JP2013254967A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
、通信装置との通信距離が大きくなっても動作することのできる半導体装置を提供するこ
とを課題とする。
【解決手段】アンテナと、ダイオード及び容量素子より構成される複数のチャージポンプ
と、当該チャージポンプ間に設けられたスイッチとを具備する昇圧回路と、基準電圧を生
成する参照電圧源回路と、コンパレータを有する電圧比較回路と、を有し、昇圧回路が具
備するチャージポンプの各段の出力電圧を、コンパレータを用いて基準電圧と比較する。
基準電圧と昇圧回路が具備するチャージポンプの各段の出力電圧の大小関係により、コン
パレータの出力信号に基づいて昇圧回路のスイッチのオン又はオフを切り替えて出力を制
御する。
【選択図】図1
Description
謂RFID(Radio Frequency Identification)用IC
チップ(IDチップ、トランスポンダともいう)に関する。
すものとする。
クにアクセスできる環境整備がなされている。このような環境の中、個々の対象物にID
(個体識別番号)を与えることで、その対象物の履歴を明確にし、生産、管理に役立てる
といった個体認識技術が実用化に向けて研究が行われている。その中でも、無線通信によ
り、外部通信装置(以下、通信装置という。またリーダライタ、コントローラ、インテロ
ゲータ、質問器ともいわれる)とデータの交信をおこなう、RFID(Radio Fr
equency Identification)技術を利用した半導体装置(以下、半
導体装置という。またIDチップ、ICチップ、トランスポンダともいわれる)が普及し
始めている。
、無線信号を受信することで、交流電圧の信号(以下、交流信号という)を生成する。交
流信号は、整流化が行われる整流回路により直流電圧の信号(以下、直流信号という)に
変換される。直流信号は、定電圧回路(レギュレータ、または電源回路ともいう)に入力
され、電源電圧Vddが生成される。定電圧回路で生成された電源電圧Vddは、半導体
装置を構成する複数の回路に供給される。
ポンプ方式の昇圧回路によって直流信号を昇圧し、充放電回路において電力が蓄積させた
後に、RF送信回路に供給する構成について開示されている。
子を設ける構成をとる。半導体装置において容量素子を設ける構成とすることは電源安定
化、電力蓄積に有効な手段である。電源安定化のために容量素子を用いる場合、保持する
電荷量を多くするには容量素子の面積を大きくするか、容量素子における保持電圧を高く
する必要がある。実際に半導体装置に組み込む時には、できる限り小面積で作製すること
がコスト、用途、消費電力の面で優位になる。電荷保持量の増加を行うためにチャージポ
ンプによる昇圧を行い、高電圧下で電荷を容量素子に蓄える方法が考えられる。
力される。そのため昇圧回路に入力する電力が定まると、出力電圧は一意に決まる。しか
しながら、入力される電圧により出力電圧が一意に決まる関係は、入力電力が変化する半
導体装置では扱いが困難である。半導体装置はリーダ/ライタとの距離rが変化すること
で、通信装置から供給される電力は凡そP∝1/r4で変化する。無線通信によりデータ
の交信が可能な半導体装置は一般的な電子機器とは異なり、一定の電力を供給される環境
下で使用されるものではなく、通信距離に応じて供給電力の変化する環境下での使用が主
である。
半導体装置の距離が近い場合、生成される電源回路への供給電圧は高くなる。一方で、通
信装置と半導体装置の距離が離れるにつれて生成される電源回路への供給電圧は低くなる
。このように半導体装置の生成電圧は、半導体装置と通信装置の距離に依存したばらつき
がある。通常、昇圧回路の出力は最終段のみにしか設けられていないため、任意の入力電
力に対して一意の出力電圧に定まる。本発明は、供給される電力を効率的に用いるための
チャージポンプ方式の昇圧回路を具備し、通信装置との通信距離が大きくなっても動作す
ることのできる半導体装置を提供することを課題とする。
昇圧回路を具備する半導体装置において、当該昇圧回路の出力段を調整する機構を具備す
ることを特徴とする。具体的には、本発明の半導体装置は、アンテナと、ダイオード及び
容量素子より構成される複数のチャージポンプと、当該チャージポンプ間に設けられたス
イッチとを具備する昇圧回路と、参照電圧を生成する参照電圧源回路と、コンパレータを
有する電圧比較回路と、を有し、昇圧回路が具備する複数のチャージポンプの各々の出力
電圧を、コンパレータを用いて参照電圧と比較する。参照電圧と昇圧回路が具備する複数
のチャージポンプの各々の出力電圧の大小関係により、コンパレータの出力信号に基づい
て昇圧回路のスイッチのオン又はオフを切り替えて出力を制御することを特徴とする。
圧回路を具備することにより、通信装置との通信距離が大きくなっても動作することがで
きる。昇圧回路が、少ないチャージポンプの段数で昇圧を完了する場合、所望の昇圧を行
ったチャージポンプの段数より後段を使用しない。昇圧回路は必要とされる出力電圧以上
の昇圧を行わないため、昇圧回路は昇圧動作時に電力の損失を最小限に止めることができ
、昇圧回路の最適化、消費電力の削減が可能となる。
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うるこ
とは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す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。
本発明の半導体装置の構成について、図1に示すブロック図を用いて説明する。なお本実
施の形態においては、無線通信によりデータの交信が可能な半導体装置、所謂RFID(
Radio Frequency Identification)用ICチップ(ID
チップ、ICチップ、トランスポンダともいう)として利用する場合について説明する。
電圧比較回路103、スイッチコントローラ104、出力切替スイッチ105、及び論理
回路106によって構成される。
圧回路101は受信された電波から電圧を生成し、半導体装置の電源電圧となる電圧より
も高い電圧を生成する機能を有する。参照電圧源回路102は入力電圧を降圧することに
より、一定の出力電圧を得るための回路であり、電圧比較回路103に入力する参照電圧
を生成する機能を有する。電圧比較回路103は参照電圧源回路102で生成された参照
電圧と昇圧回路101が含む複数のチャージポンプの各出力電圧に基づく電圧を比較し、
電圧比較結果である論理信号(出力信号ともいう)を生成する機能、及び昇圧回路101
内に設けられたスイッチのオンまたはオフの制御を行う機能を有する。スイッチコントロ
ーラ104は電圧比較回路103の比較結果である論理信号を基に出力切替スイッチ10
5のオンまたはオフの制御を行うための制御信号を出力する機能を有する。出力切替スイ
ッチ105は複数のスイッチを有し、スイッチコントローラ104から与えられる制御信
号により、どのスイッチを開閉されるか制御される。出力切替スイッチ105のスイッチ
の数は、昇圧回路101が含む複数のチャージポンプと同じ個数が必要となる。論理回路
106は、出力切替スイッチ105で選択された昇圧回路101の出力電圧が供給される
。論理回路106は半導体装置として機能するものであればよく、一例としては、復調回
路、変調回路、CPU(Central Processing Unit)、ROM(
Read Only Memory)、RAM(Random Access Memo
ry)を有する構成とすればよい。また論理回路106の動作としては、アンテナ110
で受信した信号は、昇圧回路101で昇圧される。そして、昇圧された信号が論理回路に
おける復調回路で復調され、命令に応じたデータによってCPU、ROM、RAMにおい
て演算または読み出しが行われる。CPU、ROM、RAMにおいて演算または読み出さ
れたデータは、変調回路で変調され、アンテナ110より通信装置に送信される構成とす
ればよい。
100におけるアンテナ110に適用する信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方
式又はマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が適宜使用用途を考
慮して選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さや形状のアンテナを設ければよい。
)を適用する場合には、電界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして
機能する導電膜を輪状(例えば、ループアンテナ)、らせん状(例えば、スパイラルアン
テナ)に形成する。
2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる電波の波長を考慮してア
ンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよく、アンテナとして機能す
る導電膜を、線状(例えば、ダイポールアンテナ)、平坦な形状(例えば、パッチアンテ
ナ)等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限
られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設
けてもよい。
間分割多重化方式、偏波面分割多重化方式、周波数分割多重化方式、時分割多重化方式、
符号分割多重化方式、直交周波数分割多重化方式のいずれも用いることができる。
3THz未満、ミリ波である30GHz以上300GHz未満、マイクロ波である3GH
z以上30GHz未満、極超短波である300MHz以上3GHz未満、超短波である3
0MHz以上300MHz未満、短波である3MHz以上30MHz未満、中波である3
00kHz以上3MHz未満、長波である30kHz以上300kHz未満、及び超長波
である3kHz以上30kHz未満のいずれの周波数も用いることができる。また、半導
体装置と通信装置との搬送波の変調方式は、アナログ変調であってもデジタル変調であっ
てよく、振幅変調、位相変調、周波数変調、及びスペクトラム拡散のいずれであってもよ
い。望ましくは、振幅変調、または、周波数変調にするとよい。
一例として、4段構成であり、4つのチャージポンプを具備する昇圧回路の構成について
示す。本発明は、4段構成であり、4つのチャージポンプを具備する昇圧回路に限定され
るものではなく、n段(nは2以上の自然数)構成であり、n個のチャージポンプを具備
する構成としてもよい。
ャージポンプ202、第3のチャージポンプ203、第4のチャージポンプ204、第1
のnチャネル型トランジスタ205、及び第2のnチャネル型トランジスタ206を有す
る。アンテナ110からの出力が入力される入力配線200は、第1のチャージポンプ2
01乃至第4のチャージポンプ204の入力端子に電気的に接続される。第1のチャージ
ポンプ201の出力端子は第2のチャージポンプ202の入力端子に電気的に接続される
。また第2のチャージポンプ202の出力端子は、第1のnチャネル型トランジスタ20
5の第1端子に電気的に接続される。また第1のnチャネル型トランジスタ205の第2
端子は、第3のチャージポンプ203の入力端子に電気的に接続される。第3のチャージ
ポンプ203の出力端子は、第2のnチャネル型トランジスタ206の第1端子に電気的
に接続される。第2のnチャネル型トランジスタ206の第2端子は、第4のチャージポ
ンプ204の入力端子に電気的に接続される。また、第4のチャージポンプ204の出力
端子は、出力切替スイッチ105に電気的に接続される。また、第1のチャージポンプ2
01乃至第4のチャージポンプ204の出力電圧を出力する第1の出力配線223、第2
の出力配線224、第3の出力配線225、第4の出力配線226は出力切替スイッチ1
05に電気的に接続される。また、第1のnチャネル型トランジスタ205、及び第2の
nチャネル型トランジスタ206のゲートには、トランジスタのオン又はオフを制御する
ために電圧比較回路103の出力配線418、出力配線419が電気的に接続されている
。
昇圧回路101におけるチャージポンプの段数を切り換えるスイッチとして機能するもの
である。言い換えると、第1のnチャネル型トランジスタ205及び第2のnチャネル型
トランジスタ206は、昇圧回路101における複数のチャージポンプのうち実際に昇圧
するために用いるチャージポンプの個数を切り換えるスイッチであり、また、昇圧回路1
01における出力段を切り換えるスイッチとして機能するものである。第1のnチャネル
型トランジスタ205及び第2のnチャネル型トランジスタ206のゲートは、電圧比較
回路103の出力配線418及び出力配線419が電気的に接続され、電圧比較回路10
3の出力配線418及び出力配線419からの信号によって第1のnチャネル型トランジ
スタ205及び第2のnチャネル型トランジスタ206の第1端子と第2端子間のチャネ
ルの開閉を行う。また、複数のチャージポンプの各々の間に設けられるスイッチは、複数
のチャージポンプ毎に設ける構成でも良いし、1つのチャージポンプごとに設ける構成と
してもよい。スイッチを複数のチャージポンプ毎に設ける構成とすることで、スイッチの
個数を削減でき、半導体装置の小型化が図れる。またスイッチを1つのチャージポンプご
とに設ける構成とすることにより、所望の出力電圧を得ることを容易にすることができる
。
有する素子であり、ドレインとソースの間にチャネルを有しており、ドレインとチャネル
とソースとを介して電流を流すことができる。ここで、ソースとドレインとは、トランジ
スタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを
限定することが困難である。そこで、本明細書においては、ソース及びドレインとして機
能する領域を、ソースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては
、それぞれを第1端子、第2端子と表記する場合がある。
ンプ204は、一例として、第1の容量素子207、第2の容量素子208、第1のダイ
オード215、第2のダイオード216を有する構成を示している。第1のチャージポン
プ201において、第1の容量素子207の第1の電極は、入力配線200と電気的に接
続される。また、第1の容量素子207の第2の電極は、第1のダイオード215の第2
の電極と、第2のダイオード216の第1の電極に電気的に接続される。第1のダイオー
ド215の第1の電極はグラウンド電位に電気的に接続されている。また、第2のダイオ
ード216は、第2のチャージポンプの第1のダイオード215の第1の電極に電気的に
接続される。なお、第2のチャージポンプ202においては、第2のダイオード216の
第2の電極が、第3のチャージポンプの第1のダイオード215の第1の電極に、第1の
nチャネル型トランジスタ205を介して電気的に接続されている。第3のチャージポン
プ203においては、第2のダイオード216の第2の電極が、第4のチャージポンプの
第1のダイオード215の第1の電極に、第2のnチャネル型トランジスタ206を介し
て電気的に接続されている。第2の容量素子208の第1の電極は、第1のチャージポン
プの出力である第2のダイオード216の第2の電極に電気的に接続される。また第2の
容量素子208の第2の電極は、グラウンド電位に電気的に接続される。
、容量素子の一方の電極を第1の電極と呼び、他方の電極を第2の電極と呼ぶ。また、図
2に示すダイオードは2つの端子を用いて電気的な接続が行われている。その場合、ダイ
オードの陽極を第1の電極と呼び、ダイオードの陰極を第2の電極と呼ぶ。
また、昇圧回路が含むチャージポンプの個数を増加させるほど高い電圧に昇圧することが
可能である。
する。半導体装置には通信装置より高周波数の電磁波により電力が供給されるため、アン
テナ110で得られる起電力は交流電圧である。参照電圧源回路102は整流された直流
電圧が必要となるため、第1のチャージポンプ201の出力が電圧供給源として参照電圧
源回路102に入力される。
ジスタ301、第2のpチャネル型トランジスタ302、第3のpチャネル型トランジス
タ303、第1のnチャネル型トランジスタ304、第2のnチャネル型トランジスタ3
05、第1の抵抗素子306、第2の抵抗素子307、第1のダイオード308、第2の
ダイオード309、第3のダイオード310、で構成される。昇圧回路101からの出力
電圧が入力される入力配線300は第1のチャージポンプの出力配線223と電気的に接
続される。また入力配線300はそれぞれ、第1のpチャネル型トランジスタ301乃至
第3のpチャネル型トランジスタ303の第1端子に電気的に接続される。また第1のp
チャネル型トランジスタ301、第2のpチャネル型トランジスタ302、のゲート電極
は、第2のpチャネル型トランジスタ302の第2端子に電気的に接続される。第1のp
チャネル型トランジスタ301の第2端子は、第1のnチャネル型トランジスタ304の
第1端子、ゲート電極、第2のnチャネル型トランジスタ305のゲート電極に電気的に
接続される。第2のnチャネル型トランジスタ305の第1端子は、第2のpチャネル型
トランジスタ302の第2端子に電気的に接続され、第2のnチャネル型トランジスタ3
05の第2端子は、第1の抵抗素子306、第2のダイオード309を介してグラウンド
電位に電気的に接続される。第1のnチャネル型トランジスタ304の第2端子は、第1
のダイオード308を介してグラウンド電位に電気的に接続される。第3のpチャネル型
トランジスタ303の第2端子は、出力配線311に電気的に接続され、また、第2の抵
抗素子307、第3のダイオード310を介してグラウンド電位に電気的に接続される。
また、第1のダイオード308乃至第3のダイオード310の第2の電極がグラウンド電
位に電気的に接続される。図3に示す接続の回路を構成することにより、参照電圧源回路
102は昇圧回路101からの入力電圧を降圧して、電圧比較回路103に供給する参照
電圧を生成することができる。
数に応じた第1の電圧比較回路401、第2の電圧比較回路402、第3の電圧比較回路
403、第4の電圧比較回路404で構成される。そして、第1の電圧比較回路401乃
至第4の電圧比較回路404の入力端子に第1のチャージポンプ201の出力配線223
、第2のチャージポンプ202の出力配線224、第3のチャージポンプ203の出力配
線225、第4のチャージポンプ204の出力配線226が電気的に接続される。また、
第1の電圧比較回路401の出力配線417、第2の電圧比較回路402の出力配線41
8、第3の電圧比較回路403の出力配線419、第4の電圧比較回路404の出力配線
420は、スイッチコントローラ104に電気的に接続される。
のコンパレータ407を有する構成である。第1の抵抗素子405は、第1のチャージポ
ンプ201の出力配線223、第2の抵抗素子406、及び第1のコンパレータ407の
反転入力端子に電気的に接続される。第2の抵抗素子406は接地される。第1のコンパ
レータ407の非反転入力端子は参照電圧源回路102の出力に電気的に接続される。な
お、第1のチャージポンプ201の出力電圧が第1の抵抗素子405及び第2の抵抗素子
406で抵抗分割されることにより得られる電圧を、第1のチャージポンプ201の出力
電圧に基づく電圧V_1という。
び第2のコンパレータ410を有する構成である。第3の抵抗素子408は第2のチャー
ジポンプ202の出力配線224、第4の抵抗素子409、及び第2のコンパレータ41
0の反転入力端子に電気的に接続される。第2のコンパレータ410の非反転入力端子は
参照電圧源回路102の出力に電気的に接続される。第3の電圧比較回路403は、第5
の抵抗素子411、第6の抵抗素子412、及び第3のコンパレータ413を有する。第
5の抵抗素子411は第3のチャージポンプ203の出力配線225、第6の抵抗素子4
12、及び第3のコンパレータ413の反転入力端子に電気的に接続される。第3のコン
パレータ413の非反転入力端子は参照電圧源回路102の出力に電気的に接続される。
第4の電圧比較回路404は、第7の抵抗素子414、第8の抵抗素子415、及び第4
のコンパレータ416を有する。第7の抵抗素子414は第4のチャージポンプ204の
出力配線226、第8の抵抗素子415、及び第4のコンパレータ416の反転入力端子
に電気的に接続される。第4のコンパレータ416の非反転入力端子は参照電圧源回路1
02の出力に電気的に接続される。なお、第2のチャージポンプ202の出力電圧が第3
の抵抗素子408及び第4の抵抗素子409で抵抗分割されることにより得られる電圧を
、第2のチャージポンプ202の出力電圧に基づく電圧V_2という。なお、第3のチャ
ージポンプ203の出力電圧が第5の抵抗素子411及び第6の抵抗素子412で抵抗分
割されることにより得られる電圧を、第3のチャージポンプ203の出力電圧に基づく電
圧V_3という。なお、第4のチャージポンプ204の出力電圧が第7の抵抗素子414
及び第8の抵抗素子415で抵抗分割されることにより得られる電圧を、第4のチャージ
ポンプ204の出力電圧に基づく電圧V_4という。
2のnチャネル型トランジスタ206のゲート電極には、上述したように、第2の電圧比
較回路402の出力配線418、第3の電圧比較回路403の出力配線419が電気的に
接続される。図2の昇圧回路101の構成において、第1のチャージポンプ201と第2
のチャージポンプ202の間には、nチャネル型トランジスタを設けない構成について示
しているが、これは昇圧回路101の出力電圧を確保するためである。
出力電圧とする場合を考える。このとき各チャージポンプの出力電圧に基づく電圧と参照
電圧の関係は、Vrefを参照電圧とすると、V_1<V_2<Vref<V_3<V_
4であり、この関係を維持する限り昇圧回路の出力段の切り換えは行われない。一方、第
3のチャージポンプ203の出力電圧に基づく電圧V_3が参照電圧Vrefより小さく
、第4のチャージポンプ204の出力電圧に基づく電圧V_4が参照電圧Vrefより大
きいとき、すなわちV_1<V_2<V_3<Vref<V_4の関係の時、第2のチャ
ージポンプ202の出力から第3のチャージポンプ203の出力に切り換えられる。また
、第2のチャージポンプ202の出力電圧に基づく電圧V_2が参照電圧Vrefよりも
大きくなるとき、すなわちV_1<Vref<V_2<V_3<V_4の関係の時、第2
のチャージポンプ202の出力から第1のチャージポンプ201の出力に昇圧回路101
の出力段が切り換えられる。本実施の形態では昇圧回路101の出力段の切り換えを行う
スイッチコントローラ104が、出力段の次段までの出力電圧に基づく電圧に応じて、チ
ャージポンプの出力段選択の制御信号として使用する構成としている。昇圧回路101の
出力段として第1のチャージポンプ201が選択されている場合には、常に第2のチャー
ジポンプ202の出力電圧を電圧比較回路103により監視している必要があるため、第
1のチャージポンプ201と第2のチャージポンプ202との間にトランジスタ等を用い
たスイッチを設け、電気的に切り離しを行う必要はない。そのため、本実施の形態では第
1のチャージポンプ201と第2のチャージポンプ202の間にはnチャネル型トランジ
スタを設置することなく動作することができ、トランジスタ数の削減といった効果を見込
むことができる。
要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記す
る。
401に入力され、第1の抵抗素子405及び第2の抵抗素子406、によって抵抗分割
された第1の抵抗素子405と第2の抵抗素子406との間のノードの中間電圧(V_1
)と、参照電圧源回路102から供給される電圧(Vref)を第1のコンパレータ40
7により比較し、その大小関係により第1のコンパレータ407の出力信号が決定する。
同様にして、V_2乃至V_4とVrefにより、第2のコンパレータ410、第3のコ
ンパレータ413、及び第4のコンパレータ416の出力信号を決定していく。第1乃至
第4のコンパレータの出力は”high”(高電位信号、または単にH信号ともいう)、
または、”low”(低電位信号、または単にL信号ともいう)のデジタル信号である。
:Exclusive−OR)回路501、第2のEx−OR回路502、第3のEx−
OR回路503を有する。Ex−OR回路は、入力された2つの信号が同じであればL信
号、異なる場合にはH信号を出力する回路である。
圧比較回路402の出力配線418、が入力側の端子に電気的に接続される。第2のEx
−OR回路502は、第2の電圧比較回路402の出力配線418、第3の電圧比較回路
403の出力配線419、が入力側の端子に電気的に接続される。第3のEx−OR回路
503は、第3の電圧比較回路403の出力配線419、第4の電圧比較回路404の出
力配線420、が入力側の端子に電気的に接続される。またスイッチコントローラ104
より、第4の電圧比較回路404の出力配線420の信号と、第1のEx−OR回路50
1乃至第3のEx−OR回路503の出力信号と、が出力される、第1のコントローラ出
力配線504乃至第4のコントローラ出力配線507は、出力切替スイッチ105に電気
的に接続される。
チ105は、第3のnチャネル型トランジスタ601、第4のnチャネル型トランジスタ
602、第5のnチャネル型トランジスタ603、第6のnチャネル型トランジスタ60
4を有する構成である。第3のnチャネル型トランジスタ601は、第1端子に第1のチ
ャージポンプ201の出力配線223が電気的に接続され、第2端子に第1の出力配線6
05が電気的に接続され、ゲートに第1のコントローラ出力配線504が電気的に接続さ
れる。第4のnチャネル型トランジスタ602は、第1端子に第2のチャージポンプ20
2の出力配線224が電気的に接続され、第2端子に第2の出力配線606が電気的に接
続され、ゲートに第2のコントローラ出力配線505が電気的に接続される。第5のnチ
ャネル型トランジスタ603は、第1端子に第3のチャージポンプ203の出力配線22
5が電気的に接続され、第2端子に第3の出力配線607が電気的に接続され、ゲートに
第3のコントローラ出力配線506が電気的に接続される。第6のnチャネル型トランジ
スタ604は、第1端子に第4のチャージポンプ204の出力配線226が電気的に接続
され、第2端子に第4の出力配線608が電気的に接続され、ゲートに第4のコントロー
ラ出力配線507が電気的に接続される。
第1のチャージポンプ201乃至第4のチャージポンプ204の出力電圧の論理回路10
6への開閉スイッチとして機能する。昇圧回路101における複数のチャージポンプのう
ち、出力段は常に、選択される1つの段のみとなる。
について説明する。
り得られる電力は通信装置が出力する電力が一定の場合、通信装置と半導体装置の距離に
依存しており、距離が近いほど半導体装置の供給される電力は大きくなる。
る。このとき昇圧回路を構成する1つのチャージポンプを用いて生成される電圧Vinは
高く、昇圧回路を構成するチャージポンプの個数は少数でも半導体装置内の回路が動作す
るために必要な電圧を得ることができる。
さくなる。このとき昇圧回路を構成する1つのチャージポンプを用いて生成される電圧V
inは低く、昇圧回路を構成するチャージポンプの個数は多数でなければ半導体装置内の
回路が動作するために必要な電圧が得られない。
のうち、実際に昇圧するために用いるチャージポンプの個数)は参照電圧Vrefと、第
1のチャージポンプ201乃至第4のチャージポンプ204の各出力を電圧比較回路で比
較した結果からスイッチコントローラ104によって適切な出力段が選ばれ、切り換えら
れる。
力量が変化した場合に、その時の通信距離に応じて昇圧回路の出力段を選択し、最適な出
力電圧を得ることができる。
作について説明する。
す図は、第1のチャージポンプ201、第2のチャージポンプ202、第3のチャージポ
ンプ203、第4のチャージポンプ204、第1のスイッチ701、第2のスイッチ70
2、第3のスイッチ703、第4のスイッチ704、第5のスイッチ705、第6のスイ
ッチ706、第1のチャージポンプの出力配線223、第2のチャージポンプの出力配線
224、第3のチャージポンプの出力配線225、及び第4のチャージポンプの出力配線
226を有する。なお、図7乃至図9では、各スイッチのオン又はオフの動作について説
明するものであるため、昇圧回路についての回路等を詳細に図示しない。また、図7乃至
図9ではnチャネル型トランジスタの電気的接続を表現するため、nチャネル型トランジ
スタの表記をスイッチの表記にして取り扱い、スイッチのオンまたはオフで電気的な接続
を説明するものとする。
第1のチャージポンプ201乃至第4のチャージポンプ204は、アンテナ110と電気
的に接続される。第1のチャージポンプ201は、第2のチャージポンプ202に電気的
に接続される。第2のチャージポンプ202は、第1のスイッチ701を介して第3のチ
ャージポンプ203に電気的に接続される。第3のチャージポンプ203は、第2のスイ
ッチ702を介して第4のチャージポンプ204に電気的に接続される。第1のチャージ
ポンプ201乃至第4のチャージポンプ204の出力配線223乃至出力配線226は各
々、第3のスイッチ703乃至第6のスイッチ706に電気的に接続される。
回路の出力電圧をVrefと表記する。一例としては、第1のチャージポンプ201を第
1段とし出力電圧はV1、第4のチャージポンプ204を第4段とし出力電圧はV4とな
る。また電圧比較回路103での第1のチャージポンプ201の出力電圧に基づく電圧は
V_1、第4のチャージポンプ204の出力電圧に基づく電圧はV_4となる。
のオン又はオフは図7(B)に示すようになる。電圧比較回路103における第1のコン
パレータ407の出力配線417がH信号、第2のコンパレータ410の出力配線418
、第3のコンパレータ413の出力配線419、及び第4のコンパレータ416の出力配
線420がL信号となる。第1のスイッチ701のオン又はオフを制御するための信号は
、第2のコンパレータ410の出力配線418の信号と同じであり、第2のスイッチ70
2のオン又はオフを制御するための信号は、第3のコンパレータ413の出力配線419
の信号と同じであるので、各々L信号が加えられる第1のスイッチ701及び第2のスイ
ッチ702はオフになる。そのため、第3のチャージポンプ203及び第4のチャージポ
ンプ204は電気的に接続されていない状態となるため電力供給は行われず、第3のチャ
ージポンプ203及び第4のチャージポンプ204からの出力電圧も得られない。また、
図5で説明したスイッチコントローラ104において、第1のコントローラ出力配線50
4の信号はH信号、第2のコントローラ出力配線505乃至第4のコントローラ出力配線
507の信号はL信号となる。よって、第3のスイッチ703はオンになり、第4のスイ
ッチ704、第5のスイッチ705、及び第6のスイッチ706はオフになる。すなわち
、第1のチャージポンプ201の出力電圧V1のみが得られる。
8(A)に示すようになる。第1のコンパレータ407の出力配線417、及び第2のコ
ンパレータ410の出力配線418がH信号、第3のコンパレータ413の出力配線41
9、及び第4のコンパレータ416の出力配線420がL信号となる。第1のスイッチ7
01のオン又はオフを制御するための信号は、第2のコンパレータ410の出力配線41
8の信号と同じであり、第2のスイッチ702のオン又はオフを制御するための信号は、
第3のコンパレータ413の出力配線419の信号と同じであるので、H信号が加えられ
る第1のスイッチ701はオン、L信号が加えられる第2のスイッチ702はオフとなる
。そのため、第3のチャージポンプ203は第1のチャージポンプ201及び第2のチャ
ージポンプ202と電気的に接続されている状態となり出力電圧が得られる。すなわち、
第3のチャージポンプ203の出力電圧は、半導体装置と通信装置間との距離が変化し供
給電力が増加または減少した際に、昇圧回路の出力段を切り換えることで得られるもので
ある。一方、第4のチャージポンプ204は第1のチャージポンプ201乃至第3のチャ
ージポンプ203と電気的に接続されていない状態となり電力供給は行われず、第4のチ
ャージポンプ204からの出力電圧も得られない。また、図5で説明したスイッチコント
ローラ104において、第2のコントローラ出力配線505の信号はH信号、第1のコン
トローラ出力配線504、第3のコントローラ出力配線506、及び第4のコントローラ
出力配線507信号はL信号となる。よって、第4のスイッチ704はオンになり、第3
のスイッチ703、第5のスイッチ705、及び第6のスイッチ706はオフになる。す
なわち、第2のチャージポンプ202の出力電圧V2のみが得られる。
B)に示すようになる。第1のコンパレータ407の出力配線417、第2のコンパレー
タ410の出力配線418、及び第3のコンパレータ413の出力配線419がH信号、
第4のコンパレータ416の出力配線420がL信号となる。第1のスイッチ701のオ
ン又はオフを制御するための信号は、第2のコンパレータ410の出力配線418の信号
と同じであり、第2のスイッチ702のオン又はオフを制御するための信号は、第3のコ
ンパレータ413の出力配線419の信号と同じであるので、H信号が加えられる第1の
スイッチ701及び第2のスイッチ702は共にオンとなる。そのため、第3のチャージ
ポンプ203及び第4のチャージポンプ204は第1のチャージポンプ201及び第2の
チャージポンプ202と電気的に接続されている状態となり出力電圧が得られる。すなわ
ち、第4のチャージポンプ204の出力電圧は、半導体装置と通信装置間の距離が変化し
供給電力が増加または減少した際に、昇圧回路の出力段を切り換えることで得られるもの
である。また、図5で説明したスイッチコントローラ104において、第3のコントロー
ラ出力配線506の信号はH信号、第1のコントローラ出力配線504、第2のコントロ
ーラ出力配線505、及び第4のコントローラ出力配線507の信号はL信号となる。よ
って、第5のスイッチ705はオンになり、第3のスイッチ703、第4のスイッチ70
4、及び第6のスイッチ706はオフになる。すなわち、第3のチャージポンプ203の
出力電圧V3のみが得られる。
示すようになる。第1のコンパレータ407の出力配線417、第2のコンパレータ41
0の出力配線418、第3のコンパレータ413の出力配線419、及び第4のコンパレ
ータ416の出力配線420がH信号となる。第1のスイッチ701のオン又はオフを制
御するための信号は、第2のコンパレータ410の出力配線418の信号と同じであり、
第2のスイッチ702のオン又はオフを制御するための信号は、第3のコンパレータ41
3の出力配線419の信号と同じであるので、H信号が加えられる第1のスイッチ701
及び第2のスイッチ702は共にオンとなる。そのため、第3のチャージポンプ203及
び第4のチャージポンプ204は第1のチャージポンプ201及び第2のチャージポンプ
202と電気的に接続されている状態となり出力電圧が得られる。すなわち、第4のチャ
ージポンプ204の出力電圧は、半導体装置と通信装置間の距離が変化し供給電力が増加
または減少した際に、昇圧回路の出力段を切り換えることで得られるものである。また、
図5で説明したスイッチコントローラ104において、第4のコントローラ出力配線50
7の信号はH信号、第1のコントローラ出力配線504、第2のコントローラ出力配線5
05、及び第3のコントローラ出力配線506の信号はL信号となる。よって、第6のス
イッチ706はオンになり、第3のスイッチ703、第4のスイッチ704、及び第5の
スイッチ705はオフになる。すなわち、第4のチャージポンプ204の出力電圧V4の
みが得られる。
回路106への昇圧回路101からの出力が得られる。スイッチコントローラ104及び
出力切替スイッチ105を図5及び図6のように構成することで、第3のスイッチ703
乃至第6のスイッチ706のうち2つ以上のスイッチは同時にオンにならず、複数のチャ
ージポンプからの出力をなくすことができる。
図7(A)に示すようになる。第1のコンパレータ407の出力配線417、第2のコン
パレータ410の出力配線418、第3のコンパレータ413の出力配線419、及び第
4のコンパレータ416の出力配線420がL信号となる。このとき、第3のスイッチ7
03乃至第6のスイッチ706はL信号となるので、第3のスイッチ703乃至第6のス
イッチ706はオフになる。そのため、昇圧回路101を構成する第1のチャージポンプ
201乃至第4のチャージポンプ204から論理回路106への出力は行われない。
減させることは可能である。また、電圧比較回路内の2つの抵抗素子の抵抗比を変更する
ことでチャージポンプの比較用電圧が変化するため、比較用電圧値を調整する場合は抵抗
値を変更すれば良い。なお、「昇圧回路の出力段」とは、実際に昇圧するために用いられ
た複数のチャージポンプのうち最終段に位置するチャージポンプに相当する。例えば、図
7(B)の場合は第1のチャージポンプ201、図8(A)の場合は第2のチャージポン
プ202、図8(B)の場合は第3のチャージポンプ203、図9の場合は第4のチャー
ジポンプ204が、昇圧回路101の出力段に相当する。
の値に制御することが可能となる。これにより、半導体装置の昇圧回路における電力損失
の軽減とともに、動作距離範囲の拡大を行うことができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で述べた半導体装置を構成するトランジスタの作製例
について説明する。本実施の形態では特に、絶縁基板上に形成された半導体膜によりトラ
ンジスタを作製し、半導体装置を具備する半導体装置とする形態について説明する。
よび非晶質半導体膜1904(例えば非晶質珪素を含む膜)を形成する(図10(A))
。剥離層1902、絶縁膜1903および非晶質半導体膜1904は、連続して形成する
ことができる。連続して形成することにより、大気に曝されないため不純物の混入を防ぐ
ことができる。
度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板であれば
、その面積や形状に大きな制限はないため、例えば、1辺が1メートル以上であって、矩
形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円
形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。従って、シリコン基
板と比較して集積回路部やアンテナを大きく形成した場合であっても、低コスト化を実現
することができる。
て、基板1901の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法により剥離層19
02を選択的に設けてもよい。また、基板1901に接するように剥離層1902を形成
しているが、必要に応じて、基板1901に接するように酸化珪素(SiOx)膜、酸化
窒化珪素(SiOxNy)(x>y)膜、窒化珪素(SiNx)膜、窒化酸化珪素(Si
NxOy)(x>y)膜等の絶縁膜を形成し、当該絶縁膜に接するように剥離層1902
を形成してもよい。
金属膜としては、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)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膜を単層又は積層して形成する。また、これらの材
料は、スパッタリング法やプラズマCVD法等の各種CVD法等を用いて形成することが
できる。金属膜と金属酸化膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸素
雰囲気下またはN2O雰囲気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気下またはN2O雰囲気
下における加熱処理を行うことによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物または酸化窒
化物を設けることができる。また、金属膜を形成した後に、オゾン水等の酸化力の強い溶
液で表面を処理することにより、金属膜表面に当該金属膜の酸化物又は酸化窒化物を設け
ることができる。
は珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層で形成する。下地となる絶縁膜が2層構造の場
合、例えば、1層目として窒化酸化珪素膜を形成し、2層目として酸化窒化珪素膜を形成
するとよい。下地となる絶縁膜が3層構造の場合、1層目の絶縁膜として酸化珪素膜を形
成し、2層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、3層目の絶縁膜として酸化窒化珪
素膜を形成するとよい。または、1層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成し、2層目
の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、3層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成す
るとよい。下地となる絶縁膜は、基板1901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。
25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。半導体膜1904
としては、例えば、非晶質珪素膜を形成すればよい。
ー光の照射と、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とを組み合わせた方法等により非晶質の半導体膜1904の
結晶化を行ってもよい。その後、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にエッチングして
、半導体膜1904a〜1904dを形成し、当該半導体膜1904a〜1904dを覆
うようにゲート絶縁膜1905を形成する(図10(B))。
プラズマCVD法を用いて、膜厚50〜60nmの非晶質半導体膜(例えば、非晶質珪素
膜)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
導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理(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膜を形成する。その後、レーザ
ー発振器からレーザー光を照射し、フォトリソグラフィ法を用いることよって半導体膜1
904a〜1904dを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を
行わずに、レーザー光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。
ス発振型のレーザービーム(パルスレーザービーム)を用いることができる。ここで用い
ることができるレーザービームは、Arレーザー、Krレーザー、エキシマレーザーなど
の気体レーザー、単結晶のYAG、YVO4、フォルステライト(Mg2SiO4)、Y
AlO3、GdVO4、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y2O3、YVO4、
YAlO3、GdVO4に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、T
m、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、ガラスレー
ザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ti:サファイアレーザー、銅蒸
気レーザーまたは金蒸気レーザーのうち一種または複数種から発振されるものを用いるこ
とができる。このようなレーザービームの基本波、及びこれらの基本波の第2高調波から
第4高調波のレーザービームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例え
ば、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3
高調波(355nm)を用いることができる。このときレーザーのパワー密度は0.01
〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そし
て、走査速度を10〜2000cm/sec程度として照射する。なお、単結晶のYAG
、YVO4、フォルステライト(Mg2SiO4)、YAlO3、GdVO4、若しくは
多結晶(セラミック)のYAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4に、ドー
パントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種
添加されているものを媒質とするレーザー、Arイオンレーザー、またはTi:サファイ
アレーザーは、連続発振をさせることが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期などを
行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。
10MHz以上の発振周波数でレーザービームを発振させると、半導体膜がレーザーによ
って溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発
振周波数が低いパルスレーザーを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連
続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得る
ことができる。
る。ゲート絶縁膜1905は、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膜を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素膜、酸化窒
化珪素膜、窒化酸化珪素膜を、単層又は積層して形成する。
対し高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば
、He、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと、酸素、酸化窒素(NO2)、アンモニア、窒
素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起
は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することがで
きる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)
や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体膜の表面を酸化又は
窒化することができる。
mの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁
膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プ
ラズマ処理は、半導体膜(結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン)を直接酸化(若しく
は窒化)するため、形成される絶縁膜の厚さは理想的には、ばらつきをきわめて小さくす
ることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないた
め、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の
表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均
一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
も良いし、それに加えてプラズマや熱反応を利用したCVD法で酸化シリコン、酸窒化シ
リコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密
度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジ
スタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
るレーザー光を照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた半導体膜1904a
〜1904dは、そのレーザー光の走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向
をチャネル長方向(チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向)に合わ
せてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁層を組み合わせることで、特性ばらつきが小
さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ(TFT)を得ることができる。
。ここでは、第1の導電膜は、プラズマCVD法やスパッタ法等により、20〜100n
mの厚さで形成する。第2の導電膜は、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導
電膜と第2の導電膜は、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)、ニオブ(Nb)
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の導電膜と第2の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タン
タル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモ
リブデン膜等が挙げられる。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
導電膜と第2の導電膜を形成した後に、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、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリ
ブデン膜の積層構造を採用するとよい。
ゲート配線を形成するためのエッチング処理を行って、半導体膜1904a〜1904d
の上方にゲート電極1907を形成する。
904a〜1904dに、イオンドープ法また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。
絶縁膜は、プラズマCVD法やスパッタ法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化
物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成す
る。次に、絶縁膜を、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、ゲート電極1907の側面に接する絶縁膜1908(サイドウォールともよばれる
)を形成する。絶縁膜1908は、後にLDD(Lightly Doped drai
n)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。
907および絶縁膜1908をマスクとして用いて、半導体膜1904a〜1904dに
n型を付与する不純物元素を添加して、チャネル形成領域1906aと、第1の不純物領
域1906bと、第2の不純物領域1906cを形成する(図10(C))。第1の不純
物領域1906bは薄膜トランジスタのソース領域又はドレイン領域として機能し、第2
の不純物領域1906cはLDD領域として機能する。第2の不純物領域1906cが含
む不純物元素の濃度は、第1の不純物領域1906bが含む不純物元素の濃度よりも低い
。
層して形成し、当該絶縁膜上に薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極として機
能する導電膜1931を形成する。その結果、薄膜トランジスタ1930a〜1930d
を含む素子層が得られる(図10(D))。
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、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積
層で形成する。ここでは、絶縁膜を2層で設けた例を示しており、1層目の絶縁膜190
9として窒化酸化珪素膜で形成し、2層目の絶縁膜1910として酸化窒化珪素膜で形成
することができる。
ちの一方又は両方を形成した後に、半導体膜1904a〜1904dの結晶性の回復や半
導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜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、レーザーアニール法またはRTA法などを適用する
とよい。
ングして、第1の不純物領域1906bを露出させるコンタクトホールを形成した後、コ
ンタクトホールを充填するように導電膜を形成し、当該導電膜を選択的にエッチングして
形成する。なお、導電膜を形成する前に、コンタクトホールにおいて露出した半導体膜1
904a〜1904dの表面にシリサイドを形成してもよい。
)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ニ
ッケル(Ni)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、マンガン(Mn
)、ネオジム(Nd)、炭素(C)、シリコン(Si)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、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含
む合金材料に相当する。導電膜1931は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン(
Al−Si)膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン(Al−Si)
膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、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
ミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜1931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
アルミニウムシリコン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膜を形成すると、結晶質半導体膜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し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとる
ことができる。
縁膜1911は、CVD法、スパッタリング法、SOG法、液滴吐出法またはスクリーン
印刷法等を用いて、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
膜1911は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。
する(図11(B))。
電膜1931を露出させるコンタクトホールを形成した後、コンタクトホールを充填する
ように導電膜を形成し、当該導電膜を選択的にエッチングして形成する。
等の印刷法、メッキ処理等を用いて、導電性材料により形成すればよい。導電性材料は、
アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、白金(
Pt)ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)
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、
単層構造又は積層構造で形成する。
場合には、粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導
電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子として
は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウ
ム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)およびチタン(Ti)等のいずれか
一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができ
る。スクリーン印刷法を用いて形成することにより、工程の簡略化が可能となり低コスト
化を図ることができる。
(図12(A))。
印刷法等により、シリコンの酸化物やシリコンの窒化物等の無機材料(例えば、酸化珪素
膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜等)、ポリイミド、ポリアミド、ベン
ゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層また
は積層で形成する。
12を含む素子形成層を基板1901から剥離する。
続いて、素子形成層の一方の面(ここでは、絶縁膜1917の表面)を第1のシート材1
920に貼り合わせた後、物理的な力を用いて基板1901から素子形成層を剥離する(
図13(A))。第1のシート材1920としては、ホットメルトフィルム等を用いるこ
とができる。また、後に第1のシート材1920を剥離する場合には、熱を加えることに
より粘着力が弱まる熱剥離テープを用いることができる。
って、薄膜トランジスタ1930a〜薄膜トランジスタ1930d等の素子が静電気等に
よって破壊されることを防止できる。また、素子形成層が剥離された基板1901を再利
用することによって、低コスト化を実現することができる。
ート材1921を設ける(図13(B))。第2のシート材1921は、ホットメルトフ
ィルム等を用い、加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行うことにより素子形成層の他方
の面に貼り合わせることができる。また、第1のシート材1920として熱剥離テープを
用いた場合には、第2のシート材1921を貼り合わせる際に加えた熱を利用して剥離す
ることができる。
グ又はレーザーカット法等により選択的に分断することによって、複数の半導体装置を得
ることができる。第2のシート材1921として、プラスチック等の可撓性を有する基板
を用いることによって可撓性を有する半導体装置を作製することができる。
成した後、当該基板1901から剥離することによって可撓性を有する半導体装置を作製
する場合について示したが、これに限られない。例えば、基板1901上に剥離層190
2を設けずに図13(A)、図10(A)の工程を適用することにより、基板1901上
に薄膜トランジスタやアンテナ等の素子が設けられた半導体装置を作製することができる
。
したが、この構成に限定されない。半導体素子を形成した後、別途形成したアンテナを、
集積回路と電気的に接続するようにしても良い。この場合、アンテナと集積回路との電気
的な接続は、異方導電性フィルム(ACF(Anisotropic Conducti
ve Film))や異方導電性ペースト(ACP(Anisotropic Cond
uctive Paste))等で圧着させることにより電気的に接続することができる
。また、他にも、銀ペースト、銅ペーストまたはカーボンペースト等の導電性接着剤や半
田接合等を用いて接続を行うことも可能である。
きる。
本実施の形態では、半導体装置を構成するトランジスタの作製例について、実施の形態2
で説明した構成とは異なる構成について説明する。本実施の形態では特に、単結晶シリコ
ンにより半導体装置を構成するトランジスタを作製する形態について図14、図15を用
いて説明する。
コンからなるシリコン基板2601を用意する。そして、n型の導電性が付与されたシリ
コン基板の主面(素子形成面または回路形成面)の素子形成領域にp型ウェル2602を
選択的に形成する。また、シリコン基板の裏面を研磨する等の手法によって薄くすること
も可能である。予め、シリコン基板を薄膜化することによって、半導体装置を軽量で薄型
な半導体装置を作製することができる。
なるフィールド酸化膜2603を形成する。フィールド酸化膜2603は厚い熱酸化膜で
あり、公知のLOCOS法を用いて形成すればよい。なお、素子分離法は、LOCOS法
に限定されず、例えば素子分離領域はトレンチ分離法を用いてトレンチ構造を有していて
もよいし、LOCOS構造とトレンチ構造の組み合わせであってもよい。
4を形成する。ゲート絶縁膜2604は、CVD法を用いて形成してもよく、酸化窒化珪
素膜や酸化珪素膜や窒化珪素膜やそれらの積層膜を用いることができる。
し、リソグラフィ技術およびドライエッチング技術に基づき積層膜を形成することによっ
てゲート絶縁膜上にポリサイド構造を有するゲート電極2605を形成する。ポリシリコ
ン層2605aは低抵抗化するために予め、1021/cm3程度の濃度でリン(P)を
ドープしておいても良いし、ポリシリコン膜を形成した後で濃いn型不純物を拡散させて
も良い。また、シリサイド層2605bを形成する材料はモリブデンシリサイド(MoS
ix)、タングステンシリサイド(WSix)、タンタルシリサイド(TaSix)、チ
タンシリサイド(TiSix)などを適用することが可能であり、公知の方法に従い形成
すれば良い。
絶縁材料層を全面にCVD法にて堆積させ、かかる絶縁材料層をエッチバックすることに
よってサイドウォールを形成すればよい。エッチバックの際に自己整合的にゲート絶縁膜
を選択的に除去してもよい。
オン注入を行う。pチャネル型FETを形成すべき素子形成領域をレジスト材料で被覆し
、n型不純物であるヒ素(As)やリン(P)をシリコン基板に注入してソース領域26
13及びドレイン領域2614を形成する。また、nチャネル型FETを形成すべき素子
形成領域をレジスト材料で被覆し、p型不純物であるボロン(B)をシリコン基板に注入
してソース領域2615及びドレイン領域2616を形成する。
ン基板における結晶欠陥を回復するために、活性化処理を行う。
を形成する。層間絶縁膜2617は、プラズマCVD法や減圧CVD法を用いて酸化シリ
コン膜や酸化窒化シリコン膜などを形成する。なお、さらにその上にリンガラス(PSG
)、あるいはボロンガラス(BSG)、もしくはリンボロンガラス(PBSG)の層間絶
縁膜が形成してもよい。
は、層間絶縁膜2617とゲート絶縁膜2604にそれぞれのFETのソース領域及びド
レイン領域に達するコンタクトホールを形成した後に形成するもので、低抵抗材料として
通常良く用いられるアルミニウムを用いると良い。また、アルミニウムとチタンの積層構
造としても良い。
は、ポジ型の電子線描画用レジストを層間絶縁膜2617上の全面に形成し、電子線が照
射された部分を現像液によって溶解させる。そして、コンタクト穴が形成される箇所のレ
ジストに穴が空き、レジストをマスクとしてドライエッチングを行なうことにより、所定
の位置の層間絶縁膜2617とゲート絶縁膜2604がエッチングされてコンタクト穴を
形成することができる。以上のようにして、pチャネル型トランジスタ2651、nチャ
ネル型トランジスタ2652を、単結晶基板を用いて作製することができる(図14(A
))。
ッチングしコンタクトホールを形成し、メタル電極2622の一部を露出させる。層間膜
2624は樹脂には限定せず、CVD酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点
から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコン
タクトホールを形成しても良い。次に層間膜2624上に、コンタクトホールを介してメ
タル電極2622と接する配線2625を形成する。
。導電膜2626は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、クロ
ム(Cr)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、
タングステン(W)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Z
n)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)などの金属を用いて形成することができる。導電膜
2626は、上記金属で形成された膜の他に、上記金属を主成分とする合金で形成された
膜、或いは上記金属を含む化合物を用いて形成された膜を用いても良い。導電膜2626
は、上述した膜を単層で用いても良いし、上述した複数の膜を積層して用いても良い。
印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、めっき法、フォトリソグラフィ法、蒸着法等を用
いて形成することができる。
したが、この構成に限定されない。半導体素子を形成した後、別途形成したアンテナを、
集積回路と電気的に接続するようにしても良い。この場合、アンテナと集積回路との電気
的な接続は、異方導電性フィルム(ACF(Anisotropic Conducti
ve Film))や異方導電性ペースト(ACP(Anisotropic Cond
uctive Paste))等で圧着させることにより電気的に接続することができる
。また、他にも、銀ペースト、銅ペーストまたはカーボンペースト等の導電性接着剤や半
田接合等を用いて接続を行うことも可能である。
2627を形成する。保護膜2627は、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜、ある
いは窒化酸化シリコン膜で形成されている。また、窒化シリコン膜等の代わりに有機樹脂
膜、若しくは保護膜の上に有機樹脂膜を積層してもよい。有機樹脂材料として、ポリイミ
ド、ポリアミド、アクリル、ベンゾシクロブテン(BCB)などを用いることができる。
有機樹脂膜を用いる利点は、膜の形成方法が簡単である点や、比誘電率が低いので寄生容
量を低減できる点、平坦化するのに適している点などがある。勿論、上述した以外の有機
樹脂膜を用いても良い。
ことができる。フィルム2628の表面には、水分や酸素等の侵入を防ぐために、保護膜
を形成しても良い。保護膜は、珪素を有する酸化物、又は珪素を有する窒化物によって形
成することができる。また、フィルムには半導体装置のブースターアンテナとなるパター
ンが形成されていてもよい。
することができる。またこのような半導体装置は小型化された半導体装置を作成すること
ができ、トランジスタ特性のばらつきも小さいため、好適である。
きる。
本実施の形態では、本発明の半導体装置の用途について説明する。本発明の半導体装置
は、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等)
、包装用容器類(包装紙やボトル等)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等)、乗
物類(自転車等)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、
生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札等の物品に設ける、いわゆるICラベル、I
Cタグ、ICカードとして使用することができる。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(単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ)
及び携帯電話等を指す。
集積回路(ICチップ)を埋設して情報を記録できるようにしたカードである。データを
読み書きする方式の違いによって「接触式」と「非接触式」に分けられる。非接触式カー
ドにはアンテナが内蔵されており、微弱な電波を利用して端末と交信することができるも
のである。また、ICタグとは、物体の識別に利用される微小なICチップ(特にこの用
途のICチップを「ICチップ」ともいう。)に自身の識別コードなどの情報が記録され
ており、電波を使って管理システムと情報を送受信する能力をもつものをいう。数十ミリ
メートルの大きさで、電波や電磁波で読み取り器と交信することができる。本発明の無線
通信によりデータの交信を行う半導体装置に使うICタグの態様はさまざまであり、カー
ド形式のものや、ラベル類(ICラベルという)、証書類などがある。
例について説明する。
ある。ラベル台紙3001(セパレート紙)上に、半導体装置3002を内蔵した複数の
ICラベル3003が形成されている。ICラベル3003は、ボックス3004内に収
納されている。また、ICラベル3003上には、その商品や役務に関する情報(商品名
、ブランド、商標、商標権者、販売者、製造者等)が記されており、一方、内蔵されてい
る半導体装置には、その商品(又は商品の種類)固有のIDナンバーが付されており、偽
造や、商標権、特許権等の知的財産権侵害、不正競争等の不法行為を容易に把握すること
ができる。また、半導体装置内には、商品の容器やラベルに明記しきれない多大な情報、
例えば、商品の産地、販売地、品質、原材料、効能、用途、数量、形状、価格、生産方法
、使用方法、生産時期、使用時期、賞味期限、取扱説明、商品に関する知的財産情報等を
入力しておくことができ、取引者や消費者は、簡易な読み取り装置によって、それらの情
報にアクセスすることができる。また、生産者側からは容易に書換え、消去等も可能であ
るが、取引者、消費者側からは書換え、消去等ができない仕組みになっている。
いる。ICタグ3011を商品に備え付けることにより、商品管理が容易になる。例えば
、商品が盗難された場合に、商品の経路を辿ることによって、その犯人を迅速に把握する
ことができる。このように、ICタグを備えることにより、所謂トレーサビリティに優れ
た商品を流通させることができる。
成品の状態の一例である。上記ICカード3021としては、キャッシュカード、クレジ
ットカード、プリペイドカード、電子乗車券、電子マネー、テレフォンカード、会員カー
ド等のあらゆるカード類が含まれる。
して薄膜トランジスタを用いることにより、図16(D)に示すように折り曲げた形状に
変形させたとしても使用することができる。
1には、半導体装置3032が埋め込まれており、その周囲は樹脂によって成形され、半
導体装置を保護している。無記名債券3031は、本発明に係るICラベル、ICタグ、
ICカードと同じ要領で作成することができる。なお、上記無記名債券類には、切手、切
符、チケット、入場券、商品券、図書券、文具券、ビール券、おこめ券、各種ギフト券、
各種サービス券等が含まれるが、勿論これらに限定されるものではない。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3032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。
類、生活用品類、電子機器等に本発明の半導体装置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。また乗物類に半導体装置を設けることにより、
偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個
々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線タグを埋め
込むことによって、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。
て使用することができる。
きる。すなわち、半導体装置と通信装置との距離に依存する電圧値を一定の値に制御する
ことが可能となる。これにより、半導体装置の昇圧回路における電力損失の軽減とともに
、動作距離範囲の拡大を行うことができる。
101 昇圧回路
102 参照電圧源回路
103 電圧比較回路
104 スイッチコントローラ
105 出力切替スイッチ
106 論理回路
110 アンテナ
200 入力配線
201 チャージポンプ
202 チャージポンプ
203 チャージポンプ
204 チャージポンプ
205 nチャネル型トランジスタ
206 nチャネル型トランジスタ
207 容量素子
208 容量素子
215 ダイオード
216 ダイオード
223 出力配線
224 出力配線
225 出力配線
226 出力配線
300 入力配線
301 pチャネル型トランジスタ
302 pチャネル型トランジスタ
303 pチャネル型トランジスタ
304 nチャネル型トランジスタ
305 nチャネル型トランジスタ
306 抵抗素子
307 抵抗素子
308 ダイオード
309 ダイオード
310 ダイオード
311 出力配線
401 電圧比較回路
402 電圧比較回路
403 電圧比較回路
404 電圧比較回路
405 抵抗素子
406 抵抗素子
407 コンパレータ
408 抵抗素子
409 抵抗素子
410 コンパレータ
411 抵抗素子
412 抵抗素子
413 コンパレータ
414 抵抗素子
415 抵抗素子
416 コンパレータ
417 出力配線
418 出力配線
419 出力配線
420 出力配線
501 Ex−OR回路
502 Ex−OR回路
503 Ex−OR回路
504 コントローラ出力配線
505 コントローラ出力配線
506 コントローラ出力配線
507 コントローラ出力配線
508 信号配線
601 nチャネル型トランジスタ
602 nチャネル型トランジスタ
603 nチャネル型トランジスタ
604 nチャネル型トランジスタ
605 出力配線
606 出力配線
607 出力配線
608 出力配線
701 スイッチ
702 スイッチ
703 スイッチ
704 スイッチ
705 スイッチ
706 スイッチ
1901 基板
1902 剥離層
1903 絶縁膜
1904 半導体膜
1905 ゲート絶縁膜
1907 ゲート電極
1908 絶縁膜
1909 絶縁膜
1910 絶縁膜
1911 絶縁膜
1912 導電膜
1913 絶縁膜
1917 絶縁膜
1918 開口部
1920 シート材
1921 シート材
1931 導電膜
1950 領域
1951 素子層
2601 シリコン基板
2602 p型ウェル
2603 フィールド酸化膜
2604 ゲート絶縁膜
2605 ゲート電極
2613 ソース領域
2614 ドレイン領域
2615 ソース領域
2616 ドレイン領域
2617 層間絶縁膜
2619 メタル電極
2620 メタル電極
2621 メタル電極
2622 メタル電極
2624 層間膜
2625 配線
2626 導電膜
2627 保護膜
2628 フィルム
2651 pチャネル型トランジスタ
2652 nチャネル型トランジスタ
3001 ラベル台紙
3002 半導体装置
3003 ICラベル
3004 ボックス
3011 ICタグ
3012 半導体装置
3021 ICカード
3022 半導体装置
3031 無記名債券
3032 半導体装置
1904a 半導体膜
1904b 半導体膜
1904c 半導体膜
1904d 半導体膜
1906a チャネル形成領域
1906b 不純物領域
1906c 不純物領域
1930a 薄膜トランジスタ
1930b 薄膜トランジスタ
1930c 薄膜トランジスタ
1930d 薄膜トランジスタ
2605a ポリシリコン層
2605b シリサイド層
Claims (3)
- アンテナと、
前記アンテナに接続され、n段(nは2以上の自然数)のチャージポンプを有する昇圧回路と、
前記昇圧回路からの出力電圧が入力される論理回路と、を有し、
前記n段のチャージポンプは、それぞれ、容量素子とダイオードとを有し、
前記n段のチャージポンプの各出力電圧は参照電圧と比較され、
前記比較した結果に基づいて、いずれかの段の前記チャージポンプの出力電圧が前記論路回路に入力されることを特徴とする半導体装置。 - アンテナと、
前記アンテナに接続され、n段(nは2以上の自然数)のチャージポンプ及び前記n段のチャージポンプの間に設けられたスイッチを有する昇圧回路と、
前記昇圧回路からの出力電圧が入力される論理回路と、を有し、
前記スイッチは、前記n段のチャージポンプの各間に設けられ、
前記n段のチャージポンプは、それぞれ、容量素子とダイオードとを有し、
前記n段のチャージポンプの各出力電圧は参照電圧と比較され、
前記比較した結果に基づいて前記スイッチのオン又はオフが選択され、いずれかの段のチャージポンプの出力電圧が前記論路回路に入力されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体装置を有することを特徴とするICラベル、ICタグ、ICカード。
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