CN101088158B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体装置，其能够防止从阅读器/记录器传输的电磁波的振幅的减小并且能够防止由于磁场变化而造成的元件形成层的加热。本发明的半导体装置具有在基材上形成的元件形成层，和连接到元件形成层的天线。元件形成层至少具有导线，如电源导线和接地导线，其以非环形排列。可以提供元件形成层和天线以便彼此至少部分重叠。天线可以在元件形成层之上或之下提供。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置，其能够进行数据无线通信。
背景技术
近年来，标识技术——其中ID(标识号码)被分配给每个对象以便揭示其上面的数据如历史——已经引起关注，其被用于生产管理等。特别是，能够进行数据无线通信的半导体装置已被开发。上述半导体装置包括RFID(射频标识)标签(还称作ID标签、IC标签、IC芯片、RF(射频)标签、无线标签、电子标签或者无线芯片)等，这些已被引入公司、市场等。
通常，迄今已被投入使用的许多RFID标签具有这样的结构，例如如图4A所示：其中元件形成层72(也称作IC(集成电路)芯片)和天线71在基材70上形成，所述元件形成层72包括由晶体管等构成的电路。上述半导体装置能够使用电磁波与阅读器/记录器进行数据通信。特别地，从阅读器/记录器发射的电磁波使得通过天线线圈的磁场变化并且产生感应电动势，由此使元件形成层运转。进一步地，利用从元件形成层输出的信号进行的天线的负载调制使得信号被传输到阅读器/记录器。
发明内容
在元件形成层72上，提供电源导线、接地导线等以便围绕多个功能电路以便为多个功能电路供给足够的能量。特别地，如图4B所示，提供导线如电源导线73和接地导线74以便围绕电源电路75、功能电路76和77等并且以环形(circular shape)排列。
然而，在进行数据无线通信的半导体装置中，在使用电磁感应的情况下可能存在问题，这取决于在元件形成层72中形成的导线等的形状。例如，如果导线如电源导线和接地线以环形排列，如图4B所示，当在由电源导线、接地导线等所环绕的区域中改变磁场时，在这些导线中产生了电流(涡流电流)从而补偿磁场中的变化。特别地，例如，当从阅读器/记录器将电磁波传输到半导体装置时，如图5A所示(这里，当自基材70以上至其以下产生磁场时)，经由天线71在元件形成层72中产生电源电压，同时在电源导线73和接地导线74(其在元件形成层72上以环形排列)中产生电流78，从而补偿磁场的变化。因此，自基材以下至其以上产生了磁场(图5B)。
结果，减小了从阅读器/记录器发射的电磁波的振幅，这产生了问题，如通信距离减小，和元件形成层的加热，因为由于在导线等中产生电流而在元件形成层中产生了焦耳热并且一部分电磁能用作热能。
鉴于以上所述，本发明提供了一种半导体装置，其能够防止从阅读器/记录器传输的电磁波的振幅的减小并且能够防止由于磁场变化而造成的元件形成层的加热。
为了解决上述问题，本发明将采取以下措施。本发明的半导体装置具有在基材上形成的元件形成层，和连接到元件形成层的天线。元件形成层具有电源导线和接地导线，其以非环形(non-circular)排列。要注意在本发明中，环形(circular shape)不仅包括曲形形状(curvedshape)，而且包括椭圆形、矩形以及由端极互相连接的导线或者一次或多次围绕某个区域的导线组成的形状。也就是，以环形排列的导线包括以螺旋或者线圈排列的导线以及曲形导线和矩形导线。此外，上述形状可以排列于三维中。除环形以外的形状称为非环形。
根据本发明的另一结构，半导体装置具有在基材上形成的元件形成层，和连接到元件形成层的天线。元件形成层和天线彼此至少部分重叠。元件形成层具有电源导线和接地导线，其以非环形排列。天线可以在元件形成层之上或之下提供。
在本发明的上述结构中，导线如电源导线和接地导线可以排列成U形、梳形、十字形等。
根据本发明的另一结构，半导体装置具有在基材上形成的半导体薄膜，在半导体薄膜上形成的栅电极，其中栅绝缘薄膜介于两者之间，在栅电极上形成的绝缘薄膜，在绝缘薄膜上形成的并且连接到半导体薄膜的源极区或者漏极区的源极或者漏极，导线如电源导线和接地导线，其电连接到源极或者漏极，和电连接到导线的天线。导线以非环形排列。
根据本发明的另一结构，半导体装置具有在基材上形成的半导体薄膜，在半导体薄膜上形成的栅电极，其中栅绝缘薄膜介于两者之间，在栅电极上形成的绝缘薄膜，在绝缘薄膜上形成的并且连接到半导体薄膜的源极区或者漏极区的源极或者漏极，导线如电源导线和接地导线，其在源极或者漏极上形成并且电连接到源极或者漏极，和天线，其至少部分覆盖导体薄膜并且电连接到导线。导线以非环形排列。
当导线如电源导线和接地导线以非环形排列时，可能抑制由于磁场变化而在导线如电源导线和接地导线中产生的电流，并且防止从阅读器/记录器传输的电磁波的振幅的减小。通过抑制由于磁场变化而在电源导线和接地导线中产生的电流，可以防止元件形成层的加热。
附图说明
图1A和1B是两幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的结构实例。
图2A和2B是两幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的结构实例。
图3是一幅图，其显示了本发明的半导体装置的结构实例。
图4A和4B是两幅图，其各自显示了常规半导体装置的结构实例。
图5A和5B是两幅图，其各自显示了常规半导体装置的结构实例。
图6A-6C是三幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的制造步骤的实例。
图7A和7B是两幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的制造步骤的实例。
图8A和8B是两幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的制造步骤的实例。
图9A和9B是两幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的制造步骤的实例。
图10A和10B是两幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的制造步骤的实例。
图11A-11C是三幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的应用。
图12A-12H是八幅图，其各自显示了本发明的半导体装置的应用。
实施本发明的最佳模式
尽管将参考附图通过以下实施方案模式来描述本发明，但要理解的是各种变化和改变对本领域技术人员会是显而易见的。因此，除非上述变化和改变背离了本发明的范围，否则它们应该被认为包括于其中。要注意在发明说明书中，在一些情况中，由相同的的附图标记表示相同的部分。
[实施方案模式1]
参考图1A和1B来描述本发明的半导体装置的结构实例。要注意图1A是半导体装置的俯视图，而图1B是半导体装置中的元件形成层的示意图。
如图1A所示，这种实施方案模式中所示的半导体装置具有在基材20上形成的元件形成层22和天线21。元件形成层22和天线21可以以任何形状排列，然而，考虑到半导体装置尺寸的减小，它们优选以彼此重叠方式排列。如果天线21以线圈排列，元件形成层22优选以覆盖天线21的端部方式排列。这将防止通过天线21的电磁波的振幅由于将元件形成层22放置在天线21的中心而造成的减小。
基材20可以是玻璃基材如硼硅酸钡玻璃基材和硼硅酸铝玻璃基材、石英基材、陶瓷基材等。代替的是，基材20可以是金属基材如不锈钢或半导体基材，其具有在其上形成绝缘薄膜的表面。或者，基材20可以由柔性合成树脂如塑料(包括PET等)形成。
元件形成层22至少具有晶体管和导线。晶体管可以构成各种集成电路如CPU(中央处理器)、存储电路和微处理器。元件形成层22中的晶体管可以是在玻璃基材等上提供的薄膜晶体管(TFT)、使用半导体基材如Si基材、SOI基材等作为通道部分的场效应晶体管(FET)、或有机TFT。
天线21由导电材料如选自铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)的元素和主要包含这些元素的合金材料或复合材料形成。天线21可以在与元件形成层22相同的基材上形成，或者可以与元件形成层22分开形成，然后附着于待与其电连接的元件形成层22。
参考图1B，更具体地描述了半导体装置中的元件形成层22的结构。
元件形成层22连接到天线21，其具有电源导线23、接地导线24、电源电路25、功能电路26和27等。天线21的端部连接到电源电路25和接地导线24。从阅读器/记录器发射的电磁波使得通过天线21的磁场变化并且产生感应电动势，由此将交流电压提供给电源电路25。电源电路25矫正和修匀从天线21提供的交流电压以产生电源电压。因为电源导线23连接到电源电路25，所以将电源电压从电源电路25提供给电源导线23。功能电路26和27连接到电源导线23和接地导线24，并且当电源电压从电源导线23和接地导线24提供给它们时，其得以运转。要注意功能电路包括时钟产生电路、数据解调/调制电路、用于控制各种电路的控制电路、存储电路等。
在这种实施方案模式中，电源导线23和接地导线24以非环形排列。也就是说，导线是以不同于常规电源导线、接地导线等(参见图4B)的方式排列的，所述常规电源导线、接地导线等以环形排列从而围绕功能电路等。例如，如图1B所示，电源导线23和接地导线24可以排列成U形而不是以围绕功能电路等的方式排列，因此它们以非环形排列。
要注意在本发明中，环形不仅包括曲形形状，而且包括椭圆形、矩形、由端极互相连接的导线或者一次或多次围绕某个区域的导线组成的形状。也就是说，以环形排列的导线包括以线圈排列的导线以及曲形导线和矩形导线。此外，上述形状可以排列于三维中。除上述环形以外的形状称为非环形。
当导线如电源导线和接地导线如此以非环形排列时，可能抑制由于磁场变化而在导线如电源导线和接地导线中产生的电流，并且防止从阅读器/记录器传输的电磁波的振幅的减小。此外，还可以防止由于电流而造成的元件形成层的加热。
[实施方案模式2]
在这种实施方案模式中，参考附图描述了半导体装置的结构实例，其不同于上述实施方案模式中所示的那个。
在上述实施方案模式中描述了一种实例，其中以环形排列从而围绕功能电路等的导线如电源导线和接地导线被部分地切断从而形成U形。然而，本发明不局限于此，导线如电源导线和接地导线可以以任何形状排列，只要其不受磁场变化的影响。参考附图以下描述了不同于上述实施方案模式中所示的具体实例。
在图2A和2B中，提供了电源导线23和接地导线24以便在电源电路25和功能电路26和27之间通过。在图2A中，电源导线23和接地导线24没有以环形排列，而是向左和向右弯曲以围绕电源电路25和功能电路26和27。
或者，如图2B所示，电源导线23和接地导线24的每一个可以排列成梳形并且彼此结合。当电源导线23和接地导线24如此排列成梳形时，它们可以被提供在电源电路25和功能电路26和27的周边；因此可以将足够的电压提供给电源电路25和功能电路26和27。
如此，当电源导线23和接地导线24以非环形排列时，可以防止电流由于磁场变化而在电源导线23、接地导线24等中产生。
导线如电源导线23和接地导线24的结构不局限于图2A和2B中所示的。例如，如图3所示，电源导线23和接地导线24中的一个或两个(这里，是接地导线24)可以排列成十字形。于是，电源电路25和功能电路26-28可以提供在十字形排列的导线的周边。
除了这种实施方案模式中所示的形状，导线如电源导线23和接地导线24可以排列成例如Z字形、V字形、卍(swastika)字形等。如此，在元件形成层22上，可以以除环形以外的任何形状形成导线如电源导线23和接地导线24。导线的形状可以由实践者适当地选择以将足够的电压提供给电源电路、功能电路等。
当电源导线、接地导线等如此以非环形排列时，可能抑制由于磁场变化而在电源导线、接地导线等中产生的电流，并且防止从阅读器/记录器传输的电磁波的振幅的减小。此外，还可以防止由于电流而造成的元件形成层的加热。
这种实施方案模式可以与上述实施方案模式结合来实施。
[实施方案模式3]
在这种实施方案模式中，参考附图来描述本发明的半导体装置的制造步骤的实例。具体显示了制造半导体装置的实例，其在元件形成层上使用薄膜晶体管(TFT)作为晶体管，通过独立(分离)的方法，其中在载体基材上提供TFT，然后从中将其分离。
首先，在基材701的表面上形成分离层702(图6A)。基材701可以是玻璃基材、石英基材、金属基材如不锈钢(其具有在其上形成绝缘薄膜的表面)、塑料基材(其具有耐受各步骤的加工温度的耐热性)等。就大小与形状而言，上述基材701没有限制。因此，例如，如果将各边为1米或更大的矩形基材用于基材701的话，生产能力可以显著地提高。与使用圆形硅基材的情况相比，这是主要的优点。要注意，尽管在该步骤中在基材701的全部表面上形成分离层702，但是可以在基材701的全部表面上成形以后通过光刻法进行选择性成形。此外，在该步骤中形成了与基材701接触的分离层702；然而，如果必要的话，可以形成与基材701接触的基础绝缘薄膜并且可以形成与基础绝缘薄膜接触的分离层702。
分离层702由金属薄膜和金属的氧化物薄膜形成。为了获得金属薄膜，使用选自钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、镍(Ni)、钴(CO)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru)、铑(Rh)、铅(Pd)、锇(Os)和铱(Ir)的元素或者主要包含这些元素的合金材料或复合材料，通过已知的方法(如溅射和等离子CVD)来形成单层或者叠层。通过在氧气气氛中对金属薄膜进行等离子处理或者在氧气气氛中对金属薄膜进行热处理，在金属薄膜的表面上形成金属氧化物薄膜。要注意可以使用金属氮氧化物薄膜来代替金属氧化物薄膜。
如果金属薄膜具有单层结构，例如，形成钨层、钼层或者包含钨和钼的混合物的层。那么，在金属薄膜的表面上形成包含钨的氧化物或者氮氧化物的层、包含钼的氧化物或者氮氧化物的层、或者包含钨和钼的混合物的氧化物或者氮氧化物的层。要注意，例如，钨和钼的混合物相应于钨和钼的合金。
或者，作为分离层702，在基材701上形成金属薄膜以后，可以使用金属薄膜材料作为目标，在氧气气氛中通过溅射形成金属氧化物薄膜。那样的话，可以使用不同的金属元素形成金属薄膜和金属氧化物薄膜。要注意，可以直接在基材701上形成金属氧化物薄膜以用作分离层702。
随后，形成基础绝缘薄膜703以遮盖分离层702。为了获得绝缘薄膜703，使用包含硅的氧化物或者硅的氮化物的薄膜，通过已知的方法(如溅射和等离子CVD)来形成单层或者叠层。如果基础绝缘薄膜703具有双层结构，例如，可以分别形成氮化硅氧化物(silicon nitride oxide)薄膜和氮氧化硅(silicon oxynitride)薄膜作为第一层和第二层。如果基础绝缘薄膜703具有三层构造，可以分别形成氧化硅薄膜、氮化硅氧化物薄膜和氮氧化硅薄膜作为第一至第三层。代替的是，可以分别形成氮氧化硅薄膜、氮化硅氧化物薄膜和氮氧化硅薄膜作为第一至第三层。基础绝缘薄膜703起阻挡薄膜的作用，以防止杂质从基材701的进入。
在绝缘薄膜703上形成非晶态半导体薄膜704(例如包含非晶态硅的薄膜)。通过已知的方法(如溅射、LPCVD和等离子CVD)形成非晶态半导体薄膜704，其厚度为25-200nm(优选地，30-150nm)。然后，通过已知的结晶方法(如激光结晶、使用RTA或者退火炉的热结晶、使用促进结晶的金属元素的热结晶和将激光结晶和使用促进结晶的金属元素的热结晶结合的方法)使非晶态半导体薄膜704结晶，因此形成晶态半导体薄膜。然后，将所得的晶态半导体薄膜蚀刻至期望的形状，由此形成晶态半导体薄膜706-710(图6B)。要注意，可以连续形成分离层702、绝缘薄膜703和非晶态半导体薄膜704。
以下简要地描述晶态半导体薄膜706-710的制造步骤的实例。首先，通过等离子CVD形成厚度66nm的非晶态半导体薄膜。在用含镍(促进结晶的金属元素)的溶液涂覆非晶态半导体薄膜后，使非晶态半导体薄膜进行脱氢处理(在500℃达1小时)和热结晶处理(在550℃达4小时)，由此形成晶态半导体薄膜。然后，根据需要，可以用激光辐照晶态半导体薄膜，通过光刻法形成晶态半导体薄膜706-710。
如果晶态半导体薄膜706-710由激光结晶形成，则使用连续波固态或气体激光器或者脉冲固态或者气体激光器。作为气体激光器，可以使用准分子激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器等。作为固态激光器，可以使用利用掺杂有Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti或Tm的晶体如YAG、YVO4、YLF和YAlO3的激光器。特别地，当使用连续波激光器的基波或者基波的二至四次谐波，可以获得具有大晶粒尺寸的晶体。例如，有可能使用Nd:YVO4激光器(基波：1064nm)的二次谐波(532nm)或三次谐波(355nm)。要注意，可以辐照基波的连续波激光光束和谐波的连续波激光光束，或者也可辐照基波的连续波激光光束和谐波的脉冲激光光束。多个激光光束可以补偿能量。当采用在这样的重复率(在固化前用下一个脉冲激光光束辐照由激光光束熔融的半导体薄膜)下运转的脉冲激光器时，可以获得在扫描方向连续增长的晶粒。也就是说，有可能使用具有最小重复率的脉冲激光器，所述最小重复率被设置以小于被先前光束熔融的半导体薄膜固化所需的时间。更具体地说，可以使用在10MHz或更大的重复率下运转的激光光束。
当使用促进结晶的金属元素来使非晶态半导体薄膜结晶时，可以在低温短时间进行结晶，并且晶体能够以相同方向排列。另一方面，闭电流(off-current)增加，因为金属元素保持在晶态半导体薄膜上，导致特性变化。因此，起吸杂位点(gettering site)作用的非晶态半导体薄膜优选在晶态半导体薄膜上形成。起吸杂位点作用的非晶态半导体薄膜被要求包含杂质元素如磷和氩；因此，它优选由溅射形成以致包含高浓度的氩。然后，通过热处理(如热退火，使用RTA或者退火炉)在非晶态半导体薄膜中使金属元素扩散，并且去除含金属元素的非晶态半导体薄膜。结果，可以减少或者去除在晶态半导体薄膜中的金属元素。
随后，形成栅绝缘薄膜705以遮盖晶态半导体薄膜706-710。为了获得栅绝缘薄膜705，使用包含硅的氧化物或者硅的氮化物的薄膜，通过已知的方法(如等离子CVD和溅射)来形成单层或者叠层。具体地，使用包含氧化硅的薄膜、包含氮氧化硅的薄膜或者包含氮化硅氧化物的薄膜来形成单层或者叠层。
在栅绝缘薄膜705上形成第一导电薄膜和第二导电薄膜。由已知的方法(如等离子CVD和溅射)形成第一导电薄膜，其厚度为20-100nm。由已知的方法形成第二导电薄膜，其厚度为100-400nm。由选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)和铌(Nd)的元素或者主要包含这些元素的合金材料或复合材料形成第一导电薄膜和第二导电薄膜。代替的是，第一导电薄膜和第二导电薄膜由半导体材料形成，其典型的是掺杂有杂质元素如磷的多晶硅。第一导电薄膜和第二导电薄膜可以由例如氮化钽(TaN)薄膜和钨(W)薄膜、氮化钨(WN)薄膜和钨薄膜、氮化钼(MoN)薄膜和钼(Mo)薄膜等形成。如果第一导电薄膜和第二导电薄膜由具有高耐热性的钨或者氮化钽形成，它们可以经受用于热激活的热处理。如果采用三层构造代替双层结构可以层叠钼薄膜、铝薄膜和钼薄膜。
由光刻法形成抗蚀剂掩模，起栅电极作用的导电薄膜(还称为栅电极)716-725由用于形成栅电极和栅导线的蚀刻形成。可以在与导电薄膜716-725相同的层上形成导线如电源导线和接地导线。那样的话，可以与导电薄膜716-725同时并且使用与导电薄膜716-725相同的材料形成导线。要注意，如上述实施方案模式中所述，导线如电源导线和接地导线以非环形排列。
由光刻法形成抗蚀剂掩模，通过离子掺杂或者离子注入，将给予N型电导率的低浓度的杂质元素添加到晶态半导体薄膜706和708-710，由此形成N型杂质区域711和713-715和通道形成区域780和782-784。给予N型电导率的杂质元素可以是周期表第15族的元素，例如，可以使用磷(P)或砷(As)。
由光刻法形成抗蚀剂掩模，将给予P型电导率的杂质元素添加到晶态半导体薄膜707，由此形成P型杂质区域712和通道形成区域781。作为给予P型电导率的杂质元素，例如，使用硼(B)。
形成绝缘薄膜以遮盖栅绝缘薄膜705和导电薄膜716-725。为了获得绝缘薄膜，使用包含无机材料如硅、硅的氧化物和硅的氮化物的薄膜或者包含有机材料如有机树脂的薄膜，由已知的方法(如等离子CVD和溅射)形成单层或者叠层。然后，通过主要沿垂直于基材表面方向的各向异性刻蚀，选择性蚀刻绝缘薄膜，以便形成与导电薄膜716-725侧边接触的绝缘薄膜(还称为侧壁)739-743(图6C)。当形成绝缘薄膜739-743时，由蚀刻绝缘薄膜705来形成绝缘薄膜734-738。在随后用于形成LDD(轻掺杂漏极)区域的掺杂步骤中，绝缘薄膜739-743被用作掩模。
将给予N型电导率的杂质元素添加到晶态半导体薄膜706和708-710，使用由光刻法形成的抗蚀剂掩模和绝缘薄膜739-743作为掩模，由此形成第一N型杂质区域(还称为LDD区域)727、729、731和733和第二N型杂质区域726、728、730和732。第一N型杂质区域727、729、731和733中所含的杂质元素的浓度低于第二N型杂质区域726、728、730和732中的浓度。通过上述步骤，完成N型薄膜晶体管744和746-748以及P-型薄膜晶体管745。
由以下两种方法中的任一种形成LDD区域：蚀刻具有两层或更多层结构的栅电极以致具有锥形形状或者各向异性蚀刻，并且栅电极的下层导电薄膜被用作掩模；或者侧壁绝缘薄膜被用作掩模。通过使用前者方法形成的薄膜晶体管具有这样的结构，其中LDD区域覆盖栅电极，其中栅绝缘薄膜介于两者之间。因为蚀刻栅电极以具有锥形形状或者在上述结构中各向异性蚀刻，LDD区域的宽度不能容易地控制，如果蚀刻步骤没有恰当地进行的话，在有些情况中不能形成LDD区域。同时，当采用后者方法时，其中侧壁绝缘薄膜被用作掩模，相比于采用前者方法的情况，容易控制LDD区域的宽度，并且确保形成LDD区域。
随后，绝缘薄膜由单层或者叠层形成以遮盖薄膜晶体管744-748(图7A)。为了获得遮盖薄膜晶体管744-748的绝缘薄膜，使用无机材料如硅的氧化物和硅的氮化物、有机材料如聚酰亚胺、聚酰胺、苯并环丁烯、丙烯酸系物质、环氧化物和硅氧烷等，由已知的方法(如SOG和液滴释放)来形成单层或者叠层。硅氧烷型材料由通过硅(Si)和氧(O)结合而形成的骨架组成，其中包括含有至少氢的有机基团(如烷基或者芳烃)作为取代基。或者，氟基团可以用作取代基。或者，氟基团和含有至少氢的有机基团可以用作取代基。如果遮盖薄膜晶体管744-748的绝缘薄膜具有例如三层构造，可以形成氧化硅薄膜作为第一层绝缘薄膜749，可以形成树脂薄膜作为第二层绝缘薄膜750，以及可以形成氮化硅薄膜作为第三层绝缘薄膜751。
在形成绝缘薄膜749-751以前或者在形成一个或多个绝缘薄膜749-751以后，可以进行热处理以复原半导体薄膜的结晶性，活化添加到半导体薄膜的杂质元素，以及氢化半导体薄膜。作为热处理，可以采用热退火、激光退火、RTA等。
接下来，通过光刻法蚀刻绝缘薄膜749-751，由此形成接触孔以暴露N型杂质区域726、728、730和732，P型杂质区域785。然后，形成导电薄膜以填充接触孔，并且图案化以形成起源极导线和漏极导线作用的导电薄膜752-761。此时，可以在与起源极导线和漏极导线作用的导电薄膜752-761相同的层上形成导线如电源导线和接地导线。那样的话，可以与导电薄膜752-761同时并且使用与导电薄膜752-761相同的材料形成导线。要注意，如上述实施方案模式中所述，导线如电源导线和接地导线以非环形排列。
为了获得导电薄膜752-761，使用选自钛(Ti)、铝(Al)和钕(Nd)的元素或者主要包含上述元素的合金材料或复合材料，通过已知的方法(如等离子CVD和溅射)来形成单层或者叠层。主要包含铝的合金材料相应于，例如，主要包含铝和包含镍的材料，或者主要包含铝和包含镍以及碳与硅中之一或两者的合金材料。导电薄膜752-761可以采用，例如，阻挡薄膜、铝-硅合金(Al-Si)薄膜和阻挡薄膜的叠层结构，或者阻挡薄膜、铝-硅(Al-Si)薄膜、氮化钛(TiN)薄膜和阻挡薄膜的叠层结构。要注意，阻挡薄膜相应于由钛、钛的氮化物、钼或者钼的氮化物制成的薄膜。铝和铝硅合金适于导电薄膜752-761的材料，因为它们具有低电阻值并且廉价。如果以顶层和底层的形式提供阻挡层，可以防止铝或者铝硅合金的隆起形成。此外，如果阻挡薄膜由具有高还原能力的钛形成，那么可以还原有可能在晶态半导体薄膜上形成的薄的天然氧化物薄膜，因此可以在阻挡薄膜和晶态半导体薄膜之间获得有利的接触。
随后，形成绝缘薄膜762以遮盖导电薄膜752-761(图7B)。为了获得绝缘薄膜762，使用无机材料或者有机材料，通过已知的方法(如SOG和液滴释放)来形成单层或者叠层。优选形成绝缘薄膜762，其厚度为0.75-3μm。
通过光刻法蚀刻绝缘薄膜762，由此形成接触孔以暴露导电薄膜757、759和761。然后，形成导电薄膜以填充接触孔。使用导电材料，由已知的方法(如等离子CVD和溅射)形成导电薄膜。随后，导电薄膜被图案化以形成导电薄膜763-765。要注意，导电薄膜763-765相应于存储元件中所含的一对导电薄膜中的一个。因此，优选的是，使用钛或者主要包含钛的合金材料或者复合材料，由单层或者叠层形成导电薄膜763-765。因为钛具有低电阻值，存储元件的尺寸可以减小，这产生高集成度。此外，在用于形成导电薄膜763-765的光刻法步骤中，优选进行湿法蚀刻以便不损坏在底层上的薄膜晶体管744-748，氟化氢(HF)或者氨过氧化物混合物可被用作蚀刻剂。要注意，可以在与导电薄膜763-765相同的层上形成导线如电源导线和接地导线。那样的话，可以与导电薄膜763-765同时并且使用与导电薄膜763-765相同的材料形成导线。如上述实施方案模式中所述，导线如电源导线和接地导线以非环形排列。
形成绝缘薄膜766以遮盖导电薄膜763-765。为了获得绝缘薄膜766，使用无机材料或者有机材料，通过已知的方法(如SOG和液滴释放)来形成单层或者叠层。优选地，绝缘薄膜766的厚度为0.75-3μm。然后，通过光刻法蚀刻绝缘薄膜766，由此形成接触孔767-769以暴露导电薄膜763-765。
形成与导电薄膜765接触的起天线作用的导电薄膜786(图8A)。使用导电材料，由已知的方法(如等离子CVD、溅射、印刷和液滴释放)来形成导电薄膜786。使用选自铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)和铜(Cu)的元素或者主要包含这些元素的合金材料或复合材料，优选由单层或者叠层形成导电薄膜786。在这种实施方案模式中，通过使用含银的糊剂进行网目印刷，然后在50-350℃的温度下施加热处理，从而形成导电薄膜786。或者，可以通过由溅射形成铝薄膜并然后使铝薄膜图案化从而获得导电薄膜786。铝薄膜优选通过湿法蚀刻来图案化，然后在200-300℃的温度下经受热处理。要注意，可以在与导电薄膜786相同的层上形成导线如电源导线和接地导线。那样的话，可以与导电薄膜786同时并且使用与导电薄膜786相同的材料形成导线。如上述实施方案模式中所述，导线如电源导线和接地导线以非环形排列。
随后，形成与导电薄膜763和764接触的有机化合物层787(图8B)。由已知的方法(如液滴释放和汽相沉积)来形成有机化合物层787。然后，形成与有机化合物层787接触的导电薄膜771。由已知的方法(如溅射和汽相沉积)来形成导电薄膜771。
可以与导电薄膜771同时形成导线如电源导线和接地导线。如上述实施方案模式中所述，导线如电源导线和接地导线以非环形排列。如此，导线如电源导线和接地导线可以在任一处，如在与导电薄膜716-725、导电薄膜752-761、导电薄膜763-765、导电薄膜786或者导电薄膜771相同的层上形成。在其上提供导线的层可以由实施者任意地选择。另外，可以在不同的层上形成电源导线和接地导线。如果元件形成层具有多层结构，并且在薄膜晶体管之上提供电源导线和接地导线，可以获得元件形成层的小型化。
通过上述步骤，完成了由层叠导电薄膜763、有机化合物层787和导电薄膜771形成的存储元件部分789和由层叠导电薄膜764、有机化合物层787和导电薄膜771形成的存储元件部分790。
在上述制造步骤中，因为有机化合物层787不具有高耐热性，在形成起天线作用的导电薄膜786的步骤以后，进行形成有机化合物层787的步骤。起天线作用的导电薄膜786可以在与导电薄膜716-725、导电薄膜752-761、导电薄膜763-765或者导电薄膜771相同的层上形成。为了获得天线，在另一基材上形成的导电薄膜可以利用粘合剂而附着于导电薄膜765而不是直接形成起天线作用的导电薄膜786，所述粘合剂包含导电颗粒等。那样的话，可以甚至在提供有机化合物层787以后形成天线。
虽然在这种实施方案模式中有机化合物材料用于存储元件部分789和790，但是本发明不局限于此。例如，有可能使用相变材料，如在晶态和非晶态之间可逆变化的材料以及在第一晶态和第二晶态之间可逆变化的材料。代替的是，也可使用仅从非晶态变化到晶态的材料。
在晶态和非晶态之间可逆变化的材料是包含多个选自以下元素的材料：锗(Ge)、碲(Te)、锑(Sb)、硫(S)、氧化碲(TeOx)、锡(Sn)、金(Au)、镓(Ga)、硒(Se)、铟(In)、铊(Tl)、钴(Co)和银(Ag)。例如，可以使用基于以下的材料：Ge-Te-Sb-S、Te-TeO2-Ge-Sn、Te-Ge-Sn-Au、Ge-Te-Sn、Sn-Se-Te、Sb-Se-Te、Sb-Se、Ga-Se-Te、Ga-Se-Te-Ge、In-Se、In-Se-Tl-Co、Ge-Sb-Te、In-Se-Te或者Ag-In-Sb-Te。在第一晶态和第二晶态之间可逆变化的材料是包含多个选自以下元素的材料：银(Ag)、锌(Zn)、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铟(In)、锑(Sb)、硒(Se)和碲(Te)，并且可以使用例如Te-TeO2，Te-TeO2-Pd或者Sb2Se3/Bi2Te3。当使用上述材料时，在两种不同的晶态之间进行相变。仅从非晶态变化到晶态的材料是包含多个选自以下元素的材料：碲(Te)、氧化碲(TeOx)、锑(Sb)、硒(Se)和铋(Bi)，并且可以使用例如Ag-Zn、Cu-Al-Ni、In-Sb、In-Sb-Se或In-Sb-Te。
随后，起保护膜作用的绝缘薄膜772由已知的方法(如SOG和液滴释放)形成以遮盖存储元件部分789和790以及起天线作用的导电薄膜786。绝缘薄膜772是由碳如DLC(类金刚石碳)、氮化硅、氮化硅氧化物或者有机材料形成的，优选地由环氧树脂形成。
然后，具有薄膜晶体管744-748、存储元件部分789和790等的元件形成层791与基材701分离。在这种实施方案模式中，在用激光(例如UV光)通过辐照形成开口773和774后(图9A)，通过物理力，元件形成层791可以与基材701分离。或者，在将元件形成层791与基材701分离前，可将蚀刻剂置于开口773和774中，由此去除分离层702。含卤素氟化物或者卤间化合物的气体或者液体被用作蚀刻剂。例如，三氟化氯(ClF3)被用作含卤素氟化物的气体。因而，元件形成层791与基材701分离。要注意，分离层702不必被完全去除并且可以部分保留。据此，可以抑制蚀刻剂的消耗并且可以缩短去除分离层702所需的处理时间。
与元件形成层791分离的基材701优选被再次使用，以便降低成本。形成绝缘薄膜772以防止去除分离层702以后元件形成层791的散乱。因为元件形成层791小、薄且重量轻，如果在去除分离层702以后其没有紧紧地附着于基材701，它容易散乱。然而，通过在元件形成层791上形成绝缘薄膜772，可以提高元件形成层791的重量并且因而可以防止元件形成层791从基材701上散乱。元件形成层791本身薄且重量轻；然而，通过形成绝缘层772、与基材701分离的元件形成层791不是通过压力等产生的，并且可以具有某种程度的强度。
接下来，使元件形成层791的一个表面附着于第一薄板材料775并且完全与基材701分离(图10A)。如果分离层702没有全部被去除并且部分保留，则元件形成层791与基材701物理上分离。然后，在元件形成层791的另一个表面上提供第二薄板材料776，并且通过施加热处理和压力处理之一或两种来进行附着。在形成第二薄板材料776的同时或者之后，分离第一薄板材料775并且代替提供第三薄板材料777。然后，第三薄板材料777通过施加热处理和压力处理之一或两者来进行附着。结果，完成了由第二薄板材料776和第三薄板材料777密封的半导体装置(图10B)。
要注意，可以使用第一薄板材料775和第二薄板材料776来密封元件形成层791。然而，如果不同的薄板材料用于使元件形成层791和基材701分离所用的薄板材料和密封元件形成层791所用的薄板材料的话，如上所述使用第二薄板材料776和第三薄板材料777来密封元件形成层791。这有益于分离元件形成层791和基材701，例如，当需要使用具有低粘合力的薄板材料时，如当第一薄板材料可能不仅附着于元件形成层791而且附着于基材701时。
作为用于密封的第二薄板材料776和第三薄板材料777，可以使用由聚丙烯、聚酯、乙烯树脂(vinyl)、聚氟乙烯、聚氯乙烯等制成的薄膜，纤维材料的纸，基础薄膜(聚酯、聚酰胺、无机汽相沉积薄膜、纸等)的叠层薄膜和粘合性合成树脂薄膜(丙烯酸型合成树脂、环氧型合成树脂等)等。可以通过热压结合对主体进行热处理和压力处理来获得薄膜。在进行热处理和压力处理中，在薄膜的最外表面上提供的粘合剂层，或者在薄膜的最外表面上提供的以热处理而熔融的层(非粘合剂层)，通过施加压力而被附着。可以或者未必在第二薄板材料776和第三薄板材料777的表面上提供粘合剂层。粘合剂层相应于包含粘合剂如热固化树脂、紫外固化树脂、环氧树脂粘合剂和树脂添加剂的层。二氧化硅涂层优选被用作薄板材料以便防止密封后水分进入，并且有可能使用例如这样的薄板材料，其中粘合剂层、薄膜如聚酯和二氧化硅涂层被层叠。
作为第二薄板材料776和第三薄板材料777，也可以使用经受抗静电处理以防止静电的薄膜(以下称抗静电薄膜)。抗静电薄膜包括这样的薄膜，其中抗静电材料分散在树脂中，抗静电材料附着于薄膜上，等等。包含抗静电材料的薄膜可以是具有一个拥有抗静电材料的表面的薄膜，或者具有两个拥有抗静电材料的表面的薄膜。在具有一个拥有抗静电材料的表面的薄膜中，含抗静电材料的表面可以附着于薄膜的内部或者外部。要注意，抗静电材料可以提供在薄膜全部表面上或者一部分上。本文中的抗静电材料包括金属，铟和锡的氧化物(ITO)，表面活性剂如两性离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂。代替的是，含在侧链中具有羧基和季铵碱的交联聚合物的树脂材料可用作抗静电材料。通过附着、揉捏或者将这些材料施加到薄膜上可以获得抗静电薄膜。当使用抗静电薄膜密封半导体装置时，当作为产品处理时，半导体元件可以受到保护以防外部静电。
这种实施方案模式可以与任何上述实施方案模式结合来实施。
[实施方案模式4]
在这种实施方案模式中，参考图11A-11C描述了将本发明的半导体装置用作能够进行数据无线通信的RFID标签的实例。
RFID标签80具有进行数据无线通信的功能，包括电源电路81、时钟产生电路82、数据解调电路83、数据调制电路84、用于控制其它电路的控制电路85、存储电路86和天线87(图11A)。要注意，存储电路不局限于一个，可以提供多个存储电路。作为存储电路，可以使用SRAM、闪速存储器、ROM、FeRAM或者具有由上述实施方案模式中所述的有机化合物层形成的存储元件部分的存储器。
从阅读器/记录器88以电磁波形式传输的信号通过电磁感应在天线87中被转换为AC电信号。在电源电路81中，使用AC电信号产生电源电压，并使用电源导线将其提供给每个电路。在时钟产生电路82中，基于从天线87输入的交流信号，产生各种时钟信号，并将其提供给控制电路85。在数据解调电路83中，解调AC电信号并将其提供给控制电路85。在控制电路85中，根据输入信号进行各种算术运算。更具体地说，控制电路85具有例如，用于解码数据解调电路83所解调的信号的指令分析部分，用于检查解码信号的CRC(循环冗余检验)电路、用于控制存储电路86的存储控制器等等。存储电路86存储控制电路85中使用的程序、数据等，并且起算术运算工作区的作用。然后，将数据从控制电路85传输到数据调制电路84，利用从数据调制电路84传输的数据可以获得天线87的负载调制。阅读器/记录器88以电磁波的形式接收天线87的负载调制，由此读取数据。
此外，导线如电源导线和接地导线提供在上述电路的周边，并且以非环形排列，如上述实施方案模式中所述。要注意，RFID标签不局限于以上结构，并且可以具有这样的结构，其中另外提供其它元件如电源电压的限幅电路和用于加密的硬件。
在RFID标签中，可以将电源电压通过电磁波提供给每个电路而无需装配电池，或者可以装配电池以便通过电磁波和电池将电源电压提供给每个电路。
应用于RFID标签等的本发明的半导体装置有以下优点：数据无线通信，可以读取多个数据段，可以写入数据，标签可以成形为各种形状，根据所选频率获得宽的方向性和识别范围。RFID标签可以应用于能够通过无线通信来识别个体和对象上的数据的IC标签，附着于对象上的标签，用于重大活动和娱乐公园的腕套等等。RFID标签可以借助树脂材料来改变形状，或者直接附着于阻挡无线通信的金属。进一步地，RFID标签可被用于各种系统如支付系统和管理系统(用于进入和离开房间的)。
接下来，描述了作为RFID标签的半导体装置的实际用途的实例。在具有显示器部分321的便携式终端的侧边上提供阅读器/记录器320，在对象322的侧边上提供RFID标签323(图11B)。当使阅读器/记录器320靠近于对象322中所包括的RFID标签323时，对象322上的数据如成分、原产地、每个制备步骤中的测试结果、分配过程的历史记录和对象的解释说明被显示在显示器部分321上。此外，当在运输带上运送对象326(图11C)时，可以使用阅读器/记录器324和附着于对象326的RFID标签325来检查对象326。通过如此将RFID标签施加到系统上，可以容易地获得数据并且可以获得具有高附加值的高性能系统。
这种实施方案模式可以与任何上述实施方案模式结合来实施。
[实施方案模式5]
本发明的半导体装置的应用范围是如此之宽以致它可以应用于任何对象，以便无线显示其历史记录并且在制造、管理等中使用该历史记录。例如，本发明的半导体装置可以结合到钞票(bill)、硬币、证券(securities)、证件(certificates)、无记名债券(bearer bonds)、包装用容器、书籍、记录介质、随身物品、交通工具、食物、服装、保健物品、生活用品(livingware)、医用品(medicals)和电子设备。参考图12A-12H来描述这些对象的实例。
钞票和硬币包括市场上的通货并且包括在特定区域流通的票据如钱(现金凭单)、纪念硬币等等。证券包括支票、凭证(certificate)、期票等等(图12A)。证件包括驾驶执照、居住证等等(图12B)。无记名债券包括邮票、饭券、各种礼券等等(图12C)。包装用容器包括包装盒装午餐等用的纸、塑料瓶等等(图12D)。书籍包括文件等(图12E)。记录介质包括DVD软件、录影带等等(图12F)。交通工具包括轮式车辆如自行车、舰只等等(图12G)。随身物品包括口袋、眼镜等等(图12H)。食物包括食品、饮料等等。服装包括衣服、鞋袜等等。保健物品包括医疗装置、保健器具等等。生活用品包括家具、照明设备等等。医用品包括药物、农用化学剂等等。电子设备包括液晶显示器、EL显示装置、电视机(电视接收机、薄的电视接收机)、移动式电话等等。
当将RFID标签结合到钞票、硬币、证券、证件、无记名债券等中时，可以防止伪造它们。当将RFID标签结合到包装用容器、书籍、记录介质、随身物品、食品、生活用品、电子设备等中时，可以更有效地实施监督体系、租赁体系等。当将RFID标签结合到交通工具、保健物品、医用品等中时，可以防止伪造和盗取它们并且可以防止药品以错误的方式使用。RFID标签可以附着于产品的表面或者结合到产品中。例如，可以将RFID标签结合到书籍的纸张或者包装的有机树脂中。如果后来通过光学作用写入(再写入)数据的话，优选使用透明材料以便用光辐照在芯片中所提供的存储元件。进一步地，通过使用其中不能再写入数据的存储元件，可有效地防止伪造。通过提供这样的系统，其能清除提供在RFID标签中的存储元件中的数据，可以解决用户购买产品后的问题如私密性。
如此，当将RFID标签结合到包装用容器、记录介质、随身物品、食品、服装、生活用品、电子设备等中时，可以更有效地实施监督体系、租赁体系等。RFID标签还防止了交通工具的伪造或者被盗。此外，当将RFID标签植入生物如动物中时，每个生物可以被容易地识别。例如，当将RFID标签植入生物如家畜中时，不仅出生年份、性别、品种等而且当前体温都可以被容易地控制。
如上所述，本发明的半导体装置可被结合到任何对象中。这种实施方案模式可以与任何上述实施方案模式结合来实施。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其包括：
在基材上提供的元件形成层；和
连接到元件形成层的天线，
其中用作天线的导电薄膜形成在与用于存储元件的导电薄膜相同的层上，
所述天线以线圈排列，以及
元件形成层具有电源导线和接地导线；和
电源导线和接地导线中的至少一个以非环形排列。
2.权利要求1的半导体装置，
其中，电源导线和接地导线中的至少一个以U形排列。
3.权利要求1的半导体装置，
其中，电源导线和接地导线中的至少一个以梳形排列。
4.权利要求1的半导体装置，
其中，电源导线和接地导线中的至少一个以十字形排列。
5.权利要求1的半导体装置，
其中，电源导线和接地导线中的至少一个以Z字形排列。
6.权利要求1的半导体装置，其中提供元件形成层和天线以便彼此至少部分重叠。
7.一种半导体装置，其包括：
元件形成层；和
天线，
其中所述天线以线圈排列，且
所述元件形成层包括：
在基材上提供的半导体薄膜；
在半导体薄膜上提供的栅电极，其中栅绝缘薄膜介于两者之间；
在栅电极上提供的绝缘薄膜；
在绝缘薄膜上提供的并且连接到半导体薄膜的源极区或者漏极区的源极或者漏极；
电连接到源极或者漏极的导线，
其中所述天线电连接到导线，
用作天线的导电薄膜形成在与用于存储元件的导电薄膜相同的层上，以及
导线以非环形排列。
8.权利要求7的半导体装置，其中导线是电源导线或者接地导线。
9.一种半导体装置，其包括：
元件形成层；和
天线，
其中所述天线以线圈排列，且
所述元件形成层包括：
在基材上提供的半导体薄膜；
在半导体薄膜上提供的栅电极，其中栅绝缘薄膜介于两者之间；
在栅电极上提供的绝缘薄膜；
在绝缘薄膜上提供的并且连接到半导体薄膜的源极区或者漏极区的源极或者漏极；和
在源极或者漏极上提供的并且电连接到源极或者漏极的导线，
其中提供天线使其至少部分覆盖半导体薄膜并且电连接到导线，
用作天线的导电薄膜形成在与用于存储元件的导电薄膜相同的层上，以及
导线以非环形排列。
10.权利要求9的半导体装置，其中导线是电源导线或者接地导线。
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