図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2012年4月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

課題

交流リーク電圧検出回路に流れるのを防ぐことができる半導体装置を提供する。

解決手段

半導体装置は、アンテナ回路102と、共振周波数調整回路126と、電圧検出回路と、第1の容量素子と、を有する。共振周波数調整回路126は、一方の端子がアンテナ回路102の第1の端子と電気的に接続された第2の容量素子と、第1の端子が第2の容量素子の他方の端子と電気的に接続され、第2の端子がアンテナ回路102の第2の端子と電気的に接続され、ゲートが第1の容量素子及び電圧検出回路と電気的に接続されたトランジスタと、を有する。

概要

背景

近年、無線でデータの送受信を行う半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置として、例えば、RFID(Radio Frequency Identification)タグ、RFチップRFタグICチップICタグ無線チップ無線タグ電子チップ電子タグ無線プロセッサ無線メモリ、と呼ばれるものがある。

例えば、特許文献1には、非接触の通信により読み書きが可能なICチップが開示されている。また、ICチップが、無線でリーダライタ(以下、R/W、という。)等とデータの送受信を行う点が記載されている。

このような半導体装置は、小型で、軽量で、使い勝手がよく、セキュリティが高く、安価である等の利点を持つことから、物品を管理するための半導体装置としても用いられている。このように、無線でデータの送受信を行う半導体装置について、様々な分野への応用が提案されている。

概要

交流リーク電圧検出回路に流れるのを防ぐことができる半導体装置を提供する。半導体装置は、アンテナ回路102と、共振周波数調整回路126と、電圧検出回路と、第1の容量素子と、を有する。共振周波数調整回路126は、一方の端子がアンテナ回路102の第1の端子と電気的に接続された第2の容量素子と、第1の端子が第2の容量素子の他方の端子と電気的に接続され、第2の端子がアンテナ回路102の第2の端子と電気的に接続され、ゲートが第1の容量素子及び電圧検出回路と電気的に接続されたトランジスタと、を有する。

目的

本発明の一態様では、交流リークが電圧検出回路に流れるのを防ぐことができる半導体装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第1の容量素子と、を有し、前記共振周波数調整回路は、一方の端子が前記アンテナ回路の第1の端子と電気的に接続された第2の容量素子と、第1の端子が前記第2の容量素子の他方の端子と電気的に接続され、第2の端子が前記アンテナ回路の第2の端子と電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子及び前記電圧検出回路と電気的に接続されたトランジスタと、を有することを特徴とする半導体装置

請求項2

アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第1の容量素子と、一方の端子が前記電圧検出回路と電気的に接続された抵抗素子と、を有し、前記共振周波数調整回路は、一方の端子が前記アンテナ回路の第1の端子と電気的に接続された第2の容量素子と、第1の端子が前記第2の容量素子の他方の端子と電気的に接続され、第2の端子が前記アンテナ回路の第2の端子と電気的に接続され、ゲートが前記第1の容量素子及び抵抗素子の他方の端子と電気的に接続されたトランジスタと、を有することを特徴とする半導体装置。

請求項3

請求項1又は請求項2において、前記トランジスタは、半導体層として酸化物半導体層を含むことを特徴とする半導体装置。

請求項4

請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、前記第1の容量素子は、一方の端子が前記トランジスタのゲートと電気的に接続され、他方の端子には、低電源電位Vssが供給され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のいずれか一項において、前記電圧検出回路によって、前記アンテナ回路の共振周波数を変化させることを特徴とする半導体装置。

請求項6

アンテナ回路と、前記アンテナ回路の共振周波数を変化させる共振周波数調整回路と、前記共振周波数調整回路を制御する電圧検出回路と、前記共振周波数調整回路及び前記電圧検出回路と電気的に接続された容量素子と、を有することを特徴とする半導体装置。

請求項7

アンテナ回路と、前記アンテナ回路の共振周波数を変化させる共振周波数調整回路と、前記共振周波数調整回路を制御する電圧検出回路と、一方の端子が前記共振周波数調整回路と電気的に接続された容量素子と、一方の端子が前記電圧検出回路と電気的に接続され、他方の端子が前記容量素子の一方の端子及び前記共振周波数調整回路と電気的に接続された抵抗素子と、を有することを特徴とする半導体装置。

請求項8

請求項5乃至請求項7のいずれか一項において、前記アンテナ回路の共振周波数を変化させることによって、前記アンテナ回路が受信する搬送波又は振幅変調波電力を小さくすることを特徴とする半導体装置。

請求項9

請求項1乃至請求項8のいずれか一項において、前記電圧検出回路は、前記アンテナ回路が受信した信号に基づいて生成された駆動電圧監視し、当該駆動電圧が任意の値に達したときに前記共振周波数調整回路を制御することによって、前記アンテナ回路の共振周波数を変化させることを特徴とする半導体装置。

技術分野

0001

技術分野は、無線でデータの送受信を行う半導体装置に関する。

背景技術

0002

近年、無線でデータの送受信を行う半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置として、例えば、RFID(Radio Frequency Identification)タグ、RFチップRFタグICチップICタグ無線チップ無線タグ電子チップ電子タグ無線プロセッサ無線メモリ、と呼ばれるものがある。

0003

例えば、特許文献1には、非接触の通信により読み書きが可能なICチップが開示されている。また、ICチップが、無線でリーダライタ(以下、R/W、という。)等とデータの送受信を行う点が記載されている。

0004

このような半導体装置は、小型で、軽量で、使い勝手がよく、セキュリティが高く、安価である等の利点を持つことから、物品を管理するための半導体装置としても用いられている。このように、無線でデータの送受信を行う半導体装置について、様々な分野への応用が提案されている。

先行技術

0005

特開2001−260580号公報

発明が解決しようとする課題

0006

無線でデータの送受信を行う半導体装置は、R/W等の無線でデータの送受信を行うことができる装置との間で、アンテナ回路を介して信号(搬送波、又は、搬送波に変調波重畳して生成された振幅変調波)の送受信を行う。

0007

半導体装置は、振幅変調波を整流して変調波を取り出し、当該変調波を復調することでR/W等から送信されたデータを認識する。また、半導体装置には、搬送波又は振幅変調波を整流して得られる直流電圧を、半導体装置の駆動電圧として利用するものがある。

0008

搬送波又は振幅変調波の電力が大きい場合、半導体装置において当該搬送波又は振幅変調波を整流して得られる電圧も過剰になるため、半導体装置が破壊されることがある。

0009

また、上記半導体装置において、搬送波又は振幅変調波を整流して得られる電圧に応じてアンテナ回路の共振周波数を変更することによって、受信する搬送波又は振幅変調波の電力を抑えることができる。これは、整流して得られる電圧が過剰であるかを判断する電圧検出回路と、電圧検出回路の出力に応じてアンテナ回路の共振周波数を変更する共振周波数調整回路によって実現される。

0010

しかしながら、アンテナ回路からの信号に起因して、共振周波数調整回路を介して交流のリーク(以下、交流リーク、という。)が半導体装置を構成する他の回路(例えば、電圧検出回路)に流れることによって、当該回路の機能を損ねてしまう(例えば、誤動作を起こす。)ことがある。

0011

本発明の一態様では、交流リークが電圧検出回路に流れるのを防ぐことができ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

本発明の一態様は、アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第1の容量素子と、を有し、共振周波数調整回路は、第1の端子がアンテナ回路の第1の端子と電気的に接続された第2の容量素子と、第1の端子が第2の容量素子の第2の端子と電気的に接続され、第2の端子がアンテナ回路の第2の端子と電気的に接続され、ゲートが第1の容量素子及び電圧検出回路と電気的に接続されたトランジスタと、を有する半導体装置である。

0013

また、本発明の一態様は、アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第1の容量素子と、第1の端子が電圧検出回路と電気的に接続された抵抗素子と、を有し、共振周波数調整回路は、第1の端子がアンテナ回路の第1の端子と電気的に接続された第2の容量素子と、第1の端子が第2の容量素子の第2の端子と電気的に接続され、第2の端子がアンテナ回路の第2の端子と電気的に接続され、ゲートが第1の容量素子及び抵抗素子の第2の端子と電気的に接続されたトランジスタと、を有する半導体装置である。

0014

また、トランジスタは、半導体層として酸化物半導体層を含んでもよい。

0015

また、電圧検出回路によって、アンテナ回路の共振周波数を変化させてもよい。

0016

また、本発明の一態様は、アンテナ回路と、アンテナ回路の共振周波数を変化させる共振周波数調整回路と、共振周波数調整回路を制御する電圧検出回路と、共振周波数調整回路及び電圧検出回路と電気的に接続された容量素子と、を有する半導体装置である。

0017

また、本発明の一態様は、アンテナ回路と、アンテナ回路の共振周波数を変化させる共振周波数調整回路と、共振周波数調整回路を制御する電圧検出回路と、端子が共振周波数調整回路と電気的に接続された容量素子と、第1の端子が電圧検出回路と電気的に接続され、第2の端子が容量素子の端子及び共振周波数調整回路と電気的に接続された抵抗素子と、を有する半導体装置である。

0018

また、アンテナ回路の共振周波数を変化させることによって、アンテナ回路が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくしてもよい。

0019

また、電圧検出回路は、アンテナ回路が受信した信号に基づいて生成された駆動電圧を監視し、当該駆動電圧が任意の値に達したときに共振周波数調整回路を制御することによって、アンテナ回路の共振周波数を変化させてもよい。

発明の効果

0020

本発明の一態様は、交流リークが電圧検出回路に流れるのを防ぐことができる半導体装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0021

半導体装置の一例を説明するための図。
半導体装置の回路構成の一例を説明するための図。
半導体装置の回路構成の一例を説明するための図。
交流回路における電流の流れを説明するための図。
交流回路における電流の流れを説明するための図。
半導体装置の一例を説明するための図。
トランジスタの構造の一例を説明するための図。
トランジスタの構造の一例を説明するための図。
RFタグの構成の一例を説明するための図。
電子機器の一例を説明するための図。
無線タグの入力電力を説明するための図。
比較用の回路の回路構成を説明するための図。

0022

本発明を説明するための実施の形態の一例について、図面を参照して以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではないものとする。

0023

なお、図面を参照するにあたり、異なる図面間において、同じものを指し示す符号を共通して用いる場合がある。また、異なる図面間において、同様のものを指し示す際には同じハッチパターンを使用し、符号を付さない場合がある。

0024

なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態の内容を互いに適宜置き換えることができる。

0025

なお、本明細書において用いる「第k」(kは自然数)という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。

0026

なお、一般に、二点間における電位の差(電位差ともいう。)を電圧という。しかし、電子回路では、回路図等において、ある一点の電位と基準となる電位(基準電位ともいう。)との電位差を用いることがある。また、電圧と電位はいずれも、単位としてボルト(V)を用いることがある。そこで、本明細書では、特に指定する場合を除き、ある一点の電位と基準電位との電位差を、当該一点の電圧として用いる場合がある。

0027

なお、本明細書において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他に、電気的に接続されているものを含むものとする。具体的には、トランジスタ等のスイッチング素子を介してAとBとが接続され、当該スイッチング素子が、導通状態であるときにAとBとが概略同電位である場合や、抵抗素子を介してAとBとが接続され、当該抵抗素子の両端に発生する電位差が、AとBとを含む回路の所定の動作に影響を与えない程度である場合等、回路動作を説明する上で、AとBとの間の部分が、同じノードであると捉えて差し支えない状態にある場合に、AとBとが接続されているという。

0028

(実施の形態1)
本実施の形態では、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一例について、図1及び図2を参照して説明する。

0029

図1に、半導体装置の一例として、無線タグ100を示す。無線タグ100は、アンテナ回路102と、復調回路104と、論理回路106と、変調回路108と、整流回路110と、定電圧回路112と、リミッタ回路114と、を有する。

0030

アンテナ回路102は、無線タグ100の外部にあって、R/W等の無線でデータの送受信を行うことができる外部装置との間で、信号(搬送波又は振幅変調波)の送受信を行う。

0031

復調回路104は、アンテナ回路102で受信した信号を復調して、当該信号に含まれるデータを取り出す。取り出されたデータは論理回路106に入力される。

0032

論理回路106は、復調回路104から入力されたデータに基づいて応答信号等の信号を生成する。

0033

変調回路108は、論理回路106から入力された応答信号を変調し、上記外部装置に送信する信号を生成する。

0034

整流回路110は、アンテナ回路102で受信した信号を整流して、直流電圧であるエンベロープ電圧Venvを生成する。

0035

定電圧回路112は、整流回路110から供給されたエンベロープ電圧Venvの大きさを調整する。具体的には、エンベロープ電圧Venvの値が一定になるように調節して、高電源電位Vddを生成する。そして、定電圧回路112から、復調回路104、論理回路106、変調回路108等の各回路に、駆動電圧として高電源電位Vddが供給される。

0036

なお、定電圧回路112は設けなくてもよい。定電圧回路112を設けない場合は、整流回路110から、復調回路104、論理回路106、変調回路108等の各回路に、駆動電圧としてエンベロープ電圧Venvが供給される。

0037

リミッタ回路114は、電圧検出回路122と、フィルタ回路124と、共振周波数調整回路126と、を有する。

0038

電圧検出回路122は、整流回路110で生成したエンベロープ電圧Venvを監視し、エンベロープ電圧Venvの値に応じて、共振周波数調整回路126に出力電位を供給する。

0039

フィルタ回路124は、共振周波数調整回路126で発生した交流リークが、電圧検出回路122に流れるのを防ぐことができる。

0040

共振周波数調整回路126は、電圧検出回路122から供給される出力電位に応じて、アンテナ回路102の共振周波数を変化させる。

0041

また、配線116から、アンテナ回路102、復調回路104、論理回路106、変調回路108、整流回路110、定電圧回路112、リミッタ回路114等の各回路に、低電源電位Vssが供給される。なお、低電源電位Vssは、Vss<Vdd、及びVss<Venvを満たす。

0042

次に、半導体装置の回路構成の一例について、図2を参照して説明する。

0043

図2に、半導体装置が有する、アンテナ回路102、整流回路110、電圧検出回路122、フィルタ回路124、共振周波数調整回路126等の回路構成を示す。

0044

図2において、アンテナ回路102は、LC並列共振回路を構成する、アンテナ202及び共振容量素子204を有する。

0045

アンテナ202は、その形状や巻き数電磁誘導方式電波方式等の伝送方式、信号(搬送波又は振幅変調波)の周波数帯によって、外部装置から発せられる信号の受信能力が異なるが、ここでは特に限定しない。共振容量素子204は、アンテナ202との組み合わせによって、アンテナ回路102の共振周波数を、外部装置から発せられる信号の周波数付近に最適化するために設けられる。

0046

整流回路110は、容量素子212と、トランジスタ214と、トランジスタ216と、容量素子218と、によって構成された、半波倍電圧整流回路を有している。なお、整流回路110は、半波倍電圧整流回路に限定されず、半波整流回路両波整流回路両波倍電圧整流回路ブリッジ整流回路等を用いてもよい。

0047

抵抗素子255はプルダウン抵抗であり、整流回路110でのエンベロープ電圧Venvの生成が行われないとき、整流回路110の出力を低電源電位Vss側にプルダウンする。

0048

電圧検出回路122は、抵抗素子222と、直列に接続された複数のトランジスタと、トランジスタ228と、抵抗素子229と、を有する。複数のトランジスタは、それぞれダイオード接続されている。なお、図2では、複数のトランジスタとしてトランジスタ224〜トランジスタ227を示しているが、トランジスタの数はこれに限定されない。

0049

抵抗素子222の一方の端子と、トランジスタ228の第1の端子には、それぞれ整流回路110からエンベロープ電圧Venvが供給される。直列に接続されたトランジスタ224〜トランジスタ227の一端のトランジスタ(ここでは、トランジスタ224)の第1の端子は、トランジスタ228のゲート及び抵抗素子222の他方の端子とそれぞれ接続されている。直列に接続されたトランジスタ224〜トランジスタ227の他端のトランジスタ(ここでは、トランジスタ227)の第1の端子と、抵抗素子229の一方の端子には、それぞれ配線116から低電源電位Vssが供給される。トランジスタ228の第2の端子及び抵抗素子229の他方の端子は、それぞれフィルタ回路124と接続されている。

0050

フィルタ回路124は、容量素子234を有する。容量素子234は、一方の端子が電圧検出回路122及び共振周波数調整回路126とそれぞれ接続され、他方の端子が配線116と接続されている。

0051

なお、図2では、配線116から容量素子234の他方の端子に低電源電位Vssが供給されているが、本実施の形態はこれに限定されない。容量素子234の他方の端子に電位を供給する配線を、配線116とは別に設けてもよい。

0052

共振周波数調整回路126は、容量素子242とトランジスタ244とを有する。容量素子242の一方の端子はアンテナ回路102の第1の端子と接続され、他方の端子はトランジスタ244の第1の端子と接続されている。トランジスタ244のゲートは、フィルタ回路124と接続されている。また、トランジスタ244の第2の端子は、アンテナ回路102の第2の端子と接続されており、また、配線116から低電源電位Vssが供給される。

0053

電圧検出回路122は、整流回路110で生成したエンベロープ電圧Venvを監視し、エンベロープ電圧Venvの大きさに応じて、共振周波数調整回路126に出力電位を供給することができる。具体的な動作を以下に示す。

0054

エンベロープ電圧Venvが低いときには、トランジスタ224〜トランジスタ227の各々において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を下回っているため、当該トランジスタはオフ状態である。よって、トランジスタ228のゲートの電位は、エンベロープ電圧Venvにほぼ等しくなり、トランジスタ228はオフ状態になる。

0055

エンベロープ電圧Venvが上昇すると、トランジスタ224〜トランジスタ227の各々において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を上回り、当該トランジスタはオン状態になる。このとき、トランジスタ228のゲートの電位は、オン状態となったトランジスタ224〜トランジスタ227と抵抗素子222との間で分圧された電位となり、トランジスタ224〜トランジスタ227の各々におけるソースドレイン間のインピーダンスの変化に従って変化する。

0056

さらに、エンベロープ電圧Venvが上昇し任意の値に達すると、トランジスタ228において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を上回り、トランジスタ228はオン状態になる。そして、オン状態となったトランジスタ228と抵抗素子229との間で分圧された電位が、出力電位として共振周波数調整回路126に供給される。

0057

共振周波数調整回路126は、電圧検出回路122から出力電位が供給されると、アンテナ回路102の共振周波数を変化させることができる。具体的な動作を以下に示す。

0058

エンベロープ電圧Venvが任意の値に達すると、トランジスタ244のゲートに、電圧検出回路122から出力電位が供給される。そして、トランジスタ244において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を上回ると、トランジスタ244はオン状態となる。

0059

オン状態のトランジスタ244を介して、容量素子242の他方の端子が配線116と接続される。これにより、容量素子242の容量成分が実効的に共振容量に加わることにより、共振周波数が変化し、アンテナ202が受信できる搬送波又は振幅変調波の電力が小さくなる。

0060

このように、アンテナ202の共振周波数を変化させることにより、アンテナ回路102が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができる。そのため、電力が大きい搬送波又は振幅変調波が供給されることによって、整流回路110が破壊されるのを防ぐことができる。

0061

また、アンテナ回路102が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができるため、アンテナ回路102が受信した信号に基づいて生成されるエンベロープ電圧Venvを小さくすることができる。そのため、過剰のエンベロープ電圧Venvが供給されることによって、定電圧回路112が破壊されるのを防ぐことができる。

0062

同様に、復調回路104、論理回路106、変調回路108等の各回路において、エンベロープ電圧Venvから生成した高電源電位Vddが駆動電圧として(又は、エンベロープ電圧Venvが駆動電圧として)用いられる際に、過剰の駆動電圧が供給されることによって、当該各回路が破壊されるのを防ぐことができる。

0063

以上のように、本実施の形態の半導体装置では、共振周波数調整回路126を設けることによって、電圧検出回路122の出力電位に応じて、共振周波数調整回路126を用いてアンテナ回路102の共振周波数を変化させることができる。これにより、半導体装置が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができるため、半導体装置を構成する回路が破壊されるのを防止することができる。

0064

ここで、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一つとして、パッシブ型の半導体装置がある。

0065

パッシブ型の半導体装置は、アンテナ回路102で受信した信号(搬送波又は振幅変調波)から直流電圧を生成し、半導体装置を駆動するための電力として用いる。このような半導体装置では、バッテリーを持たないため、小型、軽量であるという利点を有する。

0066

ここで、パッシブ型の半導体装置は、アンテナ回路102で受信した信号から動作するための電力を得るため、アンテナ202における交流電圧振幅は、生成される直流電圧と同程度の大きさを有する。

0067

よって、パッシブ型の半導体装置に共振周波数調整回路126を設け、上記で説明したように搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることは、パッシブ型の半導体装置を構成する回路の破壊を防ぐ上で特に効果的である。

0068

また、共振周波数調整回路126では、交流のリークが発生する。

0069

交流リークは、トランジスタ244のゲート−ドレイン間に形成される寄生容量、又は、トランジスタ244のゲート−ソース間に形成される寄生容量を介して、アンテナ回路102からの信号の電圧振幅がトランジスタ244のゲートに伝搬することで生じる。なお、交流リークは、トランジスタ244がオン状態及びオフ状態であるかに関わらす、常にトランジスタ244のゲートから生じている。

0070

また、アンテナ回路102から出力される交流電圧の振幅は、生成される直流電圧と同程度の大きさを有するため、交流リークは回路動作上無視できない程の大きさである。

0071

このような交流リークが電圧検出回路に流れると、当該電圧検出回路が誤動作を起こし、共振周波数調整回路を正常に制御できなくなる。これにより、アンテナ回路の共振周波数を適切に変化させることができなくなる。よって、アンテナ回路が受信した搬送波又は振幅変調波の電力がさほど大きくない場合でも、共振周波数調整回路が動作することによってアンテナ回路が受信する電力が小さくなり、論理回路等を駆動するのに必要な電圧を生成できなくなる。

0072

また、電圧検出回路が有するトランジスタと抵抗素子は、流れ込んだ交流リークの電力を消費する。この電力の消費によって、半導体装置全体の消費電力が大きく増加する。

0073

一方、図2に示す無線タグ100は、容量素子234を有するフィルタ回路124を有している。

0074

一般に、複数の経路が存在するとき、電流はインピーダンスが低い経路に流れようとする。また、容量素子は、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなる性質を持つ。

0075

ここで、本実施の形態の半導体装置では、容量素子234を設けることにより、容量素子234の一方の端子と配線116との間のインピーダンス(容量素子234の交流インピーダンスに相当)を、容量素子234の一方の端子と電圧検出回路122との間のインピーダンスよりも低くすることができる。

0076

そのため、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを、電圧検出回路122よりも容量素子234に流れやすくすることができるため、容量素子234を介して配線116に流す(逃がす)ことができる。

0077

このように、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを、フィルタ回路124が有する容量素子234に優先的に流すことによって、交流リークが電圧検出回路122に流れるのを防ぐことができる。

0078

以上のように、本実施の形態の半導体装置は、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを、フィルタ回路124が有する容量素子234に優先的に流す。その結果、電圧検出回路122に交流リークが流れるのを防ぎ、電圧検出回路122の誤動作を防止し、半導体装置全体の消費電力を抑えることができる。

0079

よって、電圧検出回路122の出力電位によって共振周波数調整回路126を正常に制御することができる。これにより、アンテナ回路102の共振周波数を適切に変化させることができる。

0080

また、交流回路における容量素子の消費電力は、計算上では、瞬時において電力を消費しているものの、一周期ごとの平均電力はゼロとなる。これは、容量素子のようなリアクタンス素子は、電気エネルギーを蓄え、そして蓄えた電気エネルギーを放出する性質があるためである。したがって、交流回路おいて、容量素子等のリアクタンス素子は、電力を消費しない。つまり、半導体装置等の回路に含まれるリアクタンス素子は、その回路の動作等に関与しない電力を消費しない素子とみなせる。

0081

よって、リアクタンス素子である容量素子234を用いることで、半導体装置の動作等に関与しない電力の消費が低減されるため、リーク電流として消費される電力を、通信のための駆動電力として用いることができる。そのため、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。

0082

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1の図1で示す半導体装置について、図2とは異なる回路構成の一例を、図3を参照して説明する。

0083

図3において、フィルタ回路124は、容量素子234と、抵抗素子332と、を有する。抵抗素子332は、容量素子234の一方の端子と電圧検出回路122との間に設けられている。

0084

具体的には、容量素子234は、一方の端子がトランジスタ244のゲート及び抵抗素子332の一方の端子とそれぞれ接続され、他方の端子が配線116と接続されている。また、抵抗素子332の他方の端子は、電圧検出回路122と接続されている。

0085

なお、図3では、配線116から容量素子234の他方の端子に低電源電位Vssが供給されているが、本実施の形態はこれに限定されない。容量素子234の他方の端子に電位を供給する配線を、配線116とは別に設けてもよい。

0086

アンテナ回路102、整流回路110、電圧検出回路122、共振周波数調整回路126の構成は、図2と同様であるため、ここでは説明を省略する。

0087

実施の形態1の図2を参照して説明したように、共振周波数調整回路126を設けることによって、電圧検出回路122の出力電位に応じて、共振周波数調整回路126を用いてアンテナ回路102の共振周波数を変化させることができる。これにより、半導体装置が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができるため、半導体装置を構成する回路が破壊されるのを防止することができる。

0088

また、図3では、フィルタ回路124として、容量素子234と抵抗素子332とを設けている。

0089

容量素子234は、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなる性質を持つ。よって、実施の形態1の図2を参照して説明したように、容量素子234を設けることにより、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを、フィルタ回路124が有する容量素子234に優先的に流すことができる。

0090

また、本実施の形態のフィルタ回路124は、容量素子234に加えて更に抵抗素子332を有する。

0091

本実施の形態の半導体装置では、抵抗素子332を設けることにより、容量素子234の一方の端子と電圧検出回路122との間のインピーダンス(抵抗素子332のインピーダンスに相当)を、容量素子234の一方の端子と配線116との間のインピーダンス(容量素子234の交流インピーダンスに相当)よりも高くすることができる。

0092

そのため、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを、電圧検出回路122よりも容量素子234に流れやすくすることができるため、容量素子234を介して配線116に流す(逃がす)ことができる。

0093

このように、抵抗素子332によって、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを電圧検出回路122へ流れにくくすることによって、交流リークが電圧検出回路122に流れるのを防ぐことができる。

0094

なお、抵抗素子332を介して電圧検出回路122から共振周波数調整回路126に出力電位が供給されるため、抵抗素子332のインピーダンスは、当該出力電位に影響を与えない程度の大きさとすることが好ましい。

0095

また、容量素子234の交流インピーダンスが、抵抗素子332のインピーダンスと電圧検出回路122の出力インピーダンスとの合成インピーダンスよりも低くすることが好ましい。

0096

以上のように、本実施の形態の半導体装置は、抵抗素子332によって、共振周波数調整回路126で発生した交流リークを電圧検出回路122へ流れにくくすることによって、交流リークを容量素子234を介して配線116に流す(逃がす)ことができる。

0097

上述の通り、本実施の形態の半導体装置は、抵抗素子332によって交流リークが電圧検出回路122に流れにくくなり、且つ、容量素子234によって、交流リークを配線116に逃がしやすくなる。その結果、電圧検出回路122に交流リークが流れるのを防ぎ、電圧検出回路122の誤動作を防止することができる。

0098

よって、電圧検出回路122の出力電位によって共振周波数調整回路126を正常に制御することができる。これにより、アンテナ回路102の共振周波数を適切に変化させることができる。

0099

また、リアクタンス素子である容量素子234を用いることで、半導体装置の動作等に関与しない電力の消費が低減されるため、リーク電流として消費される電力を、通信のための駆動電力として用いることができる。そのため、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。

0100

また、抵抗素子332を用いることで、共振周波数調整回路126から電圧検出回路122の出力端子へ電流が流れる経路のインピーダンスの大きさの変更を容易に行うことができる。また、抵抗素子332は、インピーダンスが大きい素子の中でも比較的小型であるため、半導体装置の小型化に寄与することができる。

0101

(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1で図2を参照して説明した半導体装置について、交流回路における電流の流れについて、図4を参照して説明する。

0102

共振周波数調整回路126から交流リークが流れる可能性があるのは、図4のB−C間を介して低電源電位Vssが供給される端子へ流れる経路と、B−D間を介して電圧検出回路122の出力端子へ流れる経路である。

0103

図4の構成では、B−C間にフィルタ回路124として容量素子234を設けることで、B−C間のインピーダンスを、電圧検出回路122の出力インピーダンスよりも低くしている。

0104

このように、B−C間のインピーダンスを、B−D間と電圧検出回路122の出力端子の合成インピーダンスよりも低くすることで、B−D間を介して電圧検出回路122の出力端子へ流れる経路よりもB−C間を介して低電源電位Vssが供給される端子へ流れる経路に交流リークを流れやすくすることができる。

0105

よって、フィルタ回路124として容量素子234を設けることで、リーク電流は容量素子234に流れやすくなるため、当該リーク電流が定電圧回路112に流れるのを防ぐことができる。

0106

また、交流回路における容量素子の消費電力は、計算上では、瞬時において電力を消費しているものの、一周期ごとの平均電力はゼロとなる。これは、容量素子のようなリアクタンス素子は、電気エネルギーを蓄え、そして蓄えた電気エネルギーを放出する性質があるためである。したがって、交流回路おいて、容量素子等のリアクタンス素子は、電力を消費しない。つまり、半導体装置等の回路に含まれるリアクタンス素子は、その回路の動作等に関与しない電力を消費しない素子とみなせる。

0107

よって、リアクタンス素子である容量素子234を用いることで、半導体装置の動作等に関与しない電力の消費が低減されるため、リーク電流として消費される電力を、通信のための駆動電力として用いることができる。そのため、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。

0108

(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態2で図3を参照して説明した半導体装置について、交流回路における電流の流れについて、図5を参照して説明する。

0109

共振周波数調整回路126から交流リークが流れる可能性があるのは、図5のB−C間を介して低電源電位Vssが供給される端子へ流れる経路と、B−D間を介して電圧検出回路122の出力端子へ流れる経路である。

0110

図5の構成では、B−C間に容量素子234を設けることで、B−C間のインピーダンスをB−D間のインピーダンスよりも低くしている。

0111

更に、図5の構成では、B−D間に抵抗素子332を設けることで、B−D間のインピーダンスをB−C間のインピーダンスよりも高くしている。

0112

なお、図5の構成では、フィルタ回路124として容量素子234に加えて抵抗素子332を設けているので、B−C間のインピーダンスと、B−D間と電圧検出回路122の出力端子の合成インピーダンスとの差は、図4の構成よりも大きくなる。

0113

このように、B−C間のインピーダンスと、B−D間と電圧検出回路122の出力端子の合成インピーダンスの差を更に大きくすることで、B−D間を介して電圧検出回路122の出力端子へ流れる経路よりもB−C間を介して低電源電位Vssが供給される端子へ流れる経路に更に交流リークを流れやすくすることができる。

0114

よって、フィルタ回路124として容量素子234及び抵抗素子332を設けることで、リーク電流は、容量素子234に更に流れやすくなるため、当該リーク電流が定電圧回路112に流れるのを防ぐことができる。

0115

また、リアクタンス素子である容量素子234を用いることで、半導体装置の動作等に関与しない電力の消費が低減されるため、リーク電流として消費される電力を、通信のための駆動電力として用いることができる。そのため、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。

0116

また、抵抗素子332を用いることで、B−D間のインピーダンスの大きさの変更を容易に行うことができる。また、抵抗素子332は、インピーダンスが大きい素子の中でも比較的小型であるため、半導体装置の小型化に寄与することができる。

0117

(実施の形態5)
実施の形態1及び実施の形態2では、無線でデータの送受信を行う半導体装置のうち、特にパッシブ型の半導体装置について図1を参照して説明したが、実施の形態1の図2及び実施の形態2の図3の構成は、電源を内蔵する半導体装置にも適用することができる。

0118

本実施の形態では、図1とは異なる、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一例について、図6を参照して説明する。

0119

無線タグ100にアンテナ回路102とは別のアンテナ回路を設けることで、無作為に生じている電磁波等を受信し、整流回路110で整流して、バッテリー回路700に蓄える電力を得ることができる。

0120

そして、定電圧回路112から復調回路104等の各回路に供給される高電源電位Vddが、各回路を動作させるのに十分でないときに、バッテリー回路700から定電圧回路112に電圧を供給することができる。又は、定電圧回路112からの高電源電位Vddの供給に加えて、バッテリー回路700からも各回路に電圧を供給することができる。

0121

このように、バッテリー回路700を充電することで、無線タグ100を連続的に使用することができる。

0122

バッテリー回路700には、シート状に設けられた電池を用いることができる。例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池リチウムイオン電池リチウム2次電池等を用いると、バッテリー回路700の小型化ができる。また、バッテリー回路700として、ニッケル水素電池ニッケルカドミウム電池、大容量のコンデンサー等を用いてもよい。

0123

(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置が有するトランジスタの構造の一例について説明する。

0124

半導体層として酸化物半導体層を含むトランジスタの構造の一例について、図7(A)〜図8(B)を参照して説明する。図7(A)〜図8(B)は、トランジスタの断面模式図である。

0125

図7(A)に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。

0126

図7(A)に示すトランジスタは、基板710の上に設けられた導電層711と、導電層711の上に設けられた絶縁層712と、絶縁層712を挟んで導電層711の上に設けられた酸化物半導体層713と、酸化物半導体層713の一部の上にそれぞれ設けられた導電層715及び導電層716と、を有している。

0127

また、図7(A)に、トランジスタの酸化物半導体層713の他の一部(導電層715及び導電層716が設けられていない部分)に接する酸化物絶縁層717と、酸化物絶縁層717の上に設けられた保護絶縁層719を示す。

0128

図7(B)に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであるチャネル保護型(チャネルストップ型、ともいう。)トランジスタであり、逆スタガ型トランジスタともいう。

0129

図7(B)に示すトランジスタは、基板720の上に設けられた導電層721と、導電層721の上に設けられた絶縁層722と、絶縁層722を挟んで導電層721の上に設けられた酸化物半導体層723と、絶縁層722及び酸化物半導体層723を挟んで導電層721の上に設けられた絶縁層727と、酸化物半導体層723の一部の上及び絶縁層727の一部の上にそれぞれ設けられた導電層725及び導電層726と、を有している。

0130

ここで、酸化物半導体層723の一部又は全てと導電層721とが重なる構造にすることで、酸化物半導体層723への光の入射を抑えることができる。

0131

また、図7(B)に、トランジスタの上に設けられた保護絶縁層729を示す。

0132

図7(C)に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つである。

0133

図7(C)に示すトランジスタは、基板730の上に設けられた導電層731と、導電層731の上に設けられた絶縁層732と、絶縁層732の一部の上にそれぞれ設けられた導電層735及び導電層736と、絶縁層732、導電層735、及び、導電層736を挟んで導電層731の上に設けられた酸化物半導体層733と、を有している。

0134

ここで、酸化物半導体層733の一部又は全てと導電層731とが重なる構造にすることで、酸化物半導体層733への光の入射を抑えることができる。

0135

また、図7(C)に、酸化物半導体層733の上面及び側面と接する酸化物絶縁層737と、酸化物絶縁層737の上に設けられた保護絶縁層739を示す。

0136

図7(D)に示すトランジスタは、トップゲート構造を有するトランジスタの一つである。

0137

図7(D)に示すトランジスタは、絶縁層747を挟んで基板740の上に設けられた酸化物半導体層743と、酸化物半導体層743の一部の上にそれぞれ設けられた導電層745及び導電層746と、酸化物半導体層743、導電層745、及び、導電層746の上に設けられた絶縁層742と、絶縁層742を挟んで酸化物半導体層743の上に設けられた導電層741と、を有している。

0138

基板(基板710、基板720、基板730、及び、基板740)には、一例として、ガラス基板バリウムホウケイ酸ガラス基板アルミノホウケイ酸ガラス基板等)、絶縁体でなる基板(セラミック基板石英基板サファイア基板等)、結晶化ガラス基板プラスチック基板、又は、半導体基板シリコン基板等)を用いることができる。

0139

図7(D)に示すトランジスタにおいて、絶縁層747は、基板740からの不純物元素拡散を防止する下地層としての機能を有する。絶縁層747には、一例として、窒化シリコン層酸化シリコン層窒化酸化シリコン層酸化窒化シリコン層酸化アルミニウム層、及び、酸化窒化アルミニウム層を、単層で又は積層させて用いる。又は、絶縁層747には、前述の層と、遮光性を有する材料の層とを積層させて用いる。又は、絶縁層747には、遮光性を有する材料の層を用いる。なお、絶縁層747として、遮光性を有する材料の層を用いると、酸化物半導体層743への光の入射を抑えることができる。

0140

なお、図7(D)に示すトランジスタと同様に、図7(A)〜図7(C)に示すトランジスタにおいて、基板710と導電層711との間、基板720と導電層721との間、基板730と導電層731との間に、それぞれ絶縁層747を設けてもよい。

0141

導電層(導電層711、導電層721、導電層731、及び、導電層741)は、トランジスタのゲートとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、モリブデンチタンクロムタンタルタングステンアルミニウム、銅、ネオジム、及び、スカンジウム等の金属材料の層、又は、当該金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。

0142

絶縁層(絶縁層712、絶縁層722、絶縁層732、及び、絶縁層742)は、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。

0143

ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、一例として、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、又は、酸化アルミニウムガリウム層を用いることができる。

0144

酸化物半導体層(酸化物半導体層713、酸化物半導体層723、酸化物半導体層733、及び、酸化物半導体層743)と接するゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層(絶縁層712、絶縁層722、絶縁層732、及び、絶縁層742)には、酸素を含む絶縁層を用いるのが好ましく、当該酸素を含む絶縁層が、化学量論的組成比より酸素が多い領域(酸素過剰領域、とも表記する。)を含むことがより好ましい。

0145

上記ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体層からゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層への酸素の移動を防ぐことができる。また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層から酸化物半導体層への酸素の供給を行うこともできる。よって、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と接する酸化物半導体層を、十分な量の酸素を含有する層とすることができる。

0146

また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層は、水素や水等の不純物混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に水素や水等の不純物が含まれると、酸化物半導体層への水素や水等の不純物の侵入や、水素や水等の不純物による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、等によって、酸化物半導体層が低抵抗化(n型化)し、寄生チャネルが形成される恐れがあるためである。例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層は、スパッタリング法によって成膜し、スパッタガスとしては、水素や水等の不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

0147

また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、酸素を供給する処理を行うことが好ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理や、酸素ドープ処理、等がある。又は、電界加速した酸素イオン照射して、酸素を添加しても良い。なお、本明細書等において、酸素ドープ処理とは、酸素をバルクに添加することをいい、当該バルクの用語は、酸素を膜表面のみでなく膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。

0148

ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に対して、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体層に酸素を供給し、酸化物半導体層中又は酸化物半導体層と絶縁層との界面の酸素不足欠陥を低減することができる。

0149

例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層として酸化アルミニウムガリウム層を用いた場合、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、GaxAl2−xO3+α(0<x<2、0<α<1)とすることができる。

0150

又は、スパッタリング法を用いてゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を成膜する際に、酸素ガス、又は、不活性気体(例えば、アルゴン等の希ガス、又は、窒素)と酸素との混合ガスを導入することで、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に酸素過剰領域を形成してもよい。なお、スパッタリング法による成膜後、熱処理を行っても良い。

0151

酸化物半導体層(酸化物半導体層713、酸化物半導体層723、酸化物半導体層733、酸化物半導体層743)は、トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。これらの酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体としては、四元金属酸化物(In−Sn−Ga−Zn−O系金属酸化物等)、三元系金属酸化物(In−Ga−Zn−O系金属酸化物、In−Sn−Zn−O系金属酸化物、In−Al−Zn−O系金属酸化物、Sn−Ga−Zn−O系金属酸化物、Al−Ga−Zn−O系金属酸化物、Sn−Al−Zn−O系金属酸化物等)、及び、二元系金属酸化物(In−Zn−O系金属酸化物、Sn−Zn−O系金属酸化物、Al−Zn−O系金属酸化物、Zn−Mg−O系金属酸化物、Sn−Mg−O系金属酸化物、In−Mg−O系金属酸化物、In−Ga−O系金属酸化物、In−Sn−O系金属酸化物等)が挙げられる。また、酸化物半導体として、一元系金属酸化物(In−O系金属酸化物、Sn−O系金属酸化物、Zn−O系金属酸化物等)を用いることもできる。また、酸化物半導体として、上記金属酸化物に酸化シリコン(SiO2)を含ませた酸化物半導体を用いることもできる。

0152

また、酸化物半導体として、InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される材料を用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、Mn、及び、Coから選ばれた一つ又は複数の金属元素を示す。例えば、Mとしては、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、Ga及びCo等が挙げられる。

0153

ここで、トランジスタに用いられる酸化物半導体層は、水素などの不純物が十分に除去され、且つ、十分な酸素が供給されたものであることが好ましい。具体的には、例えば、酸化物半導体層の水素濃度は、5×1019atoms/cm3以下、好ましくは5×1018atoms/cm3以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm3以下とする。

0154

このように、水素濃度が十分に低減され、且つ、十分な酸素の供給により酸素欠乏に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位が低減された酸化物半導体層では、キャリア濃度が、1×1012/cm3未満、好ましくは1×1011/cm3未満、さらに好ましくは1.45×1010/cm3未満となる。

0155

例えば、室温(25℃)でのオフ電流(ここでは、単位チャネル幅(1μm)あたりの値)は、100zA(1zA(ゼプトアンペア)は1×10−21A)以下、好ましくは10zA以下となる。このように、i型化(真性化)または実質的にi型化された酸化物半導体層を用いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることができる。

0156

また、酸化物半導体層のナトリウム濃度は、5×1016atoms/cm3以下、好ましくは1×1016atoms/cm3以下、さらに好ましくは1×1015atoms/cm3以下とする。また、酸化物半導体層のリチウム濃度は、5×1015atoms/cm3以下、好ましくは1×1015atoms/cm3以下とする。また、酸化物半導体層のカリウム濃度は、5×1015atoms/cm3以下、好ましくは1×1015atoms/cm3以下とする。

0157

アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体にとっては悪性の不純物であり、少ない方がよい。特に、アルカリ金属のうちナトリウムは、酸化物半導体に接する絶縁膜酸化物であった場合、その中に拡散し、Na+となる。また、酸化物半導体内において、金属と酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性劣化(例えば、ノーマリオン化(しきい値の負へのシフト)、移動度の低下等)をもたらす。加えて、特性のばらつきの原因ともなる。このような問題は、特に酸化物半導体中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が5×1019cm−3以下、特に5×1018cm−3以下である場合には、アルカリ金属の濃度を上記の値にすることが非常に好ましい。

0158

なお、上述の酸化物半導体膜の水素濃度、ナトリウム濃度、リチウム濃度、及びカリウム濃度は、二次イオン質量分析法SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)で測定されるものである。

0159

導電層(導電層715及び導電層716、導電層725及び導電層726、導電層735及び導電層736、並びに、導電層745及び導電層746)は、トランジスタのソース及びドレインとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくは、タングステン等の金属材料、又は、これらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。

0160

例えば、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層として、アルミニウム及び銅等の金属材料の層と、チタン、モリブデン、及び、タングステン等の高融点金属材料層とを積層させて用いる。又は、複数の高融点金属材料の層の間にアルミニウム及び銅等の金属材料の層を設けて用いる。また、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層として、ヒロックウィスカーの発生を防止する元素シリコン、ネオジム、スカンジウム等)が添加されたアルミニウム層を用いると、トランジスタの耐熱性を向上させることができる。

0161

また、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層の材料として、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3—SnO2)(ITO、と略記する。)、若しくは、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3—ZnO)、又は、これらの金属酸化物に酸化シリコンを含ませた金属酸化物を用いる。

0162

絶縁層727は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層(チャネル保護層、ともいう。)としての機能を有する。

0163

酸化物絶縁層717及び酸化物絶縁層737には、一例として、酸化シリコン層等の酸化物絶縁層を用いる。

0164

保護絶縁層719、保護絶縁層729、及び、保護絶縁層739には、一例として、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化シリコン層、及び、窒化酸化アルミニウム層等の無機絶縁層を用いる。

0165

また、酸化物半導体層743と導電層745との間、及び、酸化物半導体層743と導電層746との間に、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層バッファ層として設けてもよい。図7(D)のトランジスタに酸化物導電層を設けたトランジスタを図8(A)及び図8(B)に示す。

0166

図8(A)及び図8(B)のトランジスタは、酸化物半導体層743とソース及びドレインとしての機能を有する導電層745及び導電層746との間に、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層752及び酸化物導電層754が設けられている。図8(A)及び図8(B)のトランジスタは、作製工程により酸化物導電層752及び酸化物導電層754の形状が異なる例である。

0167

図8(A)のトランジスタでは、酸化物半導体膜と酸化物導電膜の積層を形成し、同じフォトリソグラフィ工程によって酸化物半導体膜と酸化物導電膜との積層の形状を加工して、島状の酸化物半導体層743と島状の酸化物導電膜を形成する。酸化物半導体層743及び島状の酸化物導電膜上にソース及びドレインとしての機能を有する導電層745及び導電層746を形成した後、導電層745及び導電層746をマスクとして、島状の酸化物導電膜をエッチングし、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層752及び酸化物導電層754を形成する。

0168

図8(B)のトランジスタでは、酸化物半導体層743上に酸化物導電膜を形成し、その上に金属導電膜を形成し、同じフォトリソグラフィ工程によって酸化物導電膜及び金属導電膜の形状を加工して、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層752及び酸化物導電層754、並びに、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層745及び導電層746を形成する。

0169

なお、酸化物導電膜の形状を加工するためのエッチング処理の際、酸化物半導体層が過剰にエッチングされないように、エッチング条件エッチング材の種類、濃度、エッチング時間等)を適宜調整する。

0170

酸化物導電層752及び酸化物導電層754の成膜方法として、スパッタリング法、真空蒸着法電子ビーム蒸着法等)、アーク放電イオンプレーティング法スプレー法等を用いる。酸化物導電層の材料としては、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛ガリウム酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)等を適用することができる。また、上記材料に酸化珪素を含ませてもよい。

0171

ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を、酸化物半導体層743とソース及びドレインとしての機能を有する導電層745及び導電層746との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタが高速動作をすることができる。

0172

また、酸化物半導体層743、ドレイン領域として機能する酸化物導電層(酸化物導電層752又は酸化物導電層754)、ドレインとして機能する導電層(導電層745又は導電層746)を有する構成とすることによって、トランジスタの耐圧を向上させることができる。

0173

(実施の形態7)
無線でデータの送受信を行う半導体装置は、微小半導体素子を複数用いた半導体集積回路を有する場合、外部からの静電気放電ESD;Electrostatic Discharge)によって、半導体集積回路の誤動作や半導体素子の損傷が生じやすい。特に、表面積の大きい導電体を用いたアンテナ等は、静電気放電が生じやすい。

0174

本実施の形態では、静電気放電から半導体集積回路を保護する構成について説明する。なお、本実施の形態では、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一例として、RFタグを用いて説明する。

0175

RFタグの構成の一例を図9(A)〜図9(D)に示す。図9(A)〜図9(D)では、導電性材料を有する遮蔽体を半導体集積回路の近傍に設けることによって、半導体集積回路を保護している。

0176

図9(A)では、遮蔽体2101を半導体集積回路の外側全体を覆うように設けている。遮蔽体2101は、R/W等の無線でデータの送受信を行うことができる装置から発せられる信号のアンテナにおける受信を極力妨げない程度の膜厚で形成すればよい。

0177

なお、図9(A)では、遮蔽体2101が、半導体集積回路の上面、下面、側面を含む全面を覆うように設けられている。半導体集積回路の上面及び側面の一部に遮蔽体を形成した後、半導体集積回路を裏返して、半導体集積回路の下面及び側面の残りの部分に遮蔽体を形成することで、遮蔽体2101が半導体集積回路の全面を覆うように形成すればよい。

0178

図9(B)では、遮蔽体2102を絶縁体の内側に配置して、且つ、半導体集積回路の全面を覆うように設けている。このように、半導体集積回路の全面を覆うように遮蔽体2102を形成する方法として、例えば、半導体集積回路を絶縁体で挟持、接着する前に、個々の半導体集積回路に分断し、遮蔽体2102を形成する方法がある。また、半導体集積回路を絶縁体で挟持、接着する前に、半導体集積回路の上面、下面に遮蔽体を形成しておき、絶縁体で挟持、接着した後、レーザー光を照射して分断することによって分断面において遮蔽体が溶融し、半導体集積回路の側面を上下から溶着して覆うように形成する方法がある。なお、遮蔽体2102を形成する方法は、これらの方法に限定されない。

0179

図9(C)では、遮蔽体2103を絶縁体の内側に配置して、且つ、半導体集積回路の片面のみに設けている。図9(C)では、遮蔽体2103をアンテナ側に設けているが、アンテナとは反対側に設けてもよい。

0180

遮蔽体を半導体集積回路の片面のみに設けることにより、R/W等の無線でデータの送受信を行うことができる装置から発せられる信号のアンテナにおける受信が、遮蔽体によって妨げられることなく、良好な通信精度を確保することができる。

0181

図9(A)〜図9(C)においては、遮蔽体として、導電性の材料を用いて、膜状に設けた例を示した。

0182

図9(D)では、遮蔽体2104a〜遮蔽体2104fが島状に設けられている。遮蔽体2104a〜遮蔽体2104fの各々は、導電性材料を用いて形成されているために導電性を有するが、半導体集積回路上に点在して設けられており、互いに導通していない。例えば、遮蔽体2104aと遮蔽体2104bの間、遮蔽体2104cと遮蔽体2104fの間等では、導通していない。このような構成を有することによって、遮蔽体2104a〜遮蔽体2104fを、導電性材料を用いていながら、全体としては絶縁体に等しい膜とすることができる。また、このような構成を有する遮蔽体を設けると、島状の遮蔽体2104a〜遮蔽体2104fの各々は導電性材料を用いて形成されるため、静電気放電に対して良好に半導体集積回路を保護し、且つ、全体としては絶縁体に等しい膜とすることができるため、遮蔽体が、R/W等の無線でデータの送受信を行うことができる装置から発せられる信号のアンテナにおける受信を妨げることなく、良好な通信精度を確保することができる。

0183

図9(A)〜図9(D)において説明した遮蔽体を形成する材料としては、導電体又は半導体が好ましい。例えば、遮蔽体として、金属膜金属酸化物膜半導体膜金属窒化物膜等を用いる。具体的な材料としては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル白金パラジウムイリジウムロジウム、タンタル、カドミウム亜鉛、鉄、シリコン、ゲルマニウムジルコニウム、バリウムから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料、化合物材料窒化物材料酸化物材料等が挙げられる。

0184

窒化物材料としては、窒化タンタル窒化チタン等を用いる。

0185

酸化物材料としては、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(ITSO)、有機インジウム有機スズ、酸化亜鉛等を用いることができる。また、酸化亜鉛(ZnO)を含むインジウム亜鉛酸化物(IZO(Indium Zinc Oxide))、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウム(Ga)を含む酸化亜鉛、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物(ITO(Indium Tin Oxide))等を用いてもよい。

0186

又は、遮蔽体として、半導体に不純物元素等を添加して導電性を付与した半導体膜等を用いてもよい。例えば、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜等を用いてもよい。

0187

さらに、遮蔽体として、導電性高分子導電性ポリマー、ともいう。)を用いてもよい。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリン及びその誘導体ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、これらの2種以上の共重合体、等が挙げられる。

0188

導電性高分子を含む遮蔽体には、有機樹脂ドーパントハロゲン類ルイス酸無機酸、有機酸遷移金属ハロゲン化物有機シアノ化合物非イオン性界面活性剤等)を含ませてもよい。

0189

(実施の形態8)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置を用いた電子機器の一例について、図10(A)〜図10(G)を参照して説明する。

0190

上記実施の形態で説明した半導体装置の用途は広範囲にわたる。例えば、当該半導体装置を、紙幣硬貨有価証券類、無記名債券類、証書類記録媒体包装用容器類、乗り物類、身の回り品(鞄、眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、人体衣類生活用品類、又は、電子機器(液晶表示装置EL表示装置テレビジョン装置、又は携帯電話)等の物品、若しくは、各物品に取り付ける荷札定期券回数券、各種チケット等に設けて使用することができる。

0191

証書類には、運転免許証住民票等がある。図10(A)に、証書類の一例として、半導体装置2201を設けた運転免許証を示す。なお、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、又は証書類等に半導体装置2201を設けることにより、認証機能を付加することができる。そして、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。

0192

記録媒体には、DVDソフト、ビデオテープ等がある。図10(B)に、記録媒体の一例として、半導体装置2202を設けたDVDソフトを示す。

0193

包装用容器類には、包装紙、ボトル等がある。図10(C)に、包装用容器類の一例として、半導体装置2203を設けたボトルを示す。なお、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、又は、電子機器等に半導体装置2203を取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。

0194

乗り物類には、自転車等がある。図10(D)に、乗り物類の一例として、半導体装置2204を設けた自転車を示す。なお、乗り物類に半導体装置2204を取り付けることにより、盗難等に対するセキュリティ性を高めることができる。

0195

図10(E)及び図10(F)に、それぞれ半導体装置2205又は半導体装置2206を設けた、各物品に取り付ける荷札を示す。

0196

図10(G)に、半導体装置2207を設けた各種チケットを示す。なお、半導体装置2207は、トランジスタをはじめとする素子を用いて、樹脂基板等の可撓性を有する基板上に、安価に作製することができる。そのため、特に、回数券、各種チケット等の、一回あるいは少数の反復使用による、使い捨て用途にも適用することができる。

0197

なお、半導体装置2201〜半導体装置2207のそれぞれは、プリント基板実装、表面に貼る、埋め込む等により、物品等に固定する。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれば当該有機樹脂に埋め込むことによって、各物品等に固定する。半導体装置2201〜半導体装置2207は、小型、薄型、軽量とすることができるため、物品等に固定した後もその物品自体デザイン性を損なうことがない。

0198

本実施例では、上記実施の形態で説明した半導体装置の一つとして、無線タグの入力電力について検討した結果を、図11図12(A)、及び図12(B)を参照して説明する。

0199

無線タグとして、上記実施の形態で説明した半導体装置に対応する回路Aと回路Bを用いた。

0200

回路Aは、実施の形態1で図2を参照して説明した半導体装置に対応する。回路Aは、電圧検出回路122と、フィルタ回路124と、共振周波数調整回路126とを有するリミッタ回路114を有する。フィルタ回路124は、容量素子234で構成されている。

0201

回路Bは、実施の形態2で図3を参照して説明した半導体装置に対応する。回路Bは、電圧検出回路122と、フィルタ回路124と、共振周波数調整回路126とを有するリミッタ回路114を有する。フィルタ回路124は、容量素子234と抵抗素子332とで構成される。

0202

また、比較用の無線タグとして、上記実施の形態で説明した半導体装置とは異なる回路構成を有する半導体装置である、回路C〜回路Eを用いた。比較用の回路C及び回路Dの回路構成については、図12(A)及び図12(B)を参照して説明する。

0203

回路Cは、フィルタ回路1324を有する。フィルタ回路1324は、図12(A)に示すように、図3で示す半導体装置のフィルタ回路1324を構成する容量素子234と抵抗素子332とを、逆に配置したものである。すなわち、抵抗素子332の一方の端子が共振周波数調整回路126と接続され、他方の端子が容量素子234の一方の端子及び電圧検出回路122とそれぞれ接続されている。

0204

回路Dは、図12(B)に示すように、リミッタ回路が、共振周波数調整回路126及び電圧検出回路122を有し、且つフィルタ回路を有さない。

0205

また、回路Eは、リミッタ回路そのものを有さない、すなわち、電圧検出回路と、フィルタ回路と、共振周波数調整回路とを有さない。

0206

なお、検討に際し、容量素子234の容量は12pF、抵抗素子332の抵抗値は62kΩに設定した。

0207

回路A〜回路Eを用いて、無線タグの入力電力について検討した結果を、図11を参照して以下に説明する。

0208

図11は、無線タグの入力電力(単位はdBm)に対する生成電圧(単位はV)の計算結果である。ここで、生成電圧とは、アンテナ回路で受信した信号をもとに生成される高電源電位Vddを指す。

0209

まず、回路Eについて説明する。

0210

図11に示すように、回路Eはリミッタ回路を有していないため、生成電圧に制限がない。よって、回路Eでは生成電圧が8V以上にまで達した。

0211

このように、リミッタ回路を有していない無線タグを動作させた場合、過剰な搬送波又は振幅変調波の電力を受信することによって、生成電圧も過剰になるため、無線タグが破壊される恐れがある。

0212

次に、回路C及び回路Dについて説明する。

0213

回路Dは、回路Eに電圧検出回路122及び共振周波数調整回路126を設けた回路である。また、回路Cは、回路Dにさらに、フィルタ回路1324を設けた回路である。

0214

図11に示すように、回路C及び回路Dは、電圧検出回路122及び共振周波数調整回路126を有しているため、無線タグの入力電力が5dBmを超えても、生成電圧を3V付近に抑えられた。

0215

次に、回路A及び回路Bについて説明する。

0216

図11に示すように、回路A及び回路Bは、回路C及び回路Dと同様に、電圧検出回路122及び共振周波数調整回路126を有しているため、無線タグの入力電力が5dBmを超えても、生成電圧を3V付近に抑えられた。

実施例

0217

以上のように、上記実施の形態で説明した半導体装置は、過剰な搬送波又は振幅変調波の電力を受信するのを防ぐことができるため、過剰な生成電圧によって無線タグが破壊されるのを防止することができる。

0218

100無線タグ
102アンテナ回路
104復調回路
106論理回路
108変調回路
110整流回路
112定電圧回路
114リミッタ回路
116配線
122電圧検出回路
124フィルタ回路
126共振周波数調整回路
202アンテナ
204共振容量素子
212容量素子
214トランジスタ
216 トランジスタ
218 容量素子
222抵抗素子
224 トランジスタ
225 トランジスタ
226 トランジスタ
227 トランジスタ
228 トランジスタ
229 抵抗素子
234 容量素子
242 容量素子
244 トランジスタ
255 抵抗素子
332 抵抗素子
700バッテリー回路
710基板
711導電層
712絶縁層
713酸化物半導体層
715 導電層
716 導電層
717酸化物絶縁層
719保護絶縁層
720 基板
721 導電層
722 絶縁層
723 酸化物半導体層
725 導電層
726 導電層
727 絶縁層
729 保護絶縁層
730 基板
731 導電層
732 絶縁層
733 酸化物半導体層
735 導電層
736 導電層
737 酸化物絶縁層
739 保護絶縁層
740 基板
741 導電層
742 絶縁層
743 酸化物半導体層
745 導電層
746 導電層
747 絶縁層
752酸化物導電層
754 酸化物導電層
1324 フィルタ回路
2101遮蔽体
2102 遮蔽体
2103 遮蔽体
2104a 遮蔽体
2104b 遮蔽体
2104c 遮蔽体
2104d 遮蔽体
2104e 遮蔽体
2104f 遮蔽体
2201半導体装置
2202 半導体装置
2203 半導体装置
2204 半導体装置
2205 半導体装置
2206 半導体装置
2207 半導体装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 株式会社マーケテックの「 無線通信装着物及び無線通信方法」が 公開されました。( 2019/07/18)

    【課題】太陽電池での発電が不十分な環境であっても,昼かよるかを適切に判定して,無線通信を途絶えることなく行う。【解決手段】無線通信装着物1において、モード判定部304は、太陽電池の発電により蓄電される... 詳細

  • 株式会社村田製作所の「 無線通信デバイス」が 公開されました。( 2019/07/18)

    【課題・解決手段】RFIDタグ(301)は、基材(1)とRFIC素子(100)とダイポール型アンテナとを備える。ダイポール型アンテナは、第1ダイポールエレメント(10)および第2ダイポールエレメント(... 詳細

  • 国立大学法人東北大学の「 スイッチング回路装置、降圧型DC—DCコンバータ及び素子ユニット」が 公開されました。( 2019/07/18)

    【課題・解決手段】効率を高くすることができるスイッチング回路装置、それを用いた降圧型DC−DCコンバータ、及びスイッチング回路装置等に好適な素子ユニットを提供する。降圧型DC−DCコンバータ(10)は... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ