半导体器件的制作方法

专利名称：半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以进行数据通信的半导体器件。
背景技术：
本发明涉及一种半导体器件，特别涉及可以进行无线数据通信的 半导体器件。
可以进行无线数据通信的半导体器件以无线芯片为代表。无线芯
片通过为对象分配识别码(ID )以及存储其历史信息来进行产品管理。 被分配了 ID的无线芯片(无线标签)也可用于个人数据、资金等的 利用和管理。这种无线芯片被称为ID标签、IC卡等，它已被大量并 广泛地用于识别技术的开发，并且需求还在不断增长。
无线芯片的通信距离、通信方法、尺寸、是否存在内部电源、内 部存储器的配置等根据应用的不同而改变。对于产品管理，对于小而 轻并能远距离通信的无线标签的需求不断增加。
没有内部电源而使用外部电源工作的无线标签能够减小尺寸和 重量；然而通信距离很大程度上取决于环境，特别是天线周围是否存 在着导体。
因为无线芯片进行无线数据通信，存在着数据被截获和数据伪造 的风险。另外，有时候重要数据例如资金和个人隐私存储在无线芯片 中，因此有必要加强存储数据的安全性。
因此，如果无线芯片结合了可重写存储器，就需要诸如密码安全 技术这样的措施。
为了防止数据伪造，就需要结合一种只能写入一次而不能被重写 的存储器(一次写入存储器)。
在结合了一次写入存储器的情况下，无线芯片优选地结合可以在
制造之后写入数据的存储器，特别是在初次使用时写入数据而不是像
掩模型只读存储器(mask ROM)那样只能在制造中写入数据的存储 器。这样可以实现易用且高需求的无线芯片。
无线芯片的使用频率每年都在增加，无线芯片的制造成本需要更低廉。
为了提供满足用户需求的无线芯片，需要提供一种小而轻且通信
距离远、数据安全性高、可用性高的无线芯片，它能通过使用廉价的 材料和简单结构来降低制造成本。
很多已经投入使用的无线芯片具有使用诸如Si村底的半导体衬 底的电路(也称为IC:集成电路芯片)和天线。IC芯片由存储电路 (也称为存储器)、控制电路等组成。这些半导体器件也需要以低成 本制造；因此，近些年来使用有机化合物作为控制电路、存储电路的 有机薄膜晶体管、有机存储器等得到了积极的发展(参见例如日本专 利申请^HfNo.2004-47791)。

发明内容
如前所述，本发明提供一种可以进行无线数据通信的半导体器 件，其可以在制造后写入数据并能防止由重写数据引起的数据伪造。 本发明亦提供一种结构简单、材料便宜、制造成本低廉的半导体器件。
此外，本发明提供一种具有上述功能并且内部结构不会阻碍无线通信 的半导体器件。
本发明采用下列措施来解决上述问题。
本发明的半导体器件包括有机存储器，具有包括多个存储单元 的存储单元阵列；和控制电路，用来控制有机存储器。多个存储单元 中的每一个包括晶体管和存储元件。存储元件具有有机化合物层夹在 第一导电层和线条形状的第二导电层中间的结构。
本发明的半导体器件包括有机存储器，具有包括多个存储单元 的存储单元阵列；控制电路，用来控制有机存储器；以及天线，用来 为控制电路提供电源。多个存储单元中的每一个包括晶体管和存储元
件。存储元件具有有机化合物层夹在第一导电层和线条形状的第二导 电层中间的结构。
本发明的半导体器件包括有机存储器，具有包括多个存储单元 的存储单元阵列；控制电路，用来控制有机存储器。多个存储单元中 的每一个包括晶体管和存储元件。存储元件具有有机化合物层夹在第 一导电层和线条形状的第二导电层中间的结构。第一导电层或/和第二 导电层是透光的。
本发明的半导体器件包括有机存储器，具有包括多个存储单元 的存储单元阵列；控制电路，用来控制有机存储器；以及天线，用来 为控制电路提供电源。多个存储单元中的每一个包括晶体管和存储元 件。存储元件具有有机化合物层夹在第一导电层和线条形状的第二导 电层中间的结构。笫一导电层或/和第二导电层是透光的。
在上述结构中，有机化合物层是电子传输层或者空穴传输层。
在上述结构中，有机化合物层由电阻值由光照、加热或者电效应 而改变的材料制成。
除了有机存储器外，本发明的半导体器件还具有DRAM(动态随 机存取存储器)、SRAM (静态随机存取存储器)、FeRAM (铁电随 机存取存储器)、掩模型ROM (只读存储器)、PROM (可编程只 读存储器)、EPROM (电可编程只读存储器)、EEPROM (电可擦 除可编程只读存储器)以及闪存中的一种或者几种。根据材料，有机 存储器也可以用作DRAM、 FeRAM或者其它存储器。
除了控制电路外，本发明的半导体器件还具有电源电路、时钟产 生电路、调制/解调电路以及接口电路的一种或者几种。
在本发明中，有机存储器和控制电路可以形成在玻璃衬底或者柔 性衬底上。注意，有机存储器和控制电路可以形成于同一村底或者不 同衬底上。如果都形成于同一衬底上，可以提高生产效率。
在上述结构中，控制电路可以具有薄膜晶体管。
在本说明书中，半导体器件包括无线芯片、无线标签、电子标签、 ID芯片、ID标签、IC标签、IC芯片、RF(射频)标签、RFID(射频
识别)标签等。
本发明的存储元件由有机化合物制成，该有机化合物的电阻值由 光照、加热或者电效应改变。因此，可以通过光照、加热或者电效应 在生产后将数据写入半导体器件，这样就实现了一种易用的半导体器 件。
另外，在本发明的存储元件中，数据写入(一次写入)只能在生
产后进行；因此就能防止因数据重写引起的数据伪造从而实现高安全 性的半导体器件。
此外，本发明的半导体器件结合了一种存储器，该存储器的存储 元件使用简单的结构和低廉的材料例如玻璃衬底。因此，实现了一种 成本低廉的半导体器件。
在本发明的半导体器件的内部结构中，第二导电膜为线条形状。 其结果，实现了一种长通信距离的半导体器件，其不会阻碍无线通信。


图1A和1B分别是本发明的半导体器件的原理图。
图2A和2B是本发明的半导体器件的原理图。
图3是本发明的半导体器件的剖面图。
图4是本发明的半导体器件的原理图。
图5A到5D分别是本发明的半导体器件的原理图。
图6A到6D是本发明的半导体器件的原理图。
图7A到7C是本发明的半导体器件的原理图。
图8A和8B是本发明的半导体器件的应用示意图。
图9A到9C是本发明的半导体器件的示意图。
图10A和10B是本发明的半导体器件的制造步骤示意图。
图11A和11B是本发明的半导体器件的制造步骤示意图。
图12A和12B是本发明的半导体器件的制造步骤示意图。
图13是本发明的半导体器件的工作的示意图。
图14A和14B分别是本发明的半导体器件的原理图。
具体实施例方式
尽管接合附图通过实施方式和实施例说明了本发明，但众所周知 对本领域技术人员而言各种变更和修改是显而易见的。因此除非这些
改动和修改超出了本发明的范围，否则它们都应被视为属于本发明的 范围。注意在所有本发明的附图中，同样的部分都用同一附图标记标 注，并省略其说明。
实施方式1
本实施方式中描述了本发明的半导体器件的配置，其通过天线与 外部通信设备(读出器/写入器)进行无线数据通信。
图1A和1B分别为本发明的半导体器件的原理图。 如图1A所示，本发明的半导体器件101包括天线102;电源 电路103;时钟产生电路104;调制/解调电路105;控制电路106;接 口 (IF)电路107;以及存储器108。半导体器件101可以与外部通信 设备(读出器/写入器)进行无线数据通信。
如图1B所示，如果半导体器件101连接到单独形成的天线102, 半导体器件101可以具有用来连接天线102的布线110。如果半导体 器件101无线地交换数据，那么用布线110来连接与半导体器件分离 的天线。
电源电路103根据从天线102输入的AC信号产生供应给半导体 器件IOI内部的各个电路的各种电源。时钟产生电路104根据从天线 102输入的AC信号产生提供给半导体器件101内的各个电路的各种 时钟信号。调制/解调电路105具有将与读出器/写入器109之间通信 的数据进行调制/解调的功能。控制电路106的功能是控制存储器108。 天线102具有发送/接收电磁波或者无线电波的功能。读出器/写入器 109与半导体器件101通信并控制半导体器件101，并控制与向其中写 入的数据有关的过程。
半导体器件并不只限于上述配置，例如也可以设置其他部件例如
拥塞控制电路和加密电路。
本发明的存储器108具有含有有机化合物的层，在此说明书中， 含有有机化合物的层被称为有机化合物层，具有含有有机化合物层的
存储器被称为有机存储器。
有机存储器具有用于存储元件的有机化合物层，当有机化合物层 的电阻值被光照、加热或电效应改变时储存数据。
当具有不可逆地变化的电阻值的有机化合物被用作有存储元件 中的有机化合物层时，就得到了一种可一次写入的存储器。另外，当
合物i时，就得到了一种可重写的存储器。
作为本发明的半导体器件IOI内的存储器108，可以只提供有机 存储器或者除有机存储器之外还提供一种或几种其他结构的存储器。
图14A和14B分别显示了本发明的半导体器件101的配置，其 中额外地提供了另一种结构的存储器108b。
如图14A所示，本发明的半导体器件IOI包括天线102、电源电 路103、时钟产生电路104、调制/解调电路105、控制电路106、接口 (I/F)电路107、以及由有机存储器108a和其他结构的存储器108b 组成的存储器108。半导体器件101可以与外部通信设备(读出器/写 入器109)进行无线数据通信。
如图14B所示，如果半导体器件101连接到单独形成的天线102， 半导体器件101可以具有用于连接天线102的布线110,如果半导体 器件101无线地交换数据，布线110连接到与半导体器件分离地形成 的天线。
电源电路103根据从天线102输入的AC信号产生供应给半导体 器件IOI内部的各个电路的各种电源。时钟产生电路104根据从天线 102输入的AC信号产生提供给半导体器件101内部的各个电路的各 种时钟信号。调制/解调电路105具有将与读出器/写入器109之间通 信的数据进行调制/解调的功能。控制电路106的功能是控制存储器 108。天线102具有发送/接收电磁波或者无线电波的功能。读出器/写
入器109与半导体器件101通信并控制半导体器件101,并控制与向 其中写入的数据有关的过程。
半导体器件并不只限于上述配置，例如也可以加入其他部件例如
拥塞控制电路和加密电路。
本发明的存储器108具有含有有机化合物的层，在此说明书中， 含有有机化合物的层被称为有机化合物层，具有含有有机化合物层的 存储器被称为有机存储器。
有机存储器108a有用于存储元件的有机化合物层，当有机化合 物层的电阻值被光照、加热或电效应改变时储存数据。
当具有不可逆地变化的电阻值的有机化合物被用作有存储元件 中的有机化合物层时，就得到了一种可一次写入的存储器。另外，当
合物:时，就得到了一种可重写的存储器。
具有其他结构的存储器108b是诸如DRAM(动态随机存取存储 器)、SRAM (静态随机存取存储器)、FeRAM (铁电随机存取存储 器)、掩模型ROM (只读存储器)、PROM (可编程只读存储器)、 EPROM (电可编程只读存储器)、EEPROM (电可擦除可编程只读 存储器)或者闪存；然而本发明并不只限于这些例子。另外，该半导 体器件还可以有一种或多种其他结构的存储器。
接下来，有机存储器的一种结构如图2A所示.
有机存储器201具有存储单元阵列202、译码器203、选择器204 以及读/写电路205。
有机存储器201的存储单元206包括晶体管207和存储元件208。
存储元件208的结构为有机化合物层被加在一对导电层、即第一 导电层和第二导电层之间。该一对导电层的第一导电层连接到存储单 元206中的晶体管207的源区或漏区。
该一对导电层的第二导电层可以作为用于有机存储器201中的所 有存储单元206的电极。第二导电层在有机存储器工作(读出或者写 入)时为所有存储元件的一个端子提供公共电位，在本说明书中第二
导电层被称为公共电极。
如图2B所示，位线Bm (l=m=x)连接到存储单元206中的晶 体管207的源区或者漏区，而不连接到存储元件208;而字线Wn (l=n=y)连接到栅极。以这种方式，通过将存储单元206排列为矩 阵形式构成了存储单元阵列202。
接下来，说明第二导电层也就是公共电极。图4显示了有机存储 器的一个例子的结构，是从图3中的衬底上方向下看、即从箭头A的 方向观察的结构。
所有存储元件的公共电极401向所有存储元件的一个端子提供公 共电位。如图4所示，公共电极401为线条形状。注意图4中的形状 只是一个例子，线条形状并不只限于此。
如果半导体器件使用通过互感来交换数据的电磁耦合系统、或者 使用通过感应磁场来交换数据的电磁感应系统来发送/接收数据，当高减小。
这是由于从读出器/写入器发射的电磁波在高导电性材料中产生 涡流电流，使电磁波被吸收；这样就不能在半导体器件中产生足够的 感生电动势。
当公共电极为平坦形状时，从读出器/写入器中发射出的电磁波 被公共电极吸收，从而缩短了无线标签的通信距离。在公共电极中产 生的涡流电流加重了操作半导体器件的读出器/写入器的负栽。
因此，如图4所示，公共电极401被形成为线条形状，从而减少 了电磁波的吸收。其结果，增加了通信距离而不妨碍无线标签的通信。
这里的线条形状的意思是第二边远长于第一边的矩形、具有长轴 的椭圆形或者其他类似的长的形状。因为公共电极向所有存储元件的 一个端子提供同一电位，矩形或者椭圆形优选形成为例如图4中所示 梳状图案。然而，线条形状并不只限于这里所举的例子，任何能减少 由前面提到的涡流电流引起的电磁波吸收的形状都可以被采用。此夕卜， 公共电极401仅需要具有能减少由前面提到的涡流电流引起的电磁波
吸收的形状，而并不要求以高加工精度形成该形状。
参照图2B说明有机存储器201的写入数据的操作。 首先，说明通过电效应进行的写入数据的操作。基于假设数据被 写入到第m列第n行的存储单元206中来进行说明。在这种情况下， 第m列的位线Bm和第n行的字线Wn由译码器203和选择器204选 择，并将电压施加到第m列第n行的存储单元206中的晶体管207的 栅电极。然后，将规定的电压施加到图2B中的Vwrite端和公共电极 401。
通常，Vwrite与公共电极401之间的电位差大于读出操作时的 Vread与公共电极401之间的电位差。当对Vwrite施加电压的时候， Vread上不施加电压，并设置电路(未图示)来防止电流反向流过。
施加到第m列的位线Bm上的电压被传送到存储元件208的第 一导电层。当公共电极401的电压被固定为低于位线Bm上的电压时， 第一导电层和第二导电层之间产生了电位差。这个电位差改变了存储 元件208的有机化合物层的电阻值，从而可以写入数据。
接下来，说明通过光效应进行的写入数据的操作。在通过光效应 将数据写入有机存储器中的情况下，存储元件的第一导电层或/和第二 导电层是透光的，以使有机化合物层被来自透光的导电层一侧的光所 辐照。
如果有机化合物层的材料为电阻值被光学效应增大的有机化合 物，那么有机化合物层的电阻值就会通过被诸如激光这样的光辐照而 增大。
另外，也可以改用电阻值被光学效应减小的材料来作为有机化合 物层。例如，如果使用一种掺杂了光产酸剂的共轭聚合物材料，有机 化合物层的电阻值就会通过被诸如激光这样的光辐照而减小。
以激光辐照为例来说明在有机化合物层上发生的光学效应。根据 存储单元的大小，被激光辐照的有机化合物层的电阻值被微米级直径 的激光束辐照而发生改变。例如当直径为lnm的激光束以10m/sec的 线速度通过时，存储单元中的有机化合物层受到激光束辐照的时间为
100nsec。为了在像100nsec这样短的期间内产生相变，例如，激光器 的功率可以被设为10mW而功率密度可被设为10 kW/mm2。此外， 在用激光束选择性地辐照有机化合物层的情况下，优选使用脉冲激光 器。
可以使用能发射紫外光、可见光或红外光的激光振荡器作为激光 辐照装置。激光振荡器的例子包括准分子激光器，例如KrF、 ArF、 XeCl和Xe;气体激光器，例如He、 He-Cd、 Ar、 He-Ne和HF;使 用晶体的固体激光器，例如掺杂了 Cr、 Nd、 Er、 Ho、 Ce、 Co、 Ti 或Tm的YAG、 GdV04、 YV04、 YLF和YA103;半导体激光器，例 如GaN、 GaAs、 GaAlAs、 InGaAsP等。如果使用固体激光器，最好 使用基波或者二次到五次谐波。
上述说明的写入操作只是一个例子。数据也可以通过其他方法例 如加热存储元件的有机化合物层的一部分来写入；然而本发明并不只 限于这些例子。
接下来，说明从有机存储器读出数据的操作。
图2B显示了通过电效应读出数据的例子。在图2B中，读/写电 路205包括电阻211和读出放大器212。然而读/写电路205并不只限 于这种配置，也可以有其他配置。
通过在第一导电层和第二导电层之间施加电压并读出有机化合 物层的电阻值来读出数据。在从例如存储单元阵列202中的多个存储 单元206的第m列第n行存储单元206中读出数据的情况下，译码器 203和选择器204选择笫m列的位线Bm和第n行的字线Wn。这样， 将电压施加在第m列第n行的存储单元206中的晶体管207的栅电极 上。
这时，存储单元206中的存储元件208以及电阻211相互串联起 来，存储元件208可被认为是一个电阻。当将规定的电压施加到两个 串联电阻的两端、即图2B中的Vread和公共电极401时，节点a的 电位变为由存储元件208和电阻211的阻值分压得到的电位。这里假 设当Vread上施加电压时没有在Vwrite上施加电压，并且提供电路(未图示)来防止电流反向流过。
当利用光照、加热、或电效应写入数据时，有机存储器中的存储 元件的电阻值发生改变。因此，已写入数据的存储元件的电阻值不同
于没写入数据的存储元件的电阻值。这样，节点a的电位根据存储元 件中是否写入数据而不同。
然后，节点a的电位被提供给读出放大器212。读出放大器212 比较参考电位(Vref)和节点a的电位从而确定存储元件208中的数 据。然后，将包括由读出放大器212确定的数据的信号提供给有机存 储器的外部。
在前面的说明中，通过利用存储元件208和电阻分割的电阻值差 的电压值来读出数据；然而这个方式只是一个例子，存储元件208的 数据也可以通过其他方式来读出。其他方式包括比较电流值来读出数 据的方法，对位线Bm预充电然后比较位线Bm的电位变化来读出数 据等方法；然而本发明并不只限于这些方式。
如上所述，在本发明的包含有机存储器的半导体器件中，可以在
制造后通过光照、加热或电效应写入数据。因此本发明实现了一种易 用的半导体器件。
本实施方式可以与本说明中所述的其他实施方式组合实现。 实施方式2
在本实施方式中，按顺序参照图9A到9C、 IOA、 IOB、 12A和 12B、和图3说明了构成存储单元206的晶体管和存储元件208的制 造步骤。
作为本发明中的半导体器件，可以原样地使用形成在玻璃衬底上 的半导体器件，或者可以将形成在衬底上的半导体器件从衬底上分离
并附着到另一个柔性衬底上以产生功能性的附加价值。本实施方式描 述的就是利用分离工艺制造柔性半导体器件的情况。注意，在本说明 书中，从衬底上分离并附着到另一个衬底上的步骤称为分离工艺。
首先，在衬底502上形成分离层503 (图9A)。衬底502可以是
玻璃衬底、石英衬底、金属衬底或者表面形成了绝缘体层的不锈钢衬 底、能抵抗这个步骤中的处理温度的塑料衬底等。在本步骤中，分离
层503形成于衬底502的整个表面上；然而如果需要的话，形成于衬 底502整个表面的分离层503也可以通过光刻而形成图案以有选择地 形成。此外，尽管分离层503与衬底502相接触地形成，但是如果需 要的话可以在衬底502上形成基底绝缘层然后与绝缘层相接触地形成 分离层503。当分离层503选择性地形成时，可以防止半导体元件等 在分离工艺后轻易分离。
分离层503的形成可以通过溅射、等离子CVD等、使用选自钨 (W )、钼(Mo )、钛(Ti)、钽(Ta )、铌(Nb )、镍(Ni)、 钴(Co)、锆(Zr)、锌(Zn)、钌(Ru )、铑(Rh )、铅(Pd )、 锇(Os)、铱(Ir)以及硅(Si)的一种元素、或主要含有任何上述 元素的合金材料或化合物材料。注意，分离层503可以为使用上述材 料的单层结构，或者使用任意一种上述材料的叠层结构。含硅的层可 以具有非晶结构、微晶结构或者多晶结构。
如果分离层503为单层结构，可以形成例如鵠层、钼层或者包含 鵠和钼的混合物的层。另外，也可以形成例如包含鴒的氧化物或氧氮 化物的层、包含钼的氧化物或氧氮化物的层、或者包含鴒钼混合物的 氧化物或氧氮化物的层.注意鵠钼混合物相当于鵠钼合金。鵠的氧化 物也可以被称为氧化鴒。
如果分离层503为叠层结构，可以形成鵠层、钼层、或者包含钨 钼混合物的层作为笫一层，形成包含鵠、钼或鵠钼混合物的氧化物、 氮化物、氧氮化物或氮氧化物的层作为第二层。
如果分离层503为包括含鴒的层和含鴒的氣化物的层的叠层结 构，那么可以在含钨的层上形成含氧化硅的层，从而在钨层和氧化硅 层之间的边界处形成包含鴒的氧化物的层。这同样适用于形成鴒的氮 化物、氧氮化物以及氮氧化物层的情况。在形成含钨的层之后，可以 在其上形成氮化硅层、氧氮化硅层和氮氧化硅层。钨的氧化物表达式 为WOx，其中x范围为从2到3。 x可以为2 ( WQ2) 、 2.5 ( W205)、
2.75 (W40n) 、 3 (W03)等值。在形成钨的氧化物时，x的值不受 特定限制，可以根据刻蚀速度等来确定。注意，通过在氧气氛下溅射 而形成的鴒的氧化物层具有最优的刻蚀速度。因此为了减少制造时间， 作为分离层503的鵠氧化物层优选在氧气氛下通过溅射形成。
如果半导体器件形成于像如玻璃衬底之类的衬底上，并且被原样 使用而不使用分离工艺，那么就不需要形成分离层503而后续步骤可 作为第一步骤。
接下来，形成绝缘层504作为基底膜以覆盖分离层503。绝缘层 504可以为通过溅射、等离子CVD等使用硅的氧化物或硅的氮化物形 成的单层或叠层。硅的氧化物为含硅(Si)和氧(O)的材料，相当 于氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等。硅的氮化物为含硅(Si)和氮(N) 的材料，相当于氮化硅、氧氮化硅、氮氧化硅等。如果基底绝缘层504 为双层结构，那么例如可以形成氮氣化硅层和氧氮化硅层分别为第一 绝缘层和第二绝缘层。如果基底绝缘层504为三层结构，那么可以形 成氧化硅层、氮氧化硅层和氧氮化硅层分别作为第一绝缘层、第二绝 缘层和第三绝缘层。另外，也可以形成氧氮化硅层、氮氧化硅层和氧 氮化硅层分别作为第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层。因为基底 绝缘层504的功能为用来防止杂质从衬底502进入的阻挡膜，所以优 选含有硅的氮化物。
接下来，在绝缘层504上形成非晶半导体层505 (例如含非晶硅 的层)。通过溅射、LPCVD、等离子CVD等方法形成厚度为25到 200nm (优选为30到150nm )的非晶半导体层505。然后通过晶化法 (例如激光晶化、使用RTA或退火炉的热晶化、使用加速晶化的金 属元素的热晶化)使非晶半导体层505晶化，从而形成结晶半导体层。 之后，得到的结晶半导体层被图案化为所需的形状以构成结晶半导体 层706到710 (图9B )。
制造结晶半导体层706到710的步骤的例子如下简述。首先通过 等离子CVD形成厚度为66nm的非晶半导体层。在非晶半导体层被涂 上含有用来加速晶化的金属元素镍的溶液之后，非晶半导体层受到脱
氢处理(在500。C下进行一小时)和热晶化处理(在550。C下进行四小 时)，从而形成了结晶半导体层。然后根据需要对结晶半导体层进行 激光辐照，并使用光刻法图案化为所需形状，从而形成了结晶半导体 层706到710。如果用激光晶化法形成结晶半导体层706到710,可以 使用连续波固体或气体激光器或者脉冲固体或气体激光器。气体激光 器包括准分子激光器、YAG激光器、YV04激光器、YLF激光器、YA103 激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、Ti:蓝宝石激光器等。固体激光 器包括使用诸如掺入了 Cr、 Nd、 Er、 Ho、 Ce、 Co、 Ti或Tm的YAG、 YV04、 YLF和YAlOs之类的晶体的激光器。
使用加速晶化的金属元素进行非晶半导体层的晶化的优点在于 晶化可以以短时间在低温下实现，而晶体也为同向排列。另一方面， 其缺点在于，由于金属元素残留在结晶半导体层上，使得截止电流增 加以及特性发生变化。因此优选在结晶半导体层上形成非晶半导体层 作为吸杂位置。作为吸杂位置的非晶半导体层需要含有杂质元素诸如 磷和氩；因此优选通过溅射来形成以含有高浓度的氩。然后，金属元 素就通过热处理(诸如RTA和使用退火炉的热退火)在非晶半导体 层中扩散，再去除含有金属元素的非晶半导体层。其结果，结晶半导 体层中的金属元素含量会减少或者被去除。
接下来，形成栅绝缘层705以覆盖结晶半导体层706到710。栅 绝缘层705是通过等离子CVD或者'减射、使用硅的氧化物或硅的氮 化物形成的单层或者叠层。特别地，是使用含氧化硅的层、含氧氮化 硅的层或者含氮氣化硅的层来形成的单层或者叠层。
接下来，在栅绝缘层705上层积底部导电层和顶部导电层。通过 等离子CVD或者溅射形成厚度为20到100nm的底部导电层。通过等 离子CVD或者溅射形成厚度为100到400nm的顶部导电层。形成底 部导电层和顶部导电层的元素选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、 钼(Mo)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)、铌(Nb)等元素、或 者主要含任何上述元素的合金材料或者化合物材料。另外，底部导电 层和顶部导电层也可以由以掺了诸如磷的杂质元素的多晶硅为代表的
半导电材料形成。通过组合氮化钽(TaN )和鴒(W )、氮化鴒(WN) 和钨、氮化钼(MoN)和钼(Mo)等形成底部导电层和顶部导电层。 在用具有高耐热性的钨或氮化钽形成底部导电层和顶部导电层之后， 可以对底部导电层和顶部导电层进行用于热激活的热处理。如果采用 三层结构替换双层结构，可以层积钼层、铝层和钼层。
接下来，通过光刻法形成由抗蚀剂制成的掩模(抗蚀剂掩模)， 并对底部半导体和顶部半导体进行刻蚀以形成栅电极和栅布线，据此 形成用作栅电极的导电层716到725 (也简称为栅电极层)。这时， 底部导电层和顶部导电层之间刻蚀速度的差异使得形状尤其是每个导 电层的锥角的形状不同。
优选减小栅电极的宽度以改善薄膜晶体管的性能。此时，用来图 案化栅电极的抗蚀剂掩模等可以通过氧等离子体等进行刻蚀，从而将 栅极图案化。
接下来，通过光刻法形成抗蚀剂掩模，并通过离子掺杂或离子注 入将具有N型导电类型的杂质元素低浓度地加入到结晶半导体层706 和708到710中，从而形成了 N型杂质区711和713到715以及沟道 形成区780及782到784。作为具有N型导电类型的杂质元素，可以 使用诸如磷(P)和砷(As)之类的元素周期表第15组的元素。
通过光刻法形成抗蚀剂掩模，并将具有P型导电类型的杂质元素 加入结晶半导体层707中，从而形成P型杂质区712和沟道成形区781 。 可用诸如硼(B)作为具有P型导电类型的杂质元素。
形成绝缘层来覆盖栅绝缘层705和导电层716到725。绝缘层可 以为通过等离子CVD或者溅射、使用诸如硅、硅的氧化物和硅的氮 化物这样的无机材料或诸如有机树脂这样的有机材料形成的单层或叠 层。然后通过主要在垂直方向进行的各向异性刻蚀来选择性地刻蚀绝 缘层，从而以与导电层716到725的侧面相接触的方式形成绝缘层(也 被称为侧壁)739到743 (图9C )。在形成绝缘层739到743的同时， 刻蚀栅绝缘层705以形成绝缘层734到738。绝缘层739到743在后 面被用作用于形成LDD (轻掺杂漏极)区的掺杂的掩模。
接下来，以通过光刻法形成的抗蚀剂掩模和绝缘层739到743作 为掩模,将赋予N型导电类型的杂质元素加入结晶半导体层706及708 到710中，从而形成第一 N型杂质区(也称为LDD区)727、 729、 731及733和第二 N型杂质区(也称为源区和漏区)726、 728、 730 和732。第一 N型杂质区所含的杂质元素的浓度比第二 N型杂质区的 杂质元素的浓度低。通过上述步骤，完成了 N型薄膜晶体管744和746 到748以及P型薄膜晶体管745。
注意，LDD区可以由下述两种方法的任何一种形成对具有两 层或更多层结构的栅电极进行各向异性刻蚀，并使用构成栅电极的下 层导电层作为掩模来掺杂半导体层；或者以侧壁绝缘层作为掩模。采 用前一种方法形成的薄膜晶体管的结构为丄DD区与栅电极交迭并且 两者中间隔着栅绝缘薄膜。因为这个结构利用了栅极的各向异性刻蚀， 所以不易控制LDD区的宽度，并且如果刻蚀过程执行不好那么在有 些情况下无法形成LDD区。而后一种以侧壁绝缘层作为掩模的方法 其优点在于可以确实地形成LDD区并且与前一种方法相比更容易控 制LDD区的宽度。
接下来，形成单层或叠层结构的绝缘层来覆盖薄膜晶体管744到 748 (图10A)。覆盖薄膜晶体管744到748的绝缘层是通过SOG或 使用诸如硅的氧化物和硅的氮化物之类的无机材料、诸如聚酰亚胺、 聚酰胺、苯并环丁烯、丙烯酸、环氧、以及硅氧烷之类的有机材料的 液滴释放法形成的单层或叠层结构。硅氧烷包括由硅和氧的鍵组成的 骨架，其中包括作为取代基的至少含有氢(诸如烷基或者芳香烃)的 有机基团。另外，也可以包括氟基团(fluoro group )作为取代基。此 外，还可以使用氟基团和至少含有氢的有机基团作为取代基。例如， 如果覆盖薄膜晶体管744到748的绝缘层为3层结构，可以使用含氧 化硅的层作为第一绝缘层749，形成含树脂的层作为第二绝缘层750， 以及形成含氮化硅的层作为第三绝缘层751。
在形成绝缘层749到751之前，或在形成绝缘层749到751中的 一层或者几层之后，可以执行热处理以恢复半导体层的结晶性、激活
加入半导体层中的杂质元素、以及将半导体层氢化。可以采用热退火、
激光退火、RTA等作为热处理。
接下来，使用光刻法对绝缘层749到751进行刻蚀，从而形成接 触孔以暴露N型杂质区726和728到732以及P型杂质区712。然后 形成导电层以填充接触孔，并且形成作为源极布线和漏极布线的导电 层752到761。
导电层752到761是通过等离子CVD或者濺射法、使用选自钛 (Ti)、铝(Al)及铌(Nb)的元素、或者主要含这些元素的合金材 料或化合物材料形成的单层或叠层结构。主要含铝的合金材料相当于 例如主要含铝并且含镍的材料、或者主要含铝并且含镍以及碳和/或硅 的合金材料。导电层752到761可以釆用叠层结构，例如阻挡层、铝 硅(A1-Si)层以及阻挡层的结构；或者阻挡层、硅铝层、氮化钛(TiN) 层以及阻挡层的结构。阻挡层相当于含钛、钛的氮化物、钼、或钼的 氮化物的薄膜。铝和铝硅适合作为导电层752到761的材料，因为它 们电阻值低并且便宜。如果阻挡层设置为顶层和底层，可以防止铝或 者铝硅产生小丘。另外，如果用髙还原能力的钛形成阻挡层，可以将
i半导体层之间的良好接触。， ' 、, 一
然后，形成绝缘层762来覆盖导电层752到761 (图10B )。绝 缘层762是通过SOG或液滴释放法、使用无机材料或有机材料形成 的单层或叠层。绝缘层762优选形成厚度为0.75到3jun。
通过光刻法对绝缘层762进行刻蚀，从而形成接触孔以暴露导电 层757、 759和761。然后形成导电层以填充接触孔。导电层是通过等 离子CVD或者溅射、使用导电材料形成的。接着，导电层被图案化 以形成导电层763到765。注意，导电层763到765相当于存储元件 中的一对导电层之中的第一导电层302。因此，导电层763到765优 选为用钛或主要含钛的合金材料或化合物材料形成的单层或者叠层。 因为钛的电阻值低，所以可以减小存储元件的尺寸从而获得高集成度。 另外，形成导电层763到765的刻蚀步骤优选通过湿法刻蚀以不至于
损伤底层上的薄膜晶体管744到748，而氟化氢(HF)或者过氧化氢 氨水混合物可以被用来作为刻蚀剂。
形成绝缘层766来覆盖导电层763到765。绝缘层766是通过SOG 或液滴释放法、使用无机材料或有机材料形成的。绝缘层766优选形 成厚度为0.75到3jim。然后通过光刻法对绝缘层766进行刻蚀，从而 形成接触孔767到769以暴露导电层763到765。
形成与导电层765相接触的作为天线的导电层786 (图11A)。 导电层786是通过等离子CVD、溅射、印刷或液滴释放法、使用导电 材料形成的。导电层786优选为选自铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)、 铜(Cu)中的元素、或者主要含这些元素的合金材料或化合物材料形 成的单层或者叠层。确切地说，通过丝网印刷形成含银的骨然后在50 到350'C的温度下进行热处理而获得导电层786。作为选择，也可以通 过溅射形成铝层然后将铝层图案化而获得导电层786。优选通过湿法 刻蚀将铝层图案化，然后在200到300'C温度下进行热处理。
如果天线是在另一衬底上形成的并在之后才进行附着，那么就形 成用于连接天线的布线而非形成天线.
接下来，与导电层763和764相接触地形成有机化合物层303(图 11B)。有机化合物层303通过液滴释放法、汽相沉积法等方法形成。 然后与有机化合物层303相接触地形成笫二导电层304。第二导电层 304通过濺射、汽相沉积法等方法形成。
每个存储元件208相当于笫一导电层763和764、有机化合物层 303及笫二导电层304的层积结构。在相邻的存储元件208之间设有 绝缘层305。存储元件208的有机化合物层303由具有受光照、加热 或电效应改变电阻值的有机化合物材料构成。
在电阻值受光照、加热或电效应改变的有机化合物材料中，具有 高空穴传输性质的有机化合物材料例如包括芳香胺化合物(具有苯环 与氮的键)、酞菁染料(phthalocyanine;缩写H2Pc)、以及诸如酞 華铜(缩写CuPc)和酞胥氧钒(缩写VOPc)之类的酞等化合物。芳 香胺化合物为例如，4，4，-二[N-(l-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写
a画NPD) 、 4，4，-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基-联苯(缩写TPD)、 4，4，，4，，-三(N，N-二苯基-氨基)-三苯胺(缩写TDATA )、 4，4，,4"-三[N画(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基-三苯胺(缩写MTDATA)、或4，4，-二 (N-(4-(N,N-二间甲苯基氨基)苯基)-N-苯基氨基)联苯(缩写DNTPD )。
在电阻值受光照、加热或电效应改变的有机化合物材料中，具有 高电子传输性质的有机化合物材料例如包括具有喹啉(quinoline)骨架 或者苯并喹啉(benzoquinoline)骨架的金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉) 铝(缩写Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)铝(缩写Almq3) 、 二(10-羟基苯并W-羟基喹啉)铍(缩写BeBq2)、以及二(2-甲基-8-羟基喹 啉)-4-苯基酚氧-铝(缩写BAlq)。此外，也可以使用具有噁唑配位体 (oxazolo ligand)或者漆喳配位体(thiazole ligand)的金属络合物，诸如 二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑锌(缩写Zn(BOX)2)和二[2-(2-羟基苯基) 苯并噻唑锌(缩写Zn(BTZ)2)。除了金属络合物之外，也可以使用 其他化合物，诸如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-l，3，4-噁二唑(缩写 PBD ) 、 1，3-二[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基1苯(缩写OXD-7 )、 3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-l，2,4-三唑(缩写TAZ ) 、 3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写 p-EtTAZ)、向红菲咯啉(缩写BPhen)、浴铜灵(缩写BCP)。
其他用于有机化合物层303的有机化合物例如包括，4-二氛亚甲 基-2-甲基-6-(l，l，7，7-四曱基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃(缩写 DCJT) ; 4-二氛亚曱基-2-叔丁基-6-(l，l，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯 基)-4H國吡喃；periflanthene; 2，5-二氛-1，4-二(10-甲氧基-1，1，7，7誦四甲 基久洛尼定基-9-烯基)苯；N，N，-二甲基喹吖啶酮(缩写DMQd);香 豆素6;香豆素545T;三(8-羟基喹啉)铝(缩写Alq3 ) ; 9，9，-双蒽基； 9，10-二苯蒽(缩写DPA ); 9，10-二(2-萘基)蒽(缩写DNA);以及2，5，8，11-四叔丁基二萘嵌苯(缩写TBP)。在形成扩散了前面提到的发光材料 的层的情况下，将要作为基底材料的材料包括蒽衍生物，例如9，10-二(2-萘基)-2-叔丁基蒽(缩写t-BuDNA);咔唑衍生物，例如4，4，-二 (N-呼唑基)联苯(缩写CBP);以及金属络合物，例如二2-(2-羟基苯
基)吡啶l锌(缩写Znpp2)和二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑I锌(缩写 ZnBOX)。另外，也可以使用三(8-羟基喹啉)铝(缩写Alq3) 、 9,10-二(2-萘基)蒽(缩写DNA)、 二(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-苯基酚氧-铝(缩 写BAlq)等。
此外，例如掺杂了通过吸收光产生酸的化合物(光产酸剂)的共 轭聚合物也可用作有机化合物层303的材料。聚乙炔、聚亚苯基亚乙 烯基、聚噻吩、聚苯胺、聚亚苯基亚乙炔基等可以用作共轭聚合物。 芳基锍盐、芳基碘錄盐、o-硝基节基曱苯磺酸盐(o-nitrobenzyl tosylate)、芳基橫酸对硝基节酉旨(aryl sulfonic acid p-nitrobenzyl ester)、 橫酰基苯乙酮(sulfonyl acetophenone) 、 Fe-丙二烯络合PF6盐 (Fe-allene complex PF6 salts)等可以用作光产酸剂。
有机化合物层303也可以由混合了金属氧化物、金属氮化物等的 层形成，或由上述层的叠层形成。优选使用属于元素周期表第4到12 组的金属的氧化物。例如优选使用氣化钒、氧化钼、氣化铼、氣化钨、 氧化钌、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化铪、或氧化钽。
当使用含有机化合物和金属氧化物的混合物的层或其叠层的时 候，可以抑制有机化合物层的晶化并且可以形成较厚的有机化合物层 而不增大电阻。因而即使当衬底表面由于尘埃、污垢等变得不平坦的 时候，这种不平坦也不会有太大影响，因为有机化合物层的厚度增加 了。其结果就是可以防止由于不平坦的表面带来的诸如短路这样的缺 陷。另外，存储元件厚度的增加可以允许在将有机存储器安装到柔性 衬底上的同时保持对诸如弯曲这样的物理应力的抵抗性。
以上描述的有机化合物仅为例子，本发明并不只限于这些。有机 化合物层303可以是上述有机化合物的单层结构或是任意上述有机化 合物的叠层结构。
第二导电层304如下所述。如图4所示，第二导电层304为线条 形状。第二导电层304与天线形成于同一表面或者形成于与天线所在 表面平行的表面上。因此，如果第二导电层304形成于一个大的表面 上，就会产生由读出器/写入器发射出的电磁波引起的涡流电流并吸收
电磁波，从而阻碍无线通信。而如果第二导电层304形成为线条形状， 就能防止涡流电流的产生并且减少对电磁波的吸收。这样就不会阻碍 半导体器件的无线通信从而延长通信距离。
如果通过光学效应将数据写入存储元件中，第一导电层763和 764或/和第二导电层304是透光的。例如，如果光由图11B箭头A所 示方向发射，至少第二导电层304必须是透光的，为了得到透光的导 电层，使用透光的导电材料或者薄到足以透光的非透光的导电材料。 透光的导电材料例如包括氧化锡铟(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化 锌铟(IZO)、掺镓的氧化锌(GZO)以及其他透光的氧化物导电材 料；然而本发明并不只限于这些。作为选择，也可以使用含氧化硅的 氧化锌、含氧化硅的氧化锡铟(ITSO)、或者通过使用混合了 2到 20w。/。的氧化锌(ZnO)的ITSO的靶所得到的材料。非透光的导电材 料包括含有TiN、 ZrN、 Ti、 W、 M、 Pt、 Cr、 Ag和Al中的一种
或多种的单层膜；包括氮化钛膜和主要含铝的膜的双层膜；包括氮化
钛膜、主要含铝的膜、和氮化钛膜的三层膜等。
因为有机化合物通常具有低耐热性，所以有机化合物层3(B在上 述作为天线的导电层786形成之后再形成。然而如果本发明的半导体 器件使用高耐热性的有机化合物，那么作为天线的导电层786可以在 有机化合物层303形成之后再形成。
接下来，利用SOG法或液滴释放法形成作为保护层的绝缘层772 来覆盖存储元件208和作为天线的导电层786。绝缘层772由诸如 DLC(类金刚石碳)的碳、氮化硅、氮氧化珪、或有机材料形成，优选 由环氧树月旨形成。
通过光刻法刻蚀绝缘层以暴露分离层503，从而形成开口 773和
774 (图12A )。
向开口 773和774中注入刻蚀剂以去除分离层503 (图12B)。 含有氟化卣素或卣素互化物的气体或溶液可以用作刻蚀剂。例如三氟 化氯(C1F3)被用作含氟化囟素的气体。这样，薄膜集成电路791从 衬底502上分离。注意，薄膜集成电路791由薄膜晶体管744到748、
存储元件208和作为天线的导电层786组成。分离层503不需要完全 去除，而可以部分地保留。据此可以缩短制造时间，并且也可以防止 薄膜集成电路791被轻易去除。
从薄膜集成电路791上分离的衬底502可以被重复利用以降低成 本。绝缘层772防止薄膜集成电路791在去除分离层503后被分离。 这是因为薄膜晶体管791小而轻，由于不紧紧地附着在衬底502上所 以容易在去除分离层503之后被分离。然而，通过在薄膜集成电路791 上形成绝缘层772可以增加薄膜集成电路791的重量，从而可以防止 其从衬底502上分离。薄膜集成电路791自身薄而轻；然而通过形成 绝缘层772，薄膜集成电路791不会被巻曲，并能具有一定的强度。
接下来，将薄膜集成电路791的一个表面附着到第一基底776上 并完全从衬底502上分离(图3)。然后将薄膜集成电路791的另一 表面附着到第二基底775上，并通过热处理或/和加压处理用第一基底 776和第二基底775将薄膜集成电路791密封起来。第一基底776和 第二基底775可以是由聚丙烯、聚酯、乙烯基、聚氟乙烯、聚氯乙烯 等构成的膜、纤维材料的纸、或由基底膜(聚酯、聚酰胺、无机汽相 沉积膜、纸等)和粘合性的合成树脂膜(丙烯酸合成树脂、环氧合成 树脂等)构成的叠层膜。可以通过热压接合对加工对象进行热处理和 加压处理来获得上述膜。在热处理和加压处理的执行中，通过加压来 附着设在膜的最外表面上的粘合层或设在膜的最外表面上的经热处理 融化的层(非粘合层)。粘合层可以设在第一基底776和第二基底775 的表面上，也可以不设置。粘合层相当于具有含热固化树脂、紫外线 固化树脂或环氧树脂的粘合剂、或诸如树脂添加剂的粘合剂的层。
通过上述步骤，完成了具有柔性的半导体器件，
当形成于衬底502上的半导体器件被原样地使用时，并不需要上 述分离工艺即形成开口 773和774及之后的步骤。
当形成用于连接形成于另一个衬底上的天线的布线时，布线需要 暴露在最外表面上。
在本实施方式中，晶体管2是使用薄膜材料作为有源层的薄膜晶体管，然而本发明并不只限于此。薄膜晶体管的栅电极可以形成于半 导体膜之上或之下。
如上所述，有机存储器具有有机化合物层夹在一对导电层中间的 简单结构。另外，本发明的半导体器件能使用便宜的材料例如玻璃衬 底和柔性衬底形成。因此本发明的半导体器件能够通过简单的步骤以 低廉的代价被制造。
此外，可以通过采用一种所谓多模式技术(multiple pattern technology)、即在一个大型衬底上形成多个半导体器件之后进行划 分以完成上述多个半导体器件，从而以低廉的成本实现本发明的半导 体器件。在这种情况下，玻璃衬底、柔性村底等可被用作大型衬底。 这样的玻璃衬底、柔性衬底等相对于圓形硅衬底而言对其大小和形状 没有限制。因而能提高半导体器件的生产率并能实现大批量生产。其 结果，可以期望半导体器件的成本降低，并以极低的单价来提供。
该实施方式能与前述实施方式结合使用。
实施方式3
说明了本发明的半导体器件中有机存储器的公共电极形成为线 条形状及其制造步骤的示例。这里的线条形状是指第二边远长于第一 边的矩形、具有长轴的椭圆形、或其他类似的长形状。电连接公共电 极以对所有存储元件的一个端子施加同一电位。因此，以图5A到5D
中所示为例，上迷矩形或椭圃形优选形成为线条形状所包括的梳状图 案。然而线条形状并不只限于这里所举的例子，任何能减少涡流电流 引起的电磁波吸收的形状都可以被采用。此外，公共电极401仅需要 具有能减少涡流电流引起的电磁波吸收的形状即可，并不需要以高加 工精度来形成。
图5A到5D显示了从图3中的箭头A方向观察的衬底。图5A 显示了形成为梳状图案的公共电极。图5B显示了由多个线条形状组 成并通过接触孔电连接的公共电极。图5C显示了具有通过将多个细 长矩形连起来而构成的凹凸形状的公共电极。矩形的长边与译码器
203平行。图5D显示一个梯状的公共电极。如上所述，具有线条形状 的公共电极401可以是各种形状。
公共电极可以通过各种步骤形成。
例如，公共电极401在沉积于衬底306上时可以形成为线条形状。 具有形成为公共电极形状的孔的金属板从图3的箭头A方向靠近衬底 306，再沉积导电材料以形成所需的公共电极的形状。在本说明中，金 属板被称为金属掩模。
当公共电极使用金属掩模形成线条形状时，其形成的精度比通过 光刻法或其他类似方法形成的精度低。然而，这个精度足以保证获得 不会阻碍无线通信的无线标签的公共电极。例如，使用金属掩模形成 的公共电极的线宽为10nm或更小，优选为2到4jim。
当使用金属掩模时，能减少公共电极的制造步骤并且比使用光刻 法更易于制造公共电极。另外，使用金属掩模的优点在于巳经形成于 衬底之上的其它层的特性不会受到不利影响。当然公共电极也可以通 过光刻法形成为线条形状。
如图5B中所示，可以在用于形成公共电极的层和下层导电层之 间设置接触孔501,而公共电极可以电连接到下层导电层。当公共电 极形成为线条形状时线的延伸方向并不只限于图5A到5D中的例子所 示那样。
另外，也可以通过液滴释放法形成公共电极。液滴释放法是通用 术语，指通过释放液滴来形成图案，其包括喷墨印刷法和剂量分配器 法。
当采用液滴释放法的时候，公共电极可以形成为图5C中所示的 线条形状。当采用液滴释放法时形成公共电极的加工精度更低；然而 这个精度足以保证获得不会阻碍无线通信的无线标签的公共电极。另 外，液滴释放法易于实施。例如通过液滴释放法形成的公共电极的线 宽为40nm或更小，优选为10到20nm。
液滴释放法的优点在于公共电极的制造只用少数步骤并且能减 少材料浪费。
前面提到的公共电极制造步骤仅仅是例子，本发明并不只限于这些。
该实施方式可以与任意上述实施方式结合实行。 实施例1
在本实施例中，描述了组成本发明的半导体器件的天线的制造步。
本发明的半导体器件能够无线地读写数据。数据通常通过如下三
种系统进行发送/接收电磁耦合系统，其中一对线團相互对置而数据 通过互感进行通信；电磁感应系统，其中数据通过感应场进行通信； 或电磁波系统，其中数据通过电磁波进行通信。本发明可采用这三种 系统中的任意一种。
用于发送/接收数据的天线可以用各种方式安装。例如，天线102 可以与组成电源电路103、时钟产生电路104、调制/解调电路105、控 制电路106、接口 (IF)电路107以及存储器108的多个元件安装到 同一衬底上。在本说明书中，这些多个元件被称为元件組。
如果天线102如图6A所示与元件组601形成于同一衬底上而其 横截面图如图6C所示，那么作为天线的导电层102可以与存储元件 的第二导电层304形成于同一层上。
然而本发明并不只限于上述结构，天线102也可以与存储元件的 第一导电层302形成于同一层上，用于连接天线的布线110附着在天 线102上。另外，天线102也可以形成在覆盖元件组601的绝缘膜上。
天线也可以如图6B所示用其他方法形成而其横截面如图6D所 示，其中在半导体器件中设置用于连接天线的布线110，而与元件组 601分离的天线102电连接到布线110。
如果天线102形成于另一衬底602上并被电连接，那么用于连接 天线102的布线110设置在衬底306上。例如，用于电连接天线的布 线110与第二导电层304设在同一层上，用于连接天线的布线110附 着在天线102上。使用各向异性导电膜603等进行附着；然而本发明 并不只限于此。
树脂604可以用来附着连接包含元件组601的衬底306和包含天 线102的衬底602,并填充两者间的空间。
另外，天线102也可以通过使用含有金、银、铜等的纳米颗粒的 导电骨的液滴释放法形成于衬底602上。液滴释放法是通用术语，指 通过释放液滴来形成图案，其包括喷墨印刷法和剂量分配器法，其优 点在于能提高材料的使用效率。
作为另一种方法，天线102可以通过丝网印刷、镀敷、或使用光 刻法将沉积于衬底上的导电层图案化来形成。天线102的制造方法根 据其形状来适当地选择，取决于数据通信系统或半导体器件的应用。 上述天线的制造方法仅仅是例子，本发明并不只限于这些。
天线形成在平坦表面上，使用读出器/写入器的无线通信会受到 与具有天线的表面平行的金属表面或高导电性衬底表面的影响。这是 因为高导电性衬底吸收读出器/写入器发射的电磁波。因此，元件组601 和天线102优选形成于绝缘衬底上诸如玻璃衬底和柔性村底而非金属 衬底或半导体衬底。
另外，第二导电层304即公共电极形成为线条形状，这样可以抑 制对读出器/写入器发射电磁波的吸收从而能实现长通信距离。因此， 本发明能实现具有长通信距离的半导体器件。
该实施例能与任意上述实施方式结合实行。
实施例2
本实施例描述的是組成本发明半导体器件的半导体元件的制造 步骤的示例。
本发明的半导体器件101的元件组601由许多半导体元件诸如晶 体管和电容组成。
非晶半导体、微晶半导体、多晶半导体和有机半导体中的任意一
种都可被用作电路中的半导体元件的有源层。为了获得改善了性能的 半导体元件，优选使用金属元素作为催化剂或者通过激光辐照对有源 层进行晶化。另外，也可以通过使用SiH4气和F2气、或SiH4气和H2
气(Ar气)的等离子CVD来形成作为有源层的半导体层，或者可以 对如此得到的半导体层进行激光辐照。
电路中的半导体元件也可以使用在200到600。C (优选为350到 500。C)的温度下晶化的结晶半导体层(低温多晶硅层)，或在大于或 等于600'C的温度下晶化的结晶半导体层(高温多晶硅层)作为有源 层。当要在衬底上形成高温多晶硅层，优选使用石英衬底因为玻璃衬
底不耐高温o
电路中的半导体元件的有源层(特别是沟道形成区)中可加入浓
度为1><1019到lxl0"原子/cm3、优选为lxl(T到5xl0"原子/cm3的氢 或卣族元素。因此，有源层中就很难发生裂紋并且可以得到几乎没有 缺陷的有源层。
优选形成组成电路中的半导体元件的有源层的晶体以使得晶界 与栽流子的流向(沟道长度方向)平行地延伸。这样的有源层可以通 过连续波激光(缩写CWLC)或在大于或等于lOMHz、优选60到 lOOMHz的频率下工作的脉沖激光的照射来形成。
电路中的半导体元件的有源层的厚度为20到200nm，优选为40 到170nm，更加优选为50到150nm。这样有源层中就很难发生裂紋。
电路中的晶体管优选具有小于或等于0.35V/dec (更加优选0.09 到0.25V/dec)的S值(亚阈值)和大于等于10cm2/Vs的迁移率。当 使用连续波激光或频率大于或等于lOMHz的脉冲激光辐照来形成有 源层的时候可以获得这样的特性。
此外，在使用九级反相器的环形振荡器(电压3到5V)的水平 下，电路中的晶体管的频率优选大于或等于lMHz,优选大于等于 lOMHz。作为选择，每个门的频率大于等于100 kHz,优选大于等于 lMHz。
因为本发明的半导体器件可以被人手触摸，所以优选设置保护层 以保护半导体器件不受手汗等中含有的以钠(Na)为代表的碱金属的 污染。保护层优选覆盖电路中的半导体元件或者整个电路。其结果， 使半导体器件免于受到污染并且增加了可靠性。
保护层的材料可以使用无机材料，诸如氮化铝、氧化铝、氮化硅、 氮氧化硅、以及氧氮化硅。然而这些材料仅仅是例子，本发明并不只 限于这些。
组成电路的元件组可以形成于多个层中。如果元件组形成于多个 层中，使用层间绝缘薄膜。作为层间绝缘薄膜的材料，可以使用化合 物材料，包括诸如环氧树脂和丙烯酸类树脂的树脂材料、诸如聚酰亚 胺树脂的透光树脂材料、诸如硅氧烷聚合物的由聚合得到的无机材料、 以及含水溶性均聚物和水溶性共聚物的材料。
硅氧烷由通过硅氧键形成的骨架所组成，其中包括至少含氢的有 机基团(诸如烷基或芳香烃)作为取代基。作为选择，可以使用氟基 作为取代基。还可以选择氟基和至少含氢的有机基团作为取代基。
如果电路具有多层结构，优选使用低介电常数的材料作为层间绝 缘薄膜的材料以减小层与层之间的寄生电容。较小的寄生电容将使得 工作速度更高和功耗更低。
上述层间绝缘薄膜的材料仅仅是例子，本发明并不只限于这些。
读出器/写入器和由这些半导体元件组成的半导体器件之间的无 线通信会受到与具有天线的表面平行的金属表面或高导电性村底表面 的影响。这是因为高导电性衬底吸收了读出器/写入器发射的电磁波。 因此元件组和天线优选形成于诸如玻璃衬底和柔性衬底的绝缘衬底上 而非金属衬底或半导体衬底。
另夕卜，本发明半导体器件中的有机存储器的公共电极形成为线条 形状，这样可以抑制对读出器/写入器发射电磁波的吸收从而能实现长 通信距离。因此本发明能实现包括具有长通信距离和高性能的半导体 元件的半导体器件。
该实施例能与任意上述实施方式结合实行。
实施例3
本实施例描述的是利用分离工艺的柔性半导体器件的制造步骤。 被分离的元件组601附着到柔性的保护层701,并且附着到柔性
的保护层702，在保护层702上形成有天线102等，据此实现了半导 体器件(闺7A)。注意，柔性的保护层的例子为柔性衬底。
图7A所示的半导体器件包括柔性的保护层701、包括天线102 的柔性的保护层702、和通过分离工艺从衬底上分离的元件组601。形 成在保护层702上的天线102电连接到元件组601。尽管天线102在 所示结构中仅形成于保护层702上，但是本发明并不只限于此结构， 天线102也可以形成于保护层701上或者与元件组601形成于同一衬 底上。
当在元件组601和保护层701之间以及元件组601和保护层702 之间形成由氮化硅等制成的膜时，可以保护元件组601使其免于受到 碱金属等的污染。这样就可以实现增强了可靠性的无线标签。
天线102优选为银、铜，或镀有它们的其他金属。元件组601通 过对各向异性的导电膜进行UV处理或者超声波处理来连接到天线 102;然而本发明并不只限于这种方法而可以采用各种方法。
图7B是图7A的横截面视图。夹在保护层701和702之间的元 件组601的厚度优选为小于或等于5nm，更优选0.1到3nm。假设保 护层701和702的总厚度为d，保护层701和702的每个的厚度优选 为(d/2)士30nm,更优选为(d/2)土10nm。元件组601的面积小于等于5mm 见方(25mm2 )，优选为0.3到4mm见方(0.09到16mm2)。
由有机树脂材料形成的保护层701和702具有高抗弯曲性。与形 成在诸如硅衬底的单晶半导体衬底上相比，形成在玻璃衬底等上然后 利用分离工艺从衬底分离的元件组601具有更高的抗弯曲性。元件组 601可以与保护层701和702紧密附着而不留空隙；因此，得到的半 导体器件自身具有高弯曲抗性。这样的夹在保护层701和702之间的
元件组601可以放置于物体的表面或内部，或者结合入纸中。
根据具有柔性的半导体器件附着到具有弯曲表面的衬底上的情 况进行说明(图7C)。图7C显示了构成半导体器件的一个晶体管。 漏区703、栅电极506和源区704线性^^列，电流按此方向流动。电 流方向与衬底弯曲的弧相垂直。这种排列使得即使衬底弯曲成弧形，
也可以减小晶体管上的应力的影响并且抑制晶体管特性的变化。
为了防止半导体元件诸如晶体管因应力而净皮损坏，半导体元件的
有源区(硅乌部分)优选占有不超过衬底面积的50% (优选为1到 30%)。未设置诸如晶体管的半导体元件的区域主要包括基底绝缘薄 膜材料、层间绝缘薄膜材料和布线材料。除了晶体管的有源区等部分 以外的区域优选占有不少于衬底面积的60%。其结果，可以提供易于 弯曲并且高集成度的半导体器件。
如上所述，当元件组601附着到柔性的保护层等时，可以提供小、 轻而坚固的半导体器件。另外，通过将元件组601附着到柔性衬底上 而获得的半导体器件101可以被附着到除平坦表面之外的表面、诸如 弯曲的表面上，因此而能实现各种应用。
例如属于本发明的半导体器件101的一种模式的无线标签能被紧 密附着到诸如瓶子的弯曲表面上。另外因为衬底能被重复利用，所以 能提供廉价的半导体器件。
这样形成的本发明的半导体器件和读出器/写入器之间的无线通 信会受到与具有在平坦表面上的天线的表面平行的金属表面或高导电 性衬底表面的影响。这是因为高导电性衬底吸收了读出器/写入器发射 的电磁波。因此元件组601和天线102优选形成于诸如玻璃衬底和柔 性衬底之类的绝缘衬底上而非金属衬底或半导体衬底。
另外，存储元件的第二导电层304即公共电极形成线条形状，这 样可以抑制对读出器/写入器发射电磁波的吸收从而能实现长通信距 离。因此本发明能实现小、轻而且廉价、并具有作为附加价值的长通 信距离和柔性的半导体器件。
该实施例能与任意上述实施方式结合实行。
实施例4
在本实施例中，将具体描述本发明半导体器件的应用。 本发明的半导体器件使用广泛。例如属于本发明的半导体器件 101的一种模式的无线标签可以用在各种对象上，例如钞票、硬币、
证券、证件、无记名债券、包装容器、书籍、记录媒介、个人物品、 交通工具、食品、衣物、健康用品、家居用品、药品以及电子装置。
钞票和硬币包括市场流通的货币和在特殊领域内流通的票据，例 如钱(现金代金券)、纪念硬币等。证券包括支票、凭证、本票等。 证件包括驾驶执照、居民证等。无记名债券包括邮票、米券、各种的 赠券等。包装容器包括用于装午餐盒的包装纸、塑料瓶等。书籍包括
文件等。记录媒介包括DVD软件、录像带等。个人物品包括包、眼 镜等。交通工具包括诸如自行车的轮式交通工具、船等。食品包括食 物、饮料等。衣物包括衣服、鞋子等。健康用品包括医疗设备、健康 器械等。家居用品包括家具、照明器材等。药品包括药、农药等。电 子装置包括液晶显示设备、EL显示设备、电视机(电视接收机、薄 型电视接收机)、移动电话等。
当无线标签安装到钞票、硬币、证券、证件、无记名债券等上后， 可以防止伪造。当无线标签安装到包装容器、书藉、记录媒介、个人 物品、食品、家居用品、电子装置等上后，检查系统和租赁系统将运 行得更有效率。当无线标签运用到到交通工具、健康用品和药品等上 后，可以防止伪造和被盗，药品则可以避免被不当购买。无线标签可 以附在产品表面，或者嵌入到产品中。例如，无线标签能够植入书本
的纸张内部，或者包装的有机树脂内部。
当半导体器件像这样用于产品管理和分配系统的时候，可以实现
高性能的系统。例如，如图8A中所示，可以在含有显示部分801的 便携式终端的一侧设置读出器/写入器802，而在产品803的一侧设置 属于本发明的半导体器件的一种模式的半导体器件804。此时，当半 导体器件804靠近读出器/写入器802的时候，显示部分801就显示产 品803的数据，例如成分、原产地、分配过程的记录。
图8B显示了另外一个例子，包括半导体器件804的产品810被 放到传送带上而读出器/写入器设置在传送带旁边。这样产品810能被 方1更地检测。
如果像图8B中的检测系统那样半导体器件804和读出器/写入器
802之间的距离不固定，那么无线标签需要具有长通信距离。不受潮 湿影响的本发明的无线标签通过电磁感应系统传输数据，这样本发明 就能实现传输数据不被阻碍的、并且具有长通信距离的无线标签。 该实施例能与任意上述实施方式结合实行。
实施例5
在本实施例中，将根据图2A、 2B以及图13具体地说明通过电 效应从一个存储元件部分中读出数据的操作。
图13显示了写入数据"O"的存储元件部分的电流-电压特性951 ， 写入数据"l"的存储元件部分的电流-电压特性952，和电阻211的电 流-电压特性953。横坐标轴表示节点a的电压。这里的电阻211是晶 体管。假设3V的电压被施加到公共电极401和Vread之间作为读出 数据时的工作电压。
存储元件部分的电流-电压特性951和晶体管的电流-电压特性 953的交叉点954表示含写入数据"0，，的存储元件部分的存储单元的工 作点。此时节点a的电位是V2(V)。节点a的电位施加到读出放大器 212上以与参考电压Vref进行比较，从而将存储单元中储存的数据判 断为"O"。
另一方面，写入数据"l，，的存储元件部分的电流-电压特性952和 晶体管的电流-电压特性953的交叉点955表示含写入数据"l"的存储 元件部分的存储单元的工作点。此时节点a的电位是V1(V).然后如 图2B中所示，节点a的电位施加到读出放大器212上并与参考电压 Vref进行比较，从而将存储单元中储存的数据判断为"1"。
读出放大器212的功能是比较节点a的电位高于还是低于Vref。 因此Vref的电位要满足Vl<Vref<V2。
以这种方式，通过读出根据存储元件208的电阻值由电阻分压所 决定的电位，可以容易地判断存储单元中存储的数据。
在上述方法中，通过利用存储元件208和电阻分割的电阻值的差 的电压来读出数据；然而也可以通过电流值来读出存储元件208中的数据。
因此，半导体器件结构简单，只需要简单的操作来读写数据，并 且以低造价结合了有机存储器。这种半导体器件可以充分满足长距离 通信时的用户需求。
无线通信距离会受到与具有天线的平坦表面平行的金属表面或 高导电性衬底表面的影响。这是因为高导电性衬底吸收了读出器/写入 器发射的电磁波。
因此，本发明半导体器件中的有机存储器的公共电极形成为线条 形状。当高导电性的公共电极形成为线条形状时，可以抑制对读出器/ 写入器发射电磁波的吸收从而实现长通信距离。因此本发明能实现包 括具有长通信距离并易于使用的半导体器件。
附图标"^i兌明
101:半导体器件 102:天线 103:电源电路104:时钟产生电路 105:调制/解调电路 106:控制电路107:接口 (IF)电路107 108: 存储器109:读出器/写入器 110:布线201:有机存储器202:存 储单元阵列 203:译码器204:选择器205:读/写电路206:存储 单元 207:晶体管 208:存储元件 211:电阻211 212:读出放大器 302:第一导电层 303:有机化合物层 304:第二导电层 305:绝缘 层 306:衬底 401: />共电极 501:接触孔 502:保护层 503:分 离层 504:绝缘层 505:非晶半导体层 506:栅电极601:元件组 602:衬底603:各向异性导电膜604:树脂 701:保护层702:保 护层703:漏电极704:源电极705:栅绝缘层706:结晶半导体 层707:结晶半导体层708:结晶半导体层709:结晶半导体层710: 结晶半导体层711: N型杂质区 712: P型杂质区 713: N型杂质区 714: N型杂质区 715: N型杂质区 716:导电层 717:导电层 718: 导电层719:导电层720:导电层721:导电层722:导电层723: 导电层724:导电层725:导电层726: N型杂质区 727: N型杂 质区 728: N型杂质区 729: N型杂质区 730: N型杂质区 731: N 型杂质区 732: N型杂质区 733: N型杂质区 734:绝缘层 735: 绝缘层736:绝缘层737:绝缘层738:绝缘层739:绝缘层740: 绝缘层741:绝缘层742:绝缘层743:绝缘层744:薄膜晶体管 745:薄膜晶体管746:薄膜晶森管747:薄膜晶体管748:薄膜晶 体管 749:绝缘层 750:绝缘层 751:绝缘层 752:导电层 753:
导电层 754:导电层 755:导电层 756:导电层 757:导电层 759:
导电层 760:导电层 761:导电层 762:绝缘层 763:导电层 764: 导电层 765:导电层766:绝缘层 767:接触孔768:接触孔769:
接触孔 772:绝缘层 773:开口 774:开口 775:第二基底 776:
第一基底780:沟道形成区 781:沟道形成区 782:沟道形成区 783:
沟道形成区 784:沟道形成区 785: P型杂质区 786:导电层 791: 薄膜集成电路801:显示部分802:读出器/写入器803:产品804: 半导体器件810:产品951:电流-电压特性952:电流-电压特性 953:电流-电压特性954:交叉点 955:交叉点
权利要求
1.一种半导体器件，包括具有包括多个存储单元的存储单元阵列的有机存储器；和用来控制所述有机存储器的控制电路，其中，所述多个存储单元中的每个都包括晶体管和存储元件，所述存储元件包括第一导电层、有机化合物层、和第二导电层，所述第二导电层由每个属于所述多个存储单元之一的存储元件所共用，并且形成为线条形状。
2. —种半导体器件，包括具有包括多个存储单元的存储单元阵列的有机存储器；用来控制所述有机存储器的控制电路；和天线，其中，所述多个存储单元中的每个都包括晶体管和存储元件， 所述存储元件包括笫一导电层、有机化合物层、和第二导电层， 所述第二导电层由每个属于所述多个存储单元之一的存储元件 所共用，并且形成为线条形状。
3. —种半导体器件，包括具有包括多个存储单元的存储单元阵列的有机存储器；和用来控制所迷有机存储器的控制电路，其中，所述多个存储单元中的每个都包括晶体管和存储元件， 所述存储元件包括第一导电层、有机化合物层、和第二导电层， 所述第二导电层由每个属于所述多个存储单元之一的存储元件 所共用，并且形成为线条形状， 所述第一导电层或/和所述第二导电层是透光的。
4. 一种半导体器件，包括具有包括多个存储单元的存储单元阵列的有机存储器；用来控制所述有机存储器的控制电路；和天线，其中，所述多个存储单元中的每个都包括晶体管和存储元件， 所述存储元件包括第一导电层、有机化合物层、和第二导电层， 所述第二导电层由每个属于所述多个存储单元之一的存储元件 所共用，并且形成为线条形状，所述第 一导电层或/和所述第二导电层是透光的。
5. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 所述有机化合物层是电子传输层或空穴传输层。
6. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 所述有机化合物层包括电阻受到光照、加热或电效应而改变的材料。
7. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 除了所述有机存储器之外，所述半导体器件还包括DRAM (动态随机 访问存储器)、SRAM (静态随机访问存储器)、FeRAM (铁电体随 机访问存储器)、掩模型ROM (掩模型只读存储器)、PROM (可 编程只读存储器)、EPROM (电可编程只读存储器)、EEPROM (电 可擦除可编程只读存储器)以及闪存中的一种或多种。
8. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 除了所述控制电路之外，所述半导体器件还包括电源电路、时钟产生 电路、调制/解调电路、以及接口电路中的一种或者多种。
9. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 所述有机存储器和所述控制电路设置在玻璃衬底上。
10. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 所述有机存储器和所述控制电路设置在柔性衬底上。
11. 根据权利要求1或3所迷的半导体器件，其中，所述有机存 储器、所述控制电路和天线形成在玻璃衬底上。
12. 根据权利要求1或3所述的半导体器件，其中，所述有机存 储器、所述控制电路和天线形成在柔性衬底上。
13. 根据权利要求2或4所述的半导体器件，其中，所述有机存 储器、所述控制电路和所述天线形成在玻璃衬底上。
14. 根据权利要求2或4所述的半导体器件，其中，所述有机存 储器、所述控制电路和所述天线形成在柔性衬底上。
15. 根据权利要求1到4的任意一项所述的半导体器件，其中， 所述控制电路包括薄膜晶体管。
全文摘要
本发明提供一种可以在制造后写入数据并能防止因数据重写引起的伪造、而且结构简单、材料便宜、制造成本低廉的半导体器件。本发明还提供一种具有上述功能的、其内部结构不会阻碍无线通信的半导体器件。本发明的半导体器件包括有机存储器，具有包括多个存储单元的存储单元阵列；控制电路，用来控制有机存储器；以及布线，用来连接天线。多个存储单元中的每一个包括晶体管和存储元件。存储元件具有有机化合物层夹在第一导电层和第二导电层之间的结构。第二导电层是线条形状。
文档编号H01L29/786GK101111940SQ20058004293
公开日2008年1月23日 申请日期2005年11月21日 优先权日2004年12月3日
发明者加藤清 申请人:株式会社半导体能源研究所