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JP2009205669A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無線通信可能な半導体装置において、信頼性を向上させることを課題とする。
【解決手段】冗長回路として複数の機能回路１０１を有し、機能回路１０１は、アンテナ１０２と、半導体集積回路１０３と、を有し、複数の機能回路１０１は、繊維体に樹脂が含浸された同一の封止層に覆われる。さらに半導体集積回路１０３は、アンテナ１０２に電気的に接続された送受信回路１０４と、送受信回路１０４に電気的に接続された電源回路１０５と、送受信回路１０４及び電源回路１０５に電気的に接続されたロジック回路１０６が設けられた構成とする。
【選択図】図１

Description

無線通信可能な半導体装置に関する。
近年、電磁界または電波等の無線通信を利用した個体識別技術が注目を集めている。特に、無線通信によりデータの交信を行う半導体装置として、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ（例えば非接触ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグ、ＲＦタグ、無線タグ、電子タグ、トランスポンダ、またはデータキャリアなどを含む）を利用した個体識別技術が注目を集めている。ＲＦＩＤタグ（以下ＲＦＩＤという）を用いた個体識別技術は、個々の対象物の生産、管理等に役立てられ始めており、個人認証への応用も期待されている。
上記のようなＲＦＩＤなどの半導体装置は、外力などに対する耐性を高めるため、また、可撓性を得るために機能回路本体が樹脂などの封止材によって封止された構造が用いられる。しかし、半導体装置において可撓性を得るために樹脂の膜厚を薄くする必要があり、膜厚が薄いと外力に対する耐性を十分に高めることができず、破壊する可能性が高くなる。
外力による破壊対策の一例としては、同じ機能を有する回路を複数設けて冗長性を高める構成が挙げられる（例えば特許文献１）。同じ機能を有する回路を複数設けることにより、外力などによる破壊により、複数の同じ機能を有する回路（以下冗長回路という）のうち、一つの回路において不良を検出すると、他のいずれかの回路を不良と判断された回路の代わりに動作させることができる。
特開２００２−０８３２７７号公報
ＲＦＩＤなどの半導体装置において、より冗長性を高めた構成とし、信頼性を向上させることを課題とする。
本発明の一態様は、互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路を有し、機能回路は、アンテナと、アンテナに電気的に接続され、識別情報が記憶された半導体集積回路と、を有し、複数の機能回路の識別情報はそれぞれ異なり、複数の機能回路は、同一の封止層に覆われている半導体装置である。
半導体集積回路は、アンテナに電気的に接続された送受信回路と、送受信回路に電気的に接続された電源回路と、送受信回路及び電源回路に電気的に接続されたロジック回路と、を有する構成とすることもできる。
また、本発明の一態様は、互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路と、第１のアンテナと、を有し、機能回路は、第１のアンテナと電磁結合することで電波の送受信を行う第２のアンテナと、第２のアンテナに電気的に接続され、識別情報が記憶された半導体集積回路と、を有し、複数の機能回路の識別情報はそれぞれ異なり、複数の機能回路は、同一の封止層に覆われている半導体装置である。
半導体集積回路は、第２のアンテナに電気的に接続された送受信回路と、送受信回路に電気的に接続された電源回路と、送受信回路及び電源回路に電気的に接続されたロジック回路と、を有する構成とすることもできる。
また、本発明の一態様は、互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路を有し、機能回路は、アンテナと、半導体集積回路と、を有し、半導体集積回路は、アンテナに電気的に接続された送受信回路と、送受信回路に電気的に接続された電源回路と、送受信回路及び電源回路に電気的に接続され、識別情報が記憶されたロジック回路と、電源回路及びロジック回路に電気的に接続された電源制御回路と、ロジック回路及び電源制御回路に電気的に接続された判定回路と、を有し、複数の機能回路の識別情報はそれぞれ異なる半導体装置である。
また、本発明の一態様は、互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路と、第１のアンテナと、を有し、機能回路は、第１のアンテナと電磁結合することで電波の送受信を行う第２のアンテナと、半導体集積回路と、を有し、半導体集積回路は、第２のアンテナに電気的に接続された送受信回路と、送受信回路に電気的に接続された電源回路と、送受信回路及び電源回路に電気的に接続され、識別情報が記憶されたロジック回路と、電源回路及びロジック回路に電気的に接続された電源制御回路と、ロジック回路及び電源制御回路に電気的に接続された判定回路と、を有し、複数の機能回路の識別情報はそれぞれ異なる半導体装置である。
複数の機能回路は、同一の封止層に覆われた構成とすることもできる。
なお、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）において、トランジスタは、ゲート端子、ソース端子、及びドレイン端子の少なくとも３つの端子を有し、ゲート端子とは、ゲート電極の部分（導電層、及び配線などを含む）または、ゲート電極と電気的に接続されている部分の一部のことを言う。また、ソース端子とは、ソース電極の部分（導電層、及び配線などを含む）や、ソース電極と電気的に接続されている部分の一部のことを言う。また、ドレイン端子とは、ドレイン電極の部分（導電層、及び配線などを含む）や、ドレイン電極と電気的に接続されている部分の一部のことを言う。
また、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）において、トランジスタのソース端子とドレイン端子は、トランジスタの構造や動作条件などによって変わるため、いずれがソース端子またはドレイン端子であるかを限定することが困難である。そこで、本書類（明細書、特許請求の範囲または図面など）においては、ソース端子及びドレイン端子から任意に選択した一方の端子をソース端子及びドレイン端子の一方と表記し、他方の端子をソース端子及びドレイン端子の他方と表記する。
無線通信可能な半導体装置において、信頼性を向上させることができる。
実施の形態１における半導体装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における半導体装置の他の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の半導体装置における機能回路の選択動作を示すフローチャートである。 実施の形態２における半導体装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２における半導体装置における機能回路の構成を示すブロック図である。 実施の形態２における半導体装置の他の構成を示すブロック図である。 実施の形態２の半導体装置における機能回路の選択動作を示すフローチャートである。 実施の形態３における半導体装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態３における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３における織布を示す上面図である。 実施の形態３における半導体装置の半導体素子層の構成を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の半導体素子層の構成を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の他の構成を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の作製方法を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の作製方法を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の作製方法を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の作製方法を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の他の構成を示す斜視図である。 実施の形態３における半導体装置の他の構成を示す断面図である。 実施の形態３における半導体装置の作製方法を示す断面図である。 実施の形態４における半導体装置の使用例を示す図である。
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は、以下の説明に限定されず、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、本発明は、以下に示す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とする。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置について説明する。
まず本実施の形態における半導体装置の回路構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態における半導体装置の回路構成を示すブロック図である。
図１に示すように、半導体装置１００は、複数の機能回路１０１を有し、機能回路１０１は、アンテナ１０２と、アンテナ１０２に電気的に接続された半導体集積回路１０３を有する。
機能回路１０１は、アンテナ１０２で受信した電波（搬送波など）を用いて電源電圧を生成し、電源電圧を用いてアンテナ１０２で受信した電波における信号の命令に従った動作を行う機能を有する。また、複数の機能回路１０１は、同じ機能を有し、それぞれ互いに同等の動作を行うことができる冗長回路として機能する。
また、複数の機能回路１０１は、互いに異なる識別情報を有する。異なる識別情報は、例えば各機能回路１０１の位置の差、信号の送信または受信にかかる時間の差、若しくは応答信号の周波数の差などを用いて生成することができる。
アンテナ１０２は、例えば外部無線通信装置（例えばリーダ、リーダライタ、または質問器など、半導体装置１００と無線通信によるデータの送受信が可能なもの）１０７などと電波の送受信によりデータのやりとりを行う機能を有する。例えば機能回路１０１は、機能回路１０１内において生成された信号を電波１０８によりアンテナ１０２を介して外部無線通信装置１０７に送信することができる。また、アンテナ１０２は、例えばオンチップアンテナとすることでアンテナ１０２と半導体集積回路１０３との接触不良を抑制することもできる。
なお、外部無線通信装置１０７と半導体装置１００との間において、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。
また、アンテナ１０２に適用する信号の伝送方式は、周波数に合わせて例えば電磁結合方式、電磁誘導方式又はマイクロ波方式などを用いることができる。伝送方式は、適宜使用用途を考慮して選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さや形状のアンテナを設ければよい。
半導体集積回路１０３は、特定の機能を得るために、複数の半導体素子を一つにまとめた回路である。半導体素子としては、例えばトランジスタ、ダイオード、抵抗素子、及び容量素子のいずれか１つまたは複数などを適宜用いることができる。また、半導体集積回路１０３には上記識別情報が記憶されている。
なお、複数の機能回路１０１は、同一の封止層に覆われていることが好ましい。同一の封止層で複数の機能回路１０１を覆うことにより、外部から水などの不純物の混入を抑制することができ、また外力に対する耐性を向上させることができる。封止層としては、例えば繊維体に樹脂が含浸された材料（例えばプリプレグ）などを用いることができる。
さらに半導体集積回路１０３は、アンテナ１０２に電気的に接続された送受信回路１０４と、送受信回路１０４に電気的に接続された電源回路１０５と、送受信回路１０４及び電源回路１０５に電気的に接続されたロジック回路１０６と、により構成される。しかし上記構成に限定されず、例えば他の回路を加えた構成とすることもできる。
送受信回路１０４は、アンテナ１０２で受信した電波から信号を生成し、電源回路１０５及びロジック回路１０６に出力する機能を有する。送受信回路１０４は、例えば整流回路、変調回路、及び復調回路などにより構成することができる。
電源回路１０５は、送受信回路１０４で生成された信号から電源電圧を生成する機能を有する。生成された電源電圧は、ロジック回路１０６に出力される。
ロジック回路１０６は、電源回路１０５から電源電圧が供給されることにより、アンテナ１０２で受信した電波の信号における命令の内容に従って、所定の動作を行う機能を有する。ロジック回路１０６には、記憶回路が設けられ、記憶回路にはアンテナ１０２で受信した電波の信号における命令に応じた動作を行うためのデータ（識別情報など）が書き込まれる。
なお、図１において、複数の機能回路として機能回路を４つ設ける構成について説明しているが、これに限定されない。少なくとも２つ以上の機能回路を有していれば複数の機能回路とすることができ、例えば機能回路を４つより多く設けることもできる。
また、本実施の形態において、機能回路に設けられたアンテナとは別にブースターアンテナを半導体装置に設けることもできる。ブースターアンテナを設けた半導体装置の構成例について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態における半導体装置の他の構成を示すブロック図である。
図２に示す本実施の形態における半導体装置２００は、複数の機能回路２０１と、第１のアンテナ２０２と、を有し、機能回路２０１は、第２のアンテナ２０３と、第２のアンテナ２０３に電気的に接続された半導体集積回路２０４と、を有する。
さらに半導体集積回路２０４は、第２のアンテナ２０３に電気的に接続された送受信回路２０５と、送受信回路２０５に電気的に接続された電源回路２０６と、送受信回路２０５及び電源回路２０６に電気的に接続されたロジック回路２０７と、により構成される。
半導体集積回路２０４は、図１における半導体集積回路１０３に相当し、構成及び機能については、図１の半導体集積回路１０３の説明を援用する。
また、送受信回路２０５、電源回路２０６、及びロジック回路２０７は、それぞれ図１における送受信回路１０４、電源回路１０５、及びロジック回路１０６に相当する。それぞれの回路の機能については、送受信回路１０４、電源回路１０５、及びロジック回路１０６における説明を援用する。
第２のアンテナ２０３は、図１におけるアンテナ１０２に相当する。また、第１のアンテナ２０２は、ブースターアンテナともいい、第２のアンテナ２０３と磁界結合することで信号の授受を行うことができる。また第１のアンテナ２０２は、例えば外部無線通信装置２０８などと電波２０９の送受信によりデータのやりとりを行う機能を有する。例えば外部無線通信装置２０８から第１のアンテナ２０２に電波が送信されると、第１のアンテナ２０２内に交流の電流が生じ、第１のアンテナ２０２の周囲に磁界が発生する。そして、第１のアンテナ２０２と、第２のアンテナ２０３とが磁界結合することで、第２のアンテナ２０３に誘導起電力が生じる。機能回路２０１は、誘導起電力を用いることで動作し、第１のアンテナ２０２を介して電波２０９の送受信を行うことができる。また、機能回路２０１から外部無線通信装置２０８に信号を電波として送信する場合には、機能回路２０１内で生成された信号に従って、第２のアンテナ２０３に電流を流して磁界結合させる。磁界結合させた第１のアンテナ２０２には、誘導起電力が生じ、第１のアンテナ２０２を介して外部無線通信装置２０８に電波２０９が送信される。
上記のように、機能回路に設けられたアンテナとは別にブースターアンテナを設けた構成にすることにより、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。
本実施の形態における半導体装置は、複数の機能回路のそれぞれにおいて、正常である否かが判定される。
次に複数の機能回路の選択動作について説明する。なおここでは例として、半導体装置の構成を図１の構成であるとして説明する。
機能回路の選択動作としては、電源回路１０５において、正常または不良の判定（以下判定処理という）を行う。電源回路１０５における判定処理について図３を用いて説明する。図３は、本発明の一態様である半導体装置における機能回路の選択動作を示すフローチャート図である。
図３に示すように、開始後まず第１のステップ（図３におけるＳ１）として外部無線通信装置１０７から電波が複数の機能回路に送信される。
次に第２のステップ（図３におけるＳ２）として各機能回路１０１が動作するか否かを判定することにより電源回路１０５の判定処理が行われる。動作した（Ｙｅｓである）機能回路１０１は、アンテナ１０２を介して応答信号に応じた電波を外部無線通信装置１０７に送信する。応答信号に応じた電波を外部無線通信装置１０７に送信した機能回路１０１は、正常であると判定される。また、動作しなかった（Ｎｏである）機能回路１０１は、応答信号が生成されないため、外部無線通信装置１０７に電波が送信されず、不良と判定される。正常と判定された機能回路１０１は、判定処理後も機能回路として外部無線通信装置１０７とのデータのやりとりを行い、不良と判定された機能回路１０１は、判定処理後は外部無線通信装置１０７から電波を送信しないようにする。以上により選択動作は終了となる。
なお、複数の機能回路１０１は、衝突防止機能（アンチコリジョン機能）を有し、外部無線通信装置１０７から受信した電波に対して各機能回路１０１がそれぞれ異なるタイミングで応答できることが好ましい。例えば機能回路１０１毎に異なる識別情報を有する場合には、識別情報に基づいて応答させる機能回路１０１を選択することができるため、各機能回路１０１は、異なるタイミングで応答することができる。
さらに判定処理により正常であると判定された機能回路１０１が複数ある場合には、外部無線通信装置１０７から機能回路１０１に電波を送信し、正常な機能回路１０１のいずれか１つのみを動作させ、他の正常な機能回路を停止するようにすることが好ましい。
以上のように、本実施の形態の半導体装置は、機能回路を複数設けることにより、いずれか１つの機能回路だけでも正常であれば半導体装置を動作させることが可能であるため、信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態の半導体装置は、正常である機能回路のいずれかを選択して用いることができる。よって、例えば出荷前などに上記判定動作を行い、不良な機能回路を予め把握し、正常な機能回路のみを用いることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の他の構成について説明する。
まず本実施の形態における半導体装置の構成について機能回路の構成について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態における機能回路の構成を示すブロック図である。
図４に示すように本実施の形態における半導体装置３００は、複数の機能回路３０１を有し、機能回路３０１は、アンテナ３０２と、アンテナ３０２に電気的に接続された半導体集積回路３０３と、を有する。
機能回路３０１は、アンテナ３０２で受信した電波（搬送波など）を用いて電源電圧を生成し、電源電圧を用いてアンテナ３０２で受信した電波における信号の命令に従った動作を行う機能を有する。また、複数の機能回路３０１は同じ機能を有し、それぞれ互いに同等の動作を行うことができる冗長回路として機能する。
また、複数の機能回路３０１は、互いに異なる識別情報を有する。異なる識別情報は、例えば各機能回路３０１の位置の差、信号の送信または受信にかかる時間の差、若しくは応答信号の周波数などの差を用いて生成することができる。
アンテナ３０２は、例えば外部無線通信装置３０９などと電波の送受信によりデータのやりとりを行う機能を有する。例えば機能回路３０１は、機能回路３０１内において生成された信号を電波によりアンテナ３０２を介して外部無線通信装置３０９に送信することができる。また、アンテナ３０２は、例えばオンチップアンテナとすることでアンテナと半導体集積回路との接触不良を抑制することもできる。
なお、外部無線通信装置３０９と半導体装置３００との間において、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。
また、アンテナ３０２に適用する信号の伝送方式は、周波数に合わせて例えば電磁結合方式、電磁誘導方式又はマイクロ波方式などを用いることができる。伝送方式は、適宜使用用途を考慮して選択すればよく、伝送方式に伴って最適な長さや形状のアンテナを設ければよい。
半導体集積回路３０３は、特定の機能を得るために、複数の半導体素子を一つにまとめた回路である。半導体素子としては、例えばトランジスタ、ダイオード、抵抗素子、及び容量素子のいずれか１つまたは複数などを適宜用いることができる。
なお、複数の機能回路３０１は、同一の封止層に覆われていることが好ましい。同一の封止層で覆うことにより、外部から水などの不純物の混入を抑制することができ、また外力に対する耐性を向上させることができる。封止層としては、例えば繊維体に樹脂が含浸された材料（例えばプリプレグ）などを用いることができる。
さらに半導体集積回路３０３は、アンテナ３０２に電気的に接続された送受信回路３０４と、送受信回路３０４に電気的に接続された電源回路３０５及びロジック回路３０６と、電源回路３０５及びロジック回路３０６に電気的に接続された電源制御回路３０７と、電源制御回路３０７に電気的に接続された判定回路３０８と、により構成される。ただし、上記構成に限定されず、例えば他の回路を加えた構成とすることもできる。
送受信回路３０４は、アンテナ３０２で受信した電波から信号を生成し、電源回路３０５及びロジック回路３０６に出力する機能を有する。送受信回路３０４は、例えば整流回路、変調回路、及び復調回路などにより構成される。
電源回路３０５は、送受信回路３０４で生成された信号から電源電圧を生成する機能を有する。生成された電源電圧は、ロジック回路３０６に出力される。
ロジック回路３０６は、電源回路３０５から電源電圧が供給されることにより、アンテナ３０２で受信した電波の信号における命令の内容に従って、所定の動作を行う機能を有する。ロジック回路３０６には、記憶回路が設けられ、アンテナ３０２で受信した電波の信号における命令に応じた動作を行うためのデータ（識別情報など）が書き込まれる。
電源制御回路３０７は、電源回路３０５を動作させるか否かを制御する機能を有する。
判定回路３０８は、少なくとも記憶回路を有し、ロジック回路３０６が正常に動作するか否かに従って、記憶回路にハイまたはロウのデータが書き込まれる。なお、本明細書においてロウとは、接地電位またはそれと同等の低電位の状態のことをいい。ハイとはロウより高電位の状態のことをいい、任意の値に設定することができるものとする。
ロジック回路３０６及び判定回路３０８の記憶回路としては、例えば不揮発性メモリまたは揮発性メモリなどを用いることができる。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、または無機メモリなどを用いることができる。例えばデータの書き換えが不可能なメモリを用いれば、出荷後においても書き込まれたハイまたはロウのデータを維持することができる。また、データの書き換えが不可能なメモリを用いれば、出荷後においても機能回路の不良の判定を行い、すでに書き込まれたハイまたはロウのデータを書き換えることができる。
本実施の形態の半導体装置は、上記構成である複数の機能回路３０１のそれぞれが正常である否か判定され、判定された複数の機能回路３０１のうち、正常である機能回路３０１のいずれか一つは、判定された後も外部無線通信装置３０９とデータのやりとりを行う。
さらに本実施の形態の半導体装置の具体的な構成について図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態の半導体装置における機能回路の構成を示す図である。
図５に示すように本実施の形態の半導体装置における機能回路３０１は、アンテナ３０２と、アンテナ３０２に電気的に接続された送受信回路３０４と、送受信回路３０４に電気的に接続された電源回路３０５及びロジック回路３０６と、ロジック回電源回路３０５及びロジック回路３０６に電気的に接続された電源制御回路３０７と、電源制御回路３０７に電気的に接続された判定回路３０８と、を有する。
アンテナ３０２、送受信回路３０４、ロジック回路３０６、及び判定回路３０８は、図４と同様の構成または機能を有する。
電源回路３０５は、トランジスタ３１５と、トランジスタ３１０と、トランジスタ３１１と、抵抗素子３１２と、トランジスタ３１３と、を有する。
トランジスタ３１５は、ゲート端子と、ソース端子と、ドレイン端子と、を有し、ゲート端子がソース端子及びドレイン端子の一方に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が送受信回路３０４に電気的に接続される。
トランジスタ３１０は、ゲート端子がトランジスタ３１５のゲート端子に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の一方が送受信回路３０４に電気的に接続される。
トランジスタ３１１は、ゲート端子がトランジスタ３１０のソース端子及びドレイン端子の他方に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の一方がトランジスタ３１５のソース端子及びドレイン端子の一方に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方がロジック回路３０６及び電源制御回路３０７に電気的に接続される。
抵抗素子３１２は、一方の端子がトランジスタ３１１のソース端子及びドレイン端子の他方に電気的に接続され、他方の端子は接地される。
トランジスタ３１３は、ゲート端子がロジック回路３０６、電源制御回路３０７、トランジスタ３１１のソース端子及びドレイン端子の他方、及び抵抗素子３１２の一方の端子に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の一方が接地され、ソース端子及びドレイン端子の他方がトランジスタ３１０のソース端子及びドレイン端子の他方及びトランジスタ３１１のゲート端子に電気的に接続される。
なお、図５においてトランジスタ３１５及びトランジスタ３１０は、Ｐ型トランジスタであり、トランジスタ３１１及びトランジスタ３１３はＮ型トランジスタであるが、これに限定されず、図５に示した電源回路３０５と同様の動作を行うことが可能であれば、各トランジスタにおいて異なる導電型のトランジスタを適用することもできる。また、電源回路３０５は、図５に示した構成に限定されず、例えば他の素子などを用いて構成することもできる。
電源制御回路３０７は、ゲート端子、ソース端子、及びドレイン端子を有するトランジスタ３１４を有し、トランジスタ３１４は、ゲート端子が判定回路３０８に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の一方が電源回路３０５及びロジック回路３０６に電気的に接続され、ソース端子及びドレイン端子の他方が接地される。なお、電源制御回路３０７は、図５に示した構成に限定されず、他の素子を用いて構成することもできる。
また、本実施の形態において、機能回路に設けられたアンテナとは別にブースターアンテナを半導体装置に設けることもできる。ブースターアンテナを設けた半導体装置の構成例について図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態における半導体装置の他の構成を示すブロック図である。
図６に示す本実施の形態における半導体装置４００は、複数の機能回路４０１と、第１のアンテナ４０２と、を有し、機能回路４０１は、第２のアンテナ４０３と、第２のアンテナ４０３に電気的に接続された半導体集積回路４０４を有する。
さらに半導体集積回路４０４は、第２のアンテナ４０３に電気的に接続された送受信回路４０５と、送受信回路４０５に電気的に接続された電源回路４０６及びロジック回路４０７と、電源回路４０６及びロジック回路４０７に電気的に接続された電源制御回路４０８と、ロジック回路４０７及び電源制御回路４０８に電気的に接続された判定回路４０９と、により構成される。
半導体集積回路４０４は、図４における半導体集積回路３０３に相当し、構成及び機能については、半導体集積回路３０３の説明を援用する。
また、送受信回路４０５、電源回路４０６、ロジック回路４０７、電源制御回路４０８、及び判定回路４０９は、それぞれ図４における送受信回路３０４、電源回路３０５、ロジック回路３０６、電源制御回路３０７、及び判定回路３０８に相当する。それぞれの回路の機能については、送受信回路３０４、電源回路３０５、ロジック回路３０６、電源制御回路３０７、及び判定回路３０８における説明を援用する。
第２のアンテナ４０３は、図４におけるアンテナ３０２に相当する。第１のアンテナ４０２は、ブースターアンテナともいい、第２のアンテナ４０３と磁界結合することで信号の授受を行うことができる。また第１のアンテナ４０２は、例えば外部無線通信装置４１０などと電波４１１の送受信によりデータのやりとりを行う機能を有する。例えば外部無線通信装置４１０から第１のアンテナ４０２に電波が送信されると、第１のアンテナ４０２内に交流の電流が生じ、第１のアンテナ４０２の周囲に磁界が発生する。そして、第１のアンテナ４０２と、第２のアンテナ４０３とが磁界結合することで、第２のアンテナ４０３に誘導起電力が生じる。機能回路４０１は、誘導起電力を用いることで動作し、第１のアンテナ４０２を介して電波４１１の送受信を行うことができる。また、機能回路４０１から外部無線通信装置４１０に電波を送信する場合には、機能回路４０１内で生成された信号に従って、第２のアンテナ４０３に電流を流して磁界結合させる。磁界結合させた第１のアンテナ４０２には誘導起電力を生じ、第１のアンテナ４０２を介して外部無線通信装置４１０に電波が送信される。
上記のように、本実施の形態の半導体装置は、機能回路に設けられたアンテナとは別に半導体装置にブースターアンテナを設けた構成にすることにより、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。
次に本実施の形態の半導体装置における機能回路の選択動作について説明する。ここでは例として、半導体装置の構成を図４に示す構成とし、さらに機能回路３０１の構成を図５に示す構成として説明する。
機能回路の選択動作としては、上記実施の形態１に示す機能回路の選択動作と同じであるため、図３に示すフローチャートを適宜援用して説明する。まず電源回路３０５における判定処理を行うことにより各機能回路３０１において正常であるか否かを判定する。
なお、このとき、複数の機能回路３０１は、衝突防止機能（アンチコリジョン機能）を有し、外部無線通信装置３０９からの電波の受信に対して各機能回路３０１がそれぞれ異なるタイミングで応答することが好ましい。例えば機能回路３０１毎に異なる識別情報を有する場合には、識別情報に基づいて応答する機能回路を選択することができるため、各機能回路３０１は、異なるタイミングで応答することができる。
次にロジック回路３０６が正常であるか否かの判定処理を行う。
ロジック回路３０６における判定処理について図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態の半導体装置におけるロジック回路の判定処理を示すフローチャート図である。
図７に示すように、開始後まず第１のステップ（図７におけるＳ１）として、判定処理を行う。判定処理の具体的な方法について、以下に説明する。
例えば任意に選択された機能回路３０１のロジック回路３０６において判定処理が行われた場合、正常の場合には、判定回路３０８の記憶回路に正常を示すデータ（本実施の形態ではハイとする）が書き込まれ、不良の場合には、判定回路３０８の記憶回路に不良を示すデータ（本実施の形態ではロウとする）が書き込まれる。
なお、このときの判定処理の方法としては、電源回路３０５が正常であれば、外部無線通信装置などから電波を機能回路３０１に送信してロジック回路３０６が動作するか否かを判定する方法などを用いることができる。また、出荷前の段階などの場合には、例えばプローバーなどを用いて外部からロジック回路３０６に電源電圧を印加してロジック回路３０６が動作するか否かを判定する方法などを用いることもできる。
判定回路３０８の記憶回路に不良を示すデータが書き込まれると、電源制御回路３０７のトランジスタ３１４がオン状態となり、トランジスタ３１４を介して電源回路３０５に接地電位が与えられるため、電源回路３０５は停止し、電源電圧が生成されなくなる。これにより機能回路３０１は、動作できなくなる。
上記のように、複数の機能回路３０１のうち、選択されたいずれかの機能回路３０１において不良と判断されると、まだ選択されていない別の機能回路３０１において上記と同様の判定処理が行われる。これにより、例えば一つの機能回路３０１において、電源回路３０５が正常と判定されたがロジック回路３０６が不良と判定された場合に機能回路３０１を停止させることができるため、不良と判定されたロジック回路３０６を有する機能回路３０１の誤動作を防止することができる。
さらに、第２のステップ（図７におけるＳ２）として、ロジック回路３０６における判定処理で正常と判定された機能回路３０１の数により、第１の書き込み処理乃至第５の書き込み処理のいずれか一つの書き込み処理が行われる。それぞれの書き込み処理について以下に説明する。
正常と判定された機能回路３０１の数が１の場合、第１の書き込み処理として正常と判定された機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に正常を示すデータが書き込まれる。正常なデータが書き込まれた機能回路３０１は、判定処理後も外部（外部無線通信装置３０９など）とデータのやりとりを行う。
正常と判定された機能回路３０１の数が２の場合、第２の書き込み処理として、正常と判定された２つの機能回路３０１のうち、いずれか一方の機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に正常を示すデータが書き込まれ、いずれか他方の機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に停止を示すデータ（本実施の形態ではロウとする）が書き込まれる。停止を示すデータが書き込まれた機能回路３０１は停止状態となり、正常を示すデータが書き込まれた機能回路３０１のみが判定処理後も外部（外部無線通信装置３０９など）とデータのやりとりを行う。
正常と判定された機能回路３０１の数が３の場合、第３の書き込み処理として、正常と判定された３つの機能回路３０１のうち、いずれか一つの機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に正常を示すデータが書き込まれ、それ以外の機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に停止を示すデータ（本実施の形態ではロウとする）が書き込まれる。停止を示すデータが書き込まれた機能回路３０１は停止状態となり、正常を示すデータが書き込まれた機能回路３０１のみが判定処理後も外部（外部無線通信装置３０９など）とデータのやりとりを行う。
正常と判定された機能回路３０１の数が４の場合、第４の書き込み処理として、正常と判定された４つの機能回路３０１のうち、いずれか一つの機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に正常を示すデータが書き込まれ、それ以外の機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に停止を示すデータ（本実施の形態ではロウとする）が書き込まれる。停止を示すデータが書き込まれた機能回路３０１は停止状態となり、正常を示すデータが書き込まれた機能回路３０１のみが判定処理後も外部（外部無線通信装置３０９など）とデータのやりとりを行う。
なお、本実施の形態において、正常を示すデータをロウとし、異常及び停止を示すデータをハイとしてもよい。また、ハイ及びロウ以外の電位の状態を用いて正常、若しくは異常または停止を示すデータとしてもよい。
正常と判定された機能回路３０１の数が０の場合、第５の書き込み処理として、全ての機能回路３０１における判定回路３０８の記憶回路に不良を示すデータが書き込まれる。このとき複数の機能回路３０１のうち、最後に判定される機能回路３０１については、判定処理を行わなくてもよい。
上記複数の書き込み処理のいずれかが行われることにより、選択動作は終了となる。
以上のように、本実施の形態の半導体装置は、機能回路を複数設けることにより、いずれか１つの機能回路だけでも正常であれば動作が可能であるため、信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態の半導体装置は、各機能回路において、判定処理による選択動作を行うことにより、正常である機能回路を選択して用いることができる。よって、例えば出荷前などに上記判定動作を行い、不良な機能回路を予め把握し、正常である機能回路のみを用いることができる。また、正常である機能回路が複数ある場合、正常である機能回路のいずれか１つを選択して用いることもできるため、消費電力を低減することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置の構造の一例について説明する。
まず本実施の形態における半導体装置の構造の一例について図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態における半導体装置の構造の一例を示す斜視図である。
図８（Ａ）に示すように、本実施の形態における半導体装置は、封止層５００と、封止層５０１と、封止層５００及び封止層５０１に覆われた複数の機能回路５０２（点線部）と、を有する。
また、図８（Ｂ）は、便宜のため、図８（Ａ）の複数の機能回路５０２を実線で示し、封止層５００を点線で示した図である。図８（Ｂ）に示すように、封止層５００（点線部）及び封止層５０１に覆われた複数の機能回路５０２は、機能回路５０２上に設けられたアンテナ５０３と、を有する。
次に本実施の形態における半導体装置の断面構造について図９を用いて説明する。図９は、図８（Ｂ）の線分Ａ−Ｂにおける断面図である。
図９に示すように、本実施の形態における半導体装置は、封止層５００と、封止層５００上に設けられた剥離層５０４と、剥離層５０４上に設けられた半導体素子層５０５と、半導体素子層５０５上に設けられ、開口部を有する第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７と、一部が開口部を介して半導体素子層５０５に接するように設けられた導電層５０８と、導電層５０８及び第２の絶縁層５０７を覆うように設けられた第３の絶縁層５０９と、第３の絶縁層５０９上に設けられた封止層５０１と、を有する複数の機能回路５０２と、を有する。
封止層５００は、第１の封止層であり、封止層５０１は、第２の封止層である。封止層５００及び封止層５０１は、端部において接しており、剥離層５０４、半導体素子層５０５、第１の絶縁層５０６、第２の絶縁層５０７、導電層５０８、及び第３の絶縁層５０９が、封止層５００及び封止層５０１からなる一つの封止層に覆われている。封止層５００及び封止層５０１としては、例えば図９に示すように繊維体５１０などに樹脂を含浸させた材料（例えばプリプレグ）などを適用することができる。このとき繊維体５１０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る。高強度繊維としては、具体的には引張弾性率が高い繊維、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５１０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５１０として、カーボン繊維を用いて、繊維体５１０に導電性を持たせると、静電破壊を抑制することができる。
また、繊維体５１０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、例えば平織り、綾織り、またはしゅす織りなどを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５１０の厚さを薄くすることが可能である。このため、封止層５００及び封止層５０１の厚さ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以下であればよく、また、繊維の太さは、４μｍ以上２０μｍ以下であればよいが、繊維の材料によってはさらに薄くすることもでき、繊維の材料の種類に応じて適宜設定することができる。
繊維体５１０の繊維糸束を経糸及び緯糸に使って製織した織布の上面図を図１０に示す。
図１０（Ａ）に示すように、繊維体５１０は、一定間隔をあけた経糸５１０ａ及び一定間隔をあけた緯糸５１０ｂが織られている。このような繊維体には、経糸５１０ａ及び一緯糸５１０ｂが存在しない領域（バスケットホール５１０ｃという）を有する。このような繊維体５１０は、有機樹脂が繊維体に含浸される割合が高まり、繊維体５１０及び素子層の密着性を高めることができる。
また、図１０（Ｂ）に示すように、繊維体５１０は、経糸５１０ａ及び緯糸５１０ｂの密度が高く、バスケットホール５１０ｃ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５１０ｃ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５１０のバスケットホール５１０ｃ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５１０全体で吸収させ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。
繊維体５１０に含浸され、且つ半導体素子層５０５の表面を封止する樹脂は、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。さらにＵＶ硬化性樹脂や可塑性有機樹脂を用いてもよい。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。上記樹脂を用いることで、熱処理により繊維体５１０を半導体素子層５０５に固着することが可能である。なお、樹脂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。
また、封止層５００及び封止層５０１の厚さは、それぞれ１０μｍ以上１００μｍ以下、さらには１０μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。このような厚さの封止層を用いることで、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、樹脂または繊維体５１０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、半導体装置の破壊を低減することができる。
また樹脂または繊維体５１０の糸束内に、カーボン粒子を分散させてもよい。特に半導体素子層５０５に薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が含まれている場合、ＴＦＴの下方にカーボン粒子が分散された樹脂または繊維体５１０を有する封止層５００及び封止層５０１を設けると、静電気によりＴＦＴが破壊されるのを防ぐことができる。
剥離層５０４は、別の基板上に設けられる半導体素子層５０５と半導体素子層５０５を形成するために用いられる基板とを剥離するための層として機能し、例えばタングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び珪素などの中から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層または複数の層を積層させて形成することができる。
剥離層５０４が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
剥離層５０４が積層構造の場合、好ましくは、１層目として金属層を形成し、２層目として金属酸化物層を形成する。代表的には、１層目の金属層として、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、２層目として、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の窒化物、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化窒化物、又はタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物の窒化酸化物を含む層を形成する。
剥離層５０４として、１層目として金属層、２層目として金属酸化物層の積層構造を形成する場合、金属層としてタングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステンを含む層と絶縁層との界面に、金属酸化物層としてタングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、金属層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理等を行って金属酸化物層を形成してもよい。
また、タングステンの酸化物としては、例えばＷＯ２、Ｗ２Ｏ５、Ｗ４Ｏ１１、ＷＯ３などがある。
半導体素子層５０５は、上記実施の形態１に示した半導体集積回路が形成される層である。半導体素子層５０５は、１μｍ以上１０μｍ以下、さらには１μｍ以上５μｍ以下の厚さで形成されることが好ましい。半導体素子層５０５の厚さを上記の範囲にすることにより、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。また半導体装置の上面の面積は、４ｍｍ２以上、さらには９ｍｍ２以上が好ましい。
ここで半導体素子層５０５のより具体的な構成について図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態における半導体素子層の構成を示す断面図である。
図１１に示すように、本実施の形態における半導体素子層５０５は、下地層６００と、下地層６００上に設けられた複数のトランジスタ６０１を有し、複数のトランジスタ６０１は、不純物領域を有する半導体層６０２と、半導体層６０２を覆うように設けられたゲート絶縁層６０３と、ゲート絶縁層６０３を介して半導体層６０２の一部の上に設けられたゲート電極６０４と、ゲート電極６０４及びゲート絶縁層６０３上に設けられ、開口部を有する第１の層間絶縁層６０５及び第２の層間絶縁層６０６と、開口部を介して半導体層６０２の不純物領域の一部に接するように設けられた電極６０７と、を有する。
また、トランジスタ６０１の電極６０７と同一層に設けられた電極６０８に図９における第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７の開口部を介して導電層５０８の一部が接している。
下地層６００は、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいは２つ以上の積層膜を用いればよい。
また、図１２に示す半導体素子層５０５の構造のように、下地層６００を下地層６００ａと、下地層６００ｂの２層構造とし、一方の下地層の一部がエッチングにより除去された構造とすることもできる。他方の下地層をエッチング後においても残すことにより、不純物の混入を抑制することができる。
半導体層６０２は、チャネル領域、ソース領域、及びドレイン領域を有する。半導体層６０２としては、非晶質（アモルファス）半導体、微結晶（マイクロクリスタル）半導体、または多結晶半導体を用いることができる。微結晶半導体は、非晶質と結晶構造（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な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領域を含んでいる。少なくとも膜中の一部の領域には、０．５以上２０ｎｍ以下の結晶領域を観測することができ、珪素を主成分とする場合にはラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしている。Ｘ線回折では珪素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。未結合手（ダングリングボンド）の補償するものとして水素又はハロゲンを少なくとも１原子％又はそれ以上含ませている。例えば微結晶シリコンを用いる場合には、材料ガスをグロー放電分解（プラズマＣＶＤ）して形成する。このときの材料ガスとしては、ＳｉＨ４、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。また、ＧｅＦ４を混合させても良い。この材料ガスをＨ２、あるいは、Ｈ２とＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｎｅから選ばれた一種又は複数種の希ガス元素で希釈してもよい。このときの希釈率は２倍以上１０００倍以下の範囲である。また、圧力は０．１Ｐａ以上１３３Ｐａ以下の範囲である。また、電源周波数は１ＭＨｚ以上１２０ＭＨｚ以下、好ましくは１３ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の範囲である。また、基板加熱温度は３００℃以下の範囲とする。膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物濃度は、酸素、窒素、炭素ともそれぞれ１×１０２０／ｃｍ３以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は５×１０１９／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１９／ｃｍ３以下とする。
また、半導体層６０２の不純物領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能し、例えばリンやヒ素などのｎ型不純物元素、またはボロンなどのｐ型不純物元素を添加することにより形成される。さらに不純物領域に接する電極は、ソース電極またはドレイン電極として機能する。また、半導体層６０２のそれぞれに同じ導電型を付与する不純物元素を添加することもできる。また、それぞれの半導体層６０２において異なる導電型を付与する不純物元素を添加することもできる。また、本実施の形態において、ソース領域またはドレイン領域となる不純物領域より不純物濃度の低い低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域ともいう）を設けることもできる。低濃度不純物領域を設けることによりオフ電流を抑えることができる。
ゲート絶縁層６０３としては、例えば酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいは２つ以上の積層膜などを用いることができる。ゲート絶縁層６０３は、スパッタ法又はプラズマＣＶＤ法などによって形成することができる。
ゲート電極６０４としては、例えば単層の導電膜、又は２層、３層の導電膜の積層構造とすることができる。ゲート電極６０４の材料としては、導電膜を用いることができる。例えば、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、クロム、シリコンなどの元素の単体膜、あるいは、元素の窒化膜（代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜）、あるいは、元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金、Ｍｏ−Ｔａ合金）、あるいは、元素のシリサイド膜（代表的にはタングステンシリサイド膜、チタンシリサイド膜）などを用いることができる。なお、上述した単体膜、窒化膜、合金膜、シリサイド膜などは、単層または積層して用いることができる。
第１の層間絶縁層６０５及び第２の層間絶縁層６０６としては、例えば酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいは２つ以上の積層膜などを用いることができる。
電極６０７としては、アルミニウム、ニッケル、炭素、タングステン、モリブデン、チタン、白金、銅、タンタル、金、またはマンガンなどの元素の単体膜、あるいは、元素の窒化膜、あるいは、元素を組み合わせた合金膜、あるいは、元素のシリサイド膜などを用いることができる。例えば、元素を複数含む合金として、炭素及びチタンを含有したアルミニウム合金、ニッケルを含有したアルミニウム合金、炭素及びニッケルを含有したアルミニウム合金、炭素及びマンガンを含有したアルミニウム合金などを用いることができる。例えば、積層構造で設ける場合、アルミニウムをモリブデン又はチタンなどで挟み込んだ構造とすることで、アルミニウムにおける、熱や化学反応に対する耐性を向上することができる。
なお、本実施の形態における半導体素子層５０５の構成は、図１１及び図１２に示した構造に限定されず、ダイオード、抵抗素子、容量素子、またはフローティングゲートを有するトランジスタなどの半導体素子を設けることもできる。
また、トランジスタ６０１は、図１１及び図１２に示した構造に限定されず、例えば逆スタガ構造、フィンＦＥＴ構造等の構造のトランジスタの構造とすることもできる。例えばフィンＦＥＴ構造とすることで、トランジスタサイズの微細化に伴う短チャネル効果を抑制することができる。また、トランジスタ６０１として、ＳＯＩ基板など、半導体基板を用いることもできる。半導体基板を用いて作製されたトランジスタは、移動度が高いため、トランジスタサイズを小さくすることができる。また、有機半導体を用いたトランジスタ、またはカーボンナノチューブを用いたトランジスタなども用いることができる。
第１の絶縁層５０６は、層間絶縁層としての機能を有し、例えば酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいは２つ以上の積層膜などを用いることができる。第１の絶縁層５０６で半導体素子層５０５を覆うことにより、半導体集積回路となる半導体素子層５０５への不純物の混入を抑制することができる。
第２の絶縁層５０７は、層間絶縁層としての機能を有し、例えば樹脂などを用いることができる。
導電層５０８は、図８におけるアンテナ５０３として機能し、例えば銀、金、銅、ニッケル、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、チタン、アルミニウム等のいずれか１つあるいは２つ以上を用いて形成することができる。本実施の形態においてアンテナの形状をループ状としているが、ループ状にすることにより、機能回路の面積を小さくすることができる。ただし、これに限定されず、アンテナ５０３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なども用いることができる。
第３の絶縁層５０９としては、非晶質珪素膜、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいは２つ以上の積層膜などを用いることができる。また、非晶質珪素膜を用いる場合、一導電型を付与する不純物元素を添加することもできる。一導電性型を付与する不純物元素を添加することにより素子の静電破壊を防止することができる。なお、第３の絶縁層５０９を設けない構成とし、半導体装置の厚さを薄くすることもできる。
図９に示す半導体装置は、複数の半導体素子層５０５、第１の絶縁層５０６、及び導電層５０８が封止層５００及び封止層５０１からなる同一の封止層により覆われた構造となっている。これにより半導体集積回路となる半導体素子層５０５への不純物の混入を抑制することができる。
また、本実施の形態の半導体装置は、図１３に示す機能回路５０２のように領域５１４において封止層５００及び封止層５０１が接する構成とし、半導体素子層５０５、第１の絶縁層５０６、及び導電層５０８が封止層５００及び封止層５０１からなる同一の封止層に覆われた構造とすることもできる。これにより半導体集積回路となる半導体素子層への不純物の混入を抑制することができる。
以上のように、本実施の形態の半導体装置は、上記に示す構造とすることにより、冗長性を高めることができるため、信頼性を向上させることができる。また、半導体集積回路への不純物の混入を抑制し、曲げに対するストレスを緩和することができ、外力に対する耐性を高めることができるため、各機能回路において信頼性を向上させることができる。
次に本実施の形態における半導体装置の作製方法について図１４乃至図１７を用いて説明する。図１４乃至図１７は、本実施の形態における半導体装置の作製方法を示す断面図である。ここでは例として、図１１に示した構成における半導体装置の作製方法について説明する。
図１４（Ａ）に示すように、まず基板５１１上に剥離層５０４を形成し、剥離層５０４上に半導体素子層５０５を形成する。剥離層５０４は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法、塗布法、印刷法等を用いることにより形成することができる。なお、塗布法とは、溶液を被処理物上に吐出させて成膜する方法であり、例えばスピンコーティング法や液滴吐出法を含む。また、液滴吐出法とは、微粒子を含む組成物の液滴を微細な孔から吐出して所定の形状のパターンを形成する方法である。
次に半導体素子層５０５を覆うように第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７を形成する。
次に図１４（Ｂ）に示すように、第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７の一部をエッチングにより除去する。このとき、少なくとも半導体素子層５０５を覆っている部分の第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７が残るようにする。また、半導体素子層５０５上に残った第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７の一部には、開口部を設ける。
次に図１５（Ａ）に示すように第１の絶縁層５０６及び第２の絶縁層５０７を介して半導体素子層５０５における電極と一部が接するように導電層５０８を形成する。導電層５０８は、例えば上記に挙げた導電層５０８として適用可能な材料の金属粒子を有する液滴やペーストなどを、別途基板上に液滴吐出法（インクジェット法、ディスペンス法など）により吐出し、乾燥焼成して形成することができる。液滴吐出法により導電層５０８を形成することで工程数の削減が可能であり、それに伴うコスト削減が可能である。
次に図１５（Ｂ）に示すように、第２の絶縁層５０７及び導電層５０８を覆うように第３の絶縁層５０９を形成する。
次に図１６（Ａ）に示すように第３の絶縁層５０９上に封止層５０１を接着する。接着する方法としては例えば封止層５０１をプレスして接着する方法などが挙げられる。
次に図１６（Ｂ）に示すように封止層５０１上に光または熱により剥離可能な粘着テープ５１２を設けて、粘着テープ５１２上にローラ５１３を回転させながら剥離層５０４を剥離して、基板５１１を分離する。
次に図１７（Ａ）に示すように、剥離層５０４が形成されている面からレーザを照射し、剥離層５０４、第３の絶縁層５０９、及び封止層５０１の一部に溝５１５を形成する。なお粘着テープ５１２は、溝５１５を形成後に剥離してもよいし、溝５１５を形成する前に剥離してもよい。
次に図１７（Ｂ）に示すように、第３の絶縁層５０９の基板５１１が剥離された側の面に封止層５００を接着する。接着する方法としては例えば封止層５００をプレスして接着する方法などが挙げられる。封止層５００を接着することにより封止層５００及び封止層５０１における樹脂が溝５１５に流れることにより封止層５００及び封止層５０１が一つとなる。このとき溝５１５より端部の封止層５００及び封止層５０１が合わさっていない部分は除去する。
以上により、図１１に示す構成の半導体装置を作製することができる。また、本実施の形態の半導体装置の作製方法を用いることにより、半導体素子層５０５が封止層５００及び封止層５０１に挟持された構造を形成することができる。なお、本実施の形態に示す半導体装置の作製方法は、一例であり、他の作製方法を用いることもできる。
また、ブースターアンテナを設けた半導体装置について図１８を用いて説明する。図１８は、本実施の形態における半導体装置の他の構成を示す斜視図である。
図１８に示すように、本実施の形態における半導体装置の他の構成は、機能回路７００と、機能回路７００上に設けられた基板７０１（点線部）と、基板７０１の一方の上に設けられたアンテナ７０２と、を有する。
機能回路７００は、図９に示した機能回路５０２の構成と同じである。
なお、本実施の形態において、アンテナ７０２の形状をループ状としているが、ループ状とすることで半導体装置の面積を小さくすることができる。またループ状に限定されず、アンテナ７０２の形状は、電波を受信できる形であればよく、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ることができる。
また、基板７０１を用いずにアンテナ７０２を機能回路７００に貼り合わせることもできる。基板７０１を用いないことにより、半導体装置の厚さを薄くすることができる。
次にブースターアンテナを設けた半導体装置の断面構造について図１９を用いて説明する。図１９は、図１８の線分Ａ−Ｂにおける断面図である。
図１９に示すように、本実施の形態における半導体装置は、封止層７０３と、封止層７０３上に設けられた剥離層７０４と、剥離層７０４上に設けられた半導体素子層７０５と、半導体素子層７０５上に設けられ、開口部を有する第１の絶縁層７０６及び第２の絶縁層７０７と、一部が開口部を介して半導体素子層７０５に接するように設けられた導電層７０８と、導電層７０８及び第２の絶縁層７０７を覆うように設けられた第３の絶縁層７０９と、第３の絶縁層７０９上に設けられた封止層７１０と、を有する機能回路７００と、封止層７１０上に設けられ、導電層７１１を有する基板７０１と、を有する。
なお、図１９において、封止層７０３、剥離層７０４、半導体素子層７０５、第１の絶縁層７０６、第２の絶縁層７０７、導電層７０８、第３の絶縁層７０９、及び封止層７１０のそれぞれは、図９における封止層５００、剥離層５０４、半導体素子層５０５、第１の絶縁層５０６、第２の絶縁層５０７、導電層５０８、第３の絶縁層５０９、及び封止層５０１のそれぞれに適用可能な構成及び材料を適用することができる。
導電層７１１は、図１８において、ブースターアンテナであるアンテナ７０２として機能し、例えば銀、金、銅、ニッケル、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、チタン、アルミニウム等のいずれか１つあるいは２つ以上を用いて形成することができる。
なお、本実施の形態において、アンテナ７０２の形状をループ状の形状としているが、ループ状にすることにより、機能回路の面積を小さくすることができる。ただし、これに限定されず、アンテナ７０２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なども用いることができる。
以上のように第１のアンテナとなる導電層７０８と、ブースターアンテナとして機能する第２のアンテナとなる導電層７１１とを設けた構成の場合には、第１のアンテナと第２のアンテナとの間における電力の授受を非接触で行うことができる。また第２のアンテナを設けることにより、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。
次に図１９に示す半導体装置の作製方法について図２０を用いて説明する。図２０は、本実施の形態における半導体装置の他の構成の作製方法を示す断面図である。
図２０（Ａ）に示すように、まず上記図１４乃至図１７に示した半導体装置の作製方法を用いて機能回路７００を形成する。
次に図２０（Ｂ）に示すように、機能回路７００と導電層７１１が形成された基板７０１とを、導電層７１１が形成された面が機能回路７００側になるように貼り合わせる。このとき別途接着層を介して基板７０１と機能回路７００とを貼り合わせることもできる。接着層を設けることにより、貼り合わせ面の接着強度を向上させることができる。
以上のように、ブースターアンテナとして第２のアンテナ（アンテナ７０２）を設けた半導体装置を作製することができる。本実施の形態の作製方法を用いることにより、半導体素子層７０５が封止層７０３及び封止層７１０からなる一つの封止層に覆われた構造を形成することができる。また、第２のアンテナの下に複数の機能回路を配置することにより、半導体装置の面積を小さくすることができる。
なお、本実施の形態に示す半導体装置の作製方法は一例であり、他の作製方法を用いることもできる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した半導体装置の使用例について説明する。
本実施の形態の半導体装置の具体的な使用例について図２１を用いて説明する。図２１は、本実施の形態における半導体装置の使用例を示す図である。
上記実施の形態における半導体装置の使用例について、図２１に示す。半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類（運転免許証や住民票等、図２１（Ａ）参照）、包装用容器類（包装紙やボトル等、図２１（Ｃ）参照）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等、図２１（Ｂ）参照）、乗り物類（自転車等、図２１（Ｄ）参照）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、または電子機器（液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話）等の物品、若しくは各物品に取り付ける荷札（図２１（Ｅ）、図２１（Ｆ）参照）等に設けて使用することができる。
半導体装置８００は、プリント基板に実装、表面に貼る、または埋め込むことにより、物品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込む、または有機樹脂からなるパッケージであれば当該有機樹脂に埋め込み、各物品に固定される。半導体装置８００は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、または証書類等に半導体装置８００を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等に半導体装置を取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。また、乗り物類であっても、半導体装置を取り付けることにより、盗難などに対するセキュリティ性を高めることができる。
以上のように、上記実施の形態に示す半導体装置は、高い信頼性を有するため、本実施の形態に挙げた各用途に用いることにより、物品の認証性、またはセキュリティ性などをより高めることができる。
１００ 半導体装置
１０１ 機能回路
１０２ アンテナ
１０３ 半導体集積回路
１０４ 送受信回路
１０５ 電源回路
１０６ ロジック回路
１０７ 外部無線通信装置
１０８ 電波
２００ 半導体装置
２０１ 機能回路
２０２ アンテナ
２０３ アンテナ
２０４ 半導体集積回路
２０５ 送受信回路
２０６ 電源回路
２０７ ロジック回路
２０８ 外部無線通信装置
２０９ 電波
３００ 半導体装置
３０１ 機能回路
３０２ アンテナ
３０３ 半導体集積回路
３０４ 送受信回路
３０５ 電源回路
３０６ ロジック回路
３０７ 電源制御回路
３０８ 判定回路
３０９ 外部無線通信装置
３１０ トランジスタ
３１１ トランジスタ
３１２ 抵抗素子
３１３ トランジスタ
３１４ トランジスタ
３１５ トランジスタ
４００ 半導体装置
４０１ 機能回路
４０２ アンテナ
４０３ アンテナ
４０４ 半導体集積回路
４０５ 送受信回路
４０６ 電源回路
４０７ ロジック回路
４０８ 電源制御回路
４０９ 判定回路
４１０ 外部無線通信装置
４１１ 電波
５００ 封止層
５０１ 封止層
５０２ 機能回路
５０３ アンテナ
５０４ 剥離層
５０５ 半導体素子層
５０６ 絶縁層
５０７ 絶縁層
５０８ 導電層
５０９ 絶縁層
５１０ 繊維体
５１０ａ 経糸
５１０ｂ 緯糸
５１０ｃ バスケットホール
５１１ 基板
５１２ 粘着テープ
５１３ ローラ
５１４ 領域
５１５ 溝
６００ 下地層
６００ａ 下地層
６００ｂ 下地層
６０１ トランジスタ
６０２ 半導体層
６０３ ゲート絶縁層
６０４ ゲート電極
６０５ 層間絶縁層
６０６ 層間絶縁層
６０７ 電極
６０８ 電極
７００ 機能回路
７０１ 基板
７０２ アンテナ
７０３ 封止層
７０４ 剥離層
７０５ 半導体素子層
７０６ 絶縁層
７０７ 絶縁層
７０８ 導電層
７０９ 絶縁層
７１０ 封止層
７１１ 導電層
８００ 半導体装置

Claims (7)

  1. 互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに前記外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路を有し、
    前記機能回路は、
    アンテナと、
    前記アンテナに電気的に接続され、識別情報が記憶された半導体集積回路と、を有し、
    前記複数の機能回路の前記識別情報はそれぞれ異なり、
    前記複数の機能回路は、同一の封止層に覆われている半導体装置。
  2. 請求項１において、
    前記半導体集積回路は、
    前記アンテナに電気的に接続された送受信回路と、
    前記送受信回路に電気的に接続された電源回路と、
    前記送受信回路及び前記電源回路に電気的に接続されたロジック回路と、を有する半導体装置。
  3. 互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに前記外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路と、
    第１のアンテナと、を有し、
    前記機能回路は、
    前記第１のアンテナと電磁結合することで電波の送受信を行う第２のアンテナと、
    前記第２のアンテナに電気的に接続され、識別情報が記憶された半導体集積回路と、を有し、
    前記複数の機能回路の前記識別情報はそれぞれ異なり、
    前記複数の機能回路は、同一の封止層に覆われている半導体装置。
  4. 請求項３において、
    前記半導体集積回路は、
    前記第２のアンテナに電気的に接続された送受信回路と、
    前記送受信回路に電気的に接続された電源回路と、
    前記送受信回路及び前記電源回路に電気的に接続されたロジック回路と、を有する半導体装置。
  5. 互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに前記外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路を有し、
    前記機能回路は、
    アンテナと、
    半導体集積回路と、を有し、
    前記半導体集積回路は、
    前記アンテナに電気的に接続された送受信回路と、
    前記送受信回路に電気的に接続された電源回路と、
    前記送受信回路及び前記電源回路に電気的に接続され、識別情報が記憶されたロジック回路と、
    前記電源回路及び前記ロジック回路に電気的に接続された電源制御回路と、
    前記ロジック回路及び前記電源制御回路に電気的に接続された判定回路と、を有し、
    前記複数の機能回路の前記識別情報はそれぞれ異なる半導体装置。
  6. 互いに同じ機能を有し、それぞれ外部から送信された電波により正常であるか否かが判定され、正常であると判定されたときに前記外部から送信された電波により動作させるか否かが制御される複数の機能回路と、
    第１のアンテナと、を有し、
    前記機能回路は、
    前記第１のアンテナと電磁結合することで電波の送受信を行う第２のアンテナと、
    半導体集積回路と、を有し、
    前記半導体集積回路は、前記第２のアンテナに電気的に接続された送受信回路と、
    前記送受信回路に電気的に接続された電源回路と、
    前記送受信回路及び前記電源回路に電気的に接続され、前記識別情報が記憶されたロジック回路と、
    前記電源回路及び前記ロジック回路に電気的に接続された電源制御回路と、
    前記ロジック回路及び前記電源制御回路に電気的に接続された判定回路と、を有し、
    前記複数の機能回路の前記識別情報はそれぞれ異なる半導体装置。
  7. 請求項５または請求項６において、
    前記複数の機能回路は、同一の封止層に覆われている半導体装置。
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