半导体器件及其制造方法

专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及其制造方法。
技术背景近年来，个体的识别技术己吸引人们的注意。例如，有一种技术将要用于 生产和管理，其中通过对各个物体赋予一个ID (标识码)来阐明像物体历史这 样的信息。总之，关于能无线发送和接收数据的半导体器件的开发工作己取得很大的进展。作为这样的半导体器件，特别是RFID (射频标识)(也被称为 ID标签、IC标签、IC芯片、RF (射频)标签、无线标签、电子标签、或无线 芯片)等己经开始引入到公司、市场等。许多半导体器件都具有使用半导体基板(比如硅基板)的电路(在下文中 也被称为IC (集成电路)芯片)和天线，并且IC芯片包括存储电路(在下文 中被称为存储器)、控制电路等。此外，用于控制电路和存储电路的有机薄膜 晶体管(在下文中也被称为TFT)或有机存储器(它们都使用有机化合物)的 相关开发工作已非常活跃(例如，参照专利文献l)。日本专利特开7-22669公报发明内容然而，在使用有机化合物的存储电路中，往往通过在一对电极之间设置有 机化合物来形成存储元件，因此根据存储电路的尺寸，当有机化合物层具有很 大的厚度时电流并不容易流动，由此写入电压的上升便成了问题。另一方面， 当元件尺寸很小且有机化合物层的膜厚度很小时，电极层表面的污物和不均匀 的影响都是问题。结果，存储器的特征(写入电压等)会发生变化而不能正常 进行写入。因此，本发明的目的是提供一种具有高性能和高可靠性存储元件的存储器
件以及低成本、高产量地制造具有这种存储器件的半导体器件的方法。本发明提供了一种包括存储元件的半导体器件，其中有机化合物层被夹在 一对导电层之间。绝缘体被设置在有机化合物层和至少一个导电层之间，并且 所述至少一个导电层包括绝缘体。在本发明中，通过与导电材料共同蒸发、添 加到导电层(比如通过掺杂、离子注入方法等)、以及对导电层进行表面重整 处理，便将绝缘体包括到导电层中了。导电层中的绝缘体的形状取决于其材料 和制造方法，并且绝缘体的浓度可以根据其材料和制造方法来控制。因此，绝 缘体可以均匀分布在导电层中或者分布在导电层中，以便在该导电层中具有不 同的浓度。籍助于导电层和有机化合物层的界面处的绝缘体，能够进行隧道注 入，并且形成隧道电流的流动。因此，当在第一导电层和第二导电层之间加电 压时，电流流过有机化合物层并且产生热量。然后，当有机化合物层的温度上 升到玻璃化转变温度时，形成有机化合物层的材料变为具有流动性的合成物。 该具有流动性的合成物流动，同时无法保持固体的形状。因此，有机化合物层 的厚度因焦耳热和高电场影响而变化，并且有机化合物层发生形变以引起第一 导电层和第二导电层之间的短路。相应地，在加电压之前和之后，存储元件的 导电性会发生变化。另外，当绝缘体混入导电层中时，与有机化合物层形成于导电层之上的情 况相比，可以避免物理冲击。因此，膜分离和缺陷形状都很难出现。因此，因 为绝缘体是以一种稳定状态被设置在导电层和有机化合物层的界面处的，所以 可以防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件，并提高产量。另外，因 为不易受损的绝缘体已混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以就 膜的易碎性而言，选择工艺的灵活性变大了。因此，可以更有效地制造存储元 件和半导体器件，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。本发明的存 储元件更耐受物理冲击，可以应用于柔性基板上形成的可自由弯曲的柔性半导 体器件。注意到，本说明书中的半导体器件是指可利用半导体特性而工作的器件。 像具有多层引线层的集成电路这样的半导体器件以及处理器芯片都可以利用 本发明来制造。根据本发明的半导体器件具有存储元件，该存储元件具有含绝缘体的第一
导电层；有机化合物层，该层位于上述含绝缘体的第一导电层之上；以及第二导电 层，该层位于有机化合物层之上。根据本发明的半导体器件具有存储元件，该存储元件具有第一导电层；有 机化合物层，该层位于第一导电层之上；以及含绝缘体的第二导电层，该层位于有 机化合物层之上。根据本发明的半导体器件具有存储元件，该存储元件包括含第一绝缘体的 第一导电层；有机化合物层，该层位于上述含第一绝缘体的第一导电层之上；以及 含第二绝缘体的第二导电层，该层位于有机化合物层之上。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成含绝缘 体的第一导电层；在含绝缘体的第一导电层上形成有机化合物层；以及在有机 化合物层上形成第二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导电层；在第一导电层上形成有机化合物层；以及在有机化合物层上形成含绝缘 体的第二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成含第一 绝缘体的第一导电层；在含第一绝缘体的第一导电层上形成有机化合物层；以 及在有机化合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导 电层；通过将绝缘体添加到所述第一导电层中便形成了含绝缘体的第一导电 层；在含绝缘体的第一导电层上形成有机化合物层；以及在有机化合物层上形 成第二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导 电层；通过修改第一导电层的一部分表面便在第一导电层中形成了绝缘体混合 区域；在绝缘体混合区域上形成有机化合物层；以及在有机化合物层上形成第 二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导 电层；向第一导电层添加金属元素或半导体元素；通过使金属元素或半导体元 素氧化便形成了含绝缘体的第一导电层；在含绝缘体的第一导电层上形成有机 化合物层；以及在有机化合物层上形成第二导电层，由此形成存储元件。 于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导 电层；通过将第一绝缘体添加到所述第一导电层中便形成了含第一绝缘体的第 一导电层；在含第一绝缘体的第一导电层上形成有机化合物层；以及在有机化 合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导 电层；通过修改第一导电层的一部分表面便在第一导电层中形成了第一绝缘体 混合区域；在第一绝缘体混合区域上形成有机化合物层；以及在有机化合物层 上形成含第二绝缘体的第二导电层，由此形成存储元件。根据本发明的一种用于制造半导体器件的方法包括如下步骤形成第一导 电层；向第一导电层添加金属元素或半导体元素；通过使金属元素或半导体元 素氧化便形成了含绝缘体的第一导电层；在含绝缘体的第一导电层上形成有机 化合物层；以及在有机化合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层，由此形成 存储元件。根据本发明，可以低成本且高产量地制造高性能和高度可靠的存储器件和 半导体器件。


图1A-1C是用于解释本发明的概念图； 图2A-2C解释了本发明的存储器件； 图3解释了本发明的存储器件；图4A和4B解释了本发明的存储器件；图5解释了本发明的存储器件； 图6解释了本发明的存储器件； 图7解释了本发明的存储器件；图8A和8B解释了本发明的存储器件；图9解释了本发明的存储器件；图IO解释了本发明的半导体器件；图11解释了本发明的半导体器件；图12A和12B解释了用于制造本发明的半导体器件的方法;
图13A-13G解释了本发明的半导体器件的应用示例；图14A和14B解释了本发明的存储器件；图15解释了可应用于本发明的微滴排放装置的结构；图16A-16D解释了本发明的存储器件；图17A-17C解释了本发明的存储器件；图18A-18C解释了本发明的存储器件；以及图19A-19C解释了本发明的存储器件。
具体实施方式
实施方式下文将参照附图来描述本发明的各实施方式。尽管下文将参照附图借助于 各种实施方式和实施例来描述本发明，但是应该理解，各种变化和修改对于本 领域的技术人员而言都将是显而易见的。因此，除非这种变化和修改背离了本 发明的范围，否则它们都应该被解释为含在本发明的范围中。注意到，在本发 明的结构中，相同的部分或具有相同功能的部分都用相同的标号来标识，并且 有关描述也将省略。(实施方式1)在本实施方式中，将参照附图来描述根据本发明的存储器件中所包括的存 储元件的结构示例。下面将参照图1A-1C描述本发明的存储元件及其工作机理。在本发明中， 形成存储器件中所包括的存储元件，使得多个绝缘体形成于有机化合物层以及 夹住该有机化合物层的一对导电层中的至少一个导电层之间，并且这对导电层 中的至少一个导电层包括多个绝缘体。通过将多个绝缘体插入导电层和有机化 合物层之间，使得存储元件的特性并没有改变而是更加稳定，并且可以正常进 行写入。通过与导电材料共同蒸发、添加到导电层(比如通过掺杂、离子注入方法 等)、以及对导电层进行表面重整处理，便将绝缘体包括到导电层中了。导电 层中的绝缘体的形状取决于其材料和制造方法，并且绝缘体的浓度可以根据其
材料和制造方法来控制。图1A所示存储元件是本发明的存储元件的示例，并且有机化合物层52形 成于含绝缘体51的第一导电层50上，并且第二导电层53形成于有机化合物 层52上。绝缘体51位于第一导电层50中并且靠近第一导电层50和有机化合 物层52的界面。图1B所示存储元件是本发明的存储元件的示例，并且有机化合物层62形 成于含绝缘体61的第一导电层60上，并且第二导电层63形成于有机化合物 层62上。绝缘体61位于第二导电层63中且靠近第二导电层63和有机化合物 层62的界面。图1C所示存储元件是本发明的存储元件的示例，并且有机化合物层72形 成于含第一绝缘体71的第一导电层70上，并且含第二绝缘体74的第二导电 层73形成于有机化合物层72上。绝缘体71位于第一导电层70中并且靠近第 一导电层70和有机化合物层72的界面，并且绝缘体74位于第二导电层73中 且靠近第二导电层73和有机化合物层72的界面。在图1A、 1B和1C的存储元件中，绝缘体51、 61、 71和74分别被包括 在第一导电层50、第二导电层63、第一导电层70和第二导电层73中，这些 绝缘体呈球状颗粒以清楚地显示出混入了绝缘体。然而，绝缘体并不限于该形 状，绝缘体的形状可以是颗粒状的、柱状的、针状的、板状的、或任何其它形 状。多个绝缘体可以聚集形成一个单元。作为第一导电层50、 60和70以及第二导电层53、 63和73的材料，可以 使用具有高导电性的元素或化合物。在本实施方式中，作为用于有机化合物层 52、 62和72的材料，可以使用通过电动作便改变结晶态、导电性和形状的物 质。因为具有上述结构的存储元件具有在加电压之前和之后变化的导电性，所 以存储元件可以存储与"初始态"和"导电性改变之后"相对应的两个值。下 面将描述存储元件在加电压之前和之后的导电性变化。在本实施方式中，先形成含绝缘体51的第一导电层50 (该层构成存储器 件中所包括的存储元件)，并且形成有机化合物层52使得该层接触第一导电 层50和绝缘体51。当在第一导电层50和第二导电层53之间加电压时，电流 流过有机化合物层52并且产生热量。然后，当有机化合物层的温度上升到玻
璃化转变温度时，形成有机化合物层52的材料就变为具有流动性的合成物。该具有流动性的合成物流动，同时无法保持固态的形状。因此，有机化合物层 的厚度因焦耳热和高电场影响而不均匀，并且有机化合物层发生形变从而使得第一导电层和第二导电层彼此接触。结果，第一导电层50和第二导电层53短 路。相应地，在加电压之前和之后，存储元件的导电性有变化。因为绝缘体51形成于有机化合物层52和第一导电层50的界面处，所以 能够使载流子从第一导电层50隧道注入到有机化合物层52。因此，存储元件的写入电压的特征是稳定而无波动的，并且在每一个元件 中都可以正常进行写入。另外，当绝缘体混入导电层中时，与单个有机化合物层形成于导电层之上 的情况相比，在制造过程中可以避免物理冲击。因此，膜分离和缺陷形状都很 难出现。因为绝缘体是以一种稳定状态被设置在导电层和有机化合物层的界面 处的，所以可以防止制造出初始状态时导电层中有短路的缺陷元件，并提高产 量。另外，因为多个绝缘体已混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起， 所以就膜的坚韧性而言，选择工艺的灵活性变大了。因此，可以更有效地制造 存储元件和存储器件，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。如图1B所示，绝缘体61可以混入第二导电层63中，并且可以位于其与 有机化合物层62的界面处。与图1A的存储元件相似，位于有机化合物层62 和第二导电层63的界面处的绝缘体61允许载流子从有机化合物层62隧道注 入到第二导电层63。另外，如图1C所示，绝缘体71和74可以分别混入第一导电层70和第二 导电层73，并且这些绝缘体可以位于第一导电层70和有机化合物层72的界面 处以及有机化合物层72和第二导电层73的界面处。与图1A的存储元件相似， 位于第一导电层70和有机化合物层72的界面处的绝缘体71允许载流子从第 一导电层70隧道注入到有机化合物层72。与图1B的存储元件相似，位于有机 化合物层72和第二导电层73的界面处的绝缘体74允许载流子从有机化合物 层72隧道注入到第二导电层73。对于第一导电层70中所包括的绝缘体71以 及第二导电层73中所包括的绝缘体74而言，可以使用相同的材料，也可以使 用不同的材料。
注意到，加到本发明的存储元件上的电压可以使第一导电层上的电位高于 第二导电层，也可以是第二导电层上的电位高于第一导电层。对于具有整流特 性的存储元件，可以在第一导电层和第二导电层之间设置电位差使得可以施加 正向偏压，或者可以在第一导电层和第二导电层之间设置电位差使得可以施加 反向偏压。在本发明中，用于夹住有机化合物层的一对导电层被用作存储元件的电 极，其中至少一个导电层混有多个绝缘体。根据待用的材料或形成方法，多个 绝缘体在导电层中的混合状态是不同的。如图1A-1C所示的含多个绝缘体的导电层都是这样的示例，其中多个颗粒状的绝缘体分布在导电层中并且这些绝缘 体位于导电层和有机化合物层的界面处。图l示出了这样一个示例，其中通过 将多个颗粒状的绝缘体混入导电层中便形成了含多个绝缘体的导电层。利用图17A-17C解释了这样--个示例，其中在存储元件中使用了具有绝缘体混合区域 的导电层。图17A-17C中的存储元件是这样一些示例，其中绝缘体混合区域被包括在 导电层中。在图17A和17C中，绝缘体混合区域被设置在第一导电层的表面上。 在这种情况下，通过共同沉积方法或溅射方法，便可以在一个步骤中形成具有 绝缘体混合区域的导电层。或者，在形成导电层之后，通过修改导电层的表面 便可以形成具有绝缘体混合区域的导电层。导电层中的多个绝缘体位于导电层 和有机化合物层的界面处，并且这些绝缘体具有进行隧道注入的效果。因此， 当通过对导电层的表面施加修改处理从而在导电层的表面上设置绝缘体混合 区域时，便可以在导电层以及该导电层上所形成的有机化合物层的界面处形成 绝缘体混合区域。作为导电层的表面处理，可以进行大气氛围下的氧化、氧气 氛围下的氧化、医用溶液的氟化等。图17A所示的存储元件是本发明的存储元件的示例，其中有机化合物层 57形成于含绝缘体混合区域56的第一导电层55上，并且第二导电层58形成 于有机化合物层57上。待混入导电层55中的绝缘体具有浓度梯度，并且多个 绝缘体不均匀地位于导电层55中。绝缘体混合区域56位于有机化合物层57 和第一导电层55的界面附近。因此，在有机化合物层57和第一导电层55的 界面处，绝缘体的浓度是最高的。绝缘体混合区域与非绝缘体混合区域都不具12
有确定的表面，在第一导电层55中的膜厚度方向上随着离有机化合物层57的距离增大，绝缘体的浓度逐渐减小。图17B所示的存储元件是本发明的存储元件的示例，其中有机化合物层 67形成于第一导电层65上，并且含绝缘体混合区域66的第二导电层68形成 于有机化合物层67上。待混入有机化合物层67中的绝缘体具有浓度梯度，并 且多个绝缘体不均匀地存在于第二导电层68中。因此，在有机化合物层67和 第二导电层68的界面处，绝缘体的浓度是最高的。绝缘体混合区域66被设置 在有机化合物层67和第二导电层68的界面附近。绝缘体混合区域与非绝缘体 混合区域都不具有确定的表面，在第二导电层68中的膜厚度方向上随着离有 机化合物层67的距离增大，绝缘体的浓度逐渐减小。图17C所示的存储元件是本发明的存储元件的示例，其中有机化合物层 77形成于含绝缘体混合区域76的第一导电层75上，并且含绝缘体混合区域 79的第二导电层78形成于有机化合物层77上。混入第一导电层75和第二导 电层78中的绝缘体具有浓度梯度，并且多个绝缘体不均匀地分布在第一导电 层75和第二导电层78中。在第一导电层75中，绝缘体混合区域76位于其与 有机化合物层77的界面附近，在第二导电层78中，绝缘体混合区域79位于 其与有机化合物层77的界面附近。因此，在有机化合物层77和第一导电层75 的界面处以及有机化合物层77和第二导电层78的界面处，绝缘体的浓度是最 高的。绝缘体混合区域与非绝缘体混合区域都不具有确定的表面，在第一导电 层75和第二导电层78中的膜厚度方向上随着离有机化合物层77的距离增大， 绝缘体的浓度逐渐减小。通过使多个绝缘体和导电材料混合起来便可以在单个步骤中形成含多个 绝缘体的导电层，或者可以首先添加多个绝缘体之一以及导电材料并且在另一 个步骤中混合(添加)其它绝缘体。在单个步骤中形成导电层的情况下，可以 使用像共同沉积方法或溅射方法等干法，并且通过像使用多种绝缘体和导电材 料的混合材料的涂敷方法等湿法便可以形成膜形状的导电层。通过上述形成方 法，便可以控制绝缘体在导电层中的分布以具有所期望的浓度。含绝缘体的导电层可以通过使用下列方法来形成电子束蒸发方法，像共 同沉积这样的蒸发方法，溅射方法，CVD方法，使用混合溶液的旋转涂敷方法,
以及溶胶凝胶方法。通过同时沉积各种材料，便可以形成含绝缘体的导电层。 例如，导电层也可以通过组合相同或不同类的方法来形成，比如电阻加热蒸 发的共同蒸发，电子束蒸发的共同蒸发，电阻加热蒸发和电子束蒸发的共同蒸 发，电阻加热蒸发和溅射的沉积，或电子束蒸发和溅射的沉积。此外，还可以 使用微滴排放(喷射)方法(根据其模式也被称为喷墨方法)，该方法能够 通过选择性地排放(喷射)针对特定目的而混合的合成物的微滴进而形成预定 的图形；滴注方法；以及能够将物体转移或画成所期望的图形的方法，例如， 各种印刷方法(用于形成所期望的图形的方法，比如丝网(油印)印刷、胶板 (平版印刷技术)印刷、凸版印刷以及照相凹版(凹雕)印刷)。另外，导电 层和绝缘体并不必然同时形成，而是在形成导电层之后，通过离子注入方法、 离子掺杂方法等便可以添加多个绝缘体以形成绝缘体和导电材料的混合层。在 形成导电层之后，通过修改该表面便可以形成具有绝缘体混合区域的导电层。 在形成具有绝缘体混合区域的导电层之后，通过蚀刻(比如干蚀或湿法蚀刻)便可以按所期望的形状处理该导电层的表面，并且可以执行刮该表面这样 的处理。通过将绝缘体混合区域处理成期望的形状，便可以控制那些设置在导 电层和有机化合物层的界面处且邻近有机化合物层的绝缘体的量和浓度。利用 图16A-16D来解释可用在本发明中的含绝缘体的导电层的形状。在图16A和 16B中，在基板80上形成了含绝缘体混合区域82的第一导电层81。如图16A 和16B所示，绝缘体混合区域选择性地形成于第一导电层81中，并且绝缘体 混合区域不像膜那样具有连续性，而是在某些情况下具有不连续的岛形。如图 16B (它是沿顶视图16A的线Y-Z截取的横截面图)所示，含岛形绝缘体混合 区域82的第一导电层81厚度不均，并且在其表面上可以有凹形和凸形。图16C和16D是这样的示例，其中绝缘体混合区域87按有序的岛形形状 形成于有规律的位置处。图16C是顶视图，图16D是沿图16C中的线Y-Z截 取的横截面图。在图16C和16D中，含绝缘体混合区域87的第一导电层86 形成于基板85上。如图16C和16D所示，绝缘体混合区域87可以形成于有规 律的位置处以便成为具有平整性的有序岛形形状。很自然，可以在不进行上述蚀刻处理的情况下使用在导电层中选择性地形 成绝缘体混合区域的方法。 在本发明中，含绝缘体的导电层可以包括用至少一种绝缘体混入导电层的 表面中。因此，根据材料和所需的功能，可以恰当地设置多个绝缘体和导电材 料的混合比例和混合状态。例如，多个绝缘体和导电材料可以均匀地混合在混 合层中，或者它们可以以一混合比例分布不均匀地进行混合。另外，在含有本 发明绝缘体的导电层中的绝缘体混合区域可以具有不连续的岛形形状，在这种 情况下，对于每一个岛形层而言，绝缘体和导电材料的混合状态和浓度可能不 同。另外，本发明的存储元件具有一种结构，其中有机化合物层堆叠在含多个 绝缘体的导电层上以便接触到这些绝缘体。在这种堆叠层结构中，含绝缘体的 导电层以及有机化合物层的界面不需要必须是连续的界面。例如，可以在界面 上形成有机化合物层，这样便可以将含绝缘体的导电层的表面不均匀性掩盖起来。在本发明中，作为混入有机化合物层中的绝缘体，可以使用热稳定且化学 稳定的无机绝缘体或有机绝缘体。较佳地，混入有机化合物层的绝缘体具有等 于或者低于10^s/m的导电率，10—1()到10—14s/m更佳。下面详细描述用作绝缘 体的无机绝缘体和有机化合物的示例。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的无机绝缘体，可以有如 下氧化物氧化锂(Li20),氧化钠(Na20),氧化钾(K20),氧化铷(111320),氧化铍 (BeO),氧化镁(MgO),氧化钙(CaO),氧化锶(SrO),氧化钡(BaO),氧化钪 (Sc203),氧化锆(Zr02), 二氧化铪(Hf02),氧化,卢(rutherfordium oxide，Rf02), 氧化钽(TaO)，氧化锝(TcO),氧化铁(Fe203),氧化钴(CoO),氧化钯(PdO),氧化 银(Ag20),氧化铝(AMD3)，三氧化二镓(Ga203),和三氧化二铋(81203).在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列氟化物，比如氟化锂(LiF),氟化钠(NaF),氟化钾(KF),氟化铷(RbF),氟化 铍(BeF2),氟化镁(MgF2),氟化钙(CaF2),氟化锶(SrF2),氟化钡(BaF2),氟化铝 (A1F3),三氟化氮(NF3),六氟化硫(SF6),氟化银(AgF),和氟化锰(MnF3).在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列氯化物，比如氯化锂(LiCl)，氯化钠(NaCl),氯化钾(KC1),氯化铍(BeCl2)，氯 化钙(CaCl2),氯化钡(BaCl2),氯化铝(AlCl3),氯化硅(SiCU)，氯化锗(GeCU),氯 化锡(SnCU)，氯化银(AgCl)，氯化锌(ZnCl),四氯化钛(TiCU)，三氯化钛(TiCl3), 氯化锆(ZrCU)，氯化铁(FeCb)， 二氯化钯(PdCl2),氯化锑(SbCl3), 二氯化锑 (SbCl2), 二氯化锶(SrCl2),氯化铊(T1C1),氯化铜(CuCl),氯化锰(MnCl2),和氯 化钌(RuCl2)。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列溴化物，比如溴化钾(KBr),溴化铯(CsBr),溴化银(AgBr),溴化钡(BaBr2), 溴化硅(SiBi"4),和溴化锂(LiBr)。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列碘化物，比如碘化钠(NaI)，碘化钾(KI),碘化钡(Bal2),碘化铊(TII),碘化银 (Agl),碘化钛(Til4)，碘化钙(Cal2),碘化硅(Sil4),和碘化铯(CsI)在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列碳酸盐，比如碳酸锂(Li2C03),碳酸钾(K2C03),碳酸钠(Na2C03),碳酸镁 (MgC03),碳酸钙(CaC03),碳酸锶(SrC03),碳酸钡(BaC03),碳酸锰(MnC03), 碳酸铁(FeC03),碳酸钴(CoC03),碳酸镍(NiC03),碳酸铜(CuC03)，碳酸银 (Ag2C03),和碳酸锌(ZnC03).在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列硫酸盐，比如硫酸锂(Li2S04),硫酸钾(K2S04)，硫酸钠(Na2S04),硫酸镁 (MgS04),硫酸钙(CaS04)，硫酸锶(SrS04)，硫酸钡(BaS04)，硫酸钛(!^2(804)3), 硫酸锆(Zr(S04)2),硫酸锰(MnS04),硫酸铁(FeS04),三硫酸二铁(Fe2(S04)3),硫 酸钴(CoS04)，硫酸钴(Co2(S04)3),硫酸镍(NiS04),硫酸铜(CuS04),硫酸银 (Ag2S04),硫酸锌(ZnS04),硫酸铝(A12(S04)3),硫酸铟(In2(S04)3),硫酸锡 (SnS04),硫酸锡(Sn(S04)2),硫酸锑(Sb2(S04)3),和硫酸铋(Bi2(S04)3)。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，有下 列硝酸盐，比如硝酸锂(LiN03),硝酸钾(KN03)，硝酸钠(NaN03),硝酸镁(Mg N03)2),硝酸钙(Ca(N03)2),硝酸锶(Sr(N03)2),硝酸钡(Ba(N03)2),硝酸钛(Ti (N03)4)，硝酸锶(Sr(N03)2),硝酸钡(Ba(N03)2)，硝酸锆(Zr(N03)4)，硝酸锰 (Mn(N03)2),硝酸铁(Fe(N03)2)，硝酸铁(Fe(N03)3)，硝酸钴(Co(N03)2),硝酸镍 (Ni(N03)2),硝酸铜(Cu(N03)2)，硝酸银(AgN03),硝酸锌(Zn(N03)2),硝酸铝 (A1(N03)3),硝酸铟(In(N03)3),硝酸锡(Sn(N03)2)，和硝酸铋(Bi(N03)s)。
在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的其它无机绝缘体，还有 下列氮化物，比如氮化铝(AlN)和氮化硅(SiN);或者羧化物，比如乙酸锂(CH3COOLi)、 乙酸钾(CH3COOK)、 乙酸钠(CH3COONa)、 乙酸镁 ((CH3COO)2Mg)、乙酸钙((CH3COO)2Ca)、乙酸锶((CH3COO)2Sr)和乙酸钡 ((CH3COO)2Ba)。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的无机绝缘体，可以使用 上述无机绝缘体中的一种或多种。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的有机化合物，可以使用 其中很难注入载流子的材料以及带隙为3.5 eV或更大(最好4eV或更大且6eV 或更小)的材料。例如，可以使用聚酰亚胺，丙烯，聚酰胺，苯并环丁烯 (benzocydobutene)，聚酯，酚醛清漆树脂，三聚氰胺树脂，酚醛树脂，环氧 树脂，硅树脂，法郎树脂，邻苯二甲酸二烯丙基树脂，以及硅氧烷。注意到， 硅氧垸树脂对应于包括Si-O-Si键的树脂。硅氧烷具有由硅和氧的键构成的骨 架结构。作为取代基，使用至少含氢的有机基团(例如，烷基或芳香烃)。作 为取代基，可以使用氟代基团。另外，作为取代基，可以使用至少含氢的有机 基团以及氟代基团。在本发明中，作为可用于混入导电层中的绝缘体的有机化合物，可以使用 上述有机化合物中的一种或多种。在本发明中，作为混入导电层中的绝缘体，可以使用上述无机绝缘体和有 机化合物中的一种或多种。作为第一导电层50、 60和70以及第二导电层53、 63和73，可以使用具 有高导电性的元素或化合物。通常，可以使用含下列元素或下列元素构成的合 金的单层或堆叠层金(Au)，银(Ag),铂(Pt),镍(Ni),钨(W),铬(Cr)，钼(Mo), 铁(Fe)，钴(Co)，铜(Cu),钯(Pd),碳(C)，铝(A1)，锰(Mn)，钛(Ti)，和钽(Ta)。作为含多种上述元素的合金，可以使用含Al和Ti的合金，含A1、 Ti和 C的合金，含Al和Ni的合金，含Al和C的合金，含Al、 Ni和C的合金，含 Al和Mo的合金等。当用堆叠层结构来形成含绝缘体的堆叠层时，绝缘体可以混入所有的堆叠 层中，或者绝缘体可以混入与有机化合物层接触的至少一个导电层。例如，当
第一导电层50具有两个导电层构成的堆叠层结构时，绝缘体可以混入与有机化合物层52相接触的最上面的导电层中，并且在下面的导电层中不要求混入绝缘体。在这种情况下，在用很容易氧化的导电材料构成的上导电层的表面上 形成了绝缘体混合区域，并且具有低电阻率的导电材料可以用于下导电层从而 使得作为电极和引线的电特征可以得到满足。通过使用蒸发方法、溅射方法、CVD方法、印刷方法、滴注方法、或微滴 排放方法，便可以形成第一导电层50、 60、 70、 55、 65和75以及第二导电层 53、 63、 73、 58、 68和78。第一导电层50、 60、 70、 55、 65和75以及第二导电层53、 63、 73、 58、 68和78中的一类或两类可以具有透光性。透光导电层可以用透明导电材料构 成，或者在不使用透明导电材料时其厚度能使光透射。作为透明导电材料，可 以使用氧化铟锡(ITO),氧化锌(ZnO),氧化铟锌(IZO),添加了镓的氧化锌 (GZO)，包括氧化钨的氧化铟，包括氧化钨的氧化铟锌，包括氧化钛的氧化铟, 包括氧化钛的氧化锡，或其它透光的氧化物导电材料。还可以使用含氧化硅 的氧化铟锡(下文中被称为ITSO);或者用一种靶构成的氧化物导电材料，在该 靶中2-20 wt。/。的氧化锌(ZnO)混入含氧化硅的氧化铟。有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77由下列构成有机化合物；其导 电性因电学效应而改变的有机化合物；或者有机化合物与无机化合物的混合层。作为可构成上述由有机化合物层与无机化合物层构成的混合层的无机化 合物，可以使用.*氧化硅，氮化硅，氧氮化硅，氮氧化硅等。作为可构成有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77的有机化合物，可以 使用由聚酰亚胺、丙烯、聚酰胺、苯并环丁烯(benzocydobutene)、环氧树脂 等代表的有机树脂。作为可构成有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77的有机化合物(其导 电性因电效应而改变)，可以使用具有空穴传输性的有机化合物材料或具有电 子传输性的有机化合物材料。可使用以下化合物作为具有空穴传输性的有机化合物材料芳族胺基化合物 (换而言之，包含苯环-氮键的化合物)，例如4，4'-二[N-(l-萘基)-N-苯基氨基]联苯(縮
写:a-NPD), 4,4'-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯(縮写:TPD), 4,4',4"-三(N，N-二 苯基氨基)三苯基胺(縮写:TDATA)， 4，4'，4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯基 胺(縮写:MTDATA),或4,4' -二(N-(4-(N,N-二间甲苯基氨基)苯基)-N-苯基氨基)联 苯(縮写:DNTPD);或酞菁基化合物，例如酞菁(縮写:H2Pc),铜酞菁(縮写:CuPc),或 者氧钒基酞菁(縮写:VOPc)。本文所述的物质的空穴迁移率大致等于或大于10—6cm2 /Vs或更大些，优选为10-6-1 (T2cm2/Vs。可将以下化合物用作具有电子传输性的有机化合物材料包含喹啉骨架或苯 并喹啉骨架的金属络合物制备的材料，所述金属络合物是例如三(8-羟基喹啉合 (quinolinolato))铝(縮写:AIq3),三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(縮写:Amlq3), 二(IO-羟基苯并[h]-羟基喹啉合)铍(縮写:BeBq2),或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基羟 基芳酸合(phenolato)铝(縮写:BAIq)等。或者可使用包含噁唑或噻唑配体的金属 络合物制备的材料，所述金属络合物是例如二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合(xazolate);i 锌(縮写:Zn(BOX)2)或二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合(thiazolate)]锌(abbr. :Zn(BTZ)2) 等。除了所述金属络合物以外,还可使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(缩写:PBD), 1,3-二[5-(对叔丁基苯基)-l,3,4-噁二唑-2-基]苯(縮写:OXD-7)， 3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-l,2,4-三唑(縮写:TAZ), 3-(4-叔丁基苯 基)_4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(縮写:p-EtTAZ),红菲绕啉(縮 写:BPhen),浴铜灵(縮写:BCP)等。本文所述的物质的电子迁移率大致等于或大 于10-6 cm2/Vs或更大些，优选为10-6-10'2 cm2/Vs。在本发明中，作为可用于有机化合物层的有机化合物材料，可以使用上述 有机化合物材料中的一种或若干种。注意到，形成有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77时其膜厚度可使得 存储元件的导电性随电效应而改变。在有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77的反面透过第一导电层50、 60、 70、 55、 65和75，可以设置具有整流特性的元件。例如，包括第三导电层和 半导体层的二极管可以设置成与第一导电层50、 60、 70、 55、 65和75相接触。 注意到，在有机化合物层的反面透过第二导电层，可以设置具有整流特性的元 件。在第一导电层50、 60、 70、 55、 65和75以及有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77之间，可以设置具有整流特性的元件。具有整流特性的元件是其 栅极和漏极电极彼此相连的晶体管，或者是二极管。例如，可以使用通过堆叠 n型半导体层和p型半导体层而构成的PN结二极管。这样，因为提供具有整 流特性的二极管使电流仅在一个方向上流动，所以误差减少了并且读取余量增 大了。在提供二极管的情况下，不仅可以使用具有PN结的二极管，还可以使 用具有其它结构的二极管，比如具有PIN结的二极管或雪崩二极管。此外，上 述具有整流特性的元件还可以设置在有机化合物层52、 62、 72、 57、 67和77 以及第二导电层53、 63、 73、 58、 68和78之间。在提供具有整流特性的元件 的情况下，必须具有这样一种结构，其中绝缘体被混入与有机化合物层相接触 的一对导电层中的至少一个导电层中，以使这些绝缘体设置在导电层和有机化 合物层的界面处并与有机化合物层相接触。根据本发明，存储元件的特征(比如写入电压)是稳定不变的。结果，在每 一个元件中可以正常进行写入。另外，当多个绝缘体被混入导电层中时，与有机化 合物层形成于导电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因此，膜分离和缺陷形 状都很难出现。因为多个绝缘体是以一种稳定状态被设置在导电层和有机化合 物层的界面处的，所以可以防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件， 并可以高产量地提供高度可靠的存储元件和半导体元件。另外，因为绝缘体已 混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以膜不易损坏。因此，所选 工艺的灵活性增大了，从而可以更有效地制造存储元件和半导体器件，并且可 以实现生产成本的削减和生产率的提高。(实施方式2)在本实施方式中，将参照附图描述本发明的存储器件中所包括的存储元件 的结构示例。具体来讲，将示出一种无源矩阵存储器件的结构。图3示出了根据本发明的存储器件的结构示例。存储器件716包括存储 单元阵列722，该阵列具有排列成矩阵的存储单元721;位线驱动电路726，它 具有列解码器726a、读取电路726b和选择器726c;字线驱动电路724，它具有低 解码器724a和电平转换器724b;以及接口 723，它具有写入电路并且与外部通信。 注意到，此处所示的存储器件716的结构仅是一个示例。存储器件716可以包括像
检测放大器、输出电路和缓冲器这样的电路，并且写入电路可以设置在位线驱动电 路中。存储单元721包括第一导电层，用于形成字线Wy(K y《n);第二导 电层，用于形成位线Bx(Kx《m);以及绝缘层。该绝缘层具有单层结构或堆 叠层结构并且设置在第一堆叠层和第二堆叠层之间。图2A示出了存储单元阵列722的顶视图，图2B和2C示出了沿图2A中 的线A-B截取的横截面图。在图2A中，没有示出绝缘层754，它像图2B所示 那样设置。存储单元阵列722包括第一导电层751a，它包括多个绝缘体756a;第一 导电层751b，它包括多个绝缘体756b;以及第一导电层751c，它包括多个绝 缘体756C,这些导电层在第一方向上延伸。存储单元阵列722也包括有机化 合物层752，它用于覆盖第一导电层751a、751b和751c;以及第二导电层753a、 753b和753c，它们在与第一方向相垂直的第二方向上延伸(参照图2A)。多 个绝缘体756a被设置在第一导电层751a和有机化合物层752的界面处，多个 绝缘体756b被设置在第一导电层751b和有机化合物层752的界面处，并且多 个绝缘体756c被设置在第一导电层751c和有机化合物层752的界面处。此外， 设置了充当保护膜的绝缘层754，用于覆盖第二导电层753a、 753b和753c (参 照图2B)。当涉及到每一相邻存储单元之间横向中的电场的影响时，设置在每 一存储单元中的有机化合物层752便可以被隔离。图2C是图2B的修改示例，并且在基板790上具有含绝缘体混合区域 796a的导电层791a;含绝缘体混合区域796b的第一导电层791b;含绝缘体混 合区域796c的第一导电层791c;有机化合物层792;第二导电层793b;以及 作为保护层的绝缘层794。第一导电层可以具有锥形或曲率半径连续变化的形 状，就像图2C中的含绝缘体混合区域796a的第一导电层791a、含绝缘体混合 区域796b的第一导电层791b以及含绝缘体混合区域796c的第一导电层791c 那样。通过微滴排放方法等，便可以形成含绝缘体混合区域796a的第一导电层 791a、含绝缘体混合区域796b的第一导电层791b以及含绝缘体混合区域796c 的第一导电层791c的形状。具有这种曲率的曲面可有利于覆盖堆叠的绝缘层或 导电层。另外，图2C所示的第一导电层(用于构成存储元件)显示出一个示
例，其中在形成第一导电层之后，通过修改其表面而形成绝缘体混合区域。本实施方式所示的多个绝缘体在有机化合物层中的混合状态是一个示例， 并且根据用作多个绝缘体的材料的特性和尺寸、用作导电层的材料以及形成方 法，便可以控制绝缘体的浓度，像图17所示那样。另外，如图1B和1C以及图17B和17C所示，通过将绝缘体混入第二导电层中便可以形成含多个绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)，或者通过将多个绝缘体混 入第一导电层和第二导电层中便可以形成含多个绝缘体的第一导电层(含绝缘 体混合区域的第一导电层)和含多个绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域 的第二导电层)。另外，可以形成隔离壁(绝缘层)以覆盖第一导电层的末端。隔离壁(绝缘层)用作使存储元件彼此分开的壁。图8A和8B示出了一种结构，其中第一 导电层的末端是用隔离壁(绝缘层)覆盖的。图8A和8B是沿图2A中的线 A-B截取的横截面图，与图2B和2C相似。在图8A所示的存储元件的示例中，形成锥形的隔离壁(绝缘层)775以 覆盖分布含多个绝缘体776a、 776b和776c的第一导电层771a、 771b和771c。 在基板770上设置了含多个绝缘体776a的第一导电层771a、含多个绝缘体776b 的第一导电层771b以及含多个绝缘体776c的第一导电层771c，在这些第一导 电层上形成了隔离壁(绝缘层)775，并且还形成了有机化合物层772、第二导 电层773b以及绝缘体774。在示出存储元件的示例的图8B中，隔离壁(绝缘层)765具有一定的曲 率，并且该曲率连续地变化。在基板760上形成了含绝缘体混合区域766a 的第一导电层761a，含绝缘体混合区域766b的第一导电层761b，含绝缘体混 合区域766c的第一导电层761c，有机导电层762，第二导电层763b，以及绝 缘层764。通过修改导电层的表面，用绝缘体和导电材料进行共同蒸发，或通 过溅射方法，便可以形成绝缘体混合区域766a、 766b和766c。对于上述存储单元的结构中的基板750、基板760、基板770和基板780 而言，可以使用石英基板、硅基板、金属基板、不锈钢基板、玻璃基板、柔性 基板等。柔性基板是可弯曲的基板，比如用聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚等构成的 塑料基板。另外，可以使用多层膜(由聚丙烯、聚酯、乙烯树脂、聚氟乙烯、
聚氯乙烯等制成)；纤维材料的纸张；基材膜(聚酯、聚酰胺、无机气相沉积 膜、纸张等)。或者，存储单元阵列722可以设置在半导体基板(比如硅基板) 上所形成的场效应晶体管(FET)之上，或者设置在玻璃基板等基板上所形成的薄 膜晶体管(TFT)之上。
本实施方式中所示的第一导电层751a-751c、 761a-761c、 771a-771c和 791a-791c以及第二导电层753a-753c、 763a-763c、 773a-773c和793a-793c可以 用与实施方式1中所示第一导电层50和第二导电层53的材料和形成方法中的 任一种来形成。
此外，绝缘体756a-756c和776a-776c、绝缘体混合区域766a-766c和 796a-796c中的绝缘体、以及有机化合物层752、 762、 772和792都可以用与 上述实施方式1所示绝缘体和有机化合物层相同的材料和相同的形成方法来形 成。
在有机化合物层752、 762、 772和792的反面透过第一导电层751a-751c、 761a-761c、 771a-771c和791a-791c，可以设置具有整流特性的元件。例如，包 括第三导电层和半导体层的二极管可以被设置成与第一导电层751a-751c、 761a-761c、 771a-771c和791a-791c相接触。注意到，在有机化合物层的反面 透过第二导电层，也可以设置具有整流特性的元件。此外，在第一导电层 751a-751c、 761a-761c、 771a-771c和791a-791c以及有机化合物层752、 762、 772和792之间，也可以设置具有整流特性的元件。此外，在有机化合物层752、 762、 772和792以及第二导电层753a-753c、 763a-763c、 773a-773c和793a-793c 之间，也可以设置具有整流特性的元件。在提供具有整流特性的元件的情况下， 必须具有这样一种结构，其中绝缘体被混入与有机化合物层相接触的一对导电 层中的至少一个导电层中，以使这些绝缘体与有机化合物层相接触。
作为隔离壁(绝缘层)765和隔离壁(绝缘层)775，可以使用氧化硅， 氮化硅，氧氮化硅，氧化铝，氧氮化铝，或其它无机绝缘材料；丙烯酸，异丁 烯酸，或其衍生物；耐热的聚合物材料，比如聚酰亚胺、芳香族聚酰胺或聚苯 并咪唑；或者硅氧烷树脂。或者，使用树脂材料，比如乙烯基树脂，比如聚
乙烯醇和聚乙烯醇縮丁醛；环氧树脂；酚醛树脂；酚醛清漆树脂；丙烯酸[酯] 类树脂；三聚氰胺树脂；或聚氨酯树脂。此外，可以使用有机材料，比如苯
并环丁烯、聚对亚苯基二甲基、氟代亚烯丙基醚、或聚酰亚胺；或者含水溶性 均聚物和水溶性共聚物的组合材料。
作为一种制造方法，可以使用气相生长方法，比如等离子体CVD方法
或热CVD方法；或者溅射方法。此外，也可以使用微滴排放方法、滴注方法、 或印刷方法(用于形成图形的方法，比如丝网印刷或胶印)。也可以使用通过 涂敷方法获得的TOF膜和SOG膜。
在形成导电层之后，通过用微滴排放方法排出合成物便形成绝缘层，可以 用压力使其表面平整化以提高平整性。作为一种施压方法，使像辊筒一样的物 体掠过该表面以便减小不均匀性，或者用平的板状物体垂直压到该表面上。在 施压时也可以进行加热步骤。此外，可以用溶剂使该表面软化或溶解，并且可
以用气刀除去该表面的不均匀性。另外，可以通过CMP方法执行抛光。当通 过微滴排放方法产生了不均匀性时，该步骤可用于平整化该表面的过程中。
根据本发明，存储元件的特征(比如写入电压)是不变的。结果，在每一个 元件中都可以正常进行写入。另外，当多个绝缘体被混入导电层中时，与绝缘层形 成于导电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因此，膜分离和缺陷形状都很难 出现。因为绝缘体可以以一种稳定状态被设置在导电层和绝缘层的界面处，所 以不可能制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件，并可以高产量地提供高 度可靠的存储元件和半导体元件。
另外，因为绝缘体已混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以 膜不易损坏。因此，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地制造存储 元件和存储器件，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。
(实施方式3)
在本实施方式中，将描述一种具有与实施方式2不同结构的存储器件。具 体来讲，描述了一种有源矩阵存储器件的结构。
图5示出了本实施方式所示的存储器件结构的示例。存储器件217包括 存储单元阵列232，该阵列具有排列成矩阵的存储单元231;位线驱动电路226， 它具有列解码器226a、读取电路226b和选择器226c;字线驱动电路224，它 具有行解码器224a和电平转换器224b;以及接口 223，它具有写入电路并且与
外部通信。要注意，此处所示存储器件217的结构仅是一个示例。存储器件217 可以包括像检测放大器、输出电路和缓冲器等其它电路。写入电路可以设置在 位线驱动电路中。
存储单元231包括第一引线，用于形成字线Wy(l=y = n);第二引线， 用于形成位线Bx(l:x:m);晶体管210a;存储元件215b;以及存储单元231。 存储元件215b具有这样一种结构，其中绝缘层插放在一对导电层之间。
图4A示出了存储单元阵列232的顶视图，图4B示出了沿图4A中的线 E-F截取的横截面图。在图4A中，有机化合物层212和绝缘层214未示出，然 而，第二导电层212和绝缘层214像图4B所示那样设置。
在存储单元阵列232中，在第一方向上延伸的第一引线205a和第一引线 205b以及在与第一方向相垂直的第二方向上延伸的第二引线202都是按矩阵来 设置的。第一引线中的每一条都连接到晶体管210a和晶体管210b的源极电极 或漏极电极。第二引线连接到晶体管210a和晶体管210b的栅极电极。此外， 分别包括多个绝缘体216a和多个绝缘体216b的第一导电层206a和第一导电层 206b中的每一层都连接到晶体管210a和210b的源极电极或漏极电极，这些电 极没有连接到第一引线。然后，绝缘层212和第二导电层213堆叠在第一导电 层206a和第一导电层206b上，以提供存储元件215a和存储元件215b。隔离 壁(绝缘层)207被设置在相邻的存储单元231之间，并且有机化合物层212 和第二导电层213都堆叠在含多个绝缘体216a的第一导电层206a、含多个绝 缘体216b的第一导电层206b以及隔离壁(绝缘层)207之上。另外，绝缘层 214作为保护层被设置在第二导电层213之上。作为晶体管210a和210b，图 4A和4B中使用了薄膜晶体管(参照图4B)。
图4B中的存储器件被设置在基板200上并且具有绝缘层201a、201b、208、 209和211、半导体层204a、栅极电极层202a、充当构成晶体管210a的源极电 极层或漏极电极层的引线205a、半导体层204b、以及用于构成晶体管210b的 栅极电极层202b。有机化合物层212和第二导电层213都形成于含绝缘体216a 的第一导电层206a、含绝缘体216b的第一导电层206b以及隔离壁(绝缘层) 207上。
本实施方式所示的绝缘体在第一导电层206a和206b中的混合状态是一个
示例，并且根据用作绝缘体的材料的特性和尺寸、用作导电层的材料以及形成 方法，便可以控制绝缘体的浓度，像图17所示那样。另外，如图1B和1C以
及图17B和17C所示，通过将绝缘体混入第二导电层中便可以形成含绝缘体的 第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)，或者通过将绝缘体混入第一 导电层和第二导电层中便可以形成含绝缘体的第一导电层(含绝缘体混合区域 的第一导电层)和含绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)。 在图4A和4B的存储元件215a和215b中，将导电膜处理成期望的形状，并且 形成第一导电层205a、 205b、 206a和206b，然后，绝缘体216a和216b选择 性地混入第一导电层206a和206b中。绝缘体的混入可以是在将导电膜处理成 期望的形状之前就进行；在这种情况下，第一引线205a和205b也混有绝缘体。 在本实施方式中，在含绝缘体的第一导电层之上，形成了有机化合物层 212，该层212用于形成存储器件中所包括的存储元件。当在第一导电层和第 二导电层之间加电压时，电流流过有机化合物层212并且产生了热能。因为这 种热能以及高电场的影响，有机化合物层的膜厚度变得不均匀，并且有机化合 物层发生形变，使得第一导电层与第二导电层相接触。相应地，第一导电层和 第二导电层发生短路。相应地，在加电压之前和之后，存储元件的导电性发生 变化。
有机化合物层212以及第一导电层206a和206b的界面处存在的绝缘体216a 和216b允许载流子从第一导电层206b隧道注入到有机化合物层212。因此，存储 元件的特征(比如写入电压)是不变的。另外，因为绝缘体被混入导电层中，所以 与绝缘层形成于导电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因此，膜分离和缺陷形 状都很难出现。因为绝缘体可以以一种稳定状态被设置在导电层和绝缘层的界面 处，所以可以防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件。结果，可以高产量 且低成本地提供高度可靠的存储器件和半导体器件。
另外，因为绝缘体己混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以膜 不易损坏。因此，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地制造存储元件和 存储器件，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。
如图6所示，存储元件265a和存储元件265b可以连接着单晶半导体基板 250上所设置的场效应晶体管260a和场效应晶体管260b。此处，绝缘层270
26
被设置成覆盖场效应晶体管260a和场效应晶体管260b的源极或漏极电极层 255a-255d。在绝缘层270上，设置了含绝缘体混合区域266a的第一导电层256a、 含绝缘体混合区域266b的第一导电层256b、隔离壁(绝缘层)267、有机化合 物层262a、有机化合物层262b以及第二导电层263，以形成存储元件265a和 存储元件265b。更具体地讲，有机化合物层262a和262b形成于含绝缘体混合 区域266a的第一导电层256a、含绝缘体混合区域266b的第一导电层256b以 及隔离壁267之上，并且第二导电层263形成于有机化合物层262a和262b。 作为有机化合物层262a和262b，可以利用掩模将有机化合物层选择性地设置 在单个存储单元中。另外，图6所示存储器件包括元件隔离区域268、绝缘层 269、绝缘层261、以及绝缘层264。
如图6所示的多个绝缘体在第一导电层256a和256b中的混合状态是一个 示例，并且根据用作多个绝缘体的材料的特性和尺寸、用作导电层的材料以及 形成方法，便可以控制绝缘体的浓度，像图17所示那样。另外，如图1B和1C 以及图17B和17C所示，通过将绝缘体混入第二导电层中便可以形成含绝缘体 的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)，或者通过将绝缘体混入第 一导电层和第二导电层中便可以形成含绝缘体的第一导电层(含绝缘体混合区 域的第一导电层)和含绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电 层)。
用于构成存储元件265a和265b的第一导电层256a和256b显示出这样一 些示例，其中导电层是用铝构成的，则绝缘体混合区域266a和266b是通过氧 化工艺修改该表面而设置成的。在通过氧化工艺在表面上形成绝缘体混合区域 的情况下，最好使用很容易氧化的金属(铝)或半导体(硅)作为导电层。另 外，在形成导电层之后，通过离子掺杂方法向导电层添加硅等，然后，利用热 处理工艺通过氧化在该导电层中选择性地形成绝缘体混合区域。
在图6所示的存储器件的情况下，用于构成存储器件中的存储元件的有机 化合物层262a和262b都形成于含绝缘体混合区域266a的第一导电层256a以 及含绝缘体混合区域266b的第一导电层256b。当将电压施加于第一导电层和 第二导电层之间时，电流就会流过有机化合物层262a和262b并且产生热能。 因为这种热能以及高电场的影响，有机化合物层的膜厚度就变得不均匀，并且
有机化合物层发生形变，使得第一导电层与第二导电层相接触。相应地，第一 导电层和第二导电层发生短路。相应地，在加电压之前和之后，存储元件的导
电性发生变化。
在有机化合物层262a与第一导电层的界面处以及有机化合物层262b与第一 导电层的界面处存在的绝缘体混合区域266a中的绝缘体以及绝缘体混合区域266b 中的绝缘体允许载流子从第一导电层隧道注入到有机化合物层262a和262b。结果， 存储元件的特征(比如写入电压)是稳定不变的。另外，当绝缘体被混入导电层中 时，与绝缘层形成于导电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因此，膜分离和缺 陷形状都很难出现。因此，因为多个绝缘体可以以一种稳定状态被设置在导电层和
绝缘层的界面处，所以可以防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件。结果， 可以高产量地提供高度可靠的存储元件和半导体器件。
另外，因为绝缘体己混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以 膜不易损坏。因此，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地设置用于 制造存储元件和存储器件的工艺，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提 高。
另外，通过提供绝缘层270便可以自由地安排第一导电层以形成存储元件。 即，在图4B的结构中，在没有提供晶体管210a和210b的源极或漏极电极层 的区域中，需要提供存储元件215a和215b;然而，例如，通过使用上述结构， 有可能在晶体管210a和210b之上形成存储元件215a和存储元件215b。结果， 存储器件可以集成度更高。
晶体管210a和晶体管210b可以具有任何结构，只要晶体管210a和210b 可以充当开关元件就可以。作为半导体层，可以使用各种类型的半导体(比如 非晶半导体、结晶半导体、多晶半导体和微晶半导体)，并且通过使用有机化 合物便可以形成有机晶体管。图4A示出了在绝缘基板上设置平面薄膜晶体管 的示例；然而，也可以形成晶体管以具有交错结构、反向交错结构等。
图7示出了利用具有反向交错结构的薄膜晶体管的示例。在基板280上提 供了晶体管290a和晶体管290b，它们都是具有反向交错结构的薄膜晶体管。 晶体管290a具有绝缘层288、栅极电极层281、非晶半导体层282、 一种导电 类型的半导体层283a和283b以及源极电极层或漏极电极层285;并且其它的
源极或漏极电极层也用作构成存储元件的第一导电层286a。堆叠隔离壁(绝缘 层)287以覆盖第一导电层286a和286b的末端。在含多个绝缘体296a的第一 导电层2S6a、含多个绝缘体296b的第一导电层286b以及隔离壁(绝缘层)287 之上，形成了有机化合物层292、第二导电层293以及作为保护层的绝缘层294， 以形成存储元件295a和295b。导电层286a和286b中的多个绝缘体296a和296b 被选择性地添加到存储元件295a和295b的区域中，该区域与第二导电层293 重叠。如上所述，多个绝缘体可以选择性地混入第一导电层中。在本实施方式 的图7所示的存储元件中，通过离子掺杂方法、离子注入方法等，将多个绝缘 体296a和296b选择性地添加到第一导电层286a和286b。如图7所示的绝缘体在第一导电层256a和256b中的混合状态是一个示例， 并且根据用作多个绝缘体的材料的特性和尺寸、用作导电层的材料以及形成方 法，便可以控制绝缘体的浓度，像图17所示那样。另外，如图1B和1C以及 图17B和17C所示，通过将绝缘体混入第二导电层中便可以形成含绝缘体的第 二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)，或者通过将绝缘体混入第一导 电层和第二导电层中便可以形成含绝缘体的第一导电层(含绝缘体混合区域的第一导电层)和含绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)。在根据本实施方式的图7所示的存储器件中，用于构成存储器件中所包括 的存储元件的有机化合物层292形成于含绝缘体296a和296b的第一导电层 286a和286b。当将电压施加于第一导电层和第二导电层之间时，电流就会流过 有机化合物层292并且产生热能。因为热能以及高电场的这种影响，当有机化 合物层的温度上升到玻璃转变温度时，用于形成有机化合物层292的材料变为 具有流动性的组分。该具有流动性的组分流动，同时无法保持固态的形状。因 此，有机化合物层的膜厚度就变得不均匀，并且有机化合物层发生形变，使得 第一导电层与第二导电层相接触。相应地，第一导电层和第二导电层发生短路。 相应地，在加电压之前和之后，存储元件的导电性发生变化。有机化合物层292以及第一导电层的界面处存在的绝缘体296a和296b允许 载流子从第一导电层隧道注入到有机化合物层292。结果，存储元件的特征(比如 写入电压)是稳定不变的。结果，在每一个元件中正常进行写入。另外，当绝缘体 被混入导电层中时，与绝缘层形成于导电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因 此，膜分离和缺陷形状都很难出现。因为绝缘体可以以一种稳定状态被设置在导电 层和绝缘层的界面处，所以可以防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件， 并且可以高产量地提供高度可靠的存储元件和半导体器件。另外，因为绝缘体己混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以膜 不易损坏。因此，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地设置用于制造存 储元件和存储器件的工艺，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。在图7所示的存储器件中，栅极电极281、源极或漏极电极层285、第一 导电层286a和286b以及隔离壁(绝缘层)287都是通过微滴排放方法形成的。 微滴排放方法是这样一种方法，其中含组件形成材料的组分是流体，它作为微 滴被排放(喷射)以形成期望的图形。含组件形成材料的微滴被排放到组件的 形成区域上，并且通过烘烤、干燥等被固化从而形成具有期望图形的组件。图15示出了用于微滴排放方法的微滴排放装置的一个模式。微滴排放装 置1403的头1405和1412都连接到控制装置1407，并且该控制装置1407受计 算机1410控制，使得可以画出预先编程的图形。基于基板1400上所形成的标 记14U，可以确定绘画定时。或者，可以基于基板1400的边缘来固定参考点。 该参考点被成像装置1404检测到，并且通过图像处理装置1409变为数字信号。 然后，该数字信号被计算机1410识别以产生控制信号，并且该控制信号被传 输到控制装置1407。利用电荷耦合器件(CCD)或互补型金属氧化物半导体 (CMOS)的图像传感器可以用作上述成像装置1404。很自然，关于将要在基板 1400上形成的图形的信息被存储在存储介质1408中，并且基于该信息将控制 信号传输到控制装置1407，使得微滴排放装置1403的头1405和1412可以进 行单独控制。头1405和1412提供待排出的材料，该材料通过管子来自供给源 1413和1414。头1405具有 一内部结构，该结构具有一填充了液体材料的空间，如图 中虚线1406所示；以及喷嘴，它是排出开口。尽管未示出，头1412的内部结 构与头1405的内部结构相似。当头1405和1412的喷嘴尺寸彼此不同时，具 有不同宽度的不同材料可以同时排出。导电材料、有机材料、无机材料等都可 以分别从一个头中排出以画出图形。在像夹层膜这种较宽区域中绘制的情况 下， 一种材料可以同时从多个喷嘴中排出以增大吞吐量，由此可以执行绘制。
当使用大尺寸基板时，头1405和1412可以按箭头所指方向在基板上自由扫描，并且可以自由设置待绘制的区域。由此，可以在一个基板上绘制多个相同的图 形。在用微滴排出方法形成导电层的情况下，导电层是按如下过程形成的含 颗粒状的导电材料的组分被排出，并且通过烘烤被熔化或被焊接和连接以使该 组分固化。通过排放和烘烤含上述导电材料的组分而形成的导电层(或绝缘层) 往往显示出具有许多晶界的多晶态，而通过溅射而形成的导电层(或绝缘层) 往往显示出柱状结构。此外，任何结构都可以用于晶体管中所包括的半导体层。例如，可以形成杂质区域(包括源极区域、漏极区域和LDD区域)，还可以使用p沟道类型 或n沟道类型。可以形成绝缘层(侧壁)以使其接触栅极电极的侧面，或者可 以形成牺牲层以用于源极和漏极区域以及栅极电极。作为用于牺牲层的材料， 可以使用镍、钨、钼、钴、铂等。作为本实施方式中所示的第一导电层206a、 206b、 256a、 256b、 286a和 286b以及第二导电层213、 263和293的材料和形成方法，可以使用上述实施 方式1中所示的材料和形成方法中的任一种。此外，绝缘体216a、 216b、 296a和296b、绝缘体混合区域266a和266b 中的绝缘体、以及有机化合物层212、 262a、 262b和292都可以通过使用与上 述实施方式1中所示的绝缘层和有机化合物层相同的材料和形成方法来予以提 供。在有机化合物层212、262a、262b和292的反面透过第一导电层206a、206b、 256a、 256b、 286a和286b，可以设置具有整流特性的元件(图2C)。例如， 包括第三导电层和半导体层的二极管可以被设置成接触到第一导电层206a、 206b、 256a、 256b、 286a和286b。注意到，在有机化合物层的反面透过第二导 电层，还可以设置具有整流特性的元件。另外，在第一导电层206a、 206b、 256a、 256b、 286a和286b以及有机化合物层212、 262a、 262b和292之间，也可以 设置整流元件。具有整流特性的元件是其栅极和漏极电极彼此相连的晶体管， 或者是二极管。例如，可以使用通过堆叠n型半导体层和p型半导体层而构成 的PN结二极管。这样，因为提供具有整流特性的二极管使电流仅在一个方向
上流动，所以误差减少了并且读取余量增大了。在提供二极管的情况下，不仅 可以使用具有PN结的二极管，还可以使用具有其它结构的二极管，比如具有 PIN结的二极管或雪崩二极管。注意到，上述整流元件还可以设置在有机化合物层212、 262a、 262b和292以及第二导电层213、 263和293之间。在提供具 有整流特性的元件的情况下，必须具有这样一种形式，即绝缘体被混入与有机 化合物层相接触的一对导电层中的至少一个导电层中，以使绝缘体与有机化合 物层相接触。根据本发明，存储元件的特征(比如写入电压)是稳定的且电压不变的。 结果，在每一个元件中可以正常进行写入。另外，因为多个绝缘体被混入导电 层中时，与绝缘层形成于导电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因此，膜 分离和缺陷形状都很难出现。因此，因为绝缘体是以一种稳定状态被设置在导 电层和绝缘层的界面处的，所以可以防止制造出初始状态时导电层被短路的缺 陷元件。结果，可以低成本、高产量地提供高度可靠的存储器件和半导体器件。另外，因为绝缘体已混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以 膜不易损坏。因此，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地制造存储 元件和半导体器件，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。(实施方式4)在本实施方式中，将参照附图描述具有如上述实施方式所示存储器件的半 导体器件的示例。本实施方式所示半导体器件的一个特征是，可以在不接触的情况下从半导 体器件中读出数据并将数据写入半导体器件。数据传输类型可以大体分成三种 一对线圈彼此对置并且通过相互感应来进行通信的电磁耦合类型；通过感 应场进行通信的电磁耦合类型；以及利用无线电波进行通信的无线电波类型。任何类型都是可以使用的。用于传输数据的天线可以以两种方式来设置。 一种 方式是在具有多个元件和存储器元件的基板上设置天线，另一种方式是在具有 多个元件和存储元件的基板上设置一端部并且将另一个基板上所设置的天线 连接到该端部。首先，将参照图10描述在具有多个元件和存储元件的基板上设置天线的
情况下的半导体器件的结构示例。图10示出了一种具有有源矩阵类型结构的存储器件的半导体器件，其中在基板300上设置了元件形成层335,该层335包括具有晶体管310a和310b 的晶体管部分330;具有晶体管320a和320b的晶体管部分340;以及绝缘层 301a、 301b、 308、 311、 316和334。此外，在元件形成层335之上设置了存储 元件部分325以及充当天线的导电层343。注意到，所示出的情形是存储元件部分325或充当天线的导电层343都设 置在元件形成层335的上面；然而，本发明并不限于这种结构，并且有可能将 存储元件部分325或充当天线的导电层343设置在元件形成层335的下面或与 其处于同一层中。存储元件部分325包括存储元件315a和存储元件315b。通过在含多个绝 缘体326a的第一导电层306a上堆叠隔离壁(绝缘层)307a、隔离壁(绝缘层) 307b、有机化合物层312以及第二导电层313，便形成了存储元件315a。通过 在含多个绝缘体326b的第一导电层306b上堆叠隔离壁(绝缘层)307b、隔离 壁(绝缘层)307c、有机化合物层312以及第二导电层313，便形成了存储元 件315b。此外，形成充当保护膜的绝缘层314，以覆盖第二导电层313。第一 导电层306a和306b (其中分别形成了多个存储元件315a和315b)连接着晶体 管310a和310b的源极电极层或漏极电极层。换句话说，每一个存储元件都连 接到一个晶体管。形成有机化合物层312以整体覆盖第一导电层306a和306b 以及隔离壁(绝缘体)307a、 307b和307c;然而，有机化合物层312可以选择 性地形成于每一个存储单元中。注意到，存储元件315a和315b可以通过使用 上述实施方式所示的材料或制造方法来形成。图10所示的多个绝缘体在第一导电层中的混合状态是一个示例，并且根 据用作多个绝缘体的材料的特性和尺寸、用作导电层的材料以及形成方法，便 可以控制绝缘体的浓度等，像图17所示那样。另外，如图1B和1C以及图17B 和17C所示，通过将绝缘体混入第二导电层中便可以形成含绝缘体的第二导电 层(含绝缘体混合区域的第二导电层)，或者通过将绝缘体混入第一导电层和 第二导电层中便可以形成含绝缘体的第一导电层(含绝缘体混合区域的第一导 电层)和含绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)。
在根据本实施方式的图10的存储器件中，在含绝缘体326a和326b的第 一导电层306a和306b上，分别形成了用于形成存储器件中所包括的存储元件 的有机化合物层312。当电压施加于第一导电层和第二导电层之间时，电流就 流过有机化合物层312并且产生热能。因为这种热能以及高电场的影响，有机 化合物层的膜厚度变得不均匀，并且有机化合物层发生形变，使得第一导电层 与第二导电层相接触。相应地，第一导电层和第二导电层发生短路。相应地， 在加电压之前和之后，存储元件的导电性发生变化。有机化合物层312以及第一导电层306a和306b的界面处所存在的绝缘体326a 和326b允许载流子从第一导电层306a和306b隧道注入到有机化合物层312。因 此，存储元件的特征(比如写入电压)是稳定不变的。结果，在每一个元件中都可 以正常进行写入。另外，因为多个绝缘体被混入导电层中，所以与绝缘层形成于导 电层上的情况相比，可以避免物理冲击。因此，在制造过程中膜分离和缺陷形状都 很难出现。因为绝缘体可以一种稳定状态设置在导电层和绝缘层的界面处，所以可 防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件。结果，可以高产量地提供高度可 靠的存储器件和半导体器件。另外，因为绝缘体已混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以膜 不易损坏。因此，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地设置用于制造存 储元件和存储器件的工艺，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。在有机化合物层312的反面透过第一导电层306a和第一导电层306b，可 以设置具有整流特性的元件。例如，包括第三导电层和半导体层的二极管被设 置成与第一导电层306a和306b相接触。注意到，在有机化合物层的反面透过 第二导电层，也可以设置具有整流特性的元件。此外，在存储元件315a中，整 流元件可以被设置在含绝缘体326a的第一导电层306a以及有机化合物层312 之间，或者被设置在有机化合物层312和第二导电层313之间。也可以使用上 述材料来设置整流元件。注意到，存储元件315b也如此。在本实施方式中，在与第二导电层313相同的那一层中形成的导电层342 上，设置了充当天线的导电层343。充当天线的导电层也可以形成于与第二导 电层313相同的那一层中。作为充当天线的导电层343的材料，可以使用金(Au),铂(Pt),镍(Ni),钨(W),钼(Mo),钴(Co),铜(Cu),铝(A1),锰(Mn)，和钛(Ti)，或者含多种元素的合 金。作为充当天线的导电层343的形成方法，可以使用蒸发，溅射，CVD， 各种印刷方法(比如丝网印刷和凹版印刷)，滴注方法，微滴排放方法等。元件形成层335中所包括的晶体管310a、 310b、 310c和310d可以由p沟 道TFT或n沟道TFT、或将p沟道TFT和n沟道TFT组合起来的CMOS电路 来提供。此外，任何结构都可以用于晶体管310a、 310b、 310c和310d中所包 括的半导体层。例如，可以形成杂质区域(包括源极区域、漏极区域和LDD 区域)，并且可以使用包括p沟道类型或n沟道类型。可以形成绝缘层(侧壁) 以使其接触栅极电极的侧面，或者可以形成牺牲层用于源极和漏极区域以及栅 极电极。作为用于牺牲层的材料，可以使用镍、钨、钼、钴、铂等。元件形成层335中所包括的晶体管310a、 310b、 310c和310d可以用有机 晶体管来提供，在有机晶体管中，用于形成晶体管的半导体层是由有机化合物 构成的。在这种情况下，含有机晶体管的元件形成层335可以用印刷方法、微 滴排放方法等直接形成于具有柔韧性的基板300 (比如塑料基板)上。通过使 用印刷方法、微滴排放方法等，便可以较低的成本制造出半导体器件。如上所述，通过使用蒸发方法、溅射方法、CVD方法、印刷方法、滴注方 法、微滴排放方法等，便可以形成元件形成层335、存储元件315a和315b以 及充当天线的导电层343。此外，它们也可以根据待形成的部分用不同的方法 来形成。例如，通过在基板上形成硅制的半导体层并且接下来通过热处理使其 结晶，便可以提供需要高速运行的晶体管；接下来，通过使用印刷方法或微滴 排放方法，便可以在元件形成层上设置充当开关元件的晶体管并使其作为有机 晶体管。注意到，可以将传感器设置成连接到这些晶体管。作为传感器，可以给出 通过物理手段或化学手段来检测温度、湿度、照度、气体、重力、压力、声音 (振动)、加速以及其它特征的元件。该传感器通常由下列半导体元件构成 电阻器元件，电容耦合元件，电感耦合元件，光电元件，光电转换元件，温差 电动势元件，晶体管，热敏电阻器，或二极管。接下来，将参照图11描述半导体器件的结构示例，其中一端部被设置在 包括多个元件和存储元件的基板之上并且还被连接到另一个基板上所设置的天线。图11示出了一种具有无源矩阵类型结构的存储器件的半导体器件，其中在基板350上设置了元件形成层385，该层385包括含晶体管360a和360b 的晶体管部分380;含晶体管370a和370b的晶体管部分390;以及绝缘层351a、 351b、 358、 361、 366和384。此外，存储元件部分375形成于元件形成层385 上，并且充当天线的导电层393被设置在基板396上并且将要连接到元件形成 层385。此处，示出了存储元件部分375或充当天线的导电层393被设置在元 件形成层385的上面；然而，本发明并不限于此结构。有可能使存储元件部分 375形成于元件形成层385的下面或与其处于同一层中。或者，还有可能使充 当天线的导电层393形成于元件形成层385的下面。存储元件部分375包括存储元件365a和存储元件365b。通过在具有绝缘 体混合区域376的第一导电层356上堆叠隔离壁(绝缘层)357a和357b、有机 化合物层362a以及第二导电层363a，便形成了存储元件365a。通过在具有绝 缘体混合区域376的第一导电层356上堆叠隔离壁(绝缘层)357b和357c、有 机化合物层362b以及第二导电层363b，便设置了存储元件365b。此外，还形 成了充当保护膜的绝缘层364以覆盖第二导电层363a和363b。另外，具有绝 缘体混合区域376的第一导电层356 (其上形成了多个存储元件365a和365b) 连接到一个晶体管360b的源极电极层或漏极电极层。换句话说，存储元件都 连接着一个且同一个晶体管。此外，对于有机化合物层362a和362b，设置了 隔离壁(绝缘层)357a、 357b和357c以使用于每一个存储单元的有机化合物 层分开；然而，如果不关心电场在相邻存储单元之间横向方向上的影响，则可 以在整个表面上形成绝缘层。注意到，存储单元365a和365b可以利用上述实 施方式所示的材料和制造方法来形成。图11所示的多个绝缘体在第一导电层356中的混合状态是一个示例，并 且根据用作多个绝缘体的材料的特性和尺寸、用作导电层的材料以及形成方 法，便可以控制绝缘体的浓度等，像图17所示那样。另外，如图1B和1C以 及图17B和17C所示，通过将绝缘体混入第二导电层中便可以形成含绝缘体的 第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)，或者通过将绝缘体混入第一 导电层和第二导电层中便可以形成含绝缘体的第一导电层(含绝缘体混合区域
的第一导电层)和含绝缘体的第二导电层(含绝缘体混合区域的第二导电层)。 在根据本实施方式的图11的存储器件中，在含绝缘体混合区域376的第一导电层356上，形成了用于形成存储器件中所包括的存储元件的有机化合物 层362a和362b。当电压施加于第一导电层和第二导电层之间时，电流就流过 有机化合物层362a和362b并且产生热能。因为这种热能以及高电场的影响， 有机化合物层的膜厚度变得不均匀，并且有机化合物层发生形变，使得第一导 电层与第二导电层相接触。相应地，第一导电层和第二导电层发生短路。相应 地，在加电压之前和之后，存储元件的导电性发生变化。有机化合物层362a和362b以及第一导电层356的界面处存在的绝缘体允许 载流子从第一导电层356隧道注入到有机化合物层362a和362b。结果，存储元件 的特征(比如写入电压)是稳定不变的。结果，在每一个元件中都可以正常进行写 入。另外，因为绝缘体被混入导电层中，所以与绝缘层形成于导电层上的情况相比， 可以避免物理冲击。因此，在制造过程中膜分离和缺陷形状都很难出现。因为绝缘 体可以一种稳定状态被设置在导电层和绝缘层的界面处，所以可防止制造出初始状态时导电层被短路的缺陷元件，并且可以高产量地提供高度可靠的存储器件和半导 体器件。另外，因为绝缘体已混入导电层中或者绝缘体与导电层组合在一起，所以在 考虑到膜的结实情况时，所选工艺的灵活性增大了。因此，可以更有效地制造存储 元件和存储器件，并且可以实现生产成本的削减和生产率的提高。在有机化合物层362a和362b的反面透过第一导电层356，可以设置具有 整流特性的元件。此处，包括第三导电层和半导体层的二极管被设置成与第一 导电层356相接触。注意到，在有机化合物层的反面透过第二导电层，也可以 设置具有整流特性的元件。使用粘合树脂395将包括元件形成层385和存储元件部分375的基板附着 于基板396上。通过树脂395中所包含的导电性细颗粒394，元件形成层385 和导电层393彼此电连接。或者，可以用导电性的粘合剂(比如银膏、铜膏、 或碳膏)或者通过焊接接合，将包括元件形成层385和存储元件部分375的基 板附着于带有充当天线的导电层393的基板396。由此，可以形成带有存储器件和天线的半导体器件。另外，在本实施方式
中，通过在基板上形成薄膜晶体管，便可以提供元件形成层。或者，半导体基 板(比如硅基板)被用作基板，并且通过在基板上形成场效应晶体管，便可以 提供元件形成层。此外，SOI基板可以被用作基板，并且元件形成层可以形成于其上。在这种情况下，通过附着晶片或者通过使用被称为SIMOX的方法(其中通过将氧离子注入到硅基板中，便在基板内部形成了绝缘层)，便可以形成SOI基板。另外，在带有充当天线的导电层的基板上，可以设置存储元件。此外，可 以提供连接着晶体管的传感器。注意到，本实施方式可以与上述各实施方式自由组合。此外，本实施方式 中所制造的半导体器件可以通过己知的分离步骤从上述基板上分离下来并且 被附着于柔性基板上，该柔性基板将要被设置在柔性基质上。然后，便可以获得具有柔韧性的半导体器件。该柔性基质对应于由聚丙烯、聚酯、乙烯树脂、 聚氟乙烯、聚氯乙烯等制成的膜；由纤维材料制成的纸张；由基膜(聚酯、聚 酰胺、无机气相沉积膜、纸张等)和粘性合成树脂膜(丙烯酸基合成树脂、环 氧树脂基合成树脂等)构成的层叠膜。通过热压键合，使这些膜经受热处理和 压力处理。该层最外面上所设置的粘合层或者其最外层上所设置的层(非粘合 层)经热处理便熔化了并且接下来被加压，使得这些膜被附着。粘合层可以被 设置在上述基质上或者可能不设置该层。粘合层对应于含粘合剂(比如热固性 树脂、UV固化树脂、环氧树脂基粘合剂以及树脂添加剂)的层。使用本发明的存储元件的情况下，存储元件的特征(比如写入电压)是稳 定不变的。结果，在每一个元件中都可以正常进行写入。另外，因为无机绝缘 体和有机化合物的混合层的隧道电流改善了载流子注入特征，所以可以增大绝缘层的厚度。因此，可以防止初始状态时在电传导之前存储元件有短路这样的 故障。结果，可以高产量地提供高度可靠的存储器件和半导体器件。(实施方式5)在本实施方式中，将描述在具有上述结构的半导体器件中的数据读取或写入。向具有上述结构的半导体器件写入数据可以通过电动作来执行。下文将描38
述通过施加电动作来执行的数据写入(参照图3)。当通过电动作执行写入数据时，存储单元721中的一个单元被行解码器724a、列解码器726a和选择器726c选中，然后，利用写入电路将数据写入存 储单元721。具体来讲，可选择性地将高电压施加到所期望的部分中的有机化 合物层752，并且馈入大量电流，使得第一导电层751b和第二导电层753b被短路。短路部分的电阻比其它部分的电阻小很多。由此，通过加电动作，写入数 据便通过利用这两个导电层之间的电阻中的电荷来执行。例如，在未加电动作 的绝缘层被用作数据"0"的情况下，当写入数据"1"时，可选择性地将高电 压施加到所期望的部分中的绝缘层，并且馈入大量的电流以引起短路和减小电阻。接下来，将描述从存储单元中读取数据时的操作(参照图9)。此处，读 取电路726b包括电阻元件746和检测放大器747。然而，读取电路726b并不 限于上述结构，并且读取电路还可以具有任何结构。通过将电压施加于第一导电层751b和第二导电层753b之间并且读取有机 化合物层752的电阻，便执行了数据读出。(参照图2A到2C。)例如，在通 过上述电动作而写入数据的情况下，未加电动作时的电阻值Ral和加了电动作 以使两个导电层短路时的电阻值Rbl，满足Ral〉Rbl。通过电读取电阻值的这 种差值，便执行了读取数据。例如，在存储单元阵列722中所包括的多个存储单元721中，读取位于第 x列和第y行的存储单元721的数据。在这种情况下，首先，行解码器724a、 列解码器726a和选择器726c选择了第x列中的位线Bx以及第y行中的字线 Wy。然后，存储单元721中所包括的绝缘层以及电阻元件746处于串联这样一 种状态。由此，当电压施加于两个串联电阻元件的相反两端上时，根据有机化 合物层752的电阻值Ra或Rb来划分节点a的电位。节点a的电位被提供到检 测放大器747。在检测放大器747中，判断包含了信息"0"和"1"中的哪一 个。之后，经检测放大器747判断过的含信息"0"或"1"的信号被提供到外 部。根据上述方法，从利用电阻值之差和电阻偏差的电压值中读取绝缘层的电
阻状态。然而，可以使用对电流值进行比较的方法。例如，该方法利用了未 向绝缘层加电动作时的电流值Ial以及向绝缘层加电动作以使两个导电层被短 路时的电流值Ibl满足IaKIbl。由此，通过电读取电流值之差，便可以执行读取数据。具有上述结构的存储元件以及配有该存储元件的半导体器件都是非易失性存储器；因此，不需要内建一个用于保持数据的电池，并且可以提供尺寸紧 凑、体积薄且重量轻的半导体器件。此外，通过使用上述实施方式中所用的绝 缘材料作为绝缘层，虽然写入数据(再次)是可能的，但是重写数据无法被执 行。相应地，可以防伪并且还可以提供确保安全的半导体器件。注意到，在本实施方式中，作为示例，描述了结构简单且具有无源矩阵存 储电路的存储元件以及具有存储元件的半导体器件。然而，即使在使用有源矩 阵存储电路的情况下，也可以以相似的方式写入或读取数据。此处，对于有源矩阵结构，将参照附图14A和14B来描述通过电动作从存 储元件中读取数据的特定示例。图14A示出了当数据"0"被写入存储元件部分时存储元件部分的电流-电 压特征951;当数据"1"被写入时存储元件部分的电流-电压特征952;以及电 阻元件246的电流-电压特征953。此处，示出了将晶体管用于电阻元件246的 情形。此外，将描述当读取数据时在第一导电层243和第二导电层245之间加 3V工作电压的情形。在图14A和14B中，在具有向其写入数据"0"的存储元件部分的存储单 元中，存储元件部分的电流-电压特征951与晶体管的电流-电压特征953的相 交点是工作点，并且此时节点a的电位是V1(V)。节点a的电位被提供给检测 放大器247。在检测放大器247中，存储单元中所存储的数据被识别为"0"。同时，在具有向其写入数据"1"的存储元件部分的存储单元中，存储元 件部分的电流-电压特征952与晶体管的电流-电压特征953的相交点是工作点， 并且此时节点a的电位是V2 (V) (V1>V2)。节点a的电位被提供给检测放大器 247。在检测放大器247中，存储单元中所存储的数据被识别为"1"。由此，通过读取根据存储元件部分241的电阻值而偏离的电位，便可以识 别出存储单元中所存储的数据。
注意到，本实施方式可以与上述实施方式所示的存储元件以及带有这种存 储元件的半导体器件的任何结构自由组合。(实施方式6)下面将参照图12A和12B来解释本实施方式的半导体器件的结构。如图 12A所示，本发明的半导体器件20具有在不接触的情况下进行数据交互的功能并且还具有电源电路ll;时钟发生电路12;数据解调/调制电路13;用于控 制其它电路的控制电路14;接口电路15;存储电路16;数据总线17;天线(天 线线圈)18;传感器21;以及传感器电路22。电源电路11基于从天线18处输入的交流电信号，产生将要提供给半导体器件20中的每一个电路的各种电源。在时钟发生电路12中，根据从天线18 处输入的AC信号，产生将要提供给半导体器件20中的每一个电路的各种时钟 信号。数据解调/调制电路13具有对用读取器/记录器19传输的数据进行解调/ 调制的功能。控制电路14具有用于控制存储电路16的功能。天线18具有发 射/接收电磁场或无线电波的功能。读取器/记录器19与半导体器件进行通信并 且控制该半导体器件，并且处理该半导体器件的数据。注意到，半导体器件的 配置并不限于上述的那一种，还可以提供其它元件(比如电源电压的限幅电路 以及专用于加密的硬件)。存储电路16具有存储元件，其中绝缘层或相变层插入在一对导电层之间。 注意到，存储电路16可能只具有将绝缘层或相变层插入在一对导电层之间的 存储元件，或者可能具有另一种带有不同结构的存储电路。具有不同配置的存 储电路对应于下列的一种或多种DRAM， SRAM， FeRAM，掩模ROM， PROM， EPROM， EEPROM，以及闪存。传感器21是利用下列半导体器件构成的电阻元件，电容耦合元件，电 感耦合元件，光电元件，光电转换元件，温差电动势元件，晶体管，热敏电阻器，和二极管。传感器电路22检测阻抗、电抗、电感、电压、或电流等方面 的变化，并且执行模数(A/0)转换以将信号输出到控制电路14。(实施方式7)
根据本发明，可以形成充当处理器芯片(也被称为无线芯片、无线处理器、 无线存储器和无线标签)的半导体器件。本发明的半导体器件的用途范围很广。 例如，本发明的半导体器件可以用于设置在纸币、硬币、证券、证书、不记名 债券、包装容器、文档、记录介质、个人物品、交通工具、食品、服装、卫生 用品、生活用品、药品、电子设备等。纸币和硬币都是在市场上流通的货币并且包括在某一区域内像钱币那样 使用的货币(代金券)、纪念币等。证券是指支票、股票、期票等，它们可以 带有处理器芯片90 (参照图13A)。证书是指驾驶证、居住证等，它们也可以带有处理器芯片91 (参照图13B)。交通工具是指类似于自行车的有轮子的车 辆、船以及其它等等，它们可以带有处理器芯片96 (图13C)。不记名债券是 指邮票、米优惠券、各种商品优惠券等。包装容器是指用于盒饭的包装纸、塑 料瓶等，它们可以带有处理器芯片93 (参照图13D)。文档是指书籍、账册等， 它们可以带有处理器芯片94 (参照图13E)。记录介质是指DVD软件、录像 带等，它们可以带有处理器芯片95 (参照图13F)。个人物品是指包、眼镜等， 它们可以带有处理器芯片97 (参照图13G)。食品是指可吃的、饮料等。服装 是指衣服、鞋类等。卫生物品是指医疗器械、卫生用品等。生活用品是指家具、 照明装置等。药品是指医疗产品、杀虫剂等。电子设备是指液晶显示器件、EL 显示器件、电视设备(电视机或平面电视机)、手机等。通过将本发明的半导体器件安装到印刷基板上、将该器件粘到表面上、或 将该器件嵌入产品中，便将本发明的半导体器件固定到产品上。例如，该半导 体器件可以嵌入书的纸张中，或者嵌入利用有机树脂构成的封装的有机树脂 中。因为本发明的半导体器件可以小、薄且轻的方式实现，所以在将该半导体 器件固定到产品上之后并不影响产品的设计。通过将本发明的半导体器件设置 到纸币、硬币、债券、不记名债券、证书等，便可以提供证明功能。另外，通 过将本发明的半导体器件设置到包装容器、记录介质、物品、食品、衣服、生 活用品、电子设备等，便可以有效地执行像检查系统这样的系统。接下来，将参照附图来描述带有本发明的半导体器件的电子设备的示例。 此处所示的电子设备是手机，它包括框体2700和2706、面板2701、外壳2702、 印刷引线板2703、操作开关2704和电池2705 (参照图12B)。面板2701以可
拆卸方式组合在外壳2702之内，并且外壳2702适合于印刷引线板2703的安 装。根据组合面板2701的电子设备，可以在形状和尺寸方面适当地改变外壳 2702。封装后的多个半导体器件安装在印刷引线板2703上。本发明的半导体 器件可以用作所述多个半导体器件之一。印刷引线板2703上所安装的多个半 导体器件具有下列各部件的任何功能控制器，中央处理单元(CPU)，存储器，电源电路，音频处理电路，发射/接收电路等。面板2701通过连接膜2708而连接着印刷引线板2703。面板2701、外壳 2702和印刷引线板2703与操作按钮2704和电池2705 —起被装入外壳2700和 2706中。面板2701中所包括的像素区域2709被安排成能通过外壳2700中所 设置的开口窗口用眼睛识别得出。如上所述，本发明的半导体器件是小、薄且轻的，因此，电子设备的外壳 2700和2706内部的有限空间可以得到有效利用。另外，因为本发明的半导体器件包括具有简单结构的存储元件，其中绝缘 层被插入一对导电层之间，所以便可以提供使用便宜的半导体器件的电子设 备。另外，因为本发明的半导体器件可以很容易高度集成，所以可以提供使用 带高容量存储电路的半导体器件的电子设备。另外，根据本发明的半导体器件中的存储器件是非易碎性的并且是可记录 的，并且通过电动作将数据写入存储器件。相应地，在将新数据添加到存储器 件的同时，还可以禁止因重写而导致的伪造。相应地，便可以提供利用高性能 和高数值附加半导体器件的电子设备。注意到，外壳2700和2706可以手机外部的示例来显示，并且本实施方式 的电子设备可以根据其功能和预期目的作各种改变。(实施方式8)在本实施方式中，将描述在具有上述结构的半导体器件中读取或写入数据。图18A示出了本发明的半导体器件结构的示例。半导体器件包括存储单元阵列1722，其中存储单元1721排列成矩阵；具有读取和写入电路的电路 1726;解码器1724;以及解码器1723。注意到，此处所示的存储器件1716的
结构仅是一个示例，并且半导体器件可以包括其它电路，比如检测放大器、输 出电路、缓冲器以及与外部进行通信的接口。存储单元1721包括第一导电层，它连接着位线BX (l《X《m);第二 导电层，它连接着字线Wy(1《y《n);以及绝缘层。绝缘层在第一导电层和 第二导电层之间具有单层结构或堆叠的层结构。参照图18A和19C，解释了在无源矩阵型存储器件的存储元件中实现数据 写入时的操作。数据是通过光动作或电动作来写入的。首先，描述通过电动作 来写入数据的情形。注意到，写入是通过改变存储单元的电特征来执行的，并 且存储单元的初始状态(没有电动作的状态)是数据"0"，而电特征发生变化的状态是数据"1"。在将数据"1"写入存储单元1721的情况下，首先，解码器1723和1724 以及选择器1725选择了存储单元1721。具体来讲，将预定电压V2加到字线 W3，该字线W3通过解码器1724连接着存储单元1721。连接着存储单元1721 的位线B3通过解码器1723和选择器1725而连接着电路1726。然后，写入电 压VI从电路1726输出到位线B3。由此，在存储单元1721所包括的第一导电 层和第二导电层之间，施加了电位(电压)Vw = VI -V2。通过适当选择电位 Vw，使得设置在导电层之间的绝缘层发生物理或电学变化，从而写入数据"l"。 具体来讲，关于读出工作电压，在数据"1"状态中的第一和第二导电层之间 的电阻可能比数据"0"的状态要低很多。例如，电压(V1， V2)可以从范围(0 V, 5 15 V)或范围(3 5 V, -12 -2 V)中任意选择。电位Vw可以是5 15 V或-5 -15 V。注意到，控制未被选择的字线和未被选择的位线，使得数据"1"不被写 入与未被选择的字线和位线相连接的存储单元。例如，可以使未被选择的字线 和未被选择的位线进入浮置状态。 一个存储单元中所包括的第一和第二导电层 之间的部分要求具有能确保选择性的特征(比如二极管特征)。另一方面，在向存储单元1721写入数据"0"的情况下，不需要将电动作 加到存储单元1721上。在电路操作中，解码器1723和1724以及选择器1725 按照与写入数据"1"的情形相同的方式来选择存储单元1721。然后，从电路 1726到位线B3的输出电位可以被设置成基本上等于所选字线W3的电位或所 选字线的电位，并且可以在存储单元1721所包括的第一导电层和第二导电层之间施加不改变存储单元1721的电学特征的电压(例如，-5 5V)。接下来，将描述通过光动作写入数据的情况。在这种情况下，第二导电层 需要透射激光。用来自具有透光性的导电层那一侧的激光来照射绝缘层。此处， 用激光选择性地照射所期望部分中的绝缘层以破坏该绝缘层。被破坏的绝缘层 是绝缘的，因此，与其它部分相比，其电阻显著增大。通过利用激光照射可改 变两个导电层(设置这两个导电层是为了插入绝缘层)之间的电阻的现象，便 可写入数据。例如，在未用激光照射的绝缘层被用于"0"的情况下，当写入 数据"1"时，用激光选择性地照射所期望的部分中的绝缘层并破坏它以增大 电阻。当掺有化合物(该化合物通过吸收光而产生酸，被称为光子酸生成剂)的 共轭聚合物所构成的绝缘层被激光照射时，被照射的部分具有高导电性，而非 照射的部分不具有导电性。因此，通过用激光选择性地照射期望部分中的绝缘 层，便利用该绝缘层的电阻变化来写入数据。例如，在未用激光照射的绝缘层 被用于"0"的情况下，当写入数据"1"时，用激光选择性地照射所期望的部 分中的绝缘层以增大电阻。本发明的结构(其中通过激光照射来写入数据)使得有可能很容易地制造 许多存储器件。由此，可以低成本地提供存储器件和半导体器件。下文解释了从无源矩阵型存储器件的存储元件中读出数据的操作(参照图 18A至U 18C)。通过利用在具有数据"0"的存储单元和具有数据"1"的存储 单元之间第一和第二导电层之间的电学特征差异，便可进行数据读出。例如， 下文所描述的一种用于读出数据的方法，该方法利用了下列情形中的电阻差 具有数据"0"的存储单元所包括的第一和第二导电层之间的有效电阻(下文 中简称为存储单元的电阻)在读取电压下是RO，而具有数据"1"的存储单元 的电阻在读取电压下是R1。注意到，满足RK〈R0。对于读取/写入电路的读出 部分的结构而言，可以使用图18B所示的利用电阻元件1746和差分放大器1747 的电路1726。电阻元件1746具有电阻值Rr(RK Rr< RO)。也可以使用晶体管 1748来替代电阻元件1746，并且可以使用时钟控制反相器1749来替代差分放 大器(图18C)。信号4)或反信号4)(在执行读取时它是Hi，在不执行读取时
它是Lo)被输入到时钟控制反相器1749。当然，电路结构并不限于图18A到 18C的那样。在从存储单元1721中读取数据的情况下，首先，解码器1723和1724以 及选择器1725选择存储单元1721。具体来讲，预定的电压Vy被加到字线Wy 上，该字线Wy通过解码器1724连接着存储单元1721。连接着存储单元1721 的位线Bx通过解码器1723和选择器1725而连接着电路1726的端子P。结果， 端子P的电位Vp是由电阻元件1746 (电阻值Rr)和存储单元1721 (电阻值 R0或Rl)的电阻分配而确定的值。因此，在存储单元1721具有数据"0"的 情况下，满足Vp0 = Vy+(V0-Vy)*R0/(R0+Rr)。同时，在存储单元1721具有数 据"1"的情况下，满足Vpl = Vy+(V0-Vy)*Rl/(Rl+Rr)。结果，通过选择Vref 以使其介于图18B的Vp0和Vpl之间；并且通过选择时钟控制反相器的变化 点以使其介于图18C的Vp0和Vpl之间，便可以根据数据"0" 将Lo/Hi(或Hi/Lo)作为输出电位Vout给予输出从而实现读取。例如，在Vdd是3 V、 Vy被设为0 V、 V0被设为3 V、且Vref被设为1.5 V的情况下，差分放大器工作。如果满足R0/Rr二Rr/Rl二9，则当存储单元具 有数据"0"时，则VpO变为2.7V且Hi作为Vout被输出。当存储单元具有数 据"1"时，则Vpl变为0.3 V且Lo作为Vout被输出。这样，就可以从存储 单元中进行读取。根据上述方法，利用电阻值和电阻分配的差异，从电压值中读出绝缘层的 电阻状态。当然，读出方法并不限于此。例如，通过利用电流值的差异，而非 利用电阻的差异，便可以读出电阻的状态。此外，当存储单元的电学特征具有 二极管特性(其中阈值电压在数据"0"和数据"1"之间不相同)时，可以利 用阈值电压的差异读出绝缘层的电阻的状态。下文解释了在有源矩阵型存储器件的存储元件中实现数据写入的操作(参 照图19A到19C)。图19A到19C示出了本实施方式所示的存储器件的一个结构示例，它包括 存储单元阵列1232，其中存储单元1231按矩阵来设置；电路1226;解码器1224; 以及解码器1223。电路1226具有读取电路和写入电路。注意到，此处所示存 储器件1217的结构仅是一个示例，并且该存储器件可以包括其它电路，比如
检测放大器、输出电路、缓冲器以及与外部进行通信的接口。存储单元1231具有第一引线，它连接着位线Bx(l《x《m);第二引线， 它连接着字线Wy (1《y《n);晶体管1210a;以及存储元件1215b。存储元件 1215b具有一种结构，其中绝缘层被插入一对导电层之间。晶体管的栅极电极 连接着字线。源极电极或漏极电极连接着位线，其它电极连接着存储单元所包 括的两个端子之一。存储单元的另一个端子连接着公共电极(电位，Vcom)。首先，将描述通过电动作写入数据的操作。注意到，写入是通过改变存储 单元的电学特征来进行的，并且存储单元的初始状态(没有电动作的状态)是 数据"o"，电学特征发生变化的状态是数据"1"。此处，将描述在第n行和第m列中将数据写入存储单元1231的情形，首 先，由解码器1223和1224以及选择器1225选择存储单元1231。具体来讲， 将预定的电压V22加到字线Wn，该字线Wn通过解码器1224连接着存储单元 1231。另外，连接着存储单元1231的位线Bm通过解码器1223和选择器1225 来连接着具有读出电路和写入电路的电路1226。然后，写入电压V21从电路 1226输出到位线B3。采用这种方式，存储单元所包括的晶体管1210a被导通，存储元件1215b 电连接着位线以施加电位(电压)Vw (它大约等于Vcom - V21)。注意到， 存储元件1215b的电极之一连接着其电位为Vcom的公共电极。通过恰当选择 电位Vw便使导电层之间设置的绝缘层发生物理或电学改变，从而写入数据 "1"。具体来讲，在读出操作的电压中，在数据"1"的状态中第一导电层和 第二导电层之间的电阻最好比数据"0"的状态要低，或者第一导电层和第二 导电层可以简单地短路。注意到，电位V21可以从5到15V中恰当选择，电位 V22可以从5到15 V中恰当选择，并且电位Vcom可以是0 V。或者，电位 V21可以从-12到0V中恰当选择，电位V22可以从-12到0V中恰当选择，并 且电位Vcom可以从3到5 V中恰当选择。电位Vw可以是5到15 V或-5至(J-15 V。注意到，控制未被选择的字线和未被选择的位线，使得数据"1"不被写 入与未被选择的字线和位线相连接的存储单元。具体来讲，电位(比如0 V， 连接着未被选择的字线的存储单元的晶体管因该电位而截止)可以被加到未被
选择的字线，而未被选择的位线可以进入浮置状态或被加上大约等于Vcom的 电位。另一方面，在将数据"0"写入存储单元1231的情况下，不需要将电动作 加到存储单元1231上。在电路操作中，例如，解码器1223和1224以及选择 器1225按照与写入数据"1"的情形相同的方式来选择存储单元1231，尽管从 电路1226到位线B3的输出电位被设为大约等于Vcom，或者使位线B3进入 浮置状态。结果，向存储元件1215b施加低电位(例如，-5 5V)或不加电压 (电位)；因此，电学特征并不改变并且数据"0"的写入得以实现。接下来，将描述通过光动作来写入数据的操作。在这种情况下，用激光照 射设备从具有透光性的导电层那一侧，用激光照射绝缘层。该激光照射设备可 以与参照图8A到8C所描述的无源矩阵存储器件所使用的设备相同。在将有机化合物材料用于绝缘层的情况下，对绝缘层进行氧化或碳化以待 通过激光照射变得绝缘。然后，用激光照射的存储元件的阻抗值增大，而未被 激光照射的存储元件的阻抗值并不改变。当掺有光子酸生成剂的共轭聚合物被 用作绝缘层并且用激光对其进行照射时，该绝缘层具有导电性。因此，用激光 照射的存储元件具有导电性，而未被激光照射的存储元件不具有导电性。接下来，将描述通过电动作读取数据的操作。此处，电路1226具有一种包括电阻元件1246和差分放大器1247的结构。 然而，电路1226的结构并不限于上述结构，还可以使用任何结构。接下来，将描述在有源矩阵存储器件中通过电动作读取数据的操作。通过 利用存储元件1215b的电学特征(这些电学特征在具有数据"0"的存储单元 和具有数据"1"的存储单元之间是不同的)，来进行数据的读取。例如，在 构成具有数据"0"的存储单元的存储元件的电阻在读取电压下是RO且构成具 有数据"1"的存储单元的存储元件的电阻在读取电压下是R1的条件下，将描 述一种利用电阻差来读取数据的方法。注意到，满足RK〈R0。对于读取/写入 电路的读出部分的结构而言，可以使用图19B所示的电阻元件1246和差分放 大器1247的电路1226。电阻元件具有阻抗值Rr，其中满足Rl < Rr < R0。还 有可能使用晶体管1249来替代电阻元件1246，可以使用时钟控制反相器1248 来替代差分放大器(图19C)。当然，电路结构并不限于图19A到19C的那样。 在从第x行和第y列中的存储单元1231中读取数据的情况下，首先，解 码器1223和1224以及选择器1225选择存储单元1231。具体来讲，预定的电 压V24被加到字线Wy上，该字线Wy通过解码器1224连接着存储单元1231 以导通晶体管1210a。另外，连接着存储单元1231的位线Bx通过解码器1223 和选择器1225而连接着电路1226的端子P。结果，端子P的电位Vp是由电 阻元件1246 (电阻值Rr)和存储单元1215b (电阻值R0或R1)的电阻分配 Vcom和VO而确定的值。因此，在存储单元1231具有数据"O"的情况下，满 足VpO = Vcom+(VO-Vcom)*RO/(RO+Rr)。同时，在存储单元1231具有数据"1" 的情况下，满足Vpl = Vcom+(VO-Vcom)*Rl/(Rl+Rr)。结果，通过选择Vref以 使其介于图19B的VpO和Vpl之间；并且通过选择时钟控制反相器的变化点 以使其介于图19C的VpO和Vpl之间，便可以根据数据"0"/"l"将Lo/Hi(或 Hi/Lo)作为输出电位Vout给予输出从而实现读取。例如，假定差分放大器工作在Vdd是3 V、 Vcom被设为OV、 VO被设为 3 V、且Vref被设为1.5 V的情况下。如果满足R0/Rr = Rr/Rl = 9且晶体管1210a 的导通阻抗可以忽略，则当存储单元具有数据"0"时，在VpO二2.7V的情况 下m作为Vout被输出，或者当存储单元具有数据"1"时，在Vpl二0.3V的 情况下Lo作为Vout被输出。这样，可以执行从存储单元中进行读取。根据上述方法，利用存储元件1215b的电阻值和电阻分配的差异，执行从 电压值中的读出。当然，读出方法并不限于此。例如，通过利用电流值的差异， 而非利用电阻的差异，便可以实现读出。此外，当存储单元的电学特征具有二 极管特性(其中阈值电压在数据"0"和数据"1"之间不相同)时，可以利用 闳值电压的差异实现读出。具有上述结构的存储元件以及配有该存储元件的存储器件都是非易失性 存储器；因此，不需要内建一个用于保持数据的电池，并且可以提供尺寸紧凑、 薄且重量轻的存储器件和半导体器件。此外，通过使用上述实施方式中所用的 绝缘材料作为绝缘层，虽然写入数据(再次)是可能的，但是重写数据无法被 执行。相应地，可以防伪并且还可以提供确保安全的存储器件和半导体器件。注意到，本实施方式可以通过将上述各实施方式所示的存储元件的结构、 存储器件以及含该存储元件的半导体器件自由组合来执行。
权利要求
1.一种具有存储元件的半导体器件，所述存储元件包括含绝缘体的第一导电层；形成于所述第一导电层上的有机化合物层；以及形成于所述有机化合物层上的第二导电层。
2. —种具有存储元件的半导体器件，所述存储元件包括 第一导电层；形成于所述第一导电层上的有机化合物层；以及 含绝缘体且形成于所述有机化合物层上的第二导电层。
3. —种具有存储元件的半导体器件，所述存储元件包括 含第一绝缘体的第一导电层；形成于所述第一导电层上的有机化合物层；以及 含第二绝缘体且形成于所述有机化合物层上的第二导电层。
4. 如权利要求1到3中任一项所述的半导体器件，其特征在于，在向所述存 储元件施加电动作从而写入数据之后，所述第一导电层和所述第二导电层彼此部分 接触。
5. 如权利要求1到3中任一项所述的半导体器件，其特征在于，在向所述存 储元件施加电动作从而写入数据之后，所述有机化合物层的厚度发生变化。
6. —种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成含绝缘体的第一导电层； 在所述第一导电层上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成第二导电层。
7. —种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；在所述第一导电层上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成含绝缘体的第二导电层。
8. —种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成含第一绝缘体的第一导电层； 在所述第一导电层上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层。
9. 一种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；通过向所述第一导电层添加绝缘体从而在所述第一导电层中形成绝缘体混合区域；在所述绝缘体混合区域上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成第二导电层。
10. —种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；通过修改所述第一导电层的一部分表面从而在所述第一导电层中形成绝缘体 混合区域；在所述绝缘体混合区域上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成第二导电层。
11. 一种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；向所述第一导电层添加金属元素或半导体元素；通过使所述金属元素或半导体元素氧化，在所述第一导电层中形成绝缘体混 合区域；在所述绝缘体混合区域上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成第二导电层。
12. —种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；通过向所述第一导电层添加第一绝缘体从而在所述第一导电层中形成含第一 绝缘体的区域；在所述区域上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层。
13. —种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；通过修改所述第一导电层的一部分表面，在所述第一导电层中形成含第一绝 缘体的区域；在所述区域上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层。
14. 一种用于制造具有存储元件的半导体的方法，包括 形成第一导电层；向所述第一导电层添加金属元素或半导体元素；通过使所述金属元素或半导体元素氧化，在所述第一导电层中形成含第一绝 缘体的区域；在所述区域上形成有机化合物层；以及 在所述有机化合物层上形成含第二绝缘体的第二导电层。
全文摘要
本发明的目的是提供一种可以低成本、高产量地制造高性能、高可靠性的半导体器件的技术。根据本发明的存储器件包括含多个绝缘体的第一导电层；有机化合物层，该层位于上述含绝缘体的第一导电层之上；以及第二导电层，该层位于有机化合物层之上。
文档编号H01L27/28GK101167189SQ20068001461
公开日2008年4月23日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年4月27日
发明者大泽信晴, 山崎舜平, 川俣郁子, 汤川干央, 浅见良信 申请人:株式会社半导体能源研究所