半導体装置
【課題】工程数や通信距離を変えず、小型化に有利なアンテナの構成を有する半導体装置を提供することを課題とする。
【解決手段】上記課題を解決する為の構成の一つは、基板と、基板上に設けられた薄膜素子からなるタグ部と、第１のアンテナと、第２のアンテナとを有し、第１のアンテナと第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、第１のアンテナと第２のアンテナとはその一部で電気的に接続しており、第１のアンテナは前記薄膜素子に接続する配線と同じ材料で同じ層に形成されており、第２のアンテナは前記薄膜素子に接続する配線と異なる層に形成されている半導体装置である。
【解決手段】上記課題を解決する為の構成の一つは、基板と、基板上に設けられた薄膜素子からなるタグ部と、第１のアンテナと、第２のアンテナとを有し、第１のアンテナと第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、第１のアンテナと第２のアンテナとはその一部で電気的に接続しており、第１のアンテナは前記薄膜素子に接続する配線と同じ材料で同じ層に形成されており、第２のアンテナは前記薄膜素子に接続する配線と異なる層に形成されている半導体装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置に関する。特に小型化に有利な無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣタグが搭載されたカード型、タグ型、コイン型などの無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、豊富な情報量と高いセキュリティを備えていることから、交通、流通、情報などの分野で普及が進んでいる。さらに非接触ＩＣタグ装置は無線でデータ送信を行うことができ、信頼性に優れ、同時に複数枚のデータ処理が可能、などの特徴を有しているため注目を集めている。
【０００３】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、例えば、本体装置と電磁結合により電源供給およびデータの送受信を行うためのアンテナと、タグの外部端子を接続したＩＣモジュールをプラスチック等からなる外装材を両面から接着した構成などがある。
【０００４】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のアンテナとしては、プラスチックフィルム上に貼り付けた銅箔、またはアルミ箔をエッチングにて所定の形状に形成したもの、または導電ペーストを印刷で形成したものなどがある。
【０００５】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の外形サイズは、アプリケーションにより異なる。一般的に電磁結合方式の半導体装置であれば、アンテナに鎖交する磁束の変化で電磁結合するため、アンテナ面積の小さいものは通信距離が短く、大きいものは長い。
【０００６】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のアプリケーションとしては、例えば、カード、ビデオテープ、ＣＤボックスのインデックスなどがある。
【０００７】
前記アンテナ搭載型の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を用いて、近傍型として使用する場合は、図５の様に本体装置と電磁結合を行うためのアンテナ６５０２を用いて、電磁結合により半導体装置への電源供給およびデータ送受信を行う。なお、図５に示すように、アンテナ６５０２はアンテナ形成層６５０３で作製され、タグ６５００は配線形成層６５０１で作製されている。
【０００８】
また、非特許文献１には、通信距離を長くするために、１本のアンテナを２層に分けた場合が記載されている。具体的には、Ｓｉ基板と１層目のアンテナとの間、及び１層目のアンテナと２層目とのアンテナとの間に樹脂を挟んだ構造とし、１層目のアンテナと２層目のアンテナを１本のＣｕ配線を渦状に巻いて形成している（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「日経エレクトロニクス」，２００５年４月１１日号，ｐ．２６−ｐ．２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現状、電波法でリーダ／ライタのアンテナから出される最大出力は定められている。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置はその決められた出力を効率よく受け取らなければならないため、アンテナの長さはできるだけ長くすることが望ましい。その結果、アンテナサイズは無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置内の回路よりも大きくなることが多い。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は現在様々な用途が考えられており、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を小さく出来るとさらに用途が広がることが予想できる。例えば、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を１ｃｍ四方の物品に取り付けその管理を行いたい場合を考える。このとき、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置が１ｃｍ四方よりも大きくなってしまったとしたら、物品の管理を行う上で支障がでると思われる。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を物品の管理に支障が出ないサイズに作れれば、サイズによる無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の用途の制限が無くなり、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の用途は広がる可能性がある。以上の背景があり、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のサイズを小さくする際、いかに通信距離を変えずアンテナサイズを小さくするかが課題である。
【００１０】
前記課題を解決するために非特許文献１では、アンテナ層が２層である無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置が開示されている。その際、問題となるのは、アンテナ層を２層作るために工程数が増え、スループットや歩留まりが落ちるということである。
【００１１】
以上のことから本発明では工程数や通信距離を変えず、小型化に有利なアンテナの構成を有する半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する為の本発明の構成の一つは、基板と、基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、第１のアンテナと、第２のアンテナとを有し、第１のアンテナと第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、第１のアンテナと第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されている半導体装置である。
【００１３】
上記課題を解決する為の本発明の構成の一つは、基板と、基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、第１のアンテナと、第２のアンテナとを有し、第１のアンテナと第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、第１のアンテナと第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されており、第１のアンテナと第２のアンテナは、基板に垂直な方向から見た場合、交差する部分と電気的に接続する部分以外は重なっていない半導体装置である。
【００１４】
上記課題を解決する為の本発明の構成の一つは、上記構成において、薄膜素子には半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極よりなる薄膜トランジスタを含み、タグ部と前記第１のアンテナとは電気的に接続しており、タグ部と第１のアンテナを接続する配線は前記薄膜トランジスタのゲート電極と同じ材料で同じ層に形成されている半導体装置である。
【００１５】
また、本発明の他の構成の１つは、上記構成において、ゲート電極がタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた一種、もしくは複数種を含む合金や化合物を用いて形成されている半導体装置である。
【００１６】
また、本発明の他の構成の１つは、上記構成において、前記第１のアンテナがアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されている半導体装置である。
【００１７】
また、本発明の他の構成の１つは、上記構成において、前記第２のアンテナがアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されている半導体装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置は、工程数や通信距離を変えずに小型化が可能な無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。また、本発明の半導体装置はサイズを変えず通信距離を伸ばすことも可能である。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、歩留まりやスループットの低下が抑制される。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、製造コストの上昇が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は非接触でデータのやりとりが可能である半導体装置の構成の一例を示す図である。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は利用の形態によって、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。本発明では便宜上ＲＦＩＤタグと称するが上記いずれの形態にも適用できる。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、リードライト通信制御回路１００（以下、リーダ／ライタ、又はＲ／Ｗとする）のアンテナ部１０１と、通信制御回路を有する無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のタグアンテナ５０２との間で通信及び電力の送受信をおこなう。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、タグアンテナ５０２と、タグアンテナ５０２で受信した電波から電源電圧と復調信号をつくり、通信制御を行うタグ５００で構成される。タグアンテナ５０２は第１のアンテナ１０２及び第２のアンテナ１０３で構成される。タグ５００は、主に電源電圧と信号の復調、変調を行うアナログ部１０４と、アナログ部１０４で作られた電源電圧と復調信号を用いて、信号の解析及び送信データをつくるデジタル部１０５で構成される。
【００２１】
本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の上面図を図２に示す。タグ５００全体に安定に電源電位（ＶＤＤ）及び基準電位（ＧＮＤ）を供給するため、アナログ部１０４とデジタル部１０５の周囲を取り巻くようにＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１が配置される。アナログ部１０４は第１のアンテナ１０２の一端に電気的に接続されている。第１のアンテナ１０２の他端は第２のアンテナ１０３の一端に電気的に接続されている。第２のアンテナ１０３の他端はＧＮＤ配線２０１に電気的に接続されている。また、図６に示すように、第１のアンテナ１０２はタグ５００の配線形成層５０１で作製され、第２のアンテナ１０３は別途アンテナ形成層５０３で作製されている。このようにすることで２層構造のアンテナを工程数を増やすことなく作製することができるようになる。配線を２層で形成し接続することによって、サイズの大きなアンテナと同等のインダクタンスが生まれ、配線が１層の同サイズのアンテナよりも大きな通信距離を生むことができる。逆に同じ通信距離のアンテナを作製する場合にはサイズを小さくすることができる。
【００２２】
また、配線形成層５０１に作製された第１のアンテナ１０２とタグ５００との位置関係は、図６のようにタグ５００を取り巻くように第１のアンテナ１０２を配置しても良いし、図７のように第１のアンテナ１０２の外側にタグ５００を配置しても良い。また、タグ５００とアンテナの位置関係は上記に限られず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において自由に配置することができる。図７のようにアンテナの外側にタグを配置する様な構成では、タグがアンテナの内側を通る磁束の影響を受けるのを小さくすることができる。
【００２３】
本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の上面図、図２上のＡ−Ｂの断面図を図３に示す。図３に示すように、本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、基板３００、第１の絶縁膜３０２、デジタル部１０５とアナログ部１０４からなるタグ５００、ＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１、第１のアンテナ１０２、第２の絶縁膜３０３、第２のアンテナ１０３を含む。必要に応じて下地膜３０１やその他の構成を設けても良い。アナログ部１０４、デジタル部１０５からなるタグ５００は、薄膜トランジスタに代表される多くの薄膜素子より構成されている。また、断面図の場合、アナログ部１０４、デジタル部１０５は、ＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１、第１のアンテナ１０２の間に位置している。第１の絶縁膜３０２は、薄膜トランジスタの配線形成層と半導体層形成層を電気的に絶縁する為に設けられている層である。また、第２の絶縁膜３０３は、第１のアンテナ１０２と、第２のアンテナ１０３とを隔てている層である。すなわち、第１のアンテナと第２のアンテナは、第２の絶縁膜３０３で隔てられた異なる層に設けられている。
【００２４】
ところで、図２のように、図３における基板３００に垂直な方向から見た場合に、第１のアンテナ１０２の配線と第２のアンテナ１０３の配線を、第２の絶縁膜３０３を挟んで重なる位置に配置した場合、第１のアンテナ１０２と第２のアンテナ１０３の配線間で、意図しない寄生容量が発生してしまう。この寄生容量は無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の共振を妨げてしまう。この影響を避けるため、基板３００に垂直な方向から見た場合に、第１のアンテナ１０２の配線と第２のアンテナ１０３の配線の位置を、当該２つのアンテナが交差する位置と電気的に接続している位置以外は重ならないように配置すると良い。すなわち、第１のアンテナと第２のアンテナは、基板に垂直な方向から見た場合、交差する部分と電気的に接続する部分以外は重なっていないように配置すると良い。なお、図２には、基板３００に垂直な方向から見た場合に、第１のアンテナ１０２と第２のアンテナ１０３が交差する部分２１０と、電気的に接続する部分２２０を例示してある。第１のアンテナ１０２の配線と第２のアンテナ１０３の配線の間隔については特に定めずともよく、使用者が適宜設定することができる。
【００２５】
本発明において第１のアンテナ１０２の配線は薄膜トランジスタの配線形成層に薄膜トランジスタの配線材料で形成することから、第２のアンテナ１０３の配線に比べ膜厚が薄くなるため、インピーダンス（抵抗）が大きくなってしまう場合がある。このことは電力を取り出す際のロスになる。インピーダンス（抵抗）を小さくし、電磁結合の効率を上げるために第１のアンテナ１０２の配線幅を図８に示したように太く形成しても良い。
【００２６】
アンテナの他の構成としては図９に示したように、アンテナに共振容量部５０６を設けても良い。共振容量部５０６は本来タグ５００の中にある共振容量をカットすることができ、ＲＦＩＤのサイズを小さくすることができる。
【００２７】
本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の上面図である図２上におけるＣ−Ｄの断面図、すなわちアナログ部１０４と第１のアンテナ１０２の接続部分の断面図を図４に示す。ここではアナログ部１０４における多数の薄膜素子の中から一つの薄膜トランジスタのみを示して説明する。
【００２８】
図４に示すように、薄膜トランジスタの活性層となる半導体層４００は下地膜３０１上に設けられている。半導体層４００はゲート絶縁膜４０１に覆われており、ゲート電極４０２と電気的に絶縁されている。図１で説明したタグ５００を構成するアナログ部１０４には、図４に示すように半導体層４００、ゲート絶縁膜４０１、ゲート電極４０２からなる薄膜トランジスタが設けられている。薄膜トランジスタの半導体層４００には第１の絶縁膜３０２上に形成されたソース用又はドレイン用の配線４０４が、第１の絶縁膜３０２に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続している。第１の絶縁膜３０２上には、ソース用又はドレイン用の配線４０４と同じ材料で同じ層に同時に形成されたＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１、第１のアンテナ１０２も設けられている。このとき、ＶＤＤ配線２００及びＧＮＤ配線２０１は、ソース用又はドレイン用の配線４０４と第１のアンテナ１０２との間に位置している。
【００２９】
また、図１で説明したタグ５００を構成するアナログ部１０４は、図２に示すように第１のアンテナ１０２の一端と電気的に接続させる。このとき、図４に示すように、工程数の削減の為に、アナログ部１０４に設けられた薄膜トランジスタと、第１のアンテナ１０２とをつなぐ配線４０３はゲート電極４０２と同じ材料で同じ層に同時に形成すると良い。なお、アナログ部１０４に設けられた薄膜トランジスタは、ソース用又はドレイン用の配線４０４を介して、配線４０３と電気的に接続させる。言い換えると、ソース用又はドレイン用の配線４０４と第１のアンテナ１０２は、ゲート電極４０２と同じ材料で形成される配線４０３を介して接続されている。また、配線４０３上には、第１の絶縁膜３０２を介して、ＶＤＤ配線２００及びＧＮＤ配線２０１が形成されている。
【００３０】
また、図４に図示はしないが、第２の絶縁膜３０３上には、第２のアンテナが形成される。ここで形成される第２のアンテナは、第１のアンテナ１０２と第２の絶縁膜３０３で隔てられた異なる層に形成される。すなわち、第２のアンテナは、ソース用又はドレイン用の配線４０４と同じ材料で同じ層に同時に形成された第１のアンテナとは異なる層に形成される。
【００３１】
このような構成を有する本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、工程数や通信距離を変えず、小型化が可能な無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。また、本発明の半導体装置はサイズを変えず通信距離を伸ばすことも可能である。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、歩留まりやスループットの低下が抑制された無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、製造コストの上昇が抑制された無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。
【００３２】
（実施の形態２）
本実施の形態では本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の作製方法について図１０を参照しながら説明する。本実施の形態では、タグ内の薄膜素子に関してはアナログ部の一つの薄膜トランジスタのみ示して説明する。なお、その他の薄膜素子も同様に作製することが可能であり、本作製方法を他の薄膜素子に適用することは技術常識に基づいて当業者が容易になしえることである。
【００３３】
基板３００としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いても良い。プラスチックなどの可撓性を有する基板を用いても良い。また、基板の表面をＣＭＰ法などにより研磨して平坦化して用いても良く、さらにガラス基板、石英基板、半導体基板を研磨して薄くした基板を用いても良い。
【００３４】
基板３００上に下地膜３０１を形成する。下地膜３０１は酸化ケイ素や窒化ケイ素、また窒化酸化ケイ素などの絶縁膜により形成することができる。下地膜３０１を形成することによって、半導体層４００に悪影響を及ぼす基板３００中の不純物の拡散を抑制することができる。図１０（Ａ）では下地膜３０１は単層で形成しているが、２層以上の複数層で形成しても良い。なお、基板３００中の不純物が問題にならない場合は下地膜３０１は形成しなくとも良い。
【００３５】
下地膜３０１は基板３００の表面を高密度プラズマによって処理することによって形成しても良い。高密度プラズマは例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いることによって生成され、電子密度が１×１０１１〜１×１０１３／ｃｍ３且つ電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下であるものとする。このような高密度プラズマは活性種の運動エネルギーが低く、従来のプラズマ処理と比較してプラズマによるダメージが少なく、欠陥の少ない膜を形成することができる。マイクロ波を発生するアンテナから基板３００までの距離は２０〜８０ｍｍ、好ましくは２０〜６０ｍｍとすると良い。
【００３６】
また、窒化性雰囲気、例えば、窒素と希ガスとを含む雰囲気下、または窒素と水素と希ガスを含む雰囲気下、またはアンモニアと希ガスを含む雰囲気下において、上記高密度プラズマ処理を行うことによって基板３００の表面を窒化することができる。基板３００としてガラス基板、石英基板またはシリコンウエハなどを用いた場合、上記高密度プラズマによる窒化処理を行った場合、基板３００表面に形成される窒化膜は窒化ケイ素を主成分とするため、下地膜３０１として利用することができる。この窒化物層の上に酸化ケイ素または酸化窒化ケイ素をプラズマＣＶＤ法により形成して複数層よりなる下地膜３０１としても良い。
【００３７】
また、酸化ケイ素や酸化窒化ケイ素などからなる下地膜３０１の表面に同様の高密度プラズマによる窒化処理を行うことによって、その表面に窒化膜を形成することができる。この窒化膜は基板３００からの不純物の拡散を抑制することができる。また、きわめて薄く形成することができる為、その上に形成する半導体層への応力の影響が少ないので好ましい。
【００３８】
続いて半導体層４００を下地膜３０１上に形成する。半導体層４００はパターニングされた結晶性半導体膜や非晶質半導体膜、もしくは有機半導体を用いることができる。パターニングには感光性のレジストをフォトマスクを用いて露光、現像して作製したマスクを用いる。このとき、フォトマスクの任意の部分において露光を行う光の透過率を抑制し、現像後のマスクの厚みを制御することができる。マスクの厚みを制御することによってより細やかで正確なパターニングを行うことができる。
【００３９】
本実施の形態では半導体層４００を結晶性半導体膜で形成する例を説明する。結晶性半導体膜は非晶質半導体膜を結晶化して得ることができる。結晶化の方法としてはレーザ結晶化、ＲＴＡまたはファーネスアニール炉を用いる熱結晶化、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化などを用いることができる。半導体層４００はチャネル形成領域と導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域とを有する。なお、チャネル領域に相当する部分において導電型を付与する不純物元素が添加されていても良く、これにより半導体層の閾値電圧を制御することができる。
【００４０】
続いて、ゲート絶縁膜４０１を形成する。ゲート絶縁膜４０１は酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素などを用いて単層もしくは複数層で形成すればよい。この場合、ゲート絶縁膜４０１の表面を酸化雰囲気もしくは窒化雰囲気で高密度プラズマにより処理し、酸化または窒化処理を行い緻密化しても良い。
【００４１】
なお、ゲート絶縁膜４０１を形成する前に、半導体層４００の表面に対し、高密度プラズマ処理を行って、半導体層の表面を酸化または窒化処理しても良い。このとき、基板３００の温度を３００〜４５０℃とし、酸化雰囲気または窒化雰囲気で処理することにより、その上に形成するゲート絶縁膜４０１と良好な界面を形成することができる。
【００４２】
ゲート電極４０２としては、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた一種、もしくは複数種を含む合金や化合物からなる単層、もしくは複数層をパターニングして用いることができる。また、同時にアナログ部と第１のアンテナ１０２を電気的に接続する配線４０３を形成する。配線４０３をゲート電極４０２と同じ材料によって同時に形成することによって工程数を削減することができ、歩留まりやスループットを向上させることができる。ここで、ゲート電極４０２やゲート電極４０２と同時に作製する配線４０３等の配線は、基板３００に垂直な方向から見た場合に角が丸くなるように引き回すのが好ましい。角部を丸くすることによってゴミなどが配線の角部に残るのを防止することができ、ゴミが原因で起きる不良を抑制し、歩留まりを向上させることができる。パターニングには感光性のレジストをフォトマスクを用いて露光、現像して作製したマスクを用いる。このとき、フォトマスクの任意の部分において露光を行う光の透過率を抑制し、現像後のマスクの厚みを制御することができる。マスクの厚みを制御することによってより細やかで正確なパターニングを行うことができる。
【００４３】
薄膜トランジスタは、半導体層４００と、ゲート絶縁膜４０１とゲート電極４０２で構成される。本実施の形態では薄膜トランジスタをトップゲート型のトランジスタとして説明したが、ボトムゲート型のトランジスタや、半導体層の上下にゲート電極を有するデュアルゲート型のトランジスタであっても良い。
【００４４】
次に第１の絶縁膜３０２を形成する（図１０（Ｂ））。第１の絶縁膜３０２としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜の単層または積層構造を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化ケイ素膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化ケイ素膜などを用いることができる。有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂などの膜を用いることができる。
【００４５】
また、第１の絶縁膜３０２としてケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成される材料を用いることもできる。この材料の置換基として少なくとも水素を含む置換基（例えばアルキル基、アリール基）が用いられる。置換基としてフルオロ基を用いても良い。また、これら両方の置換基を有していても良い。
【００４６】
第１の絶縁膜３０２を複数層で形成する場合は、より半導体層４００に近い層を窒化ケイ素が主成分である膜等、イオン性不純物をブロッキングするバリア性の絶縁膜で形成することが望ましい。これは半導体層４００の汚染を防ぐ保護膜としてもちいることができる。この層を形成した後に、水素ガスを導入して高密度プラズマ処理をすることで水素化を行っても良い。これにより当該層を緻密化することができる。また、その後４００〜４５０℃の熱処理を行って水素を放出させ、半導体層４００の水素化をすることができる。
【００４７】
薄膜トランジスタの配線４０４はアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種、または複数種からなる合金もしくは化合物を用いた単層、または複数層をパターニングして形成される。図では単層構造の例を示した。なお、配線４０４は、基板３００に垂直な方向から見た時に角部が丸くなるように形成することが好ましい。角部を丸くすることによってゴミなどが角部に残るのを防止することができる。また、配線４０４と同じ材料によって、同時にＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１及び第１のアンテナ１０２を形成する。パターニングには感光性のレジストをフォトマスクを用いて露光、現像して作製したマスクを用いる。このとき、フォトマスクの任意の部分において露光を行う光の透過率を抑制し、現像後のマスクの厚みを制御することができる。マスクの厚みを制御することによってより細やかで正確なパターニングを行うことができる。
【００４８】
次に、第２の絶縁膜３０３を形成する（図１０（Ｃ））。第２の絶縁膜３０３としては無機絶縁膜または有機絶縁膜の単層または積層構造を用いることができる。具体的な材料は第１の絶縁膜３０２と同様である。
【００４９】
その後、第２の絶縁膜３０３上に第２のアンテナ１０３を形成する。第２のアンテナ１０３は第１のアンテナ１０２と重ならないように形成する。第２のアンテナ１０３はアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種、または複数種からなる合金もしくは化合物を用いた単層、または複数層で形成される。図では単層構造の例を示した。また、第２のアンテナ１０３はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等のナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて液滴吐出法により形成することもできる。液滴吐出法は、インクジェット法やディスペンサ法などの液滴を吐出してパターンを形成する方式の総称であり、材料の利用効率の向上などの利点を有する。
【００５０】
続いて、第２の絶縁膜３０３、第２のアンテナ１０３上に第３の絶縁膜６００を形成する。第３の絶縁膜６００は無機絶縁膜や有機絶縁膜の単層もしくは積層構造で形成すれば良い。第３の絶縁膜６００は第２のアンテナ１０３の保護層として機能する。
【００５１】
その後、封止を行って本発明の半導体装置が完成する。なお、基板３００上に形成された半導体装置をそのまま用いても良いが、基板３００上から作製した素子を剥離してフレキシブル基板に貼り合わせて用いても良い。
【００５２】
剥離の方法としては予め基板３００上に剥離層を設けておき、剥離層をエッチング剤により除去することで剥離する方法がある。その他、剥離層をエッチング剤により部分的に除去し、その後、物理的に除去する方法、基板３００を機械的に除去する方法、基板３００を溶液やガスによるエッチングで除去する方法等がある。
【００５３】
また、剥離した素子のフレキシブル基板への貼り付けは市販の接着剤を用いれば良く、例えばエポキシ樹脂系接着剤などがある。
【００５４】
このようにフレキシブル基板に本発明の半導体装置を作製することによって、厚さが薄く、軽く、落としても破損しにくい半導体装置とすることができる。また、可撓性を有するフレキシブル基板をもちいることによって曲面を有するものにも無理なく貼り合わせることができる。
【実施例１】
【００５５】
本実施例では、本発明の半導体装置の用途について図１１、図１２及び図１８を用いて説明する。本発明の半導体装置７００は、例えば、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１２（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１２（Ｂ）参照）、ＤＶＤソフトやＣＤやビデオテープ等の記録媒体（図１２（Ｃ）参照）、車やバイクや自転車等の乗物類（図１２（Ｄ）参照）、鞄や眼鏡等の身の回り品（図１２（Ｅ）参照）、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（単にテレビまたはテレビ受像器とも呼ぶ）および携帯電話機等を指す。
【００５６】
本発明の半導体装置は、物品の表面に貼り付けたり、物品に埋め込んだりして物品に固定することができる。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本発明の半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に本発明の半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線タグを埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。
【００５７】
以上のように、本発明の半導体装置は物品（生き物を含む）であればどのようなものにでも設けて使用することができる。
【００５８】
本発明の半導体装置は、小型化に有利な上、歩留まりやスループットが良く、安価に作製することができることから、添付しやすく、大量に使用されるこれら用途に関して非常に有効である。
【００５９】
次に、本発明の半導体装置を用いたシステムの一形態について、図１１を用いて説明する。表示部３３０１を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３３０２が設けられる。また、物品３３０３の側面には本発明の半導体装置７００が設けられる（図１１（Ａ）参照）。物品３３０３が含む本発明の半導体装置７００にリーダ／ライタ３３０２をかざすと、表示部３３０１に物品３３０３の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴、商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また別のシステムとして、物品３３０５をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ／ライタ３３０４と半導体装置７００とを用いて、物品３３０５の検品を行うことができる（図１１（Ｂ）参照）。このように、システムに本発明の半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現したシステムを提供することができる。
【００６０】
図１８は本発明の半導体装置を用いた他のシステムの一形態について示した図である。本システムは宅配業者を利用して荷物を送る際に適用される。図１８（Ｂ）に示すように、送り主は予め送る物品８０５に本発明の半導体装置８０１を貼り付けておく。この半導体装置８０１の中には予め少なくとも送り主情報を記憶しておく。記憶しておく情報はそのほかに、送り先情報、宅配業者、内容など、その他の情報であっても良い。通信販売などの場合は支払う金額が表示されても良い。宅配業者が荷物を届けに来た際、玄関先８００（もしくはエントランス）に取り付けられたリーダ／ライタ８０２が荷物情報を読み取り、図１８（Ａ）に示すような家屋内８０３のインターホンを兼ねても良い表示部８０４にその情報が表示される。家人はこの情報を確認してから対応することができ、誤配達や、宅配便を装った勧誘、犯罪などに遭うことを防ぐことができ、特に子供のいる家庭に安全対策として有効である。本発明の半導体装置は同じ大きさであれば通信距離が長い（感度が高い）ため、荷物内に本発明の半導体装置を設置したとしても確実に荷物の情報を受け取ることができる。また、本システムは大きな荷物だけではなく、書留や配達記録に代表される封書などの小さな郵便物に適用しても良く、この場合は小型化が容易な本発明の半導体装置を好適に用いることができる。
【実施例２】
【００６１】
図１３は本発明の半導体装置に含まれる回路の一部を構成するトランジスタの断面構造を示す図である。図１３は、ｎチャネル型トランジスタ２００１、ｎチャネル型トランジスタ２００２、容量素子２００４、抵抗素子２００５、ｐチャネル型トランジスタ２００３が示されている。各トランジスタは半導体層１３０５、ゲート絶縁層１３０８、ゲート電極１３０９を備えている。ゲート電極１３０９は、第１導電層１３０３と第２導電層１３０２の積層構造で形成されている。また、図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、図１３で示すトランジスタ、容量素子、抵抗素子に対応する上面図であり、合わせて参照することができる。
【００６２】
図１３において、ｎチャネル型トランジスタ２００１は、チャネル長方向（キャリアの流れる方向）において、配線１３０４と接続されるソース及びドレイン領域を形成する不純物領域１３０６と、その不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域１３０７とが半導体層１３０５に形成されている。不純物領域１３０７は、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）とも呼ばれる。不純物領域１３０６と不純物領域１３０７には、ｎチャネル型トランジスタ２００１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。
【００６３】
図１４（Ａ）で示すように、ｎチャネル型トランジスタ２００１のゲート電極１３０９において、第１導電層１３０３は、第２導電層１３０２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１３０３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１３０３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１３０７はゲート電極１３０９の第１導電層１３０３と重なるように形成されている。すなわち、ゲート電極１３０９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１３０９において、第２導電層１３０２をマスクとして、第１導電層１３０３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１３０７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。
【００６４】
チャネル形成領域の両側にＬＤＤ有するトランジスタは、電源回路の整流用のトランジスタや、論理回路に用いられるトランスミッションゲート（アナログスイッチとも呼ぶ）を構成するトランジスタに適用される。これらのトランジスタは、ソース電極及びドレイン電極に正負両方の電圧が印加されるため、チャネル形成領域の両側にＬＤＤを設けることが好ましい。
【００６５】
図１３において、ｎチャネル型トランジスタ２００２は、半導体層１３０５に配線１３０４と接続されるソース及びドレイン領域を形成する不純物領域１３０６と、その不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域１３０７が形成されている。不純物領域１３０７は、チャネル形成領域の片側に、不純物領域１３０６と接するように設けられている。図１４（Ｂ）で示すように、ｎチャネル型トランジスタ２００２のゲート電極１３０９において、第１導電層１３０３は、第２導電層１３０２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１３０２をマスクとして、第１導電層１３０３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。
【００６６】
チャネル形成領域の片側にＬＤＤを有するトランジスタは、ソース及びドレイン電極間に正電圧のみ、もしくは負電圧のみが印加されるトランジスタに適用すればよい。具体的には、インバータ回路、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、ラッチ回路といった論理ゲートを構成するトランジスタや、センスアンプ、定電圧発生回路、ＶＣＯといったアナログ回路を構成するトランジスタに適用すればよい。
【００６７】
図１３において、容量素子２００４は、第１導電層１３０３と半導体層１３０５とでゲート絶縁層１３０８を挟んで形成されている。容量素子２００４を形成する半導体層１３０５には、不純物領域１３１０と不純物領域１３１１を備えている。不純物領域１３１１は、半導体層１３０５において第１導電層１３０３と重なる位置に形成される。また、不純物領域１３１０は配線１３０４とコンタクトを形成する。不純物領域１３１１は、第１導電層１３０３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１３１０と不純物領域１３１１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２００４において、半導体層１３０５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１３０３は、図１４（Ｃ）に示すように、第２導電層１３０２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１３０３と第２導電層１３０２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２００４を自己整合的に形成することができる。
【００６８】
容量素子は、電源回路が有する保持容量、あるいは共振回路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。
【００６９】
図１３において、抵抗素子２００５は、第１導電層１３０３によって形成されている。第１導電層１３０３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。
【００７０】
抵抗素子は、変調回路が有する抵抗負荷として用いられる。また、ＶＣＯなどで電流を制御する場合の負荷としても用いられる場合がある。抵抗素子は、高濃度に不純物元素を含む半導体層や、膜厚の薄い金属層によって構成すればよい。抵抗値が膜厚、膜質、不純物濃度、活性化率などに依存する半導体層に対して、金属層は、膜厚、膜質で抵抗値が決定するため、ばらつきが小さく好ましい。
【００７１】
図１３において、ｐチャネル型トランジスタ２００３は、半導体層１３０５に不純物領域１３１２を備えている。この不純物領域１３１２は、配線１３０４と接続されるソース及びドレイン領域を形成する。ゲート電極１３０９の構成は第１導電層１３０３と第２導電層１３０２が重畳した構成となっている。ｐチャネル型トランジスタ２００３はＬＤＤを設けないシングルドレイン構造のトランジスタである。ｐチャネル型トランジスタ２００３を形成する場合、不純物領域１３１２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３１２にリンを添加すればシングルドレイン構造のｎチャネル型トランジスタとすることもできる。
【００７２】
半導体層１３０５及びゲート絶縁層１３０８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１×１０１１〜１×１０１３／ｃｍ３程度である高密度プラズマ処理によって酸化又は窒化処理しても良い。このとき、基板温度を３００〜４５０℃とし、酸化雰囲気（Ｏ２、Ｎ２Ｏなど）又は窒化雰囲気（Ｎ２、ＮＨ３など）で処理することにより、半導体層１３０５とゲート絶縁層１３０８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１３０８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１３０８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１３０５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１３０８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２００４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。
【００７３】
図１３及び図１４を参照して説明したように、膜厚の異なる導電層を組み合わせることにより、さまざまな構成の素子を形成することができる。第１導電層のみが形成される領域と、第１導電層と第２導電層が積層されている領域は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いて形成することができる。すなわち、フォトリソグラフィー工程において、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。
【００７４】
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１４（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。
【００７５】
図１３及び図１４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導電層として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。
【００７６】
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。
【実施例３】
【００７７】
図１で示す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。
【００７８】
図１５（Ａ）で示す半導体層１０、１１はシリコン若しくはシリコンを成分とする結晶性の半導体で形成することが好ましい。例えば、シリコン膜をレーザアニールなどによって結晶化された多結晶シリコン、単結晶シリコンなどが適用される。その他にも半導体特性を示す、金属酸化物半導体、アモルファスシリコン、有機半導体を適用することも可能である。
【００７９】
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１０、１１を形成する。その半導体層１０、１１はレイアウトの適切さを考慮して決められる。
【００８０】
図１５（Ａ）で示す半導体層１０、１１を形成するためのフォトマスクは、図１５（Ｂ）に示すマスクパターン２０００を備えている。このマスクパターン２０００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２０００は、遮光部として作製される。マスクパターン２０００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（コーナー部の内側）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。
【００８１】
図１５（Ｂ）で示すマスクパターン２０００は、その形状が、図１５（Ａ）で示す半導体層１０、１１に反映される。その場合、マスクパターン２０００と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン２０００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２０００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。
【００８２】
半導体層１０、１１の上には、酸化シリコン若しくは窒化シリコンを少なくとも一部に含む絶縁層が形成される。この絶縁層を形成する目的の一つはゲート絶縁層である。そして、図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１２、１３、１４を形成する。ゲート配線１２は半導体層１０に対応して形成される。ゲート配線１３は半導体層１０、１１に対応して形成される。また、ゲート配線１４は半導体層１０、１１に対応して形成される。ゲート配線は、金属層又は導電性の高い半導体層を成膜し、フォトリソグラフィー技術によってその形状を絶縁層上に作り込む。
【００８３】
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２１００を備えている。このマスクパターン２１００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２１００は、その形状が、図１６（Ａ）で示すゲート配線１２、１３、１４に反映される。その場合、マスクパターン２１００と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン２１００の角部がさらに丸みを帯びるように転写されていても良い。すなわち、ゲート配線１２，１３，１４にマスクパターン２１００よりもさらにパターン形状をなめらかにした、丸みをおびさせてもよい。つまり、ゲート配線１２、１３、１４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てもよい。ゲート配線１２，１３，１４の凸部（コーナー部の外側）はプラズマによるドライエッチングの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また、凹部（コーナー部の内側）では、洗浄のときに、基板に微粉が付着していても洗浄液を配線パターンのコーナー部に滞留させずに洗い流すことができ、歩留まり向上が甚だしく期待できる。
【００８４】
層間絶縁層はゲート配線１２、１３、１４の次に形成される層である。層間絶縁層は酸化シリコンなどの無機絶縁材料若しくポリイミドやアクリル樹脂などを使った有機絶材料を使って形成する。この層間絶縁層とゲート配線１２、１３、１４の間には窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層を介在させても良い。また、層間絶縁層上にも窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層を設けても良い。この絶縁層は、外因性の金属イオンや水分などＴＦＴにとっては良くない不純物により半導体層やゲート絶縁層を汚染するのを防ぐことができる。
【００８５】
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１５〜２０を形成する。配線はある特定の素子間を連結する。配線は特定の素子と素子の間を直線で結ぶのではなく、レイアウトの制約上屈曲部が含まれる。また、コンタクト部やその他の領域において配線幅が変化する。コンタクト部では、コンタクトホールが配線幅と同等若しくは大きい場合には、その部分で配線幅が広がるように変化する。
【００８６】
この配線１５〜２０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２２００を備えている。この場合においても、配線は、Ｌ字形に折れ曲がった各コーナー部であって直角三角形の一辺が１０μｍ以下、または、配線の線幅の１／２以下で、線幅の１／５以上の長さに角部を削除し、コーナー部を丸みをおびるパターンを有せしめる。即ち、上面からみたコーナー部における配線層の外周は曲線を形成するようにする。具体的には、コーナー部の外周縁に丸みを帯びさせるため、コーナー部を挟む互いに垂直な２つの第１直線と、これら２つの第１直線と約４５度の角度をなす一つの第２直線と、で形成される直角２等辺三角形の部分に相当する配線層の一部を除去する。除去すると新たに２つの鈍角の部分が配線層に形成されるが、マスク設計や、エッチング条件を適宜設定することにより、各鈍角部分に第１直線と第２直線との両方に接する曲線が形成されるように配線層をエッチングすることが好ましい。なお、前記直角２等辺三角形の互いに等しい２辺の長さは、配線幅の１／５以上１／２以下とする。またコーナー部の内周についても、コーナー部の外周に沿って内周が丸みを帯びるよう形成する。このような配線形状は、プラズマによるドライエッチングの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また、基板を洗浄する際に、基板に微粉が付着していても、洗浄液を配線パターンのコーナー部に滞留させずに洗い流すことができ、結果として歩留まりを向上させるという効果を有する。このことは、基板上に多数の平行配線がある場合に、付着した微粉を洗浄により除去しやすくなるという利点でもある。配線の角部がラウンドをとることにより、電気的にも伝導させることが期待できる。また、多数の平行配線では、ゴミを洗い流すのにはきわめて好都合である。
【００８７】
図１７（Ａ）には、ｎチャネル型トランジスタ２１〜２４、ｐチャネル型トランジスタ２５、２６が形成されている。ｎチャネル型トランジスタ２３とｐチャネル型トランジスタ２５及びｎチャネル型トランジスタ２４とｐチャネル型トランジスタ２６はインバータを構成している。この６つのトランジスタを含む回路はＳＲＡＭを形成している。これらの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。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明での半導体装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の半導体装置の平面図。
【図３】本発明の半導体装置の断面図。
【図４】本発明の半導体装置におけるアナログ部と第１のアンテナの接続部の断面図。
【図５】従来の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の構成を示す図。（Ａ）
【図６】本発明の半導体装置の実施の形態の１つを表す図。
【図７】本発明の半導体装置実施の形態の１つを表す図。
【図８】本発明の半導体装置実施の形態の１つを表す図。
【図９】本発明の半導体装置実施の形態の１つを表す図。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法を表す図。
【図１１】本発明の半導体装置を用いたシステムを示す図。
【図１２】本発明の半導体装置の用途を表す図。
【図１３】本発明の半導体装置の一部における断面図。
【図１４】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１５】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１６】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１７】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１８】本発明の半導体装置を用いたシステムを示す図。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 半導体層
１１ 半導体層
１２ ゲート配線
１３ ゲート配線
１４ ゲート配線
１５ 配線
２１ ｎチャネル型トランジスタ
２３ ｎチャネル型トランジスタ
２４ ｎチャネル型トランジスタ
２５ ｐチャネル型トランジスタ
２６ ｐチャネル型トランジスタ
１００ リードライト通信制御回路
１０１ アンテナ部
１０２ 第１のアンテナ
１０３ 第２のアンテナ
１０４ アナログ部
１０５ デジタル部
２００ ＶＤＤ配線
２０１ ＧＮＤ配線
２１０ 交差する部分
２２０ 電気的に接続する部分
３００ 基板
３０１ 下地膜
３０２ 第１の絶縁膜
３０３ 第２の絶縁膜
３１２ 不純物領域
４００ 半導体層
４０１ ゲート絶縁膜
４０２ ゲート電極
４０２ ゲート電極
４０３ 配線
４０４ 配線
５００ タグ
５０１ 配線形成層
５０２ アンテナ
５０３ アンテナ形成層
５０６ 共振容量部
６００ 第３の絶縁膜
７００ 半導体装置
８００ 玄関先
８０１ 半導体装置
８０２ リーダ／ライタ
８０３ 家屋内
８０４ 表示部
８０５ 物品
１３０２ 第２導電層
１３０３ 第１導電層
１３０４ 配線
１３０５ 半導体層
１３０６ 不純物領域
１３０７ 不純物領域
１３０８ ゲート絶縁層
１３０９ ゲート電極
１３１０ 不純物領域
１３１１ 不純物領域
１３１２ 不純物領域
２０００ マスクパターン
２００１ ｎチャネル型トランジスタ
２００２ ｎチャネル型トランジスタ
２００３ ｐチャネル型トランジスタ
２００４ 容量素子
２００５ 抵抗素子
２１００ マスクパターン
２２００ マスクパターン
３３０１ 表示部
３３０２ リーダ／ライタ
３３０３ 物品
３３０４ リーダ／ライタ
３３０５ 物品
６５００ タグ
６５０１ 配線形成層
６５０２ アンテナ
６５０３ アンテナ形成層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置に関する。特に小型化に有利な無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣタグが搭載されたカード型、タグ型、コイン型などの無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、豊富な情報量と高いセキュリティを備えていることから、交通、流通、情報などの分野で普及が進んでいる。さらに非接触ＩＣタグ装置は無線でデータ送信を行うことができ、信頼性に優れ、同時に複数枚のデータ処理が可能、などの特徴を有しているため注目を集めている。
【０００３】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、例えば、本体装置と電磁結合により電源供給およびデータの送受信を行うためのアンテナと、タグの外部端子を接続したＩＣモジュールをプラスチック等からなる外装材を両面から接着した構成などがある。
【０００４】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のアンテナとしては、プラスチックフィルム上に貼り付けた銅箔、またはアルミ箔をエッチングにて所定の形状に形成したもの、または導電ペーストを印刷で形成したものなどがある。
【０００５】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の外形サイズは、アプリケーションにより異なる。一般的に電磁結合方式の半導体装置であれば、アンテナに鎖交する磁束の変化で電磁結合するため、アンテナ面積の小さいものは通信距離が短く、大きいものは長い。
【０００６】
前記無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のアプリケーションとしては、例えば、カード、ビデオテープ、ＣＤボックスのインデックスなどがある。
【０００７】
前記アンテナ搭載型の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を用いて、近傍型として使用する場合は、図５の様に本体装置と電磁結合を行うためのアンテナ６５０２を用いて、電磁結合により半導体装置への電源供給およびデータ送受信を行う。なお、図５に示すように、アンテナ６５０２はアンテナ形成層６５０３で作製され、タグ６５００は配線形成層６５０１で作製されている。
【０００８】
また、非特許文献１には、通信距離を長くするために、１本のアンテナを２層に分けた場合が記載されている。具体的には、Ｓｉ基板と１層目のアンテナとの間、及び１層目のアンテナと２層目とのアンテナとの間に樹脂を挟んだ構造とし、１層目のアンテナと２層目のアンテナを１本のＣｕ配線を渦状に巻いて形成している（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「日経エレクトロニクス」，２００５年４月１１日号，ｐ．２６−ｐ．２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現状、電波法でリーダ／ライタのアンテナから出される最大出力は定められている。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置はその決められた出力を効率よく受け取らなければならないため、アンテナの長さはできるだけ長くすることが望ましい。その結果、アンテナサイズは無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置内の回路よりも大きくなることが多い。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は現在様々な用途が考えられており、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を小さく出来るとさらに用途が広がることが予想できる。例えば、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を１ｃｍ四方の物品に取り付けその管理を行いたい場合を考える。このとき、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置が１ｃｍ四方よりも大きくなってしまったとしたら、物品の管理を行う上で支障がでると思われる。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置を物品の管理に支障が出ないサイズに作れれば、サイズによる無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の用途の制限が無くなり、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の用途は広がる可能性がある。以上の背景があり、無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のサイズを小さくする際、いかに通信距離を変えずアンテナサイズを小さくするかが課題である。
【００１０】
前記課題を解決するために非特許文献１では、アンテナ層が２層である無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置が開示されている。その際、問題となるのは、アンテナ層を２層作るために工程数が増え、スループットや歩留まりが落ちるということである。
【００１１】
以上のことから本発明では工程数や通信距離を変えず、小型化に有利なアンテナの構成を有する半導体装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する為の本発明の構成の一つは、基板と、基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、第１のアンテナと、第２のアンテナとを有し、第１のアンテナと第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、第１のアンテナと第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されている半導体装置である。
【００１３】
上記課題を解決する為の本発明の構成の一つは、基板と、基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、第１のアンテナと、第２のアンテナとを有し、第１のアンテナと第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、第１のアンテナと第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されており、第１のアンテナと第２のアンテナは、基板に垂直な方向から見た場合、交差する部分と電気的に接続する部分以外は重なっていない半導体装置である。
【００１４】
上記課題を解決する為の本発明の構成の一つは、上記構成において、薄膜素子には半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極よりなる薄膜トランジスタを含み、タグ部と前記第１のアンテナとは電気的に接続しており、タグ部と第１のアンテナを接続する配線は前記薄膜トランジスタのゲート電極と同じ材料で同じ層に形成されている半導体装置である。
【００１５】
また、本発明の他の構成の１つは、上記構成において、ゲート電極がタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた一種、もしくは複数種を含む合金や化合物を用いて形成されている半導体装置である。
【００１６】
また、本発明の他の構成の１つは、上記構成において、前記第１のアンテナがアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されている半導体装置である。
【００１７】
また、本発明の他の構成の１つは、上記構成において、前記第２のアンテナがアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されている半導体装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体装置は、工程数や通信距離を変えずに小型化が可能な無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。また、本発明の半導体装置はサイズを変えず通信距離を伸ばすことも可能である。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、歩留まりやスループットの低下が抑制される。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、製造コストの上昇が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。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。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は非接触でデータのやりとりが可能である半導体装置の構成の一例を示す図である。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は利用の形態によって、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。本発明では便宜上ＲＦＩＤタグと称するが上記いずれの形態にも適用できる。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、リードライト通信制御回路１００（以下、リーダ／ライタ、又はＲ／Ｗとする）のアンテナ部１０１と、通信制御回路を有する無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置のタグアンテナ５０２との間で通信及び電力の送受信をおこなう。無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、タグアンテナ５０２と、タグアンテナ５０２で受信した電波から電源電圧と復調信号をつくり、通信制御を行うタグ５００で構成される。タグアンテナ５０２は第１のアンテナ１０２及び第２のアンテナ１０３で構成される。タグ５００は、主に電源電圧と信号の復調、変調を行うアナログ部１０４と、アナログ部１０４で作られた電源電圧と復調信号を用いて、信号の解析及び送信データをつくるデジタル部１０５で構成される。
【００２１】
本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の上面図を図２に示す。タグ５００全体に安定に電源電位（ＶＤＤ）及び基準電位（ＧＮＤ）を供給するため、アナログ部１０４とデジタル部１０５の周囲を取り巻くようにＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１が配置される。アナログ部１０４は第１のアンテナ１０２の一端に電気的に接続されている。第１のアンテナ１０２の他端は第２のアンテナ１０３の一端に電気的に接続されている。第２のアンテナ１０３の他端はＧＮＤ配線２０１に電気的に接続されている。また、図６に示すように、第１のアンテナ１０２はタグ５００の配線形成層５０１で作製され、第２のアンテナ１０３は別途アンテナ形成層５０３で作製されている。このようにすることで２層構造のアンテナを工程数を増やすことなく作製することができるようになる。配線を２層で形成し接続することによって、サイズの大きなアンテナと同等のインダクタンスが生まれ、配線が１層の同サイズのアンテナよりも大きな通信距離を生むことができる。逆に同じ通信距離のアンテナを作製する場合にはサイズを小さくすることができる。
【００２２】
また、配線形成層５０１に作製された第１のアンテナ１０２とタグ５００との位置関係は、図６のようにタグ５００を取り巻くように第１のアンテナ１０２を配置しても良いし、図７のように第１のアンテナ１０２の外側にタグ５００を配置しても良い。また、タグ５００とアンテナの位置関係は上記に限られず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において自由に配置することができる。図７のようにアンテナの外側にタグを配置する様な構成では、タグがアンテナの内側を通る磁束の影響を受けるのを小さくすることができる。
【００２３】
本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の上面図、図２上のＡ−Ｂの断面図を図３に示す。図３に示すように、本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、基板３００、第１の絶縁膜３０２、デジタル部１０５とアナログ部１０４からなるタグ５００、ＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１、第１のアンテナ１０２、第２の絶縁膜３０３、第２のアンテナ１０３を含む。必要に応じて下地膜３０１やその他の構成を設けても良い。アナログ部１０４、デジタル部１０５からなるタグ５００は、薄膜トランジスタに代表される多くの薄膜素子より構成されている。また、断面図の場合、アナログ部１０４、デジタル部１０５は、ＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１、第１のアンテナ１０２の間に位置している。第１の絶縁膜３０２は、薄膜トランジスタの配線形成層と半導体層形成層を電気的に絶縁する為に設けられている層である。また、第２の絶縁膜３０３は、第１のアンテナ１０２と、第２のアンテナ１０３とを隔てている層である。すなわち、第１のアンテナと第２のアンテナは、第２の絶縁膜３０３で隔てられた異なる層に設けられている。
【００２４】
ところで、図２のように、図３における基板３００に垂直な方向から見た場合に、第１のアンテナ１０２の配線と第２のアンテナ１０３の配線を、第２の絶縁膜３０３を挟んで重なる位置に配置した場合、第１のアンテナ１０２と第２のアンテナ１０３の配線間で、意図しない寄生容量が発生してしまう。この寄生容量は無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の共振を妨げてしまう。この影響を避けるため、基板３００に垂直な方向から見た場合に、第１のアンテナ１０２の配線と第２のアンテナ１０３の配線の位置を、当該２つのアンテナが交差する位置と電気的に接続している位置以外は重ならないように配置すると良い。すなわち、第１のアンテナと第２のアンテナは、基板に垂直な方向から見た場合、交差する部分と電気的に接続する部分以外は重なっていないように配置すると良い。なお、図２には、基板３００に垂直な方向から見た場合に、第１のアンテナ１０２と第２のアンテナ１０３が交差する部分２１０と、電気的に接続する部分２２０を例示してある。第１のアンテナ１０２の配線と第２のアンテナ１０３の配線の間隔については特に定めずともよく、使用者が適宜設定することができる。
【００２５】
本発明において第１のアンテナ１０２の配線は薄膜トランジスタの配線形成層に薄膜トランジスタの配線材料で形成することから、第２のアンテナ１０３の配線に比べ膜厚が薄くなるため、インピーダンス（抵抗）が大きくなってしまう場合がある。このことは電力を取り出す際のロスになる。インピーダンス（抵抗）を小さくし、電磁結合の効率を上げるために第１のアンテナ１０２の配線幅を図８に示したように太く形成しても良い。
【００２６】
アンテナの他の構成としては図９に示したように、アンテナに共振容量部５０６を設けても良い。共振容量部５０６は本来タグ５００の中にある共振容量をカットすることができ、ＲＦＩＤのサイズを小さくすることができる。
【００２７】
本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の上面図である図２上におけるＣ−Ｄの断面図、すなわちアナログ部１０４と第１のアンテナ１０２の接続部分の断面図を図４に示す。ここではアナログ部１０４における多数の薄膜素子の中から一つの薄膜トランジスタのみを示して説明する。
【００２８】
図４に示すように、薄膜トランジスタの活性層となる半導体層４００は下地膜３０１上に設けられている。半導体層４００はゲート絶縁膜４０１に覆われており、ゲート電極４０２と電気的に絶縁されている。図１で説明したタグ５００を構成するアナログ部１０４には、図４に示すように半導体層４００、ゲート絶縁膜４０１、ゲート電極４０２からなる薄膜トランジスタが設けられている。薄膜トランジスタの半導体層４００には第１の絶縁膜３０２上に形成されたソース用又はドレイン用の配線４０４が、第１の絶縁膜３０２に設けられたコンタクトホールを介して電気的に接続している。第１の絶縁膜３０２上には、ソース用又はドレイン用の配線４０４と同じ材料で同じ層に同時に形成されたＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１、第１のアンテナ１０２も設けられている。このとき、ＶＤＤ配線２００及びＧＮＤ配線２０１は、ソース用又はドレイン用の配線４０４と第１のアンテナ１０２との間に位置している。
【００２９】
また、図１で説明したタグ５００を構成するアナログ部１０４は、図２に示すように第１のアンテナ１０２の一端と電気的に接続させる。このとき、図４に示すように、工程数の削減の為に、アナログ部１０４に設けられた薄膜トランジスタと、第１のアンテナ１０２とをつなぐ配線４０３はゲート電極４０２と同じ材料で同じ層に同時に形成すると良い。なお、アナログ部１０４に設けられた薄膜トランジスタは、ソース用又はドレイン用の配線４０４を介して、配線４０３と電気的に接続させる。言い換えると、ソース用又はドレイン用の配線４０４と第１のアンテナ１０２は、ゲート電極４０２と同じ材料で形成される配線４０３を介して接続されている。また、配線４０３上には、第１の絶縁膜３０２を介して、ＶＤＤ配線２００及びＧＮＤ配線２０１が形成されている。
【００３０】
また、図４に図示はしないが、第２の絶縁膜３０３上には、第２のアンテナが形成される。ここで形成される第２のアンテナは、第１のアンテナ１０２と第２の絶縁膜３０３で隔てられた異なる層に形成される。すなわち、第２のアンテナは、ソース用又はドレイン用の配線４０４と同じ材料で同じ層に同時に形成された第１のアンテナとは異なる層に形成される。
【００３１】
このような構成を有する本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置は、工程数や通信距離を変えず、小型化が可能な無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。また、本発明の半導体装置はサイズを変えず通信距離を伸ばすことも可能である。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、歩留まりやスループットの低下が抑制された無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。また、本発明の半導体装置は小型化もしくはサイズを変えずに通信距離が長くなった上、製造コストの上昇が抑制された無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置である。
【００３２】
（実施の形態２）
本実施の形態では本発明の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の作製方法について図１０を参照しながら説明する。本実施の形態では、タグ内の薄膜素子に関してはアナログ部の一つの薄膜トランジスタのみ示して説明する。なお、その他の薄膜素子も同様に作製することが可能であり、本作製方法を他の薄膜素子に適用することは技術常識に基づいて当業者が容易になしえることである。
【００３３】
基板３００としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、半導体基板の表面に絶縁膜を形成した基板を用いても良い。プラスチックなどの可撓性を有する基板を用いても良い。また、基板の表面をＣＭＰ法などにより研磨して平坦化して用いても良く、さらにガラス基板、石英基板、半導体基板を研磨して薄くした基板を用いても良い。
【００３４】
基板３００上に下地膜３０１を形成する。下地膜３０１は酸化ケイ素や窒化ケイ素、また窒化酸化ケイ素などの絶縁膜により形成することができる。下地膜３０１を形成することによって、半導体層４００に悪影響を及ぼす基板３００中の不純物の拡散を抑制することができる。図１０（Ａ）では下地膜３０１は単層で形成しているが、２層以上の複数層で形成しても良い。なお、基板３００中の不純物が問題にならない場合は下地膜３０１は形成しなくとも良い。
【００３５】
下地膜３０１は基板３００の表面を高密度プラズマによって処理することによって形成しても良い。高密度プラズマは例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用いることによって生成され、電子密度が１×１０１１〜１×１０１３／ｃｍ３且つ電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下であるものとする。このような高密度プラズマは活性種の運動エネルギーが低く、従来のプラズマ処理と比較してプラズマによるダメージが少なく、欠陥の少ない膜を形成することができる。マイクロ波を発生するアンテナから基板３００までの距離は２０〜８０ｍｍ、好ましくは２０〜６０ｍｍとすると良い。
【００３６】
また、窒化性雰囲気、例えば、窒素と希ガスとを含む雰囲気下、または窒素と水素と希ガスを含む雰囲気下、またはアンモニアと希ガスを含む雰囲気下において、上記高密度プラズマ処理を行うことによって基板３００の表面を窒化することができる。基板３００としてガラス基板、石英基板またはシリコンウエハなどを用いた場合、上記高密度プラズマによる窒化処理を行った場合、基板３００表面に形成される窒化膜は窒化ケイ素を主成分とするため、下地膜３０１として利用することができる。この窒化物層の上に酸化ケイ素または酸化窒化ケイ素をプラズマＣＶＤ法により形成して複数層よりなる下地膜３０１としても良い。
【００３７】
また、酸化ケイ素や酸化窒化ケイ素などからなる下地膜３０１の表面に同様の高密度プラズマによる窒化処理を行うことによって、その表面に窒化膜を形成することができる。この窒化膜は基板３００からの不純物の拡散を抑制することができる。また、きわめて薄く形成することができる為、その上に形成する半導体層への応力の影響が少ないので好ましい。
【００３８】
続いて半導体層４００を下地膜３０１上に形成する。半導体層４００はパターニングされた結晶性半導体膜や非晶質半導体膜、もしくは有機半導体を用いることができる。パターニングには感光性のレジストをフォトマスクを用いて露光、現像して作製したマスクを用いる。このとき、フォトマスクの任意の部分において露光を行う光の透過率を抑制し、現像後のマスクの厚みを制御することができる。マスクの厚みを制御することによってより細やかで正確なパターニングを行うことができる。
【００３９】
本実施の形態では半導体層４００を結晶性半導体膜で形成する例を説明する。結晶性半導体膜は非晶質半導体膜を結晶化して得ることができる。結晶化の方法としてはレーザ結晶化、ＲＴＡまたはファーネスアニール炉を用いる熱結晶化、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化などを用いることができる。半導体層４００はチャネル形成領域と導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域とを有する。なお、チャネル領域に相当する部分において導電型を付与する不純物元素が添加されていても良く、これにより半導体層の閾値電圧を制御することができる。
【００４０】
続いて、ゲート絶縁膜４０１を形成する。ゲート絶縁膜４０１は酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素などを用いて単層もしくは複数層で形成すればよい。この場合、ゲート絶縁膜４０１の表面を酸化雰囲気もしくは窒化雰囲気で高密度プラズマにより処理し、酸化または窒化処理を行い緻密化しても良い。
【００４１】
なお、ゲート絶縁膜４０１を形成する前に、半導体層４００の表面に対し、高密度プラズマ処理を行って、半導体層の表面を酸化または窒化処理しても良い。このとき、基板３００の温度を３００〜４５０℃とし、酸化雰囲気または窒化雰囲気で処理することにより、その上に形成するゲート絶縁膜４０１と良好な界面を形成することができる。
【００４２】
ゲート電極４０２としては、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた一種、もしくは複数種を含む合金や化合物からなる単層、もしくは複数層をパターニングして用いることができる。また、同時にアナログ部と第１のアンテナ１０２を電気的に接続する配線４０３を形成する。配線４０３をゲート電極４０２と同じ材料によって同時に形成することによって工程数を削減することができ、歩留まりやスループットを向上させることができる。ここで、ゲート電極４０２やゲート電極４０２と同時に作製する配線４０３等の配線は、基板３００に垂直な方向から見た場合に角が丸くなるように引き回すのが好ましい。角部を丸くすることによってゴミなどが配線の角部に残るのを防止することができ、ゴミが原因で起きる不良を抑制し、歩留まりを向上させることができる。パターニングには感光性のレジストをフォトマスクを用いて露光、現像して作製したマスクを用いる。このとき、フォトマスクの任意の部分において露光を行う光の透過率を抑制し、現像後のマスクの厚みを制御することができる。マスクの厚みを制御することによってより細やかで正確なパターニングを行うことができる。
【００４３】
薄膜トランジスタは、半導体層４００と、ゲート絶縁膜４０１とゲート電極４０２で構成される。本実施の形態では薄膜トランジスタをトップゲート型のトランジスタとして説明したが、ボトムゲート型のトランジスタや、半導体層の上下にゲート電極を有するデュアルゲート型のトランジスタであっても良い。
【００４４】
次に第１の絶縁膜３０２を形成する（図１０（Ｂ））。第１の絶縁膜３０２としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜の単層または積層構造を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化ケイ素膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化ケイ素膜などを用いることができる。有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂などの膜を用いることができる。
【００４５】
また、第１の絶縁膜３０２としてケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成される材料を用いることもできる。この材料の置換基として少なくとも水素を含む置換基（例えばアルキル基、アリール基）が用いられる。置換基としてフルオロ基を用いても良い。また、これら両方の置換基を有していても良い。
【００４６】
第１の絶縁膜３０２を複数層で形成する場合は、より半導体層４００に近い層を窒化ケイ素が主成分である膜等、イオン性不純物をブロッキングするバリア性の絶縁膜で形成することが望ましい。これは半導体層４００の汚染を防ぐ保護膜としてもちいることができる。この層を形成した後に、水素ガスを導入して高密度プラズマ処理をすることで水素化を行っても良い。これにより当該層を緻密化することができる。また、その後４００〜４５０℃の熱処理を行って水素を放出させ、半導体層４００の水素化をすることができる。
【００４７】
薄膜トランジスタの配線４０４はアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種、または複数種からなる合金もしくは化合物を用いた単層、または複数層をパターニングして形成される。図では単層構造の例を示した。なお、配線４０４は、基板３００に垂直な方向から見た時に角部が丸くなるように形成することが好ましい。角部を丸くすることによってゴミなどが角部に残るのを防止することができる。また、配線４０４と同じ材料によって、同時にＶＤＤ配線２００、ＧＮＤ配線２０１及び第１のアンテナ１０２を形成する。パターニングには感光性のレジストをフォトマスクを用いて露光、現像して作製したマスクを用いる。このとき、フォトマスクの任意の部分において露光を行う光の透過率を抑制し、現像後のマスクの厚みを制御することができる。マスクの厚みを制御することによってより細やかで正確なパターニングを行うことができる。
【００４８】
次に、第２の絶縁膜３０３を形成する（図１０（Ｃ））。第２の絶縁膜３０３としては無機絶縁膜または有機絶縁膜の単層または積層構造を用いることができる。具体的な材料は第１の絶縁膜３０２と同様である。
【００４９】
その後、第２の絶縁膜３０３上に第２のアンテナ１０３を形成する。第２のアンテナ１０３は第１のアンテナ１０２と重ならないように形成する。第２のアンテナ１０３はアルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種、または複数種からなる合金もしくは化合物を用いた単層、または複数層で形成される。図では単層構造の例を示した。また、第２のアンテナ１０３はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等のナノ粒子を含む導電性ペーストを用いて液滴吐出法により形成することもできる。液滴吐出法は、インクジェット法やディスペンサ法などの液滴を吐出してパターンを形成する方式の総称であり、材料の利用効率の向上などの利点を有する。
【００５０】
続いて、第２の絶縁膜３０３、第２のアンテナ１０３上に第３の絶縁膜６００を形成する。第３の絶縁膜６００は無機絶縁膜や有機絶縁膜の単層もしくは積層構造で形成すれば良い。第３の絶縁膜６００は第２のアンテナ１０３の保護層として機能する。
【００５１】
その後、封止を行って本発明の半導体装置が完成する。なお、基板３００上に形成された半導体装置をそのまま用いても良いが、基板３００上から作製した素子を剥離してフレキシブル基板に貼り合わせて用いても良い。
【００５２】
剥離の方法としては予め基板３００上に剥離層を設けておき、剥離層をエッチング剤により除去することで剥離する方法がある。その他、剥離層をエッチング剤により部分的に除去し、その後、物理的に除去する方法、基板３００を機械的に除去する方法、基板３００を溶液やガスによるエッチングで除去する方法等がある。
【００５３】
また、剥離した素子のフレキシブル基板への貼り付けは市販の接着剤を用いれば良く、例えばエポキシ樹脂系接着剤などがある。
【００５４】
このようにフレキシブル基板に本発明の半導体装置を作製することによって、厚さが薄く、軽く、落としても破損しにくい半導体装置とすることができる。また、可撓性を有するフレキシブル基板をもちいることによって曲面を有するものにも無理なく貼り合わせることができる。
【実施例１】
【００５５】
本実施例では、本発明の半導体装置の用途について図１１、図１２及び図１８を用いて説明する。本発明の半導体装置７００は、例えば、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図１２（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図１２（Ｂ）参照）、ＤＶＤソフトやＣＤやビデオテープ等の記録媒体（図１２（Ｃ）参照）、車やバイクや自転車等の乗物類（図１２（Ｄ）参照）、鞄や眼鏡等の身の回り品（図１２（Ｅ）参照）、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（単にテレビまたはテレビ受像器とも呼ぶ）および携帯電話機等を指す。
【００５６】
本発明の半導体装置は、物品の表面に貼り付けたり、物品に埋め込んだりして物品に固定することができる。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明の半導体装置を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本発明の半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に本発明の半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線タグを埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。
【００５７】
以上のように、本発明の半導体装置は物品（生き物を含む）であればどのようなものにでも設けて使用することができる。
【００５８】
本発明の半導体装置は、小型化に有利な上、歩留まりやスループットが良く、安価に作製することができることから、添付しやすく、大量に使用されるこれら用途に関して非常に有効である。
【００５９】
次に、本発明の半導体装置を用いたシステムの一形態について、図１１を用いて説明する。表示部３３０１を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３３０２が設けられる。また、物品３３０３の側面には本発明の半導体装置７００が設けられる（図１１（Ａ）参照）。物品３３０３が含む本発明の半導体装置７００にリーダ／ライタ３３０２をかざすと、表示部３３０１に物品３３０３の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴、商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また別のシステムとして、物品３３０５をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ／ライタ３３０４と半導体装置７００とを用いて、物品３３０５の検品を行うことができる（図１１（Ｂ）参照）。このように、システムに本発明の半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現したシステムを提供することができる。
【００６０】
図１８は本発明の半導体装置を用いた他のシステムの一形態について示した図である。本システムは宅配業者を利用して荷物を送る際に適用される。図１８（Ｂ）に示すように、送り主は予め送る物品８０５に本発明の半導体装置８０１を貼り付けておく。この半導体装置８０１の中には予め少なくとも送り主情報を記憶しておく。記憶しておく情報はそのほかに、送り先情報、宅配業者、内容など、その他の情報であっても良い。通信販売などの場合は支払う金額が表示されても良い。宅配業者が荷物を届けに来た際、玄関先８００（もしくはエントランス）に取り付けられたリーダ／ライタ８０２が荷物情報を読み取り、図１８（Ａ）に示すような家屋内８０３のインターホンを兼ねても良い表示部８０４にその情報が表示される。家人はこの情報を確認してから対応することができ、誤配達や、宅配便を装った勧誘、犯罪などに遭うことを防ぐことができ、特に子供のいる家庭に安全対策として有効である。本発明の半導体装置は同じ大きさであれば通信距離が長い（感度が高い）ため、荷物内に本発明の半導体装置を設置したとしても確実に荷物の情報を受け取ることができる。また、本システムは大きな荷物だけではなく、書留や配達記録に代表される封書などの小さな郵便物に適用しても良く、この場合は小型化が容易な本発明の半導体装置を好適に用いることができる。
【実施例２】
【００６１】
図１３は本発明の半導体装置に含まれる回路の一部を構成するトランジスタの断面構造を示す図である。図１３は、ｎチャネル型トランジスタ２００１、ｎチャネル型トランジスタ２００２、容量素子２００４、抵抗素子２００５、ｐチャネル型トランジスタ２００３が示されている。各トランジスタは半導体層１３０５、ゲート絶縁層１３０８、ゲート電極１３０９を備えている。ゲート電極１３０９は、第１導電層１３０３と第２導電層１３０２の積層構造で形成されている。また、図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、図１３で示すトランジスタ、容量素子、抵抗素子に対応する上面図であり、合わせて参照することができる。
【００６２】
図１３において、ｎチャネル型トランジスタ２００１は、チャネル長方向（キャリアの流れる方向）において、配線１３０４と接続されるソース及びドレイン領域を形成する不純物領域１３０６と、その不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域１３０７とが半導体層１３０５に形成されている。不純物領域１３０７は、低濃度ドレイン（ＬＤＤ）とも呼ばれる。不純物領域１３０６と不純物領域１３０７には、ｎチャネル型トランジスタ２００１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。
【００６３】
図１４（Ａ）で示すように、ｎチャネル型トランジスタ２００１のゲート電極１３０９において、第１導電層１３０３は、第２導電層１３０２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１３０３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１３０３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１３０７はゲート電極１３０９の第１導電層１３０３と重なるように形成されている。すなわち、ゲート電極１３０９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１３０９において、第２導電層１３０２をマスクとして、第１導電層１３０３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１３０７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。
【００６４】
チャネル形成領域の両側にＬＤＤ有するトランジスタは、電源回路の整流用のトランジスタや、論理回路に用いられるトランスミッションゲート（アナログスイッチとも呼ぶ）を構成するトランジスタに適用される。これらのトランジスタは、ソース電極及びドレイン電極に正負両方の電圧が印加されるため、チャネル形成領域の両側にＬＤＤを設けることが好ましい。
【００６５】
図１３において、ｎチャネル型トランジスタ２００２は、半導体層１３０５に配線１３０４と接続されるソース及びドレイン領域を形成する不純物領域１３０６と、その不純物濃度よりも低濃度にドープされた不純物領域１３０７が形成されている。不純物領域１３０７は、チャネル形成領域の片側に、不純物領域１３０６と接するように設けられている。図１４（Ｂ）で示すように、ｎチャネル型トランジスタ２００２のゲート電極１３０９において、第１導電層１３０３は、第２導電層１３０２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１３０２をマスクとして、第１導電層１３０３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。
【００６６】
チャネル形成領域の片側にＬＤＤを有するトランジスタは、ソース及びドレイン電極間に正電圧のみ、もしくは負電圧のみが印加されるトランジスタに適用すればよい。具体的には、インバータ回路、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、ラッチ回路といった論理ゲートを構成するトランジスタや、センスアンプ、定電圧発生回路、ＶＣＯといったアナログ回路を構成するトランジスタに適用すればよい。
【００６７】
図１３において、容量素子２００４は、第１導電層１３０３と半導体層１３０５とでゲート絶縁層１３０８を挟んで形成されている。容量素子２００４を形成する半導体層１３０５には、不純物領域１３１０と不純物領域１３１１を備えている。不純物領域１３１１は、半導体層１３０５において第１導電層１３０３と重なる位置に形成される。また、不純物領域１３１０は配線１３０４とコンタクトを形成する。不純物領域１３１１は、第１導電層１３０３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１３１０と不純物領域１３１１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２００４において、半導体層１３０５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１３０３は、図１４（Ｃ）に示すように、第２導電層１３０２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１３０３と第２導電層１３０２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２００４を自己整合的に形成することができる。
【００６８】
容量素子は、電源回路が有する保持容量、あるいは共振回路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。
【００６９】
図１３において、抵抗素子２００５は、第１導電層１３０３によって形成されている。第１導電層１３０３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。
【００７０】
抵抗素子は、変調回路が有する抵抗負荷として用いられる。また、ＶＣＯなどで電流を制御する場合の負荷としても用いられる場合がある。抵抗素子は、高濃度に不純物元素を含む半導体層や、膜厚の薄い金属層によって構成すればよい。抵抗値が膜厚、膜質、不純物濃度、活性化率などに依存する半導体層に対して、金属層は、膜厚、膜質で抵抗値が決定するため、ばらつきが小さく好ましい。
【００７１】
図１３において、ｐチャネル型トランジスタ２００３は、半導体層１３０５に不純物領域１３１２を備えている。この不純物領域１３１２は、配線１３０４と接続されるソース及びドレイン領域を形成する。ゲート電極１３０９の構成は第１導電層１３０３と第２導電層１３０２が重畳した構成となっている。ｐチャネル型トランジスタ２００３はＬＤＤを設けないシングルドレイン構造のトランジスタである。ｐチャネル型トランジスタ２００３を形成する場合、不純物領域１３１２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３１２にリンを添加すればシングルドレイン構造のｎチャネル型トランジスタとすることもできる。
【００７２】
半導体層１３０５及びゲート絶縁層１３０８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１×１０１１〜１×１０１３／ｃｍ３程度である高密度プラズマ処理によって酸化又は窒化処理しても良い。このとき、基板温度を３００〜４５０℃とし、酸化雰囲気（Ｏ２、Ｎ２Ｏなど）又は窒化雰囲気（Ｎ２、ＮＨ３など）で処理することにより、半導体層１３０５とゲート絶縁層１３０８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１３０８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１３０８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１３０５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１３０８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２００４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。
【００７３】
図１３及び図１４を参照して説明したように、膜厚の異なる導電層を組み合わせることにより、さまざまな構成の素子を形成することができる。第１導電層のみが形成される領域と、第１導電層と第２導電層が積層されている領域は、回折格子パターン或いは半透膜からなる光強度低減機能を有する補助パターンを設置したフォトマスクまたはレチクルを用いて形成することができる。すなわち、フォトリソグラフィー工程において、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。
【００７４】
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１４（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。
【００７５】
図１３及び図１４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導電層として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。
【００７６】
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。
【実施例３】
【００７７】
図１で示す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。
【００７８】
図１５（Ａ）で示す半導体層１０、１１はシリコン若しくはシリコンを成分とする結晶性の半導体で形成することが好ましい。例えば、シリコン膜をレーザアニールなどによって結晶化された多結晶シリコン、単結晶シリコンなどが適用される。その他にも半導体特性を示す、金属酸化物半導体、アモルファスシリコン、有機半導体を適用することも可能である。
【００７９】
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１０、１１を形成する。その半導体層１０、１１はレイアウトの適切さを考慮して決められる。
【００８０】
図１５（Ａ）で示す半導体層１０、１１を形成するためのフォトマスクは、図１５（Ｂ）に示すマスクパターン２０００を備えている。このマスクパターン２０００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２０００は、遮光部として作製される。マスクパターン２０００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（コーナー部の内側）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。
【００８１】
図１５（Ｂ）で示すマスクパターン２０００は、その形状が、図１５（Ａ）で示す半導体層１０、１１に反映される。その場合、マスクパターン２０００と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン２０００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２０００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。
【００８２】
半導体層１０、１１の上には、酸化シリコン若しくは窒化シリコンを少なくとも一部に含む絶縁層が形成される。この絶縁層を形成する目的の一つはゲート絶縁層である。そして、図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１２、１３、１４を形成する。ゲート配線１２は半導体層１０に対応して形成される。ゲート配線１３は半導体層１０、１１に対応して形成される。また、ゲート配線１４は半導体層１０、１１に対応して形成される。ゲート配線は、金属層又は導電性の高い半導体層を成膜し、フォトリソグラフィー技術によってその形状を絶縁層上に作り込む。
【００８３】
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２１００を備えている。このマスクパターン２１００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２１００は、その形状が、図１６（Ａ）で示すゲート配線１２、１３、１４に反映される。その場合、マスクパターン２１００と相似の形状が転写されても良いが、マスクパターン２１００の角部がさらに丸みを帯びるように転写されていても良い。すなわち、ゲート配線１２，１３，１４にマスクパターン２１００よりもさらにパターン形状をなめらかにした、丸みをおびさせてもよい。つまり、ゲート配線１２、１３、１４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てもよい。ゲート配線１２，１３，１４の凸部（コーナー部の外側）はプラズマによるドライエッチングの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また、凹部（コーナー部の内側）では、洗浄のときに、基板に微粉が付着していても洗浄液を配線パターンのコーナー部に滞留させずに洗い流すことができ、歩留まり向上が甚だしく期待できる。
【００８４】
層間絶縁層はゲート配線１２、１３、１４の次に形成される層である。層間絶縁層は酸化シリコンなどの無機絶縁材料若しくポリイミドやアクリル樹脂などを使った有機絶材料を使って形成する。この層間絶縁層とゲート配線１２、１３、１４の間には窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層を介在させても良い。また、層間絶縁層上にも窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層を設けても良い。この絶縁層は、外因性の金属イオンや水分などＴＦＴにとっては良くない不純物により半導体層やゲート絶縁層を汚染するのを防ぐことができる。
【００８５】
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１５〜２０を形成する。配線はある特定の素子間を連結する。配線は特定の素子と素子の間を直線で結ぶのではなく、レイアウトの制約上屈曲部が含まれる。また、コンタクト部やその他の領域において配線幅が変化する。コンタクト部では、コンタクトホールが配線幅と同等若しくは大きい場合には、その部分で配線幅が広がるように変化する。
【００８６】
この配線１５〜２０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２２００を備えている。この場合においても、配線は、Ｌ字形に折れ曲がった各コーナー部であって直角三角形の一辺が１０μｍ以下、または、配線の線幅の１／２以下で、線幅の１／５以上の長さに角部を削除し、コーナー部を丸みをおびるパターンを有せしめる。即ち、上面からみたコーナー部における配線層の外周は曲線を形成するようにする。具体的には、コーナー部の外周縁に丸みを帯びさせるため、コーナー部を挟む互いに垂直な２つの第１直線と、これら２つの第１直線と約４５度の角度をなす一つの第２直線と、で形成される直角２等辺三角形の部分に相当する配線層の一部を除去する。除去すると新たに２つの鈍角の部分が配線層に形成されるが、マスク設計や、エッチング条件を適宜設定することにより、各鈍角部分に第１直線と第２直線との両方に接する曲線が形成されるように配線層をエッチングすることが好ましい。なお、前記直角２等辺三角形の互いに等しい２辺の長さは、配線幅の１／５以上１／２以下とする。またコーナー部の内周についても、コーナー部の外周に沿って内周が丸みを帯びるよう形成する。このような配線形状は、プラズマによるドライエッチングの際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また、基板を洗浄する際に、基板に微粉が付着していても、洗浄液を配線パターンのコーナー部に滞留させずに洗い流すことができ、結果として歩留まりを向上させるという効果を有する。このことは、基板上に多数の平行配線がある場合に、付着した微粉を洗浄により除去しやすくなるという利点でもある。配線の角部がラウンドをとることにより、電気的にも伝導させることが期待できる。また、多数の平行配線では、ゴミを洗い流すのにはきわめて好都合である。
【００８７】
図１７（Ａ）には、ｎチャネル型トランジスタ２１〜２４、ｐチャネル型トランジスタ２５、２６が形成されている。ｎチャネル型トランジスタ２３とｐチャネル型トランジスタ２５及びｎチャネル型トランジスタ２４とｐチャネル型トランジスタ２６はインバータを構成している。この６つのトランジスタを含む回路はＳＲＡＭを形成している。これらの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。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明での半導体装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の半導体装置の平面図。
【図３】本発明の半導体装置の断面図。
【図４】本発明の半導体装置におけるアナログ部と第１のアンテナの接続部の断面図。
【図５】従来の無線通信によりデータの送受信が可能な半導体装置の構成を示す図。（Ａ）
【図６】本発明の半導体装置の実施の形態の１つを表す図。
【図７】本発明の半導体装置実施の形態の１つを表す図。
【図８】本発明の半導体装置実施の形態の１つを表す図。
【図９】本発明の半導体装置実施の形態の１つを表す図。
【図１０】本発明の半導体装置の作製方法を表す図。
【図１１】本発明の半導体装置を用いたシステムを示す図。
【図１２】本発明の半導体装置の用途を表す図。
【図１３】本発明の半導体装置の一部における断面図。
【図１４】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１５】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１６】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１７】本発明の半導体装置の一部における上面図。
【図１８】本発明の半導体装置を用いたシステムを示す図。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 半導体層
１１ 半導体層
１２ ゲート配線
１３ ゲート配線
１４ ゲート配線
１５ 配線
２１ ｎチャネル型トランジスタ
２３ ｎチャネル型トランジスタ
２４ ｎチャネル型トランジスタ
２５ ｐチャネル型トランジスタ
２６ ｐチャネル型トランジスタ
１００ リードライト通信制御回路
１０１ アンテナ部
１０２ 第１のアンテナ
１０３ 第２のアンテナ
１０４ アナログ部
１０５ デジタル部
２００ ＶＤＤ配線
２０１ ＧＮＤ配線
２１０ 交差する部分
２２０ 電気的に接続する部分
３００ 基板
３０１ 下地膜
３０２ 第１の絶縁膜
３０３ 第２の絶縁膜
３１２ 不純物領域
４００ 半導体層
４０１ ゲート絶縁膜
４０２ ゲート電極
４０２ ゲート電極
４０３ 配線
４０４ 配線
５００ タグ
５０１ 配線形成層
５０２ アンテナ
５０３ アンテナ形成層
５０６ 共振容量部
６００ 第３の絶縁膜
７００ 半導体装置
８００ 玄関先
８０１ 半導体装置
８０２ リーダ／ライタ
８０３ 家屋内
８０４ 表示部
８０５ 物品
１３０２ 第２導電層
１３０３ 第１導電層
１３０４ 配線
１３０５ 半導体層
１３０６ 不純物領域
１３０７ 不純物領域
１３０８ ゲート絶縁層
１３０９ ゲート電極
１３１０ 不純物領域
１３１１ 不純物領域
１３１２ 不純物領域
２０００ マスクパターン
２００１ ｎチャネル型トランジスタ
２００２ ｎチャネル型トランジスタ
２００３ ｐチャネル型トランジスタ
２００４ 容量素子
２００５ 抵抗素子
２１００ マスクパターン
２２００ マスクパターン
３３０１ 表示部
３３０２ リーダ／ライタ
３３０３ 物品
３３０４ リーダ／ライタ
３３０５ 物品
６５００ タグ
６５０１ 配線形成層
６５０２ アンテナ
６５０３ アンテナ形成層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、
第１のアンテナと、第２のアンテナと、を有し、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、
前記第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、前記第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、
第１のアンテナと、第２のアンテナと、を有し、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、
前記第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、前記第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されており、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、基板に垂直な方向から見た場合、交差する部分と電気的に接続する部分以外は重なっていないことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記薄膜素子は半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極よりなる薄膜トランジスタを含み、
前記回路と前記第１のアンテナとは電気的に接続しており、
前記回路と前記第１のアンテナを接続する配線は前記薄膜トランジスタのゲート電極と同じ材料で同じ層に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記ゲート電極は、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた一種、もしくは複数種を含む合金や化合物を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１のアンテナは、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記第２のアンテナは、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、
第１のアンテナと、第２のアンテナと、を有し、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、
前記第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、前記第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられた薄膜素子からなる回路を含むタグ部と、
第１のアンテナと、第２のアンテナと、を有し、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは絶縁膜で隔てられた異なる層に形成され、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナとは一部で電気的に接続しており、
前記第１のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と同じ材料で同じ層に形成されており、前記第２のアンテナは前記薄膜素子に接続するソース用又はドレイン用の配線と異なる層に形成されており、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、基板に垂直な方向から見た場合、交差する部分と電気的に接続する部分以外は重なっていないことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記薄膜素子は半導体層と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極よりなる薄膜トランジスタを含み、
前記回路と前記第１のアンテナとは電気的に接続しており、
前記回路と前記第１のアンテナを接続する配線は前記薄膜トランジスタのゲート電極と同じ材料で同じ層に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記ゲート電極は、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、クロム、ニオブから選ばれた一種、もしくは複数種を含む合金や化合物を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１のアンテナは、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記第２のアンテナは、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、マンガンから選ばれた一種または複数種からなる合金もしくは化合物を用いて形成されていることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−１３１２０（Ｐ２００７−１３１２０Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４７５９７（Ｐ２００６−１４７５９７）
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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