JP4906076B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本発明は、大規模な演算回路を有する半導体装置に関する。特に、電源電圧が変動する場合でも、演算回路が安定して動作する半導体装置に関する。とりわけ、無線通信信号から電源電圧を供給し、高度な演算機能を有する大規模回路を、半導体薄膜トランジスタを用いて形成した半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a large-scale arithmetic circuit. In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which an arithmetic circuit operates stably even when a power supply voltage fluctuates. In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which a power supply voltage is supplied from a wireless communication signal and a large-scale circuit having an advanced calculation function is formed using a semiconductor thin film transistor.

近年、超小型ICチップと、無線通信用のアンテナを組み合わせた小型の半導体装置(以下、無線チップという)が脚光を浴びている。無線チップは、無線通信装置(以下、リーダ/ライタという)を使った通信信号(動作磁界)の授受により、データを書き込んだり、データを読み出したりすることができる。 In recent years, a small semiconductor device (hereinafter referred to as a wireless chip) combining an ultra-small IC chip and an antenna for wireless communication has attracted attention. The wireless chip can write and read data by transmitting and receiving a communication signal (operation magnetic field) using a wireless communication device (hereinafter referred to as a reader / writer).

無線チップの応用分野として、例えば、流通業界における商品管理が挙げられる。現在では、バーコードなどを利用した商品管理が主流であるが、バーコードは光学的に読み取るため、遮蔽物があるとデータを読み取れない。一方、無線チップでは、無線でデータを読み取るため、遮蔽物があっても読み取れる。従って、商品管理の効率化、低コスト化などが期待されている。その他、乗車券、航空旅客券、料金の自動精算など、広範な応用が期待されている(特許文献1参照)。
特開2000−149194号公報
As an application field of the wireless chip, for example, merchandise management in the distribution industry can be cited. At present, merchandise management using bar codes and the like is the mainstream, but since bar codes are optically read, data cannot be read if there is a shield. On the other hand, since the wireless chip reads data wirelessly, it can be read even if there is a shielding object. Accordingly, it is expected to improve the efficiency of product management and cost reduction. In addition, a wide range of applications such as a boarding ticket, an air passenger ticket, and automatic fee settlement are expected (see Patent Document 1).
JP 2000-149194 A

無線チップの応用分野が広がりつつある中で、より高機能な無線チップに対する要求も高まっている。例えば、送受信データを暗号化することで、第三者へのデータ漏洩の防止が期待される。これには、復号化/暗号化の処理をハードウェア的に処理する方式と、ソフトウェア的に処理する方式と、ハードウェア及びソフトウェアを併用する方式と、が考えられる。ハードウェア的に処理する方式では、復号化/暗号化を行う専用回路で演算回路を構成する。ソフトウェア的に処理する方式では、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)と大規模メモリとで演算回路を構成し、復号化/暗号化プログラムをCPUで実行する。ハードウェア及びソフトウェアを併用する方式では、専用回路と、CPUと、メモリと、で演算回路を構成し、専用回路で復号化/暗号化の演算処理の一部分を行い、残りの演算処理のプログラムをCPUで実行する。しかし、いずれも無線チップに大規模回路を搭載することになる。 As the application field of wireless chips is expanding, the demand for higher-performance wireless chips is also increasing. For example, it is expected to prevent data leakage to a third party by encrypting transmission / reception data. For this, a method of processing the decryption / encryption process by hardware, a method of processing by software, and a method of using both hardware and software are conceivable. In the method of processing in hardware, an arithmetic circuit is configured by a dedicated circuit that performs decryption / encryption. In the method of processing in software, an arithmetic circuit is constituted by a CPU (Central Processing Unit) and a large-scale memory, and a decryption / encryption program is executed by the CPU. In the method using both hardware and software, the dedicated circuit, CPU, and memory constitute an arithmetic circuit, and the dedicated circuit performs a part of the decryption / encryption arithmetic processing, and the remaining arithmetic processing program is executed. Run on the CPU. However, in any case, a large-scale circuit is mounted on the wireless chip.

無線チップにおける通信の規格としては、例えば、ISO/IEC 15693などが規定されている。ISO/IEC 15693によると、通信信号における搬送波の周波数として13.56MHz±7kHzを用い、リーダ/ライタから無線チップへのデータの伝送は、ASK(Amplitude Shift Keying 振幅変位キーイング)方式を用いる。図2に、ASK方式における無線チップへのデータ伝送時の通信信号を示す。図2において、通信信号201は、搬送波の周波数で振動する電磁波である。通信信号201により伝送されるデータは、通信信号201の振幅の包絡線202によって表される。通信信号201の振幅が最大の場合を”1”、最小の場合を”0”とする。無線チップは、このような通信信号201より、”0”及び”1”を受信する。 For example, ISO / IEC 15693 is defined as a standard for communication in a wireless chip. According to ISO / IEC 15693, 13.56 MHz ± 7 kHz is used as the frequency of the carrier wave in the communication signal, and the ASK (Amplitude Shift Keying Amplitude Displacement Keying) method is used for data transmission from the reader / writer to the wireless chip. FIG. 2 shows a communication signal at the time of data transmission to the wireless chip in the ASK method. In FIG. 2, a communication signal 201 is an electromagnetic wave that vibrates at the frequency of a carrier wave. Data transmitted by the communication signal 201 is represented by an envelope 202 of the amplitude of the communication signal 201. A case where the amplitude of the communication signal 201 is maximum is “1”, and a case where the amplitude is minimum is “0”. The wireless chip receives “0” and “1” from such a communication signal 201.

また、無線チップの動作に必要な電源電圧やクロック信号は、通信信号201より生成される。したがって、無線チップにおいて演算回路を動作させるためには、通信信号より大電流を供給し得る大規模なアンテナや大規模な電源回路、安定的なクロック信号を供給し得るクロック生成回路などが必要となり、チップ面積の増大、チップ価格の上昇などを招く恐れがある。さらに、データ伝送にASK方式を用いるため、”0”を受信している際は、電源電圧やクロック信号の供給が不安定になりやすい。 A power supply voltage and a clock signal necessary for the operation of the wireless chip are generated from the communication signal 201. Therefore, in order to operate an arithmetic circuit in a wireless chip, a large-scale antenna that can supply a larger current than a communication signal, a large-scale power supply circuit, a clock generation circuit that can supply a stable clock signal, and the like are required. There is a risk of increasing the chip area and increasing the chip price. Further, since the ASK method is used for data transmission, supply of the power supply voltage and the clock signal tends to become unstable when “0” is received.

電源電圧やクロック信号の供給が不安定になると、同期回路では、誤動作が生じる。これを図3及び図4を用いて説明する。図3に、同期回路の例として、第1のフリップフロップ(以下、FFと記す)301、第2のFF302が直列に接続されたシフトレジスタ示す。第1のFF301、第2のFF302は、各々第1のクロック配線303、第2のクロック配線304により供給される第1のクロック信号、第2のクロック信号の立ち上がりエッジで各々第1のデータ配線305、第2のデータ配線306の電圧値を取り込み、取り込んだ電圧値を第2のデータ配線306、第3のデータ配線307の電圧値として出力する。 If the supply of the power supply voltage or the clock signal becomes unstable, a malfunction occurs in the synchronous circuit. This will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a shift register in which a first flip-flop (hereinafter referred to as FF) 301 and a second FF 302 are connected in series as an example of the synchronization circuit. The first FF 301 and the second FF 302 are the first data wiring at the rising edge of the first clock signal and the second clock signal supplied by the first clock wiring 303 and the second clock wiring 304, respectively. 305 and the voltage value of the second data line 306 are taken in, and the taken voltage value is output as the voltage value of the second data line 306 and the third data line 307.

図4は、図3におけるシフトレジスタのタイミングチャート例である。図4(A)は、図3におけるシフトレジスタが理想的な動作をする場合のタイミングチャートである。ここで、図3における第1のクロック配線303、第2のクロック配線304に供給される第1のクロック信号、第2のクロック信号のタイミングチャートを、各々図4(A)における第1のクロック信号401、第2のクロック信号402とする。なお、第1のクロック信号401と第2のクロック信号402との間に時間差は無いものとする。また、図3における第1のデータ配線305の電圧値のタイミングチャートを、図4(A)における第1のデータ信号403とする。この場合、図3における第2のデータ配線306、第3のデータ配線307の電圧値のタイミングチャートは、各々図4(A)における第2のデータ信号404、第3のデータ信号405となる。 FIG. 4 is a timing chart example of the shift register in FIG. FIG. 4A is a timing chart when the shift register in FIG. 3 performs an ideal operation. Here, timing charts of the first clock signal and the second clock signal supplied to the first clock wiring 303 and the second clock wiring 304 in FIG. 3 are respectively shown in FIG. 4A. A signal 401 and a second clock signal 402 are assumed. Note that there is no time difference between the first clock signal 401 and the second clock signal 402. A timing chart of voltage values of the first data wiring 305 in FIG. 3 is a first data signal 403 in FIG. In this case, timing charts of voltage values of the second data wiring 306 and the third data wiring 307 in FIG. 3 are the second data signal 404 and the third data signal 405 in FIG. 4A, respectively.

しかしながら、図3において、第1のクロック配線303と第2のクロック配線304と、に供給される第1のクロック信号と第2のクロック信号と、の間に時間差がある場合は、図4(A)におけるタイミングチャートと異なり、誤動作する。図4(B)は、誤動作する場合のタイミングチャートである。図3における第1のクロック配線303、第2のクロック配線304に供給される第1のクロック信号、第2のクロック信号のタイミングチャートを、図4(B)における第1のクロック信号411、第2のクロック信号412として示す。なお、第1のクロック信号411と第2のクロック信号412との間には時間差416がある。すなわち、第2のクロック信号412は、第1のクロック信号411に対し遅延している。また、図3における第1のデータ配線305の電圧値のタイミングチャートを、図4(B)における第1のデータ信号413とする。この場合、図3における第2のデータ配線306、第3のデータ配線307の電圧値のタイミングチャートは、各々図4(B)における第2のデータ信号414、第3のデータ信号415となる。 However, in FIG. 3, when there is a time difference between the first clock signal and the second clock signal supplied to the first clock wiring 303 and the second clock wiring 304, FIG. Unlike the timing chart in A), it malfunctions. FIG. 4B is a timing chart in the case of malfunction. A timing chart of the first clock signal and the second clock signal supplied to the first clock wiring 303 and the second clock wiring 304 in FIG. 3 is shown in the timing chart of the first clock signal 411 and the second clock signal in FIG. Two clock signals 412 are shown. Note that there is a time difference 416 between the first clock signal 411 and the second clock signal 412. That is, the second clock signal 412 is delayed with respect to the first clock signal 411. In addition, a timing chart of voltage values of the first data wiring 305 in FIG. 3 is a first data signal 413 in FIG. In this case, timing charts of voltage values of the second data wiring 306 and the third data wiring 307 in FIG. 3 are the second data signal 414 and the third data signal 415 in FIG. 4B, respectively.

ここで、図3における第2のデータ配線306の電圧値のタイミングチャートは、図4(A)のタイミングチャートと図4(B)のタイミングチャートとで同様のタイミングチャートとなる。しかし、第3のデータ配線307の電圧値のタイミングチャートは異なる。これは、図4(B)における第2のクロック信号412の遅延により、本来ならば第2のクロック信号412の次の立ち上がりで取り込むはずの電圧値を1周期分早く取り込むためである。このようなFFの振る舞いをデータの筒抜けもしくはレーシングなどという。すなわち、同期回路において、クロック信号の伝搬に時間差があると、回路は誤動作する。 Here, the timing chart of the voltage value of the second data wiring 306 in FIG. 3 is similar to the timing chart of FIG. 4A and the timing chart of FIG. However, the timing chart of the voltage value of the third data wiring 307 is different. This is because, due to the delay of the second clock signal 412 in FIG. 4B, the voltage value that should have been taken in at the next rising edge of the second clock signal 412 is taken in earlier by one cycle. Such behavior of FF is called data omission or racing. That is, in the synchronous circuit, if there is a time difference in the propagation of the clock signal, the circuit malfunctions.

クロック信号の伝搬について、設計時に時間差を調節することも、部分的には可能である。しかし、無線チップのように電源電圧が変動する場合には、制御が非常に困難である。特に、搭載する回路が大規模になるにつれ、設計が困難となる。なお、電源電圧の変動や、クロック信号の伝搬における時間差は、無線チップのみならず、大規模な演算回路を有する半導体装置において一般的に問題となる。とりわけ、高度な演算機能を有する大規模回路を、半導体を有する薄膜トランジスタを用いて形成した半導体装置において深刻な問題となる。 For the propagation of the clock signal, it is possible in part to adjust the time difference at the time of design. However, when the power supply voltage fluctuates like a wireless chip, control is very difficult. In particular, the design becomes difficult as the circuit to be mounted becomes large. Note that fluctuations in power supply voltage and time differences in clock signal propagation are generally problematic not only in wireless chips but also in semiconductor devices having large-scale arithmetic circuits. In particular, it becomes a serious problem in a semiconductor device in which a large-scale circuit having an advanced arithmetic function is formed using a thin film transistor having a semiconductor.

本発明は、上記の問題を鑑みなされたもので、大規模回路を搭載する半導体装置において、好適な構成の半導体装置を提供する。電源電圧の変動が懸念される場合にも安定した動作が可能な半導体装置を提供する。特に、半導体薄膜トランジスタを用いて形成した大規模回路を搭載する半導体装置に好適である。また、電源電圧やクロック信号を通信信号より生成し、データの送受信にASK方式を用いた無線チップに好適である。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor device having a suitable configuration in a semiconductor device on which a large-scale circuit is mounted. A semiconductor device capable of stable operation even when there is a concern about fluctuations in power supply voltage. In particular, it is suitable for a semiconductor device on which a large-scale circuit formed using a semiconductor thin film transistor is mounted. Further, it is suitable for a wireless chip that generates a power supply voltage or a clock signal from a communication signal and uses the ASK method for data transmission / reception.

本発明における半導体装置では、正クロック信号及び負クロック信号を生成し、これによりFFを動作させる。ここで、正クロック信号と負クロック信号とは、周期が同一で、各々1周期中に”1”の期間と”0”の期間とを1回ずつ含み、同時に”1”となる期間が無いものとする。以下、このような正クロック信号と負クロック信号との関係をノンオーバーラップといい、正クロック信号と負クロック信号との一方もしくは両方をノンオーバーラップクロックという。また、ノンオーバーラップクロックの周期と、デューティー比と、を動作環境により変更する機能を有することで、大規模演算回路を安定して動作させることができる。なお、”1”の期間、”0”の期間はそれぞれクロック信号のHIGH状態、LOW状態に相当する。 In the semiconductor device according to the present invention, a positive clock signal and a negative clock signal are generated, and thereby the FF is operated. Here, the positive clock signal and the negative clock signal have the same period, each of which includes a period of “1” and a period of “0” in one period, and has no period of “1” at the same time. Shall. Hereinafter, such a relationship between the positive clock signal and the negative clock signal is referred to as non-overlap, and one or both of the positive clock signal and the negative clock signal is referred to as non-overlapping clock. In addition, the large-scale arithmetic circuit can be stably operated by having a function of changing the cycle of the non-overlapping clock and the duty ratio according to the operating environment. The period “1” and the period “0” correspond to the HIGH state and LOW state of the clock signal, respectively.

以上のような構成とすることで、電源電圧が不安定で、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して動作させることができる半導体装置を提供する。また、無線チップにおいて、大規模な演算回路を搭載することが可能であり、高性能の無線チップを提供する。 With the above structure, a semiconductor device that can be stably operated even when a power supply voltage is unstable and a time difference occurs in propagation of a clock signal is provided. In addition, a large-scale arithmetic circuit can be mounted on the wireless chip, and a high-performance wireless chip is provided.

特に、本発明における半導体装置を、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板などの絶縁表面を有する基板上に形成した半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにより作製すると、製造工程において大面積の基板を用いることができる。したがって、本発明における半導体装置の製造コストを大幅に下げられる。さらに、特にプラスチック基板の場合には、製造コストの削減に加えて、機械的柔軟性を有するため、本発明における半導体装置の完成後の取り扱いに多様性を持たせることができる。 In particular, when a semiconductor device according to the present invention is manufactured using a thin film transistor having a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface such as a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic substrate as an active layer, a large-area substrate is used in the manufacturing process. Can do. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device in the present invention can be greatly reduced. Further, in particular, in the case of a plastic substrate, since it has mechanical flexibility in addition to the reduction in manufacturing cost, it is possible to give diversity to the handling after completion of the semiconductor device in the present invention.

本発明の一形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路は、第1のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第1のラッチ(以下、レベルセンシティブラッチを用いて例示する)と、第2のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第2のラッチ(以下、レベルセンシティブラッチを用いて例示する)ッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電源電圧値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を生成する機能を有し、第1のゲート信号と、第2のゲート信号とは、クロック生成回路において生成される第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を基に生成されることを特徴とする半導体装置である。第1のレベルセンシティブラッチ又は第2のレベルセンシティブラッチが、共にデータを保持している期間とは、該第1のレベルセンシティブラッチ又は第2のレベルセンシティブラッチへそれぞれLOW状態のクロック信号が共に入力されたときである。なお共にHIGH状態のクロック信号が該第1のレベルセンシティブラッチ又は第2のレベルセンシティブラッチへそれぞれ入力されることにより、第1のレベルセンシティブラッチ又は第2のレベルセンシティブラッチでデータを保持するよう設定してもよい。 One embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit, and the arithmetic circuit has a function of changing a period in which data is held by a first gate signal. Latch (hereinafter, exemplified using a level sensitive latch) and a second latch (hereinafter, exemplified using a level sensitive latch) having a function of changing a period in which data is held by the second gate signal. ), The power management circuit has a function of generating a control signal from the power supply voltage value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit includes the first clock signal and the second clock. And the first gate signal and the second gate signal are based on the first clock signal generated in the clock generation circuit and the second clock signal. Generated Is a semiconductor device according to claim. The period in which both the first level-sensitive latch and the second level-sensitive latch hold data means that the clock signals in the LOW state are input to the first level-sensitive latch and the second level-sensitive latch, respectively. When it was done. Both the high level clock signals are input to the first level sensitive latch or the second level sensitive latch, respectively, so that data is held in the first level sensitive latch or the second level sensitive latch. May be.

本発明の一形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路は、第1のクロック信号をゲート信号とする第1のレベルセンシティブラッチと、第2のクロック信号をゲート信号とする第2のレベルセンシティブラッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電源電圧値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、が共に0となる期間を変更することを特徴とする半導体装置である。 One embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit, and the arithmetic circuit includes a first level-sensitive latch that uses the first clock signal as a gate signal, A second level sensitive latch that uses a clock signal as a gate signal, the power management circuit has a function of generating a control signal from a power supply voltage value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit The semiconductor device is characterized in that a period in which both the first clock signal and the second clock signal are 0 is changed by a signal.

本発明の別形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路は、第1のクロック信号をゲート信号とする第1のレベルセンシティブラッチと、第2のクロック信号をゲート信号とする第2のレベルセンシティブラッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電流値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、が共に0となる期間を変更することを特徴とする半導体装置である。 Another embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit. The arithmetic circuit includes a first level-sensitive latch that uses the first clock signal as a gate signal, A second level sensitive latch that uses a clock signal as a gate signal, the power management circuit has a function of generating a control signal from a current value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit Thus, a period in which both the first clock signal and the second clock signal are 0 is changed.

本発明の別形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路、電源管理回路、クロック生成回路、のうち少なくとも一は絶縁表面を有する基板上に形成した半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを有し、演算回路は、第1のクロック信号をゲート信号とする第1のレベルセンシティブラッチと、第2のクロック信号をゲート信号とする第2のレベルセンシティブラッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電源電圧値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号とが、共に0となる期間を変更することを特徴とする半導体装置である。 Another embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit, and at least one of the arithmetic circuit, the power management circuit, and the clock generation circuit is formed over a substrate having an insulating surface. The arithmetic circuit has a first level sensitive latch using a first clock signal as a gate signal and a second level sensitive latch using a second clock signal as a gate signal. The power management circuit has a function of generating a control signal from a power supply voltage value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit uses the control signal to generate a first clock signal and a second clock signal. The semiconductor device is characterized in that a period in which both clock signals are 0 is changed.

本発明の別形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路、電源管理回路、クロック生成回路、のうち少なくとも一は絶縁表面を有する基板上に形成した半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを有し、演算回路は、第1のクロック信号をゲート信号とする第1のレベルセンシティブラッチと、第2のクロック信号をゲート信号とする第2のレベルセンシティブラッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電流値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号とが、共に0となる期間を変更することを特徴とする半導体装置である。 Another embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit, and at least one of the arithmetic circuit, the power management circuit, and the clock generation circuit is formed over a substrate having an insulating surface. The arithmetic circuit has a first level sensitive latch using a first clock signal as a gate signal and a second level sensitive latch using a second clock signal as a gate signal. The power management circuit has a function of generating a control signal from the current value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit uses the control signal to generate a first clock signal and a second clock. The semiconductor device is characterized in that a period in which both signals are 0 is changed.

本発明の別形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路、電源管理回路、及びクロック生成回路は絶縁表面を有する基板上に形成した半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを有し、演算回路は、第1のクロック信号をゲート信号とする第1のレベルセンシティブラッチと、第2のクロック信号をゲート信号とする第2のレベルセンシティブラッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電源電圧値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号とが、共に0となる期間を変更することを特徴とする半導体装置である。 Another embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit. The arithmetic circuit, the power management circuit, and the clock generation circuit activate a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface. The arithmetic circuit has a first level sensitive latch that uses the first clock signal as a gate signal and a second level sensitive latch that uses the second clock signal as a gate signal. The power management circuit has a function of generating a control signal from a power supply voltage value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit generates a first clock signal and a second clock signal according to the control signal. The semiconductor device is characterized in that the period in which both are 0 is changed.

本発明の別形態は、演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、を有し、演算回路、電源管理回路、及びクロック生成回路は絶縁表面を有する基板上に形成した半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを有し、演算回路は、第1のクロック信号をゲート信号とする第1のレベルセンシティブラッチと、第2のクロック信号をゲート信号とする第2のレベルセンシティブラッチと、を有し、電源管理回路は、演算回路に供給される電流値から制御信号を生成する機能を有し、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号とが、共に0となる期間を変更することを特徴とする半導体装置である。 Another embodiment of the present invention includes an arithmetic circuit, a power management circuit, and a clock generation circuit. The arithmetic circuit, the power management circuit, and the clock generation circuit activate a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface. The arithmetic circuit has a first level sensitive latch that uses the first clock signal as a gate signal and a second level sensitive latch that uses the second clock signal as a gate signal. The power management circuit has a function of generating a control signal from the current value supplied to the arithmetic circuit, and the clock generation circuit uses the control signal to generate a first clock signal and a second clock signal, The semiconductor device is characterized in that the period in which both are 0 is changed.

本発明において、第1のレベルセンシティブラッチは、第1のゲート信号によりデータを保持している期間を変更することができ、第2のレベルセンシティブラッチは、第2のゲート信号によりデータを保持している期間を変更することができる。また第1のゲート信号と、第2のゲート信号とは、クロック生成回路において生成される第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を基にそれぞれ生成される。またクロック信号が0となる期間はLOW状態を指し、1となる期間はHIGH状態を指す。 In the present invention, the first level sensitive latch can change the period in which data is held by the first gate signal, and the second level sensitive latch holds data by the second gate signal. You can change the period. The first gate signal and the second gate signal are generated based on the first clock signal and the second clock signal generated in the clock generation circuit, respectively. The period when the clock signal is 0 indicates the LOW state, and the period when the clock signal is 1 indicates the HIGH state.

このように、演算回路に供給される電流値から制御信号を生成する電源管理回路を設けることで、演算回路に供給されるクロック信号のデューティー比を最適な値に決定することができる。例えば、演算回路に供給される電流値が高い場合、すなわち、消費電流が高い場合には、電源電圧が不安定となり、結果として回路動作が不安定になるので、クロック信号のデューティー比を下げる制御信号を生成する。 As described above, by providing the power management circuit that generates the control signal from the current value supplied to the arithmetic circuit, the duty ratio of the clock signal supplied to the arithmetic circuit can be determined to an optimum value. For example, when the current value supplied to the arithmetic circuit is high, that is, when the current consumption is high, the power supply voltage becomes unstable, resulting in unstable circuit operation. Generate a signal.

また、制御信号によって第1のクロック信号と、第2のクロック信号とが、共に0となる期間を変更する機能を有するクロック生成回路を設けることで、演算回路に供給されるクロック信号のデューティー比を最適な値に変更することができる。例えば、電源管理回路でクロック信号のデューティー比を下げる制御信号を生成した場合、第1のクロック信号と、第2のクロック信号とが、共に0となる期間を長くすることで、クロック信号のデューティー比を下げることができる。したがって、回路動作を安定させることが可能となる。 In addition, by providing a clock generation circuit having a function of changing a period in which both the first clock signal and the second clock signal are 0 by the control signal, the duty ratio of the clock signal supplied to the arithmetic circuit Can be changed to an optimum value. For example, when a control signal for reducing the duty ratio of the clock signal is generated by the power management circuit, the duty of the clock signal is increased by increasing the period in which both the first clock signal and the second clock signal are 0. The ratio can be lowered. Therefore, the circuit operation can be stabilized.

本発明において、絶縁表面を有する基板は、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、SOI基板のいずれかを用いることができる。 In the present invention, any of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, and an SOI substrate can be used as the substrate having an insulating surface.

本発明において電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、を有しても良い。 In the present invention, the power management circuit may include a regulator and an operational amplifier circuit.

本発明において、電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、アナログ−ディジタル変換回路と、を有しても良い。 In the present invention, the power management circuit may include a regulator, an operational amplifier circuit, and an analog-digital conversion circuit.

本発明において、クロック生成回路は、制御信号により、第1のクロック信号と、第2のクロック信号との周波数を変更する手段を有しても良い。 In the present invention, the clock generation circuit may include means for changing the frequencies of the first clock signal and the second clock signal by a control signal.

本発明において、演算回路は、CPUと、メモリと、を有していても良い。 In the present invention, the arithmetic circuit may include a CPU and a memory.

本発明により、半導体装置において電源電圧が変動し、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して大規模な演算回路を動作させることができる。従って、高性能な演算回路を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。特に、薄膜トランジスタにより形成することで、高性能な演算回路を有する半導体装置を安価に提供できる。また、電源電圧を通信信号より電磁誘導で供給し、データの送受信にASK方式を用いる無線チップにおいて、高性能な演算回路を有する無線チップを安価に提供できる。 According to the present invention, a large-scale arithmetic circuit can be stably operated even when a power supply voltage fluctuates in a semiconductor device and a time difference occurs in propagation of a clock signal. Therefore, a highly reliable semiconductor device including a high-performance arithmetic circuit can be provided. In particular, by using a thin film transistor, a semiconductor device having a high-performance arithmetic circuit can be provided at low cost. In addition, a wireless chip having a high-performance arithmetic circuit can be provided at low cost in a wireless chip that supplies power supply voltage by electromagnetic induction from a communication signal and uses the ASK method for data transmission / reception.

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。
(実施の形態1)
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.
(Embodiment 1)

本発明における半導体装置の実施の形態として、まず、図5及び図6を用いて、ノンオーバーラップクロックにより、同期回路におけるデータの筒抜けを防止できることを示す。図5は、本発明における半導体装置を構成する同期回路の例として、シフトレジスタを示す。図6は、図5に示したシフトレジスタの動作を表すタイミングチャートである。図5において、第1〜第4のラッチ501〜504が直列に接続されている。第1〜第4のラッチ501〜504は、第1〜第4のクロック配線505〜508に各々ゲート信号として第1〜第4のクロック信号を供給するラッチ、例えばレベルセンシティブラッチである。すなわち、第1〜第4のラッチ501〜504は、第1〜第4のクロック配線505〜508に供給される第1〜第4のクロック信号が”1”の場合、各々第1〜第4のデータ配線509〜512の電圧値を取り込み、取り込んだ電圧値を第2〜第5のデータ配線510〜513に出力する。 As an embodiment of a semiconductor device according to the present invention, first, it will be shown using FIG. 5 and FIG. 6 that data can be prevented from being lost in a synchronous circuit by a non-overlapping clock. FIG. 5 shows a shift register as an example of a synchronization circuit constituting the semiconductor device of the present invention. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the shift register shown in FIG. In FIG. 5, first to fourth latches 501 to 504 are connected in series. The first to fourth latches 501 to 504 are latches that supply the first to fourth clock signals as gate signals to the first to fourth clock wirings 505 to 508, for example, level sensitive latches. In other words, when the first to fourth clock signals supplied to the first to fourth clock wirings 505 to 508 are “1”, the first to fourth latches 501 to 504 are respectively first to fourth. The voltage values of the data wirings 509 to 512 are fetched, and the fetched voltage values are output to the second to fifth data wirings 510 to 513.

ここで、図5に示したシフトレジスタは、次のように考えると、FF2個を直列に接続した回路と等価である。すなわち、第1のラッチ501と第2のラッチ502とで第1のFFとし、第3のラッチ503と第4のラッチ504とで第2のFFとする。ここで、第2のクロック配線506と第4のクロック配線508にクロック信号を供給し、このクロック信号の反転信号を第1のクロック配線505と第3のクロック配線507に供給する。このようにして、任意の同期回路をラッチで構成できる。 Here, the shift register shown in FIG. 5 is equivalent to a circuit in which two FFs are connected in series when considered as follows. That is, the first latch 501 and the second latch 502 are used as the first FF, and the third latch 503 and the fourth latch 504 are used as the second FF. Here, a clock signal is supplied to the second clock wiring 506 and the fourth clock wiring 508, and an inverted signal of this clock signal is supplied to the first clock wiring 505 and the third clock wiring 507. In this way, an arbitrary synchronization circuit can be configured with a latch.

次に、図6に示すタイミングチャートを用いて説明する。図6(A)は、図5における同期回路が理想的な動作をする場合のタイミングチャートである。ここで、図5における第1〜第4のクロック配線505〜508に供給される第1〜第4のクロック信号のタイミングチャートを、各々図6(A)における第1〜第4のクロック信号601〜604とする。ここで、第1のクロック信号601と第3のクロック信号603との間に遅延は無いものとする。また、第2のクロック信号602と第4のクロック信号604との間にも遅延は無いものとする。さらに、図5における第1のデータ配線509の電圧値のタイミングチャートを、図6(A)における第1のデータ信号605とする。この場合、図5における第2〜第5のデータ配線510〜513の電圧値のタイミングチャートは、図6(A)における第2〜第5のデータ信号606〜609となる。 Next, a description will be given using the timing chart shown in FIG. FIG. 6A is a timing chart when the synchronization circuit in FIG. 5 performs an ideal operation. Here, timing charts of the first to fourth clock signals supplied to the first to fourth clock wirings 505 to 508 in FIG. 5 are respectively shown as the first to fourth clock signals 601 in FIG. ˜604. Here, it is assumed that there is no delay between the first clock signal 601 and the third clock signal 603. Further, it is assumed that there is no delay between the second clock signal 602 and the fourth clock signal 604. Further, a timing chart of voltage values of the first data wiring 509 in FIG. 5 is a first data signal 605 in FIG. In this case, the timing chart of the voltage values of the second to fifth data wirings 510 to 513 in FIG. 5 is the second to fifth data signals 606 to 609 in FIG.

図5において、第1のクロック配線505と第3のクロック配線507とに供給される第1のクロック信号と第3のクロック信号との間に遅延があり、さらに、第2のクロック配線506と第4のクロック配線508とに供給される第2のクロック信号と第4のクロック信号との間にも遅延がある場合を考える。ここで、図5における第1〜第4のクロック配線505〜508に供給される第1〜第4のクロック信号のタイミングチャートを、各々図6(B)における第1〜第4のクロック信号611〜614とする。ここで、第1のクロック信号611と第3のクロック信号613との間の遅延が時間差620であり、第2のクロック信号612と第4のクロック信号614との間の遅延が時間差621である。さらに、図5における第1のデータ配線509の電圧値のタイミングチャートを、図6(B)における第1のデータ信号615とする。この場合、図5における第2〜第5のデータ配線510〜513の電圧値のタイミングチャートは、図6(B)における第2〜第5のデータ信号616〜619となる。図6(B)における第2のデータ信号616及び第3のデータ信号617は、各々図6(A)における第2のデータ信号606及び第3のデータ信号607に一致する。また、図6(B)における第4のデータ信号618及び第5のデータ信号619は、各々図6(A)における第2のデータ信号605及び第3のデータ信号606に対して、時間差620及び時間差621だけ遅れて値が出力されるものの、データの筒抜けは生じないことがわかる。 In FIG. 5, there is a delay between the first clock signal and the third clock signal supplied to the first clock wiring 505 and the third clock wiring 507, and the second clock wiring 506 Consider a case where there is also a delay between the second clock signal and the fourth clock signal supplied to the fourth clock wiring 508. Here, timing charts of the first to fourth clock signals supplied to the first to fourth clock wirings 505 to 508 in FIG. 5 are respectively shown as the first to fourth clock signals 611 in FIG. ˜614. Here, the delay between the first clock signal 611 and the third clock signal 613 is a time difference 620, and the delay between the second clock signal 612 and the fourth clock signal 614 is a time difference 621. . Further, a timing chart of voltage values of the first data wiring 509 in FIG. 5 is a first data signal 615 in FIG. In this case, the timing chart of the voltage values of the second to fifth data wirings 510 to 513 in FIG. 5 is the second to fifth data signals 616 to 619 in FIG. The second data signal 616 and the third data signal 617 in FIG. 6B correspond to the second data signal 606 and the third data signal 607 in FIG. 6A, respectively. In addition, the fourth data signal 618 and the fifth data signal 619 in FIG. 6B are different from the second data signal 605 and the third data signal 606 in FIG. Although the value is output with a delay of the time difference 621, it is understood that no data omission occurs.

以上のように、ノンオーバーラップクロックによるFFを用いた同期回路では、データの筒抜けが生じにくい構成となる。正クロック信号と負クロックが共に”LOW”、つまり”0”の期間を変更する、ここでは長くすることで、クロック信号の遅延に対するマージンを増やす事ができる。つまり、同期回路の動作周波数を下げ、クロック信号のデューティー比を小さくすれば、クロック信号の遅延による誤動作を防止できる。なお正クロック信号と負クロックが共に”HIGH”、つまり”1”とする期間を長くし、同期回路の動作周波数を下げることができる。すなわち、クロック信号のLOW又はHIGHの条件は、適宜設定することができる。 As described above, the synchronization circuit using the FF using the non-overlapping clock has a configuration in which data omission is unlikely to occur. The margin for the delay of the clock signal can be increased by changing the period of both the positive clock signal and the negative clock to “LOW”, that is, “0”. That is, if the operating frequency of the synchronizing circuit is lowered and the duty ratio of the clock signal is reduced, malfunction due to delay of the clock signal can be prevented. Note that the period during which both the positive clock signal and the negative clock are “HIGH”, that is, “1” can be lengthened, and the operating frequency of the synchronization circuit can be lowered. That is, the LOW or HIGH conditions of the clock signal can be set as appropriate.

図1に、本発明における半導体装置の実施の形態として、無線チップの構成を示す。図1において、無線チップ101は、演算回路102、クロック生成回路103、電源管理回路104、変調復調回路105、アンテナ106、共振回路107、電源回路108を有する。なお、図1では、説明の簡単化のため、通信信号を受信信号109と、送信信号110とに分けて示したが、実際には、両者は一体化された(重ね合わされた)信号であり、無線チップ101及びリーダ/ライタの間で同時に送受信される。以後、通信信号とは、受信信号と送信信号との両方を含む。受信信号109は、アンテナ106と共振回路107とで受信された後、変調復調回路105により復調される。また、送信信号110は、変調復調回路105により変調された後、アンテナ106により送信される。 FIG. 1 shows a structure of a wireless chip as an embodiment of a semiconductor device in the present invention. In FIG. 1, the wireless chip 101 includes an arithmetic circuit 102, a clock generation circuit 103, a power management circuit 104, a modulation / demodulation circuit 105, an antenna 106, a resonance circuit 107, and a power circuit 108. In FIG. 1, for simplification of explanation, the communication signal is shown as being divided into the reception signal 109 and the transmission signal 110, but in reality, both are integrated (overlapped) signals. Are simultaneously transmitted and received between the wireless chip 101 and the reader / writer. Hereinafter, the communication signal includes both a reception signal and a transmission signal. The reception signal 109 is received by the antenna 106 and the resonance circuit 107 and then demodulated by the modulation / demodulation circuit 105. The transmission signal 110 is modulated by the modulation / demodulation circuit 105 and then transmitted by the antenna 106.

図1において、通信信号により形成される磁界中に無線チップ101を置くと、アンテナ106と共振回路107により、誘導起電力を生じる。誘導起電力は、電源回路108における電気容量により保持され、また電気容量によって電位が安定化され、無線チップ101の各回路に電源電圧として供給される。変調復調回路105は、ASK方式の受信信号109の振幅の変動を”0”/”1”の受信データとして検出する。変調復調回路105は、例えばローパスフィルターとする。さらに、変調復調回路105は、送信データをASK方式の送信信号110の振幅を変動させて送信する。例えば、送信データ112が”0”の場合、共振回路107の共振点を変化させ、通信信号の振幅を変化させる。 In FIG. 1, when the wireless chip 101 is placed in a magnetic field formed by a communication signal, an induced electromotive force is generated by the antenna 106 and the resonance circuit 107. The induced electromotive force is held by an electric capacity in the power supply circuit 108, and the potential is stabilized by the electric capacity, and is supplied as a power supply voltage to each circuit of the wireless chip 101. The modulation / demodulation circuit 105 detects the fluctuation of the amplitude of the ASK reception signal 109 as “0” / “1” reception data. The modulation / demodulation circuit 105 is, for example, a low-pass filter. Further, the modulation / demodulation circuit 105 transmits the transmission data by changing the amplitude of the ASK transmission signal 110. For example, when the transmission data 112 is “0”, the resonance point of the resonance circuit 107 is changed, and the amplitude of the communication signal is changed.

演算回路102は、目的に応じて最適な演算方式を選び、当該方式に基づいて構成すれば良い。演算方式としては、演算をハードウェア的に処理する方式と、ソフトウェア的に処理する方式と、ハードウェア及びソフトウェアを併用する方式と、が考えられる。ハードウェア的に処理する方式では、専用回路で演算回路を構成する。ソフトウェア的に処理する方式では、CPUと大規模メモリとで演算回路を構成し、プログラムをCPUで実行する。ハードウェア及びソフトウェアを併用する方式では、専用回路と、CPUと、メモリと、で演算回路を構成し、専用回路で演算処理の一部分を行い、残りの演算処理のプログラムをCPUで実行する。 The arithmetic circuit 102 may be configured based on the optimal arithmetic method selected according to the purpose. As a calculation method, a method of processing the operation in hardware, a method of processing in software, and a method of using both hardware and software can be considered. In the method of processing in hardware, an arithmetic circuit is configured by a dedicated circuit. In the method of processing in software, a CPU and a large-scale memory constitute an arithmetic circuit, and a program is executed by the CPU. In the method using both hardware and software, a dedicated circuit, a CPU, and a memory constitute an arithmetic circuit, a part of the arithmetic processing is performed by the dedicated circuit, and the remaining arithmetic processing program is executed by the CPU.

本発明における半導体装置の主幹である、動作環境に応じてノンオーバーラップクロックの周期と、デューティー比と、を変更する機能は、クロック生成回路103と、電源管理回路104と、で実現される。 The function of changing the cycle of the non-overlapping clock and the duty ratio according to the operating environment, which is the main part of the semiconductor device in the present invention, is realized by the clock generation circuit 103 and the power management circuit 104.

クロック生成回路103は、演算回路102に供給するノンオーバーラップクロック信号111を生成する。電源管理回路104は、電源回路108から供給される電源電圧より、クロック生成回路103への制御信号114を生成する。クロック生成回路103では、ノンオーバーラップクロック信号113の周期及びデューティー比が、電源管理回路104からの制御信号114により制御される。 The clock generation circuit 103 generates a non-overlap clock signal 111 to be supplied to the arithmetic circuit 102. The power management circuit 104 generates a control signal 114 to the clock generation circuit 103 from the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108. In the clock generation circuit 103, the cycle and duty ratio of the non-overlapping clock signal 113 are controlled by the control signal 114 from the power management circuit 104.

ノンオーバーラップクロック信号113は、基準クロック信号から生成される。例えば、受信信号と同周波数の基準クロックを用いる場合には、受信信号をダイオードにより半波整流した後、インバータ回路を通すことでノンオーバーラップクロック信号113を生成することができる。また、より高周波数の基準クロックを生成し、これを用いてノンオーバーラップクロック信号113を生成する場合は、例えばPLL(Phase Lock Loop)回路を搭載する。 The non-overlap clock signal 113 is generated from the reference clock signal. For example, when a reference clock having the same frequency as that of the received signal is used, the non-overlapping clock signal 113 can be generated by passing the inverter signal through a half-wave rectification using a diode. When a higher frequency reference clock is generated and the non-overlapping clock signal 113 is generated using the reference clock, a PLL (Phase Lock Loop) circuit, for example, is mounted.

この基準クロックを用いて、n(n≧2)進カウンタを動作させ、カウンタ値がmpr〜mpf(0≦mpr≦mpf≦n−1)の場合は正クロック信号を”1”、mnr〜mnf(0≦mnr≦mnf≦n−1)の場合は負クロック信号を”1”とする回路を搭載し、n、mpr、mpf、mnr、mnfを、制御信号114の値に応じて適宜変更することで、周期及びクロック信号のデューティー比を変更できる。以上が、電源管理回路104で生成された制御信号114から、ノンオーバーラップクロック信号を生成する手段である。このようなノンオーバーラップクロック信号は、レベルセンシティブラッチ等のラッチ回路へ入力される。 Using this reference clock, an n (n ≧ 2) base counter is operated, and when the counter value is mpr to mpf (0 ≦ mpr ≦ mpf ≦ n−1), the positive clock signal is set to “1” and mnr to mnf. In the case of (0 ≦ mnr ≦ mnf ≦ n−1), a circuit that sets the negative clock signal to “1” is mounted, and n, mpr, mpf, mnr, and mnf are appropriately changed according to the value of the control signal 114 Thus, the cycle and the duty ratio of the clock signal can be changed. The above is the means for generating a non-overlapping clock signal from the control signal 114 generated by the power management circuit 104. Such a non-overlapping clock signal is input to a latch circuit such as a level sensitive latch.

電源管理回路104では、電源回路108における電源電圧を監視し、クロック生成回路103の制御信号114を生成する。例えば、レギュレータ回路を電源管理回路104に搭載し、電源回路108より供給される電源電圧から参照電圧が生成される。この参照電圧を、電源回路108より供給される電源電圧と比較し、結果に応じて、制御信号1142を生成する。以上が、演算回路102に供給される電源電圧値から、制御信号114を生成する手段である。 The power management circuit 104 monitors the power supply voltage in the power supply circuit 108 and generates a control signal 114 for the clock generation circuit 103. For example, a regulator circuit is mounted on the power management circuit 104 and the reference voltage is generated from the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108. The reference voltage is compared with the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108, and the control signal 1142 is generated according to the result. The above is the means for generating the control signal 114 from the power supply voltage value supplied to the arithmetic circuit 102.

電源管理回路104で生成される制御信号114として、例えば、電源電圧値が所望の値の場合を”11”とし、以下電源電圧値が低い順、すなわちクロック信号の遅延が増大する順に”10”、”01”、”00”とする。この時、クロック生成回路103では、例えば、制御信号114が”11”の場合は、周波数100MHz、デューティー比30%のクロック信号を生成し、以下”10”の場合は、周波数80MHz、デューティー比30%のクロック信号、”01”の場合は、周波数50MHz、デューティー比40%のクロック信号、”00”の場合は、周波数30MHz、デューティー比40%のクロック信号、を生成すれば良い。 As the control signal 114 generated by the power management circuit 104, for example, “11” is set when the power supply voltage value is a desired value, and then “10” in the order of increasing power supply voltage value, that is, increasing delay of the clock signal. , “01” and “00”. At this time, for example, when the control signal 114 is “11”, the clock generation circuit 103 generates a clock signal with a frequency of 100 MHz and a duty ratio of 30%. When the control signal 114 is “10”, the frequency is 80 MHz and the duty ratio is 30. In the case of “01”, a clock signal having a frequency of 50 MHz and a duty ratio of 40% may be generated, and in the case of “00”, a clock signal having a frequency of 30 MHz and a duty ratio of 40% may be generated.

なお、電源管理回路104で、どのような制御信号114を生成するかは、クロック生成回路103や電源管理回路104の構成に依存する。また、クロック信号の周波数や、デューティー比を、具体的にどのような値に設定するかは、演算回路の回路規模や要求仕様に依存する。したがって、クロック生成回路、電源管理回路、制御信号の具体的な構成は、実施者が決定することができる。 Note that what control signal 114 is generated by the power management circuit 104 depends on the configuration of the clock generation circuit 103 and the power management circuit 104. Also, what value the frequency of the clock signal and the duty ratio are specifically set depends on the circuit scale of the arithmetic circuit and the required specifications. Therefore, the practitioner can determine specific configurations of the clock generation circuit, the power management circuit, and the control signal.

また、本発明における半導体装置において、消費電流が高い場合、半導体装置に搭載されている回路が発熱するため、クロック信号の遅延は増大する。したがって、電源電圧が変動する場合と同様の問題が生じる。すなわち、消費電流を監視して、ノンオーバーラップクロックの周期と、デューティー比と、を変更することも有効である。 In the semiconductor device of the present invention, when the current consumption is high, the circuit mounted on the semiconductor device generates heat, so that the delay of the clock signal increases. Therefore, the same problem as when the power supply voltage fluctuates occurs. That is, it is also effective to monitor the current consumption and change the non-overlapping clock period and the duty ratio.

電源管理回路104で、演算回路102における消費電流を監視し、クロック生成回路103の制御信号114を生成することも可能である。例えば、レギュレータ回路を搭載し、電源回路108より供給される電源電圧から参照電圧を生成する。この参照電圧を、電源回路108と演算回路102との間に挿入された参照抵抗に生じる電圧、すなわち演算回路102における消費電流に比例した電圧と比較し、結果に応じて、制御信号114を生成する。以上が、演算回路102に供給される電流値から、制御信号114を生成する手段である。 The power management circuit 104 can monitor the current consumption in the arithmetic circuit 102 and generate the control signal 114 of the clock generation circuit 103. For example, a regulator circuit is mounted, and a reference voltage is generated from a power supply voltage supplied from the power supply circuit 108. This reference voltage is compared with a voltage generated in a reference resistor inserted between the power supply circuit 108 and the arithmetic circuit 102, that is, a voltage proportional to the consumption current in the arithmetic circuit 102, and a control signal 114 is generated according to the result. To do. The above is the means for generating the control signal 114 from the current value supplied to the arithmetic circuit 102.

電源管理回路104で生成する制御信号114として、例えば、電流値が所望の値の場合を”00”とし、以下電流値が低い順、すなわちクロック信号の遅延が増大する順に”01”、”10”、”11”とする。この時、クロック生成回路103では、例えば、制御信号114が”00”の場合は、周波数100MHz、デューティー比30%のクロック信号を生成し、以下”01”の場合は、周波数80MHz、デューティー比30%のクロック信号を生成し、”10”の場合は、周波数50MHz、デューティー比40%のクロック信号、”11”の場合は、周波数30MHz、デューティー比40%のクロック信号、を生成する。 As the control signal 114 generated by the power management circuit 104, for example, “00” is set when the current value is a desired value, and “01” and “10” are set in the order of decreasing current value, that is, increasing delay of the clock signal. "," 11 ". At this time, for example, when the control signal 114 is “00”, the clock generation circuit 103 generates a clock signal with a frequency of 100 MHz and a duty ratio of 30%. When the control signal 114 is “01”, the frequency is 80 MHz and the duty ratio is 30. %, A clock signal having a frequency of 50 MHz and a duty ratio of 40% is generated, and when “11”, a clock signal having a frequency of 30 MHz and a duty ratio of 40% is generated.

なお、電源管理回路104で、どのような制御信号114を生成するかは、クロック生成回路103や電源管理回路104の構成に依存する。また、クロック信号の周波数や、デューティー比を、具体的にどのような値に設定するかは、演算回路の回路規模や要求仕様に依存する。したがって、クロック生成回路、電源管理回路の具体的な構成や制御信号の具体的な値等は、実施者が決定することができる。 Note that what control signal 114 is generated by the power management circuit 104 depends on the configuration of the clock generation circuit 103 and the power management circuit 104. Also, what value the frequency of the clock signal and the duty ratio are specifically set depends on the circuit scale of the arithmetic circuit and the required specifications. Therefore, the practitioner can determine the specific configuration of the clock generation circuit and the power management circuit, the specific value of the control signal, and the like.

以上のような構成とすることで、半導体装置において電源電圧が変動し、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して演算回路を動作させることができる。したがって、高性能な演算回路を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、通信信号からの誘導起電力により電源電圧を供給し、ASK方式により通信データを送受信する無線チップにおいて、通信信号が不安定な場合や電源電圧が不安定となる場合にも、同期回路を安定して動作させることができる。したがって、大規模な演算回路を搭載した無線チップに好適な構成で、高性能且つ信頼性の高い無線チップを提供することができる。 With the above structure, the arithmetic circuit can be stably operated even when the power supply voltage fluctuates in the semiconductor device and a time difference occurs in the propagation of the clock signal. Therefore, a highly reliable semiconductor device including a high-performance arithmetic circuit can be provided. In addition, in a wireless chip that supplies power supply voltage by induced electromotive force from a communication signal and transmits / receives communication data by the ASK method, the synchronization circuit is also provided when the communication signal is unstable or the power supply voltage becomes unstable. It can be operated stably. Therefore, a wireless chip with high performance and high reliability can be provided with a structure suitable for a wireless chip mounted with a large-scale arithmetic circuit.

特に、本発明における半導体装置を、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板などの絶縁表面を有する基板上に形成した半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにより作製すると、製造工程において大面積の基板を用いることができる。したがって、本発明における半導体装置の製造コストを大幅に下げられる。さらに、特にプラスチック基板の場合には、製造コストの削減に加えて、機械的柔軟性を有するため、本発明における半導体装置の完成後の取り扱いに多様性を持たせることができる。 In particular, when a semiconductor device according to the present invention is manufactured using a thin film transistor having a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface such as a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic substrate as an active layer, a large-area substrate is used in the manufacturing process. Can do. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device in the present invention can be greatly reduced. Further, in particular, in the case of a plastic substrate, since it has mechanical flexibility in addition to the reduction in manufacturing cost, it is possible to give diversity to the handling after completion of the semiconductor device in the present invention.

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施例では、実施の形態で示した構成における電源管理回路の例として、電源電圧の変動を監視して、クロック信号を制御する方法について、図7及び図8を用いて説明する。図7は、本実施例における電源管理回路の回路図である。また、図8は、本実施例における電源管理回路の動作を示すフローチャートである。 In this example, as an example of the power management circuit in the structure shown in the embodiment mode, a method for controlling a clock signal by monitoring fluctuations in power supply voltage will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a circuit diagram of the power management circuit in the present embodiment. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the power management circuit in this embodiment.

まず、本実施例における電源管理回路の回路図を、図7を用いて説明する。図7において、第1のレギュレータ701の出力端子は、抵抗707に接続され、第2のレギュレータ702の出力端子は、抵抗709に接続され、第nのレギュレータ703の出力端子は、抵抗711に接続されている。第1の演算増幅器719の入力端子は、抵抗707、708、713、714に接続され、出力端子は、抵抗713、第1のディジタルバッファ722に接続されている。第2の演算増幅器720の入力端子は、抵抗709、710、715、716に接続され、出力端子は、抵抗715、第2のディジタルバッファ723に接続されている。第nの演算増幅器721の入力端子は、抵抗711、712、717、718に接続され、出力端子は、抵抗717、第nのディジタルバッファ724に接続されている。 First, a circuit diagram of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the output terminal of the first regulator 701 is connected to the resistor 707, the output terminal of the second regulator 702 is connected to the resistor 709, and the output terminal of the nth regulator 703 is connected to the resistor 711. Has been. The input terminal of the first operational amplifier 719 is connected to the resistors 707, 708, 713, and 714, and the output terminal is connected to the resistor 713 and the first digital buffer 722. The input terminal of the second operational amplifier 720 is connected to the resistors 709, 710, 715, and 716, and the output terminal is connected to the resistor 715 and the second digital buffer 723. An input terminal of the nth operational amplifier 721 is connected to the resistors 711, 712, 717, and 718, and an output terminal is connected to the resistor 717 and the nth digital buffer 724.

図7において、図1における電源回路108から供給される電源電圧は、配線725より、第1〜第nのレギュレータ701〜703に供給され、第1〜第nの参照電位配線704〜706に、第1〜第nの参照電位が出力される。電源電圧と第1〜第nの参照電位は、抵抗707〜718を介して図7に示すように第1〜第nの演算増幅器719〜721に入力される。なお、抵抗707〜718は、第1〜第nの演算増幅器719〜721を作動増幅回路として動作させるために、必要な抵抗である。第1〜第nの演算増幅器719〜721の出力は、第1〜第nのディジタルバッファ722〜724により、ディジタル信号を生成し、配線726に出力される。これが、図1における電源管理回路104からクロック生成回路103へ入力される制御信号114となる。 In FIG. 7, the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108 in FIG. 1 is supplied from the wiring 725 to the first to nth regulators 701 to 703, and to the first to nth reference potential wirings 704 to 706. First to nth reference potentials are output. The power supply voltage and the first to nth reference potentials are input to the first to nth operational amplifiers 719 to 721 via the resistors 707 to 718 as shown in FIG. The resistors 707 to 718 are necessary for operating the first to nth operational amplifiers 719 to 721 as an operation amplifier circuit. Outputs of the first to nth operational amplifiers 719 to 721 generate digital signals by the first to nth digital buffers 722 to 724, and are output to the wiring 726. This is the control signal 114 input from the power management circuit 104 to the clock generation circuit 103 in FIG.

次に、本実施例における電源管理回路の動作について、図8を用いて説明する。なお、ここでは、図7における電源管理回路で、n=4とした場合について説明する。図8において、図1における電源回路108から供給される電源電圧のタイミングチャートを801とする。第1〜第4のレギュレータにより生成される第1〜第4の参照電位のタイミングチャートを802〜805とする。この時、第1〜第4のディジタルバッファの出力のタイミングチャートは、806〜809となる。ここで、各々第1〜第4の参照電位より電源電圧が低い場合は第1〜第4のディジタルバッファの出力は各々”0”となる。 Next, the operation of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case where n = 4 in the power management circuit in FIG. 7 will be described. In FIG. 8, a timing chart of the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108 in FIG. Timing charts of the first to fourth reference potentials generated by the first to fourth regulators are denoted as 802 to 805. At this time, output timing charts of the first to fourth digital buffers are 806 to 809. When the power supply voltage is lower than the first to fourth reference potentials, the outputs of the first to fourth digital buffers are “0”.

以上に示した電源管理回路の構成で、電源回路108が供給する電源電圧の状態を検出することができる。すなわち、第1〜第4のディジタルバッファの出力、すなわち制御信号114が”1”、”1”、”1”、”1”の場合、”0”、”1”、”1”、”1”の場合、”0”、”0”、”1”、”1”の場合、”0”、”0”、”0”、”1”の場合、”0”、”0”、”0”、”0”の場合、の順に電源電圧が低いことが検出できる。従って、制御信号114を用いて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数を変更することができる。あるいは制御信号114を用いて、クロック生成回路103において、デューティー比を変更すれば良い。具体的には、検出した電源電圧が低いほど、ノンオーバーラップクロックの周波数を下げれば良い。あるいは検出した電源電圧が低いほど、デューティー比を下げれば良い。 With the configuration of the power management circuit described above, the state of the power supply voltage supplied by the power supply circuit 108 can be detected. That is, when the output of the first to fourth digital buffers, that is, the control signal 114 is “1”, “1”, “1”, “1”, “0”, “1”, “1”, “1” "0", "0", "1", "1", "0", "0", "0", "1", "0", "0", "0" In the case of “,” “0”, it can be detected that the power supply voltage is low in order. Therefore, the frequency of the non-overlapping clock can be changed in the clock generation circuit 103 using the control signal 114. Alternatively, the duty ratio may be changed in the clock generation circuit 103 using the control signal 114. Specifically, the frequency of the non-overlap clock may be lowered as the detected power supply voltage is lower. Alternatively, the duty ratio may be lowered as the detected power supply voltage is lower.

なお、電源管理回路104において検出した電源電圧の状態に応じて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数、あるいはデューティー比を具体的にどのような値に設定するかは、半導体装置に搭載する演算回路の回路規模や、消費電力、演算性能などを踏まえ、実施者が決定することができる。 Depending on the state of the power supply voltage detected by the power management circuit 104, the specific value of the non-overlapping clock frequency or duty ratio set in the clock generation circuit 103 depends on the semiconductor device. The practitioner can make a decision based on the circuit scale, power consumption, computing performance, and the like of the installed computing circuit.

以上のような構成とすることで、半導体装置において電源電圧が変動し、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して演算回路を動作させることができる。したがって、高性能な演算回路を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。特に、半導体装置を薄膜トランジスタにより形成する場合に有効である。また、通信信号からの誘導起電力により電源電圧を供給し、ASK方式により通信データを送受信する無線チップにおいて、通信信号が不安定な場合や電源電圧が不安定となる場合にも、同期回路を安定して動作させることができる。したがって、大規模な演算回路を搭載した無線チップに好適な構成で、高性能且つ信頼性の高い無線チップを提供することができる。 With the above structure, the arithmetic circuit can be stably operated even when the power supply voltage fluctuates in the semiconductor device and a time difference occurs in the propagation of the clock signal. Therefore, a highly reliable semiconductor device including a high-performance arithmetic circuit can be provided. This is particularly effective when the semiconductor device is formed of a thin film transistor. In addition, in a wireless chip that supplies power supply voltage by induced electromotive force from a communication signal and transmits / receives communication data by the ASK method, the synchronization circuit is also provided when the communication signal is unstable or the power supply voltage becomes unstable. It can be operated stably. Therefore, a wireless chip with high performance and high reliability can be provided with a structure suitable for a wireless chip mounted with a large-scale arithmetic circuit.

本実施例では、実施の形態で示した構成における電源管理回路の例として、電源電圧の変動を監視して、クロック信号を制御する方法について、実施例1とは異なる例を、図9及び図10を用いて説明する。図9は、本実施例における電源管理回路の回路図である。また、図10は、本実施例における電源管理回路の動作を示すフローチャートである。 In this embodiment, as an example of the power management circuit in the configuration shown in the embodiment mode, an example different from the first embodiment in the method of controlling the clock signal by monitoring the fluctuation of the power supply voltage is shown in FIGS. 10 will be used for explanation. FIG. 9 is a circuit diagram of a power management circuit in the present embodiment. FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the power management circuit in this embodiment.

まず、本実施例における電源管理回路の回路図を、図9を用いて説明する。図9において、第1のレギュレータ901の出力端子は、抵抗903に接続されている。第1の演算増幅器907の入力端子は、抵抗903、904、905、906に接続され、出力端子は、抵抗905、ADC(アナログ−ディジタルコンバータ)908に接続されている。 First, a circuit diagram of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the output terminal of the first regulator 901 is connected to a resistor 903. The input terminal of the first operational amplifier 907 is connected to the resistors 903, 904, 905, and 906, and the output terminal is connected to the resistor 905 and the ADC (analog-digital converter) 908.

図9において、図1における電源回路108から供給される電源電圧は、配線909より、レギュレータ901に供給され、参照電位配線902に参照電位が出力される。電源電圧と参照電位は、配線909と参照電位配線902より、抵抗903〜906を介して図9に示すように演算増幅器907に入力される。なお、抵抗903〜906は、演算増幅器907を作動増幅回路として動作させるために、必要な抵抗である。演算増幅器907の出力電圧は、ADC908により、ディジタル信号を生成し、配線910に出力される。これが、図1における電源管理回路104からクロック生成回路103への制御信号114となる。 In FIG. 9, the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108 in FIG. 1 is supplied to the regulator 901 from the wiring 909, and the reference potential is output to the reference potential wiring 902. The power supply voltage and the reference potential are input to the operational amplifier 907 from the wiring 909 and the reference potential wiring 902 through the resistors 903 to 906 as shown in FIG. The resistors 903 to 906 are necessary for operating the operational amplifier 907 as an operation amplifier circuit. The output voltage of the operational amplifier 907 generates a digital signal by the ADC 908 and is output to the wiring 910. This is the control signal 114 from the power management circuit 104 to the clock generation circuit 103 in FIG.

次に、本実施例における電源管理回路の動作について、図10を用いて説明する。なお、ここでは、図9における電源管理回路で、電源電圧を4レベルで検出する場合について説明する。図10において、図1における電源回路108から供給される電源電圧のタイミングチャートを1001とする。図9におけるレギュレータ901により生成される参照電位のタイミングチャートを1002とする。この時、制御信号114のタイミングチャートは、1003となる。電源電圧が低い、すなわち参照電位と電源電圧との差が小さい順に制御信号114は”00”、”01”、”10”、”11”となる。 Next, the operation of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case will be described in which the power supply management circuit in FIG. 9 detects the power supply voltage at four levels. In FIG. 10, a timing chart of power supply voltage supplied from the power supply circuit 108 in FIG. A timing chart of the reference potential generated by the regulator 901 in FIG. At this time, the timing chart of the control signal 114 is 1003. The control signal 114 becomes “00”, “01”, “10”, and “11” in ascending order of the power supply voltage, that is, the difference between the reference potential and the power supply voltage is small.

以上に示した電源管理回路の構成で、電源回路108が供給する電源電圧の状態を検出することができる。すなわち、制御信号114が”11”の場合、”10”の場合、”01”の場合、”00”の場合、の順に電源電圧が低いことが検出できる。従って、制御信号114を用いて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数を変更すれば良い。あるいは制御信号114を用いて、クロック生成回路103において、デューティー比を変更すれば良い。具体的には、検出した電源電圧が低いほど、ノンオーバーラップクロックの周波数を下げれば良い。あるいは検出した電源電圧が低いほど、デューティー比を下げれば良い。 With the configuration of the power management circuit described above, the state of the power supply voltage supplied by the power supply circuit 108 can be detected. That is, when the control signal 114 is “11”, “10”, “01”, and “00”, it can be detected that the power supply voltage is low. Therefore, the frequency of the non-overlapping clock may be changed in the clock generation circuit 103 using the control signal 114. Alternatively, the duty ratio may be changed in the clock generation circuit 103 using the control signal 114. Specifically, the frequency of the non-overlap clock may be lowered as the detected power supply voltage is lower. Alternatively, the duty ratio may be lowered as the detected power supply voltage is lower.

なお、電源管理回路104において検出した電源電圧の状態に応じて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数、あるいはデューティー比を具体的にどのような値に設定するかは、半導体装置に搭載する演算回路の回路規模や、消費電力、演算性能などを踏まえ、実施者が決定することができる。 Depending on the state of the power supply voltage detected by the power management circuit 104, the specific value of the non-overlapping clock frequency or duty ratio set in the clock generation circuit 103 depends on the semiconductor device. The practitioner can make a decision based on the circuit scale, power consumption, computing performance, and the like of the installed computing circuit.

以上のような構成とすることで、半導体装置において電源電圧が変動し、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して演算回路を動作させることができる。したがって、高性能な演算回路を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。特に、半導体装置を薄膜トランジスタにより形成する場合に有効である。また、通信信号からの誘導起電力により電源電圧を供給し、ASK方式により通信データを送受信する無線チップにおいて、通信信号が不安定な場合や電源電圧が不安定となる場合にも、同期回路を安定して動作させることができる。したがって、大規模な演算回路を搭載した無線チップに好適な構成で、高性能且つ信頼性の高い無線チップを提供することができる。 With the above structure, the arithmetic circuit can be stably operated even when the power supply voltage fluctuates in the semiconductor device and a time difference occurs in the propagation of the clock signal. Therefore, a highly reliable semiconductor device including a high-performance arithmetic circuit can be provided. This is particularly effective when the semiconductor device is formed of a thin film transistor. In addition, in a wireless chip that supplies power supply voltage by induced electromotive force from a communication signal and transmits / receives communication data by the ASK method, the synchronization circuit is also provided when the communication signal is unstable or the power supply voltage becomes unstable. It can be operated stably. Therefore, a wireless chip with high performance and high reliability can be provided with a structure suitable for a wireless chip mounted with a large-scale arithmetic circuit.

本実施例では、実施の形態で示した構成における電源管理回路の例として、演算回路における消費電流を監視し、クロック信号を制御する方法について、図22及び図23を用いて説明する。図22は、電源管理回路の回路図である。また、図23は、電源管理回路の動作を示すフローチャートである。 In this example, as an example of the power management circuit in the structure described in Embodiment Mode, a method for monitoring current consumption in an arithmetic circuit and controlling a clock signal will be described with reference to FIGS. FIG. 22 is a circuit diagram of the power management circuit. FIG. 23 is a flowchart showing the operation of the power management circuit.

まず、本実施例における電源管理回路の回路図を、図22を用いて説明する。図22において、第1の演算増幅器2202の入力端子は、抵抗2203、2204、2205、2206に接続され、出力端子は、抵抗2205、2213、2215に接続されている。第1のレギュレータ2208の出力端子は抵抗2212に接続され、第2のレギュレータ2209の出力端子は抵抗2214に接続されている。第2の演算増幅器2220の入力端子は、抵抗2212、2213、2216、2217に接続され、出力端子は、抵抗2216、第1のディジタルバッファ2222に接続されている。第(n+1)の演算増幅器2221の入力端子は、抵抗2214、2215、2218、2219に接続され、出力端子は、抵抗2218、第2のディジタルバッファ2223に接続されている。 First, a circuit diagram of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 22, the input terminal of the first operational amplifier 2202 is connected to resistors 2203, 2204, 2205, and 2206, and the output terminal is connected to resistors 2205, 2213, and 2215. The output terminal of the first regulator 2208 is connected to the resistor 2212, and the output terminal of the second regulator 2209 is connected to the resistor 2214. The input terminal of the second operational amplifier 2220 is connected to the resistors 2212, 2213, 2216, and 2217, and the output terminal is connected to the resistor 2216 and the first digital buffer 2222. The input terminal of the (n + 1) th operational amplifier 2221 is connected to the resistors 2214, 2215, 2218, and 2219, and the output terminal is connected to the resistor 2218 and the second digital buffer 2223.

図22において、図1における電源回路108から供給される電源電圧は、配線2224より、モニタ抵抗2201を介して、図1における演算回路102に供給される。モニタ抵抗2201の両端間には、演算回路102における消費電流に比例した電圧が生じる。この電圧を、第1の演算増幅器2202と、第1〜第4の抵抗2203〜2206とを有する増幅回路の入力電圧とすると、モニタ電圧配線2207にモニタ電圧が出力される。 22, the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108 in FIG. 1 is supplied from the wiring 2224 to the arithmetic circuit 102 in FIG. 1 via the monitor resistor 2201. A voltage proportional to the current consumption in the arithmetic circuit 102 is generated between both ends of the monitor resistor 2201. When this voltage is used as the input voltage of the amplifier circuit having the first operational amplifier 2202 and the first to fourth resistors 2203 to 2206, the monitor voltage is output to the monitor voltage wiring 2207.

電源電圧は、第1〜第nのレギュレータ2208〜2209に供給され、第1〜第nの参照電位配線2210〜2211に第1〜第nの参照電位が出力される。モニタ電圧と第1〜第nの参照電位は、抵抗2212〜2219を介して図22に示すように第2〜第(n+1)の演算増幅器2220〜2221に入力される。なお、抵抗2212〜2219は、第2〜第(n+1)の演算増幅器2220〜2221を作動増幅回路として動作させるために、必要な抵抗である。第2〜第(n+1)の演算増幅器2220〜2221の出力は、第1〜第nのディジタルバッファ2222〜2223により、ディジタル信号を生成し、配線2225に出力される。これが、図1における電源管理回路104からクロック生成回路103への制御信号114となる。 The power supply voltage is supplied to the first to nth regulators 2208 to 2209, and the first to nth reference potentials are output to the first to nth reference potential wirings 2210 to 2211. The monitor voltage and the first to nth reference potentials are input to the second to (n + 1) th operational amplifiers 2220 to 2221 through resistors 2212 to 2219 as shown in FIG. The resistors 2212 to 2219 are necessary for operating the second to (n + 1) th operational amplifiers 2220 to 2221 as an operation amplifier circuit. Outputs of the second to (n + 1) th operational amplifiers 2220 to 2221 generate digital signals by the first to nth digital buffers 2222 to 2223, and are output to the wiring 2225. This is the control signal 114 from the power management circuit 104 to the clock generation circuit 103 in FIG.

次に、本実施例における電源管理回路の動作について、図23を用いて説明する。なお、ここでは、図22における電源管理回路で、n=4とした場合について説明する。図23において、図22におけるモニタ抵抗2201に流れる電流、すなわち演算回路102における消費電流のタイミングチャートを2301とする。モニタ電圧のタイミングチャートを2302とする。第1〜第4のレギュレータにより生成される第1〜第4の参照電位のタイミングチャートを2303〜2306とする。この時、第1〜第4のディジタルバッファの出力のタイミングチャートは、2307〜2310となる。ここで、各々第1〜第4の参照電位よりモニタ電圧配線2207が低い場合は第1〜第4のディジタルバッファの出力は各々”0”となる。 Next, the operation of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case where n = 4 in the power management circuit in FIG. 22 will be described. In FIG. 23, 2301 is a timing chart of the current flowing through the monitor resistor 2201 in FIG. The monitor voltage timing chart is 2302. Timing charts of the first to fourth reference potentials generated by the first to fourth regulators are denoted by 2303 to 2306. At this time, output timing charts of the first to fourth digital buffers are 2307 to 2310. When the monitor voltage wiring 2207 is lower than the first to fourth reference potentials, the outputs of the first to fourth digital buffers are “0”.

以上に示した電源管理回路の構成で、演算回路102における消費電流の状態を検出することができる。すなわち、第1〜第4のディジタルバッファの出力、すなわち制御信号114が”0”、”0”、”0”、”0”の場合、”0”、”0”、”0”、”1”の場合、”0”、”0”、”1”、”1”の場合、”0”、”1”、”1”、”1”の場合、”1”、”1”、”1”、”1”の場合、の順に消費電流が低いことが検出できる。従って、制御信号114を用いて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数を変更すれば良い。あるいはデューティー比を変更すれば良い。具体的には、検出した消費電流が高いほど、ノンオーバーラップクロックの周波数を下げれば良い。 With the configuration of the power management circuit described above, the current consumption state in the arithmetic circuit 102 can be detected. That is, when the output of the first to fourth digital buffers, that is, the control signal 114 is “0”, “0”, “0”, “0”, “0”, “0”, “0”, “1” "", "0", "1", "1", "0", "1", "1", "1", "1", "1", "1" In the case of “,” “1”, it can be detected that the current consumption is low in order. Therefore, the frequency of the non-overlapping clock may be changed in the clock generation circuit 103 using the control signal 114. Alternatively, the duty ratio may be changed. Specifically, the frequency of the non-overlap clock may be lowered as the detected current consumption is higher.

なお、電源管理回路104において検出した消費電流の状態に応じて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数、あるいはデューティー比を具体的にどのような値に設定するかは、半導体装置に搭載する演算回路の回路規模や、消費電力、演算性能などを踏まえ、実施者が決定することができる。 Depending on the current consumption state detected by the power management circuit 104, the specific value of the non-overlapping clock frequency or duty ratio set in the clock generation circuit 103 depends on the semiconductor device. The practitioner can make a decision based on the circuit scale, power consumption, computing performance, and the like of the installed computing circuit.

以上のような構成とすることで、半導体装置において電源電圧が変動し、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して演算回路を動作させることができる。したがって、高性能な演算回路を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。特に、半導体装置を薄膜トランジスタにより形成する場合に有効である。また、通信信号からの誘導起電力により電源電圧を供給し、ASK方式により通信データを送受信する無線チップにおいて、通信信号が不安定な場合や電源電圧が不安定となる場合にも、同期回路を安定して動作させることができる。したがって、大規模な演算回路を搭載した無線チップに好適な構成で、高性能且つ信頼性の高い無線チップを提供することができる。 With the above structure, the arithmetic circuit can be stably operated even when the power supply voltage fluctuates in the semiconductor device and a time difference occurs in the propagation of the clock signal. Therefore, a highly reliable semiconductor device including a high-performance arithmetic circuit can be provided. This is particularly effective when the semiconductor device is formed of a thin film transistor. In addition, in a wireless chip that supplies power supply voltage by induced electromotive force from a communication signal and transmits / receives communication data by the ASK method, the synchronization circuit is also provided when the communication signal is unstable or the power supply voltage becomes unstable. It can be operated stably. Therefore, a wireless chip with high performance and high reliability can be provided with a structure suitable for a wireless chip mounted with a large-scale arithmetic circuit.

本実施例では、実施の形態で示した構成における電源管理回路の例として、消費電流の変動を監視して、クロック信号を制御する方法について、実施例3とは異なる例を、図24及び図25を用いて説明する。図24は、本実施例における電源管理回路の回路図である。また、図25は、本実施例における電源管理回路の動作を示すフローチャートである。 In this embodiment, as an example of the power management circuit in the configuration shown in the embodiment mode, an example different from the third embodiment in the method of controlling the clock signal by monitoring the fluctuation of current consumption is shown in FIGS. 25 will be described. FIG. 24 is a circuit diagram of the power management circuit in the present embodiment. FIG. 25 is a flowchart showing the operation of the power management circuit in this embodiment.

まず、本実施例における電源管理回路の回路図を、図24を用いて説明する。図24において、第1の演算増幅器2402の入力端子は、抵抗2403、2404、2405、2406に接続され、出力端子は、抵抗2405、レギュレータ2408に接続されている。レギュレータ2408の出力端子は抵抗2410に接続されている。第2の演算増幅器2414の入力端子は、抵抗2410、2411、2412、2413に接続され、出力端子は、ADC(アナログ−ディジタルコンバータ)2415に接続されている。 First, a circuit diagram of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 24, the input terminal of the first operational amplifier 2402 is connected to resistors 2403, 2404, 2405, and 2406, and the output terminal is connected to a resistor 2405 and a regulator 2408. The output terminal of the regulator 2408 is connected to the resistor 2410. The input terminal of the second operational amplifier 2414 is connected to resistors 2410, 2411, 2412, and 2413, and the output terminal is connected to an ADC (analog-digital converter) 2415.

図24において、図1における電源回路108から供給される電源電圧は、配線2416より、モニタ抵抗2401を介して、図1における演算回路102に供給される。モニタ抵抗2401の両端間には、演算回路102における消費電流に比例した電圧が生じる。この電圧を、第1の演算増幅器2402と、第1〜第4の抵抗2403〜2406とから構成される増幅回路の入力電圧とすると、モニタ電圧配線2407にモニタ電圧が出力される。 24, the power supply voltage supplied from the power supply circuit 108 in FIG. 1 is supplied from the wiring 2416 to the arithmetic circuit 102 in FIG. A voltage proportional to the current consumption in the arithmetic circuit 102 is generated between both ends of the monitor resistor 2401. When this voltage is used as an input voltage of an amplifier circuit composed of the first operational amplifier 2402 and the first to fourth resistors 2403 to 2406, the monitor voltage is output to the monitor voltage wiring 2407.

電源電圧は、配線2416より、レギュレータ2408に供給され、参照電位配線2409に参照電位が出力される。電源電圧と参照電位は、抵抗2410〜2413を介して図24に示すように第2の演算増幅器2414に入力される。なお、抵抗2410〜2413は、第2の演算増幅器2414を作動増幅回路として動作させるために、必要な抵抗である。第2の演算増幅器2414の出力は、ADC2415により、ディジタル信号を生成し、配線2417に出力される。これが、図1における電源管理回路104からクロック生成回路103への制御信号114となる。 The power supply voltage is supplied to the regulator 2408 through the wiring 2416, and the reference potential is output to the reference potential wiring 2409. The power supply voltage and the reference potential are input to the second operational amplifier 2414 through the resistors 2410 to 2413 as shown in FIG. Note that the resistors 2410 to 2413 are necessary for operating the second operational amplifier 2414 as an operational amplifier circuit. The output of the second operational amplifier 2414 generates a digital signal by the ADC 2415 and is output to the wiring 2417. This is the control signal 114 from the power management circuit 104 to the clock generation circuit 103 in FIG.

次に、本実施例における電源管理回路の動作について、図25を用いて説明する。なお、ここでは、図24における電源管理回路で、電源電圧を4レベルで検出する場合について説明する。図25において、図24におけるモニタ抵抗2401に流れる電流、すなわち演算回路102における消費電流のタイミングチャートを2501とする。モニタ電圧のタイミングチャートを2502とする。図24におけるレギュレータ2408により生成される参照電位のタイミングチャートを2503とする。この時、制御信号114のタイミングチャートは、2504となる。モニタ電圧が低い、すなわち消費電流が低い順に制御信号114は”00”、”01”、”10”、”11”となる。 Next, the operation of the power management circuit in this embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case will be described in which the power supply management circuit in FIG. 24 detects the power supply voltage at four levels. In FIG. 25, 2501 is a timing chart of the current flowing through the monitor resistor 2401 in FIG. The monitor voltage timing chart is 2502. A timing chart of the reference potential generated by the regulator 2408 in FIG. At this time, the timing chart of the control signal 114 is 2504. The control signal 114 becomes “00”, “01”, “10”, and “11” in order of decreasing monitor voltage, that is, current consumption.

以上に示した電源管理回路の構成で、演算回路102における消費電力の状態を検出することができる。すなわち、制御信号114が”11”の場合、”10”の場合、”01”の場合、”00”の場合、の順に消費電流が高いことが検出できる。従って、制御信号114を用いて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数を変更すれば良い。あるいはデューティー比を変更すれば良い。具体的には、検出した消費電流が高いほど、ノンオーバーラップクロックの周波数、あるいはデューティー比を下げれば良い。 With the configuration of the power management circuit described above, the power consumption state in the arithmetic circuit 102 can be detected. That is, when the control signal 114 is “11”, “10”, “01”, “00”, it can be detected that the consumption current is higher in the order. Therefore, the frequency of the non-overlapping clock may be changed in the clock generation circuit 103 using the control signal 114. Alternatively, the duty ratio may be changed. Specifically, the higher the detected current consumption, the lower the frequency of the non-overlap clock or the duty ratio.

なお、電源管理回路104において検出した消費電流の状態に応じて、クロック生成回路103において、ノンオーバーラップクロックの周波数、あるいはデューティー比を具体的にどのような値に設定するかは、半導体装置に搭載する演算回路の回路規模や、消費電力、演算性能などを踏まえ、実施者が決定することができる。 Depending on the current consumption state detected by the power management circuit 104, the specific value of the non-overlapping clock frequency or duty ratio set in the clock generation circuit 103 depends on the semiconductor device. The practitioner can make a decision based on the circuit scale, power consumption, computing performance, and the like of the installed computing circuit.

以上のような構成とすることで、半導体装置において電源電圧が変動し、クロック信号の伝搬に時間差が生じる場合でも、安定して演算回路を動作させることができる。したがって、高性能な演算回路を有する、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。特に、半導体装置を薄膜トランジスタにより形成する場合に有効である。また、通信信号からの誘導起電力により電源電圧を供給し、ASK方式により通信データを送受信する無線チップにおいて、通信信号が不安定な場合や電源電圧が不安定となる場合にも、同期回路を安定して動作させることができる。したがって、大規模な演算回路を搭載した無線チップに好適な構成で、高性能且つ信頼性の高い無線チップを提供することができる。 With the above structure, the arithmetic circuit can be stably operated even when the power supply voltage fluctuates in the semiconductor device and a time difference occurs in the propagation of the clock signal. Therefore, a highly reliable semiconductor device including a high-performance arithmetic circuit can be provided. This is particularly effective when the semiconductor device is formed of a thin film transistor. In addition, in a wireless chip that supplies power supply voltage by induced electromotive force from a communication signal and transmits / receives communication data by the ASK method, the synchronization circuit is also provided when the communication signal is unstable or the power supply voltage becomes unstable. It can be operated stably. Therefore, a wireless chip with high performance and high reliability can be provided with a structure suitable for a wireless chip mounted with a large-scale arithmetic circuit.

本実施例では、本発明における半導体装置を、薄膜トランジスタ(TFT)により構成する場合について、図11を用いて説明する。 In this embodiment, the case where a semiconductor device of the present invention is formed using a thin film transistor (TFT) will be described with reference to FIGS.

図11(A)は、絶縁基板1110上に形成されたTFT部1101とメモリ部1102の断面図を示す。TFT部1101は、例えば、演算回路のトランジスタに用いると良い。メモリ部1102は、例えば、不揮発性メモリのメモリ素子に用いると良い。絶縁基板1110には、ガラス基板、石英基板、珪素からなる基板、金属基板、プラスチック基板等を用いることができる。 FIG. 11A is a cross-sectional view of the TFT portion 1101 and the memory portion 1102 formed over the insulating substrate 1110. The TFT portion 1101 is preferably used for a transistor in an arithmetic circuit, for example. The memory unit 1102 is preferably used for a memory element of a nonvolatile memory, for example. As the insulating substrate 1110, a glass substrate, a quartz substrate, a substrate made of silicon, a metal substrate, a plastic substrate, or the like can be used.

またガラス基板を用いる場合、TFT等が形成される側と反対面を研磨し、薄くしたものを用いることができる。このように薄くしたガラス基板は、装置の軽量化、薄型化を達成することができる。 In the case where a glass substrate is used, a thinned and polished surface opposite to the side on which the TFT or the like is formed can be used. Such a thin glass substrate can achieve a reduction in weight and thickness of the apparatus.

絶縁基板1110上には下地膜1111が設けられている。TFT部1101では下地膜1111を介して薄膜トランジスタ1120、1121が設けられ、メモリ部1102には下地膜1111を介して薄膜トランジスタ1122が設けられている。各薄膜トランジスタは、島状にパターニングされた(所定の形状に加工された)半導体膜1112、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極1114、ゲート電極側面に設けられた絶縁物(所謂サイドウォール)1113を有している。半導体膜1112は、膜厚が0.2μm以下、代表的には40nmから170nm、好ましくは50nmから150nmとなるように形成する。さらに、サイドウォール1113、及び半導体膜1112を覆う絶縁膜1116、半導体膜1112に形成された不純物領域に接続する電極1115を有する。なお電極1115は不純物領域と接続するため、ゲート絶縁膜及び絶縁膜1116にコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールに導電膜を形成し、当該導電膜をパターニングして形成することができる。 A base film 1111 is provided over the insulating substrate 1110. Thin film transistors 1120 and 1121 are provided in the TFT portion 1101 through a base film 1111, and thin film transistors 1122 are provided in the memory portion 1102 through a base film 1111. Each thin film transistor includes a semiconductor film 1112 patterned into an island shape (processed into a predetermined shape), a gate electrode 1114 provided via a gate insulating film, and an insulator (so-called sidewall) provided on a side surface of the gate electrode. 1113. The semiconductor film 1112 is formed to have a thickness of 0.2 μm or less, typically 40 nm to 170 nm, preferably 50 nm to 150 nm. Further, an insulating film 1116 covering the sidewall 1113 and the semiconductor film 1112, and an electrode 1115 connected to the impurity region formed in the semiconductor film 1112 are provided. Note that since the electrode 1115 is connected to the impurity region, a contact hole can be formed in the gate insulating film and the insulating film 1116, a conductive film can be formed in the contact hole, and the conductive film can be patterned.

本発明における無線チップを構成する薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜等を代表とする絶縁膜は、高密度プラズマ処理を用いて作製することができる。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、耐熱性の低いプラスチックを基板上に成膜することができる。 In the thin film transistor included in the wireless chip of the present invention, an insulating film such as a gate insulating film can be manufactured 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 , and microwaves (for example, frequency 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 plastic having low heat resistance can be formed on the 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、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。 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 electrical characteristics of the thin film transistor can be improved.

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、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、ひ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。 Although the case where high-density plasma treatment is used for manufacturing the insulating film has been described, 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 thus the electrical characteristics of the thin film transistor can be improved.

また平坦性を高めるため、絶縁膜1117、1118が設けられているとよい。このとき絶縁膜1117は有機材料から形成し、絶縁膜1118は無機材料から形成するとよい。絶縁膜1117、1118が設けられている場合、電極1115は、これら絶縁膜1117、1118にコンタクトホールを介して不純物領域と接続するように形成することができる。 In order to improve flatness, insulating films 1117 and 1118 are preferably provided. At this time, the insulating film 1117 is preferably formed from an organic material, and the insulating film 1118 is preferably formed from an inorganic material. In the case where the insulating films 1117 and 1118 are provided, the electrode 1115 can be formed so as to be connected to the impurity regions through the contact holes in the insulating films 1117 and 1118.

さらに絶縁膜1125が設けられ、電極1115と接続するように下部電極1127を形成する。下部電極1127の端部を覆い、下部電極1127が露出するように開口部が設けられた絶縁膜1128を形成する。開口部内に、メモリ材料層1129を形成し、上部電極1130を形成する。このようにして、下部電極1127、メモリ材料層1129、上部電極1130を有するメモリ素子1123が形成される。メモリ材料層1129は、有機材料又は無機材料から形成することができる。下部電極1127又は上部電極1130は、導電性材料から形成することができる。例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)もしくはシリコン(Si)の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜等から形成することができる。またインジウム錫酸化物(ITO)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、2から20%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム等の透光性材料を用いることができる。 Further, an insulating film 1125 is provided, and a lower electrode 1127 is formed so as to be connected to the electrode 1115. An insulating film 1128 is formed which covers an end portion of the lower electrode 1127 and has an opening so that the lower electrode 1127 is exposed. A memory material layer 1129 is formed in the opening, and an upper electrode 1130 is formed. In this manner, the memory element 1123 having the lower electrode 1127, the memory material layer 1129, and the upper electrode 1130 is formed. The memory material layer 1129 can be formed of an organic material or an inorganic material. The lower electrode 1127 or the upper electrode 1130 can be formed of a conductive material. For example, it can be formed of a film made of aluminum (Al), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), or silicon (Si), or an alloy film using these elements. Alternatively, a light-transmitting material such as indium tin oxide (ITO), indium tin oxide containing silicon oxide, or indium oxide containing 2 to 20% zinc oxide can be used.

さらに平坦性を高め、不純物元素の侵入を防止するため、絶縁膜1131を形成するとよい。 In addition, an insulating film 1131 is preferably formed in order to improve planarity and prevent an impurity element from entering.

本実施例で説明した絶縁膜は、無機材料又は有機材料を用いることができる。無機材料は、酸化珪素、窒化珪素を用いることができる。有機材料はポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサン、ポリシラザンを用いることができる。なお、シロキサンとは、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。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、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。ポリシラザンは、珪素(Si)と窒素(N)の結合を有するポリマー材料を出発原料として形成される。 For the insulating film described in this embodiment, an inorganic material or an organic material can be used. As the inorganic material, silicon oxide or silicon nitride can be used. As the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, siloxane, or polysilazane can be used. Note that siloxane has a skeleton structure of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Polysilazane is formed using a polymer material having a bond of silicon (Si) and nitrogen (N) as a starting material.

図11(B)は、図11(A)と異なり、電極1115のコンタクトホール1151内にメモリ材料層を形成したメモリの断面図を示す。図11(A)と同様に、下部電極として電極1115を用い、電極1115上にメモリ材料層1129、上部電極1130を形成し、メモリ素子1123を形成することができる。その後絶縁膜1131を形成する。その他の構成は図11(A)と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 11B is a cross-sectional view of a memory in which a memory material layer is formed in a contact hole 1151 of an electrode 1115 unlike FIG. 11A. Similarly to FIG. 11A, the memory element 1123 can be formed by using the electrode 1115 as the lower electrode and forming the memory material layer 1129 and the upper electrode 1130 over the electrode 1115. After that, an insulating film 1131 is formed. The other structures are the same as those in FIG.

このようにコンタクトホール1151にメモリ素子を形成すると、メモリ素子の小型化を図ることができる。またメモリ用の電極が不要となるため製造工程を削減し、低コストでメモリを搭載した無線チップを提供することができる。 When the memory element is formed in the contact hole 1151 in this manner, the memory element can be reduced in size. In addition, since a memory electrode is unnecessary, a manufacturing process can be reduced, and a wireless chip mounted with a memory can be provided at low cost.

以上のように、半導体装置を、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板などの絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を活性層として用いた薄膜トランジスタから構成することで、高性能且つ低消費電力の半導体装置を、より軽量で安価に提供することができる。 As described above, a semiconductor device is composed of a thin film transistor using a semiconductor thin film formed on a substrate having an insulating surface such as a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic substrate as an active layer, thereby achieving high performance and low power consumption. This semiconductor device can be provided at a lower weight and at a lower cost.

本実施例は、実施の形態、上記実施例と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented by being freely combined with the embodiment mode and the above embodiment.

本実施例では、上記実施例と異なる半導体装置の作製方法について説明する。 In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device, which is different from that in the above embodiment, will be described.

上記実施の形態と同様に、絶縁基板を用意し、剥離層を形成する。剥離層は、絶縁基板全面、又は選択的に形成することができる。剥離層には、W、Ti、Ta、Mo、Nb、Nd、Ni、Co、Zr、Zn、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Siから選ばれた元素または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料から形成することができる。剥離層は、上記元素等の単層構造、又は上記元素等の積層構造を用いることができる。このような剥離層はCVD法、スパッタリング法または電子ビーム等によって形成することができる。本実施例では、WをCVD法により形成する。このとき、O、N又はNOを用いてプラズマで処理を行うとよい。すると、後の工程である剥離工程を簡便に行うことができる。 As in the above embodiment, an insulating substrate is prepared and a release layer is formed. The release layer can be formed over the entire surface of the insulating substrate or selectively. For the release layer, an element selected from W, Ti, Ta, Mo, Nb, Nd, Ni, Co, Zr, Zn, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Si or an alloy containing the element as a main component It can be formed from materials or compound materials. For the separation layer, a single-layer structure of the above elements or a stacked structure of the above elements can be used. Such a release layer can be formed by a CVD method, a sputtering method, an electron beam, or the like. In this embodiment, W is formed by a CVD method. At this time, the treatment may be performed with plasma using O 2 , N 2, or N 2 O. Then, the peeling process which is a subsequent process can be easily performed.

その後、上記実施の形態と同様に、剥離層上に下地膜、半導体膜を形成する。半導体膜に対する加熱処理を行うと、剥離層も加熱されうる。加熱処理には、CVD法を用いて非晶質半導体膜を形成すると、該半導体膜には水素が多く含まれるため、当該水素を取り除くための加熱処理、又は非晶質半導体膜を結晶化するための加熱処理がある。水素を取り除くための加熱処理により、半導体膜の膜剥がれを防止することができる。 After that, as in the above embodiment, a base film and a semiconductor film are formed over the separation layer. When heat treatment is performed on the semiconductor film, the separation layer can also be heated. In the heat treatment, when an amorphous semiconductor film is formed by a CVD method, the semiconductor film contains a large amount of hydrogen; therefore, heat treatment for removing the hydrogen or crystallization of the amorphous semiconductor film is performed. There is a heat treatment for. By the heat treatment for removing hydrogen, peeling of the semiconductor film can be prevented.

その後、上記実施の形態と同様に、半導体膜を用いて薄膜トランジスタを形成する。
そして、複数の薄膜トランジスタを電気的に接続することにより、半導体装置が有する回路を形成する。当該回路には、電源回路、システムリセット回路、復調回路、変調回路等の無線通信回路やCPU、ROM、RAM、コントローラ等のロジック回路がある。
After that, as in the above embodiment, a thin film transistor is formed using a semiconductor film.
A circuit included in the semiconductor device is formed by electrically connecting the plurality of thin film transistors. Such circuits include wireless communication circuits such as a power supply circuit, system reset circuit, demodulation circuit, and modulation circuit, and logic circuits such as a CPU, ROM, RAM, and controller.

その後、物理的、化学的に絶縁基板を剥離し、プラスチック基板等のフレキシブル基板に薄膜トランジスタ等を転置する。このとき、剥離層の状態に変化を与えることにより、絶縁基板を剥離することができる。例えば、剥離層の一部が露出するよう開口部を設け、露出した剥離層にレーザを照射する。剥離層にレーザを照射することによって、剥離のきっかけを与えることができる。その後、物理的に絶縁基板と、薄膜トランジスタ等を剥離させることもできるし、膜の応力により特段力を加えることなく、絶縁基板から薄膜トランジスタ等が自然に剥がれることもある。 Thereafter, the insulating substrate is physically and chemically separated, and a thin film transistor or the like is transferred to a flexible substrate such as a plastic substrate. At this time, the insulating substrate can be peeled by changing the state of the peeling layer. For example, an opening is provided so that a part of the release layer is exposed, and the exposed release layer is irradiated with laser. By irradiating the peeling layer with a laser, a trigger for peeling can be given. Thereafter, the insulating substrate and the thin film transistor or the like can be physically peeled off, or the thin film transistor or the like may be naturally peeled off from the insulating substrate without applying a special force due to the stress of the film.

そして、フレキシブル基板に薄膜トランジスタ等が転置された半導体装置を形成することができる。このような半導体装置は、軽量化、薄型化を図り、柔軟性に富む、といった付加価値を有する。 A semiconductor device in which a thin film transistor or the like is transferred to a flexible substrate can be formed. Such a semiconductor device has the added value of being lightweight, thin, and rich in flexibility.

本実施例は、実施の形態、上記実施例と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented by being freely combined with the embodiment mode and the above embodiment.

本実施例では、本発明における半導体装置において、回路の一部を構成する薄膜トランジスタのレイアウトについて、図12〜図14を用いて説明する。 In this embodiment, a layout of a thin film transistor which forms part of a circuit in a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施例3で示した半導体膜1112に相当する半導体層は、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、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ー技術によって、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、図12に示す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パターン1201を形成することができる。 A semiconductor layer corresponding to the semiconductor film 1112 described in Embodiment 3 is provided on the entire surface or part of a substrate having an insulating surface (a region having a larger area than that determined as a semiconductor region of a transistor) with a base film or the like interposed therebetween. Formed. Then, a mask pattern is formed on the semiconductor layer by photolithography. By etching the semiconductor layer using the mask pattern, an island-shaped semiconductor pattern 1201 having a specific shape including a source region, a drain region, and a channel formation region of the thin film transistor illustrated in FIG. 12 can be formed.

そのパターン形成された半導体層の形状は、薄膜トランジスタの特性に基づき、要求される回路特性やレイアウトの適切さを考慮して決められる。 The shape of the patterned semiconductor layer is determined in consideration of the required circuit characteristics and appropriate layout based on the characteristics of the thin film transistor.

本発明における無線チップの回路を構成する薄膜トランジスタにおいて、半導体層を形成するためのフォトマスクは、パターンを備えている。このフォトマスクのパターンは角部を有し、(直角三角形の)一辺が10μm以下の大きさに角部を削除し、丸みを帯びている。このマスクパターンの形状は、図12に示すように半導体層のパターン形状として転写することができる。また半導体層への転写のとき、半導体パターン1201の角部は、フォトマスクパターンの角部よりさらに丸みを帯びるように転写されることがある。すなわち、半導体膜のパターンの角部には、フォトマスクのパターンよりもさらにパターン形状をなめらかにした丸みが設けられてもよい。なお図12において、後に形成されるゲート電極1114やゲート配線1301、電極1115等を点線で示す。 In the thin film transistor included in the circuit of the wireless chip of the present invention, the photomask for forming the semiconductor layer has a pattern. This photomask pattern has corners, and one side (of a right triangle) is rounded by removing the corners to a size of 10 μm or less. The shape of this mask pattern can be transferred as a pattern shape of a semiconductor layer as shown in FIG. In addition, when transferring to the semiconductor layer, the corner of the semiconductor pattern 1201 may be transferred so as to be more rounded than the corner of the photomask pattern. In other words, the corners of the semiconductor film pattern may be provided with roundness that is smoother than the photomask pattern. In FIG. 12, a gate electrode 1114, a gate wiring 1301, an electrode 1115, and the like which are formed later are indicated by dotted lines.

次に、角部に丸みが設けられるようにパターニングされた半導体層上には、ゲート絶縁膜が形成される。そして、実施例3で示したように、半導体層と一部が重なるようにゲート電極1114、及び同時にゲート配線1301が形成される。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ー技術によって形成することができる。 Next, a gate insulating film is formed over the semiconductor layer that is patterned so that the corners are rounded. Then, as shown in Embodiment 3, the gate electrode 1114 and the gate wiring 1301 are formed so as to partially overlap the semiconductor layer. The gate electrode or the gate wiring can be formed by a photolithography technique by forming a metal layer or a semiconductor layer.

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は、パターンを備えている。このフォトマスクのパターンは、角部を有し、この角部に形成される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以上の大きさに角部を削除している。このマスクパターンの形状は、図13に示すように、ゲート電極又はゲート配線のパターン形状として転写することができる。またゲート電極又はゲート配線への転写のときに、ゲート電極又はゲート配線の角部がさらに丸みを帯びるように転写されることがある。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よりもさらにパターン形状をなめらかにした丸みが設けられていてもよい。 The photomask for forming the gate electrode or the gate wiring has a pattern. This photomask pattern has corners, and one side of the right triangle formed at the corners is 10 μm or less, or 1/2 or less of the line width of the wiring, and 1/5 or more of the line width. The corner is deleted. The shape of this mask pattern can be transferred as a pattern shape of a gate electrode or a gate wiring as shown in FIG. Further, when transferring to the gate electrode or the gate wiring, the corner of the gate electrode or the gate wiring may be further rounded. In other words, the corners of the gate electrode or the gate wiring may be provided with roundness with a smoother pattern shape than the photomask pattern.

このようなフォトマスクを用いて形成されたゲート電極又はゲート配線の角部には、上面からみたコーナー部において、ゲート電極又はゲート配線の外周は曲線を形成するようにする。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。なお図13において、後に形成される電極1115を点線で示す。 In the corner portion of the gate electrode or the gate wiring formed using such a photomask, the outer periphery of the gate electrode or the gate wiring forms a curve at the corner portion viewed from the upper surface. Also, the inner periphery of the corner portion is formed so that the inner periphery is rounded along the outer periphery of the corner portion. Note that in FIG. 13, electrodes 1115 to be formed later are indicated by dotted lines.

このようなゲート電極又はゲート配線は、レイアウトの制約上、矩形に折れ曲がる。そのため、ゲート電極又はゲート配線の丸みを帯びた角部には凸部(外側の辺)と凹部(内側の辺)が設けられる。この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。その結果、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。 Such a gate electrode or gate wiring is bent into a rectangle due to layout restrictions. Therefore, a rounded corner portion of the gate electrode or gate wiring is provided with a convex portion (outer side) and a concave portion (inner side). This rounded convex portion 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. As a result, the yield can be greatly improved.

次に、ゲート電極又はゲート配線上には、上記実施例3で示したように絶縁膜1116、1117、1118に相当する絶縁層等を形成する。勿論、本発明において絶縁膜は単層であっても構わない。 Next, an insulating layer or the like corresponding to the insulating films 1116, 1117, and 1118 is formed over the gate electrode or the gate wiring as described in the third embodiment. Of course, in the present invention, the insulating film may be a single layer.

そして絶縁層上に、絶縁膜には所定の位置に開口を形成し、当該開口に電極1115に相当する配線を形成する。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、フォトリソグラフィー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。 Over the insulating layer, an opening is formed in a predetermined position in the insulating film, and a wiring corresponding to the electrode 1115 is formed in the opening. 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 is formed with a mask pattern by a photolithography technique and formed into a predetermined pattern by etching.

配線によって、ある特定の素子間を連結することができる。この配線は、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、矩形に折れ曲がる(以下、屈曲部という)。また配線は、開口部やその他の領域において配線幅が変化することがある。例えば開口部では、開口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。また、配線は回路のレイアウト上、容量部の一方の電極を兼ねるため、配線幅を大きくとることがある。 A certain element can be connected by wiring. This wiring does not connect a specific element with a straight line, but bends into a rectangle (hereinafter referred to as a bent portion) due to layout restrictions. In addition, the wiring width of the wiring may change in the opening and other regions. For example, in the opening, when the opening is equal to or larger than the wiring width, the wiring width is changed so as to widen at that portion. Further, since the wiring also serves as one electrode of the capacitor portion in the circuit layout, the wiring width may be increased.

この場合において、フォトマスクのパターンの屈曲部において、形成される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以上の大きさに角部を削除する。そして、図14に示すように、配線のパターンにも同様な丸みを帯びさせる。配線の角部は、線幅の1/2以下で、1/5以上に屈曲部に丸みをおびさせることができる。すなわち、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。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。このような丸みを帯びた配線は、その屈曲部における凸部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、凹部では、洗浄のときに、たとえできた微粉であっても、それが角に集まりやすいのを洗い流す結果として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。配線の角部が丸みを帯びることにより、電気的にも伝導させることが期待できる。 In this case, in the bent portion of the photomask pattern, one side of the right-angled triangle to be formed is 10 μm or less, or half or less of the line width of the wiring, and a corner portion having a size of 1/5 or more of the line width. Is deleted. Then, as shown in FIG. 14, the wiring pattern is similarly rounded. The corner portion of the wiring is ½ or less of the line width, and the bent portion can be rounded to 1/5 or more. That is, the outer periphery of the wiring layer at the corner portion viewed from the upper surface forms a curve. Also, the inner periphery of the corner portion is formed so that the inner periphery is rounded along the outer periphery of the corner portion. In such rounded wiring, the convex part in the bent part suppresses the generation of fine powder due to abnormal discharge during dry etching by plasma, and in the concave part, even if it is fine powder made when cleaning, As a result of washing away the fact that it tends to gather at the corner, it has the effect that the yield improvement can be expected greatly. By rounding the corners of the wiring, it can be expected to be electrically conducted.

図14に示したレイアウトを有する回路において、屈曲部や配線幅が変化する部位の角部をなめらかにして、丸みを付けることにより、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、洗浄のときに、たとえできた微粉であっても、それが角に集まりやすいのを洗い流す結果として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。すなわち、製造工程における塵や微粉の問題を解消することができる。また、配線の角部が丸みを帯びた構成をとることにより、電気的にも伝導させることが期待できる。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。 In the circuit having the layout shown in FIG. 14, the bend and the corner of the portion where the wiring width changes are smoothed and rounded to suppress the generation of fine powder due to abnormal discharge during dry etching by plasma, Even if it is a fine powder that has been produced at the time of washing, it has the effect that a significant improvement in yield can be expected as a result of washing away that it tends to collect at the corner. That is, the problem of dust and fine powder in the manufacturing process can be solved. In addition, it can be expected that the wiring is electrically conductive by adopting a configuration in which the corners of the wiring are rounded. 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.

なお、本実施例では、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。 In the present embodiment, the three-layer layout of the semiconductor layer, the gate wiring, and the wiring has been described as having a rounded corner or bend, but the present invention is not limited to this. That is, in any one layer, it is only necessary to round the corners or the bent portions to solve problems such as dust and fine powder in the manufacturing process.

以上のようなレイアウトを用いて、半導体装置を構成することで、高性能且つ低消費電力の半導体装置を、より軽量で安価に提供することができる。 By configuring the semiconductor device using the layout as described above, a semiconductor device with high performance and low power consumption can be provided at a lower weight and at a lower cost.

なお、本実施例は、実施の形態、上記実施例と自由に組み合わせて実施することが可能である。 Note that this embodiment can be implemented by being freely combined with the embodiment mode and the above embodiment.

本実施例では、本発明における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)を構成する一例について、図15〜図17を参照して説明する。 In this embodiment, an example of forming a static RAM (SRAM) as one of the elements constituting the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.

図15(A)で示す半導体層1510、1511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 1510 and 1511 illustrated in FIG. 15A 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ー技術によって、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1510、1511を形成する。その半導体層1510、1511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. By etching the semiconductor layer using the mask pattern, island-shaped semiconductor layers 1510 and 1511 having specific shapes including the source and drain regions of the TFT and the channel formation region are formed. The semiconductor layers 1510 and 1511 are determined in consideration of appropriate layout.

図15(A)で示す半導体層1510、1511を形成するためのフォトマスクは、図15(B)に示すマスクパターン1520を備えている。このマスクパターン1520は、フォトリソグラフィー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15(B)で示すマスクパターン1520は、遮光部として作製される。マスクパターン1520は、多角形の頂部Aを削除した形状となっている。また、屈曲部Bにおいては、そ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、例えば、パターンの角部であって(直角三角形の)一辺が10μm以下の大きさに角部を削除している。 A photomask for forming the semiconductor layers 1510 and 1511 shown in FIG. 15A includes a mask pattern 1520 shown in FIG. The mask pattern 1520 differs depending on whether the resist used in the photolithography process is a positive type or a negative type. In the case of using a positive resist, the mask pattern 1520 shown in FIG. 15B is manufactured as a light shielding portion. The mask pattern 1520 has a shape obtained by deleting the top A of the polygon. Further, the bent portion B has a shape that is bent over a plurality of steps so that the corner portion does not become a right angle. The pattern of this photomask is, for example, a corner portion of the pattern (a right triangle) with a side portion deleted to a size of 10 μm or less.

図15(B)で示すマスクパターン1520は、その形状が、図15(A)で示す半導体層1510、1511に反映される。その場合、マスクパターン1520と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン1520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1520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 mask pattern 1520 illustrated in FIG. 15B is reflected in the semiconductor layers 1510 and 1511 illustrated in FIG. In that case, a shape similar to the mask pattern 1520 may be transferred, or the corner of the mask pattern 1520 may be transferred to be more rounded. That is, a rounded portion having a smoother pattern shape than the mask pattern 1520 may be provided.

半導体層1510、1511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16(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1612、1613、1614を形成する。ゲート配線1612は半導体層1510に対応して形成される。ゲート配線1613は半導体層1510、1511に対応して形成される。また、ゲート配線1614は半導体層1510、1511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ー技術によってその形状を絶縁層上に作り込む。 Over the semiconductor layers 1510 and 1511, 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. 16A, gate wirings 1612, 1613, and 1614 are formed so as to partially overlap the semiconductor layer. The gate wiring 1612 is formed corresponding to the semiconductor layer 1510. The gate wiring 1613 is formed corresponding to the semiconductor layers 1510 and 1511. The gate wiring 1614 is formed corresponding to the semiconductor layers 1510 and 1511. For the gate wiring, a metal layer or a highly conductive semiconductor layer is formed, and its shape is formed on the insulating layer by a photolithography technique.

このゲート配線を形成するためのフォトマスクは、図16(B)に示すマスクパターン1621を備えている。このマスクパターン1621は、角部であって、(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以上の大きさに角部を削除している。図16(B)で示すマスクパターン1621は、その形状が、図16(A)で示すゲート配線1612、1613、1614に反映される。その場合、マスクパターン1621と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン1621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1621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。すなわち、ゲート配線1612、1613、1614の角部は、線幅の1/2以下であって1/5以上にコーナー部に丸みをおびさせる。凸部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、凹部では、洗浄のときに、たとえできた微粉であっても、それが角に集まりやすいのを洗い流す結果として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。 A photomask for forming this gate wiring is provided with a mask pattern 1621 shown in FIG. This mask pattern 1621 is a corner, and one side (of a right triangle) is 10 μm or less, or less than 1/2 of the line width of the wiring, and the corner is deleted to a size of 1/5 or more of the line width. is doing. The shape of the mask pattern 1621 shown in FIG. 16B is reflected in the gate wirings 1612, 1613, and 1614 shown in FIG. In that case, a shape similar to the mask pattern 1621 may be transferred, or the corner of the mask pattern 1621 may be transferred so as to be further rounded. That is, a rounded portion having a smoother pattern shape than the mask pattern 1621 may be provided. That is, the corners of the gate wirings 1612, 1613, and 1614 are rounded at the corners that are 1/2 or less of the line width and 1/5 or more. The convex part suppresses the generation of fine powder due to abnormal discharge during dry etching by plasma, and the concave part improves the yield as a result of washing away even if fine powder is easily collected at the corner during cleaning. It has the effect that it can be expected greatly.

層間絶縁層はゲート配線1612、1613、1614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はポリイミドやアクリル樹脂などを使った有機絶縁材料を使って形成する。この層間絶縁層とゲート配線1612、1613、1614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 1612, 1613, and 1614. The interlayer insulating layer is formed using an inorganic insulating material such as silicon oxide or an organic insulating material using polyimide, acrylic resin, or the like. An insulating layer such as silicon nitride or silicon nitride oxide may be interposed between the interlayer insulating layer and the gate wirings 1612, 1613 and 1614. 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ー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17(A)で示すように、半導体層と一部が重なるように配線1715〜1720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. 17A, wirings 1715 to 1720 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1715〜1720を形成するためのフォトマスクは、図17(B)に示すマスクパターン1722を備えている。この場合においても、配線は、その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以上の大きさに角部を削除し、コーナー部が丸みをおびるパターンを有せしめる。角部は、線幅の1/2以下で、1/5以上にコーナー部に丸みをおびさせる。このような配線は、凸部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、凹部では、洗浄のときに、たとえできた微粉であっても、それが角に集まりやすいのを洗い流す結果として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。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 wirings 1715 to 1720 includes a mask pattern 1722 shown in FIG. Even in this case, the wiring is a corner portion of which one side (of a right triangle) is 10 μm or less, or is a half or less of the line width of the wiring and has a corner portion with a size of 1/5 or more of the line width. Remove the corners and make the corners have a rounded pattern. The corners are ½ or less of the line width, and the corners are rounded to 1/5 or more. In such wiring, the convex part suppresses the generation of fine powder due to abnormal discharge when dry etching with plasma, and the concave part is easy to collect even in the case of cleaning even if it is fine powder. As a result of washing away, the yield can be greatly improved. It can be expected that the corner portion of the wiring is electrically conducted by taking a round. In addition, a large number of parallel wires are very convenient for washing away dust.

図17(A)には、nチャネル型薄膜トランジスタ1721〜1724、pチャネル型薄膜トランジスタ1725、1726が形成されている。nチャネル型薄膜トランジスタ1723とpチャネル型薄膜トランジスタ1725及びnチャネル型薄膜トランジスタ1724とpチャネル型薄膜トランジスタ1726はインバータを構成している。この6つの薄膜トランジスタを含む回路はSRAMを形成している。これらの薄膜トランジスタの上層には、窒化シリコンや酸化シリコンなどの絶縁層が形成されていても良い。 In FIG. 17A, n-channel thin film transistors 1721 to 1724 and p-channel thin film transistors 1725 and 1726 are formed. The n-channel thin film transistor 1723 and the p-channel thin film transistor 1725 and the n-channel thin film transistor 1724 and the p-channel thin film transistor 1726 form an inverter. The circuit including these six thin film transistors forms an SRAM. An insulating layer such as silicon nitride or silicon oxide may be formed over these thin film transistors.

以上のような構成とすることで、高性能且つ低消費電力の半導体素子を、より軽量で安価に提供することができる。 With the above structure, a high-performance and low-power consumption semiconductor element can be provided at a lower weight and at a lower cost.

なお、本実施例は、実施の形態、上記実施例と自由に組み合わせて実施することが可能である。 Note that this embodiment can be implemented by being freely combined with the embodiment mode and the above embodiment.

本実施例では、本発明における半導体装置を構成するトランジスタについて、図18及び図19を参照して説明する。 In this embodiment, a transistor included in a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.

本発明における半導体装置を構成するトランジスタは、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18はこれらの回路を構成する薄膜トランジスタの断面構造を示す図である。図18には、nチャネル型薄膜トランジスタ1821、nチャネル型薄膜トランジスタ1822、容量素子1824、抵抗素子1825、pチャネル型薄膜トランジスタ1823が示されている。各薄膜トランジスタは半導体層1805、絶縁層1808、ゲート電極1809を備えている。ゲート電極1809は、第1導電層1803と第2導電層1802の積層構造で形成されている。また、図19(A)〜(E)は、図18で示すnチャネル型薄膜トランジスタ1821、nチャネル型薄膜トランジスタ1822、容量素子1824、抵抗素子1825、pチャネル型薄膜トランジスタ1823に対応する上面図であり、併せて参照することができる。 The transistor included in the semiconductor device of the present invention can be formed using a thin film transistor (TFT) in addition to a MOS transistor formed on a single crystal substrate. FIG. 18 is a diagram showing a cross-sectional structure of a thin film transistor constituting these circuits. FIG. 18 shows an n-channel thin film transistor 1821, an n-channel thin film transistor 1822, a capacitor 1824, a resistor 1825, and a p-channel thin film transistor 1823. Each thin film transistor includes a semiconductor layer 1805, an insulating layer 1808, and a gate electrode 1809. The gate electrode 1809 is formed with a stacked structure of a first conductive layer 1803 and a second conductive layer 1802. 19A to 19E are top views corresponding to the n-channel thin film transistor 1821, the n-channel thin film transistor 1822, the capacitor 1824, the resistor 1825, and the p-channel thin film transistor 1823 shown in FIG. You can refer to them together.

図18において、nチャネル型薄膜トランジスタ1821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1804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1806の不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域1807が半導体層1805に形成されている。不純物領域1806と不純物領域1807には、nチャネル型薄膜トランジスタ1821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. 18, an n-channel thin film transistor 1821 is also referred to as a low concentration drain (LDD) on both sides of a gate electrode in a channel length direction (carrier flow direction), and forms a source and drain region that forms a contact with a wiring 1804. An impurity region 1807 doped at a lower concentration than the impurity concentration of the impurity region 1806 to be formed is formed in the semiconductor layer 1805. In the case where the n-channel thin film transistor 1821 is formed, phosphorus or the like is added to the impurity regions 1806 and 1807 as an impurity imparting n-type conductivity. LDD is formed as a means for suppressing hot electron degradation and short channel effect.

図19(A)で示すように、nチャネル型薄膜トランジスタ1821のゲート電極1809において、第1導電層1803は、第2導電層1802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1803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1803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1807はゲート電極1809の第1導電層1803と重なるように形成されている。すなわち、ゲート電極1809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1809において、第2導電層1802をマスクとして、第1導電層1803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1807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. 19A, in the gate electrode 1809 of the n-channel thin film transistor 1821, the first conductive layer 1803 is formed to extend on both sides of the second conductive layer 1802. In this case, the first conductive layer 1803 is formed thinner than the second conductive layer. The thickness of the first conductive layer 1803 is formed so that ion species accelerated by an electric field of 10 to 100 kV can pass through. The impurity region 1807 is formed so as to overlap with the first conductive layer 1803 of the gate electrode 1809. That is, an LDD region overlapping with the gate electrode 1809 is formed. In this structure, an impurity region 1807 is formed in a self-aligned manner in the gate electrode 1809 by adding one conductivity type impurity through the first conductive layer 1803 using the second conductive layer 1802 as a mask. That is, the LDD overlapping with the gate electrode is formed in a self-aligning manner.

両側にLDDを有する薄膜トランジスタは、実施の形態における電源回路108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)を構成する薄膜トランジスタに適用される。これらのTFTは、ソース電極やドレイン電極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 thin film transistor having LDD on both sides is applied to a rectifying TFT of the power supply circuit 108 in the embodiment and a thin film transistor forming a transmission gate (also referred to as an analog switch) used in a logic circuit. In these TFTs, since both positive and negative voltages are applied to the source electrode and the drain electrode, it is preferable to provide LDDs on both sides of the gate electrode.

また第1導電層1803は、第2導電層1802を用いてゲート配線を形成する場合、それらの両端を揃えるようにパターニングしてもよい。その結果、微細なゲート配線を形成することができる。また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する必要もないからである。 Further, the first conductive layer 1803 may be patterned so that both ends thereof are aligned when the second conductive layer 1802 is used to form a gate wiring. As a result, a fine gate wiring can be formed. Further, it is not necessary to form the LDD overlapping the gate electrode in a self-aligning manner.

図18において、nチャネル型薄膜トランジスタ1822は、ゲート電極の片側に不純物領域1806の不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域1807が半導体層1805に形成されている。図19(B)で示すように、nチャネル型薄膜トランジスタ1822のゲート電極1809において、第1導電層1803は、第2導電層1802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1802をマスクとして、第1導電層1803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. 18, an n-channel thin film transistor 1822 has a semiconductor layer 1805 formed with an impurity region 1807 doped at a lower concentration than the impurity concentration of the impurity region 1806 on one side of a gate electrode. As shown in FIG. 19B, in the gate electrode 1809 of the n-channel thin film transistor 1822, the first conductive layer 1803 is formed to extend to one side of the second conductive layer 1802. In this case as well, LDD can be formed in a self-aligned manner by adding an impurity of one conductivity type through the first conductive layer 1803 using the second conductive layer 1802 as a mask.

片側にLDDを有する薄膜トランジスタは、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薄膜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薄膜トランジスタや、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薄膜トランジスタに適用すればよい。 A thin film transistor having an LDD on one side may be applied to a thin film transistor in 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 thin film transistor forming a logic gate such as an inverter circuit, a NAND circuit, a NOR circuit, or a latch circuit, or a thin film transistor forming an analog circuit such as a sense amplifier, a constant voltage generation circuit, or a VCO.

図18において、容量素子1824は、第1導電層1803と半導体層1805とで絶縁層1808を挟んで形成されている。容量素子1824を形成する半導体層1805には、不純物領域1810と不純物領域1811を備えている。不純物領域1811は、半導体層1805において第1導電層1803と重なる位置に形成される。また、不純物領域1810は配線1804とコンタクトを形成する。不純物領域1811は、第1導電層1803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1810と不純物領域1811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1824において、半導体層1805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1803は、図19(C)に示すように、第2導電層1802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1803と第2導電層1802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1824を自己整合的に形成することができる。 In FIG. 18, the capacitor 1824 is formed with a first conductive layer 1803 and a semiconductor layer 1805 sandwiching an insulating layer 1808. A semiconductor layer 1805 that forms the capacitor 1824 includes an impurity region 1810 and an impurity region 1811. The impurity region 1811 is formed in the semiconductor layer 1805 so as to overlap with the first conductive layer 1803. Further, the impurity region 1810 forms a contact with the wiring 1804. Since the impurity region 1811 can be doped with one conductivity type impurity through the first conductive layer 1803, the impurity concentrations in the impurity region 1810 and the impurity region 1811 can be the same or different. It is. In any case, since the semiconductor layer 1805 functions as an electrode in the capacitor 1824, it is preferable to reduce the resistance by adding an impurity of one conductivity type. Further, as shown in FIG. 19C, the first conductive layer 1803 can sufficiently function as an electrode by using the second conductive layer 1802 as an auxiliary electrode. As described above, by using a composite electrode structure in which the first conductive layer 1803 and the second conductive layer 1802 are combined, the capacitor 1824 can be formed in a self-aligning manner.

容量素子は、実施の形態における電源回路108が有する保持容量、あるいは共振回路107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。 The capacitor is used as a storage capacitor included in the power supply circuit 108 in the embodiment or a resonance capacitor included in the resonance circuit 107. In particular, since both positive and negative voltages are applied between the two terminals of the capacitive element, the resonant capacitor needs to function as a capacitor regardless of whether the voltage between the two terminals is positive or negative.

図19(D)において、抵抗素子1825は、第1導電層1803によって形成されている。第1導電層1803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. 19D, the resistance element 1825 is formed of the first conductive layer 1803. Since the first conductive layer 1803 is formed to a thickness of about 30 to 150 nm, a resistance element can be configured by appropriately setting the width and length thereof.

抵抗素子は、実施の形態における変調復調回路105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、膜質という少ないパラメータにより抵抗値が決定するため、抵抗素子のばらつきを小さくすることができ好ましい。 The resistance element is used as a resistance load included in the modulation / demodulation circuit 105 in the embodiment. Also, it may be used as a load when current is controlled by a VCO or the like. The resistance element may be formed using a semiconductor layer containing an impurity element at a high concentration or a thin metal layer. In contrast to a semiconductor layer whose resistance value depends on film thickness, film quality, impurity concentration, activation rate, etc., the metal layer has a resistance value determined by a small number of parameters such as film thickness and film quality, so that variation in resistance elements is reduced. Can be preferable.

図19(E)において、pチャネル型薄膜トランジスタ1823は、半導体層1805に不純物領域1812を備えている。この不純物領域1812は、配線1804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1809の構成は第1導電層1803と第2導電層1802が重畳した構成となっている。pチャネル型薄膜トランジスタ1823はLDDを設けないシングルドレイン構造である。pチャネル型薄膜トランジスタ1823を形成する場合、不純物領域1812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1812にリンを添加すればシングルドレイン構造のnチャネル型薄膜トランジスタとすることもできる。 In FIG. 19E, a p-channel thin film transistor 1823 includes an impurity region 1812 in a semiconductor layer 1805. The impurity region 1812 forms source and drain regions that form a contact with the wiring 1804. The structure of the gate electrode 1809 is a structure in which the first conductive layer 1803 and the second conductive layer 1802 overlap each other. The p-channel thin film transistor 1823 has a single drain structure without an LDD. In the case of forming the p-channel thin film transistor 1823, boron or the like is added to the impurity region 1812 as an impurity imparting p-type conductivity. On the other hand, when phosphorus is added to the impurity region 1812, an n-channel thin film transistor having a single drain structure can be obtained.

半導体層1805及びゲート絶縁層として機能する絶縁層1808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/cm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(O、NOなど)又は窒化雰囲気(N、NHなど)で処理することにより、半導体層1805とゲート絶縁層として機能する絶縁層1808の界面の欠陥準位を低減することができる。ゲート絶縁層として機能する絶縁層1808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ゲート絶縁層として機能する絶縁層1808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1805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ゲート絶縁層として機能する絶縁層1808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1824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。 One or both of the semiconductor layer 1805 and the insulating layer 1808 functioning as a gate insulating layer are excited by microwaves, have an electron temperature of 2 eV or less, an ion energy of 5 eV or less, and an electron density of about 10 11 to 10 13 / cm 3. Oxidation or nitridation may be performed by high density plasma treatment. At this time, the substrate temperature is set to 300 to 450 ° C., and the semiconductor layer 1805 functions as a gate insulating layer by processing in an oxidizing atmosphere (O 2 , N 2 O, or the like) or a nitriding atmosphere (N 2 , NH 3, or the like). The defect level at the interface of the insulating layer 1808 can be reduced. By performing this treatment on the insulating layer 1808 functioning as a gate insulating layer, the insulating layer can be densified. That is, generation of charged defects can be suppressed, and variation in threshold voltage of the transistor can be suppressed. In the case where the transistor is driven with a voltage of 3 V or lower, the insulating layer oxidized or nitrided by this plasma treatment can be used as the insulating layer 1808 that functions as a gate insulating layer. When the driving voltage of the transistor is 3 V or more, the gate is formed by combining an insulating layer formed on the surface of the semiconductor layer 1805 by this plasma treatment and an insulating layer deposited by a CVD method (plasma CVD method or thermal CVD method). An insulating layer 1808 functioning as an insulating layer can be formed. Similarly, this insulating layer can also be used as a dielectric layer of the capacitor 1824. In this case, since the insulating layer formed by this plasma treatment is formed with a thickness of 1 to 10 nm and is a dense film, a capacitor having a large charge capacity can be formed.

図18及び図19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明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ー工程において、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. 18 and 19, 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 reduction function consisting of a diffraction grating pattern or a translucent 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19(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. 19A, 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18及び図19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導電層に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。 18 and 19, 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.

以上のようなトランジスタにより、半導体装置を構成することで、高性能且つ低消費電力の無線チップを、より軽量で安価に提供することができる。 By forming a semiconductor device with the above transistors, a wireless chip with high performance and low power consumption can be provided at a lower weight and at a lower cost.

本実施例は、実施の形態、上記実施例と自由に組み合わせて実施することが可能である。 This embodiment can be implemented by being freely combined with the embodiment mode and the above embodiment.

本実施例では、本発明における半導体装置を用いたシステム例について、図20及び図21を用いて説明する。本実施例では、本発明における半導体装置として無線チップを用いた、セキュリティー性に優れたパーソナルコンピュータの利用者認証システムについて説明する。 In this embodiment, a system example using the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a personal computer user authentication system with excellent security using a wireless chip as a semiconductor device according to the present invention will be described.

図20は、本実施例における利用者認証システムの概要図で、パーソナルコンピュータ2001、無線チップ2002である。パーソナルコンピュータ2001には、入力装置2003及びリーダ/ライタ2004が接続されている。 FIG. 20 is a schematic diagram of a user authentication system in this embodiment, which shows a personal computer 2001 and a wireless chip 2002. An input device 2003 and a reader / writer 2004 are connected to the personal computer 2001.

パーソナルコンピュータ2001及び無線チップ2002は、暗号用の共通鍵2005を有する。具体的には、パーソナルコンピュータ2001及び無線チップ2002のメモリに共通鍵2005のデータを各々格納する。共通鍵2005は、例えば64ビット〜128ビットのデータで、平文(暗号化する前のデータ)の暗号化及び暗号文の復号に用いられる。共通鍵は、正規に登録された利用者毎に異なる共通鍵が作成され、パーソナルコンピュータ2001は、全てを有している。すなわち、正規に登録された利用者数分の共通鍵をパーソナルコンピュータ2001は有している。一方、無線チップ2002は、正規に登録された利用者が所有し、当該の利用者に固有な共通鍵のみを有している。共通鍵は、他者に知られぬよう、保存しなければならない。 The personal computer 2001 and the wireless chip 2002 have a common key 2005 for encryption. Specifically, the data of the common key 2005 is stored in the memories of the personal computer 2001 and the wireless chip 2002, respectively. The common key 2005 is 64-bit to 128-bit data, for example, and is used for encryption of plaintext (data before encryption) and decryption of the ciphertext. As the common key, a different common key is created for each registered user, and the personal computer 2001 has all the common keys. In other words, the personal computer 2001 has as many common keys as the number of users registered in a regular manner. On the other hand, the wireless chip 2002 is owned by a properly registered user and has only a common key unique to the user. The common key must be stored so that it is not known to others.

なお、本実施例では、暗号方式として共通鍵暗号方式(ISO/IEC 9798−2 Information technology−Security techniques−Entity authentication− Part 2 : Mechanisms using symmetric encipherment algorithms参照)を用いる場合の例について示すが、公開鍵暗号方式(ISO/IEC 9798−3 Information technology−Security techniques−Entity authentication− Part 3 : Mechanisms using digital signature techniques参照)など、他の暗号方式でも容易に適用できる。 In this embodiment, a common key cryptosystem (ISO / IEC 9798-2 Information technology-Security techniques-Entity authentication-Part 2: An example of using a mechanical encryption metric) is used. Key encryption method (refer to ISO / IEC 9798-3 Information technology-Security techniques-Entity authentication-Part 3: also in the method used by the machinery using digital signature method, etc.) Easy to apply.

パーソナルコンピュータ2001は、共通鍵2005を用いて、平文を暗号化する手段を有する。具体的には、暗号化アルゴリズムを実行するソフトウェアを搭載しているものとする。また、無線チップ2002は、共通鍵2005を用いて、暗号文を復号する手段を有する。具体的には、上記実施の形態で示した演算回路において、復号アルゴリズムを実行する。 The personal computer 2001 has means for encrypting plaintext using the common key 2005. Specifically, it is assumed that software for executing an encryption algorithm is installed. The wireless chip 2002 also has means for decrypting the ciphertext using the common key 2005. Specifically, a decoding algorithm is executed in the arithmetic circuit shown in the above embodiment.

以下、図21のフローチャートを用いて、本実施例における利用者認証システムの利用方法を説明する。 Hereinafter, a method of using the user authentication system in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、利用希望者が入力装置2003を用いて、パーソナルコンピュータ2001における利用者名及びパスワードを入力する(利用者名入力2101)。パスワードは、正規の利用者が事前に登録しておく。パーソナルコンピュータ2001は、入力された利用者名から、該当する共通鍵を用いて、ある平文を暗号化する(暗号データ作成2102)。ここで、平文は、特定の意味を持ったデータでも、無意味なデータでも良い。次に、暗号データをリーダ/ライタ2004から送信する(暗号データ送信2103)。無線チップ2002は、暗号データを受信し、共通鍵2005を用いて暗号データを復号し(復号化処理2104)、復号データをリーダ/ライタに送信する(復号データ送信2105)。パーソナルコンピュータ2001は、復号データを、最初の平文と比較し(認証2106)、一致した場合のみ、利用希望者が正規に登録されている利用者であると認め、利用可能とする(平常利用2107)。 First, a user who wishes to use inputs the user name and password in the personal computer 2001 using the input device 2003 (user name input 2101). The password is registered in advance by an authorized user. The personal computer 2001 encrypts a certain plain text from the input user name using the corresponding common key (encrypted data creation 2102). Here, the plaintext may be data having a specific meaning or meaningless data. Next, the encrypted data is transmitted from the reader / writer 2004 (encrypted data transmission 2103). The wireless chip 2002 receives the encrypted data, decrypts the encrypted data using the common key 2005 (decryption process 2104), and transmits the decrypted data to the reader / writer (decrypted data transmission 2105). The personal computer 2001 compares the decrypted data with the first plaintext (authentication 2106), and if it matches, the personal computer 2001 recognizes that the user who wants to use is a registered user and makes it available (normal use 2107). ).

以上のような、本実施例における利用者認証システムでは、パスワードを知り、且つ無線チップを所有していないとコンピュータを利用できない。従って、パスワードのみの認証よりセキュリティー性が非常に高い。また、利用者は、無線チップを携帯していれば、従来のパスワードのみによる認証と、何ら変わりなくパーソナルコンピュータを利用でき、新たな負担は少ない。 In the user authentication system in the present embodiment as described above, the computer cannot be used unless the password is known and the wireless chip is not owned. Therefore, security is much higher than password-only authentication. In addition, if the user carries the wireless chip, the user can use the personal computer without any change from the conventional authentication using only the password, and there is little new burden.

なお、本実施例では、パーソナルコンピュータの利用者認証について説明したが、正規に登録された利用者のみが利用できる他のシステムに対しても容易に適用できる。例えば、ATM(Automated Teller Machine:現金自動支払機)、CD(Cash Dispenser:現金自動払出機)などに、容易に適用できる。 In this embodiment, personal computer user authentication has been described. However, the present invention can be easily applied to other systems that can be used only by authorized users. For example, it can be easily applied to ATM (Automated Teller Machine), CD (Cash Dispenser) and the like.

以上のような構成とすることで、本発明における半導体装置を用いた、非常にセキュリティー性が高い利用者認証システムを安価に構築することができる。 With the configuration as described above, a user authentication system with extremely high security using the semiconductor device of the present invention can be constructed at low cost.

なお、本実施例は、実施の形態、上記実施例と自由に組み合わせて実施することが可能である。 Note that this embodiment can be implemented by being freely combined with the embodiment mode and the above embodiment.

本実施例では、本発明における半導体装置の例として、暗号処理機能を有する無線チップについて図26〜図28を用いて説明する。図26は、無線チップのブロック図、図27は無線チップのレイアウト図、図28は無線チップの断面図である。 In this embodiment, as an example of a semiconductor device in the present invention, a wireless chip having a cryptographic processing function will be described with reference to FIGS. 26 is a block diagram of the wireless chip, FIG. 27 is a layout diagram of the wireless chip, and FIG. 28 is a cross-sectional view of the wireless chip.

まず、図26を用いて無線チップのブロック構成を説明する。図26において、無線チップ2601は、CPU2602と、ROM2603と、RAM2604と、コントローラ2605と、からなる演算回路2606と、アンテナ2607と、共振回路2608と、電源回路2609と、リセット回路2610と、クロック生成回路2611と、復調回路2612と、変調回路2613と、電源管理回路2614と、からなるアナログ部2615と、から構成される。コントローラ2605は、CPUインターフェース(CPUIF)2616と、制御レジスタ2617と、コード抽出回路2618と、符号化回路2619と、から構成される。なお、図26では、説明の簡単化のため、通信信号を受信信号2620と、送信信号2621とに分けて示したが、実際には、両者は一体化された(重ね合わされた)信号であり、無線チップ2601及びリーダ/ライタの間で同時に送受信される。受信信号2620は、アンテナ2607と共振回路2608とで受信された後、復調回路2612により復調される。また、送信信号2621は、変調回路2613により変調された後、アンテナ2607より送信される。 First, the block configuration of the wireless chip is described with reference to FIG. In FIG. 26, the wireless chip 2601 includes an arithmetic circuit 2606 including a CPU 2602, a ROM 2603, a RAM 2604, a controller 2605, an antenna 2607, a resonance circuit 2608, a power supply circuit 2609, a reset circuit 2610, and a clock generation. The analog unit 2615 includes a circuit 2611, a demodulation circuit 2612, a modulation circuit 2613, and a power management circuit 2614. The controller 2605 includes a CPU interface (CPUIF) 2616, a control register 2617, a code extraction circuit 2618, and an encoding circuit 2619. In FIG. 26, for simplification of explanation, the communication signal is shown as being divided into a reception signal 2620 and a transmission signal 2621. However, in actuality, both are integrated (overlapped) signals. The wireless chip 2601 and the reader / writer are simultaneously transmitted and received. Received signal 2620 is received by antenna 2607 and resonant circuit 2608, and then demodulated by demodulation circuit 2612. Further, the transmission signal 2621 is modulated by the modulation circuit 2613 and then transmitted from the antenna 2607.

図26において、通信信号により形成される磁界中に無線チップ2601を置くと、アンテナ2607と共振回路2608により、誘導起電力を生じる。誘導起電力は、電源回路2609における電気容量により保持され、また電気容量によって電位が安定化され、無線チップ2601の各回路に電源電圧として供給される。リセット回路2610は、無線チップ2601全体の初期リセット信号を生成する。例えば、電源電圧の上昇に遅延して立ち上がる信号をリセット信号として生成する。クロック生成回路2611は、電源管理回路2614より生成される制御信号に応じて、クロック信号の周波数とデューティー比を変更する。復調回路2612は、ASK方式の受信信号2620の振幅の変動を”0”/”1”の受信データ2622として検出する。復調回路2612は、例えばローパスフィルターとする。さらに、変調回路2613は、送信データをASK方式の送信信号2621の振幅を変動させて送信する。例えば、送信データ2623が”0”の場合、共振回路2608の共振点を変化させ、通信信号の振幅を変化させる。電源管理回路2614は、電源回路2609より演算回路2606に供給される電源電圧または演算回路2606における消費電流を監視し、クロック生成回路2611において、クロック信号の周波数とデューティー比を変更するための制御信号を生成する。 In FIG. 26, when the wireless chip 2601 is placed in a magnetic field formed by a communication signal, an induced electromotive force is generated by the antenna 2607 and the resonance circuit 2608. The induced electromotive force is held by an electric capacity in the power supply circuit 2609, and the potential is stabilized by the electric capacity, and is supplied as a power supply voltage to each circuit of the wireless chip 2601. The reset circuit 2610 generates an initial reset signal for the entire wireless chip 2601. For example, a signal that rises after a rise in the power supply voltage is generated as a reset signal. The clock generation circuit 2611 changes the frequency and duty ratio of the clock signal in accordance with the control signal generated by the power management circuit 2614. The demodulation circuit 2612 detects the fluctuation of the amplitude of the ASK reception signal 2620 as “0” / “1” reception data 2622. The demodulation circuit 2612 is a low-pass filter, for example. Further, the modulation circuit 2613 transmits the transmission data by changing the amplitude of the ASK transmission signal 2621. For example, when the transmission data 2623 is “0”, the resonance point of the resonance circuit 2608 is changed, and the amplitude of the communication signal is changed. The power management circuit 2614 monitors the power supply voltage supplied from the power supply circuit 2609 to the arithmetic circuit 2606 or the current consumption in the arithmetic circuit 2606, and a control signal for changing the frequency and duty ratio of the clock signal in the clock generation circuit 2611. Is generated.

本実施例における無線チップの動作を説明する。まず、無線チップ2601がリーダ/ライタより送信された受信信号2620が含む暗号文データを受信する。受信信号2620は、復調回路2612で復調された後、コード抽出回路2618で制御コマンドや暗号文のデータなどに分解され、制御レジスタ2617に格納される。ここで、制御コマンドは、無線チップ2601の応答を指定するデータである。例えば、固有ID番号の送信、動作停止、暗号解読などを指定する。ここでは、暗号解読の制御コマンドを受信したとする。 The operation of the wireless chip in this embodiment will be described. First, the wireless chip 2601 receives ciphertext data included in the reception signal 2620 transmitted from the reader / writer. The received signal 2620 is demodulated by the demodulation circuit 2612, decomposed into a control command, ciphertext data, and the like by the code extraction circuit 2618 and stored in the control register 2617. Here, the control command is data specifying a response of the wireless chip 2601. For example, transmission of a unique ID number, operation stop, and decryption are designated. Here, it is assumed that a decryption control command is received.

続いて、演算回路2606において、CPU2602が、ROM2603に格納された暗号解読プログラムにしたがって、ROM2603にあらかじめ格納された秘密鍵2624を用いて暗号文を解読(復号)する。復号された暗号文(復号文)は、制御レジスタ2617に格納される。この際、RAM2604をデータ格納領域として用いる。なお、CPU2602は、CPUIF2616を介してROM2603、RAM2604、制御レジスタ2617にアクセスする。CPUIF2616は、CPU2602が要求するアドレスより、ROM2603、RAM2604、制御レジスタ2617のいずれかに対するアクセス信号を生成する機能を有している。 Subsequently, in the arithmetic circuit 2606, the CPU 2602 decrypts (decrypts) the ciphertext using the secret key 2624 stored in advance in the ROM 2603 according to the decryption program stored in the ROM 2603. The decrypted ciphertext (decrypted text) is stored in the control register 2617. At this time, the RAM 2604 is used as a data storage area. Note that the CPU 2602 accesses the ROM 2603, the RAM 2604, and the control register 2617 via the CPUIF 2616. The CPU IF 2616 has a function of generating an access signal for any of the ROM 2603, the RAM 2604, and the control register 2617 from an address requested by the CPU 2602.

最後に、符号化回路2619において、復号文から送信データ2623を生成し、変調回路2613で変調し、アンテナ2607より送信信号2621をリーダ/ライタに送信する。 Finally, in the encoding circuit 2619, transmission data 2623 is generated from the decoded text, modulated by the modulation circuit 2613, and the transmission signal 2621 is transmitted from the antenna 2607 to the reader / writer.

なお、本実施例では、演算方式として、ソフトウェア的に処理する方式、すなわち、CPUと大規模メモリとで演算回路を構成し、プログラムをCPUで実行する方式について説明したが、目的に応じて最適な演算方式を選び、当該方式に基づいて構成することも可能である。例えば、演算方式として、他にも、演算をハードウェア的に処理する方式と、ハードウェア及びソフトウェアを併用する方式と、が考えられる。ハードウェア的に処理する方式では、専用回路で演算回路を構成すれば良い。ハードウェア及びソフトウェアを併用する方式では、専用回路と、CPUと、メモリと、で演算回路を構成し、専用回路で演算処理の一部分を行い、残りの演算処理のプログラムをCPUで実行すれば良い。 In this embodiment, as a calculation method, a method of processing by software, that is, a method of configuring a calculation circuit with a CPU and a large-scale memory and executing a program by the CPU has been described. It is also possible to select an appropriate calculation method and configure based on the method. For example, as a calculation method, other methods such as a method of processing the operation in hardware and a method of using both hardware and software are conceivable. In the method of processing in hardware, an arithmetic circuit may be configured with a dedicated circuit. In the method using both hardware and software, a dedicated circuit, a CPU, and a memory constitute an arithmetic circuit, a part of the arithmetic processing is performed by the dedicated circuit, and the remaining arithmetic processing program is executed by the CPU. .

次に、図27を用いて、無線チップのレイアウト構成について説明する。なお、図27において、図26に相当する部分には、同一の番号を付し、説明を省略する。 Next, the layout configuration of the wireless chip is described with reference to FIG. In FIG. 27, parts corresponding to those in FIG. 26 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図27において、FPCパッド2707は、FPC(Flexible Print Circuit)を無線チップ2601に貼る時に用いる電極パッド群であり、アンテナバンプ2708は、アンテナ(図示せず)を貼り付ける電極パッドである。なお、アンテナを貼り付ける際には、アンテナバンプ2708に過度の圧力が印加される可能性がある。したがって、アンテナバンプ2708の下には、トランジスタなど、回路を構成する部品を配置しないことが望ましい。 In FIG. 27, an FPC pad 2707 is an electrode pad group used when an FPC (Flexible Print Circuit) is attached to the wireless chip 2601, and an antenna bump 2708 is an electrode pad for attaching an antenna (not shown). Note that when the antenna is attached, excessive pressure may be applied to the antenna bump 2708. Therefore, it is desirable not to dispose a component such as a transistor under the antenna bump 2708.

FPCパッド2707は、主に不良解析時に用いると有効である。無線チップでは、電源電圧を通信信号から得るため、例えば、アンテナや電源回路で不良が発生している場合、演算回路が全く動作しない。このため、不良解析が著しく困難となる。しかし、FPCより、FPCパッド2707を介して無線チップ2601に電源電圧を供給し、また、アンテナより供給される電気信号の代わりに、任意の電気信号を入力することで、演算回路を動作させることが可能になる。したがって、不良解析が効率的に行える。 The FPC pad 2707 is effective when used mainly for failure analysis. In the wireless chip, since the power supply voltage is obtained from the communication signal, for example, when a failure occurs in the antenna or the power supply circuit, the arithmetic circuit does not operate at all. For this reason, failure analysis becomes extremely difficult. However, the power supply voltage is supplied from the FPC to the wireless chip 2601 through the FPC pad 2707, and the arithmetic circuit is operated by inputting an arbitrary electric signal instead of the electric signal supplied from the antenna. Is possible. Therefore, failure analysis can be performed efficiently.

さらに、FPCパッド2707を、プローバーを使った測定が可能な配置にすると更に有効である。すなわち、FPCパッド2707において、電極パッドを、プローバーの針のピッチに合わせて配置することで、プローバーによる測定が可能となる。プローバーを用いることで、不良解析時に、FPCを貼り付ける工数を減らすことができる。また、基板上に複数の無線チップを形成した状態でも測定できるので、個々の無線チップに分断する工数も減らすことができる。また、量産時に、アンテナを貼り付ける工程の直前に、無線チップの良品検査を行うことが可能である。したがって、工程の早い段階で不良品を選別できるので、生産コストを削減することができる。 Furthermore, it is more effective to arrange the FPC pad 2707 so that measurement using a prober is possible. That is, in the FPC pad 2707, the electrode pad is arranged in accordance with the pitch of the prober needle, whereby measurement by the prober becomes possible. By using a prober, it is possible to reduce the number of steps for attaching the FPC during failure analysis. Further, since measurement can be performed even when a plurality of wireless chips are formed on a substrate, the number of steps for dividing each wireless chip can be reduced. In addition, it is possible to perform a non-defective inspection of the wireless chip immediately before the step of attaching the antenna during mass production. Accordingly, defective products can be selected at an early stage of the process, so that production costs can be reduced.

このような無線チップの断面図を図28に示す。まず図18に示したように、配線1804まで形成する。配線1804を覆うように、絶縁層1853を形成する。絶縁層1853は、無機材料又は有機材料を用いることができる。無機材料は、酸化珪素、窒化珪素を用いることができる。有機材料はポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサン、ポリシラザンを用いることができる。なお、シロキサンとは、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。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、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。ポリシラザンは、珪素(Si)と窒素(N)の結合を有するポリマー材料を出発原料として形成される。 A cross-sectional view of such a wireless chip is shown in FIG. First, as shown in FIG. 18, the wiring 1804 is formed. An insulating layer 1853 is formed so as to cover the wiring 1804. The insulating layer 1853 can be formed using an inorganic material or an organic material. As the inorganic material, silicon oxide or silicon nitride can be used. As the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, siloxane, or polysilazane can be used. Note that siloxane has a skeleton structure of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Polysilazane is formed using a polymer material having a bond of silicon (Si) and nitrogen (N) as a starting material.

接続領域1850において、配線1804と同時に形成される配線1851が露出するように、絶縁層1853に開口部を形成する。開口部において、上端の角部は丸みを帯び、側面にはテーパをつけるとよい。その後に形成するパターンの段切れを防止することができるからである。 In the connection region 1850, an opening is formed in the insulating layer 1853 so that the wiring 1851 formed at the same time as the wiring 1804 is exposed. In the opening, a corner portion at the upper end is rounded and a side surface is preferably tapered. This is because it is possible to prevent disconnection of the pattern formed thereafter.

開口部には、接続配線1852を形成する。接続配線1852はアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)もしくはシリコン(Si)の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜等から形成することができる。またインジウム錫酸化物(ITO)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、2から20%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム等の透光性材料を用いることができる。このとき、接続配線1852はnチャネル型薄膜トランジスタ1821、nチャネル型薄膜トランジスタ1822、容量素子1824、抵抗素子1825、pチャネル型薄膜トランジスタ1823といった領域には重ならないようにする。不要な寄生容量の発生を防止するためである。 A connection wiring 1852 is formed in the opening. The connection wiring 1852 can be formed of a film made of an element of aluminum (Al), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), or silicon (Si), an alloy film using these elements, or the like. Alternatively, a light-transmitting material such as indium tin oxide (ITO), indium tin oxide containing silicon oxide, or indium oxide containing 2 to 20% zinc oxide can be used. At this time, the connection wiring 1852 is not overlapped with regions such as the n-channel thin film transistor 1821, the n-channel thin film transistor 1822, the capacitor 1824, the resistor 1825, and the p-channel thin film transistor 1823. This is to prevent generation of unnecessary parasitic capacitance.

絶縁層1853、及び接続配線1852を覆うように絶縁層1854を形成する。絶縁層1854は、絶縁層1853と同様に作製することができる。 An insulating layer 1854 is formed so as to cover the insulating layer 1853 and the connection wiring 1852. The insulating layer 1854 can be manufactured in a manner similar to that of the insulating layer 1853.

絶縁層1853上に設けられた接続配線1852が露出するように、絶縁層1854に開口部を形成する。開口部内に、導電性微粒子1855を有する異方性導電体1856を設け、導電層1857を有するFPC(フレキシブルプリントサーキット)1858を接続する。 An opening is formed in the insulating layer 1854 so that the connection wiring 1852 provided over the insulating layer 1853 is exposed. An anisotropic conductor 1856 having conductive fine particles 1855 is provided in the opening, and an FPC (flexible printed circuit) 1858 having a conductive layer 1857 is connected.

このようにして、本発明の無線チップを作製することができる。 In this manner, the wireless chip of the present invention can be manufactured.

アンテナは、電波法に定められた範囲内で目的に見合った大きさ、形状であればよい。送受信される信号は、125kHz、13.56MHz、915MHz、2.45GHzなどがあり、それぞれISO規格などが設定される。具体的なアンテナとしては、ダイポールアンテナ、パッチアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナなどが用いればよい。本実施例では、無線チップに接続されるアンテナ形状について説明する。 The antenna may be any size and shape that meets the purpose within the range stipulated by the Radio Law. Signals to be transmitted and received include 125 kHz, 13.56 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz, and the like, and ISO standards are set for each. As a specific antenna, a dipole antenna, a patch antenna, a loop antenna, a Yagi antenna, or the like may be used. In this embodiment, an antenna shape connected to a wireless chip is described.

図29(A)には、外付けアンテナ1602が接続された無線チップ1601を示す。図29(A)において、無線チップ1601が中心部に設けられ、アンテナ1602は無線チップ1601の接続端子に接続されている。アンテナの長さを確保するため、アンテナ1602は矩形状に折れ曲がっている。 FIG. 29A illustrates a wireless chip 1601 to which an external antenna 1602 is connected. In FIG. 29A, a wireless chip 1601 is provided in the center, and an antenna 1602 is connected to a connection terminal of the wireless chip 1601. In order to secure the length of the antenna, the antenna 1602 is bent into a rectangular shape.

図29(B)には、外付けアンテナ1603が無線チップ1601の一端側の接続端子に設けられた形態を示す。アンテナの長さを確保するため、アンテナ1603は矩形状に折れ曲がっている。 FIG. 29B illustrates a mode in which the external antenna 1603 is provided on a connection terminal on one end side of the wireless chip 1601. In order to secure the length of the antenna, the antenna 1603 is bent into a rectangular shape.

図29(C)には、矩形状に折れ曲がった外付けアンテナ1604が無線チップ1601の両端に設けられた形態を示す。 FIG. 29C illustrates a mode in which external antennas 1604 bent in a rectangular shape are provided at both ends of the wireless chip 1601.

図29(D)には、無線チップ1601の両端に直線状の外付けアンテナ1605が設けられている形態を示す。 FIG. 29D illustrates a mode in which a linear external antenna 1605 is provided at both ends of the wireless chip 1601.

このようにアンテナの形状は無線チップの構造若しくは偏波、又は用途に見合ったものを選択すればよい。そのため、ダイポールアンテナであれば折り返しダイポールアンテナであってもよい。ループアンテナであれば、円形ループアンテナ、方形ループアンテナであってもよい。パッチアンテナであれば円形パッチアンテナ、方形アンテナであってもよい。 As described above, the shape of the antenna may be selected in accordance with the structure or polarization of the wireless chip or the application. Therefore, a folded dipole antenna may be used as long as it is a dipole antenna. As long as it is a loop antenna, it may be a circular loop antenna or a square loop antenna. If it is a patch antenna, a circular patch antenna or a square antenna may be used.

なお、パッチアンテナの場合、セラミック等の誘電材料を用いたアンテナを用いればよい。パッチアンテナの基板として用いる誘電材料の誘電率を高くすることによってアンテナを小型化することができる。また、パッチアンテナの場合、機械強度が高いため、繰り返し使用することが可能である。 In the case of a patch antenna, an antenna using a dielectric material such as ceramic may be used. The antenna can be miniaturized by increasing the dielectric constant of the dielectric material used as the patch antenna substrate. In the case of the patch antenna, since the mechanical strength is high, it can be used repeatedly.

なお、パッチアンテナの誘電材料は、セラミック、有機樹脂、又はセラミックと有機樹脂の混合物等で形成することができる。セラミックの代表例としては、アルミナ、ガラス、フォルステライト等が挙げられる。さらには、複数のセラミックを混合して用いてもよい。また、高い誘電率を得るためには、誘電体層を、強誘電体材料で形成することが好ましい。強誘電体材料の代表例としては、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、ジルコン酸鉛(PbZrO)、二オブ酸リチウム(LiNbO)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等が挙げられる。さらには、複数の強誘電体材料を混合して用いてもよい。 The dielectric material of the patch antenna can be formed of ceramic, organic resin, a mixture of ceramic and organic resin, or the like. Representative examples of ceramics include alumina, glass, forsterite and the like. Furthermore, a plurality of ceramics may be mixed and used. In order to obtain a high dielectric constant, the dielectric layer is preferably formed of a ferroelectric material. Typical examples of the ferroelectric material include barium titanate (BaTiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), lead zirconate (PbZrO 3 ), lithium diobate (LiNbO 3 ). And lead zirconate titanate (PZT). Further, a plurality of ferroelectric materials may be mixed and used.

なお無線チップ1601には、上記実施の形態及び実施例で示した構造を適用することができる。 Note that the structure described in any of the above embodiments and examples can be applied to the wireless chip 1601.

本実施例では、本発明の半導体装置をプラスチック基板上に形成した形態を示す。なお本実施の形態の半導体装置は、無線通信を行うためRF回路を有し、演算回路にCPUを有する。 In this embodiment, the semiconductor device of the present invention is formed on a plastic substrate. Note that the semiconductor device of this embodiment includes an RF circuit for wireless communication and a CPU in an arithmetic circuit.

本発明の半導体装置の通信仕様を表1に示す。 Table 1 shows communication specifications of the semiconductor device of the present invention.

通信には13.56MHz帯域の無線信号を用い、通信規格、プロトコルは、ISO/IEC 15693に部分準拠である。本発明の半導体装置は、電源電圧をアンテナを介して該無線信号より供給する。本発明の半導体装置は外付けアンテナを有するが、回路と一体形成された内蔵アンテナであってもよい。データ転送速度は、26.48kビット/sとし、リーダ/ライタから半導体装置へのデータ符号化はパルス位置変調であり、半導体装置からリーダ/ライタへのデータ符号化はマンチェスター方式とする。 A 13.56 MHz band radio signal is used for communication, and the communication standard and protocol are partially compliant with ISO / IEC 15693. In the semiconductor device of the present invention, the power supply voltage is supplied from the radio signal via the antenna. Although the semiconductor device of the present invention has an external antenna, it may be a built-in antenna integrally formed with a circuit. The data transfer rate is 26.48 kbit / s, data encoding from the reader / writer to the semiconductor device is pulse position modulation, and data encoding from the semiconductor device to the reader / writer is the Manchester system.

本発明の半導体装置の概要を表2に示す。 Table 2 shows an outline of the semiconductor device of the present invention.

本発明の半導体装置は、上述したようにフレキシブル基板に薄膜トランジスタを用いて形成することができるため、103mgという非常に軽量な半導体装置を提供することができる。 Since the semiconductor device of the present invention can be formed using a thin film transistor over a flexible substrate as described above, a very lightweight semiconductor device of 103 mg can be provided.

次に、本発明の半導体装置のブロック構成を図30に示す。本発明の半導体装置550は、無線用回路551と、ロジック回路570とを有する。無線用回路551は、共振容量552、電源回路553、システムリセット回路554、クロックジェネレータ555、復調回路556、変調回路557等を有する。共振容量552は、外付けアンテナ574とともに共振回路を構成することができる。電源回路553は、整流回路と保持容量とを有し、電源電圧を生成することができる。システムリセット回路554はシステムリセット信号を生成し、クロックジェネレータ555はシステムクロック信号を生成することができる。復調回路556は、LPF(Low Pass Filter)を有し、無線信号からデータを抽出することができる。変調回路557は、マンチェスター方式により、無線信号にデータを重畳することができる。これら回路は薄膜トランジスタから形成することができる。 Next, FIG. 30 shows a block configuration of the semiconductor device of the present invention. The semiconductor device 550 of the present invention includes a wireless circuit 551 and a logic circuit 570. The wireless circuit 551 includes a resonance capacitor 552, a power supply circuit 553, a system reset circuit 554, a clock generator 555, a demodulation circuit 556, a modulation circuit 557, and the like. The resonance capacitor 552 can form a resonance circuit together with the external antenna 574. The power supply circuit 553 includes a rectifier circuit and a storage capacitor, and can generate a power supply voltage. The system reset circuit 554 can generate a system reset signal, and the clock generator 555 can generate a system clock signal. The demodulation circuit 556 has an LPF (Low Pass Filter) and can extract data from a radio signal. The modulation circuit 557 can superimpose data on a radio signal by the Manchester method. These circuits can be formed from thin film transistors.

ロジック回路570は、コントローラ560、CPU571、ROM572、RAM573等を有し、コントローラ560は、クロック制御回路561、制御レジスタ562、受信データレジスタ563、送信データレジスタ564、無線用インターフェース567、CPU用インターフェース568を有する。これら回路等は、薄膜トランジスタから形成することができる。復調回路556及び変調回路557は、無線用インターフェース567を介して制御レジスタ562、受信データレジスタ563、送信データレジスタ564と信号のやりとりを行うことができる。クロックジェネレータ555は、クロック制御回路561によって制御され、クロック制御回路561は制御レジスタ562に基づき動作する。制御レジスタ562、受信データレジスタ563及び送信データレジスタ564は、CPU用インターフェース568を介してCPU571、ROM572及びRAM573と信号のやりとりを行うことができる。 The logic circuit 570 includes a controller 560, a CPU 571, a ROM 572, a RAM 573, and the like. The controller 560 includes a clock control circuit 561, a control register 562, a reception data register 563, a transmission data register 564, a wireless interface 567, and a CPU interface 568. Have These circuits and the like can be formed from thin film transistors. The demodulation circuit 556 and the modulation circuit 557 can exchange signals with the control register 562, the reception data register 563, and the transmission data register 564 through the wireless interface 567. The clock generator 555 is controlled by the clock control circuit 561, and the clock control circuit 561 operates based on the control register 562. The control register 562, the reception data register 563, and the transmission data register 564 can exchange signals with the CPU 571, the ROM 572, and the RAM 573 via the CPU interface 568.

半導体装置が有するCPUは、8bit CISCとし、上記実施の形態で示した2相ノンオーバーラップクロック動作のフリップフロップで構成することができる。2相ノンオーバーラップクロック動作のフリップフロップで構成することにより、クロックスキューのばらつきや、TFT特性のばらつきに起因する誤動作を防止し、信頼性向上を図ることができる。ROM572には、2KBのマスクROMを適用することができ、プログラムや秘密鍵などを格納することができる。RAM573には、64B SRAMを適用することができ、SRAMはCPUの作業領域として使用することができる。このようにメモリセルの回路構成を工夫し、書き込み/読み出しの信頼性向上を図る。またコントローラ560は、本半導体装置のステートマシンとしての機能を有する。 The CPU included in the semiconductor device is an 8-bit CISC, and can be configured with the flip-flops of the two-phase non-overlap clock operation described in the above embodiment. By using a flip-flop with a two-phase non-overlapping clock operation, it is possible to prevent malfunction caused by variations in clock skew and TFT characteristics and improve reliability. As the ROM 572, a 2 KB mask ROM can be applied, and a program, a secret key, and the like can be stored. A 64B SRAM can be applied to the RAM 573, and the SRAM can be used as a work area of the CPU. Thus, the circuit configuration of the memory cell is devised to improve the reliability of writing / reading. The controller 560 has a function as a state machine of the semiconductor device.

本半導体装置における状態遷移図を、図31に示す。制御レジスタ562における状態フラグの変更により、演算状態580、受信状態581、送信状態582を順に遷移する。受信状態581では、無線信号より抽出したシリアルデータを、受信データレジスタ563に格納する。演算状態580では、CPU571がROM572に格納されたプログラムや受信データレジスタ563のデータを用いて処理を行い、送信データを送信データレジスタ564に格納する。送信状態582では、送信データレジスタ564に格納された送信データをシリアルデータに変換して、順次送信する。ロジック回路570は、演算状態580、受信状態581、送信状態582で動作する回路毎に、各々受信ブロック、演算ブロック、送信ブロックに分割されており、各ブロックへのクロック信号の供給をクロック制御回路561にて制御する。このような緻密なクロック信号の制御により、本半導体装置における消費電流を低減し、信頼性向上を図ることができる。 FIG. 31 shows a state transition diagram in this semiconductor device. By changing the state flag in the control register 562, the operation state 580, the reception state 581, and the transmission state 582 are changed in order. In the reception state 581, serial data extracted from the wireless signal is stored in the reception data register 563. In the calculation state 580, the CPU 571 performs processing using the program stored in the ROM 572 and data in the reception data register 563, and stores transmission data in the transmission data register 564. In the transmission state 582, the transmission data stored in the transmission data register 564 is converted into serial data and sequentially transmitted. The logic circuit 570 is divided into a reception block, a calculation block, and a transmission block for each circuit operating in the calculation state 580, the reception state 581, and the transmission state 582, and a clock control circuit supplies a clock signal to each block. Control is performed at 561. Such precise control of the clock signal can reduce current consumption in the semiconductor device and improve reliability.

このような本半導体装置の設計は次のように決定することができる。無線用回路551は、サブ回路毎にSPICEを用いて設計した後、カスタムレイアウトを行い、RF回路全体でNanosim(R)を用いた動作検証を行い、その設計を決定することができる。
CPU571は、VerilogHDL(R)を用いてRTL設計の後、レジスタはカスタムレイアウト、他はスタンダードセルによる論理合成、自動レイアウトを行い、その設計を決定することができる。ROM572及びRAM573は、SPICEにてメモリセル設計後、カスタムレイアウトを行い、その設計を決定することができる。CPU571、ROM572、RAM573は、レイアウト後にNanosim(R)を用いて詳細タイミング検証を行うとよい。コントローラ560の設計は、VerilogHDL(R)を用いてRTL設計の後、スタンダードセルによる論理合成、自動レイアウトを行い、その設計を決定することができる。
Such a design of the semiconductor device can be determined as follows. The wireless circuit 551 can be designed using SPICE for each sub-circuit, then performing a custom layout, performing operation verification using Nanosim (R) for the entire RF circuit, and determining the design.
After the RTL design using Verilog HDL (R), the CPU 571 can determine the design by performing custom layout for the registers, logic synthesis using standard cells, and automatic layout for others. The ROM 572 and the RAM 573 can be designed by performing a custom layout after designing a memory cell by SPICE. The CPU 571, the ROM 572, and the RAM 573 may perform detailed timing verification using Nanosim (R) after layout. The controller 560 can be designed by performing logic synthesis using standard cells and automatic layout after RTL design using Verilog HDL (R).

本半導体装置では、暗号処理のアルゴリズムとして、SAFER(Secure And Fast Encryption Routine)を採用することができる。SAFERは、主に8bit演算で構成され、8bitのCPUに適したアルゴリズムである。本半導体装置を有する無線チップでは、暗号文用のデータを受信した後、秘密鍵を用いて解読し、平文用のデータをリーダ/ライタに送信する機能を搭載することができる。勿論、本半導体装置には、DES、AESなど他の暗号処理のアルゴリズムを採用することもできる。 In this semiconductor device, SAFE (Secure And Fast Encryption Route) can be adopted as an algorithm for encryption processing. SAFER is mainly composed of 8-bit arithmetic and is an algorithm suitable for an 8-bit CPU. A wireless chip having this semiconductor device can be equipped with a function of receiving ciphertext data, decrypting it using a secret key, and transmitting plaintext data to a reader / writer. Of course, other cryptographic processing algorithms such as DES and AES may be employed in the semiconductor device.

ガラス上に形成された本半導体装置を有する無線チップと、フレキシブル基板上に形成された本半導体装置を有する無線チップの写真を図32に示し、無線チップの拡大写真且つブロック図を図33に示す。本発明は、このような非常に薄型な無線チップを提供することができる。 A photograph of a wireless chip having this semiconductor device formed on glass and a wireless chip having this semiconductor device formed on a flexible substrate is shown in FIG. 32, and an enlarged photograph and a block diagram of the wireless chip are shown in FIG. . The present invention can provide such a very thin wireless chip.

また、本発明の無線チップの通信信号波形をスペクトルアナライザで測定した結果を図34に示す。図34(A)では、縦軸を信号強度、横軸を時間とし、図34(B)では縦軸を信号強度、横軸を周波数とし、図34(C)では縦軸を信号強度、横軸を時間としたときの信号の波形を示す。測定例として、暗号文用のデータを受信した後、秘密鍵を用いて解読し、平文用のデータを送信した場合の結果である。なお、測定はフレキシブル基板上に形成された無線チップで、13.56MHz帯域の信号を用いて、測定を行った結果である。本無線チップの消費電流は、内部生成電圧が1.8Vの場合で、2.3mAであった。このように低消費電力化された無線チップを得ることができる。 FIG. 34 shows the result of measuring the communication signal waveform of the wireless chip of the present invention with a spectrum analyzer. In FIG. 34A, the vertical axis represents signal intensity, the horizontal axis represents time, in FIG. 34B, the vertical axis represents signal intensity, the horizontal axis represents frequency, and in FIG. 34C, the vertical axis represents signal intensity, horizontal The waveform of the signal when the axis is time is shown. As a measurement example, after receiving ciphertext data, it is a result of decrypting using a secret key and transmitting plaintext data. The measurement is a result of measurement using a 13.56 MHz band signal with a wireless chip formed on a flexible substrate. The current consumption of this wireless chip was 2.3 mA when the internally generated voltage was 1.8V. Thus, a wireless chip with low power consumption can be obtained.

本発明における半導体装置の概要図Schematic diagram of semiconductor device in the present invention ASK方式におけるデータ送受信時の通信信号を示す図The figure which shows the communication signal at the time of the data transmission / reception in ASK system 同期回路を示す図Diagram showing the synchronization circuit 同期回路のタイミングチャート例Timing chart example of synchronous circuit 本発明における半導体装置の同期回路を示す図The figure which shows the synchronous circuit of the semiconductor device in this invention 本発明における半導体装置の同期回路のタイミングチャート例Timing chart example of a synchronization circuit of a semiconductor device according to the present invention 本発明における半導体装置の電源管理回路を示す図(1)FIG. 1 is a diagram showing a power management circuit for a semiconductor device according to the present invention (1). 本発明における半導体装置の電源管理回路のタイミングチャート例(1)Timing chart example (1) of the power management circuit of the semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置の電源管理回路を示す図(2)FIG. 2 shows a power management circuit for a semiconductor device according to the present invention (2). 本発明における半導体装置の電源管理回路のタイミングチャート例(2)Timing chart example (2) of the power management circuit of the semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置の断面図(1)Sectional drawing (1) of the semiconductor device in this invention 本発明における半導体装置のレイアウト(1)(半導体層)Layout of semiconductor device in the present invention (1) (semiconductor layer) 本発明における半導体装置のレイアウト(1)(ゲート配線)Layout of semiconductor device in the present invention (1) (gate wiring) 本発明における半導体装置のレイアウト(1)(配線)Layout of semiconductor device according to the present invention (1) (wiring) 本発明における半導体装置のレイアウト(2)(半導体層)Layout of semiconductor device in the present invention (2) (semiconductor layer) 本発明における半導体装置のレイアウト(2)(ゲート配線)Layout of semiconductor device in the present invention (2) (gate wiring) 本発明における半導体装置のレイアウト(2)(配線)Layout of semiconductor device in the present invention (2) (wiring) 本発明における半導体装置の断面図(2)Sectional drawing (2) of the semiconductor device in this invention 本発明における半導体装置を構成する電気素子Electrical element constituting semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置を用いた利用者認証システムの概要図Schematic diagram of a user authentication system using a semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置を用いた利用者認証システムのフローチャートFlowchart of user authentication system using semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置の電源管理回路を示す図(3)FIG. 3 shows a power management circuit for a semiconductor device according to the present invention (3). 本発明における半導体装置の電源管理回路のタイミングチャート例(3)Timing chart example of power supply management circuit of semiconductor device in the present invention (3) 本発明における半導体装置の電源管理回路を示す図(4)FIG. 4 shows a power management circuit for a semiconductor device according to the present invention (4). 本発明における半導体装置の電源管理回路のタイミングチャート例(4)Timing chart example (4) of the power management circuit of the semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置のブロック図Block diagram of a semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置のブロック図Block diagram of a semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置の断面を示す図The figure which shows the cross section of the semiconductor device in this invention 本発明における半導体装置のアンテナ形状を示す図The figure which shows the antenna shape of the semiconductor device in this invention 本発明における半導体装置のブロック図Block diagram of a semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置の動作の状態遷移図State transition diagram of operation of semiconductor device in the present invention 本発明における半導体装置の写真Photograph of a semiconductor device in the present invention 本発明の半導体装置のブロック図Block diagram of a semiconductor device of the present invention 本発明の半導体装置の動作測定図Operational measurement diagram of semiconductor device of the present invention

Claims (13)

演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、電源回路とを有し、
前記演算回路は、第1のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第1のラッチと、第2のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第2のラッチと、を有し、
前記電源管理回路は、前記電源回路より供給される電源電圧に基づく参照電圧と、前記演算回路より供給される電源電圧とを比較して、前記演算回路に供給される電圧値から制御信号を生成する機能を有し、
前記クロック生成回路は、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を生成する機能を有し、
前記第1のゲート信号、及び前記第2のゲート信号は、前記クロック生成回路において生成される第1のクロック信号、及び第2のクロック信号にそれぞれ基づいて生成されることを特徴とする半導体装置。
An arithmetic circuit, a power management circuit, a clock generation circuit, and a power circuit ;
The arithmetic circuit has a first latch having a function of changing a period of holding data by a first gate signal, and a function of changing a period of holding data by a second gate signal. 2 latches,
The power management circuit compares a reference voltage based on a power supply voltage supplied from the power supply circuit with a power supply voltage supplied from the arithmetic circuit, and generates a control signal from the voltage value supplied to the arithmetic circuit. Has the function to
The clock generation circuit has a function of generating a first clock signal and a second clock signal;
The first gate signal and the second gate signal are generated based on the first clock signal and the second clock signal generated in the clock generation circuit, respectively. .
演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、電源回路とを有し、
前記演算回路は、第1のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第1のラッチと、第2のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第2のラッチと、を有し、
前記電源管理回路は、前記電源回路より供給される電源電圧に基づく参照電圧と、前記演算回路より供給される電源電圧とを比較して、前記演算回路に供給される電圧値から制御信号を生成する機能を有し、
前記クロック生成回路は、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を生成する機能を有し、前記制御信号により、前記第1のクロック信号と、前記第2のクロック信号と、がLOWとなる期間変更され
前記第1のゲート信号、及び前記第2のゲート信号は、前記クロック生成回路において生成される第1のクロック信号、及び第2のクロック信号に基づいて生成されることを特徴とする半導体装置。
An arithmetic circuit, a power management circuit, a clock generation circuit, and a power circuit ;
The arithmetic circuit has a first latch having a function of changing a period of holding data by a first gate signal, and a function of changing a period of holding data by a second gate signal. 2 latches,
The power management circuit compares a reference voltage based on a power supply voltage supplied from the power supply circuit with a power supply voltage supplied from the arithmetic circuit, and generates a control signal from the voltage value supplied to the arithmetic circuit. Has the function to
The clock generation circuit has a function of generating a first clock signal and a second clock signal, and the control signal causes the first clock signal and the second clock signal to be period as a LOW is changed,
The semiconductor device, wherein the first gate signal and the second gate signal are generated based on a first clock signal and a second clock signal generated in the clock generation circuit.
演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、電源回路とを有し、
前記演算回路は、第1のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第1のラッチと、第2のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第2のラッチと、を有し、
前記電源管理回路は、前記電源回路より供給される電源電圧に基づく参照電圧と、前記演算回路と前記電源回路との間の抵抗に生じる電圧とを比較して、前記演算回路に供給される電流値から制御信号を生成する機能を有し、
前記クロック生成回路は、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を生成する機能を有し、
前記第1のゲート信号、及び前記第2のゲート信号は、前記クロック生成回路において生成される第1のクロック信号、及び第2のクロック信号にそれぞれ基づいて生成されることを特徴とする半導体装置。
An arithmetic circuit, a power management circuit, a clock generation circuit, and a power circuit ;
The arithmetic circuit has a first latch having a function of changing a period of holding data by a first gate signal, and a function of changing a period of holding data by a second gate signal. 2 latches,
The power management circuit compares a reference voltage based on a power supply voltage supplied from the power supply circuit with a voltage generated in a resistance between the arithmetic circuit and the power supply circuit, and supplies a current supplied to the arithmetic circuit. It has a function to generate a control signal from a value ,
The clock generation circuit has a function of generating a first clock signal and a second clock signal;
The first gate signal and the second gate signal are generated based on the first clock signal and the second clock signal generated in the clock generation circuit, respectively. .
演算回路と、電源管理回路と、クロック生成回路と、電源回路とを有し、
前記演算回路は、第1のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第1のラッチと、第2のゲート信号によりデータを保持している期間を変更する機能を有する第2のラッチと、を有し、
前記電源管理回路は、前記電源回路より供給される電源電圧に基づく参照電圧と、前記演算回路と前記電源回路との間の抵抗に生じる電圧とを比較して、前記演算回路に供給される電流値から制御信号を生成する機能を有し、
前記クロック生成回路は、第1のクロック信号と、第2のクロック信号と、を生成する機能を有し、前記制御信号により、前記第1のクロック信号と、前記第2のクロック信号と、がLOWとなる期間変更され
前記第1のゲート信号、及び前記第2のゲート信号は、前記クロック生成回路において生成される第1のクロック信号、及び第2のクロック信号に基づいて生成されることを特徴とする半導体装置。
An arithmetic circuit, a power management circuit, a clock generation circuit, and a power circuit ;
The arithmetic circuit has a first latch having a function of changing a period of holding data by a first gate signal, and a function of changing a period of holding data by a second gate signal. 2 latches,
The power management circuit compares a reference voltage based on a power supply voltage supplied from the power supply circuit with a voltage generated in a resistance between the arithmetic circuit and the power supply circuit, and supplies a current supplied to the arithmetic circuit. It has a function to generate a control signal from a value ,
The clock generation circuit has a function of generating a first clock signal and a second clock signal, and the control signal causes the first clock signal and the second clock signal to be period as a LOW is changed,
The semiconductor device, wherein the first gate signal and the second gate signal are generated based on a first clock signal and a second clock signal generated in the clock generation circuit.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記演算回路、前記電源管理回路、前記クロック生成回路、及び前記電源回路のうち少なくとも一は絶縁表面を有する基板上に設けられた半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタを有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The arithmetic circuit, the power management circuit, said clock generating circuit, and at least one of said power supply circuit is a semiconductor, characterized in that the organic thin film transistors as an active layer of a semiconductor thin film provided on a substrate having an insulating surface apparatus.
請求項において、
前記絶縁表面を有する基板とは、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、SOI基板のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
In claim 5 ,
The substrate having an insulating surface is any one of a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, and an SOI substrate.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6 ,
The power supply management circuit includes a regulator and an operational amplifier circuit.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、In any one of Claims 1 thru | or 6,
前記電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、を有し、The power management circuit includes a regulator and an operational amplifier circuit,
前記レギュレータの出力端子は第1の抵抗と電気的に接続され、An output terminal of the regulator is electrically connected to the first resistor;
前記演算増幅回路の入力端子は前記第1の抵抗、及び第2の抵抗と電気的に接続され、かつ出力端子はディジタルバッファに電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device, wherein an input terminal of the operational amplifier circuit is electrically connected to the first resistor and the second resistor, and an output terminal is electrically connected to a digital buffer.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、In any one of Claims 1 thru | or 6,
前記電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、を有し、The power management circuit includes a regulator and an operational amplifier circuit,
前記レギュレータの出力端子は第1の抵抗と電気的に接続され、An output terminal of the regulator is electrically connected to the first resistor;
前記演算増幅回路の入力端子は前記第1の抵抗、及び第2の抵抗と電気的に接続され、かつ出力端子はディジタルバッファに電気的に接続され、An input terminal of the operational amplifier circuit is electrically connected to the first resistor and the second resistor, and an output terminal is electrically connected to a digital buffer,
前記レギュレータの入力端子は、前記電源回路より供給される電源電圧に応じた電源電位を有し、The input terminal of the regulator has a power supply potential corresponding to a power supply voltage supplied from the power supply circuit,
前記レギュレータの出力端子は、前記参照電圧に応じた参照電位を有することを特徴とする半導体装置。An output terminal of the regulator has a reference potential corresponding to the reference voltage.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、In any one of Claims 1 thru | or 6,
前記電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、を有し、The power management circuit includes a regulator and an operational amplifier circuit,
前記レギュレータの出力端子は第1の抵抗と電気的に接続され、An output terminal of the regulator is electrically connected to the first resistor;
前記演算増幅回路の入力端子は前記第1の抵抗、及び第2の抵抗と電気的に接続され、かつ出力端子はディジタルバッファに電気的に接続され、An input terminal of the operational amplifier circuit is electrically connected to the first resistor and the second resistor, and an output terminal is electrically connected to a digital buffer,
前記レギュレータの入力端子は、前記電源回路より供給される電源電圧に応じた電源電位を有し、The input terminal of the regulator has a power supply potential corresponding to a power supply voltage supplied from the power supply circuit,
前記レギュレータの出力端子は、前記参照電圧に応じた参照電位を有し、The output terminal of the regulator has a reference potential corresponding to the reference voltage,
前記電源電圧は前記第2の抵抗を介して、前記演算増幅回路に入力され、前記参照電圧は、前記第1の抵抗を介して、前記演算増幅回路に入力され、The power supply voltage is input to the operational amplifier circuit via the second resistor, and the reference voltage is input to the operational amplifier circuit via the first resistor,
前記演算増幅回路からの出力信号が、前記ディジタルバッファを介して、前記制御信号となることを特徴とする半導体装置。An output signal from the operational amplifier circuit becomes the control signal through the digital buffer.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記電源管理回路は、レギュレータと、演算増幅回路と、アナログ−ディジタル変換回路と、を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6 ,
The power supply management circuit includes a regulator, an operational amplifier circuit, and an analog-digital conversion circuit.
請求項1乃至請求項11のいずれか一において、
前記クロック生成回路は、前記制御信号により、前記第1のクロック信号と、前記第2のクロック信号との周波数を変更する手段を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 11,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the clock generation circuit includes means for changing a frequency of the first clock signal and the second clock signal according to the control signal.
請求項1乃至請求項12のいずれか一において、
前記演算回路は、CPU及びメモリを有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 to 12,
The arithmetic circuit includes a CPU and a memory.
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