電層114
を、蒸着法、スパッタ法、CVD法、印刷法または液滴吐出法を用いて形成する。そして
、第2の導電層114を覆うように保護膜として機能する絶縁層522を設ける。
間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ショットキー・バリ
ア型、PIN型、PN型のダイオードの他、ダイオード接続されているトランジスタ等が
あげられる。ここでは、第3の導電層612及び半導体層613で構成されるダイオード
611を第1の導電層110の下にこれと接して設ける。なお、各記憶素子に対応するダ
イオード611は、層間絶縁膜614により分離されている。また、整流性を有する素子
は第2の導電層114を介して有機化合物層113と反対側に設けてもよい。
た有機化合物層を分離するため、各記憶素子に設けられた有機化合物層の間に隔壁(絶縁
層)を設けてもよい。つまり、各記憶素子ごとに有機化合物層を電気的に分離すれば良い
。
絶縁層)621を設けてもよい。これにより、隣接する記憶素子間への電界の影響を防止
するだけではなく、第1の導電層110及び金属酸化物層111を覆って半導体層112
及び有機化合物層113を設ける際に第1の導電層110の段差により生じるこれらの層
の段切れを防止することができる。なお、隔壁(絶縁層)621の断面において、隔壁(
絶縁層)621の側面は、第1の導電層110の表面に対して10度以上60度未満、好
ましくは25度以上45度以下の傾斜角度を有することが好ましい。さらには、湾曲して
いることが好ましい。このように隔壁(絶縁層)621を設けた後、金属酸化物層111
および隔壁(絶縁層)621を覆うように半導体層112、有機化合物層113及び第2
の導電層114を形成する。金属酸化物層111は、上述したように第1の導電層110
の表面に対し酸化処理を施すことで形成することができる。なお、金属酸化物層111は
、隔壁(絶縁層)621を形成する工程に含まれる酸素存在下におけるプラズマ処理、例
えばレジストのアッシング工程等を利用して第1の導電層110の表面に酸化処理を施し
形成しても良い。もちろん、酸化処理は加熱処理や自然酸化によるものであっても良いし
、金属膜を別途形成し該金属膜に対し酸化処理を施すことで金属酸化物層111を形成し
ても良い。また、上記構成に限らず、第1の導電層110上に金属酸化物層111、もし
くは金属酸化物層111及び半導体層112を形成した後、隔壁(絶縁層)621を形成
してもよい。
代表的には電圧の印加によりデータの書き込みを行う場合について図4を用いて説明する
。なお、書き込みは記憶素子の電気的特性を変化させることで行うが、記憶素子の初期状
態(電気的作用を加えていない状態、すなわち未書き込みの状態)をデータ「0」、電気
的特性を変化させた状態をデータ(すなわち、書き込み後の状態)「1」とする。
セレクタ414によって記憶素子401を選択する。具体的には、デコーダ413によっ
て、記憶素子401に接続されるワード線W3に所定の電位V2を印加する。また、デコ
ーダ412とセレクタ414によって、記憶素子401に接続されるビット線B3を読み
出し/書き込み回路415に接続する。そして、読み出し/書き込み回路415からビッ
ト線B3へ書き込み電位V1を出力する。こうして、当該記憶素子401を構成する第1
の導電層と第2の導電層の間に電圧Vw=V1−V2を印加する。電圧Vwを適切に選ぶ
ことで、当該導電層間に設けられた有機化合物を含む層を物理的もしくは電気的変化させ
、データ「1」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「1
」の状態の第1の導電層と第2の導電層の間の電気抵抗が、データ「0」の状態と比べて
、大幅に小さくなるように変化させるとよく、例えば第1の導電層と第2の導電層を短絡
(ショート)させれば良い。なお、(V1、V2)=(0V、5〜15V)、あるいは(
3〜5V、−12〜−2V)の範囲から適宜選べば良い。電圧Vwは5V以上かつ15V
以下、あるいは−15V以上かつ−5V以下とすればよい。
1」が書き込まれないよう制御する。例えば、非選択のワード線および非選択のビット線
を浮遊状態とすればよい。
用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「1」を書き込む場合と同様に、デコー
ダ412、413およびセレクタ414によって記憶素子401を選択するが、読み出し
/書き込み回路415からビット線B3への出力電位を、選択されたワード線W3の電位
あるいは非選択ワード線の電位と同程度とし、記憶素子401を構成する第1の導電層と
第2の導電層の間に、記憶素子401の電気的特性を変化させない程度の電圧(例えば−
5以上5V以下)を印加すればよい。
明する。データの読み出しは、第1の導電層と第2の導電層の間の電気的特性が、データ
「0」を有する記憶素子とデータ「1」を有する記憶素子とで異なることを利用して行う
。例えば、データ「0」を有する記憶素子を構成する第1の導電層と第2の導電層の間の
実効的な電気抵抗(以下、単に記憶素子の電気抵抗と呼ぶ)が、読み出し電圧においてR
0、データ「1」を有する記憶素子の電気抵抗を、読み出し電圧においてR1とし、電気
抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、R1<<R0とする。読み出し/書
き込み回路415は、読み出し部分の構成として、例えば図4(B)に示す抵抗素子45
0と差動増幅器451を有する回路を用いることができる。抵抗素子450は抵抗値Rr
を有し、R1<Rr<R0であるとする。また、抵抗素子450の代わりに図4(C)に
示すように、トランジスタ452を用いても良いし、差動増幅器451の代わりにクロッ
クトインバータ453を用いることも可能である。クロックトインバータ453には、読
み出しを行うときにHigh、行わないときにLowとなる、信号φ又はその反転信号が
入力される。もちろん、回路構成は図4(B)及び(C)に限定されない。
びセレクタ414によって記憶素子402を選択する。具体的には、デコーダ413によ
って、記憶素子402に接続されるワード線Wyに所定の電位Vyを印加する。また、デ
コーダ412とセレクタ414によって記憶素子402に接続されるビット線Bxを、読
み出し/書き込み回路415の端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、Vy
とV0が抵抗素子450(抵抗値Rr)と記憶素子402(抵抗値R0もしくはR1)に
よる抵抗分割によって決定される値となる。従って、記憶素子402がデータ「0」を有
する場合の端子Pの電位Vp0は、Vp0=Vy+(V0−Vy)×R0/(R0+Rr
)となる。また、記憶素子402がデータ「1」を有する場合の端子Pの電位Vp1には
、Vp1=Vy+(V0−Vy)×R1/(R1+Rr)となる。その結果、図4(B)
では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図4(C)ではクロ
ックトインバータ453の変化点をVp0とVp1の間となるように選択することで、出
力電位Voutがデータ「0」/「1」に応じて、Low/High(もしくはHigh
/Low)が出力され、読み出しを行うことができる。
ef=1.5Vとする。仮に、R0/Rr=Rr/R1=9とすると、記憶素子のデータ
が「0」の場合、Vp0=2.7VとなりVoutはHighが出力され、記憶素子のデ
ータが「1」の場合、Vp1=0.3VとなりVoutはLowが出力される。こうして
、記憶素子の読み出しを行うことができる。
割を利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されな
い。例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わな
い。また、記憶素子の電気的特性がデータ「0」と「1」とでしきい値電圧が異なるダイ
オード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。
又は記憶素子アレイを設けてもよいし、絶縁性を有する基板の代わりにSi等の半導体基
板やSOI基板を用いて基板上に電界効果トランジスタ(FET)を形成しその上に記憶
素子又は記憶素子アレイを設けてもよい。
の挙動のばらつきを低減することが可能となる。したがって、書き込み特性に優れた半導
体装置を作製することができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電圧の
とり得る幅を広げることができる。よって、半導体装置における設計の自由度を向上させ
ることが可能となる。
り追加(追記)が可能である。一方、書き込みを一度行った記憶素子に対しデータを消去
することは不可能なため、書き換えによる偽造を防止することができる。さらに、本発明
の記憶素子は一対の導電層間に金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層が挟まれた単純
な構造であるため、書き込み特性に優れた半導体装置を低コストで作製することが可能と
なる。
。
本実施形態では、本発明の記憶素子を有する半導体装置について図7を用いて説明する
。なお、具体的にはアクティブマトリクス型の記憶装置について説明する。
モリセル701がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ711、デコーダ712、
713、セレクタ714、読み出し/書き込み回路715を有する。なお、ここで示す半
導体装置700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。
ンターフェース等は、記憶素子と同様に基板上に形成しても良いし、ICチップとして外
付けしても良い。
線Wy(1≦y≦n)に接続される第2の配線と、薄膜トランジスタ721と、記憶素子
722とを有する。記憶素子722は、一対の導電層の間に、金属酸化物層、半導体層及
び有機化合物層が挟持された構造を有する。
を用いて説明する。なお、図8(A)はメモリセルアレイ711の一部の上面図を示して
いる。
。又、メモリセル701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
薄膜トランジスタ721および当該薄膜トランジスタ721に接続された記憶素子が設け
られている。
は、第1の導電層110上に設けられている、金属酸化物層111、隔壁(絶縁層)82
2、半導体層112、有機化合物層113、第2の導電層114、絶縁層522が省略さ
れている。
、第1の導電層110の一部を覆う隔壁(絶縁層)822とを有する。なお、記憶素子8
01を覆って保護膜として機能する絶縁層522が設けられている。絶縁表面を有する基
板521上に形成された薄膜トランジスタ721に接続された記憶素子801は、絶縁層
821上に形成された第1の導電層110と、金属酸化物層111と、半導体層112と
、有機化合物層113と、第2の導電層114とを有する。金属酸化物層111は、上述
したように第1の導電層110の表面に対し酸化処理を施すことで形成することができる
。なお、金属酸化物層111は、隔壁(絶縁層)822を形成する工程に含まれる酸素存
在下におけるプラズマ処理、例えばレジストのアッシング工程等を利用して形成しても良
い。もちろん、酸化処理は加熱処理や自然酸化によるものであっても良いし、金属膜を別
途形成し該金属膜に対し酸化処理を施すことで金属酸化物層111を形成しても良い。ま
た、上記構成に限らず、第1の導電層110上に金属酸化物層111、もしくは金属酸化
物層111及び半導体層112を形成した後、隔壁(絶縁層)822を形成してもよい。
また、本実施の形態では各素子に薄膜トランジスタ721を設けているが、スイッチとし
て機能するものであれば特に限定されず、薄膜トランジスタである必要は特にない。
プゲート型の薄膜トランジスタを適用する一例を示している。基板521上に下地膜とし
て絶縁層901が設けられ、絶縁層901上に薄膜トランジスタ910が設けられている
。薄膜トランジスタ910は、絶縁層901上に半導体層902及びゲート絶縁層として
機能することができる絶縁層903が形成され、さらに半導体層902上には絶縁層90
3を介してゲート電極904が形成されている。なお、薄膜トランジスタ910上には保
護層として機能する絶縁層905及び層間絶縁層として機能する絶縁層821が設けられ
ている。また、半導体層のソース領域及びドレイン領域それぞれに接続する配線907が
形成される。
これら絶縁膜を単層又は2以上の複数層で形成する。なお、絶縁層901は、スパッタ法
、CVD法等を用いて形成すればよい。
、微結晶半導体等の非結晶性の半導体膜の他、ポリシリコン等の結晶性半導体膜を用いて
も良い。
半導体、加熱処理により結晶化させた結晶性半導体、加熱処理とレーザ光の照射を組み合
わせて結晶化させた結晶性半導体を適用することが好ましい。加熱処理においては、シリ
コン半導体の結晶化を助長する作用のあるニッケルなどの金属元素を用いた結晶化法を適
用することができる。
波数が10MHz以上であって、パルス幅が1ナノ秒以下、好ましくは1乃至100ピコ
秒である高繰返周波数超短パルス光を照射することによって、結晶性半導体が溶融した溶
融帯を、当該レーザ光の照射方向に連続的に移動させながら結晶化を行うことができる。
このような結晶化法により、大粒径であって、結晶粒界が一方向に延びる結晶性半導体を
得ることができる。キャリアのドリフト方向を、この結晶粒界が延びる方向に合わせるこ
とで、トランジスタにおける電界効果移動度を高めることができる。例えば、400cm
2/V・sec以上を実現することができる。
る場合、大面積ガラス基板を用いることが可能である。このため、基板あたり大量の半導
体装置を作製することが可能であり、低コスト化が可能である。
化工程を行い、半導体層902を形成してもよい。代表的には、絶縁性基板に石英基板を
用い、非晶質若しくは微結晶質の半導体を700度以上で加熱して半導体層902を形成
する。この結果、結晶性の高い半導体を形成することが可能である。この場合、応答速度
や移動度などの特性が良好で、高速な動作が可能な薄膜トランジスタを提供することがで
きる。
ができる。金属を用いる場合は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(T
i)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)などを用いることができる。また、金属
を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第1層
と金属から成る第2層とを積層させた構造としても良い。積層構造とする場合には、第1
層の端部が第2層の端部より外側に突き出した所謂ハット形状としても良い。このとき第
1層を金属窒化物とすることで、バリアメタルとすることができる。すなわち、第2層の
金属が、絶縁層903やその下層の半導体層902に拡散することを防ぐことができる。
も良い。サイドウォールは、CVD法により絶縁層を形成し、該絶縁層をRIE(Rea
ctive ion etching:反応性イオンエッチング)法により異方性エッチ
ングすることで形成できる。
ンジスタは、シングルドレイン構造、LDD(低濃度ドレイン)構造、ゲートオーバーラ
ップドレイン構造など各種構造を適用することができる。なお、図9(A)では、サイド
ウォールが重畳する半導体層において、低濃度不純物領域909が形成されるLDD構造
の薄膜トランジスタを示している。また、シングルゲート構造、等価的には同電位のゲー
ト電圧が印加されるトランジスタが直列に接続された形となるマルチゲート構造、半導体
層を上下にゲート電極で挟むデュアルゲート構造を適用することも可能である。
びポリイミド樹脂などの有機絶縁材料で形成する。スピン塗布やロールコーターなど塗布
法を用いる場合には、有機溶媒中に溶かされた絶縁膜材料を塗布した後、熱処理により酸
化珪素で形成される絶縁層を用いることもできる。例えば、シロキサン結合を含む塗布膜
を形成しておいて、200〜400度での熱処理により形成可能な絶縁層を用いることが
できる。絶縁層821を、塗布法で形成する絶縁層やリフローにより平坦化した絶縁層を
形成することで、その層上に形成する配線の断線を防止することができる。また、多層配
線を形成する際にも上述の塗布法を有効に利用することができる。
配線と交差して設けることが可能であり、多層配線構造を形成している。絶縁層821と
同様の機能を有する絶縁層を複数積層して、その層上に配線を形成することで多層配線構
造を形成することができる。配線907はチタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層
構造、モリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)との積層構造など、アルミニウム(A
l)のような低抵抗材料と、チタン(Ti)やモリブデン(Mo)などの高融点金属材料
を用いたバリアメタルとの組み合わせで形成することが好ましい。
性基板521上に絶縁層901が形成され、その上に薄膜トランジスタ920が設けられ
ている。薄膜トランジスタ920には、ゲート電極904、ゲート絶縁層として機能する
絶縁層903及び半導体層902が設けられ、さらにその上にはチャネル保護層921、
保護層として機能する絶縁層905及び層間絶縁層として機能する絶縁層821が設けら
れている。さらにその上層には、保護層として機能する絶縁層(図示せず)を形成しても
良い。半導体層のソース領域及びドレイン領域それぞれに接続された配線907は、絶縁
層905の層上若しくは絶縁層821の層上に形成することができる。なお、ボトムゲー
ト型の薄膜トランジスタの場合は、絶縁層901が形成されなくともよい。
性基板と比較して低い。このため、薄膜トランジスタの半導体層に、有機半導体を用いて
形成することが好ましい。
、(D)を参照して説明する。図9(C)は、スタガ型の有機半導体トランジスタを適用
する一例を示している。可撓性を有する基板930上に有機半導体トランジスタ931が
設けられている。有機半導体トランジスタ931は、ゲート電極932、ゲート絶縁膜と
して機能する絶縁層933、ゲート電極932及び絶縁層933が重畳する場所に設けら
れた半導体層934とを有し、半導体層934には配線907が接続されている。なお、
半導体層は、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層933と配線907に接する。
できる。また、液滴吐出法を用い、乾燥・焼成してゲート電極932を形成することがで
きる。また、可撓性を有する基板上に、金属微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し
、乾燥・焼成してゲート電極932を形成することができる。微粒子の代表例としては、
金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金のいずれかを主
成分とする微粒子でもよい。また、インジウム錫酸化物(ITO)などの導電性酸化物を
主成分とする微粒子でもよい。
り形成することができる。但し、有機溶媒中に溶解する絶縁膜材料を塗布した後、熱処理
により絶縁層を形成する場合、熱処理温度が可撓性を有する基板の耐熱温度より低い温度
で行う。
重結合系化合物、フタロシアニン、電界移動錯体等が挙げられる。例えばアントラセン、
テトラセン、ペンタセン、ヘキサチオフェン(6T)、テトラシアノキノジメタン(TC
NQ)、ペリレンカルボン酸無水化物(PTCDA)、ナフタレンカルボン酸無水化物(
NTCDA)などを用いることができる。また、有機半導体トランジスタの半導体層93
4の材料としては、π共役系高分子、σ共役系高分子、カーボンナノチューブ、ポリビニ
ルピリジン、フタロシアニン金属錯体等が挙げられる。特に骨格が共役多重結合から構成
されるπ共役高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチエニ
レン、ポリチオフェン誘導体、ポリ(3アルキルチオフェン)、ポリアリレン誘導体又は
ポリアリレンビニレン誘導体、ポリアリレンンエチニレンを用いると好ましい。
が形成できる方法を用いればよい。厚さは1nm以上1000nm以下、好ましくは10
nm以上100nm以下が望ましい。具体的な方法としては、蒸着法、塗布法、スピンコ
ーティング法、バーコート法、溶液キャスト法、ディップ法、スクリーン印刷法、ロール
コーター法又は液滴吐出法を用いることができる。
可撓性を有する基板930上に有機半導体トランジスタ941が設けられている。有機半
導体トランジスタ941は、ゲート電極932、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層93
3、ゲート電極932及び絶縁層933が重畳する場所に設けられた半導体層934とを
有し、半導体層934には配線907が接続されている。また、半導体層934に接続さ
れた配線907は、ゲート絶縁膜として機能する絶縁層及び半導体層に接する。
であれば、どのような構成で設けてもよい。なお、配線907を本発明の記憶素子におけ
る第1の導電層として利用しても良いし、配線907に本発明の記憶素子を接続しても良
い。
けてもよい。SOI基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをSi基板内に打
ち込むことにより内部に絶縁層831を形成するSIMOXと呼ばれる方法を用いて形成
すればよい。
830を用いて設けられた電界効果トランジスタ832に記憶素子801が接続されてい
ている。また、電界効果トランジスタ832の配線を覆うように絶縁層833を設け、当
該絶縁層833上に記憶素子801を設けている。
良好なために、高速な動作が可能なトランジスタを提供することができる。また、トラン
ジスタは、その特性のバラツキが少ないために、高い信頼性を実現した半導体装置を提供
することができる。
化物層111と、半導体層112と、有機化合物層113と、第2の導電層114とを有
し、金属酸化物層111、半導体層112及び有機化合物層113は第1の導電層110
と第2の導電層114に挟持された構成である。なお、金属酸化物層111は、第1の導
電層110上に接し、半導体層112は金属酸化物層111上に接して設けられている。
層110を自由に配置することができる。つまり、図8(B)の構成では、トランジスタ
に接続された配線を避けた領域に記憶素子を設ける必要があったが、絶縁層833を設け
ることによって、例えば、図8(C)のようにトランジスタ832の上方に記憶素子80
1を形成することが可能となる。その結果、記憶回路をより高集積化することが可能とな
る。もちろん、電界効果トランジスタ832が有する配線907を記憶素子が有する第1
の導電層としても良い。
3は基板全面に設けた例を示しているが、各メモリセルのみにこれらの有機化合物層を設
けてもよい。この場合、液滴吐出法等を用いて有機化合物を吐出し焼成して選択的に有機
化合物層を設けることにより材料の利用効率を向上させることが可能となる。
801を形成した後、トランジスタを有する層1030及び記憶素子801を剥離層を利
用して基板から剥離し、図10に示すように接着層1032を用いてトランジスタを有す
る層1030及び記憶素子801を前記基板と異なる基板1031と貼り合わせても良い
。剥離方法としては、(1)耐熱性の高い基板とトランジスタを有する層の間に剥離層と
して金属酸化物層を設け、当該金属酸化物層を結晶化により脆弱化して、当該トランジス
タを有する層を剥離する方法、(2)耐熱性の高い基板とトランジスタを有する層の間に
剥離層として水素を含む非晶質珪素膜を設け、レーザ光の照射またはエッチングにより当
該非晶質珪素膜を除去することで、当該トランジスタを有する層を剥離する方法、(3)
トランジスタを有する層が形成された耐熱性の高い基板を機械的に削除する、又は溶液や
NF3、BrF3、ClF3等のフッ化ハロゲンガスによるエッチングで除去する方法、
(4)耐熱性の高い基板とトランジスタを有する層の間に剥離層として金属層及び金属酸
化物層を設け、当該金属酸化物層を結晶化により脆弱化し、金属層の一部をエッチング溶
液やNF3のフッ化ガス、BrF3、ClF3等のフッ化ハロゲンガスによりエッチング
で除去した後、脆弱化された金属酸化物層において物理的に剥離する方法等を用いればよ
い。
フィルム、繊維質な材料からなる紙等を用いることで、記憶装置の小型、薄型、軽量化を
図ることが可能である。
を用いて説明する。実施の形態2と同様、ここでは電気的作用、代表的には電圧印加によ
りデータの書き込みを行うときの動作について説明する。なお、書き込みはメモリセルの
電気的特性を変化させることで行うが、メモリセルの初期状態(電気的作用を加えていな
い状態)をデータ「0」、電気的特性を変化させた状態をデータ「1」とする。
セル701にデータ「1」を書き込む場合、まず、デコーダ712、713およびセレク
タ714によってメモリセル701を選択する。具体的には、デコーダ713によって、
メモリセル701に接続されるワード線Wyに所定の電位V22を印加する。また、デコ
ーダ712とセレクタ714によって、メモリセル701に接続されるビット線Bxを読
み出し/書き込み回路715に接続する。そして、読み出し/書き込み回路715からビ
ット線Bxへ書き込み電位V21を出力する。
22に、共通電極及びビット線を電気的に接続し、おおむねVw=Vcom−V21の電
圧を印加する。Vcomとは、記憶素子722における共通電極、即ち第2の導電層の電
位である。電圧Vwを適切に選ぶことで、第1の導電層と第2の導電層の間に設けられた
有機化合物を含む層を物理的もしくは電気的変化させ、データ「1」の書き込みを行う。
具体的には、読み出し動作電圧において、データ「1」の状態の第1の導電層と第2の導
電層の間の電気抵抗が、データ「0」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させ
るとよく、単に短絡(ショート)させてもよい。なお、電位は、(V21、V22、Vc
om)=(5〜15V、5〜15V、0V)、あるいは(−12〜0V、−12〜0V、
3〜5V)の範囲から適宜選べば良い。電圧Vwは5V以上かつ15V以下、あるいは−
15V以上かつ−5V以下とすればよい。
「1」が書き込まれないよう制御する。具体的には、非選択のワード線には接続されるメ
モリセルのトランジスタをオフ状態とする電位を印加したり、Vcomと同程度の電位を
印加するとよい。
的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「1」を書き込む場合と同様に、デ
コーダ712、713およびセレクタ714によってメモリセル701を選択するが、読
み出し/書き込み回路715からビット線Bxへの出力電位をVcomと同程度とするか
、メモリセルの薄膜トランジスタ721をオフ状態とする電位とする。その結果、記憶素
子722には、小さい電圧(例えば−5〜5V)が印加されるか、電圧が印加されないた
め、電気的特性が変化せず、データ「0」書き込みが実現される。
て説明する。データの読み出しは、記憶素子722の電気的特性が、データ「0」を有す
るメモリセルとデータ「1」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば
、データ「0」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧におい
てR0、データ「1」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧
においてR1とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、R1<<R
0とする。読み出し/書き込み回路715は、読み出し部分の構成として、例えば図7(
B)に示す抵抗素子750と差動増幅器751を用いた回路を考えることができる。抵抗
素子は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子750の代わりに、
図7(C)に示すようにトランジスタ752を用いても良いし、差動増幅器751の代わ
りにクロックトインバータ753を用いることも可能である。もちろん、回路構成は図7
(B)及び(C)に限定されない。
、713およびセレクタ714によってメモリセル702を選択する。具体的には、デコ
ーダ713によって、メモリセル702に接続されるワード線Wyに所定の電位V24を
印加し、薄膜トランジスタ721をオン状態にする。また、デコーダ712とセレクタ7
14によって、メモリセル702に接続されるビット線Bxを読み出し/書き込み回路7
15の端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、VcomとV0が抵抗素子7
50(抵抗値Rr)と記憶素子722(抵抗値R0もしくはR1)による抵抗分割によっ
て決定される値となる。従って、メモリセル702がデータ「0」を有する場合の端子P
の電位Vp0には、Vp0=Vcom+(V0−Vcom)×R0/(R0+Rr)とな
る。また、メモリセル702がデータ「1」を有する場合の端子Pの電位Vp1には、V
p1=Vcom+(V0−Vcom)×R1/(R1+Rr)となる。その結果、図7(
B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図7(C)では
、クロックトインバータの変化点をVp0とVp1の間となるように選択することで、出
力電位Voutがデータ「0」/「1」に応じて、Low/High(もしくはHigh
/Low)が出力され、読み出しを行うことができる。
Vref=1.5Vとする。仮に、R0/Rr=Rr/R1=9とし、薄膜トランジスタ
721のオン抵抗を無視できるとすると、メモリセルのデータが「0」の場合、Vp0=
2.7VとなりVoutはHighが出力され、メモリセルのデータが「1」の場合、V
p1=0.3VとなりVoutはLowが出力される。こうして、メモリセルの読み出し
を行うことができる。
読み取っている。もちろん、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵
抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセ
ルの電気的特性が、データ「0」と「1」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を
有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。
又は記憶素子アレイを設けてもよいし、絶縁性を有する基板の代わりにSi等の半導体基
板やSOI基板を用いて基板上に電界効果トランジスタ(FET)を形成しその上に記憶
素子又は記憶素子アレイを設けてもよい。
挙動のばらつきを低減することが可能となる。したがって、書き込み特性に優れた半導体
装置を作製することができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電圧のと
り得る幅を広げることができる。よって、半導体装置における設計の自由度を向上させる
ことが可能となる。
(追記)が可能である。一方、書き込みを一度行った記憶素子に対しデータを消去するこ
とは不可能なため、書き換えによる偽造を防止することができる。さらに、本発明の記憶
素子は一対の導電層間に、金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層が挟まれた単純な構
造であるため、書き込み特性に優れた半導体装置を低コストで作製することが可能となる
。
。
本実施の形態では、上記実施の形態で示す記憶装置を有する半導体装置の一構成例に関
して図面を用いて説明する。
ことを特徴としており、データの伝送形式は、一対のコイルを対向に配置して相互誘導に
よって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用
して交信する電波方式の3つに大別されるが、いずれの方式を用いてもよい。また、デー
タの伝送に用いるアンテナは2通りの設け方があり、1つはトランジスタおよび記憶素子
が設けられた基板上にアンテナを設ける場合、もう1つはトランジスタおよび記憶素子が
設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して
設ける場合がある。
)に示すように、本発明の半導体装置20は、非接触でデータを交信する機能を有し、電
源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他の回路を制御する制
御回路14、インターフェイス回路15、記憶回路16、バス17、アンテナ18を有す
る。
する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他
の回路を制御する制御回路14、インターフェイス回路15、記憶回路16、バス17、
アンテナ18の他、中央処理ユニット1を有しても良い。
する機能を有し、電源回路11、クロック発生回路12、データ復調/変調回路13、他
の回路を制御する制御回路14、インターフェイス回路15、記憶回路16、バス17、
アンテナ18、中央処理ユニット1の他、検出素子3、検出回路4からなる検出部2を有
しても良い。
の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路12は、アンテナ
18から入力された交流信号を基に、半導体装置20の内部の各回路に供給する各種クロ
ック信号を生成する回路である。データ復調/変調回路13は、リーダライタ19と交信
するデータを復調/変調する機能を有する。制御回路14は、記憶回路16を制御する機
能を有する。アンテナ18は、電磁界或いは電波の送受信を行う機能を有する。リーダラ
イタ19は、半導体装置との交信、制御及びそのデータに関する処理を制御する。なお、
半導体装置は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハ
ードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。
を有する。本発明の記憶素子を有することにより記憶素子毎の挙動のばらつきを低減する
ことが可能となる。したがって、書き込み特性に優れた半導体装置を作製することができ
る。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電圧のとり得る幅を広げることがで
きる。よって、半導体装置における設計の自由度を向上させることが可能となる。
る限りデータの追加(追記)が可能である。一方、書き込みを一度行った記憶素子に対し
データを消去することは不可能なため、書き換えによる偽造を防止することができる。
体成分、その他の特性を物理的又は化学的手法により検出することができる。なお、検出
部2は、物理量または化学量を検出する検出素子3と当該検出素子3で検出された物理量
または化学量を電気信号等の適切な信号に変換する検出回路4とを有している。検出素子
3としては、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、ダイオード等で形成することができる。なお、
検出部2は複数設けてもよく、この場合、複数の物理量または化学量を同時に検出するこ
とが可能である。
化学量とは、ガス等の気体成分やイオン等の液体成分等の化学物質等を指す。化学量とし
ては、他にも、血液、汗、尿等に含まれる特定の生体物質(例えば、血液中に含まれる血
糖値等)等の有機化合物も含まれる。特に、化学量を検出しようとする場合には、必然的
にある特定の物質を選択的に検出することになるため、あらかじめ検出素子3に検出した
い物質と選択的に反応する物質を設けておく。例えば、生体物質の検出を行う場合には、
検出素子3に検出させたい生体物質と選択的に反応する酵素、抗体または微生物細胞等を
高分子等に固定化して設けておくことが好ましい。
の一構成例を図12に示す。なお、図12は記憶回路16とアンテナ18の部分断面図で
ある。
ている。半導体装置は、基板1350上にトランジスタ1300、1301を有する層1
351と、トランジスタを有する層1351の上方に形成される記憶素子部1352及び
アンテナとして機能する導電層1353とを有する。
テナとして機能する導電層1353を有する場合を示しているが、この構成に限られず記
憶素子部1352またはアンテナとして機能する導電層1353を、トランジスタを有す
る層1351の下方や同一の層に有してもよい。
52aは、絶縁層1252上に形成された第1の導電層110と、第1の導電層110を
利用して形成された金属酸化物層111aと、第1の導電層110の一部を覆い、かつ金
属酸化物層111aを介して設けられた半導体層112aと、さらに半導体層112aを
覆う有機化合物層113aと第2の導電層114aとを有する。また、記憶素子1352
bは、第1の導電層110と、第1の導電層110を利用して形成された金属酸化物層1
11bと、第1の導電層110の一部を覆い、かつ金属酸化物層111bを介して設けら
れた半導体層112bと、さらに半導体層112bを覆う有機化合物層113bと第2の
導電層114bとを有する。金属酸化物層111a、111bは、第1の導電層110と
は別途金属膜を形成し、該金属膜に対し酸化処理を施すことで形成しても良い。なお、個
々の記憶素子1352a、1352bは隔壁(絶縁層)1374により分離されている。
続されており、記憶素子部1352は上記実施の形態で示した記憶素子と同様の材料また
は作製方法を用いて形成することができる。また、第2の導電層114a、114b及び
アンテナとして機能する導電層1353を覆って保護膜として機能する絶縁層522が形
成されている。
導電層1360は、記憶素子部1352における第1の導電層110と同一工程にて形成
された配線1310を介してトランジスタ1300と接続されている。また、アンテナと
して機能する導電層は第2の導電層114a、114bと同一の層で形成してもよい。
ラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料
により形成する。導電性材料は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、
銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタ
ル(Ta)、モリブデン(Mo)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする
合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペー
ストを所望の領域に選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子とし
ては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジ
ウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等のいずれ
か一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることがで
きる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散
剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができ
る。代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電
層の形成にあたり、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば
、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子(例えば粒径1nm以上10
0nm以下)を用いる場合、150〜300℃の温度範囲で焼成することにより硬化させ
て導電層を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を
用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや
鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。また、上述した材料以外
にも、セラミックやフェライト等をアンテナに適用してもよい。
の形態3で示したトランジスタ等を適宜選択し、用いることができる。
子部1352、及びアンテナとして機能する導電層1353を形成し、実施の形態3に示
す剥離方法を適宜用いてトランジスタを有する層1351、記憶素子部1352及びアン
テナとして機能する導電層1353を剥離し、基板上に接着層を用いて貼り付けてもよい
。基板としては、実施の形態2の基板521で示した可撓性基板、フィルム、繊維質な材
料からなる紙、基材フィルム等を用いることで、記憶装置の小型、薄型、軽量化を図るこ
とが可能である。
なお、図12(B)については、図12(A)と異なる部分に関して説明する。
を有する層1351と、トランジスタを有する層1351の上方に記憶素子部1356及
びアンテナとして機能する導電層1353とを有する。なお、ここではトランジスタを有
する層1351の上方に記憶素子部1356及びアンテナとして機能する導電層1353
を有する場合を示しているが、この構成に限られずトランジスタを有する層1351の上
方や下方に有してもよいし、記憶素子部1356やアンテナとして機能する導電層135
3を、トランジスタを有する層1351の下方や同一の層に有しても可能である。
56aは、絶縁層1252上に形成された第1の導電層110aと、第1の導電層110
aを利用して形成された金属酸化物層111aと、第1の導電層110aの一部を覆い、
かつ金属酸化物層111aを介して設けられた半導体層112と、さらに半導体層112
を覆う有機化合物層113と第2の導電層114とを有する。記憶素子1356bは、絶
縁層1252上に形成された第1の導電層110bと、第1の導電層110bを利用して
形成された金属酸化物層111bと、第1の導電層110bの一部を覆い、かつ金属酸化
物層111bを介して設けられた半導体層112と、有機化合物層113と、第2の導電
層114とを有する。金属酸化物層111a、111bは、第1の導電層110a、11
0bとは別途金属膜を形成し、該金属膜に対し酸化処理を施すことで形成しても良い。な
お、記憶素子1356a、1356bは隔壁(絶縁層)1374により分離されている。
また、記憶素子を構成する第1の導電層の各々にはトランジスタの配線が接続されている
。すなわち、記憶素子はそれぞれ一つのトランジスタに接続されている。
素子部1356及びアンテナとして機能する導電層1353を形成し、実施の形態3に示
す剥離方法を適宜用いてトランジスタを有する層1351、記憶素子部1356及びアン
テナとして機能する導電層1353を剥離し、基板上に接着層を用いて貼り付けてもよい
。
1の基板と、当該端子部に接続されるアンテナが形成された第2の基板とを有する半導体
装置の一構成例に関して図13を用いて説明する。なお、図13に関し図12と異なる部
分に関して説明を行う。
導体装置は、基板1350上に形成されたトランジスタ1300、1301を有する層1
351と、トランジスタを有する層1351の上方に形成される記憶素子部1352と、
アンテナに接続する端子部と、アンテナとして機能する導電層1357が形成された基板
1365とを有し、導電層1357と接続端子となる導電層1360とは樹脂1375中
に含まれる導電性粒子1359により電気的に接続されている。なお、トランジスタを有
する層1351と記憶素子部1352等を有する基板1350と、アンテナとして機能す
る導電層1357が設けられた基板1365とは、接着性を有する樹脂1375により貼
り合わされている。
方法を用いてアンテナとして機能する導電層1357と接続端子となる導電層1360と
を接続してもよい。ここではトランジスタを有する層1351の上方に記憶素子部135
2を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部1352を、トランジス
タを有する層1351の下方や同一の層に有してもよい。
る。半導体装置は、基板1350上に形成されたトランジスタ1300、1301を有す
る層1351と、トランジスタを有する層1351の上方に形成される記憶素子部135
6と、トランジスタに接続する端子部と、アンテナとして機能する導電層1357が形成
された基板1365とを有し、導電層1357と接続端子となる導電層1360とは樹脂
1375中に含まれる導電性粒子1359により接続されている。なお、トランジスタを
有する層1351と記憶素子部1356等を有する基板と、アンテナとして機能する導電
層1357が設けられた基板1365とは、接着性を有する樹脂1375により貼り合わ
されている。
方法を用いてトランジスタを有する層1351と記憶素子部1356等を有する基板13
50と、アンテナとして機能する導電層1357が設けられた基板1365とを貼り合わ
せてもよい。ここではトランジスタを有する層1351の上方に記憶素子部1352を設
けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部1356を、トランジスタを有
する層1351の下方や同一の層に有してもよい。
素子部1352もしくは記憶素子部1356を形成し、実施の形態3に示す剥離方法を適
宜用いてトランジスタを有する層1351及び記憶素子部1352、1356を剥離し、
基板上に接着層を用いて貼り付けてもよい。
設けられた基板1365に設けてもよい。すなわち、トランジスタを有する層が形成され
る第1の基板と、記憶素子部及びアンテナとして機能する導電層が形成される第2の基板
とを、導電性粒子を含む樹脂により貼り合わせてもよい。また、図12(A)及び(B)
に示す半導体装置と同様に、トランジスタに接続するセンサを設けてもよい。
挙動のばらつきを低減することが可能となる。したがって、書き込み特性に優れた半導体
装置を作製することができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電圧のと
り得る幅を広げることができる。よって、半導体装置における設計の自由度を向上させる
ことが可能となる。
り追加(追記)が可能である。一方、書き込みを一度行った記憶素子に対しデータを消去
することは不可能なため、書き換えによる偽造を防止することができる。また、非接触で
データの読み出しと書き込みが可能である。さらに、本発明の記憶素子は一対の導電層間
に、金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層が挟まれた単純な構造であるため、書き込
み特性に優れた半導体装置を低コストで作製することが可能となる。
。
本実施の形態では、本発明の記憶素子を有する半導体装置の一例に関して図面を用いて
説明する。本実施の形態の半導体装置の上面図を図14(A)に、図14(A)における
線X−Yの断面図を図14(B)に示す。
回路部1421、アンテナ1431が形成されている。図14(A)及び(B)は、作成
工程途中であり、作製条件に耐えうる基板1400上に記憶素子部、回路部、及びアンテ
ナを形成した状態である。材料及び作製工程は上記実施の形態と同様に適宜選択し、作製
すればよい。
ランジスタ1441、回路部1421にはトランジスタ1442が設けられている。トラ
ンジスタ1441及びトランジスタ1442上には絶縁層1461、絶縁層1454、絶
縁層1455が形成されており、絶縁層1455上には記憶素子1443が形成されてい
る。記憶素子1443は、絶縁層1455上に設けられた第1の導電層110dと、第1
の導電層110dを利用して形成された金属酸化物層111dと、半導体層と有機化合物
層とを有する層1458と、第2の導電層114とを有し、金属酸化物層111d、半導
体層と有機化合物層とを有する層1458は第1の導電層110dと第2の導電層114
とに挟持されており、金属酸化物層111dは、第1の導電層110d上に接して形成さ
れる。なお、図14では省略されているが、隔壁として機能する絶縁層1460bにより
多数設けられた記憶素子1443は個々に隔てられている。
の導電層114は、配線層1456aに積層された導電層1457cと接続されている。
また、絶縁層1455上には導電層と図14(A)で示すアンテナ1431が積層して設
けられている。図14(B)において、前記導電層は、導電層1457a、導電層145
7b、導電層1457e、導電層1457fであり、導電層1457aとアンテナ143
1a、導電層1457bとアンテナ1431b、及び導電層1457fとアンテナ143
1dとがそれぞれ積層された構成となっている。なお、導電層1457eとアンテナ14
31cについては、絶縁層1455に形成された配線層1456bに達する開口部におい
て形成されており、導電層1457eと配線層1456bとが接続されている。このよう
にして、アンテナと記憶素子部1404及び回路部1421とを電気的に接続されている
。また、アンテナ1431a、アンテナ1431b、アンテナ1431c、及び1431
d下にそれぞれ形成されている導電層1457a、導電層1457b、導電層1457e
、導電層1457fは、絶縁層1455とアンテナとの密着性を向上させる効果も有する
。本実施の形態では、絶縁層1455にポリイミド膜、導電層1457a、導電層145
7b、導電層1457e、及び導電層1457fにチタン膜、アンテナ1431a、アン
テナ1431b、アンテナ1431c、及びアンテナ1431dにアルミニウム膜をそれ
ぞれ用いている。
56a及び導電層1457eと配線層1456bとがそれぞれ接続するために絶縁層14
55に開口(コンタクトホールとも言う)を形成している。開口を大きくし、導電層同士
の接触面積を増加した方がより低抵抗となるため、本実施の形態では、第1の導電層11
0dとトランジスタ1441とが接続する開口が一番小さく、その次が導電層1457c
と配線層1456aとが接続する開口、導電層1457eと配線層1456bとが接続す
る開口が一番大きいというように順に開口を大きく設定している。本実施の形態では、第
1の導電層110dとトランジスタ1441とが接続する開口を5μm×5μm、導電層
1457cと配線層1456aとが接続する開口を50μm×50μm、導電層1457
eと配線層1456bとが接続する開口を500μm×500μmとしている。
m以上、第2の導電層114の端部から絶縁層1460aの端部までの距離bを250μ
m以上、第2の導電層114の端部から絶縁層1460cの端部までの距離cを500μ
m以上、絶縁層1460cの端部からアンテナ1431cまでの距離dを250μm以上
としている。なお、回路部1421は部分的に絶縁層1460cが形成されており、トラ
ンジスタ1442も絶縁層1460cに覆われていない領域と覆われている領域がある。
404に直接入力することで、記憶素子部1404にデータ(情報に相当する)を書き込
む、もしくは記憶素子部1404からデータを読み出すことが可能となる。
設ける構造でもよい。また重なる場合も全面が重なってもよいし、一部が重なっている構
造でもよい。例えば、アンテナ部と記憶素子部が重なる構成であると、アンテナが交信す
る際に信号に載っているノイズや電磁誘導により発生する起電力の変動等の影響による、
半導体装置の動作不良を減らすことが可能である。
は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方
式は、用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければ
よい。
層1502及び記憶素子部1503を有するチップ状の半導体装置の例を示す。なお、半
導体装置には記憶素子の他、集積回路等を搭載していても良い。
0〜960MHz帯)、2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる
電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電層の長さ等の形状を適宜設定すれば
よく、例えば、アンテナとして機能する導電層を線状(例えば、ダイポールアンテナ(図
15(A)参照))、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ(図15(B)参照))また
はリボン型の形状(図15(C)及び(D)参照)等に形成することができる。また、ア
ンテナとして機能する導電層の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や
蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。
例えば13.56MHz帯)を適用する場合には、磁界密度の変化による電磁誘導を利用
するため、アンテナとして機能する導電層を輪状(例えば、ループアンテナ)、らせん状
(例えば、スパイラルアンテナ)に形成することが好ましい。
導体装置を金属に接して設ける場合には、当該半導体装置と金属との間に透磁率を備えた
磁性材料を設けることが好ましい。アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場
合には、磁界の変化に伴い金属に渦電流が流れ、当該渦電流により発生する反磁界によっ
て、磁界の変化が弱められて通信距離が低下する。そのため、半導体装置と金属との間に
透磁率を備えた材料を設けることにより金属の渦電流を抑制し通信距離の低下を抑制する
ことができる。なお、磁性材料としては、高い透磁率を有し高周波損失の少ないフェライ
トや金属薄膜を用いることができる。
テナとして機能する導電層を直接作り込んで設けてもよいし、半導体素子とアンテナとし
て機能する導電層を別々の基板上に設けた後に、電気的に接続するように貼り合わせるこ
とによって設けてもよい。
素子毎の挙動のばらつきを低減することが可能となる。したがって、書き込み特性に優れ
た半導体装置を作製することができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り
電圧のとり得る幅を広げることができ、半導体装置における設計の自由度を向上させるこ
とが可能となる。
(追記)が可能である。一方、書き込みを一度行った記憶素子に対しデータを消去するこ
とは不可能なため、書き換えによる偽造を防止することができる。また、非接触でデータ
の読み出しと書き込みが可能である。さらに、本発明の記憶素子は一対の導電層間に、金
属酸化物層、半導体層及び有機化合物層が挟まれた単純な構造であるため、書き込み特性
に優れた半導体装置を低コストで作製することが可能となる。
。
製し、本発明の一構成例である記憶素子のデータ書き込み時における電流−電圧特性につ
いて示す。記憶素子は、基板上に第1の導電層と、金属酸化物層と、半導体層と、有機化
合物層と、第2の導電層とを順に積層した素子であり、その作製方法については図1(A
)を用いて説明する。なお、電流−電圧特性は、記憶素子は500kΩの抵抗と直列に接
続し、連続的に印加電圧を変化させるスイープ方式により測定した。
た。なお、膜厚は100nmとした。
mの酸化チタンを含む金属酸化物層111を形成した。
ルダーに、金属酸化物層111が形成された面を下方となるように固定した。そして、金
属酸化物層111上に、抵抗加熱による蒸着法を用いて膜厚1nmの酸化スズを成膜し、
半導体層112を形成した。
ように成膜し、有機化合物層113を形成した。
が200nmとなるよう第2の導電層114を形成した。
こった時の電流値と電圧の関係を図19に示す。なお、用いた記憶素子のサイズは5μm
角、10μm角であり、これらのサンプル数nはそれぞれ5、4である。図19より、い
ずれの素子サイズにおいても書き込み電圧に大きなばらつきはなく、書き込み時における
電流値においてもほぼ同様の低い値あり、消費電力が低いことがわかった。よって、本発
明の構成とすることで、記憶素子毎の挙動のばらつきを抑制することができる。したがっ
て、本発明により書き込み特性に優れた記憶素子並びにそれを有する記憶装置及び半導体
装置を得ることができる。
いるために作製した記憶素子は、基板上に第1の導電層と、金属酸化物層と、半導体層と
、有機化合物層と、第2の導電層とを順に積層した素子であり、その作製方法については
図1(A)を用いて以下に説明する。
た。なお、膜厚は100nmとした。
mの酸化チタンを含む金属酸化物層111を形成した。
ルダーに、金属酸化物層111が形成された面を下方となるように固定した。そして、金
属酸化物層111上に、抵抗加熱による蒸着法を用いて膜厚1nmの酸化スズを成膜し、
半導体層112を形成した。
3を形成した。なお、本実施例で作製した記憶素子の有機化合物層113にはTPAQn
、TCzB、CzPAもしくはCzBPAを用いた。
が200nmとなるよう第2の導電層114を形成した。
有機化合物層113にTPAQn、TCzB、CzPAもしくはCzBPAを用いた4種
の記憶素子である。いずれの記憶素子も5μm角のサイズであり、有機化合物層に対する
記憶素子のサンプル数nはそれぞれ96とした。また、記憶素子における各電圧の印加時
間は10m秒とした。図20(A)より、いずれの有機化合物層を用いた場合であっても
書き込み電圧に対する累積書き込み率は鋭い立ち上がりを示し、記憶素子毎の挙動のばら
つきが少ないことがわかった。なお、立ち上がりが最も鋭い記憶素子は有機化合物層11
3にCzPAを用いた場合であり、その書き込み電圧の幅は約2V以内と非常に小さかっ
た。
の記憶素子においても各種の記憶素子のサンプル数nは96とし、記憶素子における各電
圧の印加時間も上記と同様の10m秒とした。測定結果を図20(B)に示す。10μm
角の記憶素子においても、書き込み電圧に対する累積書き込み率は鋭い立ち上がりを示し
、記憶素子毎の挙動のばらつきが少ないことがわかった。
及び半導体装置を得ることができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電
圧のとり得る幅を広げることができる。よって、記憶装置や半導体装置における設計の自
由度を向上させることが可能となる。
圧について調べた。まず、本実施例で用いるために作製した記憶素子は、基板上に第1の
導電層と、金属酸化物層と、半導体層と、有機化合物層と、第2の導電層とを順に積層し
た素子であり、その作製方法については、実施例2と同様に図1(A)を用いて説明する
。
お、膜厚は100nmとした。
mの酸化チタンを含む金属酸化物層111を形成した。
ルダーに、金属酸化物層111が形成された面を下方となるように固定した。そして、金
属酸化物層111上に、抵抗加熱による蒸着法を用いて膜厚1nmもしくは5nmの酸化
スズを成膜し、半導体層112を形成した。
ように成膜し、有機化合物層113を形成した。
が200nmとなるよう第2の導電層114を形成した。
書き込み率を調べた。なお、5μm角の記憶素子における測定結果を図21(A)に、1
0μm角の記憶素子における測定結果を図21(B)に示す。なお、記憶素子における各
電圧の印加時間は10m秒とし、各々の素子サイズにおける記憶素子のサンプル数nは9
6とした。
込み電圧に対する累積書き込み率は鋭い立ち上がりを示し、記憶素子毎の挙動のばらつき
が少ないことがわかった。
及び半導体装置を得ることができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電
圧のとり得る幅を広げることができる。よって、記憶装置や半導体装置における設計の自
由度を向上させることが可能となる。
書き込み率を検討した。なお、本実施例で用いるために作製した記憶素子は、基板上に第
1の導電層と、金属酸化物層と、半導体層と、有機化合物層と、第2の導電層とを順に積
層した素子であり、その作製方法については、実施例2及び3と同様に図1(A)を用い
て説明する。
お、膜厚は100nmとした。
mの酸化チタンを含む金属酸化物層111を形成した。
ルダーに、金属酸化物層111が形成された面を下方となるように固定した。そして、金
属酸化物層111上に、抵抗加熱による蒸着法を用いて膜厚1nmの酸化スズを成膜し、
半導体層112を形成した。
ように成膜し、有機化合物層113を形成した。
が200nmとなるよう第2の導電層114を形成した。なお、用いた素子サイズは、5
μm角及び10μm角である。
における印加電圧に対する累積書き込み率を調べた。なお、記憶素子における各電圧の印
加時間を実施例3では10m秒としたのに対し、本実施例では1m秒とした。測定結果を
図22に示す。なお、5μm角及び10μm角の記憶素子のサンプル数nはそれぞれ15
36とした。
サイズにおいても鋭い立ち上がりを示し、記憶素子毎の挙動のばらつきが少ないことがわ
かった。
及び半導体装置を得ることができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電
圧のとり得る幅を広げることができる。よって、記憶装置や半導体装置における設計の自
由度を向上させることが可能となる。
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17(A)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図17
(C)参照)、記録媒体(DVDやビデオテープ等、図17(B)参照)、乗物類(自転
車等、図17(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17(E)、図17(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。
表面に貼ったり、埋め込んだりすることにより、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1710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1710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。
。ここで例示する電子機器は携帯電話機であり、筐体1800、1806、パネル180
1、ハウジング1802、プリント配線基板1803、操作ボタン1804、バッテリ1
805を有する。パネル1801はハウジング1802に脱着自在に組み込まれ、ハウジ
ング1802はプリント配線基板1803に嵌着される。ハウジング1802はパネル1
801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1803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、本発明の記憶素子を有する半導体装置を用いることができる。プリント配
線基板1803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(C
PU、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。
れる。上記のパネル1801、ハウジング1802、プリント配線基板1803は、操作
ボタン1804やバッテリ1805と共に、筐体1800、1806の内部に収納される
。パネル1801が含む画素領域1809は、筐体1800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。
記特徴により、電子機器の筐体1800、1806内部の限られた空間を有効に利用する
ことができる。なお、筐体1800、1806は、携帯電話機の外観形状を一例として示
したものであり、本実施例に係る電子機器は、その機能や用途に応じて様々な態様に変容
しうる。
物層と、第2の導電層とを有し、金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層は第1の導電
層と第2の導電層とに挟持され、前記金属酸化物層は前記第1の導電層上に接し、半導体
層は金属酸化物層上に接して設けられている。このような記憶素子を用いることで、素子
毎の挙動のばらつきを低減することが可能となる。したがって、書き込み特性に優れた半
導体装置を作製することができる。また、書き込み電圧の増大を防ぐことや読み取り電圧
のとり得る幅を広げることができる。よって、半導体装置における設計の自由度を向上さ
せることが可能となる。
り追加(追記)が可能である。一方、書き込みを一度行った記憶素子に対しデータを消去
することは不可能なため、書き換えによる偽造を防止することができる。さらに、本発明
の記憶素子は一対の導電層間に、金属酸化物層、半導体層及び有機化合物層が挟まれた単
純な構造であるため、書き込み特性に優れた記憶装置及びその記憶装置を備えた半導体装
置を低コストで作製することが可能となる。
111 金属酸化物層
112 半導体層
113 有機化合物層
114 第2の導電層
212 半導体層
222 粒子
312 半導体層
322 半導体層
332 半導体層
Claims (6)
- 第1の導電層と、
前記第1の導電層上方の金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上方の半導体層と、
前記半導体層上方の有機化合物層と、
前記有機化合物層上方の第2の導電層と、を有することを特徴とする半導体装置。 - 第1の導電層と、
前記第1の導電層上方の金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上方の有機化合物層と、
前記有機化合物層上方の半導体層と、
前記半導体層上方の第2の導電層と、を有することを特徴とする半導体装置。 - 第1の導電層と、
前記第1の導電層上方の金属酸化物層と、
前記金属酸化物層上方の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層上方の有機化合物層と、
前記有機化合物層上方の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層上方の第2の導電層と、を有することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に電圧が印加されることにより、前記第1の導電層と前記第2の導電層とが接することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記金属酸化物層は、前記第1の導電層に含まれる材料の酸化物を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記有機化合物層は、絶縁性を有する無機化合物、又は絶縁性を有する有機化合物を含むことを特徴とする半導体装置。
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