JP5473017B2 - 集積化インタポーザを有するrfタグ/装置及び/又はrfidタグ/装置、並びにその製造方法及び使用方法 - Google Patents
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1.読取り機の電磁場からRFエネルギーの吸収
2.チップに電力を供給するDC信号へのRF信号の変換
3.読取り機からのRF信号において得られる入力クロック信号、入力タイミング信号及び/又は入力命令信号をRF信号に復調
4.状態機械決定作製・制御ロジック(state machine decision making and control logic)が入力命令又はプリセット命令に基づいて作動
5.メモリアレイ又は他のソース(例えば、センサからの出力)からのデジタル形式のデータのカウンタ又はレジスタに基づく読取り
6.記憶要素(例えば、メモリ)(同様に、例えば、予め決定された使用回数(例えば、交通チッケットにおいて)を数えるように及び/又はセンサから読取り機に情報を中継するように構成されているようなEAS不揮発メモリ)が読取り機に読み取られ、及び/又は、セキュリティ認証に用いられるIDコードまたはその他の情報を記憶
7.タグの読取り機に転送するためにタグのアンテナに返送される符号化されたデータ、タイミング信号、又はその他コマンドの変調
[0025]本発明の一態様は、(a)インタポーザと、(b)インタポーザ上のアンテナ及び/又はインダクタと、(c)アンテナ及び/又はインダクタ以外の位置においてインタポーザ上に設けられた集積回路であって、インタポーザの表面と物理的に接触する最下層を有するものと、を備えるRFID装置に関する。これにより、基板(例えば、インタポーザ)、インダクタ/アンテナ及び現代のRFIDの基準通りに十分に作動可能なRFフロントエンド(又はRFフロントエンド及びロジック回路のサブセット)を備える安価なRFID(又はEAS)タグ(センサ、環境におけるある種の外的な変化[例えば、温度、センサが取り付けられている構造又は表面の伝導度、及びその他]の結果として概して変化する信号変調機構(activities)及びアクティブなRFID装置を更に備え得る(例えば、ボード上に設けられた電池を有するタグ))を提供する。
ゲート金属層と、
一以上の半導体層(例えば、トランジスタのチャネル層と、ソース/ドレイン端子層、及び/又は、より低濃度又は高濃度でドープされた一以上のダイオード層)と、
ゲート金属層と半導体層との間のゲート絶縁体層と、
一以上のコンデンサ電極(それぞれコンデンサ電極が、別のコンデンサ電極と概して容量結合されており、当該別のコンデンサ電極は更にその集積回路の一部であるか又は共に集積されていてもよく、或はインタポーザ又はアンテナ/インダクタ層の一部であってもよい)と、
ゲート金属層、ソースとドレインの端子、及び/又は最上に位置するダイオード層ないしコンデンサ電極と電気的に連通されている多数の金属伝導体と、
金属伝導体と半導体層との間の中間誘電層と、
を備え得る。集積回路は、一以上の抵抗器を更に備えてもよく、その一以上の抵抗器は金属及び/又は低濃度ないし高濃度でドープされたポリシリコンを含み得る。一実施形態において、集積回路には、ゲート金属層、複数の半導体層(ソース端子層/ドレイン端子層と接触しているトランジスタのチャネル層)、ゲート金属層とトランジスタのチャネル層との間のゲート絶縁体層、及びゲート金属層やソース端子やドレイン端子に電気的に連通している複数の金属層が含まれる。以下、MOSRFIDタグ/装置の典型的な製造方法に応じた集積回路の典型的な層を、より具体的に説明する。
[0035]一態様において、本発明は、(1)インタポーザの表面上に集積回路の最下層を形成するステップと、(2)集積回路の最下層上に集積回路の次続の複数の層を形成するステップと、(3)概ね集積回路以外の位置においてインタポーザに導電性の機能層を接続するステップとを含む認識装置の製造方法に関するものである。代替として、本実施形態に係る製造方法は、(1)インタポーザ表面上に集積回路の最下層を形成するステップと、(2)最下層上に集積回路の次続の複数の層を形成するステップと、(3)インタポーザから(例えば、インタポーザが、金属膜のような導電性の金属を含む場合)又はインタポーザに接続されている機能的な層から(例えば、インタポーザが、上面に陽極酸化された酸化層が形成又は成長されているメタル層のような、導電性の材料と電気的に不活性の材料とのラミネートを含む場合)導電性を有する構造を形成するステップと、を含んでもよい。このように、本実施形態に係る製造方法によれば、高い費用効率でRFID装置を製造することができる。
[0042]概して、集積回路は、インタポーザ132の第1主面上に直接的に形成される。集積化コンデンサ及び集積化ダイオードを有する「トップゲート」型装置においては、2005年3月18日、2005年8月11日及び2006年6月12日にそれぞれ出願された米国特許出願第11/084,448号明細書、同第11/203,563号明細書及び同第11/452,108号明細書に開示されている技術を用いて、集積回路110を、(部分的に)印刷されかつ本質的に無機材料を含む回路として実現することができる。
[0044]図3の(A)に示されるように、インタポーザ210は、次の3点が可能なフレキシブル又は非フレキシブル(非可撓性)、電気的にアクティブな又は絶縁性のいずれかの基板を備えてもよい。すなわち、(i)インタポーザ210の形成の間にインタポーザ210上に形成される集積回路のための及びインタポーザ210の接続の間にインタポーザ210に取り付けられるRF送信機/受信機のための、物理的な支持を提供することができ、(ii)インタポーザ210上に形成される(好ましくは、印刷された)集積回路を有することでき、(iii)インタポーザ210を通り抜けて電気的な結合をすることができる(すなわち、インタポーザの一主面上に形成された集積回路とインタポーザの反対側の主面上に取り付けられた受信機/送信機構成要素との間に信号が伝送されるようにするため)前記基板を備えてもよい。このように、インタポーザ210は、金属膜(好ましくは、その上に[陽極酸化されたものでもよい]絶縁体膜を有する金属膜)、ポリイミド、薄いガラス又は無機/有機ラミネート基板を備えてもよい。
[0046]図3の(B)に示されるように、ゲート金属層230は、従来のようにスパッタリングによりバリア材料層220a上に形成することができる。ゲート金属層230は、集積回路及び/又は印刷回路において通常使用されるアルミニウム(Al)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、プラチナ(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、亜鉛(Zn)等のいずれかの金属、又はAl−Ti、Al−Cu、Al−Si、Mo−W、Ti−W等のようなこれらの合金、又は窒化チタン、チタンシリサイド、窒化タンタルシ、タンタルシリサイド、窒化モリブデン、モリブデンシリサイド、窒化タングステン、タングステンシリサイド、コバルトシリサイドのような電気的にアクティブな(すなわち、電導性の)合成物を含み得る。ゲート金属層230は、通常の厚さを有することが好ましい(例えば、50nm〜5000nmの範囲のいずれかの値であり、好ましくは80nm〜3000nmで、より好ましくは100nm〜2500nmである)。
[0048]次に図3の(D)を参照するが、ゲート誘電層240(例えば、窒化及び/又は酸化シリコン、アルミニウム等を含む)は、スパッタリング、CVD又はその他のブランケット堆積プロセスにより、ゲート及びゲート面上のインタコネクタ232及び234上に形成される。ゲート誘電層240の厚さは、10nm〜100nmの範囲がよく、好ましくは10nm〜50nmで、より好ましくは10nm〜40nmである。
[0051]引き続いて、図3の(D)に示されるように、半導体層250(真性のSiを含んでもよく又は低濃度でドーピングされたSiを含んでもよい)は、スパッタ、コーティング又はその他のゲートブランケット堆積(例えば、CVDによる)を用いてゲート誘電層240上に形成することができる。半導体層250の厚さは、80nm〜2000nmの範囲がよく、好ましくは100nm〜1500nmで、より好ましくは150nm〜1000nmである。半導体層250は、従来のフォトリソグラフィー又はレーザパターニング(2005年8月11日に出願された米国特許出願第11/203,563号明細書)によりパターニングすることができ、概してトランジスタのチャネルとして機能し得る。
[0054]半導体層及びゲート層から、絶縁体中間層及びビアを形成することは公知である。例えば、図3の(F)に示されるように、比較的厚い誘電層260は、半導体層250上(そして、コンタクト層252が存在する場合は、その上)に堆積させることができ、その後に従来のフォトリソグラフィー、熱硬化レジストへのレーザ光の照射又は印刷レジストのリソグラフィーパターニングを行い、続いて通常の絶縁体エッチングを行うことでビア262を形成することができる。代替として、パターニングされた誘電層260(すなわち、その中にビア262が形成されている)は、半導体層250上に印刷により形成され得る(例えば、ゲート誘電層240に関して上述したように、インクジェット法による)。中間絶縁体層260の厚さは、例えば0.5μm以上がよく、好ましくは1μm〜25μm、より好ましくは2μm〜10μmの範囲内であることが好ましい。
[0055]高濃度にドープされた半導体層252a及び252bが形成されていない場合には(例えば、図3の(E)を参照)、S/D層270は、中間層260上及びビア262中にスパッタリング、コーティングあるいはその他ブラケット堆積され得る。典型的に、S/D層270は、高濃度にドープされた半導体層252a及び252bと同様に高濃度にドープされた半導体材料を含む。S/D層270の厚さは、例えば20nm〜1000nmの範囲であればよく、好ましくは40nm〜500nmで、より好ましくは50nm〜100nmである。
[0061]代替方法としては、タグ前駆体(例えば、集積回路110及びパッド132〜134をその上に有する図2の(A)のインタポーザ)は“ハイブリッド”形状をとってもよい。これにより、例えば、印刷された無機半導体及び/又は導体に基づいたRF“フロントエンド”とともに、比較的に安価で容易に製造でき、かつ比較的に高機能の有機(デジタル)ロジック及び/又は記憶回路ないし従来のSiチップに基づく(デジタル)ロジック及び/又は記憶回路とを容易に組み合わせることができる。“RFフロントエンド”という用語は、キャリア周波数又はその付近で作動し及び/又はその周波数を変調するインダクタ、コンデンサ、ダイオード及びFETを参照し、図2の(A)〜(B)の“IC”エリア110により示される。これらの構成要素(及び実質的にその構成要素を含むか又は備える回路ブロック)は概して、本来アナログ式(例えば、これらは、アナログ式に又は連続的に機能ないし作動する)であり、相対的に遅いデジタル式のロジック回路より高い性能の装置が要求され得る。
[0064]本発明は、(a)本装置が検出可能な電磁的な放射(好ましくは、印加された電磁場の整数倍又は整数分の一に該当する周波数で)を放射するに十分な電流を本装置に発生させ又は誘導するステップと、(b)検出可能な電磁的な放射を検出するステップと(随意的であるが、(c)検出可能な電磁的な放射により転送された情報を処理するステップと)を更に含む検出エリアにある品物又は物体の検出方法に更に関するものである。概略的に述べると、本装置が振動する電磁場で構成される検出領域にある時、本装置が検出可能な電磁的な放射をするに十分な電流及び電圧が、本装置に誘導される。振動する電磁場は、従来のEAS設備ないしシステム及び/又はRFID設備ないしシステムにより生成又は発生される。このように、本実施形態に係る使用方法は、(d)本装置(又はセンサ)から読取り装置へ逆に情報を送信又は転送するステップ、又は(ステップ(a)前に)検出されるように本実施形態に係る装置を物品又は物体(例えば、IDカード、発送される物品の包装容器等)に付着するか貼るかし、さもなければそのような物品又は物体に本発明を含ませるか又はそのため包装するかするステップを更に含んでもよい。
[0069]このように、本発明は、集積化インタポーザを含むMOS認識装置及びその製造方法、並びにその使用方法を提供する。MOS認識装置は、概略的には、(a)インタポーザと、(b)インタポーザの第1表面上のアンテナ及び/又はインダクタと、(c)第1表面と反対のインタポーザの第2表面上に設けられた集積回路であって、インタポーザの第2表面と物理的に(そして、種々の実施形態においては、電気的に)接触する最下層を有するものとを備えている。本製造方法は、概略的には、(1)インタポーザの第1表面上に集積回路の最下層を形成するステップと、(2)集積回路の最下層上に集積回路の次続の複数の層を形成するステップと、(3)第1面とは反対側にあるインタポーザの第2面に導電性の層を接続するステップとを含む。本使用方法は、概略的には、(i)本装置が検出可能な電磁的な信号を放射するに十分な電流を本装置に発生させ又は誘導するステップと、(ii)検出可能な電磁的な放射を検出するステップと、随意的ではあるが(iii)検出可能な電磁的な放射により転送された情報を処理するステップと、(iv)本装置(又はセンサ)から逆に読み取り装置へ情報を送信又は転送するステップと、を含む。本発明は、従来のRF設備ないしシステム、RFID設備ないしシステム、及び/又はEAS設備ないしシステムを用いる標準的な応用及び作動が可能な安価なRFタグ及び/又はRFIDタグを提供する。アクティブな電子部品の製造コストを減少するだけではなく、費用がかかると共にスループットが低い接続ステップの数を減らし、インダクタ/キャリアに比較的安価で且つ比較的低い正確性で取り付けされるインタポーザ上に回路を直接印刷するか又は他の方法で形成することで、安価なタグを製造することができる。
Claims (16)
- a)金属膜及び一以上のバリア層を備えるインタポーザと、
b)前記インタポーザ上の第1のパッド及び第2のパッドと、
c)アプリケータシート上に付着又は配置されているアンテナ及び/又はインダクタであって、該アンテナ及び/又はインダクタは、前記インタポーザの第1の面に付着又は結合されており、第1の対向端子及び第2の対向端子を有している、アンテナ及び/又はインダクタと、
d)前記インタポーザ上に直接形成された集積回路であり、該集積回路は、前記アンテナ及び/又はインダクタの、同心状及び/又は螺旋状の、リング又はループの上方にあり、該集積回路は、前記アンテナ及び/又はインダクタの前記第1の端子に、第1のビアを通って露出される前記第1のパッドによって電気的に接続されるとともに、前記アンテナ及び/又はインダクタの前記第2の端子に、第2のビアを通って露出される前記第2のパッドによって電気的に接続されており、該集積回路は、(i)複数の薄膜トランジスタと、(ii)該薄膜トランジスタを相互接続する導電構造と、を備え、該集積回路は、前記インタポーザの表面と物理的に接触する最下薄膜層と、前記最下薄膜層上の第1の次続薄膜層と、前記第1の次続薄膜層上の第2の次続薄膜層と、を有し、ともに設けられた前記最下薄膜層、第1の次続薄膜層、第2の次続薄膜層は、絶縁薄膜、金属薄膜及び半導体薄膜を備える、前記集積回路と、
を備える認識装置。 - 前記半導体薄膜は印刷された半導体薄膜を備える請求項1に記載の認識装置。
- 前記金属薄膜がゲート金属薄膜を備え、前記絶縁薄膜が前記ゲート金属薄膜及び前記半導体薄膜の間のゲート絶縁体薄膜を備える請求項1に記載の認識装置。
- 前記半導体薄膜がソースとドレインとを更に備える請求項3に記載の認識装置。
- 前記導電構造が、前記ゲート金属薄膜と、前記ソースの端子と、前記ドレインの端子とに電気的に連通する複数の金属伝導体を備える請求項4に記載の認識装置。
- 前記集積回路が前記金属伝導体と前記半導体薄膜との間に中間誘電層を更に備える請求項5に記載の認識装置。
- 前記複数の薄膜が、印刷されたゲート金属薄膜、印刷された中間誘電層薄膜及び印刷されたインタコネクタ金属薄膜のうちのいずれか一以上を備える請求項1に記載の認識装置。
- a)絶縁薄膜、金属薄膜及び半導体薄膜から選択される第1の薄膜タイプを備える最下薄膜層を形成するステップであって、インタポーザの第1の面に物理的に接触する集積回路の前記最下薄膜層は、金属膜と一以上のバリア層とを備える、ステップと、
b)前記絶縁薄膜、前記金属薄膜及び前記半導体薄膜から選択される第2の薄膜タイプを備える第1の次続薄膜層を形成するステップであって、前記第2の薄膜タイプは前記第1の薄膜タイプと異なっており、前記集積回路の前記第1の次続層は、前記集積回路の前記最下薄膜層に物理的に接触する、ステップと、
c)前記絶縁薄膜、前記金属薄膜及び前記半導体薄膜から選択される第3の薄膜タイプを備える第2の次続薄膜層を形成するステップであって、前記第3の薄膜タイプは前記第1の薄膜タイプ及び前記第2の薄膜タイプと異なっており、前記集積回路の前記第2の次続層は前記第1の次続層膜上にあり、前記集積回路は、(i)複数の薄膜トランジスタと、(ii)前記薄膜トランジスタを相互接続する導電構造と、を備え、前記集積回路は、アンテナ及び/又はインダクタの、同心状及び/又は螺旋状の、リング又はループの上方にある、ステップと、
d)前記インタポーザ上に第1のパッド及び第2のパッドを形成するステップであって、前記第1のパッド及び前記第2のパッドが前記集積回路に電気的に接続される、ステップと、
e)アプリケータシート上に直接的に前記アンテナ及び/又はインダクタを結合又は配置するステップと、
f)前記アプリケータシート上の前記アンテナ及び/又はインダクタを前記インタポーザに付着又は結合するステップであって、前記アンテナ及び/又はインダクタの第1の対向端子及び第2の対向端子は、第1のビア及び第2のビアを通って前記第1のパッド及び前記第2のパッドに電気的に接続されている、ステップと、
を含む認識装置の製造方法。 - 前記集積回路の最下薄膜層を形成するステップが、前記集積回路の最下薄膜層を印刷する工程を含む請求項8に記載の認識装置の製造方法。
- 前記集積回路の前記第1の次続薄膜層及び前記第2の次続薄膜層を形成するステップが、前記第1の次続薄膜層及び前記第2の次続薄膜層のうちの一以上の層を印刷する工程を含む請求項8に記載の認識装置の製造方法。
- 前記第1の次続薄膜層及び前記第2の次続薄膜層のうちの一以上の層が半導体薄膜を備える請求項10に記載の認識装置の製造方法。
- 前記半導体薄膜がソース/ドレイン薄膜を備え、前記絶縁薄膜がゲート誘電薄膜を備え、前記金属薄膜がゲート金属薄膜を備え、前記導電構造がインタコネクタ/メタライゼーション薄膜を備える請求項8に記載の認識装置の製造方法。
- 前記半導体薄膜が、トランジスタのチャネル薄膜を備える請求項8に記載の認識装置の製造方法。
- 前記集積回路の最下薄膜層を形成するステップが、前記最下薄膜層を印刷する工程、又はディスプレイ処理によって前記最下薄膜層を形成する工程を含み、
前記集積回路の前記第1の次続薄膜層及び前記第2の次続薄膜層のうちの少なくとも一層を形成するステップが、前記第1の次続薄膜層及び前記第2の次続薄膜層のうちの少なくとも一層を印刷する工程、又はディスプレイ処理によって前記第1の次続薄膜層及び前記第2の次続薄膜層のうちの少なくとも一層を形成する工程を含む請求項8に記載の認識装置の製造方法。 - 前記アンテナ及び/又はインダクタを形成するため金属膜をエッチングするステップを更に含む請求項8に記載の認識装置の製造方法。
- a)検出可能な電磁的な信号を放射し、反射し又は変調するに十分な電流を請求項1に記載の認識装置に発生させ又は誘導するステップと、
b)前記検出可能な電磁的な信号を検出するステップと、
を含む認識装置の読取り方法。
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