专利名称：包含存储器件的半导体器件及其驱动方法
技术领域：
一次写入存储器的每种包括熔丝、反熔丝、交叉点二极管、OLED (有机发光二极管)、双稳态液晶元件、以及状态受热或光改变的其 它器件。近些年来，还开发了使用硅化反应的存储元件(例如，参考 文献1:日本专利第3501416号)。参考文献1中所述的存储器包括 由使用导电膜作为阴极和阳极以及在阴极和阳极之间设置的非晶硅 膜所形成的多个存储元件。
本发明的存储器件的一种包括存储元件，该存储元件具有第一 导电层；形成手第一导电层之上的含硅膜，以及形成于含硅膜之上的 第二导电层，其中第二导电层包括与第一导电层的材料不同的材料。 第一导电层和第二导电层至少其中之一是使用能够与含硅膜发生硅 化反应的材料来形成的。本发明的存储器件的另一种包括存储元件、 以及改变在读操作和写操作时施加于存储元件的电压的电路。当数据 被写入存储元件时，高电平的电压值被施加到第一导电层而低电平的 电压值被施加到第二导电层；而当写入存储元件的数据被读出时，高 电平的电压值被施加到第二导电层而低电平的电压值被施加到第一 导电层。这样，可以驱动存储器件。
本发明的存储器件包括存储元件，该存储元件具有第一导电层、 形成于第一导电层之上的含硅膜、以及形成于含硅膜之上的第二导电 层，其中第二导电层包括与第一导电层的材料不同的材料；第一晶体 管，具有被电连接到第一导电层的一个电极；第二晶体管，具有被电 连接到第一导电层的的一个电极和被接地的另一个电极；以及第三晶 体管，具有被电连接到第二导电层的一个电极、被连接到第二晶体管 的栅电极的另一个电极、和被连接到第一晶体管的栅电极的栅电极。
根据本发明，对于写入和读出，可以用相同的电压值来操作利用 了硅化反应的存储元件。不需要构成将用于写入和读出的电压改变为 不同电压值的电路。因此，电路的规模可被显著减小。
以下参考
本发明的实施方式。但是，本发明并不限于以 下说明；对于本领域技术人员而言，显然可以在不偏离本发明目的和 范围的前提下在实施方式及其细节上做出各种改变和修改。因此，本 发明不应被理解成局限于以下实施方式的说明。要注意的是，在所有 附图中，相同部分或具有相同功能的部分由相同附图标记标注，并省 略对其的重复解释。
实施方式1
在本实施方式中，说明了具有一种结构的存储器单元，其中，改 变施加到存储元件上的用于写入和读出的电压的极性。
首先，参考附图来说明本实施方式的存储单元的结构。
接下来，通过賊射法形成导电膜。该导电膜可以由包含从Ti、 W、 Mo、 Al、和Cu中选出的元素、或者包含该元素作为主要成分的 合金材料或化合物材料的单层膜、或者它们的叠层而形成。在本实施 方式中，100 nm厚的Ti膜、350nm厚的含有微量Si的Al膜、和100 nm厚的Ti膜的三层膜被堆叠起来。
本实施方式的半导体器件包括存储元件，其中硅膜被夹在第一 电极和使用与第 一 电极材料不同的材料形成的第二电极之间；以及将 施加到存储元件的用于写入(或读出)的电压极性改变成与用于读出 (或写入)的电压的极性不同极性的电路。因此，利用硅化反应的存
储元件可使用对于写入和读出相同的电压值来操作。本实施方式中所 述的半导体器件无需配置有诸如升压电路之类的将写入和读出时的
电压值改变成不同的电路。因此，电路的规模可被显著减少并且器件 可被小型化。
实施方式5
上述实施方式中所述的存储元件可被用于各种应用。例如，无线 芯片可被用作用于纸币、硬币、证券、无记名债券、身份证明(驾驶 执照、居住证等，见图9A)、包装容器(包装纸、瓶子等，见图9C)、 记录介质(DVD软件、录像带等，见图9B)、交通工具(自行车等， 见图9D)、个人物品(包、眼镜等)、食品、植物、动物、衣物、 日用品、用于包装或者诸如电子器具之类物品的标签(见图9E和9F) 等等。电子器具包括液晶显示器、EL显示器、电视装置(也被称为 TV、 TV接收机、或电视接收机)、手机等。
本发明的半导体器件1520是通过被安装到印刷版上、被附着到 物品表面、被植入物品中等方式而被固定到产品上。例如，如果产品 是书籍，那么通过被嵌入到纸中而将半导体器件1520固定到产品上； 而如果产品为有机树脂制的包装，那么通过被嵌入到有机树脂中而将半导体器件1520固定到产品上。因为本发明的半导体器件可以是紧 凑的、薄而轻的，所以产品自身的设计质量即使在器件被固定到产品 上之后也不会下降。当半导体器件1520被设置于纸币、硬币、证券、 无记名债券、身份证明等时，可以提供认证功能并且可以利用认证功 能来防止伪造。另外，当本发明的半导体器件被设置于包装容器、记 录介质、个人物品、食品、衣物、日用品、电子器具等时，可以使得 诸如检查系统之类的系统更有效率。0139
接下来，参考
安装了本发明半导体器件的电子装置的一 个方面。此处作为例子所图示的电子器具是手机，包括底架2700和 2706、面板2701、才几架2702、印刷布线板2703、操作按键2704、和 电池2705 (见图10 )。面板2701被可拆卸地安装到机架2702中， 并且机架2702被装配在印刷布线板2703中。机架2702的形状和大 小根据安装了面板2701的电子装置而被适当地修改。印刷布线板2703 具有安装于其上的多个已封装的半导体器件。本发明的半导体器件可 以被用作已封装的半导体器件的其中之一。被安装到印刷布线板2703 上的多个已封装的半导体器件具有控制器、中央处理单元(CPU)、 存储器、电源电路、音频处理电路、发送/接收电路等的任意功能。
面板2701通过连接膜2708被接合到印刷布线板2703上。面板 2701、机架2702、和印刷布线板2703与操作按键2704和电池2705 一起被置于底架2700和2706内。面板2701中的像素区2709被放置 为使得其能够从设置在底架2700中的窗口中而被观察。
[0141
本发明的半导体器件无需配置有诸如升压电路之类的将用于将
的电路。因此，电路的规模可被显著减少并且器件可被小型化，从而 电子装置的底架2700和2706中的有限空间可净皮有效利用。 [0142本发明的半导体器件包括具有简单结构的存储元件，其中通过外
部电作用而发生硅化反应的硅膜被夹在一对导电层之间；因而，可以 提供使用半导体器件的廉价电子器具。
[0143
此外，本发明的半导体器件中所包含的通过外部电作用来写入数 据的存储器件是非易失性的并能够加入数据。因而，可以防止重写伪 造，并且可以额外写入新数据。
[0144
注意底架2700和2706的形状是手才几外形的示例，而本实施方式 的电子器具可根据其功能或应用被改变成各种模式。
本发明基于2006年10月24日提交给日本专利局的第 2006-288788号日本专利申请，其内容通过引用的方式被本文所包含。
权利要求
1.一种半导体器件，包括存储器件，所述存储器件包含存储元件，具有第一导电层；形成于所述第一导电层之上的含硅膜；以及形成于所述含硅膜之上的第二导电层，所述第二导电层包含与所述第一导电层的材料不同的材料；以及将施加到所述存储元件上的用于向所述存储元件写入数据的电压的极性改变成与用于读出的电压的极性不同的极性的电路。
2. —种半导体器件，包括存储器件，所述存储器件包含 存储元件，具有第一导电层；形成于所述第一导电层之上的含硅膜；以及 形成于所述含硅膜之上的第二导电层，所述第二导电层包含与所述第一导电层的材料不同的材料；第一晶体管，具有被电连接到所述第一导电层的一个电极；以及第二晶体管，具有被电连接到所述笫一导电层的一个电极、被接 地的另一个电极、和被连接到所述第二导电层的栅电极。
3， 一种半导体器件，包括存储器件，所述存储器件包含存储元件，具有 第一导电层；形成于所述第一导电层之上的含硅膜；以及 形成于含硅膜之上的第二导电层，所述第二导电层包含与 所述第一导电层的材料不同的材料； 第一晶体管，具有被电连接到所述第一导电层的一个电极； 第二晶体管，具有被电连接到所述第一导电层的一个电极和被接地的另一个电极；以及第三晶体管，具有被电连接到所述第二导电层的一个电极、被电连接到所述第二晶体管的栅电极的另一个电极、和被电连接到所述第 一晶体管的栅电极的栅电极。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的器件，其中，所述含硅 膜为包含非晶硅的膜、包含孩i晶的膜、或者包含多晶的膜。
5. 根据权利要求1到3中任一项所述的器件，其中，所述第二 导电层的功函数小于所述第一导电层的功函数。
6. 根据权利要求1到3中任一项所述的器件，其中，所述第一 导电层和所述第二导电层均包含从Ti、 W、 Ni、 Cr、 Mo、 Ta、 Co、 Zr、 V、 Pd、 Hf、 Pt、和Fe中选出的元素。
7. 根据权利要求1到3中任一项所述的器件，其中，所述半导 体器件为无线芯片并且还包含天线。
8. —种用于驱动包括存储器件的半导体器件的方法，所述存储 器件包括在第一导电层和包含与所述第一导电层不同的材料的第二 导电层之间形成了含硅膜的存储元件，所述方法包含以下步骤为了将数据写入所述存储元件，通过向所述第一导电层施加第一 电压值并向所述第二导电层施加第二电压值来将所述含硅膜硅化，其 中所述第一电压高于所述第二电压，以及为了读出在所述存储元件中写入的数据，向所述第二导电层施加 第三电压值并向所述第一导电层施加第四电压值，其中所述第三电压 高于所述第四电压。
9. 根据权利要求8所述的方法，所述存储器件还包含第一晶 体管，具有被电连接到所述第一导电层的一个电极；以及第二晶体管， 具有被电连接到所述第一导电层的一个电极、被接地的另一个电极、 和被连接到所述第二导电层的栅电极，所述方法还包含以下步骤为了将数据写入所述存储元件，向所述第 一 晶体管的栅电极施加 所述第一电压值以开启所述第一晶体管；向所述第二晶体管的栅电极施加所述第二电压值以关断所述第 二晶体管；向所述第一晶体管的另一个电极施加所述第一电压值；向所述第一导电层施加所述第一电压值；以及向所述第二导电层施加所述第二电压值；以及当读出在所述存储元件中写入的数据时，向所述第一晶体管的栅 电极施加所述第三电压值以开启所述第一晶体管；向所述第二晶体管的栅电极施加所述第三电压值以开启所述第 二晶体管；以及从所述第一晶体管的另一个电极读出所述第一导电层的电势。
10. 根据权利要求8所述的方法，所述存储器件还包含第一晶 体管，具有被电连接到所述第一导电层的第一电极；第二晶体管，具 有被电连接到所述第一导电层的第一电极和被接地的第二电极；以及 第三晶体管，具有被电连接到所述第二导电层的第一电极、被连接到 所述第二晶体管的栅电极的第二电极、和被电连接到所述第一晶体管 的栅电极的栅电极，所述方法还包含以下步骤为了将数据写入所述存储元件，向所述第一晶体管的栅电极施加 所述第 一 电压值以开启所述第 一 晶体管；向所述第二晶体管的栅电极施加所述第二电压值以关断所述第 二晶体管；向所述第三晶体管的栅电极施加所述第一电压值以开启所述第 三晶体管；向所述第一导电层施加所述第一电压值；以及向所述第二导电层施加所述第二电压值；以及为了读出在所述存储元件中写入的数据，向所述第一晶体管的栅 电极施加所述第三电压值以开启所述第一晶体管；向所述第二晶体管的栅电极施加所述第三电压值以开启所述第 二晶体管；向所述第三晶体管的栅电极施加所述第三电压值以开启所述第 三晶体管；以及从所述第一晶体管的另一个电极读出所述第一导电层的电势。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一电压值等于所述第三电压值，并且所述第二电压值等于所述第四电压值。
12. —种用于驱动包括存储器件的半导体器件的方法，所述存储 器件包括在第一导电层和包含与所述第一导电层不同的材料的第二 导电层之间形成了含硅膜的存储元件，所述方法包含以下步骤为了读出在所述存储元件中写入的数据，向所述第二导电层施加 第一电压值并向所述第一导电层施加第二电压值，其中所述第一电压 高于所述第二电压，其中，通过施加与在所述存储元件上所施加的用于读出的电压的 极性相反的电压，将数据写入所述存储元件。
13. 根据权利要求12所述的方法，所述存储器件还包含第一 晶体管，具有被电连接到所述第一导电层的一个电极；以及第二晶体 管，具有被电连接到所述第一导电层的一个电极、被接地的另一个电 极、和被连接到所述第二导电层的栅电极，所述方法还包含以下步骤当读出在所述存储元件中写入的数据时，向所述第一晶体管的栅 电极施加所述第 一 电压值以开启所述第 一 晶体管；向所述第二晶体管的栅电极施加所述第一电压值以开启所述第 二晶体管；以及从所述第一晶体管的另一个电极读出所述第一导电层的电势。
14. 根据权利要求12所述的方法，所述存储器件还包含第一 晶体管，具有被电连接到所述第一导电层的第一电极；第二晶体管， 具有被电连接到所述第一导电层的第一电极和被接地的第二电极；以 及第三晶体管，具有被电连接到所述第二导电层的第一电极、被连接 到所述第二晶体管的栅电极的第二电极、和被电连接到所述第一晶体 管的栅电极的栅电极，所述方法还包含以下步骤为了读出在所述存储元件中写入的数据，向所述第一晶体管的栅 电极施加所述第一电压值以开启所述第一晶体管；向所述第二晶体管的栅电极施加所述第一电压值以开启所述第 二晶体管；向所述第三晶体管的栅电极施加所述第一电压值以开启所述第三晶体管；以及从所述第一晶体管的另一个电极读出所述第一导电层的电势。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中，当数据被写入到所述 存储元件中时，所述存储元件中的所述含硅膜被硅化。
16. 根据权利要求8和12中任一项所述的方法，其中，所述第 二导电层的功函数小于所述第一导电层的功函数。
全文摘要
本发明提供一种对于写入和读出可利用相同的电压值对存储元件进行操作的存储器件的结构。本发明涉及一种存储器件，其包括存储元件和将施加到存储元件的用于写入(或读出)的电压的极性改变成与用于读出(或写入)的电压的极性不同极性的电路。存储元件包括第一导电层、形成于第一导电层之上的硅膜、以及形成于硅膜之上的第二导电层。存储元件的第一导电层与第二导电层是使用不同的材料形成的。
文档编号H01L27/10GK101529591SQ20078003950
公开日2009年9月9日 申请日期2007年10月22日 优先权日2006年10月24日
发明者德永肇, 斋藤利彦 申请人:株式会社半导体能源研究所