專利名稱：存儲(chǔ)元件以及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及存儲(chǔ)元件以及具有該存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件。
技術(shù)背景近年來，具有集成在絕緣表面上的多個(gè)電路并具有各種功能的半導(dǎo)體 裝置已被開發(fā)出來。此外，也開發(fā)出了可通過所設(shè)天線來執(zhí)行無線數(shù)據(jù)發(fā) 射/接收的半導(dǎo)體器件。這種半導(dǎo)體器件被稱為無線芯片(也稱為ID標(biāo)簽、IC標(biāo)簽、IC芯片、RF (射頻)標(biāo)簽、無線標(biāo)簽、電子標(biāo)簽、RFID (射頻 識別)標(biāo)簽)，并且已被引入一部分市場。目前，許多已投入實(shí)用的這些半導(dǎo)體器件包括使用Si等半導(dǎo)體襯底的 電路(也稱為IC (集成電路)芯片)和天線，并且該IC芯片包括存儲(chǔ)電路 (也稱為存儲(chǔ)器)或控制電路等。特別是，通過設(shè)置能夠存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)電路，有可能提供性能更高且附加價(jià)值高的半導(dǎo)體器件。另外，這些 半導(dǎo)體器件被要求以低成本制造。近年來，對將有機(jī)化合物用于控制電路、 存儲(chǔ)電路等的有機(jī)薄膜晶體管(下文中也稱為"有機(jī)TFT")、有機(jī)存儲(chǔ)器 等的開發(fā)也已有了積極的進(jìn)展(例如，參見專利文獻(xiàn)l:日本公開專利申請 No. 2002-26277)。發(fā)明內(nèi)容就用作有機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)器部分的存儲(chǔ)元件而論，有機(jī)化合物層被設(shè)置在 一對電極之間。當(dāng)存儲(chǔ)元件被實(shí)際制造和操作時(shí)，在一些情形中，顯示異常性 態(tài)或者各個(gè)元件甚至在存儲(chǔ)元件具有相同結(jié)構(gòu)的情形中在寫入性態(tài)(電流-電 壓特性之類)中出現(xiàn)變化。例如，圖1A和1B各自示出其中第一導(dǎo)電層、有 機(jī)化合物層、和第二導(dǎo)電層依次層疊的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。注意，厚 度為100nm的鈦、厚度為8nm的4,4'-雙[N-(l-萘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯(縮寫NPB)、以及厚度為200nm的鋁被分別用作第一導(dǎo)電層、有機(jī)化合物層、和第 二導(dǎo)電層。圖lA示出大小為20^imx20pm (下文中稱為2(Him見方)的存儲(chǔ) 元件的電流-電壓特性，而圖1B示出大小為10pmxlOMm (下文中稱為10pm 見方)的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。假設(shè)，每個(gè)樣本數(shù)n為2，且采用持續(xù)改 變所施加電壓的掃掠法作為一種施加電壓的方法。注意，在此，電流量的測量 限值被設(shè)置為100mA。在圖1A所示的存儲(chǔ)元件中，當(dāng)電壓約為7V左右時(shí)電流量迅速增加。當(dāng) 電極之間發(fā)生完全短路時(shí)電流量應(yīng)是預(yù)定量100mA;然而，當(dāng)電壓大于或等于 7V時(shí)電流量小于或等于100mA。換言之，可謂不執(zhí)行完全寫入。另一方面， 在圖1B所示的存儲(chǔ)元件中，兩個(gè)樣本的測量結(jié)果大為不同。在一存儲(chǔ)元件中， 電流量在約為2V的電壓上變化很大，達(dá)到作為測量限值的預(yù)定量100mA。.換 言之，在約2V時(shí)電極之間發(fā)生了短路。然而，在另一存儲(chǔ)元件中，電流量在 約8V電壓上變化很大，沒有達(dá)到預(yù)定量100mA。因此，這些元件的可靠性對 要用作存儲(chǔ)元件而言變得較差。此外，當(dāng)存儲(chǔ)元件被用作存儲(chǔ)器件之類時(shí)，在許多情形中安裝了多個(gè)存儲(chǔ) 元件。在這種情形中，當(dāng)每個(gè)元件中的存儲(chǔ)元件不同時(shí)，有必要將存儲(chǔ)元件的 電壓調(diào)節(jié)到在執(zhí)行寫操作時(shí)需要最高寫入電壓的存儲(chǔ)元件的電壓；由此，增加 了功耗。此外，當(dāng)在各個(gè)元件中性態(tài)不同時(shí)，就無法獲得高度可靠的存儲(chǔ)器件 了。鑒于以上問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)中的變化。 此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是獲取在性能和可靠性方面優(yōu)越的存儲(chǔ)器件以及設(shè) 置有該存儲(chǔ)器件的半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，存儲(chǔ)元件包括第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合 物層、以及第二導(dǎo)電層。半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電 層之間，并且半導(dǎo)體層被形成為與第一導(dǎo)電層或第二導(dǎo)電層相接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，存儲(chǔ)元件包括第一導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體層、有 機(jī)化合物層、第二半導(dǎo)體層以及第二導(dǎo)電層。第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層和 有機(jī)化合物層夾在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間，并且第一半導(dǎo)體層和第二半 導(dǎo)體層各自被形成為與第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層相接觸。 在以上結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層還可以是不連續(xù)層而不限于連續(xù)層，其還可以是 帶狀或網(wǎng)狀。此外，半導(dǎo)體層還可具有凹陷和凸起。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)特征，存儲(chǔ)元件包括第一導(dǎo)電層、顆粒、有機(jī)化合物 層、以及第二導(dǎo)電層。顆粒和有機(jī)化合物層夾在第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間， 并且顆粒與第一導(dǎo)電層相接觸且也是由半導(dǎo)體形成的。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)特征，存儲(chǔ)元件包括第一導(dǎo)電層、顆粒、有機(jī)化合物 層、以及第二導(dǎo)電層。顆粒和有機(jī)化合物層夾在第一導(dǎo)電層與第二導(dǎo)電層之間， 并且顆粒與第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之一相接觸且也是由半導(dǎo)體形成的。在以上存儲(chǔ)元件中，也可將二極管連接到第一導(dǎo)電層或第二導(dǎo)電層。在以上存儲(chǔ)元件中，有機(jī)化合物層也可具有絕緣體。本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的有機(jī)化合物層使用電子傳輸材料或空穴傳輸材料形 成。此外，電特性根據(jù)施加到存儲(chǔ)元件的電壓而改變，并且數(shù)據(jù)被寫入其中。 作為電特性的一個(gè)示例，存在電阻，并且變成一對的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層 的一部分在寫入時(shí)被連接，即短路連接(下文中也稱為"短路")；因此，電 阻發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)特征，半導(dǎo)體器件包括排列成矩陣的多個(gè)以上存儲(chǔ)元 件。該多個(gè)存儲(chǔ)元件還可各自連接到薄膜晶體管。以上半導(dǎo)體器件還可具有用作通過電路與存儲(chǔ)元件電連接的天線的第三 導(dǎo)電層。寫入電壓并不特別受限制，只要它是根據(jù)施加在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層 之間的電壓改變存儲(chǔ)元件的電特性的電壓即可。在本說明書中，大大改變此存 儲(chǔ)元件的電特性所需的最小施加電壓被稱為寫入電壓。數(shù)據(jù)使用存儲(chǔ)元件電特 性根據(jù)以此方式施加的電壓的改變來寫入。此外，讀取電壓指在讀出電特性由 于寫入操作而關(guān)于初始狀態(tài)的改變時(shí)使用的施加電壓，其并不特別受限制，只 要該電壓不改變存儲(chǔ)元件的電特性即可。此外，在本說明書中，第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層各自也被稱為電極。根據(jù) 本發(fā)明，有可能減小各個(gè)存儲(chǔ)元件的特性中的變化，并獲得在性能和可靠性方 面優(yōu)越的存儲(chǔ)器件以及設(shè)置有該存儲(chǔ)器件的半導(dǎo)體器件。
附圖簡述 在附圖中-圖1A和IB是各自示出存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖；圖2A-2C是各自說明本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖3A和3B是各自說明本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的操作機(jī)制的視圖；圖4A-4C是各自說明本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖5A-5C是各自說明本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖6A-6C是各自說明本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖7A和7B是各自說明包括在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中的存儲(chǔ)單元的視圖;圖8A和8B是各自說明本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖9A-9C是各自說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖10A-10C是各自說明包括在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中的存儲(chǔ)單元的視圖;圖11A-11D是各自說明薄膜晶體管的一種模式的視圖；圖12是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖13A-13C是各自說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示例的視圖；圖14A和14B是各自說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的橫截面部分的視圖；圖15A和15B是各自說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的橫截面部分的視圖；圖16A和16B是各自說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的視圖；圖17A-17D是各自說明本發(fā)明的芯片狀半導(dǎo)體器件的視圖；圖18是向存儲(chǔ)元件施加寫入電壓之后的TEM照片；圖19是示出具有不同元件大小的存儲(chǔ)元件中施加電壓的寫入成功率的曲線圖；圖20A和20B是各自示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖； 圖21是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖； 圖22A和22B是各自示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖； 圖23 A和23B是各自示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖； 圖24是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖； 圖25A和25B是各自示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的施加電壓的寫入成功率的 曲線圖； 圖26 A和26B是各自示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的施加電壓的寫入成功率的 曲線圖；圖27A和27B是各自示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的施加電壓的寫入成功率的 曲線圖；圖28是示出本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性的曲線圖；圖29A-29F是各自說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件裝在其上的制品的視圖；以及圖30是說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件裝在其上的蜂窩電話的視圖。
具體實(shí)施方式
下面，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
將參照附圖給予說明。但是，本發(fā)明并不 限于以下說明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的是本發(fā)明的方式和細(xì)節(jié)可以各 種方法修改而不背離本發(fā)明的宗旨和范圍。因此，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被解釋為被包括 在其中。注意，在本發(fā)明將在以下說明的結(jié)構(gòu)中，標(biāo)示相同部分的參考標(biāo)號在 附圖中通用。(實(shí)施方式l)本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的一結(jié)構(gòu)示例將參照圖2A-2C進(jìn)行說明。圖2A中的存 儲(chǔ)元件具有第一導(dǎo)電層110、半導(dǎo)體層111、有機(jī)化合物層112、以及第二導(dǎo)電 層113。半導(dǎo)體層111和有機(jī)化合物層112夾在第一導(dǎo)電層110和第二導(dǎo)電層 113之間，并且半導(dǎo)體層111在第一導(dǎo)電層111之上形成并與第一導(dǎo)電層111 相接觸。對于第一導(dǎo)電層110和第二導(dǎo)電層113,高度導(dǎo)電的金屬、合金、化合物 等可以單層或疊層結(jié)構(gòu)使用。例如，可給出氧化銦錫(下文中稱為ITO)、含有硅的氧化銦錫、通過 將2至20重量。/。的氧化鋅(ZnO)混合于ITO中用靶形成的氧化銦鋅(IZO) 等。此外，除鈦(Ti)、金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鉤(W)、絡(luò)(Cr)、 鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、或金屬材料的氮 化物(例如氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)、或氮化鉬(MoN))之外， 可給出屬于元素周期表族1或2的金屬，即堿金屬諸如鋰(Li)、銫(Cs) 等，堿土金屬諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)等，包含堿金屬或堿土 金屬的合金(諸如Mg:Ag、 Al:Li)等。此外，也可使用稀土金屬諸如銪(Er)、 鐿(Yb)等，以及包含稀土金屬的合金等。第一導(dǎo)電層110使用蒸鍍法、濺射法、CVD法、印刷法、電解電鍍法、 無電極電鍍法等來形成。第二導(dǎo)電層113可通過蒸鍍法、濺射法、CVD法、印刷法、液滴噴射法 等來形成。注意，液滴噴射法是一種通過從小端口排出含預(yù)定組分的液滴 而形成圖案的方法。有機(jī)化合物層112使用其晶態(tài)、導(dǎo)電性和形狀根據(jù)從外部向其施加的電壓 變化的有機(jī)化合物形成。有機(jī)化合物層112還可設(shè)置成單層或通過由不同有機(jī) 化合物構(gòu)成的層的疊層設(shè)置成多層。注意，有機(jī)化合物層112被形成為其厚度使得存儲(chǔ)元件的電阻根據(jù)從外部 向其施加的電壓而改變。通常有機(jī)化合物層112的厚度為5-100nm，較佳地為 10-60nm。對于半導(dǎo)體層lll，可使用諸如氧化鉬、氧化錫、氧化鉍、硅、氧化釩、 氧化鎳、氧化鋅、鍺化硅、砷化鎵、氮化鎵、氧化銦、磷化銦、氮化銦、硫化 鎘、碲化鎘、或鈦酸鍶的無機(jī)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體層lll的薄膜厚度并不特別受限制，只要其大于或等于O.lnm即可， 且薄膜厚度可薄至例如小于或等于10nm，或者可大于或等于10nm。注意，在 后者情形中，除了設(shè)有半導(dǎo)體層時(shí)的有益效果之外，還有可能防止由于導(dǎo)電層 表面上的細(xì)微凹陷和凸起而在工序期間混入灰塵或者存儲(chǔ)元件短路。半導(dǎo)體層111可使用蒸鍍法、電子束蒸鍍法、濺射法、CVD法等來形成。 或者，半導(dǎo)體層111還可使用旋涂法、溶膠凝膠法、印刷法、液滴噴射法等 作為另一方法來形成，或者以上方法也可與這些方法相組合。此外，有機(jī)化合物層112可使用具有空穴傳輸性質(zhì)或電子傳輸性質(zhì)的有機(jī) 化合物來形成。注意，作為具有空穴傳輸性質(zhì)的有機(jī)化合物，可舉出諸如2,7-二(^咔唑)-螺-9,9'-二芴(簡寫為SFDCz); 4,4，-二[N-(l-萘基)-N-苯基-氨基]-聯(lián)苯(簡寫 為NPB);4,4，-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-聯(lián)苯(簡寫為TPD); 4，4，，4"-三(N,N-二苯基-氨基)-三苯胺(簡寫為TDATA) ; 4,4，，4"-三[N-(3-甲基苯
基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(簡寫為MTDATA);以及N,N，-二[4-[二 (3-甲 基苯基)氨基)苯基]-N，N， -二苯基-[l， 1，-聯(lián)苯]-4,4， -二胺(簡寫為 DNTPD)等的芳族胺化合物(即，具有苯環(huán)一氮鍵的化合物)；諸如酞菁 (簡寫為H2Pc)、銅酞菁(簡寫為CuPc)、氧釩酞菁(簡寫為VOPc)等 的酞菁化合物。這里提到的材料大多具有大于或等于10—6cm2/Vs和小于或 等于l(T2cm2/Vs的空穴遷移率。作為具有高電子傳輸性質(zhì)的有機(jī)化合物，有可能使用由具有喹啉骨架 或者苯并喹啉骨架的金屬配合物等制成的材料，諸如三(8-喹啉醇合) 鋁(簡寫為Alq)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)鋁(簡寫為Almq3) 、 二 (10-羥基苯并[h]-喹啉)鈹(簡寫為BeBq2) 、 二(2-甲基-8-喹啉醇合)-4-苯基 苯酚-鋁(簡寫為BAlq)等。另外，還可以使用具有惡唑系、噻唑系配位體 的金屬配合物等的材料雙[2-(2-羥基苯基)-苯并惡唑]鋅(簡寫為 Zn(BOX)2)、雙[2-(2-羥基苯基)-苯并噻唑]鋅(簡寫為Zn(BTZ)2)等。除 了以上金屬配合物之外，還可舉出2- (4-聯(lián)苯基)-5- (4-叔丁基苯基)-1， 3， 4惡二唑(簡寫為PBD) ; 1， 3-二[5- (p-叔丁基苯基)-1， 3， 4惡二 唑-2-基]苯(簡寫為OXD-7) ; 3- (4-叔丁基苯基)-4-苯基-5- (4-聯(lián)苯基) -1, 2， 4陽三唑(簡寫為TAZ) ; 3- (4-叔丁基苯基)-4- (4-乙基苯基)-5-(4-聯(lián)苯基)-l， 2， 4-三唑(簡寫為p-EtTAZ);紅菲咯啉(簡寫為BPhen); 浴銅靈(簡寫為BCP)等作為具有高電子傳輸性質(zhì)的材料。這里提到的材 料大多具有大于或等于10—6cm2/Vs和小于或等于10—2cm2/Vs的電子遷移率。注意，還可使用其遷移率在以上范圍之外的材料，例如2,3-(4-二苯氨基苯 基)喹喔啉(簡寫為TPAQn)。有機(jī)化合物層112可使用蒸鍍法、電子束蒸鍍法、濺射法、CVD法等來 形成?；蛘撸袡C(jī)化合物層112還可使用旋涂法、溶膠凝膠法、印刷法、液滴 噴射法等作為另一方法來形成，或者以上方法也可與這些方法相組合。此外，作為有機(jī)化合物層112，絕緣體也可混合到具有空穴傳輸性質(zhì)或電 子傳輸性質(zhì)的有機(jī)化合物中。注意，絕緣體不必均勻散布。有機(jī)化合物層112 的表面波度可通過所混合的絕緣體得到改善。因而，由于薄膜的晶化可得到部 分地抑制，因此各存儲(chǔ)元件的性態(tài)中的變化可得到進(jìn)一步的抑制。
注意，作為絕緣體，可使用具有絕緣性質(zhì)的無機(jī)化合物或有機(jī)化合物。例如，作為無機(jī)化合物，可舉出氧化物諸如氧化鋰(Li20)、氧化鈉(Na20)、 氧化鉀(K20)、氧化銣(Rb20)、氧化鈹(BeO)、氧化鎂(MgO)、 氧化轉(zhuǎn)(CaO)、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)等，氟化物諸如氟化鋰 (LiF)、氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氟化銣(RbF)、氟化鈹(BeF2)、 氟化鎂(MgF2)、氟化f丐(CaF2)、氟化鍶(SrF2)、氟化鋇(BaF2)等， 其他具有絕緣性的氮化物、氯化物、溴化物、碘化物、碳酸鹽、硫酸鹽、 或者硝酸鹽等。此外，作為具有絕緣性的有機(jī)化合物，可以使用聚酰亞胺、 丙烯酸聚合物、聚酰胺、苯并環(huán)丁烯類樹脂、聚酯、酚醛清漆樹脂、三聚氰胺 樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、呋喃樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂等。 此外，還可以使用其主鏈骨架結(jié)構(gòu)由硅氧鍵構(gòu)成的所謂硅氧烷類材料。注意，這種混合層可通過由例如使用電阻加熱的共蒸鍍法、使用電子束蒸 鍍的共蒸鍍法、使用電阻加熱蒸鍍和電子束蒸鍍的共蒸鍍法、使用電阻加熱蒸 鍍和濺射的成膜法、使用電子束蒸鍍和濺射的成膜法等相同或不同方法的組合 同時(shí)形成各種材料來形成。此外，旋涂法、溶膠凝膠法、印刷法、液滴噴射法 等還可作為用于形成混合層的另一方法，或者以上方法也可與這些方法相組 合。此外，除同時(shí)形成各材料外，絕緣體還可通過離子注入法、摻雜法等在形 成了有機(jī)化合物層之后引入，以便于形成有機(jī)化合物和絕緣體的混合層。在具有如上所述的結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)元件中，導(dǎo)電層表面上電場的局部集中可被 設(shè)置成與導(dǎo)電層相接觸的半導(dǎo)體層所抑制。因而，因?yàn)樵谟袡C(jī)化合物層中電流 流過的區(qū)域可增大，所以有可能抑制因過量電流引起的導(dǎo)電層的擊穿與存儲(chǔ)元 件的絕緣狀態(tài)。如上所述，有可能抑制存儲(chǔ)元件的異常性態(tài)并進(jìn)一步減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的 性態(tài)的變化。接著，將參照圖3A和3B說明存儲(chǔ)元件的操作機(jī)制。首先，圖3A示出施 加電壓之前的存儲(chǔ)元件。當(dāng)在第一導(dǎo)電層110與第二導(dǎo)電層113之間施加電壓 時(shí)，載流子從第一導(dǎo)電層110注入半導(dǎo)體層111;因此，當(dāng)電壓到達(dá)特定施加 電壓時(shí)有機(jī)化合物層112變形。因此，第一導(dǎo)電層110和第二導(dǎo)電層113彼此 接觸，因此該存儲(chǔ)元件短路(參見圖3B中參考標(biāo)號212)。存儲(chǔ)元件的導(dǎo)電
性在施加了電壓之前和之后改變。以此方式，數(shù)據(jù)通過使用存儲(chǔ)元件的導(dǎo)電性根據(jù)所施加電壓的變化來寫入。存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)并不限于圖2A的結(jié)構(gòu)，并且也可采用半導(dǎo)體層111被設(shè)置成如圖2B中與第二半導(dǎo)體層113相接觸的結(jié)構(gòu)。此外，如圖2C中所示， 半導(dǎo)體層111還可設(shè)置在兩個(gè)層中以便于與第一導(dǎo)電層110和第二導(dǎo)電層1113 相接觸。此外，半導(dǎo)體層m的形狀不必如圖2A-2C中所示的與第一導(dǎo)電層110 表面的形狀相似，而是也可采用如圖4A所示具有不依賴于第一導(dǎo)電層110的 形狀的凹陷和凸起的半導(dǎo)體層211。此外，半導(dǎo)體層111的形狀不必是連續(xù)層，也可以是像圖4B所示半導(dǎo)體 層221的帶狀的不連續(xù)層。注意，半導(dǎo)體層221的帶方向并不特別受限制。因 為導(dǎo)電層表面上電場的局部集中甚至在不連續(xù)層的情形中也可被抑制，所以可 獲得與以上類似的效果。此外，半導(dǎo)體層111還可設(shè)置成如圖4C中所示的顆粒231的形狀。此時(shí)， 顆粒231的粒度大小并不特別受限制。此外，半導(dǎo)體層111的形狀也可如圖5A-5C所示。注意，圖5A-5C是俯 視圖，其中參考標(biāo)號311、 321和331各自為半導(dǎo)體層。如圖5A中所示，半導(dǎo)體層311可形成為覆蓋第一導(dǎo)電層110的至少一部 分的島狀不連續(xù)層。在此，作為多個(gè)不連續(xù)層的半導(dǎo)體層311不規(guī)則地散布在 第一導(dǎo)電層110的表面上。此外，如圖5B中所示，設(shè)置在第一導(dǎo)電層110之上的半導(dǎo)體層321可形 成為相對于第一導(dǎo)電層110的任一側(cè)具有預(yù)定角度(大于或等于-90。并小于 90°)的帶狀不連續(xù)層。此外，設(shè)置在第一導(dǎo)電層110之上的半導(dǎo)體層331也可形成為圖5C所示 的網(wǎng)狀。注意，半導(dǎo)體層不必是單層的，也可具有疊層結(jié)構(gòu)。此外，疊層的半導(dǎo)體 層各自可具有以上形狀。就施加到本發(fā)明存儲(chǔ)元件上的電壓而言，比施加于第二導(dǎo)電層113更高的 電壓也可被施加于第一導(dǎo)電層110，或者比施加于第一導(dǎo)電層110更高的電壓也可被施加于第二導(dǎo)電層113。使用如上所述的結(jié)構(gòu)，有可能抑制異常性態(tài)，諸如導(dǎo)電層的擊穿和存儲(chǔ)元 件的絕緣狀態(tài)。因而，減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)中的變化成為可能。因此，所獲得的讀取電壓的范圍被擴(kuò)展，且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以 改善。此外，由于一旦在本發(fā)明的存儲(chǔ)元件中執(zhí)行了寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元 件的數(shù)據(jù)，所以有可能防止通過重寫而進(jìn)行的偽造。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的存儲(chǔ) 元件具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在一對導(dǎo)電層之間的簡單結(jié)構(gòu)，所以以低 成本制造性能和可靠性方面優(yōu)越的存儲(chǔ)元件就變得可能了。(實(shí)施方式2)本實(shí)施方式將參照


具有本發(fā)明存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件，通常是存 儲(chǔ)器件。注意，本實(shí)施方式將示出存儲(chǔ)器件的結(jié)構(gòu)是無源矩陣型的情形。圖6A示出在本實(shí)施方式中示出的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示例。半導(dǎo)體器件400 包括其中存儲(chǔ)元件401排列成矩陣的存儲(chǔ)單元陣列411、解碼器412和413、 選擇器414、以及讀出/寫入電路415。在此示出的半導(dǎo)體器件400的結(jié)構(gòu)僅是 一個(gè)示例，且半導(dǎo)體器件400還可包括諸如讀出放大器、輸出電路、或緩沖器 的其它電路。解碼器412和413、選擇器414、讀出/寫入電路415、接口等也可如同存 儲(chǔ)元件一樣在襯底上形成?；蛘?，它們可作為IC芯片附連在外部。存儲(chǔ)元件401包括與位線Bx(l^x^m)相連的第一導(dǎo)電層、與字線Wy (lSy^n)相連的第二導(dǎo)電層、與第一導(dǎo)電層相接觸的半導(dǎo)體層、以及該半導(dǎo)體 層之上的有機(jī)化合物層。圖7A和7B分別示出存儲(chǔ)單元陣列411的俯視圖和橫截面視圖的示例。 注意，圖7A示出存儲(chǔ)元件陣列411的一部分的俯視圖。在存儲(chǔ)單元陣列411中，存儲(chǔ)元件401排列成矩陣。在襯底之上，存儲(chǔ)元 件401具有在第一方向(A-B)擴(kuò)展的第一導(dǎo)電層510、覆蓋在第一導(dǎo)電層510 之上的半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層520、以及在與第一方向垂直的第二方向 (C-D)擴(kuò)展的第二導(dǎo)電層513。注意，半導(dǎo)體層可使用與在實(shí)施方式1中示 出的半導(dǎo)體層lll相似的材料形成。在圖7A中，略去了設(shè)置以便于覆蓋第二 導(dǎo)電層513的用作保護(hù)膜的絕緣層。注意，本實(shí)施方式中的第一導(dǎo)電層510對應(yīng)于實(shí)施方式1中的第一導(dǎo)電層 110，而半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層520分別對應(yīng)于半導(dǎo)體層111和有機(jī)化合物 層112。此外，第二導(dǎo)電層513對應(yīng)于實(shí)施方式1中的第二導(dǎo)電層113。與實(shí) 施方式l中相似的部分由通用的標(biāo)號標(biāo)示，且將略去具有相似功能的相似部分 的詳細(xì)說明。圖7B示出沿圖7A中線C-D取得的橫截面結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。對于其上設(shè) 置存儲(chǔ)元件401的襯底521，除玻璃襯底或柔性襯底之外，可使用石英襯底、 硅襯底、金屬襯底、不銹鋼襯底、由纖維材料制成的紙襯底等。柔性襯底指可 彎曲(柔性)的襯底，且可舉出例如由聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚砜等制成的塑 料襯底。此外，也可使用膜(由聚丙烯、聚酯、乙烯樹脂、聚氟乙烯、聚氯乙 烯等制成的膜)。此外，薄膜晶體管(TFT)也可設(shè)置在具有絕緣性質(zhì)的襯底之上，并且存 儲(chǔ)元件401也可設(shè)置于其上?；蛘?，替代以上襯底，也可使用諸如硅襯底或 SOI襯底的半導(dǎo)體襯底以在該襯底之上形成場效應(yīng)晶體管(FET)，并且也可 在其上設(shè)置存儲(chǔ)元件401。此外，具有本發(fā)明存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件可通過將 存儲(chǔ)元件401附連到薄膜晶體管或場效應(yīng)晶體管來設(shè)置。在此情形中，存儲(chǔ)元 件和薄膜晶體管或場效應(yīng)晶體管通過彼此不同的工藝來制造，然后薄膜晶體管 或場效應(yīng)晶體管通過使用導(dǎo)電膜、各向異性導(dǎo)電粘合劑等附連到存儲(chǔ)元件來設(shè) 置。在圖7B中，首先，第一導(dǎo)電層110使用蒸鍍法、濺射法、CVD法、印刷 法、電解電鍍法、無電極電鍍法等來在襯底521上形成。接著，半導(dǎo)體層lll 和有機(jī)化合物層112通過蒸鍍法、電子束蒸鍍法、濺射法、CVD法等在第一 導(dǎo)電層110之上形成?；蛘撸雽?dǎo)體層111和有機(jī)化合物層112還可使用旋涂 法、溶膠凝膠法、印刷法、液滴噴射法等作為另一方法來形成，或者以上方法 也可與這些方法相組合。此外，第二導(dǎo)電層113使用蒸鍍法、濺射法、CVD 法、液滴噴射法等在有機(jī)化合物層112之上形成。然后，設(shè)置用作保護(hù)膜的絕 緣層522以便于覆蓋第二導(dǎo)電層113。
如圖8A中所示，具有整流性質(zhì)的元件可設(shè)置在存儲(chǔ)元件401中第一導(dǎo)電 層110與襯底521之間。具有整流性質(zhì)的元件可舉出肖特基勢壘二極管、PIN 結(jié)二極管、PN結(jié)二極管、或連接有二極管的晶體管等。在此，包括第三導(dǎo) 電層612和半導(dǎo)體層613的二極管611設(shè)置在第一導(dǎo)電層110之下并與之相接 觸。注意，對應(yīng)于各存儲(chǔ)元件的二極管611與層間絕緣膜614相隔離。此外， 具有整流性質(zhì)的元件也可設(shè)置在有機(jī)化合物層112的相對一側(cè)，其間夾有導(dǎo)電 層113。當(dāng)有在相鄰存儲(chǔ)元件之間引起電場的不利影響的擔(dān)憂時(shí)，可在各個(gè)存儲(chǔ)元 件中所設(shè)置的有機(jī)化合物層之間設(shè)置隔離壁(絕緣層)，以使得在各個(gè)存儲(chǔ)元 件中設(shè)置的有機(jī)化合物層彼此相隔離。換言之，該有機(jī)化合物層也可有選擇地 設(shè)置在各個(gè)存儲(chǔ)元件中。如圖8B所示，隔離壁(絕緣層)621也可設(shè)置在各存儲(chǔ)元件401的第一 導(dǎo)電層110之間。因此，有可能防止因?yàn)樵谠O(shè)置半導(dǎo)體層lll與有機(jī)化合物層 112以便于覆蓋第一導(dǎo)電層110時(shí)第一導(dǎo)電層110的水平面差引起的有機(jī)化合 物層112的斷開，以及防止因相鄰存儲(chǔ)元件之間產(chǎn)生的電場的不利影響。在隔 離壁(絕緣層)621的橫截面中，較佳地隔離壁(絕緣層)621的側(cè)面相對于 第一導(dǎo)電層110的表面具有大于或等于10°并小于60。的傾斜角，更佳地具有大 于或等于25。并小于或等于45。的傾斜角。此外，較佳地隔離壁(絕緣層)621 是彎曲的。在以這種方式設(shè)置了隔離壁(絕緣層)621之后，半導(dǎo)體層111、 有機(jī)化合物層U2和第二導(dǎo)電層113形成以覆蓋第一導(dǎo)電層和隔離壁(絕緣層) 621。此外，隔離壁(絕緣層)621還可在半導(dǎo)體層111在第一導(dǎo)電層110之上 形成之后形成。接著，將說明將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)元件的操作。在此，將參照圖6A-6C說明 通過電動(dòng)作(通常是通過所施加的電壓)寫入數(shù)據(jù)的情形。注意，數(shù)據(jù)是通過 改變存儲(chǔ)元件的電特性來寫入的，且"0"和"1"分別指存儲(chǔ)元件的處于初始 狀態(tài)(未施加電動(dòng)作的狀態(tài))的數(shù)據(jù)和處于改變了電特性的狀態(tài)的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)"1"被寫入存儲(chǔ)元件401時(shí)，首先，存儲(chǔ)元件401被解碼器412 和413、以及選擇器414選中。具體地，預(yù)定電位V2由解碼器413施加于與 存儲(chǔ)元件401相連的字線W3。此外，與存儲(chǔ)元件401相連的位線B3通過解 碼器412和選擇器414連接到讀出/寫入電路415。然后，寫入電位V1被從讀 出/寫入電路415輸出到位線B3。因而，電壓Vw=Vl-V2被施加于包括在存儲(chǔ) 元件401中的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間。通過電壓Vw的適當(dāng)選擇，設(shè)置 在導(dǎo)電層之間的含有有機(jī)化合物的層被物理地或電氣地改變以使數(shù)據(jù)"1"被 寫入。具體地，對于讀出操作電壓，當(dāng)存儲(chǔ)元件401處于數(shù)據(jù)"1"的狀態(tài)時(shí) 第一和第二導(dǎo)電層之間的電阻可比存儲(chǔ)元件401處于數(shù)據(jù)"0"的狀態(tài)時(shí)其間 的電阻大大降低。例如，第一和第二導(dǎo)電層可被短路連接(短路)，且電壓(VI 禾口V2)可從(0V和5 — 15V)的范圍或(3 — 5V和-12—-2V)的范圍中適當(dāng)選 擇。電壓Vw可被設(shè)置成大于或等于5V且小于或等于15V，或者大于或等于 -15￥且小于或等于-5￥。此外，未被選中的字線和未被選中的位線被控制成使數(shù)據(jù)"1"不被寫入 連接到這些未被選中的字線和未被選中的位線的存儲(chǔ)元件中。例如，未被選中 的字線和未被選中的位線可被制成處于浮置狀態(tài)。有必要賦予存儲(chǔ)元件有保障 選擇性的特性，諸如二極管特性。此外，可向未被選中位線施加被設(shè)置成與第 二導(dǎo)電層相同程度的電位。另一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)"0"被寫入存儲(chǔ)元件401時(shí)，不向存儲(chǔ)元件401施加 電動(dòng)作。例如，對于電路操作，與寫入數(shù)據(jù)"1"的情形一樣，存儲(chǔ)元件401 被解碼器412和413、以及選擇器414選中；然而，從讀出/寫入電路415對位 線B3的輸出電位被設(shè)置成與所選字線W3的電位或未被選中線的電位相同， 且存儲(chǔ)元件401的電特性不籍其改變的電壓(例如大于或等于-5V且小于或等 于5V)可被施加在包括在存儲(chǔ)元件401中的第一和第二導(dǎo)電層之間。隨后，將參照圖6B說明從存儲(chǔ)元件讀出數(shù)據(jù)時(shí)的操作。通過利用包括在 具有數(shù)據(jù)"0"的存儲(chǔ)元件和具有數(shù)據(jù)"1"的存儲(chǔ)元件中的第一與第二導(dǎo)電層 之間的電特性中的差異來讀出數(shù)據(jù)。例如，將說明通過利用當(dāng)包括在具有數(shù)據(jù) "0"的存儲(chǔ)元件中的第一與第二導(dǎo)電層之間的有效電阻(下文中簡稱為存儲(chǔ) 元件的電阻)在讀取電壓下為RO而具有數(shù)據(jù)"l"的存儲(chǔ)元件的電阻在讀取電壓 下為R1時(shí)電阻的差異來讀出數(shù)據(jù)的方法。注意R1 << RO。例如，作為讀出/ 寫入電路415的讀出部分的結(jié)構(gòu)，可使用如圖6B所示的包括電阻元件450和 差分放大器451的電路。電阻元件450具有電阻Rr，其中RKRr〈RO。晶體 管452可如圖6C所示用作電阻元件450的替換，或者時(shí)鐘控制反相器453可 被用作差分放大器451的替換。當(dāng)讀出數(shù)據(jù)時(shí)變?yōu)楦?下文中為Hi)而在不讀 出數(shù)據(jù)時(shí)變?yōu)榈?下文中為Lo)的信號小或其反相信號被輸入到時(shí)鐘控制反相 器453中。當(dāng)然，電路配置并不限于圖6B和6C。當(dāng)從存儲(chǔ)元件402讀出數(shù)據(jù)時(shí)，首先，存儲(chǔ)元件402被解碼器412和413、 以及選擇器414選中。具體地，預(yù)定電位Vy由解碼器413施加于與存儲(chǔ)元件 402相連的字線Wy。此外，與存儲(chǔ)元件402相連的位線Bx通過解碼器412和 選擇器414連接到讀出/寫入電路415的端子P。結(jié)果，端子P的電位Vp變成 根據(jù)電阻元件450 (電阻Rr)和存儲(chǔ)元件402 (電阻R0或R1)產(chǎn)生的電阻分 配所確定的量。因此，當(dāng)存儲(chǔ)元件402具有數(shù)據(jù)"0"時(shí)，端子P的電位VpO-Vy + (VO-Vy)xRO/(RO + Rr)。此外，當(dāng)存儲(chǔ)元件402具有數(shù)據(jù)"1"時(shí)，端 子P的電位Vpl= Vy + (VO - Vy) x Rl / (Rl + Rr)。結(jié)果，Lo/Hi (或Hi/Lo)根 據(jù)數(shù)據(jù)"0"和數(shù)據(jù)"1"被輸出為輸出電位Vout，并且可通過在圖6B中將介 于VpO與Vpl之間的Vref (參考電壓)的選擇，以及在圖6C中將介于VpO 與Vpl之間的時(shí)鐘控制反相器453的變化點(diǎn)的選擇來讀出。例如，差分放大器451在Vdd為3V時(shí)運(yùn)行，且Vy被設(shè)置成OV、 V0為 3V、且Vref為1.5V。如果R0/Rr = Rr/Rl = 9，則當(dāng)存儲(chǔ)元件具有數(shù)據(jù)"0"時(shí) VpO變成2.7V,而低被輸出為Vout。當(dāng)存儲(chǔ)元件具有數(shù)據(jù)"1"時(shí)，Vpl變成 0.3V而Lo被輸出為Vout。由此，數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)元件中讀出。根據(jù)以上方法，含有有機(jī)化合物的層的電阻狀態(tài)通過利用電阻和電阻分配 中的差異來根據(jù)電壓量讀出。當(dāng)然，讀出方法并不限于此。例如，含有有機(jī)化 合物的層的電阻狀態(tài)可通過利用電流量的差異而非利用電阻中的差異來讀出。 此外，當(dāng)存儲(chǔ)元件的電特性具有二極管性質(zhì)，即閾值電壓在數(shù)據(jù)"0"和數(shù)據(jù) "1"之間不同時(shí)，含有有機(jī)化合物的層的電阻狀態(tài)可通過利用閾值電壓中的 差異來讀出。此外，薄膜晶體管(TFT)也可設(shè)置在具有絕緣性質(zhì)的襯底之上，并且存 儲(chǔ)元件或存儲(chǔ)元件陣列也可設(shè)置于其上。或者，替代具有絕緣性質(zhì)的襯底，也 可使用諸如硅襯底或SOI襯底的半導(dǎo)體襯底以在該襯底之上形成場效應(yīng)晶體 管(FET)，并且也可在其上設(shè)置存儲(chǔ)元件或存儲(chǔ)元件陣列。
本發(fā)明的存儲(chǔ)元件被包括在本實(shí)施方式中所述的半導(dǎo)體器件中，以使得抑 制諸如擊穿導(dǎo)電層等和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)的異常性態(tài)成為可能。因而，減少 各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)中的變化成為可能。因此，所獲得的讀取電壓的范圍被擴(kuò) 展，且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以改善。此外，數(shù)據(jù)不僅可被一次性地寫入半導(dǎo)體器件，而且還可附加地寫入。另 一方面，由于一旦執(zhí)行了寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元件中的數(shù)據(jù)，因此有可能防 止通過重寫進(jìn)行的偽造。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的存儲(chǔ)元件具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化 合物層夾在一對導(dǎo)電層之間的簡單結(jié)構(gòu)，所以以低成本制造性能和可靠性方面 優(yōu)越的存儲(chǔ)元件就變得可能了 。注意，本實(shí)施方式可與其它實(shí)施方式和實(shí)施例自由組合。(實(shí)施方式3)本實(shí)施方式將參照圖9A-9C說明具有本發(fā)明存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件。具 體地，本實(shí)施方式將說明有源矩陣存儲(chǔ)器件。圖9A示出在本實(shí)施方式中示出的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示例。半導(dǎo)體器件700 包括其中存儲(chǔ)單元701排列成矩陣的存儲(chǔ)單元陣列711、解碼器712和713、 選擇器714、以及讀出/寫入電路715。在此示出的半導(dǎo)體器件700的結(jié)構(gòu)僅是 一個(gè)示例，且半導(dǎo)體器件700還可包括諸如讀出放大器、輸出電路、或緩沖器 的其它電路。解碼器712和713、選擇器714、讀出/寫入電路715、接口等也可如同存 儲(chǔ)元件一樣在襯底上形成?；蛘撸鼈兛勺鳛镮C芯片附連在外部。存儲(chǔ)單元701包括與位線Bx(l^x^m)相連的第一布線、與字線Wy(l S y S n)相連的第二布線、薄膜晶體管721、以及存儲(chǔ)元件722。存儲(chǔ)元件722 具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在一對導(dǎo)電層之間的結(jié)構(gòu)。接著，將參照圖10A-10C說明具有以上結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元陣列711的俯視 圖和橫截面視圖的示例。注意，圖10A示出存儲(chǔ)單元陣列711的一部分的俯視 圖。在存儲(chǔ)單元陣列711中，多個(gè)存儲(chǔ)元件701排列成矩陣。或者，在存儲(chǔ)元 件701中，用作開關(guān)元件的薄膜晶體管721和與薄膜晶體管721相連的存儲(chǔ)元
件被設(shè)置在具有絕緣性質(zhì)的襯底上。圖IOB示出沿圖IOA中的線A-B取得的橫截面結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。注意， 在圖10A中，略去了設(shè)置在第一導(dǎo)電層IIO上的隔離壁(絕緣層)822、半導(dǎo) 體層lll、有機(jī)化合物層112、第二導(dǎo)電層113和絕緣層522。存儲(chǔ)單元701包括薄膜晶體管721、存儲(chǔ)元件801、絕緣層821、以及覆 蓋了第一導(dǎo)電層110的一部分的隔離壁(絕緣層)822。注意，用作保護(hù)膜的 絕緣層522被設(shè)置成覆蓋存儲(chǔ)元件801。連接到在具有絕緣表^的襯底521上 形成的薄膜晶體管721的存儲(chǔ)元件801包括在絕緣層821上形成的第一導(dǎo)電層 110、半導(dǎo)體層lll、有機(jī)化合物層112以及第二導(dǎo)電層113。注意，半導(dǎo)體層 111可使用與在實(shí)施方式1中示出的半導(dǎo)體層相似的材料形成。此外，薄膜晶 體管721并不特別受限制，只要它用作開關(guān)即可，并且薄膜晶體管并不是特別 必要的。將參照圖11A-11D說明薄膜晶體管721的一種模式。圖IIA示出應(yīng)用頂 柵薄膜晶體管的一個(gè)示例。絕緣層901被設(shè)置在襯底521上作為基膜，而薄膜 晶體管910被設(shè)置在絕緣層901上。在薄膜晶體管910中，半導(dǎo)體層902和用 作柵極絕緣層的絕緣層903被設(shè)置在絕緣層901上，并且進(jìn)一步地柵電極904 通過對應(yīng)于半導(dǎo)體層902在絕緣層903上形成。注意，用作保護(hù)層的絕緣層905 和用作層間絕緣層的絕緣層821在薄膜晶體管910上形成。此外，形成各自連 接到半導(dǎo)體層的源極區(qū)和漏極區(qū)的布線907。諸如二氧化硅膜、氮化硅膜、或氧氮化硅膜的絕緣膜被用來形成絕緣層 901，其被形成為單層或這些絕緣膜的兩個(gè)或多個(gè)層的多層。注意，絕緣層901 可使用濺射法、CVD法等形成。對于半導(dǎo)體層902，還可使用諸如多晶硅的晶體半導(dǎo)體膜、以及非晶半導(dǎo) 體膜，例如，諸如不定形硅的不定形半導(dǎo)體、半不定形半導(dǎo)體、或微晶半導(dǎo)體。具體地，優(yōu)選使用通過不定形或微晶半導(dǎo)體經(jīng)激光照射而晶化形成的晶體 半導(dǎo)體，通過不定形或微晶半導(dǎo)體經(jīng)熱處理而晶化形成的晶體半導(dǎo)體，或者通 過不定形或微晶半導(dǎo)體經(jīng)熱處理和激光照射的組合而晶化形成的晶體半導(dǎo)體。 在熱處理中，可采用使用諸如鎳的具有促進(jìn)硅半導(dǎo)體晶化的金屬元素的晶化 法。 在用激光照射晶化的情形中，有可能以晶體半導(dǎo)體中通過激光照射熔化的 一部分在發(fā)送激光的方向上持續(xù)移動(dòng)的方式進(jìn)行晶化，其中激光是連續(xù)波激光或具有大于或等于10MHz的高重復(fù)率和小于或等于1納秒(較佳地為1到100 皮秒)的脈寬的超短脈沖激光。使用了這種晶化方法，可獲得具有較大粒徑且 晶粒界面在一個(gè)方向上延伸的晶體半導(dǎo)體。通過使載流子的漂移方向符合晶粒 界面延伸的方向，可增大晶體管中電場效應(yīng)的遷移率。例如，可達(dá)到大于或等 于400 cm2/V- s。當(dāng)以上晶化步驟被應(yīng)用于溫度小于或等于玻璃襯底的耐熱溫度(約為 600°C)的晶化工藝時(shí)，可使用大玻璃襯底。因此，可用一塊襯底制造大量的 半導(dǎo)體器件，并且可降低成本。此外，使用耐高溫的襯底，半導(dǎo)體層902可通過晶化步驟形成，該晶化步 驟通過在高于玻璃襯底的耐熱溫度的溫度上加熱來進(jìn)行。通常，石英襯底被用 作絕緣襯底，且不定形或微晶半導(dǎo)體以大于或等于700°C的溫度被加熱以形成 半導(dǎo)體層902。結(jié)果，可形成具有優(yōu)越晶化性的半導(dǎo)體。在此情形中，可提供 在響應(yīng)速度、遷移率等方面優(yōu)越的、并且能夠高速運(yùn)行的薄膜晶體管。柵電極904可使用金屬或添加有具有一種傳導(dǎo)類型的雜質(zhì)的多晶半導(dǎo)體 形成。當(dāng)柵電極904使用金屬形成時(shí)，可使用鎢(W)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭 (Ta)、鋁(A1)等。此外，可使用通過氮化以上金屬形成的金屬氮化物。或者， 柵電極904可包括要堆疊在一起的由金屬氮化物形成的第一層和由金屬形成的 第二層。當(dāng)柵電極904具有疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用所謂帽型，其中第一層的邊緣 部分可從第二層的邊緣部分突出。在此情形中，當(dāng)?shù)谝粚邮褂媒饘俚镄纬?時(shí)，該第一層可用作勢壘金屬。換言之，第一層可防止第二層中所包含的金屬 散布在絕緣層903和下面的半導(dǎo)體層902中。注意，側(cè)壁(側(cè)壁隔片)908可被設(shè)置在柵電極904的兩個(gè)側(cè)面上。絕緣 層通過CVD法形成，且通過RIS (反應(yīng)性離子蝕刻)法來對絕緣層進(jìn)行各向 異性蝕刻，從而可形成側(cè)壁。由半導(dǎo)體層902、絕緣層903、柵電極904等通過組合構(gòu)成的薄膜晶體管 可采用各種類型的結(jié)構(gòu)，諸如單漏極結(jié)構(gòu)、LDD (輕摻雜漏極)結(jié)構(gòu)、以及柵 極疊加漏極結(jié)構(gòu)。圖IIA示出具有LDD結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管，其中低濃度雜質(zhì) 區(qū)909在疊加有側(cè)壁的半導(dǎo)體層中形成。此外，還可應(yīng)用單柵極結(jié)構(gòu)、其中柵電壓就當(dāng)量而言具有相同電位的晶體管串聯(lián)連接的多柵極結(jié)構(gòu)、其中半導(dǎo)體層 夾在柵電極之間的雙柵極結(jié)構(gòu)。絕緣層821用諸如氧化硅和氮氧化硅的無機(jī)絕緣材料、或諸如丙烯酸樹脂 或聚茚樹脂的有機(jī)絕緣材料形成。當(dāng)使用諸如旋涂的涂敷法和輥涂機(jī)時(shí)，在涂 敷溶解在有機(jī)溶液中的絕緣膜用材料之后，對材料進(jìn)行熱處理以使得由二氧化 硅形成的絕緣層可使用。例如，含硅鍵的涂敷膜被形成為使得通過200-4000。C 上熱處理形成的絕緣層可使用。當(dāng)通過涂敷法形成的絕緣層或通過回流平面化 的絕緣層被形成為絕緣層821時(shí)，可防止設(shè)置在絕緣層之上的布線的斷開。此 外，這種方法可在形成多層布線時(shí)有效地使用。在絕緣層821之上形成的布線907可被設(shè)置成與同柵電極904在同一層上 形成的布線相交。形成了多層布線結(jié)構(gòu)。功能與絕緣層821的相似的多個(gè)絕緣 層被疊層且布線在其上形成，以使得多層結(jié)構(gòu)能夠形成。布線907較佳地組合 諸如鋁(Al)的低電阻材料和使用諸如鈦(Ti)或鉬(Mo)的高熔點(diǎn)金屬材料 的勢壘金屬，例如以鈦(Ti)和鋁(Al)的疊層結(jié)構(gòu)、鉬(Mo)和鋁(Al)的 疊層結(jié)構(gòu)等等形成。圖11B示出應(yīng)用底柵薄膜晶體管的一個(gè)示例。絕緣層901在絕緣襯底521 上形成，且在其上設(shè)置薄膜晶體管920。在薄膜晶體管920中，設(shè)置柵電極904、 用作柵絕緣層的絕緣層903和半導(dǎo)體層902，并在其上設(shè)置溝道保護(hù)層921、 用作保護(hù)層的絕緣層905、以及用作層間絕緣層的絕緣層821。此外，還可在 其上設(shè)置用作保護(hù)層的絕緣層。各自連接到半導(dǎo)體層的源極區(qū)和漏極區(qū)的布線 907可在絕緣層905或絕緣層821之上形成。注意，在底柵薄膜晶體管的情形 中可不設(shè)置絕緣層901。當(dāng)襯底521是柔性襯底時(shí)，與諸如玻璃襯底的非柔性襯底相比，襯底521 具有較低的耐熱溫度。因此，薄膜晶體管較佳地使用有機(jī)羋導(dǎo)體來形成。在此，使用有機(jī)半導(dǎo)體形成的薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)將參照圖IIC和IID來 說明。圖IIC示出應(yīng)用交錯(cuò)有機(jī)半導(dǎo)體晶體管的一個(gè)示例。有機(jī)半導(dǎo)體晶體管 931設(shè)置在柔性襯底930之上。有機(jī)半導(dǎo)體晶體管931包括柵電極932、用作 柵絕緣膜的絕緣層933、設(shè)置在柵電極932與絕緣層933重疊之處的半導(dǎo)體層934、以及與半導(dǎo)體層934相連的布線907。注意，半導(dǎo)體層與用作柵絕緣膜的 絕緣層933和布線907相接觸。柵電極932可使用與柵電極904相似的材料和方法來形成。此外，柵電極 932還可通過使用液滴噴射法干燥和烘焙來形成。此外，含導(dǎo)電微粒的糊劑通 過印刷法印刷在柔性襯底上，并且該糊劑被干燥和烘焙以使得柵電極932可形 成。作為導(dǎo)電微粒的一個(gè)典型示例，還可使用主要含有金、銅、金銀合金、金 銅合金、銀銅合金、以及金銀銅合金的任一個(gè)的微粒。此外，還可使用主要含 有諸如氧化銦錫(ITO)的導(dǎo)電氧化物作為其主要成分的微粒。用作柵絕緣膜的絕緣層933可使用與絕緣層903相似的材料和方法來形 成。然而，當(dāng)絕緣層通過在涂敷溶解在有機(jī)溶劑中的絕緣膜用材料之后進(jìn)行熱 處理來形成時(shí)，該熱處理在比柔性襯底的耐熱溫度低的溫度進(jìn)行。作為有機(jī)半導(dǎo)體晶體管的半導(dǎo)體層934的材料，可舉出多環(huán)芳香烴化合 物、共軛雙鍵化合物、酞菁、電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物等。例如，可使用蒽、并四苯、 并五苯、六噻吩(6T)、四氰基對醌二甲垸(TCNQ) 、 二萘嵌苯羧酸酐 (PTCDA)、萘甲酸酐(NTCDA)等。此外，作為用于有機(jī)半導(dǎo)體晶體管 的半導(dǎo)體層934的材料，可以舉出諸如有機(jī)高分子化合物等的7r共軛類高分 子；碳納米管；聚乙烯吡啶；酞菁金屬配合物等。特別地，優(yōu)選使用其骨 架由共軛雙鍵構(gòu)成的7T共軛高分子諸如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯、聚噻吩衍生物、聚(3-垸基噻吩)、聚對苯(polyparaphenylene)衍生物、 聚對苯乙烯(polyparaphenylenevinylene)衍生物。作為形成有機(jī)半導(dǎo)體晶體管的半導(dǎo)體層的方法，可使用可在襯底上形成具 有均勻厚度的膜的方法。半導(dǎo)體層的厚度較佳地設(shè)置成大于或等于l nm和小 于或等于1000 nm，更佳地設(shè)置成大于或等于10 nm和小于或等于100 nm。 作為半導(dǎo)體層的特定形成方法，可以使用蒸鍍法、涂布法、旋涂法、外涂敷法 (overcoat method)、溶液澆注方法(solution casting method)、浸漬法、絲網(wǎng) 印刷法、輥式涂布法、或者液滴噴射法。圖11D示出應(yīng)用共面型有機(jī)半導(dǎo)體晶體管的示例。有機(jī)半導(dǎo)體晶體管 941設(shè)置在柔性襯底930之上。有機(jī)半導(dǎo)體晶體管941包括柵電極932、用作 柵絕緣膜的絕緣層933、設(shè)置在柵電極932與絕緣層933重疊之處的半導(dǎo)體層
934、以及與半導(dǎo)體層934相連的布線907。此外，與半導(dǎo)體層934相連的布線 907與用作柵絕緣膜的絕緣層和半導(dǎo)體層相接觸。此外，薄膜晶體管和有機(jī)半導(dǎo)體晶體管可設(shè)置成具有任何結(jié)構(gòu)，只要它們 可用作開關(guān)元件即可。此外，也可以通過使用單晶襯底或SOI襯底來形成晶體管，并且在其 上設(shè)置存儲(chǔ)元件。SOI襯底可以通過使用貼合晶片的方法、稱為SIMOX的 方法來形成，在該SIMOX方法中，通過將氧離子植入到Si襯底中在Si襯 底內(nèi)部形成絕緣層831 (參見圖10C)。例如，當(dāng)將單晶半導(dǎo)體用作襯底時(shí)，如圖10C所示，存儲(chǔ)元件801連 接到使用單晶半導(dǎo)體襯底830來設(shè)置的場效應(yīng)晶體管832。此外，設(shè)置絕緣 層833以覆蓋場效應(yīng)晶體管832的布線，并且在該絕緣層833上設(shè)置存儲(chǔ) 元件801。因?yàn)檫@種用單晶半導(dǎo)體形成的晶體管的響應(yīng)速度和遷移度等特性良 好，所以可能提供能夠以高速工作的晶體管。此外，這種晶體管的特性僅 略有變化，因此可提供高可靠性的半導(dǎo)體器件。注意，存儲(chǔ)元件801包括形成在絕緣層833上的第一導(dǎo)電層110、半 導(dǎo)體層111、有機(jī)化合物層112、以及第二導(dǎo)電層113，其中半導(dǎo)體層111 和有機(jī)化合物層112夾在第一導(dǎo)電層110與第二導(dǎo)電層113之間。注意， 半導(dǎo)體層111在第一導(dǎo)電層110上形成并與之相接觸。這樣，在設(shè)置絕緣層833之后形成存儲(chǔ)元件.801，從而可以自由地配 置第一導(dǎo)電層IIO。換言之，在圖IOA和IOB所示的結(jié)構(gòu)中，需要在避開 連接到晶體管的布線的區(qū)域中設(shè)置存儲(chǔ)元件。然而通過設(shè)置絕緣層833，例 如像圖10C那樣在晶體管832的上方形成存儲(chǔ)元件801變成可能。結(jié)果， 可以使存儲(chǔ)電路高度集成化。在各自在圖10B和10C中所示的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層111和有機(jī)化合物層 112設(shè)置在襯底的整個(gè)表面上。或者，僅在每個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)設(shè)置有機(jī)化合物層。 在此情形中，有機(jī)化合物使用液滴噴射法等噴射并烘培以選擇性地形成有機(jī)化 合物層，因此使改進(jìn)材料使用效率成為可能。此外，也可以在襯底上設(shè)置剝離層并且在該剝離層上形成包括晶體管
的層1030以及存儲(chǔ)元件801。之后，利用剝離層從襯底剝離包括晶體管的層 1030以及存儲(chǔ)元件801，然后如圖12所示地使用附著層1032將包括晶體管的 層1030以及存儲(chǔ)元件801貼合在與上述襯底不同的襯底1031上。作為剝離方 法，可以使用如下四種方法等第一剝離方法，在具有高耐熱性的襯底與 具有晶體管的層之間設(shè)置金屬氧化物層作為剝離層，通過晶化使該金屬氧化物層脆化，以剝離該具有晶體管的層；第二剝離方法，在具有高耐熱性 的襯底與具有晶體管的層之間設(shè)置含氫的不定形硅膜作為剝離層，然后通 過激光束照射或蝕刻去掉該不定形硅膜，來剝離該具有晶體管的層；第三 剝離方法，通過機(jī)械或者使用溶液或氟化鹵素氣體諸如NF3、 BrF3、或C1F3 等的蝕刻，去掉其上形成有具有晶體管的層的高耐熱性的襯底；第四剝離 方法，在具有高耐熱性的襯底與具有晶體管的層之間設(shè)置金屬層以及金屬 氧化物層作為剝離層之后，通過晶化使該金屬氧化物層脆化，且使用溶液 或氟化鹵素氣體諸如NF3、 BrF3、 C1F3等的蝕刻來去掉金屬層的一部分，然 后物理地剝離脆化的金屬氧化物層。此外，通過使用在實(shí)施方式2中作為襯底521示出的柔性襯底、膜、 由纖維材料制成的紙等作為襯底1031，可以謀求實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器件的小型化、 薄型化、輕量化。下面，參照圖9A說明對存儲(chǔ)器件即半導(dǎo)體器件700進(jìn)行的數(shù)據(jù)寫入操 作。與實(shí)施方式2 一樣，在此將說明通過電氣動(dòng)作，通常是通過所施加電壓進(jìn)行寫入數(shù)據(jù)的操作。注意，數(shù)據(jù)是通過改變存儲(chǔ)單元的電特性來寫入的， 且"0"和"1"分別指存儲(chǔ)單元的處于初始狀態(tài)(未施加電動(dòng)作的狀態(tài))的數(shù) 據(jù)和處于改變了電特性的狀態(tài)的數(shù)據(jù)。將說明對第x行第y列的存儲(chǔ)單元701寫入數(shù)據(jù)的情況。當(dāng)數(shù)據(jù)"1" 被寫入存儲(chǔ)元件701時(shí)，首先，存儲(chǔ)元件701被解碼器712和713、以及選擇 器714選中。具體地，預(yù)定電位V2由解碼器713施加于與存儲(chǔ)元件701相連 的字線Wy。此外，與存儲(chǔ)元件701相連的位線Bx通過解碼器712和選擇器 714連接到讀出/寫入電路715。然后，寫入電位V21被從讀出/寫入電路715 輸出到位線Bx。以此方式，使構(gòu)成存儲(chǔ)單元的薄膜晶體管721成為導(dǎo)通狀態(tài)，并且將 公共電極以及位線電連接到存儲(chǔ)元件722，然后施加約Vw (Vw = Vcom-V21)的電壓。Vcom為存儲(chǔ)元件722中的公共電極，即第二導(dǎo)電層 的電位。通過適當(dāng)?shù)剡x擇電壓Vw，物理或電氣地改變設(shè)置在導(dǎo)電層之間的 含有機(jī)化合物的層；由此來進(jìn)行數(shù)據(jù)"l"在存儲(chǔ)元件中的寫入。具體而言， 在讀取操作電壓下，數(shù)據(jù)為'T'的狀態(tài)時(shí)第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的電 阻較佳地遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)為"O"的狀態(tài)時(shí)第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間的電阻， 也可以簡單地使第一導(dǎo)電層和第二道導(dǎo)電層之間產(chǎn)生短路。注意，可從(V21,V22，和Vcom) = (5到15V, 5到15V,和0V) or (-12到0V， -12到0V,禾卩3到5V)的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡x擇電位。電壓Vw可被設(shè)置成大于或等于5V且小于或等于 15V，或者大于或等于-15V且小于或等于-5V。此外，未被選中的字線和未被選中的位線被控制成使數(shù)據(jù)"1"不被寫入 連接到這些未被選中的字線和未被選中的位線的存儲(chǔ)元件中。具體而言，對 未被選中的字線施加使與之連接的存儲(chǔ)單元的晶體管成為截止?fàn)顟B(tài)的電位 或者可施加與Vcom相同電平的電位。另一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)"0"被寫入存儲(chǔ)元件701時(shí)，不向存儲(chǔ)元件701施加 電動(dòng)作。對于電路操作，例如與寫入數(shù)據(jù)"l"的情況一樣，通過解碼器712 和713、以及選擇器714來選擇存儲(chǔ)單元701;然而使從讀取/寫入電路715 輸出到位線Bx的輸出電位被設(shè)成與Vcom相同電平的電位或設(shè)成所選的字 線W3的電位或使存儲(chǔ)單元的薄膜晶體管721成為截止?fàn)顟B(tài)的電位。結(jié)果， 對存儲(chǔ)元件722施加低電壓(例如，-5V至5V)或者不施加電壓；因此存 儲(chǔ)元件的電氣特性不改變，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)"0"的寫入。下面，參照圖9B說明通過電動(dòng)作讀出數(shù)據(jù)時(shí)的操作。通過利用在具有 數(shù)據(jù)"0"的存儲(chǔ)單元和具有數(shù)據(jù)"1"的存儲(chǔ)單元之間存儲(chǔ)元件722的電特性 的不同來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出。例如，將說明在如下狀況下通過利用電阻之差 讀出數(shù)據(jù)的方法將構(gòu)成具有數(shù)據(jù)"O"的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)元件在讀取電壓下 的電阻設(shè)置成RO，并且將構(gòu)成具有數(shù)據(jù)'T'的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)元件在讀取電 壓下電阻設(shè)置成R1。注意RK〈R0。例如，作為讀出/寫入電路715的讀出部 分的結(jié)構(gòu)，可考慮使用如圖9B所示的包括電阻元件750和差分放大器751的 電路。電阻元件具有電阻Rr，其中RKRr〈R0。如圖9C所示，既可以使用 晶體管752來代替電阻元件750，又可以使用時(shí)鐘控制反相器753來代替差 分放大器751。當(dāng)然，電路配置并不限于圖9B和9C。當(dāng)從第x行第y列的存儲(chǔ)單元702中讀取出數(shù)據(jù)時(shí)，通過解碼器712 和713、以及選擇器714來選擇存儲(chǔ)單元702。具體而言，通過解碼器713， 將預(yù)定電位V24施加到與存儲(chǔ)單元702連接的字線Wy，以使薄膜晶體管 721導(dǎo)通。與存儲(chǔ)單元702相連的位線Bx通過解碼器712和選擇器714連接 到讀出/寫入電路715的端子P。結(jié)果，端子P的電位Vp變成根據(jù)電阻元件750 (電阻Rr)和存儲(chǔ)元件722 (電阻RO或Rl)對Vcom和VO進(jìn)行的電阻分 配所確定的值。因此，當(dāng)存儲(chǔ)元件702具有數(shù)據(jù)"0"時(shí)，端子P的電位VpO-Vcom+ (VO-Vcom) x ro / (ro+Rr)。此外，當(dāng)存儲(chǔ)單元702具有數(shù)據(jù)"1" 時(shí)，端子P的電位Vpl = Vcom+ (VO-Vcom) x Rl/ (Rl+Rr)。結(jié)果，可通 過在圖犯中將Vref選擇為處于VpO與Vpl之間和在圖9C中將時(shí)鐘控制反相 器453的變化點(diǎn)選擇為處于VpO與Vpl之間，根據(jù)數(shù)據(jù)"0"和數(shù)據(jù)"1"輸 出為Lo/Hi (或Hi/Lo)的輸出電位Vout，并且因此可讀出數(shù)據(jù)。例如，假設(shè)差分放大器751工作在Vdd = 3V，且Vcom被設(shè)置成OV、 V0 為3V、且Vref為1.5V。如果R0/Rr = Rr/Rl = 9，并且可以不考慮薄膜晶體 管721的導(dǎo)通電阻，則當(dāng)存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)為"O"時(shí)，VpO變成2.7V而輸出 Hi為Vout。同時(shí)，當(dāng)存儲(chǔ)元件具有數(shù)據(jù)"1"時(shí)，Vpl變成0.3V而Lo被輸 出為Vout。以此方式，可進(jìn)行存儲(chǔ)單元的讀出。根據(jù)上述方法，利用存儲(chǔ)元件722的電阻值之差和電阻分配，根據(jù)電 壓值來讀出數(shù)據(jù)。當(dāng)然，讀出方法并不限于該方法。例如，除了利用電阻 之差以外，還可以利用電流值之差來讀取。此外，當(dāng)存儲(chǔ)單元的電氣特性 具有在數(shù)據(jù)"0"和數(shù)據(jù)"1"之間閾值電壓不同的二極管特性時(shí)，也可以利用閾 值電壓之差來讀出數(shù)據(jù)。此外，薄膜晶體管(TFT)也可設(shè)置在具有絕緣性質(zhì)的襯底之上，并且存 儲(chǔ)元件或存儲(chǔ)元件陣列也可設(shè)置于其上?；蛘撸娲哂薪^緣性質(zhì)的襯底，也 可使用諸如硅襯底或SOI襯底的半導(dǎo)體襯底以在該襯底之上形成場效應(yīng)晶體 管(FET)，并且也可在其上設(shè)置存儲(chǔ)元件或存儲(chǔ)元件陣列。本發(fā)明的存儲(chǔ)元件被包括在本實(shí)施方式中所述的半導(dǎo)體器件中，以使得抑
制諸如擊穿導(dǎo)電層等和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)的異常性態(tài)成為可能。因此，所獲 得的讀取電壓的范圍被擴(kuò)展，且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以改進(jìn)。此外，數(shù)據(jù)不僅可被一次性地寫入半導(dǎo)體器件，而且還可附加地寫入。另 一方面，由于一旦執(zhí)行寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元件的數(shù)據(jù)，因此有可能防止通 過重寫進(jìn)行的偽造。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的存儲(chǔ)元件具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物 層夾在一對導(dǎo)電層之間的簡單結(jié)構(gòu)，所以以低成本制造性能和可靠性方面優(yōu)越 的存儲(chǔ)元件就變得可能了。注意，本實(shí)施方式可與其它實(shí)施方式和實(shí)施例自由 組合。(實(shí)施方式4)本實(shí)施方式將參照

具有上述實(shí)施方式中所示的存儲(chǔ)器件的半 導(dǎo)體器件的一個(gè)結(jié)構(gòu)示例。本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體器件的一個(gè)特征是可以從/向該半導(dǎo)體器件 無接觸地讀取/寫入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸方式大致劃分成如下三種方式將一對 線圈彼此相對放置并且通過互感進(jìn)行通信的電磁耦合方式；通過感應(yīng)場進(jìn) 行通信的電磁感應(yīng)方式；以及通過利用無線電波進(jìn)行通信的無線電波方式， 并且可采用任一種方式。此外，作為用于傳輸數(shù)據(jù)的天線的設(shè)置方法有兩 種方法 一種方法為在設(shè)置有晶體管及存儲(chǔ)元件的襯底上設(shè)置天線的方法， 另一種方法為在設(shè)置有晶體管及存儲(chǔ)元件的襯底上設(shè)置端子部分，并且將 設(shè)置在另一襯底上的天線連接到該端子部分的方法。參照圖13 A-13C說明本實(shí)施方式所示的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。如圖13A 所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20具有無接觸地收/發(fā)數(shù)據(jù)的功能，并且還包括 電源電路11、時(shí)鐘發(fā)生電路12、數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13、控制其它電路的 控制電路14、接口電路15、存儲(chǔ)電路16、總線17、以及天線18。此外，如圖13B所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20具有無接觸地收/發(fā)數(shù)據(jù)的 功能，并且除電源電路ll、時(shí)鐘發(fā)生電路12、數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13、控制其 它電路的控制電路14、接口電路15、存儲(chǔ)電路16、總線17、以及天線18之 外，還可包括中央處理單元1。如圖13C所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20具有無接觸地收/發(fā)數(shù)據(jù)的功能， 并且除電源電路ll、時(shí)鐘發(fā)生電路12、數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13、控制其它電路的控制電路14、接口電路15、存儲(chǔ)電路16、總線17、天線18、以及中央控制 單元1之外，還可包括由檢測元件3和檢測控制電路4構(gòu)成的檢測部分2。電源電路11基于從天線18輸入的交變電流信號產(chǎn)生提供給半導(dǎo)體器 件20內(nèi)各個(gè)電路的各種功率源。時(shí)鐘發(fā)生電路12基于從天線18輸入的交 變電流信號產(chǎn)生提供給半導(dǎo)體器件20內(nèi)各個(gè)電路的各種時(shí)鐘信號。數(shù)據(jù)解 調(diào)/調(diào)制電路13包括解調(diào)/調(diào)制與讀取/寫入器19交換的數(shù)據(jù)的功能?？刂?電路14具有控制存儲(chǔ)電路16的功能。天線18具有發(fā)送和接收電磁波或無 線電波的功能。讀取/寫入器19控制與半導(dǎo)體器件的通信和對數(shù)據(jù)通信的處 理。注意，半導(dǎo)體器件并不限于上述的結(jié)構(gòu)。例如，半導(dǎo)體器件還可以包括 諸如電源電壓的限幅電路、用于加密處理的硬件等其他元件。存儲(chǔ)電路16包括選自實(shí)施方式1所示的存儲(chǔ)元件中的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ) 元件。本發(fā)明的存儲(chǔ)元件被包括在內(nèi)，以使得抑制諸如擊穿導(dǎo)電層等和存儲(chǔ)元 件的絕緣狀態(tài)的異常性態(tài)成為可能。因此，所獲得的讀取電壓的范圍被擴(kuò)展， 且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以改進(jìn)。此外，對存儲(chǔ)元件的數(shù)據(jù)寫入不只是一次，而可以另外進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫 入。另一方面，由于一旦執(zhí)行寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元件的數(shù)據(jù)，因此有可能 防止通過重寫進(jìn)行的偽造。檢測部分2可以利用物理或化學(xué)手段檢測溫度、壓力、流量、光、磁 性、音波、加速度、濕度、氣體成分、流體成分、以及其他特性。檢測部 分2包括檢測元件3和檢測控制電路4，該檢測元件3檢測物理量或者化學(xué) 量，該檢測控制電路4將該檢測元件3所檢測的物理量或者化學(xué)量轉(zhuǎn)換成 諸如電信號等的適當(dāng)信號。檢測元件3可使用電阻元件、電容耦合元件、 電感耦合元件、光電動(dòng)勢元件、光電轉(zhuǎn)換元件、熱電動(dòng)勢元件、晶體管、 熱敏電阻器、二極管等構(gòu)成。注意，可提供多個(gè)檢測部分2。在此情形中， 可同時(shí)檢測多個(gè)物理量或化學(xué)量。此外，在此提及的物理量是指溫度、壓力、流量、光、磁性、音波、 加速度、濕度等。在此提及的化學(xué)量是指諸如氣體等氣體成分或者離子等流 體成分等的化學(xué)物質(zhì)等。除此之外，化學(xué)量還包括諸如包含在血液、汗、尿
等中的特定生物物質(zhì)(例如血液中的血糖水平等)的有機(jī)化合物。特別是， 為了檢測化學(xué)量，不可避免地選擇性檢測某種特定的物質(zhì)，因此預(yù)先在檢 測元件3中提供要檢測的物質(zhì)和選擇性地發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)。例如，當(dāng)檢測生 物物質(zhì)時(shí)，優(yōu)選的是將與要由檢測元件3檢測的生物物質(zhì)選擇性地發(fā)生反應(yīng)的 酶、抗體、或者微生物細(xì)胞等固定到高分子等上。下面，圖14A和14B各自示出存儲(chǔ)元件16和天線18在半導(dǎo)體器件中 形成的橫截面視圖的一部分，其中在其上設(shè)置有多個(gè)元件及存儲(chǔ)元件的襯 底上設(shè)置天線。圖14A示出具有無源矩陣型存儲(chǔ)電路的半導(dǎo)體器件。在襯底1350上， 該半導(dǎo)體裝置包括具有晶體管1300和1301的層1351;形成在具有晶體 管的層1351之上的存儲(chǔ)元件部分1352以及用作天線的導(dǎo)電層1353。注意，雖然這里示出半導(dǎo)體器件包括存儲(chǔ)元件部分1352以及用作天線 的導(dǎo)電層1353在具有晶體管的層1351之上的情況；然而本發(fā)明并不限于 這種結(jié)構(gòu)。也可以在具有晶體管的層1351之下或者在與具有晶體管的層1351 相同的層中設(shè)置存儲(chǔ)元件部分1352或用作天線的導(dǎo)電層1353。存儲(chǔ)元件部分1352具有多個(gè)存儲(chǔ)元件1352a和1352b。存儲(chǔ)元件1352a 包括形成在絕緣層1252上的第一導(dǎo)電層110、覆蓋隔離壁(絕緣層)1374 和第一導(dǎo)電層110的一部分的半導(dǎo)體層llla，并進(jìn)一步包括覆蓋半導(dǎo)體層 llla的有機(jī)化合物層112a和第二導(dǎo)電層113a。此外，存儲(chǔ)元件1352b包括 第一導(dǎo)電層110、覆蓋隔離壁(絕緣層)1374和第一導(dǎo)電層110的一部分 的半導(dǎo)體層lllb，并進(jìn)一步包括覆蓋半導(dǎo)體層lllb的有機(jī)化合物層112b 和第二導(dǎo)電層113b。此外，用作保護(hù)膜的絕緣層522被形成以覆蓋第二導(dǎo)電層113a和113b以 及用作天線的導(dǎo)電層1353。存儲(chǔ)元件部分1352中的第一導(dǎo)電層110連接到 晶體管1301的布線?？赏ㄟ^使用與上述實(shí)施方式所示的存儲(chǔ)元件相似的材 料或制造方法，來形成存儲(chǔ)元件部分1352。在導(dǎo)電層1360上設(shè)置有用作天線的導(dǎo)電層1353，該導(dǎo)電層1360與第 二導(dǎo)電層113a和113b在同一層中形成。注意，用作天線的導(dǎo)電層可與第二 導(dǎo)電層113a和113b在同一層中形成。用作天線的導(dǎo)電層1353被連接到晶體
管1300的布線。用作天線的導(dǎo)電層1353通過使用CVD法、濺射法、印刷法如絲網(wǎng)印 刷或凹版印刷等、液滴噴射法、分配器法、鍍敷法等由導(dǎo)電材料形成。對 于導(dǎo)電材料，以單層結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)形成選自鋁(Al)、鈦(Ti)、銀(Ag)、 銅(Cu)、金(Au)、鉬(Pt)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉭(Ta)和鉬(Mo) 中的元素、或者以這些元素為主要成分的合金材料或化合物材料。在通過使用絲網(wǎng)印刷法形成用作天線的導(dǎo)電層的情況下，可以通過選 擇性地印刷導(dǎo)電膏而提供該導(dǎo)電層，在所述導(dǎo)電膏中粒度為幾nm至幾十 pm的導(dǎo)電粒子被溶解或分散于有機(jī)樹脂中。作為導(dǎo)電粒子，可以使用選自 銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、鈀(Pd)、鉭(Ta)、 鉬(Mo)和鈦(Ti)等中的任何一種以上的金屬粒子、鹵化銀的微粒、或 者分散性納米粒子。此外，作為包含在導(dǎo)電膏中的有機(jī)樹脂，可以使用選 自用作金屬粒子的粘合劑、溶劑、分散劑、以及涂覆材料的有機(jī)樹脂中的 一種或多種。通常，可使用如環(huán)氧樹脂、硅酮樹脂等有機(jī)樹脂。當(dāng)形成導(dǎo) 電層時(shí)，優(yōu)選在擠出導(dǎo)電膏后進(jìn)行焙燒。例如，在將以銀為其主要成分的 微粒(例如，粒度為大于或等于lnm且小于或等于100nm)用作導(dǎo)電膏材 料的情況下，可以通過在15(TC至30(TC的溫度下進(jìn)行焙燒使導(dǎo)電膏固化， 來獲得導(dǎo)電層?；蛘?，可使用以焊料或者無鉛焊料為主要成分的微粒。在 此情況下，優(yōu)選使用粒度為小于或等于20 pm的微粒。焊料或者無鉛焊料 具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。此外，除了上述材料以外，還可以將陶瓷或鐵氧體等 應(yīng)用于天線。可以適當(dāng)?shù)剡x擇實(shí)施方式3所示的晶體管等并用于包括在具有晶體管 的層1351中的晶體管1300、 1301。此外，也可以在襯底上設(shè)置剝離層，在該剝離層上形成具有晶體管的 層1351、存儲(chǔ)元件部分1352、以及用作天線的導(dǎo)電層1353，適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí) 施方式3所示的剝離方法來剝離具有晶體管的層1351、存儲(chǔ)元件部分1352、 以及用作天線的導(dǎo)電層1353，它們通過使用附著層貼合到襯底上。作為襯 底，使用在實(shí)施方式2中作為襯底521示出的柔性襯底、薄膜、由纖維材 料制成的紙、基材薄膜等，來可以謀求實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)裝置的小型化、薄型化、 以及輕量化。圖14B示出具有有源矩陣型存儲(chǔ)電路的半導(dǎo)體器件的一個(gè)示例。注意，將說明圖14B中與圖14A不同的部分。在襯底1350上，圖14B中所示的半導(dǎo)體器件包括具有晶體管1300和 1301的層1351;在具有晶體管的層1351之上的存儲(chǔ)元件部分1356以及用作 天線的導(dǎo)電層1353。注意，雖然這里示出在具有晶體管的層1351之上形成存 儲(chǔ)元件部分1356以及用作天線的導(dǎo)電層1353的情況；然而本發(fā)明并不限于這 種結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)元件部分1356以及用作天線的導(dǎo)電層1353既可以在具有晶 體管1301的層1351之上或之下形成，又可以在具有晶體管的層1351之下 形成或與其在同一層中形成。存儲(chǔ)元件部分1356包括存儲(chǔ)元件1356a以及1356b。存儲(chǔ)元件1356a 包括在絕緣層1252之上形成的第一導(dǎo)電層U0a、覆蓋第一導(dǎo)電層110a和隔離 壁(絕緣層)1374的半導(dǎo)體層111、以及覆蓋半導(dǎo)體層111的有機(jī)化合物層112 和第二導(dǎo)電層113。存儲(chǔ)元件1356b包括在絕緣層1252上形成的第一導(dǎo)電 層110b、半導(dǎo)體層lll、有機(jī)化合物層U2、以及第二導(dǎo)電層113。此外， 晶體管的布線連接到存儲(chǔ)元件中所包括的各個(gè)第一導(dǎo)電層。換言之，存儲(chǔ) 元件連接到相應(yīng)晶體管。此外，也可以在襯底上設(shè)置剝離層，在該剝離層上形成具有晶體管的層 1351、存儲(chǔ)元件部分1356、以及用作天線的導(dǎo)電層1353，適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí)施方 式3所示的剝離方法來剝離具有晶體管的層1351、存儲(chǔ)元件部分1356以及用 作天線的導(dǎo)電層1356，它們通過使用附著層貼合到襯底上。下面，參照圖15A和15B說明包括第一襯底及第二襯底的半導(dǎo)體器件 的一個(gè)結(jié)構(gòu)示例，該第一襯底包括具有晶體管的層、連接到天線的端子部 分以及存儲(chǔ)元件，該第二襯底形成有連接到該端子部分的天線。注意，將說 明圖15A和15B中與圖14A和14B不同的部分。圖15A示出具有無源矩陣型存儲(chǔ)器件的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括 具有晶體管1300和1301的層1351、形成在具有晶體管的層1351之上的存 儲(chǔ)元件部分1352、連接到天線的端子部分、以及形成有用作天線的導(dǎo)電層 1357的襯底1365，它們都形成于襯底1350之上；并且，由包含在樹脂1375 中的導(dǎo)電粒子1359將導(dǎo)電層1357與要成為連接端子的導(dǎo)電層1360彼此連 接。注意，通過具有附著性的樹脂1375將包括具有晶體管的層1351和存 儲(chǔ)元件部分1352等的襯底1350與設(shè)置有用作天線的導(dǎo)電層1357的襯底 1365貼合在一起?；蛘?，可以使用諸如銀膏、銅膏、碳膏等的導(dǎo)電粘合劑或者使用焊接 的方法，將用作天線的導(dǎo)電層1357與要成為連接端子的導(dǎo)電層1360彼此 連接。注意，在此雖然示出在具有晶體管的層1351之上設(shè)置存儲(chǔ)元件部分 1352的情況，但是本發(fā)明不限于這種結(jié)構(gòu)。也可以在具有晶體管的層1351 之下或與其在相同的層中設(shè)置存儲(chǔ)元件部分1352。圖15B示出具有有源矩陣型存儲(chǔ)器件的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括 具有晶體管1300和1301的層1351、形成在具有晶體管的層1351之上的存儲(chǔ) 元件部分1356、連接到晶體管的端子部分、以及形成有用作天線的導(dǎo)電層1357 的襯底1365，它們都形成于襯底1350之上；并且，由包含在樹脂1375中的導(dǎo) 電粒子1359將導(dǎo)電層1357和導(dǎo)電層1360與要成為連接端子的導(dǎo)電層1360彼 此連接。注意，通過具有附著性的樹脂1375將包括具有晶體管的層1351和存 儲(chǔ)元件部分1352等的襯底1350與設(shè)置有用作天線的導(dǎo)電層1357的襯底1365 貼合在一起?；蛘?，也可以使用諸如銀膏、銅膏、碳膏等的導(dǎo)電粘合劑或者使用焊 接的方法，將包括具有晶體管的層1351和存儲(chǔ)元件部分1356等的襯底1350 與設(shè)置有用作天線的導(dǎo)電層1357的襯底1365貼合在一起。注意，在此雖然 示出在具有晶體管的層1351之上設(shè)置存儲(chǔ)元件部分1352的情況，但是本發(fā)明 不限于這種結(jié)構(gòu)。也可以在具有晶體管的層1351之下或與其在相同的層中設(shè) 置存儲(chǔ)元件部分1356。此外，也可以在襯底上設(shè)置剝離層，在該剝離層上形成具有晶體管的層 1351以及存儲(chǔ)元件部分1352或1356，適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí)施方式3所示的剝離方法 來剝離具有晶體管的層1351以及存儲(chǔ)元件部分1352和1356，它們通過使用附 著層貼合到襯底上。此外，可以在設(shè)置有用作天線的導(dǎo)電層1357的襯底1365上設(shè)置各個(gè) 存儲(chǔ)元件部分1352和1356。換言之，通過利用包含導(dǎo)電粒子的樹脂，將設(shè) 置有具有晶體管的層的第一襯底與設(shè)置有存儲(chǔ)元件部分以及用作天線的導(dǎo)電層的第二襯底貼合在一起。也可以與圖14A和14B所示的半導(dǎo)體器件一樣 地設(shè)置連接到晶體管的傳感器。本發(fā)明的存儲(chǔ)元件被包括在本實(shí)施方式中所述的半導(dǎo)體器件中，以使得抑 制諸如擊穿導(dǎo)電層等和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)的異常性態(tài)成為可能。因此，所獲 得的讀取電壓的范圍被擴(kuò)展，且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以改進(jìn)。此外，數(shù)據(jù)不僅可被一次性地寫入半導(dǎo)體器件，而且還可附加地寫入。另 一方面，由于一旦執(zhí)行寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元件的數(shù)據(jù)，因此有可能防止通 過重寫進(jìn)行的偽造。此外，數(shù)據(jù)可無接觸地讀出和寫入。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的 存儲(chǔ)元件具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在一對導(dǎo)電層之間的簡單結(jié)構(gòu)，所以 以低成本制造性能和可靠性方面優(yōu)越的存儲(chǔ)元件就變得可能了。注意，本實(shí)施方式可與其它實(shí)施方式和實(shí)施例自由組合。(實(shí)施方式5)本實(shí)施方式將參照

具有本發(fā)明的存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件的一 個(gè)示例。圖16A示出本實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的俯視圖，而圖16B示出圖 16A中沿線X-Y取得的截面圖。如圖16A所示，在襯底1400上形成有具有存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)元件部分 1404、電路部分1421、天線1431。圖16A和圖16B示出如下狀態(tài)處于制 造工序的中途，并且在可耐制造條件的襯底1400上形成有存儲(chǔ)元件部分、電 路部分、以及天線?？梢酝ㄟ^與上述實(shí)施方式一樣地適當(dāng)選擇材料以及制造 工序來進(jìn)行制造。在襯底1400上隔著剝離層1452和絕緣層1453設(shè)置有晶體管1441和 晶體管1442，晶體管1441和晶體管1442分別被設(shè)置在存儲(chǔ)元件部分1404 和電路部分1421中。在晶體管1441及晶體管1442上形成有絕緣層1461、 絕緣層1454、絕緣層1455，并且在絕緣層1455上形成有存儲(chǔ)元件1443。 存儲(chǔ)元件1443包括設(shè)置在絕緣層1455上的第一導(dǎo)電層110d、具有半導(dǎo)體 層和有機(jī)化合物層的層1458以及第二導(dǎo)電層113。具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合 物層的層1458夾在第一導(dǎo)電層110d和第二導(dǎo)電層113之間，并且半導(dǎo)體層在 第一導(dǎo)電層110d之上形成并與第一導(dǎo)電層110d相接觸。注意，雖然在圖16 A
和16B中省略，但是利用用作隔離壁的絕緣層1460b等將多個(gè)存儲(chǔ)元件1443互相隔離。第一導(dǎo)電層110d連接到晶體管1441的布線層。另一方面，第二導(dǎo)電 層113連接到層疊在布線層1456a上的導(dǎo)電層1457c。此外，在絕緣層1455 上層疊設(shè)置有導(dǎo)電層和圖16A所示的天線1431。在圖16B中，導(dǎo)電層對應(yīng) 于導(dǎo)電層1457a、導(dǎo)電層1457b、導(dǎo)電層1457e、導(dǎo)電層1457f，并且導(dǎo)電層 1457a和天線1431a、導(dǎo)電層1457b和天線1431b、以及導(dǎo)電層1457f和天 線1431d分別層疊。注意，在達(dá)到形成在絕緣層1455中的布線層1456b的開 口部分中形成導(dǎo)電層1457e和天線1431c，并且導(dǎo)電層1457e與布線層1456b 彼此連接。以此方式，將天線與存儲(chǔ)元件部分1404和電路部分1421電連接。 此外，分別形成在天線1431a、天線1431b、天線1431c、天線1431d下的 導(dǎo)電層1457a、導(dǎo)電層1457b、導(dǎo)電層1457e、導(dǎo)電層1457f還具有提高絕 緣層1455和天線之間的粘性的效果。在本實(shí)施方式中，使用聚酰亞胺膜作 為絕緣層1455，使用鈦膜作為導(dǎo)電層1457a、導(dǎo)電層1457b、導(dǎo)電層1457e、 以及導(dǎo)電層1457f中的每一個(gè)，而使用鋁膜作為天線1431a、天線1431b、 天線1431c、以及天線1431d中的每一個(gè)。為了使第一導(dǎo)電層110d和晶體管1441、導(dǎo)電層1457c和布線層1456a、 導(dǎo)電層1457e和布線層1456b相互連接，在絕緣層1455中形成開口 (也稱 為接觸孔)。因?yàn)橥ㄟ^擴(kuò)大開口來增加導(dǎo)電層之間的接觸面積時(shí)電阻減小， 因此在本實(shí)施方式中，開口的大小被設(shè)定為使第一導(dǎo)電層110d與晶體管 1441連接的開口最小，其次為導(dǎo)電層M57c與布線層1456a連接的開口， 導(dǎo)電層1457e與布線層1456b連接的開口最大。在本實(shí)施方式中，將第一 導(dǎo)電層110d與晶體管1441連接的開口為5|imx5^im，將導(dǎo)電層1457c與布 線層1456a連接的開口為50pmx50pm，將導(dǎo)電層1457e與布線層1456b連 接的開口為500pmx500)am。在本實(shí)施方式中，使從絕緣層1460a到天線1431b的距離a為大于或 等于500pm,使從第二導(dǎo)電層112的端部到絕緣層1460a的端部的距離b 為大于或等于250pm，使從第二導(dǎo)電層112的端部到絕緣層1460c的端部 的距離c為大于或等于500pm,使從絕緣層1460c的端部到天線1431c的
距離d為大于或等于250pm。注意，在電路部分1421中部分地形成有絕緣 層1460c，由此晶體管1442的一部分由絕緣層1460c覆蓋而其它部分不被 絕緣層1460c覆蓋。通過使用這種半導(dǎo)體裝置，從外部輸入部分將電源電壓或信號直接輸 入到存儲(chǔ)元件部分1404中，從而可以將數(shù)據(jù)(對應(yīng)于信息)寫入到存儲(chǔ)元 件部分1404或從存儲(chǔ)元件部分1404讀出數(shù)據(jù)。此外，天線可設(shè)置成既可以與存儲(chǔ)元件交疊，又可以在存儲(chǔ)元件部分 的周圍而不與之交疊。當(dāng)存儲(chǔ)元件部分交疊時(shí)，天線可全部或部分地交疊 存儲(chǔ)元件部分。例如，其中天線部分和存儲(chǔ)元件部分彼此交疊的結(jié)構(gòu)可減 少由天線進(jìn)行通信時(shí)信號帶有的噪音、電磁感應(yīng)所引起的電動(dòng)勢的變動(dòng)等 的影響導(dǎo)致的半導(dǎo)體器件的缺陷操作。作為以上能夠無接觸地傳送和接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件中的信號傳輸系 統(tǒng)，可使用電磁耦合系統(tǒng)、電磁感應(yīng)系統(tǒng)或者微波系統(tǒng)等?？梢钥紤]到預(yù)期 用途適當(dāng)?shù)剡x擇傳輸系統(tǒng)，并且根據(jù)傳輸系統(tǒng)提供最佳天線。圖17A至17D各自示出芯片狀的半導(dǎo)體器件的示例，該半導(dǎo)體器件包 括形成在襯底1501上的用作天線的導(dǎo)電層1502以及存儲(chǔ)元件部分1503。 注意，在半導(dǎo)體器件中，除了存儲(chǔ)元件以外還可以安裝集成電路等。在使用微波系統(tǒng)(例如UHF頻帶(860至960MHz頻帶)、2.45GHz 頻帶等)作為半導(dǎo)體裝置中的信號傳輸方系統(tǒng)的情況下，可以考慮用于信 號傳輸?shù)碾姶挪úㄩL，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定用作天線的導(dǎo)電層的形狀如長度等。例 如，可以將用作天線的導(dǎo)電層形成為直線形(例如，偶極天線(參見圖 17A))、平坦的形狀(例如，貼片天線(參見圖17B))、或者帶狀(參 見圖17C、 17D)等。用作天線的導(dǎo)電層的形狀并不限于直線形，考慮到電 磁波的波長，還可以以曲線形狀、蜿蜒形狀或者其組合來設(shè)置。此外，在應(yīng)用電磁耦合系統(tǒng)或者電磁感應(yīng)系統(tǒng)(例如，13.56 MHz頻 帶)作為半導(dǎo)體器件中的信號傳輸系統(tǒng)的情況下，由于利用磁場密度的變 化所引起的電磁感應(yīng)，因此，優(yōu)選將用作天線的導(dǎo)電層形成為環(huán)狀(例如， 環(huán)形天線)或者螺旋狀(例如，螺旋天線)。此外，即使在應(yīng)用電磁耦合系統(tǒng)或電磁感應(yīng)系統(tǒng)并且與金屬相接觸地 設(shè)置具有天線的半導(dǎo)體器件的情況下，優(yōu)選在所述半導(dǎo)體器件與金屬之間 設(shè)置具有磁導(dǎo)率的磁性材料。在與金屬相接觸地設(shè)置具備天線的半導(dǎo)體器 件的情況下，渦流電流根據(jù)磁場變化流過金屬，并且該渦流電流產(chǎn)生的去 磁磁場削弱了磁場變化，從而降低了通信距離。因此，通過在半導(dǎo)體器件與 金屬之間設(shè)置具有磁導(dǎo)率的材料，可以抑制金屬的渦流電流，并由此可抑制通 信距離的降低。注意，作為磁性材料，可以使用鐵氧體或具有高磁導(dǎo)率且高 頻波損耗少的金屬薄膜。此外，當(dāng)設(shè)置天線時(shí)，既可以在一個(gè)襯底上直接形成半導(dǎo)體元件如晶 體管等和用作天線的導(dǎo)電層，又可以在互不相同的襯底上分別形成半導(dǎo)體 元件和用作天線的導(dǎo)電層，然后將其貼合在一起以彼此電連接。如上所述，本發(fā)明的存儲(chǔ)元件被包括在本實(shí)施方式中所述的半導(dǎo)體器件 中，以使得抑制諸如擊穿導(dǎo)電層等和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)的異常性態(tài)成為可 能。因此，所獲得的讀取電壓的范圍被擴(kuò)展，且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以 改進(jìn)。此外，數(shù)據(jù)不僅可被一次性地寫入半導(dǎo)體器件，而且還可附加地寫入。另 一方面，由于一旦執(zhí)行寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元件的數(shù)據(jù)，因此有可能防止通 過重寫進(jìn)行的偽造。此外，數(shù)據(jù)可無接觸地讀出和寫入。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的 存儲(chǔ)元件具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在一對導(dǎo)電層之間的簡單結(jié)構(gòu)，所以 以低成本制造性能和可靠性方面優(yōu)越的存儲(chǔ)元件就變得可能了。注意，本實(shí)施方式可與其它實(shí)施方式和實(shí)施例自由組合。[實(shí)施例1]發(fā)明人進(jìn)行以下各存儲(chǔ)元件的性態(tài)變化的原因的尋求。圖18示出在寫入電壓被施加于由厚度為100nm的鈦、厚度為10nm的NPB、以及厚度為200nm 的鋁的疊層體構(gòu)成的存儲(chǔ)元件之后的TEM照片。從圖18中可看出，顯然鋁被 斷開。此外，可看到鈦的變形。這表示甚至對已被普遍認(rèn)為是具有高熔點(diǎn)的硬金 屬的鈦也有影響的情形。此外，還存在各存儲(chǔ)元件性態(tài)的變化對除存儲(chǔ)元件制 有孔穴處之外的部分也有影響的情形。
因此，可考慮各存儲(chǔ)元件性態(tài)的變化是由因電極擊穿等引起的電極短路或 因電極等斷開引起的元件絕緣狀態(tài)所導(dǎo)致的。此外，各存儲(chǔ)元件性態(tài)的變化根據(jù)寫入電壓的差異來檢査。注意，所使用的存儲(chǔ)元件的大小各自為2pm見方、3lam見方、5pm見方和10pm見方，且這 些存儲(chǔ)元件都與以上由厚度為100nm的鈦、厚度為10nm的NPB、以及厚度為 200nm的鋁的疊層體構(gòu)成的存儲(chǔ)元件相似。圖19示出相對于其大小各自為2pm見方、3itmi見方、5pm見方和10pm 見方的存儲(chǔ)元件的施加電壓的寫入成功率。在其元件大小各自為2pm見方和 3pm見方的存儲(chǔ)元件中，樣本數(shù)目n各自為192，而在其元件大小各自為5pm 見方和l(Him見方的存儲(chǔ)元件中，樣本數(shù)目n各自為64。此外，各電壓施加時(shí) 間達(dá)IO毫秒。如從圖19可以看出，顯然相對于各施加電壓的寫入成功率隨元件大小減 小而降低，且存儲(chǔ)元件還具有寫入電壓的變化。由此，因?yàn)閷懭腚妷旱淖兓S 著元件大小的減小而變得顯然，所以電極等的擊穿和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)是由 于因?qū)щ妼颖砻嫔系男“枷莺屯蛊鹨鸬碾妶鼍植考卸鴮?dǎo)致的過量電流。能夠抑制導(dǎo)電層表面上電場的局部集中的結(jié)構(gòu)在以下與其測量結(jié)果一起 示出。在本實(shí)施例中，制造半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電層相接觸的存儲(chǔ)元件以說明具有 本發(fā)明結(jié)構(gòu)示例的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。注意，存儲(chǔ)元件是第一導(dǎo)電層、 半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層以及第二導(dǎo)電層在襯底上順序疊層的元件，并且其制 造方法參照圖2A進(jìn)行說明。此外，電流-電壓特性由串聯(lián)連接到500 kQ電阻 器的存儲(chǔ)元件通過連續(xù)改變所施加電壓的掃掠方法來測量。首先，鈦通過濺射方法在襯底上形成以獲得第一導(dǎo)電層IIO。注意，膜的 厚度為100nm。接著，其上形成第一導(dǎo)電層110的襯底被固定在設(shè)置于真空蒸鍍裝置中的 襯底支架上，以使形成第一導(dǎo)電層110的襯底面朝下。然后，厚度為lnm的半 導(dǎo)體層111通過使用電阻加熱的蒸鍍法在第一導(dǎo)電層IIO上形成。然后，SFDCz通過使用電阻加熱的蒸鍍法在半導(dǎo)體層111上形成以使其 厚度為10nm;因此，形成有機(jī)化合物層112。
此外，鋁通過使用電阻加熱的蒸鍍法在有機(jī)化合物層112上形成以使其厚 度為200nm;因此，形成第二導(dǎo)電層113。圖20A和20B各自示出通過以上方式獲得的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。 圖20A示出將氧化錫(SnOx)或氧化鉬(MoOx)用于半導(dǎo)體層111的存儲(chǔ)元 件的電流-電壓特性。注意，元件大小被設(shè)置成IO nm見方，并且將氧化錫用 于半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件和將氧化鉬用于半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件分別由參考標(biāo)號 191a和191b標(biāo)示。此外，無半'導(dǎo)體層lll的存儲(chǔ)元件191c的結(jié)果也被示出， 作為對比示例。注意，除了未形成半導(dǎo)體層lll之外，對比示例用與本實(shí)施例 中存儲(chǔ)元件相似的材料和方法制造。如從圖20A可以看出，與存儲(chǔ)元件191c相比，電流更易于流過使半導(dǎo)體 層與相應(yīng)第一導(dǎo)電層相接觸的存儲(chǔ)元件191a和191b?？梢钥紤]，這是因?yàn)閷?dǎo) 電層表面上電場的局部集中被設(shè)置成與相應(yīng)第一導(dǎo)電層相接觸的半導(dǎo)體層所 抑制。此外，圖20B示出其元件大小為2 pm見方、將厚度為lnm的氧化錫用于 半導(dǎo)體層lll的存儲(chǔ)元件192a的電流-電壓特性。注意，其它結(jié)構(gòu)與以上存儲(chǔ) 元件相似。此外，還示出其元件大小為2 pm見方、無半導(dǎo)體層lll的存儲(chǔ)元 件192b，作為對比示例。如從圖20B可以看出，與無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件191b 相比，電流更易于流過使半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電層相接觸的存儲(chǔ)元件192a。由此， 顯而易見的是，不管元件大小如何，導(dǎo)電層表面上電場的局部集中可被設(shè)置在 第一導(dǎo)電層與有機(jī)化合物層之間的半導(dǎo)體層所抑制。此外，其它電流-電壓特性使用其中半導(dǎo)體層111和元件大小與以上存儲(chǔ) 元件不同的存儲(chǔ)元件來觀察。圖21示出其元件大小為5 pm見方、將厚度為 lnm的氧化鉍(BiOx)用于半導(dǎo)體層111的存儲(chǔ)元件200a的電流-電壓特性。 注意，無半導(dǎo)體層111的存儲(chǔ)元件200b的結(jié)果也被示出，作為對比示例。如 從圖21可以看出，與以上相類似地，顯然與無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件200b相比， 電流更易于流過具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件200a。由此，顯而易見的是，不管半 導(dǎo)體層的材料和元件大小如何，導(dǎo)電層表面上電場的局部集中可被設(shè)置成與第 一導(dǎo)電層相接觸的半導(dǎo)體層所抑制，且有機(jī)化合物層中電流流過的區(qū)域增大。如上所述，導(dǎo)電層表面上電場的局部集中可被設(shè)置成與導(dǎo)電層相接觸的半 導(dǎo)體層所抑制，且有機(jī)化合物層中電流流過的區(qū)域增大。因此，有可能抑制因 過量電流引起的導(dǎo)電層等的擊穿和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)。因此，有可能抑制存 儲(chǔ)元件的異常性態(tài)并進(jìn)一步減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)的變化。[實(shí)施例2]在本實(shí)施例中，制造半導(dǎo)體層與第一導(dǎo)電層相接觸的不同于實(shí)施方式1 的存儲(chǔ)元件以說明具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)示例的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。注意，在本實(shí)施方式中，除了厚度為0.1nm的氧化鉬(MoOx)被用作半導(dǎo)體層之外， 使用與實(shí)施方式1中存儲(chǔ)元件相似的材料和方法制造存儲(chǔ)元件。本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件是第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電 層在襯底上順序疊層的元件。注意，厚度為100nm的鈦、厚度為O.lnm的氧 化鉬、厚度為10nm的SFDCz、以及厚度為200nm的鋁被分別用于第一導(dǎo)電層、 半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層、以及第二導(dǎo)電層，且元件大小為10pm見方。此外，作為對比示例，還制造無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件。注意，除未設(shè)置半 導(dǎo)體層之外，使用與本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件相似的材料和方法。圖22A示出具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性，而圖22B示出無 半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性，這些存儲(chǔ)元件各自如上所述地制造。 注意，在這些存儲(chǔ)元件中，樣本數(shù)目各自為5，且電流-電壓特性各自由串聯(lián)連 接到500 kQ電阻器的存儲(chǔ)元件通過掃掠法測量。首先，如從圖22B可看到， 觀察到寫入電壓以及各存儲(chǔ)元件性態(tài)的變化之間有很大差異。此外，甚至在寫 入之后，還存在具有高電阻的顯示異常性態(tài)的元件。另一方面，如從圖22A可以看出，顯然各存儲(chǔ)元件性態(tài)的變化在具有半 導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件中得到抑制。此外，如從圖22A和22B可以看出，顯然由 于設(shè)置了半導(dǎo)體層電流易于流動(dòng)。由此，顯而易見的是，導(dǎo)電層表面上電場的 局部集中被設(shè)置成與導(dǎo)電層相接觸的半導(dǎo)體層抑制，且流過有機(jī)化合物層的電 流的量增大。因此，有可能抑制因過量電流引起的導(dǎo)電層等的擊穿和存儲(chǔ)元件 的絕緣狀態(tài)，并通過增大有機(jī)化合物層中電流流過的區(qū)域來減少各存儲(chǔ)元件性 態(tài)中的變化。如上所述，導(dǎo)電層表面上電場的局部集中可通過半導(dǎo)體層(甚至只要設(shè)置
了薄至0.1nm的半導(dǎo)體層)抑制，且有機(jī)化合物層中電流流過的區(qū)域可增大。 因此，有可能抑制因過量電流引起的導(dǎo)電層等的擊穿和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)。 因此，有可能抑制存儲(chǔ)元件的異常性態(tài)并進(jìn)一步減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)的變 化。[實(shí)施例3]本實(shí)施例說明將不同于實(shí)施例1和2的材料用于有機(jī)化合物層的存儲(chǔ)元件。本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件是第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電 層在襯底上順序疊層的元件。厚度為100nm的鈦、厚度為l.Onm的氧化錫、 厚度為30nm的NPB、以及厚度為200nm的鋁被分別用于第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體 層、有機(jī)化合物層、以及第二導(dǎo)電層。注意，每個(gè)元件大小為10nm見方。此外，作為對比示例，還制造無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件。注意，除未設(shè)置半 導(dǎo)體層之外，使用與本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件相似的材料和方法。圖23A示出具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性，而圖23B示出無 半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性，這些存儲(chǔ)元件各自如上所述地制造。 注意，在這些存儲(chǔ)元件中，樣本數(shù)目各自為2，且電流-電壓特性各自由串聯(lián)連 接到500 kQ電阻器的存儲(chǔ)元件通過掃掠法測量。如從圖23B可以看出，在無 半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件中，即使在連續(xù)施加電壓時(shí)也不發(fā)生短路，且電流量在施 加高達(dá)23V的電壓時(shí)突然減小?？梢钥紤]，這是因?yàn)樵幱诮^緣狀態(tài)。除了 性態(tài)中有變化的現(xiàn)象之外，如實(shí)施例1或2所示，由于用于有機(jī)化合物層的材 料，有可能存儲(chǔ)元件像NPB —樣處于絕緣狀態(tài)。在任一情形中，都難以將沒 有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件用作存儲(chǔ)元件。另一方面，如從圖23A可以看出，具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件在不處于絕 緣狀態(tài)的特定電壓下可短路。此外，未觀察到各存儲(chǔ)元件性態(tài)中的變化。由此， 導(dǎo)電層表面上電場的局部集中可被設(shè)置成與第一導(dǎo)電層相接觸的半導(dǎo)體層抑 制。因而，因?yàn)樵谟袡C(jī)化合物層中電流流過的區(qū)域可增大，所以有可能抑制因 過量電流引起的導(dǎo)電層的擊穿與存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)。如上所述，有可能抑制存儲(chǔ)元件的異常性態(tài)并進(jìn)一步減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的
性態(tài)的變化。此外，與以上不同的有機(jī)化合物層被用來觀察其電流-電壓特性。注意，厚度為30nm的Alq和厚度為O.lnm的氧化鉬被分別用于有機(jī)化合物層和半導(dǎo) 體層。使用與本實(shí)施例的以上存儲(chǔ)元件相似的材料和方法，且各元件大小為10 |im見方。圖24示出所獲存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。注意，樣本數(shù)目為4且采用了 掃掠法。如從圖24可以看出，存儲(chǔ)元件不處于絕緣狀態(tài)，并且也未觀察到性 態(tài)的變化。如上所述，甚至在使用不同的有機(jī)化合物層時(shí)，電場的局部集中也可被設(shè) 置成與導(dǎo)電層接觸的半導(dǎo)體層抑制。因而，因?yàn)樵谟袡C(jī)化合物層中電流流過的 區(qū)域可增大，所以有可能抑制因過量電流引起的導(dǎo)電層的擊穿與存儲(chǔ)元件的絕 緣狀態(tài)。因此，有可能抑制存儲(chǔ)元件的異常性態(tài)并進(jìn)一步減少因設(shè)置在存儲(chǔ)元 件中的存儲(chǔ)元件所引起的各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)的變化。[實(shí)施例4]在本實(shí)施例中，調(diào)査各存儲(chǔ)元件的寫入電壓。首先，所制造的要在本實(shí)施 例中使用的存儲(chǔ)元件是第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層在 襯底上順序疊層的元件。注意，厚度為100nm的鈦、厚度為l.Onm的氧化錫、 厚度為10nm的SFDCz、以及厚度為200nm的鋁被分別用于第一導(dǎo)電層、半導(dǎo) 體層、有機(jī)化合物層、以及第二導(dǎo)電層。元件大小為10pm見方，且作為對比 示例還制造了無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件。對于其制造方法，除未設(shè)置半導(dǎo)體層之 外，使用與本實(shí)施例的存儲(chǔ)元件相似的材料和方法。圖25A示出相對于如上所述制造的各存儲(chǔ)元件中的施加電壓的寫入成功 率。此外，還以相似方式制造了其元件大小為5 pm見方的存儲(chǔ)元件，且相對 于各存儲(chǔ)元件中施加電壓的寫入成功率在圖25B中示出。此外，各電壓施加時(shí) 間達(dá)10毫秒。在其大小各自為10 pm見方的存儲(chǔ)元件中，具有半導(dǎo)體層的存 儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目為23，而無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目為27。在其大 小各自為5 pm見方的存儲(chǔ)元件中，具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目為62， 而無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目為54。 如從圖25A和25B可以看出，在任一情形中，具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件 中相對于所施加電壓的寫入成功率與無半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件相比，顯示出激 增。由此，顯然在具有半導(dǎo)體層的存儲(chǔ)元件中，各元件性態(tài)的變化減小。制造了各個(gè)這種存儲(chǔ)元件進(jìn)一步與TFT相連的半導(dǎo)體器件以用與以上相 似的方式調(diào)査相對于所施加電壓的寫入成功率。圖26A示出其大小各自為10 Hm見方的存儲(chǔ)元件的測量結(jié)果，而圖26B示出其大小各自為5 pm見方的存儲(chǔ) 元件的測量結(jié)果。注意，存儲(chǔ)元件的結(jié)構(gòu)與以上的相似，其不同之處在于相應(yīng) 的TFT被連接到存儲(chǔ)元件，且電壓施加于存儲(chǔ)元件的時(shí)間達(dá)10毫秒。如從圖26A和26B可以看出，顯然在任一元件大小中，相對于寫入電壓 的寫入成功率各自顯示出激增，且性態(tài)變化較小。因此，所獲得的讀取電壓的 范圍被擴(kuò)展，且設(shè)計(jì)具有存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件中的靈活性得以改進(jìn)。[實(shí)施例5〗在本實(shí)施例中，調(diào)査各存儲(chǔ)元件的寫入電壓。所制造的要在本實(shí)施例中使 用的存儲(chǔ)元件是第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層和第二導(dǎo)電層在襯底上 順序疊層的元件，且使用各半導(dǎo)體層的厚度不同的四類元件。注意，厚度為 100nm的鈦、厚度為1.0nm的氧化錫、厚度為10nm的SFDCz、以及厚度為200nm 的鋁被分別用于第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層、以及第二導(dǎo)電層。各 元件大小為10pm見方，且半導(dǎo)體層的厚度各自為0.2nm、 1 nm、 3 nm、 和 5 nm。圖27A示出相對于如上所述制造的各存儲(chǔ)元件中施加電壓的寫入成功率。 半導(dǎo)體層厚度為0.2nm的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n為26，半導(dǎo)體層厚度為lnm 的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n為15，半導(dǎo)體層厚度為3nm的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n 為17，而半導(dǎo)體層厚度為5nm的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n為23。此外，還以相 似方式制造了元件大小各自為5 pm見方的存儲(chǔ)元件。圖27B中示出了各個(gè)所 獲存儲(chǔ)元件中相對于所施加電壓的寫入成功率。在其大小各自為5 pm見方的 存儲(chǔ)元件中，半導(dǎo)體層厚度為0.2nm的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n為50，半導(dǎo)體層 厚度為lnm的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n為25，半導(dǎo)體層厚度為3nm的存儲(chǔ)元件 的樣本數(shù)目n為40，而半導(dǎo)體層厚度為5nm的存儲(chǔ)元件的樣本數(shù)目n為47。
此外，各電壓施加時(shí)間達(dá)10毫秒。如從圖27 A和27B可以看出，顯然在任一元件大小或厚度的半導(dǎo)體層中， 相對于寫入電壓的寫入成功率各自顯示出激增，且性態(tài)變化較小。此外，甚至在半導(dǎo)體層制成較厚時(shí)也未在寫入電壓中發(fā)現(xiàn)大的差異。如上所述，顯然各元件中性態(tài)的變化因?yàn)楸景l(fā)明存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體層而減 小，且半導(dǎo)體層的厚度對寫入電壓沒有大的影響。[實(shí)施例6〗本實(shí)施例說明其中有機(jī)化合物層不同于實(shí)施例1-5的存儲(chǔ)元件。該存儲(chǔ)元 件是第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、具有絕緣體的有機(jī)化合物層以及第二導(dǎo)電層在襯 底上順序疊層的元件，并且其制造方法參照圖2A進(jìn)行說明。注意，元件大小 為10pm見方。首先，鈦通過濺射方法在襯底上形成以獲得第一導(dǎo)電層110。注意，厚度 為100nm。接著，其上形成第一導(dǎo)電層110的襯底被固定在設(shè)置于真空蒸鍍裝置中的 襯底支架上，以使形成第一導(dǎo)電層110的襯底面朝下。然后，氧化錫通過使用電阻加熱的蒸鍍法在第一導(dǎo)電層110上形成為其厚 度為lnm作為半導(dǎo)體層lll。接著，NPB和氟化鈣通過使用電阻加熱的共蒸鍍法在半導(dǎo)體層111上形 成為其厚度為20nm作為有機(jī)化合物層112。注意，NPB和氟化鈣在有機(jī)化合 物層中的體積比為1:1。此外，鋁通過使用電阻加熱的蒸鍍法在有機(jī)化合物層112上形成為其厚度 為200nm作為第二導(dǎo)電層113。圖28示出如上所述獲得的存儲(chǔ)元件的電流-電壓特性。注意，在該存儲(chǔ)元 件中，樣本數(shù)目為2，且電流-電壓特性由串聯(lián)連接到500 kQ電阻器的存儲(chǔ)元 件通過掃掠法測量。如從圖28可以看出，顯然在電流-電壓特性中幾乎沒有變 化。因而，各存儲(chǔ)元件性態(tài)中的變化可通過所設(shè)置的半導(dǎo)體層，甚至使用具有 絕緣體的有機(jī)化合物層而減少。
[實(shí)施例7]根據(jù)本發(fā)明，可形成用作無線芯片的半導(dǎo)體器件。盡管無線芯片可廣泛地 使用，但它可通過裝在諸如票據(jù)、硬幣、證券、不記名債券、憑證(駕照、居民卡等，參見圖29A)、用于裝物品的容器(包裝紙、瓶等，參見圖29C)、 記錄介質(zhì)(DVD、錄像帶等，參見圖29B)、車輛(自行車等，參見圖29D)、 諸如個(gè)人物品(包、眼鏡等)的產(chǎn)品、食品、植物、動(dòng)物、衣物、日常用品、 或電氣設(shè)備、或諸如行李的托運(yùn)標(biāo)簽等的物品(參見圖29E和29F)來使用。 電氣設(shè)備指液晶顯示設(shè)備、EL顯示設(shè)備、電視設(shè)備(還簡稱為TV、 TV接收 器、或電視接收器)、蜂窩電話等。本發(fā)明的具有本發(fā)明存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件9210被安裝在印刷襯底上、 貼合在物體表面上、或被納入以固定在物體內(nèi)部。例如，半導(dǎo)體器件被納入到 書籍的紙張或包裝的有機(jī)樹脂中以固定在各個(gè)物體內(nèi)。對于本發(fā)明的半導(dǎo)體器 件9210，可實(shí)現(xiàn)小尺寸、薄形和輕質(zhì)，并且甚至在固定到物體中之后也不會(huì)損 壞物體本身的美觀設(shè)計(jì)。此外，通過設(shè)置在票據(jù)、硬幣、證券、不記名債券、 憑證等的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件9210可獲得鑒證功能，并通過使用所作出的鑒 證功能防止其偽造。此外，通過設(shè)置在用于裝物品的容器、記錄介質(zhì)、個(gè)人物 品、食品、衣物、日常用品、電氣設(shè)備等的本發(fā)明的半導(dǎo)體器件9210，可有效 運(yùn)行諸如檢査系統(tǒng)的系統(tǒng)。接著，將參照圖30說明其上裝有本發(fā)明半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備的一種模 式。在此例示的電子設(shè)備是蜂窩電話，其包括底盤2700和2706、面板2701、 外殼2702、印刷布線板2703、操作按鈕2704、以及電池2705。面板2701被 納入可拆卸的外殼2702，而外殼2702被裝到印刷布線板2703。對于外殼2702， 其形狀和大小取決于面板2701所納入的電子設(shè)備而適當(dāng)?shù)馗淖?。封裝的多個(gè) 半導(dǎo)體器件被裝在印刷布線板2703上，并且作為半導(dǎo)體器件之一，可使用具 有本發(fā)明存儲(chǔ)元件的半導(dǎo)體器件。裝在印刷布線板2703上的多個(gè)半導(dǎo)體器件 具有控制器、中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、電源電路、音頻處理電路、發(fā) 射器/接收器電路等的任何功能。面板2701通過連接膜2708連接到印刷布線板2703 。面板2701 、外殼2702 和印刷布線板2703被C:存在具有操作按鈕2704和電池的底盤2700和2706中。
面板2701中所包括的像素區(qū)域2709被設(shè)置成可由設(shè)置在底盤2700中的打開 窗口在視覺上識別。如上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有小尺寸、薄形和輕質(zhì)的特征。根據(jù)這 些特征，電子設(shè)備的底盤2700和2706內(nèi)的有限空間可有效地使用。注意，底 盤2700和2706被示為蜂窩電話的外觀形狀的一個(gè)示例，并且根據(jù)本實(shí)施例的 電子設(shè)備可根據(jù)其功能或應(yīng)用來改變成各種模式。注意，本發(fā)明的存儲(chǔ)元件具有第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層、以 及第二導(dǎo)電層。半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間， 并且半導(dǎo)體層在第一導(dǎo)電層之上形成并與第一導(dǎo)電層相接觸。這種存儲(chǔ)元件被 包括在內(nèi)，以使得抑制諸如擊穿導(dǎo)電層等和存儲(chǔ)元件的絕緣狀態(tài)的異常性態(tài)成 為可能。因而，減少各個(gè)存儲(chǔ)元件的性態(tài)中的變化成為可能。因此，所獲得的 讀取電壓的范圍被擴(kuò)展，且設(shè)計(jì)存儲(chǔ)元件中的靈活性得以改進(jìn)。.此外，數(shù)據(jù)不僅可被一次性地寫入半導(dǎo)體器件，而且還可附加地寫入。另 一方面，由于一旦執(zhí)行寫入就不可能擦除存儲(chǔ)元件的數(shù)據(jù)，因此有可能防止通 過重寫進(jìn)行的偽造。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的存儲(chǔ)元件具有半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物 層夾在一對導(dǎo)電層之間的簡單結(jié)構(gòu)，所以以低成本制造性能和可靠性方面優(yōu)越 的存儲(chǔ)元件就變得可能了。注意，本實(shí)施方式可與其它實(shí)施方式和實(shí)施例自由組合。本申請基于2006年3月10日提交給日本專利局的序列號為2006-066527 的日本專利申請，該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1. 一種存儲(chǔ)元件，包括第一導(dǎo)電層；半導(dǎo)體層；有機(jī)化合物層；以及第二導(dǎo)電層，其中所述半導(dǎo)體層和所述有機(jī)化合物層夾在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間，且其中所述半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電層相接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層是不連續(xù) 層。 .
3. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層是連續(xù)層。
4. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層具有帶狀 和網(wǎng)狀的任一個(gè)。
5. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體層具有凹陷 和凸起。
6. —種存儲(chǔ)元件，包括 第一導(dǎo)電層； 第一半導(dǎo)體層； 有機(jī)化合物層； 第二半導(dǎo)體層；以及 第二導(dǎo)電層，其中所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述有機(jī)化合物層夾在所述 第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層之間，其中所述第一半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電層相接觸，且 所述第二半導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)電層相接觸。
7. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和所 述第二半導(dǎo)體層的至少之一是不連續(xù)層。
8. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和所 述第二半導(dǎo)體層的至少之一是連續(xù)層。
9. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層和所 述第二半導(dǎo)體層的至少之一具有凹陷和凸起。
10. —種存儲(chǔ)元件，包括 第一導(dǎo)電層；顆粒；有機(jī)化合物層；以及 第二導(dǎo)電層，其中所述顆粒和所述有機(jī)化合物層夾在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電 層之間，且其中所述顆粒與所述第一導(dǎo)電層相接觸并由半導(dǎo)體構(gòu)成。
11. 一種存儲(chǔ)元件，包括 第一導(dǎo)電層； 第一顆粒；第二顆粒；有機(jī)化合物層；以及 第二導(dǎo)電層，其中所述顆粒和所述有機(jī)化合物層夾在所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電 層之間，其中所述第一顆粒與所述第一導(dǎo)電層相接觸并由半導(dǎo)體構(gòu)成，且 所述第二顆粒與所述第二導(dǎo)電層相接觸并由半導(dǎo)體構(gòu)成。
12. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)層的電阻隨著 電壓的施加而改變。
13. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)層的電阻隨著 電壓的施加而改變。
14. 如權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)層的電阻隨 著電壓的施加而改變。
15. 如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)層的電阻隨著電壓的施加而改變。
16. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層由電 子傳輸材料或空穴傳輸材料形成。
17. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層由電 子傳輸材料或空穴傳輸材料形成。
18. 如權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層由 電子傳輸材料或空穴傳輸材料形成。
19. 如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層由 電子傳輸材料或空穴傳輸材料形成。
20. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層包含 絕緣體。
21. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層包含 絕緣體。
22. 如權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層包 含絕緣體。
23. 如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述有機(jī)化合物層包 含絕緣體。
24. 如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和所述 第二導(dǎo)電層的多個(gè)部分相連。
25. 如權(quán)利要求6所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和所述 第二導(dǎo)電層的多個(gè)部分相連。
26. 如權(quán)利要求10所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和所 述第二導(dǎo)電層的多個(gè)部分相連。
27. 如權(quán)利要求11所述的存儲(chǔ)元件，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層和所 述第二導(dǎo)電層的多個(gè)部分相連。
28. —種半導(dǎo)體器件，包括排列成矩陣的多個(gè)存儲(chǔ)元件，每一個(gè)存儲(chǔ)元件包括 第一導(dǎo)電層； 半導(dǎo)體層；有機(jī)化合物層；以及 第二導(dǎo)電層，其中所述半導(dǎo)體層和所述有機(jī)化合物層夾在所述第一導(dǎo)電層和所述第二 導(dǎo)電層之間，且其中所述半導(dǎo)體層與所述第一導(dǎo)電層相接觸。
29. 如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，進(jìn)一步包括多個(gè)薄 膜晶體管，每個(gè)薄膜晶體管與所述多個(gè)存儲(chǔ)元件的相應(yīng)之一電連接。
30. 如權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述多個(gè)薄膜晶體 管設(shè)置在玻璃襯底或柔性襯底之上。
31. 如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，進(jìn)一步包括 用作天線的第三導(dǎo)電層；以及包括薄膜晶體管的電路，且其中所述第三導(dǎo)電層通過所述電路與所述多個(gè)存儲(chǔ)元件電連接。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的在于減少各存儲(chǔ)元件性態(tài)的變化。此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是獲得其上裝有存儲(chǔ)元件的、性能和可靠性方面優(yōu)越的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的存儲(chǔ)元件在其結(jié)構(gòu)中包括第一導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、有機(jī)化合物層、以及第二導(dǎo)電層，其中半導(dǎo)體層和有機(jī)化合物層夾在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層之間，且半導(dǎo)體層被形成為與第一導(dǎo)電層和/或第二導(dǎo)電層相接觸。使用這種結(jié)構(gòu)，各存儲(chǔ)元件性態(tài)中的變化減少。
文檔編號H01L27/10GK101401209SQ20078000840
公開日2009年4月1日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者杉澤希, 湯川干央 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所