JP2005202947A

JP2005202947A - 半導体装置、並びに無線タグ及びラベル類

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Publication number: JP2005202947A
Application number: JP2004368568A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP4689260B2

Abstract

【課題】無線通信によりデータを交信することができる半導体装置、例えば無線タグ及びラベル類を、生産性良く低コストで供給することを目的としている。
【解決手段】本発明は、絶縁基板上に形成されたＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成され、通信回路に接続する端子部にアンテナが接続されるように、絶縁基板とアンテナが形成された支持体とが相対して固定されている。本発明は、絶縁基板上に形成されるＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、ＩＤチップの端子部と接続するようにアンテナが備えられ、無線通信によりメモリ部に記憶されているデータ若しくはメモリ部に記憶させるデータを通信回路を介して通信可能である無線タグ及びラベル類である。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信によりデータを送受する半導体装置に関する。特にガラス等の絶縁基板上に薄膜で集積回路を形成した半導体装置及びそれを用いるＩＤタグ及びラベル類に関する。

商品等を識別するために用いるバーコードという符号に代わって、電波方式認証（以下「ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」ともいう）と呼ばれる技術が注目されている。これは、無線通信を利用した自動認識技術であり、リーダ／ライタ装置とデータを記憶するＩＣチップなどからシステムが構築されている。特に、物品の識別に利用するものは無線タグなどと呼ばれている。無線タグは、メモリと通信回路を備えたＩＣチップにアンテナを組み合わせたものである。ＩＣチップの大きさは２ｍｍ以下である（例えば、非特許文献１参照。）。

無線タグを構成するＩＣチップは、メモリやマイクロプロセッサ等と同様に、シリコンウエハーを用いて半導体集積回路の製造技術を使って製造している。
高橋、他１名、「発信源はゴマ粒チップ」、日経エレクトロニクス、日経ＢＰ社、２００２年２月２５日号、Ｎｏ．８１６、ｐ．１０９−１３７

無線タグの価格が１０円以下にならないとＲＦＩＤの技術の普及は困難であると言われている。

しかしながら、半導体集積回路の製造技術を使って、新たなＩＣチップの製造ラインを構築するには、巨額の設備投資が必要となる。そのために、ＩＣチップを低コストで製造することが難しくなる。例えば、１２インチウエハーを使う製造ラインを構築するには、概略１５００億円の設備投資が必要である。さらにランニングコストを加算すると、ＩＣチップの単価を１００円以下とすることは非常に困難となる。

１２インチウエハーの面積は約７３０００ｍｍ²である。仮に、幅２０〜５０μｍのブレードを持つダイシング装置によって分断する際に、約１００μｍの加工幅が必要とされることを無視すると、１ｍｍ角のチップを切り出す場合には７３０００個しか取り出すことができない。また、１２インチウエハーから、０．４ｍｍ角のチップを切り出すことにしても１８２５００個しか取ることができないので、十分な供給量を確保することは非常に困難となる。このように、半導体集積回路の製造技術に基づいた無線タグの生産は、コストの面と、数量の安定供給の点で問題を抱えている。

また、単結晶シリコン基板で製造されるＩＣチップはへき開面を有し、衝撃や曲げ応力に弱いという本質的な問題点を有している。そのために、無線タグで使用するＩＣチップはサイズを縮小し、かつ基板をわざわざ削って薄片化するといった処理を施している。超高純度の単結晶シリコン基板を削るということは、資源を無駄にして産業廃棄物を生成することになるので、環境問題の点においても問題を残している。

そこで本発明は、無線通信によりデータを送受することができる半導体装置、例えば無線タグ及びラベル類を、生産性良く低コストで供給することを目的としている。

本発明は、絶縁基板上に分離形成された半導体膜でチャネルが形成される薄膜トランジスタ（以下「ＴＦＴ」ともいう。）により、無線通信によりデータを送受する半導体装置及び無線タグ及びラベル類を提供する。ここでラベル類とは、ラベル又は包装体を意味する。このラベル類という用語は、集積回路とアンテナを含むものを指し示す場合にも、集積回路とアンテナを含まないものを指し示す場合にも用いる。このラベル類の表面には、製品名や原材料名、生産地等が表示されていても良い。

本発明の一は、絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネルが形成されるＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成され、通信回路部に接続する端子部にアンテナが接続している半導体装置である。

本発明の一は、絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネルが形成されるＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成され、通信回路に接続する端子部にアンテナが接続されるように、絶縁基板とアンテナが形成された支持体とが相対して固定されている半導体装置である。

本発明の一は、絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネルが形成されるＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、ＩＤチップの端子部と接続するようにアンテナが備えられ、無線通信によりメモリ部に記憶されているデータ若しくはメモリ部に記憶させるデータを、通信回路を介して通信可能である無線タグ又はラベル類である。

本発明の一は、絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネルが形成されるＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、ＩＤチップの端子部と接続するように、アンテナが形成された支持体とが相対して固定され、包装体若しくはラベルの一方の面に附着している無線タグ及びラベル類である。

本発明の一は、絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネルが形成されるＴＦＴで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、ＩＤチップの端子部と、包装体若しくはラベルの一方の面に形成されたアンテナとが接続するように相対して固着されている無線タグ及びラベル類である。

勿論、ＩＤチップや、無線タグ及びラベル類の構成は変化し得るものであり、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部の他に、電波方式認証を行う上で必要な付属的な回路や、他の機能回路を備えたりする変形は本発明の趣旨を逸脱しない範囲において許容され得るものである。

本発明のように、無線通信によりメモリに記憶されているデータ若しくはメモリに記憶させるデータを、通信回路を介して通信可能とする半導体装置を、絶縁基板上に形成したＴＦＴで製造することにより、生産性良く、低コストで供給することができる。また、耐衝撃性を向上させ、結晶の歪みによる特性劣化を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、以下に示す図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明のＲＦＩＤ用の半導体装置４００の主な構成を示すブロック図である。ＩＤチップ４０１は絶縁基板に形成されたＴＦＴで、メモリ部４０２、信号制御回路部４０３、通信回路部４０４が形成されている。通信回路部４０４とアンテナ部４０６は、接続端子部４０５で接続されている。アンテナ部４０６は、ＴＦＴが形成された絶縁基板上に一体形成しても良い。また、他の支持体に形成して接続端子部４０５を介してＩＤチップ４０１と接続関係を形成しても良い。

メモリ部４０２は、読出専用メモリ部４０７や、書換可能メモリ部４０８の一方若しくは双方を備えた構成とすることができる。すなわち、個体の識別を目的として、メモリに記憶されているデータの読み出しだけをする用途では、読出専用メモリ部４０７があれば良い。製品の履歴を記録するために随時データを書き替える必要がある場合には書替可能メモリ部４０８を付加しておくと良い。

読出専用メモリ部４０７は、マスクＲＯＭと同様に製造段階からデータを記憶させるようにしても良いし、記憶データの書き換えを使用者が行えるプログラマブルＲＯＭで構成しても良い。プログラマブルＲＯＭとしては、電気的消去書き込み可能型のＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭや、フラッシュメモリ）などが適用可能である。書換可能メモリ部４０８は、スタティックＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲＡＭ）、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどを適用することができる。

これらのメモリ部４０２や信号制御回路部４０３などを動作させるのに必要な電力は、リーダ／ライタと呼ばれる装置から供給される電磁波をアンテナ部４０６で受信して得られる仕組みとなっている。電磁波の周波数帯は、１３５ｋＨｚまでの長波帯、６〜６０ＭＨｚ、代表的には１３．５６ＭＨｚの短波帯、４００〜９５０ＭＨｚの超短波帯、２〜２５ＧＨｚのマイクロ波帯などを使用することができる。長波帯や短波帯のアンテナは、ループアンテナによる電磁誘導を利用したものが利用される。その他に相互誘導作用（電磁結合方式）または静電気による誘導作用（静電結合方式）を利用したものであっても良い。アンテナは印刷法やエッチング法により絶縁基板上若しくは支持体上に形成することができる。

図１において示したＩＤチップ４０１に用いる絶縁基板としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなど無アルカリガラスとも呼ばれるガラス基板や、溶融若しくは合成石英基板、セラミックガラス基板などを用いることができる。また、ポリエチレンナフタレートやポリエーテルサルフォンなどの工業用プラスチック基板を用いることもできる。

ＴＦＴは、気相成長法で形成した非晶質半導体膜を光エネルギー若しくは熱エネルギーを利用して結晶化させた結晶性半導体膜で、チャネル形成領域を形成するものが好ましい。すなわち、１３．５６ＭＨｚや９１５ＭＨｚに代表される高周波帯や、２．４５ＧＨｚに代表されるマイクロ波帯を利用する通信回路を形成する場合、高い電界効果移動度が得られる結晶性半導体膜を用いることが好ましい。そのような結晶性半導体膜の一例は、５０〜２５０ｃｍ²／Ｖｓｅｃのパルスレーザーアニールで形成された結晶性シリコン膜や、３００〜６００ｃｍ²／Ｖｓｅｃの連続発振若しくは高周波パルスレーザーアニールで形成された結晶性シリコン膜である。ＴＦＴは、高速動作に対応して、チャネル長が０．５〜８μｍ程度であることが好ましい。ＴＦＴの構造としてトップゲート型若しくはボトムゲート型等の限定は特に要求されるものではない。また、気相成長法により直接的に結晶性の半導体膜を形成しても良い。

ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を、図２を参照して説明する。図２は、アンテナ４１１ａが形成された支持体４１０と、メモリ、信号制御回路部及び通信回路部などを集積回路で形成したＩＤチップ４０１とを相対して固定する構成を示している。

図２（Ａ）で示すように、ＩＤチップ４０１には接続端子部４０５が備えられている。支持体４１０に形成されたアンテナ４１１ａの端部には、端子部４１１ｂが備えられている。アンテナ４１１ａは、銅や銀のペーストを用いて印刷法で形成することが可能である。また、金、銅、銀、アルミニウムなどの金属膜をスパッタリングまたは真空蒸着法などで形成して、フォトリソグラフィー技術によりアンテナを形成しても良い。或いは、薄い銅や銀などの金属板を張りエッチングによりアンテナを形成しても良い。支持体４１６は紙、不織布、プラスチック、セラミック等を適用することができる。

そして、図２（Ｂ）に示すように、アンテナ４１１ａの端子部４１１ｂとＩＤチップ４０１の接続端子部４０５とが、電気的に接続するように固着する。図３に示すように、両端子間は、異方性導電性接着剤４１４などで電気的な接続を形成すれば良い。このようにして、アンテナ４１１ａとＩＤチップ４０１が一体化した半導体装置４１２を得ることができる。

その後、図２（Ｃ）に示すように、一方に印刷面が形成されたラベル類４１３の裏側（印刷面とは反対側）に半導体装置４１２を添付する。なお、図２（Ｃ）の中に記載されているＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図を、図３に示している。図３で示すように、支持体４１０とラベル類４１３とは、接着剤４１５で接着することができる。ラベル類４１３はＩＤチップ４０１を内包することで、従来のバーコードに代わってそれを添付したものの情報を管理することができる。

ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの他の態様を、図４を参照して説明する。なお、図４（Ｃ）に示すＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図を図５に示すので合わせて参照する。

図４（Ａ）において、支持体４１６上にアンテナ４１７ａが形成されている。アンテナ４１７ａは、銅や銀のペーストを用いて印刷法で形成することが可能である。また、金、銅、銀、アルミニウムなどの金属膜をスパッタリングまたは真空蒸着法などで形成して、フォトリソグラフィー技術によりアンテナを形成しても良い。或いは、薄い銅や銀などの金属板を張りエッチングによりアンテナを形成しても良い。支持体４１６は紙、不織布、プラスチック、セラミック等を適用することができる。

アンテナの連結線４１７ｃは、アンテナ４１７ｃ対向する支持体に形成した他のアンテナとの接続に用いるものであり、この連結線４１７ｃとアンテナ４１７ａの一端及び他端には端子部４１７ｂが設けられている。ＩＤチップ４０１では、図４（Ｂ）に示すように、接続端子部４０５と、アンテナ及び連結線４１７ｃの端子部４１７ｂとが相対して電気的に接続するように固定される。電気的な接続を確立するためには、図５に示すように異方性導電性接着剤４１８を用いれば良い。

図４（Ｂ）で示すように、アンテナの巻き数を増やすためには、他方の支持体４１９にもアンテナ４２０ａを形成しておく。そして、その端子部４２０ｂが、連結線４１７ｃと接続するように貼り合わせる。電気的な接続を確立するためには、端子部４２０ｂと連結線４１７ｃとを相対させ、図５に示すように異方性導電性接着剤４２１を用いて接着する。図４（Ｃ）のようにＩＤチップ４０１をその間に封じ込めれば、アンテナ４１７ａ、４２０ａとＩＤチップ４０１が一体化した半導体装置４２２を得ることができる。支持体の両面にアンテナを備えることにより、無線通信する際に、どちらの面からも同じ様な感度で無線通信をすることができる。また、ガラスや石英などの絶縁基板は電磁波を吸収してＴＦＴの誤動作を招くことがないので、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。また、支持体の一方若しくは双方であって、アンテナ形成面と反対側の面を印刷面として、商品等に添付すれば電子札として利用することができる。

ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの他の態様を、図６を参照して説明する。なお、図６（Ｃ）に示すＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図を図７に示すので合わせて参照する。

図６（Ａ）に示される支持体４２３は、折りたたみ形式のものである。支持体４２３を二つに折りたたんだ時に、アンテナ４２４ａとアンテナ４２５ａが、端子部４２５ｂと端子部４２４ｂとにそれぞれ接続する構成となっている。図６（Ｂ）に示すように、ＩＤチップ４０１の接続端子部４０５が、アンテナの端子部４２４ｃと端子部４２５ｃと電気的に接続するように固着する。すなわち、図７で示すように、異方性導電性接着剤４２６により、ＩＤチップの接続端子部４０５とアンテナの端子部４２５ｃと相対させて接続する。

その後、図６（Ｃ）は、支持体４２３を折りたたんで、ＩＤチップ４０１を支持体４２３の内側に封入する態様を示している。支持体４２３が折りたたまれる内側にシリコーン系、エポキシ系、またはアクリル系その他の有機樹脂４２７を封入すれば、ＩＤチップ４０１を固着することができる。それにより、耐衝撃性が向上して、ＩＤチップ４０１の破損を防ぐことができる。このようにして、アンテナとＩＤチップが一体化された半導体装置４２８を得ることができる。また、支持体の一方若しくは双方であって、アンテナ形成面と反対側の面を印刷面として、商品等に添付すれば無線タグ及びラベル類を得ることができる。

ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの他の態様を、図８を参照して説明する。なお、図８（Ｃ）に示すＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図を図９に示すので合わせて参照する。

図８は、ＩＤチップ４０１を、アンテナ４３０ａが形成されたラベル類４２９に直接貼り付ける態様を示している。アンテナ４３０ａはラベル類４２９の印刷面とは反対側の面に形成されていることが好ましく、銅や銀のペーストを用いて印刷法で形成することが可能である。また、金、銅、銀、アルミニウムなどの金属膜をスパッタリングまたは真空蒸着法などで形成して、フォトリソグラフィー技術によりアンテナを形成しても良い。或いは、薄い銅や銀などの金属板を張りエッチングによりアンテナを形成しても良い。ラベル類４２９は紙、不織布、プラスチック、セラミック等を適用することができる。

上記のようにアンテナ４３０ａを、印刷法やエッチング法で２０μｍ以下の厚さに形成することにより、ラベル類の可撓性を保持することができる。そして、図８（Ｃ）は、ＩＤチップ４０１の接続端子部４０５とアンテナ４３０ａの端子部４３０ｂとが電気的に接続するように貼り合わせる態様を示している。図９は、図８（Ｃ）のＡ−Ｂ線に対応する断面構造を示している。図９は、異方性導電性接着剤４３１により、ＩＤチップの接続端子部４０５とアンテナの端子部４３０ｂとを接続する態様を示している。ラベル類４３２はアンテナ４３０ａとＩＤチップ４０１を内包することで、従来のバーコードに代わってそれを添付したものの情報を管理することができる。

図１０は、メモリ部、信号制御回路部、通信回路部などを形成するＴＦＴを備えたＩＤチップの一態様を示す縦断面図である。絶縁基板２０１上には浮遊ゲート２１５と制御ゲート２１９を備えたＴＦＴ２２５と、ｎチャネル型のＴＦＴ２２６、ｐチャネル型のＴＦＴ２２７が形成されている。

ＴＦＴのチャネル形成領域を形成するための半導体膜２０５、２０６、２０７は、結晶性半導体膜で形成することが好ましい。結晶性半導体膜は、非晶質の半導体膜を光や熱のエネルギーにより結晶化したものを用いることができる。

また、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製されるセミアモルファス（微結晶若しくはマイクロクリスタルとも呼ばれる。以下「ＳＡＳ」ともいう。）半導体などを用いることもできる。ＳＡＳは、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいる。少なくとも膜中の一部の領域には、０．５〜２０ｎｍの結晶領域を観測することができ、シリコンを主成分とする場合にはラマンスペクトルが５２０ｃｍ^-1よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折ではシリコン結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。未結合手（ダングリングボンド）の中和剤として水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。ＳＡＳは、珪化物気体をグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。珪化物気体としては、ＳｉＨ₄、その他にもＳｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＦ₄などを用いることが可能である。またＧｅＦ₄を混合させても良い。この珪化物気体をＨ₂、または、Ｈ₂とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物は１×１０²⁰ｃｍ^-1以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０¹⁹／ｃｍ³以下、好ましくは１×１０¹⁹／ｃｍ³以下とする。このようなＳＡＳを用いることにより、ｎチャネル型ＴＦＴの電界効果移動度は５〜５０ｃｍ²／Ｖｓｅｃを達成することができる。

第１絶縁層２０２は下地バリア層として用いるものであり、絶縁基板が石英の場合には省略することができる。第２絶縁層２０８は半導体膜２０５、２０６、２０７上に形成してゲート絶縁膜として機能させるものである。第３絶縁層２１８は、ゲート電極２１５（浮遊ゲート）上に形成して、制御ゲート２１９に対するゲート絶縁膜として利用するものである。第４絶縁層２２０は保護層であり、必要に応じて設ければ良い。

第５絶縁層２２１は、表面が平坦になるように形成しても良く、その上層の配線２２２を形成する。配線２２２はその下層の各絶縁層に形成したコンタクトホールを利用してＴＦＴのソース及びドレイン領域若しくはゲート電極と接続するようにして、所望の回路を形成する際に用いる。配線は、さらに絶縁層を介して多層化しても良く、図１０では、第６絶縁層２２３上に導電層により接続端子部２２４を形成した状態を示している。第７絶縁層２２８は、接続端子部２２４の表面を露出させ、他を被覆する保護層であり、適宜設ければ良い。

ＴＦＴ２２５は書換可能メモリ部を形成するのに用いるものであり、メモリ部の構成によっては不要となる場合もある。ＴＦＴ２２６とＴＦＴ２２７は各種の信号制御回路や通信回路、ＳＲＡＭなどのメモリ回路を形成することが可能である。図１０で示すＴＦＴ２２６、２２７はシングルゲート構造を示しているが、本実施の形態はこれに限定されず、必要に応じてＬＤＤ構造としても良いし、マルチゲート構造としても良い。ゲート電極２１６、２１７をポリシリコンで形成する場合には、デュアルゲート構造としても良い。

アンテナは、低抵抗材料で形成することが望ましく、金、銀、銅などの抵抗率が低い金属材料で形成する。具体的には、金、銀、銅などの細線（ワイヤー状のもの）を支持体に埋め込むように形成しても良いし、インクジェットやスクリーン印刷法によって導電性ペーストでアンテナを形成しても良い。また、薄い金属板を支持体上に貼り付けて、エッチングによりアンテナを形成しても良いし、メッキによりアンテナを形成しても良い。また、より微細化をするには、金属膜をスパッタリングで形成し、フォトリソグラフィー法によりアンテナを形成しても良い。

図１０に示すＩＤチップの製造工程の一態様を図１１を参照して説明する。

図１１（Ａ）において、絶縁基板２０１上に第１絶縁層２０２を形成する。第１絶縁層２０２は絶縁基板２０１から不純物が拡散するのを防ぐために設けるもので、石英を用いる場合にはこれを省略しても構わない。半導体膜２０３は化学的な成膜法または物理的な成膜法により形成する。化学的な成膜法とは、例えば、シランやジシランガスを用いる気相成長法（ＣＶＤ法）があり、減圧（熱）ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などである。物理的な成膜法としては、スパッタリング法が代表例として知られている。

半導体膜２０３は、絶縁基板２０１上に直接結晶性の半導体膜を形成しても良いが、好適には、非晶質の半導体膜を成膜した後、レーザー光等のエネルギービームの照射や、熱処理によって結晶化させたものを適用する。代表的には、シラン若しくはジシランを熱または電磁エネルギーによって分解して堆積した非晶質構造を有する半導体膜を形成する。それを結晶化するには、パルス光または連続光であるレーザービームを照射する、所謂レーザーアニールと呼ばれる技術を適用する。レーザーはエキシマレーザーに代表される気体レーザー、ＹＡＧやＹＶＯ₄に代表される固体レーザーであり、紫外光帯域若しくは可視光帯域の波長の光を光学系で集光して行う。

レーザーアニールでは、連続発振若しくは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上の高繰り返しパルスレーザービームの照射により結晶化すると、粒径の大きな結晶を得ることができる。これは、半導体膜にレーザービームを照射することで溶融した領域（以下「溶融帯」ともいう。）を、レーザービームの走査と共に連続的に移動させて結晶化する技術である。このレーザーアニールにより、レーザービームの走査方向に結晶粒が延びた結晶性半導体膜を形成することができる。この結晶粒の中にＴＦＴのチャネル部が形成されるように、回路を配置すれば、実質的に単結晶半導体で形成されたＭＯＳトランジスタと同等の性能を得ることができる。

連続発振若しくは繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上の高繰り返しパルスレーザービームの照射により結晶化する場合には、レーザー発振器として、ＹＡＧレーザーやＹＶＯ₄レーザーなどで代表される固体レーザー発振器を用いることができる。結晶化ができるようにレーザービームを線状若しくは楕円状に集光すると、照射面において、長手方向に凡そ０．４〜１ｍｍのレーザービームを得ることができる。これを図１２に示すように、集光したレーザービームの短手方向に走査することで、絶縁基板２０１上の半導体膜２０３に結晶化領域を形成することができる。ＩＤチップは１ｍｍ乃至はそれ以下の寸法で製造するので、１ｍｍ程度の結晶化領域があれば十分である。

また、絶縁基板として石英を用いれば、９００℃以上の熱処理にも耐えるので、半導体膜の結晶化を６００℃以上で行うこともできる。例えば、非晶質シリコンの結晶化を６００℃で行い、８００℃以上の熱ＣＶＤにより酸化シリコン膜で成るゲート絶縁膜を形成することもできる。また、９００℃以上の熱処理や、熱酸化によるゲート絶縁膜を形成することもできる。

一方、歪み点が７００℃以下のガラス基板を用いる場合には、レーザーアニールにより結晶化したシリコン膜で半導体膜を形成することができる。また、非晶質シリコン膜にニッケルなどの結晶化を促進する元素を添加して加熱処理により結晶化を行い、さらにレーザーアニールを加えて結晶化した半導体膜であって、好適にはその後ゲッタリング処理により触媒元素の濃度を低減させた半導体膜を用いても良い。

図１１（Ｂ）に示すように、結晶化した半導体膜２０３を、エッチングにより所望の形状に分割する。すなわち、ＴＦＴのチャネル形成領域やソース及びドレイン領域などを形成するための半導体膜２０５、２０６、２０７を、回路の配置に合わせて形成する。

本実施の形態において、図１１を参照する以降の説明では、浮遊ゲートを持った不揮発性メモリを形成するＴＦＴと、信号制御回路若しくは通信回路を構成するｎチャネル型とｐチャネル型のＴＦＴを形成する態様について説明する。浮遊ゲートを持った不揮発性メモリを形成するＴＦＴは半導体膜２０５を使って形成する。ｎチャネル型ＴＦＴは半導体膜２０６を使って形成する。ｐチャネル型ＴＦＴは半導体膜２０７を使って形成する。

図１１（Ｃ）では、半導体膜２０５、２０６、２０７を被覆するようにゲート絶縁膜としても機能する第２絶縁層２０８を形成する。第２絶縁層２０８は酸化シリコンや酸窒化シリコンなどで形成すれば良い。この第２絶縁層は、減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法で形成しても良いし、絶縁基板が石英である場合には、半導体膜２０５、２０６、２０７の表面を熱酸化して第２絶縁層２０８を形成しても良い。

そして、半導体膜２０５、２０６、２０７上にマスク２０９、２１０、２１１を形成する。このマスク２０９、２１０、２１１は、半導体膜２０５、２０６、２０７に選択的に一導電型またはその反対の導電型の不純物元素を添加する際に用いるマスクである。このマスクは、感光性のレジスト材料などを使って、主にチャネル形成領域となる領域を被覆するように形成する。このマスク２０９、２１０、２１１を利用して、半導体膜２０５、２０６、２０７にｎ型またはｐ型の不純物領域を形成する。不純物領域の種別は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、半導体膜２０５と２０６にｎ型不純物領域２１２、２１３を形成し、半導体膜２０７にはｐ型不純物領域２１４を形成することとする。

これらの不純物領域に対応して、図１１（Ｄ）に示すように、第２絶縁層２０８上にゲート電極２１５、２１６、２１７を形成する。ゲート電極は、タングステン、チタン、タンタルなどの高融点金属若しくはそのシリサイド、或いはポリシリコン等で形成すれば良い。また、図示しないが、ゲート電極の位置に対応して低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）を設けても良い。半導体膜２０５上のゲート電極２１５は浮遊ゲートとするために、ｎ型不純物領域２１２の内側に形成している。チャネル形成領域はこのゲート電極２１５、２１６、２１７と、半導体膜２０５、２０６、２０７とがそれぞれ重なる領域に形成されることとなる。

図１１（Ｅ）に示すように、第３絶縁層２１８を形成し、ゲート電極２１５（浮遊ゲート）に対応した位置に制御ゲート２１９を形成する。第４絶縁層２２０はその上層に形成して保護層とする。

以上のように半導体膜とゲート電極を形成した後、図１０に示すように、第５絶縁層２２１を形成して表面を平坦化すると良い。この場合、第５絶縁層２２１は、ＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）やＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）などを用いて、リフロー平坦化をして形成することができる。また、ポリイミドやアクリルなどの樹脂材料をスピン塗布して平坦化膜を形成しても良いし、シリコーン樹脂、代表的には有機シロキサン系の塗布膜を形成しても良い。

配線２２２は、第２乃至第５絶縁層を貫通するコンタクトホールを形成することで、半導体膜に形成された不純物領域とコンタクトを形成できる。配線２２２とコンタクトホールの配置は、目的とする回路の構成に合わせて適宜設計すれば良い。

ＩＤチップを形成するに際して必要となる接続端子は、この配線２２２と同じ層で形成しても良いし、第６絶縁層２２３を形成してその層上に接続端子部２２４を形成しても良い。

以上にようにして、図１０に示すように、浮遊ゲートと制御ゲートを備えたＴＦＴ２２５と、ｎチャネル型ＴＦＴ２２６、ｐチャネル型ＴＦＴ２２７が絶縁基板２０１上に形成される。浮遊ゲートと制御ゲートを備えたＴＦＴ２２５はメモリを構成するためのものであり、ｎチャネル型ＴＦＴ２２６とｐチャネル型ＴＦＴ２２７は信号制御回路や通信回路を形成する。

また、図１３に示すように、第７絶縁層２２８上にアンテナ２２９を形成しても良い。アンテナ２２９は銀や銅のペーストを用いて印刷法で形成しても良いし、窒化タンタルと銅の積層膜をスパッタリング法で形成して、エッチング加工により形成しても良い。図１４は絶縁基板２０１上にアンテナ２２９が形成されたＩＤチップの斜視図を示し、ループ状のアンテナ２２９を形成している。アンテナの長さは利用する周波数帯によっても異なる。１３．５６ＭＨｚに代表される短波帯を利用する場合には、約５０ｍｍ程度で良いので、ＩＤチップ上にアンテナ形成しても５〜１０回巻き程度で済む。

このようなＩＤチップは、大面積のガラス基板を用いることによって、生産性を向上させることができる。例えば、市場に流通している第４世代の液晶パネルは７３０ｍｍ×９２０ｍｍであり、面積は６７１６００ｍｍ²なので、チップの切しろの分を無視したとしても、２ｍｍ角のチップを切り出す場合には概算でも３４万個のチップを取り出すことができる。また、１ｍｍ角のチップでは、概算６７万個のチップを、０．４ｍｍ角では４００万個のチップを取り出すことができる。

ガラス基板の厚さは０．４〜０．７ｍｍであり、ＴＦＴを形成する面と反対側の面に保護フィルムを貼れば０．１〜０．３ｍｍ程度まで薄くすることも可能である。

このような大面積のガラス基板上にＴＦＴで成る集積回路を製造するラインを新たに構築したとしても、設備投資額は数百億円であり、１２インチウエハーの製造ラインと比較しても、半分以下で済むこととなる。このことは、本発明を用いることにより、ＲＦＩＤ用の半導体装置、代表的には無線タグ及びラベル類を低コストで多量に提供することができることを裏付けている。

大面積のガラス基板にＩＤチップ４０１を形成した後、それを個々のチップに分断するには、図１５に示すように、マザーガラス基板２００から、ＣＯ₂レーザー４５０を使えば容易に分断加工をすることができる。ＣＯ₂レーザーは、切りしろとして無駄になる面積が極めて小さく、分断加工幅は数十ミクロン程度を見込んでおけば良い。

このようなＩＤチップを搭載した物品において、電波方式認証を行う方法について図１６を参照して説明する。

図１６に示すようなリーダ／ライタ装置３０１に、ＩＤチップ４０１が組みこまれた無線タグ３０５を持つ物品３００を、リーダ／ライタモジュール３０２のアンテナ部に近づけると、電波方式認証を行うことができる。ここで、ＩＤチップ４０１が付けられた無線タグ３０５はアンテナが組みこまれている。

そして、ＩＤチップ４０１が記憶している商品の原材料や原産地、生産（製造）工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等や、商品の説明等の商品に関する情報を、リーダ／ライタ装置３０１の表示部３０３に表示させることもできる。もちろんリーダ／ライタ装置３０１に表示部３０３を必ず設ける必要はなく、コンピュータ３０４でモニタし、さらに新たな情報を書き込んでも良い。新たな情報を記憶させたい場合には、リーダ／ライタモジュール３０２から無線通信によりＩＤチップ４０１に書き込むことができる。

図１７で示す商品３０６は、その商品３０６に添付されているラベル類３０７に、ＩＤチップ４０１が付けられている状態を示している。ＩＤチップ４０１は、図２で示すようにアンテナが形成された支持体４１０と共に添付されていれば良い。勿論、他の構成として、図４、図６、図８で示す態様で添付されていても良い。すなわち、このラベル類３０７は、視覚的に通常の商品の包装体と何ら変わりないが、実際には無線タグとして利用可能となっている。

個人が所有する携帯情報端末３０８にリーダ／ライタモジュール３０９を搭載しておけば、ＩＤチップ４０１に記録されている情報を読み出し、表示部３１０にその内容を表示させることができる。勿論、全ての情報をＩＤチップ４０１に記憶させる必要はなく、数ビットの識別番号のみを記憶させておき、携帯情報端末３０８の電話通信機能を利用して、ホストコンピュータ３１１に接続している記録媒体３１２から詳しい情報を得ることもでき、それを表示部３１０で視認することもできる。

図１８は、紙幣及び有価証券類３１３に、図１４で示すようなアンテナが一体形成されたＩＤチップ４０１を刷り込んだものである。リーダ装置３１４のリーダモジュール３１５を紙幣及び有価証券類３１３に近づけることにより、表示部３１６にＩＤチップ４０１に記録されている情報を表示させることができる。その情報を基に、例えば、真贋判定をすることができる。この場合、ＩＤチップ４０１はマスクＲＯＭで構成される読み出し専用メモリとすることが望ましい。

また、商品のラベルに本発明のＲＦＩＤ用半導体装置及び無線タグ及びラベル類を付けておき、それを用いて商品の流通を管理するような利用も可能である。

図１９に示すように、物品３１７にＩＤチップ４０１が固着されたラベル類３１８を付けておく。物品３１７に関する識別情報は、ラベル類３１８に固着しているＩＤチップ４０１から無線で読み取ることが可能である。このラベル類３１８は、図２、図４、図６、図８などで示すように、アンテナとＩＤチップを一体化させたものである。ＩＤチップ４０１が記憶している情報は、リーダ／ライタモジュールが組みこまれたセンサ部３１９によって読み取ることができる。

図１９は、ベルトコンベア３２０で搬送されてくる物品３１７に付されたＩＤチップ４０１の情報を、非接触で連続的に、或いは同時に読み取る態様を示している。ＩＤチップ４０１内のメモリとして、不揮発性メモリを用いている場合、物品３１７の流通のプロセスを記録することができる。また商品の生産段階におけるプロセスを記録しておくことで、卸売業者、小売業者、消費者が、産地、生産者、製造年月日、加工方法などを把握することが容易になる。

なお、ここでは非接触型のリーダ／ライタについて説明したが、接触型であっても表示部に情報を表示させればよい。また非接触型または接触型の無線タグが搭載される商品自体に表示部を設け、情報を表示させても構わない。

以上、説明したように、本発明は様々な態様で用いることができる。そして、このような広い分野で利用されるために増加する需要に対して、安価で多量にＲＦＩＤ技術に用いる半導体装置及び無線タグ及びラベル類を提供する。

本発明のＲＦＩＤ用半導体装置の主な構成を示すブロック図である。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する上面図である。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する断面図である（図２のＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図）。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する上面図である。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する断面図である（図４のＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図）。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する上面図である。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する断面図である（図６のＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図）。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する上面図である。ＩＤチップとアンテナとの組み合わせの一態様を説明する断面図である（図８のＡ−Ｂ切断線に対応する縦断面図）。メモリ部、信号制御回路部、通信回路部などを形成することができるＴＦＴを備えたＩＤチップの一態様を示す縦断面図である。ＩＤチップの製造工程の一例を示す縦断面図である。絶縁基板上に形成した半導体膜をレーザーアニールで結晶化をする一態様を説明する図である。メモリ部、信号制御回路部、通信回路部などを形成することができるＴＦＴを備えたＩＤチップの一態様を示す縦断面図である。絶縁基板２０１上にアンテナ２２９が形成されたＩＤチップの斜視図である。マザーガラス基板からＩＤチップをレーザー加工で分断する一態様を説明する図である。本発明のＩＤチップを搭載した物品の利用形態の一例を説明する図である。本発明のＩＤチップを搭載した物品の利用形態の一例を説明する図である。本発明のＩＤチップを搭載した物品の利用形態の一例を説明する図である。商品のラベルに本発明の無線タグ及びラベル類を適用し商品の流通を管理する一態様を説明する図である。

符号の説明

４０１ＩＤチップ
４０２メモリ部
４０３信号制御回路部
４０４通信回路部
４０５接続端子部
４０６アンテナ部
４０７読出専用メモリ部
４０８書換可能メモリ部
４１０支持体
４１１ａアンテナ
４１１ｂ端子部
４１２半導体装置
４１３ラベル類
４１４異方性導電性接着剤
４１５接着剤
４１６支持体
４１７ａアンテナ
４１７ｃ連結線
４１７ｂ端子部
４１８異方性導電性接着剤
４１９支持体
４２０ａアンテナ
４２０ｂ端子部
４２１異方性導電性接着剤
４２２半導体装置
４２３支持体
４２４ａアンテナ
４２４ｂ端子部
４２４ｃ端子部
４２５ａアンテナ
４２５ｂ端子部
４２５ｃ端子部
４２６異方性導電性接着剤
４２７有機樹脂
４２８半導体装置
４２９ラベル類
４３０ａアンテナ
４３０ｂ端子部
４３１異方性導電性接着剤
４３２ラベル類

Claims

絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域が形成される薄膜トランジスタで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成され、前記通信回路部に接続する端子部にアンテナが接続していることを特徴とする半導体装置。
絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域が形成される薄膜トランジスタで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成され、前記通信回路に接続する端子部にアンテナが接続されるように、前記絶縁基板と、前記アンテナが形成された支持体とが、相対して固定されていることを特徴とする半導体装置。
請求項１又は２において、前記絶縁基板は、ガラス、石英又はプラスチックであることを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記絶縁基板と、前記結晶性半導体膜との間に、金属層と酸化珪素層とが接した層が設けられていることを特徴とする半導体装置。
絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域が形成される薄膜トランジスタで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、前記ＩＤチップの端子部と接続するようにアンテナが備えられ、無線通信により前記メモリ部に記憶されているデータ若しくは前記メモリ部に記憶させるデータを前記通信回路を介して通信可能であることを特徴とするラベル類。
絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域が形成される薄膜トランジスタで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、前記ＩＤチップの端子部と接続するように、アンテナが形成された支持体とが相対して固定され、包装体若しくはラベルの一方の面に附着していることを特徴とするラベル類。
絶縁基板上に分離形成された結晶性半導体膜でチャネル形成領域が形成される薄膜トランジスタで、メモリ部と信号制御回路部と通信回路部とが形成されたＩＤチップと、前記ＩＤチップの端子部と、包装体若しくはラベルの一方の面に形成されたアンテナとが接続するように相対して固着されていること
を特徴とするラベル類。
請求項５において、前記アンテナが、前記絶縁基板上に形成されていることを特徴とするラベル類。
請求項８乃至８のいずれか一項において、前記絶縁基板は、ガラス、石英又はプラスチックであることを特徴とするラベル類。
請求項５乃至９のいずれか一項において、前記絶縁基板と、前記結晶性半導体膜との間に、金属層と酸化珪素層とが接した層が設けられていることを特徴とするラベル類。