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CN100592520C - 半导体器件及包括其的显示装置 - Google Patents

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CN100592520C
CN100592520C CN200580036324A CN200580036324A CN100592520C CN 100592520 C CN100592520 C CN 100592520C CN 200580036324 A CN200580036324 A CN 200580036324A CN 200580036324 A CN200580036324 A CN 200580036324A CN 100592520 C CN100592520 C CN 100592520C
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insulating barrier
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Abstract

本发明提供了一种半导体器件以及所述半导体器件的制造方法，所述半导体器件具有存储元件，所述存储元件具有在一对导电层之间插置有机化合物层的简单结构。凭借这一特点，提供了一种半导体器件以及所述半导体器件的制造方法，所述半导体器件具有的存储电路是非易失的、可额外写入的，并且易于制造。根据本发明的半导体器件具有设置于绝缘层上的多个场效应晶体管和设置于所述多个场效应晶体管上的多个存储元件。所述多个场效应晶体管中的每者采用单晶半导体层作为沟道部分，所述多个存储元件中的每者是通过按顺序叠置第一导电层、有机化合物层和第二导电层形成的元件。

Description

半导体器件及包括其的显示装置
技术领域
本发明涉及一种集成了多个电路的半导体器件及其制造方法。此外，本发明还涉及能够发送和接收数据的半导体器件及其制造方法。
背景技术
近年来，在绝缘表面上集成了多个电路的具有多种功能的半导体器件得到了发展。此外，通过提供天线而以无线的方式发送和接收数据的半导体器件也得到了发展。将这样的半导体器件称为无线芯片、ID标签、IC芯片、RF(射频)标签、无线标签、电子标签或RFID(射频身份识别)，所述半导体器件已经被引入了某些市场(例如，见参考文献1：日本专利申请公开文本No.2004-282050)。
发明内容
在将用于存储数据的存储电路(也可简称为存储器)作为将要集成于衬底上的各种电路之一提供时，能够提供一种更为完善的具有更高的附加值的半导体器件。所述存储电路可以是，例如，DRAM、SRAM、FeRAM、掩模ROM、EPROM、EEPROM或闪速存储器等。在这些存储器当中，由于DRAM和SRAM是在断电后擦除数据的易失存储器，因此必须每次通电时写入数据。而FeRAM则是非易失存储电路。由于FeRAM采用包括铁电层的电容器元件，因此其制造步骤多。尽管掩模ROM具有简单的结构，但是必须在制造步骤中写入数据，并且不能额外记录数据。EPROM、EEPROM和闪速存储器是非易失存储电路，但是，由于它们采用包括两个栅电极的元件，因而制造步骤多。
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，所述半导体器件具有非易失、可额外记录的存储电路，并且易于制造。
本发明将提供一种包括存储元件的半导体器件及其制造方法，所述存储元件具有在一对导电层之间插置有机化合物层的简单结构。凭借这一特点，提供了一种易于制造的具有非易失的、可额外记录的存储电路的半导体器件及其制造方法。
根据本发明的半导体器件包括设置于绝缘层上的多个场效应晶体管和设置于所述多个场效应晶体管上的多个存储元件。所述多个场效应晶体管中的每者采用单晶半导体层作为沟道部分。所述多个存储元件中的每者是通过按顺序叠置第一导电层、有机化合物层和第二导电层形成的。
根据本发明的半导体器件包括设置于绝缘层上的多个场效应晶体管、设置于所述多个场效应晶体管上的多个存储元件和起着天线作用的导电层。所述多个场效应晶体管中的每者采用单晶半导体层作为沟道部分。所述多个存储元件中的每者是通过按顺序叠置第一导电层、有机化合物层和第二导电层形成的。所述起着天线作用的导电层和所述第一导电层设置于同一层内。
根据本发明的半导体器件包括设置于绝缘层上的多个场效应晶体管、设置于所述多个场效应晶体管上的多个存储元件和设置了起着天线作用的导电层的衬底。所述多个场效应晶体管中的每者采用单晶半导体层作为沟道部分。所述多个存储元件中的每者是通过按顺序叠置第一导电层、有机化合物层和第二导电层形成的。起着天线作用的导电层和起着场效应晶体管的源极线路或漏极线路的作用的导电层通过导电颗粒连接。
在具有上述结构的本发明的半导体器件中，所述绝缘层具有氧化硅层。此外，所述存储元件可以通过光学作用改变其电导率，可以通过光学作用改变其电阻值，以及通过电学作用改变其电阻值。所述存储元件中的有机化合物层可以包括掺有光酸生成元的共轭聚合物材料。所述有机化合物层可以包括电子输运材料或空穴输运材料。
根据本发明的半导体器件包括一个或多个场效应晶体管以及设置于所述场效应晶体管之上的一个或多个存储元件，其中，每一所述场效应晶体管采用设置于绝缘层上的单晶半导体层作为沟道部分，每一所述存储元件具有夹在一对导电层之间的有机化合物层。在具有上述结构的半导体器件中，在以无源矩阵的形式布置多个存储元件的情况下，每一存储元件中的一对导电层之一在多个存储元件之间是共用的，并被电连接到场效应晶体管的源极区或漏极区。同时，在以有源矩阵的形式布置多个存储元件的情况下，所述多个存储元件中的每者的一对导电层之一被电连接到从所述多个场效应晶体管中选出的一个场效应晶体管的源极区或漏极区，并且所述多个存储元件中的每者被电连接到每一场效应晶体管。
根据本发明的半导体器件包括一个或多个场效应晶体管、设置于所述场效应晶体管之上的一个或多个存储元件以及起着天线作用的导电层，其中，每一所述场效应晶体管采用设置于绝缘层上的单晶半导体层作为沟道部分，每一所述存储元件具有夹在一对导电层之间的有机化合物层，并且其中，所述的一对导电层之一和所述起着天线作用的导电层设置于同一层内。在具有上述结构的半导体器件中，在以无源矩阵的形式布置多个存储元件的情况下，所述多个存储元件中的每者的一对导电层之一在多个存储元件之间是共用的，并被电连接到场效应晶体管的源极区或漏极区。同时，在以有源矩阵的形式布置多个存储元件的情况下，所述多个存储元件中的每者的一对导电层之一被电连接到从所述多个场效应晶体管中选出的一个场效应晶体管的源极区或漏极区，并且所述多个存储元件中的每者被电连接到每一场效应晶体管。
根据本发明的半导体器件包括一个或多个场效应晶体管、设置于所述场效应晶体管之上的一个或多个存储元件以及位于所述存储元件之上的、设置了起着天线作用的导电层的衬底，其中，每一所述场效应晶体管采用设置于绝缘层上的单晶半导体层作为沟道部分，每一所述存储元件具有夹在一对导电层之间的有机化合物层，并且其中，所述起着天线作用的导电层被电连接到所述场效应晶体管的源极区或漏极区。在具有上述结构的半导体器件中，在以无源矩阵的形式布置多个存储元件的情况下，所述多个存储元件中的每者的一对导电层之一在多个存储元件之间是共用的，并被电连接到场效应晶体管的源极区或漏极区。同时，在以有源矩阵的形式布置多个存储元件的情况下，所述多个存储元件中的每者的一对导电层之一被电连接到从所述多个场效应晶体管中选出的一个场效应晶体管的源极区或漏极区，并且所述多个存储元件中的每者被电连接到每一场效应晶体管。
根据本发明的半导体器件包括设置于第一绝缘层上的、采用单晶半导体层作为沟道部分的场效应晶体管、覆盖所述场效应晶体管的第二绝缘层、通过设置于所述第二绝缘层内的开口部分连接至所述场效应晶体管的源极区或漏极区的第一导电层(对应于源极线路或漏极线路)、设置于所述第二绝缘层和第一导电层上的第三绝缘层、通过设置于所述第三绝缘层内的开口部分连接至所述第一导电层的第二导电层、与所述第二导电层接触的有机化合物层以及与所述有机化合物层接触的第三导电层。包括所述第二导电层、所述有机化合物层和所述第三导电层的多层体为存储元件。
根据本发明的半导体器件包括设置于第一绝缘层上的、采用单晶半导体层作为沟道部分的场效应晶体管、覆盖所述场效应晶体管的第二绝缘层、通过设置于所述第二绝缘层内的开口部分连接至所述场效应晶体管的源极区或漏极区的第一导电层(对应于源极线路或漏极线路)、设置于所述第二绝缘层和第一导电层上的第三绝缘层、通过设置于所述第三绝缘层内的开口部分连接至所述第一导电层的第二导电层和第三导电层、与所述第二导电层接触的有机化合物层以及与所述有机化合物层接触的第四导电层。包括所述第二导电层、所述有机化合物层、所述第四导电层的多层体为存储元件，所述第三导电层为天线。
根据本发明的半导体器件包括设置于第一绝缘层上的、采用单晶半导体层作为沟道部分的场效应晶体管、覆盖所述场效应晶体管的第二绝缘层、通过设置于所述第二绝缘层内的开口部分连接至所述场效应晶体管的源极区或漏极区的第一导电层(对应于源极线路或漏极线路)、设置于所述第二绝缘层和第一导电层上的第三绝缘层、通过设置于所述第三绝缘层内的开口部分连接至所述第一导电层的第二导电层、与所述第二导电层接触的有机化合物层、与所述有机化合物层接触的第三导电层、电连接到所述第一导电层的第四导电层以及设置于所述第四导电层之上的衬底。包括所述第二导电层、所述有机化合物层、所述第三导电层的多层体为存储元件，所述第四导电层为天线。
在具有上述结构的显示装置中，所述存储元件为可以通过电学作用改变一对导电层之间的距离的元件。在通过使存储元件的一对导电层短路的电学作用向存储元件内写入数据时，将改变存储元件中的一对导电层之间的距离。具体而言，在使所述一对导电层短路之后，所述一对导电层之间的距离将比使其短路之前小。
所述有机化合物层至少具有一种载流子输运材料，因为在通过电学作用写入数据时，其必须通过输运载流子产生电流。此外，所述有机化合物层优选具有电导处于1.0×10-15S·cm-1到1.0×10-3S·cm-1的范围内的载流子输运材料。
所述有机化合物层的厚度优选处于5到60nm的范围内，更优选处于10到20nm的范围内，原因如下：当厚度小于5nm时，厚度难以受到控制并且很可能发生变化；当有机化合物层的厚度超过60nm时，通过电学作用写入数据所需的功耗高。在10到20nm的优选范围内，有机化合物层的厚度不太可能发生变化，并且能够进一步抑制功耗。衬底可以具有柔曲性。
具有上述结构的本发明的半导体器件还包括从电源电路、时钟发生电路、数据调制/解调电路和接口电路中选出的一种或多种电路。
根据本发明的半导体器件的制造方法采用按顺序叠置了第一单晶半导体层、包括氧化硅层的绝缘层和第二单晶半导体层的衬底，所述方法包括的步骤有：形成多个场效应晶体管，每一所述场效应晶体管采用设置于衬底的一个表面上的第一单晶半导体层作为沟道部分；形成多个存储元件，其包括位于所述多个场效应晶体管上的第一导电层、有机化合物层和第二导电层的多层体；以及将设置于与所述衬底的所述一个表面相对的表面上的第二单晶半导体层蚀刻掉。通过微滴释放法形成所述有机化合物层。
根据本发明，场效应晶体管采用单晶半导体层作为沟道部分。由于所述场效应晶体管在诸如响应速度和迁移率的特性方面更加优越，因此能够提供一种高速运行的半导体器件及其制造方法。由于采用单晶半导体的场效应晶体管的特性变化小，因此能够提供具有高可靠性的半导体器件及其制造方法。
在根据本发明的半导体器件中，在包括多个场效应晶体管的层上叠置包括多个存储元件的层，其中，每一所述场效应晶体管采用单晶半导体层作为沟道部分。凭借这一特点，能够提供一种小型半导体器件。
根据本发明，存储元件具有在一对导电层之间插置有机化合物层的简单结构。就这一特征而言，能够提供一种廉价的半导体器件及其制造方法，因为所述半导体器件易于制造。此外，由于易于实现高度集成，因此能够提供具有高容量存储电路的半导体器件以及这样的半导体器件的制造方法。
根据本发明的半导体器件中的存储电路是非易失的，并且是可额外记录的，其中，可以通过光学作用或电学作用写入数据。凭借这一特点，能够防止通过重新写入进行伪造，并且能够额外写入新的数据。也就是说，本发明能够提供一种半导体器件，其具有不能重新写入数据的存储电路。因此，能够提供一种完善的、具有高附加值的半导体器件及其制造方法。
根据本发明的半导体器件的制造方法采用叠置了第一单晶半导体层、绝缘层和第二单晶半导体层的衬底，并且包括形成多个晶体管的步骤和将所述第二单晶半导体层蚀刻掉的步骤，其中，每一所述晶体管采用所述第一单晶半导体层作为沟道部分。凭借这种方法，能够提供一种体积小、厚度薄、重量轻的半导体器件。
附图说明
在附图中：
图1A到图1C示出了本发明的半导体器件；
图2A和图2B示出了本发明的半导体器件；
图3示出了本发明的半导体器件；
图4A和图4B示出了本发明的半导体器件；
图5示出了本发明的半导体器件；
图6示出了本发明的半导体器件；
图7A到图7D示出了根据本发明的半导体器件的制造方法；
图8A到图8C示出了本发明的半导体器件；
图9A和图9B示出了本发明的半导体器件；
图10A到图10C示出了本发明的半导体器件；
图11示出了本发明的半导体器件；
图12示出了本发明的半导体器件；
图13示出了存储元件的电流-电压特性；
图14示出了存储元件的电流-电压特性；
图15示出了激光照射设备；
图16A到图16E示出了本发明的半导体器件的使用形式；
图17示出了采用本发明的半导体器件的电子设备；
图18A到18C示出了采用本发明的半导体器件的电子设备；
图19A和19B示出了本发明的半导体器件的使用形式；
图20A和20B示出了存储元件的电流-电压特性；
图21A和21B示出了存储元件的电流-电压特性；以及
图22A和22B示出了存储元件的电流-电压特性。
具体实施方式
将参考附图说明本发明的实施模式和实施例。但是，本发明不限于下述说明，本领域技术人员容易理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下可以对其模式和细节做出各种改变。因此，不应认为本发明仅限于下文给出的对实施模式和实施例的描述。在下文所述的本发明的结构中，所有的附图均采用相同的附图标记表示相同的内容。在下述描述中，可以将场效应晶体管简称为FET。
[实施模式1]
将参考附图描述根据本发明的半导体器件的结构。根据本发明的半导体器件具有集成了多个电路的结构。更具体地说，根据本发明的半导体器件具有这样的结构，其中，依次叠置包括多个场效应晶体管的层351和包括多个存储元件的层352(参考图1A)。包括多个场效应晶体管的层351构成了各种电路。此外，包括多个存储元件的层352构成了用于存储数据的存储电路。
现在将描述具有上述结构的本发明的半导体器件的横截面结构。首先，将只描述包括多个场效应晶体管的层351的横截面结构(参考图2A)。在绝缘层301上设置单晶半导体层302。在单晶半导体层302上，以自对准的方式形成通过场氧化物层307隔开的p阱303和305以及n阱304和306。栅极绝缘层308到311是通过热氧化形成的层。栅极312到315包括每者具有100到300nm的厚度的多晶硅层312a到315a，以及通过CVD形成的具有50到300nm的厚度的牺牲层312b到315b。在整个表面上形成绝缘层之后，通过各向异性刻蚀保留位于栅极312到315的侧壁上的绝缘层部分，由此形成侧壁324到327。
根据本发明的半导体器件具有在绝缘层301上叠置单晶半导体层302的结构，其原因如下。在本发明中，采用按顺序叠置了第一单晶半导体层、绝缘层和第二单晶半导体层的衬底(SIMOX衬底)，在根据本发明的制造半导体器件的步骤中，在制造了采用单晶半导体层(对应于单晶半导体层302)作为沟道部分的场效应晶体管之后，将第二单晶半导体层蚀刻掉。具有上述特征的本发明能够提供体积小、厚度薄、总量轻的半导体器件。
在p沟道FET 316的杂质区(也称为源极区或漏极区)328以及p沟道FET 318的杂质区330内掺有赋予p型导电性的杂质元素。在n沟道FET 317的杂质区329以及n沟道FET 319的杂质区331内掺有赋予n型导电性的杂质元素。
P沟道FET 316的低浓度杂质区(也称为LDD区)320和p沟道FET 318的低浓度杂质区322掺有赋予p型导电性的杂质元素。N沟道FET 317的低浓度杂质区321和n沟道FET 319的低浓度杂质区323掺有赋予n型导电性的杂质元素。通过离子注入法或离子掺杂法以自对准的方式形成这些低浓度杂质区320到323。
尽管这里示出了FET 316到319具有低浓度杂质区320到323和侧壁324到327的结构，但是本发明不限于这一结构。如果不需要则不必提供所述低浓度杂质区和所述侧壁。此外，尽管通过场氧化物层307隔开了FET 316到319，但是本发明不限于这一结构。可以通过将单晶半导体层302构造成岛状分隔所述元件。换言之，可以对单晶半导体层302构图，从而将所述单晶半导体层302划分为岛的形式，由此分隔所述元件。
此外，提供覆盖p沟道FET 316和318以及n沟道FET 317和319的绝缘层332和333。提供这些绝缘层332和333的目的在于使表面变平。起着源极线路或漏极线路的作用的导电层334到339与杂质区328到331接触，并填充设置于绝缘层332和333内的接触孔。之后，设置覆盖导电层334到339的绝缘层342和343。提供这些绝缘层342和343的目的在于使表面变平，以及保护FET 316到319。
如下所述，在设置于FET 316和319之上的包括多个存储元件的层352内，根据层352的结构，通过采用激光的光学作用写入数据。在这种情况下，采用具有光阻挡特性的绝缘材料形成绝缘层342和343，以保护FET 316到319不受激光照射。作为具有光阻挡特性的绝缘材料，例如，给出了下述材料：已知绝缘材料，其中添加并混合了碳颗粒、金属颗粒、色素、色料等，如有必要还要对其过滤；或者添加了表面活化剂或扩散剂，以使碳颗粒等均匀混合的材料。优选通过旋涂法形成这样的绝缘材料。
在根据本发明的半导体器件中，在具有上述结构的包括多个场效应晶体管的层351上设置包括多个存储元件的层352，下面说明其横截面结构(参考图2B)。
在绝缘层343上叠置第一导电层345、有机化合物层346和第二导电层347，这一多层体对应于存储元件350。在有机化合物层346之间设置绝缘层348。在多个存储元件350之上设置绝缘层349。将第一导电层345连接至起着FET 316的源极线路或漏极线路的作用的导电层334。
在具有上述结构的半导体器件中，存储元件350具有简单的结构，其中，有机化合物层346夹在一对导电层(第一导电层345和第二导电层347)之间。就这一特征而言，能够提供一种廉价的半导体器件及其制造方法，因为所述半导体器件易于制造。此外，由于易于实现高度集成，因此能够提供具有高容量存储电路的半导体器件以及这样的半导体器件的制造方法。
接下来，将参考图3描述一种半导体器件，其中，在包括多个场效应晶体管的层351之上设置包括多个存储元件的层352，并且所述半导体器件具有与上述半导体器件不同的横截面结构。在绝缘层343之上设置第一导电层361到364，并提供与所述第一导电层361到364接触的有机化合物层365到368。之后，提供与有机化合物层365到368接触的第二导电层369。将每一第一导电层361到364连接至起着每一FET 316到319的源极线路或漏极线路的作用的导电层。包括第一导电层361到364中的任何一个、有机化合物层365到368中的任何一个以及第二导电层369的多层体对应于存储元件371到374之一。在有机化合物层365到368之间设置绝缘层370。在多个存储元件371到374之上设置绝缘层375。
通过FET 316到319中的任何一个控制多个存储元件371到374中的每一个的操作。在图示的结构中，所有的FET 316到319具有相同的导电类型，这里FET 316到319为n沟道FET。
[实施模式2]
将参考图1A到1C、图4A和4B以及图5描述根据所述的半导体器件的结构，所述半导体器件具有通过非接触的方式发送和接收数据的功能。
根据本发明的半导体器件具有集成了多个电路的结构，并且具有这样的结构，其中，按顺序叠置包括多个场效应晶体管的层401和包括多个存储元件的层402，并在包括多个存储元件的层402的周围设置天线(参考图1B)。
接下来，描述具有上述结构的半导体器件的横截面结构(图4A)。包括多个场效应晶体管的层401具有p沟道FET 316、n沟道FET 317、p沟道FET 318和n沟道FET 319。由于在上文中已经对这些FET的结构给出了说明，因此这里将不再重复。之后，提供覆盖p沟道FET316、n沟道FET 317、p沟道FET 318和n沟道FET 319的绝缘层342和343。在绝缘层343之上，设置包括多个存储元件的层402。在包括多个存储元件的层402的外围提供起着天线作用的导电层403。
之后，在绝缘层343之上按顺序叠置第一导电层445、有机化合物层446和第二导电层447，这一多层体对应于存储元件450。在有机化合物层446之间提供绝缘层448。将第一导电层445连接至起着FET 317的源极线路或漏极线路的作用的导电层。
在与第一导电层445相同的层内提供起着天线的作用的导电层403。在导电层403之上提供绝缘层448和绝缘层449。将导电层403连接至导电层334和导电层341。导电层334起着p沟道FET 316的源极线路或漏极线路的作用，导电层341起着n沟道FET 319的源极线路或漏极线路的作用。
在具有上述结构的半导体器件中，存储元件450具有简单的结构，其中，有机化合物层446夹在一对导电层(第一导电层445和第二导电层447)之间。就这一特征而言，能够提供一种廉价的半导体器件及其制造方法，因为所述半导体器件易于制造。此外，由于易于实现高度集成，因此能够提供具有高容量存储电路的半导体器件以及这样的半导体器件的制造方法。
接下来，将参考图4B描述一种与上述不同的半导体器件的横截面结构。更具体地说，将描述一种半导体器件的横截面结构，其与图4A所示的半导体器件的结构的不同之处仅在于包括多个存储元件的层402的结构。
在绝缘层343之上，设置连接至起着FET 317和318的源极线路或漏极线路的作用的导电层；设置与第一导电层462和463接触的有机化合物层466和467；以及设置接触有机化合物层466和467的第二导电层469。包括第二导电层469、第一导电层462和463中的任意一个以及有机化合物层466和467中的任意一个的多层体对应于存储元件472或473。在有机化合物层466和467之间设置绝缘层470。在多个存储元件472和473之上设置绝缘层475。
接下来，将参考附图描述其结构与上述结构不同的本发明的半导体器件的结构。
本发明的半导体器件具有集成了多个电路的结构，并且具有两个衬底相互粘附到一起的结构。在一个衬底之上，按顺序叠置包括多个场效应晶体管的层501和包括多个存储元件的层502。在另一衬底之上，提供起着天线作用的导电层503(参考图1C)。
因此，将参考图5描述具有图1C所示的结构的本发明的半导体器件的横截面结构。
包括多个场效应晶体管的层501具有FET 316到319，这些FET的结构如上所述。此外，包括多个存储元件的层502的结构与图4A所示的包括多个存储元件的层402的结构相同。出于这一原因，这里将省略对包括多个存储元件的层502的横截面结构的描述。
通过包括导电颗粒506的树脂505使具有包括多个场效应晶体管的层501和包括多个存储元件的层502的衬底与设置了导电层503的衬底504相互粘附到一起。之后，使起着FET 316的源极线路或漏极线路的作用的导电层334、起着FET 319的源极线路或漏极线路的作用的导电层341以及导电层503通过导电颗粒506电连接。
接下来，将参考图6描述其结构与上述结构不同的本发明的半导体器件的横截面结构。更具体地说，将描述一种半导体器件的横截面结构，其与图5所示的半导体器件的结构的不同之处仅在于包括多个存储元件的层502的结构。
包括多个场效应晶体管的层501具有FET 316到319，这些FET的结构如上所述。此外，包括多个存储元件的层502的结构与图4B所示的包括多个存储元件的层402的结构相同。之后，与图5所示的结构一样，通过包括导电颗粒506的树脂505将具有包括多个场效应晶体管的层501和包括多个存储元件的层502的衬底与设置了导电层503的衬底504相互粘附起来。之后，使起着FET 316的源极线路或漏极线路的作用的导电层334、起着FET 319的源极线路或漏极线路的作用的导电层341以及导电层503通过导电颗粒506电连接。
应当注意，在某些情况下，根据存储元件的结构通过利用激光的光学作用向包括多个存储元件的层502写入数据。在这种情况下，必须使两个衬底相互粘附，从而使包括多个存储元件的层502不与衬底504上的导电层503重叠。
在图5和图6所示的结构中，通过导电颗粒506将起着FET 316和319的源极线路或漏极线路的作用的导电层连接至衬底504上的导电层503；但是，本发明不限于这一结构。在形成起着FET 316和319的源极线路或漏极线路的作用的导电层之后，可以形成连接至源极区或漏极区并暴露至后表面的导电层，并将其连接至衬底504之上的导电层503。
也就是说，作为起着FET 316到319的源极线路或漏极线路的作用的导电层，可以形成通过第一开口部分连接至FET 316到319的源极区或漏极区并通过第二开口部分暴露至后表面的导电层。第一开口部分是设置于绝缘层332和333内的开口部分。第二开口部分是设置于绝缘层301、单晶半导体层302以及绝缘层332和333内的开口部分。之后，在绝缘层301的一个表面侧设置衬底504，使得衬底504上的导电层503可以被电连接至上述暴露的导电层。
[实施模式3]
将参考附图描述根据本发明的半导体器件的制造方法。在本发明中，采用叠置了绝缘层和单晶半导体层的SOI(绝缘体上硅)衬底。作为SOI衬底，例如，可以采用SIMOX(由注入氧实现分隔)衬底。SIMOX衬底510是通过形成绝缘层并在所述绝缘层上形成单晶半导体层而制造的衬底，其具体的制造方式为，在从单晶半导体层的表面稍微深入的部分内注入氧，并在高温下，通过氧使单晶半导体层氧化。具体而言，SIMOX衬底510是通过叠置第一单晶半导体层511、绝缘层512和第二单晶半导体层513而形成的衬底(参考图7A)。
将描述一种采用SIMOX衬底510的根据本发明的半导体器件的制造方法。首先，形成多个场效应晶体管，在每一场效应晶体管中，采用位于SIMOX衬底510的一个表面上的第一单晶半导体层511作为有源层。接下来，在第一单晶半导体层511上形成包括多个存储元件的层514(参考图7B)。接下来，将位于与所述的SIMOX衬底510的一个表面相对的表面上的第二单晶半导体层513蚀刻掉(参考图7C)。之后，就完成了半导体器件516，其中，按顺序叠置了绝缘层512、第一单晶半导体层511和包括多个存储元件的层514(参考图7D)。
应当注意，可以采用诸如磨石的研磨和抛光设备515，或者采用蚀刻剂，或者将研磨和抛光设备515和蚀刻剂结合使用来去除第二单晶半导体层513。优选对第二单晶半导体层513打磨和抛光，直到将其减薄到一定程度为止，之后通过蚀刻剂对其蚀刻去除，直到暴露绝缘层512为止。如果采用湿法蚀刻，那么蚀刻剂可以是，例如，以水或氟化铵稀释了氟化酸的混合溶液、氟化酸和硝酸的混合溶液、氟化酸、硝酸和乙酸的混合溶液、过氧化氢和硫酸的混合溶液、过氧化氢和氨水的混合溶液或者过氧化氢和盐酸的混合溶液。如果采用干法蚀刻，蚀刻剂可以是，例如，包括诸如氟的卤素原子或分子的气体或者包括氧的气体。优选采用包括卤素氟化物或卤间化合物的气体或液体。例如，优选采用三氟化氯(ClF3)作为包括卤素氟化物的气体。
包括多个存储元件的层514具有多个存储元件，每一所述存储元件具有夹在一对导电层之间的有机化合物层。可以通过以喷墨法作为代表的微滴释放法形成有机化合物层。通过采用微滴释放法，能够获得材料的高使用效率，并且能够提供简化了制造步骤的半导体器件的制造方法。此外，能够提供一种在短时间内，以低制造成本制造半导体器件的方法。
包含在SIMOX衬底510内的第二单晶半导体层513的厚度处于几十到几百微米的范围内，而第一单晶半导体层511则小到0.3μm或更低。因此，在采用第一单晶半导体层511形成多个场效应晶体管之后，将第二单晶半导体层513去除，就能够提供体积小、厚度薄、重量轻的半导体器件。此外，由于其体积小、厚度薄、重量轻，因此能够获得具有高抗跌落冲击能力的半导体器件。
通过上述方法完成的本发明的半导体器件非常薄，并且具有柔曲性。因此，在制作完毕之后，将本发明的半导体器件516附着于设置了起着天线作用的导电层517的卡状衬底518上(参考图8A)，能够使半导体器件516发生形变(参考图8B)。不仅可以将本发明的半导体器件516附着于卡状衬底518，还可以将其附着于具有弯曲表面或其他不规则形状的对象520上(参考图8C)。通过这种方式，由于本发明的半导体器件516体积小、厚度薄、重量轻，并且具有柔曲性，因此也可能实现各种应用。即使将半导体器件516附着于任何对象，也不会降低对象的设计质量。
[实施模式4]
将参考附图描述根据本发明的半导体器件的存储电路的结构和所述存储电路的操作。本发明的存储电路具有存储单元阵列22、译码器23和24、选择器25以及读取/写入电路26，在存储单元阵列22中，按照矩阵的形式排列着存储单元21。存储单元21具有存储元件30(参考图9A)。
存储元件30具有构成位线Bx(1≤x≤m)的第一导电层27、构成字线Wy(1≤y≤n)的第二导电层28以及设置于第一导电层27和第二导电层28之间的有机化合物层29(参考图10A)。包括第一导电层27、有机化合物层29(参考图10B-1)和第二导电层28的多层体对应于存储元件30。在相邻的有机化合物层29之间设置绝缘层33。况且，在多个存储元件30之上设置绝缘层34。构成位线Bx的第一导电层27沿第一方向延伸，构成字线Wy的第二导电层28沿垂直于第一方向的第二方向延伸。也就是说，按照带状形成第一导电层27和第二导电层28，使得第一导电层27和第二导电层28相互交叉。
如下所述，根据有机化合物层29的结构，通过光学作用向存储元件30内写入数据。在这种情况下，第一导电层27和第二导电层28中的一者或两者必须具备光透射特性。由诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料形成透光导电层，即使导电材料不是透明的，也要将其形成得薄到足以透射光线。
尽管图9A中的等效电路图示出了无源矩阵型，但是也可以采用在存储单元21内设置了场效应晶体管31得有源矩阵型(参考图11)。在这种情况下，将场效应晶体管31的栅电极连接至字线Wy(1≤y≤n)，将场效应晶体管31的源电极和漏电极之一连接至位线Bx(1≤x≤m)，将其源电极和漏电极中的另一个连接至存储单元30的一个电极。
采用有机化合物材料形成有机化合物层29。例如，可以采用下述具有高空穴输运特性的有机化合物材料：芳香胺化合物(具有苯环与氮的键)酞菁(简写为H2Pc)或者诸如铜酞菁(简写为CuPc)或氧钒基酞菁(简写为VOPc)的酞菁化合物。所述芳香胺化合物为，例如，4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-二苯基(简写为α-NPD)、N，N′-二苯基-N，N′-双(3-甲基苯基)-1，1′-二苯基-4，4′-双胺(简写为TPD)、4，4′，4″-三(N，N-二苯基-胺基)-三苯胺(简写为TDATA)、4，4′，4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(简写为MTDATA)或4，4′-双(N-(4-(N，N-di-m-甲苯基胺基)苯基)-N-苯基胺基)二苯基(简写为DNTPD)。
此外，可以采用具有高电子输运特性的材料作为所述有机化合物材料。例如，可以采用下述材料：具有喹啉架构或苯并喹啉架构的金属络合物，例如三(8-quinolinolato)铝(简写为Alq3)、三(4-甲基-8-quinolinolato)铝(简写为Almq3)、双(10-羟基苯[h]-quinolinato)铍(简写为BeBq2)或双(2-甲基-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-铝(简写为BAlq)。此外，还可以采用具有恶唑或噻唑的金属络合物，例如双[2-(2-羟苯基)苯并恶唑酯]锌(简写为Zn(BOX)2)或双[2-(2-羟苯基)苯并噻唑酯]锌(简写为Zn(BTZ)2)。除了金属配合物外，还可以采用2-(4-联二苯基)-5-(4-三元胺-丁基苯基)-1，3，4-氧二氮茂(简写为PBD)、1，3-双[5-(p-三元胺-丁基苯基)-1，3，4-氧二氮茂-2-基]苯(简写为OXD-7)、3-(4-联二苯基)-4-苯基-5-(4-三元胺-丁基苯基)-1，2，4-三唑(简写为TAZ)、3-(4-二苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-三元胺-丁基苯基)-1，2，4-三唑(简写为p-EtTAZ)、红菲绕啉(简写为BPhen)或bathocuproin(简称为BCP)等。
此外，作为有机化合物材料，可以采用下述材料：4-氰基亚甲基-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(简称为DCJT)、4-氰基亚甲基-2-t-丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃、periflanthene、2，5-氰基-1，4-双[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)乙烯基]苯、N，N′-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)、香豆素6、香豆素545T、三(8-quinolinolato)铝(简称为Alq3)、9，9′-二蒽基、9，10-二苯基蒽(简称为DPA)、9，10-双(2-萘基)蒽(简称为DNA)、2，5，8，11-四-t-丁基二萘嵌苯(简称为TBP)等。在形成其内散布了发光材料的层的情况下，可以采用下述材料作为基础材料：蒽衍生物，例如9，10-二(2-萘基)-2-三元胺-丁基蒽(简称为t-BuDNA)；咔唑衍生物，例如4，4′-双(N-咔唑基)二苯基(简称为CBP)；金属络合物，例如双[2-(2-羟苯基)pyridinato]锌(简称为Znpp2)或双[2-(2-羟苯基)benzoxazolate]锌(简称为ZnBOX)等。此外，还可以采用三(8-quinolinolato)铝(简写为Alq3)、9，10-双(2-萘基)蒽(简写为DNA)或双(2-甲基-8-quinolinolato)(4-苯基酚盐)铝(简写为BAlq)等。
此外，可以采用通过光学作用改变其电阻的材料形成有机化合物层29。例如，可以采用共轭聚合物，其掺有通过吸收光而生成酸的化合物(光酸生成元)。作为共轭聚合物，可以采用多炔、聚苯撑乙烯撑、聚噻吩、聚苯胺、聚苯撑乙炔撑等。作为光酸生成元，可以采用芳基锍盐、芳基三价碘盐、o-硝基苄基甲苯磺酸盐、芳基磺酸p-硝基苄基醚、磺酰苯乙酮等。
接下来，将描述向具有上述结构的存储电路内写入数据的操作。通过光学作用或电学作用写入数据。
首先，将描述通过电学作用写入数据的情况(参考图9A)。在这种情况下，首先通过译码器23和24以及选择器25选择一个存储单元21。此后，通过读取/写入电路26向存储单元21内写入数据。更具体地说，向所选的存储单元21内的存储元件30施加预定电压量，从而使大电流量发生流动，由此使存储元件30的一对导电层短路。与其他存储元件30相比，使一对导电层发生短路的存储元件30的电阻值急剧降低。通过这种方式，利用在电学作用下存储元件30的电阻值的改变向存储元件30内写入数据。例如，如果将未施加电学作用的存储元件30的数据设定为“0”，那么向所选的存储元件30施加电压，使大电流发生流动，以短接存储元件30的一对导电层，由此写入数据“1”。
本发明不限于通过向存储元件30施加预定量的电压而使存储元件30短路，由此写入数据的方式。可以通过这样的方式写入数据，即通过调整存储元件30的元件结构或者所施加的电压的量向存储元件30施加预定量的电压，从而使一对导电层之间的有机化合物层29绝缘(使之具有高电阻)。在这种情况下，包括绝缘有机化合物层29的存储元件30与其他存储元件30相比具有更高的电阻值。通过这种方式，利用电学作用下存储元件30的电阻值的改变写入数据。例如，假设未施加电学作用的存储元件30的数据为“0”，那么向所选的存储元件30施加电压，使一对导电层之间的有机化合物层29绝缘，由此写入数据“1”。如上所述，存在通过使存储元件30的一对导电层短接而降低存储元件30的电阻的情况和通过向有机化合物层29施加电压而提高存储元件30的一对导电层之间的有机化合物层29的电阻的情况。在本发明中，可以采取任何一种情况。
接下来，将参考图10B-1、10B-2和10C描述通过光学作用写入数据的情况。在这种情况下，从透光导电层(这里是第二导电层28)一侧，采用激光照射设备32向有机化合物层29照射激光，由此写入数据。更具体地说，通过以激光照射所选的存储元件30中的有机化合物层29而破坏有机化合物层29。受到破坏的有机化合物层29被绝缘，因而与其他存储元件30相比具有高得多的电阻值。通过这种方式，利用激光照射下存储元件30的电阻的改变而写入数据。例如，假设未经激光照射的存储元件30的数据为“0”，那么采用激光照射存储元件30，以破坏所述存储元件30中的有机化合物层29，从而通过提高电阻来写入数据“1”。
本发明不限于以激光照射存储元件30，由此通过使有机化合物层29绝缘而写入数据的方式。在本发明中，可以通过这样的方式写入数据，即通过调整存储元件30的元件结构或者激光的强度以激光照射存储元件30，从而对一对导电层之间的有机化合物层29进行电破坏，由此短接所述一对导电层。在这种情况下，与其他存储元件30相比，短接了一对导电层的存储元件30具有低得多的电阻值。通过这种方式，利用光学作用下存储元件30的电阻值的改变写入数据。
在采用激光照射由掺有通过吸收光而生成酸的化合物(光酸生成元)的共轭聚合物形成的有机化合物层29时，受到照射的部分具有高导电性，而未受照射的部分则不具有导电性。在这种情况下，采用激光照射所选择的有机化合物层29，由此利用存储元件30的电阻值的改变写入数据。例如，假设未受激光照射的存储元件30的数据为“0”，那么采用激光照射所选的存储元件30，以提高其导电性，由此写入数据“1”。
接下来，将参考图9A和9B描述读取数据的操作。这里，读取/写入电路26包括电阻元件46和读出放大器47。但是，读取/写入电路26的结构不限于上述结构，读取/写入电路26可以具有任何结构。
通过在第一导电层27和第二导电层28之间施加电压，以读取存储元件30的电阻值来读取数据。例如，在上文所述的通过电学作用写入数据的情况下，未施加电学作用的存储元件30的电阻值与施加了电学作用的存储元件30的电阻值不同。通过从电的角度读取这样的电阻值差读取数据。
其同样适用于通过以激光照射有机化合物层29而写入数据的情况。通过从电的角度读取未施加光学作用的存储元件30与施加了光学作用的存储元件30之间的电阻值的差来读取数据。
其同样适用于这样的情况，即有机化合物层29由掺有通过吸收光而产生酸的化合物(光酸生成元)的共轭聚合物形成。通过从电的角度读取未施加光学作用的存储元件30与施加了光学作用的存储元件30之间的电阻值的差来读取数据。
例如，在从一存储单元21读取数据的情况下，其中，所述存储单元21在存储单元阵列22的多个存储单元21中位于第x列、第y行，首先，通过译码器23和24以及选择器25选择第x列的位线Bx和第y行的字线Wy。之后，存储单元21中的电阻元件46和存储元件30处于串联状态。这里，如果假设存储元件30为电阻元件，并向两个串联电阻元件的相对端施加电压，那么节点α的电势将根据存储元件30的电阻值而变为电阻分割电势。将节点α的电势提供给读出放大器47。在读出放大器47中，判断所含有的信息是“0”还是“1”。此后，将通过读出放大器47判决的含有信息“0”或“1”的信号提供至外部。
根据上述方法，利用电阻值的差和电阻划分，通过其电压值读取了存储元件30的信息。但是，可以采用比较电流值的方法。例如，就是一种利用电流值的差的方法，所述电流值的差是由施加了电学作用的存储元件30与未施加电学作用的存储元件30之间的电阻值差引起的。以这种方法，可以通过从电的角度读取电流值的差而读取数据。
作为与上文所述的不同的结构，可以在第一导电层27和有机化合物层29之间提供具有整流特性的元件(参考图10C)。所述的具有整流特性的元件是连接了栅电极和漏电极的晶体管或二极管。这里，示出了这样一种情况，其中，提供了包括半导体层44和45的PN结二极管。半导体层44和45之一为N型半导体，另一个为P型半导体。通过这种方式，所提供的整流二极管减少了误差，提高了读取精确度，因为电流只沿一个方向流动。在提供二极管的情况下，不仅可以采用PN结二极管，也可以采用其他类型的二极管，例如，PIN结二极管或雪崩二极管。
[实施模式5]
将参考附图描述一种根据本发明的半导体器件的结构，所述半导体器件能够以非接触的方式发送和接收数据。根据本发明的半导体器件20具有以非接触的方式交换数据的功能，其包括电源电路11、时钟发生电路12、数据调制/解调电路13、用于控制其他电路的控制电路14、接口电路15、存储电路16、数据总线17和天线(天线线圈)18(参考图12)。
电源电路11是用于在从天线18输入的交流信号的基础上生成将要提供给半导体器件20内的每一电路的电流和电压的电路。时钟发生电路12是用于在从天线18输入的交流信号的基础上生成将要提供给半导体器件20内的每一电路的各种时钟信号的电路。数据调制/解调电路13具有对将要发送至/读取自读取器/写入器19的数据进行调制/解调的功能。控制电路14具有控制存储电路16的功能。天线18具有发送/接收电磁场或电波的功能。读取器/写入器19具有与半导体器件通信、控制半导体器件、处理发送至或接收自半导体器件的数据的功能。应当注意，所述半导体器件不限于上述结构。例如，所述半导体器件可以具有额外的元件，例如，电源电压的限幅电路或仅用于处理代码的硬件。
存储电路16具有存储元件，所述存储元件具有夹在一对导电层之间的有机化合物层。存储电路16可以只具有其有机化合物层夹在一对导电层之间的存储元件，或者也可以具有带有其他结构的存储电路。具有其他结构的存储电路对应于，例如，从下述存储器中选出的一种或多种：DRAM(动态随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、FeRAM(铁电随机存取存储器)、掩模ROM(只读存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程序只读存储器)、EEPROM(电可擦可编程只读存储器)和闪速存储器。
[实施例1]
本实施例说明了在通过电学作用向存储元件内写入数据时，在衬底上制造的存储元件的电流-电压特性的研究试验的结果。所述存储元件是通过在衬底上按顺序叠置第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层形成的元件。第一导电层由氧化硅和氧化铟锡的混合物(有时将这一混合物简写为NITO)形成；第一有机化合物层由4，4′-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基胺基]二苯基(有时将这种材料简写为TPD)形成；第二有机化合物层由4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]二苯基(有时将这种材料简写为a-NPD)；第二导电层由铝构成。将第一有机化合物层形成为10nm厚，将第二化合物层形成为50nm厚。
首先，将参考图13描述在通过电学作用写入数据之前和之后的存储元件的电流-电压特性的测量结果。在图13中，水平轴表示电压值，垂直轴表示电流值，曲线261表示通过电学作用写入数据之前的存储元件的电流-电压特性，曲线262表示通过电学作用写入数据之后存储元件的电流-电压特性。如图13所示，存储元件的电流-电压在写入数据之前和之后急剧改变。例如，在所施加的电压为1V时，写入数据之前的电流值为4.8×10-5mA，而写入数据之后的电流值则为1.1×102mA。在写入数据之前和之后，电流值改变了7位数(107倍)。如此所示，在写入数据之前和之后存储元件的电阻值发生了改变，由于可以由其电压或电流值读取存储元件的电阻值的这种变化，因此这样的存储元件能够起到存储电路的作用。
在将上述存储元件用于存储电路的情况下，在每次读取数据时向所述存储元件施加预定量的电压(施加至不发生短路的程度)，并读取电阻值。因此，即使在反复读取数据，即反复施加预定量的电压之后，存储元件的电流-电压特性也必须保持不变。接下来，将参考图14描述在读取数据之后存储元件的电流-电压特性的测量结果。在该试验中，在每次读取数据时测量存储元件的电流-电压特性。由于共进行五次数据读取，因此共对存储元件的电流-电压特性进行五次测量。此外，对两个存储元件执行电流-电压特性的测量，其中之一通过在电学作用下写入数据改变了电阻值，另一个未改变电阻。
在图14中，水平轴表示电压值，垂直轴表示电流值，曲线272表示通过在电学作用下写入数据而改变了电阻值的存储元件的电流-电压特性，曲线271表示未改变电阻值的存储元件的电流-电压特性。从曲线271中可以看出，未改变电阻值的存储元件的电流-电压特性表现出了良好的重复性，尤其是在电压大于等于1V时。类似地，从曲线272中可以看出，改变了电阻值的存储元件的电流-电压特性也表现出了良好的重复性，尤其是在电压大于等于1V时。从上述结果可见，即使在多次读取数据之后，电流-电压特性也没有发生剧烈变化，并且具有良好的重复性。能够将上述存储元件用作存储电路。
[实施例2]
在这一实施例中，将参考附图描述在通过光学作用向存储电路中写入数据时采用的激光照射设备。
激光照射设备1001包括：用于在提供激光的过程中执行各种控制的计算机1002；发射激光的激光振荡器1003；电源1004；使激光衰减的光学系统1005；调制激光的强度的声-光调制器1006；包括用于降低激光的截面尺寸的透镜以及用于改变光路的反射镜等的光学系统1007；具有X轴台和Y轴台的运动机构1009；转换从计算机1002输出的控制数据的D/A转换器1010；根据从D/A转换器输出的模拟电压控制声-光调制器1006的驱动器1011；输出用于驱动运动机构1009的信号的驱动器1012；以及用于将激光会聚到照射目标上的自动聚焦机构1013(参考图15)。作为激光振荡器1003，可以采用能够发射紫外线、可见光或红外线的激光振荡器。具体而言，可以采用具有KrF、ArF、XeCl或Xe等的准分子激光振荡器；具有He、He-Cd、Ar、He-Ne或HF等的气体激光器；每者掺有Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti或Tm的、具有YAG、GdVO4、YVO4、YLF或YAlO3等的采用晶体的固体激光振荡器；或者具有GaN、GaAs、GaAlAs或InGaAsP等的半导体激光振荡器。
接下来，将描述具有上述结构的激光照射设备1001的操作。首先，在将衬底1014安装到运动机构1009上之后，计算机1002探测将要以激光照射的存储元件的位置。接下来，计算机1002在所探测的位置数据的基础上产生用于移动运动机构1009的移动数据。之后，在光学系统1005使激光振荡器1003发射的激光衰减之后，计算机1002通过驱动器1011控制从声-光调制器1006发射的激光的量，使之为预定值。同时，从声-光调制器1006发射的激光穿过光学系统1007，使得激光的光路和束斑形状发生变化。在通过透镜会聚激光束之后，将所述激光提供给衬底1014。这里，在计算机1002产生的移动数据的基础上控制运动机构1009，使之沿X方向和Y方向移动。结果，采用激光照射了预定位置，并将激光的光能密度转化成了热能。由此，采用激光有选择地照射了设置于衬底1014上的存储元件。尽管在上述描述中通过移动运动机构1009执行激光照射，但是也可以通过调整光学系统1007使激光沿X方向和Y方向移动。
根据本发明，通过采用上述激光照射设备进行激光照射而写入数据，因而能够容易地写入数据。因此，能够在短时间内写入大量数据。
[实施例3]
可以在很宽的范围内应用本发明的半导体器件，在下文中将对这些应用的具体例子予以说明。本发明的半导体器件20可以应用于，例如，纸币、硬币、有价证券、不记名债券、身份证(驾驶证、居留证等，参考图16A)、包装容器(包装纸、瓶子等，参考图16B)、记录介质(DVD软件、录像带等，参考图16C)、交通工具(自行车等，参考图16D)、随身物品(包、眼镜等，参考图16E)、食品、服装、百货、电子设备等。所述电子设备包括液晶显示装置、EL显示装置、电视装置(也简称为TV、TV接收机或电视接收机)、移动电话等。
可以通过将所述器件安装到印刷基片上，将所述器件胶粘到其表面上，或者将所述器件嵌入到对象的内部而将本发明的半导体器件20固定到所述对象上。例如，如果所述对象是一本书，可以通过将该器件嵌入到纸内而将该器件固定到书上，如果所述对象是由有机树脂构成的封装，那么可以通过将该器件嵌入到有机树脂内而将该器件固定到所述封装上。由于本发明的半导体器件20体积小、厚度薄、重量轻，因此即使将该器件固定到了对象上，也不会降低设计质量。通过将本发明的半导体器件20提供给纸币、硬币、有价证券、不记名债券、身份证等，能够提供身份识别功能，由此防止伪造。此外，当在包装容器、记录介质、随身物品、食品、服装、百货、电子设备等当中提供本发明的半导体器件20时，诸如检查系统的系统将变得更为有效。
接下来，将参考附图描述安装了本发明的半导体器件的电子设备的样式。这里的电子设备是移动电话，其包括外壳2700和2706、屏板2701、机架2702、印刷线路基板2703、操作按钮2704、电池2705等(参考图17)。将屏板2701以可拆卸的方式安装在机架2702内。将机架2702安装到印刷线路基板2703内。根据将要安装屏板2701的电子设备适当改变机架2702的形状和尺寸。在印刷线路基板2703上安装多个封装好的半导体器件，可以将本发明的半导体器件用作所述多个封装好的半导体器件中的一个。安装到印刷线路基板2703上的多个半导体器件具有控制器、中央处理单元(CPU)、存储器、电源电路、音频处理电路以及发送/接收电路等的功能中的任何一种。
将屏板2701通过连接膜2708与印刷线路基板2703集成。将上述屏板2701、机架2702和印刷线路基板2703连同操作按钮2704和电池2705一起放在外壳2700和2706内。将屏板2701中的像素区2709提供为能够通过设置于外壳2700内的开放窗口观察到。
如上所述，本发明的半导体器件体积小、厚度薄、重量轻，由此能够有效利用电子设备的外壳2700和2706内的有限空间。
由于本发明的半导体器件具有采用单晶半导体层作为沟道部分的场效应晶体管，因此能够提供高速运行的采用所述半导体器件的电子设备。此外，由于所述场效应晶体管的特性变化小，因此能够提供具有高可靠性的采用所述半导体器件的电子设备。
此外，由于本发明的半导体器件具有这样的结构，即在包括多个场效应晶体管的层上叠置包括多个存储元件的层，因此能够提供采用小半导体器件的电子设备，其中，每一所述场效应晶体管均采用单晶半导体层作为沟道部分。
此外，由于本发明的半导体器件具有结构简单的存储元件，因此能够提供采用廉价的半导体器件的电子设备，在所述简单的结构中，在一对导电层之间插置有机化合物层。此外，由于采用本发明的半导体器件易于实现高度集成，因此能够提供采用具有高容量(high-capacity)存储电路的半导体器件的电子设备。
此外，本发明的半导体器件中的存储电路是非易失的，并且是可记录的，可以通过光学作用或电学作用向所述存储电路内写入数据。凭借这一特性，能够防止利用重复写入进行伪造，并且还能够额外写入新数据。因此，能够提供采用尖端的、具有高附加值的半导体器件的电子设备。
根据本发明的半导体器件的制造方法采用叠置了第一单晶半导体层、绝缘层和第二单晶半导体层的衬底，并且包括形成多个晶体管的步骤和将所述第二单晶半导体层蚀刻掉的步骤，其中，每一所述晶体管采用所述第一单晶半导体层作为沟道部分。借助这一特性，能够提供采用体积小、厚度薄、重量轻的半导体器件的电子设备。
所示的外壳2700和2706只是移动电话的外形的例子。可以根据其功能和计划目的而对本实施例的电子设备做出各种改变。因此，在下文中将参考图18A到图18C描述电子设备的其他样式的例子。
图18A示出了电饭锅，其包括外壳2001、显示部分2002和操作按钮2003等。通过在所述电饭锅内提供本发明的半导体器件，能够在电饭锅中存储各种数据，并且能够在显示部分2002上显示所述数据。例如，在预先存储了用于蒸煮白米、粥以及将米和野菜混合蒸煮的菜单配方(例如，水的量、米的量等)时，用户能够通过操作操作按钮2003容易地搜索想要知道的信息。此外，例如，用户可以根据用户的口味额外存储米的软硬度等数据，使电饭锅基于写入的信息工作。
图18B示出了厨房用微波炉，其包括外壳2101、显示部分2102、操作按钮2103等。通过在厨房用微波炉内提供所述半导体器件，能够在厨房用微波炉内存储各种数据，并且能够在显示部分2102上显示所述数据。例如，可以预先存储制作各种菜品的技巧、材料的加热/解冻时间等，用户可以通过操作操作按钮2103容易地搜索想要知道的信息。此外，用户还可以额外记录用户的自创菜肴烹制技巧等未作为数据存储的内容。
图18C示出了洗衣机，其包括外壳2201、显示部分2202、操作按钮2203等。提供在洗衣机内提供本发明的半导体器件，能够在洗衣机内存储各种数据，并且能够在显示部分2202上显示数据。例如，可以预先存储洗选方法、水量和视衣物量而定的洗涤剂的量等，用户可以通过操作操作按钮2203容易地搜索想要知道的信息。此外，用户还能够根据其喜好额外记录洗涤方法。
接下来，将描述采用本发明的半导体器件的系统的例子。首先，在包括显示部分294的移动终端的侧表面上提供读取器/写入器295，并在对象297的侧表面上提供本发明的半导体器件20(参考图19A)。此外，预先在半导体器件20内存储诸如材料、生产区域加工流程历史等对象297的信息。之后，在将半导体器件20持于读取器/写入器295之上时，将在显示部分294上显示半导体器件20中的信息。由此，能够提供有用的系统。作为另一个例子，在传送带的旁边提供读取器/写入器295(参考图19B)。之后，能够非常容易地提供检查对象297的系统。通过这种方式，将本发明的半导体器件用于对象管理或循环系统，该系统能够变得更为完善、有用。
[实施例4]
在本实施例中，将参考图20A和20B、图21A和21B以及图22A和22B描述在通过电学作用向形成于衬底上的存储元件写入数据时其电流-电压特性的测量结果。在图20A和20B、图21A和21B以及图22A和22B的每者当中，水平轴表示电压值，垂直轴表示电流密度值，圆环曲线表示在向其内写入数据之前存储元件的电流-电压特性的测量结果，方框曲线表示在向其内写入数据之后存储元件的电流-电压特性的测量结果。通过电学作用向存储元件内写入数据是指向存储元件施加电压，以使存储元件短路。
采用六个样本(样本1到6)测量电流-电压特性。六个样本中的每者的尺寸在其水平面内为2mm×2mm。在下文中将描述六个样本的多层结构。
样本1是通过按顺序叠置第一导电层、有机化合物层和第二导电层形成的元件。在样本1中，第一导电层由含有氧化硅的ITO形成，第一有机化合物层由TPD形成，第二导电层由铝形成。将有机化合物层形成为50nm厚。图20A示出了样本1的电流-电压特性的测量结果。
样本2是通过按顺序叠置第一导电层、有机化合物层和第二导电层形成的元件。在样本2中，第一导电层由含有氧化硅的ITO形成，有机化合物层由添加了2，3，5，6-四氟代-7，7，8，8-四氰代二甲基苯醌(有时将这种材料简写为F4-TCNQ)的TPD形成，第二导电层由铝形成。将所述有机化合物层形成为50nm厚，并且所述有机化合物层是通过添加0.01wt％的F4-TCNQ形成的。图20B示出了样本2的电流-电压特性的测量结果。
样本3是通过按顺序叠置第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层形成的元件。在样本3中，第一导电层由含有氧化硅的ITO形成，第一有机化合物层由TPD形成，第二有机化合物层由F4-TCNQ形成，第二导电层由铝形成。将第一有机化合物层形成为50nm厚，将第二化合物层形成为1nm厚。图21A示出了样本3的电流-电压特性的测量结果。
样本4是通过按顺序叠置第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层形成的元件。在样本4中，第一导电层由含有氧化硅的ITO形成，第一有机化合物层由F4-TCNQ形成，第二有机化合物层由TPD形成，第二导电层由铝形成。将第一有机化合物层形成为1nm厚，将第二化合物层形成为50nm厚。图21B示出了样本4的电流-电压特性的测量结果。
样本5是通过按顺序叠置第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层形成的元件。在样本5中，第一导电层由含有氧化硅的ITO形成，第一有机化合物层由添加了F4-TCNQ的TPD形成，第二有机化合物层由TPD形成，第二导电层由铝形成。将第一有机化合物层形成为40nm，并且它是通过添加0.01wt％的F4-TCNQ形成的，将第二有机化合物层形成为40nm厚。图22A示出了样本5的电流-电压特性的测量结果。
样本6是通过按顺序叠置第一导电层、第一有机化合物层、第二有机化合物层和第二导电层形成的元件。在样本6中，第一导电层由含有氧化硅的ITO形成，第一有机化合物层由TPD形成，第二有机化合物层由添加了F4-TCNQ的TPD形成，第二导电层由铝形成。将第一有机化合物层形成为40nm厚，将第二有机化合物层形成为10nm厚，并且它是通过添加0.01wt％的F4-TCNQ形成的。图22B示出了样本6的电流-电压特性的测量结果。
根据图20A和20B、图21A和21B以及图22A和22B的测量结果，就样本1到6而言，在写入数据之前和之后(使存储元件短路之前和之后)存储元件的电流-电压特性发生了剧烈变化。
在样本1中，写入电压(V)为8.4，在样本2中为4.4，在样本3中为3.2，在样本4中为5.0，在样本5中为6.1，在样本6中为7.8。样本1到6中的写入电压具有重复性，其误差范围处于0.1V内。
接下来，将描述在样本1到6中写入数据前后电流密度的变化。表示电流密度变化的值R1是通过将电流密度A除以电流密度B得到的(R1＝A÷B)，其中，电流密度A在写入之后向存储元件施加1V的电压时得到的，电流密度B在写入之前向存储元件施加1V的电压时得到的。值R2是通过将电流密度C除以电流密度D得到的(R2＝C÷D)，其中，电流密度C是在写入之后向存储元件施加3V的电压时得到的，电流密度D是在写入之前向存储元件施加3V的电压时得到的(R2＝C÷D)。
在样本1中，R1为1.9×107，R2为8.4×103，在样本2中，R1为8.0×108，R2为2.1×102，在样本3中，R1为8.7×104，R2为2.0×102，在样本4中，R1为3.7×104，R2为1.0×101，在样本5中，R1为2.0×105，R2为5.9×101，在样本6中，R1为2.0×104，R2为2.5×102。从上述结果可见，施加1V的电压时电流值的变化比施加3V的电压时电流值的变化至少高103倍。
部件列表
11：电源电路，12：时钟生成电路，13：数据调制/解调电路，14：控制电路，15：接口电路，16：存储电路，17：数据总线，18：天线，19：读取器/写入器，20：半导体器件，21：存储单元，22：存储单元阵列，23：译码器，24：译码器，25：选择器，26：读取/写入电路，27：第一导电层，28：第二导电层，29：有机化合物层，30：存储元件，31：场效应晶体管，32：激光照射设备，33：绝缘层，34：绝缘层，44：半导体层，45：半导体层，46：电阻元件，47：读出放大器，261：曲线，262：曲线，271：曲线，272：曲线，294：显示部分，295：读取器/写入器，297：对象，301：绝缘层，302：单晶半导体衬底，303：n阱，304：p阱，305：n阱，306：p阱，307：场氧化物层，308：栅极绝缘层，309：栅极绝缘层，310：栅极绝缘层，311：栅极绝缘层，312：栅极，313：栅极，314：栅极，315：栅极，312a：多晶硅层，313a：多晶硅层，314a：多晶硅层，315a：多晶硅层，312b：硅化物层，313b：硅化物层，314b：硅化物层，315b：硅化物层，316：FET，317：FET，318：FET，319：FET，320：低浓度杂质区，321：低浓度杂质区，322：低浓度杂质区，323：低浓度杂质区，324：侧壁，325：侧壁，326：侧壁，327：侧壁，328：杂质区，329：杂质区，330：杂质区，331：杂质区，332：绝缘层，333：绝缘层，334：导电层，335：导电层，336：导电层，337：导电层，338：导电层，339：导电层，341：导电层，342：导电层，343：导电层，345：第一导电层，346：有机化合物层，347：第二导电层，348：绝缘层，349：绝缘层，350：存储元件，351：层，352：层，361：第一导电层，362：第一导电层，363：第一导电层，364：第一导电层，365：有机化合物层，366：有机化合物层，367：有机化合物层，368：有机化合物层，369：第二导电层，370：绝缘层，371：存储元件，372：存储元件，373：存储元件，374：存储元件，375：绝缘层，401：层，402：层，403：导电层，445：第一导电层，446：有机化合物层，447：第二导电层，448：绝缘层，449：绝缘层，450：存储元件，462：第一导电层，463：第一导电层，466：有机化合物层，467：有机化合物层，469：第二导电层，470：绝缘层，472：存储元件，473：存储元件，475：绝缘层，501：层，502：层，503：导电层，504衬底，505：树脂，506：导电颗粒，510：SIMOX衬底，511：第一单晶半导体层，512：绝缘层，513：第二单晶半导体层，514：层，515：研磨和抛光设备，516：半导体器件，517：导电层，518：衬底，520：对象，1001：激光照射设备，1002：计算机，1003：激光振荡器，1004：电源，1005：光学系统，1006：声-光调制器，1007：光学系统，1009：运动机构，1010：转换器，1011：驱动器，1012：驱动器，1013：自动聚焦机构，1014：衬底，2001：外壳，2002：显示部分，2003：操作按钮，2101：外壳，2102：显示部分，2103：操作按钮，2201：外壳，2202：显示部分，2203：操作按钮，2700：外壳，2701：屏板，2702：机架，2703：印刷线路基板，2704：操作按钮，2705：电池，2706：外壳，2708：连接膜，2709：像素区

Claims (16)

1.一种半导体器件，包括：
场效应晶体管，其设置于第一绝缘层上，并采用单晶半导体层作为沟道部分；
第二绝缘层，其形成在所述场效应晶体管上；以及
存储元件，其设置于所述第二绝缘层上，并包括位于一对导电层之间的有机化合物层，
其中所述的一对导电层之间的距离设置成在所述的一对导电层之间施加电压时发生改变。
2.一种半导体器件，包括：
场效应晶体管，其设置于第一绝缘层上，并采用单晶半导体层作为沟道部分；
第二绝缘层，其形成在所述场效应晶体管上；以及
多个存储元件，其中每者均设置于所述第二绝缘层上，并包括位于一对导电层之间的有机化合物层；
其中，所述多个存储元件中的每者的所述一对导电层之一在所述多个存储元件之间是共用的，并电连接到所述场效应晶体管的源极区和漏极区之一，
其中所述多个存储元件中的每者的所述一对导电层之间的距离设置成在所述的一对导电层之间施加电压时发生改变。
3.一种半导体器件，包括：
多个场效应晶体管，其中每者均设置于第一绝缘层上，并采用单晶半导体层作为沟道部分；
第二绝缘层，其形成在所述多个场效应晶体管上；以及
多个存储元件，其中每者均设置于所述第二绝缘层上，并包括位于一对导电层之间的有机化合物层；
其中，将所述多个存储元件中的至少一个的所述一对导电层之一电连接到所述多个场效应晶体管中的至少一个的源极区和漏极区之一，并且
其中所述多个存储元件中的每者的所述一对导电层之间的距离设置成在所述的一对导电层之间施加电压时发生改变。
4.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件，还包括起天线作用的导电层，
其中，所述一对导电层之一和所述起天线作用的导电层设置于同一层内。
5.根据权利要求1、2或3所述的半导体器件，还包括：
衬底，其设置于所述存储元件之上。
6.根据权利要求1、2和3中的任何一项所述的半导体器件，
其中，所述存储元件通过在所述一对导电层之间施加电压改变其电阻值。
7.根据权利要求1、2和3中的任何一项所述的半导体器件，
其中，所述存储元件通过电学作用改变其电阻值。
8.一种半导体器件，包括：
场效应晶体管，其设置于第一绝缘层上，并采用单晶半导体层作为沟道部分；
覆盖所述场效应晶体管的第二绝缘层；
第一导电层，其通过设置于所述第二绝缘层内的开口部分连接至所述场效应晶体管的源极区和漏极区之一；
第三绝缘层，其设置于所述第二绝缘层和所述第一导电层之上；
第二导电层，其通过设置于所述第三绝缘层内的开口部分连接至所述第一导电层；
与所述第二导电层接触的有机化合物层；以及
与所述有机化合物层接触的第三导电层；
其中所述第二导电层和第三导电层之间的距离设置成在所述第二导电层和第三导电层之间施加电压时发生改变。
9.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括第四导电层，
其中，所述第四导电层起天线的作用。
10.根据权利要求8所述的半导体器件，还包括衬底，
其中所述衬底设置于所述第三导电层上。
11.根据权利要求1、2、3和8中的任何一项所述的半导体器件，
其中，所述第一绝缘层为氧化硅层。
12.根据权利要求1、2、3和8中的任何一项所述的半导体器件，
其中，所述有机化合物层具有电子输运材料或空穴输运材料。
13.包括根据权利要求1、2、3和8中的任何一项所述的半导体器件的显示装置，
其中，所述有机化合物层具有载流子输运材料。
14.包括根据权利要求1、2、3和8中的任何一项所述的半导体器件的显示装置，
其中，所述有机化合物层具有载流子输运材料，并且
其中，所述有机化合物层的电导处于1.0×10-15S·cm-1到1.0×10-3S·cm-1的范围内。
15.包括根据权利要求1、2、3和8中的任何一项所述的半导体器件的显示装置，
其中，所述有机化合物层具有处于5nm到60nm的范围内的厚度。
16.包括根据权利要求1、2、3和8中的任何一项所述的半导体器件的显示装置，
其中，所述有机化合物层具有10nm到20nm的厚度。
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