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JP5189429B2 - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無線で通信を行うことが出来る半導体装置及びその作製方法に関する。
無線で信号の送受信を行い個体の識別をする技術(RFID:Radio frequency identification)は、様々な分野において実用化が進められており、新しい情報通信の形態としてさらなる市場の拡大が見込まれている。RFタグは、IDチップ、無線タグ、ICタグとも呼ばれており、アンテナと、半導体基板を用いて形成された集積回路(ICチップ)とを通常有している。RFIDでは主に、リーダ、リーダライタまたはインテロゲータと呼ばれる質問器と、RFタグとの間で、無線で信号の送受信が行われる。RFタグの形状は、カード状、或いはカードよりもさらに小型のチップ状であることが多いが、用途に合わせて様々な形状を採りうる。
またRFタグ自体に可撓性を持たせることで、紙、プラスチックなどの可撓性を有する素材(フレキシブルな素材)にRFタグを取り付けることもできる。下記特許文献1には、フレキシブルな基板を用いたRFタグの構成について記載されている。RFタグに可撓性を持たせることにより、その利用形態の幅が広がり、より広範な分野におけるRFタグの応用を期待することができる。
特開2005−229098号公報
ところでRFタグは、様々な分野での利用が期待されているため、実用化に際し、あらゆる環境下における信頼性の確保が重要な課題となっている。
例えば、外力に対する信頼性もその一つである。RFタグは、別々に形成された集積回路とアンテナとを接続するアンテナ外付けのものと、集積回路とアンテナとを一の基板上に形成(一体形成)するオンチップのものとがある。外付けの場合、オンチップとは異なり、アンテナの寸法または形状の制約がなく、通信距離を伸ばすことができるというメリットを有している。しかし、フレキシブルな基板を用いたRFタグの場合、基板に外力が加えられると、集積回路とアンテナとの接続が分断されやすく、外力に対する信頼性はオンチップに比べていまひとつである。また、集積回路とアンテナの接続箇所における初期不良が、オンチップに比べて歩留まりを低くする要因となっている。
また、RFタグに機能を追加するためには、集積回路の回路規模やメモリ容量を必然的により大きくせざるを得ない。しかし、回路規模やメモリ容量を増大させると、それに伴い集積回路の専有面積も増大する傾向にあるので、外力に対するRFタグの信頼性が落ちてしまう。そのため、上述したような、様々な応用が期待できるというRFタグのメリットが、十分に生かせないという問題が生じる。また集積回路の占有面積は変わらなくとも、可撓性を有する基板を用いる場合、外部から局所的にかかる圧力(押圧)に対する信頼性に関しては、改善の余地が残されていた。
また、集積回路は、帯電現象(チャージング)により蓄積された電荷が放電することで半導体素子が劣化または破壊される静電破壊(ESD:Electro−Static Discharge)が、起きやすいという問題がある。特に、プラスチックなどの絶縁性を有する基板はチャージングが起きやすいため、集積回路内に放電経路を確保するための保護回路を設けるのみならず、集積回路を支持する基板にもESD対策を施す必要性があ
る。しかし、ESDを防ぐために、帯電を防止できる導電体の基板でRFタグを覆ってしまうと、電波が遮蔽されやすく、質問器からの信号または電力の受信に弊害が生じる恐れがあるという問題があった。
本発明は上記問題に鑑み、無線での通信が可能な半導体装置において、外力、特に押圧に対する信頼性が高く、電波の受信を阻害することなく集積回路における静電破壊を防ぐことを課題とする。
本発明の半導体装置では、集積回路に接続されたオンチップアンテナ(第1のアンテナ)と、受信した電波に含まれる信号または電力を該オンチップアンテナに非接触で送信するブースターアンテナ(第2のアンテナ)とを有する。さらに本発明の半導体装置は、繊維体に樹脂を含浸することで形成される一対の構造体で、集積回路及びオンチップアンテナを挟む。上記構造体の一つは、オンチップアンテナとブースターアンテナの間に設けられる。また、各構造体の少なくとも一方の面に、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する帯電防止膜を形成する。上記帯電防止膜は、集積回路及びオンチップアンテナ側に形成されていても良いし、集積回路及びオンチップアンテナとは反対の側に形成されていても良い。また、構造体の片面のみならず、構造体の両面に形成されていても良い。
具体的に上記構造体は、有機化合物または無機化合物の繊維体に有機樹脂を含浸することで、形成することができる。集積回路を有する層(素子層)と上記構造体とは、加熱圧着により固着させることができる。または素子層と上記構造体とを固着させるための層を設けても良い。或いは、素子層に繊維体を重ねた後、該繊維体に有機樹脂を含浸させることで、素子層に固着した上記構造体を形成することができる。
素子層の厚さは1μm以上10μm以下、さらには1μm以上5μm以下であり、一対の構造体のトータルの厚さは、20μm以上100μm以下であることが好ましい。このような厚さにすることにより、湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
繊維体は、有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いた織布または不織布を用いることができる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率またはヤング率が高い繊維である。繊維体として高強度繊維を用いることにより、局所的な押圧が半導体装置にかかったとしても、当該圧力が繊維体全体に分散し、半導体装置の一部が延伸することを防ぐことができる。即ち、一部の延伸に伴う配線、半導体素子等の破壊を防止することが可能である。また、有機樹脂としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。
本発明により、無線での通信が可能な半導体装置において、外力、特に押圧に対する信頼性が高く、電波の受信を阻害することなく集積回路における静電破壊を防ぐことができる。
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。
(実施の形態1)
図1(A)は、本発明の半導体装置の積層構造を示す斜視図である。本発明の半導体装置
は、集積回路101と、該集積回路101に接続されたオンチップアンテナ102とを有する。集積回路101とオンチップアンテナ102とは、一体形成されている。すなわち、オンチップアンテナ102は、集積回路101上に直接形成されており、なおかつ集積回路101に接続されるように形成されている。集積回路101及びオンチップアンテナ102は、繊維体に樹脂を含浸することで形成される構造体103及び構造体104の間に設けられる。そして、本発明の半導体装置はブースターアンテナ105を有しており、構造体104はオンチップアンテナ102とブースターアンテナ105の間に挟まれている。なお、図1(A)では、ブースターアンテナ105が支持基板106に形成されている例を示している。
図4(A)に、図1(A)に示したオンチップアンテナ102と集積回路101の拡大図を示す。図1(A)、図4(A)において、オンチップアンテナ102は巻き数が1である矩形のループアンテナであるが、本発明はこの構成に限定されない。ループアンテナの形状は矩形を有することに限定されず、曲線を有する形状、例えば円形を有していても良い。そして巻き数は1に限定されず、複数であっても良い。ただしオンチップアンテナ102の巻き数が1の場合、集積回路101とオンチップアンテナ102の間に生じる寄生容量を低減することができる。
また、図1(A)、図4(A)において、オンチップアンテナ102は、集積回路101の周囲を取り囲むように配置されており、破線で示す給電点108に相当する部分以外は、オンチップアンテナ102は集積回路101とは異なる領域に配置されている。しかし本発明はこの構成に限定されず、図4(B)に示すように、破線で示す給電点108に相当する部分以外において、オンチップアンテナ102が集積回路101と少なくとも一部重なるように配置されていても良い。ただし、図1(A)、図4(A)に示すように、オンチップアンテナ102が集積回路101とは異なる領域に配置されていることで、集積回路101とオンチップアンテナ102の間に生じる寄生容量を低減することができる。
またブースターアンテナ105は、破線107で囲まれた部分において巻き数1の矩形のループ状になっているが、本発明はこの構成に限定されない。ループ状の部分は矩形を有することに限定されず、曲線を有する形状、例えば円形を有していても良い。そして巻き数は1に限定されず、複数であっても良い。
ブースターアンテナ105は、主に破線107で囲まれたループ状の部分において、オンチップアンテナ102と電磁誘導により信号の授受または電力の供給を行うことができる。またブースターアンテナ105は、主に、破線107で囲まれた部分以外の領域において、電波により質問器と信号の授受または電力の供給を行うことができる。質問器と半導体装置との間において、キャリア(搬送波)として用いられる電波の周波数は、30MHz以上5GHz以下程度が望ましく、例えば950MHz、2.45GHzなどの周波数帯を用いればよい。
次に、構造体103と構造体104の構造及びその配置について説明する。図1(B)は、図1(A)に示した集積回路101、オンチップアンテナ102、構造体103、構造体104、支持基板106に形成されたブースターアンテナ105が積層されている、本発明の半導体装置の斜視図に相当する。そして図1(C)は、図1(B)の破線A−A’における断面図に相当する。
構造体103は、有機化合物または無機化合物の繊維体103aと、繊維体103aに含浸された有機樹脂103bとを有する。同様に、構造体104は、有機化合物または無機化合物の繊維体104aと、繊維体104aに含浸された有機樹脂104bとを有する。
なお本実施の形態では、構造体103と構造体104において、単層の繊維体を用いている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。各構造体において2層以上の繊維体が積層されていても良い。特に各構造体において3層以上の繊維体を用いることで、外力、特に押圧に対する半導体装置の信頼性をより高めることができる。また構造体103と、構造体104とは、有する繊維体の数が互いに異なっていても良い。
集積回路101及びオンチップアンテナ102は、構造体103と構造体104の間に設けられている。またオンチップアンテナ102とブースターアンテナ105の間には、構造体104が設けられている。なお、図1(C)では、集積回路101がオンチップアンテナ102よりも、よりブースターアンテナ105に近い位置に配置されているが、本発明はこの構成に限定されない。オンチップアンテナ102が集積回路101よりも、よりブースターアンテナ105に近い位置に配置されていても良い。
また本発明では、構造体103、構造体104のそれぞれにおいて、少なくとも一方の面上に、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する帯電防止膜109、帯電防止膜110が形成されている。具体的に図1(C)では、帯電防止膜109は、構造体103を間に挟んで、集積回路101及びオンチップアンテナ102の反対側に形成されている。しかし本発明はこの構成に限定されず、帯電防止膜109は、構造体103と、集積回路101及びオンチップアンテナ102との間に形成されていても良いし、構造体103を間に挟んだ帯電防止膜109を2層形成しても良い。同様に図1(C)では、帯電防止膜110は、構造体104を間に挟んで、集積回路101及びオンチップアンテナ102の反対側に形成されている。しかし本発明はこの構成に限定されず、帯電防止膜110は、構造体104と、集積回路101及びオンチップアンテナ102との間に形成されていても良いし、構造体104を間に挟んだ帯電防止膜110を2層形成しても良い。
図3(A)に、帯電防止膜109が、構造体103と、集積回路101及びオンチップアンテナ102との間に形成されており、なおかつ帯電防止膜110が、構造体104と、集積回路101及びオンチップアンテナ102との間に形成されている場合の、破線A−A’における断面図を示す。また図3(B)に、帯電防止膜109を構造体103の両面に形成し、なおかつ帯電防止膜110を構造体104の両面に形成する場合の、破線A−A’における断面図を示す。また図3(C)に、構造体103を間に挟んだ帯電防止膜109を2層形成し、なおかつ構造体104を間に挟んだ帯電防止膜110を2層形成し、さらに構造体103、構造体104が有する有機樹脂103bと有機樹脂104b中に、帯電防止膜109または帯電防止膜110に用いられている材料を分散させている場合の、破線A−A’における断面図を示す。
帯電防止膜109、帯電防止膜110は、界面活性剤、導電性ポリマー、カーボンブラックや銀などの導電性を有する粒子が分散された樹脂、シロキサン系樹脂またはシロキサン系材料などを用いることができる。具体的に界面活性剤として、非イオン系のグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミン、N−2−ヒドロキシエチル−N−2−ヒドロキシアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン脂肪酸エステル、アルキルジエタノールアマイドなど、アニオン系のアルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルホスフェートなど、カチオン系のテトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩など、両性のアルキルベタイン、アルキルイミダゾリウムベタインなどを用いると良い。そして界面活性剤を用いる場合、帯電防止膜109、帯電防止膜110の膜厚は、それぞれ0.01μm〜1μm程度とするのが良い。導電性ポリマーは、例えばポリピロール系、ポリチオフェン系のポリマーを用いることができる。なおシロキサン系樹脂
とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち、少なくとも1種を有していても良い。シロキサン系樹脂にはオリゴマーも含まれる。
また、集積回路101とオンチップアンテナ102は、構造体103、構造体104に直接固着していても良いし、接着剤として機能する接着層によって固着されていても良い。
構造体103と構造体104の厚さを同程度、具体的には、一方の構造体の厚さに対する他方の構造体の厚さの比が、0.8以上1.2以下となるようにし、有機樹脂103bと有機樹脂104bの材料を同じにすることで、半導体装置の反りを低減することができる。また構造体103と構造体104の厚さを同程度、具体的には、一方の構造体の厚さに対する他方の構造体の厚さの比が、0.8以上1.2以下とすることで、半導体装置に応力を加えて撓ませたときに、間に設けられる集積回路101及びオンチップアンテナ102に局所的に圧力が加わるのを防ぎ、よって半導体装置の信頼性を高めることができる。
具体的に構造体103と構造体104とを重ね合わせた厚さは、20μm以上100μm以下であることが望ましい。上記厚さの構造体を用いることで、薄型で湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
また有機樹脂103b、有機樹脂104bとして、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、またはシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。或いは有機樹脂103b、有機樹脂104bとして、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また有機樹脂103b、有機樹脂104bとして、上記熱可塑性樹脂及び上記熱硬化性樹脂の複数を用いてもよい。上記有機樹脂を用いることで、熱処理により繊維体を集積回路101及びオンチップアンテナ102に固着することが可能である。なお、有機樹脂103b、有機樹脂104bのガラス転移温度が高いほど、局所的押圧に対して集積回路101及びオンチップアンテナ102が破壊されにくいため、好ましい。
有機樹脂103b、有機樹脂104bまたは繊維の糸束内に高熱伝導性フィラーを分散させてもよい。高熱伝導性フィラーとしては、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、アルミナ等が挙げられる。また、高熱伝導性フィラーとしては、銀、銅等の金属粒子がある。高熱伝導性フィラーが有機樹脂または繊維糸束内に含まれることにより集積回路101及びオンチップアンテナ102での発熱を外部に放出しやすくなるため、半導体装置の蓄熱を抑制することが可能であり、半導体装置の破壊を低減することができる。
繊維体103a、繊維体104aは、有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いた織布または不織布であり、集積回路101及びオンチップアンテナ102全面と重なるように配置する。高強度繊維としては、具体的には引張弾性率またはヤング率の高い繊維である。高強度繊維の代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。なお、繊維体103a、繊維体104aは、一種類の上記高強度繊維で形成されてもよい。また、複数の上記高強度繊維で形成されてもよい。
また、繊維体103a、繊維体104aは、繊維(単糸)の束(以下、糸束と呼ぶ)を経糸及び緯糸に使って製織した織布、または複数種の繊維の糸束をランダムまたは一方向に
堆積させた不織布であってもよい。織布の場合、平織り、綾織り、しゅす織り等を適宜用いることができる。
糸束の断面は、円形でも楕円形でもよい。繊維糸束として、高圧水流、液体を媒体とした高周波の振動、連続超音波の振動、ロールによる押圧等によって、開繊加工をした繊維糸束を用いてもよい。開繊加工をした繊維糸束は、糸束幅が広くなり、厚み方向の単糸数を削減することが可能であり、糸束の断面が楕円形または平板状となる。また、繊維糸束として低撚糸を用いることで、糸束が扁平化しやすく、糸束の断面形状が楕円形状または平板形状となる。このように、断面が楕円形または平板状の糸束を用いることで、繊維体103a、繊維体104aを薄くすることが可能である。このため、構造体103、構造体104を薄くすることが可能であり、薄型の半導体装置を作製することができる。繊維の糸束径は4μm以上400μm以下、さらには4μm以上200μm以下において本発明の効果を確認しており、原理上は更に薄くてもよい。また、繊維の太さは、4μm以上20μm以下において本発明の効果を確認しており、原理上は更に細くても良く、それらは繊維の材料に依存する。
なお、本明細書の図面においては、繊維体103a、繊維体104aは、断面が楕円形の糸束で平織りした織布で示されている。
繊維体103a、繊維体104aが繊維糸束を経糸及び緯糸として製織した織布の上面図を図5に示す。
図5(A)に示すように、繊維体103a、繊維体104aは、一定間隔をあけた経糸150と、一定間隔をあけた緯糸151とで織られている。このような経糸150及び緯糸151を用いて製織された繊維体には、経糸150及び緯糸151が存在しない領域(バスケットホール152)を有する。このような繊維体103a、繊維体104aは、有機樹脂103b、有機樹脂104bが含浸される割合が高まり、繊維体103a、繊維体104aと集積回路101及びオンチップアンテナ102との密着性を高めることができる。
また繊維体103a、繊維体104aは、図5(B)に示すように、経糸150及び緯糸151の密度が高く、バスケットホール152の割合が低いものでもよい。代表的には、バスケットホール152の大きさが、局所的に押圧される面積より小さいことが好ましい。代表的には一辺が0.01mm以上0.2mm以下の矩形であることが好ましい。繊維体103a、繊維体104aのバスケットホール152の面積がこのように小さいと、先端の細い部材(代表的には、ペンや鉛筆等の筆記用具)により押圧されても、当該圧力を繊維体103a、繊維体104a全体で吸収することが可能である。
また、繊維糸束内部への有機樹脂の浸透率を高めるため、繊維に表面処理が施されても良い。例えば、繊維表面を活性化させるためのコロナ放電処理、プラズマ放電処理等がある。また、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤を用いた表面処理がある。
集積回路101の厚さは、1μm以上10μm以下、さらには1μm以上5μm以下が好ましい。このような厚さにすることにより、湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
また、繊維体103a、繊維体104aが経糸及び緯糸を用いた織布である場合、各繊維体どうしで経糸及び緯糸の方向がずれていても良い。繊維体103a、繊維体104a間で経糸及び緯糸の方向をずらすことで、あらゆる方向の撓みに対する半導体装置の信頼性を確保することができる。また、押圧を加えたときに繊維体の引っ張り方向が構造体10
3と構造体104で異なるため、局所的押圧の際の延伸が等方性的になる。よって、押圧による半導体装置の破壊をさらに低減することができる。繊維体間における経糸及び緯糸の方向のずれは、30度以上60度以下、特に40度以上50度以下であることが望ましい。なお、各構造体が繊維体を複数積層させている場合、同一の構造体内において繊維体間の経糸及び緯糸の方向をずらすようにしても良い。
本発明で用いられる構造体103と構造体104は、引っ張り弾性率またはヤング率の高い高強度繊維を繊維体として用いている。よって、点圧や線圧等の局所的な押圧がかかっても、押圧された力が繊維体全体に分散され、集積回路101を構成する半導体素子、配線等に亀裂が生じず、半導体装置の破壊を防ぐことができる。また、薄膜の半導体膜を用いているため、集積回路101を薄くすることができる。よって、バルクの半導体素子を用いた場合と異なり、湾曲させても半導体装置が破壊されにくい。
次に、本発明の半導体装置の動作について説明する。図2は、本発明の半導体装置の構成を示すブロック図の一例である。図2に示す半導体装置120は、ブースターアンテナ122と、集積回路123と、オンチップアンテナ124とを有している。質問器121から電波が送信されると、ブースターアンテナ122が該電波を受信することで、ブースターアンテナ122内に交流の電流が生じ、ブースターアンテナ122の周囲に磁界が発生する。そして、ブースターアンテナ122が有するループ状の部分と、ループ状の形状を有するオンチップアンテナ124とが電磁結合することで、オンチップアンテナ124に誘導起電力が生じる。集積回路123は上記誘導起電力を用いることで、信号または電力を質問器121から受け取る。逆に集積回路123において生成された信号に従って、オンチップアンテナ124に電流を流してブースターアンテナ122に誘導起電力を生じさせることで、質問器121から送られてくる電波の反射波にのせて、質問器121に信号を送信することができる。
なお、ブースターアンテナ122は、主にオンチップアンテナ124との間において電磁結合するループ状の部分と、主に質問器121からの電波を受信する部分とに分けられる。質問器121からの電波を主に受信する部分における、ブースターアンテナ122の形状は、電波を受信できる形であればよい。例えば、ダイポールアンテナ、折り返しダイポールアンテナ、スロットアンテナ、メアンダラインアンテナ、マイクロストリップアンテナ等の形状を用いればよい。
次に、本発明の半導体装置が有する集積回路の構成について説明する。図6は、オンチップアンテナ901に接続されている集積回路902の一形態を示すブロック図である。集積回路902は、電源回路903、復調回路904、変調回路905、レギュレータ906、制御回路907、メモリ909を有している。
ブースターアンテナに交流の電流が流れると、オンチップアンテナ901において誘導起電力により交流電圧が生じる。電源回路903では、オンチップアンテナ901からの交流電圧を整流し、電源用の電圧を生成する。電源回路903において生成された電源用の電圧は、制御回路907とレギュレータ906に与えられる。レギュレータ906は、電源回路903からの電源用の電圧を安定化させるか、またはその高さを調整した後、集積回路902内の復調回路904、変調回路905、制御回路907またはメモリ909などの各種回路に供給する。
復調回路904は、オンチップアンテナ901が受信した交流信号を復調して、後段の制御回路907に出力する。制御回路907は復調回路904から入力された信号に従って演算処理を行い、別途信号を生成する。上記演算処理を行う際に、メモリ909は一次キャッシュメモリまたは二次キャッシュメモリとして用いることが出来る。また制御回路9
07は、復調回路904から入力された信号を解析し、質問器から送られてきた命令の内容に従って、メモリ909内の情報の出力、またはメモリ909内における命令の内容の保存を行う。制御回路907から出力される信号は符号化され、変調回路905に送られる。変調回路905は該信号に従ってオンチップアンテナ901に交流電圧を印加し、それによりブースターアンテナが受信している電波を変調する。オンチップアンテナ901において変調された電波は質問器で受け取られる。なお、変調の方式も規格により振幅変調、周波数変調、位相変調など様々な方式があるが、規格に即した変調方式であればどの変調方式を用いても良い。
メモリ909は不揮発性メモリであっても揮発性メモリであってもどちらでも良い。メモリ909として、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)、FeRAM、マスクROM(Read Only Memory)、EPROM(Electrically Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリ、有機メモリ等などを用いることが出来る。
本発明では、図6に示した半導体装置に、発振回路または二次電池を設けても良い。
また図6では、オンチップアンテナを1つだけ有する半導体装置の構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。電力を受信するためのオンチップアンテナと、信号を受信するためのオンチップアンテナとの、2つのアンテナを有していても良い。オンチップアンテナが2つあると、電力を供給する電波の周波数と、信号を送るための電波の周波数とを使い分けることができる。
本発明の半導体装置では、オンチップアンテナを用いており、なおかつ、ブースターアンテナとオンチップアンテナの間における信号または電力の授受を非接触で行うことができるので、外付けのアンテナを集積回路に接続する場合とは異なり、外力によって集積回路とアンテナとの接続が分断されにくく、該接続における初期不良の発生も抑えることができる。また本発明ではブースターアンテナを用いているので、オンチップアンテナのみの場合とは異なり、アンテナの寸法または形状が集積回路の面積の制約を受けにくく、受信可能な電波の周波数帯が限定されず、通信距離を伸ばすことができる、という外付けのアンテナが有するメリットを享受することができる。
また、本発明では、繊維体に樹脂を含浸することで形成される一対の構造体を用いることで、外力、特に押圧に対する半導体装置の信頼性を高めることができる。そして、上記構造体の少なくとも一方の面に、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する帯電防止膜を形成することで、電波の透過を許しつつも、上記構造体が絶縁性を有している場合に構造体が帯電するのを防ぐことができる。また、本発明ではブースターアンテナを集積回路及びオンチップアンテナに接続させないので、集積回路及びオンチップアンテナを完全に一対の構造体で囲むことができる。したがって、外力に対する半導体装置の信頼性を高めるのみならず、Naなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属、または水分などの半導体素子の特性に悪影響を及ぼす不純物が集積回路内に入り込むのを防ぎ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
本発明の半導体装置は外力に対する信頼性が高いので、半導体装置が使用可能な環境の条件を広げ、延いては半導体装置の用途の幅を広げることが可能になる。
(実施の形態2)
本発明者らは、本発明の半導体装置にESD試験器を用いて電圧を印加したときの動作率について調べた。
動作率の試験において、全てのサンプルは、1層の繊維体を有する一対の構造体でオンチップアンテナ及び集積回路が挟まれた構造を有している。そして、半導体装置の面積は10.5mm×12.0mmであり、繊維体は経糸及び緯糸により平織りに製織されている。また、サンプルAは帯電防止膜を形成しないサンプルである。サンプルBは、図1(C)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路とは反対側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてカチオン系界面活性剤(商品名スタティサイド、ACL
Staticide Inc.製)を用いたサンプルである。サンプルCは、図3(A)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてポリチオフェン系導電性ポリマー(商品名コニソル、インスコンテック株式会社製)を用いたサンプルである。
試験において行われる電圧の印加は、全て接触放電により構造体を介して集積回路中央部に行う。試験の手順は、まず+1kVの電圧を1回目に印加した後、イオナイザーで10秒程度除電する。次に−1kVの電圧を2回目に印加した後、イオナイザーで10秒程度除電する。そして質問器によるデータの読み出しにより、半導体装置の動作の確認を行う。動作が確認できたサンプルについては、1回目の印加電圧を+1kVずつ、2回目の印加電圧を−1kVずつ増やしていき、同様の手順で動作の確認を行う。
図7に、印加電圧に対する非動作のサンプル数を示す。帯電防止膜を形成していないサンプルAは、±2kVの電圧を印加した時点で全てのサンプルが非動作の状態になっている。一方、帯電防止膜を形成したサンプルBとサンプルCは、±2kVよりも電圧を増加した時にも動作が確認できた。特にサンプルBは±8kVを印加しても動作が確認できたサンプルが存在している。よって、本発明の半導体装置が、静電破壊による信頼性の低下を防止できることが分かる。
(実施の形態3)
本発明者らは、本発明の半導体装置に摩擦処理を施したときの帯電量について調べた。
帯電量の試験において、全てのサンプルは、1層の繊維体を有する一対の構造体でオンチップアンテナ及び集積回路が挟まれた構造を有している。そして、構造体が有する繊維体は、経糸及び緯糸により平織りに製織されている。サンプルAは帯電防止膜を形成しないサンプルである。サンプルBは、図1(C)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路とは反対側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてシロキサン系オリゴマー(商品名コルコート、コルコート株式会社製)を用いたサンプルである。サンプルCは、図3(A)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてシロキサン系オリゴマー(商品名コルコート、コルコート株式会社製)を用いたサンプルである。サンプルDは、図3(C)と同様に、2層の帯電防止膜で構造体を挟み、さらに構造体が有する有機樹脂中に帯電防止膜に用いられている材料を分散させ、なおかつ帯電防止膜としてシロキサン系オリゴマー(商品名コルコート、コルコート株式会社製)を用いたサンプルである。
摩擦処理は、セルロース不織布(商品名ベンコット、製造発売元 小津産業株式会社 素材提供 旭化成せんい 株式会社)を用いて半導体装置の表面を擦ることで行った。
本実施の形態における帯電量の試験では、サンプルAの帯電量は−582V、サンプルBの帯電量は−1V、サンプルCの帯電量は−455V、サンプルDの帯電量は−650Vであった。よって、帯電防止膜としてシロキサン系オリゴマーを用いた場合、サンプルB
のように、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路とは反対側に帯電防止膜を形成することで、帯電量を減少させる効果を見出せた。
(実施の形態4)
本発明者らは、本発明の半導体装置に摩擦処理を施したときの帯電量について調べた。
帯電量の試験において、全てのサンプルは、1層の繊維体を有する一対の構造体でオンチップアンテナ及び集積回路が挟まれた構造を有している。そして、構造体が有する繊維体は、経糸及び緯糸により平織りに製織されている。サンプルAは帯電防止膜を形成しないサンプルである。サンプルBは、図1(C)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路とは反対側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてポリチオフェン系導電性ポリマー(商品名コニソル、インスコンテック株式会社製)を用いたサンプルである。サンプルCは、図3(A)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてポリチオフェン系導電性ポリマー(商品名コニソル、インスコンテック株式会社製)を用いたサンプルである。サンプルDは、図3(C)と同様に、2層の帯電防止膜で構造体を挟み、さらに構造体が有する有機樹脂中に帯電防止膜に用いられている材料を分散させ、なおかつ帯電防止膜としてポリチオフェン系導電性ポリマー(商品名コニソル、インスコンテック株式会社製)を用いたサンプルである。
摩擦処理は、セルロース不織布(商品名ベンコット、製造発売元 小津産業株式会社 素材提供 旭化成せんい 株式会社)を用いて半導体装置の表面を擦ることで行った。
本実施の形態における帯電量の試験では、サンプルAの帯電量は−685V、サンプルBの帯電量は+259V、サンプルCの帯電量は−32V、サンプルDの帯電量は−40Vであった。よって、帯電防止膜としてポリチオフェン系導電性ポリマーを用いた場合、サンプルCのように、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路側に帯電防止膜を形成することで、帯電量を減少させる効果を見出せた。また、帯電防止膜としてポリチオフェン系導電性ポリマーを用いた場合、サンプルDのように、2層の帯電防止膜で構造体を挟み、さらに構造体が有する有機樹脂中に帯電防止膜に用いられている材料を分散させることで、帯電量を減少させる効果を見出せた。
(実施の形態5)
本発明者らは、本発明の半導体装置に摩擦処理を施したときの帯電量について調べた。
帯電量の試験において、全てのサンプルは、1層の繊維体を有する一対の構造体でオンチップアンテナ及び集積回路が挟まれた構造を有している。そして、構造体が有する繊維体は、経糸及び緯糸により平織りに製織されている。サンプルAは帯電防止膜を形成しないサンプルである。サンプルBは、図1(C)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路とは反対側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてカチオン系界面活性剤(商品名スタティサイド、ACL Staticide Inc.製)を用いたサンプルである。サンプルCは、図3(A)と同様に、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路側に帯電防止膜を形成し、なおかつ帯電防止膜としてカチオン系界面活性剤(商品名スタティサイド、ACL Staticide Inc.製)を用いたサンプルである。サンプルDは、図3(C)と同様に、2層の帯電防止膜で構造体を挟み、さらに構造体が有する有機樹脂中に帯電防止膜に用いられている材料を分散させ、なおかつ帯電防止膜としてカチオン系界面活性剤(商品名スタティサイド、ACL Staticide Inc.製)を用いたサンプルである。
摩擦処理は、セルロース不織布(商品名ベンコット、製造発売元 小津産業株式会社 素
材提供 旭化成せんい 株式会社)を用いて半導体装置の表面を擦ることで行った。
本実施の形態における帯電量の試験では、サンプルAの帯電量は−426V、サンプルBの帯電量は−2V、サンプルCの帯電量は+283V、サンプルDの帯電量は−491Vであった。よって、帯電防止膜としてカチオン系界面活性剤を用いた場合、サンプルBのように、各構造体の、オンチップアンテナ及び集積回路とは反対側に帯電防止膜を形成することで、帯電量を減少させる効果を見出せた。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。なお本実施の形態では薄膜トランジスタ(TFT)を半導体素子の一例として示すが、本発明の半導体装置に用いられる半導体素子はこれに限定されない。例えばTFTの他に、記憶素子、ダイオード、抵抗、容量、インダクタなどを用いることができる。
まず図8(A)に示すように、耐熱性を有する基板700上に、絶縁膜701、剥離層702、絶縁膜703と、半導体膜704とを順に形成する。絶縁膜701、剥離層702、絶縁膜703及び半導体膜704は連続して形成することが可能である。
基板700として、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、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレス基板を含む金属基板、またはシリコン基板等の半導体基板を用いても良い。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、上記基板と比較して耐熱温度が一般的に低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート(PET)に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリアリレート(PAR)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
なお本実施の形態では、剥離層702を基板700上の全面に設けているが本発明はこの構成に限定されない。例えばフォトリソグラフィ法などを用いて、基板700上において剥離層702を部分的に形成する様にしても良い。
絶縁膜701、絶縁膜703は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素、窒化珪素(SiNx、Si等)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁性を有する材料を用いて形成する。
絶縁膜701、絶縁膜703は、基板700中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が半導体膜704中に拡散し、TFTなどの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また絶縁膜703は、剥離層702に含まれる不純物元素が半導体膜704中に拡散するのを防ぎ、なおかつ後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。さらに絶縁膜703により、剥離層702における剥離が容易となり、または後の剥離工程において半導体素子や配線に亀裂やダメージが入るのを防ぐことができる。
絶縁膜701、絶縁膜703は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を
積層して用いたものであっても良い。本実施の形態では、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜、膜厚50nmの窒化酸化珪素膜、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を順に積層して絶縁膜703を形成するが、各膜の材質、膜厚、積層数は、これに限定されるものではない。例えば、下層の酸化窒化珪素膜に代えて、膜厚0.5〜3μmのシロキサン系樹脂をスピンコート法、スリットコーター法、液滴吐出法、印刷法などによって形成しても良い。また、中層の窒化酸化珪素膜に代えて、窒化珪素膜を用いてもよい。また、上層の酸化窒化珪素膜に代えて、酸化珪素膜を用いていても良い。また、それぞれの膜厚は、0.05〜3μmとするのが望ましく、その範囲から自由に選択することができる。
或いは、剥離層702に最も近い、絶縁膜703の下層を酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜で形成し、中層をシロキサン系樹脂で形成し、上層を酸化珪素膜で形成しても良い。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち、少なくとも1種を有していても良い。
酸化珪素膜は、SiH/O、TEOS(テトラエトキシシラン)/O等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD等の方法によって形成することができる。また、窒化珪素膜は、代表的には、SiHとNHの混合ガスを用い、プラズマCVDによって形成することができる。また、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜は、代表的には、SiHとNOの混合ガスを用い、プラズマCVDによって形成することができる。
剥離層702は、金属膜、金属酸化膜、金属膜と金属酸化膜とを積層して形成される膜を用いることができる。金属膜と金属酸化膜は、単層であっても良いし、複数の層が積層された積層構造を有していても良い。また、金属膜や金属酸化膜の他に、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。剥離層702は、スパッタ法やプラズマCVD法等の各種CVD法等を用いて形成することができる。
剥離層702に用いられる金属としては、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)またはイリジウム(Ir)等が挙げられる。剥離層702は、上記金属で形成された膜の他に、上記金属を主成分とする合金で形成された膜、或いは上記金属を含む化合物を用いて形成された膜を用いても良い。
また剥離層702は珪素(Si)単体で形成された膜を用いても良いし、珪素(Si)を主成分とする化合物で形成された膜を用いても良い。或いは、珪素(Si)と上記金属とを含む合金で形成された膜を用いても良い。珪素を含む膜は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
剥離層702は、上述した膜を単層で用いても良いし、上述した複数の膜を積層して用いても良い。金属膜と金属酸化膜とが積層された剥離層702は、元となる金属膜を形成した後、該金属膜の表面を酸化または窒化させることで形成することができる。具体的には、酸素雰囲気中またはNO雰囲気中で元となる金属膜にプラズマ処理を行ったり、酸素雰囲気中またはNO雰囲気中で金属膜に加熱処理を行ったりすればよい。また元となる金属膜上に接するように、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成することでも、金属膜の酸化を行うことが出来る。また元となる金属膜上に接するように、窒化酸化珪素膜、窒化珪素膜を形成することで、窒化を行うことが出来る。
金属膜の酸化または窒化を行うプラズマ処理として、プラズマ密度が1×1011cm−3以上、好ましくは1×1011cm−3から9×1015cm−3以下であり、マイクロ波(例えば周波数2.45GHz)などの高周波を用いた高密度プラズマ処理を行っても良い。
なお基となる金属膜の表面を酸化することで、金属膜と金属酸化膜とが積層した剥離層702を形成するようにしても良いが、金属膜を形成した後に金属酸化膜を別途形成するようにしても良い。例えば金属としてタングステンを用いる場合、スパッタ法やCVD法等により元となる金属膜としてタングステン膜を形成した後、該タングステン膜にプラズマ処理を行う。これにより、金属膜に相当するタングステン膜と、該金属膜に接し、なおかつタングステンの酸化物で形成された金属酸化膜とを、形成することができる。
半導体膜704は、絶縁膜703を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜704の膜厚は20〜200nm(望ましくは40〜170nm、好ましくは50〜150nm)とする。なお半導体膜704は、非晶質半導体であっても良いし、セミアモルファス半導体(微結晶半導体)であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01〜4.5atomic%程度であることが好ましい。
なおセミアモルファス半導体膜とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を0.5〜20nmとして非単結晶半導体中に分散させて存在せしめることが可能である。セミアモルファス半導体は、そのラマンスペクトルが520cm−1よりも低波数側にシフトしており、またX線回折ではSi結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端化させるために水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。ここでは便宜上、このような半導体をセミアモルファス半導体(SAS)と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体が得られる。
またSASは珪素を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素を含む気体としては、SiHであり、その他にもSi、SiHCl、SiHCl、SiCl、SiFなどを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素を含む気体を希釈して用いることで、SASの形成を容易なものとすることができる。希釈率は2倍〜1000倍の範囲で珪素を含む気体を希釈することが好ましい。またさらに、珪素を含む気体中に、CH、Cなどの炭化物気体、GeH、GeFなどのゲルマニウム化気体、Fなどを混入させて、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、若しくは0.9〜1.1eVに調節しても良い。
例えば、SiHにHを添加したガスを用いる場合、或いはSiHにFを添加したガスを用いる場合、形成したセミアモルファス半導体を用いてTFTを作製すると、該TFTのサブスレッショルド係数(S値)を0.35V/dec以下、代表的には0.25〜0.09V/decとし、移動度を10cm/Vsecとすることができる。
なお半導体膜704は、公知の技術により結晶化しても良い。公知の結晶化方法としては、レーザ光を用いたレーザ結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法がある。或いは、触媒元
素を用いる結晶化法とレーザ結晶化法とを組み合わせて用いることもできる。また、基板700として石英のような耐熱性に優れている基板を用いる場合、電熱炉を使用した熱結晶化方法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法、触媒元素を用いる結晶化法、950℃程度の高温アニールを組み合わせた結晶法を用いても良い。
例えばレーザ結晶化を用いる場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜704の耐性を高めるために、550℃、4時間の加熱処理を該半導体膜704に対して行なう。そして連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、代表的には、Nd:YVOレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のYVOレーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力10Wのレーザ光を得る。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、半導体膜704に照射する。このときのパワー密度は0.01〜100MW/cm程度(好ましくは0.1〜10MW/cm)が必要である。そして、走査速度を10〜2000cm/sec程度とし、照射する。
連続発振の気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザなどを用いることが出来る。また連続発振の固体レーザとして、YAGレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、フォルステライト(MgSiO)レーザ、GdVOレーザ、Yレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザなどを用いることが出来る。
またパルス発振のレーザとして、例えばArレーザ、Krレーザ、エキシマレーザ、COレーザ、YAGレーザ、Yレーザ、YVOレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることができる。
また、パルス発振のレーザ光の発振周波数を10MHz以上とし、通常用いられている数十Hz〜数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振でレーザ光を半導体膜704に照射することで半導体膜704が溶融してから半導体膜704が完全に固化するまでの時間は数十nsec〜数百nsecと言われている。よって上記周波数を用いることで、半導体膜704がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できる。したがって、半導体膜704中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜704が形成される。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が10〜30μm、走査方向に対して垂直な方向における幅が1〜5μm程度の結晶粒の集合を形成することができる。該走査方向に沿って連続的に成長した単結晶の結晶粒を形成することで、少なくともTFTのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜704の形成が可能となる。
なおレーザ結晶化は、連続発振の基本波のレーザ光と連続発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良いし、連続発振の基本波のレーザ光とパルス発振の高調波のレーザ光とを並行して照射するようにしても良い。
なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値のばらつきを抑えることができる。
上述したレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜704が形成される。
なお、予め半導体膜704に、スパッタ法、プラズマCVD法、熱CVD法などで形成した多結晶半導体を用いるようにしても良い。
また本実施の形態では半導体膜704を結晶化しているが、結晶化せずに非晶質珪素膜または微結晶半導体膜のまま、後述のプロセスに進んでも良い。非晶質半導体、微結晶半導体を用いたTFTは、多結晶半導体を用いたTFTよりも作製工程が少ない分、コストを抑え、歩留まりを高くすることができるというメリットを有している。
非晶質半導体は、珪素を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。珪素を含む気体としては、SiH、Siが挙げられる。この珪素を含む気体を、水素、水素及びヘリウムで希釈して用いても良い。
次に半導体膜704に対して、p型を付与する不純物元素又はn型を付与する不純物元素を低濃度に添加するチャネルドープを行う。チャネルドープは半導体膜704全体に対して行っても良いし、半導体膜704の一部に対して選択的に行っても良い。p型を付与する不純物元素としては、ボロン(B)やアルミニウム(Al)やガリウム(Ga)等を用いることができる。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、ボロン(B)を用い、当該ボロンが1×1016〜5×1017/cmの濃度で含まれるよう添加する。
次に図8(B)に示すように、半導体膜704を所定の形状に加工(パターニング)し、島状の半導体膜705、706を形成する。そして図8(C)に示すように、島状の半導体膜705、706を用いた半導体素子と、オンチップアンテナとして用いられる導電体714とを形成する。本実施の形態では、集積回路に用いられる半導体素子としてTFT710〜711を形成した例を示す。絶縁膜703上に形成された半導体素子または配線などで構成される集積回路が、素子層715に相当する。素子層715に絶縁膜703を含めても良い。オンチップアンテナとして用いられる導電体714は、素子層715上に形成されている。
オンチップアンテナとして用いる導電体714は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)などの金属を用いて形成することが出来る。オンチップアンテナとして機能する導電体714は、上記金属で形成された膜の他に、上記金属を主成分とする合金で形成された膜、或いは上記金属を含む化合物を用いて形成された膜を用いても良い。オンチップアンテナとして用いる導電体714は、上述した膜を単層で用いても良いし、上述した複数の膜を積層して用いても良い。
オンチップアンテナとして用いる導電体714は、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、めっき法、フォトリソグラフィ法、蒸着法等、スパッタリング法等を用いて形成することが出来る。
スパッタリング法を用いる場合、ターゲットと基板700の間にマスクを配置して導電体714を形成しても良いし、導電膜を形成した後に該導電膜をエッチングでパターニングすることで導電体714を形成しても良い。エッチングを行う際にはレジスト等のマスクを用いてウェットエッチングやドライエッチングを行う。スパッタリング法を用いることで、導電体714の膜厚を0.3μm乃至5μm、望ましくは0.5μm乃至2μmとすることができる。
例えばスクリーン印刷法を用いる場合、粒径が数nmから数十μmの導電性を有する粒子(導電体粒子)を有機樹脂に分散させた導電性のペーストを、絶縁膜上に選択的に印刷することでオンチップアンテナとして用いる導電体714を形成することができる。導電体粒子は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、錫(Sn)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)またはチタン(Ti)等を用いて形成することが出来る。導電体粒子は上記金属で形成されたものの他に、上記金属を主成分とする合金で形成されていても良いし、上記金属を含む化合物を用いて形成されていても良い。またハロゲン化銀の微粒子または分散性ナノ粒子も用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂として、ポリイミド、シロキサン系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることが出来る。
上記金属の合金の一例として、銀(Ag)とパラジウム(Pd)、銀(Ag)と白金(Pt)、金(Au)と白金(Pt)、金(Au)とパラジウム(Pd)、銀(Ag)と銅(Cu)の組み合わせが挙げられる。また例えば、銅(Cu)を銀(Ag)でコートした導電体粒子なども用いることが可能である。
なおオンチップアンテナとして用いる導電体714の形成にあたり、印刷法や液滴吐出法で導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストに、銀を主成分とする導電体粒子(例えば粒径1nm以上100nm以下)を用いる場合、150〜300℃の温度範囲で焼成することにより、アンテナとして機能する帯電防止膜を形成することができる。焼成は、赤外ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプなどを用いたランプアニールで行なっても良いし、電気炉を用いたファーネスアニールで行なっても良い。またエキシマレーザや、Nd:YAGレーザを用いたレーザーアニール法で行なっても良い。また、半田や鉛フリーの半田を主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。半田や鉛フリーの半田は、低コストであるといった利点を有している。
印刷法、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずともオンチップアンテナとして用いる導電体714を形成することが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを用いなくとも良いので、半導体装置の作製に費やされるコストを抑えることができる。
次に図9(A)に示すように、素子層715の基板700とは反対の側に、繊維体723に有機樹脂724が含浸された構造体725を重ねる。このような構造体725は、プリプレグとも呼ばれる。プリプレグは、具体的には繊維体にマトリックス樹脂を有機溶剤で希釈したワニスを含浸させた後、乾燥して有機溶剤を揮発させてマトリックス樹脂を半硬化させたものである。構造体725の厚さは、10μm以上100μm以下、さらには10μm以上30μmが好ましい。このような厚さの構造体を用いることで、薄型で湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
なお本実施の形態では、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体725を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。複数の積層された繊維体に有機樹脂を含浸させた構造体を用いても良い。また、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体を複数積層させる際、各構造体間に別の層を挟むようにしても良い。
次に、構造体725を加熱し圧着して、構造体725の有機樹脂724を可塑化または硬化する。なお、有機樹脂724が可塑性有機樹脂の場合、この後、室温に冷却することにより可塑化した有機樹脂を硬化する。有機樹脂724は加熱及び圧着により、素子層71
5に密着するように均一に広がり、硬化する。上記構造体725を圧着する工程は、大気圧下または減圧下で行う。
次に図9(B)に示すように、素子層715と、導電体714と、構造体725とを、基板700から剥離する。本実施の形態では、物理的な力を用いて基板700から素子層715と、導電体714と、構造体725とを剥離する。剥離層702は、全て除去せず一部が残存した状態であっても良い。上記剥離は、例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理で行うことが可能である。
本実施の形態では、剥離層に金属酸化膜を用い、物理的手段により素子層715と、導電体714を剥離する方法を用いているが、本発明で用いられる剥離方法はこれに限定されない。例えば、透光性を有する基板700を用い、剥離層702に水素を含む非晶質珪素を用い、基板700から剥離層702にレーザビームを照射して、非晶質珪素に含まれる水素を気化させて、基板700を素子層715から剥離する方法を用いても良い。
また上記剥離は、剥離層702のエッチングを用いた方法で行っても良い。この場合、剥離層702が一部露出するように溝を形成する。溝は、ダイシング、スクライビング、UV光を含むレーザ光を用いた加工、フォトリソグラフィ法などにより、溝を形成する。溝は、剥離層702が露出する程度の深さを有していれば良い。そしてエッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、該ガスを溝から導入する。本実施の形態では、例えばClF(三フッ化塩素)を用い、温度:350℃、流量:300sccm、気圧:800Pa、時間:3hの条件で行なう。また、ClFガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ClF等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層702が選択的にエッチングされ、基板700を素子層715から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
また、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をHF等の溶液を用いて溶解し基板を除去する方法を用いることで、素子層715を基板700から剥離することができる。この場合、剥離層702を用いる必要はない。
次に図10(A)に示すように、素子層715の上記剥離により露出した面側に、繊維体720に有機樹脂721が含浸された構造体722を重ねる。このような構造体722は、プリプレグとも呼ばれる。プリプレグは、具体的には繊維体にマトリックス樹脂を有機溶剤で希釈したワニスを含浸させた後、乾燥して有機溶剤を揮発させてマトリックス樹脂を半硬化させたものである。構造体722の厚さは、10μm以上100μm以下、さらには10μm以上30μmが好ましい。このような厚さの構造体を用いることで、薄型で湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
なお本実施の形態では、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体722を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。複数の積層された繊維体に有機樹脂を含浸させた構造体722を用いても良い。また、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体を複数積層させる際、各構造体間に別の層を挟むようにしても良い。
次に、構造体722を加熱し圧着して、構造体722の有機樹脂721を可塑化または硬化する。なお、有機樹脂721が可塑性有機樹脂の場合、この後、室温に冷却することにより可塑化した有機樹脂を硬化する。有機樹脂721は加熱及び圧着により、素子層715に密着するように均一に広がり、硬化する。上記構造体722を圧着する工程は、大気圧下または減圧下で行う。
次に、図10(B)に示すように、構造体722及び構造体725の、素子層715とは
反対側の面に、帯電防止膜730、帯電防止膜731をそれぞれ形成する。帯電防止膜730、帯電防止膜731は、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する。帯電防止膜730、帯電防止膜731は、界面活性剤、導電性ポリマー、カーボンブラックや銀などの導電性を有する粒子が分散された樹脂、シロキサン系樹脂またはシロキサン系材料などを用いることができる。具体的に界面活性剤として、非イオン系のグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミン、N−2−ヒドロキシエチル−N−2−ヒドロキシアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン脂肪酸エステル、アルキルジエタノールアマイドなど、アニオン系のアルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルホスフェートなど、カチオン系のテトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩など、両性のアルキルベタイン、アルキルイミダゾリウムベタインなどを用いると良い。そして界面活性剤を用いる場合、帯電防止膜730、帯電防止膜731の膜厚は、それぞれ0.01μm〜1μm程度とするのが良い。導電性ポリマーは、例えばポリピロール系、ポリチオフェン系のポリマーを用いることができる。
シロキサン系樹脂を用いる場合、帯電防止膜730、帯電防止膜731は、シロキサン系材料またはシロキサン系樹脂をイソプロピルアルコール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコールに溶解または分散させることで得られる液体を、ディッピング、スプレー塗布、布拭、グラビアコート、ロールコート、印刷などの方法を用いて構造体722及び構造体725に塗布し、乾燥、もしくは乾燥後に焼成することで、形成することができる。
なお、本実施の形態では、構造体722及び構造体725の、素子層715とは反対側の面に、帯電防止膜730、帯電防止膜731をそれぞれ形成する例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。構造体722及び構造体725の、素子層715側の面に、帯電防止膜730、帯電防止膜731をそれぞれ形成する場合、構造体722、構造体725をそれぞれ素子層715に貼り合わせる前に、帯電防止膜730、帯電防止膜731を形成すると良い。この場合においても、本発明では、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する帯電防止膜731を用いるので、オンチップアンテナとして用いる導電体714と帯電防止膜731とが直接接触したとしても、オンチップアンテナとしての機能が損なわれることがない。
なお構造体722と構造体725の間に複数の半導体装置に対応する半導体素子を形成している場合には、素子層715を半導体装置ごとに分断する。分断は、レーザ照射装置、ダイシング装置、スクライブ装置、はさみやナイフなどの刃物を有する裁断装置等を用いることができる。レーザ照射装置を用いる場合、レーザ発振器としては、KrF、ArF、XeCl等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF、CO等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO、YVO、YLF、YAlOなどの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶、ガラス、ルビー等の固体レーザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、その固体レーザ発振器においては基本波〜第5高調波を適宜適用するのが好ましい。
次に図11に示すように、構造体725を間に挟んで、オンチップアンテナとして用いる導電体714の反対側に、ブースターアンテナ740を貼り合わせる。図11では、支持基板750上に形成されたブースターアンテナ740を、接着剤751を用い、帯電防止膜731を介して構造体725に貼り合わせている。なお、図11では、支持基板750を用いているが、支持基板750を用いずにブースターアンテナ740を構造体725上に貼り合わせるようにしても良い。
また図11では、構造体725を間に挟んで、オンチップアンテナとして用いる導電体714の反対側に、ブースターアンテナ740を貼り合わせているが、本発明はこの構成に限定されない。図12に示すように、構造体722を間に挟んで、オンチップアンテナとして用いる導電体714の反対側に、ブースターアンテナ740を貼り合わせても良い。
なお本実施の形態では薄膜トランジスタを例に挙げて説明しているが、本発明はこの構成に限定されない。薄膜トランジスタの他に、SOIを用いて形成されたトランジスタなども用いることができる。また、有機半導体を用いたトランジスタであっても良いし、カーボンナノチューブを用いたトランジスタであってもよい。
本発明により、外力、特に押圧が加えられても破損しにくく、静電気破壊を防ぐことができる、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態7)
本実施の形態では、半導体基板(ボンド基板)から支持基板(ベース基板)に転置した半導体膜を用いて半導体素子を形成し、該半導体素子を構造体上に転置する、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
まず図13(A)に示すように、ボンド基板200上に絶縁膜201を形成する。ボンド基板200として、シリコン、ゲルマニウムなどの単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を用いることができる。その他に、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの化合物半導体で形成された単結晶半導体基板または多結晶半導体基板を、ボンド基板200として用いることができる。またボンド基板200として、結晶格子に歪みを有するシリコン、シリコンに対しゲルマニウムが添加されたシリコンゲルマニウムなどの半導体基板を用いていても良い。歪みを有するシリコンは、シリコンよりも格子定数の大きいシリコンゲルマニウムまたは窒化珪素上における成膜により、形成することができる。
絶縁膜201は、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素等の絶縁性を有する材料を用いて形成する。絶縁膜201は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。例えば本実施の形態では、ボンド基板200に近い側から、窒素よりも酸素の含有量が高い酸化窒化珪素、酸素よりも窒素の含有量が高い窒化酸化珪素の順に積層された絶縁膜201を用いる。
例えば酸化珪素を絶縁膜201として用いる場合、絶縁膜201はシランと酸素、TEOS(テトラエトキシシラン)と酸素等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD等の気相成長法によって形成することができる。この場合、絶縁膜201の表面を酸素プラズマ処理で緻密化しても良い。また、窒化珪素を絶縁膜201として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガスを用い、プラズマCVD等の気相成長法によって形成することができる。また、窒化酸化珪素または酸化窒化珪素を絶縁膜201として用いる場合、シランとアンモニアの混合ガス、またはシランと酸化窒素の混合ガスを用い、プラズマCVD等の気相成長法によって形成することができる。
また絶縁膜201として、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化珪素を用いていても良い。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC)、テトラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH)、テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(O
)、トリスジメチルアミノシラン(SiH(N(CH)等のシリコン含有化合物を用いることができる。
次に図13(A)に示すように、ボンド基板200に、矢印で示すように水素又は希ガス、或いは水素イオン又は希ガスイオンを添加し、ボンド基板200の表面から一定の深さの領域に、微小ボイドを有する脆化層202を形成する。脆化層202が形成される位置は、上記添加の加速電圧によって決まる。そして脆化層202の位置により、ボンド基板200からベース基板204に転置する半導体膜208の厚さが決まるので、添加の加速電圧は半導体膜208の厚さを考慮して行う。当該半導体膜208の厚さは10nm乃至200nm、好ましくは10nm乃至50nmの厚さとする。例えば水素をボンド基板200に添加する場合、ドーズ量は1×1016乃至1×1017/cmとするのが望ましい。
なお、脆化層202を形成する上記工程において、ボンド基板200に高い濃度の水素又は希ガス、或いは水素イオン又は希ガスイオンを添加するので、ボンド基板200の表面が粗くなってしまい、ベース基板204との間における接合で十分な強度が得られない場合がある。絶縁膜201を設けることで、水素又は希ガス、或いは水素イオン又は希ガスイオンを添加する際にボンド基板200の表面が保護され、ベース基板204とボンド基板200の間における接合を良好に行うことが出来る。
次に図13(B)に示すように、絶縁膜201上に絶縁膜203を形成する。絶縁膜203は、絶縁膜201と同様に、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素等の絶縁性を有する材料を用いて形成する。絶縁膜203は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。また絶縁膜203として、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化珪素を用いていても良い。本実施の形態では、絶縁膜203として、有機シランガスを用いて化学気相成長法により作製される酸化珪素を用いる。
なお絶縁膜201または絶縁膜203に窒化珪素、窒化酸化珪素などのバリア性の高い絶縁膜を用いることで、後に形成される半導体膜209にアルカリ金属やアルカリ土類金属などの不純物がベース基板204から入るのを防ぐことができる。
なお本実施の形態では、脆化層202を形成した後に絶縁膜203を形成しているが、絶縁膜203は必ずしも設ける必要はない。ただし絶縁膜203は脆化層202を形成した後に形成されるので、脆化層202を形成する前に形成される絶縁膜201よりも、その表面の平坦性は高い。よって、絶縁膜203を形成することで、後に行われる接合の強度をより高めることができる。
一方、図13(C)に示すように、ベース基板204上に絶縁膜205、剥離層206、絶縁膜207を順に形成する。
絶縁膜205、絶縁膜207は、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素、窒化珪素(SiNx、Si等)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y>0)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y>0)等の絶縁性を有する材料を用いて形成する。
絶縁膜205、絶縁膜207は、ベース基板204中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、後に形成される半導体膜209中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また絶縁膜207は、剥離層206に含まれる不純物元素が半導体素子中に拡散するのを防ぎ、なおかつ後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子や配線に亀裂やダメージが入るのを防ぐことができる。
絶縁膜205、絶縁膜207は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。本実施の形態では、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜、膜厚50nmの窒化酸化珪素膜、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を順に積層して絶縁膜207を形成するが、各膜の材質、膜厚、積層数は、これに限定されるものではない。例えば、下層の酸化窒化珪素膜に代えて、膜厚0.5μm〜3μmのシロキサン系樹脂をスピンコート法、スリットコーター法、液滴吐出法、印刷法などによって形成しても良い。また、中層の窒化酸化珪素膜に代えて、窒化珪素膜を用いてもよい。また、上層の酸化窒化珪素膜に代えて、酸化珪素膜を用いていても良い。また、それぞれの膜厚は、0.05μm〜3μmとするのが望ましく、その範囲から自由に選択することができる。
或いは、剥離層206に最も近い、絶縁膜207の下層を酸化窒化珪素膜または酸化珪素膜で形成し、中層をシロキサン系樹脂で形成し、上層を酸化珪素膜で形成しても良い。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち、少なくとも1種を有していても良い。
酸化珪素膜は、SiH/O、TEOS(テトラエトキシシラン)/O等の混合ガスを用い、熱CVD、プラズマCVD、常圧CVD、バイアスECRCVD等の方法によって形成することができる。また、窒化珪素膜は、代表的には、SiHとNHの混合ガスを用い、プラズマCVDによって形成することができる。また、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜は、代表的には、SiHとNOの混合ガスを用い、プラズマCVDによって形成することができる。
剥離層206は、金属膜、金属酸化膜、金属膜と金属酸化膜とを積層して形成される膜を用いることができる。金属膜と金属酸化膜は、単層であっても良いし、複数の層が積層された積層構造を有していても良い。また、金属膜や金属酸化膜の他に、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。剥離層206は、スパッタ法やプラズマCVD法等の各種CVD法等を用いて形成することができる。
剥離層206に用いられる金属としては、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)またはイリジウム(Ir)等が挙げられる。剥離層206は、上記金属で形成された膜の他に、上記金属を主成分とする合金で形成された膜、或いは上記金属を含む化合物を用いて形成された膜を用いても良い。
また剥離層206は珪素(Si)単体で形成された膜を用いても良いし、珪素(Si)を主成分とする化合物で形成された膜を用いても良い。或いは、珪素(Si)と上記金属とを含む合金で形成された膜を用いても良い。珪素を含む膜は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
剥離層206は、上述した膜を単層で用いても良いし、上述した複数の膜を積層して用いても良い。金属膜と金属酸化膜とが積層された剥離層206は、元となる金属膜を形成した後、該金属膜の表面を酸化または窒化させることで形成することができる。具体的には、酸素雰囲気中またはNO雰囲気中で元となる金属膜にプラズマ処理を行ったり、酸素雰囲気中またはNO雰囲気中で金属膜に加熱処理を行ったりすればよい。また元となる金属膜上に接するように、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成することでも、金属膜の酸化を行うことが出来る。また元となる金属膜上に接するように、窒化酸化珪素膜、窒
化珪素膜を形成することで、窒化を行うことが出来る。
金属膜の酸化または窒化を行うプラズマ処理として、プラズマ密度が1×1011cm−3以上、好ましくは1×1011cm−3から9×1015cm−3以下であり、マイクロ波(例えば周波数2.45GHz)などの高周波を用いた高密度プラズマ処理を行っても良い。
なお、もととなる金属膜の表面を酸化することで、金属膜と金属酸化膜とが積層した剥離層206を形成するようにしても良いが、金属膜を形成した後に金属酸化膜を別途形成するようにしても良い。例えば金属としてタングステンを用いる場合、スパッタ法やCVD法等によりもととなる金属膜としてタングステン膜を形成した後、該タングステン膜にプラズマ処理を行う。これにより、金属膜に相当するタングステン膜と、該金属膜に接し、なおかつタングステンの酸化物で形成された金属酸化膜とを、形成することができる。
次に、ボンド基板200とベース基板204とを接合により貼り合わせる前に、ボンド基板200に水素化処理を行うようにしても良い。水素化処理は、例えば、水素雰囲気中において350℃、2時間程度行う。
そして図13(D)に示すように、ボンド基板200と、ベース基板204とを、絶縁膜203、絶縁膜207を間に挟むように貼り合わせる。絶縁膜203と絶縁膜207とが接合することで、ボンド基板200とベース基板204とを貼り合わせることができる。
接合の形成はファン・デル・ワールス力を用いて行われているため、室温でも強固な接合が形成される。なお、上記接合は低温で行うことが可能であるため、ベース基板204は様々なものを用いることが可能である。例えばベース基板204としては、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他、石英基板、サファイア基板などの基板を用いることが出来る。さらにベース基板204として、シリコン、ガリウムヒ素、インジウムリンなどの半導体基板などを用いることができる。或いは、ステンレス基板を含む金属基板をベース基板204として用いても良い。
なおベース基板204とボンド基板200とを貼り合わせた後に、加熱処理又は加圧処理を行っても良い。加熱処理又は加圧処理を行うことで接合の強度を向上させることができる。
ボンド基板200とベース基板204の間で、絶縁膜203と絶縁膜207の接合を行った後、熱処理を行うことにより、脆化層202において隣接する微小ボイドどうしが結合して、微小ボイドの体積が増大する。その結果、図14(A)に示すように、脆化層202においてボンド基板200が劈開、または分離し、ボンド基板200の一部であった半導体膜208がベース基板204上に形成される。熱処理の温度はベース基板204の耐熱温度以下で行うことが好ましく、例えば400℃乃至600℃の範囲内で熱処理を行えば良い。この剥離により、半導体膜208が、絶縁膜201及び絶縁膜203と共にベース基板204に転置される。その後、絶縁膜203と絶縁膜207の接合をさらに強固にするため、400℃乃至600℃の熱処理を行うのが好ましい。
半導体膜208の結晶面方位はボンド基板200の面方位によって制御することができる。形成する半導体素子に適した結晶面方位を有するボンド基板200を、適宜選択して用いればよい。またトランジスタの移動度は半導体膜208の結晶面方位によって異なる。より移動度の高いトランジスタを得たい場合、チャネルの向きと結晶面方位とを考慮し、ボンド基板200の貼り合わせの方向を定めるようにする。
次に、転置された半導体膜208の表面を平坦化する。平坦化は必ずしも必須ではないが、平坦化を行うことで、後に形成されるトランジスタにおいて半導体膜208とゲート絶縁膜の界面の特性を向上させることが出来る。具体的に平坦化は、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)または液体ジェット研磨により、行うことができる。半導体膜208の厚さは、上記平坦化により薄膜化される。
なお本実施の形態では、脆化層202の形成により半導体膜208をボンド基板200から剥離するスマートカット法を用いる場合について示すが、ELTRAN(Epitaxial Layer Transfer)、誘電体分離法、PACE(Plasma Assisted Chemical Etching)法などの、他の貼り合わせ法を用いて半導体膜208をベース基板204に貼り合わせるようにしても良い。
次に、図14(B)に示すように、半導体膜208を所望の形状に加工(パターニング)することで、島状の半導体膜209を形成する。
上記工程を経て形成された半導体膜209を用い、本発明はトランジスタ等の各種半導体素子を形成することが出来る。図14(C)には、半導体膜209を用いて形成されたトランジスタ210を例示している。
また集積回路に用いられるトランジスタ210上に、オンチップアンテナとして機能する導電体223を形成する。
オンチップアンテナとして用いる導電体223は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、ニッケル(Ni)などの金属を用いて形成することが出来る。オンチップアンテナとして機能する導電体223は、上記金属で形成された膜の他に、上記金属を主成分とする合金で形成された膜、或いは上記金属を含む化合物を用いて形成された膜を用いても良い。オンチップアンテナとして用いる導電体223は、上述した膜を単層で用いても良いし、上述した複数の膜を積層して用いても良い。
オンチップアンテナとして用いる導電体223は、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、めっき法、フォトリソグラフィ法、蒸着法等を用いて形成することが出来る。
例えばスクリーン印刷法を用いる場合、粒径が数nmから数十μmの導電性を有する粒子(導電体粒子)を有機樹脂に分散させた導電性のペーストを、絶縁膜上に選択的に印刷することでオンチップアンテナとして用いる導電体223を形成することができる。導電体粒子は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、錫(Sn)、鉛(Pb)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)またはチタン(Ti)等を用いて形成することが出来る。導電体粒子は上記金属で形成されたものの他に、上記金属を主成分とする合金で形成されていても良いし、上記金属を含む化合物を用いて形成されていても良い。またハロゲン化銀の微粒子または分散性ナノ粒子も用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂として、ポリイミド、シロキサン系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることが出来る。
上記金属の合金の一例として、銀(Ag)とパラジウム(Pd)、銀(Ag)と白金(Pt)、金(Au)と白金(Pt)、金(Au)とパラジウム(Pd)、銀(Ag)と銅(Cu)の組み合わせが挙げられる。また例えば、銅(Cu)を銀(Ag)でコートした導電体粒子なども用いることが可能である。
なおオンチップアンテナとして用いる導電体223の形成にあたり、印刷法や液滴吐出法で導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストに、銀を主成分とする導電対粒子(例えば粒径1nm以上100nm以下)を用いる場合、150〜300℃の温度範囲で焼成することにより、アンテナとして機能する帯電防止膜を形成することができる。焼成は、赤外ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプなどを用いたランプアニールで行なっても良いし、電気炉を用いたファーネスアニールで行なっても良い。またエキシマレーザや、Nd:YAGレーザを用いたレーザーアニール法で行なっても良い。また、半田や鉛フリーの半田を主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。半田や鉛フリーの半田は、低コストであるといった利点を有している。
印刷法、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずともオンチップアンテナとして用いる導電体223を形成することが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを用いなくとも良いので、半導体装置の作製に費やされるコストを抑えることができる。
次に図15(A)に示すように、導電体223上に構造体212を加熱圧着する。そして、素子層211、導電体223及び構造体212をベース基板204から剥離する。
構造体212は、繊維体213に有機樹脂214が含浸されたものを用いる。このような構造体212は、プリプレグとも呼ばれる。プリプレグは、具体的にはマトリックス樹脂を有機溶剤で希釈したワニスを、繊維体に含浸させた後、乾燥して有機溶剤を揮発させてマトリックス樹脂を半硬化させたものである。構造体212の厚さは、10μm以上100μm以下、さらには10μm以上30μm以下が好ましい。このような厚さの構造体を用いることで、薄型で湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
なお本実施の形態では、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体212を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。複数の積層された繊維体に有機樹脂を含浸させた構造体を用いても良い。また、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体を複数積層させる際、各構造体間に別の層を挟むようにしても良い。
構造体212は、加熱圧着により有機樹脂214が可塑化または硬化する。なお、有機樹脂214が可塑性有機樹脂の場合、この後、室温に冷却することにより可塑化した有機樹脂を硬化する。有機樹脂214は加熱及び圧着により、素子層211に密着するように均一に広がり、硬化する。上記構造体212を圧着する工程は、大気圧下または減圧下で行う。
また剥離は剥離層206において行われる。剥離は、物理的な力による処理、例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理で行うことが可能である。剥離層206は、全て除去せず一部が残存した状態であっても良い。
なお本実施の形態では、剥離層に金属酸化膜を用い、物理的手段により素子層211を剥離する方法を用いているが、本発明で用いられる剥離方法はこれに限定されない。例えば、透光性を有するベース基板204を用い、剥離層206に水素を含む非晶質珪素を用い
、ベース基板204から剥離層206にレーザビームを照射して、非晶質珪素に含まれる水素を気化させて、ベース基板204を素子層211から剥離する方法を用いても良い。
また上記剥離は、剥離層206のエッチングを用いた方法で行っても良い。この場合、剥離層206が一部露出するように溝を形成する。溝は、ダイシング、スクライビング、UV光を含むレーザ光を用いた加工、フォトリソグラフィ法などにより、溝を形成する。溝は、剥離層206が露出する程度の深さを有していれば良い。そしてエッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、該ガスを溝から導入する。本実施の形態では、例えばClF(三フッ化塩素)を用い、温度:350℃、流量:300sccm、気圧:800Pa、時間:3hの条件で行なう。また、ClFガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ClF等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層206が選択的にエッチングされ、ベース基板204を素子層211から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
また、ベース基板204を機械的に研磨し除去する方法や、ベース基板204をHF等の溶液を用いて溶解し基板を除去する方法を用いることで、素子層211をベース基板204から剥離することができる。この場合、剥離層206を用いる必要はない。
次に図15(B)に示すように、素子層211の上記剥離により露出した面側に、繊維体215に有機樹脂216が含浸された構造体217を重ねる。構造体217の厚さは、10μm以上100μm以下、さらには10μm以上30μm以下が好ましい。このような厚さの構造体を用いることで、薄型で湾曲することが可能な半導体装置を作製することができる。
なお本実施の形態では、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体217を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。複数の積層された繊維体に有機樹脂を含浸させた構造体を用いても良い。また、単層の繊維体に有機樹脂が含浸された構造体を複数積層させる際、各構造体間に別の層を挟むようにしても良い。
次に、構造体217を加熱圧着して、構造体217の有機樹脂216を可塑化または硬化する。なお、有機樹脂216が可塑性有機樹脂の場合、この後、室温に冷却することにより可塑化した有機樹脂を硬化する。有機樹脂216は加熱及び圧着により、素子層211に密着するように均一に広がり、硬化する。上記構造体217を圧着する工程は、大気圧下または減圧下で行う。
次に、構造体212及び構造体217の、素子層211とは反対側の面に、帯電防止膜220、帯電防止膜221をそれぞれ形成する。帯電防止膜220、帯電防止膜221は、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する。帯電防止膜220、帯電防止膜221は、界面活性剤、導電性ポリマー、カーボンブラックや銀などの導電性を有する粒子が分散された樹脂、シロキサン系樹脂またはシロキサン系材料などを用いることができる。具体的に界面活性剤として、非イオン系のグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミン、N−2−ヒドロキシエチル−N−2−ヒドロキシアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン脂肪酸エステル、アルキルジエタノールアマイドなど、アニオン系のアルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルホスフェートなど、カチオン系のテトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩など、両性のアルキルベタイン、アルキルイミダゾリウムベタインなどを用いると良い。そして界面活性剤を用いる場合、帯電防止膜220、帯電防止膜221の膜厚は、それぞれ0.01μm〜1μm程度とするのが良い。導電性ポリマーは、例えばポリピロール
系、ポリチオフェン系のポリマーを用いることができる。
シロキサン系樹脂を用いる場合、帯電防止膜220、帯電防止膜221は、シロキサン系材料またはシロキサン系樹脂をイソプロピルアルコール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコールに溶解または分散させることで得られる液体を、ディッピング、スプレー塗布、布拭、グラビアコート、ロールコート、印刷などの方法を用いて構造体212及び構造体217に塗布し、乾燥、もしくは乾燥後に焼成することで、形成することができる。
なお、本実施の形態では、構造体212及び構造体217の、素子層211とは反対側の面に、帯電防止膜220、帯電防止膜221をそれぞれ形成する例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。構造体212及び構造体217の、素子層211側の面に、帯電防止膜220、帯電防止膜221をそれぞれ形成する場合、構造体212及び構造体217をそれぞれ素子層211に貼り合わせる前に、帯電防止膜220、帯電防止膜221を形成すると良い。この場合においても、本発明では、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する帯電防止膜220を用いるので、オンチップアンテナとして用いる導電体223と帯電防止膜220とが直接接触したとしても、オンチップアンテナとしての機能が損なわれることがない。
なお構造体212と構造体217の間に、複数の半導体装置に対応する半導体素子を形成している場合には、素子層211を半導体装置ごとに分断する。分断は、レーザ照射装置、ダイシング装置、スクライブ装置、はさみやナイフなどの刃物を有する裁断装置等を用いることができる。レーザ照射装置を用いる場合、レーザ発振器としては、KrF、ArF、XeCl等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF、CO等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO、YVO、YLF、YAlOなどの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶、ガラス、ルビー等の固体レーザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、その固体レーザ発振器においては基本波〜第5高調波を適宜適用するのが好ましい。
本発明により、外力、特に押圧が加えられても破損しにくく、静電破壊を防ぐことができる、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態8)
本実施の形態では、素子層と重なるように繊維体を配置し、該繊維体に有機樹脂を含浸させることで、素子層に固着した構造体を形成する例について説明する。
まず図16(A)に示すように、基板400上に素子層401及びオンチップアンテナとして機能する導電体407を形成する。図16(A)では、素子層401と基板400の間に、後に素子層401を基板400から剥離し易くするための剥離層402を形成しているが、本発明はこの構成に限定されない。剥離方法によっては、剥離層402を設けなくとも良いし、適宜必要な層を追加しても良い。
そして素子層401及び導電体407と重なるように、繊維体403を導電体407上に積層する。繊維体403は、有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いた織布または不織布であり、素子層401及び導電体407全面を覆う。高強度繊維としては、具体的には引張弾性率が高い繊維である。または、ヤング率が高い繊維である。高強度繊維の代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維
、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維である。ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維を用いることができる。なお、繊維体403は、一種類の上記高強度繊維で形成されてもよい。また、複数の上記高強度繊維で形成されてもよい。
また、繊維体403は、繊維(単糸)の束(以下、糸束という。)を経糸及び緯糸に使って製織した織布、または複数種の繊維の糸束をランダムまたは一方向に堆積させた不織布で構成されてもよい。織布の場合、平織り、綾織り、しゅす織り等適宜用いることができる。
糸束の断面は、円形でも楕円形でもよい。繊維糸束として、高圧水流、液体を媒体とした高周波の振動、連続超音波の振動、ロールによる押圧等によって、開繊加工をした繊維糸束を用いてもよい。開繊加工をした繊維糸束は、糸束幅が広くなり、厚み方向の単糸数を削減することが可能であり、糸束の断面が楕円形または平板状となる。また、繊維糸束として低撚糸を用いることで、糸束が扁平化しやすく、糸束の断面形状が楕円形状または平板形状となる。このように、断面が楕円形または平板状の糸束を用いることで、繊維体403の厚さを薄くすることが可能である。このため、薄型の半導体装置を作製することができる。繊維の糸束径は4μm以上400μm以下、さらには4μm以上200μm以下において本発明の効果を確認しており、原理上は更に薄くてもよい。また、繊維の太さは、4μm以上20μm以下において本発明の効果を確認しており、原理上は更に細くても良く、それらは繊維の材料に依存する。
次に、図16(B)に示すように、繊維体403に有機樹脂404を含浸させる。そして、有機樹脂404を加熱して可塑化または硬化することで、素子層401及び導電体407上に固着された構造体405を形成する。なお、有機樹脂が可塑性有機樹脂の場合、この後、室温に冷却することにより可塑化した有機樹脂を硬化する。
有機樹脂404はエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、またはシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフッ素樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また、上記熱可塑性樹脂及び上記熱硬化性樹脂の複数を用いてもよい。上記有機樹脂を用いることで、熱処理により繊維体を素子層に固着することが可能である。なお、有機樹脂404はガラス転移温度が高いほど、局所的押圧に対して破壊しにくいため好ましい。
有機樹脂404を含浸させる方法として、印刷法、キャスト法、液滴吐出法、ディップコート法等を用いることができる。
有機樹脂404または繊維体403の糸束内に高熱伝導性フィラーを分散させてもよい。高熱伝導性フィラーとしては、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素、アルミナ等がある。また、高熱伝導性フィラーとしては、銀、銅等の金属粒子がある。高熱伝導性フィラーが有機樹脂または繊維糸束内に含まれることにより素子層での発熱を外部に放出しやすくなるため、半導体装置の蓄熱を抑制することが可能であり、半導体装置の不良を低減することができる。
なお本実施の形態では、構造体405が単層の繊維体403を有する例を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。構造体405が2層以上の繊維体403を有していても良い。また、本実施の形態では構造体405と導電体407とが直接固着されているが、構造体405と導電体407の間に、絶縁膜等の別の層が設けられていても良い。
次に、図16(C)に示すように、素子層401から基板400を剥離する。剥離は剥離層402において行うことができる。なお素子層401の剥離方法は、実施の形態6または実施の形態7に記載されているような、物理的な力を用いることで剥離層において素子層401と基板400を劈開させる方法、剥離層402に水素を含む非晶質珪素を用い、基板400から剥離層402にレーザビームを照射して、非晶質珪素に含まれる水素を気化させて、基板400を素子層401から剥離する方法、剥離層402のエッチングを用いた方法、基板400を機械的に研磨し除去する方法、基板400をHF等の溶液を用いて溶解し除去する方法などを用いることができる。
次に、図17(A)に示すように、基板400の剥離によって露出した面に重なるように、繊維体411を重ね合わせた後、図17(B)に示すように、繊維体411に有機樹脂412を含浸させる。そして、有機樹脂412を加熱して可塑化または硬化することで、素子層401に固着された構造体413を形成する。構造体413は素子層401を間に挟んで構造体405と重なっている。なお、有機樹脂が可塑性有機樹脂の場合、この後、室温に冷却することにより可塑化した有機樹脂を硬化する。
なお本実施の形態では、構造体413が単層の繊維体411を有しているが、本発明はこの構成に限定されない。構造体413が2層以上の繊維体411を有していても良い。
次に、図17(C)に示すように、構造体405及び構造体413の、素子層401とは反対側の面に、帯電防止膜430、帯電防止膜431をそれぞれ形成する。帯電防止膜430、帯電防止膜431は、表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cm程度の導電性を有する。帯電防止膜430、帯電防止膜431は、界面活性剤、導電性ポリマー、カーボンブラックや銀などの導電性を有する粒子が分散された樹脂、シロキサン系樹脂またはシロキサン系材料などを用いることができる。具体的に界面活性剤として、非イオン系のグリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミン、N−2−ヒドロキシエチル−N−2−ヒドロキシアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン脂肪酸エステル、アルキルジエタノールアマイドなど、アニオン系のアルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルホスフェートなど、カチオン系のテトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩など、両性のアルキルベタイン、アルキルイミダゾリウムベタインなどを用いると良い。そして界面活性剤を用いる場合、帯電防止膜430、帯電防止膜431の膜厚は、それぞれ0.01μm〜1μm程度とするのが良い。導電性ポリマーは、例えばポリピロール系、ポリチオフェン系のポリマーを用いることができる。
シロキサン系樹脂を用いる場合、帯電防止膜430、帯電防止膜431は、シロキサン系材料またはシロキサン系樹脂をイソプロピルアルコール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコールに溶解または分散させることで得られる液体を、ディッピング、スプレー塗布、布拭、グラビアコート、ロールコート、印刷などの方法を用いて構造体405及び構造体413に塗布し、乾燥、もしくは乾燥後に焼成することで、形成することができる。
なお、構造体405と、構造体413の膜厚を同程度とすることで、半導体装置に応力を加えて撓ませたときに、間に設けられる素子層401及び導電体407に局所的に圧力が加わるのを防ぎ、よって半導体装置の信頼性を高めることができる。
本発明により、外力、特に押圧が加えられても破損しにくく、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
本実施の形態は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、本発明の半導体装置が有するブースターアンテナの形状について説明する。
本発明の半導体装置が有するブースターアンテナは、主にオンチップアンテナとの間において電磁結合するループ状の部分と、主に質問器からの電波を受信する部分とに分けられる。質問器からの電波を主に受信する部分における、ブースターアンテナの形状は、電波を受信できる形であればよい。
図18(A)は、ブースターアンテナのうち、電波を主に受信する部分1801が、折り返しダイポールアンテナを形成している例を示している。また図18(B)は、ブースターアンテナのうち、電波を主に受信する部分1802が、ループ形状を有している例を示している。また図18(C)は、ブースターアンテナのうち、電波を主に受信する部分1803が、メアンダラインアンテナを形成する例を示している。また図18(D)は、ブースターアンテナのうち、電波を主に受信する部分1804が、複数のパッチ素子が連結された形状を有する例を示している。
なお、本発明において、ダイポールアンテナのうち主に質問器からの電波を受信する部分は、上記形状に限定されない。
本実施例は、上記実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、オンチップアンテナとブースターアンテナの位置関係について説明する。
ブースターアンテナに交流の電流が流れると、ブースターアンテナが有するループ状の部分とオンチップアンテナとが電磁結合することで、オンチップアンテナに誘導起電力が生じる。オンチップアンテナと、ブースターアンテナが有するループ状の部分とは、構造体を間に挟んでその一部が重なっていても良いし、互いに重ならないように異なる領域に配置されていても良い。ただし、ブースターアンテナが有するループ状の部分において生じる磁束が最も大きくなる位置に、オンチップアンテナを配置することで、オンチップアンテナにおいて生じる誘導起電力を大きくすることができる。
また、ブースターアンテナと、オンチップアンテナ及び集積回路との間において、インピーダンスの整合を取ることで、反射による電力の損失を抑えることができる。なお、インピーダンスの虚数部に相当するリアクタンスは、ブースターアンテナとオンチップアンテナ間に生じる容量値に従って変化するので、インピーダンスの整合を取るためには、ブースターアンテナとオンチップアンテナとが重なる面積を、設計の段階で考慮に入れる必要がある。しかし、構造体を間に挟んでブースターアンテナとオンチップアンテナとを貼り合わせる際、該貼り合わせを定められた位置に精度良く行うことができず、ブースターアンテナとオンチップアンテナの位置がずれてしまうことも想定される。そして最悪の場合、容量値が変化することで、インピーダンスの整合が取れなくなってしまう。
そこで本実施例では、図19(A)に示すように、ブースターアンテナが有するループ状の部分1901の幅をd、オンチップアンテナ1902の幅をdとすると、d>dとなるように幅d、幅dの値を設定する。そして、オンチップアンテナ1902は、オンチップアンテナ1902のループが途切れている領域及びブースターアンテナが有
するループ状の部分1901のループが途切れている領域を除き、その内縁及び外縁がブースターアンテナの有するループ状の部分1901と重なっている。
上記構成により、例えば図19(A)に示したブースターアンテナが有するループ状の部分1901と、オンチップアンテナ1902とを、図19(B)に示すように、矢印の方向にずらして貼り合わせた場合でも、ブースターアンテナが有するループ状の部分1901とオンチップアンテナ1902の重なる面積をほぼ一定に保つことができる。よって、貼り合わせの際に位置合わせの精度が高くなくても、容量値が変化するのを防ぎ、インピーダンスを不整合とすることなく半導体装置を作製することができる。
本実施例は、上記実施の形態または実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本発明の半導体装置は可撓性を有しているため、可撓性を有する対象物、或いは曲面を有する対象物に、貼り合わせるのに好適である。また本発明の半導体装置は振動や衝撃に強いだけではなく、局所的な押圧に対する信頼性も高いため、用途の幅が広い。
本発明の半導体装置が有する集積回路の中に、データの書き換えができないROMなどのメモリを形成しておけば、半導体装置が取り付けられた対象物の偽造を防止することができる。また例えば、産地、生産者などによって商品価値が大きく左右される食料品に、本発明の半導体装置を用いることは、産地、生産者などの偽装を防止するのに有用である。
具体的に本発明の半導体装置は、例えば、荷札、値札、名札など、対象物の情報を有するタグに取り付けて用いることができる。或いは、本発明の半導体装置自体をタグとして用いても良い。また例えば、戸籍謄本、住民票、パスポート、免許証、身分証、会員証、鑑定書、クレジットカード、キャッシュカード、プリペイドカード、診察券、定期券など、事実を証明する文書に相当する証書に取り付けても良い。また例えば、手形、小切手、貨物引換証、船貨証券、倉庫証券、株券、債券、商品券、抵当証券など、私法上の財産権を表示する証券に相当する有価証券に取り付けても良い。
また例えば、商品のラベルに本発明の半導体装置を付けておき、該半導体装置を用いて商品の流通を管理するような利用の仕方も可能である。
図20(A)に示すように、裏面が粘着性を有する商品のラベル1301などの支持体に、本発明の半導体装置1302を取り付ける。そして、半導体装置1302が取り付けられたラベル1301を、商品1303に装着する。商品1303に関する識別情報は、ラベル1301に貼り合わされた半導体装置1302から、無線で読み取ることが可能である。よって半導体装置1302により、流通の過程において、商品の管理が容易になる。本発明の半導体装置は、可撓性を有するラベル1301に取り付けられても、応力により破壊されにくいというメリットを有している。よって、本発明の半導体装置を用いたラベル1301は、曲面を有する対象物に貼り合わせるのに好適である。また、本発明の半導体装置1302は押圧に対する信頼性が高いので、流通の過程において、押圧や摩擦によって生じる静電気により半導体装置1302が破壊されにくい。
例えば、半導体装置1302内の集積回路が有するメモリとして、書き込みが可能な不揮発性メモリを用いている場合、商品1303の流通のプロセスを記録することができる。また商品の生産段階におけるプロセスを記録しておくことで、卸売業者、小売業者、消費者が、産地、生産者、製造年月日、加工方法などを把握することが容易になる。
また、書籍、DVD、CDなど内在している情報に価値を有する商品の場合、内在する情報全てを開示できるようにすると商品としての価値が下がり、かといって全く開示しないと商品としての価値が把握しにくいという問題を有している。上記商品を、本発明の半導体装置を取り付けた包装材で包装し、半導体装置に商品が有する情報の一部を記憶させておくことで、商品の価値を下げることなく、商品の価値を客に把握してもらうことができる。図20(B)に、書籍1311を、本発明の半導体装置1313を取り付けた包装材1312で包装している様子を示す。
そして、例えば携帯電話のような携帯情報端末に質問器としての機能を付加しておくことで、客が書籍1311の内容を一部把握することができる。
上記構成により、商品に内在している情報を全て開示せずとも、客が商品の内容を把握することが可能になる。
図20(C)に、本発明の半導体装置1320を取り付けた、無記名債券類1321の一例を示す。無記名債券類1321には、切手、切符、チケット、入場券、商品券、図書券、文具券、ビール券、おこめ券、各種ギフト券、各種サービス券等が含まれるが、勿論これらに限定されるものではない。なお半導体装置1320は無記名債券類1321の内部に形成しても良いし、無記名債券類1321の表面に露出させるように形成しても良い。本発明の半導体装置は、可撓性を有する無記名債券類1321に取り付けられても、応力により破壊されにくく、摩擦によって生じる静電気により破壊されにくいというメリットを有している。
本実施例は、上記実施の形態または実施例と適宜組み合わせて実施することが可能である。
本発明の半導体装置の構成を示す斜視図と断面図。 本発明の半導体装置の構成を示すブロック図。 本発明の半導体装置の断面図。 集積回路とオンチップアンテナの位置関係を示す図。 繊維体の上面図。 集積回路の構成を示すブロック図。 印加電圧に対する非動作のサンプル数を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。 ブースターアンテナの形状を示す図。 ブースターアンテナとオンチップアンテナの位置関係を示す図。 本発明の半導体装置の利用形態を示す図。
符号の説明
101 集積回路
102 オンチップアンテナ
103 構造体
103a 繊維体
103b 有機樹脂
104 構造体
104a 繊維体
104b 有機樹脂
105 ブースターアンテナ
106 支持基板
107 破線
108 給電点
109 帯電防止膜
110 帯電防止膜
120 半導体装置
121 質問器
122 ブースターアンテナ
123 集積回路
124 オンチップアンテナ
150 経糸
151 緯糸
152 バスケットホール

Claims (23)

  1. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナと、前記集積回路及び前記第1のアンテナを間に挟んでおり、なおかつ少なくとも片面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体と、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟んでいる第2のアンテナと、を有し、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナと、前記集積回路及び前記第1のアンテナを間に挟んでおり、なおかつ前記集積回路及び前記第1のアンテナとは反対側の面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体と、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟んでいる第2のアンテナと、を有し、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナと、前記集積回路及び前記第1のアンテナを間に挟んでおり、なおかつ前記集積回路及び前記第1のアンテナ側の面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体と、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟んでいる第2のアンテナと、を有し、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置。
  4. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナと、前記集積回路及び前記第1のアンテナを間に挟んでおり、なおかつ両面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体と、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟んでいる第2のアンテナと、を有し、
    前記一対構造体のぞれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項において、
    前記一対の構造体は、絶縁性を有していることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項において、
    前記帯電防止膜は、界面活性剤、導電性ポリマー、導電性を有する粒子が分散された樹脂、またはシロキサン系樹脂であることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項において、
    前記帯電防止膜は表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cmであることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか1項において、
    前記第1のアンテナは、ループ状であり、前記第2のアンテナの一部は、ループ状であり、前記第1のアンテナの幅は、前記第2のアンテナの一部の幅よりも小さく、前記第1のアンテナは、内縁及び外縁が前記第2のアンテナと重なっていることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項1乃至請求項7のいずれか1項において、
    前記第1のアンテナは、巻き数が一のループ状であり、前記第2のアンテナの一部は、巻き数が一のループ状であり、前記第1のアンテナの幅は、前記第2のアンテナの一部の幅よりも小さく、前記第1のアンテナは、内縁及び外縁が前記第2のアンテナと重なっていることを特徴とする半導体装置。
  10. 請求項1乃至請求項9のいずれか1項において、
    前記集積回路は薄膜トランジスタを用いていることを特徴とする半導体装置。
  11. 請求項1乃至請求項10のいずれか1項において、
    前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナは、いずれか一方に交流の電流が流れると、電磁誘導により他方に誘導起電力が生じることを特徴とする半導体装置。
  12. 請求項1乃至請求項11のいずれか1項において、
    前記繊維体は、有機化合物または無機化合物の単糸が複数束ねられた経糸及び緯糸を有しており、
    前記一対の構造体は、前記経糸及び前記緯糸の方向が互いにずれていることを特徴とする半導体装置。
  13. 請求項1乃至請求項12のいずれか1項において、
    前記繊維体は、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維を用いることを特徴とする半導体装置。
  14. 請求項1乃至請求項13のいずれか1項において、
    前記繊維体に含浸された樹脂は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする半導体装置。
  15. 請求項14において、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、またはシアネート樹脂であることを特徴とする半導体装置。
  16. 請求項14において、前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフッ素樹脂であることを特徴とする半導体装置。
  17. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナとを、少なくとも片面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体の間に挟み、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟むように、前記一対の構造体の一つに第2のアンテナを貼り合わせ、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  18. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナとを、前記集積回路及び前記第1のアンテナとは反対側の面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体の間に挟み、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟むように、前記一対の構造体の一つに第2のアンテナを貼り合わせ、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  19. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナとを、前記集積回路及び前記第1のアンテナ側の面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体の間に挟み、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟むように、前記一対の構造体の一つに第2のアンテナを貼り合わせ、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  20. 集積回路と、前記集積回路に接続されるように、前記集積回路上に直接形成された第1のアンテナとを、両面に帯電防止膜が形成されている一対の構造体の間に挟み、前記第1のアンテナとの間に前記一対の構造体の一つを挟むように、前記一対の構造体の一つに第2のアンテナを貼り合わせ、
    前記一対構造体のそれぞれは、繊維体に樹脂を含浸することで形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  21. 請求項17乃至請求項20のいずれか1項において、前記一対の構造体は、絶縁性を有していることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  22. 請求項17乃至請求項21のいずれか1項において、前記帯電防止膜は、界面活性剤、導電性ポリマー、導電性を有する粒子が分散された樹脂、またはシロキサン系樹脂であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  23. 請求項17乃至請求項22のいずれか1項において、前記帯電防止膜は表面抵抗値が10Ω/cm乃至1014Ω/cmであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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