JP4974576B2 - 記憶素子、半導体装置、及び記憶素子の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置、及び半導体装置の作製方法に関する。

近年、個々の対象物にＩＤ（個体識別番号）を与えることで、その対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てるといった個体認識技術が注目されている。その中でも、非接触でデータの送受信が可能な半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置として、特に、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、無線タグ、電子タグ、無線チップともよばれる）等が企業内、市場等で導入され始めている。

これらの半導体装置の多くは、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板を用いた回路（以下、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップとも記す）とアンテナとを有し、当該ＩＣチップは記憶回路（以下、メモリとも記す）や制御回路等から構成されている。また、制御回路や記憶回路等に有機化合物を用いた有機薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとも記す）や有機メモリ等の開発が盛んに行われている（例えば特許文献１参照。）。
特開平７−２２６６９号公報

しかし、一対の電極間に有機化合物を設けて記憶素子を形成する、有機化合物を用いた記憶回路において、記憶回路の大きさによっては、有機化合物層の膜厚が厚いと、書き込み電圧が上昇してしまうという問題があり、一方素子サイズが小さく有機化合物層の膜厚が薄いと、ゴミや電極層表面の凹凸形状の影響を受けやすくなり、メモリの特性（書き込み電圧など）にバラツキが生じる、正常な書き込みができないなどという問題がある。

よって、本発明は、より高性能、高信頼性の記憶装置、及びその記憶装置を備えた半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製できる技術を提供することも目的とする。

本発明では、半導体装置に含まれる記憶素子を構成する一対の導電層の間に設けられる有機化合物層に複数の絶縁物を含んで形成する。有機化合物層中の絶縁物は、有機化合物層内部、及び導電層との界面に存在する。絶縁物を含む有機化合物層は、その材料や形成方法によって、層中の絶縁物の濃度を制御することができる。よって、絶縁物を有機化合物層内に均一に分布させてもよいし、有機化合物層内で濃度が異なるように不均一に分布させてもよい。導電層と有機化合物層の界面の絶縁物により、トンネル注入が可能になりトンネル電流が流れる。よって、第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層に電流が流れて熱が発生する。そして、有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、ジュール熱や高電界の影響により有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層と第２の導電層との一部が接して記憶素子が短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

また、絶縁物はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層全体のキャリア輸送性は、絶縁物の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。更に、有機化合物単層よりも、絶縁物が混入した混合層の方が、有機化合物の結晶化などによる欠陥が生じにくく、有機化合物層の形態（モルフォロジー）が安定化するため、初期状態において導電層間で短絡するような不良な素子の作製を防止でき、歩留まりが向上する。

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置を指す。本発明を用いて多層配線層を有する集積回路や、プロセッサチップなどの半導体装置を作製することができる。

本発明の半導体装置の一は、第１の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層と、絶縁物を含む有機化合物層上に第２の導電層とを含む記憶素子を有する。

第１の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層と、絶縁物を含む有機化合物層上に第２の導電層とを含む記憶素子を有し、絶縁物を含む有機化合物層中の絶縁物は濃度勾配を有する。

上記有機化合物層中の絶縁物の濃度勾配は、材料や作製方法によって以下のように制御することができる。よって、有機化合物層中の絶縁物の濃度が、絶縁物を含む有機化合物層と第１の導電層との界面の方が、絶縁物を含む有機化合物層と第２の導電層との界面より高い半導体装置、絶縁物を含む有機化合物層中の絶縁物の濃度が、絶縁物を含む有機化合物層と第２の導電層との界面の方が、絶縁物を含む有機化合物層と第１の導電層との界面より高い半導体装置、絶縁物を含む有機化合物層中の絶縁物の濃度が、絶縁物を含む有機化合物層と第１の導電層との界面、及び絶縁物を含む有機化合物層と第２の導電層との界面が、絶縁物を含む有機化合物層中において最も高い半導体装置などを作製することができる。

本明細書中において、濃度が高いとは絶縁物の存在確率が高い、分布が多いということを意味する。これらの濃度は物質の物性によって、体積比、重量比、組成比などで表すことができる。

本発明の半導体装置の作製方法の一は、第１の導電層を形成し、第１の導電層上に絶縁物を含む有機化合物層を形成し、絶縁物を含む有機化合物層上に第２の導電層を形成し記憶素子を形成する。

本発明の半導体装置の作製方法の一は、第１の導電層を形成し、第１の導電層上に絶縁物と有機化合物とを含む組成物を吐出し、固化し絶縁物を含む有機化合物層を形成し、絶縁物を含む有機化合物層上に第２の導電層を形成し記憶素子を形成する。

本発明の半導体装置の作製方法の一は、第１の導電層を形成し、第１の導電層上に有機化合物層を形成し、有機化合物層に絶縁物を添加して絶縁物を含む有機化合物層を形成し、絶縁物を含む有機化合物層上に第２の導電層を形成し記憶素子を形成する。

本発明により、より高性能、高信頼性の記憶装置、及び半導体装置を低コストで、歩留まりよく作製することができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。

本発明の記憶素子とその動作機構を、図１を用いて説明する。本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する一対の導電層に挟まれて設けられる有機化合物を、複数の絶縁物を含むように形成し、複数の絶縁物を含む有機化合物層とする。絶縁物を含む有機化合物層とすることで、記憶素子の特性がバラつかずに安定化し、正常な書き込みを行うことができる。

有機化合物層内の絶縁物の分布は、均一でもよいし、濃度勾配を有するように不均一でもよい。有機化合物層中の絶縁物の混入状態は、材料、形成方法によって異なり、濃度などを制御することができる。

図１に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第１の導電層５０上に、絶縁物５１ａ及び絶縁物５１ｂを含む有機化合物層５２が形成され、有機化合物層５２上に第２の導電層５３が形成されている。

第１の導電層５０及び第２の導電層５３の材料には導電性の高い元素や化合物等用いる。本実施の形態において有機化合物層５２の材料には電気的作用により、結晶状態や導電性、形状が変化する物質を用いる。上記構成を有する記憶素子は電圧印加前後で導電性が変化するので、「初期状態」と「導電性変化後」とに対応した２つの値を記憶させることができる。電圧印加前後での記憶素子の導電性の変化について説明する。

本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層５２中に絶縁物５１ａ及び絶縁物５１ｂを含んで第１の導電層５０上に形成する。第１の導電層５０と第２の導電層５３との間に電圧を印加すると、有機化合物層５２に電流が流れて熱が発生する。そして、有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層５２を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、ジュール熱や高電界の影響により有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層５０と第２の導電層５３とが接してしまい、結果第１の導電層５０と第２の導電層５３とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

有機化合物層５２と第１の導電層５０との界面に存在する絶縁物５１ａにより、第１の導電層５０から有機化合物層５２へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合層のモロフォロジーが安定化し、さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層５２中に存在する絶縁物５１ｂはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層５２全体のキャリア輸送性は、絶縁物５１ｂの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

図１においては、有機化合物層５２に、絶縁物５１ｂ、及び第１の導電層５０との界面に存在する絶縁物５１ａが含まれる例を示すが、本発明は絶縁物が有機化合物中に含まれていれば良い。よって、必ずしも絶縁物５１ａ及び絶縁物５１ｂ両方存在する必要はなく、どちらか一方でもよい。

なお、本発明の記憶素子に印加する電圧は、第２の導電層より第１の導電層により高い電圧をかけてもよいし、第１の導電層より第２の導電層により高い電圧をかけてもよい。記憶素子が整流性を有する場合も、順バイアス方向に電圧が印加されるように、第１の導電層と第２の導電層との間に電位差を設けてもよいし、逆バイアス方向に電圧が印加されるように、第１の導電層と第２の導電層との間に電位差を設けてもよい。

本発明では、一対の導電層間に設けられる有機化合物層に、複数の絶縁物を混入させた、複数の絶縁物を含む有機化合物層を用いる。有機化合物層内への複数の絶縁物の混入状態は、用いる材料や形成方法などによって異なる。図１で示す絶縁物を含む有機化合物層は、有機化合物層内ほぼ均一に絶縁物が分散した例であり、その濃度は均一である。図１のように有機化合物層中の絶縁物は均一に混在していてもよく、濃度勾配を有するように不均一に混在していてもよい。有機化合物層中の絶縁物の混入状態の例を、図１６を用いて説明する。

図１６（Ａ）に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第１の導電層６０上に、絶縁物混入領域６１を有する有機化合物層６２が形成され、有機化合物層６２上に第２の導電層６３が形成されている。有機化合物層６２内において混入する絶縁物は濃度勾配を有しており、絶縁物は有機化合物層６２内に不均一に存在している。絶縁物混入領域６１は、有機化合物層６２と第１の導電層６０との界面付近に有している。よって有機化合物層６２中の絶縁物の濃度は、有機化合物層６２と第１の導電層６０との界面が、有機化合物層６２中において最も高い。絶縁物混入領域は非絶縁物混入領域と明確な界面を有さずに、有機化合物層内で膜厚方向に第２の導電層６３に近づくにつれ徐々に濃度が変化する構造とすることができる。

図１６（Ｂ）に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第１の導電層７０上に、絶縁物混入領域７１を有する有機化合物層７２が形成され、有機化合物層７２上に第２の導電層７３が形成されている。有機化合物層７２内において混入する絶縁物は濃度勾配を有しており、絶縁物は有機化合物層７２内に不均一に存在している。絶縁物混入領域７１は、有機化合物層７２と第２の導電層７３との界面付近に有している。よって有機化合物層７２中の絶縁物の濃度は、有機化合物層７２と第２の導電層７３との界面が、有機化合物層７２中において最も高い。絶縁物混入領域は非絶縁物混入領域と明確な界面を有さずに、有機化合物層内で膜厚方向に第２の導電層７３に近づくにつれ徐々に濃度が変化する構造とすることができる。

図１６（Ｃ）に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第１の導電層８０上に、絶縁物混入領域８１ａ及び絶縁物混入領域８１ｂを有する有機化合物層８２が形成され、有機化合物層８２上に第２の導電層８３が形成されている。有機化合物層８２内において混入する絶縁物は濃度勾配を有しており、絶縁物は有機化合物層８２内に不均一に存在している。有機化合物層８２内において、第１の導電層８０との界面付近に絶縁物混入領域８１ａを有し、第２の導電層８３との界面付近に絶縁物混入領域８１ｂを有している。よって有機化合物層８２中の絶縁物の濃度は、有機化合物層８２と第１の導電層８０との界面、及び有機化合物層８２と第２の導電層８３との界面が、有機化合物層８２中において最も高い。絶縁物混入領域は非絶縁物混入領域と明確な界面を有さずに、徐々に濃度は変化しており、有機化合物層内で膜厚方向に第１の導電層８０及び第２の導電層８３に近づくにつれ絶縁物の濃度は高くなり、有機化合物層８２の中心部は絶縁物が低濃度に含まれる構造とすることができる。

複数の絶縁物を含む有機化合物層は、複数の絶縁物と有機化合物とを混入させて、一工程で複数の絶縁物を含む有機化合物層を形成しても良く、どちらか一方を先に形成し、他の一方を別工程で導入（添加）してもよい。一工程で形成する場合、共蒸着法やスパッタリング法などのドライプロセスで形成しても良く、塗布法などの湿式法で複数の絶縁物と有機化合物との混合材料を用いて、膜状に形成しても良い。有機化合物層内の絶縁物の分布は、上記形成方法を用いて、所望の濃度に制御することができる。

湿式の場合、絶縁物と有機化合物は溶媒中に溶解していてもよいし、不溶であっても分散されて混合していればよい。よって複数の絶縁物が０．１〜０．００１μｍ程度の微粒（コロイド粒子ともいう）となって液体の中に分散している状態であるコロイド溶液を用いることができる。絶縁物の形状は、粒状、柱状、針状、板状などどのような形状でも良く、複数の絶縁物が凝集し、単体として集合体を形成してもよい。絶縁物と有機化合物との比重の違い、溶解度の違いから、濃度勾配を有する層とすることができる。例えば、有機化合物層と導電層との界面付近にトンネル注入を起こしうる絶縁物濃度で、有機化合物層内部には記憶素子にとって必要なキャリア輸送性を確保できる程度の絶縁物濃度で、それぞれ絶縁物の濃度を制御することができる。このように一工程で絶縁物を含む有機化合物層を形成すると、工程数を簡略化することができる。

絶縁物を含む有機化合物層は、電子ビーム蒸着法、共蒸着などの蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法や、混合溶液を用いたスピンコート法など塗布法、ゾル−ゲル法を用いて形成することができる。絶縁物を含む有機化合物層は各々の材料を同時に成膜することにより形成することができ、抵抗加熱蒸着同士による共蒸着法、電子ビーム蒸着同士による共蒸着法、抵抗加熱蒸着と電子ビーム蒸着による共蒸着法、抵抗加熱蒸着とスパッタリングによる成膜、電子ビーム蒸着とスパッタリングによる成膜など、同種、異種の方法を組み合わせて形成することができる。また、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出（噴出）して所定のパターンに形成することが可能な、液滴吐出（噴出）法（その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。）、ディスペンサ法、物体が所望のパターンに転写、または描写できる方法、例えば各種印刷法（スクリーン（孔版）印刷、オフセット（平版）印刷、凸版印刷やグラビア（凹版）印刷など所望なパターンで形成される方法）なども用いることができる。また、同時に形成するのではなく、有機化合物層を形成した後に、イオン注入法やドーピング法などによって絶縁物を導入し、絶縁物と有機化合物との混合層を形成してもよい。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物は、熱的及び化学的に安定で、キャリア注入されない無機絶縁物又は有機化合物を用いる。好ましくは、有機化合物層に混入する絶縁物は、電気伝導率が１０^−１０ｓ／ｍ以下、より好ましくは１０^−１０以上１０^−１４ｓ／ｍ以下のものを用いることができる。以下に絶縁物に用いることのできる、無機絶縁物と有機化合物との具体例を述べる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる無機絶縁物として、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ_２Ｏ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化ラザホージウム（ＲｆＯ_２）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化テクネチウム（ＴｃＯ）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化パラジウム（ＰｄＯ）、酸化銀（Ａｇ_２Ｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）などの酸化物を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化ルビジウム（ＲｂＦ）、フッ化ベリリウム（ＢｅＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、フッ化銀（ＡｇＦ）、フッ化マンガン（ＭｎＦ_３）などのフッ化物を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ベリリウム（ＢｅＣｌ_２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、塩化バリウム（ＢａＣｌ_２）、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ_４）、塩化スズ（ＳｎＣｌ_４）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４）、三塩化チタン（ＴｉＣｌ_３）、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ_４）、塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ_２）、三塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_３）、二塩化アンチモン（ＳｂＣｌ_２）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）、塩化タリウム（ＴｌＣｌ）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、塩化マンガン（ＭｎＣｌ_２）、塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ_２）などの塩化物を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、臭化カリウム（ＫＢｒ）、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）、臭化バリウム（ＢａＢｒ_２）、臭化珪素（ＳｉＢｒ_４）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）などの臭化物を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化バリウム（ＢａＩ_２）、ヨウ化タリウム（ＴｌＩ）、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、ヨウ化チタン（ＴｉＩ_４）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ_２）、ヨウ化珪素（ＳｉＩ_４）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などのヨウ化物を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ_３）、炭酸鉄（ＦｅＣＯ_３）、炭酸コバルト（ＣｏＣＯ_３）、炭酸ニッケル（ＮｉＣＯ_３）、炭酸銅（ＣｕＣＯ_３）、炭酸銀（Ａｇ_２ＣＯ_３）、炭酸亜鉛（ＺｎＣＯ_３）などの炭酸塩を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、硫酸リチウム（Ｌｉ_２ＳＯ_４）、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ_４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４）、硫酸ストロンチウム（ＳｒＳＯ_４）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）、硫酸チタン（Ｔｉ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸ジルコニウム（Ｚｒ（ＳＯ_４）_２）、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）、硫酸鉄（ＦｅＳＯ_４）、三硫酸二鉄（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ_４）、硫酸コバルト（Ｃｏ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ_４）、硫酸銅（ＣｕＳＯ_４）、硫酸銀（Ａｇ_２ＳＯ_４）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４）、硫酸アルミニウム（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸インジウム（Ｉｎ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸スズ（ＳｎＳＯ_４）、硫酸スズ（Ｓｎ（ＳＯ_４）_２）、硫酸アンチモン（Ｓｂ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸ビスマス（Ｂｉ_２（ＳＯ_４）_３）などの硫酸塩を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ_３）、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ_３）_２）、硝酸カルシウム（Ｃａ（ＮＯ_３）_２）、硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ_３）_２）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）、硝酸チタン（Ｔｉ（ＮＯ_３）_４）、硝酸ストロンチウムＳｒ（ＮＯ_３）_２）、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ_３）_２）、硝酸ジルコニウム（Ｚｒ（ＮＯ_３）_４）、硝酸マンガン（Ｍｎ（ＮＯ_３）_２）、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ_３）_２）、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ_３）_３）、硝酸コバルト（Ｃｏ（ＮＯ_３）_２）、硝酸ニッケル（Ｎｉ（ＮＯ_３）_２）、硝酸銅（Ｃｕ（ＮＯ_３）_２）、硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）、硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２）、硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ_３）_３）、硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ_３）_３）、硝酸スズ（Ｓｎ（ＮＯ_３）_２）、硝酸ビスマス（Ｂｉ（ＮＯ_３）_３）などの硝酸塩を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる他の無機絶縁物として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）などの窒化物、カルボン酸リチウム（ＣＨ_３ＣＯＯＬｉ）、酢酸カリウム（ＣＨ_３ＣＯＯＫ）、酢酸ナトリウム（ＣＨ_３ＣＯＯＮａ）、酢酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、酢酸カルシウム（Ｃａ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、酢酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）、酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２）などのカルボン酸塩を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる無機絶縁物として、上記無機絶縁物の一種、または複数種を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる有機化合物は、キャリア注入されにくいもの、バンドギャップが３．５ｅＶ以上、好ましくは４ｅＶ以上６ｅＶ以下ものを用いることができる。例えば、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、ポリエステル、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、珪素樹脂、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シロキサン樹脂を用いることができる。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物に用いることのできる有機化合物は、上記有機化合物の一種、または複数種を用いることができる。

本発明において、有機化合物層に混入する絶縁物は、上記無機絶縁物及び上記有機化合物の一種または複数種を用いることができる。

また、第１の導電層５０、第１の導電層６０、第１の導電層７０、第１の導電層８０、第２の導電層５３、第２の導電層６３、第２の導電層７３、第２の導電層８３には、導電性の高い元素や化合物等用いる。代表的には、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、炭素（Ｃ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。上記元素を複数含んだ合金としては、例えば、ＡｌとＴｉを含んだ合金Ａｌ、ＴｉとＣを含んだ合金、ＡｌとＮｉを含んだ合金、ＡｌとＣを含んだ合金、ＡｌとＮｉとＣを含んだ合金またはＡｌとＭｏを含んだ合金等を用いることができる。

第１の導電層５０、第１の導電層６０、第１の導電層７０、第１の導電層８０、第２の導電層５３、第２の導電層６３、第２の導電層７３、第２の導電層８３は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、印刷法、ディスペンサ法、または液滴吐出法を用いて形成することができる。

また、第１の導電層５０、第１の導電層６０、第１の導電層７０、第１の導電層８０、第２の導電層５３、第２の導電層６３、第２の導電層７３、第２の導電層８３のうち、一方または両方が透光性を有するように設けてもよい。透光性を有する導電層は、透明な導電性材料を用いて形成するか、または、透明な導電性材料でなくても光を透過する厚さで形成する。透明な導電性材料としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、又は酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯと記す）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いて形成された酸化物導電性材料を用いても良い。

有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２は、有機化合物、電気的作用により導電性が変化する有機化合物、又は有機化合物と無機化合物とが混合してなる層で形成する。

有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２を構成することが可能な無機絶縁物としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等を用いることができる。

有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２を構成することが可能な有機化合物としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、エポキシ等に代表される有機樹脂を用いることができる。

また、有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２を構成することが可能な、電気的作用により導電性が変化する有機化合物としては、正孔輸送性を有する有機化合物材料又は電子輸送性を有する有機化合物材料を用いることができる。

正孔輸送性を有する有機化合物材料としては、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：ＴＰＤ）や４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）や４，４’−ビス（Ｎ−（４−（Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物やフタロシアニン（略称：Ｈ_２Ｐｃ）、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^２／Ｖｓ以上、より好ましくは１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上１０^−２ｃｍ^２／Ｖｓ以下の正孔移動度を有する物質である。

電子輸送性を有する有機化合物材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ_２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−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^２／Ｖｓ以上、より好ましくは１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上１０^−２ｃｍ^２／Ｖｓ以下の電子移動度を有する物質である。

本発明において、有機化合物層に用いることのできる有機化合物材料は、上記有機化合物材料の一種、または複数種を用いることができる。

なお、有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２は、電気的作用により記憶素子の導電性が変化する膜厚で形成する。

また、第１の導電層５０、第１の導電層６０、第１の導電層７０、第１の導電層８０と有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。例えば、Ｎ型半導体層およびＰ型半導体層を積層させて設けられたＰＮ接合ダイオードを用いることができる。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、１つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、ダイオードを設ける場合、ＰＮ接合を有するダイオードではなく、ＰＩＮ接合を有するダイオードやアバランシェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。なお、上記整流性を有する素子は、有機化合物層５２、有機化合物層６２、有機化合物層７２、有機化合物層８２と第２の導電層５３、第２の導電層６３、第２の導電層７３、第２の導電層８３との間に設けてもよい。

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、絶縁物のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化でき、さらに絶縁物と有機化合物との混合層であるために、結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。

実施の形態１で示した記憶素子は、一対の導電層間に設けられる有機化合物層内に複数の絶縁物を混入させる例を示した。本実施の形態では、複数の絶縁物を、有機化合物層内のみでなく、電極として設けられる一対の導電層のうち少なくとも一方にも上記絶縁物を混入させる例を示す。

図１７（Ａ）に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第２の絶縁物５９を含む第１の導電層５５上に、第１の絶縁物５６を含む有機化合物層５７が形成され、有機化合物層５７上に第２の導電層５８が形成されている。

図１７（Ｂ）に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第１の導電層６５上に、第１の絶縁物６６を含む有機化合物層６７が形成され、有機化合物層６７上に第２の絶縁物６９を含む第２の導電層６８が形成されている。

図１７（Ｃ）に示す記憶素子は本発明の記憶素子の一例であり、第２の絶縁物８８を含む第１の導電層７５上に、第１の絶縁物７６を含む有機化合物層７７が形成され、有機化合物層７７上に第３の絶縁物７９を含む第２の導電層７８が形成されている。

図１７は有機化合物層、導電層中に複数の絶縁物が混入しているということを明確に表現するために、粒子状の複数の絶縁物が有機化合物層、導電層中に混在している一例を示す模式図である。よって、絶縁物の大きさやその層内における混入状態は、必ずしも図１７で示すような状態でなくてもよい。絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。上記事柄は、本明細書の他図面においても同様のことが言える。

第１の導電層５５、第１の導電層６５、第１の導電層７５、第２の導電層５８、第２の導電層６８、第２の導電層７８の材料および形成方法は、上記実施の形態１で示した第１の導電層５０、第２の導電層５３の材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。

また第１の絶縁物５６、第１の絶縁物６６、第１の絶縁物７６、第２の絶縁物５９、第２の絶縁物６９、第２の絶縁物７９、第３の絶縁物８８、有機化合物層５７、有機化合物層６７、有機化合物層７７は、上記実施の形態１で示した絶縁物、有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。有機化合物層、導電層中に含まれる第１の絶縁物、第２の絶縁物、または第３の絶縁物は同一材料を用いてもよく、それぞれ異なる材料を用いてもよい。

有機化合物層と、導電層との界面に絶縁物が存在すると、有機化合物層と、導電層との間でキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。図１７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す記憶素子のように、有機化合物層のみならず、第１の導電層や第２の導電層中にも複数の絶縁物を混入させると、有機化合物層と第１の導電層、又は第２の導電層との界面に絶縁物が存在する可能性がより高くなる。従って、絶縁物のトンネル注入による効果も十分に得られやすい。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層５７、有機化合物層６７、有機化合物層７７中に存在する第１の絶縁物５６、第１の絶縁物６６、第１の絶縁物７６はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層５７、有機化合物層６７、有機化合物層７７全体のキャリア輸送性は、第１の絶縁物５６、第１の絶縁物６６、第１の絶縁物７６の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

以上のことから、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の記憶装置が有する記憶素子の一構成例に関して図面を用いて説明する。より具体的には、記憶装置の構成がパッシブマトリクス型の場合に関して示す。

図３に示したのは本発明の記憶装置が有する一構成例であり、メモリセル７２１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ７２２、カラムデコーダ７２６ａと読み出し回路７２６ｂとセレクタ７２６ｃを有するビット線駆動回路７２６、ロウデコーダ７２４ａとレベルシフタ７２４ｂを有するワード線駆動回路７２４、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェイス７２３を有している。なお、ここで示す記憶装置７１６の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。

メモリセル７２１は、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）を構成する第１の導電層と、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）を構成する第２の導電層と、絶縁物を含む有機化合物層とを有する。絶縁物を含む有機化合物層は、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。

メモリセルアレイ７２２の上面図を図２（Ａ）に、図２（Ａ）における線Ａ−Ｂの断面図を図２（Ｂ）、及び図２（Ｃ）に示す。また、図２（Ａ）には、絶縁層７５４は省略され図示されていないが、図２（Ｂ）で示すようにそれぞれ設けられている。

メモリセルアレイ７２２は、第１の方向に延びた第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃ、第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃを覆って設けられた複数の絶縁物７５６を含む有機化合物層７５２と、第１の方向と垂直な第２の方向に延びた第２の導電層７５３ａ、第２の導電層７５３ｂ、第２の導電層７５３ａとを有している（図２（Ａ）参照。）。第１の導電層７５１ａ、第１の導電層７５１ｂ、第１の導電層７５１ｃと第２の導電層７５３ａ、第２の導電層７５３ｂ、第２の導電層７５３ａとの間に複数の絶縁物７５６を含む有機化合物層７５２が設けられている。また、第２の導電層７５３ａ、第２の導電層７５３ｂ、第２の導電層７５３ａを覆うように、保護膜として機能する絶縁層７５４を設けている（図２（Ｂ）参照。）。なお、隣接する各々のメモリセル間において横方向への電界の影響が懸念される場合は、各メモリセルに設けられた複数の絶縁物７５６を含む有機化合物層７５２を分離してもよい。

図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の変形例であり、基板７９０上に、第１の導電層７９１ａ、第１の導電層７９１ｂ、第１の導電層７９１ｃ、複数の絶縁物７９６を含む有機化合物層７９２、第２の導電層７９３ｂ、保護層である絶縁層７９４を有している。図２（Ｃ）の第１の導電層７９１ａ、第１の導電層７９１ｂ、第１の導電層７９１ｃのように、第１の導電層は、テーパーを有する形状でもよく、曲率半径が連続的に変化する形状でもよい。第１の導電層７９１ａ、第１の導電層７９１ｂ、第１の導電層７９１ｃのような形状は、液滴吐出法などを用いて形成することができる。このような曲率を有する曲面であると、積層する絶縁層や導電層のカバレッジがよい。

本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第１の導電層、第２の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。

また、第１の導電層の端部を覆うように隔壁（絶縁層）を形成してもよい。隔壁（絶縁層）は、他の記憶素子間を隔てる壁のような役目を果たす。図８（Ａ）、（Ｂ）に第１の導電層の端部を隔壁（絶縁層）で覆う構造を示す。

図８（Ａ）に示す記憶素子の一例は、隔壁となる隔壁（絶縁層）７７５が、第１の導電層７７１ａ、第１の導電層７７１ｂ、第１の導電層７７１ｃの端部を覆うようにテーパーを有する形状で形成されている。基板７７０上に設けられた第１の導電層７７１ａ、第１の導電層７７１ｂ、第１の導電層７７１ｃ上に、隔壁（絶縁層）７７５を形成し、複数の絶縁物７７６を含む有機化合物層７７２、第２の導電層７７３ｂ、絶縁層７７４を形成する。

図８（Ｂ）に示す記憶素子の一例は、隔壁（絶縁層）７６５が曲率を有し、その曲率半径が連続的に変化する形状である。基板７６０上に設けられた第１の導電層７６１ａ、第１の導電層７６１ｂ、第１の導電層７６１ｃ、複数の絶縁物７６６を含む有機化合物層７６２、第２の導電層７６３ｂ、絶縁層７６４が形成される。

上記メモリセルの構成において、基板７５０、基板７６０、基板７７０、基板７９０としては、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板等を用いることができる。可撓性基板とは、折り曲げることができる（フレキシブル）基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、貼り合わせフィルム（ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる）、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）などを用いることもできる。また、この他にも、Ｓｉ等の半導体基板上に形成された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の上部や、ガラス等の基板上に形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の上部にメモリセルアレイ７２２を設けることができる。

本実施の形態で示した第１の導電層７５１ａ〜７５１ｃ、第１の導電層７６１ａ〜７６１ｃ、第１の導電層７７１ａ〜７７１ｃ、第１の導電層７９１ａ〜７９１ｃ、第２の導電層７５３ａ〜７５３ｃ、第２の導電層７６３ａ〜７６３ｃ、第２の導電層７７３ａ〜７７３ｃ、第２の導電層７９３ａ〜７９３ｃの材料および形成方法は、上記実施の形態１で示した第１の導電層５０、第２の導電層５３の材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。

また、絶縁物７５６、絶縁物７６６、絶縁物７７６、絶縁物７９６、有機化合物層７５２、有機化合物層７６２、有機化合物層７７２、有機化合物層７９２は、上記実施の形態１で示した絶縁物、有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。

また、第１の導電層７５１ａ〜７５１ｃ、第１の導電層７６１ａ〜７６１ｃ、第１の導電層７７１ａ〜７７１ｃ、第１の導電層７９１ａ〜７９１ｃと有機化合物層７５２、有機化合物層７６２、有機化合物層７７２、有機化合物層７９２との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。なお、上記整流性を有する素子は、有機化合物層７５２、有機化合物層７６２、有機化合物層７７２、有機化合物層７９２と第２の導電層７５３ａ〜７５３ｃ、第２の導電層７６３ａ〜７６３ｃ、第２の導電層７７３ａ〜７７３ｃ、第２の導電層７９３ａ〜７９３ｃとの間に設けてもよい。

隔壁（絶縁層）７６５、隔壁（絶縁層）７７５としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムその他の無機絶縁性材料、又はアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体、又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ）などの耐熱性高分子、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリレンエーテル、ポリイミドなどの有機材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いてもよい。作製法としては、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。また、液滴吐出法や、ディスペンサ法、印刷法（スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンが形成される方法）を用いることもできる。塗布法で得られるＴＯＦ膜やＳＯＧ膜なども用いることができる。

また、液滴吐出法により、導電層、絶縁層などを、組成物を吐出し形成した後、その平坦性を高めるために表面を圧力によってプレスして平坦化してもよい。プレスの方法としては、ローラー状のものを表面に走査することによって、凹凸をならすように軽減したり、平坦な板状な物で表面を垂直にプレスしたりしてもよい。プレスする時に、加熱工程を行っても良い。また溶剤等によって表面を軟化、または融解させエアナイフで表面の凹凸部を除去しても良い。また、ＣＭＰ法を用いて研磨しても良い。この工程は、液滴吐出法によって凹凸が生じる場合に、その表面の平坦化する場合適用することができる。

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、絶縁物のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化でき、さらに絶縁物と有機化合物との混合層であるために、有機化合物の結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態３とは異なる構成を有する記憶装置について説明する。具体的には、記憶装置の構成がアクティブマトリクス型の場合に関して示す。

図５に示したのは本実施の形態で示す記憶装置の一構成例であり、メモリセル２３１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ２３２、カラムデコーダ２２６ａと読み出し回路２２６ｂとセレクタ２２６ｃを有するビット線駆動回路２２６、ロウデコーダ２２４ａとレベルシフタ２２４ｂを有するワード線駆動回路２２４、書き込み回路等を有し外部とのやりとりを行うインターフェイス２２３を有している。なお、ここで示す記憶装置２１７の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよいし、書き込み回路をビット線駆動回路に設けてもよい。

メモリセルアレイ２３２は、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）を構成する第１の配線と、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）を構成する第２の配線と、トランジスタ２１０ａと、記憶素子２１５ｂと、メモリセル２３１とを有する。記憶素子２１５ｂは、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造を有する。

メモリセルアレイ２３２の上面図を図４（Ａ）に、図４（Ａ）における線Ｅ−Ｆの断面図を図４（Ｂ）に示す。また、図４（Ａ）には、複数の絶縁物２１６を含む有機化合物層２１２、第２の導電層２１３及び絶縁層２１４は省略され図示されていないが、図４（Ｂ）で示すようにそれぞれ設けられている。

メモリセルアレイ２３２は、第１の方向に延びた第１の配線２０５ａ及び第１の配線２０５ｂと、第１の方向と垂直な第２の方向に延びた第２の配線２０２とがマトリクス状に設けられている。また、第１の配線はトランジスタ２１０ａ及びトランジスタ２１０ｂのソース電極又はドレイン電極に接続されており、第２の配線はトランジスタ２１０ａ及びトランジスタ２１０ｂのゲート電極に接続されている。さらに、第１の配線と接続されていないトランジスタ２１０ａ及びトランジスタ２１０ｂのソースまたはドレイン電極に、それぞれ第１の導電層２０６ａ及び第１の導電層２０６ｂが接続され、それぞれ第１の導電層２０６ａ及び第１の導電層２０６ｂ、複数の絶縁物２１６を含む有機化合物層２１２、第２の導電層２１３の積層構造によって記憶素子２１５ａ、記憶素子２１５ｂが設けられている。隣接する各々のメモリセル２３１の間に隔壁（絶縁層）２０７を設けて、第１の導電層と隔壁（絶縁層）２０７上に複数の絶縁物２１６を含む有機化合物層２１２および第２の導電層２１３を積層して設けている。第２の導電層２１３上に保護層となる絶縁層２１４を有している。また、トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂとして、薄膜トランジスタを用いている（図４（Ｂ）参照。）。

図４（Ｂ）の記憶装置は基板２００上に設けられており、絶縁層２０１ａ、絶縁層２０１ｂ、絶縁層２０８、絶縁層２０９、絶縁層２１１、トランジスタ２１０ａを構成する半導体層２０４ａ、ゲート電極層２０２ａ、ソース電極層又はドレイン電極層を兼ねる配線２０５ａ、トランジスタ２１０ｂを構成する半導体層２０４ｂ、ゲート電極層２０２ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層を兼ねる配線２０５ｂを有している。第１の導電層２０６ａ、第１の導電層２０６ｂ、隔壁（絶縁層）２０７上に複数の絶縁物２１６を含む有機化合物層２１２、第２の導電層２１３が形成されている。本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第１の導電層、第２の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。

本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層２１２中に複数の絶縁物２１６を含んで第１の導電層上に形成する。第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層２１２に電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層２１２を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが接してしまい、結果第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

有機化合物層２１２と第１の導電層との界面に存在する絶縁物２１６により、第１の導電層から有機化合物層２１２へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層２１２中に存在する絶縁物２１６はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層２１２全体のキャリア輸送性は、絶縁物２１６の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

また、図６に示すように、単結晶半導体基板２５０上に設けられた電界効果トランジスタ２６０ａ、電界効果トランジスタ２６０ｂに記憶素子２６５ａ、記憶素子２６５ｂが接続されていてもよい。ここでは、電界効果トランジスタ２６０ａ及び電界効果トランジスタ２６０ｂのソース電極層又はドレイン電極層２５５ａ〜２５５ｄを覆うように絶縁層２７０を設け、絶縁層２７０上に第１の導電層２５６ａ、第１の導電層２５６ｂ、隔壁（絶縁層）２６７、複数の絶縁物２６６ａを含む有機化合物層２６２ａ、複数の絶縁物２６６ｂを含む有機化合物層２６２ｂ、第２の導電層２６３で記憶素子２６５ａ、記憶素子２６５ｂを構成する。複数の絶縁物２６６ａを含む有機化合物層２６２ａ、複数の絶縁物２６６ｂを含む有機化合物層２６２ｂのように絶縁物を含む有機化合物層は、各メモリセルのみに、マスク等を用いて選択的に設けてもよい。また、図６に示す記憶装置は、素子分離領域２６８、絶縁層２６９、絶縁層２６１、絶縁層２６４も有している。第１の導電層２５６ａ、第１の導電層２５６ｂ、隔壁２６７上に絶縁物２６６ａを含む有機化合物層２６２ａ、絶縁物２６６ｂを含む有機化合物層２６２ｂが形成され、絶縁物２６６ａを含む有機化合物層２６２ａ及び絶縁物２６６ｂを含む有機化合物層２６２ｂ上に第２の導電層２６３が形成されている。本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第１の導電層、第２の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。

本実施の形態では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層２６２ａ及び有機化合物層２６２ｂ中に絶縁物２６６ａ、絶縁物２６６ｂを含んで第１の導電層上に形成する。第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層２６２ａ及び有機化合物層２６２ｂに電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層２６２ａ及び有機化合物層２６２ｂを形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが接してしまい、結果第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

有機化合物層２６２ａ、有機化合物層２６２ｂと第１の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物２６６ａ、絶縁物２６６ｂにより、第１の導電層から有機化合物層２６２ａ、有機化合物層２６２ｂへのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層２６２ａ、有機化合物層２６２ｂ中にそれぞれ存在する絶縁物２６６ａ、絶縁物２６６ｂはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層２６２ａ、有機化合物層２６２ｂ全体のキャリア輸送性は、絶縁物２６６ａ、絶縁物２６６ｂの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

このように、絶縁層２７０を設けて記憶素子を形成することによって第１の導電層を自由に配置することができる。つまり、図４（Ｂ）の構成では、トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂのソース電極層又はドレイン電極層を避けた領域に記憶素子２１５ａ、記憶素子２１５ｂを設ける必要があったが、上記構成とすることによって、例えば、トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂの上方に記憶素子２１５ａ、記憶素子２１５ｂを形成することが可能となる。その結果、記憶装置２１７をより高集積化することが可能となる。

トランジスタ２１０ａ、トランジスタ２１０ｂはスイッチング素子として機能し得るものであれば、どのような構成で設けてもよい。半導体層も非晶質半導体、結晶性半導体、多結晶半導体、微結晶半導体など様々な半導体を用いることができ、有機化合物を用いて有機トランジスタを形成してもよい。図４（Ａ）では、絶縁性を有する基板上にプレーナ型の薄膜トランジスタを設けた例を示しているが、スタガ型や逆スタガ型等の構造でトランジスタを形成することも可能である。

図７に、逆スタガ型の構造の薄膜トランジスタを用いた例を示す。基板２８０上に、逆スタガ型の構造の薄膜トランジスタであるトランジスタ２９０ａ、トランジスタ２９０ｂが設けられている。トランジスタ２９０ａは、絶縁層２８８、ゲート電極層２８１、非晶質半導体層２８２、一導電型を有する半導体層２８３ａ、一導電型を有する半導体層２８３ｂ、ソース電極層又はドレイン電極層２８５を有し、ソース電極層又はドレイン電極層は記憶素子を構成する第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂである。第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂの端部を覆うように隔壁（絶縁層）２８７を積層し、第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂ、隔壁（絶縁層）２８７上に複数の絶縁物２９６ａ、複数の絶縁物２９６ｂを含む有機化合物層２９２、第２の導電層２９３、保護層である絶縁層２９４が形成され、記憶素子２９５ａ、記憶素子２９５ｂを構成している。絶縁物２９６ａ、絶縁物２９６ｂは、有機化合物層２９２において、第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂと、第２の導電層２９３とに挟まれた記憶素子２９５ａ、記憶素子２９５ｂの領域に選択的に添加されている。このように、絶縁物は有機化合物層中に選択的に混入されていてもよく、本実施の形態の図７の記憶装置では、有機化合物層２９２に選択的に絶縁物２９６ａ、絶縁物２９６ｂをドーピング法、イオン注入法などを用いて添加して作製する。本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第１の導電層、第２の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。

本実施の形態の図７の記憶装置では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層２９２中に絶縁物２９６ａ、絶縁物２９６ｂを含んで第１の導電層上に形成する。第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層２９２に電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層２９２を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが接してしまい、結果第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

有機化合物層２９２と第１の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物２９６ａ、絶縁物２９６ｂにより、第１の導電層から有機化合物層２９２へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層２９２中にそれぞれ存在する絶縁物２９６ａ、絶縁物２９６ｂはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層２９２全体のキャリア輸送性は、絶縁物２９６ａ、絶縁物２９６ｂの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

図７に示す記憶装置は、ゲート電極層２８１、ソース電極層又はドレイン電極層２８５、第１の導電層２８６ａ、第１の導電層２８６ｂ、隔壁（絶縁層）２８７を液滴吐出法を用いて形成する。液滴吐出法とは流動体である構成物形成材料を含む組成物を、液滴として吐出（噴出）し、所望なパターン形状に形成する方法である。構成物の被形成領域に、構成物形成材料を含む液滴を吐出し、焼成、乾燥等を行って固定化し所望なパターンの構成物を形成する。

液滴吐出法に用いる液滴吐出装置の一態様を図１５に示す。液滴吐出手段１４０３の個々のヘッド１４０５、ヘッド１４１２は制御手段１４０７に接続され、それがコンピュータ１４１０で制御することにより予めプログラミングされたパターンに描画することができる。描画するタイミングは、例えば、基板１４００上に形成されたマーカー１４１１を基準に行えば良い。或いは、基板１４００の縁を基準にして基準点を確定させても良い。これを撮像手段１４０４で検出し、画像処理手段１４０９にてデジタル信号に変換したものをコンピュータ１４１０で認識して制御信号を発生させて制御手段１４０７に送る。撮像手段１４０４としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）や相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を利用したイメージセンサなどを用いることができる。勿論、基板１４００上に形成されるべきパターン形状の情報は記憶媒体１４０８に格納されたものであり、この情報を基にして制御手段１４０７に制御信号を送り、液滴吐出手段１４０３の個々のヘッド１４０５、ヘッド１４１２を個別に制御することができる。吐出する材料は、材料供給源１４１３、材料供給源１４１４より配管を通してヘッド１４０５、ヘッド１４１２にそれぞれ供給される。

ヘッド１４０５内部は、点線１４０６が示すように液状の材料を充填する空間と、吐出口であるノズルを有する構造となっている。図示しないが、ヘッド１４１２もヘッド１４０５と同様な内部構造を有する。ヘッド１４０５とヘッド１４１２のノズルを異なるサイズで設けると、異なる材料を異なる幅で同時に描画することができる。一つのヘッドで、導電性材料や有機、無機材料などをそれぞれ吐出し、描画することができ、層間膜のような広領域に描画する場合は、スループットを向上させるため複数のノズルより同材料を同時に吐出し、描画することができる。大型基板を用いる場合、ヘッド１４０５、ヘッド１４１２は基板上を、矢印の方向に自在に走査し、描画する領域を自由に設定することができ、同じパターンを一枚の基板に複数描画することができる。

液滴吐出法を用いて導電層を形成する場合、粒子状に加工された導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成によって融合や融着接合させ固化することで導電層を形成する。このように導電性材料を含む組成物を吐出し、焼成することによって形成された導電層（または絶縁層）においては、スパッタ法などで形成した導電層（または絶縁層）が、多くは柱状構造を示すのに対し、多くの粒界を有する多結晶状態を示すことが多い。

また、トランジスタに含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域（ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域を含む）を形成してもよいし、ｐチャネル型またはｎチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層（サイドウォール）を形成してもよいし、ソース、ドレイン領域とゲート電極の一方または両方にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。

本実施の形態で示した第１の導電層２０６ａ、２０６ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、２８６ａ、２８６ｂと第２の導電層２１３、２６３、２９３の材料および形成方法は、上記実施の形態１で示した材料および形成方法のいずれかを用いて同様に行うことができる。

また、絶縁物２１６、２６６ａ、２６６ｂ、２９６ａ、２９６ｂ、有機化合物層２１２、２６２ａ、２６２ｂ、２９２は、上記実施の形態１で示した絶縁物、有機化合物層と同様の材料および形成方法を用いて設けることができる。

また、第１の導電層２０６ａ、２０６ｂ、２５６ａ、２５６ｂ、２８６ａ、２８６ｂと有機化合物層２１２、２６２ａ、２６２ｂ、２９２との間に、整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。例えば、Ｎ型半導体層およびＰ型半導体層を積層させて設けられたＰＮ接合ダイオードを用いることができる。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、１つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、ダイオードを設ける場合、ＰＮ接合を有するダイオードではなく、ＰＩＮ接合を有するダイオードやアバランシェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。なお、上記整流性を有する素子は、有機化合物層２１２、２６２ａ、２６２ｂ、２９２と第２の導電層２１３、２６３、２９３との間に設けてもよい。

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、絶縁物のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化でき、さらに絶縁物と有機化合物との混合層であるために、有機化合物の結晶化などによる層内の欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定する。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で示す記憶装置を有する半導体装置の一例に関して図面を用いて説明する。

本実施の形態で示す半導体装置は、非接触でデータの読み出しと書き込みが可能であることを特徴としており、データの伝送形式は、一対のコイルを対向に配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の３つに大別されるが、いずれの方式を用いてもよい。また、データの伝送に用いるアンテナは２通りの設け方があり、１つは複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合、もう１つは複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合がある。

まず、複数の素子および記憶素子が設けられた基板上にアンテナを設ける場合の半導体装置の一構成例を、図１０を用いて説明する。

図１０はアクティブマトリクス型で構成される記憶装置を有する半導体装置を示しており、基板３００上にトランジスタ３１０ａ、３１０ｂを有するトランジスタ部３３０、トランジスタ３２０ａ、トランジスタ３２０ｂを有するトランジスタ部３４０、絶縁層３０１ａ、３０１ｂ、３０８、３１１、３１６、３１４を含む素子形成層３３５が設けられ、素子形成層３３５の上方に記憶素子部３２５とアンテナとして機能する導電層３４３が設けられている。

なお、ここでは素子形成層３３５の上方に記憶素子部３２５またはアンテナとして機能する導電層３４３を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部３２５またはアンテナとして機能する導電層３４３を、素子形成層３３５の下方や同一の層に設けることも可能である。

記憶素子部３２５は、記憶素子３１５ａ、３１５ｂで構成され、記憶素子３１５ａは第１の導電層３０６ａ上に、隔壁（絶縁層）３０７ａ、隔壁（絶縁層）３０７ｂ、複数の絶縁物３２６を含む有機化合物層３１２及び第２の導電層３１３が積層して構成され、記憶素子３１５ｂは、第１の導電層３０６ｂ上に、隔壁（絶縁層）３０７ｂ、隔壁（絶縁層）３０７ｃ、絶縁物３２６を含む有機化合物層３１２及び第２の導電層３１３が積層して設けられている。また、第２の導電層３１３を覆って保護膜として機能する絶縁層３１４が形成されている。また、複数の記憶素子３１５ａ、３１５ｂが形成される第１の導電層３０６ａ、第１の導電層３０６ｂは、トランジスタ３１０ａ、トランジスタ３１０ｂそれぞれのソース電極層又はドレイン電極層に、接続されている。すなわち、記憶素子はそれぞれひとつのトランジスタに接続されている。また、絶縁物３２６を含む有機化合物層３１２が第１の導電層３０６ａ、３０６ｂおよび隔壁（絶縁層）３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃを覆うように全面に形成されているが、各メモリセルに選択的に形成されていてもよい。なお、記憶素子３１５ａ、３１５ｂは上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。

本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第１の導電層、第２の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。

本実施の形態の図１０の記憶装置では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層３１２中に絶縁物３２６を含んで第１の導電層上に形成する。第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層３１２に電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層３１２を形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが接してしまい、結果第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

有機化合物層３１２と第１の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物３２６により、第１の導電層から有機化合物層３１２へのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層３１２中にそれぞれ存在する絶縁物３２６はキャリア輸送を行わないために、有機化合物層３１２全体のキャリア輸送性は、絶縁物３２６の阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

また、記憶素子３１５ａにおいて、上記実施の形態で示したように、第１の導電層３０６ａと絶縁物３２６を含む有機化合物層３１２との間、または絶縁物３２６を含む有機化合物層３１２と第２の導電層３１３との間に整流性を有する素子を設けてもよい。整流性を有する素子も上述したものを用いることが可能である。なお、記憶素子３１５ｂにおいても同様である。

ここでは、アンテナとして機能する導電層３４３は第２の導電層３１３と同一の層で形成された導電層３４２上に設けられている。なお、第２の導電層３１３と同一の層でアンテナとして機能する導電層を形成してもよい。

アンテナとして機能する導電層３４３の材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）等から選ばれた一種の元素または当該元素を複数含む合金等を用いることができる。また、アンテナとして機能する導電層３４３の形成方法は、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ法、ディスペンサ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の各種印刷法または液滴吐出法等を用いることができる。

素子形成層３３５に含まれるトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄは、ｐチャネル型ＴＦＴ、ｎチャネル型ＴＦＴまたはこれらを組み合わせたＣＭＯＳで設けることができる。また、トランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄに含まれる半導体層の構造もどのようなものを用いてもよく、例えば不純物領域（ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域を含む）を形成してもよいし、ｐチャネル型またはｎチャネル型のどちらで形成してもよい。また、ゲート電極の側面と接するように絶縁層（サイドウォール）を形成してもよいし、ソース、ドレイン領域とゲート電極の一方または両方にシリサイド層を形成してもよい。シリサイド層の材料としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、白金等を用いることができる。

また、素子形成層３３５に含まれるトランジスタ３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄは、当該トランジスタを構成する半導体層を有機化合物で形成する有機トランジスタで設けてもよい。この場合、基板３００としてプラスチック等の可撓性を有する基板上に、直接印刷法や液滴吐出法等を用いて有機トランジスタからなる素子形成層３３５を形成することができる。印刷法や液滴吐出法等を用いて形成することによってより低コストで半導体装置を作製することが可能となる。

また、素子形成層３３５、記憶素子３１５ａ、３１５ｂ、アンテナとして機能する導電層３４３は、上述したように蒸着、スパッタ法、ＣＶＤ法、ディスペンサ法、または液滴吐出法等を用いて形成することができる。なお、各場所によって異なる方法を用いて形成してもかまわない。例えば、高速動作が必要とされるトランジスタは基板上にＳｉ等からなる半導体層を形成した後に熱処理により結晶化させて設け、その後、素子形成層の上方にスイッチング素子として機能するトランジスタを印刷法や液滴吐出法を用いて有機トランジスタとして設けることができる。

なお、トランジスタに接続するセンサを設けてもよい。センサとしては、温度、湿度、照度、ガス（気体）、重力、圧力、音（振動）、加速度、その他の特性を物理的又は化学的手段により検出する素子が挙げられる。センサは、代表的には抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。

次に、複数の素子および記憶素子が設けられた基板に端子部を設け、当該端子部に別の基板に設けられたアンテナを接続して設ける場合の半導体装置の一構成例に関して図１１を用いて説明する。

図１１はパッシブマトリクス型の記憶装置を有する半導体装置を示しており、基板３５０上に素子形成層３８５が設けられ、素子形成層３８５の上方に記憶素子部３７５が設けられ、基板３９６に設けられたアンテナとして機能する導電層３９３が素子形成層３８５と接続するように設けられている。なお、ここでは素子形成層３８５の上方に記憶素子部３７５またはアンテナとして機能する導電層３９３を設けた場合を示しているが、この構成に限られず記憶素子部３７５を素子形成層３８５の下方や同一の層に、またはアンテナとして機能する導電層３９３を素子形成層３８５の下方に設けることも可能である。

記憶素子部３７５は、記憶素子３６５ａ、３６５ｂで構成され、記憶素子３６５ａは第１の導電層３５６上に、隔壁（絶縁層）３５７ａ、隔壁（絶縁層）３５７ｂ、複数の絶縁物３７６ａを含む有機化合物層３６２ａ及び第２の導電層３６３ａが積層して構成され、記憶素子３６５ｂは、第１の導電層３５６上に、隔壁（絶縁層）３５７ｂ、隔壁（絶縁層）３５７ｃ、複数の絶縁物３７６ｂを含む有機化合物層３６２ｂ及び第２の導電層３６３ｂが積層して設けられている。また、第２の導電層３６３ａ、３６３ｂを覆って保護膜として機能する絶縁層３６４が形成されている。また、複数の記憶素子３６５ａ、３６５ｂが形成される第１の導電層３５６は、トランジスタ３６０ｂひとつのソース電極層又はドレイン電極層に、接続されている。すなわち、記憶素子は同じひとつのトランジスタに接続されている。また、絶縁物３７６ａを含む有機化合物層３６２ａ、絶縁物３７６ｂを含む有機化合物層３６２ｂはメモリセルごとに有機化合物層を分離するための隔壁（絶縁層）３５７ａ、３５７ｂ、３５７ｃを設けているが、隣接するメモリセルにおいて横方向への電界の影響が懸念されない場合は、全面に形成してもよい。なお、記憶素子３６５ａ、３６５ｂは上記実施の形態で示した材料または作製方法を用いて形成することができる。

本実施の形態における有機化合物層中における絶縁物の混入状態は一例であり、絶縁物として用いる材料の性質や大きさ、有機化合物及び導電層として用いる材料、形成方法によって図１６で示したように絶縁物の濃度などを適宜制御することができる。例えば、有機化合物層と第１の導電層、第２の導電層との界面に近づくにつれ絶縁物濃度が高くなるようにしてもよい。またその濃度の変化も有機化合物層内で連続的であっても、非連続的であってもよい。

本実施の形態の図１１の記憶装置では、記憶装置に含まれる記憶素子を構成する有機化合物層３６２ａ中に絶縁物３７６ａ、有機化合物層３６２ｂ中に絶縁物３７６ｂを含んで第１の導電層上に形成する。第１の導電層と第２の導電層との間に電圧を印加すると、有機化合物層３６２ａ、有機化合物層３６２ｂに電流が流れて熱が発生する。そして、ジュール熱によって有機化合物層の温度が、ガラス転移温度まで上昇すると、有機化合物層３６２ａ、有機化合物層３６２ｂを形成する材料は、流動性を有する組成物となる。流動性を有する組成物は固体状態の形状を維持せずに、流動する。よって、有機化合物層の膜厚は不均一となり、有機化合物層が変形し、第１の導電層と第２の導電層とが接してしまい、結果第１の導電層と第２の導電層とが短絡する。よって、電圧印加前後での記憶素子の導電性が変化する。

有機化合物層３６２ａ、有機化合物層３６２ｂと第１の導電層との界面にそれぞれ存在する絶縁物３７６ａ、絶縁物３７６ｂにより、第１の導電層から有機化合物層３６２ａ、有機化合物層３６２ｂへのキャリアのトンネル注入が可能になる。よって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、有機化合物層中に複数の絶縁物が混在するため、有機化合物の結晶化などによる欠陥発生を防止できるので、有機化合物層の形態が安定化する。さらにトンネル注入によってキャリア注入性が向上するため、有機化合層の厚膜化もできる。よって記憶素子が通電前の初期状態で短絡（ショート）するという不良を防止できる。

また、有機化合物層３６２ａ、有機化合物層３６２ｂ中にそれぞれ存在する絶縁物３７６ａ、絶縁物３７６ｂはキャリア輸送を行わないために、有機化合物層３６２ａ、有機化合物層３６２ｂ全体のキャリア輸送性は、絶縁物３７６ａ、絶縁物３７６ｂの阻害により低くなる。よって、キャリア輸送性の大きな有機化合物材料でも短絡（素子への書き込み）に必要な電流値が低くなり、低消費電力化、材料選択の幅の拡大などの利点が生じる。

また、素子形成層３８５と記憶素子部３７５とを含む基板と、アンテナとして機能する導電層３９３が設けられた基板３９６は、接着性を有する樹脂３９５により貼り合わされている。そして、素子形成層３８５と導電層３９３とは樹脂３９５中に含まれる導電性微粒子３９４を介して電気的に接続されている。また、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合を行う方法を用いて素子形成層３８５と記憶素子部３７５を含む基板と、アンテナとして機能する導電層３９３が設けられた基板３９６とを貼り合わせてもよい。

このように、記憶装置およびアンテナを備えた半導体装置を形成することができる。また、本実施の形態では、基板上に薄膜トランジスタを形成して素子形成層を設けることもできるし、基板としてＳｉ等の半導体基板を用いて、基板上に電界効果トランジスタを形成することによって素子形成層を設けてもよい。また、基板としてＳＯＩ基板を用いて、その上に素子形成層を設けてもよい。この場合、ＳＯＩ基板はウェハの貼り合わせによる方法や酸素イオンをＳｉ基板内に打ち込むことにより内部に絶縁層を形成するＳＩＭＯＸと呼ばれる方法を用いて形成すればよい。

さらには、記憶素子部を、アンテナとして機能する導電層が設けられた基板に設けてもよい。またトランジスタに接続するセンサを設けてもよい。

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。また本実施の形態で作製した半導体装置を、基板より公知の剥離工程により剥離し、フレキシブルな基板上に接着することで、フレキシブルな基体上に設けることができ、可撓性を有する半導体装置を得ることができる。フレキシブルな基体とは、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）と接着性合成樹脂フィルム（アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等）との積層フィルムなどに相当する。フィルムは、被処理体と加熱処理と加圧処理が行われるものであり、加熱処理と加圧処理を行う際には、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層（接着層ではない）を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。また、基体に接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、エポキシ樹脂系接着剤、樹脂添加剤等の接着剤を含む層に相当する。

本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、上記構成を有する半導体装置において、データの読み込みまたは書き込みについて説明する。

上記構成を有する半導体装置へのデータの書き込みは、電気的作用を加えることにより行うことができる。電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合について説明する（図３）。

電気的作用を加えることによりデータの書き込みを行う場合、ロウデコーダ７２４ａ、カラムデコーダ７２６ａ、セレクタ７２６ｃにより、１つのメモリセル７２１を選択し、その後、書き込み回路を用いて、当該メモリセル７２１にデータを書き込む。具体的には、所望する部分の有機化合物層７５２に選択的に大きい電圧を印加して大電流を流し、第１の導電層７５１ｂと第２の導電層７５３ｂの間をショート（短絡）させる。

ショートした部分は他の部分と比較すると電気抵抗が大幅に小さくなる。このように、電気的作用を加えることにより、２つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、電気的作用を加えていない有機化合物層を「０」のデータとする場合、「１」のデータを書き込む際は、所望の部分の有機化合物層に選択的に大きい電圧を印加して大電流を流すことによって、ショートさせて電気抵抗を小さくする。

続いて、記憶素子からデータの読み出しを行う際の動作について説明する（図９参照。）。ここでは、読み出し回路７２６ｂは、抵抗素子７４６とセンスアンプ７４７を含む構成とする。但し、読み出し回路７２６ｂの構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。

データの読み出しは、第１の導電層７５１ｂと第２の導電層７５３ｂの間に電圧を印加して、有機化合物層７５２の電気抵抗を読み取ることにより行う。例えば、上述したように、電気的作用を加えるによりデータの書き込みを行う場合、電気的作用を加えていないときの抵抗値Ｒａ１と、電気的作用を加えて２つの導電膜間をショートしたときの抵抗値Ｒｂ１は、Ｒａ１＞Ｒｂ１を満たす。このような抵抗値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。

例えば、メモリセルアレイ７２２が含む複数のメモリセル７２１から、ｘ列目ｙ行目に配置されたメモリセル７２１のデータの読み出しを行う場合、まず、ロウデコーダ７２４ａ、カラムデコーダ７２６ａ、セレクタ７２６ｃにより、ｘ列目のビット線Ｂｘと、ｙ行目のワード線Ｗｙを選択する。そうすると、メモリセル７２１が含む有機化合物層と、抵抗素子７４６とは、直列に接続された状態となる。このように、直列に接続された２つの抵抗素子の両端に電圧が印加されると、ノードαの電位は、有機化合物層７５２の抵抗値Ｒａ又はＲｂに従って、抵抗分割された電位となる。そして、ノードαの電位は、センスアンプ７４７に供給され、当該センスアンプ７４７において、「０」と「１」のどちらの情報を有しているかを判別される。その後、センスアンプ７４７において判別された「０」と「１」の情報を含む信号が外部に供給される。

上記の方法によると、有機化合物層の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。しかしながら、電流値を比較する方法でもよい。これは、例えば、有機化合物層に電気的作用を加えていないときの電流値Ｉａ１と、電気的作用を加えて２つの導電膜間をショートしたときの抵抗値Ｉｂ１は、Ｉａ１＜Ｉｂ１を満たすことを利用するものである。このように電流値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行ってもよい。

上記構成を有する記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置は、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供することができる。また、上記実施の形態で用いる絶縁性材料を有機化合物層として用いることによって、データの書き込み（追記）は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、記憶回路の構成が単純であるパッシブマトリクス型の記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置を例に挙げて説明を行ったが、アクティブマトリクス型の記憶回路を有する場合であっても、同様にデータの書き込みまたは読み出しを行うことができる。

ここで、アクティブマトリクス型の場合において、電気的作用により記憶素子部のデータを読み出す場合に関して図１４に具体例を挙げて説明する。

図１４は、記憶素子部に「０」のデータの書き込みを行った記憶素子部の電流電圧特性９５１と、「１」のデータの書き込みを行った記憶素子部電流電圧特性９５２と、抵抗素子２４６の電流電圧特性９５３を示しており、ここでは抵抗素子２４６としてトランジスタを用いた場合を示す。また、データを読み出す際の動作電圧として、第１の導電層２４３と第２の導電層２４５の間に３Ｖを印加した場合について説明する。

図１４において、「０」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性９５１とトランジスタの電流電圧特性９５３との交点９５４が動作点となり、このときのノードαの電位はＶ１（Ｖ）となる。ノードαの電位はセンスアンプ２４７に供給され、当該センスアンプ２４７において、上記メモリセルが記憶するデータは、「０」と判別される。

一方、「１」のデータの書き込みが行われた記憶素子部を有するメモリセルでは、記憶素子部の電流電圧特性９５２とトランジスタの電流電圧特性９５３との交点９５５が動作点となり、このときのノードαの電位はＶ２（Ｖ）（Ｖ１＞Ｖ２）となる。ノードαの電位はセンスアンプ２４７に供給され、当該センスアンプ２４７において、上記メモリセルが記憶するデータは、「１」と判別される。

このように、記憶素子部２４１の抵抗値に従って、抵抗分割された電位を読み取ることによって、メモリセルに記憶されたデータを判別することができる。

なお、本実施の形態は、上記実施の形態に示した記憶素子および当該記憶素子を備えた半導体装置の構成と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態７）
本実施形態の半導体装置の構成について、図１２を参照して説明する。図１２に示すように、本発明の半導体装置２０は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路１１、クロック発生回路１２、データ復調／変調回路１３、他の回路を制御する制御回路１４、インターフェイス回路１５、記憶回路１６、データバス１７、アンテナ（アンテナコイル）１８、センサ２１、センサ回路２２を有する。

電源回路１１は、アンテナ１８から入力された交流信号を基に、半導体装置２０の内部の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路１２は、アンテナ１８から入力された交流信号を基に、半導体装置２０の内部の各回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。データ復調／変調回路１３は、リーダライタ１９と交信するデータを復調／変調する機能を有する。制御回路１４は、記憶回路１６を制御する機能を有する。アンテナ１８は、電磁波或いは電波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ１９は、半導体装置との交信、制御及びそのデータに関する処理を制御する。なお、半導体装置は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。

記憶回路１６は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた記憶素子を有することを特徴とする。なお、記憶回路１６は、一対の導電層間に有機化合物層又は相変化層が挟まれた記憶素子のみを有していてもよいし、他の構成の記憶回路を有していてもよい。他の構成の記憶回路とは、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリから選択される１つ又は複数に相当する。

センサ２１は抵抗素子、容量結合素子、誘導結合素子、光起電力素子、光電変換素子、熱起電力素子、トランジスタ、サーミスタ、ダイオードなどの半導体素子で形成される。センサ回路２２はインピーダンス、リアクタンス、インダクタンス、電圧又は電流の変化を検出し、アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）して制御回路１４に信号を出力する。

（実施の形態８）
本発明によりプロセッサチップ（無線チップ、無線プロセッサ、無線メモリ、無線タグともよぶ）として機能する半導体装置を形成することができる。本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指し、プロセッサチップ９０を設けることができる（図１３（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、プロセッサチップ９１を設けることができる（図１３（Ｂ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、プロセッサチップ９６を設けることができる（図１３（Ｃ）参照）。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指し、プロセッサチップ９３を設けることができる（図１３（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指し、プロセッサチップ９４を設けることができる（図１３（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指、プロセッサチップ９５を設けることができる（図１３（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、プロセッサチップ９７を設けることができる（図１３（Ｇ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。

本発明の半導体装置は、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本発明の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。

次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様について図面を参照して説明する。ここで例示する電子機器は携帯電話機であり、筐体２７００、２７０６、パネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッテリ２７０５を有する（図１２（Ｂ）参照）。パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２はパネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。

パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３と複合化される。上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納される。パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。

上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができる。

また、本発明の半導体装置は、一対の導電層間に有機化合物層が挟まれた単純な構造の記憶素子を有するため、安価な半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。また、本発明の半導体装置は高集積化が容易なため、大容量の記憶回路を有する半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。

また、本発明の半導体装置が有する記憶装置は、電気的作用によりデータの書き込みを行うものであり、不揮発性であって、データの追記が可能であることを特徴とする。上記特徴により、書き換えによる偽造を防止することができ、新たなデータを追加して書き込むことができる。従って、高機能化と高付加価値化を実現した半導体装置を用いた電子機器を提供することができる。

なお、筐体２７００、２７０６は、携帯電話機の外観形状を一例として示したものであり、本実施の形態に係る電子機器は、その機能や用途に応じて様々な態様に変容しうる。

（実施の形態９）
本実施の形態では、上記構成を有する半導体装置において、データの読み込みまたは書き込みについて説明する。

図１８に示したのは本発明の半導体装置が有する一構成例であり、メモリセル１７２１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ１７２２、読み出し回路及び書き込み回路を有する回路１７２６、デコーダ１７２４、デコーダ１７２３を有している。なお、ここで示す記憶装置１７１６の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ、外部とのやりとりを行うインターフェイス等の他の回路を有していてもよい。

メモリセル１７２１は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）に接続される第１の導電層と、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）に接続される第２の導電層と、有機化合物層とを有する。有機化合物層は、第１の導電層と第２の導電層の間に単層または積層して設けられている。

まず、パッシブマトリクス型の記憶装置において記憶素子にデータの書き込みを行う際の動作について図１８を用いて説明する。データの書き込みは、電気的作用により行うが、まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。なお、書き込みはメモリセルの電気特性を変化させることで行うが、メモリセルの初期状態（電気的作用を加えていない状態）をデータ「０」、電気特性を変化させた状態を「１」とする。

メモリセル１７２１にデータ「１」を書き込む場合、まず、デコーダ１７２３、１７２４およびセレクタ１７２５によってメモリセル１７２１を選択する。具体的には、デコーダ１７２４によって、メモリセル１７２１に接続されるワード線Ｗ３に所定の電圧Ｖ２を印加する。また、デコーダ１７２３とセレクタ１７２５によって、メモリセル１７２１に接続されるビット線Ｂ３を回路１７２６に接続する。そして、回路１７２６からビット線Ｂ３へ書き込み電圧Ｖ１を出力する。こうして、メモリセル１７２１を構成する第１の導電層と第２の導電層の間には電位（電圧）Ｖｗ＝Ｖ１−Ｖ２を印加する。電位Ｖｗを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層を物理的もしくは電気的変化させ、データ「１」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「１」の状態の第１の導電層と第２の導電層の間の電気抵抗が、データ「０」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよい。例えば、（Ｖ１、Ｖ２）＝（０Ｖ、５〜１５Ｖ）、あるいは（３〜５Ｖ、−１２〜−２Ｖ）の範囲から適宜選べば良い。電位Ｖｗは５〜１５Ｖ、あるいは−５〜−１５Ｖとすればよい。

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。

一方、メモリセル１７２１にデータ「０」を書き込む場合は、メモリセル１７２１には電気的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「１」を書き込む場合と同様に、デコーダ１７２３、１７２４およびセレクタ１７２５によってメモリセル１７２１を選択するが、回路１７２６からビット線Ｂ３への出力電位を、選択されたワード線Ｗ３の電位あるいは非選択ワード線の電位と同程度とし、メモリセル１７２１を構成する第１の導電層と第２の導電層の間に、メモリセル１７２１の電気特性を変化させない程度の電圧（例えばー５〜５Ｖ）を印加すればよい。

続いて、パッシブマトリクス型の記憶装置において、記憶素子からデータの読み出しを行う際の動作について説明する（図１８参照）。データの読み出しは、メモリセルを構成する第１の導電層と第２の導電層の間の電気特性が、データ「０」を有するメモリセルとデータ「１」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「０」を有するメモリセルを構成する第１の導電層と第２の導電層の間の実効的な電気抵抗（以下、単にメモリセルの電気抵抗と呼ぶ）が、読み出し電圧においてＲ０、データ「１」を有するメモリセルの電気抵抗を、読み出し電圧においてＲ１とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、Ｒ１＜＜Ｒ０とする。読み出し／書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば、図１８（Ｂ）に示す抵抗素子１７４６と差動増幅器１７４７を用いた回路１７２６を考えることができる。抵抗素子１７４６は抵抗値Ｒｒを有し、Ｒ１＜Ｒｒ＜Ｒ０であるとする。抵抗素子１７４６の代わりにトランジスタ１７４８を用いても良いし、差動増幅器の代わりにクロックドインバータ１７４９を用いることも可能である（図１８（Ｃ））。クロックドインバータ１７４９には、読み出しを行うときにＨｉ、行わないときにＬｏとなる、信号φ又は反転信号φが入力される。勿論、回路構成は図１８に限定されない。

メモリセル１７２１からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ１７２３、１７２４およびセレクタ１７２５によってメモリセル１７２１を選択する。具体的には、デコーダ１７２４によって、メモリセル１７２１に接続されるワード線Ｗｙに所定の電圧Ｖｙを印加する。また、デコーダ１７２３とセレクタ１７２５によって、メモリセル１７２１に接続されるビット線Ｂｘを回路１７２６の端子Ｐに接続する。その結果、端子Ｐの電位Ｖｐは、抵抗素子１７４６（抵抗値Ｒｒ）とメモリセル１７２１（抵抗値Ｒ０もしくはＲ１）による抵抗分割によって決定される値となる。従って、メモリセル１７２１がデータ「０」を有する場合には、Ｖｐ０＝Ｖｙ＋（Ｖ０−Ｖｙ）×Ｒ０／（Ｒ０＋Ｒｒ）となる。また、メモリセル１７２１がデータ「１」を有する場合には、Ｖｐ１＝Ｖｙ＋（Ｖ０−Ｖｙ）×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒｒ）となる。その結果、図１８（Ｂ）では、ＶｒｅｆをＶｐ０とＶｐ１の間となるように選択することで、図１８（Ｃ）では、クロックドインバータの変化点をＶｐ０とＶｐ１の間となるように選択することで、出力電位Ｖｏｕｔとして、データ「０」／「１」に応じて、Ｌｏ／Ｈｉ（もしくはＨｉ／Ｌｏ）が出力され、読み出しを行うことができる。

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。

上記の方法によると、有機化合物層の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの電気特性が、データ「０」と「１」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。

次に、アクティブマトリクス型の記憶装置において記憶素子にデータの書き込みを行うときの動作について説明する（図１９参照。）。

図１９に示したのは本実施の形態で示す記憶装置の一構成例であり、メモリセルアレイ１２３２がマトリクス状に設けられたメモリセル１２３１、回路１２２６、デコーダ１２２４、デコーダ１２２３を有している。回路１２２６は読み出し回路及び書き込み回路を有している。なお、ここで示す記憶装置１２１７の構成はあくまで一例であり、センスアンプ、出力回路、バッファ、外部とのやりとりを行うインターフェイス等の他の回路を有していてもよい。

メモリセルアレイ１２３２は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）に接続する第１の配線と、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）に接続する第２の配線と、トランジスタ１２１０ａと、記憶素子１２１５ｂと、メモリセル１２３１とを有する。記憶素子１２１５ｂは、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造を有する。トランジスタのゲート電極はワード線と接続され、ソース電極もしくはドレイン電極のいずれか一方はビット線と接続され、残る一方は記憶素子が有する２端子の一方と接続される。記憶素子の残る１端子は共通電極（電位Ｖｃｏｍ）と接続される。

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。

ここでは、ｎ行ｍ列目のメモリセル１２３１にデータを書き込む場合について説明する。メモリセル１２３１にデータ「１」を書き込む場合、まず、デコーダ１２２３、１２２４およびセレクタ１２２５によってメモリセル１２３１を選択する。具体的には、デコーダ１２２４によって、メモリセル１２３１に接続されるワード線Ｗｎに所定の電圧Ｖ２２を印加する。また、デコーダ１２２３とセレクタ１２２５によって、メモリセル１２３１に接続されるビット線Ｂｍを読み出し回路及び書き込み回路を有する回路１２２６に接続する。そして、回路１２２６からビット線Ｂ３へ書き込み電圧Ｖ２１を出力する。

こうして、メモリセルを構成するトランジスタ１２１０ａをオン状態とし、記憶素子１２１５ｂに、ビット線を電気的に接続し、おおむねＶｗ＝ＶｃｏｍーＶ２１の電位（電圧）を印加する。なお、記憶素子１２１５ｂの一方の電極は電位Ｖｃｏｍの共通電極に接続されている。電位Ｖｗを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層を物理的もしくは電気的変化させ、データ「１」の書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「１」の状態の第１の導電層と第２の導電層の間の電気抵抗が、データ「０」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよく、単に短絡（ショート）させてもよい。なお、電位は、（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖｃｏｍ）＝（５〜１５Ｖ、５〜１５Ｖ、０Ｖ）、あるいは（−１２〜０Ｖ、−１２〜０Ｖ、３〜５Ｖ）の範囲から適宜選べば良い。電位Ｖｗは５〜１５Ｖ、あるいは−５〜−１５Ｖとすればよい。

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。

一方、メモリセル１２３１にデータ「０」を書き込む場合は、メモリセル１２３１には電気的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「１」を書き込む場合と同様に、デコーダ１２２３、１２２４およびセレクタ１２２５によってメモリセル１２３１を選択するが、回路１２２６からビット線Ｂ３への出力電位をＶｃｏｍと同程度とするか、ビット線Ｂ３を浮遊状態とする。その結果、記憶素子１２１５ｂには、小さい電位（例えば−５〜５Ｖ）が印加されるか、電圧（電位）が印加されないため、電気特性が変化せず、データ「０」書き込みが実現される。

次に、電気的作用により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。ここでは、回路１２２６は、抵抗素子１２４６と差動増幅器１２４７を含む構成とする。但し、回路１２２６の構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。

次に、アクティブマトリクス型の記憶装置において電気的作用により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。データの読み出しは、記憶素子１２１５ｂの電気特性が、データ「０」を有するメモリセルとデータ「１」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「０」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてＲ０、データ「１」を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてＲ１とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、Ｒ１＜＜Ｒ０とする。読み出し／書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば、図１９（Ｂ）に示す抵抗素子１２４６と差動増幅器１２４７を用いた回路１２２６を考えることができる。抵抗素子は抵抗値Ｒｒを有し、Ｒ１＜Ｒｒ＜Ｒ０であるとする。抵抗素子１２４６の代わりに、トランジスタ１２４９を用いても良いし、差動増幅器の代わりにクロックドインバータ１２４８を用いることも可能である（図１９（Ｃ））。勿論、回路構成は図１９に限定されない。

ｘ行ｙ列目メモリセル１２３１からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ１２２３、１２２４およびセレクタ１２２５によってメモリセル１２３１を選択する。具体的には、デコーダ１２２４によって、メモリセル１２３１に接続されるワード線Ｗｙに所定の電圧Ｖ２４を印加し、トランジスタ１２１０ａをオン状態にする。また、デコーダ１２２３とセレクタ１２２５によって、メモリセル１２３１に接続されるビット線Ｂｘを回路１２２６の端子Ｐに接続する。その結果、端子Ｐの電位Ｖｐは、ＶｃｏｍとＶ０の抵抗素子１２４６（抵抗値Ｒｒ）と記憶素子１２１５ｂ（抵抗値Ｒ０もしくはＲ１）による抵抗分割によって決定される値となる。従って、メモリセル１２３１がデータ「０」を有する場合には、Ｖｐ０＝Ｖｃｏｍ＋（Ｖ０−Ｖｃｏｍ）×Ｒ０／（Ｒ０＋Ｒｒ）となる。また、メモリセル１２３１がデータ「１」を有する場合には、Ｖｐ１＝Ｖｃｏｍ＋（Ｖ０−Ｖｃｏｍ）×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒｒ）となる。その結果、図１９（Ｂ）では、ＶｒｅｆをＶｐ０とＶｐ１の間となるように選択することで、図１９（Ｃ）では、クロックドインバータの変化点をＶｐ０とＶｐ１の間となるように選択することで、出力電位Ｖｏｕｔが、データ「０」／「１」に応じて、Ｌｏ／Ｈｉ（もしくはＨｉ／Ｌｏ）が出力され、読み出しを行うことができる。

例えば、差動増幅器をＶｄｄ＝３Ｖで動作させ、Ｖｃｏｍ＝０Ｖ、Ｖ０＝３Ｖ、Ｖｒｅｆ＝１．５Ｖとする。仮に、Ｒ０／Ｒｒ＝Ｒｒ／Ｒ１＝９とし、トランジスタ１２１０ａのオン抵抗を無視できるとすると、メモリセルのデータが「０」の場合、Ｖｐ０＝２．７ＶとなりＶｏｕｔはＨｉが出力され、メモリセルのデータが「１」の場合、Ｖｐ１＝０．３ＶとなりＶｏｕｔはＬｏが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができる。

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

上記構成を有する記憶素子および当該記憶素子を備えた記憶装置は、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の記憶装置及び半導体装置の提供することができる。また、上記実施の形態で用いる絶縁性材料を有機化合物層として用いることによって、データの書き込み（追記）は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。従って、偽造を防止し、セキュリティを確保した記憶装置及び半導体装置を提供することができる。

なお、本実施の形態は、上記実施の形態に示した記憶素子、当該記憶素子を備えた記憶装置及び半導体装置の構成と自由に組み合わせて行うことができる。

本実施例では、本発明を用いた記憶素子を作製し、その特性の評価を行った例を示す。

まず、比較例として絶縁物を有さない記憶素子（試料１乃至試料３）を作製し、書き込み電圧と書き込まれる直前の電流値を測定した。試料１乃至試料３の記憶素子の構造は、第１の導電層、有機化合物層、及び第２の導電層の積層構造とし、第１の導電層として膜厚１００ｎｍのチタン膜、有機化合物層として膜厚８ｎｍのＮＰＢ膜を積層し、第２の導電層として膜厚２００ｎｍのアルミニウム膜を形成した。試料１乃至３は記憶素子の形状が正方形であり、試料１及び試料２は一辺の長さが１０μｍの大きさの記憶素子、試料３は一辺の長さが２０μｍの大きさの記憶素子である。本明細書において、記憶素子は少なくとも第１の導電層、有機化合物層、及び第２の導電層を含む積層領域であり、記憶素子の形状とは、その積層体の形状である。図２０（Ａ）に試料１、図２０（Ｂ）に試料２、図２０（Ｃ）に試料３の書き込み電圧及び電流を示す。なお、このときの書込み方法としては、０Ｖから０．１Ｖごとに電圧を上昇させながら各電圧での試料の電流値を測定するスイープ測定を行った。

図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）の試料１及び試料２の記憶素子は同一の構造、及び同一の大きさであるのに、書き込み電圧及び電流の特性（Ｉ−Ｖ特性ともいう）が異なっており、整合性がとれていない。よって同様の記憶素子間で書き込み挙動にばらつきが生じている。さらにの記憶素子は大きさが２０μｍ×２０μｍと異なる試料３のＩ−Ｖ特性である図２０（Ｃ）と比較しても、図２０（Ａ）（Ｂ）に示す試料１及び試料２の書き込み挙動は整合性がとれておらず、ばらつきがある。

図２１に、書き込み後の記憶素子（試料４）の断面図（透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）法で観察したＳＴＥＭ写真）を示す。図２１に示す試料４の記憶素子は、下部電極層であるチタン膜３０、有機化合物層であるＮＰＢ膜３１、上部電極層であるアルミニウム膜３２の積層で構成されており、また周辺に隔壁３４、アルミニウム膜３３が存在する。

図２１に示すように、電力の集中によって、上部電極層であるアルミニウム膜が破断している。破断されたアルミニウム膜の周辺で上部電極と下部電極との短絡が生じる可能性がある。また上部電極層を破断する際に生じる熱や電荷によって、隔壁３４、下部電極層であるチタン膜３０の形状にも影響を与えて、形状が変化している。

一方、本発明のように絶縁物を有する記憶素子を作製し、書き込み電圧及び電流の測定を行った。試料は、絶縁物が薄膜状のバッファ層として設けられている第１の導電層（チタン膜）、絶縁層（膜厚１ｎｍのフッ化リチウム膜）、有機化合物層（膜厚１０ｎｍのＮＰＢ膜）、及び第２の導電層（アルミニウム膜）の積層構造の試料（試料５及び試料６）と、本発明のように絶縁物が有機化合物中に混合させて設けられている第１の導電層（チタン膜）、絶縁物（フッ化リチウム）を含む有機化合物（ＮＰＢ）層（膜厚２０ｎｍ）（フッ化リチウムとＮＰＢとの体積比は１：１）、及び第２の導電層（アルミニウム膜）の積層構造の試料（試料７及び試料８）を作製した。試料５及び試料７は記憶素子の大きさが２μｍ×２μｍであり、試料６及び試料８は記憶素子の大きさが３μｍ×３μｍの大きさであった。試料５乃至８の書き込み電圧及び書き込み直前の電流値を図２２に示す。図２２において、各試料５乃至８は同条件で複数の素子を作製し、測定しており、同条件で作製された素子は図中おなじドットで示されている。図２２において、試料５乃至８の測定データは、試料５は黒丸のドット、試料６は白丸のドット、試料７は黒い三角形のドット、試料８は白い三角形のドットで表されている。

図２２に示すように、本発明を用いた絶縁物を含む有機化合物層を有する記憶素子（試料７及び試料８）は、書き込み電圧及び電流においてばらつきが少ない。第１の導電層と有機化合物層との間に薄膜状の絶縁物のバッファ層を有する記憶素子（試料５及び試料６）においては、書き込み電圧が高いものも見られた。

記憶素子の作製において、成膜条件が悪い場合に、異常な素子特性を示す場合がある。本発明のように絶縁物を有機化合物層中に含ませて成膜することによって、有機化合物層の形態（モルフォロジー）が安定化し、膜の厚さの均一性も向上することができる。従って素子特性もばらつきなく安定化する。さらに絶縁物と有機化合物層を別工程で成膜する必要がないため、工程も簡略化することができる。

次に、本発明の絶縁物を含む有機化合物層を有する記憶素子（試料９乃至１１）を作製し、書き込み電圧と書き込まれる直前の電流値を測定した。試料として第１の導電層（チタン膜）、絶縁物（フッ化リチウム）を含む有機化合物（ＮＰＢ）層（膜厚２０ｎｍ）（フッ化リチウムとＮＰＢの体積比は１：１）、及び第２の導電層（アルミニウム膜）の積層構造の試料９、第１の導電層（チタン膜）、絶縁層（膜厚１ｎｍのフッ化カルシウム膜）、絶縁物（フッ化カルシウム）を含む有機化合物（ＮＰＢ）層（膜厚２０ｎｍ）（フッ化カルシウムとＮＰＢとの体積比は１：１）、及び第２の導電層（アルミニウム膜）の積層構造の試料１０、第１の導電層（チタン膜）、絶縁物（フッ化リチウム）を含む有機化合物（ＴＰＡＱｎ）層（膜厚１２ｎｍ）（フッ化リチウムとＴＰＡＱｎの体積比は１：１）、及び第２の導電層（アルミニウム膜）の積層構造の試料１１を作製した。試料１０は、薄膜状の絶縁層と絶縁物を含む有機化合物層とを積層して有しており、記憶素子内で絶縁物の濃度勾配を有している構成となっている例である。

図２３（Ａ）に試料９、図２３（Ｂ）に試料１０、図２４に試料１１の書き込み電圧及び電流を示す。なお、このときの書込み方法としては、０Ｖから０．１Ｖごとに電圧を上昇させながら各電圧での試料の電流値を測定するスイープ測定を行った。図２３（Ａ）（Ｂ）及び図２４に示すように、各試料９乃至１１において、素子の書き込み電流及び電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）はばらつきなく安定しており、挙動の安定化ができていることがわかる。また、書き込み後に記憶素子に抵抗が残存することなく、ほぼ抵抗がなくなっている。

試料１１と同様の構成である本発明を用いた第１の導電層（チタン膜）、絶縁物（フッ化リチウム）を含む有機化合物（ＴＰＡＱｎ）層（膜厚１２ｎｍ）（フッ化リチウムとＴＰＡＱｎの体積比は１：１）、及び第２の導電層（アルミニウム膜）の積層構造の記憶素子（試料１２）に書き込みを行った結果を示す。なお、このときの書込み方法としては、１０ｍｓ^−１のパルス電圧を印加して記憶素子に書き込みを行った。図２５に各書き込み電圧に対する書き込み素子数を示す。ある程度の書き込み電圧の範囲で記憶素子の書き込みが行われていることがわかる。よって本発明を用いた素子は、記憶素子として十分に用いることができることが確認できた。

以上のことから、本発明の記憶素子によって、記憶素子の書き込み電圧などの特性がばらつくことなく安定し、各素子において正常な書き込みを行うことが可能である。また、無機絶縁物と有機化合物との混合層のトンネル電流によってキャリア注入性が向上するため、有機化合物層を厚膜化できる。よって記憶素子が通電前の初期状態でショートするという不良を防止できる。この結果、高信頼性な記憶装置及び半導体装置を、歩留まりよく提供することができる。

本発明を説明する概念図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の半導体装置を説明する図。 本発明の半導体装置を説明する図。 本発明の半導体装置を説明する図。 本発明の半導体装置の適用例を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明に適用することが出来る液滴吐出装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 本発明の記憶装置を説明する図。 比較例の実験データ 比較例の記憶素子の断面写真。 実施例１における記憶素子の特性グラフ。 実施例１における記憶素子の特性グラフ。 実施例１における記憶素子の特性グラフ。 実施例１における記憶素子の特性グラフ。

Claims (13)

1. 第１の導電層と、
   前記第１の導電層上に複数の絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層と、
   前記有機化合物層上に第２の導電層と、を有し、
   前記有機化合物層は、電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物材料を有することを特徴とする記憶素子。
2. 第１の導電層と、
   前記第１の導電層上に複数の絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層と、
   前記有機化合物層上に第２の導電層と、を有し、
   前記有機化合物層の前記絶縁物の濃度は、前記有機化合物層と前記第１の導電層との界面の方が、前記有機化合物層と第２の導電層との界面より高く、
   前記有機化合物層は、電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物材料を有することを特徴とする記憶素子。
3. 第１の導電層と、
   前記第１の導電層上に複数の絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層と、
   前記有機化合物層上に第２の導電層と、を有し、
   前記有機化合物層の前記絶縁物の濃度は、前記有機化合物層と前記第２の導電層との界面の方が、前記有機化合物層と第１の導電層との界面より高く、
   前記有機化合物層は、電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物材料を有することを特徴とする記憶素子。
4. 第１の導電層と、
   前記第１の導電層上に複数の絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層と、
   前記有機化合物層上に第２の導電層と、を有し、
   前記有機化合物層の前記絶縁物の濃度は、前記有機化合物層と前記第１の導電層との界面の方が、前記有機化合物層の中心部より高く、且つ、前記有機化合物層と前記第２の導電層との界面の方が、前記有機化合物層の中心部より高く、
   前記有機化合物層は、電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物材料を有することを特徴とする記憶素子。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記絶縁物は粒子形状であることを特徴とする記憶素子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記第１の導電層又は前記第２の導電層は、複数の前記絶縁物を分散させた領域を有することを特徴とする記憶素子。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
   前記第１の導電層又は前記第２の導電層は、前記絶縁物とは材料の異なる複数の絶縁物を分散させた領域を有することを特徴とする記憶素子。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
   電気的作用を加えることによって、前記有機化合物層の膜厚が不均一になり、前記第１の導電層と前記第２の導電層とが一部接することを特徴とする記憶素子。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の記憶素子を有する半導体装置。
10. 第１の導電層を形成し、
    前記第１の導電層上に複数の絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層を形成し、
    前記有機化合物層上に第２の導電層を形成し、
    前記有機化合物層は、電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物材料を有することを特徴とする記憶素子の作製方法。
11. 第１の導電層を形成し、
    前記第１の導電層上に複数の絶縁物と電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物とを含む組成物を吐出し、前記組成物を固化して、前記第１の導電層上に複数の前記絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層を形成し、
    前記有機化合物層上に第２の導電層を形成することを特徴とする記憶素子の作製方法。
12. 第１の導電層を形成し、
    前記第１の導電層上に電子輸送性または正孔輸送性を有する有機化合物材料を含む有機化合物層を形成し、
    前記有機化合物層に複数の絶縁物を添加して、複数の前記絶縁物を分散させた領域を形成し、
    前記有機化合物層上に第２の導電層を形成することを特徴とする記憶素子の作製方法。
13. 請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項において、
    前記有機化合物層中の複数の前記絶縁物が不均一に分散するように、複数の前記絶縁物を分散させた領域を有する有機化合物層を形成することを特徴とする記憶素子の作製方法。