专利名称：以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置的制作方法
技术领域：
本发明有关一种无线射频识别卷标的电路装置，特别是关于一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置。
背景技术：
按，一般标准互补式金氧半多晶硅逻辑制作过程(Standard CMOSPoly-silicone Logic Process)中，最简单的单层多晶硅-单层金属制作过程(Single-PolySingle-Metal，SPSM)，仍需要使用至少九道光罩；虽然其好处在于此公知技术已经达到深次微米(deep sub-micrometer)，甚至是纳米制作过程(nano-technology)而使得芯片速度操作时脉提高，然而其制作芯片的成本及时间也因此倍数成长。
在目前习用技术中，有关射频识别卷标(RFID Tags)产品之中，已经广泛应用于商品条形码、安全门禁、生物身分识别、仓管物流管理系统、消费性电子产品及交互式玩具等系统的中。参阅图1，其为习用射频识别卷标10的电路方块示意图，如图所示，一天线12与电容14所构成的谐振器16，配合一整流电路18，以物理学的电磁感应方式用以提供此射频识别标签10所需的电源，此外并透过一个逻辑缓冲器20，使谐振器16谐振频率以作为射频识别卷标逻辑电路22的同步时脉来源；而此逻辑电路22则可利用此同步时脉，依内部存储器24或是打线焊垫26所储存的保密识别码来控制一调变器28，以藉此产生射频识别讯号。
然而，目前限制射频识别标签被广泛应用在日常生活的中的困难点，主要在于其价格过于昂贵，此乃因公知射频识别标签所采用的多晶硅闸半导体制作过程的制作成本与制作时间所导致技术成本过高的问题，使射频识别标签上无法广泛应用于日常生活中。另外，公知的射频识别标签于储存电荷时，皆是用一连串的并联电容或是单一电容来储存电荷，此乃会造成芯片面积的浪费；再者，请参阅图2所示，在公知射频识别标签所使用的P型与N型金氧半晶体管，其制作过程所需的光罩30相当多层；且就其精密度而言，公知技术采用次微米、深次微米制作过程或纳米制作过程，其制作成品所需的精密度要求较高，使其在成本上的竞争力将会是未来发展的最大屏障。
因此，本发明系在针对上述的困扰，提出一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，以有效降低其制作成本与制作时间。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种以金属闸半导体制作过程技术实现的无线射频识别装置，其可大幅降低制作的成本与时程，使无线射频识别装置广泛应用于日常生活中。
本发明的另一目的是提供一种无线射频识别装置，其利用金属闸制作过程在制作一般逻辑或是晶体管等电路组件时，即会产生特有的接面电容来储存电荷，而不需额外使用一特定电容，故可减少芯片面积，并降低生产成本。
本发明的再一目的是提供一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其利用一异步的振荡电路装置的增设，并在射频识别读取器(RFID Reader)中设置一特别的程序代码加以正确读取数据，以达到操作时脉上的同步。
本发明的又一目的是提供一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其具有可适用于金属闸制作过程的感应电压过高保护电路，以避免感应能量太高造成芯片的操作电压过高所导致的工作不稳定或崩溃烧毁的情形发生。
为达到上述的目的，本发明提供一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，包括一谐振电路，稳定频率并选择无线射频的频率；一充电电容，其由金属闸制作过程中的N型与P型掺杂防护圈所形成的寄生接面电容所组成，该充电电容外接一电源，以便对该充电电容进行充电；一整流电路，连接该谐振电路且并联该充电电容，以配合该谐振电路与该充电电容提供整个装置所需的操作电源；一个以上的识别码保持电路，分别连接一打线焊垫，且每一该打线焊垫内系储存有一识别码，该识别码保持电路系利用初始状态来控制该打线焊垫；一异步本地震荡电路，其可产生一本地振荡信号；一数字控制逻辑电路，利用该本地震荡信号，并根据该打线焊垫内的识别码来控制一调变器，以藉此产生一射频识别讯号。
所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，更包括一过电压保护电路及一低电压重置电路，其分别与该充电电容相并联，该过电压保护电路避免该操作电源过高，而该低电压重置电路侦测感应该操作电压在低电压时产生重置信号，以免感应电压过低时所造成的误动作。
所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，其中该过电压保护电路与低电压重置电路由一组电阻器及一二极管连接一放大器所组成，且该二极管的一P型掺杂端连接至不使得其寄生双极性二极管导通的装置中正电压。
所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，其中该谐振电路由一天线及一内部电容器所组成。
所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，其中配合该异步本地震荡电路，更可在一射频识别读取器中设置一特别的程序代码，以藉此正确读取数据。
以下藉由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1为习用射频识别卷标的电路方块示意图；图2为公知射频识别标签使用的P型与N型金氧半晶体管制作所需的光罩示意图；图3为本发明的无线射频识别装置的电路方块示意图；图4(a)为本发明所使用的逻辑反相器的电路图；
图4(b)为图4(a)的金属闸制作过程布局示意图；图4(c)为图4(a)的金属闸制作过程布局剖视图；图5(a)为本发明所使用的整流电路的电路图；图5(b)为图5(a)的金属闸制作过程布局剖视图；图6为一般焊垫的电路示意图；图7为本发明所使用的焊垫的电路示意图；图8(a)为本发明所使用的过电压保护电路的电路图；图8(b)为本发明所使用的过电压保护电路的最佳实施例的电路图；图9(a)为图8(a)的电阻与二极管部份以金属闸制作过程制作的剖视图；图9(b)为图9(a)的电阻与二极管部份的等效电路图；图10(a)为图8(b)的二极管与电阻部份以金属闸制作过程制作的剖视图；图10(b)为图10(a)的二极管与电阻部份的等效电路图；图11为本发明所使用的P型与N型金氧半晶体管制作所需的光罩示意图。
具体实施例方式
本创作一种以金属闸(Metal-Gate)半导体制作过程实现的无线射频识别装置，主要特色是因目前该类组件皆以多晶硅制作过程制作，然因其制作成本昂贵且费时，所以改采成本低廉的金属闸制作过程制作，但由于金属闸制作过程操作时脉较慢，配合本创作的电路装置，即可使该类装置正常运作并大幅降低制作成本与时间。
图3本发明的无线射频识别装置的电路方块示意图，如图所示，一无线射频识别装置包括一可稳定频率并选择无线射频频率的谐振电路40，其由一外部的天线42与一内部的电容器44所构成，此谐振电路40连接一整流电路46，整流电路46则并联一充电电容48及一过电压保护电路50与一低电压重置电路51，此充电电容48外接一电源，以便对此充电电容48进行充电；故可利用此谐振电路40配合整流电路46与充电电容48的作用，以物理学的电磁感应方式提供整个射频识别装置所需的操作电源。然而，在某些操作情况下，其感应能量太高会造成射频识别装置的操作电压过高，导致其工作不稳定或崩溃烧毁，因此本发明可藉由过电压保护电路50的作用，避免操作电源过高而发生上述的缺点，反之，当感应能量太低时亦会造成电路操作不正常，因此本发明亦藉由低电压重置电路51的作用，避免低电压时射频识别装置操作的不稳定性。
其中，公知的充电电容在制作上必须浪费部分空间，以杂散并联或是整块电容形式来制作，然而本发明则利用金属闸半导体制作过程中分布于每一组件中的N型与P型掺杂防护圈所形成的寄生接面电容所组成。以一个逻辑反相器(Logic Inverter)为例，如图4(a)所示的一逻辑反相器62的电路图，以及如图4(b)及图4(c)所示的逻辑反相器的金属闸制作过程布局示意图及其本发明图，由此图4(a)、图4(b)及图4(c)可知，N型掺杂防护圈64与P型掺杂防护圈66所产生的寄生接面电容68即可作为图3所示的充电电容48。这些寄生接面电容68在电路特性上直接或间接使得金属闸制作过程操作速度变慢的原因，此亦习用技术在射频识别装置应用上不采用金属闸制作过程的主要原因，然而本发明却反而利用此寄生接面电容68的寄生特性，直接在射频识别装置的应用上作为充电电容48使用，故本发明不需再利用额外浪费布局面积来实现该电容。再者，由于其为一立体三维的接面结构，较习用技术利用涂层间的二维电容结构的单位电容值大，因此可有效节省此一部份的面积利用率。
再参阅图3所示，除可利用与先前技术相同的内存24实现识别码外，另有一个以上的识别码保持电路(IDCodeHolder)52，每一识别码保持电路52分别连接一打线焊垫54，且每一打线焊垫54内系储存有一识别码，使识别码保持电路52利用装置中的初始状态来控制此打线焊垫54。一异步本地震荡电路56可产生一本地振荡信号，其可在一相配合的射频识别读取器(RFID Reader)中设置一特别的程序代码加以正确读取数据；此异步本地震荡电路56连接有一数字控制逻辑电路58，使数字控制逻辑电路58利用该本地震荡信号，并再根据打线焊垫54内的识别码来控制一调变器60，以藉此产生一射频识别讯号，使其经由天线42发射出去。
接续，再针对上述各组成组件的作用及其所能达成的功效作更进一步的详细说明。
就整流电路46而言，本发明可使用一般传统的整流电路，其电路图如图5(a)所示，其在电路上使用晶体管增加电流效率，且所有的晶体管组件皆是以产生信道的方式加以控制电流，其本质上乃是类似二维表面电流。而本发明将金属闸半导体制作过程中的寄生效应直接应用在无线射频识别装置中，如上述金属闸制作过程因形成组件同时，亦构成在垂直剖面结构上有许多PN接面，除了会形成空乏区产生电容本身的PN接面之外，亦会形成了二极管组件70，这些二极管组件70也间接构成一传统的整流电路46，如图5(b)所示。因此，本发明除了使用电路设计技巧来提供整流外，亦采取金属闸制作过程中的寄生组件来增加整流的效率。
就打线焊垫54而言，其内部的识别码采用焊垫打线(PAD Bounding)方式的技术，习用技术皆以一下拉或上拉的方式制作此焊垫，分别代表逻辑″0″或逻辑″1″，如图6所示，但其却会有直流耗电电流过大的情况发生。而本发明的打线焊垫54则如图7所示的电路装置，其仅焊垫54在打线转换识别码且在初始重置控制信号转态时，才会有不大于一百微安培电流的耗电，其它情形只剩装置组件本身的微小漏电流亦或是不耗电，此优点较习用技术以下拉或上拉时只有装置电路开始操作及一永久的直流耗电佳，此部分的技术亦可提供本发明的无线射频识别装置于操作上的稳定性与读取距离的增加。
就过电压保护电路50与低电压重置电路51而言，可采用习用的技术如图8(a)所示，另外本发明亦可采用图8(b)所示的电路结构，此两者在电路功能上皆为相同，然而图8(a)的电路连接方式，由金属闸制作过程剖视图观的，却可能会造成整个装置会有极大的漏电流产生，此一漏电流会造成装置操作的不正常，请同时参考图9(a)所示，其为图8(a)的电阻与二极管72部份以金属闸制作过程制作的剖视图，其中电阻与二极管72由图9(a)中的电阻76以及二极管78所构成者。然而，以垂直寄生电路观的，其寄生了一双极性NPN晶体管80，抽取此些组件后的等效电路如图9(b)所示，当部份电流流过此双极性NPN晶体管80时，其将使得操作电源几乎短路而造成一极大的直电流路径耗电，容易使得装置操作失败。因此，本发明乃采用图8(b)的电路连接方式为较佳的实施例，请同时参阅图10(a)所示，此为图8(b)图的二极管与电阻74部份以金属闸制作过程制作的剖视图，其中电阻82以及二极管84为构成二极管与电阻74的电路组件，且其会存在一寄生的双极性PNP晶体管86，二极管与电阻74中的二极管的一P型掺杂端连接至不使得其寄生双极性二极管导通的装置中正电压者。由于其没有任何触发机制可导致直电流耗电，因此乃较图8(a)的电路改善许多。
另请参见图10(b)，为图10(a)的二极管与电阻部份的等效电路图。
综上所述，本发明以金属闸半导体制作过程技术实现的无线射频识别装置，确实可大幅降低制作的成本与与时程，以便使无线射频识别装置广泛应用于日常生活中，并解决存在于先前技术中的该些缺失。
再者，相较于公知所使用图2的光罩数目而言，本发明的PMOS与NMOS等晶体管，其所需的光罩88数目只需要三层，如图11所示。再针对本发明采用金属闸制作过程的原因作一说明。请参阅下列表一所示，其系金属闸制作过程与多晶硅制作过程的比较表，内容系详细列出两者制作过程的优缺点，由此可知，本发明确实可有效降低习用技术的成本与工期，诚为一种适用于金属制作过程且制造工期短、极低成本、数据读取正确的无线射频识别装置。
表一
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
权利要求
1.一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，包括一谐振电路，稳定频率并选择无线射频的频率；一充电电容，其由金属闸制作过程中的N型与P型掺杂防护圈所形成的寄生接面电容所组成，该充电电容外接一电源，以便对该充电电容进行充电；一整流电路，连接该谐振电路且并联该充电电容，以配合该谐振电路与该充电电容提供整个装置所需的操作电源；一个以上的识别码保持电路，分别连接一打线焊垫，且每一该打线焊垫内系储存有一识别码，该识别码保持电路系利用初始状态来控制该打线焊垫；一异步本地震荡电路，其可产生一本地振荡信号；一数字控制逻辑电路，利用该本地震荡信号，并根据该打线焊垫内的识别码来控制一调变器，以藉此产生一射频识别讯号。
2.根据权利要求1所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，更包括一过电压保护电路及一低电压重置电路，其分别与该充电电容相并联，该过电压保护电路避免该操作电源过高，而该低电压重置电路侦测感应该操作电压在低电压时产生重置信号，以免感应电压过低时所造成的误动作。
3.根据权利要求2所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，其中该过电压保护电路与低电压重置电路由一组电阻器及一二极管连接一放大器所组成，且该二极管的一P型掺杂端连接至不使得其寄生双极性二极管导通的装置中正电压。
4.根据权利要求1所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，其中该谐振电路由一天线及一内部电容器所组成。
5.根据权利要求1所述的以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其特征在于，其中配合该异步本地震荡电路，更可在一射频识别读取器中设置一特别的程序代码，以藉此正确读取数据。
全文摘要
本发明揭露一种以金属闸半导体制作过程实现的无线射频识别装置，其利用金属闸制作过程中特有寄生的N型与P型防护圈所形成的充电电容，配合原本P型与N型金氧半晶体管(PMOS/NMOS)，除可提供水平表面电流外，更可提供一整流电流用以提供整个电路操作，并再配合识别码保持电路及异步本地震荡电路的作用，使金属闸制作过程可进阶应用在射频识别装置的产业上，并达到制作成本低廉及制造时程短的功效。
文档编号H01L21/00GK1707747SQ200410045299
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月4日 优先权日2004年6月4日
发明者吴哲铭, 吴盈锋, 李文峰 申请人:天时电子股份有限公司