[发明专利]半导体装置以及其制造方法

说明书

技术区域

本发明涉及一种存储多值数据的半导体装置，本发明还涉及具有由存储元件和薄膜晶体管(以下称为TFT)构成的电路的半导体装置以及其制造方法。

注意，在本说明书中的半导体装置指的是利用半导体特性来发挥功能的一般装置，亦即电光装置、半导体电路以及电子设备都是半导体装置。

背景技术

一般来讲，记忆装置(也称作存储装置)具备存储数据的存储部分和外围电路(驱动器、解码器、读出放大器)，该外围电路进行向存储部分写入数据以及从存储部分读出数据。在现有的记忆装置中，存储一位所需要的面积大于一个开关元件(典型的场效应晶体管)的尺寸。因而，当实现大容量的记忆装置时，存储一位所需要的面积依赖制造晶体管的加工技术，妨碍实现大容量的记忆装置。

近年，随着应用程序软件的复杂化等，对于存储器的大容量化的要求和更高集成化的要求也越来越高。

在专利文件1中公开由在电极之间设有有机材料的阻抗相变膜构成的存储器的单元结构。该存储器具有在一个存储单元中改变有机材料的膜厚或改变电极接触面积的结构，且通过根据磁滞特性的复数个阻抗状态变迁点设定写入电压，可以使在一个存储单元中可记忆保持的数据多值化。

[专利文件1]特开2001-189431号公报

发明内容

本发明提供以较简单的加工技术且较少的元件数即可记忆多值信息的新存储器。

此外，本发明的课题是提供每位的集成度高，即每位的成本低的记忆装置。此外，本发明的课题也是提供减少每位的电路元件数和布线数，以便提供低耗电力的记忆装置。

鉴于上述课题，本发明提供当形成在一对电极之间配置材料层的存储元件时，将以不同的电压破坏(或变化)的复数个区域形成在一个存储单元中，来进行存储单元的多值化并以此为特征的存储装置及其工作方法。

注意，存储元件的材料层的破坏指的是配置在该破坏了的存储元件的材料层的上侧以及下侧的导电层(电极)相互短路。例如作为存储元件的材料层的破坏，有绝缘破坏。此外，也有如下情况：通过以玻璃转位温度以上的温度加热，因软化或者融化而使存储元件的材料层的状态变化，结果配置在存储元件的材料层的上下的导电层相互短路。

注意，存储元件的材料层的变化指的是，存储元件的材料层的电特性由于施加电压而变化的情况。例如，可以举出由于施加电压，存储元件的材料层的电特性可逆变化的相变型存储元件。

在本发明中，通过将台阶设置在底部电极来形成角(端)部，可以降低电压值；由于该电压值产生因在角部的电场集中或在角部附近的有机层的薄膜化等而导致的存储单元的特性变化。此外，通过将底部电极的台阶的高度和底部电极的截面形状变化，可以在设置有台阶的区域和截面形状不同的区域等的每个区域中使存储单元的特性变化的电压值变化。

利用这些特性，在一个存储单元中可以形成存储单元的特性变化且具有不同的电压值的复数个区域。换言之，一个存储单元可以进行超过一位的多值化(存储多值信息)。

例如，采用如下结构：将存储元件的材料层分为第一区域、第二区域和第三区域，且在接触于存储元件的材料层的第一区域的电极中提供第一台阶、在接触于第二区域的电极中提供第二台阶、在接触于第三区域的电极中不提供台阶的结构，即，在第一区域包含第一存储元件、第二区域包含第二存储元件、第三区域包含第三存储元件的结构。第一台阶大于第二台阶。台阶越大，越低的电压值破坏形成在其台阶上的存储元件的材料层。在每个区域中的存储元件的材料层的破坏电压值按照从低到高的顺序为，第一区域、第二区域、第三区域。

此外，本发明不限于其电极设有台阶的存储器结构，只要可以形成存储单元的特性变化且具有不同的电压值的复数个区域，就可以采用任何结构。例如，当在电极中配置台阶时，除了利用台阶的高度的方法之外，还有利用台阶的锥角差的方法。用锥角大的台阶时可以降低破坏电压，而用锥角小的台阶时可以提高破坏电压。通过将电极侧面的锥角不同的台阶形成在存储单元中，可以进行存储单元的多值化。此外，可以利用具有大约垂直的侧面的台阶与锥角小的台阶之间的差距。注意，在本说明书中所说的锥形形状指的是与水平面处于大于等于5°至小于85°的角度。此外，具有大约垂直的侧面的台阶指的是台阶的侧面与水平面处于大于等于85°至小于等于95°的情况。

此外，也可以将在电极中提供台阶的结构和锥角不同的结构组合而形成具有不同的使存储单元的特性变化的电压值的复数个区域。

此外，在本发明中的存储单元指的是，包括复数个存储元件和布线(或者TFT)等的一个单位。复数个存储单元被规则地配置而构成半导体装置的存储部分。