半导体器件和具有这种半导体器件的电子设备的制作方法

专利名称：半导体器件和具有这种半导体器件的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够通过无线通信传送数据的半导体器件。具体 地说，本发明涉及一种包括内部的用于产生与无线通信信号无关的时 钟的时钟发生电路的半导体器件。此外，本发明涉及一种包括该半导 体器件的电子设备。
背景技术：
近年来，已经实现可以随时随处访问信息网络的环境被称为普遍
存在的信息社会。在这种环境中，向单个对象给定ID (个体标识号 Individual Identification number)以阐明该对象的记录从而其可用于 生产、管理等等的个体标识技术(individual identification technique ) 引起了注意。其中，采用能够通过无线通信传送数据的RFID(射频 识别)技术、诸如RFID标签(也称为IC标签、RF标签、无线标签 或电子标签)已经得到了使用。
下面参照图2描述能够通过无线通信传送数据的半导体器件的一 般结构。能够通过无线通信传送数据的半导体器件201包括天线202 和半导体集成电路211。半导体集成电路211包括高频电路203、电源 电路204、复位电路205、时钟发生电路206、数据解调电路207、数 据调制电路208、控制电路209、存储电路210等电路块。天线202 接收无线电信号。无线电信号通过高频电路203被发送给电源电路 204,并产生功率。该功率被提供给形成半导体集成电路211的多个电 路.另一方面，数据解调电路207通过高频电路203所解调的信号以 及经由高频电路203通过复位电路205的信号被发送到控制电路209。 然后，控制电路209分析被发送到控制电路209的信号。根据所分析 的信号，输出存储在存储电路210中的信息。通过控制电路209对存
储电路210所输出的信息进行编码。此外，经过编码的信号作为无线 信号被天线202经由数据调制电路208发送。
在图2所示的电路块中，在时钟发生电路206、控制电路209和 存储电路210每一个中输入和输出数字信号。其中，时钟发生电路206 是用于产生用于精确运行数字电路部件的基准信号的电路块，而且其 功能4艮重要。PLL (锁相环)电路通常用于这种时钟发生电路206。 作为PLL电路的具体例子，已经开发了具有各种方法的电路，包括参 考文献l:日本乂^开专利申请No. H7-326964和参考文献2:日本公开 专利申请No. H10-233768中所公开的电路。

发明内容
下面，图3示出传统PLL电路的基本结构。图3所示的PLL电 路包括相位比较器(phase comparator) 301、环路滤波器(loop filter ) 302 (下面也称为LF)、压控振荡器303 (下面也称为VCO )和分频 器304。在图3中，PLL电路将输入到PLL电路的可变频率信号(对 应于图3中的"输入")转换为反馈信号，并对反馈信号与所提供的信 号进行相位比较。然后，PLL电路通过负反馈执行调整，使得所提供 的信号与反馈信号的相位变为不变。在图3中，相位比较器301检测 从外部所输入的信号Fs与从分频器304所输入的信号Fo/N之间的相 位差。环路滤波器302产生信号Vin，其中从相位比较器301所提供 的信号中除去交流分量。此外，压控振荡器303根据从环路滤波器302 所输入的信号Vin输出信号Fo。此外，分频器304输出信号Fo/N， 其中从压控振荡器303所输入的信号Fo被频分为1/N。
在这种情况下，当PLL电路从外部接收可变频率信号Fs时，由 于PLL电路对信号Fs与所接收信号进行相位比较，因此产生稳定的 同步时钟.但是，当PLL电路没有从外部接收可变频率信号时，PLL 电路必须通过PLL电路本身所输出的时钟来保持自激振荡.
另一方面，图2中被输入到时钟发生电路206的解调信号是串行 数据，其中根据无线通信标准，对应于逻辑值"高，，的电压电平(下面
也称为H电平)的时间段和对应于逻辑值"低"的电压电平(下面也称 为L电平)的时间段按照时间顺序排列。向传统PLL电路输入这种 解调信号就意味着存在对应于在关于图3的描述中的没有接收信号Fs 的情况的时间段。
图4示出当传统PLL电路被用于图2中的时钟发生电路206时 通过负反馈进行调整的时间段和自激振荡的时间段。波形401示出被 输入到PLL电路的解调信号，波形402示出从PLL电路中的分频器 所输出的反馈信号。时间段403表示通过负反馈调整的时间段，时间 段404表示自激振荡的时间段。
如图4所示，由于存在其间不执行负反馈的时间段，因此PLL 电路变得不稳定，从而其不能产生恒定的稳定时钟。因此，时钟的频 率波动，从而产生通信问题。因此，形成图2所示半导体器件的数字 电路部件在某些情况下发生故障。
除了上述问题之外，当通过无线通信传送数据的半导体器件中来 自外部的可变频率很高时，在某些情况下，不能获得用于输出半导体 器件内时钟发生电路中的稳定时钟信号的占空比为50 %的基准时钟。
考虑到上述问题，本发明的目的是防止诸如由于釆用基于能够通 过无线通信传送数据的半导体器件中的解调信号所产生的时钟而导致 的没有响应或错误运行这样的故障。
为了解决上述问题，在本发明中，通过无线通信传送数据的半导 体器件包括与解调信号无关地自激振荡的环形振荡器、以及在适当范 围内调整环形振荡器输出信号的频率的分频器.下面描述本发明的具 体结构。
按照本发明一个方面的半导体器件包括用于接收无线信号的天 线电路、用于通过由天线电路所接收的无线信号产生功率的电源电路、 以及被提供以功率的时钟发生电路。时钟发生电路包括用于振荡恒定 周期信号的环形振荡器、以及用于频分从环形振荡器所输出的信号的 分频器.
按照本发明另一方面的半导体器件包括用于接收无线信号的天
线电路、用于通过由天线电路所接收的无线信号产生功率的电源电路、 以及被提供以功率的时钟发生电路。时钟发生电路包括用于振荡恒定 周期信号的环形振荡器、以及用于频分从环形振荡器所输出的信号的 分频器。用于控制环形振荡器的振荡频率的电容器被连接到环形振荡 器的各级。
注意，在本发明中，电容器可以是使用MOS晶体管的栅极电容 (gate capacitance )的元件。
注意，在本发明中，电容器可以是可变电容器。 注意，在本发明中，形成环形振荡器和分频器的晶体管可以是薄 膜晶体管。
注意，在本发明中，形成环形振荡器和分频器的晶体管可以是形 成在单晶基片上的晶体管。
注意，在本发明中，术语"连接"包括元件电连接的情况以及元件 直接连接的情况。因此，在本发明所公开的结构中，实现电连接的其 它元件(例如开关、晶体管、电容器、电感器、电阻器或二极管)可 以被设置在具有预定连接关系的元件之间。可替换地，这些元件可以 直接连接而无需在其间设置其它元件。在不设置实现其间电连接的其 他元件而连接元件以及只包括直接连接的情况下，采用术语"直接连 接"。注意，术语"电连接，，包括元件电连接的情况以及元件直接连接的 情况。
注意，在本发明中，各种类型的晶体管都可以用于晶体管，而不 限于特定类型。因此，使用非晶硅或多晶硅为代表的非单晶半导体膜 (non-single crystalline semiconductor film )的薄膜晶体管(TFT)、 利用半导体基片或SOI基片形成的晶体管、MOS晶体管、结型晶体 管、双极晶体管、采用诸如ZnO或a-InGaZnO的化合物半导体的晶 体管、采用有机半导体或碳纳米管(carbon nanotube)的晶体管、或 其它晶体管可以被使用.注意，非单晶半导体膜可以包括氢或卣素. 此外，可以利用各种类型的基片形成晶体管.基片的类型不限于某种 类型。因此，例如可以将单晶基片、SOI基片、玻璃基片、石英基片、塑料基片、纸基片、玻璃纸基片、石材基片、不锈钢基片、包括不锈 钢箔的基片等用作基片。此外，晶体管可以用一个基片形成，并且因 此晶体管可以被转移到另一基片。
晶体管的结构可以是各种模式，而不限制为特定结构。例如，可 以采用具有两个或更多栅电极的多栅极结构。利用多栅极结构，可以
减小截止电流(off-current);可以增加晶体管的耐压(withstand voltage)以改善可靠性；或者在晶体管工作在饱和区时，即使漏源电 压波动，漏源电流也不波动很大，从而可以获得平坦的特性。此外， 可以使用栅电极形成在沟道之上和之下的结构。利用在沟道之上和之 下形成栅电极的结构，扩大了沟道区域，从而提高了流过其的电流量， 或者可以容易地形成耗尽层以减小S值。此外，可以采用栅电极形成 在沟道之上的结构、栅电极形成在沟道之下的结构、交错结构、或反 交错结构(inversely-staggered structure );或者沟道区域可以被分为 多个区域，而且所划分的区域可以并联或串连。源电极或漏电极可以 与沟道(或其一部分)交叠。利用源电极或漏电极与沟道(或其一部 分)交叠的结构，可以防止会导致不稳定运行的在沟道的一部分中累 积电荷的情况。而且，可以提供LDD区域。通过提供LDD区域，可 以降低截止电流；可以增加晶体管的耐压，以提高可靠性；或当晶体 管运行在饱和区时，即使漏源电压波动，漏源电流也不波动很大，从 而可以获得平坦的特性。
注意，晶体管是具有槺极、漏极和源极至少3个端子的元素。晶 体管在漏极区域和源极区域之间具有沟道区域。在此，由于晶体管的 源极和漏极可以根据晶体管的结构、工作条件等改变，因此很难定义 什么是源极或漏极。因此，在本发明中，用作源极和漏极的区域可能 不被称为源极或漏极。在这种情况下，例如，源极和漏极之一可以被 称为第一端子，而另一个可以被称为第二端子.
栅极是指栅电极和栅极布线(gate wiring)(也称为栅极线(gate line))的一部分或全部。栅电极是指其间设置有栅极绝缘膜(gate insulating film )的与形成沟道区域、LDD (轻掺杂漏极)区域等的半
导体交叠的导电膜，其.
还要注意，源极是指源极区域、源电极和源极布线(也称为源极
线或源极信号线(source signal line))的全部或一部分。源极区域是 指含有大量P型杂质(例如硼或镓)或n型杂质(例如砩或砷)的半 导体区域。因此，含有少量p型杂质或n型杂质的区域、即LDD(轻 掺杂漏极)区域不被包括在源极区域中。源电极是由不同于源极区域 材料的材料所形成、并且与源极区域电连接的导电层。但是，存在源 电极和源极区域被统称为源电极的情况。源极布线是用于将像素 (pixel)的源电极相互连接的布线，或者用于将源电极与其它布线连 接的布线。
但是，存在既用作源电极又用作源极布线的部位。这种区域可以 被称为源电极，也可以被称为源极布线。也就是说，存在其中源电极 和源极布线无法清楚地相互区分的区域。例如，在源极区域与延伸的 源极布线交叠的情况下，交叠的区域既用作源极布线又用作源电极。 因此，这种区域可以被称为源电极，也可以被称为源极布线。
此外，由与一源电极相同的材料所制成并与该源电极连接的区 域、或用于将一源电极与其它源电极连接的区域也可以被称为源电极。 与源极区域交叠的部位也可以被称为源电极。类似地，由与一源极布
i严二的意义下，、这;区k可能;具有将该源l极与另一)电极i接 的功能。但是，存在由与该源电极或该源极布线相同的材料所制成并 且与该源电极或该源极布线连接的区域。因此，这种区域也可以被称 为源电极或源极布线。
此外，例如，连接源电极和源极布线的导电膜的一部分可以被称 为源电极，也可以被称为源极布线。
注意，源极端子是指源极区域的一部分、源电极的一部分、或与 源电极电连接的区域的一部分.
还要注意，漏极也是一样.
在本发明中，半导体器件是指具有包括半导体元件(例如晶体管
或二极管)的电路的器件。半导体器件可以还包括可以通过利用半导 体特性而工作的所有器件。
在本发明中，对象被"形成在"另 一对象上或"形成在"另 一对象上 方的描述不一定表示该对象被形成为与另一对象直接接触。该描述包 括两个对象相互不直接接触的情况，即其它对象设置在这两个对象之
间的情况。因此，例如，如果描述层B形成在层A上(或上方)，则 既包括层B被形成为直接与层A接触的情况，又包括另一层(例如层 C或层D )被形成为与层A直接接触且层B被形成为与层C或D直 接接触的情况。类似地，如果描述说对象形成在另一对象之上，则不 一定表示该对象与另一对象直接接触，而是其它对象可以被设置在它 们之间。因此，例如，如果描述说层B形成在层A上方，则既包括层 B被形成为直接与层A接触的情况，又包括另 一层(例如层C或层D ) 被形成为直接与层A接触而层B被形成为直接与层C或D接触。类 似地，如果描述说对象形成在另一对象之下或下方，则既包括这些对 象相互直接接触的情况，也包括这些对象相互不直接接触的情况。
通过本发明，在通过无线通信传送数据的半导体器件中，可以由 高频率精确性的时钟信号驱动数字电路部分。因此，可以在能够通过 无线通信传送数据的半导体器件中防止诸如错误运行或没有响应这样 的故障，并且可以获得能准确发送存储在半导体器件的存储电路中的 信息的半导体器件。


在附图中
图1示出本发明实施模式1的配置;
图2示出传统的配置；
图3示出传统PLL的配置；
图4示出传统PLL的运行；
图5示出环形振荡器的具体配置；
图6示出形成分频器的触发器；
图7示出环形振荡器和分频器的运行；
图8示出电源电路的具体配置示例；
图9示出本发明实施模式2的配置；
图10示出本发明实施模式2的配置；
图IIA至11D分别示出使用本发明的实施例2的结构；
图12A至12C分别示出使用本发明的实施例2的结构；
图13A和13B分别示出利用本发明的实施例2的结构；
图14A至14C分别示出利用本发明的实施例3的结构；
图15A至15C分别示出利用本发明的实施例3的结构；
图16示出利用本发明的实施例3的结构；
图17A至17C分别是出利用本发明的实施例4的结构；
图18A至18C分别示出利用本发明的实施例4的结构；
图19A至19C分别示出利用本发明的实施例4的结构；
图20A和20B分别示出利用本发明的实施例4的结构；
图21A至21F分别示出利用本发明的实施例5的结构；
图22示出利用本发明的实施例1的配置；
图23示出利用本发明的实施例1的配置。
具体实施模式
下面利用实施模式和实施例参照附图详细描述本发明。但是，本 发明不限于下面给出的描述，本领域的技术人员很容易理解可以进行 各种更改和修正而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不应当 解释为被限制于这些实施模式和实施例的描述。
参照图21A至21F描述上述实施例中所述的用作无线芯片的半 导体器件3000的使用方法。
无线芯片可以广泛使用，而且可以通过设置在诸如钞票、硬币、 证券、无记名债券、证件(例如驾驶证或居民证，参见图21A)、用 于包装的容器(例如包装纸或瓶，参见图21C)、记录介质(例如DVD 或录像带，参见图21B)、交通工具(例如自行车，参见图21D)的 产品，诸如个人物品(例如包或眼镜)、食品、植物、动物、衣物、 生活用品或电子设备的产品，或诸如行李运送标签的对象(参见图21E 和21F)中来使用.电子设备对应于液晶显示器、EL显示器、电视机 (也称为TV、 TV接收机或电视接收机)、移动电话等等。
本发明的半导体器件3000包括本发明的存储元件，并且通过被 安装在印刷电路板上、附接到表面或嵌入其中而被固定到对象。例如，
半导体器件通过被内嵌在书页或包裹的有机树脂中而被固定到对象。
至于本发明的半导体器件3000,减小了尺寸、厚度和重量，从而即使 在被固定在对象上之后，对象本身吸引人的设计也不会遭到破坏。此 外，通过在钞票、硬币、证券、无记名债券、证件等中设置半导体器 件3000，可以提供验证功能，从而可以利用验证功能防止伪造。此外， 通过将本发明的半导体器件3000附接到用于包装的容器、记录介质、 个人物品、食品、衣物、生活用品、电子设备等，可以有效地实现诸 如检查系统的系统。
注意，本实施例可以与上述实施模式中的任何描述自由组合。也 就是说，可以在安装于半导体器件上的存储器中执行每个位线的选择 性预充电。也就是说，通过不对与读取存储器的数据无关的位线预充 电，可以提供安装有低功耗存储器的半导体器件。
本申请基于2006年6月30日向日本专利局提交的日本专利申请 2006- 181885，其全部内容通过引用合并于此。
权利要求
1.一种半导体器件，包括用于接收无线信号的天线电路；电源电路，用于通过由所述天线电路所接收的无线信号产生功率；以及时钟发生电路，其中所述功率被提供给所述时钟发生电路，其中所述时钟发生电路包括用于通过所述功率产生恒定周期的自激振荡信号的环形振荡器、以及用于对所述自激振荡信号分频的分频器。
2. —种半导体器件，包括用于接收无线信号的天线电路；电源电路，用于通过由所述天线电路所接收的无线信号产生功 率；以及时钟发生电路，其中所述功率被提供给所述时钟发生电路， 其中所述时钟发生电路包括用于通过所述功率产生恒定周期的自激振荡信号的环形振荡器、以及用于对所述自激振荡信号分频的分频器；并且其中用于控制所述环形振荡器的振荡频率的电容器被连接到所 述环形振荡器的各级。
3. —种半导体器件，包括用于接收无线信号的天线电路；电源电路，用于通过由所述天线电路所接收的无线信号产生功率；用于调制所述无线信号的数据调制电路；用于解调被所述数据调制电路调制的信号的数据解调电路； 路；以及用于向所述控制电路提供时钟信号的时钟发生电路，包括环形振 荡器和分频器。
4. 根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述电容器是使用 MOS晶体管的栅极电容的元件。
5. 根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述电容器是可变 电容器。
6. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中用于所述环形振荡 器和分频器的晶体管是薄膜晶体管。
7. 根据权利要求2所述的半导体器件，其中用于所述环形振荡 器和分频器的晶体管是薄膜晶体管。
8. 根据权利要求3所述的半导体器件，其中用于所述环形振荡 器和分频器的晶体管是薄膜晶体管。
9. 根据权利要求1所述的半导体器件，其中用于所述环形振荡 器和分频器的晶体管被形成在单晶基片上。
10. 根据权利要求2所述的半导体器件，其中用于所述环形振荡 器和分频器的晶体管被形成在单晶基片上。
11. 根据权利要求3所述的半导体器件，其中用于所述环形振荡 器和分频器的晶体管被形成在单晶基片上.
12. —种包括按照权利要求1所述的半导体器件的无线芯片的电 子设备。
13. —种包括按照权利要求2所述的半导体器件的无线芯片的电 子设备。
14. 一种包括按照权利要求3所述的半导体器件的无线芯片的电 子设备。
全文摘要
一种半导体器件包括用于接收无线信号的天线电路，通过由天线电路所接收的无线信号产生功率的电源电路，以及被提供以该功率的时钟发生电路。时钟发生电路包括自激振荡的环形振荡器，和在合适的范围内调整环形振荡器的输出信号的频率的分频器。通过具有高频率精度的时钟来驱动数字电路部件，从而防止诸如不正确运行或没有响应的故障。
文档编号H03L7/08GK101097612SQ20071011226
公开日2008年1月2日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年6月30日
发明者池田隆之, 河江大辅, 远藤正己, 黑川义元 申请人:株式会社半导体能源研究所