JP2007013122A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は無線でデータの送信又は受信が可能な半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device capable of wirelessly transmitting or receiving data.
近年、無線でデータの送信又は受信が可能な半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置は、RFID(Radio Frequency Identification)、RFチップ、RFタグ、ICチップ、ICタグ、無線チップ、無線タグ、電子チップ、電子タグ、無線プロセッサ、無線メモリ等と呼ばれている。現在実用化されているものは、内蔵する集積回路が単結晶シリコン基板上に形成されたものが主流である(例えば、特許文献1参照。)。
無線でデータの送信又は受信が可能な半導体装置(以下、無線チップと記す)は、アンテナに接近した場合などの強い磁界中において、内部で発生する電圧が過度に高くなり、回路を構成するトランジスタなどの素子が破壊してしまうという問題がある。 A semiconductor device capable of wirelessly transmitting or receiving data (hereinafter referred to as a wireless chip) is a transistor that constitutes a circuit due to excessively high internal voltage in a strong magnetic field such as when approaching an antenna. There is a problem that elements such as the above are destroyed.
これに対し、リミッタ回路や定電圧発生回路といった回路を追加することで、過度に高い電圧が発生することを抑える方法がある(特許文献:特開2005−322899号参照)。しかしながらこの方法は、余分な回路の追加によって回路面積が増加することも考えられうる。 On the other hand, there is a method of suppressing the generation of an excessively high voltage by adding a circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-322899). However, in this method, the circuit area may be increased due to the addition of an extra circuit.
また、吸収する電力は、過度の電圧を発生する場合と同じであり、消費電力が大きい、といった課題がある。 In addition, the power to be absorbed is the same as when excessive voltage is generated, and there is a problem that power consumption is large.
本発明は、上記を鑑みてなされたものである。アンテナに接近した場合などの強い磁界中においても内部で発生する電圧が過度に高くなることを抑え、リミッタ回路や定電圧発生回路といった余分な回路を追加しないことで、信頼性が高く、チップ面積が小さく、かつ消費電力の小さい無線チップを実現することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above. Even in a strong magnetic field such as when approaching an antenna, the internal generated voltage is prevented from becoming excessively high, and no extra circuitry such as a limiter circuit or constant voltage generation circuit is added, resulting in high reliability and chip area. It is an object to realize a wireless chip with low power consumption and low power consumption.
上記課題を実現するための手段として、発明者は、共振回路に発生する電圧が所定の電圧を越える場合に、共振回路のパラメータを変化させて共振状態から遠ざけることで、過度の電圧の発生を抑えることを考えた。また、そのような機能を有する共振回路を構成するために、MOS容量素子の非線形な性質に注目した。 As a means for realizing the above-described problem, the inventor, when the voltage generated in the resonance circuit exceeds a predetermined voltage, changes the parameter of the resonance circuit to move away from the resonance state, thereby generating an excessive voltage. I thought about holding it down. Also, in order to construct a resonant circuit having such a function, attention was paid to the non-linear nature of the MOS capacitor element.
本発明は、所定のしきい値電圧を有するMOS容量素子を有する共振回路を用いることで、リミッタ回路や定電圧発生回路を用いることなく、過度の電圧が発生することを抑えることが可能な、新しい無線チップを提供するものである。 The present invention can suppress the generation of an excessive voltage without using a limiter circuit or a constant voltage generation circuit by using a resonance circuit having a MOS capacitance element having a predetermined threshold voltage. A new wireless chip is provided.
本発明に用いるMOS容量素子について、図2を用いて説明する。容量素子は導電膜と絶縁膜と導電膜が積層されて構成され、2端子を有する(以下、MOS容量素子と区別して、通常の容量素子とも記す)。このような、通常の容量素子は、図2(C)に示すように、電圧に依らずに一定の容量値を有する。
本発明のようにチップ内部に共振容量を設ける場合、容量素子の両端に正負のいずれの信号が入っても容量素子として動作する必要があるため、導電膜と絶縁膜と導電膜が積層された構造を有する容量素子を用いると好ましい。
The MOS capacitor element used in the present invention will be described with reference to FIG. The capacitor element is formed by laminating a conductive film, an insulating film, and a conductive film, and has two terminals (hereinafter, also referred to as a normal capacitor element in distinction from a MOS capacitor element). As shown in FIG. 2C, such a normal capacitor element has a constant capacitance value regardless of the voltage.
When a resonant capacitor is provided inside the chip as in the present invention, it is necessary to operate as a capacitive element regardless of whether a positive or negative signal is input to both ends of the capacitive element. Therefore, a conductive film, an insulating film, and a conductive film are stacked. It is preferable to use a capacitor having a structure.
一方、MOS容量素子は、導電膜と絶縁膜と半導体領域が積層されて構成される容量素子である。導電膜側の電極(電圧Vm)、及び半導体領域側の電極(電圧Vs)の2端子を有する。以下では、トランジスタでの名称になぞらえて、導電膜側の電極をゲート電極、導電膜側の電極と絶縁膜を介して重なる半導体領域をチャネル形成領域と記すこともある。 On the other hand, the MOS capacitor element is a capacitor element formed by stacking a conductive film, an insulating film, and a semiconductor region. It has two terminals: an electrode on the conductive film side (voltage Vm) and an electrode on the semiconductor region side (voltage Vs). In the following description, the electrode on the conductive film side may be referred to as a gate electrode, and the semiconductor region overlapping with the conductive film side electrode through an insulating film may be referred to as a channel formation region.
N型MOS容量素子は、しきい値電圧Vthnを有し、Vm>Vs+Vthnが成り立つ場合、チャネル形成領域にN型の反転層が形成される。その結果、Vm>Vs+Vthnではチャネル形成領域が導電性を有し、通常の容量素子として振舞う。P型MOS容量素子は、しきい値電圧Vthpを有し、Vm<Vs+Vthpが成り立つ場合に、チャネル形成領域にP型の反転層が形成され。その結果、Vm<Vs+Vthpではチャネル形成領域が導電性を有し、通常の容量素子として振舞う。上記以外の条件では、容量値がほぼ0となる。 An N-type MOS capacitor element has a threshold voltage Vthn, and when Vm> Vs + Vthn is established, an N-type inversion layer is formed in the channel formation region. As a result, when Vm> Vs + Vthn, the channel formation region has conductivity and behaves as a normal capacitor. A P-type MOS capacitor element has a threshold voltage Vthp, and when Vm <Vs + Vthp is satisfied, a P-type inversion layer is formed in the channel formation region. As a result, when Vm <Vs + Vthp, the channel formation region has conductivity and behaves as a normal capacitor. Under conditions other than the above, the capacitance value is almost zero.
この様子を図2(A)、(B)に示す。図2(A)は、しきい値電圧Vthn1のN型MOS容量素子の容量値Cと電圧Vの関係201と、しきい値電圧Vthn2のN型MOS容量素子の容量値Cと電圧Vの関係202を示したものである。図2(B)は、しきい値電圧Vthp1のP型MOS容量素子の容量値Cと電圧Vの関係203と、しきい値電圧Vthp2のP型MOS容量素子の容量値Cと電圧Vの関係204を示したものである。なお、図には、Vthn2<Vthn1、また、Vthp1<Vthp2の場合を示した。
This is shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). FIG. 2A shows the
本発明の無線チップは、図2(A)(B)に示すような所定のしきい値電圧を持つMOS容量素子を有する共振回路を有することを特徴とする。 The wireless chip of the present invention includes a resonance circuit having a MOS capacitor having a predetermined threshold voltage as shown in FIGS.
MOS容量素子のしきい値電圧が所定の値となるように制御する方法としては、MOS容量素子のチャネル形成領域に含まれる不純物元素濃度をイオンドープやイオン注入によって制御する方法をあげることができる。また、導電膜、絶縁膜、及び半導体領域の材料を適宜選択することでもある程度制御することが可能である。 As a method for controlling the threshold voltage of the MOS capacitor element to be a predetermined value, a method of controlling the impurity element concentration contained in the channel formation region of the MOS capacitor element by ion doping or ion implantation can be mentioned. . In addition, it can be controlled to some extent by appropriately selecting materials for the conductive film, the insulating film, and the semiconductor region.
なお、本発明の無線チップが有する共振回路は、しきい値電圧が負のN型MOS容量、あるいはしきい値電圧は正のP型MOS容量素子を有することを特徴とする。 Note that the resonance circuit included in the wireless chip of the present invention has an N-type MOS capacitor having a negative threshold voltage or a P-type MOS capacitor element having a positive threshold voltage.
本発明では、高電圧を発生しない条件では、MOS容量素子は一定の容量値を有する。一方、本発明で用いるMOS容量素子には交流電圧が印加され、容量素子の2端子間には正負両方の電圧が印加されることから、一定の容量値を有するためには、N型MOS容量素子のしきい値電圧は負(Vthn<0)、P型MOS容量素子のしきい値電圧は正(Vthp>0)であることが必要となる。 In the present invention, the MOS capacitance element has a constant capacitance value under the condition that no high voltage is generated. On the other hand, an AC voltage is applied to the MOS capacitor used in the present invention, and both positive and negative voltages are applied between the two terminals of the capacitor. Therefore, in order to have a constant capacitance value, an N-type MOS capacitor The threshold voltage of the element needs to be negative (Vthn <0), and the threshold voltage of the P-type MOS capacitor element needs to be positive (Vthp> 0).
本発明は消費電力においても優れている。リミッタ回路や定電圧発生回路を用いる場合には、これらの回路が機能し過度の電圧の発生を抑えている状態においても、吸収する電力は変わらない。本発明の共振回路は、共振点をずらすことで過剰な電圧発生を抑えるため、電力の吸収自体を抑えることができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。 The present invention is also excellent in power consumption. In the case of using a limiter circuit or a constant voltage generation circuit, the absorbed power does not change even when these circuits function and suppress excessive voltage generation. Since the resonance circuit of the present invention suppresses excessive voltage generation by shifting the resonance point, the power absorption itself can be suppressed. As a result, power consumption can be reduced.
このことは、複数のチップを読み取る場合などにおいて特に有効である。複数のチップが磁界に入ると、各チップの電力吸収が磁界に影響し、チップの共振点がずれてしまう。その結果、複数のチップを読み取る性能が落ちてしまうという問題がある。本発明は、特に電力吸収の大きい条件でチップの電力吸収を抑えることができ、複数のチップを読み取る場合においても優れた特性を発揮する。 This is particularly effective when reading a plurality of chips. When a plurality of chips enter a magnetic field, the power absorption of each chip affects the magnetic field, and the resonance point of the chip shifts. As a result, there is a problem that the performance of reading a plurality of chips deteriorates. The present invention can suppress the power absorption of the chip particularly under the condition of large power absorption, and exhibits excellent characteristics even when reading a plurality of chips.
また、本発明では、リミッタ回路や定電圧発生回路といった回路を追加しないため、回路面積を小さくすることが可能である。さらに、MOS容量素子の絶縁膜としてゲート絶縁膜を用いた場合、ゲート絶縁膜は薄く良好な膜質を有することから、他の絶縁膜を用いた容量素子と比して、容量素子の面積を小さくできる。 In the present invention, since a circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is not added, the circuit area can be reduced. Further, when a gate insulating film is used as an insulating film of a MOS capacitor element, the gate insulating film is thin and has a good film quality, so that the area of the capacitor element is smaller than that of a capacitor element using another insulating film. it can.
本発明の無線チップは、単結晶シリコン基板上に形成しても構わないし、ガラス基板上、あるいはプラスチックのような可撓性を有する基体上に形成しても構わない。 The wireless chip of the present invention may be formed on a single crystal silicon substrate, or may be formed on a glass substrate or a flexible substrate such as plastic.
特に、可撓性を有する基体上に形成した形態は、無線チップ自体がフレキシブルであるという付加価値から、紙の中に埋め込む、曲面上に貼り付けるなど、様々な応用において有利である。これらの応用では、複数のチップを読み取る性能が重要となる場合も多く、本発明の構成は好ましい。 In particular, the form formed on a flexible substrate is advantageous in various applications such as embedding in paper or pasting on a curved surface because of the added value that the wireless chip itself is flexible. In these applications, the performance of reading a plurality of chips is often important, and the configuration of the present invention is preferable.
特に、ガラス基板上に形成した形態、あるいはガラス基板上に形成したチップを可撓性を有する基体上へ転置した形態は、単結晶シリコン基板上に形成した形態と比較すると、コスト面で優れる。これは、ガラス基板が、単結晶シリコン基板と比較して、非常に大きいためである。一方で、ガラス基板上に形成した形態はチップ面積が大きくなるという問題があるが、MOS容量素子の面積が小さいことや、リミッタや定電圧発生回路を設けなくても良いことから、本発明の構成は好ましいといえる。 In particular, a form formed on a glass substrate or a form in which a chip formed on a glass substrate is transferred onto a flexible substrate is superior in cost compared to a form formed on a single crystal silicon substrate. This is because the glass substrate is much larger than the single crystal silicon substrate. On the other hand, the form formed on the glass substrate has a problem that the chip area becomes large. However, since the area of the MOS capacitor element is small and the limiter and the constant voltage generation circuit do not need to be provided, The configuration is preferable.
以下に本発明の具体的な構成を示す。 The specific configuration of the present invention is shown below.
本発明の半導体装置の一形態は、しきい値電圧が負のN型MOS容量素子を有する共振回路を有し、アンテナを介して無線でデータを送受信することを特徴とする。 One embodiment of a semiconductor device of the present invention is characterized in that it has a resonance circuit including an N-type MOS capacitor element having a negative threshold voltage, and transmits and receives data wirelessly via an antenna.
特に、N型MOS容量素子のしきい値電圧は、−24V以上−0.1以下の範囲にあることが好ましい。 In particular, the threshold voltage of the N-type MOS capacitor element is preferably in the range of −24 V to −0.1.
また、N型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値は、最小動作電源電圧の1/2以上、最大動作電源電圧の2倍以下であることが好ましい。 The absolute value of the threshold voltage of the N-type MOS capacitor element is preferably not less than 1/2 of the minimum operating power supply voltage and not more than twice the maximum operating power supply voltage.
また、N型MOS容量素子の半導体領域には、N型不純物元素が1×1017以上1×1020atoms/cm3以下の濃度で含まれることが好ましい。 The semiconductor region of the N-type MOS capacitor element preferably contains an N-type impurity element at a concentration of 1 × 10 17 or more and 1 × 10 20 atoms / cm 3 or less.
本発明の半導体装置の別の一形態は、しきい値電圧が正のP型MOS容量素子を有する共振回路を有し、アンテナを介して無線でデータを送受信することを特徴とする。 Another embodiment of the semiconductor device of the present invention is characterized in that it has a resonance circuit having a P-type MOS capacitor having a positive threshold voltage, and transmits and receives data wirelessly via an antenna.
特に、P型MOS容量素子のしきい値電圧は、0.1以上24V以下の範囲にあることが好ましい。 In particular, the threshold voltage of the P-type MOS capacitor is preferably in the range of 0.1 to 24V.
また、P型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値は、最小動作電源電圧の1/2以上、最大動作電源電圧の2倍以下であることが好ましい。 In addition, the absolute value of the threshold voltage of the P-type MOS capacitor element is preferably not less than 1/2 of the minimum operating power supply voltage and not more than twice the maximum operating power supply voltage.
また、P型MOS容量素子の半導体領域には、P型不純物元素が1×1017以上1×1020atoms/cm3以下の濃度で含まれることが好ましい。 The semiconductor region of the P-type MOS capacitor element preferably contains a P-type impurity element at a concentration of 1 × 10 17 or more and 1 × 10 20 atoms / cm 3 or less.
本発明の半導体装置は、ガラス基板もしくは可撓性を有する基板上に設けられた集積回路を有していてもよい。 The semiconductor device of the present invention may include an integrated circuit provided over a glass substrate or a flexible substrate.
本発明の半導体装置は、薄膜トランジスタを含む集積回路を有していてもよい。 The semiconductor device of the present invention may have an integrated circuit including a thin film transistor.
本発明の別の一形態は、上述した半導体装置が搭載されている紙幣、硬貨、有価証券、証書、無記名債券、包装用容器、書籍、記録媒体、乗物、食品、衣類、保健用品、生活用品、薬品あるいは電子機器であることを特徴とする。 Another embodiment of the present invention is a banknote, a coin, a securities, a certificate, a bearer bond, a packaging container, a book, a recording medium, a vehicle, food, clothing, health supplies, or daily items on which the semiconductor device described above is mounted. It is characterized by being a medicine or an electronic device.
本発明は、アンテナに接近した場合などの強い磁界中においても、内部で発生する電圧が過度に高くなることを抑え、信頼性の高い無線チップを実現することが出来る。 The present invention can realize a highly reliable wireless chip by suppressing an excessively high voltage generated inside even in a strong magnetic field such as when approaching an antenna.
また、リミッタ回路や定電圧発生回路といった余分な回路を追加しないため、チップ面積が小さい無線チップを実現することができる。 In addition, since an extra circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is not added, a wireless chip with a small chip area can be realized.
さらに、本発明の共振回路は、共振点をずらすことで過剰な電圧発生を抑えるため、リミッタ回路や定電圧発生回路を用いる場合と異なり、電力の吸収自体を抑えることができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。特に、複数のチップを読み取る必要のある応用において効果が大きい。 Furthermore, since the resonance circuit of the present invention suppresses excessive voltage generation by shifting the resonance point, unlike the case where a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is used, power absorption itself can be suppressed. As a result, power consumption can be reduced. In particular, the effect is great in applications where it is necessary to read a plurality of chips.
また特に、可撓性を有する基体上に形成した形態は、様々な応用が考えられるが、電力吸収を抑える本発明の構成は複数のチップを読み取る場合に有効であり、様々な応用において相乗効果を得ることができる。 In particular, the form formed on a flexible substrate can be used in various applications. However, the configuration of the present invention that suppresses power absorption is effective when reading a plurality of chips, and has a synergistic effect in various applications. Can be obtained.
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明で用いる共振回路について説明する。これは、本発明の無線チップを最も簡略化した形態と考えることができる。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a resonance circuit used in the present invention will be described. This can be considered as the most simplified form of the wireless chip of the present invention.
まず、従来の共振回路について図3を用いて説明する。図3(A)には、インダクタンスLを有するコイルアンテナと、抵抗値Rを有する抵抗素子と、容量値Cを有する容量素子が直列に接続された共振回路と、これに電力を供給するアンテナ(インダクタンスLR、電流iR)が示されている。これは、従来の無線チップと該無線チップとデータの送受信を行う装置(以下、リーダと呼ぶ)を表す簡略化されたモデルと考えることができる。図3(A)において、2つのアンテナ間の相互インダクタンスをM、角周波数をωとした場合、容量素子の両端に誘起される交流電圧の振幅Vは、式1で与えられる。特に、ω2LC=1が成り立つ場合を共振状態と呼び、電圧振幅Vは最大となる。
図3(B)には、容量値Cと電圧振幅Vの関係を示す。曲線(2)と曲線(1)では相互インダクタンスの値が異なり、曲線(2)の方が相互インダクタンスが大きい。相互インダクタンスは無線チップとリーダの距離や配置を変えた場合に変化し、例えば無線チップとリーダの距離が近いほど大きい。また、図3(C)には、相互インダクタンスMと電圧振幅Vとの関係を示す。図3(C)に示すように電圧振幅Vは相互インダクタンスMに比例する。 FIG. 3B shows the relationship between the capacitance value C and the voltage amplitude V. The curve (2) and the curve (1) have different mutual inductance values, and the curve (2) has a larger mutual inductance. The mutual inductance changes when the distance and arrangement of the wireless chip and the reader are changed. For example, the mutual inductance increases as the distance between the wireless chip and the reader decreases. FIG. 3C shows the relationship between the mutual inductance M and the voltage amplitude V. As shown in FIG. 3C, the voltage amplitude V is proportional to the mutual inductance M.
次に、本発明で用いる共振回路について図4を用いて説明する。図4(A)には、インダクタンスLを有するコイルアンテナと、抵抗値Rを有する抵抗素子と、N型MOS容量素子401が直列に接続された共振回路と、これに電力を供給するアンテナ(インダクタンスLR、電流iR)が示されている。これは、本発明の無線チップとリーダを表す簡略化されたモデルと考えることができる。
Next, the resonance circuit used in the present invention will be described with reference to FIG. 4A shows a coil antenna having an inductance L, a resistance element having a resistance value R, a resonance circuit in which an N-type
図4(A)において、2つのアンテナ間の相互インダクタンスをM、角周波数をω、N型MOS容量素子401の容量値をCMOSとした場合には、容量素子の両端に誘起される交流電圧の振幅Vは、図3(A)と同様、式1で与えられる。
In FIG. 4 (A), the mutual inductance between the two antennas M, the angular frequency omega, in the case where the capacitance value of the N-type
一方、図4(A)に示した半導体装置400に交流電圧が誘起された場合、電圧振幅Vに対する容量値CMOSの振舞いは図4(B)にように表される。N型MOS容量素子401の容量値CMOSは、電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値(−Vthn)より大きいかどうかによって変わってくる。電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値を越えない場合(V<−Vth)、N型MOS容量素子401は通常の容量素子として振舞う(容量値C1)。電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値を越えると(V>−Vth)、N型MOS容量素子401の容量値はC1と0の間の値となる。そして、電圧振幅Vが大きい程、反転層が形成される期間が短くなり、容量値は0に近づく。
On the other hand, when an AC voltage is induced in the semiconductor device 400 shown in FIG. 4A, the behavior of the capacitance value C MOS with respect to the voltage amplitude V is expressed as shown in FIG. The capacitance value C MOS of the N-type
以上から、容量値C1が共振条件を満たす場合(ω2LC1=1)に誘起される交流電圧振幅Vは、図4(C)のように表される。図4(C)において、実線は交流電圧振幅Vと容量値CMOSの関係を表す。点線は、容量値を変化させた場合の交流電圧振幅Vと容量値の関係を表す。 From the above, the AC voltage amplitude V induced when the capacitance value C1 satisfies the resonance condition (ω 2 LC1 = 1) is expressed as shown in FIG. In FIG. 4 (C), the solid line represents the relationship between the alternating voltage amplitude V and the capacitance value C MOS. The dotted line represents the relationship between the AC voltage amplitude V and the capacitance value when the capacitance value is changed.
図4(C)の実線は、相互インダクタンスを変化させた時の電圧振幅の軌跡に相当する。相互インダクタンスが小さい(点線(1))場合には、電圧振幅VはN型MOS容量素子401のしきい値電圧の絶対値よりも小さく、容量値CMOSは容量値C1と一致する(点A)。一方、無線チップをリーダに近づけるなどして相互インダクタンスが大きくなると(点線(2))、通常の容量素子であれば点線(2)のピーク値(点C)の電圧を発生する。しかし、点Cの電圧振幅VはN型MOS容量素子401のしきい値電圧の絶対値よりも大きいため、容量値CMOSは減少する。その結果、共振条件からずれて、誘起される電圧が抑制される(点B)。
The solid line in FIG. 4C corresponds to the locus of voltage amplitude when the mutual inductance is changed. When the mutual inductance is small (dotted line (1)), the voltage amplitude V is smaller than the absolute value of the threshold voltage of the N-
図4(D)には、相互インダクタンスMと電圧振幅Vとの関係を示す。電圧振幅VがN型MOS容量素子401のしきい値電圧の絶対値を越えると、容量値CMOSが変化して共振条件からずれるため、誘起される電圧が抑制される。その結果、電圧振幅Vと相互インダクタンスMの比例関係は無くなる。
FIG. 4D shows the relationship between the mutual inductance M and the voltage amplitude V. When the voltage amplitude V exceeds the absolute value of the threshold voltage of the N-
なお、本発明では、MOS容量素子に小振幅の交流電圧が印加された場合に、通常の容量素子として機能する必要があるため、N型MOS容量素子のしきい値電圧は負(Vth<0)である必要がある。 In the present invention, when an alternating voltage with a small amplitude is applied to the MOS capacitor, it is necessary to function as a normal capacitor, so that the threshold voltage of the N-type MOS capacitor is negative (Vth <0). ).
上述した図4(C)および(D)の振舞いから、本発明は、チップ内に過度の電圧が発生することを抑えることが可能な、つまり、リミッタ機能を有する無線チップを実現する。また、無線チップ内部の論理回路に供給される電源電圧は、容量素子に発生する交流電圧をもとに生成される。従って、MOS容量素子のしきい値電圧を適切な値とすることで、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑えることが可能となる。 From the behavior of FIGS. 4C and 4D described above, the present invention realizes a wireless chip that can suppress generation of an excessive voltage in the chip, that is, has a limiter function. Further, the power supply voltage supplied to the logic circuit inside the wireless chip is generated based on the AC voltage generated in the capacitor element. Therefore, by setting the threshold voltage of the MOS capacitance element to an appropriate value, it is possible to suppress an excessive increase in the power supply voltage supplied to the internal logic circuit.
このように本発明は、しきい値電圧を制御したMOS容量素子を用いることで、アンテナに接近した場合などにおいても、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑え、信頼性の高い無線チップを実現する。また、リミッタ回路や定電圧発生回路といった余分な回路を追加しないため、チップ面積が小さい無線チップを実現することができる。 In this way, the present invention suppresses an excessive increase in the power supply voltage supplied to the internal logic circuit even when approaching the antenna, etc., by using the MOS capacitor element in which the threshold voltage is controlled. A highly reliable wireless chip is realized. In addition, since an extra circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is not added, a wireless chip with a small chip area can be realized.
さらに、本発明の共振回路は、共振点をずらすことで過剰な電圧発生を抑えるため、リミッタ回路や定電圧発生回路を用いる場合と異なり、電力の吸収自体を抑えることができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。 Furthermore, since the resonance circuit of the present invention suppresses excessive voltage generation by shifting the resonance point, unlike the case where a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is used, power absorption itself can be suppressed. As a result, power consumption can be reduced.
なお、図4に示した形態では、MOS容量素子としてN型MOS容量素子を用いたが、本発明ではP型MOS容量素子を用いることも可能である。その場合、図8に示すようなP型MOS容量素子801を有する回路図で表される。また、N型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値(−Vthn)を、P型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値(Vthp)として読み変えれば、図4(B)、(C)、(D)、及び本実施の形態の説明はそのまま成立する。特に、本発明において、P型MOS容量素子を用いる場合には、しきい値電圧は正(Vthp>0)であることを特徴とする。
In the embodiment shown in FIG. 4, an N-type MOS capacitor element is used as the MOS capacitor element. However, in the present invention, a P-type MOS capacitor element can also be used. In that case, it is represented by a circuit diagram having a P-type
(実施の形態2)
本実施形態では、本発明の無線チップについて図1を用いて説明する。図1(A)には、インダクタンスL、寄生抵抗ra、寄生容量Caを有するアンテナ102と、N型MOS容量素子105を有する共振容量103と、抵抗値RLを有する抵抗素子と、容量値CLを有する容量素子が並列に接続された回路と、これに電力を供給するアンテナ(インダクタンスLR、電流iR)が示されている。抵抗値RLを有する抵抗素子と容量値CLを有する容量素子は、無線チップの回路部分104を表したものであり、本発明の半導体装置100とリーダ101を表す簡略化されたモデルと考えることができる。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a wireless chip of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, an antenna 102 having an inductance L, a parasitic resistance ra, and a parasitic capacitance Ca, a resonant capacitor 103 having an N-
図1(A)において、2つのアンテナ間の相互インダクタンスをM、角周波数をω、アンテナの寄生容量値CaとN型MOS容量素子105の容量値と回路部分の容量値CLの和を容量値Ctotとした場合には、容量素子の両端に誘起される交流電圧の振幅Vは、式2のように与えられる。
一方、図1(A)に示した半導体装置100に交流電圧が誘起された場合、電圧振幅Vに対する容量値Ctotの振舞いは図1(B)にように表される。N型MOS容量素子105の容量値は、電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値(−Vthn)より大きいかどうかによって変わってくる。電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値を越えない場合(V<−Vthn)、N型MOS容量素子105は通常の容量素子として振舞う(V<−Vthnの時、CtotをC1とすると、N型MOS容量素子105の容量値は(C1−Ca−CL))。電圧振幅Vがしきい値電圧の大きさを越えると(V>−Vth)、N型MOS容量素子105の容量値は(C1−Ca−CL)と0の間の値となる。そして、電圧振幅Vが大きい程、反転層が形成される期間が短くなり、容量値は0に近づく。その結果、CtotはCa+CLに近づく。
On the other hand, when an AC voltage is induced in the
以上から、容量値C1が共振条件を満たす場合に、誘起される交流電圧振幅Vは図1(C)のように表される。図1(C)において、実線は交流電圧振幅Vと容量値Ctotの関係を表す。点線は、容量値を変化させた場合の交流電圧振幅Vと容量値の関係を表す。 From the above, when the capacitance value C1 satisfies the resonance condition, the induced AC voltage amplitude V is expressed as shown in FIG. In FIG. 1C, the solid line represents the relationship between the AC voltage amplitude V and the capacitance value Ctot. The dotted line represents the relationship between the AC voltage amplitude V and the capacitance value when the capacitance value is changed.
図1(C)の実線は、相互インダクタンスを変化させた時の電圧振幅の軌跡に相当する。相互インダクタンスが小さい(点線(1))場合には、電圧振幅VはN型MOS容量素子105のしきい値電圧の絶対値よりも小さく、容量値Ctotは容量値C1と一致する(点A)。一方、無線チップをリーダに近づけるなどして、相互インダクタンスが大きくなると(点線(2))、通常の容量素子であれば点線(2)のピーク値(点C)の電圧を発生する。しかし、点Cの電圧振幅VはN型MOS容量素子105のしきい値電圧の絶対値よりも大きいため、容量値Ctotは減少する。その結果、共振条件からずれて、誘起される電圧が抑制される(点B)。
A solid line in FIG. 1C corresponds to a locus of voltage amplitude when the mutual inductance is changed. When the mutual inductance is small (dotted line (1)), the voltage amplitude V is smaller than the absolute value of the threshold voltage of the N-type
図1(D)には、相互インダクタンスMと電圧振幅Vとの関係を示す。電圧振幅VがN型MOS容量素子105のしきい値電圧の絶対値を越えると、容量値Ctotが変化し共振条件からずれるため、誘起される電圧が抑制される。その結果、電圧振幅Vと相互インダクタンスMの比例関係は無くなる。
FIG. 1D shows the relationship between the mutual inductance M and the voltage amplitude V. When the voltage amplitude V exceeds the absolute value of the threshold voltage of the N-type
上述した図1(C)および(D)の振舞いから、本発明は、チップ内に過度の電圧が発生することを抑えることが可能な、つまり、リミッタ機能を有する無線チップを実現する。また、無線チップ内部の論理回路に供給される電源電圧は、容量素子に発生する交流電圧をもとに生成される。従って、MOS容量素子のしきい値電圧を適切な値とすることで、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑えることが可能となる。 From the behavior of FIGS. 1C and 1D described above, the present invention realizes a wireless chip that can suppress generation of an excessive voltage in the chip, that is, has a limiter function. Further, the power supply voltage supplied to the logic circuit inside the wireless chip is generated based on the AC voltage generated in the capacitor element. Therefore, by setting the threshold voltage of the MOS capacitance element to an appropriate value, it is possible to suppress an excessive increase in the power supply voltage supplied to the internal logic circuit.
このように本発明は、しきい値電圧を制御したMOS容量素子を用いることで、アンテナに接近した場合などにおいても、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑え、信頼性の高い無線チップを実現する。また、リミッタ回路や定電圧発生回路といった余分な回路を追加しないため、チップ面積が小さい無線チップを実現することができる。 In this way, the present invention suppresses an excessive increase in the power supply voltage supplied to the internal logic circuit even when approaching the antenna, etc., by using the MOS capacitor element in which the threshold voltage is controlled. A highly reliable wireless chip is realized. In addition, since an extra circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is not added, a wireless chip with a small chip area can be realized.
さらに、本発明の共振回路は、共振点をずらすことで過剰な電圧発生を抑えるため、リミッタ回路や定電圧発生回路を用いる場合と異なり、電力の吸収自体を抑えることができる。その結果、消費電力を低減することが可能となる。 Furthermore, since the resonance circuit of the present invention suppresses excessive voltage generation by shifting the resonance point, unlike the case where a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is used, power absorption itself can be suppressed. As a result, power consumption can be reduced.
なお、図1に示した形態では、MOS容量素子としてN型MOS容量素子を用いたが、本発明ではP型MOS容量素子を用いることも可能である。その場合、図9に示すような、アンテナ902、共振回路903、回路部分904を有する半導体装置900とリーダ901とを有する回路図で表される。共振回路903はP型MOS容量素子905を有する。また、N型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値(−Vthn)を、P型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値(Vthp)として読み変えれば、図1(B)、(C)、(D)、及び本実施の形態の説明はそのまま成立する。
In the embodiment shown in FIG. 1, an N-type MOS capacitive element is used as the MOS capacitive element. However, in the present invention, a P-type MOS capacitive element can also be used. In that case, a circuit diagram including a semiconductor device 900 having an antenna 902, a resonance circuit 903, and a circuit portion 904 and a reader 901 as shown in FIG. The resonance circuit 903 has a P-type
(実施の形態3)
図5に本発明の半導体装置の構成を示す。本発明の半導体装置501はリーダ509より発せられる電磁波から電力供給を受け、リーダと無線でデータの送受信を行う。また、図示しないが、リーダは通信回線を介してコンピュータと接続され、当該コンピュータの制御のもとに半導体装置とのデータの送受信を行ってもよい。
(Embodiment 3)
FIG. 5 shows the structure of the semiconductor device of the present invention. The
半導体装置501はMOS容量素子を有する共振回路502、電源回路503、クロック発生回路504、復調回路505、制御回路506、メモリ部507、符号化及び変調回路508を有する。共振回路では、MOS容量素子とアンテナが電気的に接続されている。アンテナは半導体装置501に内蔵されたアンテナ、または接続端子などを介してMOS容量素子に電気的に接続される外付けアンテナのどちらでも良い。
The
共振回路502では、リーダ509より発せられる電磁波を受信すると、交流電圧が誘起される。この交流電圧には、リーダからの送信されたデータが含まれるほか、半導体装置501の電源、クロック信号の元にもなる。
When the resonance circuit 502 receives an electromagnetic wave emitted from the
電源回路503は、共振回路502に発生した交流電圧を整流素子で整流し、容量素子を用いて安定化した電源を各回路へ供給する。クロック発生回路504は共振回路502に発生した交流電圧を基に、所定の周波数のクロック信号を生成する。復調回路505は共振回路502に発生した交流電圧からデータを復調する。制御回路506はメモリ部507を制御し、復調したデータに従ってメモリからの読み出しやメモリへの書込み等を行う。メモリ部507は不揮発性のEEPROMやFeRAM、揮発性のSRAMなどによって構成されるが、少なくとも不揮発性のメモリを有することが望ましい。不揮発性のメモリには、半導体装置501固有のデータなどを保持する。符号化及び変調回路508は送信するデータを符号化信号に変換し、搬送波を変調する。
The
なお、半導体装置501はアンテナを内蔵していても良いし、アンテナを接続するための端子を有していても良い。また、半導体装置501は上記構成に制限されず、情報判定回路、中央処理演算装置(CPU)、輻輳制御回路等を有していてもよい。電池を有さないパッシブ型の構成を説明したが、電池を有するアクティブ型であってもよい。
Note that the
電源回路503は電源VDDを生成し各回路へ供給する。無線チップは、信頼性のある動作が保証される電源電圧VDDの範囲Vmin〜Vmaxを有する。この最小動作電源電圧Vmin、および最大動作電源電圧Vmaxの値は、集積回路のテクノロジーによるが、単結晶シリコン上に形成された集積回路の場合、Vminは0.2〜1V程度、Vmaxは1〜5V程度である。また、ガラス基板上あるいは可撓性を有する基板上に形成された集積回路の場合Vminは1〜4V程度、Vmaxは3〜12V程度である。
The
このような電源電圧の範囲に対応して、本発明は、所定のしきい値電圧を有するMOS容量素子を用いることで、リミッタ回路や定電圧発生回路を設けることなく、内部電圧が過度に高くなることを抑えることが可能な無線チップを実現する。所定のしきい値としては、N型MOS容量素子で−24V以上−0.1以下、P型MOS容量素子で0.1以上24V以下の範囲にある場合に有効である。特に、ゲート長2μm以下の集積回路を有するガラス基板又は可撓性基板上にMOS容量素子を形成する場合は、−2以上−15V以下(N型MOS容量素子)、及び2以上15V以下(P型MOS容量素子)であると好ましい。 Corresponding to such a range of power supply voltage, the present invention uses a MOS capacitance element having a predetermined threshold voltage, so that the internal voltage is excessively high without providing a limiter circuit or a constant voltage generation circuit. A wireless chip capable of suppressing the above is realized. The predetermined threshold is effective when it is in the range of −24 V or more and −0.1 or less for the N-type MOS capacitor element and 0.1 to 24 V or less for the P-type MOS capacitor element. In particular, when a MOS capacitor is formed on a glass substrate or a flexible substrate having an integrated circuit with a gate length of 2 μm or less, −2 to −15 V (N-type MOS capacitor) and 2 to 15 V (P Type MOS capacitor).
本発明の無線チップが有する電源回路の例を、図6、図7を用いて説明する。 Examples of power supply circuits included in the wireless chip of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6(A)には、半波整流方式の電源回路の構成例を示す。電源回路は、アンテナ両端、もしくはこれに容量素子などを介して接続される2入力端子と、GNDおよびVDDを出力する2出力端子と、2つのダイオード601及び602と、容量素子603とを有する。2入力のうちの1端子と2出力のうちの1端子とは直接接続されており、接地電圧GNDとなっている。本構成の電源回路において、入力される交流信号が図6(B)のような場合、出力は図6(C)のようになり、電源電圧VDD(2×V−2×Vthd)以下となる。なお、Vthdはダイオードのしきい値電圧を表す。
FIG. 6A illustrates a configuration example of a half-wave rectification power supply circuit. The power supply circuit includes two input terminals connected to both ends of the antenna or via a capacitive element, two output terminals that output GND and VDD, two
図7(A)には、全波整流方式の電源回路の構成例を示す。電源回路は、アンテナ両端、もしくはこれに容量素子などを介して接続される2入力端子と、GNDおよびVDDを出力する2出力端子と、4つのダイオード611、612、613及び614と、容量素子615とを有する。本構成の電源回路において、入力される交流信号が図7(B)のような場合、出力は図7(C)のようになり、電源電圧VDDは(V−2×Vthd)程度となる。なお、Vthdはダイオードのしきい値電圧を表す。
FIG. 7A illustrates a configuration example of a full-wave rectification power supply circuit. The power supply circuit includes two input terminals connected to both ends of the antenna or via a capacitive element, two output terminals for outputting GND and VDD, four
無線チップは信頼性のある動作が保証される電源電圧の区間Vmin〜Vmax間を有する。本発明の共振回路を用いた場合、交流電圧振幅Vは、MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値Vth以上となった場合に抑制作用が働くことから、電圧Vmin〜Vmaxとしきい値電圧の絶対値Vthには次のような関係があることが好ましい。 The wireless chip has a power supply voltage interval Vmin to Vmax in which reliable operation is guaranteed. When the resonance circuit of the present invention is used, the AC voltage amplitude V has a suppressing action when it becomes equal to or larger than the absolute value Vth of the threshold voltage of the MOS capacitor, so that the voltages Vmin to Vmax and the threshold voltage The absolute value Vth preferably has the following relationship.
まず、回路部分へダメージを与えることなく信頼性の高い動作を行うために、発生する電源電圧をVmax以下に抑えることが必要である。従って、図6に示した電源回路では2×Vth−2×Vthd<Vmax、図7に示した電源回路では、Vth−2×Vthd<Vmaxとなることが好ましい。 First, in order to perform highly reliable operation without damaging the circuit portion, it is necessary to suppress the generated power supply voltage to Vmax or less. Therefore, it is preferable that 2 × Vth−2 × Vthd <Vmax in the power supply circuit shown in FIG. 6 and Vth−2 × Vthd <Vmax in the power supply circuit shown in FIG.
また、発生した電圧がMOS容量によって抑制され、動作保証電圧以下となってしまうと、無線チップをリーダに近づけても動作しない場合が生じてしまう。このような状況を避けるために、図6に示した電源回路ではVmin<2×Vth−2×Vthd、図7に示した電源回路では、Vmin<Vth−2×Vthdとなることが好ましい。 In addition, if the generated voltage is suppressed by the MOS capacitor and becomes equal to or lower than the operation guarantee voltage, there is a case where the wireless chip does not operate even if it is brought close to the reader. In order to avoid such a situation, it is preferable that Vmin <2 × Vth−2 × Vthd in the power supply circuit shown in FIG. 6 and Vmin <Vth−2 × Vthd in the power supply circuit shown in FIG.
また、別の言い方をすると、半波整流方式の電源回路を有する無線チップでは式3が成り立つVthを、全波整流方式の電源回路を有する無線チップでは式4が成り立つVthを、それぞれ有するMOS容量素子を用いることが好ましいといえる。なお、VthはMOS容量素子のしきい値の絶対値を表す。
また別の言い方をすると、交流電圧の振幅Vと電源電圧VDDにVDD=c×Vの関係が成り立つ場合、式5が成り立つVthを持つMOS容量素子を用いることが好ましいといえる。係数cは典型的には1/4〜1の範囲であるため、式6が成り立つVthを持つMOS容量素子を用いることが好ましい。
集積回路のテクノロジーによるが、単結晶シリコン上に形成された集積回路の場合、Vminは0.2〜1V程度、Vmaxは1〜5V程度である。また、ガラス基板上に形成された集積回路の場合Vminは1〜4V程度、Vmaxは3〜12V程度である。従って、本発明が有するMOS容量素子のしきい値電圧は、−24V以上−0.1以下(N型MOS容量素子)、及び0.1以上24V以下(P型MOS容量素子)であることが好ましい。特に、単結晶シリコン基板上に形成される場合には、−24V以上−0.1以下(N型MOS容量素子)、及び0.1以上10V以下(P型MOS容量素子)であることが好ましく、ガラス基板上あるいは可撓性を有する基板上に形成される場合には、−0.5以上−24V以下(N型MOS容量素子)、及び0.5以上24V以下(P型MOS容量素子)であることが好ましい。特に、ゲート長2μm以下の集積回路を有するガラス基板又は可撓性基板上にMOS容量素子を形成する場合は、−2以上−15V以下(N型MOS容量素子)、及び2以上15V以下(P型MOS容量素子)であると好ましい。 Depending on the technology of the integrated circuit, in the case of an integrated circuit formed on single crystal silicon, Vmin is about 0.2 to 1V and Vmax is about 1 to 5V. In the case of an integrated circuit formed on a glass substrate, Vmin is about 1 to 4V, and Vmax is about 3 to 12V. Therefore, the threshold voltage of the MOS capacitor element according to the present invention is -24V to -0.1 (N-type MOS capacitor element) and 0.1 to 24V (P-type MOS capacitor element). preferable. In particular, when formed on a single crystal silicon substrate, it is preferably −24 V or more and −0.1 or less (N-type MOS capacitor element) and 0.1 or more and 10 V or less (P-type MOS capacitor element). When formed on a glass substrate or a flexible substrate, −0.5 to −24 V (N-type MOS capacitor) and 0.5 to 24 V (P-type MOS capacitor) It is preferable that In particular, when a MOS capacitor is formed on a glass substrate or a flexible substrate having an integrated circuit with a gate length of 2 μm or less, −2 to −15 V (N-type MOS capacitor) and 2 to 15 V (P Type MOS capacitor).
本発明の別の構成例について図10を用いて説明する。図10(A)に示した例は、通常の容量素子1005とN型MOS容量素子1006(しきい値電圧Vthn<0)を用いて共振回路を構成した例であり、図1に示した回路とは容量素子の構成が異なる。図10(A)には、アンテナ1002、共振回路1003、及び回路部分1004を有する半導体装置1000と、リーダ1001が示されている。アンテナの寄生容量値Caと通常の容量素子1005の容量値とN型MOS容量素子1006の容量値と回路部分の容量値CLの合計をCtotと表す。
Another configuration example of the present invention will be described with reference to FIG. The example shown in FIG. 10A is an example in which a resonance circuit is configured using a
図10(A)に示した2種類の容量素子1005、1006を用いた場合、容量値Ctotと交流電圧振幅Vの関係は図10(B)のように表される。容量値Ctotは、アンテナの寄生容量値Caと通常の容量素子1005の容量値と回路部分の容量値CLの合計で表される値が一定の容量値C0と、N型MOS容量素子1006の容量値(C1−C0)に分けて考えることができる。ここでC1は電圧振幅VがN型MOS容量素子1006のしきい値電圧の絶対値を越えない時(V<−Vthn)のCtotの容量値である。そして、図1(A)と比較した場合、C0の構成要素が異なるだけであるから、定性的な振る舞いは図1(B)と同様になることが理解される。
When the two types of
図10(B)に示したように、容量値Ctotは、電圧振幅VがN型MOS容量素子1006のしきい値電圧の絶対値(−Vthn)より大きいかどうかによって変わってくる。電圧振幅VがN型MOS容量素子1006のしきい値電圧の絶対値を越えない場合(V<−Vthn)、N型MOS容量素子1006は通常の容量素子として振舞う(容量値(C1−C0))。電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値を越えると(V>−Vthn)、N型MOS容量素子1006の容量値は(C1−C0)と0の間の値となる。そして、電圧振幅Vが大きい程、反転層が形成される期間が短くなり、容量値は0に近づく。その結果、CtotはC0に近づく。
As shown in FIG. 10B, the capacitance value Ctot varies depending on whether or not the voltage amplitude V is larger than the absolute value (−Vthn) of the threshold voltage of the N-type
図10(B)の振舞いから、容量値C1が図10(A)に示した半導体装置1000の共振条件を満たす場合、誘起される電圧振幅Vが小さいと共振条件を満たすが、誘起される電圧振幅Vが大きくなりMOS容量素子のしきい値電圧の絶対値を越えると、容量値が変化し共振条件からずれることがわかる。その結果、誘起される電圧振幅が抑制される。
10B, when the capacitance value C1 satisfies the resonance condition of the
このように、図10(A)に示した半導体装置1000は、チップ内に過度の電圧が発生することを抑えることが可能な、つまり、リミッタ機能を有する無線チップを実現する。また、無線チップ内部の論理回路に供給される電源電圧は、容量素子に発生する交流電圧をもとに生成される。従って、MOS容量素子のしきい値電圧を適切な値とすることで、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑えることが可能となる。
As described above, the
このように本発明は、しきい値電圧を制御したMOS容量素子を用いることで、アンテナに接近した場合などにおいても、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑え、信頼性の高い無線チップを実現する。また、リミッタ回路や定電圧発生回路といった余分な回路を追加しないため、チップ面積が小さい無線チップを実現することができる。 In this way, the present invention suppresses an excessive increase in the power supply voltage supplied to the internal logic circuit even when approaching the antenna, etc., by using the MOS capacitor element in which the threshold voltage is controlled. A highly reliable wireless chip is realized. In addition, since an extra circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit is not added, a wireless chip with a small chip area can be realized.
なお、本実施例では、MOS容量素子としてN型MOS容量素子を用いて説明したが、本発明ではP型MOS容量素子を用いることも可能である。この場合、図10(B)の−VthnをVthpと読み変えれば、図10(B)のグラフはP型MOS容量素子に対しても成立する。 In this embodiment, an N-type MOS capacitor is used as the MOS capacitor. However, in the present invention, a P-type MOS capacitor can also be used. In this case, if -Vthn in FIG. 10B is read as Vthp, the graph in FIG. 10B also holds for a P-type MOS capacitor.
また、本実施例では、容量素子としてN型MOS容量素子と通常の容量素子を一つずつ並列接続した例を示した。勿論、複数のN型MOS容量素子や複数の通常の容量素子を並列に接続しても構わない。 In this embodiment, an example in which an N-type MOS capacitor and a normal capacitor are connected in parallel as the capacitor is shown. Of course, a plurality of N-type MOS capacitors and a plurality of ordinary capacitors may be connected in parallel.
本発明の別の構成例について図11を用いて説明する。図11(A)に示した例は、しきい値電圧が異なる2つのN型MOS容量素子1105、1106を用いて共振回路を構成した例であり、図1に示した回路とは容量素子の構成が異なる。図11(A)には、アンテナ1102、共振回路1103、及び回路部分1104を有する半導体装置1100と、リーダ1101が示されている。N型MOS容量素子1105はしきい値電圧Vthn1を、N型MOS容量素子1106はしきい値電圧Vthn2を有し、Vthn2<Vthn1<0が成り立つとする。アンテナの寄生容量値CaとN型MOS容量素子1105、1106の容量値と回路部分の容量値CLの合計をCtotと表す。
Another configuration example of the present invention will be described with reference to FIG. The example shown in FIG. 11A is an example in which a resonance circuit is configured by using two N-type
図11(A)に示したしきい値電圧が異なる2つのN型MOS容量素子1105、1106を用いた場合、容量値Ctotと交流電圧振幅Vの関係は図11(B)のように表される。容量値Ctotは、アンテナの寄生容量値Caと回路部分の容量値CLの合計で表される値が一定の容量値C0と、N型MOS容量素子1105の容量値(C1−C2)と、N型MOS容量素子1106の容量値(C2−C0)に分けて考えることができる。ここでC1は電圧振幅VがN型MOS容量素子1105のしきい値電圧の絶対値を越えない時(V<−Vthn1)の容量値C0、N型MOS容量素子1105の容量値、N型MOS容量素子1106の容量値の合計、すなわちCtotの容量値であり、C2は電圧振幅VがN型MOS容量素子1106のしきい値電圧の絶対値を越えない時(V<−Vthn2)の容量値C0とN型MOS容量素子1106の容量値の合計である。
When two N-type
N型MOS容量素子1105の容量値は、電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値(−Vthn1)より大きいかどうかによって変わってくる。電圧振幅Vがしきい値電圧の大きさを越えない場合(V<−Vthn1)、N型MOS容量素子1105は通常の容量素子として振舞う(容量値(C1−C2))。電圧振幅Vがしきい値電圧の大きさを越えると(V>−Vthn1)、N型MOS容量素子1105の容量値は(C1−C2)と0の間の値となる。そして、電圧振幅Vが大きい程、反転層が形成される期間が短くなり、容量値は0に近づく。その結果、CtotはC2に近づく。
The capacitance value of the N-type
同様に、N型MOS容量素子1106の容量値は、電圧振幅Vがしきい値電圧の絶対値(−Vthn2)より大きいかどうかによって変わってくる。電圧振幅Vがしきい値電圧の大きさを越えない場合(V<−Vthn2)、N型MOS容量素子1106は通常の容量素子として振舞う(容量値(C2−C0))。電圧振幅Vがしきい値電圧の大きさを越えると(V>−Vthn2)、N型MOS容量素子1106の容量値は(C2−C0)と0の間の値となる。そして、電圧振幅Vが大きい程、反転層が形成される期間が短くなり、容量値は0に近づく。その結果、CtotはC0に近づく。
Similarly, the capacitance value of the N-type
以上から、容量値Ctotと交流電圧振幅Vの関係が図11(B)になることが理解される。 From the above, it is understood that the relationship between the capacitance value Ctot and the AC voltage amplitude V is as shown in FIG.
図11(B)の振舞いから、容量値C1が図11(A)に示した半導体装置1100の共振条件を満たす場合、誘起される電圧振幅Vが小さいと共振条件を満たすが、誘起される電圧振幅Vが大きくなりN型MOS容量素子1105のしきい値電圧の絶対値を越えると、容量値が変化し共振条件からずれることがわかる。また、電圧振幅Vがさらに大きくなりN型MOS容量素子1106のしきい値電圧の絶対値を越えると、容量値がさらに変化し、共振条件から遠ざかる。その結果、誘起される電圧振幅が抑制される。
From the behavior of FIG. 11B, when the capacitance value C1 satisfies the resonance condition of the
このように、図11(A)に示した半導体装置1100は、チップ内に過度の電圧が発生することを抑えることが可能な、つまり、リミッタ機能を有する無線チップを実現する。また、無線チップ内部の論理回路に供給される電源電圧は、容量素子に発生する交流電圧をもとに生成される。従って、MOS容量素子のしきい値電圧を適切な値とすることで、内部の論理回路に供給される電源電圧が過度に高くなることを抑えることが可能となる。
As described above, the
なお、本実施例では、MOS容量素子としてN型MOS容量素子を用いて説明したが、本発明ではP型MOS容量素子を用いることも可能である。この場合、図11(B)の−Vthn1、−Vthn2をVthp1、Vthp2と読み変えれば、図11(B)のグラフはP型MOS容量素子に対しても成立する。 In this embodiment, an N-type MOS capacitor is used as the MOS capacitor. However, in the present invention, a P-type MOS capacitor can also be used. In this case, if −Vthn1 and −Vthn2 in FIG. 11B are read as Vthp1 and Vthp2, the graph in FIG. 11B also holds for the P-type MOS capacitor.
また、本発明ではN型MOS容量素子とP型MOS容量素子の両方を用いることも可能である。さらに、複数のN型MOS容量素子、複数のP型MOS容量素子、あるいは複数の通常の容量素子を並列に接続しても構わない。 In the present invention, both an N-type MOS capacitor element and a P-type MOS capacitor element can be used. Further, a plurality of N-type MOS capacitor elements, a plurality of P-type MOS capacitor elements, or a plurality of normal capacitor elements may be connected in parallel.
本発明のMOS容量素子のレイアウト例について説明する。図12に本発明に用いるMOS容量素子のレイアウト例を示す。 A layout example of the MOS capacitor of the present invention will be described. FIG. 12 shows a layout example of the MOS capacitor element used in the present invention.
図12において、領域1201は半導体領域を、領域1202はゲート電極を、それぞれ表す。領域1203及び1204は配線領域であり、それぞれ半導体領域とゲート電極に接続されている。領域1205は不純物元素を添加する領域であり、N型MOS容量素子にはN型の不純物元素を、P型MOS容量素子にはP型の不純物元素を、それぞれ添加する。
In FIG. 12, a
このようなレイアウトを有するMOS容量素子を用いることで、本発明の半導体装置を実現することが可能となる。 By using the MOS capacitor element having such a layout, the semiconductor device of the present invention can be realized.
本発明の半導体装置の作製方法について、図面を参照して説明する。より詳しくは、N型及びP型薄膜トランジスタ、N型MOS容量素子、及びアンテナとして機能する導電層を含む半導体装置の作製方法について図面を参照して説明する。なお、薄膜トランジスタは、電源回路等の半導体装置を構成する各回路を構成する素子である。 A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. More specifically, a method for manufacturing a semiconductor device including N-type and P-type thin film transistors, an N-type MOS capacitor, and a conductive layer functioning as an antenna will be described with reference to drawings. Note that a thin film transistor is an element included in each circuit included in a semiconductor device such as a power supply circuit.
基板701(基体ともよぶ)の一表面に、剥離層702を形成する(図13(A)参照)。基板701は、絶縁表面を有する。基板701がプラスチックからなる場合、作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性のプラスチックを用いる必要がある。なお、後述するが、好適には、ガラスからなる基板701上に薄膜トランジスタを設けた後、当該薄膜トランジスタを剥離して、プラスチックからなる基板上に設けてもよい。
A
なお、本工程では、剥離層702は、基板701の全面に設けているが、必要に応じて、基板701の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法やエッチング法などにより加工、つまりパターニングして、選択的に設けてもよい。また、基板701に接するように剥離層702を形成しているが、必要に応じて、基板701に接するように下地となる絶縁層を形成し、当該絶縁層に接するように剥離層702を形成してもよい。
Note that in this step, the
剥離層702は、スパッタリング法やプラズマCVD法等により、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、珪素(Si)等から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。
The
次に、剥離層702を覆うように、下地となる絶縁層703を形成する。絶縁層703は、スパッタリング法やプラズマCVD法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層で形成する。珪素の酸化物材料とは、珪素(Si)と酸素(O)を含む物質であり、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等が該当する。珪素の窒化物材料とは、珪素と窒素(N)を含む物質であり、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素等が該当する。下地となる絶縁層は、基板701からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。
Next, an insulating
次に、絶縁層703上に、非晶質半導体層704を形成する。非晶質半導体層704は、スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法等により形成する。続いて、非晶質半導体層704をレーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とレーザ結晶化法を組み合わせた方法等により結晶化して、結晶質半導体層を形成する。その後、得られた結晶質半導体層を所望の形状にパターニングして、結晶質半導体層706〜708を形成する(図13(B)参照)。
Next, an
結晶質半導体層706〜708の作成工程の一例について、以下に説明する。まず、プラズマCVD法を用いて、非晶質半導体層を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体層上に保持させた後、非晶質半導体層に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体層を形成する。その後、必要に応じてレーザ光を照射し、フォトリソグラフィ法やエッチング法などを用いたパターニング処理によって結晶質半導体層706〜708を形成する。レーザ結晶化法で結晶質半導体層を形成する場合、気体レーザ又は固体レーザを用いる。気体レーザと固体レーザは、連続発振又はパルス発振のどちらでもよい。
An example of a manufacturing process of the
なお、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質半導体層の結晶化を行うと、低温で短時間の結晶化が可能となるうえ、結晶の方向が揃うという利点がある一方、金属元素が結晶質半導体層に残存するためにオフ電流が上昇し、特性が安定しないという欠点がある。そこで、結晶質半導体層上に、ゲッタリングサイトとして機能する非晶質半導体層を形成するとよい。ゲッタリングサイトとなる非晶質半導体層には、リンやアルゴンの不純物元素を含有させる必要があるため、好適には、アルゴンを高濃度に含有させることが可能なスパッタリング法で形成するとよい。その後、加熱処理(RTA法やファーネスアニール炉を用いた熱アニール等)を行って、非晶質半導体層中に金属元素を拡散させ、続いて、当該金属元素を含む非晶質半導体層を除去する。そうすると、結晶質半導体層中の金属元素の含有量を低減又は除去することができる。 Note that when an amorphous semiconductor layer is crystallized using a metal element that promotes crystallization, crystallization can be performed in a short time at a low temperature and the crystal orientation is aligned. Remains in the crystalline semiconductor layer, resulting in an increase in off-current and unstable characteristics. Therefore, an amorphous semiconductor layer functioning as a gettering site is preferably formed over the crystalline semiconductor layer. Since the amorphous semiconductor layer serving as a gettering site needs to contain an impurity element such as phosphorus or argon, it is preferably formed by a sputtering method in which argon can be contained at a high concentration. After that, heat treatment (RTA method or thermal annealing using a furnace annealing furnace) is performed to diffuse the metal element in the amorphous semiconductor layer, and then the amorphous semiconductor layer containing the metal element is removed. To do. Then, the content of the metal element in the crystalline semiconductor layer can be reduced or removed.
次に、結晶質半導体層706〜708を覆うゲート絶縁層705を形成する。ゲート絶縁層705は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む層を、単層又は積層して形成する。
Next, a
特に、高密度プラズマ処理を用いて作製することで良質なゲート絶縁膜を形成することができる。高密度プラズマ処理とは、プラズマ密度が1×1011cm−3以上、好ましくは1×1011cm−3から9×1015cm−3以下であり、マイクロ波(例えば周波数2.45GHz)といった高周波を用いたプラズマ処理である。このような条件でプラズマを発生させると、低電子温度が0.2eVから2eVとなる。このように低電子温度が特徴である高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低いため、プラズマダメージが少なく欠陥が少ない膜を形成することができる。このようなプラズマ処理を可能とする成膜室に、被形成体、ゲート絶縁膜を形成する場合であればパターニングされた半導体膜が形成された基板を配置する。そして、プラズマ発生用の電極、所謂アンテナと被形成体との距離を20mmから80mm、好ましくは20mmから60mmとして成膜処理を行う。このような高密度プラズマ処理は、低温プロセス(基板温度400℃以下)の実現が可能となる。そのため、ガラス基板や単結晶シリコン基板と比較して耐熱性の低いプラスチック基板上にも成膜することができる。 In particular, a high-quality gate insulating film can be formed by using high-density plasma treatment. The high-density plasma treatment means that the plasma density is 1 × 10 11 cm −3 or more, preferably 1 × 10 11 cm −3 to 9 × 10 15 cm −3 , such as a microwave (for example, a frequency of 2.45 GHz). This is plasma processing using high frequency. When plasma is generated under such conditions, the low electron temperature is changed from 0.2 eV to 2 eV. As described above, high-density plasma characterized by low electron temperature has low kinetic energy of active species, and thus can form a film with less plasma damage and fewer defects. In the case where a formation object and a gate insulating film are to be formed, a substrate on which a patterned semiconductor film is formed is placed in a film formation chamber capable of such plasma treatment. Then, a film forming process is performed with a distance between an electrode for plasma generation, a so-called antenna, and an object to be formed being 20 mm to 80 mm, preferably 20 mm to 60 mm. Such a high-density plasma treatment can realize a low-temperature process (substrate temperature of 400 ° C. or lower). Therefore, a film can be formed over a plastic substrate which has lower heat resistance than a glass substrate or a single crystal silicon substrate.
このような絶縁膜の成膜雰囲気は窒素雰囲気、又は酸素雰囲気とすることができる。窒素雰囲気とは、代表的には、窒素と希ガスとの混合雰囲気、又は窒素と水素と希ガスとの混合雰囲気である。希ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも1つを用いることができる。また酸素雰囲気とは、代表的には、酸素と希ガスとの混合雰囲気、酸素と水素と希ガスとの混合雰囲気、又は一酸化二窒素と希ガスとの混合雰囲気である。希ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも1つを用いることができる。 Such an insulating film can be formed in a nitrogen atmosphere or an oxygen atmosphere. The nitrogen atmosphere is typically a mixed atmosphere of nitrogen and a rare gas, or a mixed atmosphere of nitrogen, hydrogen, and a rare gas. As the rare gas, at least one of helium, neon, argon, krypton, and xenon can be used. The oxygen atmosphere is typically a mixed atmosphere of oxygen and a rare gas, a mixed atmosphere of oxygen, hydrogen, and a rare gas, or a mixed atmosphere of dinitrogen monoxide and a rare gas. As the rare gas, at least one of helium, neon, argon, krypton, and xenon can be used.
このように形成された絶縁膜は、他の被膜に与えるダメージが少なく、緻密なものとなる。また高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜は、当該絶縁膜と接触する界面状態を改善することができる。例えば高密度プラズマ処理を用いてゲート絶縁膜を形成すると、半導体膜との界面状態を改善することができる。その結果、ゲート絶縁膜のリーク電流が低減され薄膜トランジスタの電気特性を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜のより薄膜化することが可能となることから、短チャネル効果を抑えること、しきい値ばらつきを抑えること、薄膜トランジスタの駆動電流を向上することなどが可能となる。また、ゲート絶縁膜の薄膜化に伴い、薄膜トランジスタの微細化も可能となる。 The insulating film formed in this way has little damage to other films and becomes dense. In addition, an insulating film formed by high-density plasma treatment can improve an interface state in contact with the insulating film. For example, when the gate insulating film is formed using high-density plasma treatment, the interface state with the semiconductor film can be improved. As a result, the leakage current of the gate insulating film is reduced, and the electrical characteristics of the thin film transistor can be improved. In addition, since the gate insulating film can be made thinner, it is possible to suppress the short channel effect, to suppress threshold value variation, to improve the driving current of the thin film transistor, and the like. Further, the thin film transistor can be miniaturized as the gate insulating film becomes thinner.
また、本発明が有するMOS容量素子において、上記のような高密度プラズマ処理にて形成されたゲート絶縁膜を用いることにより、MOS容量素子のリーク電流が低減される。また、ゲート絶縁膜を薄膜化することが可能となり、MOS容量素子面積を縮小すること、あるいは容量値をより大きくすることが可能となる。 Further, in the MOS capacitor element of the present invention, the leakage current of the MOS capacitor element is reduced by using the gate insulating film formed by the high-density plasma treatment as described above. In addition, the gate insulating film can be thinned, and the area of the MOS capacitor element can be reduced or the capacitance value can be increased.
なお、ゲート絶縁膜の作製に高密度プラズマ処理を用いる場合を説明したが、ゲート絶縁膜等に限らず、層間絶縁膜などの他の絶縁膜の作製に用いてもよい。また、半導体膜に高密度プラズマ処理を施してもよい。高密度プラズマ処理によって、半導体膜表面の改質を行うことができる。その結果、界面状態を改善でき、強いては薄膜トランジスタの電気特性を向上させることができる。 Note that although the case of using high-density plasma treatment for manufacturing the gate insulating film has been described, the present invention is not limited to the gate insulating film or the like, and may be used for manufacturing other insulating films such as an interlayer insulating film. Further, the semiconductor film may be subjected to high density plasma treatment. The semiconductor film surface can be modified by high-density plasma treatment. As a result, the interface state can be improved, and the electrical characteristics of the thin film transistor can be improved.
次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成し、結晶質半導体層708に、イオンドープ法又はイオン注入法により、N型を付与する不純物元素を添加して、不純物領域709を形成する。N型を付与する不純物元素は、15族に属する元素を用いれば良く、例えばリン(P)、砒素(As)を用いる。
Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting N-type conductivity is added to the
結晶質半導体層708は後にN型MOS容量素子の半導体層となる。従って、結晶質半導体層708に添加する不純物元素の濃度によりN型MOS容量素子のしきい値電圧を制御することができる。本発明では、不純物元素が1×1017atoms/cm3以上1×1020atoms/cm3以下の濃度で含まれるようにドーズ量を調節すればよい。このような範囲に設定することで、しきい値電圧を適度な値とすることができ、過度な電源電圧が発生することが抑えられる本発明の半導体装置を実現することができる。なお、以下では、薄膜トランジスタの名称にあわせて、N型MOS容量素子の第1電極をゲート電極と呼び、反転層が形成される領域をチャネル形成領域と呼ぶ。
The
次に、ゲート絶縁層705上に、第1の導電層と第2の導電層を積層して形成する(図13(C)参照)。第1の導電層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電層も、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、100nm〜400nmの厚さで形成する。第1の導電層と第2の導電層は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第1の導電層と第2の導電層の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタルからなる層とタングステンからなる層、窒化タングステンからなる層とタングステンからなる層、窒化モリブデンからなる層とモリブデンからなる層等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電層と第2の導電層を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層構造ではなく、3層構造の場合は、モリブデンからなる層とアルミニウムからなる層とモリブデンからなる層の積層構造を採用するとよい。 Next, a first conductive layer and a second conductive layer are stacked over the gate insulating layer 705 (see FIG. 13C). The first conductive layer is formed with a thickness of 20 to 100 nm by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. The second conductive layer is also formed with a thickness of 100 nm to 400 nm by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. The first conductive layer and the second conductive layer are made of tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), etc. A selected element or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component is formed. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus is used. As examples of the combination of the first conductive layer and the second conductive layer, a layer made of tantalum nitride and a layer made of tungsten, a layer made of tungsten nitride and a layer made of tungsten, a layer made of molybdenum nitride and a layer made of molybdenum Layer and the like. Since tungsten and tantalum nitride have high heat resistance, heat treatment for thermal activation can be performed after the formation of the first conductive layer and the second conductive layer. In the case of a three-layer structure instead of a two-layer structure, a stacked structure of a layer made of molybdenum, a layer made of aluminum, and a layer made of molybdenum may be adopted.
次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、ゲート電極として機能する導電層716〜721を形成する。
Next, a resist mask is formed by photolithography, and etching treatment for forming gate electrodes and gate lines is performed, so that
次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成し、結晶質半導体層706、708に、イオンドープ法又はイオン注入法により、N型を付与する不純物元素を低濃度に添加して、不純物領域711、713、チャネル形成領域780、782を形成する。N型を付与する不純物元素は、15族に属する元素を用いれば良く、例えばリン(P)、砒素(As)を用いる。
Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 706 and 708 by ion doping or ion implantation at a low concentration.
次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成し、結晶質半導体層707に、P型を付与する不純物元素を添加して、不純物領域712とチャネル形成領域781を形成する。P型を付与する不純物元素は、例えばボロン(B)を用いる。
Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting p-type conductivity is added to the
次に、ゲート絶縁層705と導電層716〜721を覆うように、絶縁層を形成する。絶縁層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む層や、有機樹脂などの有機材料を含む層を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁層を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電層716〜721の側面に接する絶縁層(サイドウォールともよぶ)739〜741を形成する(図14(A)参照)。また、絶縁層739〜741の作成と同時に、ゲート絶縁層705をエッチングして、絶縁層734〜736を形成する。絶縁層739〜741は、後にLDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。
Next, an insulating layer is formed so as to cover the
次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成し、そのレジストマスクと絶縁層739〜741をマスクとして用いて、結晶質半導体層706、708にN型を付与する不純物元素を添加して、第1の不純物領域(LDD領域ともよぶ)727、729と、第2の不純物領域726、728とを形成する。第1の不純物領域727、729の不純物元素の濃度は、第2の不純物領域726、728の不純物元素の濃度よりも低い。上記工程を経て、N型の薄膜トランジスタ744、P型の薄膜トランジスタ745、およびN型MOS容量素子746が完成する。
Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting N-type conductivity is added to the crystalline semiconductor layers 706 and 708 using the resist mask and the insulating
なお、本実施例では、N型MOS容量素子を作製する場合を示した。P型MOS容量素子を作製する場合には、MOS容量素子への不純物元素として、極性が異なるP型不純物元素を用いると良い。具体的には、ゲート絶縁層705形成後、不純物領域709を形成する工程では、結晶質半導体層708にP型を付与する不純物元素を添加する。不純物元素は1×1017atoms/cm3以上1×1020atoms/cm3以下の濃度で含まれるようにドーズ量を調節すればよい。また、不純物領域713、チャネル形成領域782の形成は、不純物領域712とチャネル形成領域781の形成と同時に、P型を付与する不純物元素を添加して行えばよい。また、第1の不純物領域727と、第2の不純物領域726を形成する際には、結晶質半導体層708はレジストからなるマスクで覆い、不純物領域728,729を形成しない。このようにしてP型MOS容量を形成した場合の図14(A)に対応する図面を図18に示す。
In this embodiment, the case where an N-type MOS capacitor is manufactured is shown. In the case of manufacturing a P-type MOS capacitor element, P-type impurity elements having different polarities may be used as impurity elements for the MOS capacitor element. Specifically, in the step of forming the
N型の薄膜トランジスタ744、P型の薄膜トランジスタ745、およびN型MOS容量素子746が完成した後、これらを覆うように、絶縁層を単層又は積層して形成する(図14(B)参照)。薄膜トランジスタ744〜745、およびN型MOS容量素子746を覆う絶縁層は、SOG法や液滴吐出法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ、シロキサン等の有機材料等により、単層又は積層で形成する。シロキサンとは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。また、置換基として、フルオロ基を用いてもよい。また、置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
After the N-type
例えば、薄膜トランジスタ744、745、およびN型MOS容量素子746を覆う絶縁層が3層構造の場合、1層目の絶縁層749として酸化珪素を含む層を形成し、2層目の絶縁層750として樹脂を含む層を形成し、3層目の絶縁層751として窒化珪素を含む層を形成するとよい。
For example, when the insulating layer covering the
なお、絶縁層749〜751を形成する前、又は絶縁層749〜751のうちの1つ又は複数を形成した後に、半導体層の結晶性の回復や半導体層に添加された不純物元素の活性化、半導体層の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザアニール法又はRTA法などを適用するとよい。
Note that before the insulating
次に、フォトリソグラフィ法やエッチング法により、絶縁層749〜751をエッチングして、第2の不純物領域726、728、不純物領域712を露出させる開口部を形成する。続いて、導電層を形成し、当該導電層をパターン加工して、配線として機能する導電層752〜758を形成する。
Next, the insulating
導電層752〜758は、プラズマCVD法やスパッタリング法等により、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、ネオジウム(Nd)等から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、アルミニウムを主成分とし珪素を含む材料、アルミニウムを主成分とし、ニッケル、炭素及び珪素から選択された1種又は複数種とを含む材料に相当する。導電層752〜758は、例えば、バリア層と珪素を含むアルミニウム層とバリア層の積層構造、バリア層と珪素を含むアルミニウム層と窒化チタン層とバリア層の積層構造を採用するとよい。なお、アルミニウムシリコンが含むシリコンは、0.1wt%〜5wt%とする。また、バリア層とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムや珪素を含むアルミニウムは、抵抗値が低く、安価であるため、導電層752〜758を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムや珪素を含むアルミニウムのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア層を形成すると、結晶質半導体層上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元するため、結晶質半導体層とバリア層の接続不良の発生を抑制することができる。
The
次に、導電層752〜758を覆うように、絶縁層762を形成する(図15(A)参照)。絶縁層762は、SOG法や液滴吐出法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。絶縁層762は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。
Next, an insulating
続いて、フォトリソグラフィ法により、絶縁層762をエッチングして、導電層758を露出させる開口部を形成する。続いて、開口部を充填するように、導電層を形成する。導電層は、プラズマCVD法やスパッタリング法等を用いて、導電性材料により形成する。次に、導電層をパターン加工して、導電層765を形成する。導電層765は、チタン、又はチタンを主成分とする合金材料若しくは化合物材料により、単層又は積層で形成するとよい。また、導電層765を形成するためのフォトリソグラフィ工程においては、下層の薄膜トランジスタ744、745、及びN型MOS容量素子746にダメージを与えないために、ウエットエッチング加工を行うとよく、エッチング剤にはフッ化水素又はアンモニア過水を用いるとよい。
Subsequently, the insulating
次に、導電層765を覆うように、絶縁層766を形成する。絶縁層766は、SOG法や液滴吐出法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁層766は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。続いて、絶縁層766をエッチングして、導電層765を露出させる開口部769を形成する。
Next, an insulating
次に、導電層765に接し、アンテナとして機能する導電層777を形成する(図15(B)参照)。導電層777は、プラズマCVD法、スパッタリング法、印刷法、液滴吐出法等を用いて、導電性材料により形成する。好ましくは、導電層777は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。具体的には、導電層777は、スクリーン印刷法により、銀を含むペーストを用いて形成し、その後、50〜350℃の加熱処理を行って形成する。又は、スパッタリング法によりアルミニウム層を形成し、当該アルミニウム層をパターン加工することにより形成する。アルミニウム層のパターン加工は、ウエットエッチング加工を用いるとよく、ウエットエッチング加工後は200〜300℃の加熱処理を行うとよい。
Next, a
次に、アンテナとして機能する導電層777を覆うように、SOG法や液滴吐出法等により、保護層として機能する絶縁層772を形成する。絶縁層772は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)などの炭素を含む層、窒化珪素を含む層、窒化酸化珪素を含む層、有機材料(好ましくはエポキシ樹脂)により形成する。
Next, an insulating
次に、剥離層702が露出するように、絶縁層703、749、750、751をエッチングして、開口部773、774を形成する(図16(A)参照)。
Next, the insulating
次に、開口部773、774にエッチング剤を導入して、剥離層702を除去する(図16(B)参照)。エッチング剤は、フッ化ハロゲンを含む気体又は液体を使用する。例えば、三フッ化塩素(ClF3)、三フッ化窒素(NF3)、三フッ化臭素(BrF3)、フッ化水素(HF)がある。なお、エッチング剤として、フッ化水素を使用する場合は、剥離層702として、酸化珪素からなる層を用いる。上記工程を経て、薄膜トランジスタ744、745と、N型MOS容量素子746と、アンテナとして機能する導電層777とを含む薄膜集積回路791を、基板701から剥離する。
Next, an etchant is introduced into the
薄膜集積回路791が剥離された基板701は、コストの削減のために、再利用するとよい。また、絶縁層772は、剥離層702を除去した後に、薄膜集積回路791が飛散しないように、設けたものである。薄膜集積回路791は小さく薄く軽いために、剥離層702を除去した後は、基板701に密着していないために飛散しやすい。しかしながら、薄膜集積回路791上に絶縁層772を形成することで、薄膜集積回路791に重みが付き、基板701からの飛散を防止することができる。また、薄膜集積回路791単体では薄くて軽いが、絶縁層772を形成することで、巻かれた形状になることがなく、ある程度の強度を確保することができる。
The
次に、薄膜集積回路791の一方の面を、第1の基板776に接着させて、基板701から完全に剥離する(図17参照)。続いて、薄膜集積回路791の他方の面を、第2の基板775に接着させ、その後加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って、薄膜集積回路791を、第1の基板776と第2の基板775により封止する。第1の基板776と第2の基板775は、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、繊維質な材料からなる紙、基材フィルム(ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等)と接着性合成樹脂フィルム(アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等)との積層フィルムなどに相当する。熱圧着により、フィルムと被処理体とを貼り合わせる。加熱処理と加圧処理を行う際には、フィルムの最表面に設けられた接着層か、又は最外層に設けられた層(接着層ではない)を加熱処理によって溶かし、加圧により接着する。また、第1の基板776と第2の基板775の表面には接着層が設けられていてもよいし、接着層が設けられていなくてもよい。接着層は、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、酢酸ビニル樹脂系接着剤、ビニル共重合樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、ゴム系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等の接着剤を含む層に相当する。
Next, one surface of the thin film integrated
第1の基板776と第2の基板775がプラスチックからなる場合、薄型、軽量で、曲げることが可能であるためデザイン性に優れ、フレキシブルな形状への加工が容易である。また、耐衝撃性に優れ、様々な物品に貼り付けたり、埋め込んだりすることが容易であり、多種多様な分野で活用することができる。
In the case where the
本実施例では、無線チップが有する回路のレイアウト例について説明する。 In this embodiment, a layout example of a circuit included in a wireless chip is described.
実施例5で説明したように、半導体層は、絶縁表面を有する基板上に下地膜等を介して形成される。そして、フォトリソグラフィ技術によって、フォトマスク上に形成されたパターンを、半導体層上に形成されたレジスト等へ転写しパターンを形成する。そのマスクパターンを利用して半導体層をエッチング処理することにより、薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域を含む特定形状を有する島状の半導体領域を形成することができる。 As described in Embodiment 5, the semiconductor layer is formed over a substrate having an insulating surface with a base film or the like interposed therebetween. Then, the pattern formed on the photomask is transferred to a resist or the like formed on the semiconductor layer by a photolithography technique to form a pattern. By etching the semiconductor layer using the mask pattern, an island-shaped semiconductor region having a specific shape including a source region, a drain region, and a channel formation region of the thin film transistor can be formed.
半導体領域を形成するためのフォトマスク上のパターンは、方形を有する場合が多いが、本発明において、方形の角部(凸部)は角取りされて形成される。具体的には、一辺が10μm以下の直角三角形が除去され角取りされた形状、あるいは一辺が10μm以下の直角三角形の領域の一部で、多角形や曲線を含む領域を除去し丸みを帯びた形状とする。 In many cases, a pattern on a photomask for forming a semiconductor region has a square shape. In the present invention, a square corner portion (convex portion) is rounded off. Specifically, a right triangle with a side of 10 μm or less is removed and rounded, or a part of a right triangle with a side of 10 μm or less is removed to remove a region containing a polygon or a curve. Shape.
また、半導体領域を形成するためのフォトマスク上のパターンは、方形を有する以外にも、開口部の領域をチャネル幅より広く確保する場合や、異なるチャネル幅を有する薄膜トランジスタを一つの半導体領域で形成する場合など、一般には様々な形状をとり、外側の辺(凸部)や内側の辺(凹部)からなる角部を有する。本発明において、方形の角部(凸部や凹部)は角取りされて形成される。 The pattern on the photomask for forming the semiconductor region is not only square, but also when the opening region is secured wider than the channel width, or a thin film transistor having a different channel width is formed in one semiconductor region. In general, it takes various shapes and has a corner portion composed of an outer side (convex portion) and an inner side (concave portion). In the present invention, square corners (projections and recesses) are formed by rounding.
具体的には、角部が凹部からなる場合、一辺が10μm以下の直角三角形を追加して角取りされた形状、あるいは一辺が10μm以下の直角三角形の領域の一部で、多角形や曲線を含む領域を追加し丸みを帯びた形状とする。 Specifically, when the corner portion is a concave portion, a polygon or a curve is formed by adding a right triangle with a side of 10 μm or less to be chamfered, or a part of a right triangle with a side of 10 μm or less. Add a region to include a rounded shape.
図19には、このマスクパターンを転写して形成された半導体領域を示す。なお、図19において、点線は後に形成されるゲート電極や配線を表している。なお、マスクパターンを転写して形成された半導体領域の角部は、フォトマスクのパターンの角部よりさらに丸みを帯びるように形成されることがある。すなわち、半導体領域の角部には、フォトマスクのパターンの角部よりもさらに形状をなめらかにした丸みが設けられてもよい。 FIG. 19 shows a semiconductor region formed by transferring this mask pattern. In FIG. 19, dotted lines represent gate electrodes and wirings to be formed later. Note that the corner of the semiconductor region formed by transferring the mask pattern may be formed to be more rounded than the corner of the photomask pattern. That is, the corner of the semiconductor region may be provided with a rounder shape that is smoother than the corner of the photomask pattern.
次に、半導体領域の形成後にゲート絶縁膜が形成される。そして、半導体領域の一部と重なるゲート電極、及びゲート配線が同時に形成される。ゲート電極又はゲート配線は、金属層や半導体層を成膜し、フォトリソグラフィ技術によってフォトマスク上に形成されたパターンをレジスト等へ転写し、そのマスクパターンを利用して金属層や半導体層をエッチング処理することにより、形成することができる。 Next, a gate insulating film is formed after forming the semiconductor region. Then, a gate electrode and a gate wiring overlapping with a part of the semiconductor region are formed at the same time. For the gate electrode or gate wiring, a metal layer or a semiconductor layer is formed, a pattern formed on the photomask is transferred to a resist or the like by a photolithography technique, and the metal layer or the semiconductor layer is etched using the mask pattern. It can be formed by processing.
このゲート電極又はゲート配線を形成するためのフォトマスク上のパターンは、凸部(外側の辺)や凹部(内側の辺)からなる角部、あるいは凸部(外側の辺)や凹部(内側の辺)からなる屈曲部を有する。なお、屈曲部とはパターンが折れ曲がって形成される部分をさす。本発明において、角部又は屈曲部は角取りされて形成される。 The pattern on the photomask for forming the gate electrode or the gate wiring is a corner formed by a convex portion (outer side) or a concave portion (inner side), or a convex portion (outer side) or a concave portion (inner side). Side). The bent portion refers to a portion formed by bending a pattern. In the present invention, the corner portion or the bent portion is formed by rounding off.
具体的には、角部又は屈曲部が凸部からなる場合、一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の大きさの直角三角形を除去して角取りされた形状、あるいは一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の直角三角形の領域の一部で、多角形や曲線を含む領域を除去し丸みを帯びた形状とする。 Specifically, when the corner or the bent portion is a convex portion, one side is 10 μm or less, or a shape that is rounded by removing a right triangle having a size that is 1/2 to 1/5 of the line width, or one side Is a part of a right-angled triangle region of 10 μm or less or 1/2 to 1/5 of the line width, and a region including a polygon or a curve is removed to obtain a rounded shape.
また、角部又は屈曲部が凹部からなる場合、一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の直角三角形を追加して角取りされた形状、あるいは一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の直角三角形の領域の一部で、多角形や曲線を含む領域を追加し丸みを帯びた形状とする。 In addition, when the corner portion or the bent portion is formed of a concave portion, one side is 10 μm or less or a shape that is chamfered by adding a right triangle of 1/2 to 1/5 of the line width, or one side is 10 μm or less or the line width A part of a 1/2 to 1/5 right triangle area is added to an area including a polygon or a curve to form a rounded shape.
図20には、このマスクパターンを転写して形成されたゲート電極及びゲート配線を示す。図20において、点線は後に形成される配線を表している。なお、マスクパターンを転写して形成されたゲート電極又はゲート配線の角部は、フォトマスクのパターンの角部よりさらに丸みを帯びるように形成されることがある。すなわち、ゲート電極又はゲート配線の角部には、フォトマスクのパターンの角部よりもさらに形状をなめらかにした丸めが設けられていてもよい。 FIG. 20 shows a gate electrode and a gate wiring formed by transferring this mask pattern. In FIG. 20, a dotted line represents a wiring to be formed later. Note that corners of the gate electrode or gate wiring formed by transferring the mask pattern may be formed to be more rounded than corners of the pattern of the photomask. That is, the corner of the gate electrode or the gate wiring may be provided with rounding that has a smoother shape than the corner of the photomask pattern.
このようなゲート電極又はゲート配線において、丸みを帯びた凸部ではプラズマによるドライエッチの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また丸みを帯びた凹部では、洗浄のときに、基板に微粉が付着していても洗浄液を配線パターンの凸部に滞留させずに洗い流すことができる。 In such a gate electrode or gate wiring, the rounded convex portion can suppress generation of fine powder due to abnormal discharge during dry etching by plasma. Further, in the rounded concave portion, even when fine powder adheres to the substrate during cleaning, the cleaning liquid can be washed away without staying on the convex portion of the wiring pattern.
次に、ゲート電極又はゲート配線の形成後に絶縁層等が形成される。そして絶縁層上の所定の位置に開口を形成した後、配線を形成する。この開口は、下層に位置する半導体層又はゲート配線層と、配線層との間の電気的な接続をとるために設けられる。配線は、金属層を成膜し、フォトリソグラフィ技術によってフォトマスク上に形成されたパターンをレジスト等へ転写し、そのマスクパターンを利用して金属層をエッチング処理することにより、形成することができる。 Next, an insulating layer or the like is formed after the formation of the gate electrode or the gate wiring. Then, after forming an opening at a predetermined position on the insulating layer, a wiring is formed. This opening is provided in order to establish electrical connection between the semiconductor layer or gate wiring layer located in the lower layer and the wiring layer. The wiring can be formed by depositing a metal layer, transferring a pattern formed on the photomask by photolithography to a resist or the like, and etching the metal layer using the mask pattern. .
この配線を形成するためのフォトマスク上のパターンは、凸部(外側の辺)や凹部(内側の辺)からなる角部、あるいは凸部(外側の辺)や凹部(内側の辺)からなる屈曲部を有する。なお、屈曲部とはパターンが折れ曲がって形成される部分をさす。本発明において、角部又は屈曲部は角取りされて形成される。 The pattern on the photomask for forming this wiring consists of a corner portion consisting of a convex portion (outer side) and a concave portion (inner side), or a convex portion (outer side) and a concave portion (inner side). Has a bend. The bent portion refers to a portion formed by bending a pattern. In the present invention, the corner portion or the bent portion is formed by rounding off.
具体的には、角部又は屈曲部が凸部からなる場合、一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の大きさの直角三角形を除去して角取りされた形状、あるいは一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の直角三角形の領域の一部で、多角形や曲線を含む領域を除去し丸みを帯びた形状とする。 Specifically, when the corner or the bent portion is a convex portion, one side is 10 μm or less, or a shape that is rounded by removing a right triangle having a size that is 1/2 to 1/5 of the line width, or one side Is a part of a right-angled triangle region of 10 μm or less or 1/2 to 1/5 of the line width, and a region including a polygon or a curve is removed to obtain a rounded shape.
また、角部又は屈曲部が凹部からなる場合、一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の直角三角形を追加して角取りされた形状、あるいは一辺が10μm以下あるいは線幅の1/2〜1/5の直角三角形の領域の一部で、多角形や曲線を含む領域を追加し丸みを帯びた形状とする。 In addition, when the corner portion or the bent portion is formed of a concave portion, one side is 10 μm or less or a shape that is chamfered by adding a right triangle of 1/2 to 1/5 of the line width, or one side is 10 μm or less or the line width A part of a 1/2 to 1/5 right triangle area is added to an area including a polygon or a curve to form a rounded shape.
図21には、このマスクパターンを転写して形成された配線を示す。なお、マスクパターンを転写して形成された配線の角部は、フォトマスクのパターンの角部よりさらに丸みを帯びるように形成されることがある。すなわち、配線の角部には、フォトマスクのパターンの角部よりもさらに形状をなめらかにした丸めが設けられていてもよい。 FIG. 21 shows wiring formed by transferring this mask pattern. Note that the corners of the wiring formed by transferring the mask pattern may be formed to be more rounded than the corners of the photomask pattern. That is, the corners of the wiring may be provided with rounding that is smoother than the corners of the pattern of the photomask.
このような配線において、丸みを帯びた凸部ではプラズマによるドライエッチの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また丸みを帯びた凹部では、洗浄のときに、たとえできた微粉があっても、それが角に集まりやすいのを洗い流すことができる。特に多数の平行配線が設けられる駆動回路部等の配線において、ゴミを洗い流すことを可能とすることは、きわめて好都合である。その結果、製造工程における塵や微粉の問題を解消し、歩留まり向上が甚だしく期待できるという効果を有する。また、配線の角部が丸みを帯びた構成をとることにより、特に高周波において電気的な伝導効率が向上することが期待できる。 In such a wiring, rounded convex portions can suppress generation of fine powder due to abnormal discharge during dry etching by plasma. Also, in the rounded recess, even if there is fine powder that can be produced during washing, it can be washed away that it tends to collect at the corner. In particular, it is very advantageous to be able to wash away dust in wiring such as a drive circuit section provided with a large number of parallel wirings. As a result, there is an effect that the problem of dust and fine powder in the manufacturing process can be solved, and the yield can be greatly improved. Moreover, it can be expected that the electrical conduction efficiency is improved particularly at high frequencies by adopting a configuration in which the corners of the wiring are rounded.
なお本実施の形態では、半導体層、ゲート配線、配線の3つのレイアウトにおいて、角部又は屈曲部に丸みを帯びる形態を説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、いずれか一の層において、角部又は屈曲部の全体もしくは一部に丸みを帯びさせ、製造工程における塵や微粉等の問題を解消することができればよい。 Note that in this embodiment mode, a mode in which corners or bent portions are rounded in three layouts of a semiconductor layer, a gate wiring, and a wiring is described; however, the present invention is not limited to this. That is, in any one of the layers, it is only necessary to round the corners or the bent portions or a part thereof so as to eliminate problems such as dust and fine powder in the manufacturing process.
実施の形態3で説明した半導体装置(図5参照)を構成する素子構造および素子レイアウトの例を説明する。 An example of an element structure and an element layout included in the semiconductor device described in Embodiment 3 (see FIG. 5) will be described.
本発明の半導体装置501はMOS容量素子を有する共振回路502、電源回路503、クロック発生回路504、復調回路505、制御回路506、メモリ部507、符号化及び変調回路508を有する。共振回路502、電源回路503はアナログ回路で構成され、制御回路506及びメモリ部507はデジタル回路で構成されている。クロック発生回路504、復調回路505、符号化及び変調回路508は、アナログ部分とデジタル部分を有する。
A
これらの回路はトランジスタを含んで構成されている。トランジスタは単結晶基板に形成されるMOSトランジスタの他、薄膜トランジスタ(TFT)で構成することもできる。図22はこれらの回路を構成するトランジスタの断面構造を示す図である。図22は、nチャネル型トランジスタ51、nチャネル型トランジスタ52、容量素子54、抵抗素子55、pチャネル型トランジスタ53が示されている。各トランジスタは半導体層35、絶縁層38、ゲート電極39を備えている。ゲート電極39は、第1導電層33と第2導電層32の積層構造で形成されている。また、図23(A)〜(E)は、図22で示すnチャネル型トランジスタ51、nチャネル型トランジスタ52、容量素子54、抵抗素子55、pチャネル型トランジスタ53に対応する上面図であり合わせて参照することができる。
These circuits include transistors. In addition to a MOS transistor formed on a single crystal substrate, the transistor can be a thin film transistor (TFT). FIG. 22 is a diagram showing a cross-sectional structure of transistors constituting these circuits. FIG. 22 shows an n-
図22において、nチャネル型トランジスタ51は、チャネル長方向(キャリアの流れる方向)において、ゲート電極の両側に低濃度ドレイン(LDD)とも呼ばれ、配線34とコンタクトを形成するソース及びドレイン領域を形成する不純物領域36の不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域37が半導体層35に形成されている。不純物領域36と不純物領域37には、nチャネル型トランジスタ51を構成する場合、n型を付与する不純物としてリンなどが添加されている。LDDはホットエレクトロン劣化や短チャネル効果を抑制する手段として形成される。
In FIG. 22, an n-
図23(A)で示すように、nチャネル型トランジスタ51のゲート電極39において、第1導電層33は、第2導電層32の両側に広がって形成されている。この場合において、第1導電層33の膜厚は、第2導電層の膜厚よりも薄く形成されている。第1導電層33の厚さは、10〜100kVの電界で加速されたイオン種を通過させることが可能な厚さに形成されている。不純物領域37はゲート電極39の第1導電層33と重なるように形成されている。すなわち、ゲート電極39とオーバーラップするLDD領域を形成している。この構造は、ゲート電極39において、第2導電層32をマスクとして、第1導電層33を通して一導電型の不純物を添加することにより、自己整合的に不純物領域37を形成している。すなわち、ゲート電極とオーバーラップするLDDを自己整合的に形成している。
As shown in FIG. 23A, in the
両側にLDDを有するトランジスタは、図5における電源回路503の整流用のTFTや、論理回路に用いられるトランスミッションゲート(アナログスイッチとも呼ぶ)を構成するトランジスタに適用される。これらのTFTは、ソース及びドレイン電極間に正負両方の電圧が印加されるため、ゲート電極の両側にLDDを設けることが好ましい。
A transistor having LDDs on both sides is applied to a transistor constituting a rectifying TFT of the
図22において、nチャネル型トランジスタ52は、ゲート電極の片側に不純物領域36の不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域37が半導体層35に形成されている。図23(B)で示すように、nチャネル型トランジスタ52のゲート電極39において、第1導電層33は、第2導電層32の片側に広がって形成されている。この場合も同様に、第2導電層32をマスクとして、第1導電層33を通して一導電型の不純物を添加することにより、自己整合的にLDDを形成することができる。
In FIG. 22, an n-
片側にLDDを有するトランジスタは、ソース及びドレイン電極間に正電圧のみ、もしくは負電圧のみが印加されるトランジスタに適用すればよい。具体的には、インバータ回路、NAND回路、NOR回路、ラッチ回路といった論理ゲートを構成するトランジスタや、センスアンプ、定電圧発生回路、VCOといったアナログ回路を構成するトランジスタに適用すればよい。 A transistor having an LDD on one side may be applied to a transistor to which only a positive voltage or only a negative voltage is applied between the source and drain electrodes. Specifically, it may be applied to a transistor constituting a logic gate such as an inverter circuit, a NAND circuit, a NOR circuit, or a latch circuit, or a transistor constituting an analog circuit such as a sense amplifier, a constant voltage generation circuit, or a VCO.
図22において、容量素子54は、第1導電層33と半導体層35とで絶縁層38を挟んで形成されている。容量素子54を形成する半導体層35には、不純物領域36と不純物領域37を備えている。不純物領域37は、半導体層35において第1導電層33と重なる位置に形成される。また、不純物領域36は配線34とコンタクトを形成する。不純物領域37は、第1導電層33を通して一導電型の不純物を添加することができるので、不純物領域36と不純物領域37に含まれる不純物濃度は同じにすることもできるし、異ならせることも可能である。いずれにしても、容量素子54において、半導体層35は電極として機能させるので、一導電型の不純物を添加して低抵抗化しておくことが好ましい。また、第1導電層33は、図23(C)に示すように、第2導電層32を補助的な電極として利用することにより、電極として十分に機能させることができる。このように、第1導電層33と第2導電層32を組み合わせた複合的な電極構造とすることにより、容量素子54を自己整合的に形成することができる。
In FIG. 22, the
容量素子は、図5において、電源回路503が有する保持容量、あるいは共振回路502が有する共振容量として用いられる。特に、共振容量は、容量素子の2端子間に正負両方の電圧が印加されるため、2端子間の電圧の正負によらず容量として機能することが必要である。
In FIG. 5, the capacitor is used as a storage capacitor included in the
図22において、抵抗素子55は、第1導電層33によって形成されている。第1導電層33は30〜150nm程度の厚さに形成されるので、その幅や長さを適宜設定して抵抗素子を構成することができる。
In FIG. 22, the
抵抗素子は、図5において変調回路508が有する抵抗負荷として用いられる。また、VCOなどで電流を制御する場合の負荷としても用いられる場合がある。抵抗素子は、高濃度に不純物元素を含む半導体層や、膜厚の薄い金属層によって構成すればよい。抵抗値が膜厚、膜質、不純物濃度、活性化率などに依存する半導体層に対して、金属層は、膜厚、膜質で抵抗値が決定するため、ばらつきが小さく好ましい。
The resistance element is used as a resistance load included in the
図22において、pチャネル型トランジスタ53は、半導体層35に不純物領域31を備えている。この不純物領域31は、配線34とコンタクトを形成するソース及びドレイン領域を形成する。ゲート電極39の構成は第1導電層33と第2導電層32が重畳した構成となっている。pチャネル型トランジスタ53はLDDを設けないシングルドレイン構造のトランジスタである。pチャネル型トランジスタ53を形成する場合、不純物領域31にはp型を付与する不純物として硼素などが添加される。一方、不純物領域31にリンを添加すればシングルドレイン構造のnチャネル型トランジスタとすることもできる。
In FIG. 22, the p-
半導体層35及び絶縁層38の一方若しくは双方に対してマイクロ波で励起され、電子温度が2eV以下、イオンエネルギーが5eV以下、電子密度が1011〜1013/cm3程度である高密度プラズマ処理によって酸化又は窒化処理しても良い。このとき、基板温度を300〜450℃とし、酸化雰囲気(O2、N2Oなど)又は窒化雰囲気(N2、NH3など)で処理することにより、半導体層35と絶縁層38の界面の欠陥準位を低減することができる。絶縁層38対してこの処理を行うことにより、この絶縁層の緻密化を図ることができる。すなわち、荷電欠陥の生成を抑えトランジスタのしきい値電圧の変動を抑えることができる。また、トランジスタを3V以下の電圧で駆動させる場合には、このプラズマ処理により酸化若しくは窒化された絶縁層を絶縁層38として適用することができる。また、トランジスタの駆動電圧が3V以上の場合には、このプラズマ処理で半導体層35の表面に形成した絶縁層とCVD法(プラズマCVD法若しくは熱CVD法)で堆積した絶縁層とを組み合わせて絶縁層38を形成することができる。また、同様にこの絶縁層は、容量素子54の誘電体層としても利用することができる。この場合、このプラズマ処理で形成された絶縁層は、1〜10nmの厚さで形成され、緻密な膜であるので、大きな電荷容量を持つ容量素子を形成することができる。
High density plasma treatment in which one or both of the
図22及び図23を参照して説明したように、膜厚の異なる導電層を組み合わせることにより、さまざまな構成の素子を形成することができる。第1導電層のみが形成される領域と、第1導電層と第2導電層が積層されている領域は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いて形成することができる。すなわち、フォトリソグラフィ工程において、フォトレジストを露光する際に、フォトマスクの透過光量を調節して、現像されるレジストマスクの厚さを異ならせる。この場合、フォトマスクまたはレチクルに解像度限界以下のスリットを設けて上記複雑な形状を有するレジストを形成してもよい。また、現像後に約200℃のベークを行ってフォトレジスト材料で形成されるマスクパターンを変形させてもよい。 As described with reference to FIGS. 22 and 23, elements having various structures can be formed by combining conductive layers having different film thicknesses. The region where only the first conductive layer is formed and the region where the first conductive layer and the second conductive layer are laminated are a photo provided with an auxiliary pattern having a light intensity reducing function consisting of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film. It can be formed using a mask or a reticle. That is, in the photolithography process, when the photoresist is exposed, the amount of light transmitted through the photomask is adjusted to vary the thickness of the resist mask to be developed. In this case, a resist having a complicated shape may be formed by providing a slit having a resolution limit or less in a photomask or a reticle. Alternatively, the mask pattern formed of the photoresist material may be deformed by baking at about 200 ° C. after development.
また、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いることにより、第1導電層のみが形成される領域と、第1導電層と第2導電層が積層されている領域を連続して形成することができる。図23(A)に示すように、第1導電層のみが形成される領域を半導体層上に選択的に形成することができる。このような領域は、半導体層上において有効であるが、それ以外の領域(ゲート電極と連続する配線領域)では必要がない。このフォトマスク若しくはレチクルを用いることにより、配線部分は、第1導電層のみの領域を作らないで済むので、配線密度を実質的に高めることができる。 Further, by using a photomask or a reticle provided with an auxiliary pattern having a light intensity reduction function consisting of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film, a region where only the first conductive layer is formed, the first conductive layer and the second conductive layer A region where the conductive layer is stacked can be formed continuously. As shown in FIG. 23A, a region where only the first conductive layer is formed can be selectively formed over the semiconductor layer. Such a region is effective on the semiconductor layer, but is not necessary in other regions (a wiring region continuous with the gate electrode). By using this photomask or reticle, it is not necessary to form a region of only the first conductive layer in the wiring portion, so that the wiring density can be substantially increased.
図22及び図23の場合には、第1導電層はタングステン(W)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)またはモリブデン(Mo)などの高融点金属、又は高融点金属を主成分とする合金もしくは化合物を30〜50nmの厚さで形成する。また、第2導電層はタングステン(W)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)またはモリブデン(Mo)などの高融点金属、又は高融点金属を主成分とする合金もしくは化合物で300〜600nmの厚さに形成する。例えば、第1導電層と第2導電層をそれぞれ異なる導電材料を用い、後に行うエッチング工程でエッチングレートの差が生じるようにする。一例として、第1導電層をTaNを用い、第2導電層としてタングステン膜を用いることができる。 In the case of FIGS. 22 and 23, the first conductive layer is a refractory metal such as tungsten (W), chromium (Cr), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN) or molybdenum (Mo), or a refractory metal. An alloy or a compound mainly composed of is formed with a thickness of 30 to 50 nm. The second conductive layer is made of a refractory metal such as tungsten (W), chromium (Cr), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), or molybdenum (Mo), or an alloy or compound containing a refractory metal as a main component. To a thickness of 300 to 600 nm. For example, different conductive materials are used for the first conductive layer and the second conductive layer, and a difference in etching rate is caused in an etching process performed later. As an example, TaN can be used for the first conductive layer, and a tungsten film can be used for the second conductive layer.
本実施例では、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いて、電極構造の異なるトランジスタ、容量素子、抵抗素子を、同じパターニング工程によって作り分けることができることを示している。これにより、回路の特性に応じて、形態の異なる素子を、工程を増やすことなく作り込み、集積化することができる。 In this embodiment, transistors, capacitors, and resistors having different electrode structures are formed by the same patterning process using a photomask or reticle provided with an auxiliary pattern having a light intensity reducing function consisting of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film. It shows that it can be made separately. Thus, elements having different forms can be formed and integrated without increasing the number of steps in accordance with circuit characteristics.
本発明の無線チップの用途について図24を用いて説明する。本発明の無線チップの用途は広範囲にわたるが、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。 The use of the wireless chip of the present invention will be described with reference to FIG. The wireless chip of the present invention can be used for a wide range, for example, banknotes, coins, securities, certificate documents, bearer bonds, packaging containers, books, recording media, personal items, vehicles, foods, clothing It can be used in health supplies, daily necessities, medicines and electronic devices.
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、約束手形等を指し、無線チップ90を設けることができる(図24(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指し、無線チップ91を設けることができる(図24(B)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指し、無線チップ97を設けることができる(図24(G)参照)。無記名債券類とは、切手、食品券、各種ギフト券等を指す。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し、無線チップ93を設けることができる(図24(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指し、無線チップ94を設けることができる(図24(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指し、無線チップ95を設けることができる(図24(F)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指し、無線チップ96を設けることができる(図24(C)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。
Banknotes and coins are money that circulates in the market, and include those that are used in the same way as money in a specific area (cash vouchers), commemorative coins, and the like. Securities refer to checks, securities, promissory notes, and the like, and can be provided with a wireless chip 90 (see FIG. 24A). The certificate refers to a driver's license, a resident's card, and the like, and a
本発明の無線チップは、プリント基板に実装したり、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、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して、各物品に固定される。本発明の無線チップは、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、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、電子機器等に本発明の無線チップを設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。 The wireless chip of the present invention is fixed to an article by being mounted on a printed board, pasted on a surface, or embedded. For example, a book is embedded in paper, and a package made of an organic resin is embedded in the organic resin, and is fixed to each article. Since the wireless chip of the present invention realizes a small size, a thin shape, and a light weight, the design of the product itself is not impaired even after being fixed to the product. In addition, by providing the semiconductor device of the present invention in bills, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided, and if this authentication function is utilized, counterfeiting can be prevented. it can. In addition, by providing the wireless chip of the present invention in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of a system such as an inspection system can be improved.
特に、本発明の無線チップは、強い磁界中においても内部で発生する電圧が過度に高くなることを抑え、リミッタ回路や定電圧発生回路といった余分な回路を追加しないことで、信頼性が高く、チップ面積が小さく、かつ消費電力の小さいため、上述したような様々な用途において有効である。特に、複数の無線チップを読み出す必要のある用途において有効である。また、可撓性を有する基体上に形成された無線チップは、紙などの曲げられた状態での使用が想定される用途において有効である。 In particular, the wireless chip of the present invention has high reliability by suppressing an excessively high voltage generated inside even in a strong magnetic field, and adding no extra circuit such as a limiter circuit or a constant voltage generation circuit. Since the chip area is small and the power consumption is small, it is effective in various applications as described above. In particular, it is effective in applications where it is necessary to read a plurality of wireless chips. In addition, the wireless chip formed over the flexible substrate is effective in applications that are assumed to be used in a bent state such as paper.
本発明の半導体装置を構成する要素の一つとして、スタティックRAM(SRAM)のメモリセルのレイアウト例について、図25〜図27を参照して説明する。 As one of the elements constituting the semiconductor device of the present invention, a layout example of a memory cell of a static RAM (SRAM) will be described with reference to FIGS.
図25(A)で示す半導体層10、11はシリコン若しくはシリコンを成分とする結晶性の半導体で形成することが好ましい。例えば、シリコン膜をレーザアニールなどによって結晶化された多結晶シリコン、単結晶シリコンなどが適用される。その他にも半導体特性を示す、金属酸化物半導体、アモルファスシリコン、有機半導体を適用することも可能である。 The semiconductor layers 10 and 11 illustrated in FIG. 25A are preferably formed using silicon or a crystalline semiconductor containing silicon as a component. For example, polycrystalline silicon or single crystal silicon obtained by crystallizing a silicon film by laser annealing or the like is applied. In addition, a metal oxide semiconductor, amorphous silicon, or an organic semiconductor that exhibits semiconductor characteristics can be used.
いずれにしても、最初に形成する半導体層は絶縁表面を有する基板の全面若しくは一部(トランジスタの半導体領域として確定されるよりも広い面積を有する領域)に形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によって、半導体層上にマスクパターンを形成する。そのマスクパターンを利用して半導体層をエッチング処理することにより、TFTのソース及びドレイン領域及びチャネル形成領域を含む特定形状の島状の半導体層10、11を形成する。その半導体層10、11はレイアウトの適切さを考慮して決められる。 In any case, the semiconductor layer to be formed first is formed over the entire surface or part of the substrate having an insulating surface (a region having a larger area than that determined as a semiconductor region of the transistor). Then, a mask pattern is formed on the semiconductor layer by photolithography. The semiconductor layer is etched using the mask pattern to form island-shaped semiconductor layers 10 and 11 having a specific shape including the source and drain regions of the TFT and the channel formation region. The semiconductor layers 10 and 11 are determined in consideration of appropriate layout.
図25(A)で示す半導体層10、11を形成するためのフォトマスクは、図25(B)に示すマスクパターン40を備えている。このマスクパターン40は、フォトリソグラフィ工程で用いるレジストがポジ型かネガ型かで異なる。ポジ型レジストを用いる場合には、図25(B)で示すマスクパターン40は、遮光部として作製される。マスクパターン40は、多角形の頂部Aを削除した形状となっている。また、コーナーの内側Bにおいては、そのコーナーの角部が直角とならないように複数段に渡って屈曲する形状となっている。このフォトマスクのパターンは、コーナー部が削除されている。
A photomask for forming the semiconductor layers 10 and 11 shown in FIG. 25A includes a
図25(B)で示すマスクパターン40は、その形状が、図25(A)で示す半導体層10、11に反映される。その場合、マスクパターン40と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン40の角部がさらに丸みを帯びるように転写されていても良い。すなわち、マスクパターン40よりもさらにパターン形状をなめらかにした、丸め部を設けても良い。
The shape of the
半導体層10、11の上には、酸化シリコン若しくは窒化シリコンを少なくとも一部に含む絶縁層が形成される。この絶縁層を形成する目的の一つはゲート絶縁層である。そして、図26(A)で示すように、半導体層と一部が重なるようにゲート配線12、13、14を形成する。ゲート配線12は半導体層10に対応して形成される。ゲート配線13は半導体層10、11に対応して形成される。また、ゲート配線14は半導体層10、11に対応して形成される。ゲート配線は、金属層又は導電性の高い半導体層を成膜し、フォトリソグラフィ技術によってその形状を絶縁層上に作り込む。
On the semiconductor layers 10 and 11, an insulating layer containing at least part of silicon oxide or silicon nitride is formed. One purpose of forming this insulating layer is a gate insulating layer. Then, as shown in FIG. 26A, gate wirings 12, 13, and 14 are formed so as to partially overlap the semiconductor layer. The
このゲート配線を形成するためのフォトマスクは、図26(B)に示すマスクパターン41を備えている。このマスクパターンは、配線の線幅の1/2以下で、線幅の1/5以上の長さにコーナー部を削除している。図26(B)で示すマスクパターン41は、その形状が、図26(A)で示すゲート配線12、13、14に反映される。その場合、マスクパターン41と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン41のコーナーの角部がさらに丸みを帯びるように転写されていても良い。すなわち、ゲート配線12,13,14にマスクパターン41よりもさらにパターン形状をなめらかにした、丸め部を設けても良い。ゲート配線12,13,14のコーナー部の外側プラズマによるドライエッチの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。コーナー部の内側では、洗浄のときに、基板に微粉が付着していても洗浄液を配線パターンのコーナー部に滞留させずに洗い流すことができる。 The photomask for forming this gate wiring is provided with a mask pattern 41 shown in FIG. In this mask pattern, the corner portion is deleted so that it is ½ or less of the line width of the wiring and 1 / or more of the line width. The shape of the mask pattern 41 shown in FIG. 26B is reflected in the gate wirings 12, 13, and 14 shown in FIG. In that case, a shape similar to the mask pattern 41 may be transferred, but the corner of the mask pattern 41 may be transferred so as to be further rounded. That is, the gate wirings 12, 13, and 14 may be provided with rounded portions that have a smoother pattern shape than the mask pattern 41. Generation of fine powder due to abnormal discharge can be suppressed during dry etching by plasma outside the corners of the gate wirings 12, 13, and 14. Inside the corner portion, the cleaning liquid can be washed away without staying in the corner portion of the wiring pattern even when fine powder adheres to the substrate during cleaning.
層間絶縁層はゲート配線12、13、14の次に形成される層である。層間絶縁層は酸化シリコンなどの無機絶縁材料若しくポリイミドやアクリル樹脂などを使った有機絶材料を使って形成する。この層間絶縁層とゲート配線12、13、14の間には窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層を介在させても良い。また、層間絶縁層上にも窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層を設けても良い。この絶縁層は、外因性の金属イオンや水分などTFTにとっては良くない不純物により半導体層やゲート絶縁層を汚染するのを防ぐことができる。 The interlayer insulating layer is a layer formed next to the gate wirings 12, 13 and 14. The interlayer insulating layer is formed using an inorganic insulating material such as silicon oxide or an organic insulating material such as polyimide or acrylic resin. An insulating layer such as silicon nitride or silicon nitride oxide may be interposed between the interlayer insulating layer and the gate wirings 12, 13, and 14. An insulating layer such as silicon nitride or silicon nitride oxide may be provided over the interlayer insulating layer. This insulating layer can prevent the semiconductor layer and the gate insulating layer from being contaminated by impurities that are not good for the TFT, such as exogenous metal ions and moisture.
層間絶縁層には所定の位置に開孔が形成されている。例えば、下層にあるゲート配線や半導体層に対応して設けられる。金属若しくは金属化合物の一層若しくは複数層で形成される配線層は、フォトリソグラフィ技術によってマスクパターンが形成され、エッチング加工により所定のパターンに形成される。そして、図27(A)で示すように、半導体層と一部が重なるように配線15〜20を形成する。配線はある特定の素子間を連結する。配線は特定の素子と素子の間を直線で結ぶのではなく、レイアウトの制約上屈曲部が含まれる。また、コンタクト部やその他の領域において配線幅が変化する。コンタクト部では、コンタクトホールが配線幅と同等若しくは大きい場合には、その部分で配線幅が広がるように変化する。 Openings are formed in predetermined positions in the interlayer insulating layer. For example, it is provided corresponding to the gate wiring or semiconductor layer in the lower layer. A wiring layer formed of one or more layers of metal or metal compound is formed with a mask pattern by a photolithography technique and formed into a predetermined pattern by etching. Then, as illustrated in FIG. 27A, wirings 15 to 20 are formed so as to partially overlap the semiconductor layer. A wiring connects between specific elements. The wiring does not connect a specific element with a straight line, but includes a bent portion due to layout restrictions. In addition, the wiring width changes in the contact portion and other regions. In the contact portion, when the contact hole is equal to or larger than the wiring width, the wiring width is changed to widen at that portion.
この配線15〜20を形成するためのフォトマスクは、図27(B)に示すマスクパターン42を備えている。この場合においても、配線は、L字形に折れ曲がった各コーナー部であって直角三角形の一辺が10μm以下、または、配線の線幅の1/2以下で、線幅の1/5以上の長さに角部を削除し、コーナー部を丸みをおびるパターンを有せしめる。即ち、上面からみたコーナー部における配線層の外周は曲線を形成するようにする。具体的には、コーナー部の外周縁に丸みを帯びさせるため、コーナー部を挟む互いに垂直な2つの第1直線と、これら2つの第1直線と約45度の角度をなす一つの第2直線と、で形成される直角2等辺三角形の部分に相当する配線層の一部を除去する。除去すると新たに2つの鈍角の部分が配線層に形成されるが、マスク設計や、エッチング条件を適宜設定することにより、各鈍角部分に第1直線と第2直線との両方に接する曲線が形成されるように配線層をエッチングすることが好ましい。なお、前記直角2等辺三角形の互いに等しい2辺の長さは、配線幅の1/5以上1/2以下とする。またコーナー部の内周についても、コーナー部の外周に沿って内周が丸みを帯びるよう形成する。このような配線形状は、プラズマによるドライエッチの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また、基板を洗浄する際に、基板に微粉が付着していても、洗浄液を配線パターンのコーナー部に滞留させずに洗い流すことができ、結果として歩留まりを向上させるという効果を有する。このことは、基板上に多数の平行配線がある場合に、付着した微粉を洗浄により除去しやすくなるという利点でもある。配線の角部がラウンドをとることにより、電気的にも伝導させることが期待できる。また、多数の平行配線では、ゴミを洗い流すのにはきわめて好都合である。
A photomask for forming the
図27(A)には、nチャネル型トランジスタ21〜24、pチャネル型トランジスタ25、26が形成され、6つのトランジスタからなるSRAMのメモリセル回路を構成している。配線17,18はVDD及びGND電位を有する配線、ゲート配線12はワード線、配線15,20はビット線である。nチャネル型トランジスタ23とpチャネル型トランジスタ25及びnチャネル型トランジスタ24とpチャネル型トランジスタ26はインバータを構成し、合せてフリップフロップ回路を構成している。
In FIG. 27A, n-
図25〜図27で示す回路は、実施例5と同じ工程に従って製造することができる。 The circuit shown in FIGS. 25 to 27 can be manufactured according to the same process as that of the fifth embodiment.
本実施例は、実施例7と組み合わせて実施することができる。例えば、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いて、ゲート電極の両側若しくは一方に低濃度ドレイン(LDD)を有するトランジスタを含ませて、本実施例の回路を形成することができる。 This embodiment can be implemented in combination with the seventh embodiment. For example, a transistor having a lightly doped drain (LDD) is included on both sides or one side of a gate electrode using a photomask or a reticle provided with an auxiliary pattern having a light intensity reducing function consisting of a diffraction grating pattern or a semi-transmissive film. The circuit of this embodiment can be formed.
本実施例では、本発明の無線チップを用いた応用例として、複数の無線チップを建築物に配置し、建築物に加えられるストレス状態を逐次得ることで、改修時期を適切に判断するモデルについて説明する。 In this embodiment, as an application example using the wireless chip of the present invention, a model for appropriately determining the repair time by arranging a plurality of wireless chips in a building and sequentially obtaining the stress state applied to the building explain.
建築物に配置された無線チップにはメモリ及びセンサーが設けられている。無線チップは、命令(コマンド)を受信することで、メモリへの書き込み、読み出しを行い、またセンサーを動作させることができる。そしてメモリに、センサーからの情報を蓄積することが可能となる。蓄積された情報は、無線通信によって管理者へ送信することができる。 A wireless chip disposed in a building is provided with a memory and a sensor. By receiving a command (command), the wireless chip can write to and read from the memory and operate the sensor. And it becomes possible to accumulate | store the information from a sensor in memory. The accumulated information can be transmitted to the administrator by wireless communication.
このようなセンサーとして、温度センサー、圧力センサー、湿度センサー等の建築物の状態を把握するために必要なセンサーを挙げることができる。建築物は温度変化により膨張と収縮を繰り返し、これに影響を受けながら老朽化してゆく。そのため温度の情報は、建築物の老朽化を把握する上で重要な情報ということができる。また、湿度や圧力も同様に老朽化に影響を与える要因と考えることができる。このように建築物の老朽化に影響を与える要因をストレスと呼ぶことにする。また、ストレスをある期間に渡って測定して得られる情報をストレスの経時情報と呼ぶ。 Examples of such a sensor include sensors necessary for grasping the state of a building such as a temperature sensor, a pressure sensor, and a humidity sensor. A building repeats expansion and contraction due to temperature changes, and it is aged while being affected by this. Therefore, the temperature information can be said to be important information for grasping the aging of the building. Similarly, humidity and pressure can be considered as factors affecting aging. Factors that affect the aging of buildings are called stress. Information obtained by measuring stress over a certain period is referred to as stress aging information.
図30(A)には、道路を有する高架橋を示す。高架橋の骨格部、柱3011、コンクリート3012、アスファルト3013等に温度用のセンサー付の無線チップ3000を配置することができる。複数の無線チップ3000を設ける場合、高架橋に不規則に配置されても、規則的に配置されていても構わない。高架橋に無線チップを配置するとは、高架橋の壁3014や柱3011表面に貼り付けたり、道路を構成するアスファルト3013やコンクリート3012等に埋め込む形態がある。本実施の形態の温度用のセンサー付の無線チップ3000、又は湿度センサー付無線チップを適用する場合は、道路の表面に貼り付けてもよいし、建築物を構成する部材に埋め込んでもよい。なお、圧力センサー付無線チップを適用する場合には、埋め込んだ形態が好ましい。
FIG. 30A shows a viaduct having a road. A
無線チップ3000には、無線チップの固体番号と、道路の位置情報とが対応付けられていればよく、これらは無線チップ3000が有するメモリに記憶される。さらに無線チップのメモリには、初期情報として建設年月日、建築部材、建築物の用途、建築業者、所有者、環境情報等を記憶させておく。このような初期情報は削除の必要がないため、ライトワンスメモリに格納するとよい。
The
また、道路周辺には、特定の範囲の道路を電波送信可能領域としてカバーする基地局や基地局アンテナが設けられている。 In addition, a base station and a base station antenna that cover a specific area of the road as a radio wave transmittable area are provided around the road.
無線チップ3000は基地局からアンテナを介して電波を受信すると、受信した電波から命令を復調し、命令に従って、所定の処理を行うことができる。所定の処理とは、例えば、命令1、命令2、命令3の命令セットに基づく処理である。命令1を受信した場合には、温度センサーから温度情報を取得し、チップ内部のメモリが有する不揮発性メモリに温度情報を格納する。命令2を受信した場合には、メモリに蓄積された温度情報を送信する。命令3を受信した場合には、メモリに蓄積された情報を削除する。なお、命令3は、メモリが書き換え可能な不揮発性メモリを有する場合のみ有効である。書き換え可能な不揮発性メモリとしては、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory)等が挙げられる。
When receiving a radio wave from the base station via the antenna, the
また本実施例のシステム例として、特定の範囲を有する、建築物A2911を含む領域A2901、建築物B2912を含む領域B2902及び、建築物C2913を含む領域C2903毎に情報処理装置2921、2922、2923を設置し、当該情報処理装置の送受信部を介し通信ネットワーク2950によって、管理者2940の情報処理装置2942へ経時情報等を送る形態を図29に示す。この場合、管理者2940の情報処理装置2942は、各情報処理装置2921、2922、2933との情報送信を行うための送受信部2941を有する。通信ネットワーク2950として、インターネットシステムを利用することができ、その他電話回線、携帯電話などの公衆回線、LAN(ローカルエリアネットワーク)が挙げられる。通信ネットワーク2950を用いた通信手段には、電子メールが挙げられる。情報処理装置2921、2922、2923はそれぞれ、各リーダライタ装置2914、2915、2916とのインターフェース部2923、2924、2925、演算処理部2926、2927、2928、データベース2929、2930、2931及び送受信部2932、2933、2934を少なくとも有する。インターフェース部2923、2924、2925を介して取得した情報は、必要に応じて演算処理部2926、2927、2928により処理された後、データベース2929、2930、2931へ格納される。
In addition, as a system example of the present embodiment,
本実施例をフローチャートを用いて説明する。図28(A)に示すように、道路内に無線チップ3000を配置され開始される。無線チップ3000には、道路に関する初期情報が入力される(S1)。このとき無線チップ3000のメモリには、建設年月日、建築部材等の初期情報が格納されている。
This embodiment will be described with reference to a flowchart. As shown in FIG. 28A, the
そして、基地局から命令1を乗せた電波を周期的に発信することで、道路内の無線チップ3000は、周期的に電力供給を受けることができる。命令1に従って、そのときセンサーが感知した、温度情報をメモリに格納する。このようにして道路内の無線チップ3000は、温度情報を蓄積することができる(S2)。このとき無線チップ3000のメモリには、センサーから得られる温度に関する情報が書き込まれていく。温度以外に、圧力や湿度等を感知するためのセンサーを設けることによって、これに関する情報を加えてもよい。
The
定期的に、無線チップ3000との送受信を行う手段(例えば、リーダライタ装置110を実装した自動車)を用いて、無線チップ3000に命令2を送信し、温度情報を収集する。このようにして蓄積された情報を取得することができる(S3)。こうして、メモリから得られる道路に関する温度の経時情報を取得・収集することが可能となる。このとき、必要に応じて、命令3を送信して、無線チップ3000内の情報を消去しても構わない。
Periodically, a
収集された初期情報、及び経時情報に基づき、道路の状態を判断することができ、改修時期を判定することができる(S4)。 Based on the collected initial information and time-lapse information, the state of the road can be determined, and the repair time can be determined (S4).
そして建築物の管理者等が有する情報処理装置に、経時情報等が収集され、情報処理装置によって演算処理を行うことができる。例えば、劣化状態の高いものから順に改修時期を決定することができる。さらに、管理者が有するサーバでは、改修にかかる費用や日程の見積もりを算出することができ、依頼業者の候補の選定を行うことができる。そして、費用、日程、業者等を考慮して、改修時期の決定を行うことができる。このようにして改修が必要と判断された場合、道路全体やその一部の改修を行う(S5)。 Then, time information and the like are collected in an information processing apparatus possessed by a building manager or the like, and can be processed by the information processing apparatus. For example, the repair time can be determined in descending order of deterioration. Further, the server owned by the administrator can calculate the cost and schedule estimate for the repair, and can select the candidate of the client. Then, the repair timing can be determined in consideration of costs, schedules, contractors, and the like. When it is determined that the repair is necessary in this way, the entire road or a part thereof is repaired (S5).
道路全体やその一部の改修後、改修情報が無線チップ3000は再び経時情報を蓄積し(S2)、これを繰り返す。このとき改修箇所には、新たな無線チップを配置してもよい。
After renovation of the entire road or a part of the road, the
そして、建築物の破壊や消滅等により終了する。 And it ends by destruction or disappearance of the building.
道路のみならず建築物の壁や天井、床にセンサー付無線チップを配置することで、建築物の温度の経時情報を収集することも可能である。例えば図30(B)に示すように建築物の外壁3021、階段3022に無線チップを配置することができる。配置するとは、道路の場合と同様に、壁内部や柱内部に埋め込むことも含まれる。但し、温度用のセンサー付の無線チップ3000、あるいは湿度センサー付無線チップを適用する場合は、建築物の表面に貼り付けてもよいし、建築物を構成する部材に埋め込んでもよい。一方、圧力センサー付無線チップを適用する場合には、埋め込んだ形態が好ましい。そして、建築物の老朽化を判断することができる。建築物内に設けられたセンサー付無線チップは、リーダライタ装置を各建築物に1つ若しくは複数設けることで、送受信可能な領域内に存在させることが可能である。その結果、リーダライタ装置によって、無線チップ3000への電力供給および命令送信を行い、かつ、無線チップ3000から情報を受信することができる。
By arranging wireless chips with sensors on the walls, ceilings and floors of buildings as well as roads, it is also possible to collect information on the building temperature over time. For example, as illustrated in FIG. 30B, a wireless chip can be provided on the outer wall 3021 and the staircase 3022 of a building. Arranging includes embedding in the interior of a wall or pillar as in the case of roads. However, when a
また改修時には、使用者からの要求を求める機会を設けてもよい。例えば図28(B)に示すように、改修要と判断された場合、管理者から当該建築物を使用している者(使用者)に改修案内書を送信するようにする(S6)。案内書には、改修にあたり、使用者の要求を問い合わせる内容が記載されている。使用者から要求情報を取得(S7)した後、これを反映させた改修を行うことができる(S8)。 Moreover, you may provide the opportunity to request | require the request | requirement from a user at the time of repair. For example, as shown in FIG. 28B, when it is determined that the repair is necessary, the repair guide is transmitted from the administrator to the person (user) using the building (S6). In the guidebook, the contents for inquiring the user's request for renovation are described. After obtaining the request information from the user (S7), it is possible to perform a modification reflecting this (S8).
建築物を製造する業者は、温度、湿度、又は圧力ストレスに対する信頼性試験を十分に行い、改修が必要となる温度、湿度、又は圧力ストレス条件を見積もっておくのがよい。情報処理装置では、これらの見積もられた条件と、収集された情報との比較を行い、建築物の改修が必要となるかどうかを判定する。 The manufacturer of the building should perform sufficient reliability tests on temperature, humidity, or pressure stress to estimate the temperature, humidity, or pressure stress conditions that require refurbishment. The information processing apparatus compares these estimated conditions with the collected information, and determines whether or not the building needs to be repaired.
このような建築物管理システムにより、ストレスの経時情報を逐次得ることができ、建築物の現場へ赴く必要がない。そして、建築物の改修に関する一括管理を行うことができる。なお、本発明は、複数の無線チップを読み取る場合に特に有効であり、このような応用例において有利に適用することができる。 With such a building management system, it is possible to sequentially obtain information on stress over time, and there is no need to go to the building site. And it is possible to perform collective management related to the renovation of buildings. Note that the present invention is particularly effective when reading a plurality of wireless chips, and can be advantageously applied in such an application example.
Claims (7)
前記N型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値は、最小動作電源電圧の1/2以上、最大動作電源電圧の2倍以下であり、
前記アンテナを介して無線でデータを送受信することを特徴とする半導体装置。 A resonance circuit having an N-type MOS capacitor having a threshold voltage in a range of −24 V or more and −0.1 or less, and an antenna electrically connected to the resonance circuit,
The absolute value of the threshold voltage of the N-type MOS capacitor is not less than 1/2 of the minimum operating power supply voltage and not more than twice the maximum operating power supply voltage.
A semiconductor device, wherein data is transmitted and received wirelessly through the antenna.
前記P型MOS容量素子のしきい値電圧の絶対値は、最小動作電源電圧の1/2以上、最大動作電源電圧の2倍以下であり、
前記アンテナを介して無線でデータを送受信することを特徴とする半導体装置。 A resonance circuit having a P-type MOS capacitor having a threshold voltage in a range of 0.1 to 24 V, and an antenna electrically connected to the resonance circuit;
The absolute value of the threshold voltage of the P-type MOS capacitor element is not less than 1/2 of the minimum operating power supply voltage and not more than twice the maximum operating power supply voltage.
A semiconductor device, wherein data is transmitted and received wirelessly through the antenna.
A bill, a coin, a securities, a certificate, a bearer bond, a packaging container, a book, a recording medium, a vehicle, a food, wherein the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 is mounted. , Clothing, health supplies, daily necessities, medicines or electronics.
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