(57)【要約】【課題】本発明は、安価な半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の半導体装置は、相変化メモリと、電磁波を交流の電気信号に変換するアンテナと、アンテナから供給される交流の電気信号を基に電源電位を生成し、生成した電源電位を相変化メモリに供給する電源回路を有する。相変化メモリは、第１の方向に延在するビット線、第１の方向と垂直な第２の方向に延在するワード線及びビット線とワード線の間に設けられた相変化層を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の基板上に、
相変化メモリと、
電磁波を交流の電気信号に変換するアンテナと、
前記アンテナから供給される交流の電気信号を基に電源電位を生成し、生成した前記電源電位を前記相変化メモリに供給する電源回路と、を有する半導体装置であって、
前記相変化メモリは、第１の方向に延在するビット線として機能する第１の導電層、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在するワード線として機能する第２の導電層及び前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に設けられた相変化層を有し、
前記相変化層下の前記第１の導電層または前記第２の導電層の一方は透光性であり、
前記相変化層上の前記第１の導電層または前記第２の導電層の他方は前記アンテナと同時に形成され、
前記相変化メモリは、前記透光性の基板と、前記透光性の第１の導電層または第２の導電層の一方とを介して光が前記相変化層に照射されることにより、データが書き込まれることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記相変化メモリを制御する制御回路を有し、前記制御回路は薄膜トランジスタを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記透光性の基板は曲面を有し、前記薄膜トランジスタは電流が流れる方向と、前記透光性の基板が弧を描く方向が垂直になるように配置されることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記相変化層は結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料を有し、
前記材料は、ゲルマニウム、テルル、アンチモン、硫黄、酸化テルル、スズ、金、ガリウム、セレン、インジウム、タリウム、コバルト及び銀から選択された複数を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記相変化層は第１の結晶状態と第２の結晶状態で可逆的に変化する材料を有し、
前記材料は、銀、亜鉛、銅、アルミニウム、ニッケル、インジウム、アンチモン、セレン及びテルルから選択された複数を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記相変化層は非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料を有し、
前記材料は、テルル、酸化テルル、パラジウム、アンチモン、セレン及びビスマスから選択された複数を含むことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データの送受信が可能な半導体装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁波を利用して、非接触でデータを送受信する半導体装置の開発が進められており、これらの半導体装置は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）タグ、無線タグ、電子タグ、トランスポンダ等と呼ばれる（例えば、特許文献１参照）。現在実用化されている半導体装置は、半導体基板を用いた回路（ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップとも呼ばれる）とアンテナとを有するものが殆どであり、当該ＩＣチップにはメモリや制御回路が作り込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８２０５０号公報  （第１１−１４頁、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非接触でデータの送受信が可能な半導体装置は、鉄道乗車カードや電子マネーカードなどの一部では普及しているが、さらなる普及のためには、安価な半導体装置を提供することが急務の課題であった。上記の実情を鑑み、本発明は、単純な構造のメモリを含む半導体装置を提供して、安価な半導体装置及びその駆動方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置は、複数のメモリセルを含むメモリセルアレイを有する相変化メモリと、相変化メモリを制御する制御回路と、アンテナとを有し、メモリセルアレイは第１の向に延在するビット線と第１の方向と垂直な第２の方向に延在するワード線とを複数有し、複数のメモリセルの各々はビット線とワード線の間に設けられた相変化層を有することを特徴とする。上記構成を有する半導体装置において、ビット線を構成する導電層と、ワード線を構成する導電層の一方又は両方は透光性を有することを特徴とする。
【０００６】
相変化層は結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料を有し、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、硫黄（Ｓ）、酸化テルル（ＴｅＯｘ）、スズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、コバルト（Ｃｏ）及び銀（Ａｇ）から選択された複数を有する材料であることを特徴とする。
【０００７】
また、相変化層は第１の結晶状態と第２の結晶状態の間で可逆的に変化する材料を有し、例えば、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）から選択された複数を有する材料であることを特徴とする。
【０００８】
また、相変化層は非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料を有し、例えば、テルル（Ｔｅ）、酸化テルル（ＴｅＯｘ）、パラジウム（Ｐｄ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）及びビスマス（Ｂｉ）から選択された複数を有する材料であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の半導体装置は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、マスクＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びフラッシュメモリから選択された１つ又は複数を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の半導体装置は、電源回路、クロック発生回路、データ復調／変調回路及びインターフェイス回路から選択された１つ又は複数を有することを特徴とする半導体装置。
【００１１】
また、上記構成を有する半導体装置において、相変化メモリと制御回路はガラス基板上に設けられることを特徴とする。また、相変化メモリと制御回路は可撓性基板上に設けられることを特徴とする。また、制御回路は薄膜トランジスタを含むことを特徴とする。
【００１２】
上記構成を有する半導体装置の駆動方法は、ビット線とワード線の間に電圧を印加することにより相変化層の相を変化させてデータの書き込みを行い、ビット線とワード線の間に電圧を印加することにより、相変化層の相の状態を読み取ることでデータの読み出しを行うことを特徴とする。
【００１３】
また、第１の導電層又は第２の導電層を介して光を照射することにより相変化層の相を変化させてデータの書き込みを行い、ビット線とワード線の間に電圧を印加することにより、相変化層の相の状態を読み取ることでデータの読み出しを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成を有する本発明は、単純な構造である相変化メモリを含む半導体装置を提供することで、安価な半導体装置及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の半導体装置及びその駆動方法を説明する図。
【図２】本発明の半導体装置及びその駆動方法を説明する図。
【図３】本発明の半導体装置を説明する図。
【図４】本発明の半導体装置の作製工程の一例を説明する図。
【図５】本発明の半導体装置を説明する図。
【図６】本発明の半導体装置を説明する図。
【図７】本発明の半導体装置の使用形態を説明する図。
【図８】本発明の半導体装置の使用形態を説明する図。
【図９】本発明の半導体装置及びその駆動方法を説明する図。
【図１０】本発明の半導体装置を説明する図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の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。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００１７】
本発明の半導体装置２０は、非接触でデータを交信する機能を有し、電源回路１１、クロック発生回路１２、データ復調／変調回路１３、他の回路を制御する制御回路１４、インターフェイス回路１５、メモリ１６、データバス１７、アンテナ（アンテナコイル）１８を有する（図１（Ａ）参照）。電源回路１１は、アンテナ１８から入力された交流の電気信号を基に、半導体装置の内部の各回路に供給する各種電源を生成する回路である。クロック発生回路１２は、アンテナ１８から入力された交流信号を基に、半導体装置内の各回路に供給する各種クロック信号を生成する回路である。データ復調／変調回路（復調回路と変調回路を含む回路）１３は、リーダライタ１９と交信するデータを復調／変調する機能を有する。制御回路１４は、相変化メモリ１６を制御する機能を有する。アンテナ１８は、電磁波の送受信を行う機能を有する。リーダライタ１９は、半導体装置との交信、制御及びそのデータに関する処理を制御する。なお、半導体装置は上記構成に制約されず、例えば、電源電圧のリミッタ回路や暗号処理専用ハードウエアといった他の要素を追加した構成であってもよい。
【００１８】
アンテナ１８は、電磁波を交流の電気信号に変換する。また、アンテナ１８は、データ復調／変調回路１３により、負荷変調が加えられる。
【００１９】
メモリ１６は相変化メモリを含むことを特徴とする。メモリ１６は相変化メモリのみを含んでいてもよいし、他の構成のメモリを含んでいてもよい。相変化メモリは、記録用薄膜の相変化を利用したものであり、当該記録用薄膜の相変化は、光（光学的作用）又は電気的作用を加えて生じるものである。
【００２０】
なお相変化メモリ以外に設けられる他の構成のメモリとは、例えば、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリから選択される１つ又は複数である。
【００２１】
次に、相変化メモリの構成について説明する（図１（Ｂ）参照）。相変化メモリは、メモリセル２１がマトリクス状に設けられたメモリセルアレイ２２、デコーダ２３、２４、セレクタ２５、読み出し／書き込み回路２６を有する。
【００２２】
メモリセル２１は、ビット線Ｂｘ（１≦ｘ≦ｍ）を構成する第１の導電層と、ワード線Ｗｙ（１≦ｙ≦ｎ）を構成する第２の導電層と、相変化層とを有する。相変化層は、第１の導電層と第２の導電層の間に設けられる。図１（Ｂ）において、第１の導電層と第２の導電層と相変化層との積層体は、抵抗素子を表現する回路記号で示す。
【００２３】
次に、メモリセルアレイ２２を実際に作成したときの上面構造と断面構造について説明する（図２（Ａ）（Ｂ）参照）。メモリセルアレイ２２は、絶縁表面を有する基板３０上に、第１の方向に延在する第１の導電層２７と、第１の方向と垂直な第２の方向に延在する第２の導電層２８と、相変化層２９とを有する。第１の導電層２７と第２の導電層２８は、ストライプ状に、互いに交差するように形成される。隣接する相変化層２９の間には、絶縁層３３が設けられる。また、第２の導電層２８に接するように、保護層として機能する絶縁層３４が設けられる。
【００２４】
基板３０は、ガラス基板や可撓性基板の他、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板等を用いる。可撓性基板とは、フレキシブルな折り曲げることができる基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等からなるプラスチック基板等が挙げられる。第１の導電層２７と第２の導電層２８は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の公知の導電性材料を用いて形成する。
【００２５】
なお光によりデータの書き込みを行う場合、第１の導電層２７と第２の導電層２８のうち、一方又は両方は透光性を有する。透光性を有する導電層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明な導電性材料を用いて形成するか、又は、透明な導電性材料でなくても、光を透過する厚さで形成する。
【００２６】
相変化層２９は、結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料を有する。又は、相変化層２９は第１の結晶状態と第２の結晶状態の間で可逆的に変化する材料を有する。又は、相変化層２９は非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料を有する。可逆的な材料を用いる場合、データの読み出しとデータの書き込みを行うことができる。一方、不可逆的な材料を用いる場合は、データの読み出ししか行うことができない。このように、材料の種類によっては、相変化メモリは、読み出し専用メモリ又は読み出し／書き込みメモリになりうるため、半導体装置の用途に従って、相変化層２９に用いる材料を適宜選択する。
【００２７】
結晶状態と非晶質状態の間で可逆的に変化する材料とは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、硫黄（Ｓ）、酸化テルル（ＴｅＯｘ）、スズ（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、Ｃｏ（コバルト）及び銀（Ａｇ）から選択された複数を有する材料であり、例えば、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓ、Ｔｅ−ＴｅＯ２−Ｇｅ−Ｓｎ、Ｔｅ−Ｇｅ−Ｓｎ−Ａｕ、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ、Ｇａ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｇａ−Ｓｅ−Ｔｅ−Ｇｅ、Ｉｎ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｌ−Ｃｏ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ、Ｉｎ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ系材料が挙げられる。
【００２８】
なお、上記の材料の記載において、例えば、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓは、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、硫黄（Ｓ）の４つを含む材料という意味であり、これらの４つの組成比には特に制約がない材料という意味である。また、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓは、Ｇｅ−Ｔｅ−Ｓｂ−Ｓ系材料又はゲルマニウム−テルル−アンチモン−硫黄系材料と表記されることもある。
【００２９】
第１の結晶状態と第２の結晶状態の間で可逆的に変化する材料とは、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）及びテルル（Ｔｅ）から選択された複数を有する材料であり、例えば、Ａｇ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｉｎ−Ｓｂ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｓｅ、Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅが挙げられる。この材料の場合、相変化は２つの異なる結晶状態の間で行われる。
【００３０】
非晶質状態から結晶状態にのみ変化する材料とは、テルル（Ｔｅ）、酸化テルル（ＴｅＯｘ）、パラジウム（Ｐｄ）、アンチモン（Ｓｂ）、セレン（Ｓｅ）及びビスマス（Ｂｉ）から選択された複数を有する材料、より具体的には、テルル（Ｔｅ）、酸化テルル（ＴｅＯｘ）、パラジウム（Ｐｄ）、アンチモンとセレンを含む材料（ＳｂｘＳｅｙ）及びビスマスとテルルを含む材料（ＢｉｘＴｅｙ）から選択された複数を有する材料であり、例えば、Ｔｅ−ＴｅＯ２、Ｔｅ−ＴｅＯ２−Ｐｄ、Ｓｂ２Ｓｅ３／Ｂｉ２Ｔｅ３が挙げられる。
【００３１】
なお、上記の材料の記載において、Ｓｂ２Ｓｅ３／Ｂｉ２Ｔｅ３は、Ｓｂ２Ｓｅ３を含む層とＢｉ２Ｔｅ３を含む層が積層されているという意味である。
【００３２】
また、上記構成とは異なる構成として、第１の導電層２７と相変化層２９の間に、整流性を有する素子を設けてもよい（図２（Ｄ）参照）。整流性を有する素子とは、ゲート電極とドレイン電極を接続したトランジスタ、又はダイオードである。ここでは、半導体層４４、４５を含むＰＮ接合ダイオードを設けた場合を示す。半導体層４４、４５のうち、一方はＮ型半導体であり、他方はＰ型半導体である。このように、整流性があるダイオードを設けることにより、１つの方向にしか電流が流れないために、誤差が減少し、読み出しマージンが向上する。なお、ダイオードを設ける場合、ＰＮ接合を有するダイオードではなく、ＰＩＮ接合を有するダイオードやアバランツェダイオード等の、他の構成のダイオードを用いてもよい。
【００３３】
上記の通り、相変化メモリは、一対の導電層間に相変化層を有する単純な構成を有するため、作成工程が単純であり、安価な半導体装置の提供を可能とする。また、相変化メモリは、不揮発性メモリであるため、データを保持するための電池を内蔵する必要がなく、小型、薄型、軽量の半導体装置の提供を実現する。また、相変化層２９として不可逆的な材料を用いれば、データの書き換えを行うことはできない。そうすると、偽造を防止し、セキュリティを確保した半導体装置を提供することができる。
【００３４】
次に、相変化メモリにデータの書き込みを行う際の動作について説明する。データの書き込みは、光又は電気的作用により行うが、まず、電気的作用によりデータの書き込みを行う場合について説明する（図１（Ｂ）参照）。この場合、デコーダ２３、２４、セレクタ２５により、１つのメモリセル２１を選択し、その後、読み出し／書き込み回路２６を用いて、当該メモリセル２１にデータを書き込む。具体的には、第１の導電層２７と第２の導電層２８の間に電圧を印加して、相変化層２９の相を変えることにより、データの書き込みを行う。
【００３５】
次に、光によりデータの書き込みを行う場合について説明する（図２（Ｂ）（Ｃ）参照）。この場合、透光性を有する導電層側（ここでは第２の導電層２８とする）から、相変化層２９に、レーザ光照射手段３２により、レーザ光を照射することにより行う。相変化層２９は、レーザ光の照射により、その構造に結晶学的な相変化が起こる。このように、レーザ光の照射により、相変化層２９の相が変わることを活用して、データの書き込みを行う。
【００３６】
例えば、「１」のデータを書き込む際は、相変化層２９にレーザ光を照射して、結晶化温度以上に加熱した後、徐冷することにより、相変化層２９を結晶状態にする。一方、「０」のデータを書き込む際は、相変化層２９にレーザ光を照射して、融点以上に加熱昇温して溶融した後に急冷することにより、相変化層２９を非晶質状態にする。
【００３７】
相変化層２９の相の変化は、メモリセル２１の大きさによるが、μｍオーダの径に絞ったレーザ光の照射により実現する。例えば、径が１μｍのレーザビームが１０ｍ／ｓｅｃの速度で通過するとき、１つのメモリセル２１が含む相変化層にレーザ光が照射される時間は１００ｎｓｅｃとなる。１００ｎｓｅｃという短い時間内で相を変化させるためには、レーザパワーは１０ｍＷ、パワー密度は１０ｋＷ／ｍｍ２とするとよい。
【００３８】
なお、相変化層２９に対するレーザ光の照射は、全てのメモリセル２１に対して行ってもよいし、選択的に行ってもよい。例えば、形成したばかりの相変化層２９が非晶質状態の場合、非晶質状態のままにするときはレーザ光を照射せず、結晶状態に変化させるときはレーザ光を照射するとよい（図２（Ｃ）参照）。つまり、レーザ光を選択的に照射することで、データの書き込みを行ってもよい。このように、レーザ光を選択的に照射する場合は、パルス発振のレーザ照射装置を用いて行うとよい。
【００３９】
上記の通り、レーザ光の照射によりデータの書き込みを行う本発明の構成は、半導体装置を簡単に大量に作成することができる。従って、安価な半導体装置を提供することができる。
【００４０】
続いて、相変化メモリにデータの読み出しを行う際の動作について説明する（図１（Ｂ）、図９参照）。ここでは、読み出し／書き込み回路２６は、抵抗素子４６とセンスアンプ４７を含む構成とする。但し、読み出し／書き込み回路２６の構成は上記構成に制約されず、どのような構成を有していてもよい。
【００４１】
データの読み出しは、第１の導電層２７と第２の導電層２８の間に電圧を印加して、相変化層２９の相の状態を読み取ることにより行う。具体的には、相変化層２９の相が非晶質態のときの抵抗値Ｒａと、相変化層２９の相が結晶状態のときの抵抗値ＲｂはＲａ＞Ｒｂを満たす。このような抵抗値の相違を電気的に読み取ることにより、データの読み出しを行う。例えば、メモリセルアレイ２２が含む複数のメモリセル２１から、ｘ列目ｙ行目に配置されたメモリセル２１のデータの読み出しを行う場合、まず、デコーダ２３、２４、セレクタ２５により、ｘ列目のビット線Ｂｘと、ｙ行目のワード線Ｗｙを選択する。
【００４２】
そうすると、メモリセル２１が含む相変化層と、抵抗素子４６とは、直列に接続された状態となる。このように、直列に接続された２つの抵抗素子の両端に電圧が印加されると、ノードαの電位は、相変化層２９の抵抗値Ｒａ又はＲｂに従って、抵抗分割された電位となる。そして、ノードαの電位は、センスアンプ４７に供給され、当該センスアンプ４７において、「０」又は「１」のどちらの情報を有しているかを判別される。その後、センスアンプ４７において判別された「０」と「１」の情報を含む信号が外部に供給される。
【００４３】
上記の方法によると、相変化層２９の相の状態は、抵抗値の相違と抵抗分割を利用して、電圧値で読み取っている。しかしながら、電流値を比較する方法でもよい。これは、相変化層２９の相が非晶質状態のときの電流値Ｉａと、相変化層２９の相が結晶状態のときの電流値Ｉｂとは、Ｉａ＞Ｉｂを満たすことを利用するものである。
【実施例１】
【００４４】
本発明の半導体装置２０が含む相変化メモリに対するデータの書き込みは、光又は電気的作用により行う。光によりデータの書き込みを行う場合、可撓性基板３１上に半導体装置２０を複数形成し、続いて、レーザ光照射手段３２により、レーザ光を照射すれば、データの書き込みを連続的に簡単に行うことができる。また、このような作製プロセスを採用すれば、半導体装置２０を大量に簡単に作成することができる（図３（Ａ）参照）。従って、安価な半導体装置２０を提供することができる。
【００４５】
また、相変化メモリの相変化層は、融点以上に加熱昇温して溶融すると第１の状態（例えば非晶質状態）が得られ、結晶化温度以上に加熱すると第２の状態（例えば結晶状態）が得られる。つまり、データの書き込みは、加熱温度を使い分ければ、加熱処理により行うこともできる。従って、加熱温度の使い分けを利用した作製プロセスを用いてもよい。例えば、半導体装置を複数形成した可撓性基板３１をロール５１にする（図３（Ｂ）参照）。そして、加熱手段５２により、加熱処理の際の加熱温度を使い分けることにより、データの書き込みを行ってもよい。加熱手段５２は、制御手段５３により制御する。
【実施例２】
【００４６】
本発明の半導体装置は、非接触でのデータの読み出しと書き込みが可能であることを特徴としており、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の３つに大別されるが、いずれの方式を用いてもよい。データの伝送に用いるアンテナ１８は２通りの設け方があり、１つは複数の素子が設けられた基板３６上にアンテナ１８を設ける場合（図４（Ａ）（Ｃ）参照）、もう１つは複数の素子が設けられた基板３６上に端子部３７を設けて、当該端子部３７に接続するようにアンテナ１８を設ける場合（図４（Ｂ）（Ｄ）参照）である。ここでは、基板３６上に設けられた複数の素子を素子群３５と呼ぶ。
【００４７】
前者の構成（図４（Ａ）（Ｃ））の場合、基板３６上に、素子群３５と、アンテナ１８として機能する導電層とを設ける。図示する構成では、第２の導電層２８と同じレイヤーに、アンテナ１８として機能する導電層を設けている。しかしながら、本発明は上記構成に制約されず第１の導電層２７と同じレイヤーにアンテナ１８を設けてもよいし、素子群３５を覆うように絶縁膜を設けて、当該絶縁膜上にアンテナ１８を設けてもよい。
【００４８】
後者の構成（図４（Ｂ）（Ｄ））の場合、基板３６上に、素子群３５と、端子部３７を設ける。図示する構成では、第２の導電層２８と同じレイヤーに設けた導電層を端子部３７として用いている。そして、端子部３７に接続するように、アンテナ１８が設けられた基板３８を貼り合わせている。基板３６と基板３８の間には、導電性粒子３９と樹脂４０が設けられている。
【００４９】
なお、導電性粒子３９と樹脂４０を含む材料は、異方性導電材料とよばれる。
【００５０】
素子群３５は、大きな面積の基板上に複数形成し、その後、分断することで完成させれば、安価なものを提供することができる。このときに用いる基板としては、ガラス基板、フレキシブル基板等が挙げられる。
【００５１】
素子群３５が含む複数のトランジスタは、複数の層に渡って設けられていてもよい。つまり、多層に形成していてもよい。複数の層に渡る素子群３５を形成する際には、層間絶縁膜を用いるが、当該層間絶縁膜の材料として、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等の樹脂材料、透過性を有するポリイミド樹脂等の樹脂材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む材料、無機材料を用いるとよい。
【００５２】
シロキサン系の化合物材料とは、珪素と酸素との結合で骨格構造が構成され置換基に少なくとも水素を含む材料、又は、置換基にフッ素、アルキル基、又は芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料が挙げられる。
【００５３】
層間絶縁膜の材料として、層間で発生する寄生容量の減少を目的として、低誘電率材料を用いるとよい。寄生容量が減少すれば、高速の動作を実現し、また、低消費電力化を実現する。
【００５４】
素子群３５が含む複数のトランジスタは、非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体、有機半導体等のいずれの半導体を活性層として用いてもよいが、良好な特性のトランジスタを得るために、金属元素を触媒として結晶化した活性層、レーザ照射法により結晶化した活性層を用いるとよい。また、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ４／Ｆ２ガス、又は、ＳｉＨ４／Ｈ２ガス（Ａｒガス）を用いて形成した半導体層や、前記半導体層にレーザ照射を行ったものを活性層として用いるとよい。
【００５５】
また、素子群３５が含む複数のトランジスタは、２００度から６００度の温度（好適には３５０度から５００度）で結晶化した結晶質半導体層（低温ポリシリコン層）や、６００度以上の温度で結晶化した結晶質半導体層（高温ポリシリコン層）を用いることができる。なお、基板上に高温ポリシリコン層を作成する場合は、ガラス基板では熱に脆弱な場合があるので、石英基板を使用するとよい。
【００５６】
素子群３５が含むトランジスタの活性層（特にチャネル形成領域）には、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度、好適には１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の濃度で、水素又はハロゲン元素を添加するとよい。そうすると、欠陥が少なく、クラックが生じにくい活性層を得ることができる。
【００５７】
また、素子群３５が含むトランジスタを包むように、又は素子群３５自身を包むように、アルカリ金属等の汚染物質をブロックするバリア膜を設けるとよい。そうすると、汚染されることがなく、信頼性が向上した素子群３５を提供することができる。なおバリア膜としては、窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜等が挙げられる。
【００５８】
また、素子群３５が含むトランジスタの活性層の厚さは、２０ｎｍ〜２００ｎｍ、好ましくは４０ｎｍ〜１７０ｎｍ、さらに好ましくは４５ｎｍ〜５５ｎｍ、１４５ｎｍ〜１５５ｎｍ、さらに好ましくは５０ｎｍ、１５０ｎｍとするとよい。そうすると、折り曲げても、クラックが生じにくい素子群３５を提供することができる。
【００５９】
また、素子群３５が含むトランジスタの活性層を構成する結晶は、キャリアの流れる方向（チャネル長方向）と平行に延びる結晶粒界を有するように形成するとよい。このような活性層は、連続発振レーザ（ＣＷＬＣと略記することができる）や、１０ＭＨｚ以上、好ましくは６０〜１００ＭＨｚで動作するパルスレーザで形成するとよい。
【００６０】
また、素子群３５が含むトランジスタのＳ値（サブスレッシュホールド値）は０．３５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ以下（好ましくは０．０９〜０．２５Ｖ／ｄｅｃａｄｅ）、移動度１０ｃｍ２／Ｖｓ以上の特性を有するとよい。このような特性は、活性層を、連続発振レーザや、１０ＭＨｚ以上で動作するパルスレーザで形成すれば、実現する。
【００６１】
また、素子群３５は、リングオシレータで１ＭＨｚ以上、好適には１０ＭＨｚ以上（３〜５Ｖにて）の特性を有する。又は、ゲートあたりの周波数特性を１００ｋＨｚ以上、好適には１ＭＨｚ以上（３〜５Ｖにて）を有する。
【００６２】
つまり、素子群３５は、リングオシレータのゲート１段あたりの遅延時間を１μｓｅｃ以下、好適には１００ｎｓｅｃ以下（３〜５Ｖにて）の特性を有する。
【００６３】
アンテナ１８は、金、銀、銅などのナノ粒子を含む導電性ペーストにより、液滴吐出法を用いて形成するとよい。液滴吐出法は、インクジェット法やディスペンサ方式等の液滴を吐出してパターンを形成する方式の総称であり、材料の利用効率を向上することができるといった、様々な利点を有する。
【００６４】
また、素子群３５が設けられた基板４２をそのまま使用してもよいが、付加価値をつけるために、基板４２上の素子群３５を剥離し（図５（Ａ）参照）、当該素子群３５をフレキシブル基板４３に貼り合わせてもよい（図５（Ｂ）参照）。
【００６５】
基板４２からの素子群３５の剥離は、（１）耐熱性の高い基板４２と素子群３５の間に金属酸化膜を設け、当該金属酸化膜を結晶化により脆弱化して、当該素子群３５を剥離する方法、（２）耐熱性の高い基板４２と素子群３５の間に水素を含む非晶質珪素膜を設け、レーザ光の照射またはエッチングにより当該非晶質珪素膜を除去することで、当該素子群３５を剥離する方法、（３）素子群３５が形成された耐熱性の高い基板４２を機械的に削除又は溶液やＣｌＦ3等のガスによるエッチングで除去することで、当該素子群３５を切り離す方法等を用いればよい。また、剥離した素子群３５のフレキシブル基板４３への貼り付けは、市販の接着剤を用いればよく、例えば、エポキシ樹脂系接着剤や樹脂添加剤を用いた接着材等を用いればよい。
【００６６】
また、基板４２からの素子群３５の剥離は、予め、基板４２と素子群３５の間に剥離層を設けておいて、剥離層をエッチング剤により除去することで行う方法、又は、剥離層をエッチング剤により部分的に除去し、その後、基板４２と素子群３５とを物理的に剥離する方法を用いればよい。なお、物理的に剥離するとは、外部からストレスが与えられて剥離することを指し、外部からのストレスとは、ノズルから吹き付けられる風圧や超音波に相当する。
【００６７】
上記のように、素子群３５をフレキシブル基板４３に貼り合わせると、厚さが薄く、軽く、落下しても割れにくい半導体装置を提供することができる。また、フレキシブル基板４３は可撓性を有するため、曲面や異形の形状上に貼り合わせることが可能となり、多種多様の用途が実現する。例えば、薬の瓶のような曲面上に、本発明の半導体装置２０の一形態である無線タグを密着して貼り合わせることができる（図５（Ｃ）（Ｄ）参照）。さらに、基板４２を再利用すれば、安価な半導体装置の提供を実現する。本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例３】
【００６８】
本実施例は、剥離プロセスを用いて、フレキシブルな無線タグを構成する場合について説明する（図６（Ａ）参照）。無線タグは、フレキシブルな保護層２３０１と、アンテナ２３０４を含むフレキシブルな保護層２３０３と、剥離プロセスにより形成する素子群２３０２とを有する。保護層２３０３上に形成されたアンテナ２３０４は、素子群２３０２に電気的に接続する。図示する構成では、アンテナ２３０４は保護層２３０３上にのみ形成されているが、本発明はこの構成に制約されず、アンテナ２３０４を保護層２３０１上にも形成してもよい。なお、素子群２３０２と、保護層２３０１、２３０３との間には、窒珪素膜等からなるバリア膜を形成するとよい。そうすると、素子群２３０２が汚染されることなく、信頼性を向上させた無線タグを提供することができる。
【００６９】
アンテナ２３０４は、銀、銅、またはそれらでメッキされた金属であることが望ましい。素子群２３０２とアンテナ２３０４とは、異方性導電膜を用いてＵＶ処理又は超音波処理を行うことで接続するが、本発明はこの方法に制約されず、様々な方法を用いることができる。
【００７０】
保護層２３０１、２３０３に挟まれた素子群２３０２の厚さは、５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ〜３μｍの厚さを有するように形成するとよい（断面構造を示す図６（Ｂ）参照）。また、保護層２３０１、２３０３を重ねたときの厚さをｄとしたとき、保護層２３０１、２３０３の厚さは、好ましくは（ｄ／２）±３０μｍ、さらに好ましくは（ｄ／２）±１０μｍとする。また、保護層２３０１、２３０３の厚さは１０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。さらに、素子群２３０２の面積は５ｍｍ角（２５ｍｍ２）以下であり、望ましくは０．３ｍｍ角〜４ｍｍ角（０．０９ｍｍ２〜１６ｍｍ２）の面積を有するとよい。
【００７１】
保護層２３０１、２３０３は、有機樹脂材料で形成されているため、折り曲げに対して強い特性を有する。また、剥離プロセスにより形成した素子群２３０２自体も、単結晶半導体に比べて、折り曲げに対して強い特性を有する。そして、素子群２３０２と、保護層２３０１、２３０３とは空隙がないように、密着させることができるため、完成した無線タグ自体も折り曲げに対して強い特性を有する。このような保護層２３０１、２３０３で囲われた素子群２３０２は、他の個体物の表面または内部に配置しても良いし、紙の中に埋め込んでも良い。
【００７２】
剥離プロセスにより形成する素子群を、曲面を有する基板に貼る場合について説明する（図６（Ｃ）参照）。図面では、剥離プロセスにより形成する素子群から選択された１つのトランジスタを図示する。このトランジスタは、電流が流れる方向に直線状である。言い換えると、このトランジスタは、電流が流れる方向と、基板が弧を描く方向が垂直になるように配置される。つまり、ドレイン電極２３０５〜ゲート電極２３０７〜ソース電極２３０６の位置は直線状である。そして、電流が流れる方向と、基板が弧を描く方向は垂直に配置される。このような配置にすれば、基板が折り曲げられて、弧を描いても、応力の影響が少なく、素子群が含むトランジスタの特性の変動を抑制することができる。
【００７３】
また、応力を起因とした、トランジスタなどのアクティブ素子の破壊を防止するために、アクティブ素子の活性領域（シリコンアイランド部分）の面積は、基板全体の面積に対して、５％〜５０％（好ましくは５〜３０％）にすることが望ましい。ＴＦＴなどのアクティブ素子の存在しない領域には、下地絶縁膜材料、層間絶縁膜材料及び配線材料が主として設けられる。トランジスタ等の活性領域以外の面積は、基板全体の面積の６０％以上であることが望ましい。このようにすると、曲げやすく、しかしながら高い集積度を有する半導体装置を提供することができる。本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例４】
【００７４】
本発明の半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、本発明の半導体装置２０の一形態である無線タグは、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。
【００７５】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す（図７（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図７（Ｂ）参照）。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図７（Ｃ）参照）。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図７（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指す（図７（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指す（図７（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図７（Ｇ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図７（Ｈ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機、薄型テレビジョン装置）、携帯電話等を指す。
【００７６】
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に無線タグを設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に無線タグを設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に無線タグを設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。無線タグの設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりし設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。
【００７７】
このように、物の管理や流通のシステムに応用することで、システムの高機能化を図ることができる。例えば、表示部９４を含む携帯端末の側面にリーダライタ９５を設けて、品物９７の側面に本発明の半導体装置の一形態である無線タグ９６を設ける場合が挙げられる（図８（Ａ）参照）。この場合、リーダライタ９５に無線タグ９６をかざすと、表示部９４に品物９７の原材料や原産地、流通過程の履歴等の情報が表示されるシステムになっている。従来であれば、品物９７の情報は、ラベルに記載された情報に限られてしまうが、無線タグ９６を設けることにより、より多くの情報を得ることができる。また、別の例として、ベルトコンベアの脇にリーダライタ９５を設ける場合が挙げられる（図８（Ｂ）参照）。この場合、品物９７の検品を簡単に行うことができる。本実施例は、上記の実施の形態、実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例５】
【００７８】
本発明の半導体装置の断面構造について、図１０を参照して説明する。本発明の半導体装置は、基板１０１上に設けられた素子群１０２、相変化メモリ１０４及びアンテナとして機能する導電層１０５を有する。このように、トランジスタ等を含む素子群１０２、相変化メモリ１０４及びアンテナとして機能する導電層１０５を、絶縁表面を有する基板１０１上に一体形成された半導体装置は、小型化、薄型化、軽量化を実現することができる。
【００７９】
素子群１０２は、トランジスタ、容量素子及び抵抗素子等の素子を複数含んでおり、電源回路やクロック発生回路等の回路を構成する。相変化メモリ１０４は、導電層１１１、相変化層１１２及び導電層１１３の積層体を複数有する。このような、導電層１１１、相変化層１１２及び導電層１１３の積層体を記憶素子１１４と呼ぶことがある。
【００８０】
なお、図１０（Ａ）（Ｂ）では、素子群１０２として複数のトランジスタを図示している。また、図１０（Ａ）では、素子群１０２が含むＣＭＯＳ回路１０３を図示しており、このＣＭＯＳ回路１０３は相変化メモリ１０４の動作を制御する。また、図１０（Ｂ）では、素子群１０２が含むトランジスタ１０６、１０７を図示しており、トランジスタ１０６、１０７の各々は、記憶素子１１４の動作を制御する。
【符号の説明】
【００８１】
１１  電源回路
１２  クロック発生回路
１３  データ復調／変調回路
１４  制御回路
１５  インターフェイス回路
１６  メモリ
１７  データバス
１８  アンテナ
１９  リーダライタ
２０  半導体装置
２１  メモリセル
２２  メモリセルアレイ
２３  デコーダ
２４  デコーダ
２５  セレクタ
２６  読み出し／書き込み回路
２７  第１の導電層
２８  第２の導電層
２９  相変化層
【図１】
2011103491.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011103491.tif 000007
【図６】
2011103491.tif 000008
【図７】
2011103491.tif 000009
【図８】
2011103491.tif 000010
【図９】
2011103491.tif 000011
【図１０】
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