專利名稱：半導體器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能無線發(fā)送或接收數(shù)據的半導體器件。
背景技術：
近年來，已經取得了能無線發(fā)送或接收數(shù)據的半導體器件開發(fā)的進步。將這種半導體器件稱為RFID (射頻識別)標簽、RF芯片、RF標簽、IC芯片、IC標簽、無線芯片、無線標簽、電子芯片、電子標簽、無線處理器或無線存儲器等。在單晶硅襯底上形成的要被并入的集成電路是目前實際應用的半導體器件的主流(例如，參考專利文獻1)。[專利文獻1]日本專利公開No. 11-133860能無線發(fā)送或接收數(shù)據的半導體器件(以下稱為無線芯片)存在這樣的問題在諸如接近天線的情況下的強磁場中內部產生的電壓極大增加，從而毀壞構成電路的諸如晶體管的元件。因此，存在一種通過增加諸如限幅器電路和恒壓產生電路的電路來防止產生過高電壓的方法(參考專利文獻日本專利申請No. 2005-111799)。然而，該方法因增加額外的電路而增加了電路面積。此外，所吸收的功率與產生過高電壓而導致高功耗問題的情況相同。

發(fā)明內容
本發(fā)明是考慮到上述問題而提出的。本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種具有高可靠性、小芯片面積和低功耗的無線芯片，它是在未增加諸如限幅器電路或恒壓產生電路的額外電路的情況下、通過防止在諸如接近天線的情況下的強磁場中內部產生的電壓極大增加而實現(xiàn)的。作為實現(xiàn)該目的的手段，發(fā)明人考慮到在諧振電路中產生的電壓超過預定電壓的情況下，通過改變諧振電路的參數(shù)而被保持為遠離諧振狀態(tài)來防止過高電壓的產生。此外， 為了構成具有這種結構的諧振電路而關注于MOS電容器元件的非線性。本發(fā)明提供了一種新的無線芯片，該新的無線芯片在未使用限幅器電路或恒壓產生電路的情況下利用包括具有預定閾值電壓的MOS電容器元件的諧振電路能防止過高電壓的產生。將參考附圖2A至2C來說明用于本發(fā)明的MOS電容器元件。電容器元件由導電膜、 絕緣膜和導電膜的堆疊層構成，并且具有兩個端子(以下也稱作不同于MOS電容器元件的普通電容器元件)。這種普通電容器元件不取決于電壓并具有如圖2C所示的恒定電容值。如在本發(fā)明中，在芯片中提供諧振電容器的情況下，優(yōu)選地使用具有導電膜、絕緣膜和導電膜的堆疊結構的電容器元件，這是因為當將正信號或負信號輸入到電容器元件的兩端時其需要作為電容器元件來工作。同時，MOS電容器元件是由導電膜、絕緣膜和半導體區(qū)的堆疊層構成的電容器元件，并且具有在導電膜側上的電極(電壓vm)和在半導體區(qū)側上的電極(電壓vs)的兩個端子。以下，通過與晶體管中名稱的類推，可分別將導電膜側上的電極和與導電膜側上的電極重疊且在其間插入絕緣膜的半導體區(qū)稱作柵電極和溝道形成區(qū)。N型MOS電容器元件具有閾值電壓Vtta，其中，當滿足Vm > N+Nthn時，在溝道形成區(qū)中形成N型反型層。所以，在￥111> Vs+Vthn時，溝道形成區(qū)具有導電性并用作普通電容器元件。P型MOS電容器元件具有閾值電壓Vthp，其中，當滿足Vm < N+Nthv時，在溝道形成區(qū)中形成P型反型層。所以，在Vm <VS+V_時，溝道形成區(qū)具有導電性并用作普通電容器元件。在除以上情況外的條件下，電容值幾乎為零。圖2A和2B中示出了這些行為特征。圖2A示出了具有閾值電壓Vttal的N型MOS 電容器元件的電容值C和電壓V之間的關系201和具有閾值電壓Vtta2的N型MOS電容器元件的電容值C和電壓V之間的關系202。圖2B示出了具有閾值電壓Vthpl的P型MOS電容器元件的電容值C和電壓V之間的關系203和具有閾值電壓Vthp2的P型MOS電容器元件的電容值C和電壓V之間的關系204。要注意，這些圖示出了 Vtta2 < Vthnl和Vthpl < Vthp2的情況。根據本發(fā)明的無線芯片的特征在于包括諧振電路，該諧振電路包括具有預定閾值電壓的MOS電容器元件，如圖2A或2B所示。用于控制MOS電容器元件的閾值電壓以具有預定值的方法包括一種通過離子摻雜或離子注入來控制在MOS電容器元件的溝道形成區(qū)中包括的雜質元素的濃度的方法。此外，通過適當?shù)剡x擇用于導電膜、絕緣膜和半導體區(qū)的材料能夠將閾值電壓控制到一定程度。要注意，根據本發(fā)明的包括在無線芯片中的諧振電路的特征是包括具有負閾值電壓的N型MOS電容器元件或具有正閾值電壓的P型MOS電容器元件。在本發(fā)明中，在未產生高壓的情況下，MOS電容器元件具有恒定的電容值。同時， 為了具有恒定的電容值，N型MOS電容器元件具有負閾值電壓(Vthn< 0)而P型MOS電容器元件具有正閾值電壓(Vthp >0)是必要的，這是因為交流電壓被施加到用于本發(fā)明的MOS 電容器元件上，并且正和負電壓被施加在電容器元件的兩個端子之間。本發(fā)明在功耗方面也具有優(yōu)勢。在使用限幅器電路和恒壓產生電路的情況下，甚至在這些電路工作來防止產生過高電壓時，所吸收的功率保持恒定。因為根據本發(fā)明的諧振電路通過移動諧振點來防止過高電壓的產生，所以可以抑制自身的功率吸收。因此，可以減少功耗。這在讀取多個芯片等的情況下尤其有效。當將多個芯片放在磁場中時，每個芯片的功率吸收影響磁場，從而導致芯片的諧振點偏移。所以，存在降低讀取多個芯片的性能問題。本發(fā)明特別是在高功率吸收的情況下能抑制功率吸收，并且甚至在讀取多個芯片的情況下，本發(fā)明也提供了極好的特性。此外，在本發(fā)明中，因為未增加諸如限幅器電路或恒壓產生電路的電路，所以能使電路面積較小。而且，與使用另外的絕緣膜的電容器元件的面積相比，當柵絕緣膜被用作 MOS電容器元件的絕緣膜時，能使電容器元件的面積更小，這是因為柵絕緣膜較薄并且具有良好的膜品質?？蓪⒏鶕景l(fā)明的無線芯片形成在單晶硅襯底上，或者形成在玻璃襯底上，或者形成在諸如塑料基底的柔性基底上。特別地，根據無線芯片自身柔韌性的附加值，對于在諸如嵌入紙中和附接到曲面的各種應用中，在柔性襯底上形成芯片的方式是有益的。通常情況，在這些應用中讀取多個芯片的能力是重要的，因此，本發(fā)明的觀點是優(yōu)選的。特別地，與在單晶硅襯底上形成芯片的方式相比，在玻璃襯底上形成無線芯片的方式或將在玻璃襯底上形成的芯片轉移到柔性基底的方式在成本上具有優(yōu)勢。這是因為玻璃襯底比單晶硅襯底大很多。另一方面，在玻璃襯底上形成芯片的方式存在大的芯片面積的問題。然而，可以說本發(fā)明方面是優(yōu)選的，因為MOS電容器元件的面積較小且沒有必要提供限幅器或恒壓產生電路。這里給出了本發(fā)明特定的多個方面。根據本發(fā)明的半導體器件的一個方面具有包括具有負閾值電壓的N型MOS電容器元件的諧振電路，其中通過天線無線發(fā)送和接收數(shù)據。特別地，N型MOS電容器元件的閾值電壓在-0. IV至-24V的范圍是優(yōu)選的。此外，N型MOS電容器元件的閾值電壓優(yōu)選地具有作為最小工作電源電壓的一半到最大工作電源電壓的兩倍的范圍內的絕對值。此外，N型MOS電容器元件的半導體區(qū)域優(yōu)選地包括濃度為IXlO17原子/立方厘米至1 X IO20原子/立方厘米的N型雜質元素。根據本發(fā)明的半導體器件的另一方面是具有包括具有正閾值電壓的P型MOS電容器元件的諧振電路，其中通過天線無線發(fā)送和接收數(shù)據。特別地，P型MOS電容器元件的閾值電壓優(yōu)選地在0. IV至MV的范圍內。此外，P型MOS電容器元件的閾值電壓優(yōu)選地具有作為最小工作電源電壓的一半到最大工作電源電壓的兩倍的范圍內的絕對值。此外，P型MOS電容器元件的半導體區(qū)域優(yōu)選地包括濃度為IXlO17原子/立方厘米至1 X IO20原子/立方厘米的P型雜質元素。根據本發(fā)明的半導體器件可具有設置在玻璃襯底或柔性襯底上的集成電路。根據本發(fā)明的半導體器件可具有包括薄膜晶體管的集成電路。本發(fā)明的另一方面是配備有上述半導體器件的票據、硬幣、證券、證書、不記名債券、用于包裝的容器、書本、存儲介質、車輛、食品、服裝、保健品、日用品、藥品或者電子設備寸。本發(fā)明能夠實現(xiàn)一種具有高可靠性的無線芯片，其防止在諸如接近天線的情況下的強磁場中內部產生的電壓極大增加。此外，能夠實現(xiàn)一種具有小的芯片面積的無線芯片，這是因為未增加諸如限幅器電路和恒壓產生電路的額外電路。此外，由于根據本發(fā)明的諧振電路通過移動諧振點來防止過大電壓的產生，所以， 與使用限幅器電路和恒壓產生電路的情況不一樣，其可以抑制自身的功率吸收。所以，可以降低功耗。本發(fā)明尤其在多個芯片需要被讀取的應用中具有良好的效果。此外，可認為在柔性基底上形成無線芯片的方式可用于各種應用，并且本發(fā)明用于抑制功率吸收的方面在讀取多個芯片的情況下是有效的。所以，可以在各種應用中獲得一致的效果。


圖IA至ID是根據本發(fā)明的半導體器件的簡圖和用于解釋其工作的曲線圖。圖2A至2C是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的MOS電容器元件的特征曲線。圖3A至3C是傳統(tǒng)的半導體器件的簡圖和用于解釋其工作的曲線圖。圖4A至4D是根據本發(fā)明的半導體器件的簡圖和用于解釋其工作的曲線圖。圖5是根據本發(fā)明的半導體器件的框圖。圖6A至6C是根據本發(fā)明的半導體器件的電源電路。圖7A至7C是根據本發(fā)明的半導體器件的電源電路。圖8是根據本發(fā)明的半導體器件的簡圖。圖9是根據本發(fā)明的半導體器件的簡圖。圖IOA和IOB是根據本發(fā)明的半導體器件的簡圖和用于解釋其工作的曲線圖。圖IlA和IlB是根據本發(fā)明的半導體器件的簡圖和用于解釋其工作的曲線圖。圖12是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的MOS電容器元件的布局圖。圖13A至13C是圖解說明用于制造根據本發(fā)明的半導體器件的方法的圖。圖14A和14B是圖解說明用于制造根據本發(fā)明的半導體器件的方法的圖。圖15A和15B是圖解說明用于制造根據本發(fā)明的半導體器件的方法的圖。圖16A和16B是圖解說明用于制造根據本發(fā)明的半導體器件的方法的圖。圖17是圖解說明用于制造根據本發(fā)明的半導體器件的方法的圖。圖18是圖解說明用于制造根據本發(fā)明的半導體器件的方法的圖。圖19是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的電路的布局圖。圖20是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的電路的布局圖。圖21是根據本發(fā)明的半導體器件的電路的布局圖。圖22是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的半導體器件的截面圖。圖23A至23E是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的半導體元件的布局圖。圖24A至24G是示出配備有根據本發(fā)明的半導體器件的半導體器件的圖。圖25A和25B是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的電路的布局圖。圖2隊和^B是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的電路的布局圖。圖27A和27B是包括在根據本發(fā)明的半導體器件中的電路的布局圖。圖28A和28B是應用根據本發(fā)明的半導體器件的示例的流程圖。圖四是應用根據本發(fā)明的半導體器件的系統(tǒng)配置示例。圖30A和30B是應用根據本發(fā)明的半導體器件的示例。附圖標記說明10 半導體層，12 柵布線，13 柵布線，14 柵布線，15 布線，17 布線，21 :N溝道
晶體管，23 :N溝道晶體管，24 :N溝道晶體管，25 =P溝道晶體管，26 :P溝道晶體管，32 導電層，33 導電層，34 布線，35 半導體層，36 雜質區(qū)，37 雜質區(qū)，38 絕緣層，39 柵電極， 40 掩模圖案，41 掩模圖案，42 掩模圖案，51 :N溝道晶體管，52 :N溝道晶體管，53 :P溝道晶體管，54 電容器元件，55 電阻元件，90 無線芯片，91 無線芯片，93 無線芯片，94 無線芯片，95 無線芯片，96 無線芯片，97 無線芯片，100 半導體器件，101 讀取器，102 天線，103 諧振電容器，104 電路部分，105 :N型MOS電容器元件，110 讀取器/寫入器， 312 雜質區(qū)，400 半導體器件，401 :N型MOS電容器元件，501 半導體器件，502 諧振電路， 503 電源電路，504 時鐘發(fā)生電路，505 解調電路，506 控制電路，507 存儲器部分，508 調制電路，509 讀取器，601 二極管，603 電容器元件，611 二極管，615 電容器元件，701 襯底，702 分離層，703 絕緣層，704 非晶半導體層，705 柵絕緣層，706 晶體半導體層， 707 晶體半導體層，708 晶體半導體層，709 雜質區(qū)，711 雜質區(qū)，712 雜質區(qū)，713 雜質區(qū)，716 導電層，726 雜質區(qū)，727 雜質區(qū)，728 雜質區(qū)，734 絕緣層，739 絕緣層，744 薄膜晶體管，745 薄膜晶體管，746 :N型MOS電容器元件，749 絕緣層，750 絕緣層，751 絕緣層，752 導電層，756 =MOS電容器元件，758 導電層，762 絕緣層，765 導電層，766 絕緣層，769 開口，772 絕緣層，773 開口，775 襯底，776 襯底，777 導電層，780 溝道形成區(qū)，781 溝道形成區(qū)，782 溝道形成區(qū)，791 薄膜集成電路，801 :P型MOS電容器元件， 900 半導體器件，901 讀取器，902 天線，903 諧振電路，904 電路部分，905 :P型MOS電容器元件，1000 半導體器件，1001 讀取器，1002 天線，1003 諧振電路，1004 電路部分， 1005 電容器元件，1006 :N型MOS電容器元件，1100 半導體器件，1101 讀取器，1102 天線，1103 諧振電路，1104 電路部分，1105 :N型MOS電容器元件，1106 :N型MOS電容器元件，1201 區(qū)域，1202 區(qū)域，1203 區(qū)域，1205 區(qū)域，2910 每個讀取器/寫入器，2920 信息處理設備，2920 每個信息處理設備，2921 接口部分，2922 算術處理部分，2923 數(shù)據庫， 2924 發(fā)送和接收部分，以及3000 無線芯片。
具體實施例方式將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的實施方式和實施例。然而，本發(fā)明可以以各種不同的方式來實現(xiàn)，并且本領域的技術人員將容易理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍內的情況下可以做出形式上和細節(jié)上的各種改變。所以不認為將本發(fā)明解釋為受實施方式和實施例描述的限制。應該注意到在描述實施方式和實施例的所有附圖中，相同的附圖標記用于相同的部分或具有相同功能的部分，并且將省略對其重復描述。(實施方式1)在本發(fā)明的實施方式中，將描述用于本發(fā)明的諧振電路?？梢哉J為這是根據本發(fā)明的無線芯片的最簡單方式。首先，將參考附圖3A至3C來描述傳統(tǒng)的諧振電路。圖3A示出了包括串聯(lián)連接的具有電感L的環(huán)形天線、阻值為R的電阻元件和電容值為C的電容器元件的諧振電路，并且示出了向諧振電路提供功率的天線(電感LK ；電流iK)?？梢哉J為這是表示傳統(tǒng)的無線芯片和利用該無線芯片發(fā)送和接收數(shù)據的器件(以下稱作讀取器)的簡化模型。當假設M和 ω分別表示圖3A中兩個天線之間的互感和角頻率時，公式1給出了在電容器元件的相對端之間感生的交流電壓的振幅V。特別地，將滿足ω2ΙΧ= 1的情況稱為諧振條件，其中，電壓振幅V最大。
[公式1]
權利要求
1.一種半導體器件，包括諧振電路，配置為感生交流電壓，該諧振電路包括N型MOS電容器元件；線圈，配置為無線接收電功率，并且電連接到所述諧振電路中的所述N型MOS電容器元件；控制電路；以及電源電路，配置為向所述控制電路提供基于所述交流電壓產生的電壓， 其中所述N型MOS電容器元件的閾值電壓使得能夠防止所述電壓過度增加。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述N型MOS電容器元件的所述閾值電壓在-0. IV至-24V的范圍內。
3.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述諧振電路、所述控制電路以及所述電源電路設置在玻璃襯底或柔性襯底上。
4.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述諧振電路、所述控制電路以及所述電源電路包括薄膜晶體管。
5.一種半導體器件，包括諧振電路，配置為感生交流電壓，該諧振電路包括P型MOS電容器元件；線圈，配置為無線接收電功率，并且電連接到所述諧振電路中的所述P型MOS電容器元件；控制電路；以及電源電路，配置為向所述控制電路提供基于所述交流電壓產生的電壓， 其中所述P型MOS電容器元件的閾值電壓使得能夠防止所述電壓過度增加。
6.如權利要求5所述的半導體器件，其中所述P型MOS電容器元件的所述閾值電壓在0. IV至MV的范圍內。
7.如權利要求5所述的半導體器件，其中所述諧振電路、所述控制電路以及所述電源電路設置在玻璃襯底或柔性襯底上。
8.如權利要求5所述的半導體器件，其中所述諧振電路、所述控制電路以及所述電源電路包括薄膜晶體管。
9.一種配備有如權利要求1和5中任意一項所述的半導體器件的票據、硬幣、證券、證書、不記名債券、用于包裝的容器、書本、存儲介質、車輛、食品、服裝、保健品、日用品、藥品或者電子設備。
10.一種系統(tǒng)，包括 信息處理設備；以及半導體器件，放置在建筑物的區(qū)域中，該半導體器件包括 傳感器； 存儲器；諧振電路，配置為感生交流電壓，該諧振電路包括MOS電容器元件；線圈，配置為無線接收電功率，并且電連接到所述諧振電路中的所述MOS電容器元件；控制電路；以及電源電路，配置為向所述控制電路提供基于所述交流電壓產生的電壓， 其中所述MOS電容器元件的閾值電壓使得能夠防止所述電壓過度增加，其中所述半導體器件使得能夠執(zhí)行對所述存儲器的寫入和讀取，通過接收指令來操作所述傳感器，并存儲來自所述傳感器的信息，并且所述存儲器中存儲的信息能夠發(fā)送到所述信息處理設備中。
11.一種系統(tǒng)，包括 信息處理設備；通信網絡；以及半導體器件，放置在建筑物的區(qū)域中，該半導體器件包括 傳感器； 存儲器；諧振電路，配置為感生交流電壓，該諧振電路包括MOS電容器元件；線圈，配置為無線接收電功率，并且電連接到所述諧振電路中的所述MOS電容器元件；控制電路；以及電源電路，配置為向所述控制電路提供基于所述交流電壓產生的電壓， 其中所述MOS電容器元件的閾值電壓使得能夠防止所述電壓過度增加， 其中所述半導體器件使得能夠執(zhí)行對所述存儲器的寫入和讀取，通過接收指令來操作所述傳感器，并存儲來自所述傳感器的信息，并且所述存儲器中存儲的信息能夠通過所述通信網絡發(fā)送到所述信息處理設備中。
12.如權利要求10或11所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器選自溫度傳感器、壓力傳感器或濕度傳感器。
13.如權利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述通信網絡選自因特網系統(tǒng)、電話線、諸如蜂窩式電話的公共線路或局域網(LAN)。
全文摘要
公開了一種半導體器件。本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種具有高可靠性、小芯片面積和低功耗的無線芯片，其中，也防止了在諸如接近天線的情況下的強磁場中內部產生的電壓極大增加。利用包含具有預定閾值電壓的MOS電容器元件的諧振電路來實現(xiàn)該無線芯片。這樣使得能夠防止諧振電路的參數(shù)在強磁場中、在電壓振幅超過預定值的情況下發(fā)生變化，從而可以保持無線芯片遠離諧振狀態(tài)。因此，在未使用限幅器電路或恒壓產生電路的情況下，防止了過高電壓的產生。
文檔編號G06K19/07GK102280453SQ20111022894
公開日2011年12月14日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權日2005年5月30日
發(fā)明者加藤清 申請人:株式會社半導體能源研究所