KR101369864B1 - 반도체장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
상부 전극 및 하부 전극의 쌍 사이에 유기 화합물을 설치해서 기억소자를 형성한다. 그러나, 유기 화합물을 포함하는 층 위에 전극을 형성했을 경우, 전극의 형성시의 온도에 따라서는 유기 화합물을 포함하는 층에의 영향이 있기 때문에 온도에 제한이 있다. 이 온도의 제한 때문에 형성 방법이 한정된다. 이에 따라, 원하는대로의 전극을 형성할 수 없어, 소자의 미세화를 저해하고 있는 문제가 있었다. 본 발명의 반도체장치는, 절연 표면을 가지는 기판 상에 기억소자와 스위칭소자를 구비한다. 이 기억소자는 동일 평면에 배치된 제 1 및 제 2 전극과, 유기 화합물을 포함하는 층을 갖는다. 제 1 전극으로부터 제 2 전극을 향해 전류가 흐른다. 제 2 전극은 스위칭소자와 전기적으로 접속된다.
반도체장치, 유기 화합물, 전극, 절연 표면, 기억소자, 스위칭소자
Description
도 1a 및 도 1c는 본 발명의 반도체장치의 단면도이고, 도 1b는 평면도를 도시한 도면(실시예 1).
도 2a는 본 발명의 반도체장치의 단면도이고 도 2b는 평면도를 도시한 도면(실시예 2).
도 3a는 본 발명의 반도체장치의 단면도이고 도 3b는 평면도를 도시한 도면(실시예 3).
도 4a는 본 발명의 반도체장치의 단면도이고 도 4b는 평면도를 도시한 도면(실시예 4).
도 5a는 본 발명의 반도체장치의 단면도이고 도 5b는 평면도를 도시한 도면(실시예 5).
도 6a 및 도 6c는 본 발명의 반도체장치의 단면도이고 도 6b는 평면도를 도시한 도면(실시예 6).
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 반도체장치의 등가회로도를 도시한 도면(실시예7).
도 8은 본 발명의 반도체장치의 구성예에 관하여 설명하는 도면(실시예8).
도 9는 본 발명의 반도체장치의 사용 형태에 관하여 설명하는 도면(실시예9).
도10은 본 발명의 반도체장치를 가지는 전자기기를 설명하는 도면(실시예 10).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101…절연 표면을 가지는 기판
102…제 1 절연층 103…반도체층
104…제 2 절연층 105…워드선(게이트선)
106…제 3 절연층 107…제 4 절연층
108…제 1 전극 109…비트선
112…공통선 113…유기 화합물을 포함하는 층
114…제 5 절연층(격벽) 120…전류 경로
본 발명은, 데이터를 기억가능한 반도체장치에 관한 것이다.
또한, 본 명세서 중에 있어서 반도체장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리키고, 전기광학장치, 반도체 회로 및 전자기기는 모두 반도체장치이다.
기억소자는, 기억소자의 2단자로서 유전체층의 상하에 2개의 전극을 배치하고 있는 구조가 일반적이다.
특허문헌1(일본국 특개 2002-26277)에는 소자의 2단자로서 유기 화합물을 포함하는 층의 상하에 전극을 배치해서 전압을 인가하는 것으로 단락시켜 초기 상태를 0, 도통상태를 1로 하여 정보의 기억을 행하는 메모리 장치 및 그 구동방법이 제안되어 있다.
반도체장치에 설치되는 기억 회로로서, DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory), FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory), 마스크 ROM(Masked Read Only Memory), EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리 등을 들 수 있다. 이 중에서, DRAM, SRAM은 휘발성의 기억 회로이며, 전원을 오프하면 데이터가 소거되어 버리기 때문에, 전원을 온할 때마다 데이터를 기록할 필요가 있다. FRAM은 비휘발성의 기억 회로이지만, 강유전체층을 포함하는 용량소자를 사용하고 있기 때문에, 제작 공정이 증가해 버린다. 마스크ROM은, 간단한 구조이지만, 제조 공정에서 데이터를 기록할 필요가 있으며, 추기할 수는 없다. EPROM, EEPROM, 플래시 메모리는, 비휘발성의 기억 회로이지만, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리에서는 2개의 게이트 전극을 포함하는 소자를 사용하고 있기 때문에, 제작 공정수가 증가해 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한 무기재료를 유전체로 사용한 DRAM 등의 기억 회로는, 커패시터에 축적된 전하의 유무에 의해 2값을 기억시키고 있다.
한편, 유기 화합물을 유전체에 사용한 기억 회로는, 한쌍의 상하 전극 사이에 유기 화합물을 설치해서 기억소자를 형성한다. 그러나, 유기 화합물을 포함하는 층 위에 전극을 형성했을 경우, 전극의 형성시의 온도에 따라서는 유기 화합물을 포함하는 층에의 영향이 있기 때문에 온도에 제한이 있다. 이 온도의 제한 때문에 형성 방법이 한정되어, 원하는 대로의 전극을 형성할 수 없다. 따라서, 소자의 미세화를 저해하고 있는 문제가 있었다. 유기 화합물을 포함하는 층 위에 전극을 형성하는 것은, 소자의 미세화를 저해하고 있는 면에서 해결되어야 할 문제이다.
또한 2단자로서 유기 화합물을 포함하는 층의 상하에 형성한 한 쌍의 전극을 사용한 유기 기억소자의 경우, 한 쌍의 전극을 상하로 배치함으로써 한 쌍의 전극을 복수의 공정으로 나누어서 형성하지 않으면 안된다. 그 때문에 제조 프로세스가 복잡화한다고 하는 문제가 있었다. 제조 프로세스가 복잡화하는 것은, 제조 비용의 면에서 해결되어야 할 문제이다.
상기 문제를 감안하여, 본 발명은, 소자의 미세화의 저해와 제조 프로세스의 복잡화를 해결하는 것을 과제로 한다. 또한 제조시 이외에 데이터의 추기가 가능해서, 고쳐 쓰기에 의한 위조 등을 방지가능한 불휘발의 기억장치 및 그것을 가지는 반도체장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 신뢰성이 높고, 저렴한 불휘발의 기억장치 및 반도체장치의 제공을 과제로 한다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명은, 기억소자의 2단자로서 기능하는 제 1 도 전층과 제 2 도전층을 동일 절연층 위에 배치한 기억소자를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서는, 소자의 2단자 사이에 전압을 인가하여, 유기 화합물을 포함하는 층의 변화에 의해 야기되는 유기 화합물을 포함하는 층의 도전성의 변화나, 전극의 단락에 의해 한 쌍의 전극을 도통시킨다. 또한, 유기 화합물을 포함하는 층에 대하여 기판면과 평행하게 전압을 인가하여, 한 쌍의 전극의 도통을 행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 소자는, "초기 상태"와 "도전성 변화후 상태:에 대응한 2값을 기억시킬 수 있다. 본 발명의 소자는, 상기한 쌍의 전극 사이에 전위차를 형성하여, 상기 전류 경로를 고저항 상태로부터 저저항 상태로 비가역적으로 변화시키는 구조의 소자라고 할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 발명의 구성 1은, 도1a, 도 1b 및 도 1c에 그것의 일례를 나타내고 있으며, 절연 표면을 가지는 기판 상에 복수의 소자 및 복수의 스위칭소자가 매트릭스 모양으로 배치된 반도체장치이다. 상기 소자는, 동일 평면에 배치된 한 쌍의 전극과, 동일 평면에 유기 화합물을 포함하는 층을 갖는다. 또한, 한 쌍의 전극 중, 한쪽의 전극에서 또 한쪽의 전극을 향하는 기판면과 수평한 방향으로 전류가 흐른다. 상기 한쌍의 전극들 사이에는 상기 유기 화합물을 포함하는 층이 배치되며, 상기 한 쌍의 전극 중 한쪽의 전극은, 상기 스위칭소자와 전기적으로 접속된다.
스위칭소자의 게이트선(게이트 전극)은, 워드선에 해당한다. 또한 스위칭소자의 반도체층과 전기적으로 접속하고 있는 전극은, 반도체층에 포함되는 소스 영역이나 드레인 영역과 각각 접속하기 위해서, 적어도 2개 존재하고 있다. 워드선과 교차하고 있는 비트선은, 스위칭소자의 반도체층과 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 동일 평면에 배치된 한 쌍의 전극은, 제 1 전극과, 제 2 전극으로도 부르며, 스위칭소자의 반도체층과 전기적으로 접속하는 전극을 제 1 전극으로도 부른다. 또한, 제 1 전극에 대향해서 설치하는 제 2 전극은, 공통선(공통 전극)에 해당한다. 예를 들면 스위칭소자가 n채널형 박막 트랜지스터일 경우, 비트선은 N채널형 트랜지스터의 드레인 영역과 접속하고, 제 1 전극은, n채널형 트랜지스터의 소스 영역과 접속한다. 또한, 스위칭소자가 p채널형 박막 트랜지스터일 경우, 비트선은 p채널형 박막 트랜지스터의 소스 영역과 접속하고, 제 1 전극은, p채널형 박막 트랜지스터의 드레인 영역과 접속한다.
또한, 상기 구성 1에 있어서, 상기 유기 화합물을 포함하는 층은, 적어도 상기 제 1 전극의 한쪽의 측면의 적어도 일부, 및 상기 제 1 전극의 상기 측면과 대향하는 상기 공통선 측면의 일부와 접하고 있으면 좋다.
또한 유기 화합물을 포함하는 층은, 상기 한 쌍의 절연층과, 상기 제 1 전극과, 상기 제 2 전극으로 주위을 둘러싸는 구성으로 하여도 된다. 본 발명의 구성 2는, 절연 표면을 가지는 기판 상에 복수의 소자 및 복수의 스위칭소자가 매트릭스 모양으로 배치된 반도체장치이다. 상기 소자는, 동일 평면에 배치된 한 쌍의 전극과, 동일 평면에 유기 화합물을 포함하는 층 및 한 쌍의 절연층을 갖는다. 또한, 한 쌍의 전극 중, 한쪽의 전극에서 또 한쪽의 전극을 향하는 기판면과 수평한 방향으로 전류가 흐른다. 상기 유기 화합물을 포함하는 층은, 상기 한 쌍의 절연층 및 상기 한 쌍의 전극으로 주위를 둘러싸며, 상기 한 쌍의 전극 중 한쪽의 전극은, 상 기 스위칭소자와 전기적으로 접속된다.
이 한 쌍의 절연층은, 유기 화합물을 포함하는 층의 형성 위치를 제어하기 위해서 설치되어 있고, 격벽으로도 불린다. 또한 이 한 쌍의 절연층은, 한개의 소자와, 상기 소자와 인접하는 기억소자 사이의 영역에 설치된다. 본 발명의 상기 구성 2에 있어서, 유기 화합물을 포함하는 층은 한쪽의 전극에서 또 한쪽의 전극을 향하는 기판면과 수평한 방향을 갖는 전류 경로의 방향으로 한쌍의 전극들 사이에 끼워지며, 상기 전류 경로와 평행한 방향으로 전류 경로 사이에 끼워진다.
더구나, 상기 구성 2에 있어서는, 상기 한쌍의 절연층이 전류 경로를 끼우도록 전류 경로의 양측에 배치된다.
또한, 상기 구성 1 또는 상기 구성 2에 있어서, 도1a에 그것의 일례를 나타낸 바와 같이 상기 한 쌍의 전극의 전체 폭(Wa+Wc)은, 유기 화합물을 포함하는 층의 폭(Wx)보다도 넓은 것을 특징의 한 개로 하고 있다. 여기에서의 상기 한쌍의 전극의 전체 폭 및 유기 화합물을 포함하는 층의 폭이란, 한 쌍의 전극을 포함하는 단면에 있어서의 폭을 가리키고 있다. 또한 한 쌍의 전극을 포함하는 단면에 있어서 최단의 전류 경로가, 한 쌍의 전극의 간격거리(Wb)에 해당한다. 적어도 유기 화합물을 포함하는 층의 폭(Wx)은, 한 쌍의 전극의 간격거리(Wb)보다도 같거나 또는 그 이상으로 한다.
또한, 유기 화합물을 포함하는 층은, 공통선과 제 1 전극의 사이에 배치되면, 특별하게 한정되지 않으며, 평면으로부터 보아서 여러가지 패턴 형상으로 해도 된다. 예를 들면 유기 화합물을 포함하는 층의 평면 형상은, 사각형 형상, 타원형, 원형, 또는 띠 형태로 하면 좋다. 유기 화합물을 포함하는 층을 전체면에 형성하는 것이 아니라, 선택적으로 유기 화합물을 포함하는 층을 형성함으로써 재료의 소비량을 억제할 수 있다.
또한, 도2a 및 도2b에 그것의 일례를 나타낸 바와 같이, 상기 유기 화합물을 포함하는 층은, 평면으로부터 보아서 띠 형태의 패턴으로 형성해도 되며, 전류 경로의 방향에 인접해서 설치된 복수의 소자와 공통의 유기 화합물을 포함하는 층으로 해도 된다. 이 경우, 상기 한 쌍의 전극의 전체 폭은, 유기 화합물을 포함하는 층의 폭, 즉 띠 형태로 한 패턴의 길이보다도 좁다. 또한, 띠 형태의 패턴으로 유기 화합물을 형성하는 다른 방법은 액적토출법(대표적으로는 잉크젯법이나 디스펜스법 등)을 사용하면 좋다. 또한 인접하는 공통선과 비트선과의 사이에도 유기 화합물을 포함하는 층이 배치되기 때문에, 인접하는 공통선과 비트선과의 간격거리(Wd)는, 제 1 전극과 공통선의 간격거리(Wb)보다도 넓고, 구체적으로는 2㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 유기 화합물을 포함하는 층의 형성 위치를 제어하기 위해서 한 쌍의 절연층이 설치되어 있다.
또한 도3a 및 도3b에 그 일례를 나타낸 바와 같이, 상기 유기 화합물을 포함하는 층은, 상기 제1전극과 공통선 상에 일부 겹치도록 형성되어도 되며, 상기 제1 전극의 측면 및 그 상단부와, 상기 제 1 전극의 측면에 대향하는 상기 공통선의 측면 및 그 상단부의 양쪽을 덮어도 좋다. 도3a에 있어서의 유기 화합물을 포함하는 층의 폭 Wx는, 도1a에 있어서의 유기 화합물을 포함하는 층의 폭(Wx)보다도 넓다.
또한 도4a 및 도4b에 그 일례를 나타낸 바와 같이, 상기 유기 화합물을 포함 하는 층은, 격벽을 설치하지 않고 평면에서 보아 띠 형태의 패턴으로 형성해도 되고, 전류 경로의 방향에 인접해서 설치된 복수의 소자와 공통의 유기 화합물을 포함하는 층으로 해도 된다.
또한 도5a 및 도5b에 그 일례를 나타낸 바와 같이, 접속 전극 및 비트선 상에 절연층을 형성하고, 이 절연층 위에 제 1 전극, 제 2 전극, 유기 화합물을 포함하는 층을 형성하는 구성으로 하여도 된다. 또한, 접속 전극은, 절연층에 설치된 콘택홀을 통해서 제 1 전극과 전기적으로 접속한다. 접속 전극 및 비트선 상에 절연층을 설치함으로써 소자의 점유 면적 축소를 꾀할 수 있다.
또한 상기 구성 1 또는 상기 구성 2에 있어서, 상기 비트선의 측면과, 상기 제1 전극의 측면과, 상기 측면에 대향하는 상기 공통선의 측면은, 테이퍼 형상을 가지고 있는 것을 특징의 하나로 하고 있다. 본 명세서에 있어서, 전극(또는 배선)의 측면이 테이퍼 형상을 가지고 있다는 것은, 전극(또는 배선)의 측벽면이 기판면에 대하여 경사지고 있는 것을 가리키고 있다. 단, 본 명세서에 있어서, 테이퍼 형상은, 전극(또는 배선)의 상단부가 돌출된 형상, 즉 오버행 형상을 제외한다.
이와 같은 테이퍼 형상으로 함으로써, 한 쌍의 대향하는 전극의 하단부의 간격을 좁힐 수 있어, 전계가 집중하기 쉬워지기 때문에, 비교적 저전력으로 전류 경로에 배치된 유기 화합물을 포함하는 층을 고저항 상태로부터 저저항 상태로 비가역적으로 변화시킬 수 있다. 본 명세서에 있어서, 전극(또는 배선)의 측면이 테이퍼 형상을 가지고 있다는 것은, 전극(또는 배선)의 측벽면이 경사지고 있는 것을 가리키고 있다. 단, 본 명세서에 있어서, 테이퍼 형상은, 전극(또는 배선)의 상단 부가 돌출한 형상, 즉 오버행 형상을 제외한다.
또한 상기 구성 1을 실현하기 위한 제작 공정도 본 발명의 일면이다. 본 발명은, 절연 표면을 가지는 기판 상에 반도체막을 형성하는 단계와, 상기 반도체막을 덮는 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막 위의 동일 평면 위에, 한쪽이 상기 반도체막과 전기적으로 접속하는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계와, 상기 한 쌍의 전극 사이에 유기 화합물을 포함하는 층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체장치의 제조방법이다.
상기 제조방법에 관한 발명의 구성에 있어서, 상기 한쌍의 전극을 형성할 때, 비트선의 측면, 제 1 전극의 측면 및 공통선의 측면을 테이퍼 형상으로 하는 것을 특징의 하나로 하고 있다. 테이퍼 형상으로 함으로써, 그 위에 형성하는 막의 피복성을 향상시킬 수 있다. 또한 유기 화합물을 포함하는 층을 형성하는 방법이 액적토출법일 경우, 재료 액적을 한 쌍의 전극(제 1 전극과 공통선) 사이의 영역에 적하한다. 토출위치가 벗어나도, 재료 액적이 테이퍼 형상인 전극 측면에 토출가능하다면, 상기 한 쌍의 전극 사이에 노출되어 있는 절연 표면이 유기 화합물을 포함하는 층에 의해 덮일 수 있다. 이것은 테이퍼 형상을 갖는 한쌍의 전극의 측면을 따라 한쌍의 전극들사이의 절연 표면으로 재료 액적이 이동하기 때문이다.
또한 상기 구성 2를 실현하기 위한 제작 공정도 본 발명의 한가지 국면이다. 본 발명은, 절연 표면을 가지는 기판 상에 반도체막을 형성하는 단계와, 상기 반도체막을 덮는 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막의 동일 평면 위에 한쪽이 상기 반도체막과 전기적으로 접속하는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계와, 상기 절연막 위에 한 쌍의 절연층을 형성하는 단계와, 상기 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 절연층으로 둘러싸인 영역에 겹치도록, 유기 화합물을 포함하는 층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 반도체장치의 제조방법이다.
상기 제조방법에 관한 발명의 구성에 있어서, 상기 한쌍의 전극을 형성할 때, 적어도 유기 화합물을 포함하는 층을 끼우는 한 쌍의 전극의 측면 중에서, 유기 화합물을 포함하는 층과 접하는 측면을 테이퍼 형상으로 하는 것을 특징의 하나로 하고 있다. 또한 한 쌍의 절연층을 형성할 때, 적어도 유기 화합물을 포함하는 층을 끼우는 한 쌍의 절연층의 측면 중에서, 유기 화합물을 포함하는 층과 접하는 측면을 테이퍼 형상으로 하는 것을 특징의 하나로 하고 있다.
[실시예]
이하에서, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 단, 본 발명은 많은 다른 태양으로 실시하는 것이 가능하며, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하는 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 본 실시예의 기재 내용에 한정해서 해석되는 것은 아니다. 또한, 실시예를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그것의 반복의 설명은 생략한다.
(실시예1)
본 실시예에서는, 본 발명의 반도체장치가 가지는 기억소자의 일 구성예에 관해서 도면을 사용하여 설명한다. 더욱 구체적으로는, 복수의 기억소자가 매트릭스 모양으로 배치된 기억 회로의 구성예에 관해서 이하에 나타낸다.
도1a는, 본 발명의 기억소자를 복수개 갖는 메모리 셀 어레이의 단면 구조의 일부를 나타내고 있다. 도1b는, 평면 구조이며, 도 1b에서 쇄선 A-B로 절단한 단면이 도1a에 대응한다. 또한, 도1c는 도 1b의 쇄선 C-D로 절단한 단면이다.
제 2 절연층(104), 제 3 절연층(106), 및 제 4 절연층(107)에는 반도체층(103)에 이르는 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 이 개구를 덮도록 비트선(109), 제 1 전극(108), 및 공통 전극(제 2 전극)(112)이 설치되어 있다. 또한, 개구를 통해서 반도체층(103)과 전기적으로 접속하고 있는 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)이 제 4 절연층(107) 위에 설치된다. 도1a에서는, 동일한 층에, 즉 제 4 절연층(107) 위에 비트선(109)과 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)을 설치하고 있다.
여기에서는, n채널형의 박막 트랜지스터를 스위칭소자로서 사용하는 예를 나타낸다. 반도체층(103), 게이트선(워드선)(105), 소스 전극으로서의 역할을 하는 제 1 전극(108), 및 드레인 전극으로서의 역할을 하는 비트선(109)은 n채널형의 박막 트랜지스터를 구성하고 있다. n채널형의 박막 트랜지스터는, 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)과 유기 화합물을 포함하는 층(113)으로 구성되는 기억소자에 전기적으로 접속하고 있다.
또한, n채널형의 박막 트랜지스터 대신에 p채널형 트랜지스터를 사용할 경우, 비트선은 박막 트랜지스터의 소스 전극으로서 기능하고, 제 1 전극은 박막 트랜지스터의 드레인 전극으로서 기능한다.
반도체층(103)은, 적어도 채널 형성 영역과 소스 영역과 드레인 영역을 가지고 있다. 또한, 오프 전류값을 저감하기 위해서, n채널형의 박막 트랜지스터를 LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 해도 된다. 이 LDD 구조는 채널 형성 영역과, 고농도로 불순물 원소를 첨가해서 형성하는 소스 영역 또는 드레인 영역과의 사이에 저농도로 불순물 원소를 첨가한 영역을 설치한 것이며, 이 영역을 LDD 영역으로 부르고 있다. LDD 구조는 드레인 근방의 전계를 완화해서 핫 캐리어 주입에 의한 열화를 막는 효과가 있다. 또한, 핫 캐리어에 의한 온 전류값의 열화를 막기 위해서, n채널형의 박막 트랜지스터를 GOLD(Gate-drain Overlapped LDD) 구조로 해도 된다. 게이트 절연막을 개재하여 LDD 영역을 게이트 전극과 겹쳐서 배치시킨 구조인 GOLD 구조는, LDD 구조보다도 한층 더 드레인 근방의 전계를 완화해서 핫 캐리어 주입에 의한 열화를 막는 효과가 있다. 이러한 GOLD 구조로 함으로써, 드레인 근방의 전계강도가 완화되어서 핫캐리어 주입을 막아, 열화 현상의 방지에 유효하다.
또한, 반도체층으로서는, 비정질 반도체막, 결정 구조를 포함하는 반도체막, 비정질 구조를 포함하는 화합물 반도체막 등을 적당하게 사용할 수 있다. 더욱이, TFT의 활성층으로서, 세미아모퍼스 반도체막(마이크로 크리스탈 반도체막으로도 불린다)도 사용할 수 있다. 이 세미아모퍼스 반도체막은, 비정질과 결정 구조(단결정, 다결정을 포함한다)의 중간적인 구조를 가지고, 자유 에너지적으로 안정한 제 3 상태를 가지며, 단거리 질서를 가져 격자 변형을 가지는 결정질한 영역을 포함하고 있다. 반도체층(103)의 재료에 한정은 없지만, 바람직하게는 실리콘 또는 실리콘 게르마늄(SiGe) 합금 등으로 형성하면 좋다. 또한 반도체층(103)으로서 펜타센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
트랜지스터는 스위칭소자로서 기능할 수 있는 것이면, 스위칭소자의 구조에 관계없이, 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 도1a에서는, 절연성을 가지는 기판 상에 톱 게이트형의 박막 트랜지스터를 설치한 예를 나타내고 있지만, 보텀 게이트형(역스태거형) TFT나, 순스태거형 TFT를 사용하는 것이 가능하다. 또한 단일 게이트 구조의 TFT에 한정되지 않고, 복수의 채널 형성 영역을 가지는 멀티 게이트형 TFT, 예를 들면 더블 게이트형 TFT로 해도 된다.
반도체층(103), 게이트선(워드선)(105), 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서의 역할을 하는 제 1 전극(108), 및 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서의 역할을 하는 비트선(109)은 트랜지스터를 구성하고 있다. 소스 전극층 또는 드레인 전극층으로서의 역할을 하는 제 1 전극(108)은, 공통 전극(112)과 유기 화합물을 포함하는 층(113)과 함께 기억소자를 구성하고 있다.
이와 같이, 제 4 절연층(107) 위에 제 1 전극(108), 공통 전극(112), 및 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 형성함으로써, 제 1 전극(108), 공통 전극(112), 및 유기 화합물을 포함하는 층(113)으로 구성되는 기억소자를 자유롭게 배치할 수 있다.
워드선(게이트선)(105)은, 메모리 셀 어레이 내부에서 1열을 선택하기 위한 제어신호선이다. 메모리 셀 어레이는, 매트릭스 모양으로 복수의 메모리 셀이 배치된 것이다. 한 개의 메모리 셀은, 비트선(109)과 워드선(게이트선)(105)의 교점에 배치된 트랜지스터와 공통 전극(112) 사이에 배치되고 있으며, 판독 또는 기록을 행하는 어드레스에 대응하는 워드선의 전압을 상승시키는 것으로 기록, 판독이 가능하게 된다.
또한, 비트선(109)은, 메모리 셀 어레이로부터 데이터를 추출하기 위한 신호 선이다. 전압이 인가된 워드선(게이트선)(105)에 접속되어 있는 메모리 셀은, 기억소자에 기억된 데이터를 비트선(109)에 출력함으로써 데이터의 판독을 행한다.
또한, 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)과의 사이에는 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)에 접하여 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 설치한다. 본 발명의 기억소자는, 유기 화합물을 포함하는 층(113)과, 상기 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 기판면에 수평방향에서 끼우는 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)으로 구성하고 있다. 유기 화합물을 포함하는 층(113)에 사용하는 재료는, 전기적 작용에 의해, 결정 상태나 도전성, 형상이 변화되는 물질, 대표적으로는, 유기 화합물, 무기 절연층, 또는 유기 화합물과 무기 화합물이 혼합해서 이루어진 층을 사용한다. 상기 구성을 가지는 기억소자는, 전기적 작용으로 기억소자의 도전성이 변화하므로, "초기 상태"와 "도전성 변화후 상태"에 대응한 2값을 기억시킬 수 있다. 또한, 전기적 작용이란, 제 1 전극과 공통 전극에 전압을 인가하여, 유기 화합물을 포함하는 층에 전류를 흘려보내는 것이다.
여기에서, 전압 인가 전후에서의 상기 기억소자의 도전성의 변화에 관하여 설명한다.
제 1 전극(108)의 측면과 공통 전극(112)의 측면과의 사이에 전압을 인가하면, 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 도전성이 변화되어서 기억소자의 도전성이 높아진다. 또한 제 1 전극(108)의 측면과 공통 전극(112)의 측면과의 사이에 전압을 인가하면, 제 1 전극(109)과 공통 전극(112)이 단락되는 경우도 있다. 또한, 제 1 전극(109)의 측면과 공통 전극(112)의 측면과의 사이에 전압을 인가하면, 유기 화합물을 포함하는 층(113)에서 절연파괴가 생겨, 도전성을 나타내는 경우도 있다. 이것은, 전극의 단부에 있어서 전계가 집중하기 쉽기 때문에, 유기 화합물을 포함하는 층에 있어서 절연파괴가 생기기 쉬워지기 때문이다. 상기 모든 경우에 있어서, 전기적 작용으로 도전성이 변화하므로, "초기 상태"와 "도전성 변화후 상태"에 대응한 2값을 기억시킬 수 있다. 또한, 절연파괴란, 절연체에 걸리는 전압이 어떤 한도 이상이 되었을 때에, 절연체가 전기적으로 파괴해 절연성을 잃어버려서 전류를 흘려보내게 되는 현상을 가리킨다. 유기 화합물을 포함하는 층은, 재료에 따라서는 절연체는 아니지만, 절연체로 간주했을 경우에 동일한 것과 같은 현상이 생기기 때문에, 절연파괴로 부른다.
유기 화합물을 포함하는 층(113)을 구성하는 것이 가능한, 외부에서의 전기적 작용에 의해 도전성이 변화되는 유기 화합물로서는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물 또는 전자 수송성이 높은 유기 화합물을 사용할 수 있다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-비페닐(약칭: α-NPD)나 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]-비페닐(약칭: TPD)나 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)-트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4'.4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]-트리페닐아민(약칭: MTDATA)이나 4,4'-비스(N-(4-(N,N-디-m-토릴아민)페닐)-N-페닐아미노)비페닐(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민계(즉, 벤젠 고리-질소의 결합을 가진다)의 화합물이나 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc), 바니딜 프탈로시아닌(약칭: VOPc) 등의 프탈로시아닌 화합물을 사용할 수 있다. 여기에서 서술한 물질은, 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 단, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 물질이면, 상기한 물질 이외 물질을 사용해도 된다.
또한, 유기 화합물을 포함하는 층으로서, 유기 화합물과 무기 화합물의 혼합층을 설치할 경우에는, 정공 수송성이 높은 유기 화합물과 전자를 받기 쉬운 무기 화합물을 혼합시키는 것이 바람직하다. 유기 화합물을 포함하는 전술한 층에 따르면, 원래 내재적인 캐리어를 거의 갖지 않는 유기 화합물에서 많은 홀 캐리어가 발생하여, 매우 뛰어난 홀 주입성·수송성을 나타낸다. 그 결과, 유기 화합물을 포함하는 층은 좋은 도전성을 얻는 것이 가능해진다.
전자를 받기 쉬운 무기 화합물로서, 주기율표 제4족 내지 제12족의 어느 한 개에 속하는 천이금속의 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 산화 질화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 티탄 산화물(TiOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 바나듐 산화물(VOx), 몰리브덴 산화물(MoOx), 텅스텐 산화물(WOx), 탄탈 산화물(TaOx), 하프늄 산화물(HfOx), 니오브 산화물(NbOx), 코발트 산화물(Cox), 레늄 산화물(ReOx), 루테늄 산화물(RuOx), 아연 산화물(ZnO), 니켈 산화물(NiOx), 구리 산화물(CuOx) 등을 사용할 수 있다. 또한 여기에서는 구체적인 예로서 산화물을 예로 들었지만, 물론 이것들의 질화물이나 산화 질화물을 사용해도 된다.
전자수송성이 높은 유기 화합물로서는, 트리스(8-키놀리노라토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-키놀리노라토)알루미늄(약칭:Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]-키놀리나토)베릴륨(약칭:BeBq2), 비스(2-메틸-8-키놀리노라토)-4-페닐페놀라토 알루미늄(약칭:BAlq) 등 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등으로부터 이루어지는 재료를 사용할 수 있다. 또한 이밖에, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조옥사졸라토 아연(약칭:Zn(BOX)2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸라토] 아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등의 재료도 사용할 수 있다. 더욱이, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트라아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페니릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소펜안트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등을 사용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 단, 정공보다도 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기한 물질 이외의 물질을 사용해도 된다.
또한, 유기 화합물을 포함하는 층으로서 유기 화합물과 무기 화합물과의 혼합층을 설치할 경우에는, 전자수송성이 높은 유기 화합물과 전자를 주기 쉬운 무기 화합물 혼합시키는 것이 바람직하다. 유기 화합물을 포함하는 전술한 층에 따르면, 원래 내재적인 캐리어를 대부분 갖지 않는 유기 화합물에 많은 전자 캐리어가 발생하여, 매우 뛰어난 전자 주입성·수송성을 나타낸다. 그 결과, 유기 화합물층은 뛰어난 도전성을 얻는 것이 가능해진다.
전자를 주기 쉬운 무기 화합물로서, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토류 금속 산화물, 희토류 금속 산화물, 알칼리 금속 질화물, 알칼리 토류 금속 질화물, 희토류 금속 질화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬 산화물(LiOx), 스트론튬 산화물(SrOx), 바륨 화물(BaOx), 에르븀 산화물(ErOx), 나트륨 산화물(NaOx), 리튬 질화물(LiNx), 마그네슘 질화물(MgNx), 칼슘 질화물(CaNx), 이트륨 질화물(YNx), 란탄 질화물(LaNx) 등을 사용할 수 있다.
더욱이, 무기 화합물로서, 유기 화합물로부터 전자를 받기 쉬운 무기 화합물 또는 유기 화합물에 전자를 주기 쉬운 무기 화합물이면 어떤 무기 화합물도 사용될 수 있으며, 알루미늄 산화물(AlOx), 갈륨 산화물(GaOx), 규소 산화물(SiOx), 게르마늄 산화물(GeOx), 인듐 주석 산화물(ITO) 이외에, 다양한 금속 산화물, 금속 질소화물 또는 금속 산화 질화물을 사용할 수 있다.
또한 유기 화합물을 포함하는 층(113)이 금속 산화물 또는 금속 질화물 중에서 선택된 화합물과 정공 수송성이 높은 화합물로 형성될 경우, 더욱 더 입체 장해가 큰(평면구조와는 달리 공간적인 너비를 가지는 구조를 가진다) 화합물을 추가한 구성으로 해도 된다. 입체 장해가 큰 화합물로서는, 5,6,11,12-테트라페닐테트라센(약칭:루블렌)이 바람직하다. 단, 이외에, 헥사페닐벤젠, t-부틸페릴렌, 9,10-디(페닐)안트라센, 쿠마린 545T 등도 사용할 수 있다. 이밖에, 덴드리머 등도 유효 하다.
더욱이, 전자수송성이 높은 유기 화합물로 형성되는 층과, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로 형성되는 층 사이에, 4-디사아노메틸렌-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-일)에테닐)-4H-피란(약칭: DCJT), 4-디사아노메틸렌-2-t-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-일)에테닐]-4H-피란, 페리프란텐, 2,5-디사이노-1,4-비스(10-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸쥬로리딘-9-일)에테닐]벤젠, N,N'-디메틸키나클리돈(약칭: DMQd), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 트리스(8-키놀리노라토) 알루미늄(약칭: Alq3), 9,9'-비안트릴, 9,10-디페닐 안트라센(약칭: DPA)이나 9,10-비스(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(약칭: TBP) 등의 발광물질을 형성해도 된다.
또한, 유기 화합물을 포함하는 층(113)은, 증착법, 전자빔 증착법, 스퍼터링법, CVD법 등을 사용해서 형성할 수 있다. 또한 유기 화합물과 무기 화합물을 포함하는 혼합층은, 각각의 재료를 동시에 성막함에 의해 형성할 수 있고, 저항-가열 증착에 의한 공증착법, 전자빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착과 전자빔 증착에 의한 공증착법, 저항 가열 증착과 스퍼터링에 의한 성막, 전자빔 증착과 스퍼터링에 의한 성막 등, 동종, 이종의 방법을 조합해서 형성할 수 있다.
또한, 다른 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 형성방법으로서, 스핀코트법, 졸겔법, 인쇄법 또는 액적토출법(잉크젯법이나 디스펜스법) 등을 사용해도 되고, 상기 방법과 이것들을 조합해도 좋다.
또한 유기 화합물을 포함하는 층(113)은, 외부에서의 전기적 작용에 의해, 기억소자의 도전성이 변화되는 막두께로 한다. 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 대표적인 막두께는, 5nm∼100nm, 바람직하게는 10nm∼60nm로 한다.
도1a에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(113)은, 공통 전극(112)의 한쪽의 측면(테이퍼 형의 측면)에 접하고 있다. 또한 유기 화합물을 포함하는 층(113)에 접하고 있는 공통 전극(112)의 측면에 대향하는 제 2 전극(111)의 측면도 유기 화합물을 포함하는 층(113)에 접하고 있다.
또한 도1b나 도1c에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 끼우도록 제 5 절연층(114)을 배치한다. 제 5 절연층(114)은, 기판면에 대하여 수직한 막두께 0.1㎛ 내지 0.5㎛로 형성한다. 도1b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(113)에 사용하는 유기재료는, 제 1 전극(108), 공통 전극(112), 및 제 6 절연층(114)에 의해 둘러싸여져 있기 때문에, 유기 화합물을 포함하는 층의 유기 재료로서 유동성이 높은 재료를 사용할 수도 있다.
도1b에서는, 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 평면 형상이 사각형이 되어 있지만, 특별하게 한정되지 않고, 정방형이나 타원형이나 원이어도 된다. 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 평면 형상은 성막 방법에 의해 좌우되기 쉽다. 예를 들면 저항 가열 증착법이나 전자빔 증착법을 사용할 경우, 사각형 형상의 개구를 가지는 증착 마스크를 사용하면, 사각형 형상의 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 얻을 수 있다. 이렇게 해서, 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 각 메모리 셀마다 분리해서 형성하면, 인접하는 각각의 메모리 셀 사이에 있어서 횡방향으로의 전계의 영향을 저감할 수 있다.
또한, 공정수 삭감을 위해, 동일 공정으로 동일 재료를 사용하여 비트선(109)과 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한 비트선(109)과 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)의 간격을 정밀하게 제어하기 위해서, 같은 포토마스크를 사용하여, 비트선(109)과 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)을 패터닝하는 것이 바람직하다.
동일 절연층 위에 설치하는 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)의 간격거리(Wb)는, 기판면에 대하여 수평한 길이 0.1㎛∼0.05㎛, 바람직하게는 0.01㎛ 이하가 바람직하다. 또한 한 쌍의 전극을 이루고 있는 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)을 포함하는 단면에 있어서 최단의 전류 경로(120)이, 한 쌍의 전극의 간격거리(Wb)에 해당한다. 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)과의 거리간격을 좁힘으로써 저전압에서의 기록을 행할 수 있다. 즉, 저소비 전력으로 기록을 행하는 것이 가능해진다.
또한 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)의 전체 폭(Wa+Wc)은, 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 폭(Wx)보다도 넓게 하는 것이 바람직하다.
워드선(게이트선)(105), 비트선(109), 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)은, 증착법, 스퍼터링법, CVD법, 인쇄법, 전기도금법, 무전해 도금법, 액적토출법 등을 사용해서 형성한다. 본 발명은, 유기 화합물을 포함하는 층(113)에 사용하는 재료로서, 내열온도가 낮은 재료를 사용할 경우에 특히 유효하다. 본 발명에 있어서는, 유기 화합물을 포함하는 층(113)보다도 앞서 워드선(게이트선)(105), 비트선(109), 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)을 형성한다. 따라서, 사용하는 배선 및 전극의 형성 방법, 특히 성막 온도가 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명은, 배선 및 전극을 형성하기 위해 여러가지 방법을 사용할 수 있는 점이 장점이다.
워드선(게이트선)(105), 비트선(109), 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)의 재료에는 도전성이 높은 원소나 화합물 등을 사용한다. 대표적으로는, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 탄소(C), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta) 등으로부터 선택된 1종의 원소 또는 해당 원소를 복수 포함하는 합금으로 이루어지는 구조를 사용할 수 있다. 상기 원소를 복수 포함하는 합금으로서는, 예를 들면 Al과 Ti를 포함하는 합금 Al, Ti와 C를 포함하는 합금, Al과 Ni를 포함하는 합금, Al과 C를 포함하는 합금, Al과 Ni와 C를 포함하는 합금 또는 Al과 Mo을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 워드선(게이트선)(105), 비트선(109), 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)은, 서로 다른 재료를 사용해서 형성할 수 있다. 또한 워드선(게이트선)(105), 비트선(109), 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112)은, 배선의 형성 방법도 서로 다른 것으로 해도 된다.
또한 패터닝시의 에칭 조건을 적당하게 조절함으로써, 테이퍼 형상의 측면을 가지는 비트선(109), 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)을 형성할 수 있다. 비트선(109), 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)을 동일공정으로 형성하는 경우에는 비트선(109), 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)은 같은 테이퍼 형상이 된다. 전극 및 비트선이 테이퍼 형상의 측면을 갖는다는 것은, 전극의 측면 또는 비트선의 측면이 기판면에 대해 경사져 있는 것을 의미한다. 바람직하게는, 기판면에 대하여 비트선(109), 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)의 측면은, 10도 이상 85도 미만, 바람직하게는 60도 이상 80도 이하의 경사 각도(테이퍼각)을 가진다.
도1a, 도1b 및 도 1c에 나타내는 기억소자는, 기판면에 수평한 방향으로 유기 화합물을 포함하는 층(113)에 전압이 인가되는 구조이다. 제 1 전극(108)과 공통 전극(112)과의 거리간격을 좁힘으로써, 기억소자의 점유 면적의 축소화를 꾀할 수 있다.
여기에서 도1a, 도1b 및 도 1c에 나타내는 기억소자의 제조방법의 일례를 이하에서 설명한다.
우선, 절연 표면을 가지는 기판(101) 평면 위에 제 1 절연층(102)을 형성한다.
이어서, 제 1 절연층(102) 위에 반도체층을 형성한다. 포토리소그래피법 등을 사용해서 선택적으로 반도체층의 에칭을 행해서 반도체층(103)을 형성한다. 이어서, 반도체층(103)과 제 1 절연층(102) 위에 제 2 절연층(102)을 형성한다. 이어서, 제 2 절연층 위에 도전층을 형성한다. 포토리소그래피법 등을 사용해서 선택적으로 도전층을 에칭해서 워드선(게이트선)(105)을 형성한다. 이어서, 워드선(게이트선)(105), 및 제 2 절연층 위에 제 3 절연층(106)을 형성한다. 이어서, 제 3 절연층(106) 위에 제 4 절연층(107)을 형성한다. 이어서, 포토리소그래피법 등을 사용해서 선택적으로 제2절연층, 제 3 절연층, 및 제 4 절연층의 에칭을 행하여, 반도체층(103)에 이르는 개구를 형성한다. 이어서, 제 4 절연층(107), 및 반도체 층(103)에 이르는 개구 위에 도전층을 형성한다. 포토리소그래피법 등을 사용해서 선택적으로 도전층을 에칭해서 비트선(109), 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)을 형성한다. 비트선(109), 제 1 전극(108) 및 공통 전극(112) 위에 절연층이 형성된다. 정연층을 포토리소그래피법 e으을 사용하여 선택적으로 에칭하여 한쌍의 제 5 절연층(114)을 형성한다. 또한, 인쇄법이나 액적토출법을 사용하면, 에칭 공정을 행하지 않고 제 2 절연층(104), 제 3 절연층(106), 제 4 절연층(107) 및 한쌍의 제 5 절연층(114)을 형성하는 것이 가능하다.
이어서, 액적토출법을 사용하여, 제 1 전극(108)과, 공통 전극(112)과, 한쌍의 제 5 절연층(114)으로 둘러싸인 영역에 유기물을 포함하는 재료액을 적하한다. 적어도 제 1 전극(108)과, 공통 전극(112)과의 틈을 메우도록 유기 화합물을 포함하는 재료액을 적하한다. 적하된 유기물을 포함하는 재료액은, 제 1 전극(108)과, 공통 전극(112)과, 한쌍의 제 5 절연층(114)으로 둘러싸여져 있으므로 고정된다. 그리고, 소성을 행해서 유기 화합물을 포함하는 층(113)이 형성된다.
또한, 여기에서는 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 형성하는 위치가, 반도체층(103)과 겹치지 않는 위치로 한 예를 나타내었다. 그러나, 본 실시예는 상기한 구조에 특별하게 한정되지 않는다. 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 위치를 반도체층(103)이나 게이트선과 겹치는 위치로 하여 1개의 기억소자가 점유하는 점유 면적축소를 도모해도 된다.
상기한 제조방법으로 얻어진 도1a, 도1b 및 도 1c에 나타내는 기억소자는, 비트선, 유기 화합물을 포함하는 층(113)을 끼우는 제 1 전극(108) 및 공통 전 극(112)을 동시에 형성할 수 있어, 공정수를 단축할 수 있다.
(실시예2)
본 실시예에서, 도2a 및 도2b에 도1a, 도 1b 및 도 1c와는 일부 다른 기억소자의 예를 나타낸다. 도2a은 2개의 기억소자의 단면도이며, 도2b은 2개의 기억소자의 평면도로서. 도 2a의 쇄선 E-F에 따른 도면은 도 2a에 해당한다.
도2a에 있어서, 도1a와 마찬가지로, 절연 표면을 가지는 기판(201) 위에 제 1 절연층(202)이 설치되고, 제 1 절연층(202) 위에는 반도체층(203)이 설치되어 있다. 제 1 절연층(202) 및 반도체층(203) 위에는 제 2 절연층(204)이 설치된다. 제 2 절연층(204) 위에는 워드선(게이트선)(205)이 설치되어 있다. 워드선(게이트선)(205) 위에는 제 3 절연층(206)이 설치되고, 제 3 절연층(206) 위에는 제 4 절연층(207)이 설치되어 있다. 제 4 절연층(207) 위에는 비트선(209), 제 1 전극(208) 및, 공통 전극(212)이 설치되어 있다. 비트선(209), 제 1 전극(208) 및, 공통 전극(212)은 같은 재료로 형성되어 있다. 제 2 절연층(204), 제 3 절연층(206) 및, 제 4 절연층(207)에는 반도체층(203)에 이르는 좌우 한 쌍의 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 이 개구를 덮도록 비트선(209)이 설치되고, 다른 개구를 덮도록 제 1 전극(308)이 설치되어 있다. 같은 층에, 즉 제 4 절연층(207) 위에 비트선(209)과 제 1 전극(208)과 공통 전극(212)을 설치하고 있다.
반도체층(203), 게이트선(워드선)(205), 제 1 전극(208), 및 비트선(209)은 트랜지스터를 구성하고 있다.
도2a에 나타내는 기억소자는, 유기 화합물을 포함하는 층(213)이 비트선(209)의 양측면, 제 1 전극(208)의 양측면, 및 공통 전극(212)의 양측면을 덮고 있다.
또한 한 쌍의 전극을 이루고 있는 제 1 전극(208)과 공통 전극(212)을 포함하는 단면에 있어서 최단의 전류 경로(220)가, 한 쌍의 전극의 간격거리(Wb)에 해당한다.
또한, 도2b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(213)은, 띠 형태(라인 형태라고도 부른다)로 형성되어 있다. 또한 유기 화합물을 포함하는 층(213)을 고정하기 위해서 절연층(격벽)을 형성해도 된다. 이 경우, 유기 화합물을 포함하는 층(213)과 평행한 띠 형태(라인 형태라고도 부른다)로 한쌍의 제 5 절연층(한쌍의 격벽)(214)을 형성한다. 상기한 한쌍의 제 5 절연층(214)은 유기 화합물을 포함하는 층(213)을 끼우도록 형성한다.
또한, 도2b에서는, 유기 화합물을 포함하는 층(213)의 폭은, 특별하게 한정되지 않고, 제 5 절연층(214)의 폭보다도 유기 화합물을 포함하는 층(213)의 폭을 넓게 해도 좋다.
도2b에 나타내는 유기 화합물을 포함하는 층(213)은, 도1b의 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 평면 형상과는 다른 구조이다. 도2b에 나타내는 기억소자는, 유기 화합물을 포함하는 층(213)의 폭을 넓게 할 수 있는 구조이기 때문에, 유기 화합물을 포함하는 층(213)의 형성시에 있어서의 위치 어긋남의 허용범위를 넓게 할 수 있다.
또한 공통 전극(212)과 비트선(209)의 사이에도 유기 화합물을 포함하는 층(213)이 배치되기 때문에, 인접하는 공통 전극(212)과 비트선(209)의 간격거리(Wd)는, 제 1 전극과 공통선의 간격거리(Wb)보다도 넓고, 구체적으로는 2㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 거리 (Wd)가 거리 (Wb)와 같거나 좁은 경우에는, 서로 인접하는 공통 전극(212)과 비트선(209) 사이의 단락이 일어난다. 따라서, 기록 등이 기억소자에 행해질 가능성이 있다. 거리 (Wd)를 거리(Wb)보다 폭이 넓게 함으로써, 오동작의 발생을 방지할 수 있다.
또한 도2a에 나타내는 기억소자에 있어서, 제 4 절연층(207), 비트선(209), 제 1 전극(208), 공통 전극(212), 및 유기 화합물을 포함하는 층(213)을 덮도록 보호층을 형성해도 된다.
또한, 본 실시예는, 실시예1과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예3)
본 실시예에서, 도3a,및 도3b에 도1a, 도 1b 및 도 1c와는 일부 다른 기억소자의 예를 나타낸다. 도3a은 2개의 기억소자의 단면도이며, 도3b은 2개의 기억소자의 평면도이며, 도 3b의 쇄선 G-H에 따른 도면은 도 3a에 해당한다.
도3a에 있어서, 도1a와 마찬가지로, 절연 표면을 가지는 기판(301) 위에 제 1 절연층(302)이 설치되고, 제 1 절연층(302) 위에는 반도체층(303)이 설치되어 있다. 제 1 절연층(302), 반도체층(303) 위에는 제 2 절연층(304)이 설치되어 있다. 제 2 절연층(304) 위에는 워드선(게이트선)(305)이 설치되어 있다. 워드선(게이트 선)(305) 위에는 제 3 절연층(306)이 설치되고, 제 3 절연층(306) 위에는 제 4 절연층(307)이 설치되어 있다. 제 4 절연층(307) 위에는 비트선(309), 제 1 전극(308) 및, 공통 전극(312)이 설치되어 있다. 비트선(309), 제 1 전극(308) 및, 공통 전극(312)은 같은 재료로 형성되어 있다. 제 2 절연층(304), 제 3 절연층(306) 및, 제 4 절연층(307)에는 반도체층(303)에 이르는 좌우 한 쌍의 개구(콘택홀)가 합계 6개 설치되어 있다. 각 쌍의 개구들 중에서 한 개의 개구를 덮도록 비트선(309)이 설??되고, 각 쌍의 개구들 중에서 나머지 개구를 덮도록 제 1 전극(308)이 설치되어 있다. 같은 층에, 즉 제 4 절연층(307) 위에 비트선(309)과 제 1 전극(308)과 공통 전극(312)을 설치하고 있다. 유게 화합물을 포함하는 층(313)을 끼우도록 제 4 절연층(307) 위에는 한쌍의 제 5 절연층(한쌍의 격벽)(314)이 설치된다.
반도체층(303), 게이트선(워드선)(305), 제 1 전극(308), 및 비트선(309)은 트랜지스터를 구성하고 있다.
도3a 및 도3b에 나타내는 기억소자는, 도1a의 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 단면 형상 및 평면 형상과는 다른 구조이다. 도1a에 있어서는, 유기 화합물을 포함하는 층(113)이 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)의 일 측면에만 접하는 예이지만, 도3a에 있어서는, 유기 화합물을 포함하는 층(313)이 제 1 전극(108), 및 공통 전극(112)의 측면, 및 평면의 일부(상단부)와 접하고 있다. 유기 화합물을 포함하는 층(313)의 평면 형상은 적어도 한 변의 길이가 Wx인 사각형이다.
또한, 도3a에 나타내는 기억소자에 있어서, 비트선(309), 제 1 전극(308), 공통 전극(312), 및 유기 화합물을 포함하는 층(313)을 덮도록 보호층을 형성해도 된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 기억소자에서는, 상기 쌍의 전극이 유기 화합물을 포함하는 층으로 빈틈없이 채워진다. 따라서, 모든 기억소자가 균일한 저항을 가질 수 있으므로, 모든 기억소자의 전극 쌍들 사이의 저항의 변동이 방지될 수 있다. 더구나, 포토리소그래피범 등을 사용하여 에칭함으로써 유기 화합물을 포함하는 층(313)을 형성하는 것은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 구조를 형성하는데 더 쉽다.
또한 본 실시예는, 실시예1,또는 실시예2과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예4)
본 실시예에서는, 도4a 및 도4b에 도1a, 도 1b 및 도 1c와는 일부 다른 기억소자의 예를 나타낸다. 도4a은 2개의 기억소자의 단면도이며, 도4b은 2개의 기억소자의 평면도이며, 도 4b의 쇄선 J-K에 따른 도면은 도 4a에 해당한다.
도4a에 있어서, 도1a와 마찬가지로, 절연 표면을 가지는 기판(401) 위에 제 1 절연층(402)이 설치되고, 제 1 절연층(402) 위에는 반도체층(403)이 설치되어 있다. 제 1 절연층(402), 반도체층(403) 위에는 제 2 절연층(404)이 설치된다. 제 2 절연층(404) 위에는 워드선(게이트선)(405)이 설치되어 있다. 워드선(게이트선)(405) 위에는 제 3 절연층(406)이 설치되고, 제 3 절연층(406) 위에는 제 4 절연층(407)이 설치되어 있다. 제 4 절연층(407) 위에는 비트선(409), 제 1 전극(408) 및, 공통 전극(412)이 설치되어 있다. 비트선(409), 제 1 전극(408) 및, 공통 전극(412)은 같은 재료로 형성되어 있다. 제 2 절연층(404), 제 3 절연층(406) 및, 제 4 절연층(407)에는 반도체층(403)에 이르는 좌우 한 쌍의 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 이 개구를 덮도록 비트선(409)이 설치되고, 다른 개구를 덮도록 제 1 전극(408)이 설치되어 있다. 같은 층에, 즉 제 4 절연층(407) 위에 비트선(409)과 제 1 전극(408)과 공통 전극(412)을 설치하고 있다.
반도체층(403), 게이트선(워드선)(405), 제 1 전극(408), 및 비트선(409)은 트랜지스터를 구성하고 있다.
유기 화합물을 포함하는 층(413)의 재료로서, 경화가 빠른 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 화합물을 포함하는 층(413)에 대해 경화가 빠른 재료를 사용함으로써, 도1b에 나타나 있는 바와 같은 제 5 절연층을 설치하지 않아도 된다. 또한 증착법에 의해 증착 마스크를 사용해서 선택적으로 유기 화합물을 포함하는 층(413)을 형성할 경우에도, 도1b에 나타나 있는 바와 같은 상기 쌍의 제 5 절연층을 설치하지 않아도 된다.
도4a에 나타내는 기억소자는, 유기 화합물을 포함하는 층(413)이 비트선(409)의 양측면, 제 1 전극(408)의 양측면, 및 공통 전극(412)의 양측면을 덮고 있다.
또한 도4b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(413)은, 띠 형태(라인 형태라고도 부른다)로 형성되어 있다. 또한 도1b에 나타나 있는 바와 같은 제 5 절연층의 쌍을 형성해도 된다. 이 경우, 유기 화합물을 포함하는 층(413)과 평행한 띠 형태(라인 형태라고도 부른다)로 제 5 절연층의 쌍도 형성한다.
도4b에 나타내는 기억소자의 유기 화합물을 포함하는 층(413)은, 도1b의 유기 화합물을 포함하는 층(113)의 평면 형상과는 다른 구조이다. 도4a 및 도4b에 나타내는 기억소자는, 유기 화합물을 포함하는 층(413)의 폭을 넓게 할 수 있는 구조이기 때문에, 유기 화합물을 포함하는 층(413)의 형성시에 있어서의 위치 어긋남의 허용범위를 넓게 할 수 있다.
또한, 도4a에 나타내는 기억소자에 있어서, 제 4 절연층(407), 비트선(409), 제 1 전극(408), 공통 전극(412), 및 유기 화합물을 포함하는 층(413)을 덮도록 보호층을 형성해도 된다.
또한 본 실시예는, 실시예1, 실시예2 또는 실시예3과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예5)
본 실시예에서, 도5a 및 도5b에 도1a, 도 1b 및 도 1c와는 일부 다른 기억소자의 예를 나타낸다. 도5a은 3개의 기억소자의 단면도이며, 도5b은 3개의 기억소자의 평면도이며, 도 5b의 쇄선 L-M에 따른 도면은 도 5a에 해당한다.
도5a에 있어서, 도1a와 마찬가지로, 절연 표면을 가지는 기판(501) 위에 제 1 절연층(502)이 설치되고, 제 1 절연층(502) 위에는 반도체층(503)이 설치되어 있다.
제 1 절연층(502), 반도체층(503) 위에는 제 2 절연층(504)이 설치되어 있다. 제 2 절연층(504) 위에는 워드선(게이트선)(505)이 설치되어 있다. 워드선(게 이트선)(505) 위에는 제 3 절연층(506)이 설치되고, 제 3 절연층(506) 위에는 제 4 절연층(507)이 설치되어 있다. 제 4 절연층(507) 위에는 비트선(509), 접속 전극(508)이 설치되어 있다.
비트선(509), 및 접속 전극(508)은 같은 재료로 형성되어 있다. 제 2 절연층(504), 제 3 절연층(506) 및, 제 4 절연층(507)에는 반도체층(503)에 이르는 좌우 한 쌍의 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 한 개의 개구를 덮도록 비트선(509)이 설치되고, 다른 개구를 덮도록 접속 전극(508)이 설치되어 있다. 제 4 절연층(507), 비트선(509), 및 접속 전극(508) 위에는 제 5 절연층(510)이 설치되어 있다.
제 5 절연층(510) 위에는 제 1 전극(511), 공통 전극(제 2 전극)(512)이 설치되어 있다. 제 1 전극(511) 및 공통 전극(512)은 같은 재료로 형성되어 있다. 제 5 절연층(510)에는 접속 전극(508)에 이르는 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 이 개구를 덮도록 제 1 전극(511)이 설치되어 있다. 다시 말해, 동일 절연층 위에 제 1 전극(511)과 공통 전극(512)을 설치하고 있다.
반도체층(503), 게이트선(워드선)(505), 접속 전극(508) 및 비트선(509)은 트랜지스터를 구성하고 있다.
또한, 도5b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(513)을 끼워서 한쌍의 제 6 절연층(한쌍의 격벽)(514)을 배치한다. 상기 쌍의 제 6 절연층(514)은, 기판면에 대하여 수직한 방향으로 막 두께 0.1㎛로부터 0.5㎛로 형성한다. 도5b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(513)은 제 1 전극(511), 공통 전극(512), 및 상기 쌍의 제 6 절연층(514)에 둘러싸여져 있기 때문에, 유기 화합물을 포함하는 층(513)에 사용되는 유기 재료는 유성성이 높은 재료이어도 좋다.
본 실시예의 기억소자는 제 5 절연층(510)을 개재하여 트랜지스터와 겹칠 수 있으므로, 소자의 집적화를 꾀할 수 있다. 인접하는 기억소자 사이의 거리를 짧게 할 수 있어, 한층 미세화를 기대할 수 있다.
또한, 도5a에 나타내는 기억소자에 있어서, 제 5 절연층(510), 제 1 전극(511), 공통 전극(512), 및 유기 화합물을 포함하는 층(513)을 덮도록 보호층을 형성해도 된다.
또한 본 실시예는, 실시예1, 실시예2, 실시예3, 또는 실시예4과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예6)
본 실시예에서, 도6a 및 도6b에 도1a, 도 1b 및 도 1c와는 일부 다른 기억소자의 예를 나타낸다. 도6a은 기억소자의 단면도이며, 도6b은 도6a에 대응하는 평면도이다.
도6a에 있어서, 도1a와 마찬가지로, 절연 표면을 가지는 기판(1301) 위에 제 1 절연층(1302)이 설치되고, 제 1 절연층(1302) 위에는 반도체층(1303)이 설치되어 있다. 제 1 절연층(1302), 반도체층(1303) 위에는 제 2 절연층(1304)이 설치되어 있다. 제 2 절연층(1304) 위에는 워드선(게이트선)(1305)이 설치되어 있다. 워드선(게이트선)(1305) 위에는 제 3 절연층(1306)이 설치되어 있다. 제 2 절연 층(1304), 제 3 절연층(1306)에는 반도체층(1303)에 이르는 좌우 한 쌍의 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 제 3 절연층(1306) 위에는 한 개의 개구를 덮도록 비트선(1309)이 설치되고, 다른 개구를 덮도록 접속 전극(1308)이 설치되어 있다. 비트선(1309), 및 제 1 전극(1308)은 같은 재료로 형성되어 있다. 제 3 절연층(1306), 비트선(1309), 접속 전극(1308) 위에는 제 4 절연층(1307)이 설치되어 있다. 제 4 절연층(1307)에는 접속 전극에 이르는 개구(콘택홀)가 설치되어 있다. 제 4 절연층(1307) 위에는 이 개구를 덮도록 제 1 전극(1311), 및 공통 전극(제 2 전극)(1307)이 설치되어 있다.
반도체층(1303), 게이트선(워드선)(1305), 접속 전극(1308), 및 비트선(1309)은 트랜지스터(1315)를 구성하고 있다.
본 실시예에서는, 제 4 절연층(1307)을 개재하여 기억소자가 트랜지스터(1315)와 겹칠 수 있다. 따라서, 유기 화합물을 포함하는 층(1313)을 트랜지스터의 윗쪽에 형성할 수 있다. 인접하는 기억소자 사이의 거리를 짧게 할 수 있어, 한층 미세화를 기대할 수 있다.
도6a에 있어서는, 유기 화합물을 포함하는 층(1313)이 제 1 전극(1311)의 측면, 및 공통 전극(1312)의 측면과 접하고 있다.
또한, 도6b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(1313)을 끼워서 한쌍의 제 5 절연층(한쌍의 격벽)(1314)을 배치한다. 상기 쌍의 제 5 절연층(1314)은, 기판면에 대하여 수직한 방향으로 막두께 0.1㎛로부터 0.5㎛로 형성한다. 도6b에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물을 포함하는 층(1313)이 제 1 전극(1311), 공통 전극(1312), 및 상기 쌍의 제 5 절연층(1314)으로 둘러싸여져 있기 때문에, 유기 화합물을 포함하는 층(1313)에 사용되는 유기 재료로 유동성이 높은 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 도6a에 나타내는 기억소자에 있어서, 제 1 전극(1311), 공통 전극(1312), 및 유기 화합물을 포함하는 층(1313)을 덮도록 보호층을 형성해도 된다.
또한 본 실시예는, 실시예1, 실시예2, 실시예3, 실시예4, 또는 실시예5과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예7)
본 실시예에서는, 도7a 및 도7b에 나타내는 등가회로를 사용해서 본 발명의 반도체장치를 설명한다.
본 실시예에서 나타내는 기억장치의 일 구성예는, 칼럼 디코더(801), 로우 디코더(802), 판독 회로(804), 기록 회로(805), 셀렉터(803), 메모리 셀 어레이(822)를 가진다. 메모리 셀 어레이(822)는 비트선 Bm(1≤m≤x), 워드선 Wn(1≤n≤y), 비트선과 워드선과의 교점에 x×y개의 메모리 셀(821)을 가진다.
메모리 셀(821)은, 비트선 Bx(1≤x≤m)을 구성하는 제 1 배선과, 워드선 Wy(1≤y≤n)을 구성하는 제 2 배선과, 트랜지스터(840)과, 기억소자(841)를 가진다. 실시예1 내지 실시예 6에 도시된 기억소자 중 어느 한 개로서, 기억소자(841)은, 수평으로 나란하게 배치된 한 쌍의 도전층 사이에, 유기 화합물을 포함하는 층이 끼워진 구조를 가진다. 또한, 여기에서 나타내는 기억장치(816)의 구성은 어디 까지나 일례이며, 센스 앰프, 출력 회로, 버퍼 등의 다른 회로가 기억소자에 포함될 수도 있고, 또는 기록 회로를 비트선 구동회로에 설치해도 된다.
칼럼 디코더(801)는 메모리 셀 어레이의 행을 지정하는 어드레스 신호를 받고, 지정 행의 셀렉터(803)에 신호를 준다. 셀렉터(803)는 칼럼 디코더(801)의 신호를 받아서 지정 행의 비트선을 선택한다. 로우 디코더(802)는 메모리 셀 어레이의 열을 지정하는 어드레스 신호를 받고, 지정 열의 워드선을 선택한다. 상기 동작에 의해, 어드레스 신호에 대응하는 하나의 메모리 셀(821)이 선택된다. 판독 회로(804)는 선택된 메모리 셀에 기억된 데이터를 판독하고, 증폭해서 출력한다. 기록 회로(805)는 기록에 필요한 전압을 생성하고, 선택된 메모리 셀의 기억소자에 전압을 인가함으로써 데이터의 기록을 행한다.
도7b에 본 발명의 기억장치가 가지는 기록 회로(805)의 구성을 나타낸다. 기록 회로(805)는 전압발생회로(811), 타이밍 제어회로(812), 스위치 SW0 및 SWl, 출력 단자 Pw를 가진다. 전압발생회로(811)는 승압회로 등으로 구성되고, 기록에 필요한 전압 V1을 생성하여, 출력 Pa로부터 출력한다. 타이밍 제어회로(702)는, 기록 제어신호(WE로 기재한다), 데이터 신호(DATA로 기재한다), 클록 신호(CLK로 기재한다) 등으로부터 스위치 SW0 및 SW1을 각각 제어하는 신호 S0 및 Sl을 생성하여, 각각 출력 P0 및 P1으로부터 출력한다. 스위치 SW0는 접지와의 접속, SW1은 전압발생회로(811)의 출력 Pa와의 접속을 제어한다. 이들 스위치 SW0 및 SW1의 어느 것이 접속 상태가 되는가에 의해, 기록 회로의 출력 단자 Pw로부터의 출력 전압 Vw를 전환할 수 있다.
다음에, 기억소자의 도전성을 변화시키지 않는 초기 상태를 "0"으로 하고, 기억소자의 도전성을 변화시키는 단락 상태의 경우를 "1"로 했을 때의 기록 동작에 관하여 설명한다. 우선, 입력 신호 WE가 High 레벨이 되면, 행을 지정하는 어드레스 신호를 받은 칼럼 디코더(801)는 지정 행의 셀렉터(803)에 신호를 주고, 셀렉터(BO3)는 지정 행의 비트선을 기록 회로의 출력 단자 Pw에 접속된다. 지정되지 않고 있는 비트선은 비접속(플로팅이라고 기재한다) 상태가 되어 있다. 기록 회로의 출력 전압 Vw는 V1이 되고, 전압 V1이 지정 행의 비트선에 인가된다. 마찬가지로 열을 지정하는 어드레스 신호를 받은 로우 디코더(802)는 지정 열의 워드선에 전압 V2을 인가하고, 지정되지 않고 있는 워드선에 0V를 인가한다. 상기 동작에 의해. 어드레스 신호에 대응하는 하나의 기억소자(807)가 선택된다. 기억소자(841)의 제 2 전극에는 0V가 인가된다.
이와 동시에, 입력 신호(DATA)가 High 레벨을 받는 것에 의해, 전압발생회로(811)는 전압 V1을 생성하여, 출력 단자 Pa로부터 출력할 수 있다. 타이밍 제어회로(812)는 입력 신호 WE, DATA, CLK, 전원전위(VDD) 등으로부터, 스위치 SW0, SW1을 제어하는 신호 S0=Low 및 S1=High을 생성하고, 출력 단자 P0, P1으로부터 신호 S0 및 S1을 출력할 수 있다. 상기한 신호 S0 및 S1에 의해, 스위치 SW0이 오프되고 스위치 SW1이 온되어, 기록 회로(805)는 출력 단자 Pw로부터 출력 전압 Vw로서 전압 V1을 출력할 수 있다.
선택된 기억소자는, 상기 동작에 의해, 워드선에 전압 V2가 인가되고, 비트선에 전압 V1이 인가되어, 제 2 전극에 0V가 인가되게 된다. 그러면, 박막 트랜지 스터의 불순물 영역이 도통하여, 비트선의 전압 V1이 기억소자의 제 1 전극에 인가된다. 그 결과, 기억소자의 도전성이 변화되고, 단락 상태가 되어 기억소자에 "1"이 기록된다.
또한, 입력 신호 WE가 Low 레벨(기록 불허가가 되는 낮은 전압)이 되면, 모든 워드선은 0V가 되어, 모든 비트선과 제 2 전극은 플로팅 상태가 된다. 이 때 타이밍 제어회로(812)는 Low 레벨의 신호 S0, S1를 생성하여, 출력 단자 P0, P1으로부터 출력한다. 출력 Pw는 플로팅 상태가 된다. 상기 동작에 의해, "1"의 기록이 종료된다.
다음에, "0"의 기록을 설명한다. "0"의 기록은 기억소자의 도전성을 변화시키지 않는 기록이며, 이것은 기억소자에 전압을 인가하지 않는다. 즉, 초기 상태를 유지함으로써 "0"의 기록이 실현된다. 우선, "1"의 기록과 마찬가지로 입력 신호 WE가 High 레벨(기록 허가가 되는 높은 전압)가 되면, 행을 지정하는 어드레스 신호를 받은 칼럼 디코더(801)는 지정 행의 셀렉터(803)에 신호를 주고, 셀렉터(803)는 지정 행의 비트선을 기록 회로(805)의 출력 단자 Pw에 접속한다. 이때 지정되지 않고 있는 비트선은 플로팅 상태가 된다. 마찬가지로 열을 지정하는 어드레스 신호를 받은 로우 디코더(802)는 지정 열의 워드선에 전압 V2을 인가하고, 지정되지 않고 있는 워드선에 0V를 인가한다. 상기 동작에 의해, 어드레스 신호에 대응하는 하나의 기억소자(807)가 선택된다. 이때 기억소자의 제 2 전극에는, 0V가 인가된다.
이와 동시에, 입력 신호 DATA는 Low 레벨을 받고, 타이밍 제어회로(812)는 각각 제어신호 S0=Hi, S1=Low 레벨을 생성하고, 해당 제어신호 So 및 S1을 출력 단 자 P0, P1으로부터 각각 출력한다. 해당 제어신호 S0 및 S1에 의해 스위치 SW0은 온되고, SW1은 오프가 되어, 출력 단자 Pw로부터 출력 전압 Vwrite로서 0V를 출력한다.
선택된 메모리 셀은, 상기 동작에 의해 워드선에 V2가 인가되고, 비트선과 공통 전극9제 2 전극)에 0V가 인가된다. 그러면, 기억소자에는 전압이 인가되지 않아, 도전성은 변화되지 않으므로, 초기 상태인 "0"을 유지한다.
입력 신호 WE가 Low 레벨이 되면, 모든 워드선은 0V, 모든 비트선과 제 2 전극은 플로팅 상태가 된다. 이와 동시에, 타이밍 제어회로(812)는 신호 S0, S1으로서 Lo를 생성하고, 각각 출력 단자 P0, P1으로부터 출력하여, 출력 단자 Pw는 플로팅 상태가 된다. 이렇게 하여 "0"의 기록이 종료된다.
이에 따르면, "1" 또는 "0"의 기록이 수행 및 종료될 수 있다.
또한, 메모리 셀 어레이(822)는, 절연 표면을 가지는 기판 상에 스위칭소자로서 기능하는 트랜지스터(840) 및 해당 트랜지스터(840)에 접속된 기억소자(821)를 복수개 가지고 있다.
도7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 메모리 셀(821)은 트랜지스터(840)과 기억소자(841)를 가진다. 본 명세서의 첨부된 도면에 있어서 기억소자(821)는 장방형을 사용해서 나타낸다. 트랜지스터(840)는 게이트 전극에 워드선이 접속되고, 각각의 트랜지스터(840)의 한쪽의 고농도 불순물 영역에 비트선이 접속되고, 각각의 트랜지스터(840)의 다른 한쪽의 고농도 불순물 영역에 기억소자(841)의 제 1 전극이 접속되어 있다. 기억소자의 제 2 전극은 메모리 셀 어레이 내의 모든 기억소자의 제 2 전극과 도통하고 있다. 기억장치의 동작시, 즉 기록시, 판독시에, 일정한 전압이 인가된다. 따라서, 본 명세서에 있어서 제 2 전극을 공통 전극으로 기재하는 경우가 있다.
또한 본 실시예는, 실시예1, 실시예2, 실시예3, 실시예4, 실시예5, 또는 실시예6과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예8)
본 실시예의 반도체장치의 구성에 대해서, 도8을 참조해서 설명한다. 도8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반도체장치(1520)는, 비접촉으로 데이터를 교신하는 기능을 가지고, 전원회로(1511), 클록 발생 회로(1512), 데이터 복조/변조 회로(1513), 다른 회로를 제어하는 제어회로(1514), 인터페이스 회로(1515), 기억 회로(1516), 데이터 버스(1517), 안테나(안테나 코일)(1518), 센서(1523a), 센서 회로(1523b)를 가진다.
전원회로(1511)은, 안테나(1518)로부터 입력된 AC 신호를 기초로, 반도체장치(1520)의 내부의 각 회로에 공급하는 각종 전원을 생성하는 회로이다. 클록 발생 회로(1512)는, 안테나(1518)로부터 입력된 AC 신호를 기초로, 반도체장치(1520)의 내부의 각 회로에 공급하는 각종 클록 신호를 생성하는 회로이다. 데이터 복조/변조 회로(1513)는, 리더/라이터(1519)와 교신하는 데이터를 복조/변조하는 기능을 가진다. 제어회로(1514)는, 기억 회로(1516)를 제어하는 기능을 가진다. 안테나(1518)는, 전파의 송수신을 행하는 기능을 가진다. 리더/라이터(1519)는, 반도체 장치와의 교신, 제어 및 그것의 데이터에 관한 처리를 제어한다. 또한, 반도체장치의 구성은 상기 구성에 제약되지 않고, 예를 들면 전원전압의 리미터회로나 암호처리 전용의 하드웨어라고 하는 다른 요소를 추가한 구성이어도 된다.
기억 회로(1516)는, 실시예 1 내지 실시예 6에 도시된, 외부에서의 전기적 작용에 의해 변화되는 유기 화합물을 포함하는 층이 한 쌍의 도전층 사이에 끼워진 기억소자를 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 기억 회로(1516)는, 한 쌍의 도전층 사이에 유기 화합물을 포함하는 층이 끼워진 기억소자만을 갖고 있어도 된다. 또한, 기억회로는 다른 구성의 기억 회로를 갖고 있어도 된다. 다른 구성의 기억 회로란, 예를 들면 DRAM, SRAM, FeRAM, 마스크 ROM, PROM, EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리로부터 선택되는 1개 또는 복수에 해당한다.
센서(1523a)는 저항소자, 용량결합 소자, 유도 결합 소자, 광기전력 소자, 광전변환 소자, 열기전력 소자, 트랜지스터, 서미스트, 다이오드 등의 반도체소자로 형성된다. 센서 회로(1523b)는 임피던스, 리액턴스, 인덕턴스, 전압 또는 전류의 변화를 검출하고, 아날로그/디지털 변환(A/D 변환)해서 제어회로(1514)에 신호를 출력한다.
또한 본 실시예는, 실시예1, 실시예2, 실시예3, 실시예4, 실시예5, 실시예6,또는 실시예7과 자유롭게 조합할 수 있다.
(실시예9)
본 발명에 의해, 무선 칩으로서 기능하는 반도체장치를 형성할 수 있다. 무 선 칩의 용도는 광범위하지만, 예를 들면 지폐, 동전, 유가증권류, 무기명 채권류, 증서류(운전면허증이나 주민표 등, 도10a 참조), 포장용 용기류(포장지나 병 등, 도10c 참조), 기록 매체(DVD 소프트웨어나 비디오 테잎 등, 도10b 참조), 탈것류(자전거 등, 도10d 참조), 신변품(가방이나 안경 등), 식품류, 식물류, 동물류, 인체, 의류, 생활용품류, 전자기기 등의 상품이나 하물의 꼬리표(도10e 및 도10f 참조) 등의 물품에 설치해서 사용할 수 있다. 전자기기란, 액정표시장치, EL 표시장치, 텔레비젼 장치(간단히 TV, TV 수상기, 텔레비전 수상기라고도 부른다) 및 휴대전화 등을 가리킨다.
본 발명의 반도체장치(9210)는, 프린트 기판에 설치하거나, 표면에 붙이거나, 매립하거나 해서, 물품에 고정된다. 예를 들면 반도체장치가 책이라면 종이에 매립하거나, 유기수지로 이루어진 패키지라면 해당 유기수지에 매립하거나 해서, 각 물품에 고정된다. 본 발명의 반도체장치(9210)는, 소형, 초박형, 경량을 실현하기 때문에, 물품에 반도체장치를 고정한 후에도, 그 물품 자체의 디자인성을 손상하는 일이 없다. 또한, 지폐, 동전, 유가증권류, 무기명 채권류, 증서류 등에 본 발명의 반도체장치(9210)를 설치함으로써, 인증 기능을 설치할 수 있어, 이 인증 기능을 활용하면, 위조를 방지할 수 있다. 또한, 포장용 용기류, 기록 매체, 신변품, 식품류, 의류, 생활용품류, 전자기기 등에 본 발명의 반도체장치(9210)를 설치함으로써, 검품 시스템 등의 시스템의 효율화를 꾀할 수 있다.
다음에, 본 발명의 반도체장치를 설치한 전자기기의 일 실시예에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 여기에서 예시하는 전자기기는 휴대전화기이며, 샤 시(2700, 2706), 패널(2701), 하우징(2702), 프린트 배선 기판(2703), 조작 버튼(2704), 배터리(2705)를 가진다(도9 참조). 패널(2701)은 하우징(2702)에 탈착 가능하게 조립되고, 하우징(2702)은 프린트 배선 기판(2703 위에 장착된다. 하우징(2702)은 패널(2701)이 조립되는 전자기기에 맞추어, 형상이나 치수가 적당하게 변경된다. 프린트 배선 기판(2703)에는 패키징된 복수의 반도체장치가 실장되어 있으며, 이 중의 한 개로서, 본 발명의 반도체장치를 사용할 수 있다. 프린트 배선 기판(2703)에 설치되는 복수의 반도체장치는, 콘트롤러, 중앙처리 유닛(CPU), 메모리, 전원회로, 음성처리회로, 송수신회로 등의 어느 한가지의 기능을 가진다.
패널(2701)은, 접속 필름(2708)을 거쳐서, 프린트 배선 기판(2703)과 일체화된다. 상기한 패널(2701), 하우징(2702), 프린트 배선 기판(2703)은, 조작 버튼(2704)이나 배터리(2705)와 함께, 샤시(2700, 2706)의 내부에 수납된다. 패널(2701)이 포함하는 화소영역(2709)은, 샤시(2700)에 설치된 개구창으로부터 시인 할 수 있게 배치되어 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 반도체장치는, 소형, 초박형, 경량인 것을 특징으로 하고 있다. 이들 특징에 의해, 전자기기의 샤시(2700, 2706) 내부가 한정된 공간을 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체장치는, 외부에서의 전기적 작용에 의해 변화되는 유기 화합물을 포함하는 층이 한 쌍의 도전층에 끼워진 단순한 구조의 기억소자를 가지기 때문에, 저렴한 반도체장치를 사용한 전자기기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체장치는 고집적화가 용이하기 때문에, 대용량의 기억 회로를 가지는 반도체장치를 사용한 전자기기를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 반도체장치에 포함되는 기억소자로서는, tfl시예 1 내지 6 중 어느 하나에 나타낸 기억소자를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체장치가 가지는 기억장치는, 외부에서의 전기적 작용에 의해 데이터의 기록을 행하는 것으로, 비휘발성이며, 데이터의 추기가 가능한 것을 특징으로 한다. 상기 특징에 의해, 고쳐쓰기에 의한 위조를 방지할 수 있고, 새로운 데이터를 추가해서 기록할 수 있다. 따라서, 고기능화와 고부가가치화를 실현한 반도체장치를 사용한 전자기기를 제공할 수 있다.
또한, 샤시(2700, 2706)는, 휴대전화기의 외관 형상을 일례로서 나타낸 것이며, 본 실시예에 따른 전자기기는, 그 기능이나 용도에 따라 여러가지 형태로 변용할 수 있다.
또한 본 실시예는, 실시예1, 실시예2, 실시예3, 실시예4, 실시예5, 실시예6, 실시예7, 또는 실시예8과 자유롭게 조합할 수 있다.
본 출원은 참조영으로 본 발명에 포함되는 발명내용을 갖는 2005년 8월 12일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 2005-234589에 기초한 것이다.
본 발명에 의해, 소자의 미세화와 제조 프로세스의 간략화라고 하는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 기억장치 및 반도체장치는, 동일 절연층 상의 한 쌍의 전극 에 유기 화합물을 포함하는 층이 끼워진 단순한 구조의 기억소자를 가지기 때문에, 저렴한 기억장치 및 반도체장치를 제공할 수 있다.
Claims (28)
- 절연 표면을 가지는 기판 위에 설치된 스위칭소자로서, 상기 절연 표면은 상기 기판의 상면인, 상기 스위칭 소자와,제 1 전극, 제 2 전극 및 유기 화합물을 포함하는 층을 구비한 상기 기판 위의 기억소자로서, 상기 제 1 전극이 상기 스위칭소자에 전기접속된, 상기 기억소자와,사이에 끼워진 상기 유기 화합물을 포함하는 층을 갖는 한 쌍의 절연층을 구비하고,상기 한 쌍의 절연층과 상기 유기 화합물을 포함하는 층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 끼워지고,상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 상기 유기 화합물을 포함하는 층, 및 상기 한 쌍의 절연층은 상기 절연 표면과 평행한 동일 평면 위에 형성되고,상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극으로 전류가 흐르는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 절연 표면을 가지는 기판 위에 설치된 스위칭소자로서, 상기 절연 표면은 상기 기판의 상면인, 상기 스위칭소자와,상기 스위칭소자 위의 층간 절연막과,제 1 전극, 제 2 전극 및 유기 화합물을 포함하는 층을 구비한 상기 층간 절연막 위의 기억소자로서, 상기 제 1 전극은 상기 스위칭소자에 전기접속된, 상기 기억소자와,사이에 끼워진 상기 유기 화합물을 포함하는 층을 갖는 한 쌍의 절연층을 구비하고,상기 한 쌍의 절연층과 상기 유기 화합물을 포함하는 층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 끼워지고,상기 제 1 전극, 상기 제2 전극, 상기 유기 화합물을 포함하는 층, 및 상기 한 쌍의 절연층은 상기 절연 표면과 평행한 동일 평면 위에 형성되고,상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극으로 전류가 흐르고,상기 유기 화합물을 포함하는 층은 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 한 쌍의 절연층에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 2항에 있어서,상기 한 쌍의 절연층은, 상기 유기 화합물을 포함하는 층의 양면을 끼우도록 설치된 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 2항에 있어서,상기 한 쌍의 절연층의 막두께는 상기 절연 표면에 수직한 방향으로 0.1 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 기억소자는, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 전위차를 형성하여, 상기 유기 화합물을 포함하는 층을 고저항 상태로부터 저저항 상태로 비가역적으로 변화시키는 구조를 포함하는 소자인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 전극의 전체 폭은 상기 유기 화합물을 포함하는 층의 폭보다도 넓은 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 유기 화합물을 포함하는 층의 막두께는 5 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 스위칭소자의 게이트 전극은 워드선인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 유기 화합물을 포함하는 층은, 상기 제1 전극으로부터 상기 제2 전극까지의 전류 경로 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 끼워지고, 상기 전류 경로 방향에 수직한 방향으로 상기 한 쌍의 절연층 사이에 끼워지는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,위에서 보았을 때 상기 유기 화합물을 포함하는 층의 형상은, 사각형 형상, 타원형, 원형, 또는 띠 형태인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 삭제
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 전극의 측면은 테이퍼 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 삭제
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 스위칭소자는, n채널형의 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 삭제
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 스위칭소자는 p채널형의 박막 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 반도체장치.
- 삭제
- 절연 표면을 가지는 기판 위에 반도체층을 형성하는 단계와,상기 반도체층을 덮는 절연막을 형성하는 단계와,상기 절연막 위의 동일 평면 위에 한쪽이 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계와,상기 절연막 위에 한 쌍의 절연층을 형성하는 단계와,상기 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 절연층에 의해 둘러싸인 유기 화합물을 포함하는 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 절연 표면을 가지는 기판 위에 반도체층을 형성하는 단계와,상기 반도체층을 덮는 절연막을 형성하는 단계와,상기 절연막 위의 동일 평면 위에 한쪽이 상기 반도체층과 전기적으로 접속하는 한 쌍의 전극을 형성하는 단계와,상기 절연막 위에 한쌍의 절연층을 형성하는 단계와,상기 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 절연층으로 둘러싸인 영역에 겹치도록, 유기 화합물을 포함하는 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 기판 위에 반도체층을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계와,상기 스위칭 소자 위에 절연막을 형성하는 단계와,상기 스위칭 소자에 전기 접속된 제1 전극을 상기 절연막의 상부 표면에 형성하는 단계와,상기 절연막의 상기 상부 표면에 제2 전극을 형성하는 단계와,상기 절연막 위에 한 쌍의 절연층을 형성하는 단계와,상기 제1 전극과 상기 제2 전극 및 상기 한 쌍의 절연층에 의해 둘러싸인 틈을 덮는 유기 화합물을 포함하는 층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,위에서 보았을 때 상기 유기 화합물을 포함하는 층의 형상은, 사각형 형상, 타원형, 원형, 또는 띠 형태인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체층은, 비정질 구조, 마이크로크리스탈 구조, 다결정 구조, 및 단결정 구조 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,상기 반도체층은, 유기화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 18항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유기화합물을 포함하는 상기 층은, 고저항 상태로부터 저저항 상태로 비가역적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 18항 또는 제 19항에 있어서,상기 한 쌍의 전극의 각각의 측면은 테이퍼 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 20항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 전극의 각각의 측면은 테이퍼 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 18항 또는 제 19항에 있어서,상기 한 쌍의 전극의 나머지 하나는 공통전극인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
- 제 20항에 있어서,상기 제 2 전극은 공통전극인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
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