专利名称：半导体器件以及其制造方法
技术领域：
本发明涉及能够存储数据的半导体器件。
在本说明书中，半导体器件是指能够通过利用半导体特性进行工作的所有器件，电光器件、半导体电路和电子装置都是半导体器件。
背景技术：
存储器元件通常具有在电介质层上面和下面设置两个电极作为存储器元件的两个端子的结构。
在专利文件1中，提出了一种存储器元件以及其驱动方法，其中在含有有机化合物的层上面和下面设置两个电极作为元件的两个端子，施加电压以造成短路，并且通过设置初始状态为“0”和导电状态为“1”来存储信息。
专利文件1日本专利申请公开2002-26277号作为提供在半导体器件中的存储器电路，可以举出DRAM(动态随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、FeRAM(铁电随机存取存储器)、掩模ROM(带掩模的只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除和可编程只读存储器)、闪存等。其中，DRAM和SRAM是易失性存储电路，即当关闭电源时数据即被擦除，因此，每当开启电源时都需要写入数据。FeRAM是非易失性存储电路，但是因为它使用包括铁电层的电容元件，所以使制造步骤增加了。掩模ROM结构简单，但是需要在制造步骤中写入数据，并且不能补写数据。EPROM、EEPROM和闪存是非易失性存储电路，但是由于使用了具有两个栅电极的元件，因此有使制造步骤增加的问题。
另外，将无机材料用作电介质物质的DRAM等的存储器电路，根据存储在电容器中的电荷的有无来记录两个数值。
另一方面，在使用有机化合物作为电介质物质的存储器电路中，通过在一对上、下电极之间提供有机化合物来形成存储器元件。但是，当在含有有机化合物的层上形成电极时，由于形成电极时的温度有时会影响到含有有机化合物的层，所以电极的形成温度受到限制。由于这种温度的限制，电极的形成方法也受到限制。因此，会产生不能形成所期望的电极，且妨碍元件实现小型化的问题。所以，当在含有有机化合物的层上形成电极时，需要从妨碍元件实现小型化方面来解决其存在的问题。
此外，将形成在含有有机化合物的层的上面和下面的一对电极作为两个端子的有机存储器元件由于是将一对电极分别设置在上面和下面，所以需要分成多个步骤来形成这一对电极。因此，存在使制造工艺变得复杂的问题。该使制造工艺复杂化的问题是需要从制造成本方面来解决的问题。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是解决妨碍实现元件的小型化以及制造工艺的复杂化的问题。本发明的另一个目的是提供一种非易失性存储器器件以及包括该存储器器件的半导体器件，该存储器器件在制造过程之外也能补写数据，并能够防止由于改写引起的伪造等。此外，本发明还有一个目的是提供具有高可靠性和价格便宜的非易失性存储器器件以及半导体器件。
考虑到上述问题，本发明提供一种存储器元件，在该存储器元件中，起到存储器元件的两个端子作用的第一导电层和第二导电层设置在同一绝缘层上。
在本发明中，通过对元件的两个端子之间施加电压，利用由含有有机化合物的层的变化导致的含有有机化合物的层的导电性变化或电极之间的短路，以使一对电极之间导通。另外，通过沿着平行于衬底表面的方向对含有有机化合物的层施加电压，以实现一对电极之间的导通。本发明的元件能够存储与“初始状态”和“导电性改变之后的状态”相对应的两个数值。本发明的元件是指在所述一对电极之间形成电位差，并且，具有使所述电流路径不可逆地从高电阻状态改变到低电阻状态的结构。
图1A、1B和1C示出了公开在本说明书的本发明的结构1的一个例子。即，一种将多个元件以及多个开关元件以矩阵形状配置在具有绝缘表面的衬底上的半导体器件，其中，所述元件包括布置在同一平面上的一对电极和在同一平面上的含有有机化合物的层，并且，电流沿从所述一对电极的一个电极向另一个电极且平行于衬底表面的方向流过，而且，在所述一对电极之间配置有所述含有有机化合物的层，并且，所述一对电极的一个电极电连接到所述开关元件。
开关元件的栅极线(栅电极)相当于字线。此外，由于与开关元件的半导体层电连接的电极分别与包含在半导体层中的源区域和漏区域连接，所以存在着至少两个电极。与字线交叉的位线电连接到开关元件的半导体层。此外，在本说明书中，配置在同一平面上的一对电极也称作第一电极和第二电极，而与开关元件的半导体层电连接的电极称作第一电极。另外，和第一电极相向的第二电极相当于共同线(共同电极)。例如，在开关元件为n沟道型薄膜晶体管的情况下，位线连接到n沟道型薄膜晶体管的漏区域，第一电极连接到n沟道型薄膜晶体管的源区域。另外，在开关元件为p沟道型薄膜晶体管的情况下，位线连接到p沟道型薄膜晶体管的源区域，第一电极连接到p沟道型薄膜晶体管的漏区域。
另外，在上述结构1中，所述含有有机化合物的层至少连接于所述第一电极的一个侧面的一部分以及和该侧面相向的所述共同线的侧面的一部分，即可。
此外，含有有机化合物的层可以具有由一对绝缘层、所述第一电极以及所述第二电极包围的结构。本发明的结构2是一种将多个元件以及多个开关元件以矩阵形状配置在具有绝缘表面的衬底上的半导体器件，其中，所述元件包括布置在同一平面上的一对电极、在同一平面上的含有有机化合物的层以及一对绝缘层，并且，电流沿从所述一对电极的一个电极向另一个电极且平行于衬底表面的方向流过，并且，所述含有有机化合物的层被所述一对绝缘层和所述一对电极包围，并且，所述一对电极的一个电极电连接到所述开关元件。
该一对绝缘层是为了控制含有有机化合物的层的形成位置而提供的，也可以称作隔壁。该一对绝缘层设置在一个元件和与该元件相邻的存储器元件之间的区域中。在本发明的结构二中，含有有机化合物的层在电流路径的方向上被夹在一对电极之间，而在垂直于电流路径的方向上被夹在一对绝缘层之间，其中，电流路径的方向是从所述一对电极的一个电极向另一个电极且平行于衬底表面的方向。
另外，在上述结构2中，所述一对绝缘层配置在所述电流路径的两边上，并该一对绝缘体之间夹有电流路径。
此外，上述结构1或上述结构2的特征在于，如图1A所示的例子那样，所述一对电极宽度的总和(Wa+Wc)大于含有有机化合物的层的宽度(Wx)。此处，一对电极宽度的总和以及含有有机化合物的层的宽度是指在包括一对电极的截面上的宽度。另外，在包括一对电极的截面上，最短的电流路径相当于一对电极的间隔距离(Wb)。至少将含有有机化合物的层的宽度(Wx)设为等于或大于一对电极的间隔距离(Wb)。
含有有机化合物的层只要配置在共同线和第一电极之间，就没有特别的限制，也可以设置为从顶面来看是各种各样的图案形状。例如，含有有机化合物的层的顶部形状被设置为矩形、椭圆形、圆形、或带形即可。也可通过不将含有有机化合物的层形成在整个表面上，而选择性地形成含有有机化合物的层，以抑制材料的使用量。
另外，如图2A和2B所示的一个实例，所述含有有机化合物的层可以形成为从顶面来看是带形图案，也可以与沿着电流路径方向相互邻接而设置的多个元件共有。在此情况下，所述一对电极的电极宽度的总和小于含有有机化合物的层的宽度，即带形图案的长度。注意，可以采用液滴喷射法(典型的是，喷墨法和分配器法等)来形成带形图案。另外，由于在相邻的共同线和位线之间也配置含有有机化合物的层，所以互相邻接的共同线和位线之间的间隔距离Wd优选大于第一电极和共同线的间隔距离(Wb)，具体来说是2μm或更大。另外，设置一对绝缘层以便控制含有有机化合物的层的形成位置。
此外，如图3A和3B所示的一个实例，所述含有有机化合物的层可以形成为部分地重叠于所述第一电极和共同线之上，还可以覆盖所述第一电极的侧面及上边缘部分、和所述第一电极相向的所述共同线的侧面及上边缘部分。图3A所示的含有有机化合物的层的宽度Wx大于图1A所示的含有有机化合物的层的宽度Wx。
此外，如图4A和4B所示的一个实例，所述含有有机化合物的层可以形成为从顶部来看是带形图案，其中不设置隔壁，也可以与沿着电流路径方向相互邻接而设置的多个元件共有。
另外，如图5A和5B所示的一个实例，可以在连接电极及位线上形成绝缘层，并在其上形成第一电极、第二电极、含有有机化合物的层。注意，连接电极通过提供在绝缘层中的接触孔与第一电极电连接。通过在连接电极以及位线上提供绝缘层，可以缩小元件的占有面积。
此外，在上述结构1或上述结构2中，所述位线的侧面及所述第一电极的侧面和与该侧面相对的共同线的侧面具有锥形形状。在本说明书中，电极(或布线)的侧面具有锥形形状是指电极(或布线)的侧壁面与衬底的表面相倾斜的情况。但是，在本说明书中，锥形不包括电极(或布线)的上边缘部分突出的形状，即悬垂形状。
通过采用锥形形状，可以使一对电极的互相相对的下边缘部分的间隔变窄，以易于集中电场，从而，可以通过较低的功耗将在电流路径的含有有机化合物的层不可逆地从高电阻状态改变到低电阻状态。在本说明书中，电极(或布线)的侧面具有锥形形状是指电极(或布线)的侧壁面倾斜的情况。但是，在本说明书中，锥形不包括电极(或布线)的上边缘部分突出的形状，即悬垂形状。
另外，获得上述结构1的制造过程也是本发明的一个方面。本发明的半导体器件的制造方法包括以下步骤在具有绝缘表面的衬底上形成半导体层；形成覆盖所述半导体层的绝缘膜；在所述绝缘膜的同一表面上形成一对电极，其中一个电极电连接到所述半导体层；选择性地在所述一对电极之间形成含有有机化合物的层。
在与上述制造方法有关的本发明的结构中，位线侧面、第一电极侧面以及共同线侧面在形成一对电极的过程中形成为具有锥形形状。通过采用锥形形状，可以提高在其上形成的薄膜的覆盖率。另外，在用液滴喷射法形成含有有机化合物的层的情况下，通过将材料液滴喷射在一对电极(第一电极和共同线)之间，即使喷射位置产生偏离，只要能够喷射在锥形形状的电极侧面上，也可以使材料液滴沿着侧面移动到一对电极之间的绝缘表面，而覆盖露出在一对电极之间的绝缘表面。
另外，获得上述结构2的制造过程也是本发明的一个方面。本发明的半导体器件的制造方法包括以下步骤在具有绝缘表面的衬底上形成半导体层；形成覆盖所述半导体层的绝缘膜；在所述绝缘膜的同一表面上形成一对电极，其中一个电极电连接到所述半导体层；在所述绝缘膜上形成一对绝缘层；与由所述一对电极和所述一对绝缘层包围的区域重叠地选择性地形成含有有机化合物的层。
在与上述制造方法有关的本发明的结构中，当形成所述一对电极时，夹有含有有机化合物的层的一对电极的侧面中，至少与含有有机化合物的层接触的侧面形成为具有锥形形状。此外，当形成一对绝缘层时，夹有含有有机化合物的层的一对绝缘层的侧面中，至少与含有有机化合物的层接触的侧面形成为具有锥形形状。
通过本发明，可以实现元件的小型化和制造工艺的简单化等的效果。
另外，本发明的存储器器件以及半导体器件所具有的存储器元件具有简单的结构，即在同一绝缘层上的一对电极之间夹有含有有机化合物的层，所以可以提供价格便宜的存储器器件以及半导体器件。
图1A至1C是表示本发明的半导体器件的截面图以及俯视图(实施方式1)；图2A和2B是表示本发明的半导体器件的截面图以及俯视图(实施方式2)；图3A和3B是表示本发明的半导体器件的截面图以及俯视图(实施方式3)；图4A和4B是表示本发明的半导体器件的截面图以及俯视图(实施方式4)；图5A和5B是表示本发明的半导体器件的截面图以及俯视图(实施方式5)；图6A至6C是表示本发明的半导体器件的截面图以及俯视图(实施方式6)；图7A和7B是表示本发明的半导体器件的等效电路图的图(实施方式7)；图8是说明本发明的半导体器件的一个结构实例的图(实施方式8)；图9是说明本发明的半导体器件的使用方式的图(实施方式9)；图10A至10F是说明具有本发明的半导体器件的电子设备的图(实施方式10)。
具体实施例方式
以下，参考附图来描述本发明的实施方式。注意，本发明可以以多种不同形式被执行，在不脱离本发明的宗旨及范围的情况下各种变化和修改都是可能的，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明不局限于下文所描述的实施方式的内容。注意，在如下所述的附图中，相同部分或具有相同功能的部分用相同的参考标记表示，并且省略对它们的重复说明。
实施方式1在本实施方式中，将参照
在本发明的半导体器件中包括的存储器元件的一个结构例子。更具体地说，将示出以矩阵形式配置多个存储器元件的存储电路的结构例子。
图1A示出了包括多个根据本发明的存储器元件的存储器单元阵列的一部分截面结构。图1B是顶部结构，沿虚线A-B切割的图1B的截面对应于图1A。图1C是截面结构，沿虚线C-D切割的截面对应于图1B。
在第二绝缘层104、第三绝缘层106、以及第四绝缘层107中设有达到半导体层103的开口(接触孔)。位线109、第一电极108、以及共同电极(第二电极)112被设置为覆盖该开口。此外，通过开口与半导体层103电连接的第一电极108以及共同电极112设置在第四绝缘层107上。在图1A中，在同一层中，即，在第四绝缘层107上设置位线109、第一电极108和共同电极112。
在此，示出了将n沟道型薄膜晶体管用作开关元件的例子。半导体层103、栅极线(字线)105、兼用作源电极的第一电极108、以及兼用作漏电极的位线109构成n沟道型薄膜晶体管。n沟道型薄膜晶体管电连接到由第一电极108、共同电极112和含有有机化合物的层113构成的存储器元件。
注意，在使用p沟道型晶体管而代替n沟道型薄膜晶体管的情况下，位线用作薄膜晶体管的源电极，而第一电极用作薄膜晶体管的漏电极。
半导体层103至少包括沟道形成区域、源区域和漏区域。另外，为了减少断开电流值，n沟道型薄膜晶体管也可以采用低浓度漏极(LDDLightly DopedDrain，轻掺杂漏极)结构。该LDD结构在沟道形成区域与以高浓度添加杂质元素而形成的源区域或漏区域之间设置以低浓度添加杂质元素的区域，将该区域称为LDD区域。LDD结构具有缓和漏极附近的电场、及防止热载流子注入引起退化的效果。另外，为了防止热载流子引起的导通电流值的退化，也可以将n沟道型薄膜晶体管采用GOLD(Gate-drain Overlapped LDD，栅漏交叠LDD)结构。GOLD结构具有通过栅绝缘膜使LDD区域与栅电极重叠配置的结构，它具有比LDD结构更进一步缓和漏极附近的电场、及防止热载流子注入引起退化的效果。通过采用这样的GOLD结构，能够有效地缓和漏极附近的电场强度，防止热载流子注入，防止退化现象。
作为半导体层103，可以适当地使用非晶半导体膜、包括晶体结构的半导体膜、包括非晶结构的化合物半导体膜等。另外，作为TFT的有源层，可以使用半非晶半导体膜(也称作微晶半导体膜)，它是具有介于非晶结构和晶体结构(包括单晶和多晶结构)之间的中间结构，并具有自由能稳定的第三状态的半导体，半非晶半导体膜包括具有近程有序和晶格畸变的结晶区域。半导体层103并不限制所用的材料，但优选由硅或硅锗(SiGe)合金等形成。另外，半导体层103可以使用诸如并五苯的有机化合物。
只要能够用作开关元件，可以与开关元件的结构无关地对晶体管适用本发明。在图1A中，示出了在具有绝缘性的衬底上设置顶栅型薄膜晶体管的例子，但也可以采用底栅型(逆交错型)TFT或顺交错型TFT。另外，不限定于单栅型结构的TFT，也可以是具有多个沟道形成区域的多栅型TFT、例如双栅型TFT。
半导体层103、栅极线(字线)105、兼用作源电极或漏电极的第一电极108、以及兼用作源电极或漏电极的位线109构成晶体管。兼用作源电极或漏电极的第一电极108、共同电极112和含有有机化合物的层113构成存储器元件。
像这样，通过在第四绝缘层107上形成第一电极108、共同电极112、以及含有有机化合物的层113，可以自由地配置由第一电极108、共同电极112以及含有有机化合物的层113构成的存储器元件。
字线(栅极线)105是用于从存储器单元阵列中选择一列的控制信号线。在存储器单元阵列中，多个存储器单元以矩阵排列。一个存储器单元在配置于位线109和字线(栅极线)105的交叉点上的晶体管和共同电极112之间排列，并且，通过增加与进行读出或写入的地址相对应的字线的电压，就可以进行读出或写入。
此外，位线109是用于从存储器单元阵列取出数据的信号线。与施加了电压的字线(栅极线)105相连接的存储器单元通过将存储在存储器元件中的数据输出到位线109，就可以读出数据。
而且，在第一电极108和共同电极112之间接触地设置含有有机化合物的层113。本发明的存储器元件由含有有机化合物的层113、第一电极108和共同电极112构成，第一电极108和共同电极112以与衬底表面成水平的方向夹着含有有机化合物的层113。作为含有有机化合物的层113的材料使用由电作用(electrical action)来改变结晶状态、导电性和形状的物质，典型的是，使用有机化合物或有机化合物和无机化合物的混合物。
具有上述结构的存储器元件能够存储与“初始状态”和“导电性改变之后的状态”相对应的两个数值，因为其导电性是由电作用来改变的。注意，电作用是指将电压施加给第一电极和共同电极以使电流流过含有有机化合物的层。
这里，将说明在施加电压之前和之后的所述存储器元件的导电性的变化。
当在第一电极108的侧面和共同电极112的侧面之间施加电压时，含有有机化合物的层113的导电性发生改变，存储器元件的导电性变得更高。此外，当在第一电极108的侧面和共同电极112的侧面之间施加电压时，第一电极109和共同电极112有时会短路。此外，当在第一电极109的侧面和共同电极112的侧面之间施加电压时，还有可能导致在含有有机化合物的层113中的绝缘击穿并获得导电性。这是因为电场趋向于集中在电极的端部，而在含有有机化合物的层中容易产生绝缘击穿。在上述任何情况下，都可以存储与“初始状态”和“导电性改变之后的状态”相对应的两个数值，因为通过电作用改变了导电性。注意，绝缘击穿是指在施加到绝缘体的电压超过某个限度时，该绝缘体在电气上被破坏，失去绝缘性而流过电流的现象。含有有机化合物的层根据其材料有时不成为绝缘体，但即使将其看作绝缘体的情况下也产生相同的现象，因此也可以称作在含有有机化合物的层中发生绝缘击穿。
作为能够适用于含有有机化合物的层113且可通过来自外部的电作用来改变其导电性的有机化合物，可以使用高空穴传输性的有机化合物或具有高电子传输性的有机化合物。
作为具有高空穴传输性的有机化合物，可以使用芳香胺基(即，具有苯环-氮键的)化合物，如4，4’-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]联苯(缩写α-NPD)、4，4’-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]联苯(缩写TPD)、4，4’，4”-三[N，N-二苯基-氨基]-三苯胺(缩写TDATA)、4，4’，4”-三[N(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(缩写MTDATA)或者4，4’-二(N-(4-(N，N-二-间-甲苯基氨基)苯基)-N-苯基氨基)联苯(缩写DNTPD)，或者诸如酞菁(缩写H2Pc)、铜酞菁(缩写CuPc)或者氧钒酞菁(缩写VOPc)之类的酞菁基化合物。在此描述的物质主要为空穴迁移率为10-6cm2/Vs或更大的物质。然而，也可以使用除上述物质之外的物质，只要该物质的空穴传输性比电子传输性高。
此外，在将有机化合物和无机化合物的混合层作为含有有机化合物的层而提供的情况下，优选混合具有高空穴传输性的有机化合物和易于接收电子的无机化合物。通过采用上述含有有机化合物的层，在本来几乎没有固有载流子的有机化合物中产生了许多空穴载流子，并且该有机化合物呈现出非常好的空穴注入性和传输性。结果，含有有机化合物的层能够获得良好的导电性。
作为容易接收电子的无机化合物，可以采用周期表中属于族4到族12中的任何一种过渡金属的金属氧化物、金属氮化物或金属氧氮化物。具体地说，可采用诸如氧化钛(TiOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化矾(VOx)、氧化钼(MoOx)、氧化钨(WOx)、氧化钽(WOx)、氧化铪(HfOx)、氧化铌(NbOx)、氧化钴(Cox)、氧化铼(ReOx)、氧化钌(RuOx)、氧化锌(ZnOx)、氧化镍(NiOx)、氧化铜(CuOx)等。尽管给出了氧化物在此作为具体例子，当然也可以使用它们的氮化物和氧氮化物。
作为具有高电子传输性的有机化合物，可采用由具有喹啉主链或苯并喹啉主链等的金属络合物构成的材料，如三(8-喹啉醇合)铝(缩写Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)铝(缩写Almq3)、双(10-羟基苯[h]-喹啉)铍(缩写BeBq2)，或双(2-甲基-8-喹啉醇合)-4-苯基苯酚盐-铝(缩写BAlq)。此外，可以采用具有唑基或噻唑基配体的金属络合物，如双[2-(2-羟基苯基)苯并恶唑]锌(缩写Zn(BOX)2)或双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]锌(缩写Zn(BTZ)2)。此外，除了金属络合物之外，可以采用2-(4-联苯基)-5-(4-特-丁基苯基)-1，3，4-恶二唑(缩写PBD)、1，3-双[5-(p-特-丁基苯基)-1，3，4-恶二唑-2-某基]苯(缩写OXD-7)、3-(4-特-丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写TAZ)、3-(4-特-丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写p-EtTAZ)、红菲绕啉(缩写BPhen)、浴铜灵(bathocuproin)(缩写BCP)等。在此描述的物质主要为电子迁移率为10-6cm2/Vs或更大的物质。然而，也可以使用除上述物质之外的物质，只要该物质的电子传输性比空穴传输性高。
注意，在提供有机化合物和无机化合物的混合层作为含有有机化合物的层的情况下，优选混合具有高电子传输性的有机化合物和易于给予电子的无机化合物。根据上述结构，在本来几乎没有固有载流子的有机化合物中产生了许多电子载流子，并且该有机化合物呈现出非常好的电子注入性和传输性。结果，含有有机化合物的层能够获得良好的导电性。
作为容易给予电子的无机化合物，可以采用碱金属氧化物、碱土金属氧化物、稀土金属氧化物、碱金属氮化物、碱土金属氮化物或稀土金属氮化物。具体地说，可以使用氧化锂(LiOx)、氧化锶(SrOx)、氧化钡(BaOx)、氧化铒(ErOx)、氧化钠(NaOx)、氮化锂(LiNx)、氮化镁(MgNx)、氮化钙(CaNx)、氮化钇(YNx)、氮化镧(LaNx)等。
此外，作为无机化合物，可以使用任何无机化合物，只要该无机化合物易于从有机化合物接收电子或该无机化合物易于将电子给予有机化合物，除了氧化铝(AlOx)、氧化镓(GaOx)、氧化硅(SiOx)、氧化锗(GeOx)、氧化铟锡(ITO)等之外，可以使用各种金属氧化物、金属氮化物或金属氧氮化物。
此外，在含有有机化合物的层113由选自金属氧化物和金属氮化物的化合物以及具有高空穴传输性的化合物构成的情况下，可以进一步添加具有大的空间阻碍(具有不同于平面结构的空间扩展的结构)的化合物。作为具有大的空间阻碍的化合物，优选5，6，11，12-四苯基并四苯(缩写红荧烯(rubrene))。或者，可以使用六苯基苯、t-叔丁基苝、9，10-二(苯基)蒽、香豆素545T等。此外，树体结构(dendrimer)等也是有效的。
此外，在由具有高电子传输性的有机化合物构成的层和由具有高空穴传输性的有机化合物构成的层之间设有发光物质，诸如4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(缩写DCJT)、4-(二氰基亚甲基)-2-tert-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃、呋喃西林、2，5-二氰基-1，4-双[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]苯、N，N’-二甲基喹吖酮(缩写DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-羟基喹啉)铝(缩写Alq3)、9，9’-联蒽、9，10-二苯基蒽(缩写DPA)或9，10-二(2-萘基)蒽(缩写DNA)、2，5，8，11-四-t-叔丁基苝(缩写TBP)等。
含有有机化合物的层113可以由蒸发淀积法、电子束蒸发淀积法、溅射法、CVD法等形成。另外，含有有机化合物和无机化合物的混合层可以通过同时淀积每种材料来形成，并且能够通过组合相同类型的方法和不同类型的方法来形成，诸如采用热阻蒸发淀积的共同蒸发淀积法、采用电子束蒸发淀积的共同蒸发淀积法、采用热阻蒸发淀积和电子束蒸发淀积的共同蒸发淀积法、采用热阻蒸发淀积和溅射的淀积或采用电子束蒸发淀积和溅射的淀积。
此外，作为用于形成含有有机化合物的层113的另一种方法，可以使用旋涂法、溶胶-凝胶法、印刷法、液滴喷射法(喷墨法和分配器法)等，或者也可使用上述方法和这些方法的组合。
含有有机化合物的层113具有使得存储器元件的导电性可以由来自外部的电作用来改变的膜厚。含有有机化合物的层113的典型膜厚为5nm到100nm，优选为10nm到60nm。
如图1A所示，含有有机化合物的层113与共同电极112的一个侧面(锥形侧面)相接触。此外，与含有有机化合物的层113相接触的共同电极112的侧面相对的第一电极108的侧面，也和含有有机化合物的层113相接触。
此外，如图1B和1C所示，可以将第五绝缘层114设置成将含有有机化合物的层113夹在它们之间。第五绝缘层114(也称作隔壁114)形成为具有与衬底表面成垂直的高度为0.1μm到0.5μm的膜厚。如图1B中所示，由于含有有机化合物的层113被第一电极108、共同电极112以及第五绝缘层114围绕，所以也可以使用具有高流动性的材料作为用于含有有机化合物的层113的有机材料。
在图1B中，含有有机化合物的层113的顶部形状为矩形，但是对该形状没有特定限制，也可以是正方形、椭圆形或圆形。含有有机化合物的层113的顶面形状容易受到淀积法的左右。例如，当在电阻加热蒸发淀积法或电子束蒸发淀积法的情况下使用具有矩形开口的蒸发淀积掩模时，可以获得具有矩形形状的含有有机化合物的层113。这样，当为每个存储单元分开形成含有有机化合物的层113时，可以降低相邻存储单元之间在水平方向上的电场影响。
为了减少制造步骤的数量，优选使用相同的步骤、相同的材料来形成位线109、第一电极108、共同电极112。此外，为了以高精度控制位线109、第一电极108、共同电极112之间的距离，优选的是使用相同的光掩模对位线109、第一电极108和共同电极112图形化。
在同一绝缘层上形成的第一电极108和共同电极112之间的间隔距离Wb优选为平行于衬底表面的0.1μm到0.05μm，更优选为0.01μm或更小。另外，在包括构成一对电极的第一电极108和共同电极112的截面中，电流路径120的最短距离相当于一对电极的间隔距离(Wb)。通过使第一电极108和共同电极112之间的距离变窄，可以较低的电压进行写入。换言之，可以用低功耗进行写入。
另外，第一电极108及共同电极112的电极宽度的总和(Wa+Wc)优选大于含有有机化合物的层113的宽度(Wx)。
用蒸发淀积法、溅射法、CVD法、印刷法、电镀法、无电镀法、液滴喷射法等形成字线(栅极线)105、位线109、第一电极108和共同电极112。本发明在将耐热温度低的材料用作含有有机化合物的层113的材料的情况下尤其有效。在本发明中，由于字线(栅极线)105、位线109、第一电极108和共同电极112在含有有机化合物的层113之前形成，因此形成电极以及布线的方法，尤其是沉积温度不受特定限制，从而具有可以使用各种形成方法的优点。
作为字线(栅极线)105、位线109、第一电极108和共同电极112的材料，使用高导电性的元素或化合物等。典型地，可以采用选自金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等中的一种元素或含有多种上述元素的合金。作为含有多种上述元素的合金，例如，可以采用含有Al和Ti的合金、含有Al、Ti和C的合金、含有Al和Ni的合金、含有Al和C的合金、含有Al、Ni和C的合金、含有Al和Mo的合金等。
此外，通过使用互不相同的材料可以形成字线(栅极线)105、位线109、第一电极108和共同电极112。另外，字线(栅极线)105、位线109、第一电极108和共同电极112也可以采用互不相同的形成方法。
在图形化的过程中，通过适当调节刻蚀条件，可以形成具有锥形侧面的位线109、第一电极108及共同电极112。当用相同的步骤形成位线109、第一电极108及共同电极112时，位线109、第一电极108及共同电极112具有相同的锥形形状的侧面。锥形形状的侧面是指电极或位线侧面的截面与衬底的表面相倾斜。位线109、第一电极108及共同电极112的侧面相对于衬底表面优选具有10°或更大且小于85°的倾斜角(锥形角度)，更优选为60°或更大至80°或更小。
在图1A、1B和1C中示出的存储器元件具有一种结构，在该结构中电压以与衬底表面成平行的方向施加到含有有机化合物的层113，通过使第一电极108和共同电极112之间的间隔距离变窄可以缩小存储器元件的占有面积。
下文中，将说明在图1A、1B和1C中示出的存储器元件的制造方法的一个例子。
首先，在具有绝缘表面的衬底101上形成第一绝缘层102。
随后，在第一绝缘层102上形成半导体层。通过使用光刻法等有选择地刻蚀半导体层，形成半导体层103。然后，在半导体层103和第一绝缘层102上形成第二绝缘层104。接着，在第二绝缘层上形成导电层。通过使用光刻法等有选择地刻蚀导电层，以形成字线(栅极线)105。然后，在字线(栅极线)105和第二绝缘层上形成第三绝缘层106。然后，在第三绝缘层106上形成第四绝缘层107。然后，通过使用光刻法等有选择地刻蚀第二绝缘层、第三绝缘层及第四绝缘层，以形成到达半导体层103的开口。然后，在到达第四绝缘层107和半导体层103的开口上形成导电层。通过使用光刻法等有选择地刻蚀导电层，以形成位线109、第一电极108、以及共同电极112。然后，在位线109、第一电极108、及共同电极112上形成绝缘层、用光蚀刻法等进行蚀刻以形成第五绝缘层114。注意，当使用印刷法或液滴喷射法时，可不用刻蚀来形成第二绝缘层104、第三绝缘层106、第四绝缘层107以及第五绝缘层114。
然后，通过使用液滴喷射法，将含有有机物的材料溶液滴注到由第一电极108、共同电极112和第五绝缘层114所包围的区域。滴注含有有机物的材料溶液以至少填充第一电极108和共同电极112之间的空间。由于被第一电极108、共同电极112和第五绝缘层114围绕，所滴注的含有有机物的材料溶液可被固定。然后，进行烘焙以形成含有有机化合物的层113。
注意，在此示出了含有有机化合物的层113形成在不重叠于半导体层103的位置的例子，但含有有机化合物的层113的形成位置并不限制于此，含有有机化合物的层113可以形成在重叠于半导体层103或栅极线的位置，以实现缩小存储元件的占有面积。
在图1A和1B中示出的如上所述获得的存储器元件中，可以同时形成位线、将含有有机化合物的层113夹在中间的第一电极108以及共同电极112，如此可减少步骤。
实施方式2图2A和2B示出了与图1A、1B和1C的存储器元件部分不同的存储器元件的实例。图2A是两个存储器元件的截面图，而图2B是两个存储器元件的俯视图，沿图2B的虚线E-F切割的截面对应于图2A。
在图2A中，类似于图1A，第一绝缘层202设置在具有绝缘表面的衬底201上，而半导体层203设置在第一绝缘层202上。第二绝缘层204设置在第一绝缘层202和半导体层203上，而字线(栅极线)205设置在第二绝缘层204上。第三绝缘层206设置在字线(栅极线)205上，而第四绝缘层207设置在第三绝缘层206上。位线209、第一电极208和共同电极212设置在第四绝缘层207上。通过使用相同的材料形成位线209、第一电极208和共同电极212。在第二绝缘层204、第三绝缘层206和第四绝缘层207中设置有到达半导体层203且左右成对的开口(接触孔)。位线209和第一电极208分别被设置成覆盖该开口。在同一层中，即在第四绝缘层207上设置位线209、第一电极208和共同电极212。
半导体层203、栅极线(字线)205、第一电极208和位线209构成了晶体管。
在图2A示出的存储器元件中，含有有机化合物的层213接触地覆盖位线209的两个侧面、第一电极208的两个侧面和共同电极212的两个侧面。
另外，在包括构成一对电极的第一电极208和共同电极212的截面中，电流路径220的最短距离相当于一对电极的间隔距离(Wb)。
此外，如图2B所示，含有有机化合物的层213形成为带形(也称为线形)。另外，可以形成绝缘层(隔壁)以固定含有有机化合物的层213。在这种情况下，第五绝缘层214也用平行于含有有机化合物层213的带形(也称为线形)来形成。第五绝缘层214被形成为夹有含有有机化合物的层213。
在图2B中，含有有机化合物的层213的宽度不受特定限制，含有有机化合物的层213的宽度也可以比第五绝缘层214的宽度宽。
在图2B中示出的含有有机化合物的层213具有不同于图1B中示出的含有有机化合物的层113的顶面形状的结构。在图2A和2B中示出的存储器元件具有可以使含有有机化合物的层213的宽度更宽的结构，从而可以使在形成含有有机化合物的层213的过程中，位置偏离的容限范围更宽。
另外，含有有机化合物的层213还设置在共同电极212和位线209之间，从而相邻的共同电极212和位线209之间的间隔距离(Wd)设定为比第一电极和共同电极的间隔距离(Wb)更宽，具体地，优选为2μm或更宽。当间隔距离(Wd)等于或窄于间隔距离(Wb)的情况下，有可能在相邻的共同电极212和位线209之间发生短路，而有可能发生向存储器元件写入等。因此，通过将间隔距离(Wd)设定为大于间隔距离(Wb)，可以防止错误工作的产生。
此外，在图2A示出的存储器元件中，也可设置覆盖第四绝缘层207、位线209、第一电极208、共同电极212以及含有有机化合物的层213的保护层。
本实施方式可以与实施方式1任意组合。
实施方式3图3A和3B示出了与图1A、1B和1C的存储器元件部分不同的存储器元件的实例。图3A是两个存储器元件的截面图，而图3B是两个存储器元件的俯视图，沿图3B的虚线G-H切割的截面对应于图3A。
在图3A中，类似于图1A，第一绝缘层302设置在具有绝缘表面的衬底301上，而半导体层303设置在第一绝缘层302上。第二绝缘层304设置在第一绝缘层302和半导体层303上，而字线(栅极线)305设置在第二绝缘层304上。第三绝缘层306设置在字线(栅极线)305上，而第四绝缘层307设置在第三绝缘层306上。位线309、第一电极308和共同电极312设置在第四绝缘层307上。通过使用相同的材料形成位线309、第一电极308和共同电极312。在第二绝缘层304、第三绝缘层306和第四绝缘层307中设置有到达半导体层303且左右成对的合计六个开口(接触孔)。位线309和第一电极308被设置成覆盖这些开口。在同一层中，即在第四绝缘层307上设置位线309、第一电极308和共同电极312。而且，如图3B所示，在第四绝缘层307上夹住含有有机化合物的层313地形成一对第五绝缘层(隔壁)314。
半导体层303、栅极线(字线)305、第一电极308和位线309构成了晶体管。
在图3A和3B示出的存储器元件中，含有有机化合物的层313的形状是不同于图1A中示出的含有有机化合物的层113的截面形状和顶面形状的。图1A示出了其中含有有机化合物的层113只和第一电极108及共同电极112的侧面相接触的例子，但是，在图3A中，含有有机化合物的层313与第一电极308及共同电极312的侧面和上表面的一部分(上端部分)相接触。含有有机化合物的层313的上表面的形状是至少一边的长度为Wx的矩形。
此外，在图3A示出的存储器元件中，也可设置覆盖位线309、第一电极308、共同电极312以及含有有机化合物的层313的保护层。图3A和图3B所示的存储器元件能够确实地用含有有机化合物的层填充一对电极之间。由此，可以使所有的存储器元件都具有均匀的电阻，并可以防止每个存储器元件的一对电极之间的电阻不均匀。另外，当使用光蚀刻法等通过蚀刻形成含有有机化合物的层313时，与图1A至1C所示的结构相比更容易进行蚀刻。
本实施方式可以与实施方式1或实施方式2任意组合。
实施方式4图4A和4B示出了与图1A、1B和1C的存储器元件部分不同的存储器元件的实例。图4A是两个存储器元件的截面图，而图4B是两个存储器元件的俯视图，沿图4B的虚线J-K切割的截面对应于图4A。
在图4A中，类似于图1A，第一绝缘层402设置在具有绝缘表面的衬底401上，而半导体层403设置在第一绝缘层402上。第二绝缘层404设置在第一绝缘层402和半导体层403上，而字线(栅极线)405设置在第二绝缘层404上。第三绝缘层406设置在字线(栅极线)405上，而第四绝缘层407设置在第三绝缘层406上。位线409、第一电极408和共同电极412设置在第四绝缘层407上。通过使用相同的材料形成位线409、第一电极408和共同电极412。在第二绝缘层404、第三绝缘层406和第四绝缘层407中设置有到达半导体层403且左右成对的开口(接触孔)。位线409和第一电极408被设置成覆盖该开口。在同一层中，即在第四绝缘层407上设置位线409、第一电极408和共同电极412。
半导体层403、栅极线(字线)405、第一电极408和位线409构成了晶体管。
作为含有有机化合物的层413的材料，优选使用易于固化的材料。通过使用易于固化的材料，不需要设置图1B中示出的第五绝缘层114。此外，在用蒸发淀积掩模通过蒸发淀积法有选择地形成含有有机化合物的层的情况下，也不需要设置图1B中示出的第五绝缘层114。
在图4A示出的存储器元件中，含有有机化合物的层413接触地覆盖位线409的两个侧面、第一电极408的两个侧面和共同电极412的两个侧面。
此外，如图4B所示，含有有机化合物的层413形成为带形(也称为线形)。另外，可以形成如图1B中示出的一对第五绝缘层114。在这种情况下，第五绝缘层也用平行于含有有机化合物的层413的带形(也称为线形)来形成。
在图4B示出的存储器元件中，含有有机化合物的层413的上面形状具有不同于图1B中示出的含有有机化合物的层113的顶面形状的结构。在图4A和4B中示出的存储器元件具有可以使含有有机化合物的层413的宽度更宽的结构，从而可以使在形成含有有机化合物的层413的过程中，位置偏离的容限范围更宽。
此外，在图4A示出的存储器元件中，也可设置覆盖第四绝缘层407、位线409、第一电极408、共同电极412以及含有有机化合物的层413的保护层。
本实施方式可以与实施方式1、实施方式2或实施方式3任意组合。
实施方式5图5A和5B示出了与图1A、1B和1C的存储器元件部分不同的存储器元件的实例。图5A是三个存储器元件的截面图，而图5B是三个存储器元件的俯视图，沿图5B的虚线L-M切割的截面对应于图5A。
在图5A中，类似于图1A，第一绝缘层502设置在具有绝缘表面的衬底501上，而半导体层503设置在第一绝缘层502上。
第二绝缘层504设置在第一绝缘层502和半导体层503上，而字线(栅极线)505设置在第二绝缘层504上。第三绝缘层506设置在字线(栅极线)505上，而第四绝缘层507设置在第三绝缘层506上。位线509和连接电极508设置在第四绝缘层507上。
通过使用相同的材料形成位线509以及连接电极508。在第二绝缘层504、第三绝缘层506和第四绝缘层507中设置有到达半导体层503且左右成对的开口(接触孔)。位线509以及连接电极508被设置成覆盖该开口。第五绝缘层510设置在第四绝缘层507、位线509以及连接电极508上。
第一电极511及共同电极(第二电极)512设置在第五绝缘层510上。通过使用相同的材料形成第一电极511及共同电极512。在第五绝缘层510中设置有到达连接电极508的开口(接触孔)。第一电极511被设置成覆盖该开口。亦即，第一电极511和共同电极512设置在同一绝缘层上。
半导体层503、栅极线(字线)505、连接电极508和位线509构成了晶体管。
此外，如图5B所示，将第六绝缘层(隔壁)514设置成将含有有机化合物的层513夹在它们之间。第六绝缘层514形成为具有与衬底表面成垂直方向的高度为0.1μm到0.5μm的膜厚。如图5B中所示，由于含有有机化合物的层513被第一电极511、共同电极512以及第六绝缘层514围绕，所以也可以使用具有高流动性的材料作为用于含有有机化合物的层513的有机材料。
通过设置第五绝缘层510，可以与晶体管重叠地形成本实施方式的存储器元件，从而可以实现元件的集成化。并且能够减小相邻的存储器元件之间的距离，从而可以进一步实现小型化。
此外，在图5A示出的存储器元件中，也可设置覆盖第五绝缘层510、第一电极511、共同电极512以及含有有机化合物的层513的保护层。
本实施方式可以与实施方式1、实施方式2、实施方式3或实施方式4任意组合。
实施方式6图6A和6B示出了与图1A、1B和1C的存储器元件部分不同的存储器元件的实例。图6A是存储器元件的截面图，而图6B是对应于图6A的俯视图。
在图6A中，类似于图1A，第一绝缘层1302设置在具有绝缘表面的衬底1301上，而半导体层1303设置在第一绝缘层1302上。第二绝缘层1304设置在第一绝缘层1302和半导体层1303上，而字线(栅极线)1305设置在第二绝缘层1304上。第三绝缘层1306设置在字线(栅极线)1305上。在第二绝缘层1304及第三绝缘层1306中设置有到达半导体层1303且左右成对的开口(接触孔)。在第三绝缘层1306上位线1309以及连接电极1308被设置成覆盖该开口。通过使用相同的材料形成位线1309以及连接电极1308。第四绝缘层1307设置在第三绝缘层1306、位线1309以及连接电极1308上。在第四绝缘层1307中设置有到达连接电极的开口(接触孔)。在第四绝缘层1307上第一电极1311以及共同电极(第二电极)1312被设置成覆盖该开口。
半导体层1303、栅极线(字线)1305、连接电极1308和位线1309构成了晶体管1315。
在本实施方式中，可以夹着第四绝缘层1307将存储器元件和晶体管1315重叠。通过这样，可以将含有有机化合物的层1313形成在晶体管1315的上方。因此，可以减小相邻的存储器元件之间的距离，从而可以进一步实现小型化。
在图6A中，含有有机化合物的层1313连接于第一电极1311以及共同电极1312的侧面。
此外，如图6B所示，将一对第五绝缘层(隔壁)1314设置成将含有有机化合物的层1313夹在它们之间。一对第五绝缘层1314形成为具有与衬底表面成垂直方向的高度为0.1μm到0.5μm的膜厚。如图6B中所示，由于含有有机化合物的层1313被第一电极1311、共同电极1312以及一对第五绝缘层1314围绕，所以也可以使用具有高流动性的材料作为用于含有有机化合物的层1313的有机材料。
此外，在图6A示出的存储器元件中，也可设置覆盖第一电极1311、共同电极1312以及含有有机化合物的层1313的保护层。
本实施方式可以与实施方式1、实施方式2、实施方式3、实施方式4或实施方式5任意组合。
实施方式7本实施方式将用图7A和7B所示的等效电路说明本发明的半导体器件。
本实施方式中示出的存储器器件的一个结构例子包括列解码器801、行解码器802、读出电路804、写入电路805、选择器803和存储器单元阵列822。存储器单元阵列822包括位线Bm(1≤m≤x)、字线Wn(1≤n≤y)、在位线和字线的交叉点上的x×y个存储器单元821。
存储器单元821包括构成位线Bx(1≤x≤m)的第一布线、构成字线Wy(1≤y≤n)的第二布线、晶体管840、以及存储器元件841。如实施方式1至6所示，存储器元件841具有在水平布置的一对导电层之间夹有含有有机化合物的层的结构。注意，在此所示的存储器器件816的结构仅仅是示例，也可以包括诸如感测放大器、输出电路、缓冲器之类的其它电路，或也可以在位线驱动电路中设置写入电路。
列解码器801接收用于指定存储器单元阵列的列的地址信号，并将信号供给所指定的列的选择器803。选择器803接收列解码器801的信号，并选择指定的列的位线。行解码器802接收用于指定存储器单元阵列的行的地址信号，并选择指定行的字线。通过上述操作，选择了与地址信号相对应的一个存储器单元821。读出电路804读出所选择的存储器单元的存储器元件的数据，并放大和输出数据。写入电路805产生写入所需的电压，并将该电压施加给所选择的存储器单元的存储器元件以进行数据的写入。
图7B示出了本发明的存储器器件所包括的写入电路805的结构。写入电路805包括电压产生电路811、时序控制电路812、开关SW0和SW1、以及输出端子Pw。电压产生电路811由升压电路等构成，并产生写入所需的电压V1，该电压从输出Pa输出。时序控制电路812根据写入控制信号(称为WE)、数据信号(称为DATA)、时钟信号(称为CLK)等产生分别控制开关SW0和SW1的信号S0和S1，并且由输出P0和P1分别输出信号。开关SW0控制接地的连接，而开关SW1控制与电压产生电路811的输出Pa的连接。通过利用这些开关的连接状态，能够转换来自写入电路的输出Pw的输出电压Vwrite。
接下来，说明写入操作，其中将存储器元件的导电性不发生变化的初始状态设为“0”，而将存储器元件的导电性发生变化的短路状态设为“1”。首先，输入信号WE变为High水平，已经接收到指定列的地址信号的列解码器801给出信号到指定列的选择器803，而选择器803将指定列的位线和写入电路的输出Pw电连接在一起。没有被指定的位线处于非连接(称为浮动)状态。写入电路的输出电压Vwrite为V1，而电压V1被施加到指定列的位线。类似地，已经接收到指定行的地址信号的行解码器802将电压V2施加到指定行的字线，而将0V施加到没有被指定的字线。通过上述操作，选择了与地址信号相对应的一个存储器元件841。此时，将0V施加给存储器元件841的第二电极。
同时，通过接收High水平的数据信号DATA，电压产生电路811能够产生电压V1并从输出Pa输出电压。时序控制电路812根据输入信号WE、DATA、CLK、电源电位(VDD)等能够产生分别控制开关SW0和SW1的信号S0＝Low和S1＝High，并且从输出P0和P1分别输出该信号。通过上述信号S0和S1，开关SW0变为断开、SW1变为接通，而写入电路805能够从输出Pw输出作为输出电压Vwrite的电压V1。
在选中的存储器元件中，利用上述操作，将电压V2施加给字线，电压V1施加给位线，而0V施加给第二电极。于是，薄膜晶体管的杂质区域导通，并将位线的电压V1施加给存储器元件的第一电极。结果，存储器元件的导电性被改变成短路状态，“1”被写入。
当输入信号WE转为Low水平(禁止写入的低电压)，所有字线为0V，而所有位线和存储器元件的第二电极处于浮动状态。此时，时序控制电路812产生Low作为信号S0和S1，信号S0和S1从输出P0和P1输出。输出Pw处于浮动状态。依照上述操作，结束“1”的写入。
随后，说明“0”的写入。当执行“0”的写入时，不改变存储器元件的导电性，并且也没有电压施加给存储器元件。换言之，通过保持初始状态就可以实现“0”写入。首先，和“1”的写入一样，当输入信号WE变为High水平(允许写入的高电压)时，已经接收到指定列的地址信号的列解码器801给出信号到指定列的选择器803，而选择器803将指定列的位线连接到写入电路的输出Pw。此时，没有被指定的位线处于浮动状态。类似地，已经接收到指定行的地址信号的行解码器802将电压V2施加到指定行的字线，而将0V施加到没有被指定的字线。利用上述操作，选择了与地址信号相对应的一个存储器元件807。此时，将0V施加给存储器元件841的第二电极。
同时，通过接收Low水平的输入信号DATA，时序控制电路812分别产生控制信号S0＝High和S1＝Low水平，并且从输出P0和P1分别输出该控制信号。利用该控制信号，开关SW0被导通并SW1被断开，而从输出Pw输出作为输出电压Vwrite的0V。
在选中的存储器元件中，利用上述操作，将电压V2施加给字线，而0V施加给位线和共同电极(第二电极)。于是，电压没有施加给存储器元件，导电性不变化，从而，保持着初始状态“0”。
当输入信号WE转到Low水平时，所有字线为0V，而所有位线和第二电极都处于浮动状态。同时，时序控制电路812产生作为信号S0和S1的Lo，信号S0和S1分别从输出P0和P1输出，并且输出Pwrite处于浮动状态。依照上述操作，结束“0”的写入。
用这样的方式，就可以进行且结束“1”或“0”的写入。
另外，存储器单元阵列822在具有绝缘表面的衬底上包括多个用作开关元件的晶体管840以及连接到该晶体管840的存储器元件841。
如图7A和7B所示，存储器单元821包括晶体管840和存储器元件841。在本说明书的附图中使用矩形表示存储器元件821。晶体管840的栅极连接到字线，晶体管的一方的高浓度杂质区域连接到位线，另一方的高浓度杂质区域连接到存储器元件841的第一电极。存储器元件的第二电极与存储器单元阵列中的所有存储器元件的第二电极导通，当存储器器件工作时，即在进行写入或读出时，施加恒定电压。因此，有时在本说明书中将第二电极称作共同电极。
本实施方式可以与实施方式1、实施方式2、实施方式3、实施方式4、实施方式5或实施方式6任意组合。
实施方式8将参照图8说明本实施方式的半导体器件的结构。如图8所示，根据本发明的半导体器件1520具有数据的不接触通信的功能，并包括电源电路1511、时钟产生电路1512、数据解调/调制电路1513、用于控制其它电路的控制电路1514、接口电路1515、存储器电路1516、数据总线1517、天线(天线线圈)1518、传感器1523a和传感器电路1523b。
电源电路1511基于从天线1518输入的交流信号产生要供给到半导体器件1520中的各个电路的各种电源。时钟产生电路1512基于从天线1518输入的交流信号产生要供给到半导体器件1520中的各个电路的各种时钟信号。数据解调/调制电路1513具有解调/调制与读出器/写入器1519进行通信的数据的功能。控制电路1514具有控制存储器电路1516的功能。天线1518具有收发电波的功能。读出器/写入器1519控制其与半导体器件的通信，以及控制该通信的数据的处理。注意，半导体器件不限于上述结构，例如，还可以设置其他要素诸如电源电压的限制器电路和专门用于加密处理的硬件。
存储器电路1516包括在实施方式1至6中示出的存储器元件，在该存储元件中，由来自外部的电作用而发生变化的含有有机化合物的层放置在一对导电层之间。注意，存储器电路1516可以只包括含有有机化合物的层放置在一对导电层之间的存储器元件，或者可以包括具有其它结构的存储器电路。具有其它结构的存储器电路相当于例如，选自DRAM、SRAM、FeRAM、掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM和闪存存储器中的一种或多种。
传感器1523a由诸如电阻元件、电容耦合元件、电感耦合元件、光电元件、光电转换元件、热电动势元件、晶体管、热敏电阻或二极管之类的半导体元件形成。传感器电路1523b检测阻抗、电抗、电感、电压或电流的变化，并执行模拟/数字转换(A/D转换)以将信号输出给控制电路1514。
本实施方式可以与实施方式1、实施方式2、实施方式3、实施方式4、实施方式5、实施方式6或实施方式7任意组合。
实施方式9依照本发明，可以形成用作无线芯片的半导体器件。无线芯片可以被广泛使用，例如，可以通过安装在诸如纸币、硬币、证券、无记名债券、证书(诸如驾驶证或居留证等，见图10A)、用于包装的容器(包装纸、瓶等，见图10C)、记录介质(DVD、录像带等，见图10B)、交通工具(自行车等，见图10D)、个人所有物(包、眼镜等)、食物、植物、动物、人体、衣物、生活用品、诸如电子设备等商品、以及行李的行李标签(见图10E和10F)等中来使用它。电子设备是指液晶显示器件、EL显示器件、电视机(也简称为TV、TV接收机或电视接收机)、蜂窝电话等等。
将本发明的半导体器件9210安装在印刷衬底上，附着在表面，或将其嵌入来将其固定在该物体上。例如，将半导体器件嵌入在书的纸中或嵌入在由有机树脂形成的包装组件中以固定在每一物体上。对于根据本发明的半导体器件9210而言，因为实现了尺寸减小、形状更薄和重量更轻，所以它在被固定在物体上之后不会有损该物体本身的外形设计。另外，通过在纸币、硬币、证券、无记名债券、证书等上提供根据本发明的半导体器件9210，可以提供认证功能，并且通过利用此认证功能，可以避免伪造。此外，通过在包装用容器、记录介质、个人所有物、食物、衣物、生活用品、电子设备等上提供根据本发明的半导体器件，诸如检查系统的系统会更加有效。
随后，参照附图来说明安装了根据本发明的半导体器件的电子设备的一个实例。在此示出的电子设备是蜂窝电话，它包括外壳2700和2706；面板2701；罩壳2702；印刷线路板2703；操作按钮2704；以及电池2705(见图9)。面板2701被可脱卸地装在罩壳2702中，而罩壳2702被装配到印刷线路板2703上。关于罩壳2702，根据装入面板2701的电子设备，其形状和大小可适当改变。在印刷线路板2703上，安装了多个封装的半导体器件，并且作为其中之一，可以使用本发明的半导体器件。被安装在印刷线路板2703上的多个半导体器件的每一个具有控制器、中央处理单元(CPUCentral Processing Unit)、存储器、电源电路、音频处理电路、收发电路等任何一个功能。
面板2701通过连接薄膜2708被固定在印刷线路板2703上。上述面板2701、罩壳2702和印刷线路板2703与操作按钮2704和电池2705一起被装在外壳2700和2706内部。将面板2701中所包括的像素区域2709设置成使其从外壳2700上设置的孔隙处可视。
如上所述，根据本发明的半导体器件具有体积小、形状薄和重量轻的特征。通过这些效果，可有效地利用电子设备的外壳2700和2706内部的有限空间。
此外，由于根据本发明的半导体器件包括具有简单结构的存储器元件，在该结构中，在一对导电层之间放置了根据来自外部的电作用而变化的含有有机化合物的层，所以可以提供使用了价格便宜的半导体器件的电子设备。此外，由于能够容易地高度集成根据本发明的半导体器件，所以可以提供使用了具有大容量存储器电路的半导体器件的电子设备。作为本发明的半导体器件所具有的存储器元件，可以使用实施方式1至6所描述的存储器元件。
此外，包括在根据本发明的半导体器件中的存储器器件通过来自外部的电作用执行数据的写入，并且所具有的存储器器件是非易失性的，还能够执行数据的补写。利用上述特征，可以防止由于改写的伪造，并且可以补写新的数据。因此，可以提供使用了实现了更高功能和更高附加价值的半导体器件的电子设备。
注意，外壳2700和2706作为蜂窝电话外观形状的一个例子示出，依照功能或用途可以将与本实施方式有关的电子设备改变为各种模式。
本实施方式可与实施方式1、实施方式2、实施方式3、实施方式4、实施方式5、实施方式6、实施方式7或实施方式8任意组合。
本说明书根据2005年8月12日在日本专利局受理的日本专利申请编号2005-234589而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种半导体器件，包括配置在具有绝缘表面的衬底上的开关元件；以及配置在所述衬底上且与所述开关元件电连接的存储器元件，其中，所述存储器元件包括第一电极、第二电极、以及在所述第一电极和所述第二电极之间的含有有机化合物的层，并且，所述第一电极、所述第二电极、以及所述含有有机化合物的层被形成在同一平面上，并且，电流从所述第一电极流到第二电极。
2.一种半导体器件，包括配置在具有绝缘表面的衬底上的开关元件；配置在所述衬底上且与所述开关元件电连接的存储器元件；以及一对绝缘层，其中，所述存储器元件包括第一电极、第二电极、以及在所述第一电极和所述第二电极之间的含有有机化合物的层，并且，所述第一电极、所述第二电极、以及所述含有有机化合物的层被形成在同一平面上，并且，电流从所述第一电极流到所述第二电极，并且，所述含有有机化合物的层被所述第一电极、所述第二电极和所述一对绝缘层包围。
3.根据权利要求2的半导体器件，其中所述一对绝缘层被配置成夹持所述含有有机化合物的层的两侧。
4.根据权利要求1的半导体器件，其中所述存储器元件是具有如下结构的元件，即，在所述第一电极和所述第二电极之间形成电位差，并且，使所述含有有机化合物的层不可逆地从高电阻状态改变到低电阻状态。
5.根据权利要求2的半导体器件，其中所述存储器元件是具有如下结构的元件，即，在所述第一电极和所述第二电极之间形成电位差，并且，使所述含有有机化合物的层不可逆地从高电阻状态改变到低电阻状态。
6.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一电极和所述第二电极的宽度总和大于含有有机化合物的层的宽度。
7.根据权利要求2的半导体器件，其中所述第一电极和所述第二电极的宽度总和大于含有有机化合物的层的宽度。
8.根据权利要求1的半导体器件，其中所述开关元件的栅电极是字线。
9.根据权利要求2的半导体器件，其中所述开关元件的栅电极是字线。
10.根据权利要求1的半导体器件，其中所述含有有机化合物的层的顶部形状为矩形、椭圆形、圆形、或带形。
11.根据权利要求2的半导体器件，其中所述含有有机化合物的层的顶部形状为矩形、椭圆形、圆形、或带形。
12.根据权利要求1的半导体器件，其中所述第一电极和所述第二电极的侧面具有锥形形状。
13.根据权利要求2的半导体器件，其中所述第一电极和所述第二电极的侧面具有锥形形状。
14.根据权利要求1的半导体器件，其中所述开关元件是n沟道型薄膜晶体管。
15.根据权利要求2的半导体器件，其中所述开关元件是n沟道型薄膜晶体管。
16.根据权利要求1的半导体器件，其中所述开关元件是p沟道型薄膜晶体管。
17.根据权利要求2的半导体器件，其中所述开关元件是p沟道型薄膜晶体管。
18.一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤在具有绝缘表面的衬底上形成半导体层；形成覆盖所述半导体层的绝缘膜；在所述绝缘膜上的同一平面上形成一对电极，其中的一个电极电连接到所述半导体层；选择性地在所述一对电极之间形成含有有机化合物的层。
19.一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤在具有绝缘表面的衬底上形成半导体层；形成覆盖所述半导体层的绝缘膜；在所述绝缘膜上的同一平面上形成一对电极，其中的一个电极电连接到所述半导体层；在所述绝缘膜上形成一对绝缘层；选择性地与由所述一对电极和所述一对绝缘层包围的区域重叠地形成含有有机化合物的层。
20.根据权利要求18的半导体器件的制造方法，其中所述含有有机化合物的层的顶部形状为矩形、椭圆形、圆形、或带形。
21.根据权利要求19的半导体器件的制造方法，其中所述含有有机化合物的层的顶部形状为矩形、椭圆形、圆形、或带形。
全文摘要
通过在一对上、下电极之间提供有机化合物来形成存储器元件。但是，当在含有有机化合物的层上形成电极时，由于形成电极时的温度有时会影响到含有有机化合物的层，所以形成电极的温度受到限制。由于这种温度的限制，电极的形成方法也受到限制。因此，会产生不能形成所期望的电极，且妨碍元件实现小型化的问题。本发明提供一种将存储器元件以及开关元件配置在具有绝缘表面的衬底上的半导体器件，其中，所述元件包括布置在同一平面上的第一电极、第二电极和含有有机化合物的层，并且，所述含有有机化合物的层被形成在所述第一电极和所述第二电极之间，并且，电流从所述第一电极流到所述第二电极，所述第一电极电连接到所述开关元件。
文档编号H01L51/00GK1913170SQ20061011101
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月11日 优先权日2005年8月12日
发明者加藤清, 佐藤岳尚 申请人:株式会社半导体能源研究所