專利名稱：半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能傳輸和接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，開發(fā)了使用電磁波不接觸地傳輸和接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件。將這種半導(dǎo)體器件稱作RF(無(wú)線頻率)標(biāo)簽，無(wú)線標(biāo)簽，電子標(biāo)簽，轉(zhuǎn)發(fā)器等等。當(dāng)前實(shí)際使用的大部分半導(dǎo)體器件具有每一個(gè)使用半導(dǎo)體襯底(也稱之為IC(集成電路)芯片)的電路和天線。該IC芯片包含存儲(chǔ)器和控制電路。

發(fā)明內(nèi)容
雖然將可以不接觸傳輸和接收數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件用于一些鐵路道口和電子貨幣卡，但是主要任務(wù)是為進(jìn)一步普及提供便宜的半導(dǎo)體器件?？紤]前述，本發(fā)明提供包含簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器以提供便宜半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括包含具有多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元陣列的相變存儲(chǔ)器，控制該相變存儲(chǔ)器的控制電路，和天線。該存儲(chǔ)單元陣列包括多個(gè)在第一方向上延伸的位線和在垂直該第一方向的第二方向上延伸的字線。多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每一個(gè)包括提供在該位線和該字線之間的相變層。在具有前述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，形成該位線的傳導(dǎo)層(conductive layer)和形成該字線的傳導(dǎo)層中的一個(gè)或者兩個(gè)透光。
該相變層包含在晶態(tài)和非晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料。例如，該材料包含從鍺(Ge)，碲(Te)，銻(Sb)，硫(S)，碲氧化物(TeOx)，錫(Sn)，金(Au)，鎵(Ga)，硒(Se)，銦(In)，鉈(Tl)，鈷(Co)，和銀(Ag)中選擇的一種或者多種元素。
該相變層包含在第一晶態(tài)和第二晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料。例如，該材料包含從銀(Ag)，鋅(Zn)，銅(Cu)，鋁(Al)，鎳(Ni)，銦(In)，銻(Sb)，硒(Se)和碲(Te)中選擇的一個(gè)或者多個(gè)元素。
該相變層包含僅從非晶態(tài)變到晶態(tài)的材料。例如，該材料包含從碲(Te)，碲氧化物(TeOx)，鈀(Pd)，銻(Sb)，硒(Se)，和鉍(Bi)中選擇的一種或者多種元素。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括從DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，F(xiàn)eRAM(鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，掩膜ROM(只讀存儲(chǔ)器)，PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)，EPROM(電可編程只讀存儲(chǔ)器)，EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)，和閃存中選擇的一種或多種存儲(chǔ)器。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括從電源電路，時(shí)鐘產(chǎn)生電路，數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路，和接口電路中選擇的一種或多種電路。
在具有前述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，在玻璃襯底上提供該相變存儲(chǔ)器和控制電路。而且，在柔性襯底上提供該相變存儲(chǔ)器和控制電路。該控制電路包括薄膜晶體管。
具有前述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)方法是通過(guò)在該位線和字線之間施加電壓改變?cè)撓嘧儗拥南辔欢鴮懭霐?shù)據(jù)，并且通過(guò)在該位線和字線之間施加電壓讀出該相變層的相態(tài)而讀出數(shù)據(jù)。
可選地，通過(guò)輻射光透過(guò)該第一傳導(dǎo)層或者該第二傳導(dǎo)層來(lái)改變?cè)撓嘧儗拥南辔欢鴮懭霐?shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)在該位線和字線之間施加電壓讀出該相變層的相態(tài)而讀出數(shù)據(jù)。
根據(jù)具有前述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，通過(guò)提供包含簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)器的半導(dǎo)體器件，可提供便宜的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法。
雖然通過(guò)實(shí)施例模式以及參考附圖的實(shí)施例全面地描述本發(fā)明，但是可理解到各種變化或修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員都是顯而易見的。因此，除非這種變化或者修改脫離了本發(fā)明的范圍，否則它們都應(yīng)解釋為包含其中。注意到省略通過(guò)相同附圖標(biāo)記表示的實(shí)施例模式中的相同部分及其詳細(xì)描述。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20具有不接觸地傳遞數(shù)據(jù)的功能以及包含電源電路11，時(shí)鐘產(chǎn)生電路12，數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13，用于控制其它電路的控制電路14，接口電路15，存儲(chǔ)器16，數(shù)據(jù)總線17，和天線(天線線圈)18(參見圖1A)。該電源電路11基于從天線18輸入的AC電信號(hào)產(chǎn)生各種功率以供給該半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)電路。該時(shí)鐘產(chǎn)生電路12基于從天線18輸入的AC電信號(hào)產(chǎn)生各種時(shí)鐘信號(hào)以供給該半導(dǎo)體器件中的每一個(gè)電路。該數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13具有解調(diào)/調(diào)制數(shù)據(jù)以與讀出器/寫入器19通信。該控制電路14具有控制相變存儲(chǔ)器16的功能。天線18具有發(fā)送和接收電磁波的功能。具體地，天線18將電磁波轉(zhuǎn)換為AC電信號(hào)。同樣，通過(guò)數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路13天線增加負(fù)載調(diào)制。讀出器/寫入器19控制與半導(dǎo)體器件的通信和控制及其數(shù)據(jù)相關(guān)的處理。注意到該半導(dǎo)體器件并不限于前述結(jié)構(gòu)而可以另外具有別的單元如電源電壓的限制器電路以及解碼硬件。
存儲(chǔ)器16包括相變存儲(chǔ)器。該相位存儲(chǔ)器16可僅包括相變存儲(chǔ)器和具有其它結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器。該相變存儲(chǔ)器利用記錄薄膜的相變。通過(guò)光(光學(xué)作用)或者電作用產(chǎn)生該記錄薄膜的相變。
所提供與相變存儲(chǔ)器不同的具有其它結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器是，例如，DRAM、SRAM、FeRAM、掩膜ROM、PROM、EPROM、EEPROM、和閃存中一種或多種。
接著，描述該相變存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)(參見圖1B)。該相變存儲(chǔ)器包括其中以矩陣方式提供存儲(chǔ)單元21的存儲(chǔ)單元陣列22，解碼器23和24，選擇器25，和讀/寫電路26。
該存儲(chǔ)單元21包括形成位線Bx(1＝x＝m)的第一傳導(dǎo)層，形成字線Wy(1＝y(tǒng)＝n)的第二傳導(dǎo)層，和相變層。在該第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層之間提供該相變層。在圖1B中，用代表電阻的電路符號(hào)來(lái)表示第一傳導(dǎo)層，第二傳導(dǎo)層和相變層的堆疊。
接著，描述該存儲(chǔ)單元陣列22的頂部結(jié)構(gòu)和截面結(jié)構(gòu)(參見圖2A和2B)。該存儲(chǔ)單元陣列22包括在第一方向上延伸的傳導(dǎo)層27，在垂直該第一方向的第二方向上延伸的第二傳導(dǎo)層28，和相變層29。該第一傳導(dǎo)層27和第二傳導(dǎo)層28形成為互相交叉的條紋。在相鄰的相變層29之間提供絕緣層33。提供用作保護(hù)層的絕緣層34以與第二傳導(dǎo)層28接觸。
襯底30由玻璃襯底，柔性襯底、石英襯底、硅襯底、金屬襯底、不銹襯底、及類似物形成。該柔性襯底是可柔軟地彎曲的襯底，比如由聚碳酸酯、多芳基化合物、和聚醚砜形成的塑料襯底。使用公知的傳導(dǎo)材料比如鋁(Al)、銅(Cu)、和銀(Ag)形成該第一傳導(dǎo)層27和第二傳導(dǎo)層28。
在光學(xué)地寫入數(shù)據(jù)的情況下，該第一傳導(dǎo)層27和第二傳導(dǎo)層28的一個(gè)或者兩個(gè)透光。透光的傳導(dǎo)層由透明的傳導(dǎo)材料比如銦錫氧化物(ITO)形成或者當(dāng)使用不透明的傳導(dǎo)材料時(shí)由足夠薄以透光而形成。
該相變層29由在晶態(tài)和非晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料形成。可選地，該相變層29由在第一晶態(tài)和第二晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料形成。否則，該相變層29由僅從非晶態(tài)變到晶態(tài)的材料形成。當(dāng)使用可逆材料時(shí)，數(shù)據(jù)可以讀和寫。當(dāng)使用不可逆材料時(shí)，數(shù)據(jù)只能讀。按照這種方式，根據(jù)該相變存儲(chǔ)器的應(yīng)用材料的種類可用作只讀存儲(chǔ)器或者讀/寫存儲(chǔ)器。因此，根據(jù)該半導(dǎo)體器的應(yīng)用恰當(dāng)選擇用于該相變層29的材料。
在晶態(tài)和非晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料是包含選自鍺(Ge)、碲(Te)、銻(Sb)、硫(S)、碲氧化物(TeOx)、錫(Sn)、金(Au)、鎵(Ga)、硒(Se)、銦(In)、鉈(Tl)、鈷(Co)、和銀(Ag)中的多個(gè)元素的材料、它是基于，比如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、和Ag-In-Sb-Te的材料。
在以上描述的材料中，例如Ge-Te-Sb-S表示包含四種元素鍺(Ge)、碲(Te)，銻(Sb)、以及硫(S)的材料，并且不具體限定這四種材料的成分比。同樣，Ge-Te-Sb-S有時(shí)也指Ge-Te-Sb-S-基的材料或者鍺-碲-銻-硫-基的材料。
在第一晶態(tài)和第二晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料是包含選自銀(Ag)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銦(In)、銻(Sb)、硒(Se)、和碲(Te)中的多個(gè)元素的材料，例如，Ag-Zn、Cu-Al-Ni、In-Sb、In-Sb-Se、和In-Sb-Te。在這種材料的情況下，相位在兩種不同晶態(tài)之間變化。
僅從非晶態(tài)變到晶態(tài)的材料是包含選自碲(Te)、碲氧化物(TeOx)、鈀(Pd)、銻(Sb)、硒(Se)、和鉍(Bi)中的多個(gè)元素的材料，具體地是包含選自碲(Te)、碲氧化物(TeOx)、鈀(Pd)、銻硒(SbxSey)、和鉍碲(BixTey)中的多個(gè)元素的材料。例如，可使用Te-TeO2、Te-TeO2-Pd、Sb2Se3/Bi2Te3。
在上述材料中，Sb2Se3/Bi2Te3表示包含Sb2Se3的層和包含Bi2Te3的層的堆疊。
作為與以上所提到的不同結(jié)構(gòu)，在該第一傳導(dǎo)層27和相變層29之間提供整流元件(參見圖2D)。該整流元件表示其柵電極和漏電極連接到一起的晶體管，或者二極管。此處，提供包括半導(dǎo)體層44和45的PN結(jié)二極管。半導(dǎo)體層44和45之一是N-型半導(dǎo)體，同時(shí)另一個(gè)是P-型半導(dǎo)體。按照這種方式，通過(guò)提供整流二極管，電流僅向一個(gè)方向流動(dòng)，由此減少了誤差并改進(jìn)讀裕度。當(dāng)提供二極管時(shí)，與PN結(jié)二極管相同也可使用具有其它結(jié)構(gòu)的二極管如PIN結(jié)二極管和雪崩二極管。
如上所述，該相變存儲(chǔ)器具有在一對(duì)傳導(dǎo)層之間提供相變層的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。因此，其成形步驟簡(jiǎn)單，并能提供便宜的半導(dǎo)體器件。同樣，該相變存儲(chǔ)器是非易失性存儲(chǔ)器，于是不需要包含用于保存數(shù)據(jù)的電池并可提供緊湊的，較薄的以及輕質(zhì)量的半導(dǎo)體器件。而且，通過(guò)將不可逆材料用于該相變層29，因此不可以重新編程數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，可以防止偽造并提供確保安全性的半導(dǎo)體器件。
接著，描述將數(shù)據(jù)寫入該相變存儲(chǔ)器的操作。通過(guò)光學(xué)地或者電學(xué)地執(zhí)行數(shù)據(jù)寫入。首先，描述電學(xué)數(shù)據(jù)寫入(參見圖1B)。在此情況下，解碼器23，24和選擇器25選擇一個(gè)存儲(chǔ)器單元21，然后使用讀/寫電路26將數(shù)據(jù)寫入該存儲(chǔ)單元21。具體地，在第一傳導(dǎo)層27和第二傳導(dǎo)層28之間施加電壓以改變相變層29的相位，由此寫入數(shù)據(jù)。
接著，描述光學(xué)數(shù)據(jù)寫入(參見圖2B和2C)。在此情況下，從透光的傳導(dǎo)層(此處是第二傳導(dǎo)層28)一側(cè)使用激光照射裝置32用激光照射該相變層29。受到激光照射，該相變層29結(jié)晶地改變其相位。按照這種方式，利用激光照射通過(guò)使用該相變層29的相變寫數(shù)據(jù)。
例如當(dāng)寫數(shù)據(jù)“1”時(shí)，用激光照射該相變層29以加熱到結(jié)晶溫度或更高，然后緩慢冷卻至結(jié)晶。另一方面，當(dāng)寫數(shù)據(jù)“0”時(shí)，用激光照射該相變層29以加熱到熔點(diǎn)或者更高以熔融，然后快速淬火以獲得非晶態(tài)。
通過(guò)取決于存儲(chǔ)單元21的μm量級(jí)直徑的激光照射獲得該相變層29的相變。例如，當(dāng)直徑為1μm的激光束以10m/sec的速度穿過(guò)時(shí)，用激光照射包括在一個(gè)存儲(chǔ)單元21中的相變層100納秒。為在短至100納秒的時(shí)間內(nèi)改變相位，優(yōu)選地將激光功率設(shè)定為10mW并優(yōu)選將功率密度設(shè)定為10kW/mm2。
對(duì)所有存儲(chǔ)單元21或者選擇地執(zhí)相變層29的激光照射。例如，在剛剛形成的該相變層29處于非晶態(tài)的情況下，由于沒有受到激光照射而保持非晶態(tài)一旦受到激光照射其變?yōu)榫B(tài)(參見圖2C)。也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)也可通過(guò)選擇性激光照射寫入。按照這種方式，當(dāng)選擇性照射激光時(shí)，優(yōu)選使用脈沖振蕩激光輻射裝置。
如上所述，根據(jù)通過(guò)激光照射寫數(shù)據(jù)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可容易地大量制造半導(dǎo)體器件。因此，可提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件。
接著，描述該相變存儲(chǔ)器的讀數(shù)據(jù)操作(參見圖1B和9)。此處，該讀/寫電路26包括電阻器46和讀出放大器47。然而，該讀/寫電路26的結(jié)構(gòu)并不限于前述的一個(gè)而可具有任意結(jié)構(gòu)。
通過(guò)在第一傳導(dǎo)層27和第二傳導(dǎo)層29之間施加電壓讀出該相變存儲(chǔ)器的相位狀態(tài)來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)讀取。具體地，在非晶態(tài)該相變層29的電阻值Ra和在晶態(tài)該相變層29的電阻值Rb滿足Ra＞Rb。通過(guò)電讀取電阻值之間的這種差值，讀取數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)讀取設(shè)置在包含于存儲(chǔ)單元陣列22中的多個(gè)存儲(chǔ)單元21之間的第y行第x列中的存儲(chǔ)單元21的數(shù)據(jù)時(shí)，解碼器23，24和選擇器25選擇第x列的位線Bx和第y行的字線Wy。
然后，串聯(lián)包括在存儲(chǔ)單元21中的相變層和電阻器46。按照這種方式，當(dāng)電壓施加到串聯(lián)的該兩個(gè)電阻的兩端時(shí)，節(jié)點(diǎn)a的電勢(shì)成為由根據(jù)相變層29的電阻值Ra和Rb的電阻之比獲得的電勢(shì)。將節(jié)點(diǎn)a的電勢(shì)提供給讀出放大器47，然后其決定包含“0”和“1”中哪個(gè)數(shù)據(jù)。在此之后，輸出由讀出放大器47確定的包含數(shù)據(jù)“0”或者“1”的信號(hào)。
根據(jù)前述方法，通過(guò)利用電阻器比和電阻器之間的差的電壓值讀出該相變層的相位狀態(tài)。然而，也可通過(guò)使用該相變層29處于非晶態(tài)的電流值Ia和該相變層處于晶態(tài)的電流值Ib滿足Ia＞Ib來(lái)比較電流值。


圖1A和1B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法的圖。
圖2A到2D是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法的圖。
圖3A和3B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖。
圖4A到4D是表示制造本發(fā)明的半導(dǎo)體器件步驟的實(shí)例圖。
圖5A和5D是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖。
圖6A到6C是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖。
圖7A到7H是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用的圖。
圖8A和8B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用的圖。
圖9是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法的圖。
圖10A和10B是表示本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的圖。
具體實(shí)施例方式光學(xué)地或電學(xué)地執(zhí)行包含在本發(fā)明半導(dǎo)體器件20中的相變存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫入。當(dāng)光學(xué)地寫數(shù)據(jù)時(shí)，多個(gè)半導(dǎo)體器件20形成于柔性襯底31上并通過(guò)激光照射裝置32用激光照射，由此可以容易地連續(xù)寫數(shù)據(jù)。而且，通過(guò)使用這種制造工藝，可容易地大量生產(chǎn)半導(dǎo)體器件20(參見圖3A)。因此，提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件20。
當(dāng)加熱到熔融溫度或者更高而熔化時(shí)該相變存儲(chǔ)器的相變層成為第一狀態(tài)(例如，非晶態(tài))，以及當(dāng)加熱到結(jié)晶溫度或者更高時(shí)該相變存儲(chǔ)器的相變層成為第二狀態(tài)(例如，晶態(tài))。也就是說(shuō)，通過(guò)使用不同加熱溫度的熱處理執(zhí)行數(shù)據(jù)寫。因此，也可使用不同加熱溫度的制造工藝。例如，滾軸51包含其中形成多個(gè)半導(dǎo)體器件的柔性襯底31(參見圖3B)。然后，通過(guò)加熱裝置52使用不同溫度的熱處理將數(shù)據(jù)寫入該半導(dǎo)體器件。通過(guò)控制裝置53控制該加熱裝置52。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，數(shù)據(jù)可以不接觸地進(jìn)行讀寫。主要的數(shù)據(jù)傳輸方法是對(duì)置提供一對(duì)線圈并且數(shù)據(jù)通過(guò)相互感應(yīng)通信的電磁耦合方法，以及數(shù)據(jù)通過(guò)感應(yīng)電磁場(chǎng)通信的電磁感應(yīng)方法，以及數(shù)據(jù)通過(guò)電波通信的電波方法，可采用這些方法中的任意一個(gè)。在兩種方式中提供用于傳輸數(shù)據(jù)的天線18。一種式是在其上形成多個(gè)元件(element)的襯底36之上提供天線18(參見圖4A和4C)以及另一種提供天線18的方式是連接到在其上形成多個(gè)元件的襯底36的終端部分37(參見圖4B和4D)。此處，將在襯底36之上提供的多個(gè)元件稱為元件組(element group)35。
在先前結(jié)構(gòu)的情況下(圖4A和4C)，在襯底36上提供該元件組35和用作天線18的傳導(dǎo)層。在所示結(jié)構(gòu)中，在與第二傳導(dǎo)層28相同的層中提供用作天線18的傳導(dǎo)層。然而，本發(fā)明并不限于前述結(jié)構(gòu)并且天線18可提供在與第一傳導(dǎo)層27相同的層中?？蛇x地，提供絕緣膜以覆蓋元件組35并且可在該絕緣膜上提供該天線18。
在后一結(jié)構(gòu)情況下(圖4B和4D)，在襯底36上提供元件組35和終端部分37。在所示結(jié)構(gòu)中，將在與第二傳導(dǎo)層28相同的層中提供的傳導(dǎo)層用作終端部分37。然后，附著其上提供天線18的襯底38以便連接到終端部分37。在襯底36和襯底38之間提供傳導(dǎo)顆粒39和樹脂40。
注意到將包含傳導(dǎo)顆粒39和樹脂40的材料稱為各向異性傳導(dǎo)材料。
可通過(guò)在較大襯底上形成多個(gè)元件組35然后將其分開來(lái)提供便宜的元件組35。此時(shí)使用的襯底是玻璃襯底、柔性襯底及類似物。
可在多個(gè)層上提供包括在元件組35中的多個(gè)晶體管。也就是說(shuō)，它們可分別形成在多個(gè)層之上。當(dāng)在多個(gè)層上形成元件組35時(shí)，使用層間絕緣膜。優(yōu)選地，該層間絕緣膜由樹脂材料，如環(huán)氧樹脂和丙烯樹脂，樹脂材料如光傳輸聚酰亞胺樹脂樹脂，共聚硅氧烷聚合體形成的復(fù)合材料及類似物，含有水均聚物和水共聚物的材料，以及無(wú)機(jī)材料形成。
對(duì)于硅氧烷復(fù)合材料，該材料包括硅骨架和氧粘結(jié)劑和至少氫作為取代基，或者包含氟化物、烷基群、和芳烴中至少一個(gè)的作為取代基的材料。
對(duì)于該層間絕緣膜，優(yōu)選將具有低介電常數(shù)的材料用作減小在層之間產(chǎn)生的寄生電容。該寄生電容減小，即可實(shí)現(xiàn)高速操作也可獲得低功耗。
包括在元件組35中的多個(gè)晶體管具有由非晶半導(dǎo)體，微晶半導(dǎo)體，多晶半導(dǎo)體，有機(jī)半導(dǎo)體和類似物中的任何一個(gè)形成的有源層，然而，優(yōu)選使用由金屬元素如催化劑結(jié)晶的有源層和為獲得具有有利特性的晶體管由激光照射結(jié)晶的半導(dǎo)體。進(jìn)一步，優(yōu)選使用由通過(guò)利用SiH4/F2氣體或者SiH4/H2氣體(氬氣)的等離子體CVD形成的半導(dǎo)體層作為有源層以及激光照射的半導(dǎo)體層。
包括在元件組35中的多個(gè)晶體管由在溫度為200到600℃(優(yōu)選地是350到500℃)結(jié)晶的結(jié)晶半導(dǎo)體層(低溫多晶硅層)和在溫度為600℃或者更高下結(jié)晶的結(jié)晶半導(dǎo)體層(高溫多晶硅層)形成。當(dāng)在襯底上形成高溫多晶硅層時(shí)，由于玻璃襯底對(duì)熱敏感所以優(yōu)選使用石英襯底。
優(yōu)選以濃度1×1019到1×1022原子/cm3(優(yōu)選地濃度為1×1019到5×1020原子/cm3)將氫或鹵素雜質(zhì)元素添加到包括在元件組35中的晶體管的有源層(特別在溝道形成區(qū))中。然后，可獲得具有很少缺陷并且?guī)缀醪划a(chǎn)生破裂的有源層。
優(yōu)選提供阻止如堿性金屬的污染物的阻擋膜以便包裹包括在元件組35中的晶體管或元件組35本身。然后，可提供沒有受到污染其可靠性得到改進(jìn)的元件組35。對(duì)于該阻擋膜，可使用氮化硅膜，氮氧化硅膜，氧氮化硅膜或者類似物。
優(yōu)選地包括在元件組35中的晶體管的有源層的厚度是20到200nm，更為優(yōu)選為40到170nm，以及甚至更優(yōu)選為45到55nm和145到155nm，并且最優(yōu)選為50到150nm。然后，可提供即使當(dāng)其彎曲時(shí)也幾乎不產(chǎn)生破裂的元件組35。
優(yōu)選地形成晶體，該晶體形成包括在元件組35中的晶體管的有源層以包含與載流流動(dòng)方向(溝道長(zhǎng)度方向)平行延伸的晶界。優(yōu)選使用連續(xù)振蕩激光(簡(jiǎn)稱為CWLC)或者以10MHz或者更高，或優(yōu)選地60到100MHz頻率工作的脈沖激光形成這種有源層。
優(yōu)選地包括在元件組35中的晶體管具有0.35V/decade(優(yōu)選地0.09到0.25V/decade)的S-值(亞閾值)，以及10cm2/Vs或更大的遷移率。這種特性可通過(guò)使用連續(xù)振蕩激光或者以10MHz或者更高頻率的脈沖激光形成有源層來(lái)獲得這種特性。
該元件組35具有由環(huán)形振蕩器測(cè)量得到的1MHz(優(yōu)選地10MHz或者更高)或者更高的特性(在3到5V)?？蛇x地，每個(gè)柵的頻率特性優(yōu)選100kHz或者更高，并優(yōu)選1MHz或更高(在3到5V)。
也就是說(shuō)，該元件組35在該環(huán)形振蕩器的柵的每級(jí)具有1μs或者更少(優(yōu)選100納秒或更小)的延遲時(shí)間(在3到5V)。
優(yōu)選地該天線18由使用含有金、銀、銅和類似物的納米顆粒的傳導(dǎo)膠糊的微滴釋放(droplet discharging)方法形成。該微滴釋放方法是通過(guò)釋放微滴形成圖案的方法比如噴墨方法和散發(fā)方法的通用術(shù)語(yǔ)。該微滴釋放方法在很多方面具有優(yōu)勢(shì)以便可有效地使用材料。
實(shí)際上可使用其上形成元件組35的襯底42，但是在襯底42上的元件組35可剝離(參見圖5A)并附著到柔性襯底43(參見圖5B)。
從襯底42剝離元件組35通過(guò)方法(1)在高熱阻襯底42和元件組35之間提供金屬氧化物薄膜；并通過(guò)晶化減弱該金屬氧化物薄膜，方法(2)在高熱阻襯底42和元件組35之間提供含有氫的非晶硅薄膜，并通過(guò)激光照射或蝕刻除去該非晶硅薄膜，或者方法(3)機(jī)械地或者通過(guò)使用溶液或如ClF3的氣體蝕刻去除其上形成元件組35的高熱阻襯底42。使用工業(yè)粘合劑如環(huán)氧樹脂粘合劑和使用樹脂添加劑的粘合劑將剝離的元件組35附著到柔性襯底43。
同樣，通過(guò)在襯底42和元件組35之間預(yù)先提供剝離層并使用蝕刻劑去處剝離層，或者使用蝕刻劑部分地去除該剝離層然后物理地剝離該元件組35和襯底42，可從襯底42剝離該元件組35。注意到物理地剝離表示著通過(guò)外部應(yīng)力剝離。該外部應(yīng)力對(duì)應(yīng)于從噴嘴吹出的風(fēng)壓力，超聲波，或者類似物。
如上所述，通過(guò)將元件組35附著到襯底43，可提供薄的、輕質(zhì)的、以及當(dāng)?shù)粝聛?lái)時(shí)不容易破裂的半導(dǎo)體器件。同時(shí)，該柔性襯底43具有柔性，因此，它可附著于彎曲的或奇形怪狀的表面之上，這實(shí)現(xiàn)了多種應(yīng)用。例如，作為本發(fā)明半導(dǎo)體器件20的一種模式的無(wú)線標(biāo)簽可緊密地附著到彎曲表面如藥瓶(參見圖5C和5D)。而且，通過(guò)重復(fù)利用該襯底42，可提供廉價(jià)的半導(dǎo)體器件。結(jié)合在前實(shí)施例模式和實(shí)施例可自由地實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例。
在此實(shí)施例中，對(duì)使用剝離工藝形成柔性無(wú)線標(biāo)簽的情況進(jìn)行描述(參見圖6A)。無(wú)線標(biāo)簽包括柔性保護(hù)層2301，包括天線2304的柔性保護(hù)層2303，以及由剝離工藝形成的元件組2302。在保護(hù)層2303之上形成的天線2304電連接到元件組2302。在所示結(jié)構(gòu)中，僅在保護(hù)層2303之上形成天線2304，然而，本發(fā)明并不限于此結(jié)構(gòu)以及也可在保護(hù)層2301之上形成天線2304。要注意到優(yōu)選在元件組2302和保護(hù)層2301和2303之間形成氮化硅薄膜形成的阻擋膜。然后，可提供不會(huì)污染元件組2302而其可靠性得到改進(jìn)的無(wú)線標(biāo)簽。
優(yōu)選地天線2304由銀、銅、或者由其電鍍的金屬形成。使用各向異性傳導(dǎo)膜通過(guò)執(zhí)行UV處理或者超聲波處理連接元件組2302和天線2304，然而，本發(fā)明并不限于此方法而可使用各種方法。
優(yōu)選地將元件組2302夾在保護(hù)層2301和2303之間形成以便厚度為5μm或更少，或者優(yōu)選厚度為0.1到3μm(其剖面結(jié)構(gòu)見圖6B)。當(dāng)堆疊保護(hù)層2301和2303的厚度為d時(shí)，保護(hù)層2301和2303中的每一個(gè)的厚度優(yōu)選地是(d/2)±30μm，并且更優(yōu)選地(d/2)±10μm。優(yōu)選地保護(hù)層2301和2303中的每一個(gè)的厚度是10μm到200μm。而且，元件組2302可具有5mm平方(25mm2)或者更小的面積，并且優(yōu)選地0.3到4mm平方(0.09mm2到16mm2)。
因?yàn)楸Ｗo(hù)層2301和2303每一個(gè)都由有機(jī)樹脂材料形成，它們具有高度抗彎曲性。自身通過(guò)剝離工藝形成的元件組2302相比于單個(gè)結(jié)晶半導(dǎo)體對(duì)于彎曲也具有高度抗彎曲性。元件組2302和保護(hù)層2301和2303可彼此緊密附著而沒有任何空間，因此完整的無(wú)線標(biāo)簽自身也具有高度抗彎曲性。被這種保護(hù)層2301和2303所圍繞的元件組2302可設(shè)置在別的物體之上或之內(nèi)或者也可植入紙內(nèi)。
現(xiàn)在描述通過(guò)將剝離工藝形成的元件組附著到彎曲襯底的情況(參見圖6C)。在附圖中，顯示了通過(guò)剝離工藝形成的選自元件組的一個(gè)晶體管。該晶體管在電流方向線性形成。換句話說(shuō)，設(shè)置該晶體管以便電流方向和襯底弧形方向成為彼此垂直。即，線性形成漏電極2305，柵電極2307，源電極2306。然后，垂直設(shè)置電流方向和襯底弧形方向。對(duì)這樣的設(shè)置，當(dāng)襯底弧形彎曲時(shí)施加的應(yīng)力不會(huì)影響太大并可抑制包含在元件組中的晶體管的特性變化。
為防止有源元件如晶體管由于該應(yīng)力而破裂，優(yōu)選地將有源元件的有源區(qū)形成為占據(jù)整個(gè)襯底面積的5到50％(優(yōu)選地5到30％)。在沒有提供有源元件如TFT的區(qū)域中，主要提供基底絕緣薄膜材料，層間絕緣薄膜材料和布線材料。優(yōu)選地除了有源區(qū)如晶體管以外的區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)襯底面積的60％或更多。因此，可提供容易彎曲的高度集成的半導(dǎo)體器件?？山Y(jié)合在前的實(shí)施例模式和實(shí)施例自由實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的應(yīng)用范圍是廣闊的。例如，作為本發(fā)明的半導(dǎo)體器件20的一個(gè)模式的無(wú)線標(biāo)簽可用于票據(jù)、硬幣、證券、證書、債券、包裝箱、書、存儲(chǔ)介質(zhì)、個(gè)人物品、車輛、雜貨、衣物、保健品、日用品、醫(yī)藥、電子設(shè)備和類似物。
票據(jù)和硬幣是在市場(chǎng)中流通的錢，包括可在專門領(lǐng)域中如同錢一樣使用的東西(現(xiàn)金優(yōu)惠券)，紀(jì)念幣和類似物。證券包括支票，證書，期票和類似物(參見圖7A)。該證書包括駕駛證，居住卡和類似物(參見圖7B)。債券包括郵票，各種禮券和類似物(參見圖7C)。包裝箱包括包裝午飯的包裝紙，塑料盒和類似物(參見圖7D)。書包括雜志，字典和類似物(參見圖7E)。存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)應(yīng)于DVD軟件，錄像帶和類似物(參見圖7F)。運(yùn)載工具對(duì)應(yīng)于有輪車輛如自行車，船舶和類似物(參見圖7G)。個(gè)人財(cái)物對(duì)應(yīng)于包、眼鏡、和類似物(參見圖7H)。雜貨對(duì)應(yīng)于食物、蔬菜、和類似物。衣物對(duì)應(yīng)于衣服，鞋子和類似物。保健品對(duì)應(yīng)于醫(yī)用裝置，衛(wèi)生用具和類似物。日用品對(duì)應(yīng)于家具，燈具和類似物。醫(yī)藥對(duì)應(yīng)于藥品，農(nóng)業(yè)化學(xué)品和類似物。電子設(shè)備對(duì)應(yīng)于液晶顯示器，EL顯示器，電視機(jī)(電視接收機(jī)，薄電視接收機(jī)，薄電視)，便攜式電話和類似物。
通過(guò)提供無(wú)線標(biāo)簽給票據(jù)，硬幣，證券，證書，債券和類似物，可防止遺忘。而且，通過(guò)提供無(wú)線標(biāo)簽給包裝箱，書，存儲(chǔ)介質(zhì)，個(gè)人物品，雜貨，日用品，電子設(shè)備和類似物，可用于檢查系統(tǒng)和租貸店的系統(tǒng)。通過(guò)提供無(wú)線標(biāo)簽給運(yùn)載工具，衛(wèi)生品，醫(yī)藥和類似物，可防止遺忘或者偷盜并且對(duì)于藥品還可防止藥品錯(cuò)誤?？赏ㄟ^(guò)將其附著到物體表面或者植入其中提供無(wú)線標(biāo)簽。例如，對(duì)于書該無(wú)線標(biāo)簽可植入紙中以及在有機(jī)樹脂形成封裝的情況下可植入有機(jī)樹脂中。
通過(guò)應(yīng)用無(wú)線標(biāo)簽于物體和流通系統(tǒng)的管理，可獲得高功能系統(tǒng)。
例如，在包括顯示部分94的便攜式終端的一側(cè)提供讀出器/寫入器95，以及在產(chǎn)品97的一側(cè)上作為本發(fā)明半導(dǎo)體器件的一種模式提供無(wú)線標(biāo)簽96(參見圖8A)。在此情況下，通過(guò)將該無(wú)線標(biāo)簽96暴露給讀出器/寫入器95，產(chǎn)品97的數(shù)據(jù)如原材料，來(lái)源國(guó)，和流通歷史紀(jì)錄顯示在顯示部分94上。在傳統(tǒng)技術(shù)中，產(chǎn)品97的數(shù)據(jù)全部描述在標(biāo)簽上，然而，通過(guò)提供無(wú)線標(biāo)簽96可提供更多數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，作為另一個(gè)例子，在傳送帶的側(cè)面提供讀出器/寫入器95(參見圖8B)。在此情況下，可容易地執(zhí)行產(chǎn)品97的檢查?？山Y(jié)合在前實(shí)施例模式和實(shí)施例自由地實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例。
參考圖10A和10B描述本發(fā)明半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明半導(dǎo)體器件包括在襯底101之上提供的元件組102，相變存儲(chǔ)器104和用作天線的傳導(dǎo)層105。按照這種方式，在具有絕緣表面的襯底上集成形成元件組102，相變存儲(chǔ)器104，以及用作天線的傳導(dǎo)層105的半導(dǎo)體器件可形成為小尺寸，薄設(shè)計(jì)而且輕便。元件組102包括形成電源電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路和類似物的多個(gè)元件如晶體管、電容和電阻。相變存儲(chǔ)器104包括傳導(dǎo)層111，相變層112，以及傳導(dǎo)層113的多個(gè)堆疊。傳導(dǎo)層111，相變層112，以及傳導(dǎo)層113的堆疊有時(shí)稱為存儲(chǔ)元件114。
注意到圖10A和10B表示作為元件組102的多個(gè)晶體管。在圖10A中，元件組102包括控制相變存儲(chǔ)器104的操作的CMOS電路103。在圖10B中，元件組102包括晶體管106和107，其中每一個(gè)控制存儲(chǔ)單元114的操作。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括相變存儲(chǔ)器；將電磁波轉(zhuǎn)換為AC電信號(hào)的天線；以及基于由天線提供的AC電信號(hào)產(chǎn)生電源電壓的電源電路，其中該相變存儲(chǔ)器包括多個(gè)在第一方向上延伸的位線、在垂直第一方向的第二方向上延伸的字線、以及在位線和字線之間提供的相變層。
2.一種半導(dǎo)體器件，包括相變存儲(chǔ)器；將電磁波轉(zhuǎn)換為AC電信號(hào)的天線；以及基于由天線提供的AC電信號(hào)產(chǎn)生電源電壓的電源電路，其中該相變存儲(chǔ)器包括多個(gè)在第一方向上延伸的位線、在垂直第一方向的第二方向上延伸的字線、以及在位線和字線之間提供的相變層；并且其中該位線和該字線中至少一個(gè)透光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中在玻璃襯底上提供該相變存儲(chǔ)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中在柔性襯底上提供該相變存儲(chǔ)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該相變層包括在晶態(tài)和非晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中相變層包括在第一晶態(tài)和第二晶態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)化的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該相變層包括僅能從非晶態(tài)轉(zhuǎn)化到晶態(tài)的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該相變層包括從鍺(Ge)，碲(Te)、銻(Sb)、硫(S)、碲氧化物(TeOx)、錫(Sn)、金(Au)，鎵(Ga)、硒(Se)、銦(In)、鉈(Tl)、鈷(Co)、和銀(Ag)中選擇的多個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該相變層包括從銀(Ag)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銦(In)、銻(Sb)、硒(Se)和碲(Te)中選擇的多個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該相變層包括從碲(Te)，碲氧化物(TeOx)、鈀(Pd)、銻(Sb)、硒(Se)、和鉍(Bi)中選擇的多個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)體器件包括從DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、FeRAM(鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)、掩膜ROM(只讀存儲(chǔ)器)、PROM(可編程只讀存儲(chǔ)器)、EPROM(電可編程只讀存儲(chǔ)器)、EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)、和閃存中選擇的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)體器件包括時(shí)鐘產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)解調(diào)/調(diào)制電路、以及接口電路中的一種或多種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2的該半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)體器件包括控制該相變存儲(chǔ)器的控制電路；并且其中該控制電路包括薄膜晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供包含簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器以提供便宜半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件及其驅(qū)動(dòng)方法。本方明的半導(dǎo)體器件包括包含具有多個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)單元陣列的相變存儲(chǔ)器，控制該相變存儲(chǔ)器的控制電路，和天線。該存儲(chǔ)單元陣列包含多個(gè)在第一方向上延伸的位線和在垂直第一方向的第二方向上延伸的字線。多個(gè)存儲(chǔ)單元中的每一個(gè)包含提供在位線和字線之間的相變層。在具有前述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，形成位線的傳導(dǎo)層和形成字線的傳導(dǎo)層中的一個(gè)或者兩個(gè)透光。
文檔編號(hào)H01L45/00GK1938853SQ200580010159
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者加藤清, 荒井康行, 山崎舜平 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所