半導体装置
【課題】製造時以外にデータの書き込みが可能であり、書き換えによる偽造を防止可能な半導体装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、単純な構造のメモリから構成される安価な半導体装置の提供を課題とする。
【解決手段】単結晶半導体基板上に形成された電界効果トランジスタと、電界効果トラン
ジスタの上に設けられた第１の導電層と、第１の導電層上に設けられた有機化合物層と、
有機化合物層上に設けられた第２の導電層とを有し、第１の導電層と有機化合物と前記第
２の導電層とで記憶素子を構成する。また、上記構成において、アンテナを具備すること
によって、非接触でデータの送受信が可能な半導体装置を提供することができる。
【解決手段】単結晶半導体基板上に形成された電界効果トランジスタと、電界効果トラン
ジスタの上に設けられた第１の導電層と、第１の導電層上に設けられた有機化合物層と、
有機化合物層上に設けられた第２の導電層とを有し、第１の導電層と有機化合物と前記第
２の導電層とで記憶素子を構成する。また、上記構成において、アンテナを具備すること
によって、非接触でデータの送受信が可能な半導体装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は記憶素子を有する半導体装置に関し、特に当該記憶素子として有機化合物層を
含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料を用いた電子デバイスの開発が広く行われており、発光素子である有機
ＥＬや有機ＴＦＴ等の開発が行われている。また、有機材料を用いた記憶素子の研究も行
われており、例えば、有機ダイオードを利用したマスクＲＯＭ等がある（例えば、特許文
献１）。この記憶素子においては、製造時以外ではデータの書き込み（追記）を行うこと
ができず使い勝手が良くなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５１６９６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では、チップ製造時以外にデータの書き込みが可能であり、偽造の防止可能な半
導体装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、単純な構造の記憶素子から構
成される安価な半導体装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を講ずる。
【０００６】
本発明の半導体装置は、単結晶半導体基板上に形成された電界効果トランジスタと、電
界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、電界効果トランジスタは単結
晶半導体基板をチャネル領域として形成されており、記憶回路は、第１の導電層と、有機
化合物層と、第２の導電層とが順に積層された有機メモリ素子を有することを特徴として
いる。なお、ここでいう有機メモリ素子とは、少なくとも一対の導電層間に有機化合物層
が挟まれた構造を有している素子を指す。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、単結晶半導体基板をチャネル領域として形成
された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、記憶回路は、第１の導電層と、有機化合物層と
、第２の導電層とが順に積層された有機メモリ素子を有し、アンテナとして機能する導電
層と第１の導電層とが同じ層に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、単結晶半導体基板をチャネル領域として形成
された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
記憶回路の上方に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、記憶回路は、第１
の導電層と、有機化合物層と、第２の導電層とが順に積層された有機メモリ素子を有し、
アンテナとして機能する導電層は、電界効果トランジスタと電気的に接続するように貼り
合わされて設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路が、電界効果ト
ランジスタと電気的に接続された第１の導電層と、第１の導電層の端部を覆うように設け
られた絶縁層と、第１の導電層および絶縁層上に設けられた有機化合物層と、有機化合物
層上に設けられた第２の導電層とを有する有機メモリ素子を有していることを特徴として
いる。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路が、前記電界効
果トランジスタと電気的に接続された第１の導電層と、前記第１の導電層の端部を覆うよ
うに設けられた絶縁層と、前記絶縁層に覆われていない前記第１の導電層および前記絶縁
層の端部を覆うように設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層および前記前記有機
化合物層に覆われていない前記絶縁層を覆うように設けられた第２の導電層とを有する有
機メモリ素子を有していることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、第１の導電層と第２の導
電層の一方または両方が透光性を有することを特徴としている。この構成は、光学的作用
を加えることによって記憶回路にデータを書き込む（追記）場合に必要となる。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機メモリ素子が電圧を
印加する書き込み処理により不可逆的に抵抗が変化することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路にデータを書き
込んだ場合に、有機メモリ素子の第１の導電層と第２の導電層間の距離が変化することを
特徴としている。データの書き込みによる第１の導電層と第２の導電層間の距離の変化は
、有機メモリ素子の場所によって異なり、広くなる部分や狭くなる部分が生じる。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機化合物層が電子輸送
材料またはホール輸送材料であることを特徴としている。また、より具体的には、有機化
合物層の導電率が１０-15Ｓ／ｃｍ以上１０-3Ｓ／ｃｍ以下であることを特徴としている
。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機化合物層の膜厚が５
〜６０ｎｍであることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路として有機メモ
リ素子の他に、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ
）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡ
Ｍ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、マス
クＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒ
ｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びフラッ
シュメモリから選択された１つまたは複数を有することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、電源回路、クロック発生
回路、データ復調／変調回路及びインターフェイス回路から選択された１つ又は複数を有
することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明において、有機化合物層は、蒸着法、液滴吐出法、スクリーン印刷法、ス
ピンコート法等を用いて形成することができる。なお、液滴吐出法とは、導電物や絶縁物
等の材料を含んだ組成物の液滴（ドットともいう）を選択的に吐出（噴射）して任意の場
所に形成する方法であり、その方式によってはインクジェット法とも呼ばれている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を用いることによって、記憶素子の製造時以外にデータの書き込み（追記）が可
能であり、書き換えによる偽造を防止可能な半導体装置を得ることができる。また、本発
明の半導体装置は、移動度や応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトラン
ジスタを有するため、高速動作が可能である。また、本発明では、単純な構成の記憶素子
を形成することが可能であるため、安価で高集積化された記憶素子を有する半導体装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図２】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図３】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図４】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図５】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図６】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図７】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図８】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図９】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１０】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１１】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１２】本発明のレーザ照射装置の一例を示す図。
【図１３】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１４】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図１５】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図１６】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図１７】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図１８】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図１９】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図２０】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図２１】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図２２】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図２３】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図２４】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の素子構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説
明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様
々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実
施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の
構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用い、繰り返しの説明を省
略する場合がある。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の構成の一例について、図１〜３を用いて以下
に説明する。
【００２３】
本発明の半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）を含む層３５１と、複数の記憶素子を含む層３５２が順に積層された構成
を有する（図１）。複数の電界効果トランジスタを含む層３５１は様々な回路を構成し、
複数の記憶素子を含む層３５２はデータを記憶する記憶回路を有している。
【００２４】
次に、上記構成を有する半導体装置の断面構造について説明する。まず、複数の電界効
果トランジスタを含む層３５１の断面構造について説明する（図２（Ａ））。
【００２５】
電界効果トランジスタは、単結晶半導体基板３０２上に形成される。単結晶半導体基板
３０２は、ｎウェル３０３、３０４とｐウェル３０５、３０６が形成され、フィールド酸
化膜３０７によってそれぞれ分離されている。また、上記構成に限られず、ｎ型の単結晶
半導体基板を用いるときにはｐウェルを、ｐ型の単結晶半導体基板を用いるときにはｎウ
ェルのみをそれぞれ設けた構成としてもよい。
【００２６】
ゲート絶縁膜３０８〜３１１は、熱酸化法により形成された薄膜である。ゲート３１２
〜３１５は、ＣＶＤ法により１００〜３００ｎｍの厚さで形成した多結晶シリコン層３１
２ａ〜３１５ａと、５０〜３００ｎｍの厚さで形成したシリサイド層３１２ｂ〜３１５ｂ
からなる。また、サイドウォール３２４〜３２７は、全面に絶縁層を形成後、異方性エッ
チングにより、ゲート３１２〜３１５の側壁に絶縁層を残存させることにより形成するこ
とができる。
【００２７】
ｐチャネル型ＦＥＴ３１６のソース・ドレイン領域３２８と、ｐチャネル型ＦＥＴ３１
８のソース・ドレイン領域３３０には、ｐ型の導電型を付与する不純物元素が添加されて
いる。一方、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７のソース・ドレイン領域３２９と、ｎチャネル型
ＦＥＴ３１９のソース・ドレイン領域３３１には、ｎ型の導電型を付与する不純物元素が
添加されている。
【００２８】
また、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）３２０と、ｐチャ
ネル型ＦＥＴ３１８の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）３２２には、ｐ型の導電型を付与
する不純物元素が添加されている。ｎチャネル型ＦＥＴ３１７の低濃度不純物領域（ＬＤ
Ｄ領域）３２１と、ｎチャネル型ＦＥＴ３１９の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）３２３
には、ｎ型の導電型を付与する不純物元素が添加されている。これらの低濃度不純物領域
は、イオン注入法やイオンドープ法で自己整合的に形成された領域である。なお、本実施
の形態の半導体装置は上記構成に限られず、サイドウォールやＬＤＤ領域を設けなくとも
よいし、サリサイド構造としてもよい。
【００２９】
また、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６、３１８と、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７、３１９を覆
うように、絶縁層３３２、３３３が設けられており、これらの絶縁層３３２、３３３は、
表面を平坦化するために設けられた薄膜である。
【００３０】
ソース配線またはドレイン配線３３４〜３４１は、ソース配線またはドレイン領域３２
８〜３３１に接する配線であり、絶縁層３３２、３３３にそれぞれ設けられたコンタクト
ホールを充填する配線である。そして、ソース配線とドレイン配線３３４〜３４１を覆う
ように、絶縁層３４２、３４３が設けられており、これらの絶縁層３４２、３４３も、表
面を平坦化するために設けられた薄膜である。
【００３１】
次に、複数の電界効果トランジスタを含む層３５１上に、複数の記憶素子を含む層３５
２が積層された半導体装置の断面構造について説明する（図２（Ｂ）参照）。
【００３２】
絶縁層３４３上に、第１の導電層３４５、有機化合物層３４６、第２の導電層３４７が
順に積層されており、この積層体が記憶素子３５０に相当する。有機化合物層３４６同士
の間には、絶縁層３４８が設けられている。複数の記憶素子３５０上には、絶縁層３４９
が設けられている。図２（Ｂ）に示すように電界効果トランジスタ上に複数の記憶素子を
単純な構成（パッシブマトリクス型）で設けることによって、より微細な構造を容易に集
積化することが可能となり、低コストで大容量の記憶素子を有する半導体装置を提供する
ことが可能となる。
【００３３】
次に、上記図２（Ｂ）とは異なる半導体装置の断面構造について図３を用いて説明する
。
【００３４】
絶縁層３４３上に、電界効果トランジスタに接続されたソース・ドレイン配線に接続す
るように、第１の導電層３６１〜３６４が設けられ、第１の導電層３６１〜３６４に接す
るように有機化合物層３６５〜３６８が設けられる。さらに、有機化合物層３６５〜３６
８に接するように第２の導電層３６９が設けられる。第１の導電層３６１〜３６４または
第２の導電層３６９は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）または透光性を
有するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の公知の導電性材料を用いて形成することができ
る。また、有機化合物層３６５〜３６８は、蒸着法や液滴吐出法を用いて形成することが
できる。液滴吐出法を用いて形成すると、有機化合物層を所望の場所に選択的に形成する
ことができるためマスクが不要となる。また、必要最低限の材料で済むため、材料の利用
効率が向上するといった利点を有している。
【００３５】
第１の導電層３６１〜３６４のいずれか１つと、第２の導電層３６９の積層体が記憶素
子３７１〜３７４のいずれか１つに相当する。有機化合物層３６５〜３６８の間には、絶
縁層３７０が設けられている。また、複数の記憶素子３７１〜３７４上には、絶縁層３７
５が設けられている。なお、図３に示した半導体装置の構成において、電界効果トランジ
スタを含む層３５１に設けられた電界効果トランジスタは、記憶素子３７１〜３７４への
書き込みまたは読み込みの際にスイッチング素子として働くため、ｐチャネル型ＦＥＴま
たはｎチャネル型ＦＥＴのどちらか一方の構成を用いて設けることが好ましい。上記構成
とすることによって、移動度や応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトラ
ンジスタを有するため高速な動作が可能であり、動作周波数を向上させた半導体装置を提
供することが可能となる。
【００３６】
次に、非接触でデータを送受信する機能を有する半導体装置の構成について、図４、図
５を用いて以下に説明する。
【００３７】
図４に示す半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トラン
ジスタを含む層４０１と、複数の記憶素子を含む層４０２が順に積層されており、複数の
記憶素子を含む層４０２の周囲に、アンテナとして機能する導電層４０３が設けられた構
成を有する（図４（Ａ）、（Ｂ））。なお、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は斜視図を
示している。
【００３８】
上記構成を有する半導体装置の断面構造について図５（Ａ）を用いて説明する。
【００３９】
図５（Ａ）において、複数の電界効果トランジスタを含む層４０１は、ｐチャネル型Ｆ
ＥＴ３１６、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７、ｐチャネル型ＦＥＴ３１８、ｎチャネル型ＦＥ
Ｔ３１９を有している。なお、これらのＦＥＴの構造は上記図２（Ｂ）で示した通りであ
るので、ここでは、その説明を省略する。
【００４０】
ｐチャネル型ＦＥＴ３１６、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７、ｐチャネル型ＦＥＴ３１８、
ｎチャネル型ＦＥＴ３１９を覆うように絶縁層３４２、３４３が設けられ、絶縁層３４３
上に複数の記憶素子を含む層４０２が設けられている。また、複数の記憶素子を含む層４
０２の周囲には、アンテナとして機能する導電層４０３が設けられている。
【００４１】
複数の記憶素子を含む層４０２は、絶縁層３４３上に、第１の導電層４４５、有機化合
物層４４６、第２の導電層４４７が順に積層されており、この積層体が記憶素子４５０に
相当する。有機化合物層４４６の間には、絶縁層４４８が設けられている。
【００４２】
また、アンテナとして機能する導電層４０３は、第１の導電層４４５と同じ層に設けら
れている。導電層４０３上には、絶縁層４４８、４４９が設けられている。アンテナとし
て機能する導電層４０３は、波形整形回路や整流回路を構成するトランジスタに接続され
ている。非接触で外部から送られてきたデータは波形整形回路や整流回路で処理された後
、読み込み回路や書き込み回路を介して有機メモリ素子とデータのやりとり（データの書
き込みや読み込み）が行われる。ここでは、導電層４０３は、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６
のソースまたはドレイン配線３３４と、ｎチャネル型ＦＥＴ３１９のソースまたはドレイ
ン配線３４１に接続されている。導電層４０３としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の材料を用いて形成することができる。また、第１の導
電層４４５と同じ工程で作製しても良い。
【００４３】
次に、上記図５（Ａ）とは異なる半導体装置の断面構造について図５（Ｂ）を用いて説
明する。より詳しくは、図５（Ａ）における複数の記憶素子を含む層４０２の構造が異な
る半導体装置の断面構造について説明する。
【００４４】
図５（Ｂ）において、複数の電界効果トランジスタを含む層４０１は、上記図３で示し
た構成と同様に設けることができる。複数の記憶素子を含む層４０２は、ソース・ドレイ
ン配線３３６、３３８に接続するように、第１の導電層４６２、４６３が設けられ、第１
の導電層４６２、４６３に接するように有機化合物層４６６、４６７が設けられている。
さらに、有機化合物層４６６、４６７に接するように第２の導電層４６９が設けられてい
る。
【００４５】
第１の導電層４６２、４６３のどちらかと、有機化合物層４６６、４６７のどちらかと
、第２の導電層４６９の積層体が記憶素子４７２、４７３のどちらかに相当する。有機化
合物層４６６、４６７の間には、絶縁層４７０が設けられている。また、複数の記憶素子
４７２、４７３上には、絶縁層４７５が設けられている。
【００４６】
図５（Ｂ）の半導体装置の構成において、第１の導電層４６２、４６３と接続する電界
効果トランジスタは、記憶素子４７２、４７３への書き込みまたは読み込みの際にスイッ
チング素子として働くため、ｐチャネル型ＦＥＴまたはｎチャネル型ＦＥＴのどちらか一
方の構成を用いて設けることが好ましい。また、その他の電界効果トランジスタは、ｐチ
ャネル型ＦＥＴまたはｎチャネル型ＦＥＴのどちらか一方の構成で設けてもよいし、ｐチ
ャネル型ＦＥＴまたはｎチャネル型ＦＥＴの両方を設けてもよいし、ｐチャネル型ＦＥＴ
またはｎチャネル型ＦＥＴをあわせてＣＭＯＳ回路として設けてもよい。
【００４７】
このように図４、図５に示すように、アンテナとして機能する導電層を形成することに
よって、非接触でデータを送受信する機能を有する半導体装置を提供することができる。
このような半導体装置は、非接触でデータの送受信を行う無線チップ等に利用することが
できる。また、無線チップ等は微細な構造を要求される場合が多いが、図５に示す構造を
用いることによって安価で高集積化された記憶素子を有する半導体装置を提供することが
できる。
【００４８】
次に、非接触でデータを送受信する場合において、上記図４、図５と異なる半導体装置
の構成について、図６〜図８を用いて以下に説明する。
【００４９】
本発明の半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジ
スタを含む層５０１と、複数の記憶素子を含む層５０２が順に積層して設けられた基板と
、アンテナとして機能する導電層５０３が設けられた基板とが貼り合わされた構成を有す
る（図６（Ａ）、（Ｂ））。なお、図６（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は斜視図を示してい
る。
【００５０】
次に、上記構成を有する本発明の半導体装置の断面構造について図７を用いて以下に説
明する。
【００５１】
複数の電界効果トランジスタを含む層５０１は、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６、ｎチャネ
ル型ＦＥＴ３１７、ｐチャネル型ＦＥＴ３１８、ｎチャネル型ＦＥＴ３１９を有している
。これらのＦＥＴの構造は上記図２（Ｂ）で示した通りであるので、ここでは、その説明
を省略する。
【００５２】
また、複数の記憶素子を含む層５０２は、図５（Ａ）を用いて説明した複数の記憶素子
を含む層４０２と同様に設けることができる。
【００５３】
複数の電界効果トランジスタを含む層５０１と複数の記憶素子を含む層５０２とを含む
基板と、導電層５０３が設けられた基板５０４は、導電性粒子５０６を含む樹脂５０５に
より貼りあわされている。なお、貼り合わせて素子を形成する方法としては、例えば、円
形の半導体基板と複数の導電層が設けられた基板５０４とを貼り合わせた後に、貼り合わ
された円形の半導体基板と基板５０４とを分断して個々の素子に分離して設けることがで
きる。また、複数の導電層が設けられた基板５０４上にあらかじめ分断されたＳｉ基板を
貼り合わせた後に、基板５０４を分断して個々の素子を形成してもよいし、半導体基板と
基板５０４をそれぞれ分断した後に貼り合わせることによって個々の素子を形成してもよ
い。
【００５４】
そして、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６のソース・ドレイン配線３３４及びｎチャネル型Ｆ
ＥＴ３１９のソース・ドレイン配線３４１と、導電層５０３とは、導電性粒子５０６を介
して電気的に接続する。なお、ここでは導電性微粒子を含む異方性導電フィルムを用いて
接続した場合を示したが、他にも、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電
性接着剤や半田接合を行う方法を用いてもよい。
【００５５】
次に、図７に示した構成とは異なる半導体装置の断面構造について図８を用いて説明す
る。より詳しくは、図７の構成と、複数の記憶素子を含む層５０２の構造が異なる半導体
装置の断面構造について説明する。
【００５６】
複数の電界効果トランジスタを含む層５０１は、図５（Ｂ）で示したように形成するこ
とができる。複数の記憶素子を含む層５０２は、図５（Ｂ）を用いて説明した、複数の記
憶素子を含む層４０２と同じ構造である。そして、上記図７の構成と同様、複数の電界効
果トランジスタを含む層５０１と複数の記憶素子を含む層５０２とを含む基板と、導電層
５０３が設けられた基板５０４は、導電性粒子５０６を含む樹脂５０５により貼りあわさ
れている。そして、ソース・ドレイン配線３３４、３４１と、導電層５０３とは、導電性
粒子５０６を介して電気的に接続する。
【００５７】
このように上記図６〜図８に示すように、複数の電界効果トランジスタを含む層５０１
と複数の記憶素子を含む層５０２が順に積層して設けられた基板にアンテナとして機能す
る導電層５０３を貼り合わせて設けることによって、上記図５に示した構造に比べて容易
に導電層５０３の面積を大きく形成することができる。導電層の面積を広く形成すること
によって、導通抵抗を低く抑えることができるため、非接触でデータを送受信する際に半
導体装置の通信距離をのばすことができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、上記実施の形態１で示した記憶素子の構成に関して以下に説
明する。
【００５９】
本発明において、上記実施の形態で示した記憶素子（以下、有機メモリ素子とも記す）
は、有機化合物層を有していることを特徴とする。なお、メモリは有機メモリ素子のみを
含んでいてもよいし、他の記憶素子を含んでいてもよい。有機メモリ素子を含むメモリ（
以下、有機メモリとも記す）は、有機化合物の材料を利用したものであり、当該有機化合
物層に光または電気的作用を加えることにより電気抵抗の変化を生じさせるものである。
【００６０】
次に、有機メモリの構成について図１３を用いて説明する。有機メモリは、メモリセル
２１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ２２、デコーダ２３、２４、セレクタ
２５、読み出し／書き込み回路２６を有する。なお、図１３に示す有機メモリの構成は、
図２（Ｂ）、図５（Ａ）における複数の記憶素子を含む層４０２または図７における複数
の有機メモリ素子を含む層５０２の記憶素子の構造（パッシブマトリクス型）に対応して
いる。
【００６１】
メモリセル２１は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）に接続される第１の導電層と、ワード
線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）に接続される第２の導電層と、有機化合物層とを有する。有機化合
物層は、第１の導電層と第２の導電層の間に設けられる。
【００６２】
次に、メモリセルアレイ２２の上面構造と断面構造について図９を用いて説明する。な
お、メモリセルアレイ２２は、上記実施の形態で示した電界効果トランジスタを含む層（
以下、基板３０と記す）上に、第１の方向に延在する第１の導電層２７と、第１の方向と
異なる方向第２の方向（例えば、垂直な方向）に延在する第２の導電層２８と、有機化合
物層２９とを有する。第１の導電層２７と第２の導電層２８は、ストライプ状に、互いに
交差するように形成される。隣接する有機化合物層２９の間には、絶縁層３３が設けられ
る。また、第２の導電層２８に接するように、保護層として機能する絶縁層３４が設けら
れる。
【００６３】
第１の導電層２７と第２の導電層２８は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａ
ｇ）等の公知の導電性材料を用いて形成する。また、有機化合物層２９は蒸着法や液滴吐
出法を用いて形成することができる。液滴吐出法を用いた場合、各メモリセルに選択的に
有機化合物層を設けることができるため、材料の利用効率を向上することができる。
【００６４】
光によりデータの書き込みを行う場合、第２の導電層２８は透光性を有するように形成
する。透光性を有する導電層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明な導電性材料を
用いて形成するか、又は、透明な導電性材料でなくても、光を透過する厚さで形成する。
また、上記実施の形態において、記憶素子上にアンテナとして機能する導電層が設けてあ
る場合には、データの書き込む部分の記憶素子の上方には導電層を設けず、光を照射でき
る開口窓を設けておく。また、記憶素子の下方に設けてある電界効果トランジスタに光が
照射されないように、遮光膜を設けておくとよい。具体的には、図２（Ｂ）に示す半導体
装置に光学的作用を加えてデータを書き込む際には、絶縁層３３２、３３３、３４２また
は３４３の少なくとも一層を遮光性を有する膜で形成する。好ましくは３４２または３４
３の少なくとも一方を遮光性の膜で形成する。
【００６５】
有機化合物層２９は、導電性を有する（好ましくは、導電率が１０-15Ｓ／ｃｍ以上１
０-3Ｓ／ｃｍ以下）有機化合物材料を用いることができる。例えば、４，４’−ビス［Ｎ
−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）や４，４’
−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ
）や４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称
：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニ
ルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）や４，４’−ビス（Ｎ−（４−（
Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：
ＤＮＴＰＤ）などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物
やフタロシアニン（略称：Ｈ2Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジル
フタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン化合物等の正孔輸送性の高い物質
を用いることができる。
【００６６】
また、他にも有機化合物材料として電子輸送性が高い材料を用いることができ、例えば
トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、トリス（４−メチル−８
−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［
ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノ
ラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格また
はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料や、ビス［２−（２−ヒドロキシ
フェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒ
ドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾ
ール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに
、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル
）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒ
ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：Ｏ
ＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェ
ニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフ
ェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリ
アゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソ
キュプロイン（略称：ＢＣＰ）等の化合物等を用いることができる。
【００６７】
また、他の有機化合物材料として、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−［２−（
１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略
称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７
−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン、ペリフランテン、
２，５−ジシアノ−１，４−ビス［２−（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチ
ルジュロリジン−９−イル）エテニル］ベンゼン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略
称：ＤＭＱｄ）、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、トリス（８−キノリノラト）アルミニ
ウム（略称：Ａｌｑ3）、９，９’−ビアントリル、９，１０−ジフェニルアントラセン
（略称：ＤＰＡ）や９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２
，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）等が挙げられる。また、
上記発光材料を分散してなる層を形成する場合に母体となる材料としては、９，１０−ジ
（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）等のア
ントラセン誘導体、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）等
のカルバゾール誘導体、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称
：Ｚｎｐｐ2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略
称：ＺｎＢＯＸ）などの金属錯体等を用いることができる。また、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン
（略称：ＤＮＡ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−
アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等を用いることができる。なお、上述した有機化合物は
単層で設けてもよいし積層して設けてもよく、実施者が適宜選択すればよい。
【００６８】
また、他にも光または電気的作用を加えることによって電気抵抗が変化する材料を用い
ることができる。例えば、光を吸収することによって酸を発生する化合物（光酸発生剤）
をドープした共役高分子を用いることができる。ここで共役高分子としては、ポリアセチ
レン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレ
ンエチニレン類等を用いることができる。また、光酸発生剤としては、アリールスルホニ
ウム塩、アリールヨードニウム塩、ｏ−ニトロベンジルトシレート、アリールスルホン酸
ｐ−ニトロベンジルエステル、スルホニルアセトフェノン類、Ｆｅ−アレン錯体ＰＦ6塩
等を用いることができる。
【００６９】
また、上記構成とは異なる構成として、第１の導電層２７と有機化合物層２９の間、も
しくは第２の導電層２８と有機化合物層２９の間に、整流性を有する素子を設けてもよい
（図９（Ｄ）参照）。整流性を有する素子とは、代表的には、ショットキーダイオード、
ＰＮ接合を有するダイオード、ＰＩＮ接合を有するダイオード、あるいはゲート電極とド
レイン電極を接続したトランジスタである。もちろん、他の構成のダイオードでも構わな
い。ここでは、第１の導電層と有機化合物層の間に、半導体層４４、４５を含むＰＮ接合
ダイオードを設けた場合を示す。半導体層４４、４５のうち、一方はＮ型半導体であり、
他方はＰ型半導体である。このように、整流作用を有する素子を設けることにより、メモ
リセルの選択性を向上し、読み出しや書き込み動作のマージンを向上させることができる
。
【００７０】
上記の通り、本実施の形態で示した有機メモリ素子は、一対の導電層間に有機化合物層
を設ける単純な構成を有するため、作製工程が単純であり、高集積化させた有機メモリ素
子を有する半導体装置を低コストで提供することができる。また、上記構成とすることに
よって、製造時以外にもデータの書き込み（追記）が可能であるため、ユーザーが適宜必
要なときにデータを書き込むことができる。また、本発明の有機メモリは、不揮発性メモ
リであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の
半導体装置を提供することができる。また、上述した有機メモリは、データの書き込み（
追記）は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。そのため、当該有機メ
モリを用いることによって、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供す
ることができる。
【００７１】
次に、有機メモリにデータの書き込みを行う際の動作について説明する。データの書き
込みは、光学的作用又は電気的作用により行うが、まず、電気的作用によりデータの書き
込みを行う場合について説明する（図１３参照）。なお、書き込みはメモリセルの電気特
性を変化させることで行うが、ここでは、メモリセルの初期状態（電気的作用を加えてい
ない状態）をデータ「０」、電気特性を変化させた状態を「１」とする。
【００７２】
メモリセル２１にデータ「１」を書き込む場合、まず、デコーダ２３、２４およびセレ
クタ２５によってメモリセル２１を選択する。具体的には、デコーダ２４によって、メモ
リセル２１に接続されるワード線Ｗ３に所定の電圧Ｖ２を印加する。また、デコーダ２３
とセレクタ２５によって、メモリセル２１に接続されるビット線Ｂ３を読み出し／書き込
み回路２６に接続する。そして、読み出し／書き込み回路２６からビット線Ｂ３へ書き込
み電圧Ｖ１を出力する。こうして、当該メモリセル２１を構成する第１の導電層と第２の
導電層の間には電圧Ｖｗ＝Ｖ１−Ｖ２を印加する。電位Ｖｗを適切に選ぶことで、当該導
電層間に設けられた有機化合物層２９を物理的もしくは電気的変化させ、データ「１」の
書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「１」の状態の第１の
導電層と第２の導電層の間の電気抵抗が、データ「０」の状態と比して、大幅に小さくな
るように変化させるとよい。例えば、（Ｖ１、Ｖ２）＝（０Ｖ、５〜１５Ｖ）、あるいは
（３〜５Ｖ、−１２〜−２Ｖ）の範囲から適宜選べば良い。電圧Ｖｗは５〜１５Ｖ、ある
いは−５〜−１５Ｖとすればよい。なお、この場合に、有機化合物層を挟んで設けられた
一対の導電層間の距離が変化する場合がある。
【００７３】
なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ
「１」が書き込まれないよう制御する。例えば、非選択のワード線および非選択のビット
線を浮遊状態とすればよい。メモリセルを構成する第１の導電層と第２の導電層の間は、
ダイオード特性など、選択性を確保できる特性を有する必要がある。
【００７４】
一方、メモリセル２１にデータ「０」を書き込む場合は、メモリセル２１には電気的作
用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「１」を書き込む場合と同様に、デコー
ダ２３、２４およびセレクタ２５によってメモリセル２１を選択するが、読み出し／書き
込み回路２６からビット線Ｂ３への出力電位を、選択されたワード線Ｗ３の電位あるいは
非選択ワード線の電位と同程度とし、メモリセル２１を構成する第１の導電層と第２の導
電層の間に、メモリセル２１の電気特性を変化させない程度の電圧（例えば−５〜５Ｖ）
を印加すればよい。
【００７５】
次に、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する（図９（Ｂ）（
Ｃ）参照）。この場合、透光性を有する導電層側（ここでは第２の導電層２８とする）か
ら、有機メモリ素子に含まれる有機化合物層２９にレーザ光を照射することにより行う。
ここでは、所望の部分の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層２９に選択的にレーザ光
を照射して有機化合物層２９を破壊する。破壊された有機化合物層は、絶縁化するため、
他の有機メモリ素子と比較すると抵抗が大きくなる。このように、レーザ光の照射により
、有機化合物層２９を挟んで設けられた２つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用
してデータの書き込みを行う。例えば、レーザ光を照射していない有機化合物層を含む有
機メモリ素子を「０」のデータとする場合、「１」のデータを書き込む際は、所望の部分
の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層に選択的にレーザ光を照射して破壊することに
よって電気抵抗を大きくする。
【００７６】
また、有機化合物層２９として、光を吸収することによって酸を発生する化合物（光酸
発生剤）をドープした共役高分子を用いた場合、レーザ光を照射すると、照射された部分
だけが導電性が増加し、未照射の部分は導電性を有しない。そのため、所望の部分の有機
メモリ素子に含まれる有機化合物層に選択的にレーザ光を照射することにより、当該有機
メモリ素子の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、レー
ザ光を照射していない有機化合物層を「０」のデータとする場合、「１」のデータを書き
込む際は、所望の部分の有機化合物層に選択的にレーザ光を照射して導電性を増加させる
。
【００７７】
レーザ光を照射する場合、有機メモリ素子に含まれる有機化合物層２９の電気抵抗の変
化は、メモリセル２１の大きさによるが、μｍオーダの径に絞ったレーザ光の照射により
実現する。例えば、径が１μｍのレーザビームが１０ｍ／ｓｅｃの線速度で通過するとき
、１つのメモリセル２１が含む有機化合物を含む層にレーザ光が照射される時間は１００
ｎｓｅｃとなる。１００ｎｓｅｃという短い時間内で相を変化させるためには、レーザパ
ワーは１０ｍＷ、パワー密度は１０ｋＷ／ｍｍ2とするとよい。また、レーザ光を選択的
に照射する場合は、パルス発振のレーザ照射装置を用いて行いることが好ましい。
【００７８】
ここで、レーザ照射装置の一例に関して、図１２を用いて簡単に説明する。レーザ照射
装置１００１は、レーザ光を照射する際の各種制御を実行するコンピュータ（以下、ＰＣ
１００２と示す。）と、レーザ光を出力するレーザ発振器１００３と、レーザ発振器１０
０３の電源１００４と、レーザ光を減衰させるための光学系（ＮＤフィルタ）１００５と
、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏ
ｄｕｌａｔｏｒ ； ＡＯＭ）１００６と、レーザ光の断面を縮小するためのレンズおよ
び光路を変更するためのミラー等で構成される光学系１００７、Ｘ軸ステージ及びＹ軸ス
テージを有する移動機構１００９と、ＰＣから出力される制御データをデジタル−アナロ
グ変換するＤ／Ａ変換部１０１０と、Ｄ／Ａ変換部から出力されるアナログ電圧に応じて
音響光学変調器１００６を制御するドライバ１０１１と、移動機構１００９を駆動するた
めの駆動信号を出力するドライバ１０１２と、被照射物上にレーザ光の焦点を合わせるた
めのオートフォーカス機構１０１３を備えている（図１２）。
【００７９】
レーザ発振器１００３としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能な
レーザ発振器を用いることができる。レーザ発振器としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ
、ＸｅＦ等のエキシマレーザ発振器、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ等の気
体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ4、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、
Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使った固体レーザ発振
器、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ発振器を用いる
ことができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波か第２高調波〜第５高調波を
適用するのが好ましい。
【００８０】
次に、レーザ照射装置を用いた照射方法について述べる。有機化合物層２９が設けられ
た基板３０が移動機構１００９に装着されると、ＰＣ１００２は図外のカメラによって、
レーザ光を照射する有機化合物層２９の位置を検出する。次いで、ＰＣ１００２は、検出
した位置データに基づいて、移動機構１００９を移動させるための移動データを生成する
。
【００８１】
この後、ＰＣ１００２が、ドライバ１０１１を介して音響光学変調器１００６の出力光
量を制御することにより、レーザ発振器１００３から出力されたレーザ光は、光学系１０
０５によって減衰された後、音響光学変調器１００６によって所定の光量になるように光
量が制御される。一方、音響光学変調器１００６から出力されたレーザ光は、光学系１０
０７で光路及びビームスポット形状を変化させ、レンズで集光した後、基板３０上に該レ
ーザ光を照射する。
【００８２】
このとき、ＰＣ１００２が生成した移動データに従い、移動機構１００９をＸ方向及び
Ｙ方向に移動制御する。この結果、所定の場所にレーザ光が照射され、レーザ光の光エネ
ルギー密度が熱エネルギーに変換され、基板３０上に設けられた有機化合物層に選択的に
レーザ光を照射することができる。なお、ここでは移動機構１００９を移動させてレーザ
光の照射を行う例を示しているが、光学系１００７を調整することによってレーザ光をＸ
方向およびＹ方向に移動させてもよい。
【００８３】
上記の通り、レーザ光の照射によりデータの書き込みを行う本発明の構成は、半導体装
置を簡単に大量に作製することができる。従って、安価な半導体装置を提供することがで
きる。
【００８４】
続いて、有機メモリからデータの読み出しを行う際の動作について説明する（図１３、
図１０参照）。データの読み出しは、メモリセルを構成する第１の導電層と第２の導電層
の間の電気特性が、データ「０」を有するメモリセルとデータ「１」を有するメモリセル
とで異なることを利用して行う。例えば、データ「０」を有するメモリセルを構成する第
１の導電層と第２の導電層の間の実効的な電気抵抗（以下、単にメモリセルの電気抵抗と
呼ぶ）が、読み出し電圧においてＲ０、データ「１」を有するメモリセルの電気抵抗を、
読み出し電圧においてＲ１とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお
、Ｒ１＜＜Ｒ０とする。読み出し／書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば
、図１０（Ａ）に示す抵抗素子４６と差動増幅器４７を用いた回路２６を考えることがで
きる。抵抗素子４６は抵抗値Ｒｒを有し、Ｒ１＜Ｒｒ＜Ｒ０であるとする。抵抗素子４６
の代わりにトランジスタ４８を用いても良いし、差動増幅器４７の代わりにクロックトイ
ンバータ４９を用いることも可能である（図１０（Ｂ））。クロックトインバータ４９に
は、読み出しを行うときにＨｉ、行わないときにＬｏとなる、信号又は反転信号が入力さ
れる。勿論、回路構成は図１０に限定されない。
【００８５】
メモリセル２１からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ２３、２４およびセ
レクタ２５によってメモリセル２１を選択する。具体的には、デコーダ２４によって、メ
モリセル２１に接続されるワード線Ｗｙに所定の電圧Ｖｙを印加する。また、デコーダ２
３とセレクタ２５によって、メモリセル２１に接続されるビット線Ｂｘを読み出し／書き
込み回路２６の端子Ｐに接続する。その結果、端子Ｐの電位Ｖｐは、ＶｙとＶ０が抵抗素
子４６（抵抗値Ｒｒ）とメモリセル２１（抵抗値Ｒ０もしくはＲ１）による抵抗分割によ
って決定される値となる。従って、メモリセル２１がデータ「０」を有する場合には、Ｖ
ｐ０＝Ｖｙ＋（Ｖ０−Ｖｙ）＊Ｒ０／（Ｒ０＋Ｒｒ）となる。また、メモリセル２１がデ
ータ「１」を有する場合には、Ｖｐ１＝Ｖｙ＋（Ｖ０−Ｖｙ）＊Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒｒ）と
なる。その結果、図１０（Ａ）では、ＶｒｅｆをＶｐ０とＶｐ１の間となるように選択す
ることで、図１０（Ｂ）では、クロックトインバータの変化点をＶｐ０とＶｐ１の間とな
るように選択することで、出力電位Ｖｏｕｔが、データ「０」／「１」に応じて、Ｌｏ／
Ｈｉ（もしくはＨｉ／Ｌｏ）が出力され、読み出しを行うことができる。
【００８６】
例えば、差動増幅器をＶｄｄ＝３Ｖで動作させ、Ｖｙ＝０Ｖ、Ｖ０＝３Ｖ、Ｖｒｅｆ＝
１．５Ｖとする。仮に、Ｒ０／Ｒｒ＝Ｒｒ／Ｒ１＝９とすると、メモリセルのデータが「
０」の場合、Ｖｐ０＝２．７ＶとなりＶｏｕｔはＨｉが出力され、メモリセルのデータが
「１」の場合、Ｖｐ１＝０．３ＶとなりＶｏｕｔはＬｏが出力される。こうして、メモリ
セルの読み出しを行うことができる。
【００８７】
上記の方法によると、有機メモリ素子の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を
利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。
例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。
また、メモリセルの電気特性が、データ「０」と「１」とで、しきい値電圧が異なるダイ
オード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。
【００８８】
このように、本実施の形態を用いることによって、有機メモリ素子の構成を単純に設け
ることができるため、微細な構造を有するつまり大容量を有する有機メモリ素子を備えた
半導体装置を低コストで設けることができる。また、上述した有機メモリは、データの追
記は可能であるが書き換えは不可能であるため、当該有機メモリを備えた半導体装置は偽
造等を効果的に防止することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【００９０】
（実施の形態３）
上述の通り、本発明の半導体装置は、メモリを必須の構成要素としており、本実施の形
態では上記の実施の形態２とは異なる構成のメモリについて図１１を用いて以下に説明す
る。
【００９１】
図１１（Ａ）において、メモリ２１６は、メモリセル２２１がマトリクス状に設けられ
たメモリセルアレイ２２２、デコーダ２２３、２２４、セレクタ２２５、読み出し／書き
込み回路２２６を有する。なお、ここで示すメモリ２１６の構成はあくまで一例であり、
センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよい。
【００９２】
メモリセル２２１は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）に接続する第１の配線と、ワード線
Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）に接続する第２の配線と、トランジスタ２４０と、記憶素子２４１と
を有する。また、記憶素子２４１は、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造
を有する。トランジスタのゲート電極はワード線と接続され、ソース電極もしくはドレイ
ン電極のいずれか一方はビット線と接続され、残る一方は記憶素子が有する２端子の一方
と接続される。記憶素子の残る１端子は共通電極（電位Ｖｃｏｍ）と接続される。つまり
、図１１示す有機メモリの構成は、図３、図５（Ｂ）における複数の記憶素子を含む層４
０２または図８における複数の記憶素子を含む層５０２の記憶素子の構造（アクティブマ
トリクス型）に対応している。
【００９３】
例えば、図３に示す半導体装置において、光学的作用によりデータの書き込みを行う場
合、第２の導電層３６９は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透光性がある材料により
形成するか、又は光を透過する厚さで形成する。また、電界効果トランジスタに光が照射
されないように、絶縁層３４２、３４３または３７０のうち少なくとも１つを遮光性の材
料で設けることが好ましい。また、図４〜図８に示すようにアンテナとして機能する導電
層を設ける場合には、データを書き込む記憶素子の部分は光を照射できるように開口窓を
設けておくことが好ましい。
【００９４】
一方、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合、第１の導電層３６１〜３６４と
第２の導電層３６９に用いる材料に特に制約はない。
【００９５】
有機化合物層３６５〜３６８としては、上記の実施の形態において説明した通りであり
、上述したいずれかの材料の単層または積層した構造を用いることができる。
【００９６】
有機化合物層として、上述したいずれかの有機化合物材料を用いた場合には、データの
書き込みはレーザ光等の光学的作用や電気的作用を加えることによって行う。また、光酸
発生剤をドープした共役高分子材料を用いた場合、データの書き込みは光学的作用により
行う。データの読み出しは、有機化合物層の材料には依存せず、いずれの場合であっても
、電気的作用により行う。
【００９７】
次に、メモリ２１６にデータの書き込みを行うときの動作について説明する（図１１参
照）。
【００９８】
まず、電気的作用によりデータの書き込みを行うときの動作について説明する。なお、
書き込みはメモリセルの電気特性を変化させることで行うが、メモリセルの初期状態（電
気的作用を加えていない状態）をデータ「０」、電気特性を変化させた状態を「１」とす
る。
【００９９】
ここでは、ｎ行ｍ列目のメモリセル２２１にデータを書き込む場合について説明する。
メモリセル２２１にデータ「１」を書き込む場合、まず、デコーダ２２３、２２４および
セレクタ２２５によってメモリセル２２１を選択する。具体的には、デコーダ２２４によ
って、メモリセル２２１に接続されるワード線Ｗｎに所定の電圧Ｖ２２を印加する。また
、デコーダ２２３とセレクタ２２５によって、メモリセル２２１に接続されるビット線Ｂ
ｍを読み出し／書き込み回路２２６に接続する。そして、読み出し／書き込み回路２２６
からビット線Ｂｍへ書き込み電圧Ｖ２１を出力する。
【０１００】
こうして、メモリセルを構成するトランジスタ２４０をオン状態とし、記憶素子２４１
に、共通電極及びビット線とを電気的に接続し、おおむねＶｗ＝Ｖｃｏｍ−Ｖ２１の電圧
を印加する。電位Ｖｗを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層２９
を物理的もしくは電気的変化させ、データ「１」の書き込みを行う。具体的には、読み出
し動作電圧において、データ「１」の状態の第１の導電層と第２の導電層の間の電気抵抗
が、データ「０」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよく、単に短絡
（ショート）させてもよい。なお、電位は、（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖｃｏｍ）＝（５〜１５
Ｖ、５〜１５Ｖ、０Ｖ）、あるいは（−１２〜０Ｖ、−１２〜０Ｖ、３〜５Ｖ）の範囲か
ら適宜選べば良い。電圧Ｖｗは５〜１５Ｖ、あるいは−５〜−１５Ｖとすればよい。なお
、この場合に、有機化合物層を挟んで設けられた一対の導電層間の距離が変化する場合が
ある。
【０１０１】
なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ
「１」が書き込まれないよう制御する。具体的には、非選択のワード線には接続されるメ
モリセルのトランジスタをオフ状態とする電位（例えば０Ｖ）を印加し、非選択のビット
線は浮遊状態とするか、Ｖｃｏｍと同程度の電位を印加するとよい。
【０１０２】
一方、メモリセル２２１にデータ「０」を書き込む場合は、メモリセル２２１には電気
的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「１」を書き込む場合と同様に、デ
コーダ２２３、２２４およびセレクタ２２５によってメモリセル２２１を選択するが、読
み出し／書き込み回路２２６からビット線Ｂｍへの出力電位をＶｃｏｍと同程度とするか
、ビット線Ｂｍを浮遊状態とする。その結果、記憶素子２４１には、小さい電圧（例えば
−５〜５Ｖ）が印加されるか、電圧が印加されないため、電気特性が変化せず、データ「
０」書き込みが実現される。
【０１０３】
続いて、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。この場合、
レーザ照射装置２３２により、透光性を有する第２の導電層側から、有機化合物層に対し
て、レーザ光を照射することにより行う。
【０１０４】
有機化合物層として、有機化合物材料を用いた場合、レーザ光の照射により、有機化合
物層が酸化又は炭化して絶縁化する。そうすると、レーザ光が照射された記憶素子２４１
の抵抗値は増加し、レーザ光が照射されない記憶素子２４１の抵抗値は変化しない。また
、光酸発生剤をドープした共役高分子材料を用いた場合、レーザ光の照射により、有機化
合物層に導電性が与えられる。つまり、レーザ光が照射された記憶素子２４１には導電性
が与えられ、レーザ光が照射されない記憶素子２４１には導電性が与えられない。
【０１０５】
次に、電気的作用により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。データ
の読み出しは、記憶素子２４１の電気特性が、データ「０」を有するメモリセルとデータ
「１」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「０」を有す
るメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてＲ０、データ「１」
を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてＲ１とし、電
気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、Ｒ１＜＜Ｒ０とする。読み出し／
書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば、図１１（Ｂ）に示す抵抗素子２４
６と差動増幅器２４７を用いた回路２２６を考えることができる。抵抗素子は抵抗値Ｒｒ
を有し、Ｒ１＜Ｒｒ＜Ｒ０であるとする。抵抗素子２４６の代わりに、トランジスタ２５
０を用いても良いし、差動増幅器２４７の代わりにクロックトインバータ２５１を用いる
ことも可能である（図１１（Ｃ））。勿論、回路構成は図１１に限定されない。
【０１０６】
ｎ行ｍ列目メモリセル２２１からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ２２３
、２２４およびセレクタ２２５によってメモリセル２２１を選択する。具体的には、デコ
ーダ２２４によって、メモリセル２２１に接続されるワード線Ｗｎに所定の電圧Ｖ２４を
印加し、トランジスタ２４０をオン状態にする。また、デコーダ２２３とセレクタ２２５
によって、メモリセル２２１に接続されるビット線Ｂｍを読み出し／書き込み回路２２６
の端子Ｐに接続する。その結果、端子Ｐの電位Ｖｐは、ＶｃｏｍとＶ０が抵抗素子２４６
（抵抗値Ｒｒ）と記憶素子２４１（抵抗値Ｒ０もしくはＲ１）による抵抗分割によって決
定される値となる。従って、メモリセル２２１がデータ「０」を有する場合には、Ｖｐ０
＝Ｖｃｏｍ＋（Ｖ０−Ｖｃｏｍ）＊Ｒ０／（Ｒ０＋Ｒｒ）となる。また、メモリセル２２
１がデータ「１」を有する場合には、Ｖｐ１＝Ｖｃｏｍ＋（Ｖ０−Ｖｃｏｍ）＊Ｒ１／（
Ｒ１＋Ｒｒ）となる。その結果、図１１（Ｂ）では、ＶｒｅｆをＶｐ０とＶｐ１の間とな
るように選択することで、図１１（Ｃ）では、クロックトインバータの変化点をＶｐ０と
Ｖｐ１の間となるように選択することで、出力電位Ｖｏｕｔが、データ「０」／「１」に
応じて、Ｌｏ／Ｈｉ（もしくはＨｉ／Ｌｏ）が出力され、読み出しを行うことができる。
【０１０７】
例えば、差動増幅器をＶｄｄ＝３Ｖで動作させ、Ｖｃｏｍ＝０Ｖ、Ｖ０＝３Ｖ、Ｖｒｅ
ｆ＝１．５Ｖとする。仮に、Ｒ０／Ｒｒ＝Ｒｒ／Ｒ１＝９とし、トランジスタ２４０のオ
ン抵抗を無視できるとすると、メモリセルのデータが「０」の場合、Ｖｐ０＝２．７Ｖと
なりＶｏｕｔはＨｉが出力され、メモリセルのデータが「１」の場合、Ｖｐ１＝０．３Ｖ
となりＶｏｕｔはＬｏが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができ
る。
【０１０８】
上記の方法によると、記憶素子２４１の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で
読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の
差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの
電気特性が、データ「０」と「１」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する
場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。
【０１０９】
また、上述した有機メモリは、データの追記は可能であるが書き換えは不可能であるた
め、当該有機メモリを備えた半導体装置は偽造等を効果的に防止することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【０１１１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の半導体装置を無線チップ３０６０として用いた場合の通信
手順について、以下に簡単に説明する（図１４参照）。
【０１１２】
まず、無線チップ３０６０が含むアンテナ３０５０がリーダ／ライタ３０７０からの電
波を受信する。そうすると、電源発生手段３０３０において、共振作用により起電力が発
生する。そして、無線チップ３０６０が含むＩＣチップ３０４０が起動して、制御手段３
０２０により、記憶手段３０１０内のデータが信号化される。
【０１１３】
次に、無線チップ３０６０が含むアンテナ３０５０から信号を発信する。そうすると、
リーダ／ライタ３０７０が含むアンテナにより送信された信号を受信する。受信した信号
は、リーダ／ライタ３０７０が含むコントローラを介して、データ処理装置に送信され、
ソフトウエアを用いてデータ処理が行われる。なお上記通信手順は、コイル型のアンテナ
を用い、無線チップのコイルとリーダ／ライタのコイル間に誘導されて発生する磁束を利
用した電磁誘導方式を用いた場合を例示しているが、マイクロ波帯の電波を使った電波方
式を用いてもよい。
【０１１４】
また、本実施の形態の無線チップは、素子形成層への電源電圧の供給を電源（バッテリ
）を搭載せず電波により行うパッシブ型を用いてもよいし、素子形成層への電源電圧の供
給をアンテナの代わりに電源（バッテリ）を搭載させて行うアクティブ型を用いてもよい
し、電波と電源により電源電圧を供給してもよい。
【０１１５】
無線チップ３０６０は、非接触で通信を行う点、複数読取りが可能である点、データの
書き込みが可能である点、様々な形状に加工可能である点、選択する周波数によっては、
指向性が広く、認識範囲が広い点等の利点を有する。無線チップ３０６０は、非接触によ
る無線通信で人や物の個々の情報を識別可能なＩＣタグ、ラベル加工を施して目標物への
貼り付けを可能としたラベル、イベントやアミューズメント向けのリストバンド等に適用
することができる。また、無線チップ３０６０を樹脂材料により成型加工してもよいし、
無線通信を阻害する金属に直接固定してもよい。さらに、無線チップ３０６０は、入退室
管理システムや精算システムといった、システムの運用に活用することができる。
【０１１６】
次に、半導体装置を無線チップとして実際に使用するときの一形態について説明する。
表示部３２１０を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３２００が設けられ、品物３
２２０の側面には無線チップ３２３０が設けられる（図１５（Ａ）参照）。品物３２２０
が含む無線チップ３２３０にリーダ／ライタ３２００をかざすと、表示部３２１０に品物
の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商
品に関する情報が表示される。また、商品３２６０をベルトコンベアにより搬送する際に
、リーダ／ライタ３２４０と、商品３２６０に設けられた無線チップ３２５０を用いて、
該商品３２６０の検品を行うことができる（図１５（Ｂ）参照）。このように、システム
に無線チップを活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加
価値化を実現する。
【０１１７】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【０１１８】
（実施の形態５）
本発明の半導体装置に有機メモリを一体化する場合、以下のような特徴を有することが
好ましい。
【０１１９】
読み出し時間は、無線チップ内の論理回路の動作周波数（典型的には１０ｋＨｚ〜１Ｍ
Ｈｚ）で動作させるために、１ｎｓｅｃ〜１００μｓｅｃであることが好ましい。本発明
では、読み出し動作は有機化合物の特性を変化させる必要がないため、読み出し時間とし
て１００μｓｅｃ以下を実現することができる。
【０１２０】
書き込み時間は勿論短い方がよいが、書き込み動作は頻繁に行われることは少なく、用
途によっては、１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ／ｂｉｔが許容される範囲である。例えば
、２５６ｂｉｔの書き込みを行う場合、１０ｍｓｅｃ／１ｂｉｔとすると２．５６秒の時
間を要する。本発明では、書き込み動作は有機化合物の特性を変化させる必要があり、読
みだし動作より時間を要するが、書き込み時間として１０ｍｓｅｃ以下を実現することが
できる。書き込み電圧を高くすることや、書き込みを並列化することで、書き込み時間を
低減することが可能である。
【０１２１】
メモリの記憶容量は６４ｂｉｔ〜６４Ｍｂｉｔ程度であることが好ましい。無線チップ
の使用形態として、無線チップ内にはＵＩＤ（Ｕｎｉｑｕｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ；固
有識別子）や他のわずかな情報のみを格納し、主データは他のファイルサーバを用いる場
合、６４ｂｉｔ〜８ｋｂｉｔ程度を有すればよい。無線チップ内部に履歴情報などのデー
タを格納する場合には、メモリの記憶容量は多い方がよく、８ｋｂｉｔ〜６４Ｍｂｉｔ程
度を有することが好ましい。
【０１２２】
また、無線チップの通信距離は、チップの消費電力と密接に関わり、一般的に消費電力
が小さい方が大きい通信距離を実現することができる。特に、読み出し動作では１ｍＷ以
下とすることが好ましい。書き込み動作では、用途によって通信距離が短くても構わない
場合があり、読みだし動作よりは大きな消費電力でも許容され、例えば５ｍＷ以下とする
ことが好ましい。本発明において、読み出し時の有機メモリの消費電力は、勿論、記憶容
量や動作周波数に依存するが、１０μＷ〜１ｍＷを実現することが出来る。書き込み動作
は、読み出し動作よりも高い電圧を必要とすることから消費電力も増加する。これも記憶
容量や動作周波数に依存するが、５０μＷ〜５ｍＷを実現することが出来る。
【０１２３】
メモリセル面積は、小さいことが好ましく、１００ｎｍ角〜３０μｍ角を実現すること
ができる。メモリセルにトランジスタを有さないパッシブ型では配線幅でメモリセル面積
が決まり、最小加工寸法程度の小型のメモリセルサイズを実現できる。また、メモリセル
にトランジスタ１個を有するアクティブ型では、トランジスタを配置する面積が増大する
ものの、容量素子を有するＤＲＡＭや複数のトランジスタを用いるＳＲＡＭと比して小型
のメモリセル面積を実現できる。メモリセル面積３０μｍ角以下を実現することで、１ｋ
ｂｉｔメモリであればメモリセルアレイ面積を１ｍｍ角以下とすることが可能となる。ま
た、メモリセル面積１００ｎｍ角程度を実現することで、６４Ｍｂｉｔメモリであればメ
モリセルアレイ面積を１ｍｍ角以下とすることが可能となる。その結果、チップ面積を小
さく抑えることが可能となる。
【０１２４】
なお、これらの有機メモリの特徴は、記憶素子の特性に依存する。記憶素子の特性とし
て、電気的な書き込みを行う場合に必要な電圧は、読み出しにおいて書き込みが行われな
い範囲で低い電圧で書き込めることが好ましく、５〜１５Ｖ、より好ましくは５〜１０Ｖ
とするとよい。また、書き込み時に記憶素子に流れる電流値は、１ｎＡ〜３０μＡ程度と
することが好ましい。このような値とすることで、消費電力を低く抑え、また、昇圧回路
を小型にしてチップ面積を小さくすることが可能となる。記憶素子に電圧を印加して特性
を変化させるのに要する時間は、有機メモリの書き込み時間に対応して、１００ｎｓｅｃ
〜１０ｍｓｅｃとすることが好ましい。記憶素子面積は、１００ｎｍ角〜１０μｍ角とす
ることが好ましい。このような値とすることで、小型のメモリセルを実現してチップ面積
を小さくすることが可能となる。
【０１２５】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【０１２６】
（実施の形態６）
本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、情報を記憶して表示する電子機
器に用いることができる。上記電子機器として、その具体例を図１８に示す。
【０１２７】
図１８（Ａ）は炊飯器であり、筐体２００１、表示部２００２、操作ボタン２００３、
蓋２００４、取っ手２００５等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を炊飯器に設
けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部２００２を用いて表示
することができる。例えば、白米、おかゆ、山菜ごはん等を作るさいのレシピ（水分量や
お米の量等）をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン２００３を操作するこ
とによって、知りたい情報を簡単に検索することができる。また、例えばごはんのやわら
かさやかたさ等に関して、ユーザー自身が自分の好みに合わせてデータを書き込む（追記
）ことができる。
【０１２８】
図１８（Ｂ）は電子レンジであり、筐体２１０１、表示部２１０２、操作ボタン２１０
３、窓２１０４、取っ手２１０５等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を電子レ
ンジに設けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部２１０２を用
いて表示することができる。例えば、様々な料理のレシピとその材料の加熱・解凍時間等
をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン２１０３を操作することによって、
知りたい情報を簡単に検索することができる。また、データとして記憶されていないユー
ザーのオリジナル料理のレシピ等をデータとして書き込むことができる。
【０１２９】
図１８（Ｃ）は洗濯機であり、筐体２２０１、表示部２２０２、操作ボタン２２０３、
蓋２２０４、ホース２２０５等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を洗濯機に設
けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部２２０２を用いて表示
することができる。例えば、洗濯の方法や衣類の量に対する水量や洗剤の分量等をあらか
じめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン２２０３を操作することによって、知りたい
情報を簡単に検索することができる。また、ユーザーの好みに合わせた洗濯の方法をデー
タとして書き込むことができる。
【０１３０】
なお、本発明の半導体装置の適用は図１８に示したものに限られず、他にもテレビ受像
器、携帯電話をはじめとする携帯情報端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーシ
ョンシステム等に利用することができる。また、本発明の半導体装置を携帯電話に適用し
た場合に関して図２０を用いて説明する。携帯電話は、筐体２７００、２７０６、パネル
２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッ
テリ２７０５とを有する。パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ
、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２は
パネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリ
ント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、
このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２
７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃ
ｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、
送受信回路等のいずれかの機能を有する。
【０１３１】
パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３と一体
化される。上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、
操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納さ
れる。パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から
視認できるように配置されている。
【０１３２】
本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴によ
り、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができ
る。また、本発明の半導体装置は、単純な構造の記憶回路を有することを特徴としており
、上記特徴により、安価で、高集積化された記憶回路を有する半導体装置を用いた電子機
器を提供することができる。さらに、本発明の半導体装置は、不揮発性であって、追記が
可能な記憶回路を有することを特徴としており、上記特徴により、高機能化と高付加価値
化を実現した電子機器を提供することができる。また、本発明の半導体装置は、移動度や
応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトランジスタを有するため、高速な
動作が可能であり、動作周波数を向上させた半導体装置を用いた電子機器を提供すること
ができる。
【０１３３】
また、本発明の半導体装置は無線チップとしても利用可能であり、例えば、紙幣、硬貨
、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、
乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用す
ることができる。これらの例に関して図１９を用いて説明する。
【０１３４】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用する
もの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す
（図１９（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図１９（Ｂ）参照）
。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図１９（Ｃ）参照）。包
装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図１９（Ｄ）参照）。書籍
類とは、書物、本等を指す（図１９（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオ
テープ等を指す（図１９（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図
１９（Ｇ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図１９（Ｈ）参照）。食品類と
は、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具
、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、
農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ
受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。
【０１３５】
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に無線チップを設けることにより、
偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、
食品類、生活用品類、電子機器等に無線チップを設けることにより、検品システムやレン
タル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に無
線チップを設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防
止することができる。無線チップの設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め
込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージ
なら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。また、後に光学的作用を加えて書き込み（
追記）をする場合には、チップに設けられた記憶素子の部分に光が照射できるように透明
な材料で形成しておくことが好ましい。さらに、一度書き込んだデータの書き換えが不可
能である記憶素子を用いることによって、効果的に偽造を防止することが可能となる。ま
た、ユーザーが商品を購入した後のプライバシー等の問題についても、無線チップに設け
られた記憶素子のデータを消去するシステムを設けておくことによって解決することがで
きる。
【０１３６】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子
機器等に無線チップを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効
率化を図ることができる。また乗物類に無線チップを設けることにより、偽造や盗難を防
止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識
別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線チップを埋め込むことによ
って、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。
【０１３７】
以上のように、本発明の半導体装置はデータを記憶する物品あればどのようなものにで
も設けて使用することができる。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合
わせて行うことができる。
【実施例１】
【０１３８】
本実施例では、基板上に有機メモリ素子を作製し、その有機メモリ素子に電気的作用に
よりデータの書き込みを行った結果について説明する。
【０１３９】
有機メモリ素子は、基板上に、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物
層、第２の導電層の順に積層した素子であり、第１の導電層は酸化珪素を含んだインジウ
ム錫酸化物、第１の有機化合物層は４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−
フェニルアミノ］ビフェニル（ＴＰＤと略称されることがある）、第２の有機化合物層は
、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰ
Ｄと略称されることがある）、第２の導電層はアルミニウムにより形成した。また、第１
の有機化合物層は１０ｎｍ、第２の有機化合物層は５０ｎｍの膜厚で形成した。また、素
子のサイズは２ｍｍ×２ｍｍであった。
【０１４０】
まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う前と、電気的作用によりデータを書き
込んだ後の、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果について、図１６を用いて説明す
る。
【０１４１】
図１６は、横軸が電圧値、縦軸が電流値であり、プロット２６１は電気的作用によりデ
ータを書き込む前の有機メモリ素子の電流電圧特性、プロット２６２は電気的作用により
データを書き込んだ後の有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。なお、電気的作用は、電
圧を０Ｖより徐々に上げていくことで行った。プロット２６１に示したように、電圧を上
げるにつれて徐々に電流値が大きくなるが、約２０Ｖで急激に電流値が大きくなることが
わかる。つまり、２０Ｖでこの素子は書き込みができることを示している。従って、プロ
ット２６１の２０Ｖ以下のカーブは、書き込みが行われていないメモリセルの電流電圧特
性であり、一方、プロット２６２は書き込みが行われたメモリセルの電流電圧特性を示し
ている。
【０１４２】
また、図１６から、データの書き込み前と、データの書き込み後とで、有機メモリ素子
の電流電圧特性には大きな変化がみられる。例えば、印加電圧１Ｖでは、データ書き込み
前の電流値は４．８×１０-5ｍＡであるのに対し、データ書き込み後の電流値は１．１×
１０2ｍＡであり、データの書き込み前と、データの書き込み後では、電流値に７桁の変
化が生じている。
【０１４３】
このように、データの書き込み前と、データの書き込み後では、有機メモリ素子の抵抗
値に変化が生じており、この有機メモリ素子の抵抗値の変化を、電圧値又は電流値により
読み取れば、記憶回路として機能させることができる。
【０１４４】
なお、上記のような有機メモリ素子を記憶回路として用いる場合、データの読み出し動
作の度に、有機メモリ素子には所定の電圧値（短絡しない程度の電圧値）が印加され、そ
の抵抗値の読み取りが行われる。従って、上記の有機メモリ素子の電流電圧特性には、読
み出し動作を繰り返し行っても、つまり、所定の電圧値を繰り返し印加しても、変化しな
いような特性が必要となる。
【０１４５】
そこで、データの読み出し動作を行った後の有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果
について、図１７を用いて説明する。
【０１４６】
なお、この実験では、データの読み出し動作を１回行う度に、有機メモリ素子の電流電
圧特性を測定した。ここでは、データの読み出し動作を複数回行うことにより、有機メモ
リ素子の電流電圧特性の測定を行った。また、この電流電圧特性の測定は、電気的作用に
よりデータの書き込みが行われて抵抗値が変化した有機メモリ素子と、抵抗値が変化して
いない有機メモリ素子の、２つの有機メモリ素子に対して行った。
【０１４７】
図１７は、横軸が電圧値、縦軸が電流値、プロット２７２は電気的作用によりデータの
書き込みが行われて抵抗値が変化した有機メモリ素子の電流電圧特性、プロット２７１は
抵抗値が変化していない有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。
【０１４８】
プロット２７１から分かるように、書き込みを行う前の有機メモリ素子の電流電圧特性
は、電圧値が１Ｖ以上のときに特に良好な再現性を示す。同様に、プロット２７２から分
かるように、書き込みを行って抵抗値が変化した有機メモリ素子の電流電圧特性は、特に
良好な再現性を示す。
【０１４９】
上記の結果から、データの読み出し動作を複数回繰り返し行っても、その電流電圧特性
は変化しないことが分かる。従って、上記の有機メモリ素子を記憶回路として用いること
ができる。
【実施例２】
【０１５０】
次に、図２４に示すような基板上に有機メモリ素子を作製した試料１〜試料６において
、有機メモリ素子に電気的にデータの書き込みを行ったときの電流電圧特性の測定結果を
図２１〜２３に示す。なお、ここでは、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素
子を短絡させて書き込みを行った。
【０１５１】
図２１〜２３は、それぞれ、横軸が電圧、縦軸が電流密度値、丸印のプロットはデータ
を書き込む前の有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果、四角印のプロットはデータを
書き込んだ後の、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を示す。また、試料１〜試料
６の水平面における大きさは、２ｍｍ×２ｍｍである。
【０１５２】
試料１としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の導電層の順に積層した素
子である。ここでは、図２４（Ａ）に示すように、第１の導電層を酸化珪素を含むＩＴＯ
で形成し、第１の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成し
た。また、第１の有機化合物層を厚さ５０ｎｍで形成した。試料１の電流電圧特性の測定
結果を図２１（Ａ）に示す。
【０１５３】
また、試料２としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の導電層の順に積
層した素子である。ここでは、図２４（Ｂ）に示すように、第１の導電層を酸化珪素を含
むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層を、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，
８，８，−テトラシアノキノジメンタン（Ｆ４−ＴＣＮＱと略称されることがある）を添
加したＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成した。また、第１の有機化合
物層を厚さ５０ｎｍで、Ｆ４−ＴＣＮＱを０．０１ｗｔ％添加して形成した。試料２の電
流電圧特性の測定結果を図２１（Ｂ）に示す。
【０１５４】
また、試料３としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、
第２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｃ）に示すように、第１の
導電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の
有機化合物層をＦ４−ＴＣＮＱで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成した。また
、第１の有機化合物層を厚さ５０ｎｍで形成し、第２の有機化合物層を厚さ１ｎｍで形成
した。試料３の電流電圧特性の測定結果を図２２（Ａ）に示す。
【０１５５】
また、試料４としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第
２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｄ）に示すように、第１の導
電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層をＦ４−ＴＣＮＱで形成し、
第２の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成した。また、
第１の有機化合物層を厚さ１ｎｍで形成し、第２の有機化合物層を厚さ５０ｎｍで形成し
た。試料４の電流電圧特性の測定結果を図２２（Ｂ）に示す。
【０１５６】
また、試料５としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第
２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｅ）に示すように、第１の導
電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層を、Ｆ４−ＴＣＮＱを添加し
たＴＰＤで形成し、第２の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウム
で形成した。また、第１の有機化合物層を厚さ４０ｎｍで、Ｆ４−ＴＣＮＱを０．０１ｗ
ｔ％添加して形成した。また、第２の有機化合物層を厚さ４０ｎｍで形成した。試料５の
電流電圧特性の測定結果を図２３（Ａ）に示す。
【０１５７】
また、試料６としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第
２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｆ）に示すように、第１の導
電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の有
機化合物層をＦ４−ＴＣＮＱを添加したＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで
形成した。また、第１の有機化合物層を厚さ４０ｎｍで形成した。また、第２の有機化合
物層を厚さ１０ｎｍで、Ｆ４−ＴＣＮＱを０．０１ｗｔ％添加して形成した。試料６の電
流電圧特性の測定結果を図２３（Ｂ）に示す。
【０１５８】
図２１〜２３に示す実験結果からも、試料１〜試料６において、有機メモリ素子の短絡
前後で、有機メモリ素子の電流電圧特性に大きな変化がみられる。また、これらの試料の
有機メモリ素子において、各有機メモリ素子が短絡する電圧にも再現性があり、誤差は０
．１Ｖ以内であった。
【０１５９】
次に、試料１〜試料６の書き込み電圧、及び書き込み前後の特性を表１に示す。
【表１】
【０１６０】
表１において、書き込み電圧（Ｖ）は、各有機メモリ素子が短絡するときの印加電圧を
示す。また、Ｒ（１Ｖ）は、書き込み後の有機メモリ素子に電圧を１Ｖ印加したときの電
流密度を、書き込み前の有機メモリ素子に電圧を１Ｖ印加したときの電流密度で除算した
値である。同様に、Ｒ（３Ｖ）は、書き込み後の有機メモリ素子に電圧を３Ｖ印加した時
の電流密度を、書き込み前の有機メモリ素子に３Ｖ印加した時の電流密度で除算した値で
ある。即ち、有機メモリ素子の書き込み前後における電流密度の変化を示す。印加電圧が
３Ｖの場合と比較して１Ｖ印加した場合、有機メモリ素子の書き込み前と書き込み後の電
流密度の変化は１０の４乗以上と大きいことが分かる。
【符号の説明】
【０１６１】
３０２ 単結晶半導体基板
３０３ ｎウェル
３０４ ｎウェル
３０５ ｐウェル
３０６ ｐウェル
３０７ フィールド酸化膜
３０８ ゲート絶縁膜
３０９ ゲート絶縁膜
３１０ ゲート絶縁膜
３１１ ゲート絶縁膜
３１２ ゲート
３１２ａ 多結晶シリコン層
３１２ｂ シリサイド層
３１３ ゲート
３１３ａ 多結晶シリコン層
３１３ｂ シリサイド層
３１４ ゲート
３１４ａ 多結晶シリコン層
３１４ｂ シリサイド層
３１５ ゲート
３１５ａ 多結晶シリコン層
３１５ｂ シリサイド層
３１６ ｐチャネル型ＦＥＴ
３１７ ｎチャネル型ＦＥＴ
３１８ ｐチャネル型ＦＥＴ
３１９ ｎチャネル型ＦＥＴ
３２０ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２１ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２２ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２３ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２４ サイドウォール
３２５ サイドウォール
３２６ サイドウォール
３２７ サイドウォール
３２８ ソース・ドレイン領域
３２９ ソース・ドレイン領域
３３０ ソース・ドレイン領域
３３１ ソース・ドレイン領域
３３２ 絶縁層
３３３ 絶縁層
３３４ ソース・ドレイン配線
３３５ ソース・ドレイン配線
３３６ ソース・ドレイン配線
３３７ ソース・ドレイン配線
３３８ ソース・ドレイン配線
３３９ ソース・ドレイン配線
３４０ ソース・ドレイン配線
３４１ ソース・ドレイン配線
３４２ 絶縁層
３４３ 絶縁層
３４５ 第１の導電層
３４６ 有機化合物層
３４７ 第２の導電層
３４８ 絶縁層
３４９ 絶縁層
３５０ 記憶素子
３５１ 層
３５２ 層
３６１ 第１の導電層
３６２ 第１の導電層
３６３ 第１の導電層
３６４ 第１の導電層
３６５ 有機化合物層
３６７ 有機化合物層
３６８ 有機化合物層
３６９ 第２の導電層
３７０ 絶縁層
３７１ 記憶素子
３７２ 記憶素子
３７３ 記憶素子
３７４ 記憶素子
３７５ 絶縁層
【技術分野】
【０００１】
本発明は記憶素子を有する半導体装置に関し、特に当該記憶素子として有機化合物層を
含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料を用いた電子デバイスの開発が広く行われており、発光素子である有機
ＥＬや有機ＴＦＴ等の開発が行われている。また、有機材料を用いた記憶素子の研究も行
われており、例えば、有機ダイオードを利用したマスクＲＯＭ等がある（例えば、特許文
献１）。この記憶素子においては、製造時以外ではデータの書き込み（追記）を行うこと
ができず使い勝手が良くなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００１−５１６９６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では、チップ製造時以外にデータの書き込みが可能であり、偽造の防止可能な半
導体装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、単純な構造の記憶素子から構
成される安価な半導体装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を講ずる。
【０００６】
本発明の半導体装置は、単結晶半導体基板上に形成された電界効果トランジスタと、電
界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、電界効果トランジスタは単結
晶半導体基板をチャネル領域として形成されており、記憶回路は、第１の導電層と、有機
化合物層と、第２の導電層とが順に積層された有機メモリ素子を有することを特徴として
いる。なお、ここでいう有機メモリ素子とは、少なくとも一対の導電層間に有機化合物層
が挟まれた構造を有している素子を指す。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、単結晶半導体基板をチャネル領域として形成
された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
アンテナとして機能する導電層とを有し、記憶回路は、第１の導電層と、有機化合物層と
、第２の導電層とが順に積層された有機メモリ素子を有し、アンテナとして機能する導電
層と第１の導電層とが同じ層に設けられていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、単結晶半導体基板をチャネル領域として形成
された電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路と、
記憶回路の上方に設けられたアンテナとして機能する導電層とを有し、記憶回路は、第１
の導電層と、有機化合物層と、第２の導電層とが順に積層された有機メモリ素子を有し、
アンテナとして機能する導電層は、電界効果トランジスタと電気的に接続するように貼り
合わされて設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路が、電界効果ト
ランジスタと電気的に接続された第１の導電層と、第１の導電層の端部を覆うように設け
られた絶縁層と、第１の導電層および絶縁層上に設けられた有機化合物層と、有機化合物
層上に設けられた第２の導電層とを有する有機メモリ素子を有していることを特徴として
いる。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路が、前記電界効
果トランジスタと電気的に接続された第１の導電層と、前記第１の導電層の端部を覆うよ
うに設けられた絶縁層と、前記絶縁層に覆われていない前記第１の導電層および前記絶縁
層の端部を覆うように設けられた有機化合物層と、前記有機化合物層および前記前記有機
化合物層に覆われていない前記絶縁層を覆うように設けられた第２の導電層とを有する有
機メモリ素子を有していることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、第１の導電層と第２の導
電層の一方または両方が透光性を有することを特徴としている。この構成は、光学的作用
を加えることによって記憶回路にデータを書き込む（追記）場合に必要となる。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機メモリ素子が電圧を
印加する書き込み処理により不可逆的に抵抗が変化することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路にデータを書き
込んだ場合に、有機メモリ素子の第１の導電層と第２の導電層間の距離が変化することを
特徴としている。データの書き込みによる第１の導電層と第２の導電層間の距離の変化は
、有機メモリ素子の場所によって異なり、広くなる部分や狭くなる部分が生じる。
【００１４】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機化合物層が電子輸送
材料またはホール輸送材料であることを特徴としている。また、より具体的には、有機化
合物層の導電率が１０-15Ｓ／ｃｍ以上１０-3Ｓ／ｃｍ以下であることを特徴としている
。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、有機化合物層の膜厚が５
〜６０ｎｍであることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、記憶回路として有機メモ
リ素子の他に、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ
）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡ
Ｍ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、マス
クＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒ
ｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃ
ｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びフラッ
シュメモリから選択された１つまたは複数を有することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の半導体装置の他の構成は、上記構成において、電源回路、クロック発生
回路、データ復調／変調回路及びインターフェイス回路から選択された１つ又は複数を有
することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明において、有機化合物層は、蒸着法、液滴吐出法、スクリーン印刷法、ス
ピンコート法等を用いて形成することができる。なお、液滴吐出法とは、導電物や絶縁物
等の材料を含んだ組成物の液滴（ドットともいう）を選択的に吐出（噴射）して任意の場
所に形成する方法であり、その方式によってはインクジェット法とも呼ばれている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を用いることによって、記憶素子の製造時以外にデータの書き込み（追記）が可
能であり、書き換えによる偽造を防止可能な半導体装置を得ることができる。また、本発
明の半導体装置は、移動度や応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトラン
ジスタを有するため、高速動作が可能である。また、本発明では、単純な構成の記憶素子
を形成することが可能であるため、安価で高集積化された記憶素子を有する半導体装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図２】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図３】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図４】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図５】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図６】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図７】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図８】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図９】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１０】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１１】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１２】本発明のレーザ照射装置の一例を示す図。
【図１３】本発明の半導体装置およびその駆動方法を説明する図。
【図１４】本発明の半導体装置の構成の一例を説明する図。
【図１５】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図１６】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図１７】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図１８】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図１９】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図２０】本発明の半導体装置の使用形態の一例を説明する図。
【図２１】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図２２】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図２３】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の電流電圧特性を示す図。
【図２４】本発明の半導体装置における有機メモリ素子の素子構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説
明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様
々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実
施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の
構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用い、繰り返しの説明を省
略する場合がある。
【００２２】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の半導体装置の構成の一例について、図１〜３を用いて以下
に説明する。
【００２３】
本発明の半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）を含む層３５１と、複数の記憶素子を含む層３５２が順に積層された構成
を有する（図１）。複数の電界効果トランジスタを含む層３５１は様々な回路を構成し、
複数の記憶素子を含む層３５２はデータを記憶する記憶回路を有している。
【００２４】
次に、上記構成を有する半導体装置の断面構造について説明する。まず、複数の電界効
果トランジスタを含む層３５１の断面構造について説明する（図２（Ａ））。
【００２５】
電界効果トランジスタは、単結晶半導体基板３０２上に形成される。単結晶半導体基板
３０２は、ｎウェル３０３、３０４とｐウェル３０５、３０６が形成され、フィールド酸
化膜３０７によってそれぞれ分離されている。また、上記構成に限られず、ｎ型の単結晶
半導体基板を用いるときにはｐウェルを、ｐ型の単結晶半導体基板を用いるときにはｎウ
ェルのみをそれぞれ設けた構成としてもよい。
【００２６】
ゲート絶縁膜３０８〜３１１は、熱酸化法により形成された薄膜である。ゲート３１２
〜３１５は、ＣＶＤ法により１００〜３００ｎｍの厚さで形成した多結晶シリコン層３１
２ａ〜３１５ａと、５０〜３００ｎｍの厚さで形成したシリサイド層３１２ｂ〜３１５ｂ
からなる。また、サイドウォール３２４〜３２７は、全面に絶縁層を形成後、異方性エッ
チングにより、ゲート３１２〜３１５の側壁に絶縁層を残存させることにより形成するこ
とができる。
【００２７】
ｐチャネル型ＦＥＴ３１６のソース・ドレイン領域３２８と、ｐチャネル型ＦＥＴ３１
８のソース・ドレイン領域３３０には、ｐ型の導電型を付与する不純物元素が添加されて
いる。一方、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７のソース・ドレイン領域３２９と、ｎチャネル型
ＦＥＴ３１９のソース・ドレイン領域３３１には、ｎ型の導電型を付与する不純物元素が
添加されている。
【００２８】
また、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）３２０と、ｐチャ
ネル型ＦＥＴ３１８の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）３２２には、ｐ型の導電型を付与
する不純物元素が添加されている。ｎチャネル型ＦＥＴ３１７の低濃度不純物領域（ＬＤ
Ｄ領域）３２１と、ｎチャネル型ＦＥＴ３１９の低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）３２３
には、ｎ型の導電型を付与する不純物元素が添加されている。これらの低濃度不純物領域
は、イオン注入法やイオンドープ法で自己整合的に形成された領域である。なお、本実施
の形態の半導体装置は上記構成に限られず、サイドウォールやＬＤＤ領域を設けなくとも
よいし、サリサイド構造としてもよい。
【００２９】
また、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６、３１８と、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７、３１９を覆
うように、絶縁層３３２、３３３が設けられており、これらの絶縁層３３２、３３３は、
表面を平坦化するために設けられた薄膜である。
【００３０】
ソース配線またはドレイン配線３３４〜３４１は、ソース配線またはドレイン領域３２
８〜３３１に接する配線であり、絶縁層３３２、３３３にそれぞれ設けられたコンタクト
ホールを充填する配線である。そして、ソース配線とドレイン配線３３４〜３４１を覆う
ように、絶縁層３４２、３４３が設けられており、これらの絶縁層３４２、３４３も、表
面を平坦化するために設けられた薄膜である。
【００３１】
次に、複数の電界効果トランジスタを含む層３５１上に、複数の記憶素子を含む層３５
２が積層された半導体装置の断面構造について説明する（図２（Ｂ）参照）。
【００３２】
絶縁層３４３上に、第１の導電層３４５、有機化合物層３４６、第２の導電層３４７が
順に積層されており、この積層体が記憶素子３５０に相当する。有機化合物層３４６同士
の間には、絶縁層３４８が設けられている。複数の記憶素子３５０上には、絶縁層３４９
が設けられている。図２（Ｂ）に示すように電界効果トランジスタ上に複数の記憶素子を
単純な構成（パッシブマトリクス型）で設けることによって、より微細な構造を容易に集
積化することが可能となり、低コストで大容量の記憶素子を有する半導体装置を提供する
ことが可能となる。
【００３３】
次に、上記図２（Ｂ）とは異なる半導体装置の断面構造について図３を用いて説明する
。
【００３４】
絶縁層３４３上に、電界効果トランジスタに接続されたソース・ドレイン配線に接続す
るように、第１の導電層３６１〜３６４が設けられ、第１の導電層３６１〜３６４に接す
るように有機化合物層３６５〜３６８が設けられる。さらに、有機化合物層３６５〜３６
８に接するように第２の導電層３６９が設けられる。第１の導電層３６１〜３６４または
第２の導電層３６９は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）または透光性を
有するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の公知の導電性材料を用いて形成することができ
る。また、有機化合物層３６５〜３６８は、蒸着法や液滴吐出法を用いて形成することが
できる。液滴吐出法を用いて形成すると、有機化合物層を所望の場所に選択的に形成する
ことができるためマスクが不要となる。また、必要最低限の材料で済むため、材料の利用
効率が向上するといった利点を有している。
【００３５】
第１の導電層３６１〜３６４のいずれか１つと、第２の導電層３６９の積層体が記憶素
子３７１〜３７４のいずれか１つに相当する。有機化合物層３６５〜３６８の間には、絶
縁層３７０が設けられている。また、複数の記憶素子３７１〜３７４上には、絶縁層３７
５が設けられている。なお、図３に示した半導体装置の構成において、電界効果トランジ
スタを含む層３５１に設けられた電界効果トランジスタは、記憶素子３７１〜３７４への
書き込みまたは読み込みの際にスイッチング素子として働くため、ｐチャネル型ＦＥＴま
たはｎチャネル型ＦＥＴのどちらか一方の構成を用いて設けることが好ましい。上記構成
とすることによって、移動度や応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトラ
ンジスタを有するため高速な動作が可能であり、動作周波数を向上させた半導体装置を提
供することが可能となる。
【００３６】
次に、非接触でデータを送受信する機能を有する半導体装置の構成について、図４、図
５を用いて以下に説明する。
【００３７】
図４に示す半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トラン
ジスタを含む層４０１と、複数の記憶素子を含む層４０２が順に積層されており、複数の
記憶素子を含む層４０２の周囲に、アンテナとして機能する導電層４０３が設けられた構
成を有する（図４（Ａ）、（Ｂ））。なお、図４（Ａ）は上面図、図４（Ｂ）は斜視図を
示している。
【００３８】
上記構成を有する半導体装置の断面構造について図５（Ａ）を用いて説明する。
【００３９】
図５（Ａ）において、複数の電界効果トランジスタを含む層４０１は、ｐチャネル型Ｆ
ＥＴ３１６、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７、ｐチャネル型ＦＥＴ３１８、ｎチャネル型ＦＥ
Ｔ３１９を有している。なお、これらのＦＥＴの構造は上記図２（Ｂ）で示した通りであ
るので、ここでは、その説明を省略する。
【００４０】
ｐチャネル型ＦＥＴ３１６、ｎチャネル型ＦＥＴ３１７、ｐチャネル型ＦＥＴ３１８、
ｎチャネル型ＦＥＴ３１９を覆うように絶縁層３４２、３４３が設けられ、絶縁層３４３
上に複数の記憶素子を含む層４０２が設けられている。また、複数の記憶素子を含む層４
０２の周囲には、アンテナとして機能する導電層４０３が設けられている。
【００４１】
複数の記憶素子を含む層４０２は、絶縁層３４３上に、第１の導電層４４５、有機化合
物層４４６、第２の導電層４４７が順に積層されており、この積層体が記憶素子４５０に
相当する。有機化合物層４４６の間には、絶縁層４４８が設けられている。
【００４２】
また、アンテナとして機能する導電層４０３は、第１の導電層４４５と同じ層に設けら
れている。導電層４０３上には、絶縁層４４８、４４９が設けられている。アンテナとし
て機能する導電層４０３は、波形整形回路や整流回路を構成するトランジスタに接続され
ている。非接触で外部から送られてきたデータは波形整形回路や整流回路で処理された後
、読み込み回路や書き込み回路を介して有機メモリ素子とデータのやりとり（データの書
き込みや読み込み）が行われる。ここでは、導電層４０３は、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６
のソースまたはドレイン配線３３４と、ｎチャネル型ＦＥＴ３１９のソースまたはドレイ
ン配線３４１に接続されている。導電層４０３としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の材料を用いて形成することができる。また、第１の導
電層４４５と同じ工程で作製しても良い。
【００４３】
次に、上記図５（Ａ）とは異なる半導体装置の断面構造について図５（Ｂ）を用いて説
明する。より詳しくは、図５（Ａ）における複数の記憶素子を含む層４０２の構造が異な
る半導体装置の断面構造について説明する。
【００４４】
図５（Ｂ）において、複数の電界効果トランジスタを含む層４０１は、上記図３で示し
た構成と同様に設けることができる。複数の記憶素子を含む層４０２は、ソース・ドレイ
ン配線３３６、３３８に接続するように、第１の導電層４６２、４６３が設けられ、第１
の導電層４６２、４６３に接するように有機化合物層４６６、４６７が設けられている。
さらに、有機化合物層４６６、４６７に接するように第２の導電層４６９が設けられてい
る。
【００４５】
第１の導電層４６２、４６３のどちらかと、有機化合物層４６６、４６７のどちらかと
、第２の導電層４６９の積層体が記憶素子４７２、４７３のどちらかに相当する。有機化
合物層４６６、４６７の間には、絶縁層４７０が設けられている。また、複数の記憶素子
４７２、４７３上には、絶縁層４７５が設けられている。
【００４６】
図５（Ｂ）の半導体装置の構成において、第１の導電層４６２、４６３と接続する電界
効果トランジスタは、記憶素子４７２、４７３への書き込みまたは読み込みの際にスイッ
チング素子として働くため、ｐチャネル型ＦＥＴまたはｎチャネル型ＦＥＴのどちらか一
方の構成を用いて設けることが好ましい。また、その他の電界効果トランジスタは、ｐチ
ャネル型ＦＥＴまたはｎチャネル型ＦＥＴのどちらか一方の構成で設けてもよいし、ｐチ
ャネル型ＦＥＴまたはｎチャネル型ＦＥＴの両方を設けてもよいし、ｐチャネル型ＦＥＴ
またはｎチャネル型ＦＥＴをあわせてＣＭＯＳ回路として設けてもよい。
【００４７】
このように図４、図５に示すように、アンテナとして機能する導電層を形成することに
よって、非接触でデータを送受信する機能を有する半導体装置を提供することができる。
このような半導体装置は、非接触でデータの送受信を行う無線チップ等に利用することが
できる。また、無線チップ等は微細な構造を要求される場合が多いが、図５に示す構造を
用いることによって安価で高集積化された記憶素子を有する半導体装置を提供することが
できる。
【００４８】
次に、非接触でデータを送受信する場合において、上記図４、図５と異なる半導体装置
の構成について、図６〜図８を用いて以下に説明する。
【００４９】
本発明の半導体装置は、複数の回路が集積された構成を有し、複数の電界効果トランジ
スタを含む層５０１と、複数の記憶素子を含む層５０２が順に積層して設けられた基板と
、アンテナとして機能する導電層５０３が設けられた基板とが貼り合わされた構成を有す
る（図６（Ａ）、（Ｂ））。なお、図６（Ａ）は上面図、図６（Ｂ）は斜視図を示してい
る。
【００５０】
次に、上記構成を有する本発明の半導体装置の断面構造について図７を用いて以下に説
明する。
【００５１】
複数の電界効果トランジスタを含む層５０１は、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６、ｎチャネ
ル型ＦＥＴ３１７、ｐチャネル型ＦＥＴ３１８、ｎチャネル型ＦＥＴ３１９を有している
。これらのＦＥＴの構造は上記図２（Ｂ）で示した通りであるので、ここでは、その説明
を省略する。
【００５２】
また、複数の記憶素子を含む層５０２は、図５（Ａ）を用いて説明した複数の記憶素子
を含む層４０２と同様に設けることができる。
【００５３】
複数の電界効果トランジスタを含む層５０１と複数の記憶素子を含む層５０２とを含む
基板と、導電層５０３が設けられた基板５０４は、導電性粒子５０６を含む樹脂５０５に
より貼りあわされている。なお、貼り合わせて素子を形成する方法としては、例えば、円
形の半導体基板と複数の導電層が設けられた基板５０４とを貼り合わせた後に、貼り合わ
された円形の半導体基板と基板５０４とを分断して個々の素子に分離して設けることがで
きる。また、複数の導電層が設けられた基板５０４上にあらかじめ分断されたＳｉ基板を
貼り合わせた後に、基板５０４を分断して個々の素子を形成してもよいし、半導体基板と
基板５０４をそれぞれ分断した後に貼り合わせることによって個々の素子を形成してもよ
い。
【００５４】
そして、ｐチャネル型ＦＥＴ３１６のソース・ドレイン配線３３４及びｎチャネル型Ｆ
ＥＴ３１９のソース・ドレイン配線３４１と、導電層５０３とは、導電性粒子５０６を介
して電気的に接続する。なお、ここでは導電性微粒子を含む異方性導電フィルムを用いて
接続した場合を示したが、他にも、銀ペースト、銅ペースト、カーボンペースト等の導電
性接着剤や半田接合を行う方法を用いてもよい。
【００５５】
次に、図７に示した構成とは異なる半導体装置の断面構造について図８を用いて説明す
る。より詳しくは、図７の構成と、複数の記憶素子を含む層５０２の構造が異なる半導体
装置の断面構造について説明する。
【００５６】
複数の電界効果トランジスタを含む層５０１は、図５（Ｂ）で示したように形成するこ
とができる。複数の記憶素子を含む層５０２は、図５（Ｂ）を用いて説明した、複数の記
憶素子を含む層４０２と同じ構造である。そして、上記図７の構成と同様、複数の電界効
果トランジスタを含む層５０１と複数の記憶素子を含む層５０２とを含む基板と、導電層
５０３が設けられた基板５０４は、導電性粒子５０６を含む樹脂５０５により貼りあわさ
れている。そして、ソース・ドレイン配線３３４、３４１と、導電層５０３とは、導電性
粒子５０６を介して電気的に接続する。
【００５７】
このように上記図６〜図８に示すように、複数の電界効果トランジスタを含む層５０１
と複数の記憶素子を含む層５０２が順に積層して設けられた基板にアンテナとして機能す
る導電層５０３を貼り合わせて設けることによって、上記図５に示した構造に比べて容易
に導電層５０３の面積を大きく形成することができる。導電層の面積を広く形成すること
によって、導通抵抗を低く抑えることができるため、非接触でデータを送受信する際に半
導体装置の通信距離をのばすことができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、上記実施の形態１で示した記憶素子の構成に関して以下に説
明する。
【００５９】
本発明において、上記実施の形態で示した記憶素子（以下、有機メモリ素子とも記す）
は、有機化合物層を有していることを特徴とする。なお、メモリは有機メモリ素子のみを
含んでいてもよいし、他の記憶素子を含んでいてもよい。有機メモリ素子を含むメモリ（
以下、有機メモリとも記す）は、有機化合物の材料を利用したものであり、当該有機化合
物層に光または電気的作用を加えることにより電気抵抗の変化を生じさせるものである。
【００６０】
次に、有機メモリの構成について図１３を用いて説明する。有機メモリは、メモリセル
２１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ２２、デコーダ２３、２４、セレクタ
２５、読み出し／書き込み回路２６を有する。なお、図１３に示す有機メモリの構成は、
図２（Ｂ）、図５（Ａ）における複数の記憶素子を含む層４０２または図７における複数
の有機メモリ素子を含む層５０２の記憶素子の構造（パッシブマトリクス型）に対応して
いる。
【００６１】
メモリセル２１は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）に接続される第１の導電層と、ワード
線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）に接続される第２の導電層と、有機化合物層とを有する。有機化合
物層は、第１の導電層と第２の導電層の間に設けられる。
【００６２】
次に、メモリセルアレイ２２の上面構造と断面構造について図９を用いて説明する。な
お、メモリセルアレイ２２は、上記実施の形態で示した電界効果トランジスタを含む層（
以下、基板３０と記す）上に、第１の方向に延在する第１の導電層２７と、第１の方向と
異なる方向第２の方向（例えば、垂直な方向）に延在する第２の導電層２８と、有機化合
物層２９とを有する。第１の導電層２７と第２の導電層２８は、ストライプ状に、互いに
交差するように形成される。隣接する有機化合物層２９の間には、絶縁層３３が設けられ
る。また、第２の導電層２８に接するように、保護層として機能する絶縁層３４が設けら
れる。
【００６３】
第１の導電層２７と第２の導電層２８は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａ
ｇ）等の公知の導電性材料を用いて形成する。また、有機化合物層２９は蒸着法や液滴吐
出法を用いて形成することができる。液滴吐出法を用いた場合、各メモリセルに選択的に
有機化合物層を設けることができるため、材料の利用効率を向上することができる。
【００６４】
光によりデータの書き込みを行う場合、第２の導電層２８は透光性を有するように形成
する。透光性を有する導電層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明な導電性材料を
用いて形成するか、又は、透明な導電性材料でなくても、光を透過する厚さで形成する。
また、上記実施の形態において、記憶素子上にアンテナとして機能する導電層が設けてあ
る場合には、データの書き込む部分の記憶素子の上方には導電層を設けず、光を照射でき
る開口窓を設けておく。また、記憶素子の下方に設けてある電界効果トランジスタに光が
照射されないように、遮光膜を設けておくとよい。具体的には、図２（Ｂ）に示す半導体
装置に光学的作用を加えてデータを書き込む際には、絶縁層３３２、３３３、３４２また
は３４３の少なくとも一層を遮光性を有する膜で形成する。好ましくは３４２または３４
３の少なくとも一方を遮光性の膜で形成する。
【００６５】
有機化合物層２９は、導電性を有する（好ましくは、導電率が１０-15Ｓ／ｃｍ以上１
０-3Ｓ／ｃｍ以下）有機化合物材料を用いることができる。例えば、４，４’−ビス［Ｎ
−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）や４，４’
−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＴＰＤ
）や４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称
：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニ
ルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）や４，４’−ビス（Ｎ−（４−（
Ｎ，Ｎ−ジ−ｍ−トリルアミノ）フェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（略称：
ＤＮＴＰＤ）などの芳香族アミン系（即ち、ベンゼン環−窒素の結合を有する）の化合物
やフタロシアニン（略称：Ｈ2Ｐｃ）、銅フタロシアニン（略称：ＣｕＰｃ）、バナジル
フタロシアニン（略称：ＶＯＰｃ）等のフタロシアニン化合物等の正孔輸送性の高い物質
を用いることができる。
【００６６】
また、他にも有機化合物材料として電子輸送性が高い材料を用いることができ、例えば
トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、トリス（４−メチル−８
−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ3）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［
ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ2）、ビス（２−メチル−８−キノリノ
ラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等キノリン骨格また
はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料や、ビス［２−（２−ヒドロキシ
フェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）2）、ビス［２−（２−ヒ
ドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）2）などのオキサゾ
ール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに
、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル
）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒ
ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：Ｏ
ＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェ
ニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフ
ェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリ
アゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソ
キュプロイン（略称：ＢＣＰ）等の化合物等を用いることができる。
【００６７】
また、他の有機化合物材料として、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−［２−（
１，１，７，７−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン（略
称：ＤＣＪＴ）、４−ジシアノメチレン−２−ｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７
−テトラメチルジュロリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン、ペリフランテン、
２，５−ジシアノ−１，４−ビス［２−（１０−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチ
ルジュロリジン−９−イル）エテニル］ベンゼン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルキナクリドン（略
称：ＤＭＱｄ）、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、トリス（８−キノリノラト）アルミニ
ウム（略称：Ａｌｑ3）、９，９’−ビアントリル、９，１０−ジフェニルアントラセン
（略称：ＤＰＡ）や９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、２
，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（略称：ＴＢＰ）等が挙げられる。また、
上記発光材料を分散してなる層を形成する場合に母体となる材料としては、９，１０−ジ
（２−ナフチル）−２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）等のア
ントラセン誘導体、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）等
のカルバゾール誘導体、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ピリジナト］亜鉛（略称
：Ｚｎｐｐ2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略
称：ＺｎＢＯＸ）などの金属錯体等を用いることができる。また、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ3）、９，１０−ビス（２−ナフチル）アントラセン
（略称：ＤＮＡ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−
アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）等を用いることができる。なお、上述した有機化合物は
単層で設けてもよいし積層して設けてもよく、実施者が適宜選択すればよい。
【００６８】
また、他にも光または電気的作用を加えることによって電気抵抗が変化する材料を用い
ることができる。例えば、光を吸収することによって酸を発生する化合物（光酸発生剤）
をドープした共役高分子を用いることができる。ここで共役高分子としては、ポリアセチ
レン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレ
ンエチニレン類等を用いることができる。また、光酸発生剤としては、アリールスルホニ
ウム塩、アリールヨードニウム塩、ｏ−ニトロベンジルトシレート、アリールスルホン酸
ｐ−ニトロベンジルエステル、スルホニルアセトフェノン類、Ｆｅ−アレン錯体ＰＦ6塩
等を用いることができる。
【００６９】
また、上記構成とは異なる構成として、第１の導電層２７と有機化合物層２９の間、も
しくは第２の導電層２８と有機化合物層２９の間に、整流性を有する素子を設けてもよい
（図９（Ｄ）参照）。整流性を有する素子とは、代表的には、ショットキーダイオード、
ＰＮ接合を有するダイオード、ＰＩＮ接合を有するダイオード、あるいはゲート電極とド
レイン電極を接続したトランジスタである。もちろん、他の構成のダイオードでも構わな
い。ここでは、第１の導電層と有機化合物層の間に、半導体層４４、４５を含むＰＮ接合
ダイオードを設けた場合を示す。半導体層４４、４５のうち、一方はＮ型半導体であり、
他方はＰ型半導体である。このように、整流作用を有する素子を設けることにより、メモ
リセルの選択性を向上し、読み出しや書き込み動作のマージンを向上させることができる
。
【００７０】
上記の通り、本実施の形態で示した有機メモリ素子は、一対の導電層間に有機化合物層
を設ける単純な構成を有するため、作製工程が単純であり、高集積化させた有機メモリ素
子を有する半導体装置を低コストで提供することができる。また、上記構成とすることに
よって、製造時以外にもデータの書き込み（追記）が可能であるため、ユーザーが適宜必
要なときにデータを書き込むことができる。また、本発明の有機メモリは、不揮発性メモ
リであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の
半導体装置を提供することができる。また、上述した有機メモリは、データの書き込み（
追記）は可能であるが、データの書き換えを行うことはできない。そのため、当該有機メ
モリを用いることによって、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供す
ることができる。
【００７１】
次に、有機メモリにデータの書き込みを行う際の動作について説明する。データの書き
込みは、光学的作用又は電気的作用により行うが、まず、電気的作用によりデータの書き
込みを行う場合について説明する（図１３参照）。なお、書き込みはメモリセルの電気特
性を変化させることで行うが、ここでは、メモリセルの初期状態（電気的作用を加えてい
ない状態）をデータ「０」、電気特性を変化させた状態を「１」とする。
【００７２】
メモリセル２１にデータ「１」を書き込む場合、まず、デコーダ２３、２４およびセレ
クタ２５によってメモリセル２１を選択する。具体的には、デコーダ２４によって、メモ
リセル２１に接続されるワード線Ｗ３に所定の電圧Ｖ２を印加する。また、デコーダ２３
とセレクタ２５によって、メモリセル２１に接続されるビット線Ｂ３を読み出し／書き込
み回路２６に接続する。そして、読み出し／書き込み回路２６からビット線Ｂ３へ書き込
み電圧Ｖ１を出力する。こうして、当該メモリセル２１を構成する第１の導電層と第２の
導電層の間には電圧Ｖｗ＝Ｖ１−Ｖ２を印加する。電位Ｖｗを適切に選ぶことで、当該導
電層間に設けられた有機化合物層２９を物理的もしくは電気的変化させ、データ「１」の
書き込みを行う。具体的には、読み出し動作電圧において、データ「１」の状態の第１の
導電層と第２の導電層の間の電気抵抗が、データ「０」の状態と比して、大幅に小さくな
るように変化させるとよい。例えば、（Ｖ１、Ｖ２）＝（０Ｖ、５〜１５Ｖ）、あるいは
（３〜５Ｖ、−１２〜−２Ｖ）の範囲から適宜選べば良い。電圧Ｖｗは５〜１５Ｖ、ある
いは−５〜−１５Ｖとすればよい。なお、この場合に、有機化合物層を挟んで設けられた
一対の導電層間の距離が変化する場合がある。
【００７３】
なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ
「１」が書き込まれないよう制御する。例えば、非選択のワード線および非選択のビット
線を浮遊状態とすればよい。メモリセルを構成する第１の導電層と第２の導電層の間は、
ダイオード特性など、選択性を確保できる特性を有する必要がある。
【００７４】
一方、メモリセル２１にデータ「０」を書き込む場合は、メモリセル２１には電気的作
用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「１」を書き込む場合と同様に、デコー
ダ２３、２４およびセレクタ２５によってメモリセル２１を選択するが、読み出し／書き
込み回路２６からビット線Ｂ３への出力電位を、選択されたワード線Ｗ３の電位あるいは
非選択ワード線の電位と同程度とし、メモリセル２１を構成する第１の導電層と第２の導
電層の間に、メモリセル２１の電気特性を変化させない程度の電圧（例えば−５〜５Ｖ）
を印加すればよい。
【００７５】
次に、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する（図９（Ｂ）（
Ｃ）参照）。この場合、透光性を有する導電層側（ここでは第２の導電層２８とする）か
ら、有機メモリ素子に含まれる有機化合物層２９にレーザ光を照射することにより行う。
ここでは、所望の部分の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層２９に選択的にレーザ光
を照射して有機化合物層２９を破壊する。破壊された有機化合物層は、絶縁化するため、
他の有機メモリ素子と比較すると抵抗が大きくなる。このように、レーザ光の照射により
、有機化合物層２９を挟んで設けられた２つの導電層間の電気抵抗が変化することを利用
してデータの書き込みを行う。例えば、レーザ光を照射していない有機化合物層を含む有
機メモリ素子を「０」のデータとする場合、「１」のデータを書き込む際は、所望の部分
の有機メモリ素子に含まれる有機化合物層に選択的にレーザ光を照射して破壊することに
よって電気抵抗を大きくする。
【００７６】
また、有機化合物層２９として、光を吸収することによって酸を発生する化合物（光酸
発生剤）をドープした共役高分子を用いた場合、レーザ光を照射すると、照射された部分
だけが導電性が増加し、未照射の部分は導電性を有しない。そのため、所望の部分の有機
メモリ素子に含まれる有機化合物層に選択的にレーザ光を照射することにより、当該有機
メモリ素子の電気抵抗が変化することを利用してデータの書き込みを行う。例えば、レー
ザ光を照射していない有機化合物層を「０」のデータとする場合、「１」のデータを書き
込む際は、所望の部分の有機化合物層に選択的にレーザ光を照射して導電性を増加させる
。
【００７７】
レーザ光を照射する場合、有機メモリ素子に含まれる有機化合物層２９の電気抵抗の変
化は、メモリセル２１の大きさによるが、μｍオーダの径に絞ったレーザ光の照射により
実現する。例えば、径が１μｍのレーザビームが１０ｍ／ｓｅｃの線速度で通過するとき
、１つのメモリセル２１が含む有機化合物を含む層にレーザ光が照射される時間は１００
ｎｓｅｃとなる。１００ｎｓｅｃという短い時間内で相を変化させるためには、レーザパ
ワーは１０ｍＷ、パワー密度は１０ｋＷ／ｍｍ2とするとよい。また、レーザ光を選択的
に照射する場合は、パルス発振のレーザ照射装置を用いて行いることが好ましい。
【００７８】
ここで、レーザ照射装置の一例に関して、図１２を用いて簡単に説明する。レーザ照射
装置１００１は、レーザ光を照射する際の各種制御を実行するコンピュータ（以下、ＰＣ
１００２と示す。）と、レーザ光を出力するレーザ発振器１００３と、レーザ発振器１０
０３の電源１００４と、レーザ光を減衰させるための光学系（ＮＤフィルタ）１００５と
、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏ
ｄｕｌａｔｏｒ ； ＡＯＭ）１００６と、レーザ光の断面を縮小するためのレンズおよ
び光路を変更するためのミラー等で構成される光学系１００７、Ｘ軸ステージ及びＹ軸ス
テージを有する移動機構１００９と、ＰＣから出力される制御データをデジタル−アナロ
グ変換するＤ／Ａ変換部１０１０と、Ｄ／Ａ変換部から出力されるアナログ電圧に応じて
音響光学変調器１００６を制御するドライバ１０１１と、移動機構１００９を駆動するた
めの駆動信号を出力するドライバ１０１２と、被照射物上にレーザ光の焦点を合わせるた
めのオートフォーカス機構１０１３を備えている（図１２）。
【００７９】
レーザ発振器１００３としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能な
レーザ発振器を用いることができる。レーザ発振器としては、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ
、ＸｅＦ等のエキシマレーザ発振器、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ等の気
体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ4、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3などの結晶にＣｒ、
Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使った固体レーザ発振
器、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ発振器を用いる
ことができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波か第２高調波〜第５高調波を
適用するのが好ましい。
【００８０】
次に、レーザ照射装置を用いた照射方法について述べる。有機化合物層２９が設けられ
た基板３０が移動機構１００９に装着されると、ＰＣ１００２は図外のカメラによって、
レーザ光を照射する有機化合物層２９の位置を検出する。次いで、ＰＣ１００２は、検出
した位置データに基づいて、移動機構１００９を移動させるための移動データを生成する
。
【００８１】
この後、ＰＣ１００２が、ドライバ１０１１を介して音響光学変調器１００６の出力光
量を制御することにより、レーザ発振器１００３から出力されたレーザ光は、光学系１０
０５によって減衰された後、音響光学変調器１００６によって所定の光量になるように光
量が制御される。一方、音響光学変調器１００６から出力されたレーザ光は、光学系１０
０７で光路及びビームスポット形状を変化させ、レンズで集光した後、基板３０上に該レ
ーザ光を照射する。
【００８２】
このとき、ＰＣ１００２が生成した移動データに従い、移動機構１００９をＸ方向及び
Ｙ方向に移動制御する。この結果、所定の場所にレーザ光が照射され、レーザ光の光エネ
ルギー密度が熱エネルギーに変換され、基板３０上に設けられた有機化合物層に選択的に
レーザ光を照射することができる。なお、ここでは移動機構１００９を移動させてレーザ
光の照射を行う例を示しているが、光学系１００７を調整することによってレーザ光をＸ
方向およびＹ方向に移動させてもよい。
【００８３】
上記の通り、レーザ光の照射によりデータの書き込みを行う本発明の構成は、半導体装
置を簡単に大量に作製することができる。従って、安価な半導体装置を提供することがで
きる。
【００８４】
続いて、有機メモリからデータの読み出しを行う際の動作について説明する（図１３、
図１０参照）。データの読み出しは、メモリセルを構成する第１の導電層と第２の導電層
の間の電気特性が、データ「０」を有するメモリセルとデータ「１」を有するメモリセル
とで異なることを利用して行う。例えば、データ「０」を有するメモリセルを構成する第
１の導電層と第２の導電層の間の実効的な電気抵抗（以下、単にメモリセルの電気抵抗と
呼ぶ）が、読み出し電圧においてＲ０、データ「１」を有するメモリセルの電気抵抗を、
読み出し電圧においてＲ１とし、電気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお
、Ｒ１＜＜Ｒ０とする。読み出し／書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば
、図１０（Ａ）に示す抵抗素子４６と差動増幅器４７を用いた回路２６を考えることがで
きる。抵抗素子４６は抵抗値Ｒｒを有し、Ｒ１＜Ｒｒ＜Ｒ０であるとする。抵抗素子４６
の代わりにトランジスタ４８を用いても良いし、差動増幅器４７の代わりにクロックトイ
ンバータ４９を用いることも可能である（図１０（Ｂ））。クロックトインバータ４９に
は、読み出しを行うときにＨｉ、行わないときにＬｏとなる、信号又は反転信号が入力さ
れる。勿論、回路構成は図１０に限定されない。
【００８５】
メモリセル２１からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ２３、２４およびセ
レクタ２５によってメモリセル２１を選択する。具体的には、デコーダ２４によって、メ
モリセル２１に接続されるワード線Ｗｙに所定の電圧Ｖｙを印加する。また、デコーダ２
３とセレクタ２５によって、メモリセル２１に接続されるビット線Ｂｘを読み出し／書き
込み回路２６の端子Ｐに接続する。その結果、端子Ｐの電位Ｖｐは、ＶｙとＶ０が抵抗素
子４６（抵抗値Ｒｒ）とメモリセル２１（抵抗値Ｒ０もしくはＲ１）による抵抗分割によ
って決定される値となる。従って、メモリセル２１がデータ「０」を有する場合には、Ｖ
ｐ０＝Ｖｙ＋（Ｖ０−Ｖｙ）＊Ｒ０／（Ｒ０＋Ｒｒ）となる。また、メモリセル２１がデ
ータ「１」を有する場合には、Ｖｐ１＝Ｖｙ＋（Ｖ０−Ｖｙ）＊Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒｒ）と
なる。その結果、図１０（Ａ）では、ＶｒｅｆをＶｐ０とＶｐ１の間となるように選択す
ることで、図１０（Ｂ）では、クロックトインバータの変化点をＶｐ０とＶｐ１の間とな
るように選択することで、出力電位Ｖｏｕｔが、データ「０」／「１」に応じて、Ｌｏ／
Ｈｉ（もしくはＨｉ／Ｌｏ）が出力され、読み出しを行うことができる。
【００８６】
例えば、差動増幅器をＶｄｄ＝３Ｖで動作させ、Ｖｙ＝０Ｖ、Ｖ０＝３Ｖ、Ｖｒｅｆ＝
１．５Ｖとする。仮に、Ｒ０／Ｒｒ＝Ｒｒ／Ｒ１＝９とすると、メモリセルのデータが「
０」の場合、Ｖｐ０＝２．７ＶとなりＶｏｕｔはＨｉが出力され、メモリセルのデータが
「１」の場合、Ｖｐ１＝０．３ＶとなりＶｏｕｔはＬｏが出力される。こうして、メモリ
セルの読み出しを行うことができる。
【００８７】
上記の方法によると、有機メモリ素子の電気抵抗の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を
利用して、電圧値で読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。
例えば、電気抵抗の差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。
また、メモリセルの電気特性が、データ「０」と「１」とで、しきい値電圧が異なるダイ
オード特性を有する場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。
【００８８】
このように、本実施の形態を用いることによって、有機メモリ素子の構成を単純に設け
ることができるため、微細な構造を有するつまり大容量を有する有機メモリ素子を備えた
半導体装置を低コストで設けることができる。また、上述した有機メモリは、データの追
記は可能であるが書き換えは不可能であるため、当該有機メモリを備えた半導体装置は偽
造等を効果的に防止することができる。
【００８９】
なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【００９０】
（実施の形態３）
上述の通り、本発明の半導体装置は、メモリを必須の構成要素としており、本実施の形
態では上記の実施の形態２とは異なる構成のメモリについて図１１を用いて以下に説明す
る。
【００９１】
図１１（Ａ）において、メモリ２１６は、メモリセル２２１がマトリクス状に設けられ
たメモリセルアレイ２２２、デコーダ２２３、２２４、セレクタ２２５、読み出し／書き
込み回路２２６を有する。なお、ここで示すメモリ２１６の構成はあくまで一例であり、
センスアンプ、出力回路、バッファ等の他の回路を有していてもよい。
【００９２】
メモリセル２２１は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）に接続する第１の配線と、ワード線
Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）に接続する第２の配線と、トランジスタ２４０と、記憶素子２４１と
を有する。また、記憶素子２４１は、一対の導電層の間に、有機化合物層が挟まれた構造
を有する。トランジスタのゲート電極はワード線と接続され、ソース電極もしくはドレイ
ン電極のいずれか一方はビット線と接続され、残る一方は記憶素子が有する２端子の一方
と接続される。記憶素子の残る１端子は共通電極（電位Ｖｃｏｍ）と接続される。つまり
、図１１示す有機メモリの構成は、図３、図５（Ｂ）における複数の記憶素子を含む層４
０２または図８における複数の記憶素子を含む層５０２の記憶素子の構造（アクティブマ
トリクス型）に対応している。
【００９３】
例えば、図３に示す半導体装置において、光学的作用によりデータの書き込みを行う場
合、第２の導電層３６９は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透光性がある材料により
形成するか、又は光を透過する厚さで形成する。また、電界効果トランジスタに光が照射
されないように、絶縁層３４２、３４３または３７０のうち少なくとも１つを遮光性の材
料で設けることが好ましい。また、図４〜図８に示すようにアンテナとして機能する導電
層を設ける場合には、データを書き込む記憶素子の部分は光を照射できるように開口窓を
設けておくことが好ましい。
【００９４】
一方、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合、第１の導電層３６１〜３６４と
第２の導電層３６９に用いる材料に特に制約はない。
【００９５】
有機化合物層３６５〜３６８としては、上記の実施の形態において説明した通りであり
、上述したいずれかの材料の単層または積層した構造を用いることができる。
【００９６】
有機化合物層として、上述したいずれかの有機化合物材料を用いた場合には、データの
書き込みはレーザ光等の光学的作用や電気的作用を加えることによって行う。また、光酸
発生剤をドープした共役高分子材料を用いた場合、データの書き込みは光学的作用により
行う。データの読み出しは、有機化合物層の材料には依存せず、いずれの場合であっても
、電気的作用により行う。
【００９７】
次に、メモリ２１６にデータの書き込みを行うときの動作について説明する（図１１参
照）。
【００９８】
まず、電気的作用によりデータの書き込みを行うときの動作について説明する。なお、
書き込みはメモリセルの電気特性を変化させることで行うが、メモリセルの初期状態（電
気的作用を加えていない状態）をデータ「０」、電気特性を変化させた状態を「１」とす
る。
【００９９】
ここでは、ｎ行ｍ列目のメモリセル２２１にデータを書き込む場合について説明する。
メモリセル２２１にデータ「１」を書き込む場合、まず、デコーダ２２３、２２４および
セレクタ２２５によってメモリセル２２１を選択する。具体的には、デコーダ２２４によ
って、メモリセル２２１に接続されるワード線Ｗｎに所定の電圧Ｖ２２を印加する。また
、デコーダ２２３とセレクタ２２５によって、メモリセル２２１に接続されるビット線Ｂ
ｍを読み出し／書き込み回路２２６に接続する。そして、読み出し／書き込み回路２２６
からビット線Ｂｍへ書き込み電圧Ｖ２１を出力する。
【０１００】
こうして、メモリセルを構成するトランジスタ２４０をオン状態とし、記憶素子２４１
に、共通電極及びビット線とを電気的に接続し、おおむねＶｗ＝Ｖｃｏｍ−Ｖ２１の電圧
を印加する。電位Ｖｗを適切に選ぶことで、当該導電層間に設けられた有機化合物層２９
を物理的もしくは電気的変化させ、データ「１」の書き込みを行う。具体的には、読み出
し動作電圧において、データ「１」の状態の第１の導電層と第２の導電層の間の電気抵抗
が、データ「０」の状態と比して、大幅に小さくなるように変化させるとよく、単に短絡
（ショート）させてもよい。なお、電位は、（Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖｃｏｍ）＝（５〜１５
Ｖ、５〜１５Ｖ、０Ｖ）、あるいは（−１２〜０Ｖ、−１２〜０Ｖ、３〜５Ｖ）の範囲か
ら適宜選べば良い。電圧Ｖｗは５〜１５Ｖ、あるいは−５〜−１５Ｖとすればよい。なお
、この場合に、有機化合物層を挟んで設けられた一対の導電層間の距離が変化する場合が
ある。
【０１０１】
なお、非選択のワード線および非選択のビット線には、接続されるメモリセルにデータ
「１」が書き込まれないよう制御する。具体的には、非選択のワード線には接続されるメ
モリセルのトランジスタをオフ状態とする電位（例えば０Ｖ）を印加し、非選択のビット
線は浮遊状態とするか、Ｖｃｏｍと同程度の電位を印加するとよい。
【０１０２】
一方、メモリセル２２１にデータ「０」を書き込む場合は、メモリセル２２１には電気
的作用を加えなければよい。回路動作上は、例えば、「１」を書き込む場合と同様に、デ
コーダ２２３、２２４およびセレクタ２２５によってメモリセル２２１を選択するが、読
み出し／書き込み回路２２６からビット線Ｂｍへの出力電位をＶｃｏｍと同程度とするか
、ビット線Ｂｍを浮遊状態とする。その結果、記憶素子２４１には、小さい電圧（例えば
−５〜５Ｖ）が印加されるか、電圧が印加されないため、電気特性が変化せず、データ「
０」書き込みが実現される。
【０１０３】
続いて、光学的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する。この場合、
レーザ照射装置２３２により、透光性を有する第２の導電層側から、有機化合物層に対し
て、レーザ光を照射することにより行う。
【０１０４】
有機化合物層として、有機化合物材料を用いた場合、レーザ光の照射により、有機化合
物層が酸化又は炭化して絶縁化する。そうすると、レーザ光が照射された記憶素子２４１
の抵抗値は増加し、レーザ光が照射されない記憶素子２４１の抵抗値は変化しない。また
、光酸発生剤をドープした共役高分子材料を用いた場合、レーザ光の照射により、有機化
合物層に導電性が与えられる。つまり、レーザ光が照射された記憶素子２４１には導電性
が与えられ、レーザ光が照射されない記憶素子２４１には導電性が与えられない。
【０１０５】
次に、電気的作用により、データの読み出しを行う際の動作について説明する。データ
の読み出しは、記憶素子２４１の電気特性が、データ「０」を有するメモリセルとデータ
「１」を有するメモリセルとで異なることを利用して行う。例えば、データ「０」を有す
るメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてＲ０、データ「１」
を有するメモリセルを構成する記憶素子の電気抵抗が読み出し電圧においてＲ１とし、電
気抵抗の差を利用して読み出す方法を説明する。なお、Ｒ１＜＜Ｒ０とする。読み出し／
書き込み回路は、読み出し部分の構成として、例えば、図１１（Ｂ）に示す抵抗素子２４
６と差動増幅器２４７を用いた回路２２６を考えることができる。抵抗素子は抵抗値Ｒｒ
を有し、Ｒ１＜Ｒｒ＜Ｒ０であるとする。抵抗素子２４６の代わりに、トランジスタ２５
０を用いても良いし、差動増幅器２４７の代わりにクロックトインバータ２５１を用いる
ことも可能である（図１１（Ｃ））。勿論、回路構成は図１１に限定されない。
【０１０６】
ｎ行ｍ列目メモリセル２２１からデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ２２３
、２２４およびセレクタ２２５によってメモリセル２２１を選択する。具体的には、デコ
ーダ２２４によって、メモリセル２２１に接続されるワード線Ｗｎに所定の電圧Ｖ２４を
印加し、トランジスタ２４０をオン状態にする。また、デコーダ２２３とセレクタ２２５
によって、メモリセル２２１に接続されるビット線Ｂｍを読み出し／書き込み回路２２６
の端子Ｐに接続する。その結果、端子Ｐの電位Ｖｐは、ＶｃｏｍとＶ０が抵抗素子２４６
（抵抗値Ｒｒ）と記憶素子２４１（抵抗値Ｒ０もしくはＲ１）による抵抗分割によって決
定される値となる。従って、メモリセル２２１がデータ「０」を有する場合には、Ｖｐ０
＝Ｖｃｏｍ＋（Ｖ０−Ｖｃｏｍ）＊Ｒ０／（Ｒ０＋Ｒｒ）となる。また、メモリセル２２
１がデータ「１」を有する場合には、Ｖｐ１＝Ｖｃｏｍ＋（Ｖ０−Ｖｃｏｍ）＊Ｒ１／（
Ｒ１＋Ｒｒ）となる。その結果、図１１（Ｂ）では、ＶｒｅｆをＶｐ０とＶｐ１の間とな
るように選択することで、図１１（Ｃ）では、クロックトインバータの変化点をＶｐ０と
Ｖｐ１の間となるように選択することで、出力電位Ｖｏｕｔが、データ「０」／「１」に
応じて、Ｌｏ／Ｈｉ（もしくはＨｉ／Ｌｏ）が出力され、読み出しを行うことができる。
【０１０７】
例えば、差動増幅器をＶｄｄ＝３Ｖで動作させ、Ｖｃｏｍ＝０Ｖ、Ｖ０＝３Ｖ、Ｖｒｅ
ｆ＝１．５Ｖとする。仮に、Ｒ０／Ｒｒ＝Ｒｒ／Ｒ１＝９とし、トランジスタ２４０のオ
ン抵抗を無視できるとすると、メモリセルのデータが「０」の場合、Ｖｐ０＝２．７Ｖと
なりＶｏｕｔはＨｉが出力され、メモリセルのデータが「１」の場合、Ｖｐ１＝０．３Ｖ
となりＶｏｕｔはＬｏが出力される。こうして、メモリセルの読み出しを行うことができ
る。
【０１０８】
上記の方法によると、記憶素子２４１の抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で
読み取っている。勿論、読み出し方法は、この方法に限定されない。例えば、電気抵抗の
差を利用する以外に、電流値の差を利用して読み出しても構わない。また、メモリセルの
電気特性が、データ「０」と「１」とで、しきい値電圧が異なるダイオード特性を有する
場合には、しきい値電圧の差を利用して読み出しても構わない。
【０１０９】
また、上述した有機メモリは、データの追記は可能であるが書き換えは不可能であるた
め、当該有機メモリを備えた半導体装置は偽造等を効果的に防止することができる。
【０１１０】
なお、本実施の形態は上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【０１１１】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の半導体装置を無線チップ３０６０として用いた場合の通信
手順について、以下に簡単に説明する（図１４参照）。
【０１１２】
まず、無線チップ３０６０が含むアンテナ３０５０がリーダ／ライタ３０７０からの電
波を受信する。そうすると、電源発生手段３０３０において、共振作用により起電力が発
生する。そして、無線チップ３０６０が含むＩＣチップ３０４０が起動して、制御手段３
０２０により、記憶手段３０１０内のデータが信号化される。
【０１１３】
次に、無線チップ３０６０が含むアンテナ３０５０から信号を発信する。そうすると、
リーダ／ライタ３０７０が含むアンテナにより送信された信号を受信する。受信した信号
は、リーダ／ライタ３０７０が含むコントローラを介して、データ処理装置に送信され、
ソフトウエアを用いてデータ処理が行われる。なお上記通信手順は、コイル型のアンテナ
を用い、無線チップのコイルとリーダ／ライタのコイル間に誘導されて発生する磁束を利
用した電磁誘導方式を用いた場合を例示しているが、マイクロ波帯の電波を使った電波方
式を用いてもよい。
【０１１４】
また、本実施の形態の無線チップは、素子形成層への電源電圧の供給を電源（バッテリ
）を搭載せず電波により行うパッシブ型を用いてもよいし、素子形成層への電源電圧の供
給をアンテナの代わりに電源（バッテリ）を搭載させて行うアクティブ型を用いてもよい
し、電波と電源により電源電圧を供給してもよい。
【０１１５】
無線チップ３０６０は、非接触で通信を行う点、複数読取りが可能である点、データの
書き込みが可能である点、様々な形状に加工可能である点、選択する周波数によっては、
指向性が広く、認識範囲が広い点等の利点を有する。無線チップ３０６０は、非接触によ
る無線通信で人や物の個々の情報を識別可能なＩＣタグ、ラベル加工を施して目標物への
貼り付けを可能としたラベル、イベントやアミューズメント向けのリストバンド等に適用
することができる。また、無線チップ３０６０を樹脂材料により成型加工してもよいし、
無線通信を阻害する金属に直接固定してもよい。さらに、無線チップ３０６０は、入退室
管理システムや精算システムといった、システムの運用に活用することができる。
【０１１６】
次に、半導体装置を無線チップとして実際に使用するときの一形態について説明する。
表示部３２１０を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３２００が設けられ、品物３
２２０の側面には無線チップ３２３０が設けられる（図１５（Ａ）参照）。品物３２２０
が含む無線チップ３２３０にリーダ／ライタ３２００をかざすと、表示部３２１０に品物
の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商
品に関する情報が表示される。また、商品３２６０をベルトコンベアにより搬送する際に
、リーダ／ライタ３２４０と、商品３２６０に設けられた無線チップ３２５０を用いて、
該商品３２６０の検品を行うことができる（図１５（Ｂ）参照）。このように、システム
に無線チップを活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加
価値化を実現する。
【０１１７】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【０１１８】
（実施の形態５）
本発明の半導体装置に有機メモリを一体化する場合、以下のような特徴を有することが
好ましい。
【０１１９】
読み出し時間は、無線チップ内の論理回路の動作周波数（典型的には１０ｋＨｚ〜１Ｍ
Ｈｚ）で動作させるために、１ｎｓｅｃ〜１００μｓｅｃであることが好ましい。本発明
では、読み出し動作は有機化合物の特性を変化させる必要がないため、読み出し時間とし
て１００μｓｅｃ以下を実現することができる。
【０１２０】
書き込み時間は勿論短い方がよいが、書き込み動作は頻繁に行われることは少なく、用
途によっては、１００ｎｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ／ｂｉｔが許容される範囲である。例えば
、２５６ｂｉｔの書き込みを行う場合、１０ｍｓｅｃ／１ｂｉｔとすると２．５６秒の時
間を要する。本発明では、書き込み動作は有機化合物の特性を変化させる必要があり、読
みだし動作より時間を要するが、書き込み時間として１０ｍｓｅｃ以下を実現することが
できる。書き込み電圧を高くすることや、書き込みを並列化することで、書き込み時間を
低減することが可能である。
【０１２１】
メモリの記憶容量は６４ｂｉｔ〜６４Ｍｂｉｔ程度であることが好ましい。無線チップ
の使用形態として、無線チップ内にはＵＩＤ（Ｕｎｉｑｕｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ；固
有識別子）や他のわずかな情報のみを格納し、主データは他のファイルサーバを用いる場
合、６４ｂｉｔ〜８ｋｂｉｔ程度を有すればよい。無線チップ内部に履歴情報などのデー
タを格納する場合には、メモリの記憶容量は多い方がよく、８ｋｂｉｔ〜６４Ｍｂｉｔ程
度を有することが好ましい。
【０１２２】
また、無線チップの通信距離は、チップの消費電力と密接に関わり、一般的に消費電力
が小さい方が大きい通信距離を実現することができる。特に、読み出し動作では１ｍＷ以
下とすることが好ましい。書き込み動作では、用途によって通信距離が短くても構わない
場合があり、読みだし動作よりは大きな消費電力でも許容され、例えば５ｍＷ以下とする
ことが好ましい。本発明において、読み出し時の有機メモリの消費電力は、勿論、記憶容
量や動作周波数に依存するが、１０μＷ〜１ｍＷを実現することが出来る。書き込み動作
は、読み出し動作よりも高い電圧を必要とすることから消費電力も増加する。これも記憶
容量や動作周波数に依存するが、５０μＷ〜５ｍＷを実現することが出来る。
【０１２３】
メモリセル面積は、小さいことが好ましく、１００ｎｍ角〜３０μｍ角を実現すること
ができる。メモリセルにトランジスタを有さないパッシブ型では配線幅でメモリセル面積
が決まり、最小加工寸法程度の小型のメモリセルサイズを実現できる。また、メモリセル
にトランジスタ１個を有するアクティブ型では、トランジスタを配置する面積が増大する
ものの、容量素子を有するＤＲＡＭや複数のトランジスタを用いるＳＲＡＭと比して小型
のメモリセル面積を実現できる。メモリセル面積３０μｍ角以下を実現することで、１ｋ
ｂｉｔメモリであればメモリセルアレイ面積を１ｍｍ角以下とすることが可能となる。ま
た、メモリセル面積１００ｎｍ角程度を実現することで、６４Ｍｂｉｔメモリであればメ
モリセルアレイ面積を１ｍｍ角以下とすることが可能となる。その結果、チップ面積を小
さく抑えることが可能となる。
【０１２４】
なお、これらの有機メモリの特徴は、記憶素子の特性に依存する。記憶素子の特性とし
て、電気的な書き込みを行う場合に必要な電圧は、読み出しにおいて書き込みが行われな
い範囲で低い電圧で書き込めることが好ましく、５〜１５Ｖ、より好ましくは５〜１０Ｖ
とするとよい。また、書き込み時に記憶素子に流れる電流値は、１ｎＡ〜３０μＡ程度と
することが好ましい。このような値とすることで、消費電力を低く抑え、また、昇圧回路
を小型にしてチップ面積を小さくすることが可能となる。記憶素子に電圧を印加して特性
を変化させるのに要する時間は、有機メモリの書き込み時間に対応して、１００ｎｓｅｃ
〜１０ｍｓｅｃとすることが好ましい。記憶素子面積は、１００ｎｍ角〜１０μｍ角とす
ることが好ましい。このような値とすることで、小型のメモリセルを実現してチップ面積
を小さくすることが可能となる。
【０１２５】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。
【０１２６】
（実施の形態６）
本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、情報を記憶して表示する電子機
器に用いることができる。上記電子機器として、その具体例を図１８に示す。
【０１２７】
図１８（Ａ）は炊飯器であり、筐体２００１、表示部２００２、操作ボタン２００３、
蓋２００４、取っ手２００５等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を炊飯器に設
けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部２００２を用いて表示
することができる。例えば、白米、おかゆ、山菜ごはん等を作るさいのレシピ（水分量や
お米の量等）をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン２００３を操作するこ
とによって、知りたい情報を簡単に検索することができる。また、例えばごはんのやわら
かさやかたさ等に関して、ユーザー自身が自分の好みに合わせてデータを書き込む（追記
）ことができる。
【０１２８】
図１８（Ｂ）は電子レンジであり、筐体２１０１、表示部２１０２、操作ボタン２１０
３、窓２１０４、取っ手２１０５等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を電子レ
ンジに設けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部２１０２を用
いて表示することができる。例えば、様々な料理のレシピとその材料の加熱・解凍時間等
をあらかじめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン２１０３を操作することによって、
知りたい情報を簡単に検索することができる。また、データとして記憶されていないユー
ザーのオリジナル料理のレシピ等をデータとして書き込むことができる。
【０１２９】
図１８（Ｃ）は洗濯機であり、筐体２２０１、表示部２２０２、操作ボタン２２０３、
蓋２２０４、ホース２２０５等を含む。上記実施の形態に示した半導体装置を洗濯機に設
けることによって、様々なデータを記憶させ、そのデータを表示部２２０２を用いて表示
することができる。例えば、洗濯の方法や衣類の量に対する水量や洗剤の分量等をあらか
じめ記憶させておき、ユーザーが操作ボタン２２０３を操作することによって、知りたい
情報を簡単に検索することができる。また、ユーザーの好みに合わせた洗濯の方法をデー
タとして書き込むことができる。
【０１３０】
なお、本発明の半導体装置の適用は図１８に示したものに限られず、他にもテレビ受像
器、携帯電話をはじめとする携帯情報端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーシ
ョンシステム等に利用することができる。また、本発明の半導体装置を携帯電話に適用し
た場合に関して図２０を用いて説明する。携帯電話は、筐体２７００、２７０６、パネル
２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３、操作ボタン２７０４、バッ
テリ２７０５とを有する。パネル２７０１はハウジング２７０２に脱着自在に組み込まれ
、ハウジング２７０２はプリント配線基板２７０３に嵌着される。ハウジング２７０２は
パネル２７０１が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリ
ント配線基板２７０３には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、
このうちの１つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板２
７０３に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット（ＣＰＵ、Ｃ
ｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、電源回路、音声処理回路、
送受信回路等のいずれかの機能を有する。
【０１３１】
パネル２７０１は、接続フィルム２７０８を介して、プリント配線基板２７０３と一体
化される。上記のパネル２７０１、ハウジング２７０２、プリント配線基板２７０３は、
操作ボタン２７０４やバッテリ２７０５と共に、筐体２７００、２７０６の内部に収納さ
れる。パネル２７０１が含む画素領域２７０９は、筐体２７００に設けられた開口窓から
視認できるように配置されている。
【０１３２】
本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴によ
り、電子機器の筐体２７００、２７０６内部の限られた空間を有効に利用することができ
る。また、本発明の半導体装置は、単純な構造の記憶回路を有することを特徴としており
、上記特徴により、安価で、高集積化された記憶回路を有する半導体装置を用いた電子機
器を提供することができる。さらに、本発明の半導体装置は、不揮発性であって、追記が
可能な記憶回路を有することを特徴としており、上記特徴により、高機能化と高付加価値
化を実現した電子機器を提供することができる。また、本発明の半導体装置は、移動度や
応答速度が良好な単結晶半導体層をチャネル部としたトランジスタを有するため、高速な
動作が可能であり、動作周波数を向上させた半導体装置を用いた電子機器を提供すること
ができる。
【０１３３】
また、本発明の半導体装置は無線チップとしても利用可能であり、例えば、紙幣、硬貨
、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、
乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用す
ることができる。これらの例に関して図１９を用いて説明する。
【０１３４】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用する
もの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す
（図１９（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図１９（Ｂ）参照）
。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図１９（Ｃ）参照）。包
装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図１９（Ｄ）参照）。書籍
類とは、書物、本等を指す（図１９（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオ
テープ等を指す（図１９（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図
１９（Ｇ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図１９（Ｈ）参照）。食品類と
は、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具
、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、
農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ
受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話等を指す。
【０１３５】
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に無線チップを設けることにより、
偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、
食品類、生活用品類、電子機器等に無線チップを設けることにより、検品システムやレン
タル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に無
線チップを設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防
止することができる。無線チップの設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め
込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージ
なら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。また、後に光学的作用を加えて書き込み（
追記）をする場合には、チップに設けられた記憶素子の部分に光が照射できるように透明
な材料で形成しておくことが好ましい。さらに、一度書き込んだデータの書き換えが不可
能である記憶素子を用いることによって、効果的に偽造を防止することが可能となる。ま
た、ユーザーが商品を購入した後のプライバシー等の問題についても、無線チップに設け
られた記憶素子のデータを消去するシステムを設けておくことによって解決することがで
きる。
【０１３６】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子
機器等に無線チップを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効
率化を図ることができる。また乗物類に無線チップを設けることにより、偽造や盗難を防
止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識
別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線チップを埋め込むことによ
って、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。
【０１３７】
以上のように、本発明の半導体装置はデータを記憶する物品あればどのようなものにで
も設けて使用することができる。なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合
わせて行うことができる。
【実施例１】
【０１３８】
本実施例では、基板上に有機メモリ素子を作製し、その有機メモリ素子に電気的作用に
よりデータの書き込みを行った結果について説明する。
【０１３９】
有機メモリ素子は、基板上に、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物
層、第２の導電層の順に積層した素子であり、第１の導電層は酸化珪素を含んだインジウ
ム錫酸化物、第１の有機化合物層は４，４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−
フェニルアミノ］ビフェニル（ＴＰＤと略称されることがある）、第２の有機化合物層は
、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰ
Ｄと略称されることがある）、第２の導電層はアルミニウムにより形成した。また、第１
の有機化合物層は１０ｎｍ、第２の有機化合物層は５０ｎｍの膜厚で形成した。また、素
子のサイズは２ｍｍ×２ｍｍであった。
【０１４０】
まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う前と、電気的作用によりデータを書き
込んだ後の、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果について、図１６を用いて説明す
る。
【０１４１】
図１６は、横軸が電圧値、縦軸が電流値であり、プロット２６１は電気的作用によりデ
ータを書き込む前の有機メモリ素子の電流電圧特性、プロット２６２は電気的作用により
データを書き込んだ後の有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。なお、電気的作用は、電
圧を０Ｖより徐々に上げていくことで行った。プロット２６１に示したように、電圧を上
げるにつれて徐々に電流値が大きくなるが、約２０Ｖで急激に電流値が大きくなることが
わかる。つまり、２０Ｖでこの素子は書き込みができることを示している。従って、プロ
ット２６１の２０Ｖ以下のカーブは、書き込みが行われていないメモリセルの電流電圧特
性であり、一方、プロット２６２は書き込みが行われたメモリセルの電流電圧特性を示し
ている。
【０１４２】
また、図１６から、データの書き込み前と、データの書き込み後とで、有機メモリ素子
の電流電圧特性には大きな変化がみられる。例えば、印加電圧１Ｖでは、データ書き込み
前の電流値は４．８×１０-5ｍＡであるのに対し、データ書き込み後の電流値は１．１×
１０2ｍＡであり、データの書き込み前と、データの書き込み後では、電流値に７桁の変
化が生じている。
【０１４３】
このように、データの書き込み前と、データの書き込み後では、有機メモリ素子の抵抗
値に変化が生じており、この有機メモリ素子の抵抗値の変化を、電圧値又は電流値により
読み取れば、記憶回路として機能させることができる。
【０１４４】
なお、上記のような有機メモリ素子を記憶回路として用いる場合、データの読み出し動
作の度に、有機メモリ素子には所定の電圧値（短絡しない程度の電圧値）が印加され、そ
の抵抗値の読み取りが行われる。従って、上記の有機メモリ素子の電流電圧特性には、読
み出し動作を繰り返し行っても、つまり、所定の電圧値を繰り返し印加しても、変化しな
いような特性が必要となる。
【０１４５】
そこで、データの読み出し動作を行った後の有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果
について、図１７を用いて説明する。
【０１４６】
なお、この実験では、データの読み出し動作を１回行う度に、有機メモリ素子の電流電
圧特性を測定した。ここでは、データの読み出し動作を複数回行うことにより、有機メモ
リ素子の電流電圧特性の測定を行った。また、この電流電圧特性の測定は、電気的作用に
よりデータの書き込みが行われて抵抗値が変化した有機メモリ素子と、抵抗値が変化して
いない有機メモリ素子の、２つの有機メモリ素子に対して行った。
【０１４７】
図１７は、横軸が電圧値、縦軸が電流値、プロット２７２は電気的作用によりデータの
書き込みが行われて抵抗値が変化した有機メモリ素子の電流電圧特性、プロット２７１は
抵抗値が変化していない有機メモリ素子の電流電圧特性を示す。
【０１４８】
プロット２７１から分かるように、書き込みを行う前の有機メモリ素子の電流電圧特性
は、電圧値が１Ｖ以上のときに特に良好な再現性を示す。同様に、プロット２７２から分
かるように、書き込みを行って抵抗値が変化した有機メモリ素子の電流電圧特性は、特に
良好な再現性を示す。
【０１４９】
上記の結果から、データの読み出し動作を複数回繰り返し行っても、その電流電圧特性
は変化しないことが分かる。従って、上記の有機メモリ素子を記憶回路として用いること
ができる。
【実施例２】
【０１５０】
次に、図２４に示すような基板上に有機メモリ素子を作製した試料１〜試料６において
、有機メモリ素子に電気的にデータの書き込みを行ったときの電流電圧特性の測定結果を
図２１〜２３に示す。なお、ここでは、有機メモリ素子に電圧を印加して、有機メモリ素
子を短絡させて書き込みを行った。
【０１５１】
図２１〜２３は、それぞれ、横軸が電圧、縦軸が電流密度値、丸印のプロットはデータ
を書き込む前の有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果、四角印のプロットはデータを
書き込んだ後の、有機メモリ素子の電流電圧特性の測定結果を示す。また、試料１〜試料
６の水平面における大きさは、２ｍｍ×２ｍｍである。
【０１５２】
試料１としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の導電層の順に積層した素
子である。ここでは、図２４（Ａ）に示すように、第１の導電層を酸化珪素を含むＩＴＯ
で形成し、第１の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成し
た。また、第１の有機化合物層を厚さ５０ｎｍで形成した。試料１の電流電圧特性の測定
結果を図２１（Ａ）に示す。
【０１５３】
また、試料２としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の導電層の順に積
層した素子である。ここでは、図２４（Ｂ）に示すように、第１の導電層を酸化珪素を含
むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層を、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，
８，８，−テトラシアノキノジメンタン（Ｆ４−ＴＣＮＱと略称されることがある）を添
加したＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成した。また、第１の有機化合
物層を厚さ５０ｎｍで、Ｆ４−ＴＣＮＱを０．０１ｗｔ％添加して形成した。試料２の電
流電圧特性の測定結果を図２１（Ｂ）に示す。
【０１５４】
また、試料３としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、
第２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｃ）に示すように、第１の
導電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の
有機化合物層をＦ４−ＴＣＮＱで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成した。また
、第１の有機化合物層を厚さ５０ｎｍで形成し、第２の有機化合物層を厚さ１ｎｍで形成
した。試料３の電流電圧特性の測定結果を図２２（Ａ）に示す。
【０１５５】
また、試料４としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第
２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｄ）に示すように、第１の導
電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層をＦ４−ＴＣＮＱで形成し、
第２の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで形成した。また、
第１の有機化合物層を厚さ１ｎｍで形成し、第２の有機化合物層を厚さ５０ｎｍで形成し
た。試料４の電流電圧特性の測定結果を図２２（Ｂ）に示す。
【０１５６】
また、試料５としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第
２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｅ）に示すように、第１の導
電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層を、Ｆ４−ＴＣＮＱを添加し
たＴＰＤで形成し、第２の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウム
で形成した。また、第１の有機化合物層を厚さ４０ｎｍで、Ｆ４−ＴＣＮＱを０．０１ｗ
ｔ％添加して形成した。また、第２の有機化合物層を厚さ４０ｎｍで形成した。試料５の
電流電圧特性の測定結果を図２３（Ａ）に示す。
【０１５７】
また、試料６としては、第１の導電層、第１の有機化合物層、第２の有機化合物層、第
２の導電層の順に積層した素子である。ここでは、図２４（Ｆ）に示すように、第１の導
電層を酸化珪素を含むＩＴＯで形成し、第１の有機化合物層をＴＰＤで形成し、第２の有
機化合物層をＦ４−ＴＣＮＱを添加したＴＰＤで形成し、第２の導電層をアルミニウムで
形成した。また、第１の有機化合物層を厚さ４０ｎｍで形成した。また、第２の有機化合
物層を厚さ１０ｎｍで、Ｆ４−ＴＣＮＱを０．０１ｗｔ％添加して形成した。試料６の電
流電圧特性の測定結果を図２３（Ｂ）に示す。
【０１５８】
図２１〜２３に示す実験結果からも、試料１〜試料６において、有機メモリ素子の短絡
前後で、有機メモリ素子の電流電圧特性に大きな変化がみられる。また、これらの試料の
有機メモリ素子において、各有機メモリ素子が短絡する電圧にも再現性があり、誤差は０
．１Ｖ以内であった。
【０１５９】
次に、試料１〜試料６の書き込み電圧、及び書き込み前後の特性を表１に示す。
【表１】
【０１６０】
表１において、書き込み電圧（Ｖ）は、各有機メモリ素子が短絡するときの印加電圧を
示す。また、Ｒ（１Ｖ）は、書き込み後の有機メモリ素子に電圧を１Ｖ印加したときの電
流密度を、書き込み前の有機メモリ素子に電圧を１Ｖ印加したときの電流密度で除算した
値である。同様に、Ｒ（３Ｖ）は、書き込み後の有機メモリ素子に電圧を３Ｖ印加した時
の電流密度を、書き込み前の有機メモリ素子に３Ｖ印加した時の電流密度で除算した値で
ある。即ち、有機メモリ素子の書き込み前後における電流密度の変化を示す。印加電圧が
３Ｖの場合と比較して１Ｖ印加した場合、有機メモリ素子の書き込み前と書き込み後の電
流密度の変化は１０の４乗以上と大きいことが分かる。
【符号の説明】
【０１６１】
３０２ 単結晶半導体基板
３０３ ｎウェル
３０４ ｎウェル
３０５ ｐウェル
３０６ ｐウェル
３０７ フィールド酸化膜
３０８ ゲート絶縁膜
３０９ ゲート絶縁膜
３１０ ゲート絶縁膜
３１１ ゲート絶縁膜
３１２ ゲート
３１２ａ 多結晶シリコン層
３１２ｂ シリサイド層
３１３ ゲート
３１３ａ 多結晶シリコン層
３１３ｂ シリサイド層
３１４ ゲート
３１４ａ 多結晶シリコン層
３１４ｂ シリサイド層
３１５ ゲート
３１５ａ 多結晶シリコン層
３１５ｂ シリサイド層
３１６ ｐチャネル型ＦＥＴ
３１７ ｎチャネル型ＦＥＴ
３１８ ｐチャネル型ＦＥＴ
３１９ ｎチャネル型ＦＥＴ
３２０ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２１ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２２ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２３ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）
３２４ サイドウォール
３２５ サイドウォール
３２６ サイドウォール
３２７ サイドウォール
３２８ ソース・ドレイン領域
３２９ ソース・ドレイン領域
３３０ ソース・ドレイン領域
３３１ ソース・ドレイン領域
３３２ 絶縁層
３３３ 絶縁層
３３４ ソース・ドレイン配線
３３５ ソース・ドレイン配線
３３６ ソース・ドレイン配線
３３７ ソース・ドレイン配線
３３８ ソース・ドレイン配線
３３９ ソース・ドレイン配線
３４０ ソース・ドレイン配線
３４１ ソース・ドレイン配線
３４２ 絶縁層
３４３ 絶縁層
３４５ 第１の導電層
３４６ 有機化合物層
３４７ 第２の導電層
３４８ 絶縁層
３４９ 絶縁層
３５０ 記憶素子
３５１ 層
３５２ 層
３６１ 第１の導電層
３６２ 第１の導電層
３６３ 第１の導電層
３６４ 第１の導電層
３６５ 有機化合物層
３６７ 有機化合物層
３６８ 有機化合物層
３６９ 第２の導電層
３７０ 絶縁層
３７１ 記憶素子
３７２ 記憶素子
３７３ 記憶素子
３７４ 記憶素子
３７５ 絶縁層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、
前記記憶回路は、第１の導電層と、有機化合物層と、第２の導電層とが順に積層された記憶素子を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
単結晶半導体基板をチャネル領域として形成された電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタの上方に設けられた記憶回路とを有し、
前記記憶回路は、第１の導電層と、有機化合物層と、第２の導電層とが順に積層された記憶素子を有することを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−７７５３５（Ｐ２０１１−７７５３５Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９０９６（Ｐ２０１０−２５９０９６）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【分割の表示】特願２００５−３０４３７５（Ｐ２００５−３０４３７５）の分割
【原出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【分割の表示】特願２００５−３０４３７５（Ｐ２００５−３０４３７５）の分割
【原出願日】平成１７年１０月１９日（２００５．１０．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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