JP4912671B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は有機化合物を含む半導体装置およびその作製方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device containing an organic compound and a manufacturing method thereof.

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

現在実用化されているこれらの半導体装置の多くは、Si等の半導体基板を用いた回路(IC(Integrated Circuit)チップとも呼ばれる)とアンテナとを有し、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。また、これらの半導体装置は低コストで作製することが要求されており、近年、制御回路や記憶回路等に有機化合物を用いた有機TFT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)。   Many of these semiconductor devices in practical use have a circuit (also referred to as an IC (Integrated Circuit) chip) using a semiconductor substrate such as Si and an antenna, and the IC chip is a memory circuit (also referred to as a memory). ) And a control circuit. In particular, by providing a memory circuit capable of storing a large amount of data, a semiconductor device with higher functions and higher added value can be provided. In addition, these semiconductor devices are required to be manufactured at low cost, and in recent years, development of organic TFTs and organic memories using organic compounds in control circuits, memory circuits, etc. has been actively carried out (for example, Patent Document 1).

特開2004−47791JP-A-2004-47791

一般的に、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(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、製造後にデータを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。   In general, as a memory circuit provided in a semiconductor device, a DRAM (Dynamic Random Access Memory), an SRAM (Static Random Access Memory), a FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory), a mask ROM (Read Only Memory, a Read ROM). Examples include only memory (EEPROM), EEPROM (electrically erasable and programmable read only memory), and flash memory. Among these, DRAM and SRAM are volatile storage circuits, and data is erased when the power is turned off. Therefore, it is necessary to write data every time the power is turned on. FeRAM is a non-volatile memory circuit, but a manufacturing process increases because a capacitor element including a ferroelectric layer is used. Although the mask ROM has a simple structure, it is necessary to write data in the manufacturing process, and data cannot be added after manufacturing. Although EPROM, EEPROM, and flash memory are non-volatile memory circuits, the number of manufacturing steps increases because an element including two gate electrodes is used.

一方、有機化合物を用いた記憶回路は、一対の電極間に有機化合物を設けて記憶素子部を形成するが、有機化合物層を厚く形成した場合、電流が流れにくくなり駆動電圧が上昇する。逆に、駆動電圧を下げるために有機化合物層を薄く形成した場合、電極間でショート(短絡)したり、応力が加わることによって物理的ダメージを受けやすくなり、その結果、半導体装置の信頼性の低下を招く恐れがある。   On the other hand, in a memory circuit using an organic compound, an organic compound is provided between a pair of electrodes to form a memory element portion. However, when the organic compound layer is formed thick, current does not flow easily and driving voltage increases. Conversely, when the organic compound layer is formed thin in order to reduce the drive voltage, it becomes susceptible to physical damage due to short-circuiting between electrodes or application of stress. As a result, the reliability of the semiconductor device is increased. There is a risk of lowering.

上記問題を鑑み、本発明は、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素子を有する半導体装置およびその作製方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a nonvolatile memory element that can additionally record data other than at the time of manufacturing and can prevent forgery or the like due to rewriting, and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を講ずる。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following measures.

本発明の半導体装置は、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線との交差部に設けられたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、メモリセルに設けられたメモリ素子とを有し、メモリ素子は、ビット線と、有機化合物層と、ワード線とを有し、少なくともビット線と有機化合物層が接し且つ有機化合物層とワード線が接しており、有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とが混合された層を有していることを特徴としている。   The semiconductor device of the present invention is provided at an intersection of a plurality of bit lines extending in a first direction, a plurality of word lines extending in a second direction different from the first direction, and the bit lines and the word lines. A memory cell array having a plurality of memory cells and a memory element provided in the memory cell, the memory element having a bit line, an organic compound layer, and a word line, and at least the bit line and the organic compound layer And the organic compound layer is in contact with the word line, and the organic compound layer has a layer in which an inorganic compound and an organic compound are mixed.

本発明の半導体装置の他の構成は、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線との交差部に設けられたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、メモリセルに設けられたメモリ素子とを有し、メモリ素子は、ビット線と、有機化合物層と、ワード線とを有し、少なくともビット線と有機化合物層が接し且つ有機化合物層とワード線が接しており、有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とが混合された層と、第2の有機化合物を有する層との積層構造であることを特徴としている。   According to another configuration of the semiconductor device of the present invention, a plurality of bit lines extending in a first direction, a plurality of word lines extending in a second direction different from the first direction, and an intersection of the bit line and the word line A memory cell array including a plurality of memory cells provided in a portion and a memory element provided in the memory cell, the memory element including a bit line, an organic compound layer, and a word line, and at least a bit line And the organic compound layer are in contact with each other, and the organic compound layer and the word line are in contact with each other. The organic compound layer is a stack of a layer in which an inorganic compound and a first organic compound are mixed and a layer having a second organic compound It is characterized by its structure.

本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有する複数のトランジスタと、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線との交差部に設けられたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、メモリセルに設けられたメモリ素子と、第1のトランジスタに電気的に接続されたアンテナとして機能する導電膜とを有し、メモリ素子は、ビット線と、有機化合物層と、ワード線とを有し、少なくともビット線と有機化合物層が接し且つ有機化合物層とワード線が接しており、ビット線とワード線の少なくとも一方が第2の薄膜トランジスタと接しており、有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とが混合された層を有していることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention includes a plurality of transistors including a first transistor and a second transistor provided over a substrate, a plurality of bit lines extending in a first direction, and a first direction. A plurality of word lines extending in different second directions; a memory cell array having a plurality of memory cells provided at intersections of bit lines and word lines; a memory element provided in the memory cells; and a first transistor The memory element includes a bit line, an organic compound layer, and a word line, and at least the bit line and the organic compound layer are in contact with each other and the organic compound is electrically connected to the antenna. The layer and the word line are in contact, at least one of the bit line and the word line is in contact with the second thin film transistor, and the organic compound layer is a mixture of an inorganic compound and an organic compound It is characterized by having a.

本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有する複数のトランジスタと、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線との交差部に設けられたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、メモリセルに設けられたメモリ素子と、第1のトランジスタに電気的に接続されたアンテナとして機能する導電膜とを有し、メモリ素子は、ビット線と、有機化合物層と、ワード線とを有し、少なくともビット線と有機化合物層が接し且つ有機化合物層とワード線が接しており、ビット線とワード線の少なくとも一方が第2の薄膜トランジスタと接しており、有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とが混合された層と、第2の有機化合物を有する層との積層構造であることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention includes a plurality of transistors including a first transistor and a second transistor provided over a substrate, a plurality of bit lines extending in a first direction, and a first direction. A plurality of word lines extending in different second directions; a memory cell array having a plurality of memory cells provided at intersections of bit lines and word lines; a memory element provided in the memory cells; and a first transistor The memory element includes a bit line, an organic compound layer, and a word line, and at least the bit line and the organic compound layer are in contact with each other and the organic compound is electrically connected to the antenna. The layer and the word line are in contact, at least one of the bit line and the word line is in contact with the second thin film transistor, and the organic compound layer is a mixture of the inorganic compound and the first organic compound It is characterized by that the layer has a stacked structure of a layer having a second organic compound.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、ビット線と有機化合物層とワード線とが積層されていることを特徴としている。   The semiconductor device of the present invention is characterized in that in the above structure, a bit line, an organic compound layer, and a word line are stacked.

また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、ビット線とワード線とが同一平面に配置され、ビット線とワード線との間に有機化合物層が配置されていることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the above structure, the bit line and the word line are arranged in the same plane, and the organic compound layer is arranged between the bit line and the word line. It is said.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、ビット線を構成する導電層とワード線を構成する導電層の一方または両方が透光性を有していてもよい。   In the above structure of the semiconductor device of the present invention, one or both of the conductive layer forming the bit line and the conductive layer forming the word line may have a light-transmitting property.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、ビット線を構成する導電層と有機化合物層との間または有機化合物層とワード線を構成する導電層との間に整流性を有する素子が設けられていてもよい。なお、整流性を有する素子としては、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタまたはダイオード等を用いることができる。   In the semiconductor device of the present invention, in the above structure, a rectifying element is provided between the conductive layer forming the bit line and the organic compound layer or between the organic compound layer and the conductive layer forming the word line. It may be done. Note that as the rectifying element, a transistor or a diode in which a gate electrode and a drain electrode are connected can be used.

本発明の半導体装置の他の構成は、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線とに囲まれたメモリセルを複数有するメモリセルアレイとを有し、メモリセルは、トランジスタと、トランジスタに電気的に接続されたメモリ素子とを有し、メモリ素子は、第1の導電層と、有機化合物層と、第2の導電層とを有し、少なくとも第1の導電層と有機化合物層が接し且つ有機化合物層と第2の導電層が接しており、有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とが混合された層を有していることを特徴としている。   Another configuration of the semiconductor device of the present invention is surrounded by a plurality of bit lines extending in a first direction, a plurality of word lines extending in a second direction different from the first direction, and the bit lines and the word lines. A memory cell array including a plurality of memory cells, the memory cell including a transistor and a memory element electrically connected to the transistor, wherein the memory element includes a first conductive layer and an organic compound layer. And the second conductive layer, at least the first conductive layer and the organic compound layer are in contact with each other, and the organic compound layer and the second conductive layer are in contact with each other. The organic compound layer includes an inorganic compound and an organic compound. Has a mixed layer.

本発明の半導体装置の他の構成は、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線とに囲まれたメモリセルを複数有するメモリセルアレイとを有し、メモリセルは、トランジスタと、トランジスタに電気的に接続されたメモリ素子とを有し、メモリ素子は、第1の導電層と、有機化合物層と、第2の導電層とを有し、少なくとも第1の導電層と有機化合物層が接し且つ有機化合物層と第2の導電層が接しており、有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とが混合された層と、第2の有機化合物を有する層との積層構造であることを特徴としている。   Another configuration of the semiconductor device of the present invention is surrounded by a plurality of bit lines extending in a first direction, a plurality of word lines extending in a second direction different from the first direction, and the bit lines and the word lines. A memory cell array including a plurality of memory cells, the memory cell including a transistor and a memory element electrically connected to the transistor, wherein the memory element includes a first conductive layer and an organic compound layer. And the second conductive layer, at least the first conductive layer and the organic compound layer are in contact with each other, and the organic compound layer and the second conductive layer are in contact with each other, and the organic compound layer includes the inorganic compound and the first conductive layer. A layered structure of a layer in which an organic compound is mixed and a layer having a second organic compound is characterized.

本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有する複数のトランジスタと、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線とに囲まれたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、第1のトランジスタに電気的に接続されたアンテナとして機能する導電膜とを有し、メモリセルは、第2のトランジスタと、第2のトランジスタに電気的に接続されたメモリ素子とを有し、メモリ素子は、第1の導電層と、有機化合物層と、第2の導電層とを有し、少なくとも第1の導電層と有機化合物層が接し且つ有機化合物層と第2の導電層が接しており、有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とが混合された層を有していることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention includes a plurality of transistors including a first transistor and a second transistor provided over a substrate, a plurality of bit lines extending in a first direction, and a first direction. A plurality of word lines extending in different second directions, a memory cell array having a plurality of memory cells surrounded by bit lines and word lines, and a conductive film functioning as an antenna electrically connected to the first transistor And the memory cell includes a second transistor and a memory element electrically connected to the second transistor. The memory element includes a first conductive layer, an organic compound layer, Two conductive layers, at least the first conductive layer and the organic compound layer are in contact, the organic compound layer and the second conductive layer are in contact, and the organic compound layer is a mixture of an inorganic compound and an organic compound. Have a layer It is characterized in that there.

本発明の半導体装置の他の構成は、基板上に設けられた第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有する複数のトランジスタと、第1の方向に延びた複数のビット線と第1の方向と異なる第2の方向に延びた複数のワード線と、ビット線とワード線とに囲まれたメモリセルを複数有するメモリセルアレイと、第1のトランジスタに電気的に接続されたアンテナとして機能する導電膜とを有し、メモリセルは、第2のトランジスタと、第2のトランジスタに電気的に接続されたメモリ素子とを有し、メモリ素子は、第1の導電層と、有機化合物層と、第2の導電層とを有し、少なくとも第1の導電層と有機化合物層が接し且つ有機化合物層と第2の導電層が接しており、有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とが混合された層と、第2の有機化合物を有する層との積層構造であることを特徴としている。   Another structure of the semiconductor device of the present invention includes a plurality of transistors including a first transistor and a second transistor provided over a substrate, a plurality of bit lines extending in a first direction, and a first direction. A plurality of word lines extending in different second directions, a memory cell array having a plurality of memory cells surrounded by bit lines and word lines, and a conductive film functioning as an antenna electrically connected to the first transistor And the memory cell includes a second transistor and a memory element electrically connected to the second transistor. The memory element includes a first conductive layer, an organic compound layer, Two conductive layers, at least the first conductive layer and the organic compound layer are in contact with each other, and the organic compound layer and the second conductive layer are in contact with each other. The organic compound layer includes the inorganic compound and the first organic compound. Mixed layers It is characterized in that a laminated structure of a layer having a second organic compound.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、アンテナとして機能する導電層が第1の導電層または第2の導電層と同一の層に設けられていることを特徴としている。   In the above structure of the semiconductor device of the present invention, a conductive layer functioning as an antenna is provided in the same layer as the first conductive layer or the second conductive layer.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、第1の導電層と有機化合物層と第2の導電層とが積層されていることを特徴としている。   In the semiconductor device of the present invention, the first conductive layer, the organic compound layer, and the second conductive layer are stacked in the above structure.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、第1の導電層と第2の導電層とが同一平面に配置され、第1の導電層と第2の導電層との間に有機化合物層が配置されていることを特徴としている。   In the semiconductor device of the present invention having the above structure, the first conductive layer and the second conductive layer are arranged in the same plane, and the organic compound layer is interposed between the first conductive layer and the second conductive layer. It is characterized by being arranged.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、トランジスタが有機トランジスタであることを特徴としている。   In the semiconductor device of the present invention having the above structure, the transistor is an organic transistor.

また、本発明の半導体装置は、上記構成において、トランジスタが可撓性基板上またはガラス基板上に設けられることを特徴としている。   In the semiconductor device of the invention having the above structure, a transistor is provided over a flexible substrate or a glass substrate.

また、有機化合物層における無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層の具体例として、金属酸化物または金属窒化物と有機化合物とを混合して設けられた層が挙げられる。この他にも、金属酸化物または金属窒化物と有機化合物とを混合して設けられた層と有機化合物からなる層との積層構造で有機化合物層を設けることもできる。また、有機化合物とは、電子輸送材料またはホール輸送材料で設けることができる。この他にも、キャリアを輸送できる有機化合物であればどのようなものでも用いることができる。   A specific example of the layer provided by mixing an inorganic compound and an organic compound in the organic compound layer includes a layer provided by mixing a metal oxide or metal nitride and an organic compound. In addition, the organic compound layer can be provided in a stacked structure of a layer formed by mixing a metal oxide or metal nitride and an organic compound and a layer made of the organic compound. The organic compound can be provided using an electron transport material or a hole transport material. In addition, any organic compound that can transport carriers can be used.

本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有する複数のトランジスタを形成し、第1のトランジスタに電気的に接続する第1の導電層と第2のトランジスタに電気的に接続する第2の導電層とを形成し、第1の導電層および第2の導電層の端部を覆うように絶縁層を選択的に形成し、第1の導電層と電気的に接続するようにアンテナとして機能する導電層を形成し、アンテナとして機能する導電層を形成した後に第2の導電層を覆うように有機化合物層を形成し、有機化合物層を覆うように第3の導電層を形成することを特徴としている。また、アンテナとして機能する導電層をスクリーン印刷法または液滴吐出法により設けられた導電性のペーストに熱処理を行うことによって形成することを特徴としている。   In a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a plurality of transistors each including a first transistor and a second transistor are formed over a substrate, and a first conductive layer electrically connected to the first transistor and a second transistor A second conductive layer electrically connected to the transistor, an insulating layer is selectively formed so as to cover the first conductive layer and an end portion of the second conductive layer, and the first conductive layer A conductive layer functioning as an antenna is formed so as to be electrically connected, an organic compound layer is formed so as to cover the second conductive layer after the conductive layer functioning as an antenna is formed, and the organic compound layer is covered A third conductive layer is formed. In addition, a conductive layer functioning as an antenna is formed by performing heat treatment on a conductive paste provided by a screen printing method or a droplet discharge method.

本発明の半導体装置の他の作製方法は、基板上に第1のトランジスタおよび第2のトランジスタを有する複数のトランジスタを形成し、第1のトランジスタに電気的に接続するアンテナとして機能する第1の導電層と第2のトランジスタに電気的に接続する第2の導電層とを形成し、第2の導電層の端部および第1の導電層を覆うように絶縁層を選択的に形成し、第2の導電層を覆うように有機化合物層を形成し、有機化合物層を覆うように第3の導電層を形成することを特徴としている。また、アンテナとして機能する第1の導電層と第2の導電層をスパッタリング法またはCVD法により形成することを特徴としている。   In another method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a plurality of transistors including a first transistor and a second transistor are formed over a substrate, and the first transistor functions as an antenna electrically connected to the first transistor. Forming a conductive layer and a second conductive layer electrically connected to the second transistor, and selectively forming an insulating layer so as to cover an end portion of the second conductive layer and the first conductive layer; An organic compound layer is formed so as to cover the second conductive layer, and a third conductive layer is formed so as to cover the organic compound layer. Further, the first conductive layer and the second conductive layer functioning as an antenna are formed by a sputtering method or a CVD method.

また、本発明の半導体装置の作製方法は、有機化合物層を無機化合物と有機化合物とが混合された層で形成することを特徴としている。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is characterized in that the organic compound layer is formed of a layer in which an inorganic compound and an organic compound are mixed.

本発明を用いることによって、チップ製造時以外にデータの書き込み(追記)が可能であり、書き換えによる偽造を防止可能な半導体装置を得ることができる。また、記憶素子部を構成する有機化合物層に有機化合物と無機化合物とを混合した層を加えることによって、データの書き込みや読み込み時の駆動電圧の増加を伴わずに層を厚く形成することができるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、本発明を用いることによって、微細な構造を有する記憶回路を有する半導体装置を安価に作製することが可能となる。   By using the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which data can be written (added) other than during chip manufacturing and forgery by rewriting can be prevented. In addition, by adding a layer in which an organic compound and an inorganic compound are mixed to the organic compound layer constituting the memory element portion, the layer can be formed thick without increasing the driving voltage at the time of data writing or reading. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be provided. Further, by using the present invention, a semiconductor device having a memory circuit having a fine structure can be manufactured at low cost.

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals may be used in common in different drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態では、半導体装置の構成に関し、特に、記憶素子部に有機化合物を含む層(以下、有機化合物層とも記す)が一対の導電層間に設けられた構造(以下、「有機メモリ素子」とも記す)の一構成例に関して図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment mode, a structure in which a layer containing an organic compound (hereinafter also referred to as an organic compound layer) is provided between a pair of conductive layers in a memory element portion (hereinafter referred to as an “organic memory element”). A configuration example will be described with reference to the drawings.

図1(A)に示したのは有機化合物層を含んだ記憶回路(以下、有機メモリとも記す)の一構成例であり、有機メモリ素子が含まれるメモリセル21がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ22、カラムデコーダ26aと読み出し回路26bとセレクタ26cを有するビット線駆動回路26、ロウデコーダ24aとレベルシフタ24bを有するワード線駆動回路24、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース23を有している。なお、ここで示す記憶回路16の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。   FIG. 1A shows a configuration example of a memory circuit including an organic compound layer (hereinafter also referred to as an organic memory), in which memory cells 21 each including an organic memory element are provided in a matrix. A cell line 22, a bit line driving circuit 26 having a column decoder 26a, a reading circuit 26b, and a selector 26c, a word line driving circuit 24 having a row decoder 24a and a level shifter 24b, an interface 23 having a writing circuit and the like for performing external communication. Have. Note that the structure of the memory circuit 16 shown here is just an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included, and a write circuit may be provided in the bit line driver circuit.

メモリセル21は、ビット線Bx(1≦x≦m)を構成する第1の導電層と、有機化合物層と、ワード線Wy(1≦y≦n)とを構成する第2の導電層との積層構造である有機メモリ素子を有する。有機化合物層は、第1の導電層と第2の導電層の間に単層または積層して設けられている。   The memory cell 21 includes a first conductive layer constituting the bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), an organic compound layer, and a second conductive layer constituting the word line Wy (1 ≦ y ≦ n) An organic memory element having a stacked structure of The organic compound layer is provided as a single layer or a stacked layer between the first conductive layer and the second conductive layer.

メモリセルアレイ22の上面構造と断面構造の一例に関して図2に示す。なお、図2(A)はメモリセルアレイ22の上面構造を示しており、図2(A)におけるA−B間の断面構造が図2(B)に対応している。   An example of a top surface structure and a cross-sectional structure of the memory cell array 22 is shown in FIG. Note that FIG. 2A illustrates a top structure of the memory cell array 22, and a cross-sectional structure taken along a line AB in FIG. 2A corresponds to FIG.

メモリセルアレイ22は、絶縁表面を有する基板30上に、第1の方向に延びた第1の導電層27と、第1の導電層27を覆って設けられた有機化合物層29と、第1の方向と異なる第2の方向(例えば、垂直な方向)に延びた第2の導電層28とを有している。なお、メモリセル21は、第1の導電層27と第2の導電層28との交差部に設けられている。また、第1の導電層27と有機化合物層29と第2の導電層28との積層構造によって有機メモリ素子80が形成される。また、ここでは、第2の導電層28を覆うように、保護膜として機能する絶縁層34を設ける(図2(B))。   The memory cell array 22 includes a first conductive layer 27 extending in a first direction, an organic compound layer 29 provided so as to cover the first conductive layer 27 on a substrate 30 having an insulating surface, And a second conductive layer extending in a second direction different from the direction (for example, a vertical direction). Note that the memory cell 21 is provided at the intersection of the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28. An organic memory element 80 is formed by a stacked structure of the first conductive layer 27, the organic compound layer 29, and the second conductive layer 28. Here, an insulating layer 34 functioning as a protective film is provided so as to cover the second conductive layer 28 (FIG. 2B).

また、隣接する各々のメモリセル間において横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた有機化合物層を分離するため、各メモリセルに設けられた有機化合物層の間に絶縁層33を設けてもよい(図2(C))。つまり、各メモリセルごとに有機化合物層を選択的に設けた構成としてもよい。   Further, when there is a concern about the influence of the electric field in the lateral direction between adjacent memory cells, the organic compound layer provided in each memory cell is separated to separate the organic compound layer provided in each memory cell. An insulating layer 33 may be provided therebetween (FIG. 2C). In other words, an organic compound layer may be selectively provided for each memory cell.

また、第1の導電層27を覆って有機化合物層29を設ける際に、第1の導電層27間の段差により生じる有機化合物層29の段切れや各メモリセル間における横方向への電界の影響を防止するために第1の導電層27間に絶縁層37を設けてもよい(図2(D))。なお、絶縁層37は、テーパー状に設けることが好ましい。その後、第1の導電層27および絶縁層37を覆うように有機化合物層29を形成する。   In addition, when the organic compound layer 29 is provided so as to cover the first conductive layer 27, the step of the organic compound layer 29 caused by the step between the first conductive layers 27 and the electric field in the lateral direction between the memory cells. In order to prevent the influence, an insulating layer 37 may be provided between the first conductive layers 27 (FIG. 2D). Note that the insulating layer 37 is preferably provided in a tapered shape. Thereafter, an organic compound layer 29 is formed so as to cover the first conductive layer 27 and the insulating layer 37.

上記構成において、基板30としては、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板等を用いることができる。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、この他にも、Si等の半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ(FET)の上部や、ガラス等の基板上に形成された薄膜トランジスタ(TFT)の上部にメモリセルアレイ22を設けることができる。   In the above configuration, as the substrate 30, a glass substrate, a flexible substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, or the like can be used. The flexible substrate is a substrate that can be bent (flexible), and examples thereof include a plastic substrate made of polycarbonate, polyarylate, polyethersulfone, or the like. In addition, the memory cell array 22 may be provided above a field effect transistor (FET) formed on a semiconductor substrate such as Si or above a thin film transistor (TFT) formed on a substrate such as glass. it can.

また、第1の導電層27と第2の導電層28は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、炭素(C)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。上記元素を複数含んだ合金としては、例えば、AlとTiとCを含んだ合金、AlとNi、AlとCを含んだ合金、AlとNiとCを含んだ合金またはAlとMoを含んだ合金等を用いることができる。   The first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 are made of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo ), Iron (Fe), cobalt (Co), copper (Cu), palladium (Pd), carbon (C), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti), tantalum (Ta), etc. A single layer or a laminated structure made of one kind of element or an alloy containing a plurality of such elements can be used. Examples of the alloy containing a plurality of the elements include an alloy containing Al, Ti and C, an alloy containing Al and Ni, an alloy containing Al and C, an alloy containing Al, Ni and C, or Al and Mo. An alloy or the like can be used.

第1の導電層27および第2の導電層28は、蒸着法、スパッタリング法、CVD法、印刷法または液滴吐出法を用いて形成することができる。ここでは、これらのいずれかの方法を用いて第1の導電層27および第2の導電層28を形成する。また、第1の導電層27と第2の導電層28は別の方法を用いて形成してもよい。なお、液滴吐出法とは、導電性、絶縁性または半導体性を有する材料を含んだ組成物の液滴(ドットともいう)を選択的に吐出(噴射)して、任意の場所に導電体、絶縁体または半導体を形成する方法であり、その方式によってはインクジェット法とも呼ばれている。   The first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 can be formed by vapor deposition, sputtering, CVD, printing, or droplet discharge. Here, the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 are formed using any of these methods. Further, the first conductive layer 27 and the second conductive layer 28 may be formed by using another method. Note that a droplet discharge method is a method in which a droplet (also referred to as a dot) of a composition containing a material having conductivity, insulation, or semiconductor properties is selectively discharged (jetted) to a conductor at an arbitrary place. This is a method for forming an insulator or a semiconductor, and is also called an ink jet method depending on the method.

本実施の形態において、有機メモリへのデータの書き込みは電気的作用または光学的作用を加えることによって行うが、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合、第1の導電層27と第2の導電層28のうち、一方または両方が透光性を有するように設ける。透光性を有する導電層は、透明な導電性材料を用いて形成するか、または、透明な導電性材料でなくても光を透過する厚さで形成する。透明な導電性材料としては、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ITO及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズや、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに2〜20%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したものを用いても良い。   In this embodiment mode, data writing to the organic memory is performed by applying an electric action or an optical action. When data writing is performed by an optical action, the first conductive layer 27 and the second conductive layer are written. One or both of the layers 28 are provided so as to have translucency. The light-transmitting conductive layer is formed using a transparent conductive material, or is formed with a thickness that allows light to pass even if it is not a transparent conductive material. As the transparent conductive material, other light-transmitting oxide conductive materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), and the like are used. Is possible. Indium tin oxide containing ITO and silicon oxide, or indium oxide containing silicon oxide mixed with 2 to 20% zinc oxide (ZnO) may be used.

有機化合物層29は、有機化合物と無機化合物とを混合してなる層を有している。有機化合物層29は、有機化合物と無機化合物との混合層を単層で設けてもよいし、複数の層を積層させて設けてもよい。また、有機化合物と無機化合物との混合層と他の有機化合物からなる層とを積層させて設けてもよい。この場合、当該混合層に含まれる有機化合物材料と他の有機化合物からなる層に含まれる有機化合物材料は同じものを用いてもよいし、違うものを用いてもよい。   The organic compound layer 29 has a layer formed by mixing an organic compound and an inorganic compound. As the organic compound layer 29, a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound may be provided as a single layer, or a plurality of layers may be stacked. Alternatively, a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound and a layer formed of another organic compound may be stacked. In this case, the organic compound material contained in the mixed layer and the organic compound material contained in the layer composed of another organic compound may be the same or different.

無機化合物としては、有機化合物から電子を受け取りやすい無機化合物材料または有機化合物に電子を与えやすい無機化合物材料であれば何でもよく、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。   The inorganic compound may be any inorganic compound material that easily accepts electrons from the organic compound, or any inorganic compound material that easily gives electrons to the organic compound, and various metal oxides, metal nitrides, or metal oxynitrides may be used. it can.

電子を受け取りやすい無機化合物材料として、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(CoOx)、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 material 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 (CoOx), 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.

電子を与えやすい無機化合物材料として、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 material 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.

また、上記材料の他にも、無機化合物として、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)等を用いてもよい。   In addition to the above materials, as the inorganic compound, aluminum oxide (AlOx), gallium oxide (GaOx), silicon oxide (SiOx), germanium oxide (GeOx), indium tin oxide (ITO), etc. It may be used.

有機化合物としては、正孔輸送性が高い有機化合物材料や電子輸送性が高い有機化合物材料を用いることが好ましい。   As the organic compound, it is preferable to use an organic compound material having a high hole transporting property or an organic compound material having a high electron transporting property.

正孔輸送性の高い有機化合物材料としては、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(略称:α−NPD)や4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(略称:TPD)や4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニル−アミノ]−トリフェニルアミン(略称:MTDATA)や4,4’−ビス(N−(4−(N,N−ジ−m−トリルアミノ)フェニル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)などの芳香族アミン系(即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する)の化合物やフタロシアニン(略称:HPc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等のフタロシアニン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上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。なお、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材料と電子を受け取りやすい無機化合物材料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ホールキャリアが発生し、極めて優れたホール注入性・輸送性を示す。その結果、有機化合物層は優れた導電性を得ることが可能となる。 As an organic compound material having a high hole-transport property, 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: α-NPD), 4,4′-bis [ N- (3-methylphenyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: TPD) or 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl-amino) -triphenylamine (abbreviation: TDATA) ), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenyl-amino] -triphenylamine (abbreviation: MTDATA) and 4,4′-bis (N- (4- (N, N-di-m-tolylamino) phenyl) -N-phenylamino) biphenyl (abbreviation: DNTPD) and other aromatic amine-based compounds (that is, having a benzene ring-nitrogen bond) and phthalocyanines (abbreviation: H 2 Pc), copper phthalo Phthalocyanine compounds such as cyanine (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. Note that in the case where a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound is provided, it is preferable to mix an organic compound material having a high hole-transport property and an inorganic compound material that easily receives electrons. By adopting such a configuration, many hole carriers are generated in an organic compound which has essentially no inherent carrier, and exhibits extremely excellent hole injection / transport properties. As a result, the organic compound layer can obtain excellent conductivity.

電子輸送性の高い有機化合物材料としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上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。なお、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材料と電子を与えやすい無機化合物材料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、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、極めて優れた電子注入性・輸送性を示す。その結果、有機化合物層は優れた導電性を得ることが可能となる。 As an organic compound material 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., and a metal complex having a quinoline skeleton or a benzoquinoline skeleton Materials can be used. In addition, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) A material such as a metal complex having an oxazole-based or thiazole-based ligand such as 2 ) can also be used. In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- (P-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 3- (4-tert-butylphenyl) -4-phenyl-5- ( 4-biphenylyl) -1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) -5- (4-biphenylyl) -1,2, 4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ), bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), bathocuproin (abbreviation: BCP), and the like can be used. The substances mentioned here are mainly substances having an electron mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher. Note that other than the above substances, any substance that has a property of transporting more electrons than holes may be used. Note that in the case of providing a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound, it is preferable to mix an organic compound material having a high electron-transport property and an inorganic compound material that easily gives electrons. By adopting such a structure, many electron carriers are generated in an organic compound having almost no carriers, and extremely excellent electron injecting / transporting properties are exhibited. As a result, the organic compound layer can obtain excellent conductivity.

また、有機化合物層29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。   Further, when the organic compound layer 29 is formed of a compound selected from metal oxides or metal nitrides and a compound having a high hole transporting property, the steric hindrance is further increased (in contrast to the planar structure, spatial A structure in which a compound having a spread structure is added may be used. 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.

また、有機化合物層29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電子輸送性の高い化合物とから形成される場合、さらに当該電子輸送性の高い物質に電子を供与することができる、リチウム(Li)、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、エルビウム、イッテルビウムなどの希土類金属、または、それらの酸化物やハロゲン化物等の化合物等を加えた構成としてもよい。   Further, when the organic compound layer 29 is formed of a compound selected from metal oxides or metal nitrides and a compound having a high electron transporting property, electrons can be further donated to the substance having a high electron transporting property. Alkaline metals such as lithium (Li) and cesium (Cs), alkaline earth metals such as magnesium (Mg), calcium (Ca) and strontium (Sr), rare earth metals such as erbium and ytterbium, or oxidation thereof It is good also as a structure which added compounds, such as a thing and a halide.

有機化合物層29は、蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング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。また、3種類以上の材料を含む層を形成する場合も同様に組み合わせて行うことが可能である。   The organic compound layer 29 can be formed using a vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a sputtering 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. In addition, when a layer containing three or more kinds of materials is formed, it can be similarly combined.

また、他の形成方法として、スピンコート、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有機化合物層29を形成してもよい。有機化合物層29が複数の層から形成される場合、例えば、有機化合物と無機化合物との混合層と、有機化合物からなる層との積層構造で形成される場合には、各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。   As other forming methods, spin coating, a sol-gel method, a printing method, a droplet discharge method, or the like may be used, or the organic compound layer 29 may be formed by combining these methods. When the organic compound layer 29 is formed of a plurality of layers, for example, when the organic compound layer 29 is formed in a stacked structure of a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound and a layer formed of the organic compound, different film formation is performed for each layer. You may form using a method.

このように、有機化合物層29に有機化合物と無機化合物との混合層を設けることにより、有機化合物層29を厚く形成した場合でも抵抗の増加を抑制することができる。従って、データの書き込みまたは読み込み時の駆動電圧の増加を伴わずに、一対の導電層の間に挟まれた有機化合物層を厚く形成して導電層間の距離を大きくとることができる。その結果、有機メモリ素子における導電層間のショート(短絡)や、外力によるメモリセルの損傷を防止し、有機メモリを含む半導体装置の信頼性を向上することができる。   Thus, by providing the organic compound layer 29 with a mixed layer of an organic compound and an inorganic compound, an increase in resistance can be suppressed even when the organic compound layer 29 is formed thick. Therefore, the organic compound layer sandwiched between the pair of conductive layers can be formed thick to increase the distance between the conductive layers without increasing the driving voltage at the time of data writing or reading. As a result, a short circuit between the conductive layers in the organic memory element and damage to the memory cell due to external force can be prevented, and the reliability of the semiconductor device including the organic memory can be improved.

また、上記構成とは異なる構成として、第1の導電層27と有機化合物層29の間、もしくは第2の導電層28と有機化合物層29の間に、整流性を有する素子を設けてもよい(図2(E))。整流性を有する素子とは、代表的には、ショットキーダイオード、PN接合を有するダイオード、PIN接合を有するダイオード、あるいはゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタである。もちろん、他の構成のダイオードでも構わない。ここでは、第1の導電層と有機化合物層の間に、半導体層44、45を含むPN接合ダイオードを設けた場合を示す。半導体層44、45のうち、一方はN型半導体であり、他方はP型半導体である。このように、整流作用を有する素子を設けることにより、メモリセルの選択性を向上し、読み出しや書き込み動作のマージンを向上させることができる。   Further, as a different structure from the above structure, a rectifying element may be provided between the first conductive layer 27 and the organic compound layer 29 or between the second conductive layer 28 and the organic compound layer 29. (FIG. 2 (E)). The rectifying element is typically a Schottky diode, a diode having a PN junction, a diode having a PIN junction, or a transistor in which a gate electrode and a drain electrode are connected. Of course, other configurations of diodes may be used. Here, a case where a PN junction diode including semiconductor layers 44 and 45 is provided between the first conductive layer and the organic compound layer is shown. One of the semiconductor layers 44 and 45 is an N-type semiconductor, and the other is a P-type semiconductor. In this manner, by providing an element having a rectifying action, the selectivity of the memory cell can be improved and the margin of the read or write operation can be improved.

また、図2では基板30上に有機メモリ素子を複数含んだ記憶素子部を設ける例を示したが、これに限られず、基板30上に薄膜トランジスタ79(TFT)を設けてその上に複数の有機メモリ素子を含む記憶素子部77を設けてもよいし(図19(A))、基板30として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78(FET)を形成しその上に記憶素子部77を設けてもよい(図19(B))。なお、ここでは、記憶素子部77を薄膜トランジスタ79上または電界効果トランジスタ78上に形成する例を示したが、記憶素子部77と薄膜トランジスタ79または電界効果トランジスタ78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77と薄膜トランジスタ79または電界効果トランジスタ78は、別工程で作製し、その後、導電性フィルム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。また、薄膜トランジスタ79または電界効果トランジスタ78の構成は、公知のものであればどのような構成を用いてもよい。   FIG. 2 shows an example in which a memory element portion including a plurality of organic memory elements is provided on the substrate 30. However, the present invention is not limited to this, and a thin film transistor 79 (TFT) is provided on the substrate 30 and a plurality of organic elements is provided thereon. A memory element portion 77 including a memory element may be provided (FIG. 19A), or a field effect transistor 78 (FET) is formed on a substrate using a semiconductor substrate such as Si or an SOI substrate as the substrate 30. A memory element portion 77 may be provided thereover (FIG. 19B). Note that although the example in which the memory element portion 77 is formed over the thin film transistor 79 or the field effect transistor 78 is shown here, the memory element portion 77 and the thin film transistor 79 or the field effect transistor 78 may be attached to each other. In this case, the memory element portion 77 and the thin film transistor 79 or the field effect transistor 78 can be provided by being manufactured in separate steps and then bonded using a conductive film or the like. The thin film transistor 79 or the field effect transistor 78 may have any configuration as long as it is a known one.

次に、有機メモリにデータの書き込みを行う際の動作について説明する。データの書き込みは、光学的作用又は電気的作用により行うが、まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する(図1(A))。なお、書き込みはメモリセルの電気特性を変化させることで行うが、ここでは、メモリセルの初期状態(電気的作用を加えていない状態)をデータ「0」、電気特性を変化させた状態を「1」とする。   Next, an operation when data is written to the organic memory will be described. Data writing is performed by optical action or electrical action. First, the case of writing data by electrical action will be described (FIG. 1A). Note that writing is performed by changing the electrical characteristics of the memory cell. Here, the initial state (state in which no electrical action is applied) of the memory cell is data “0”, and the state in which the electrical characteristics are changed is “ 1 ”.

メモリセル21にデータ「1」を書き込む場合、まず、インターフェース23を介してロウデコーダ24a、カラムデコーダ26aおよびセレクタ26cによってメモリセル21を選択する。具体的には、ロウデコーダ24aによって、メモリセル21に接続されるワード線W3に所定の電圧V2を印加する。また、カラムデコーダ26aとセレクタ26cによって、メモリセル21に接続されるビット線B3を読み出し回路26bに接続する。そして、読み出し回路26bからビット線B3へ書き込み電圧V1を出力する。こうして、当該メモリセル21を構成する第1の導電層と第2の導電層の間には電圧Vw=V1−V2を印加する。電位Vwを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層29を物理的もしくは電気的変化させ、データ「1」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「1」の状態の第1の導電層と第2の導電層の間の電気抵抗が、データ「0」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよい。例えば、(V1、V2)=(0V、5〜15V)、あるいは(3〜5V、−12〜−2V)の範囲から適宜選べば良い。電圧Vwは5〜15V、あるいは−5〜−15Vとすればよい。なお、この場合に、有機化合物層を挟んで設けられた一対の導電層間の距離が変化する場合がある。   When writing data “1” to the memory cell 21, first, the memory cell 21 is selected by the row decoder 24 a, the column decoder 26 a, and the selector 26 c through the interface 23. Specifically, a predetermined voltage V2 is applied to the word line W3 connected to the memory cell 21 by the row decoder 24a. Further, the bit line B3 connected to the memory cell 21 is connected to the read circuit 26b by the column decoder 26a and the selector 26c. Then, the write voltage V1 is output from the read circuit 26b to the bit line B3. Thus, the voltage Vw = V1−V2 is applied between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell 21. By appropriately selecting the potential Vw, the organic compound layer 29 provided between the conductive layers is changed physically or electrically, and data “1” is written. Specifically, at the read operation voltage, the electrical resistance between the first conductive layer and the second conductive layer in the data “1” state is significantly smaller than that in the data “0” state. It is good to change as follows. For example, it may be appropriately selected from the range of (V1, V2) = (0V, 5-15V), or (3-5V, -12--2V). The voltage Vw may be 5 to 15V, or -5 to -15V. In this case, the distance between the pair of conductive layers provided with the organic compound layer interposed therebetween may change.

なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ「1」が書き込まれないよう制御する。例えば、非選択のワード線および非選択のビット線を浮遊状態とすればよい。メモリセルを構成する第1の導電層と第2の導電層の間は、ダイオード特性など、選択性を確保できる特性を有する必要がある。   Note that data “1” is controlled not to be written in the memory cell connected to the non-selected word line and the non-selected bit line. For example, unselected word lines and unselected bit lines may be set in a floating state. The first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell must have characteristics such as diode characteristics that can ensure selectivity.

一方、メモリセル21にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル21には電気的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「1」を書き込む場合と同様に、ロウデコーダ24a、カラムデコーダ26aおよびセレクタ26cによってメモリセル21を選択するが、読み出し回路26bからビット線B3への出力電位を、選択されたワード線W3の電位あるいは非選択ワード線の電位と同程度とし、メモリセル21を構成する第1の導電層と第2の導電層の間に、メモリセル21の電気特性を変化させない程度の電圧(例えば−5〜5V)を印加すればよい。   On the other hand, when data “0” is written in the memory cell 21, it is not necessary to apply an electrical action to the memory cell 21. In the circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cell 21 is selected by the row decoder 24a, the column decoder 26a, and the selector 26c, but the output potential from the read circuit 26b to the bit line B3 is selected. The electrical potential of the memory cell 21 is not changed between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell 21 so as to be approximately the same as the potential of the word line W3 or the unselected word line. (For example, −5 to 5 V) may be applied.

次に、光学的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合について説明する(図3(A)〜(C))。   Next, a case where data is written by applying an optical action will be described (FIGS. 3A to 3C).

光学的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合、透光性を有する導電層側(ここでは第2の導電層28とする)から、有機化合物層29にレーザ光を照射する。ここでは、所望の部分の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層29に選択的にレーザ光を照射して当該有機化合物層29を破壊する。破壊された有機化合物層は、炭化して絶縁化するため、当該破壊された有機化合物層を含む有機メモリ素子と破壊されていない有機化合物層を含む有機メモリ素子とを比較した場合、第1の導電層と第2の導電層間の電気抵抗が大幅に大きくなる。このように、レーザ光の照射により、有機化合物層29を挟んで設けられた2つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、レーザ光を照射していない有機化合物層を含む有機メモリ素子を「0」のデータとする場合、「1」のデータを書き込む際は、所望の部分の有機化合物層に選択的にレーザ光を照射して破壊することによって電気抵抗を大きくする。   In the case of writing data by applying an optical action, the organic compound layer 29 is irradiated with laser light from the light-transmitting conductive layer side (herein, the second conductive layer 28). Here, the organic compound layer 29 included in a desired portion of the organic memory element is selectively irradiated with laser light to destroy the organic compound layer 29. Since the destroyed organic compound layer is carbonized and insulated, when an organic memory element including the destroyed organic compound layer and an organic memory element including an unbroken organic compound layer are compared, the first The electrical resistance between the conductive layer and the second conductive layer is greatly increased. As described above, data is written by utilizing the change in the electrical resistance between the two conductive layers provided with the organic compound layer 29 sandwiched by the laser light irradiation. For example, when an organic memory element including an organic compound layer not irradiated with laser light is set to “0” data, when writing “1” data, the laser light is selectively applied to a desired portion of the organic compound layer. The electrical resistance is increased by irradiating and destroying.

レーザ光を照射する場合、有機メモリ素子の電気抵抗の変化は、メモリセル21の大きさによるが、レンズ等の光学系を用いてビームスポットの直径をμmまたはnmに絞ったレーザ光の照射により実現する。例えば、径が1μmのレーザビームが10m/secの線速度で通過するとき、1つのメモリセル21に含まれる有機メモリ素子にレーザ光が照射される時間は100nsecとなる。100nsecという短い時間内で相を変化させるためには、レーザパワーは10mW、パワー密度は10kW/mmとするとよい。また、レーザ光を選択的に照射する場合は、パルス発振のレーザ照射装置を用いて行いることが好ましい。 When laser light is irradiated, the change in the electrical resistance of the organic memory element depends on the size of the memory cell 21, but by irradiation with the laser light with a beam spot diameter reduced to μm or nm using an optical system such as a lens. Realize. For example, when a laser beam having a diameter of 1 μm passes at a linear velocity of 10 m / sec, the time for which the organic memory element included in one memory cell 21 is irradiated with laser light is 100 nsec. In order to change the phase within a short time of 100 nsec, the laser power is preferably 10 mW and the power density is 10 kW / mm 2 . In the case of selectively irradiating laser light, it is preferable to use a pulsed laser irradiation apparatus.

ここで、レーザ照射装置の一例に関して、図3(C)を用いて簡単に説明する。レーザ照射装置1001は、レーザ光を照射する際の各種制御を実行するコンピュータ1002(以下、PC1002と示す。)と、レーザ光を出力するレーザ発振器1003と、レーザ発振器1003の電源1004と、レーザ光を減衰させるための光学系1005(NDフィルタ)と、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器1006(Acousto−Optic Modulator ; AOM)と、レーザ光の断面を縮小するためのレンズおよび光路を変更するためのミラー等で構成される光学系1007、X軸ステージ及びY軸ステージを有する移動機構1009と、PCから出力される制御データをデジタルーアナログ変換するD/A変換部1010と、D/A変換部から出力されるアナログ電圧に応じて音響光学変調器1006を制御するドライバ1011と、移動機構1009を駆動するための駆動信号を出力するドライバ1012と、被照射物上にレーザ光の焦点を合わせるためのオートフォーカス機構1013を備えている。   Here, an example of a laser irradiation apparatus will be briefly described with reference to FIG. A laser irradiation apparatus 1001 includes a computer 1002 (hereinafter, referred to as a PC 1002) that performs various controls when irradiating laser light, a laser oscillator 1003 that outputs laser light, a power source 1004 of the laser oscillator 1003, and laser light. An optical system 1005 (ND filter) for attenuating light, an acousto-optic modulator (AOM) 1006 for modulating the intensity of laser light, and a lens and an optical path for reducing the cross section of the laser light An optical system 1007 composed of a mirror for changing the angle, a moving mechanism 1009 having an X-axis stage and a Y-axis stage, a D / A conversion unit 1010 for digital-analog conversion of control data output from the PC, Acousto-optic conversion according to the analog voltage output from the D / A converter. A driver 1011 for controlling the vessel 1006, a driver 1012 for outputting a driving signal for driving the movement mechanism 1009 is provided with an auto-focus mechanism 1013 for focusing the laser beam on the irradiated object.

レーザ発振器1003としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。レーザ発振器としては、KrF、ArF、XeCl、Xe等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO、YVO、YLF、YAlOなどの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波か第2高調波〜第5高調波を適用するのが好ましい。 As the laser oscillator 1003, a laser oscillator that can oscillate ultraviolet light, visible light, or infrared light can be used. Examples of laser oscillators include excimer laser oscillators such as KrF, ArF, XeCl, and Xe, gas laser oscillators such as He, He—Cd, Ar, He—Ne, and HF, YAG, GdVO 4 , YVO 4 , YLF, and YAlO 3. A solid-state laser oscillator using a crystal doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm, and a semiconductor laser oscillator such as GaN, GaAs, GaAlAs, or InGaAsP can be used. In the solid-state laser oscillator, it is preferable to apply the fundamental wave or the second to fifth harmonics.

次に、レーザ照射装置を用いた照射方法について述べる。有機化合物層29が設けられた基板30が移動機構1009に装着されると、PC1002は図外のカメラによって、レーザ光を照射する有機化合物層29の位置を検出する。次いで、PC1002は、検出した位置データに基づいて、移動機構1009を移動させるための移動データを生成する。   Next, an irradiation method using a laser irradiation apparatus will be described. When the substrate 30 provided with the organic compound layer 29 is mounted on the moving mechanism 1009, the PC 1002 detects the position of the organic compound layer 29 to be irradiated with laser light by a camera not shown. Next, the PC 1002 generates movement data for moving the movement mechanism 1009 based on the detected position data.

この後、PC1002が、ドライバ1011を介して音響光学変調器1006の出力光量を制御することにより、レーザ発振器1003から出力されたレーザ光は、光学系1005によって減衰された後、音響光学変調器1006によって所定の光量になるように光量が制御される。一方、音響光学変調器1006から出力されたレーザ光は、光学系1007で光路及びビームスポット形状を変化させ、レンズで集光した後、基板30上に該レーザ光を照射する。   Thereafter, the PC 1002 controls the output light amount of the acousto-optic modulator 1006 via the driver 1011, so that the laser light output from the laser oscillator 1003 is attenuated by the optical system 1005 and then the acousto-optic modulator 1006. The light amount is controlled so as to be a predetermined light amount. On the other hand, the laser light output from the acousto-optic modulator 1006 is changed in optical path and beam spot shape by the optical system 1007 and condensed by the lens, and then the substrate 30 is irradiated with the laser light.

このとき、PC1002が生成した移動データに従い、移動機構1009をX方向及びY方向に移動制御する。この結果、所定の場所にレーザ光が照射され、レーザ光の光エネルギー密度が熱エネルギーに変換され、基板30上に設けられた有機化合物層に選択的にレーザ光を照射することができる。なお、ここでは移動機構1009を移動させてレーザ光の照射を行う例を示しているが、光学系1007を調整することによってレーザ光をX方向およびY方向に移動させてもよい。   At this time, according to the movement data generated by the PC 1002, the movement mechanism 1009 is controlled to move in the X direction and the Y direction. As a result, laser light is irradiated to a predetermined place, the light energy density of the laser light is converted into thermal energy, and the organic compound layer provided on the substrate 30 can be selectively irradiated with the laser light. Note that, here, an example in which the moving mechanism 1009 is moved and laser light irradiation is performed is shown; however, the laser light may be moved in the X direction and the Y direction by adjusting the optical system 1007.

続いて、有機メモリからデータの読み出しを行う際の動作について説明する(図1(A)〜(C))。データの読み出しは、メモリセルを構成する第1の導電層と第2の導電層の間の電気特性が、データ「0」を有するメモリセルとデータ「1」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「0」を有するメモリセルを構成する第1の導電層と第2の導電層の間の実効的な電気抵抗(以下、単にメモリセルの電気抵抗と呼ぶ)が、読み出し電圧においてR0、データ「1」を有するメモリセルの電気抵抗を、読み出し電圧においてR1とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、R1<<R0とする。読み出し回路26bは、読み出し部分の構成として、例えば、図1(B)に示す抵抗素子46と差動増幅器47を用いた回路を考えることができる。抵抗素子46は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子46の代わりにトランジスタ48を用いても良いし、差動増幅器の代わりにクロックトインバータ49を用いることも可能である(図1(C))。クロックトインバータ49には、読み出しを行うときにHi、行わないときにLoとなる、信号または反転信号が入力される。もちろん、回路構成は図1(B)、(C)に限定されない。   Next, an operation when data is read from the organic memory will be described (FIGS. 1A to 1C). In reading data, the electrical characteristics between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell are different between the memory cell having data “0” and the memory cell having data “1”. Use it. For example, the effective electrical resistance between the first conductive layer and the second conductive layer constituting the memory cell having data “0” (hereinafter simply referred to as the electrical resistance of the memory cell) is R0 at the read voltage. A method of reading data by using the difference in electric resistance when the electric resistance of the memory cell having data “1” is R1 in the read voltage will be described. Note that R1 << R0. As the configuration of the reading circuit 26b, for example, a circuit using the resistance element 46 and the differential amplifier 47 illustrated in FIG. 1B can be considered. The resistance element 46 has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 48 may be used instead of the resistance element 46, and a clocked inverter 49 may be used instead of the differential amplifier (FIG. 1C). The clocked inverter 49 receives a signal or an inverted signal that becomes Hi when reading and becomes Lo when not reading. Of course, the circuit configuration is not limited to those shown in FIGS.

メモリセル21からデータの読み出しを行う場合、まず、インターフェース23を介してロウデコーダ24a、カラムデコーダ26aおよびセレクタ26cによってメモリセル21を選択する。具体的には、ロウデコーダ24aによって、メモリセル21に接続されるワード線Wyに所定の電圧Vyを印加する。また、カラムデコーダ26aとセレクタ26cによって、メモリセル21に接続されるビット線Bxを読み出し回路26bの端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、VyとV0が抵抗素子46(抵抗値Rr)とメモリセル21(抵抗値R0もしくはR1)による抵抗分割によって決定される値となる。従って、メモリセル21がデータ「0」を有する場合には、Vp0=Vy+(V0−Vy)*R0/(R0+Rr)となる。また、メモリセル21がデータ「1」を有する場合には、Vp1=Vy+(V0−Vy)*R1/(R1+Rr)となる。その結果、図1(B)では、VrefをVp0とVp1の間となるように選択することで、図1(C)では、クロックトインバータの変化点をVp0とVp1の間となるように選択することで、出力電位Voutが、データ「0」/「1」に応じて、Lo/Hi(もしくはHi/Lo)が出力され、読み出しを行うことができる。   When reading data from the memory cell 21, first, the memory cell 21 is selected by the row decoder 24a, the column decoder 26a, and the selector 26c via the interface 23. Specifically, a predetermined voltage Vy is applied to the word line Wy connected to the memory cell 21 by the row decoder 24a. Further, the bit line Bx connected to the memory cell 21 is connected to the terminal P of the read circuit 26b by the column decoder 26a and the selector 26c. As a result, the potential Vp of the terminal P becomes a value determined by resistance division of Vy and V0 by the resistance element 46 (resistance value Rr) and the memory cell 21 (resistance value R0 or R1). Therefore, when the memory cell 21 has data “0”, Vp0 = Vy + (V0−Vy) * R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 21 has data “1”, Vp1 = Vy + (V0−Vy) * R1 / (R1 + Rr). As a result, in FIG. 1B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 1C, the change point of the clocked inverter is selected to be between Vp0 and Vp1. Thus, Lo / Hi (or Hi / Lo) is output as the output potential Vout according to the data “0” / “1”, and reading can be performed.

例えば、差動増幅器をVdd=3Vで動作させ、Vy=0V、V0=3V、Vref=1.5Vとする。仮に、R0/Rr=Rr/R1=9とすると、メモリセルのデータが「0」の場合、Vp0=2.7VとなりVoutはHiが出力され、メモリセルのデータが「1」の場合、Vp1=0.3VとなりVoutはLoが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができる。   For example, the differential amplifier is operated at Vdd = 3V, and Vy = 0V, V0 = 3V, and Vref = 1.5V. Assuming that R0 / Rr = Rr / R1 = 9, when the memory cell data is “0”, Vp0 = 2.7 V and Vout is Hi, and when the memory cell data is “1”, Vp1 = 0.3V and Lo is output as Vout. Thus, the memory cell can be read.

上記の方法によると、有機メモリ素子の電気抵抗の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの電気特性が、データ「0」と「1」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。   According to the above method, the state of the electric resistance of the organic memory element is read as a voltage value using the difference in resistance value and resistance division. Of course, the reading method is not limited to this method. For example, in addition to using the difference in electrical resistance, reading may be performed using the difference in current value. In addition, when the electrical characteristics of the memory cell have data “0” and “1” and diode characteristics with different threshold voltages, reading may be performed using the threshold voltage difference.

上述した通り、本実施の形態で示す有機メモリは、一対の導電層の間に有機化合物層を設ける単純な構成を有するため、作製工程が単純であり、安価な半導体装置の提供を可能とする。また、本実施の形態で示す有機メモリは、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供することができる。また、有機化合物層29として不可逆的な材料を用いることによって、データの書き込み(追記)は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供することができる。   As described above, since the organic memory described in this embodiment has a simple structure in which an organic compound layer is provided between a pair of conductive layers, a manufacturing process is simple and an inexpensive semiconductor device can be provided. . In addition, since the organic memory described in this embodiment is a nonvolatile memory, it is not necessary to incorporate a battery for holding data, and a small, thin, and lightweight semiconductor device can be provided. In addition, by using an irreversible material for the organic compound layer 29, data can be written (added), but data cannot be rewritten. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device that prevents forgery and ensures security.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態1とは異なる構成を有する半導体装置について説明する。具体的には、記憶回路の構成がアクティブマトリクス型の場合に関して示す。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a semiconductor device having a structure different from that of Embodiment 1 is described. Specifically, the case where the structure of the memory circuit is an active matrix type will be described.

図4(A)に示したのは本実施の形態で示す有機メモリの一構成例であり、メモリセル221がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ222、カラムデコーダ226aと読み出し回路226bとセレクタ226cを有するビット線駆動回路226、ロウデコーダ224aとレベルシフタ224bを有するワード線駆動回路224、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェース223を有している。なお、ここで示す記憶回路216の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。   FIG. 4A illustrates an example of a structure of the organic memory described in this embodiment. A memory cell array 222 in which memory cells 221 are provided in a matrix, a column decoder 226a, a reading circuit 226b, and a selector 226c are included. A bit line driver circuit 226 having a word decoder; a word line driver circuit 224 having a row decoder 224a and a level shifter 224b; an interface 223 having a write circuit and the like and performing exchange with the outside. Note that the structure of the memory circuit 216 shown here is just an example, and other circuits such as a sense amplifier, an output circuit, and a buffer may be included, and a writing circuit may be provided in the bit line driver circuit.

メモリセル221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240と、記憶素子241とを有する。記憶素子241は、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造を有する。   The memory cell 221 includes a first wiring that forms a bit line Bx (1 ≦ x ≦ m), a second wiring that forms a word line Wy (1 ≦ y ≦ n), a transistor 240, and a storage element 241. And have. The memory element 241 has a structure in which an organic compound layer is sandwiched between a pair of conductive layers.

次に、上記構成を有するメモリセルアレイ222の上面図と断面図の一例に関して図5を用いて説明する。なお、図5(A)はメモリセルアレイ222の上面図の一例を示しており、図5(B)は図5(A)におけるa−b間の断面図およびビット線駆動回路226が含むCMOS回路の断面構造を示している。   Next, an example of a top view and a cross-sectional view of the memory cell array 222 having the above structure is described with reference to FIGS. 5A illustrates an example of a top view of the memory cell array 222. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line ab in FIG. 5A and a CMOS circuit included in the bit line driver circuit 226. The cross-sectional structure of is shown.

メモリセルアレイ222は、絶縁表面を有する基板230上にスイッチング素子として機能するトランジスタ240および当該トランジスタ240に接続された記憶素子241(以下、有機メモリ素子241とも記す)とを複数有している(図5(A)、(B))。有機メモリ素子241は、第1の導電層243と、第2の導電層245と、有機化合物層244を有しており、有機化合物層244は第1の導電層243と第2の導電層245間に挟まれて設けられている。ここでは、隣接する各々のメモリセル221の間に絶縁層249を設けて、第1の導電層と当該絶縁層249上に有機化合物層244および第2の導電層245を積層して設けている(図5(B))。   The memory cell array 222 includes a plurality of transistors 240 that function as switching elements and memory elements 241 (hereinafter also referred to as organic memory elements 241) connected to the transistors 240 over a substrate 230 having an insulating surface (see FIG. 5 (A), (B)). The organic memory element 241 includes a first conductive layer 243, a second conductive layer 245, and an organic compound layer 244. The organic compound layer 244 includes the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245. It is provided between them. Here, an insulating layer 249 is provided between adjacent memory cells 221, and an organic compound layer 244 and a second conductive layer 245 are stacked over the first conductive layer and the insulating layer 249. (FIG. 5B).

また、図5(B)においては、第1の導電層243は素子形成層251に設けられたトランジスタ240のソースまたはドレイン電極としての機能も兼ねているが、ソースまたはドレイン電極とは別に第1の導電層243を形成してもよい(図5(C))。これは、例えば、第1の導電層243をITO等の透光性を有する材料で設ける場合等、つまりトランジスタのソースおよびドレイン電極と第1の導電層243を異なる材料で形成したいときに有効である。なお、上記構成において、有機化合物層244は全面に設けた例を示しているが、各メモリセルのみに有機化合物層244を選択的に設けてもよい。この場合、例えば、液滴吐出法やグラビア印刷法やスクリーン印刷法等を用いて選択的に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。   In FIG. 5B, the first conductive layer 243 also functions as a source or drain electrode of the transistor 240 provided in the element formation layer 251; however, the first conductive layer 243 has the first conductive layer separately from the source or drain electrode. The conductive layer 243 may be formed (FIG. 5C). This is effective when, for example, the first conductive layer 243 is provided with a light-transmitting material such as ITO, that is, when the source and drain electrodes of the transistor and the first conductive layer 243 are formed with different materials. is there. Note that although the organic compound layer 244 is provided over the entire surface in the above structure, the organic compound layer 244 may be selectively provided only in each memory cell. In this case, for example, the use efficiency of the material can be improved by selectively using a droplet discharge method, a gravure printing method, a screen printing method, or the like.

また、トランジスタ240のソースおよびドレイン電極を覆うように保護膜として絶縁層250を設け、当該絶縁層250上に第1の導電層243を設ける構成とすることもできる(図11)。この場合、第1の導電層243を覆うように全面に有機化合物層244を形成してもよい(図11(B))。また、隣接する各々のメモリセル間において、有機化合物層244の段切れや、横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた有機メモリ素子に含まれる有機化合物層を分離するために絶縁層249を設けてもよい(図11(C))。なお、図11(C)では、各メモリセルに選択的に有機化合物層244を設けた例を示したが、上記図5(C)に示したように、全面に有機化合物層244を設けた構成としてもよい。   Alternatively, the insulating layer 250 may be provided as a protective film so as to cover the source and drain electrodes of the transistor 240, and the first conductive layer 243 may be provided over the insulating layer 250 (FIG. 11). In this case, an organic compound layer 244 may be formed over the entire surface so as to cover the first conductive layer 243 (FIG. 11B). In addition, when there is a concern about the step of the organic compound layer 244 between the adjacent memory cells or the influence of the electric field in the lateral direction, the organic compound layer included in the organic memory element provided in each memory cell. An insulating layer 249 may be provided in order to separate (FIG. 11C). FIG. 11C shows an example in which the organic compound layer 244 is selectively provided in each memory cell. However, as shown in FIG. 5C, the organic compound layer 244 is provided on the entire surface. It is good also as a structure.

このように、絶縁層250を設けて記憶素子部を形成することによって第1の導電層を自由に配置することができる。つまり、図5の構成では、トランジスタ240のソースまたはドレイン電極を避けた領域に記憶素子241を設ける必要があったが、上記構成とすることによって、例えば、素子形成層251に設けられたトランジスタ240の上方に記憶素子241を形成することが可能となる。その結果、記憶回路216をより高集積化することが可能となる(図11(A))。   In this manner, the first conductive layer can be freely arranged by providing the insulating layer 250 and forming the memory element portion. That is, in the configuration in FIG. 5, the memory element 241 needs to be provided in a region where the source or drain electrode of the transistor 240 is avoided, but by using the above configuration, for example, the transistor 240 provided in the element formation layer 251. It is possible to form the memory element 241 above the upper portion. As a result, the memory circuit 216 can be more highly integrated (FIG. 11A).

また、上記構成とは異なる構成として、第1の導電層と第2の導電層とを同一の層に配置して記憶素子部を形成することもできる。この場合の一構成例に関して、図20を用いて説明する。   As another structure different from the above structure, the memory element portion can be formed by disposing the first conductive layer and the second conductive layer in the same layer. A configuration example in this case will be described with reference to FIG.

図5または図11では、第1の導電層と第2の導電層を用いて有機化合物層244を上下で挟んで積層させることによって記憶素子部を形成したが、ここでは、第1の導電層243と第2の導電層245を同一の層に設け横方向で有機化合物層244を挟むことによって記憶素子部を形成する(図20(A)、(B))。この場合、第1の導電層は、トランジスタ240のソースまたはドレイン電極としての機能を有しており、第2の導電層245もソースまたはドレイン電極と同一の層に形成されている。第1の導電層243と第2の導電層245とが同じ材料を用いて形成することができる場合は、第1の導電層243および第2の導電層245を同時に形成することができるため、作製工程を減らすことができる。   In FIG. 5 or FIG. 11, the memory element portion is formed by stacking the organic compound layer 244 with the first conductive layer and the second conductive layer sandwiched between the upper and lower sides, but here the first conductive layer is formed. A memory element portion is formed by providing 243 and the second conductive layer 245 in the same layer and sandwiching the organic compound layer 244 in the horizontal direction (FIGS. 20A and 20B). In this case, the first conductive layer functions as a source or drain electrode of the transistor 240, and the second conductive layer 245 is also formed in the same layer as the source or drain electrode. In the case where the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 can be formed using the same material, the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 can be formed at the same time. The number of manufacturing steps can be reduced.

また、トランジスタ240のソースおよびドレイン電極を覆うように保護膜として絶縁層250を設け、当該絶縁層250上に第1の導電層243および第2の導電層245を設ける構成とすることもできる(図20(C))。これは、例えば、第1の導電層243をITO等の透光性を有する材料で設ける場合等、つまりトランジスタのソースおよびドレイン電極と第1の導電層243を異なる材料で形成したいとき等に有効である。また、絶縁層250を設けて記憶素子部を形成することによって第1の導電層および第2の導電層を自由に配置することができるため、より集積化した記憶素子部を設けることができる。この場合も、第1の導電層243と第2の導電層245の材料が同じ場合には同時に形成することにより、作製工程を減らすことができる。   Alternatively, the insulating layer 250 may be provided as a protective film so as to cover the source and drain electrodes of the transistor 240, and the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 may be provided over the insulating layer 250 ( FIG. 20 (C)). This is effective when, for example, the first conductive layer 243 is provided with a light-transmitting material such as ITO, that is, when the source and drain electrodes of the transistor and the first conductive layer 243 are formed with different materials. It is. In addition, since the first conductive layer and the second conductive layer can be freely arranged by providing the insulating layer 250 and forming the memory element portion, a more integrated memory element portion can be provided. Also in this case, when the materials of the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 are the same, the manufacturing steps can be reduced by forming them simultaneously.

なお、図20の構成において、第1の導電層243と第2の導電層245は必ずしも同一の層に設ける必要はない。例えば、図20(C)の構成において、第2の導電層245を有機化合物層244の上方に形成し、有機化合物層244を介して斜め方向で第1の導電層243と第2の導電層245が配置する構成としてもよい。このような構成とすることによって、第1の電極上にゴミ等の汚染物がある場合にも、その影響を防止することができる。   Note that in the structure in FIG. 20, the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 are not necessarily provided in the same layer. For example, in the structure of FIG. 20C, the second conductive layer 245 is formed above the organic compound layer 244, and the first conductive layer 243 and the second conductive layer are obliquely interposed through the organic compound layer 244. It is good also as a structure which 245 arrange | positions. With such a configuration, even when there is a contaminant such as dust on the first electrode, the influence can be prevented.

上述した複数の構成において、トランジスタ240はスイッチング素子として機能し得るものであれば、どのような構成で設けてもよい。例えば、Si等の半導体基板上に直接トランジスタを形成してもよいし、ガラスや可撓性を有する基板上に薄膜トランジスタ(TFT)を形成してもよいし、当該トランジスタを構成する半導体層を有機化合物で形成する有機トランジスタで形成してもよい。トランジスタ240を有機トランジスタで設けた場合の一例を図21(A)に示す。基板230上にソース電極またはドレイン電極となる導電層を覆うように有機材料を含む層270が形成され、有機材料を含む層270の上方にゲート絶縁膜272を介してゲート電極271が形成されている。有機材料を含む層270はトランジスタ240のチャネル領域として機能し、ソース電極またはドレイン電極となる導電層の一方は、上述した構造における第1の導電層243として機能する。   In the plurality of structures described above, the transistor 240 may have any structure as long as it can function as a switching element. For example, a transistor may be formed directly on a semiconductor substrate such as Si, a thin film transistor (TFT) may be formed on a glass or flexible substrate, and the semiconductor layer constituting the transistor may be an organic layer. You may form with the organic transistor formed with a compound. An example in the case where the transistor 240 is an organic transistor is illustrated in FIG. A layer 270 containing an organic material is formed over the substrate 230 so as to cover a conductive layer to be a source electrode or a drain electrode, and a gate electrode 271 is formed above the layer 270 containing an organic material through a gate insulating film 272. Yes. The layer 270 including an organic material functions as a channel region of the transistor 240, and one of the conductive layers serving as a source electrode and a drain electrode functions as the first conductive layer 243 in the above structure.

また、本実施の形態では、絶縁性を有する基板上にプレーナ型の薄膜トランジスタを設けた例を示しているが、スタガ型や逆スタガ型等の構造でトランジスタを形成することも可能である図21(B)。また、薄膜トランジスタの構造として上述した構造に限られず、チャネル領域が1つ形成されるシングルゲート構造でもよいし、2つ形成されるダブルゲート構造または3つ形成されるトリプルゲート構造等のマルチゲート構造を用いることができる。また、チャネル領域の上下に絶縁膜を介して配置された2つのゲート電極を有するデュアルゲート型としてもよい。   Further, although an example in which a planar thin film transistor is provided over an insulating substrate is described in this embodiment, a transistor can be formed with a staggered structure, an inverted staggered structure, or the like. (B). Further, the structure of the thin film transistor is not limited to the structure described above, and may be a single gate structure in which one channel region is formed, or a multi-gate structure such as a double gate structure in which two channel regions are formed or a triple gate structure in which three channel regions are formed Can be used. Alternatively, a dual gate type having two gate electrodes arranged above and below the channel region with an insulating film interposed therebetween may be used.

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

第1の導電層243と第2の導電層245の材料および形成方法は、上記実施の形態1で示した材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。   A material and a formation method of the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 can be similarly performed using any of the materials and the formation method described in Embodiment Mode 1.

光学的作用によりデータの書き込みを行う場合、第1の導電層243と第2の導電層245の一方又は両方は、上記実施の形態で示した透光性を有する導電性材料により形成するか、又は光を透過する厚さで形成する。電気的作用によりデータの書き込みを行う場合、第1の導電層243と第2の導電層245に用いる材料に特に制約はない。   In the case where data is written by an optical action, one or both of the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 are formed using the light-transmitting conductive material described in the above embodiment mode. Or it forms with the thickness which permeate | transmits light. In the case where data is written by an electrical action, there is no particular limitation on the material used for the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245.

また、有機化合物層244は、上記実施の形態1で示した有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。   The organic compound layer 244 can be provided using a material and a formation method similar to those of the organic compound layer described in Embodiment 1.

また、第1の導電層243と有機化合物層244の間、もしくは第2の導電層245と有機化合物層244の間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、代表的には、ショットキーダイオード、PN接合を有するダイオード、PIN接合を有するダイオード、あるいはゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタである。もちろん、他の構成のダイオードでも構わない。このように、整流作用を有する素子を設けることにより、メモリセルの選択性を向上し、読み出しや書き込み動作のマージンを向上させることができる。   Alternatively, a rectifying element may be provided between the first conductive layer 243 and the organic compound layer 244 or between the second conductive layer 245 and the organic compound layer 244. The rectifying element is typically a Schottky diode, a diode having a PN junction, a diode having a PIN junction, or a transistor in which a gate electrode and a drain electrode are connected. Of course, other configurations of diodes may be used. In this manner, by providing an element having a rectifying action, the selectivity of the memory cell can be improved and the margin of the read or write operation can be improved.

次に、記憶回路216にデータの書き込みを行うときの動作について説明する(図4)。   Next, an operation when data is written to the memory circuit 216 will be described (FIG. 4).

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

ここでは、n行m列目のメモリセル221にデータを書き込む場合について説明する。メモリセル221にデータ「1」を書き込む場合、まず、インターフェース223を介してロウデコーダ224a、カラムデコーダ226aおよびセレクタ226cによってメモリセル221を選択する。具体的には、ロウデコーダ224aによって、メモリセル221に接続されるワード線Wnに所定の電圧V22を印加する。また、カラムデコーダ226aとセレクタ226cによって、メモリセル221に接続されるビット線Bmを読み出し回路226bに接続する。そして、読み出し回路226bからビット線B3へ書き込み電圧V21を出力する。   Here, a case where data is written to the memory cell 221 in the n-th row and the m-th column will be described. When data “1” is written to the memory cell 221, first, the memory cell 221 is selected by the row decoder 224a, the column decoder 226a, and the selector 226c via the interface 223. Specifically, a predetermined voltage V22 is applied to the word line Wn connected to the memory cell 221 by the row decoder 224a. Further, the bit line Bm connected to the memory cell 221 is connected to the read circuit 226b by the column decoder 226a and the selector 226c. Then, the write voltage V21 is output from the read circuit 226b to the bit line B3.

こうして、メモリセルを構成するトランジスタ240をオン状態とし、有機メモリ素子241に、共通電極及びビット線とを電気的に接続し、おおむねVw=Vcom−V21の電圧を印加する。電位Vwを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層29を物理的もしくは電気的変化させ、データ「1」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「1」の状態の第1の導電層と第2の導電層の間の電気抵抗が、データ「0」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよく、単に短絡(ショート)させてもよい。なお、電位は、(V21、V22、Vcom)=(5〜15V、5〜15V、0V)、あるいは(−12〜0V、−12〜0V、3〜5V)の範囲から適宜選べば良い。電圧Vwは5〜15V、あるいは−5〜−15Vとすればよい。なお、この場合に、有機化合物層を挟んで設けられた一対の導電層間の距離が変化する場合がある。   Thus, the transistor 240 constituting the memory cell is turned on, the common electrode and the bit line are electrically connected to the organic memory element 241, and a voltage of approximately Vw = Vcom−V21 is applied. By appropriately selecting the potential Vw, the organic compound layer 29 provided between the conductive layers is changed physically or electrically, and data “1” is written. Specifically, at the read operation voltage, the electrical resistance between the first conductive layer and the second conductive layer in the data “1” state is significantly smaller than that in the data “0” state. It may be changed as described above, or it may be simply short-circuited. The potential may be appropriately selected from the range of (V21, V22, Vcom) = (5-15V, 5-15V, 0V), or (-12 to 0V, -12 to 0V, 3 to 5V). The voltage Vw may be 5 to 15V, or -5 to -15V. In this case, the distance between the pair of conductive layers provided with the organic compound layer interposed therebetween may change.

なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ「1」が書き込まれないよう制御する。具体的には、非選択のワード線には接続されるメモリセルのトランジスタをオフ状態とする電位(例えば0V)を印加し、非選択のビット線は浮遊状態とするか、Vcomと同程度の電位を印加するとよい。   Note that data “1” is controlled not to be written in the memory cell connected to the non-selected word line and the non-selected bit line. Specifically, a potential (for example, 0 V) for turning off the transistor of the memory cell to be connected is applied to the non-selected word line, and the non-selected bit line is in a floating state or approximately equal to Vcom. A potential may be applied.

一方、メモリセル221にデータ「0」を書き込む場合は、メモリセル221には電気的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「1」を書き込む場合と同様に、インターフェース223を介してロウデコーダ224a、カラムデコーダ226aおよびセレクタ226cによってメモリセル221を選択するが、読み出し回路226bからビット線B3への出力電位をVcomと同程度とするか、ビット線B3を浮遊状態とする。その結果、有機メモリ素子241には、小さい電圧(例えば−5〜5V)が印加されるか、電圧が印加されないため、電気特性が変化せず、データ「0」書き込みが実現される。   On the other hand, when data “0” is written in the memory cell 221, it is not necessary to apply an electrical action to the memory cell 221. In the circuit operation, for example, as in the case of writing “1”, the memory cell 221 is selected by the row decoder 224a, the column decoder 226a, and the selector 226c via the interface 223, but the read circuit 226b supplies the bit line B3 to the bit line B3. The output potential is set to the same level as Vcom or the bit line B3 is set in a floating state. As a result, since a small voltage (for example, −5 to 5 V) is applied to the organic memory element 241 or no voltage is applied, the electrical characteristics do not change and data “0” writing is realized.

続いて、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。この場合、レーザ照射装置により、透光性を有する導電層側(ここでは第2の導電層245とする)から、有機メモリ素子241に含まれる有機化合物層244に対して、レーザ光を照射することにより行う。   Next, a case where data is written by optical action will be described. In this case, the laser irradiation apparatus irradiates the organic compound layer 244 included in the organic memory element 241 with laser light from the light-transmitting conductive layer side (herein, the second conductive layer 245). By doing.

有機化合物層244に選択的にレーザ光を照射することにより、有機化合物層244が酸化または炭化して絶縁化する。そうすると、レーザ光が照射された有機メモリ素子241における第1の導電層243と第2の導電層245間の抵抗値は増加し、レーザ光が照射されない有機メモリ素子241における第1の導電層243と第2の導電層245間の抵抗値は変化しない。   By selectively irradiating the organic compound layer 244 with laser light, the organic compound layer 244 is oxidized or carbonized to be insulated. Then, the resistance value between the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 in the organic memory element 241 irradiated with the laser light increases, and the first conductive layer 243 in the organic memory element 241 not irradiated with the laser light. And the resistance value between the second conductive layer 245 do not change.

次に、電気的作用により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。データの読み出しは、有機メモリ素子241の電気特性が、データ「0」を有するメモリセルとデータ「1」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「0」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてR0、データ「1」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてR1とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、R1<<R0とする。読み出し回路226b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246と差動増幅器247を用いたビット線駆動回路226を考えることができる。抵抗素子は抵抗値Rrを有し、R1<Rr<R0であるとする。抵抗素子246の代わりに、トランジスタ248を用いても良いし、差動増幅器の代わりにクロックトインバータ249を用いることも可能である(図4(C))。勿論、回路構成は図4(B)、(C)に限定されない。   Next, an operation when data is read by electrical action will be described. Data is read using the fact that the electrical characteristics of the organic memory element 241 are different between the memory cell having the data “0” and the memory cell having the data “1”. For example, the electrical resistance of the memory element constituting the memory cell having data “0” is R0 at the read voltage, and the electrical resistance of the memory element constituting the memory cell having data “1” is R1 at the read voltage. A method of reading using the difference will be described. Note that R1 << R0. As the structure of the reading circuit 226b, for example, a bit line driver circuit 226 using the resistance element 246 and the differential amplifier 247 illustrated in FIG. 4B can be considered. The resistance element has a resistance value Rr, and R1 <Rr <R0. A transistor 248 may be used instead of the resistance element 246, and a clocked inverter 249 may be used instead of the differential amplifier (FIG. 4C). Of course, the circuit configuration is not limited to FIGS. 4B and 4C.

n行m列目メモリセル221からデータの読み出しを行う場合、まず、インターフェース223を介してロウデコーダ224a、カラムデコーダ226aおよびセレクタ226cによってメモリセル221を選択する。具体的には、ロウデコーダ224aによって、メモリセル221に接続されるワード線Wnに所定の電圧V24を印加し、トランジスタ240をオン状態にする。また、カラムデコーダ226aとセレクタ226cによって、メモリセル221に接続されるビット線Bmを読み出し回路226bの端子Pに接続する。その結果、端子Pの電位Vpは、VcomとV0が抵抗素子246(抵抗値Rr)と有機メモリ素子241(抵抗値R0もしくはR1)による抵抗分割によって決定される値となる。従って、メモリセル221がデータ「0」を有する場合には、Vp0=Vcom+(V0−Vcom)*R0/(R0+Rr)となる。また、メモリセル221がデータ「1」を有する場合には、Vp1=Vcom+(V0−Vcom)*R1/(R1+Rr)となる。その結果、図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の変化点をVp0とVp1の間となるように選択することで、出力電位Voutが、データ「0」/「1」に応じて、Lo/Hi(もしくはHi/Lo)が出力され、読み出しを行うことができる。   When reading data from the memory cell 221 in the n-th row and the m-th column, first, the memory cell 221 is selected by the row decoder 224a, the column decoder 226a, and the selector 226c via the interface 223. Specifically, the row decoder 224a applies a predetermined voltage V24 to the word line Wn connected to the memory cell 221 to turn on the transistor 240. Further, the bit line Bm connected to the memory cell 221 is connected to the terminal P of the read circuit 226b by the column decoder 226a and the selector 226c. As a result, the potential Vp of the terminal P becomes a value determined by resistance division of Vcom and V0 by the resistance element 246 (resistance value Rr) and the organic memory element 241 (resistance value R0 or R1). Therefore, when the memory cell 221 has data “0”, Vp0 = Vcom + (V0−Vcom) * R0 / (R0 + Rr). When the memory cell 221 has data “1”, Vp1 = Vcom + (V0−Vcom) * R1 / (R1 + Rr). As a result, in FIG. 4B, Vref is selected to be between Vp0 and Vp1, and in FIG. 4C, the changing point of the clocked inverter is selected to be between Vp0 and Vp1. Thus, Lo / Hi (or Hi / Lo) is output as the output potential Vout according to the data “0” / “1”, and reading can be performed.

例えば、差動増幅器をVdd=3Vで動作させ、Vcom=0V、V0=3V、Vref=1.5Vとする。仮に、R0/Rr=Rr/R1=9とし、トランジスタ240のオン抵抗を無視できるとすると、メモリセルのデータが「0」の場合、Vp0=2.7VとなりVoutはHiが出力され、メモリセルのデータが「1」の場合、Vp1=0.3VとなりVoutはLoが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができる。   For example, the differential amplifier is operated at Vdd = 3V, and Vcom = 0V, V0 = 3V, and Vref = 1.5V. Assuming that R0 / Rr = Rr / R1 = 9 and the on-resistance of the transistor 240 can be ignored, when the data in the memory cell is “0”, Vp0 = 2.7V and Vout is output as Hi, When the data of “1” is “1”, Vp1 = 0.3 V and Lo is output as Vout. Thus, the memory cell can be read.

上記の方法によると、有機メモリ素子241の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの電気特性が、データ「0」と「1」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。   According to the above method, the voltage value is read by utilizing the difference in resistance value and resistance division of the organic memory element 241. Of course, the reading method is not limited to this method. For example, in addition to using the difference in electrical resistance, reading may be performed using the difference in current value. In addition, when the electrical characteristics of the memory cell have data “0” and “1” and diode characteristics with different threshold voltages, reading may be performed using the threshold voltage difference.

次に、電気的作用により、記憶素子部のデータを読み出す場合の一例に関して図18に具体例を挙げて説明する。   Next, an example of reading data in the memory element portion by electrical action will be described with reference to FIG.

図18は、記憶素子部に「0」のデータの書き込みを行った記憶素子部の電流電圧特性951と、「1」のデータの書き込みを行った記憶素子部の電流電圧特性952と、抵抗素子246の電流電圧特性953を示しており、ここでは抵抗素子246としてトランジスタを用いた場合を示す。また、データを読み出す際の動作電圧として、第1の導電層243と第2の導電層245の間に3Vを印加した場合について説明する。   FIG. 18 shows a current-voltage characteristic 951 of a memory element unit in which data “0” is written in the memory element unit, a current-voltage characteristic 952 of a memory element unit in which data “1” is written, and a resistance element A current-voltage characteristic 953 of H.246 is shown. Here, a case where a transistor is used as the resistance element 246 is shown. Further, a case where 3 V is applied between the first conductive layer 243 and the second conductive layer 245 as an operation voltage when reading data will be described.

図18において、「0」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性951とトランジスタの電流電圧特性953との交点954が動作点となり、このときのノードαの電位はV1(V)となる。ノードαの電位は差動増幅器247に供給され、当該差動増幅器247において、上記メモリセルが記憶するデータは、「0」と判別される。   In FIG. 18, in a memory cell having a memory element portion in which data of “0” is written, an intersection 954 between the current-voltage characteristic 951 of the memory element part and the current-voltage characteristic 953 of the transistor serves as an operating point. The potential of the node α is V1 (V). The potential of the node α is supplied to the differential amplifier 247, and the data stored in the memory cell is determined as “0” in the differential amplifier 247.

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

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

本実施の形態では、有機化合物と無機化合物を混合した層を用いて有機化合物層を形成することによって、有機化合物層の結晶化を抑制することができ、抵抗の増加を伴わずに有機化合物層を厚く形成することが可能となる。そのため、基板上にゴミや汚れ等に起因する凹凸がある場合であっても、有機化合物層の厚膜化により凹凸の影響をほとんど受けない。従って、凹凸に起因するショート等の不良を防止することができる。また、有機メモリを可撓性基板上に搭載する場合であっても、記憶素子の層を厚く形成することによって、曲げ等の物理的応力に対抗することができる。   In this embodiment mode, by forming an organic compound layer using a layer in which an organic compound and an inorganic compound are mixed, crystallization of the organic compound layer can be suppressed, and the organic compound layer does not increase in resistance. Can be formed thick. Therefore, even if there are irregularities due to dust or dirt on the substrate, the organic compound layer is hardly affected by the irregularities due to the thick film. Accordingly, it is possible to prevent defects such as a short circuit due to unevenness. Even when the organic memory is mounted on a flexible substrate, it is possible to resist physical stress such as bending by forming the memory element layer thick.

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。   Note that this embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.

(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なる半導体装置の一例に関して図面を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a semiconductor device different from that in the above embodiment will be described with reference to drawings.

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

まず、複数の素子および有機メモリ素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合の半導体装置の一構成例について図6を用いて説明する。   First, a structure example of a semiconductor device in the case where an antenna is provided over a substrate provided with a plurality of elements and organic memory elements will be described with reference to FIGS.

図6(A)はパッシブマトリクス型で構成される有機メモリ素子を有する半導体装置を示しており、基板350上にトランジスタ451を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に記憶素子部352とアンテナ部353が設けられている。なお、ここでは素子形成層351の上方に記憶素子部352またはアンテナ部353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352またはアンテナ部353を、素子形成層351の下方や同一の層に設けることも可能である。   FIG. 6A illustrates a semiconductor device having an organic memory element formed of a passive matrix type, in which an element formation layer 351 including a transistor 451 is provided over a substrate 350 and a memory element is provided above the element formation layer 351. A portion 352 and an antenna portion 353 are provided. Note that here, the case where the memory element portion 352 or the antenna portion 353 is provided above the element formation layer 351 is shown; however, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 352 or the antenna portion 353 is disposed below the element formation layer 351. Or in the same layer.

記憶素子部352に含まれる複数の有機メモリ素子はそれぞれ、第1の導電層361と有機化合物層362と第2の導電層363とが積層して設けられ、第2の導電層363を覆って保護膜として機能する絶縁層366が形成されている。また、有機化合物層362は第1の導電層361を覆うように全面に形成してもよいが、隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに有機化合物層を分離するための絶縁層364を設けてもよい。なお、記憶素子部352は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   Each of the plurality of organic memory elements included in the memory element portion 352 is provided by stacking a first conductive layer 361, an organic compound layer 362, and a second conductive layer 363, and covers the second conductive layer 363. An insulating layer 366 that functions as a protective film is formed. The organic compound layer 362 may be formed over the entire surface so as to cover the first conductive layer 361. However, if there is a concern about the influence of the electric field in the lateral direction in adjacent memory cells, the organic compound layer 362 may An insulating layer 364 for separating the compound layer may be provided. Note that the memory element portion 352 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

また、記憶素子部352において、上記実施の形態で示したように、第1の導電層361と有機化合物層362との間、または有機化合物層362と第2の導電層363との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子も上述したものを用いることが可能である。   Further, in the memory element portion 352, as shown in the above embodiment mode, rectification is performed between the first conductive layer 361 and the organic compound layer 362 or between the organic compound layer 362 and the second conductive layer 363. A device having a property may be provided. The above-described elements having a rectifying property can also be used.

アンテナ部353は、アンテナとして機能する導電層355が設けられている。アンテナとして機能する導電層355は、波形整形回路や整流回路を構成するトランジスタに接続されている。また、非接触で外部から送られてきたデータは波形整形回路や整流回路で整形された後、読み込み回路や書き込み回路を介して有機メモリ素子とデータのやりとり(データの書き込みや読み込み)が行われる。ここでは、導電層355は第1の導電層361と同一の層に設けられており、導電層355と第1の導電層361を同一の材料を用いて一緒に形成してもよい。また、導電層355は、絶縁層364または絶縁層366上に形成してもよい。絶縁層364上に設ける場合は、第2の導電層363と同じ材料を用いて一緒に形成することもできる。   The antenna portion 353 is provided with a conductive layer 355 that functions as an antenna. The conductive layer 355 functioning as an antenna is connected to a transistor that forms a waveform shaping circuit or a rectifier circuit. In addition, data sent from the outside in a non-contact manner is shaped by a waveform shaping circuit or a rectifier circuit, and then exchanged with an organic memory element (data writing or reading) through a reading circuit or a writing circuit. . Here, the conductive layer 355 is provided in the same layer as the first conductive layer 361, and the conductive layer 355 and the first conductive layer 361 may be formed using the same material. The conductive layer 355 may be formed over the insulating layer 364 or the insulating layer 366. In the case where the insulating layer 364 is provided over the insulating layer 364, the second conductive layer 363 can be formed using the same material.

導電層355の材料としては、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバルト(Co)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金等を用いることができる。また、導電層355の形成方法は、蒸着、スパッタリング法、CVD法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の各種印刷法または液滴吐出法等を用いることができる。   As a material of the conductive layer 355, gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), copper (Cu), aluminum (Al), manganese ( A kind of element selected from Mn), titanium (Ti) or the like, or an alloy containing a plurality of such elements can be used. As a method for forming the conductive layer 355, vapor deposition, a sputtering method, a CVD method, various printing methods such as screen printing or gravure printing, a droplet discharge method, or the like can be used.

素子形成層351に含まれるトランジスタ451は、pチャネル型TFT、nチャネル型TFTまたはこれらを組み合わせたCMOS回路で設けることができる。また、トランジスタ451に含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成してもよいし、pチャネル型またはnチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース領域とドレイン領域とゲート電極にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   The transistor 451 included in the element formation layer 351 can be a p-channel TFT, an n-channel TFT, or a CMOS circuit in which these are combined. In addition, any structure of a semiconductor layer included in the transistor 451 may be used. For example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) may be formed, or a p-channel type or n-type may be used. Either channel type may be used. In addition, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed in the source region, the drain region, and the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

また、素子形成層351に含まれるトランジスタ451は、当該トランジスタを構成する半導体層を有機化合物で形成する有機トランジスタで設けてもよい。この場合、基板350としてプラスチック等の可撓性を有する基板上に、直接印刷法や液滴吐出法等を用いて有機トランジスタからなる素子形成層351を形成することができる。またこの際、上述したように記憶素子部352も印刷法や液滴吐出法等を用いて形成することによってより低コストで半導体装置を作製することが可能となる。   Alternatively, the transistor 451 included in the element formation layer 351 may be an organic transistor in which a semiconductor layer included in the transistor is formed using an organic compound. In this case, the element formation layer 351 including an organic transistor can be formed using a direct printing method, a droplet discharge method, or the like over a flexible substrate such as a plastic as the substrate 350. At this time, as described above, the memory element portion 352 is formed using a printing method, a droplet discharge method, or the like, whereby a semiconductor device can be manufactured at lower cost.

図6(B)にアクティブマトリクス型の有機メモリを有する半導体装置の一例を示す。なお、図6(B)については、図6(A)と異なる部分に関して説明する。   FIG. 6B illustrates an example of a semiconductor device including an active matrix organic memory. Note that FIG. 6B will be described with respect to portions different from those in FIG.

図6(B)に示す半導体装置は、基板350上にトランジスタ451、354を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に記憶素子部356とアンテナ部353が設けられている。なお、ここではトランジスタ451と同一の層に記憶素子部356のスイッチング素子として機能するトランジスタ354を設け、素子形成層351の上方に記憶素子部356とアンテナ部353を設けた場合を示しているが、この構成に限られずトランジスタ354を素子形成層351の上方や下方に設けてもよいし、記憶素子部356やアンテナ部353を、素子形成層351の下方や同一の層に設けることも可能である。   In the semiconductor device illustrated in FIG. 6B, an element formation layer 351 including transistors 451 and 354 is provided over a substrate 350, and a memory element portion 356 and an antenna portion 353 are provided above the element formation layer 351. Note that here, the transistor 354 functioning as a switching element of the memory element portion 356 is provided in the same layer as the transistor 451, and the memory element portion 356 and the antenna portion 353 are provided above the element formation layer 351. The transistor 354 may be provided above or below the element formation layer 351 without being limited to this structure, and the memory element portion 356 and the antenna portion 353 may be provided below the element formation layer 351 or in the same layer. is there.

記憶素子部356は、第1の導電層371と有機化合物層372と第2の導電層373が積層して設けられており、第2の導電層373を覆うように保護膜として絶縁層376が形成されている。また、ここでは、第1の導電層371の端部を覆うように絶縁層374が形成され、有機化合物層372が各メモリセルに選択的に形成されているが、第1の導電層371および絶縁層374を覆うように全面に形成してもよい。なお、記憶素子部356は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。また、記憶素子部356においても、上述したように、第1の導電層371と有機化合物層372との間、または有機化合物層372と第2の導電層373との間に整流性を有する素子を設けてもよい。   The memory element portion 356 is provided by stacking a first conductive layer 371, an organic compound layer 372, and a second conductive layer 373, and an insulating layer 376 is provided as a protective film so as to cover the second conductive layer 373. Is formed. Here, the insulating layer 374 is formed so as to cover the end portion of the first conductive layer 371, and the organic compound layer 372 is selectively formed in each memory cell, but the first conductive layer 371 and You may form in the whole surface so that the insulating layer 374 may be covered. Note that the memory element portion 356 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes. In the memory element portion 356, as described above, a rectifying element is provided between the first conductive layer 371 and the organic compound layer 372 or between the organic compound layer 372 and the second conductive layer 373. May be provided.

アンテナ部353に設けられた導電層355は、第1の導電層371と同一の層に形成してもよいし、絶縁層374または絶縁層376上に形成してもよい。導電層355を第1の導電層371または第2の導電層373と同一の層に設ける場合は、それぞれ第1の導電層371または第2の導電層373と同じ材料を用いて一緒に形成することもできる。   The conductive layer 355 provided in the antenna portion 353 may be formed in the same layer as the first conductive layer 371 or may be formed over the insulating layer 374 or the insulating layer 376. In the case where the conductive layer 355 is provided in the same layer as the first conductive layer 371 or the second conductive layer 373, they are formed together using the same material as the first conductive layer 371 or the second conductive layer 373, respectively. You can also.

素子形成層351に設けられたトランジスタ354は、記憶素子部356へのデータの書き込みまたは読み込みを行う場合にスイッチング素子として機能する。そのため、トランジスタ354はpチャネル型TFTまたはnチャネル型TFTのどちらか一方の構成を用いて設けることが好ましい。また、トランジスタ354に含まれる半導体層の構造は、どのような構成としてもよく、例えば不純物領域(ソース領域、ドレイン領域、LDD領域を含む)を形成してもよいし、pチャネル型またはnチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層(サイドウォール)を形成してもよいし、ソース領域とドレイン領域とゲート電極にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。   The transistor 354 provided in the element formation layer 351 functions as a switching element when data is written to or read from the memory element portion 356. Therefore, the transistor 354 is preferably provided using either a p-channel TFT or an n-channel TFT. The semiconductor layer included in the transistor 354 may have any structure, for example, an impurity region (including a source region, a drain region, and an LDD region) may be formed, or a p-channel type or an n-channel type You may form with either type | mold. In addition, an insulating layer (side wall) may be formed so as to be in contact with the side surface of the gate electrode, or a silicide layer may be formed in the source region, the drain region, and the gate electrode. As a material for the silicide layer, nickel, tungsten, molybdenum, cobalt, platinum, or the like can be used.

また、素子形成層351、記憶素子部356、アンテナ部353は、上述したように蒸着、スパッタリング法、CVD法、印刷法または液滴吐出法等を用いて形成することができる。なお、各場所によって異なる方法を用いて形成してもかまわない。例えば、高速動作が必要とされるトランジスタ451は基板上にSi等からなる半導体層を形成した後に熱処理により結晶化させて設け、その後、素子形成層351の上方にスイッチング素子として機能するトランジスタ354を印刷法や液滴吐出法を用いて有機トランジスタとして設けることができる。   Further, as described above, the element formation layer 351, the memory element portion 356, and the antenna portion 353 can be formed by vapor deposition, a sputtering method, a CVD method, a printing method, a droplet discharge method, or the like. Note that a different method may be used depending on each place. For example, the transistor 451 that requires high-speed operation is provided by forming a semiconductor layer made of Si or the like over a substrate and then crystallizing it by heat treatment. After that, a transistor 354 that functions as a switching element is provided above the element formation layer 351. An organic transistor can be provided by a printing method or a droplet discharge method.

なお、図6(B)に示す記憶素子部356は、第1の導電層371を図11に示すように絶縁層を介して素子形成層351のトランジスタのソースまたはドレイン電極と接続する構成を示しているが、もちろん図5(B)、(C)に示すようにトランジスタのソースまたはドレイン電極と同一の層に形成することも可能である。   Note that the memory element portion 356 illustrated in FIG. 6B has a structure in which the first conductive layer 371 is connected to the source or drain electrode of the transistor in the element formation layer 351 through an insulating layer as illustrated in FIG. Of course, as shown in FIGS. 5B and 5C, the transistor can be formed in the same layer as the source or drain electrode of the transistor.

次に、複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合の半導体装置の一構成例に関して図7を用いて説明する。なお、図7に関しては図6と異なる部分に関して説明を行う。   Next, a structure example of a semiconductor device in which a terminal portion is provided over a substrate provided with a plurality of elements and memory elements and an antenna provided over another terminal is connected to the terminal portion is described with reference to FIGS. I will explain. 7 will be described with respect to portions different from FIG.

図7(A)はパッシブマトリクス型の有機メモリを有する半導体装置を示しており、基板350上に素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に記憶素子部352が設けられ、基板365に設けられたアンテナ部357が素子形成層と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層351の上方に記憶素子部352またはアンテナ部353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352を素子形成層351の下方や同一の層に、またはアンテナ部353を素子形成層351の下方に設けることも可能である。   FIG. 7A illustrates a semiconductor device having a passive matrix organic memory, in which an element formation layer 351 is provided over a substrate 350, a memory element portion 352 is provided above the element formation layer 351, and a substrate 365 is formed. The antenna portion 357 provided in the is connected to the element formation layer. Note that here, the case where the memory element portion 352 or the antenna portion 353 is provided above the element formation layer 351 is shown; however, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 352 is provided below the element formation layer 351 or in the same layer. Alternatively, the antenna portion 353 can be provided below the element formation layer 351.

記憶素子部352は、第1の導電層361と有機化合物層362と第2の導電層363が積層して設けられている。また、有機化合物層362の段切れや隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念される場合は、図6(A)のように各メモリセルごとに有機化合物層を分離するための絶縁層を設けてもよい。なお、記憶素子部352は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The memory element portion 352 is provided by stacking a first conductive layer 361, an organic compound layer 362, and a second conductive layer 363. Further, when there is a concern about the step of the organic compound layer 362 or the influence of the electric field in the lateral direction in adjacent memory cells, the organic compound layer is separated for each memory cell as shown in FIG. An insulating layer may be provided. Note that the memory element portion 352 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

また、素子形成層351と記憶素子部352とを含む基板と、アンテナ部357が設けられた基板365は、接着性を有する樹脂375により貼り合わされている。そして、素子形成層351と導電層358とは樹脂375中に含まれる導電性微粒子359を介して電気的に接続されている。また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法を用いて素子形成層351と記憶素子部352を含む基板と、アンテナ部357が設けられた基板365とを貼り合わせてもよい。   Further, the substrate including the element formation layer 351 and the memory element portion 352 and the substrate 365 provided with the antenna portion 357 are attached to each other with a resin 375 having adhesiveness. The element formation layer 351 and the conductive layer 358 are electrically connected through conductive fine particles 359 included in the resin 375. Further, a conductive adhesive such as a silver paste, a copper paste, or a carbon paste, or a method of performing solder bonding, a substrate including an element formation layer 351 and a memory element portion 352, and a substrate 365 provided with an antenna portion 357 are provided. You may stick together.

図7(B)は実施の形態2に示した有機メモリが設けられた半導体装置を示しており、基板350上にトランジスタ451、354を含む素子形成層351が設けられ、素子形成層351の上方に記憶素子部352が設けられ、基板365に設けられたアンテナ部357が素子形成層と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層351においてトランジスタ451と同一の層にトランジスタ354を設け、素子形成層351の上方にアンテナ部353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352を素子形成層351の下方や同一の層に、またはアンテナ部353を素子形成層351の下方に設けることも可能である。   FIG. 7B illustrates a semiconductor device in which the organic memory described in Embodiment 2 is provided. An element formation layer 351 including transistors 451 and 354 is provided over a substrate 350, and the element formation layer 351 is provided above the element formation layer 351. The memory element portion 352 is provided, and the antenna portion 357 provided on the substrate 365 is provided so as to be connected to the element formation layer. Note that here, a case where the transistor 354 is provided in the same layer as the transistor 451 in the element formation layer 351 and the antenna portion 353 is provided above the element formation layer 351 is shown; however, the present invention is not limited to this structure, and the memory element portion 352 is provided. Can be provided below the element formation layer 351 or in the same layer, or the antenna portion 353 can be provided below the element formation layer 351.

記憶素子部356は、第1の導電層371と有機化合物層372と第2の導電層373が積層して設けられている。また、隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念される場合は、図6(B)のように隣接する有機化合物層を分離するために絶縁層を設けてもよい。なお、記憶素子部356は上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。   The memory element portion 356 is provided by stacking a first conductive layer 371, an organic compound layer 372, and a second conductive layer 373. In the case where there is a concern about the influence of the electric field in the horizontal direction in adjacent memory cells, an insulating layer may be provided to separate adjacent organic compound layers as shown in FIG. Note that the memory element portion 356 can be formed using the material or the manufacturing method described in the above embodiment modes.

また、図7(B)においても素子形成層351と記憶素子部356を含む基板と、アンテナ部357が設けられた基板は、導電性微粒子359を含む樹脂375により貼り合わせることにより設けることができる。   7B, the substrate including the element formation layer 351 and the memory element portion 356 and the substrate provided with the antenna portion 357 can be provided by bonding with a resin 375 including conductive fine particles 359. .

このように、有機メモリおよびアンテナを備えた半導体装置を形成することができる。また、本実施の形態では、基板350上に薄膜トランジスタを形成して素子形成層を設けることもできるし、基板350としてSi等の半導体基板を用いて、基板上に電界効果トランジスタ(FET)を形成することによって素子形成層を設けてもよい。また、基板350としてSOI基板を用いて、その上に素子形成層を設けてもよい。この場合、SOI基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをSi基板内に打ち込むことにより内部に絶縁層を形成するSIMOXと呼ばれる方法を用いて形成すればよい。   Thus, a semiconductor device including an organic memory and an antenna can be formed. In this embodiment mode, a thin film transistor can be formed over the substrate 350 to provide an element formation layer, or a semiconductor substrate such as Si is used as the substrate 350, and a field effect transistor (FET) is formed over the substrate. By doing so, an element formation layer may be provided. Alternatively, an SOI substrate may be used as the substrate 350 and an element formation layer may be provided thereover. In this case, the SOI substrate may be formed by using a method of bonding wafers or a method called SIMOX in which an insulating layer is formed inside by implanting oxygen ions into the Si substrate.

本実施の形態に示した有機メモリを備えた半導体装置において、有機メモリの記憶素子部は有機化合物と無機化合物を混合した層を用いて形成するため、抵抗の増加を伴わずに層を厚く形成することができる。そのため、半導体装置を可撓性基板上に設けた場合であっても、曲げ等の物理的な力に対抗することができる。そのため、基板上にゴミや汚れ等に起因する凹凸がある場合であっても、有機化合物層の厚膜化により凹凸の影響をほとんど受けない。従って、凹凸に起因するメモリセルのショート等の不良を防止することができる。   In the semiconductor device including the organic memory described in this embodiment mode, the memory element portion of the organic memory is formed using a layer in which an organic compound and an inorganic compound are mixed. Therefore, the layer is formed thick without increasing resistance. can do. Therefore, even when the semiconductor device is provided over a flexible substrate, physical forces such as bending can be resisted. Therefore, even if there are irregularities due to dust or dirt on the substrate, the organic compound layer is hardly affected by the irregularities due to the thick film. Accordingly, it is possible to prevent defects such as a short circuit of the memory cell due to the unevenness.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、薄膜トランジスタ、記憶素子及びアンテナを含む本発明の半導体装置の作製方法について、図面を参照して説明する。
Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(Embodiment 4)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention including a thin film transistor, a memory element, and an antenna will be described with reference to drawings.

まず、基板701の一表面に、剥離層702を形成する(図12(A))。基板701は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁層を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板701であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板701として、例えば、1辺が1メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。なお、本工程では、剥離層702は、基板701の全面に設けているが、必要に応じて、基板701の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法により選択的にエッチングして、選択的に設けてもよい。また、基板701に接するように剥離層702を形成しているが、必要に応じて、基板701に接するように下地となる絶縁層を形成し、当該絶縁層に接するように剥離層702を形成してもよい。   First, the separation layer 702 is formed over one surface of the substrate 701 (FIG. 12A). As the substrate 701, a glass substrate, a quartz substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate with an insulating layer formed on one surface, a heat-resistant plastic substrate that can withstand the processing temperature in this step, or the like may be used. With such a substrate 701, there is no significant limitation on the area and shape thereof. For example, if the substrate 701 is a rectangular substrate having a side of 1 meter or more and a rectangular shape, productivity is remarkably improved. Can be made. Such an advantage is a great advantage compared to the case of using a circular silicon substrate. Note that in this step, the separation layer 702 is provided over the entire surface of the substrate 701. However, if necessary, after the separation layer is provided over the entire surface of the substrate 701, the separation layer 702 is selectively etched by photolithography. It may be provided. In addition, although the separation layer 702 is formed so as to be in contact with the substrate 701, an insulating layer serving as a base is formed so as to be in contact with the substrate 701 as necessary, and the separation layer 702 is formed so as to be in contact with the insulation layer. May be.

剥離層702は、スパッタリング法やプラズマCVD法等により、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、鉛(Pb)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、珪素(Si)から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。   The separation layer 702 is formed by sputtering, plasma CVD, or the like using tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium. An element selected from (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), lead (Pb), osmium (Os), iridium (Ir), silicon (Si) or the element as a main component A layer made of an alloy material or a compound material is formed as a single layer or a stacked layer. The crystal structure of the layer containing silicon may be any of amorphous, microcrystalline, and polycrystalline.

剥離層702が単層構造の場合、例えば、タングステン層、モリブデン層またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。あるいは、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層またはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。また、タングステンの酸化物は、酸化タングステンと表記することがある。   In the case where the separation layer 702 has a single-layer structure, for example, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is formed. Alternatively, a layer containing tungsten oxide or oxynitride, a layer containing molybdenum oxide or oxynitride, or a layer containing oxide or oxynitride of a mixture of tungsten and molybdenum is formed. Note that the mixture of tungsten and molybdenum corresponds to, for example, an alloy of tungsten and molybdenum. The oxide of tungsten may be expressed as tungsten oxide.

剥離層702が積層構造の場合、1層目としてタングステン層、モリブデン層またはタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、2層目として、タングステン、モリブデンまたはタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、窒化物、酸化窒化物又は窒化酸化物を形成する。   In the case where the separation layer 702 has a stacked structure, a tungsten layer, a molybdenum layer, or a layer containing a mixture of tungsten and molybdenum is formed as a first layer, and an oxide or nitride of tungsten, molybdenum, or a mixture of tungsten and molybdenum is formed as a second layer Forming an oxide, oxynitride or nitride oxide.

なお、剥離層702として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化珪素を含む層を形成することで、タングステン層と酸化珪素層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。これは、タングステンの窒化物、酸化窒化物及び窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。また、タングステンの酸化物は、WOxで表され、Xは2〜3であり、Xが2の場合(WO)、Xが2.5の場合(W)、Xが2.75の場合(W11)、Xが3の場合(WO)などがある。タングステンの酸化物を形成するにあたり、上記に挙げたXの値に特に制約はなく、エッチングレート等を基に、どの酸化物を形成するかを決めるとよい。なお、エッチングレートとして最も良いものは、酸素雰囲気下で、スパッタリング法により形成するタングステンの酸化物を含む層(WOx、0<X<3)である。従って、作製時間の短縮のため、剥離層として、酸素雰囲気下でスパッタリング法によりタングステンの酸化物を含む層を形成するとよい。 Note that in the case where a stacked structure of a layer containing tungsten and a layer containing an oxide of tungsten is formed as the separation layer 702, a layer containing tungsten is formed, and a layer containing silicon oxide is formed thereover. The fact that a layer containing an oxide of tungsten is formed at the interface between the layer and the silicon oxide layer may be utilized. The same applies to the case where a layer containing tungsten nitride, oxynitride, and nitride oxide is formed. After forming a layer containing tungsten, a silicon nitride layer, a silicon oxynitride layer, and a silicon nitride oxide layer are formed thereon. A layer may be formed. The oxide of tungsten is represented by WOx, X is 2 to 3, X is 2 (WO 2 ), X is 2.5 (W 2 O 5 ), and X is 2.75. (W 4 O 11 ) and X is 3 (WO 3 ). In forming the tungsten oxide, there is no particular limitation on the value of X mentioned above, and it is preferable to determine which oxide is formed based on the etching rate or the like. Note that the best etching rate is a layer containing tungsten oxide (WOx, 0 <X <3) formed by a sputtering method in an oxygen atmosphere. Therefore, in order to shorten the manufacturing time, a layer containing a tungsten oxide is preferably formed as the separation layer by a sputtering method in an oxygen atmosphere.

次に、剥離層702を覆うように、下地となる絶縁層703を形成する。絶縁層703は、スパッタリング法やプラズマCVD法等により、珪素の酸化物または珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層で形成する。珪素の酸化物材料とは、珪素(Si)と酸素(O)を含む物質であり、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等が該当する。珪素の窒化物材料とは、珪素と窒素(N)を含む物質であり、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等が該当する。下地となる絶縁層が2層構造の場合、例えば、1層目として窒化酸化珪素層を形成し、2層目として酸化窒化珪素層を形成するとよい。下地となる絶縁層が3層構造の場合、1層目の絶縁層として酸化珪素層を形成し、2層目の絶縁層として窒化酸化珪素層を形成し、3層目の絶縁層として酸化窒化珪素層を形成するとよい。または、1層目の絶縁層として酸化窒化珪素層を形成し、2層目の絶縁層として窒化酸化珪素層を形成し、3層目の絶縁層として酸化窒化珪素層を形成するとよい。下地となる絶縁層は、基板701からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。   Next, an insulating layer 703 serving as a base is formed so as to cover the separation layer 702. The insulating layer 703 is formed as a single layer or a stacked layer including a silicon oxide or a silicon nitride by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. The silicon oxide material is a substance containing silicon (Si) and oxygen (O), and corresponds to silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like. The silicon nitride material is a substance containing silicon and nitrogen (N), and corresponds to silicon nitride, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or the like. In the case where the insulating layer serving as a base has a two-layer structure, for example, a silicon nitride oxide layer may be formed as the first layer and a silicon oxynitride layer may be formed as the second layer. When the underlying insulating layer has a three-layer structure, a silicon oxide layer is formed as the first insulating layer, a silicon nitride oxide layer is formed as the second insulating layer, and oxynitriding is performed as the third insulating layer A silicon layer may be formed. Alternatively, a silicon oxynitride layer may be formed as the first insulating layer, a silicon nitride oxide layer may be formed as the second insulating layer, and a silicon oxynitride layer may be formed as the third insulating layer. The insulating layer serving as a base functions as a blocking film that prevents impurities from entering from the substrate 701.

次に、絶縁層703上に、非晶質半導体層704(例えば非晶質珪素を含む層)を形成する。非晶質半導体層704は、スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法等により、25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。続いて、非晶質半導体層704を公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザ結晶化法を組み合わせた方法等)により結晶化して、結晶質半導体層を形成する。その後、得られた結晶質半導体層を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体層706〜710を形成する(図12(B))。   Next, an amorphous semiconductor layer 704 (eg, a layer containing amorphous silicon) is formed over the insulating layer 703. The amorphous semiconductor layer 704 is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 150 nm) by a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like. Subsequently, the amorphous semiconductor layer 704 is subjected to a known crystallization method (laser crystallization method, thermal crystallization method using an RTA or furnace annealing furnace, thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, crystallization A crystalline semiconductor layer is formed by crystallization by a combination of a thermal crystallization method using a promoting metal element and a laser crystallization method). After that, the obtained crystalline semiconductor layer is etched into a desired shape to form crystalline semiconductor layers 706 to 710 (FIG. 12B).

結晶質半導体層706〜710の作成工程の一例を以下に簡単に説明すると、まず、プラズマCVD法を用いて、膜厚66nmの非晶質半導体層を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体層上に保持させた後、非晶質半導体層に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体層を形成する。その後、必要に応じてレーザ光を照射し、フォトリソグラフィ法によって結晶質半導体層706〜710を形成する。レーザ結晶化法で結晶質半導体層を形成する場合、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いる。気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、Ti:サファイアレーザ等を用いる。固体レーザとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmがドーピングされたYAG、YVO、YLF、YAlOなどの結晶を使ったレーザを用いる。 An example of a manufacturing process of the crystalline semiconductor layers 706 to 710 will be briefly described below. First, an amorphous semiconductor layer having a thickness of 66 nm is formed using a plasma CVD method. Next, after a solution containing nickel, which is a metal element for promoting crystallization, is held on the amorphous semiconductor layer, the amorphous semiconductor layer is subjected to dehydrogenation treatment (500 ° C., 1 hour), heat Crystallization treatment (550 ° C., 4 hours) is performed to form a crystalline semiconductor layer. Thereafter, laser light is irradiated as necessary, and crystalline semiconductor layers 706 to 710 are formed by a photolithography method. In the case of forming a crystalline semiconductor layer by a laser crystallization method, a continuous wave or pulsed gas laser or solid state laser is used. As the gas laser, excimer laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser, Ti: sapphire laser, or the like is used. As the solid-state laser, a laser using a crystal such as YAG, YVO 4 , YLF, or YAlO 3 doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti, or Tm is used.

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

次に、結晶質半導体層706〜710を覆うゲート絶縁層705を形成する。ゲート絶縁層705は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素を含む層、酸化窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層を、単層又は積層して形成する。   Next, a gate insulating layer 705 is formed to cover the crystalline semiconductor layers 706 to 710. The gate insulating layer 705 is formed by a single layer or a stack of layers containing silicon oxide or silicon nitride by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. Specifically, a layer containing silicon oxide, a layer containing silicon oxynitride, or a layer containing silicon nitride oxide is formed as a single layer or a stacked layer.

次に、ゲート絶縁層705上に、第1の導電層と第2の導電層を積層して形成する。第1の導電層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導電層と第2の導電層は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第1の導電層と第2の導電層の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル層とタングステン層、窒化タングステン層とタングステン層、窒化モリブデン層とモリブデン層等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電層と第2の導電層を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層構造ではなく、3層構造の場合は、モリブデン層とアルミニウム層とモリブデン層の積層構造を採用するとよい。   Next, a first conductive layer and a second conductive layer are stacked over the gate insulating layer 705. The first conductive layer is formed with a thickness of 20 to 100 nm by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. The second conductive layer is formed with a thickness of 100 to 400 nm by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. The first conductive layer and the second conductive layer include tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), niobium ( Nb) or the like or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus is used. Examples of the combination of the first conductive layer and the second conductive layer include a tantalum nitride layer and a tungsten layer, a tungsten nitride layer and a tungsten layer, a molybdenum nitride layer and a molybdenum layer, and the like. Since tungsten and tantalum nitride have high heat resistance, heat treatment for thermal activation can be performed after the formation of the first conductive layer and the second conductive layer. In the case of a three-layer structure instead of a two-layer structure, a stacked structure of a molybdenum layer, an aluminum layer, and a molybdenum layer may be employed.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、ゲート電極として機能する導電層(ゲート電極層とよぶことがある)716〜725を形成する。   Next, a resist mask is formed by photolithography, and an etching process is performed to form a gate electrode and a gate line, so that a conductive layer functioning as a gate electrode (sometimes referred to as a gate electrode layer) 716 to 725 are formed.

次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体層706、708〜710に、イオンドープ法又はイオン注入法により、N型を付与する不純物元素を低濃度に添加して、N型不純物領域711、713〜715とチャネル領域780、782〜784を形成する。N型を付与する不純物元素は、15族に属する元素を用いれば良く、例えばリン(P)、砒素(As)を用いる。   Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting N-type is added to the crystalline semiconductor layers 706 and 708 to 710 at a low concentration by ion doping or ion implantation. N-type impurity regions 711 and 713 to 715 and channel regions 780 and 782 to 784 are formed. The impurity element imparting N-type may be an element belonging to Group 15, for example, phosphorus (P) or arsenic (As).

次に、フォトリソグラフィ法によりレジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体層707に、P型を付与する不純物元素を添加して、P型不純物領域712とチャネル領域781を形成する。P型を付与する不純物元素は、例えばボロン(B)を用いる。   Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting P-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layer 707, so that a P-type impurity region 712 and a channel region 781 are formed. For example, boron (B) is used as the impurity element imparting P-type.

次に、ゲート絶縁層705と導電層716〜725を覆うように、絶縁層を形成する。絶縁層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む層や、有機樹脂などの有機材料を含む層を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁層を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電層716〜725の側面に接する絶縁層(サイドウォールともよばれる)739〜743を形成する(図12(C))。また、絶縁層739〜743の作製と同時に、絶縁層705がエッチングされた絶縁層734〜738を形成する。絶縁層739〜743は、後にLDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。   Next, an insulating layer is formed so as to cover the gate insulating layer 705 and the conductive layers 716 to 725. The insulating layer is formed by a single layer or a stack of layers including an inorganic material such as silicon, silicon oxide, or silicon nitride, or an organic material such as an organic resin, by plasma CVD or sputtering. To do. Next, the insulating layer is selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction to form insulating layers (also referred to as sidewalls) 739 to 743 that are in contact with the side surfaces of the conductive layers 716 to 725 (see FIG. 12 (C)). At the same time as the formation of the insulating layers 739 to 743, insulating layers 734 to 738 obtained by etching the insulating layer 705 are formed. The insulating layers 739 to 743 are used as a mask for doping when an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed later.

次に、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、絶縁層739〜743をマスクとして用いて、結晶質半導体層706、708〜710にN型を付与する不純物元素を添加して、第1のN型不純物領域(LDD領域ともよぶ)727、729、731、733と、第2のN型不純物領域726、728、730、732とを形成する。第1のN型不純物領域727、729、731、733が含む不純物元素の濃度は、第2のN型不純物領域726、728、730、732の不純物元素の濃度よりも低い。上記工程を経て、N型の薄膜トランジスタ744、746〜748と、P型の薄膜トランジスタ745が完成する。   Next, an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 706 and 708 to 710 using a resist mask formed by a photolithography method and the insulating layers 739 to 743 as masks. N-type impurity regions (also referred to as LDD regions) 727, 729, 731 and 733, and second N-type impurity regions 726, 728, 730 and 732 are formed. The concentration of the impurity element contained in the first N-type impurity regions 727, 729, 731, and 733 is lower than the concentration of the impurity element in the second N-type impurity regions 726, 728, 730, and 732. Through the above steps, N-type thin film transistors 744 and 746 to 748 and a P-type thin film transistor 745 are completed.

なお、LDD領域を形成する際には、サイドウォールの絶縁層をマスクとして用いるとよい。サイドウォールの絶縁層をマスクとして用いる手法は、LDD領域の幅の制御が容易であり、また、LDD領域を確実に形成することができる。   Note that when forming the LDD region, an insulating layer of a sidewall is preferably used as a mask. The technique using the sidewall insulating layer as a mask makes it easy to control the width of the LDD region, and the LDD region can be reliably formed.

続いて、薄膜トランジスタ744〜748を覆うように、絶縁層を単層又は積層して形成する(図13(A))。薄膜トランジスタ744〜748を覆う絶縁層は、SOG(Spin on Glass)法、液滴吐出法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の有機材料等により、単層又は積層で形成する。なお、シロキサン材料とは、Si−O−Si結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。例えば、薄膜トランジスタ744〜748を覆う絶縁層が3層構造の場合、1層目の絶縁層749として酸化珪素を含む層を形成し、2層目の絶縁層750として樹脂を含む層を形成し、3層目の絶縁層751として窒化珪素を含む層を形成するとよい。   Next, an insulating layer is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the thin film transistors 744 to 748 (FIG. 13A). An insulating layer covering the thin film transistors 744 to 748 is formed by an SOG (Spin on Glass) method, a droplet discharge method, or the like, an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride, polyimide, polyamide, benzocyclobutene, acrylic, epoxy It is formed of a single layer or a laminated layer using an organic material such as siloxane. Note that the siloxane material corresponds to a material including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group can also be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. For example, when the insulating layer covering the thin film transistors 744 to 748 has a three-layer structure, a layer containing silicon oxide is formed as the first insulating layer 749, and a layer containing resin is formed as the second insulating layer 750, A layer containing silicon nitride is preferably formed as the third insulating layer 751.

なお、絶縁層749〜751を形成する前、又は絶縁層749〜751のうちの1つ又は複数の薄膜を形成した後に、半導体層の結晶性の回復や半導体層に添加された不純物元素の活性化、半導体層の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザアニール法又はRTA法などを適用するとよい。   Note that before the insulating layers 749 to 751 are formed or after one or more thin films of the insulating layers 749 to 751 are formed, the crystallinity of the semiconductor layer is restored and the activity of the impurity element added to the semiconductor layer is increased. Heat treatment for the purpose of hydrogenation of the semiconductor layer is preferably performed. For the heat treatment, thermal annealing, laser annealing, RTA, or the like is preferably applied.

次に、フォトリソグラフィ法により絶縁層749〜751をエッチングして、N型不純物領域726、728〜732、P型不純物領域785を露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電層を形成し、当該導電層をパターン加工して、ソース配線とドレイン配線として機能する導電層752〜761を形成する。   Next, the insulating layers 749 to 751 are etched by photolithography to form contact holes that expose the N-type impurity regions 726 and 728 to 732 and the P-type impurity region 785. Subsequently, a conductive layer is formed so as to fill the contact hole, and the conductive layer is patterned to form conductive layers 752 to 761 functioning as a source wiring and a drain wiring.

導電層752〜761は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ネオジウム(Nd)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電層752〜761は、例えば、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層とバリア層の積層構造、バリア層とアルミニウムシリコン(Al−Si)層と窒化チタン(TiN)層とバリア層の積層構造を採用するとよい。なお、バリア層とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電層752〜761を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア層を形成すると、結晶質半導体層上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体層と良好なコンタクトをとることができる。   The conductive layers 752 to 761 are formed of an element selected from titanium (Ti), aluminum (Al), and neodymium (Nd) by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like, or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component Thus, a single layer or a stacked layer is formed. The alloy material containing aluminum as a main component corresponds to, for example, a material containing aluminum as a main component and containing nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon. The conductive layers 752 to 761 include, for example, a stacked structure of a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer, and a barrier layer, and a stacked structure of a barrier layer, an aluminum silicon (Al—Si) layer, a titanium nitride (TiN) layer, and a barrier layer. A structure should be adopted. Note that the barrier layer corresponds to a thin film formed of titanium, a nitride of titanium, molybdenum, or a nitride of molybdenum. Aluminum and aluminum silicon are optimal materials for forming the conductive layers 752 to 761 because they have low resistance and are inexpensive. In addition, when an upper layer and a lower barrier layer are provided, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be prevented. In addition, when a barrier layer made of titanium, which is a highly reducing element, is formed, even if a thin natural oxide film is formed on the crystalline semiconductor layer, the natural oxide film is reduced, and the crystalline semiconductor layer is excellent. Contact can be made.

次に、導電層752〜761を覆うように、絶縁層762を形成する(図13(B))。絶縁層762は、SOG法、液滴吐出法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁層762は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。   Next, an insulating layer 762 is formed so as to cover the conductive layers 752 to 761 (FIG. 13B). The insulating layer 762 is formed as a single layer or a stacked layer using an inorganic material or an organic material by an SOG method, a droplet discharge method, or the like. The insulating layer 762 is preferably formed with a thickness of 0.75 to 3 μm.

続いて、フォトリソグラフィ法により絶縁層762をエッチングして、導電層757、759、761を露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電層を形成する。導電層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等を用いて、導電性材料により形成する。次に、導電層をパターン加工して、導電層763〜765を形成する。なお、導電層763〜765は、記憶素子が含む一対の導電層のうちの一方の導電層となる。従って、好適には、導電層763〜765は、チタン、又はチタンを主成分とする合金材料若しくは化合物材料により、単層又は積層で形成するとよい。チタンは、抵抗値が低いため、記憶素子のサイズの縮小につながり、高集積化を実現することができる。また、導電層763〜765を形成するためのフォトリソグラフィ工程においては、下層の薄膜トランジスタ744〜748にダメージを与えないために、ウエットエッチング加工を行うとよく、エッチング剤にはフッ化水素(HF)又はアンモニア過水を用いるとよい。   Subsequently, the insulating layer 762 is etched by photolithography to form contact holes that expose the conductive layers 757, 759, and 761. Subsequently, a conductive layer is formed so as to fill the contact hole. The conductive layer is formed using a conductive material by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. Next, the conductive layer is patterned to form conductive layers 763 to 765. Note that the conductive layers 763 to 765 are one of a pair of conductive layers included in the memory element. Therefore, the conductive layers 763 to 765 are preferably formed as a single layer or a stacked layer using titanium, or an alloy material or compound material containing titanium as a main component. Since titanium has a low resistance value, it leads to a reduction in the size of the memory element, and high integration can be realized. In the photolithography process for forming the conductive layers 763 to 765, wet etching may be performed so that the thin film transistors 744 to 748 are not damaged, and the etching agent is hydrogen fluoride (HF). Alternatively, ammonia overwater may be used.

次に、導電層763〜765を覆うように、絶縁層766を形成する。絶縁層766は、SOG法、液滴吐出法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁層762は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。続いて、フォトリソグラフィ法により、絶縁層766をエッチングして、導電層763〜765を露出させるコンタクトホール767〜769を形成する。   Next, an insulating layer 766 is formed so as to cover the conductive layers 763 to 765. The insulating layer 766 is formed as a single layer or a stack using an inorganic material or an organic material by an SOG method, a droplet discharge method, or the like. The insulating layer 762 is preferably formed with a thickness of 0.75 to 3 μm. Subsequently, the insulating layer 766 is etched by photolithography to form contact holes 767 to 769 that expose the conductive layers 763 to 765.

次に、導電層765に接し、アンテナとして機能する導電層786を形成する(図14(A))。導電層786は、プラズマCVD法、スパッタリング法、印刷法、液滴吐出法等を用いて、導電性材料により形成する。好ましくは、導電層786は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。具体的には、導電層786は、スクリーン印刷法により、例えば、銀を含む導電性のペーストを用いて形成し、その後、50〜350度の加熱処理を行って形成する。又は、スパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、当該アルミニウム層をパターン加工することにより形成する。アルミニウム層のパターン加工は、ウエットエッチング加工を用いるとよく、ウエットエッチング加工後は200〜300度の加熱処理を行うとよい。   Next, a conductive layer 786 functioning as an antenna is formed in contact with the conductive layer 765 (FIG. 14A). The conductive layer 786 is formed using a conductive material by a plasma CVD method, a sputtering method, a printing method, a droplet discharge method, or the like. Preferably, the conductive layer 786 is an element selected from aluminum (Al), titanium (Ti), silver (Ag), and copper (Cu), or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component. It is formed by layer or lamination. Specifically, the conductive layer 786 is formed by screen printing, for example, using a conductive paste containing silver, and then heat-treated at 50 to 350 degrees. Alternatively, an aluminum layer is formed by a sputtering method, and the aluminum layer is formed by patterning. For the pattern processing of the aluminum layer, wet etching processing may be used, and after the wet etching processing, heat treatment at 200 to 300 degrees may be performed.

次に、導電層763、764に接するように有機化合物層787を形成する(図14(B))。有機化合物層787は、液滴吐出法や蒸着法等により形成する。続いて、有機化合物層787に接するように、導電層771を形成する。導電層771は、スパッタリング法や蒸着法等により形成する。   Next, an organic compound layer 787 is formed so as to be in contact with the conductive layers 763 and 764 (FIG. 14B). The organic compound layer 787 is formed by a droplet discharge method, an evaporation method, or the like. Subsequently, a conductive layer 771 is formed so as to be in contact with the organic compound layer 787. The conductive layer 771 is formed by a sputtering method, an evaporation method, or the like.

以上の工程を経て、導電層763、有機化合物層787及び導電層771の積層体からなる記憶素子部789と、導電層764、有機化合物層787及び導電層771の積層体からなる記憶素子部790が完成する。   Through the above steps, a memory element portion 789 including a stack of the conductive layer 763, the organic compound layer 787, and the conductive layer 771, and a memory element portion 790 including a stack of the conductive layer 764, the organic compound layer 787, and the conductive layer 771. Is completed.

なお、上記の作成工程では、有機化合物層787の耐熱性が強くないため、アンテナとして機能する導電層786を形成する工程の後に、有機化合物層787を形成する工程を行うことを特徴とする。   Note that the above-described manufacturing step is characterized in that the organic compound layer 787 is formed after the step of forming the conductive layer 786 functioning as an antenna because the heat resistance of the organic compound layer 787 is not strong.

次に、記憶素子部789、790、アンテナとして機能する導電層786を覆うように、SOG法、スクリーン印刷法、液滴吐出法等により、保護層として機能する絶縁層772を形成する。絶縁層772は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などの炭素を含む層、窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層、有機材料により形成し、好ましくはエポキシ樹脂により形成する。   Next, an insulating layer 772 functioning as a protective layer is formed by an SOG method, a screen printing method, a droplet discharge method, or the like so as to cover the memory element portions 789 and 790 and the conductive layer 786 functioning as an antenna. The insulating layer 772 is formed of a layer containing carbon such as DLC (diamond-like carbon), a layer containing silicon nitride, a layer containing silicon nitride oxide, or an organic material, and preferably formed of an epoxy resin.

次に、剥離層702が露出するように、フォトリソグラフィ法により絶縁層をエッチングして、開口部773、774を形成する(図15(A))。   Next, the insulating layer is etched by photolithography so that the separation layer 702 is exposed, so that openings 773 and 774 are formed (FIG. 15A).

次に、開口部773、774にエッチング剤を導入して、剥離層702を除去する(図15(B))。エッチング剤は、フッ化ハロゲン又はハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素(ClF)を使用する。そうすると、薄膜集積回路791は、基板701から剥離された状態となる。なお、薄膜集積回路791とは、薄膜トランジスタ744〜748、記憶素子部789、790の素子群と、アンテナとして機能する導電層786を合わせたものとする。なお、剥離層702は、全て除去せず一部分を残存させておいてもよい。こうすることによって、処理時間を短縮することが可能となる。 Next, an etchant is introduced into the openings 773 and 774 to remove the peeling layer 702 (FIG. 15B). As the etchant, a gas or liquid containing halogen fluoride or an interhalogen compound is used. For example, chlorine trifluoride (ClF 3 ) is used as a gas containing halogen fluoride. Then, the thin film integrated circuit 791 is peeled from the substrate 701. Note that the thin film integrated circuit 791 includes the thin film transistors 744 to 748, the element groups of the memory element portions 789 and 790, and the conductive layer 786 functioning as an antenna. Note that the peeling layer 702 may not be completely removed but may partially remain. By doing so, the processing time can be shortened.

薄膜集積回路791が剥離された基板701は、コストの削減のために、再利用するとよい。また、絶縁層772は、剥離層702を除去した後に、薄膜集積回路791が飛散しないように形成したものである。薄膜集積回路791は小さく薄く軽いために、剥離層702を除去した後は、基板701に密着していないために飛散しやすい。しかしながら、薄膜集積回路791上に絶縁層772を形成することで、薄膜集積回路791に重みが付き、基板701からの飛散を防止することができる。また、薄膜集積回路791単体では薄くて軽いが、絶縁層772を形成することで、巻かれた形状になることがなく、ある程度の強度を確保することができる。   The substrate 701 from which the thin film integrated circuit 791 is peeled is preferably reused for cost reduction. The insulating layer 772 is formed so that the thin film integrated circuit 791 is not scattered after the peeling layer 702 is removed. Since the thin film integrated circuit 791 is small and thin, the thin film integrated circuit 791 is likely to be scattered after being removed from the substrate 701 after the peeling layer 702 is removed. However, by forming the insulating layer 772 over the thin film integrated circuit 791, the thin film integrated circuit 791 is weighted and scattering from the substrate 701 can be prevented. In addition, although the thin film integrated circuit 791 is thin and light, the insulating layer 772 is formed, so that a certain shape of strength can be secured without forming a wound shape.

次に、薄膜集積回路791の一方の面を、第1の基体776に接着させて、基板701から完全に剥離する(図16)。続いて、薄膜集積回路791の他方の面を、第2の基体775に接着させ、その後加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って、薄膜集積回路791を、第1の基体776と第2の基体775により封止する。第1の基体776と第2の基体775は、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム(ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等)と接着性合成樹脂フィルム(アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等)との積層フィルムなどに相当する。フィルムは、熱圧着により、被処理体と加熱処理と加圧処理が行われるものであり、加熱処理と加圧処理を行う際には、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層(接着層ではない)を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。また、第1の基体776と第2の基体775の表面には接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層に相当する。   Next, one surface of the thin film integrated circuit 791 is adhered to the first base body 776 and completely peeled from the substrate 701 (FIG. 16). Subsequently, the other surface of the thin film integrated circuit 791 is bonded to the second substrate 775, and then one or both of heat treatment and pressure treatment are performed, so that the thin film integrated circuit 791 is bonded to the first substrate 776 and the first substrate 776. Sealing with the second substrate 775 is performed. The first substrate 776 and the second substrate 775 are a film made of polypropylene, polyester, vinyl, polyvinyl fluoride, vinyl chloride, a paper made of a fibrous material, a base film (polyester, polyamide, inorganic vapor deposition film, Paper) and an adhesive synthetic resin film (acrylic synthetic resin, epoxy synthetic resin, etc.). The film is subjected to heat treatment and pressure treatment by thermocompression bonding. When the heat treatment and pressure treatment are performed, the film is either an adhesive layer provided on the outermost surface of the film or the A layer (not an adhesive layer) provided in the outer layer is melted by heat treatment and bonded by pressure. In addition, an adhesive layer may be provided on the surfaces of the first base body 776 and the second base body 775, or the adhesive layer may not be provided. The adhesive layer corresponds to a layer containing an adhesive such as a thermosetting resin, an ultraviolet curable resin, an epoxy resin adhesive, or a resin additive.

以上の工程により、可撓性を有する半導体装置を作製することができる。   Through the above steps, a flexible semiconductor device can be manufactured.

なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の半導体装置を非接触でデータの送受信が可能である無線チップとして利用した場合に関して図8を用いて説明する。
Note that this embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.
(Embodiment 5)
In this embodiment, the case where the semiconductor device of the present invention is used as a wireless chip capable of transmitting and receiving data without contact will be described with reference to FIGS.

無線チップ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、インターフェース回路15、記憶回路16、データバス17、アンテナ(アンテナコイル)18を有する(図8(A))。   The wireless chip 20 has a function of communicating data without contact, and includes a power supply circuit 11, a clock generation circuit 12, a data demodulation / modulation circuit 13, a control circuit 14 for controlling other circuits, an interface circuit 15, and a storage circuit 16. And a data bus 17 and an antenna (antenna coil) 18 (FIG. 8A).

電源回路11は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置の内部の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路12は、アンテナ18から入力された交流信号を基に、半導体装置内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。   The power supply circuit 11 is a circuit that generates various power supplies to be supplied to each circuit inside the semiconductor device based on the AC signal input from the antenna 18. The clock generation circuit 12 is a circuit that generates various clock signals to be supplied to each circuit in the semiconductor device based on the AC signal input from the antenna 18. The data demodulation / modulation circuit 13 has a function of demodulating / modulating data communicated with the reader / writer 19. The control circuit 14 has a function of controlling the memory circuit 16. The antenna 18 has a function of transmitting and receiving an electromagnetic field or a radio wave. The reader / writer 19 controls communication and control with the semiconductor device and processing related to the data.

また、記憶回路16は上記実施の形態で示した有機メモリのいずれかの構成により形成されている。なお、無線チップ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。   Further, the memory circuit 16 is formed by any structure of the organic memory shown in the above embodiment. Note that the wireless chip 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 cryptographic processing dedicated hardware are added.

また、無線チップは、各回路への電源電圧の供給を電源(バッテリ)を搭載せず電波により行うタイプとしてもよいし、各回路への電源電圧の供給をアンテナの代わりに電源(バッテリ)を搭載させて行うタイプとしてもよいし、電波と電源により電源電圧を供給するタイプとしてもよい。   In addition, the wireless chip may be of a type in which power supply voltage is supplied to each circuit by radio waves without mounting a power supply (battery), or power supply (battery) is supplied to each circuit instead of an antenna. It may be a type that is mounted, or may be a type that supplies a power supply voltage by radio waves and a power source.

本発明の半導体装置を無線チップ等に利用した場合、非接触で通信を行う点、複数読取りが可能である点、データの書き込みが可能である点、様々な形状に加工可能である点、選択する周波数によっては、指向性が広く、認識範囲が広い点等の利点を有する。無線チップは、非接触による無線通信で人や物の個々の情報を識別可能なICタグ、ラベル加工を施して目標物への貼り付けを可能としたラベル、イベントやアミューズメント向けのリストバンド等に適用することができる。また、無線チップを樹脂材料により成型加工してもよいし、無線通信を阻害する金属に直接固定してもよい。さらに、無線チップは、入退室管理システムや精算システムといった、システムの運用に活用することができる。   When the semiconductor device of the present invention is used for a wireless chip or the like, the point of performing contactless communication, the point that multiple reading is possible, the point that data can be written, the point that it can be processed into various shapes, selection Depending on the frequency to be used, there are advantages such as wide directivity and wide recognition range. Wireless chips can be used for IC tags that can identify individual information about people and things by wireless communication without contact, labels that can be attached to target objects by label processing, wristbands for events and amusements, etc. Can be applied. Further, the wireless chip may be molded using a resin material, or may be directly fixed to a metal that hinders wireless communication. Furthermore, the wireless chip can be used for system operations such as an entrance / exit management system and a payment system.

次に、半導体装置を無線チップとして実際に使用するときの一形態について説明する。表示部321を含む携帯端末の側面には、リーダライタ320が設けられ、品物322の側面には無線チップ323が設けられる(図8(B))。品物322が含む無線チップ323にリーダライタ320をかざすと、表示部321に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品326をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダライタ324と、商品326に設けられた無線チップ325を用いて、該商品326の検品を行うことができる(図8(C))。このように、システムに無線チップを活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。   Next, one mode when the semiconductor device is actually used as a wireless chip will be described. A reader / writer 320 is provided on the side surface of the portable terminal including the display portion 321, and a wireless chip 323 is provided on the side surface of the article 322 (FIG. 8B). When the reader / writer 320 is held over the wireless chip 323 included in the product 322, the display unit 321 displays information about the product, such as a description of the product, such as the raw material and origin of the product, the inspection result for each production process, and the history of the distribution process. The In addition, when the product 326 is conveyed by a belt conveyor, the product 326 can be inspected using the reader / writer 324 and the wireless chip 325 provided in the product 326 (FIG. 8C). In this manner, by using a wireless chip in the system, information can be easily acquired, and high functionality and high added value are realized.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
(実施の形態6)
本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、情報を記憶して表示する電子機器に用いることができる。電子機器として、例えばテレビ受像器、コンピュータ、携帯電話をはじめとする携帯情報端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーションシステム等に利用することができる。本発明の半導体装置を携帯電話に適用した場合に関して図9を用いて説明する。
Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(Embodiment 6)
The semiconductor device of the present invention has a wide range of uses, but can be used, for example, in electronic devices that store and display information. As an electronic device, for example, it can be used for a television receiver, a computer, a portable information terminal such as a mobile phone, a digital camera, a video camera, a navigation system, and the like. A case where the semiconductor device of the present invention is applied to a cellular phone will be described with reference to FIG.

携帯電話は、筐体2700、2706、パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703、操作ボタン2704、バッテリ2705とを有する。パネル2701はハウジング2702に脱着自在に組み込まれ、ハウジング2702はプリント配線基板2703に嵌着される。ハウジング2702はパネル2701が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板2703には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの1つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板2703に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット(CPU、Central Processing Unit)、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。   The cellular phone includes housings 2700 and 2706, a panel 2701, a housing 2702, a printed wiring board 2703, operation buttons 2704, and a battery 2705. The panel 2701 is detachably incorporated in the housing 2702, and the housing 2702 is fitted on the printed wiring board 2703. The shape and dimensions of the housing 2702 are changed as appropriate in accordance with the electronic device in which the panel 2701 is incorporated. A plurality of packaged semiconductor devices are mounted on the printed wiring board 2703, and the semiconductor device of the present invention can be used as one of them. The plurality of semiconductor devices mounted on the printed wiring board 2703 have any one function of a controller, a central processing unit (CPU), a memory, a power supply circuit, a sound processing circuit, a transmission / reception circuit, and the like.

パネル2701は、接続フィルム2708を介して、プリント配線基板2703と接続される。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 connected 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.

本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体2700、2706内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、本発明の半導体装置は、単純な構造の記憶回路を有することを特徴としており、上記特徴により、安価で、高集積化された記憶回路を有する半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。さらに、本発明の半導体装置は、不揮発性であって、追記が可能な記憶回路を有することを特徴としており、上記特徴により、高機能化と高付加価値化を実現した電子機器を提供することができる。   The semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight. With the above characteristics, a limited space inside the housings 2700 and 2706 of the electronic device can be used effectively. In addition, the semiconductor device of the present invention is characterized by having a memory circuit with a simple structure, and by the above characteristics, an electronic device using the semiconductor device having a memory circuit highly integrated is provided at low cost. Can do. Furthermore, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it has a nonvolatile memory circuit that can be additionally written, and an electronic device that realizes high functionality and high added value by the above characteristics. Can do.

また、本発明の半導体装置は無線チップとしても利用可能であり、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図10を用いて説明する。   The semiconductor device of the present invention can also be used as a wireless chip. For example, banknotes, coins, securities, certificates, bearer bonds, packaging containers, books, recording media, personal belongings, vehicles It can be used in foods, clothing, health supplies, daily necessities, medicines, electronic devices and the like. These examples will be described with reference to FIG.

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの(金券)、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す(図10(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す(図10(B)参照)。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す(図10(C)参照)。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す(図10(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指す(図10(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指す(図10(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す(図10(G)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す(図10(H)参照)。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(テレビ受像機、薄型テレビ受像機)、携帯電話等を指す。   Banknotes and coins are money that circulates in the market, and include those that are used in the same way as money in a specific area (cash vouchers), commemorative coins, and the like. Securities refer to checks, securities, promissory notes, etc. (see FIG. 10A). The certificate refers to a driver's license, a resident's card, etc. (see FIG. 10B). Bearer bonds refer to stamps, gift tickets, various gift certificates, and the like (see FIG. 10C). Packaging containers refer to wrapping paper for lunch boxes, plastic bottles, and the like (see FIG. 10D). Books refer to books, books, and the like (see FIG. 10E). The recording media refer to DVD software, video tapes, and the like (see FIG. 10F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like (see FIG. 10G). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like (see FIG. 10H). Foods refer to food products, beverages, and the like. Clothing refers to clothing, footwear, and the like. Health supplies refer to medical equipment, health equipment, and the like. Livingware refers to furniture, lighting equipment, and the like. Chemicals refer to pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (TV receivers, flat-screen TV receivers), mobile phones, and the like.

紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に無線チップを設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に無線チップを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に無線チップを設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。無線チップの設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。また、後に光学的作用を加えて書き込み(追記)をする場合には、チップに設けられた記憶素子の部分に光が照射できるように透明な材料で形成しておくことが好ましい。さらに、一度書き込んだデータの書き換えが不可能である記憶素子を用いることによって、効果的に偽造を防止することが可能となる。また、ユーザーが商品を購入した後のプライバシー等の問題についても、無線チップに設けられた記憶素子のデータを消去するシステムを設けておくことによって解決することができる。   Forgery can be prevented by providing wireless chips on bills, coins, securities, certificates, bearer bonds, and the like. In addition, by providing wireless chips in personal items such as packaging containers, books, recording media, personal items, foods, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of inspection systems and rental store systems can be improved. it can. By providing wireless chips for vehicles, health supplies, medicines, etc., counterfeiting and theft can be prevented, and medicines can prevent mistakes in taking medicines. As a method of providing the wireless chip, the wireless chip is provided on the surface of the article or embedded in the article. For example, a book may be embedded in paper, and a package made of an organic resin may be embedded in the organic resin. Further, when writing (additional writing) is performed by applying an optical action later, it is preferable to form the transparent element so that light can be applied to the portion of the memory element provided on the chip. Furthermore, forgery can be effectively prevented by using a memory element in which data once written cannot be rewritten. In addition, problems such as privacy after a user purchases a product can be solved by providing a system for erasing data in a storage element provided in the wireless chip.

このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に無線チップを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に無線チップを設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線チップを埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。   In this way, by providing wireless chips in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of inspection systems and rental store systems can be improved. it can. In addition, forgery and theft can be prevented by providing a wireless chip in vehicles. Moreover, by embedding it in creatures such as animals, it is possible to easily identify individual creatures. For example, by burying a wireless chip in a living creature such as livestock, it is possible to easily identify the year of birth, sex or type.

以上のように、本発明の半導体装置はデータを記憶する物品あればどのようなものにでも設けて使用することができる。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。   As described above, the semiconductor device of the present invention can be provided and used for any article that stores data. Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment.

本実施例では、基板上に記憶素子部を作製し、その記憶素子部に電気的作用によりデータの書き込みを行った結果について説明する。   In this embodiment, a result of manufacturing a memory element portion over a substrate and writing data to the memory element portion by an electrical action will be described.

記憶素子部は、基板上に第1の導電層、有機化合物層(有機化合物材料と無機化合物材料との混合層+有機化合物材料からなる層)、第2の導電層の順に積層した素子である(以下、素子構造1と記す)。なお、第1の導電層は、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物を用いた。有機化合物層は、有機化合物材料と無機化合物材料との混合層と、有機化合物材料からなる層との積層構造を用いた。有機化合物材料と無機化合物材料との混合層は、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(α−NPDと略称されることがある)とMoOとを共蒸着により成膜した。有機化合物材料からなる層は、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(TPDと略称されることがある)を用いた。第2の導電層は、アルミニウムを用いた。 The memory element portion is an element in which a first conductive layer, an organic compound layer (a mixed layer of an organic compound material and an inorganic compound material + a layer made of an organic compound material), and a second conductive layer are stacked in this order on a substrate. (Hereinafter referred to as element structure 1). Note that indium tin oxide containing silicon oxide was used for the first conductive layer. As the organic compound layer, a stacked structure of a mixed layer of an organic compound material and an inorganic compound material and a layer made of the organic compound material was used. The mixed layer of the organic compound material and the inorganic compound material includes 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (sometimes abbreviated as α-NPD) and MoO 3 . Was deposited by co-evaporation. For the layer made of an organic compound material, 4,4′-bis [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] biphenyl (sometimes abbreviated as TPD) was used. Aluminum was used for the second conductive layer.

また、上記構成を有する記憶素子部と比較するため、基板上に第1の導電層、有機化合物材料からなる層、第2の導電層の順に積層した素子を形成した(以下、素子構造2と記す)。第1の導電層としては酸化珪素を含むインジウム錫酸化物の化合物を用い、有機化合物材料からなる層としてはTPDを用い、第2の導電層としてはアルミニウムを用いて形成した。つまり、上記構成から有機化合物材料と無機化合物材料との混合層を除いた構成となっている。   In addition, in order to compare with the memory element portion having the above structure, an element in which a first conductive layer, a layer made of an organic compound material, and a second conductive layer were stacked in this order on a substrate was formed (hereinafter referred to as element structure 2 and Write down). A compound of indium tin oxide containing silicon oxide was used as the first conductive layer, TPD was used as the layer made of an organic compound material, and aluminum was used as the second conductive layer. That is, it is the structure which remove | excluded the mixed layer of the organic compound material and the inorganic compound material from the said structure.

次に、電気的作用により記憶素子部をショートさせる前と、電気的作用により記憶素子部をショートさせた後の、素子構造1と素子構造2のそれぞれの電流電圧特性の測定結果を図17に示す。なお、図17において、横軸は電圧値(V)、縦軸は電流密度(mA/cm)を示している。また、図17において、プロット261aは電気的作用を加えることより記憶素子部をショートさせる前の素子構造1の電流電圧特性、プロット261bは電気的作用を加えることにより記憶素子部をショートさせた後の素子構造1の電流電圧特性を示す。また、プロット862aは電気的作用を加えることより記憶素子部をショートさせる前の素子構造2の電流電圧特性、プロット262bは電気的作用を加えることにより記憶素子部をショートさせた後の素子構造2の電流電圧特性を示す。 Next, FIG. 17 shows the measurement results of the current-voltage characteristics of the element structure 1 and the element structure 2 before the memory element part is short-circuited by an electric action and after the memory element part is short-circuited by an electric action. Show. In FIG. 17, the horizontal axis indicates the voltage value (V), and the vertical axis indicates the current density (mA / cm 2 ). In FIG. 17, a plot 261a shows the current-voltage characteristics of the element structure 1 before the memory element portion is short-circuited by applying an electrical action, and a plot 261b is after the memory element portion is short-circuited by applying an electrical action. The current-voltage characteristic of the element structure 1 is shown. A plot 862a shows the current-voltage characteristics of the element structure 2 before the memory element part is short-circuited by applying an electric action, and a plot 262b shows the element structure 2 after the memory element part is short-circuited by applying an electric action. The current-voltage characteristics are shown.

図17から、記憶素子部をショートさせる前と、ショートさせた後とで、素子構造1および素子構造2の電流電圧特性には大きな変化がみられる。例えば、印加電圧1Vでは、記憶素子部をショートさせる前の素子構造1、素子構造2の電流密度はそれぞれ1.6×10−4mA/cm、2.4×10−4mA/cmであるのに対し、記憶素子部をショートさせた後の素子構造1、素子構造2の電流密度はそれぞれ2.5×10mA/cm、4.3×10mA/cmであり、記憶素子部をショートさせる前とショートさせた後では、電流値に6桁の変化が生じている。つまり、記憶素子部をショートさせた後には素子構造1および素子構造2の抵抗値がショートさせる前の抵抗値に比べ大幅に減少している。 From FIG. 17, there is a large change in the current-voltage characteristics of the element structure 1 and the element structure 2 before and after the memory element portion is short-circuited. For example, at an applied voltage of 1 V, the current densities of the element structure 1 and the element structure 2 before short-circuiting the memory element portion are 1.6 × 10 −4 mA / cm 2 and 2.4 × 10 −4 mA / cm 2, respectively. On the other hand, the current densities of the element structure 1 and the element structure 2 after the storage element portion is short-circuited are 2.5 × 10 2 mA / cm 2 and 4.3 × 10 2 mA / cm 2 , respectively. The current value has changed by 6 digits before and after the storage element portion is short-circuited. That is, after the memory element portion is short-circuited, the resistance values of the element structure 1 and the element structure 2 are greatly reduced compared to the resistance value before the short-circuiting.

このように、記憶素子部をショートさせる前と、記憶素子部をショートした後では、記憶素子部の抵抗値に変化が生じており、この素子構造1または素子構造2の抵抗値の変化を、電圧値又は電流値により読み取ることによって、記憶回路として機能させることができる。   As described above, before the memory element portion is short-circuited and after the memory element portion is short-circuited, the resistance value of the memory element portion changes, and the change in the resistance value of the element structure 1 or the element structure 2 is expressed as follows. By reading the voltage value or the current value, it can function as a memory circuit.

また、図17より、素子構造1と素子構造2に電気的作用を加えることにより記憶素子部をショートさせる際の電圧はそれぞれ、9.6V、18.2Vであり、素子構造1の方が低い電圧で記憶素子部をショートさせることが可能であった。つまり、有機化合物層として、有機化合物材料からなる層に無機化合物材料と有機化合物材料との混合層を積層させて設けることにより、記憶素子をショートさせてデータを書き込む際の駆動電圧を低くすることが可能となる。その結果、有機化合物層に有機化合物材料からなる層に加えて、有機化合物材料と無機化合物材料との混合層を設けることによって、記憶素子部の厚膜化と低消費電力化を同時に達成することができる。   In addition, as shown in FIG. 17, the voltages when the memory element portion is short-circuited by applying an electrical action to the element structure 1 and the element structure 2 are 9.6 V and 18.2 V, respectively, and the element structure 1 is lower. It was possible to short-circuit the memory element portion with voltage. In other words, as the organic compound layer, a mixed layer of an inorganic compound material and an organic compound material is provided on a layer made of an organic compound material, thereby reducing the drive voltage when writing data by short-circuiting the memory element. Is possible. As a result, in addition to a layer made of an organic compound material in the organic compound layer, a mixed layer of an organic compound material and an inorganic compound material is provided to simultaneously achieve a thicker memory element and lower power consumption. Can do.

本実施例では、有機メモリ素子の書き込み電圧、書き込み電流値、電流密度に対する有機化合物層の膜厚依存性を示す。なお、ここでは、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素子を短絡させて書き込みを行った。   In this example, the dependence of the organic compound layer on the film thickness with respect to the write voltage, write current value, and current density of the organic memory element is shown. Here, writing was performed by applying a voltage to the organic memory element to short-circuit the organic memory element.

ガラス基板上に第1の導電層としてスパッタリング法により酸化珪素を含むITOを形成し、第1の導電層上に無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層として酸化モリブデンとDNTPD(4,4’−Bis(N−{4−[N,N−bis(3−methylphenyl)amino]phenyl}−N−phenylamino)biphenyl)とを2:4の比で共蒸着し、無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層上に有機化合物層としてNPBを蒸着し、有機化合物層上に第2の導電層としてアルミニウム層を蒸着して、有機メモリ素子の水平面における大きさ100μm×100μmの有機メモリ素子を形成した。   ITO containing silicon oxide is formed as a first conductive layer on a glass substrate by a sputtering method, and molybdenum oxide and DNTPD (4 are used as a layer provided by mixing an inorganic compound and an organic compound on the first conductive layer. , 4′-Bis (N- {4- [N, N-bis (3-methylphenyl) amino] phenyl} -N-phenylamino) biphenyl) is co-evaporated at a ratio of 2: 4 to form an inorganic compound and an organic compound. NPB is vapor-deposited as an organic compound layer on a layer provided by mixing and an aluminum layer is vapor-deposited as a second conductive layer on the organic compound layer, and the size of the organic memory element in the horizontal plane is 100 μm × 100 μm. An organic memory element was formed.

なお、無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層の厚さを80nmとし、有機化合物層の厚さがそれぞれ10nm、20nm、30nm、40nm、50nmの有機メモリ素子を形成した。また、有機化合物層の厚さが10nmの有機メモリ素子を試料1とし、有機化合物層の厚さが20nmの有機メモリ素子を試料2とし、有機化合物層の厚さが30nmの有機メモリ素子を試料3とし、有機化合物層の厚さが40nmの有機メモリ素子を試料4とし、有機化合物層の厚さが50nmの有機メモリ素子を試料5として、各試料の書き込み時の電圧、電流値、及び電流密度を表1に示す。   In addition, the thickness of the layer provided by mixing the inorganic compound and the organic compound was set to 80 nm, and organic memory elements having thicknesses of 10 nm, 20 nm, 30 nm, 40 nm, and 50 nm, respectively, were formed. Further, an organic memory element having an organic compound layer thickness of 10 nm is designated as sample 1, an organic memory element having an organic compound layer thickness of 20 nm is designated as sample 2, and an organic memory element having an organic compound layer thickness of 30 nm is designated as a sample. 3 and an organic memory element having an organic compound layer thickness of 40 nm as sample 4, an organic memory element having an organic compound layer thickness of 50 nm as sample 5, and the voltage, current value, and current when writing each sample. The density is shown in Table 1.

Figure 0004912671
Figure 0004912671

表1に示すように、有機化合物層の膜厚を薄くすることで、書き込み電圧を低下させることが可能である。   As shown in Table 1, the write voltage can be reduced by reducing the thickness of the organic compound layer.

次に、有機メモリ素子の水平面における大きさ、及び無機化合物と有機化合物とが混合して設けられた層の厚さの異なる有機メモリ素子の書き込み時の電圧及び電流値を示す。ここでも同様に、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素子を短絡させて書き込みを行った。   Next, voltage and current values at the time of writing in the organic memory element in which the size of the organic memory element in the horizontal plane and the thickness of the layer in which the inorganic compound and the organic compound are mixed are different are shown. Similarly, writing was performed by applying a voltage to the organic memory element to short-circuit the organic memory element.

ガラス基板上に第1の導電層としてスパッタリング法によりチタン層を形成し、第1の導電層上に無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層として酸化モリブデンとNPBとを共蒸着し、無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層上に有機化合物層としてNPBを蒸着し、有機化合物層上に第2の導電層としてアルミニウム層を蒸着して有機メモリ素子を形成した。   A titanium layer is formed as a first conductive layer on a glass substrate by a sputtering method, and molybdenum oxide and NPB are co-deposited as a layer provided by mixing an inorganic compound and an organic compound on the first conductive layer. NPB was deposited as an organic compound layer on a layer provided by mixing an inorganic compound and an organic compound, and an aluminum layer was deposited as a second conductive layer on the organic compound layer to form an organic memory element.

なお、無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層の厚さを20nmとし、酸化モリブデンとNPBの混合比を1:4とし、有機メモリ素子の一辺の長さを3μm、5μmとする有機メモリ素子をそれぞれ試料6、試料7として、下記試料の書き込み時の電圧、及び電流値を表2に示す。   Note that the thickness of the layer provided by mixing the inorganic compound and the organic compound is 20 nm, the mixing ratio of molybdenum oxide and NPB is 1: 4, and the length of one side of the organic memory element is 3 μm and 5 μm. Table 2 shows voltage and current values when writing the following samples, where the organic memory elements are Sample 6 and Sample 7, respectively.

Figure 0004912671
Figure 0004912671

また、無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層の厚さを40nmとし、酸化モリブデンとNPBの混合比を1:4とし、有機メモリ素子の一辺の長さを2μm、5μm、及び10μmとする有機メモリ素子をそれぞれ試料8、試料9、及び試料10として、下記試料の書き込み時の電圧、及び電流値を表3に示す。   The thickness of the layer provided by mixing the inorganic compound and the organic compound is 40 nm, the mixing ratio of molybdenum oxide and NPB is 1: 4, the length of one side of the organic memory element is 2 μm, 5 μm, and Table 3 shows voltage and current values at the time of writing the following samples, where the organic memory elements having a thickness of 10 μm are Sample 8, Sample 9, and Sample 10, respectively.

Figure 0004912671
Figure 0004912671

表1〜3に示すように、第1の導電層及び有機化合物層の間に、無機化合物と有機化合物とを混合して設けられた層を有する有機メモリ素子において、電気的に書き込みを行うことが可能であった。   As shown in Tables 1 to 3, electrical writing is performed in an organic memory element having a layer provided by mixing an inorganic compound and an organic compound between the first conductive layer and the organic compound layer. Was possible.

本発明の半導体装置およびその駆動方法の一例を説明する図。8A and 8B illustrate an example of a semiconductor device and a driving method thereof according to the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置にレーザによりデータを書き込む例を説明する図。4A and 4B illustrate an example of writing data into a semiconductor device of the present invention with a laser. 本発明の半導体装置およびその駆動方法の一例を説明する図。。8A and 8B illustrate an example of a semiconductor device and a driving method thereof according to the present invention. . 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態を説明する図。8A and 8B illustrate usage patterns of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態を説明する図。8A and 8B illustrate usage patterns of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の使用形態を説明する図。8A and 8B illustrate usage patterns of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置作製工程を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device manufacturing process of the present invention. 本発明の半導体装置作製工程を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device manufacturing process of the present invention. 本発明の半導体装置作製工程を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device manufacturing process of the present invention. 本発明の半導体装置作製工程を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device manufacturing process of the present invention. 本発明の半導体装置作製工程を説明する図。8A and 8B illustrate a semiconductor device manufacturing process of the present invention. 本発明の半導体装置における記憶素子の電流電圧特性の測定図。FIG. 6 is a measurement diagram of current-voltage characteristics of a memory element in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置に記憶されたデータの読み取りを説明する図。4A and 4B illustrate reading of data stored in a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の一構成例を説明する図。8A and 8B illustrate a structure example of a semiconductor device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

16 記憶回路
21 メモリセル
22 メモリセルアレイ
23 インターフェース
24 ワード線駆動回路
24a ロウデコーダ
24b レベルシフタ
26 ビット線駆動回路
26a カラムデコーダ
26b 読み出し回路
26c セレクタ
27 第1の導電層
28 第2の導電層
29 有機化合物層
30 基板
33 絶縁層
34 絶縁層
37 絶縁層
44 半導体層
45 半導体層
46 抵抗素子
47 差動増幅器
48 トランジスタ
49 クロックトインバータ
77 記憶素子部
78 電界効果トランジスタ
79 薄膜トランジスタ
80 有機メモリ素子
216 記憶回路
221 メモリセル
222 メモリセルアレイ
223 インターフェース
224 ワード線駆動回路
224a ロウデコーダ
224b レベルシフタ
226 ビット線駆動回路
226a カラムデコーダ
226b 読み出し回路
226c セレクタ
229 クロックトインバータ
230 基板
240 トランジスタ
241 有機メモリ素子
241 記憶素子
243 第1の導電層
244 有機化合物層
245 第2の導電層
246 抵抗素子
247 差動増幅器
248 トランジスタ
249 絶縁層
250 絶縁層
251 素子形成層
16 memory circuit 21 memory cell 22 memory cell array 23 interface 24 word line drive circuit 24a row decoder 24b level shifter 26 bit line drive circuit 26a column decoder 26b read circuit 26c selector 27 first conductive layer 28 second conductive layer 29 organic compound layer 30 Substrate 33 Insulating layer 34 Insulating layer 37 Insulating layer 44 Semiconductor layer 45 Semiconductor layer 46 Resistive element 47 Differential amplifier 48 Transistor 49 Clocked inverter 77 Memory element part 78 Field effect transistor 79 Thin film transistor 80 Organic memory element 216 Memory circuit 221 Memory cell 222 Memory cell array 223 Interface 224 Word line drive circuit 224a Row decoder 224b Level shifter 226 Bit line drive circuit 226a Column decoder 226b Read Circuit 226c Selector 229 Clocked inverter 230 Substrate 240 Transistor 241 Organic memory element 241 Memory element 243 First conductive layer 244 Organic compound layer 245 Second conductive layer 246 Resistance element 247 Differential amplifier 248 Transistor 249 Insulating layer 250 Insulating layer 251 Element formation layer

Claims (8)

ビット線と、ワード線と、メモリ素子と、を有し、
前記メモリ素子は、前記ビット線を構成する第1の導電層と、前記第1の導電層と接する有機化合物層と、前記有機化合物層と接し、且つ前記ワード線を構成する第2の導電層とを有し、
前記有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とを有する層を有し
レーザ光を照射して前記有機化合物層を酸化または炭化することにより、前記メモリ素子にデータを書き込むことを特徴とする半導体装置。
A bit line, a word line, and a memory element;
The memory element includes a first conductive layer forming the bit lines, the first conductive layer in contact with the organic compound layer in contact with the organic compound layer, and a second conductive layer forming the word line and, have,
The organic compound layer has a layer with an inorganic compound and an organic compound,
A semiconductor device , wherein data is written to the memory element by oxidizing or carbonizing the organic compound layer by irradiating a laser beam .
ビット線と、ワード線と、メモリ素子と、を有し、
前記メモリ素子は、前記ビット線を構成する第1の導電層と、前記第1の導電層と接する有機化合物層と、前記有機化合物層と接し、且つ前記ワード線を構成する第2の導電層とを有し、
前記有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とを有する層と、第2の有機化合物を有する層と、を有し、
レーザ光を照射して前記有機化合物層を酸化または炭化することにより、前記メモリ素子にデータを書き込むことを特徴とする半導体装置。
A bit line, a word line, and a memory element;
The memory element includes a first conductive layer forming the bit lines, the first conductive layer in contact with the organic compound layer in contact with the organic compound layer, and a second conductive layer forming the word line and, have,
The organic compound layer includes a layer having an inorganic compound and a first organic compound, and a layer having a second organic compound ,
A semiconductor device , wherein data is written to the memory element by oxidizing or carbonizing the organic compound layer by irradiating a laser beam .
ビット線と、ワード線と、メモリ素子と、トランジスタと、を有し、
前記トランジスタのゲートは、前記ワード線に電気的に接続されており、
前記トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記ビット線に電気的に接続されており、
前記メモリ素子は、前記トランジスタのソース又はドレインの他方を構成する第1の導電層と、前記第1の導電層と接する有機化合物層と、前記有機化合物層と接する第2の導電層とを有し、
前記有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とを有する層を有し
レーザ光を照射して前記有機化合物層を酸化または炭化することにより、前記メモリ素子にデータを書き込むことを特徴とする半導体装置。
A bit line, a word line, a memory element, and a transistor;
A gate of the transistor is electrically connected to the word line;
One of the source or drain of the transistor is electrically connected to the bit line,
The memory element includes a first conductive layer constituting the source and the drain other of said transistors, said first conductive layer in contact with the organic compound layer, and a second conductive layer in contact with the organic compound layer, the Have
The organic compound layer has a layer with an inorganic compound and an organic compound,
A semiconductor device , wherein data is written to the memory element by oxidizing or carbonizing the organic compound layer by irradiating a laser beam .
ビット線と、ワード線と、メモリ素子と、トランジスタと、を有し、
前記トランジスタのゲートは、前記ワード線に電気的に接続されており、
前記トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記ビット線に電気的に接続されており、
前記メモリ素子は、前記トランジスタのソース又はドレインの他方を構成する第1の導電層と、前記第1の導電層と接する有機化合物層と、前記有機化合物層と接する第2の導電層とを有し、
前記有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とを有する層と、第2の有機化合物を有する層と、を有し、
レーザ光を照射して前記有機化合物層を酸化または炭化することにより、前記メモリ素子にデータを書き込むことを特徴とする半導体装置。
A bit line, a word line, a memory element, and a transistor;
A gate of the transistor is electrically connected to the word line;
One of the source or drain of the transistor is electrically connected to the bit line,
The memory element includes a first conductive layer constituting the source and the drain other of said transistors, said first conductive layer in contact with the organic compound layer, and a second conductive layer in contact with the organic compound layer, the Have
The organic compound layer includes a layer having an inorganic compound and a first organic compound, and a layer having a second organic compound ,
A semiconductor device , wherein data is written to the memory element by oxidizing or carbonizing the organic compound layer by irradiating a laser beam .
ビット線と、ワード線と、メモリ素子と、トランジスタと、を有し、
前記トランジスタのゲートは、前記ワード線に電気的に接続されており、
前記トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記ビット線に電気的に接続されており、
前記メモリ素子は、前記トランジスタのソース又はドレインの他方を構成する第1の導電層と、前記第1の導電層と同一平面上に設けられた第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に設けられた有機化合物層とを有し、
前記有機化合物層は、無機化合物と有機化合物とを有する層を有し
レーザ光を照射して前記有機化合物層を酸化または炭化することにより、前記メモリ素子にデータを書き込むことを特徴とする半導体装置。
A bit line, a word line, a memory element, and a transistor;
A gate of the transistor is electrically connected to the word line;
One of the source or drain of the transistor is electrically connected to the bit line,
The memory element includes a first conductive layer constituting the other of a source and a drain of the transistor, a second conductive layer provided on the same plane as the first conductive layer, and the first conductive layer anda organic compound layer provided between the second conductive layer and,
The organic compound layer has a layer with an inorganic compound and an organic compound,
A semiconductor device , wherein data is written to the memory element by oxidizing or carbonizing the organic compound layer by irradiating a laser beam .
ビット線と、ワード線と、メモリ素子と、トランジスタと、を有し、
前記トランジスタのゲートは、前記ワード線に電気的に接続されており、
前記トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記ビット線に電気的に接続されており、
前記メモリ素子は、前記トランジスタのソース又はドレインの他方を構成する第1の導電層と、前記第1の導電層と同一平面上に設けられた第2の導電層と、前記第1の導電層と前記第2の導電層との間に設けられた有機化合物層とを有し、
前記有機化合物層は、無機化合物と第1の有機化合物とを有する層と、第2の有機化合物を有する層と、を有し、
レーザ光を照射して前記有機化合物層を酸化または炭化することにより、前記メモリ素子にデータを書き込むことを特徴とする半導体装置。
A bit line, a word line, a memory element, and a transistor;
A gate of the transistor is electrically connected to the word line;
One of the source or drain of the transistor is electrically connected to the bit line,
The memory element includes a first conductive layer constituting the other of a source and a drain of the transistor, a second conductive layer provided on the same plane as the first conductive layer, and the first conductive layer anda organic compound layer provided between the second conductive layer and,
The organic compound layer includes a layer having an inorganic compound and a first organic compound, and a layer having a second organic compound ,
A semiconductor device , wherein data is written to the memory element by oxidizing or carbonizing the organic compound layer by irradiating a laser beam .
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第1の導電層と前記有機化合物層との間、または前記有機化合物層と前記第2の導電層との間に、整流性を有する素子を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The semiconductor device characterized by between the organic compound layer and the first conductive layer or between the organic compound layer and the second conductive layer, and has an element having a rectifying property.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、In any one of Claims 1 thru | or 7,
前記レーザ光を照射することにより、前記有機化合物層を破壊することを特徴とする半導体装置。A semiconductor device, wherein the organic compound layer is destroyed by irradiating the laser beam.
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