专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及可在不接触的条件下发送和接收不同信息的半导体器件。
背景技术：
近年来，对象识别技术已经引起了关注。在 对象识别技术中，诸如对象的历史记录等信息通过给相应的对象分配ID (标识号)而被分离。这对于这些对象的操纵和管理非常有用。特别地，已经发明了可在不接触的条件下发送和接收数据的半导体器件。这样，半导体器件、RFID标签(无线电频率识别)(也称作ID标签、IC标签、RF (无线电频率)标签、无线标签、电子标签、以及无线芯片)等已经被尝试引入商业和市场等领域。RFID标签一般包括具有晶体管及类似器件、天线和能够通过电磁波执行与外部器件(读写器)通信的集成电路部分。最近，已经通过为各种产品提供RFID标签来设法监视和控制产品。例如，不但诸如产品的库存数量或库存状况的库存管理，而且能够以简单的方式自动控制产品的产品控制系统，都被建议为产品加上RFID标签(参考文献I :日本专利特许公开第2004-359363号)。另外，为了加强预防犯罪的效果，建议将RFID标签用于安全设备和安全系统(参考文献2 :日本专利特许公开第2003-303379号)。此外，建议通过在票据、有价证券或其它类似物上加入RFID标签的方法来预防其的违法使用(参考文献3:日本专利特许公开第2001-260580号)。因此，RFID标签被建议在各种领域中使用。
发明内容
本发明的目的是提供适合于新用法的器件，新的用法通过使用半导体器件如根据性能的RFID标签而在不接触的条件下发送和接收数据，以减少使用者的负担，并提高便利性。为了达到以上的目的，本发明采用下面的方法。根据本发明的一个特征，半导体器件具有包含晶体管的运算处理电路，用作天线的导电层，以及具有检测物理量和化学量的部件的检测单元，其中的运算处理电路、导电层和检测单元都被保护层覆盖。注意，在本发明中，物理量涉及温度、压力、气流、光、磁力、声波、振动、加速度、湿度等，而化学量涉及化学物质等如气体的气体组分等或者离子的液体组分等。化学量也包括有机化合物如血液、汗液、尿液或其它物质中的特殊生物物质(例如血液中的血糖水平等)。另外，根据本发明的另一个特征，半导体器件具有包含晶体管的运算处理电路，用作天线的导电层，具有检测物理量和化学量部件的检测单元，以及存储由检测单元检测至IJ的数据的存储单元，其中的运算处理电路、导电层、检测单元以及存储单元都被保护层覆
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此外，根据本发明的另ー个特征，半导体器件包含具有在衬底上提供的晶体管的元件，检测单元电连接在此晶体管上并在此元件之上提供，以及用作天线的导电层，其中的衬底、元件、检测单元和天线都被保护层覆盖。还有，根据本发明的另ー个特征，半导体器件包含至少具有在衬底上提供的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的元件；电连接第一晶体管并在元件之上提供的检测单元；电连接第二晶体管并在元件之上提供的存储单元；以及用作天线的导电层，电连接第三晶体管并在元件之上提供，其中衬底、元件、检测单元、存储单元和用作天线的导电层都被保护层覆盖。此外，根据本发明的另ー个特征，半导体器件包含至少具有在衬底上提供的第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的元件；电连接第一晶体管并在元件 之上提供的检测单元；电连接着第二晶体管并在元件之上提供的存储单元；以及用作天线的导电层，电连接第三晶体管并在元件之上提供，其中存储单元具有的结构中，包括在元件之上形成的第一导电层、有机化合物层以及被堆叠起来的第二导电层，其中的衬底、元件、检测单元、存储单元和用作天线的导电层都被保护层覆盖。根据上述特征，检测単元可被提供成具有第一层、第二层和第三层的堆叠结构。另夕卜，在检测单元中，第一层和第二层可处理成平行排列在相同层内，使得第二层被处理成平行排列在第一层和第三层之间。在该结构中，第二层还可被提供成覆盖第一层和第三层。另外，根据上述特征，玻璃衬底或具有弹性的衬底可被用作这种衬底。根据上述特征，本发明的半导体器件包含作为保护层的ニ氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、类金刚石碳(DLC)或氮化碳。应用本发明，可实现具有检测多种物理量和化学量能力的半导体器件的縮小化和轻量化。另外，在本发明的半导体器件中，半导体器件的表面被保护层如类金刚石碳(DLC)覆盖；因此，即使当半导体器件植入人体或动物体时也可維持无创状态。此外，因为本发明的半导体器件可具有弾性，所以半导体器件也可以是具有曲面的物体。另外，通过包含检测元件以及用于将检测元件检测到的数据转换成电信号等的检测控制电路，本发明的半导体器件可检测多种物理量或化学量，并可在不接触的条件下通过读写器显示数据。因此，即使在提供给人类或动植物时，本发明的半导体器件仍可降低使用者的负担并提高便利性。
图I是示出根据本发明的半导体器件的ー个示例的图；图2是示出根据本发明的半导体器件的一个示例的视图；图3A和3B是分别示出根据本发明的半导体器件的一个示例的视图；图4A和4B是分别示出根据本发明的半导体器件的一个示例的视图；图5A到5E是分别示出根据本发明的半导体器件的一个示例的视图；图6A到6D是分别示出根据本发明的半导体器件的一个示例的视图；图7A和7B是分别示出根据本发明的半导体器件的ー个示例的图；图8是示出根据本发明的半导体器件的ー个示例的图9是示出根据本发明的半导体器件的一个示例的图；图10是是示出根据本发明的半导体器件的一个示例的图；图IlA到IlF是分别示出根据本发明的半导体器件的使用模式的一个示例的视图；图12是示出根据本发明的半导体器件的使用模式的一个示例的视图；图13A和13B是分别示出根据本发明的半导体器件的一个示例的视图；图14A和14B是分别示出根据本发明的半导体器件的一个示例的结构图和曲线图；以及图15A到15E是分别示出根据本发明的半导 体器件的一个示例的图和曲线图。
具体实施例方式本发明的实施例将在下文中参照
。但是，容易理解，不同的变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。因此，除非这些变化和修改脱离了本发明，否则它们都应被视为包含在本发明范围内。注意用于说明实施例的所有附图中的相同部分或具有相同功能的部分用相同的附图标记表示，并省略对它们的详细描述。(实施例I)在该实施例中，根据本发明的半导体器件的一个示例将被参照
。该实施例中示出的半导体器件100具有运算处理电路101、检测单元102、存储单元103、天线104等，并包括在不接触的条件下通过天线104与外部器件(如读写器112)互通数据的功能(图I)。根据来自读写器112的信号，运算处理电路101与检测单元102或存储单元103互通数据。例如，运算处理电路101选取在检测单元102中检测的数据，将这些数据写入存储单元103，或读出写入存储单元103的数据。然后，基于这些数据或从检测单元102中检测的数据执行运算处理，以向读写器112输出结果。检测单元112可通过物理或化学方法检测温度、压力、气流、光、磁力、声波、加速度、湿度、气体组分、液体组分或其它属性。另外，检测单元102包括检测物理量或化学量的检测元件105，以及将被检测元件105检测到的物理量和化学量转换成适当的信号如电信号的检测控制电路106。检测元件105可由电阻元件、光电转换元件、温差电动势元件、晶体管、电热调节器、二极管等组成。注意，可提供多个检测单元102，这种情况下，可同时检测多个物理量或化学量。另外，本文中，物理量涉及温度、压力、气流、光、磁力、声波、加速度、湿度等，而化学量涉及化学物质如气体的气体组分等或离子的液体组分等。化学量也包括有机化合物如血液、汗液、尿液或其它物质中的特殊生物物质(例如血液中的血糖水平等)。特别地，当检测化学量时，不可避免地要有选择地检测特殊的物质。因此，要预先提供有选择地与检测元件105中检测到的物质起反应的物质。例如，当检测生物物质时，适当地提供有选择地与检测元件105中检测到的生物物质起反应的酶、抗体分子、微生物细胞等物质，并将其固定在高分子量的材料或类似物中。存储单元103可存储由检测单元102检测到的数据等，它包括存储数据的存储元件107，以及控制数据在存储元件107中的写入、读出等行为的控制电路108。注意，存储单元103并不限于ー个，多个存储单元103如SRAM，闪存、ROM、FeRAM或有机存储器等都可使用。此外，存储单元103可以是它们的组合。注意有机存储器指具有夹在ー对电极之间的有机化合物层的存储器。有机存储器可在小盒、更薄的薄膜中形成，并同时在低成本下具有很大的电容。因此，通过提供具有有机存储器的存储器103，可以实现縮小化、轻量化和低成本的半导体器件。接下来，将简要说明读写器112和半导体器件100之间的数据通信。首先，作为电磁波从读写器112发送的信号在天线104中被转换成AC电信号，然后，随着AC电信号的使用，电源电路109产生电源电压，并给各电路提供电源电压。在解调电路110中，AC电信号被解调并随之提供给运算处理电路101。在运算处理电路101中，根据输入信号，执行各运算处理，命令控制检测单元102和存储单元103等，并执行数据通信。然后，检测单元102中检测到的数据从运算处理単元101发送到调制电路111，并根据来自调制电路111的数据在天线104中加入负载调制。因此，通过电磁波接 收加入天线104的负载调制，读写器112可读出数据。注意，该实施例中示出的半导体器件100可能是不提供电源电压(电池113)，而通过电磁波供应各电路的电源电压的类型，也可能是提供电池113，利用电池113为各电路提供电源电压的类型，或者是提供电池113，利用电池113和电磁波为各电路提供电源电压的类型。当不提供电池给半导体器件时，没有必要调换电池。因此，半导体器件可以在低成本下制造。接下来，根据本发明的半导体器件的顶视图结构的ー个示例将參照图2进行说明。图2中所示的半导体器件100具有薄膜集成电路240，其配有包含在电路诸如运算处理电路101等的电路中的多个元件，以及用作天线104的导电层241。用作天线的导电层241与薄膜集成电路240电连接。注意，该实施例示出提供线圈中用作天线的导电层241，并应用电磁感应型或电磁耦合型的示例。但是，本发明的半导体器件并不限于这些，还可应用微波型。在微波型的情况中，用作天线的导电层241的形状可根据所使用的电磁波的波长来适当地決定。另外，半导体器件的縮小化可通过提供用作天线的导电层241和薄膜集成电路240进行交迭来实现。然后，将參照图3A和3B以及图4A和4B来说明根据本发明的半导体器件的横截面结构，包括运算处理电路101、检测单元102、存储单元103和天线104。注意，本文中检测単元102的结构包括检测元件105和检测控制电路106，而存储単元103的结构包括存储元件107和控制电路108。图3A中的半导体器件具有包含在运算处理电路101中的元件201、包含在检测控制电路106中的元件202、对控制电路108进行控制的元件203、以及用作天线104的导电层204。在图3A中，检测元件105对应于第一层205、第二层206和第三层207的堆叠，并电连接到包含在检测控制电路106内的元件202上。存储元件107对应于第一导电层208、包含有机化合物的层209以及第二导电层210的堆叠，并电连接到包含与控制电路108中的元件203上。元件201、202和203各包含晶体管、电容元件、电阻元件及类似元件，而图中的结构示出作为元件201、202和203的多个晶体管。至于晶体管，可使用薄膜晶体管(TFT)或半导体的硅或其它物质的衬底中具有沟道层的场效应晶体管(FET)。另外，用作天线的导电层104电连接到包含在元件201中的晶体管或类似物上。至于第一导电层208或第二导电层210，可以使用金(Au)、银(Ag)、钼(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钥(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等元素中的一个元素，形成单层或由包含多种元素的合金构成的堆叠结构。如包含Al和Ti的合金等可作为合金的示例来提供。此外，还可使用另一种光传输氧化导电物质如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、或氧化镓锌(GZO)。还可使用含有二氧化娃的氧化铟中进一步混合了 2wt. %到2(^1:. %的氧化锌的材料。至于包含有机化合物的层209，可使用低分子量化合物如4，4’ -双[Ν_(1_萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写a-NPD)或4，4’ -双[N_(3_甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写Tro)的单层或堆叠结构，或高分子量化合物如聚 对亚苯基亚乙烯基(PPV)、[甲氧基-5-(2-乙基)己氧基]-对亚苯基亚乙烯基(MEH-PPV)、聚(9，9_ 二烷基芴)(PAF)、聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚芘或聚咔唑的单层或堆叠结构。除低分子量化合物或高分子量化合物形成的层之外，低分子量化合物或和高分子量化合物与无机化合物混合的层也可进行堆叠使用。另外，虽然图3A显示存储元件107在这种情况下使用了无源矩阵型，但是也可以使用有源矩阵型。另外，作为这种情况下的示例，用作天线的导电层204与晶体管的源线或漏线处于同一层中，但是导电层204也可能与晶体管的栅电极、存储元件107中的一对导电层、或检测元件中的导电层处于同一层中。因此，通过将用作天线的导电层与其它元件内的导电层置于同一层，就没有必要单独提供用作天线的导电层的形成步骤。因而，用作天线的导电层的形成步骤和其它元件内导电层的形成步骤可同时进行。因此，制造过程可被简化，而且可实现生产成本的降低和良品率的提高。另外，当分别形成作为天线的导电层和其它元件内的导电层时，可采用印刷方法如丝网印刷术或微滴放电方法(droplet dischargingmethod)来形成用作天线的导电层，以实现材料的使用中生产过程的简化和效率的提高。注意，该实施例示出用作天线的导电层204与其它元件中的导电层处于同一层的示例，但是也有可能通过单独制造并在后续的步骤中进行附着以电连接到晶体管上来提供用作天线的导电层。检测元件105的结构依赖于被检测的物理量或化学量。换句话说，检测元件105基于它的结构而具有不同的效果。例如，当各包含在检测元件105中的第一层205、第二层206和第三层207分别是P型半导体层、I型半导体层和N型半导体层时，检测元件105符合PIN 二极管结构。PIN 二极管具有当被光线照射时产生电流的性质，并能检测光。注意，至于检测光的元件，不仅可使用PIN 二极管，而且可使用其它元件如PN 二极管、肖特基二极管、雪崩(avalanche) 二极管、光电晶体管、光电可控硅或光闸流管。另外，当各包含在检测元件105中的第一层205、第二层206和第三层207分别是导电层、化合物半导体层和半导体层时，检测元件105可检测紫外线。这是因为检测元件105具有当被紫外线照射时产生电流的性质。用于第一层205和第三层207的导电层由已知的导电材料构成，用于第二层206的化合物半导体层由包括铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和氮中的一种或多种元素的半导体构成。化合物半导体的晶体结构可以是无定形态或微晶态。此外，当各包含在检测元件105中的第一层205、第二层206和第三层207分别是导电层、压电层和导电层时，检测元件105可检测压カ的变化。这是因为检测元件105的电容随着压カ的改变而改变。因此，压カ的变化可以通过读出电容的变化而被检測。压电层由包括石墨、钛、锆和氧的物质或包括石墨、锶、钛、锆和氧的物质形成。注意，当检测元件105中的第一层205作为导电层与用作天线的导电层204使用相同的材料时，可尝试用相同的材料在同一层中形成第一层205和用作天线的导电层204，以简化制造过程。另外，当检测元件105中的第一层205作为导电层与第一导电层208使用相同的材料时，可尝试用相同的材料在同一层中形成第一层205和第一导电层208,以简化制造过程。此外，还可用相同的材料在同一层中形成第 一层205、第一导电层208和用作天线的导电层204。接下来，将參照图3B来说明根据本发明的半导体器件100的不同于以上结构的横截面结构。图3B中的半导体器件具有检测元件105、存储元件107、元件201、202和203，以及导电层204。虽然晶体管的源线或漏线在存储元件107的第一导电层208内，但是不必说，图3A中的第一导电层与源线或漏线可通过其上的绝缘层来分开提供。另外，虽然用作天线104的导电层204与形成栅电极的导电层处于同一层，但是用作天线104的导电层204也可与上述晶体管的源线或漏线、形成存储元件107的ー对导电层、或形成检测元件的导电层处于同一层。当然，用作天线104的导电层可用印刷方法或微滴放电方法形成。作为备选的方案，在与形成晶体管的衬底隔离的衬底上形成导电层之后，导电层可被附着在形成晶体管的衬底上。虽然图3B示出存储元件107在这种情况中使用了无源矩阵型，但是也可以使用有源矩阵型。检测元件105具有导电层211、吸湿层202和导电层213。吸湿层212包含有吸湿性的有机材料，特别是聚酰亚胺、丙烯酸等。此外，包含以纤维质亲水高分子材料、铵盐、或硫磺酸基、多孔陶瓷、氯化锂等为基础的材料也可用作吸湿层212。当水渗入吸湿层212吋，吸湿层212的介电常数随渗入水的数量而变化。因此，检测元件105的电容发生变化。通过读出该随周围环境而变的电容，可检测出湿度。另外，通过提供如图3A所示的在薄膜中用作导电层的第三层207，吸湿层通过检测元件105中的导电层吸收或放出湿气。因此，可能产生ー种结构，其中吸湿层212夹在导电层之间。注意，当检测器105的导电层211或导电层213与用作天线的导电层204使用同ー种材料时，可尝试用相同的材料在同一层中形成导电层211或导电层213和用作天线的导电层204，以简化制造过程。另外，当检测器105的导电层211或导电层213与第一导电层208使用同一种材料时,可尝试用相同的材料在同一层中形成第一层205和第一导电层208，以简化制造过程。此外，还可用相同的材料在同一层中形成导电层211、导电层213、第一导电层208和用作天线的导电层204。接下来，将參照图4A来说明根据本发明的半导体器件100的不同于以上结构的横截面结构。图4A中所示的半导体器件具有检测元件105、存储元件107、元件201、202和
203、以及导电层204。虽然，本文中提供了覆盖在晶体管的源线或漏线上的绝缘层，而且检测元件105的第一层和存储元件107的第一导电层208形成于绝缘层之上，但是此第一层和第一导电层也可与源线和漏线形成于同一层中。虽然图4A示出存储元件107在这种情况中使用了无源矩阵型，但是也可使用有源矩阵型。检测元件105具有导电层217、包含有机化合物的层218和导电层219。检测元件105的电阻值随周围环境温度的变化而变化。温度通过读出随周围环境而变化的电阻值来检测。注意，在上述结构中，包括含有有机化合物的层218的元件用作检测温度的元件，但是，本发明并不限于这种结构。晶体管可被用作检测温度的元件。晶体管的源和漏之间的电阻值随着周围环境温度的改变而改变。温度可通过读出随周围环境而变化的电阻值来检测。注意，当检测元件105的导电层217与用作天线的导电层204使用相同的材料时，可尝试用相同的材料在同一层中形成第一层205和用作天线的导电 层204，以简化制造过程。另外，当检测元件105的导电层217与第一导电层208使用相同的材料时，可尝试用相同的材料在同一层中形成第一层205和第一导电层208，以简化制造过程。此外，还可用相同的材料在同一层中形成导电层217、第一传导层208和用作天线的导电层204。更进一步，当检测元件105中包含有机化合物的层218与存储元件107中包含有机化合物的层209使用相同的材料时，可尝试用相同的材料在同一层中形成包含有机化合物的层218和包含有机化合物的层209，以简化制造过程。注意，在这种情况下，检测元件的导电层219和存储元件的第二导电层210可用相同的材料形成。接下来，将参照图4B来说明根据本发明的半导体器件100的不同于以上结构的横截面结构。图4B中所示的半导体器件具有检测元件105、存储元件107、元件201、202和203、以及导电层204。虽然，在本文中晶体管的源线或漏线在存储元件107的第一导电层中，但是不必说，图4A中的第一导电层与源线或漏线通过其上的绝缘层而分开提供。另外，虽然用作天线导电层204与构成存储元件107的第一导电层和构成检测元件的第一层处于同一层中，但是导电层204也可处于上面提到的其它层中。检测元件105具有导电层214和响应层215。导电层214由已知的导电材料构成。当二氧化氮气体或一氧化氮气体是要被检测的对象时，响应层215由含有金属亚硝酸盐或金属硝酸盐，或两种都含的材料构成。另外，当二氧化碳为检测对象时，使用的材料中包含金属碳酸盐或金属碳酸氢盐，或两种都含。金属硝酸盐是例如硝酸锂、硝酸钠等。金属碳酸盐是例如碳酸锂、碳酸钠等。金属碳酸氢盐是例如碳酸氢钠、碳酸氢钾等。在响应层215中，取决于检测对象气体的部分压力的改变，产生了电化学的离解平衡。这导致发送给元件202的电动势发生改变。元件202可通过读出这种电动势的变化来检测周围气体。接下来，将参照图13A和13B来说明半导体器件100的不同于以上结构的横截面结构。图13中所示的半导体器件具有检测元件105、存储元件107、元件201、202和203、以及导电层204。图13A和13B说明了由有机化合物或其它物质如生物物质构成的化学物质的情况。检测元件105的结构具有平行排列(图13A)的第一层251、第二层252和第三层253。注意，本文中，示出的是第一层251到第三层253平行排列的情况，但是，如上所述，第一层251到第三层253也可以是堆叠排列，或作为备选的方案,第一层251和第三层253平行排列，而第二层252可覆盖在第一层和第三层上。另外，至于第一层251和第三层253,使用是如图3A和3B以及4A和4B所不的已知导电层。至于导电层，可使用金(Au)、银(Ag)、钼(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钥(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、碳(C)、铝(Al)、锰(Mn)、钛(Ti)、钽(Ta)等中的一个元素，形成单层或由包含多种元素的合金构成的堆叠结构。至于第二层252，提供了有选择地与要被检测物质起反应的物质(识别元素)。例如，在高分子量材料或类似物的基体265上用已知固定的方法提供有选择地与要被检测物质起反应的酶266。然后，通过使第二层252与血液、汗液、尿液等进行接触，使其中含有的特殊物质与第二层起反应，从而在检测元件105中检测到。另外，除了酶之外，根据被检测的物质，各种蛋白质、DNA、抗体分子、微生物细胞等都可以被固定在基体265上。本文中，将简要介绍生物物质261到263中的三种物质。当酶266和生物物质261有选择地反应时，检测元件105通过第一层251和第三层253之间的电阻或电流值检测到生物物质261的存在或组成。更具体地说，由于作 为识别元素固定在高分子量材料等的基体265上的酶266与生物物质261之间的生物化学反应，可通过测量在第一层和第三层中产生或消耗的化学物质来进行检测。另ー方面，若生物物质262和263不与酶266反应，将完全检测不到这种物质(图13B)。因此，通过提供具有与要在检测元件105中被检测的物质起反应的酶或类似物的第二层252，容易得到这种特殊生物物质的存在和组成等信息。另夕卜，多个检测元件以及与特殊生物物质起反应的酶或类似物被提供给各检测元件。因此，可同时检测多种生物物质。此外，图13A和13B作为检测元件105示出ー结构，其中在各形成导电层的第一层和第三层之间提供了具有识别元件的第二层252，但是检测元件105也可使用ISEFT(离子敏感场效应晶体管)或类似结构。注意，图3A和3B，图4A和4B，以及图13A和13B中所示的结构可任意组合。换句话说，用作天线104的导电层204的位置、存储元件107的位置和其结构(无源矩阵型或有源矩阵型)、检测元件105的位置等任意组合出的结构都包括在本发明的半导体器件中。另外，在以上结构中，虽然运算处理电路101、检测单元105、存储单元103、以及天线104都在衬底216上提供，但是本发明并不限于这种结构。运算处理电路101等包含的多个元件都可从衬底216上蚀刻。通过从衬底216上蚀刻这些元件，可以实现縮小化、薄层化和轻量化。因此，将參照图5A到5E来说明从衬底216上蚀刻这些元件的过程。首先，蚀刻层221和包含多个薄膜集成电路的层222堆叠形成在衬底220上(图5A)。蚀刻层221通过已知的方法(溅射法、等离子体化学气相沉积法等)由包括钨、钥和硅中的ー种或多种元素的材料形成。包含薄膜集成电路的层222具有多个包含在运算处理电路101等中的元件。接下来，在衬底220上蚀刻出薄膜集成电路223。本文中，随着激光(如紫外线)的照射，有选择地在包含多个薄膜集成电路的层222上形成开ロ，使蚀刻层221暴露。然后，使用物理力从衬底220上蚀刻出薄膜集成电路223。另外，形成开ロ之后，可用蚀刻剂在从衬底220上蚀刻出薄膜集成电路223之前去除蚀刻层221 (图5B)，然后再蚀刻薄膜集成电路223。本文中，通过将蚀刻剂引入开ロ来去除蚀刻层221，包含多个薄膜集成电路的层222被分割以形成多个薄膜集成电路223。至于蚀刻剂，可用含有卤素氟化物的气体或液体，特别是三氟化氯(ClF3)更适合使用。然后，薄膜集成电路223的ー边附着在基体224(也可称作衬底224)上，以从衬底220上蚀刻出薄膜集成电路223 (图5C)。然后，薄膜集成电路的另ー边附着在基体225上，在基体224和225之间密封薄膜集成电路223 (图OT)。在这种情况中，被密封在基体224和225之间的薄膜集成电路223可继续通过使用执行热处理或压カ处理的封印滚筒226、缠着基体225的供给滚筒227和带式运送机来形成。然后，基体224和225被切割部件228切断。从而完成了被密封在基体224和225之间的薄膜集成电路223。本发明的半导体器件包含在如前所述的密封在基体224和225之间的薄膜集成电路223的类别内。注意基体224和225各对应于由有机树脂(如塑料衬底)或薄膜(如聚丙烯、聚酯、乙烯基、聚氟乙烯、聚氯乙烯等形成的薄膜)形成的衬底。另外，当本发明的半导体器件被植入人体时，为了避免对人体的伤害，优选地提供保护层230来覆盖在基体224和225上。保护层230是由对人体无害的材料构成的，特别是二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、钛(Ti)、类金刚石 碳(DLC)、氮化碳等绝缘层。注意DLC本文中也包括氢化无定形碳薄膜等。接下来，将参照图6A到6D来说明不同于以上所述的从衬底216上蚀刻这些元件的过程。首先，蚀刻层221、包含多个薄膜集成电路的层222和保护层231在衬底220上形成(图6A)。接下来，有选择地在保护层231和包含多个薄膜集成电路的层222上形成开口，使蚀刻层221暴露(图6B)。然后，包含多个薄膜集成电路的层222被用以上图5A到5E中所述的方法从衬底220上蚀刻出来。本文中，通过将蚀刻剂引入在包含多个薄膜集成电路的层222和保护层231中提供的开口来去除蚀刻层221，包含多个薄膜集成电路的层222被分割以形成多个薄膜集成电路223。然后，薄膜集成电路223的一边附着在基体224上，以从衬底220上蚀刻出薄膜集成电路223 (图6C)。随后，在薄膜集成电路223暴露处的一边上形成保护层232 (图6D)。从而完成了覆盖着保护层232的薄膜集成电路223。随后，基体224被切割部件228切断。从而完成了覆盖着保护层231和232的薄膜集成电路223。注意，部分保护层被有选择地去除以提供开口并根据被检测的物理量或化学量暴露检测元件。在本实施例所示的半导体器件中，可检测多种物理量或化学量，并在不接触的条件下将这些信息显示和控制到外部器件上。另外，根据本发明的半导体器件的表面被保护层如DLC覆盖，因此，当半导体器件被植入人体时不用担心会产生有害的影响。(实施例2)在本实施例中，将参照附图来说明以上实施例中所示的检测元件的结构。图7A和7B各示出一个可检测环境亮度或光照的检测单元的示例。检测元件708由光敏二极管、光电二极管或类似物构成。检测控制元件709具有检测驱动电路752、检测电路753和A/D转换电路754 (图7A)。检测电路753将参照图7B在下文中介绍。当重置TFT755被设在导电状态时，检测元件708被施加反偏电压。这里，将检测元件708的负端电势充电到电源电压的电势的操作被称为“重置”。然后，重置TFT755被设为不导电状态。这时，电压状态由于检测元件708的电动势而随时间改变。换句话说，被充电到电源电压的电势的检测元件708的负端电势，随光电转换所产生的电荷而逐渐增大。在一段时间之后，当偏置TFT757被设为导电状态时，信号通过放大TFT756被输出到输出端。在这种情况下，放大TFT756和偏置TFT757用作所谓的源跟随电路。虽然这里示出的是通过η沟道TFT形成源跟随电路的示例，但是源跟随电路当然也可用P沟道TFT形成。给放大电源线758加入电源电压Vdd。给偏置电源线759提供O伏的参考电压。放大TFT756的漏极连接在放大电源电压线上，而源极连接在偏置TFT757的漏极。偏置TFT757的源极连接在偏置电源线759上。给偏置TFT757的栅极提供偏置电压Vb，则有偏置电流Ib流过TFT。偏置TFT757主要用作恒定电流源。给放大TFT756的栅极加入输入电压Vin，而源极用作输出端。源跟随电路的输入与输出的关系为Vout = Vin-Vb。输出电压Vout被A/D转换器转换为数字信号。数字信号被输出到运算处理电路703。图8示出一个为检测元件提供检测静电容量的元件的示例。检测静电容量的元件具有ー对电极。液体或气体检测对象被充填到这对电极之间。通过检测这对电极之间静电容量的改变，可确定如封在容器内的物质的状态。 另外，湿度的改变也能通过读出这对电极间的聚酰亚胺、丙烯酸或吸湿电解质材料的电阻的变化而被检测。检测控制电路709具有以下结构。振动电路760为测量产生參考信号并将信号输入到检测元件708的电极上。这时电压也被输入到电压检测电路761上。被电压检测电路761检测到的參考信号被转换电路763转换成表示有效值的电压信号。检测元件708的电极之间的电流被电流检测电路762检测。被电流检测电路762检测到的信号被转换电路764转换成表示有效值的电流信号。运算电路766通过对转换电路763的输出电压信号和转换电路764输出的电流信号的运算处理来计算电压參数如阻抗或导纳。电压检测电路761的输出和电流检测电路762的输出被输入到相位比较器电路765中。相位比较器电路765将两个信号之间的相位差输出到运算电路767。运算电路767通过使用运算电路766和相位比较器电路765的输出信号来计算静电容量。然后，信号被输出到运算处理电路703。图14A和14B，以及图15A到15E各示出检测温度的检测元件的等效电路及操作。首先，将參照图14A和14B来说明使用在一对导电层之间含有有机化合物层的元件作为检测元件来检测温度的情況。检测温度的检测元件971和恒定电流源972被连接在一起，而检测元件971的一端被连接到具有恒定电压(VDD)的高电压电源上。另外，恒定电流源972的一端被连接到具有恒定电压(VSS)的低电压电源上(图14A)。检测元件971具有电阻值随周围环境温度而变化的性质。具体地说，由于室温被设为常温，当温度变得比常温高吋，电阻值減少，而当温度变的比常温低吋，电阻值増加。检测元件971的该性质如图14B中的曲线图所示，其表示了检测元件971的电压电流关系特性与温度之间的关系。通过恒定电流源972为检测元件971提供恒定电流。在这种状态下检测元件971的电阻值随周围环境温度的变化而改变。然后检测元件971的其它节点电压(Va)随着检测元件971的电阻值变化而改变。周围的环境温度可通过读出检测元件971上其它节点的电压(Va)而被检测。接下来，将參照图15A到15E来说明使用一个或多个晶体管作为检测元件来检测温度的情況。由一个或多个晶体管构成的检测元件973和恒定电流源974串联在一起，而检测元件973的一端被连接在具有恒定电压(VDD)的高电压电源上(图15A)。另外，恒定电流源974的一端被连接在具有固定电压(VSS)的低电压电源上。检测元件973具有电阻值随周围环境温度而变化的性质。检测元件973的其它节点电压(Vb)随着检测元件973的电阻值变化而改变。周围的环境温度可通过读出检测元件973上其它节点的电压Vb而被检测。检测元件973上的节点的电压Vb和温度表现出几乎线性的关系(图15B)。
注意，在本发明中，检测元件973的下列任何一种的情况都可使用包含一个晶体管975的情况；包含两个晶体管976和977的情况；或者包含三个晶体管978到980的情况(图 15C 到 15E)。另外，当一个晶体管被用作检测温度的检测元件时，优选地，检测元件中的晶体管具有与检测控制电路、运算处理电路或者其它电路中的晶体管不同的结构。检测元件中的晶体管的结构中，晶体管的特性很容易随温度的变化而改变，然而其它电路如检测控制电路或运算处理电路中的晶体管的结构中，即使当温度改变时其特性也不变化。具体地说，与检测元件中的晶体管相比，检测控制电路或运算处理电路中的半导体薄膜的沟道长度(源区和漏区之间半导体薄膜的长度)设得更长，因 此，可减少温度变化的影响。此外，还可通过改变晶体管的沟道宽度(垂直于沟道程度的方向)来减轻温度变化的影响。接下来，图9示出读写器112和半导体器件100的操作流程图。读写器112发送控制信号如检测捕捉信号、数据读出信号或数据写入信号。半导体器件100接收控制信号。半导体器件100通过运算处理电路识别这些控制信号。然后，运行检测单元来判定将执行以下哪项操作在测量数据并将数据记录到存储单元的操作、读出存在存储单元中的数据的操作和将数据写入存储单元的操作中。至于测量数据并将数据记录到存储单元的操作，首先，运行检测控制电路，读出检测单元的信号，通过检测控制电路使信号二进制化，并通过运算处理电路将信号存储在存储单元内。在信号存储之后，停止检测控制电路，并发送停止信号。读写器112接收停止信号。至于从读写器112中写数据的操作，将读写器112中发出的数据写入存储单元。至于读出存储单元内的存储数据的操作，运行读控制电路，读出存在存储单元中的数据，并发送数据。读写器112接收这些数据。在发送信号的同时或需要时供应电路的运行所需要的电能。然后，将参照图10来说明为具有读写器的半导体器件提供的发送和接收被检测元件检测到的数据的系统。图10示出上述半导体器件100和此半导体器件上发送和接收信息的读写器112示例。读写器112包括天线904、发送器921、解调电路910和调制电路911。此外，读写器112还包括运算处理电路901和外部接口单元923。为了发送和接收加密控制信号，读写器112还需要加密和解密电路单元922及存储单元903。电源电路单元909是为各电路提供电源的电路单元。电源电路909将从外部电源924供应的电能提供给各电路。被半导体器件100中的检测单元102检测到的信息通过运算处理电路101的处理，被存入存储单元103中。通过读写器112的转换电路911发送的电波信号被半导体器件100中的天线104通过电磁感应转换成AC电信号。AC电信号在解调电路110中被解调并送入运算处理电路101。运算处理电路101根据输入信号调用存储在存储单元103中的数据。然后，信号从运算处理电路101送入调制电路111，以由调制电路111将信号调制成AC电信号。AC电信号通过天线104送入读写器112中的天线904。读写器112中的天线904中接收的AC信号被解调电路910解调，并送入运算处理电路901和后一级上的外部接口单元923。然后，检测单元102检测到的数据被显示在信息处理设备925如显示器或与外部接口单元923连接的计算机上。注意，本实施例可与以上实施例任意结合。(实施例3)
以上实施例中所述的本发明的半导体器件可检测多种物理量或化学量。因此，不同的信息如活体上的信息或健康状况在任何地方都可通过使人类和动物等携帯上述半导体器件而容易地检验。另外，至于携带半导体器件的方法，以人类的情况为例，可考虑的方法有将半导体器件贴在人体皮肤上或植入人体内部。但是，半导体器件还可由个体考虑要被检测的物理量或化学量来进行适当选择。在下文中，将參照附图来说明根据本发明的半导体器件的使用模式的具体示例。包含检测温度元件的半导体器件502可植入动物501体内，而动物501附近的喂食器或类似物上配有读写器503 (图11A)。这样，就可以通过使用读写器503定时读出被半导体器件502检测到的动物501的体温等信息来监控和 管理动物501的健康状況。在这种情况下，通过使半导体器件预先存入识别数字，可同时管理多个动物。特别地，当半导体器件502被植入动物501体内时，优选地可通过使用TFT等构成的半导体器件502来减小尺寸。另外，如上述实施例所示，即使当被植入的半导体器件502受到重压时，此半导体器件也可因为具有弾性而不被损坏。此外，包含检测气体的气体组分等元件半导体器件506可提供给食物505，而包装纸或显示器架上配有读写器507 (图11B)。然后，可通过使用读写器507定时读出被半导体器件506检测到的信息而管理食物505的新鮮度。此外，包含检测光的元件的半导体器件512可提供给植物511，而植物511的花盆等配有读写器513 (图11C)。然后，正如可获得阳光的持续时间等信息，也可通过使用读写器513定时读出被半导体器件512检测到的信息来精确地预计花将要开放的时间和花期。特别地，在包含检测光的元件的半导体器件512中，可通过外界光线以及来自读写器513的电磁波提供的电カ为半导体器件512供电，并同时为半导体器件提供太阳能电池。太阳能电池可与检测元件一起提供，也可与检测元件分开提供。此外，包含检测压力的元件的半导体器件515可贴在人体的胳膊上或植入其内(图11D)。然后，可通过使用读写器读出被半导体器件515检测到的信息而获得血压、脉搏等信息。特别地，当半导体器件515被贴在人体的胳膊上或植入其内时，可通过使用TFT等构成的半导体器件515来减小尺寸。另外，如上述实施例所示，即使当被贴上或植入的半导体器件515受到重压时，此半导体器件也可因为具有弾性而不被损坏。此外，包含检测温度的元件的半导体器件516可植入耳垂(图11E)。然后，可通过使用读写器读出被半导体器件516检测到的信息来获得体温等信息。另外，在舒适的状态下测出的体温被称为基础体温，其具有固定的规律，并且根据測量结果可掌握自己的身体状況。基础体温的測量需要在清醒时于静止的状态下测量，最好在舌头下测量五分钟。换句话说，在測量基础体温时，复杂的是基础温度计被每天放入口腔来測量基础体温，又要保持基础体温计的清洁。但是，当本发明中的半导体器件517被植入舌头下面或其它地方时，就不需要使用基础体温计。因此，体温可通过每天在嘴上帯着读写器而被测量(图HE)。另外，包含检测压力的元件的半导体器件518可贴在鼻子下面或植入其内(图HE)。然后，可通过使用读写器读出被半导体器件518检测到的信息而获得呼吸的信息。这在当在医院等机构中需要知道很多病人的情况时特别有用。另外，包含检测振动的元件的半导体器件522可贴在咽喉处或植入其内(图11E)。然后，可通过使用读写器读出被半导体器件522检测到的信息而获得咽喉中声带的振动信息。这在通过检测声带振动而表示出一个人想要发出的声音时，尤其是当由于疾病或其它原因无法发出声音时特别有用。另外，包含检测紫外线的元件的半导体器件519可贴在发光的地方或植入其内(图HF)。从而，不用携带特殊的传感器，就可通过在需要时于合适位置带着半导体器件519上的读写器来测量紫外线。人类感觉不到紫外线 ，而紫外线却会对皮肤和眼睛产生有害的影响，并降低免疫力。但是可通过测量紫外线来立即采取自我保护措施。另外，除以上所述之外，包含检测压力的元件的半导体器件520可被贴在心脏附近来测量心跳速率。如前面所提到的，本发明的半导体器件可用在人体的卫生保健上，或预防和预测疾病。此外，本发明的半导体器件可通过获得由读写器通过使用网络(如因特网)读出的有关人体的信息而用在家庭保健等监控系统中。具体的示例如图12所示。使个体551携带可检测物理量或化学量的半导体器件552。如图IlA到IlF所示，半导体器件552通过贴在人体上或植入体内来提供，因此应适当地选择被提供的个体551。另外，因为个体间的血液、脉搏等都是不同的，所以半导体器件552应根据个体551来提供。因此，通过使个体551携带半导体器件552，关于人体的信息可通过用读写器553读出被半导体器件552检测到的个体551的身体信息，而被显示在诸如计算机等设备554的显示部分555上。更进一步，被读出的人体信息可通过网络(如因特网)从家550实时发送到医疗机构560。医疗机构560通过用诸如计算机等设备561接收所发送的信息来监控和管理有关个体551的信息。另外，个体551的主治医生和/或药物专家可以基于所发送的信息来对个体551进行诊断。从而，因为与个体551健康状况有关的物理量或化学量的改变被定期检测并发送给医疗机构560，所以即使在家550里，医疗机构560也可以监控个体551的健康状况。因此，当发现个体551的任何异常时，都可以立即派医生去进行详细的检查。另外，当个体551经常携带半导体器件552时，即使此人不在家，他的健康状况也可被不断地掌握。而且，当发现个体551的任何异常时，通过管理个体551的身体信息的医疗机构560和个体551附近的医疗机构570之间的信息交流，可以立即派医生为个体551提供治疗。这在个体551外出以及在除了家之外的地方发现异常时特别有效。另外，还可定期通过管理个体551的身体信息来改善个体551的营养缺乏。例如，当此个体551缺乏维生素时，这可显示在显示部分555上以引起注意，并通过用诸如计算机等设备554来管理和分析个体551的身体信息而得出的需要摄入的食物等也可显示出来。如前所述，通过使个体始终携带本发明的半导体器件552，个体的健康状况不仅可被自己而且可被医疗机构等掌握。因此，可预防疾病等并在意外疾病或意外事故发生时立即提供最好的治疗。注意本实施例可与上述实施例任意结合。附图标记说明100半导体器件101运算处理电路102检测单元103存储单元104天线105检测元件106检测控制电路107存储元件108控制电路109电源电路110解调电路111调制电路112读写器
113电池201元件202元件203元件204导电层205第一层206第二层207第三层208导电层209含有机化合物层210导电层211导电层212吸湿层213导电层214导电层215响应层216衬底217导电层218含有机化合物层219导电层220衬底221蚀刻层222含多个薄膜集成电路层223薄膜集成电路224衬底物质225衬底物质226密封滚筒227供给滚 筒228切割器229传送带230保护层231保护层232保护层240薄膜集成电路241导电层251第一层252第二层253第三层261生物物质262生物物质263生物物质265衬底物质266酶501动物502半导体器件503读写器505食物506半导体器件507读写器511植物512半导体器件513读写器514半导体器件515半导体器件516半导体器件517半导体器件518半导体器件519半导体器件520半导体器件522半导体器件550家551人552半导体器件553读写器554设备555显示部分560医疗机构561设备570医疗机构703运算处理电路708检测元件709检测控制电路752检测驱动电路753检测电路754A/D转换电路755重置TFT 756放大TFT757偏置TFT758放大电源线759偏置电源线760振动电路761电压检测电路762电流检测电路763转换电路764转换电路765相位比较器电路766运算电路767运算电路901运算处理电路903存储单元904天线909电源电路单元910解调电路911调制电路922加密和解密电路单元923外围接ロ单元924外部电源925信息处理设备971检测元件972恒定电流源973检测元件974恒定电压源975晶体管976晶体管977晶体管978晶体管979晶体管980晶体管。
权利要求
1.一种用于获得活体上的信息的方法，所述方法包括 提供附着在所述活体上的半导体器件；以及 使用读写器读出所述活体上的信息； 其中所述信息由所述半导体器件检测， 其中所述半导体器件包括 至少包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的晶体管元件，各晶体管在衬底之上提供； 在所述晶体管元件之上提供的检测元件，以及所述检测元件与第一晶体管电连接； 在所述晶体管元件之上提供的存储元件，以及所述存储元件与第二晶体管电连接；以及 在所述晶体管元件之上提供的用作天线的第一导电层，以及所述第一导电层与第三晶体管电连接， 其中，所述第一晶体管包括在检测控制电路中，所述检测控制电路将由所述检测元件检测的数据转换成电信号；以及 其中，所述衬底、所述晶体管元件、所述检测元件、所述存储元件以及所述第一导电层被保护层覆盖。
2.一种用于获得活体上的信息的方法，所述方法包括 提供附着在所述活体的表面上的半导体器件；以及 使用读写器读出所述活体上的信息； 其中所述信息由所述半导体器件检测， 其中所述半导体器件包括 至少包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的晶体管元件，各晶体管在衬底之上提供； 在所述晶体管元件之上提供的检测元件，以及所述检测元件与第一晶体管电连接； 在所述晶体管元件之上提供的存储元件，以及所述存储元件与第二晶体管电连接；以及 在所述晶体管元件之上提供的用作天线的第一导电层，以及所述第一导电层与第三晶体管电连接， 其中，所述第一晶体管包括在检测控制电路中，所述检测控制电路将由所述检测元件检测的数据转换成电信号；以及 其中，所述衬底、所述晶体管元件、所述检测元件、所述存储元件以及所述第一导电层被保护层覆盖。
3.一种用于获得活体上的信息的方法，所述方法包括 提供植入所述活体内的半导体器件；以及 使用读写器读出所述活体上的信息； 其中所述信息由所述半导体器件检测， 其中所述半导体器件包括 至少包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的晶体管元件，各晶体管在衬底之上提供；在所述晶体管元件之上提供的检测元件，以及所述检测元件与第一晶体管电连接； 在所述晶体管元件之上提供的存储元件，以及所述存储元件与第二晶体管电连接；以及 在所述晶体管元件之上提供的用作天线的第一导电层，以及所述第一导电层与第三晶体管电连接， 其中，所述第一晶体管包括在检测控制电路中，所述检测控制电路将由所述检测元件检测的数据转换成电信号；以及 其中，所述衬底、所述晶体管元件、所述检测元件、所述存储元件以及所述第一导电层被保护层覆盖。
4.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述存储元件包括 在所述晶体管元件上提供的第二导电层； 与所述第二导电层相邻提供的第三导电层；以及 在所述第二导电层和所述第三导电层之间提供的有机化合物层， 其中所述第一导电层和所述第二导电层在同一层中提供。
5.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述活体上的信息是关于物理量或化学量的信息。
6.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述活体是人体。
7.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述活体上的信息是体温。
8.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述活体上的信息是血压。
9.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述活体上的信息是关于紫外线的信息。
10.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述活体上的信息是关于所述活体的健康状况的信息。
11.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述保护层是从由ニ氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、类金刚石碳和氮化碳组成的组中选出的ー种。
12.按照权利要求1-3中任一项所述的用于获得活体上的信息的方法， 其中所述衬底是玻璃衬底和具有弹性的衬底这两者中的任何ー种。
全文摘要
本发明的名称是“半导体器件及其制造方法”。本发明的目的是提供适于新用法的器件，通过使用半导体器件(如根据性能的RFID标签)而在不接触的条件下发送和接收数据，以减少使用者的负担，并提高便利性。所提供的半导体器件具有包含晶体管的运算处理电路、用作天线的导电层、具有检测物理量和化学量方法的检测单元以及存储被检测单元检测到的数据的存储单元，以及用保护层来覆盖运算处理电路、导电层、检测单元和存储单元。另外，在不接触的条件下通过为人类、动物和植物等提供这样的半导体器件，可监视和控制不同的信息。
文档编号H01L27/144GK102682332SQ20111043028
公开日2012年9月19日 申请日期2006年1月26日 优先权日2005年1月31日
发明者守屋芳隆, 山崎舜平, 渡边康子, 荒井康行, 野田由美子 申请人:株式会社半导体能源研究所