JP5815337B2

JP5815337B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP5815337B2
Application number: JP2011192381A
Authority: JP
Inventors: 辰司西島
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP2012084133A; US8884470B2; US20120062430A1

Description

技術分野は、無線でデータの送受信を行う半導体装置に関する。

近年、無線でデータの送受信を行う半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置として、例えば、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ、ＲＦチップ、ＲＦタグ、ＩＣチップ、ＩＣタグ、無線チップ、無線タグ、電子チップ、電子タグ、無線プロセッサ、無線メモリ、と呼ばれるものがある。

例えば、特許文献１には、非接触の通信により読み書きが可能なＩＣチップが開示されている。また、ＩＣチップが、無線でリーダ／ライタ（以下、Ｒ／Ｗ、という。）等とデータの送受信を行う点が記載されている。

このような半導体装置は、小型で、軽量で、使い勝手がよく、セキュリティが高く、安価である等の利点を持つことから、物品を管理するための半導体装置としても用いられている。このように、無線でデータの送受信を行う半導体装置について、様々な分野への応用が提案されている。

特開２００１−２６０５８０号公報

無線でデータの送受信を行う半導体装置は、Ｒ／Ｗ等の無線でデータの送受信を行うことができる装置との間で、アンテナ回路を介して信号（搬送波、又は、搬送波に変調波を重畳して生成された振幅変調波）の送受信を行う。

半導体装置は、振幅変調波を整流して変調波を取り出し、当該変調波を復調することでＲ／Ｗ等から送信されたデータを認識する。また、半導体装置には、搬送波又は振幅変調波を整流して得られる直流電圧を、半導体装置の駆動電圧として利用するものがある。

搬送波又は振幅変調波の電力が大きい場合、半導体装置において当該搬送波又は振幅変調波を整流して得られる電圧も過剰になるため、半導体装置が破壊されることがある。

また、上記半導体装置において、搬送波又は振幅変調波を整流して得られる電圧に応じてアンテナ回路の共振周波数を変更することによって、受信する搬送波又は振幅変調波の電力を抑えることができる。これは、整流して得られる電圧が過剰であるかを判断する電圧検出回路と、電圧検出回路の出力に応じてアンテナ回路の共振周波数を変更する共振周波数調整回路によって実現される。

しかしながら、アンテナ回路からの信号に起因して、共振周波数調整回路を介して交流のリーク（以下、交流リーク、という。）が半導体装置を構成する他の回路（例えば、電圧検出回路）に流れることによって、当該回路の機能を損ねてしまう（例えば、誤動作を起こす。）ことがある。

本発明の一態様では、交流リークが電圧検出回路に流れるのを防ぐことができる半導体装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第１の容量素子と、を有し、共振周波数調整回路は、第１の端子がアンテナ回路の第１の端子と電気的に接続された第２の容量素子と、第１の端子が第２の容量素子の第２の端子と電気的に接続され、第２の端子がアンテナ回路の第２の端子と電気的に接続され、ゲートが第１の容量素子及び電圧検出回路と電気的に接続されたトランジスタと、を有する半導体装置である。

また、本発明の一態様は、アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第１の容量素子と、第１の端子が電圧検出回路と電気的に接続された抵抗素子と、を有し、共振周波数調整回路は、第１の端子がアンテナ回路の第１の端子と電気的に接続された第２の容量素子と、第１の端子が第２の容量素子の第２の端子と電気的に接続され、第２の端子がアンテナ回路の第２の端子と電気的に接続され、ゲートが第１の容量素子及び抵抗素子の第２の端子と電気的に接続されたトランジスタと、を有する半導体装置である。

また、トランジスタは、半導体層として酸化物半導体層を含んでもよい。

また、電圧検出回路によって、アンテナ回路の共振周波数を変化させてもよい。

また、本発明の一態様は、アンテナ回路と、アンテナ回路の共振周波数を変化させる共振周波数調整回路と、共振周波数調整回路を制御する電圧検出回路と、共振周波数調整回路及び電圧検出回路と電気的に接続された容量素子と、を有する半導体装置である。

また、本発明の一態様は、アンテナ回路と、アンテナ回路の共振周波数を変化させる共振周波数調整回路と、共振周波数調整回路を制御する電圧検出回路と、端子が共振周波数調整回路と電気的に接続された容量素子と、第１の端子が電圧検出回路と電気的に接続され、第２の端子が容量素子の端子及び共振周波数調整回路と電気的に接続された抵抗素子と、を有する半導体装置である。

また、アンテナ回路の共振周波数を変化させることによって、アンテナ回路が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくしてもよい。

また、電圧検出回路は、アンテナ回路が受信した信号に基づいて生成された駆動電圧を監視し、当該駆動電圧が任意の値に達したときに共振周波数調整回路を制御することによって、アンテナ回路の共振周波数を変化させてもよい。

本発明の一態様は、交流リークが電圧検出回路に流れるのを防ぐことができる半導体装置を提供することができる。

半導体装置の一例を説明するための図。半導体装置の回路構成の一例を説明するための図。半導体装置の回路構成の一例を説明するための図。交流回路における電流の流れを説明するための図。交流回路における電流の流れを説明するための図。半導体装置の一例を説明するための図。トランジスタの構造の一例を説明するための図。トランジスタの構造の一例を説明するための図。ＲＦタグの構成の一例を説明するための図。電子機器の一例を説明するための図。無線タグの入力電力を説明するための図。比較用の回路の回路構成を説明するための図。

本発明を説明するための実施の形態の一例について、図面を参照して以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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ものとする。

なお、図面を参照するにあたり、異なる図面間において、同じものを指し示す符号を共通して用いる場合がある。また、異なる図面間において、同様のものを指し示す際には同じハッチパターンを使用し、符号を付さない場合がある。

なお、各実施の形態の内容を互いに適宜組み合わせることができる。また、各実施の形態の内容を互いに適宜置き換えることができる。

なお、本明細書において用いる「第ｋ」（ｋは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではない。

なお、一般に、二点間における電位の差（電位差ともいう。）を電圧という。しかし、電子回路では、回路図等において、ある一点の電位と基準となる電位（基準電位ともいう。）との電位差を用いることがある。また、電圧と電位はいずれも、単位としてボルト（Ｖ）を用いることがある。そこで、本明細書では、特に指定する場合を除き、ある一点の電位と基準電位との電位差を、当該一点の電圧として用いる場合がある。

なお、本明細書において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他に、電気的に接続されているものを含むものとする。具体的には、トランジスタ等のスイッチング素子を介してＡとＢとが接続され、当該スイッチング素子が、導通状態であるときにＡとＢとが概略同電位である場合や、抵抗素子を介してＡとＢとが接続され、当該抵抗素子の両端に発生する電位差が、ＡとＢとを含む回路の所定の動作に影響を与えない程度である場合等、回路動作を説明する上で、ＡとＢとの間の部分が、同じノードであると捉えて差し支えない状態にある場合に、ＡとＢとが接続されているという。

（実施の形態１）
本実施の形態では、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一例について、図１及び図２を参照して説明する。

図１に、半導体装置の一例として、無線タグ１００を示す。無線タグ１００は、アンテナ回路１０２と、復調回路１０４と、論理回路１０６と、変調回路１０８と、整流回路１１０と、定電圧回路１１２と、リミッタ回路１１４と、を有する。

アンテナ回路１０２は、無線タグ１００の外部にあって、Ｒ／Ｗ等の無線でデータの送受信を行うことができる外部装置との間で、信号（搬送波又は振幅変調波）の送受信を行う。

復調回路１０４は、アンテナ回路１０２で受信した信号を復調して、当該信号に含まれるデータを取り出す。取り出されたデータは論理回路１０６に入力される。

論理回路１０６は、復調回路１０４から入力されたデータに基づいて応答信号等の信号を生成する。

変調回路１０８は、論理回路１０６から入力された応答信号を変調し、上記外部装置に送信する信号を生成する。

整流回路１１０は、アンテナ回路１０２で受信した信号を整流して、直流電圧であるエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを生成する。

定電圧回路１１２は、整流回路１１０から供給されたエンベロープ電圧Ｖｅｎｖの大きさを調整する。具体的には、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖの値が一定になるように調節して、高電源電位Ｖｄｄを生成する。そして、定電圧回路１１２から、復調回路１０４、論理回路１０６、変調回路１０８等の各回路に、駆動電圧として高電源電位Ｖｄｄが供給される。

なお、定電圧回路１１２は設けなくてもよい。定電圧回路１１２を設けない場合は、整流回路１１０から、復調回路１０４、論理回路１０６、変調回路１０８等の各回路に、駆動電圧としてエンベロープ電圧Ｖｅｎｖが供給される。

リミッタ回路１１４は、電圧検出回路１２２と、フィルタ回路１２４と、共振周波数調整回路１２６と、を有する。

電圧検出回路１２２は、整流回路１１０で生成したエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを監視し、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖの値に応じて、共振周波数調整回路１２６に出力電位を供給する。

フィルタ回路１２４は、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークが、電圧検出回路１２２に流れるのを防ぐことができる。

共振周波数調整回路１２６は、電圧検出回路１２２から供給される出力電位に応じて、アンテナ回路１０２の共振周波数を変化させる。

また、配線１１６から、アンテナ回路１０２、復調回路１０４、論理回路１０６、変調回路１０８、整流回路１１０、定電圧回路１１２、リミッタ回路１１４等の各回路に、低電源電位Ｖｓｓが供給される。なお、低電源電位Ｖｓｓは、Ｖｓｓ＜Ｖｄｄ、及びＶｓｓ＜Ｖｅｎｖを満たす。

次に、半導体装置の回路構成の一例について、図２を参照して説明する。

図２に、半導体装置が有する、アンテナ回路１０２、整流回路１１０、電圧検出回路１２２、フィルタ回路１２４、共振周波数調整回路１２６等の回路構成を示す。

図２において、アンテナ回路１０２は、ＬＣ並列共振回路を構成する、アンテナ２０２及び共振容量素子２０４を有する。

アンテナ２０２は、その形状や巻き数、電磁誘導方式や電波方式等の伝送方式、信号（搬送波又は振幅変調波）の周波数帯によって、外部装置から発せられる信号の受信能力が異なるが、ここでは特に限定しない。共振容量素子２０４は、アンテナ２０２との組み合わせによって、アンテナ回路１０２の共振周波数を、外部装置から発せられる信号の周波数付近に最適化するために設けられる。

整流回路１１０は、容量素子２１２と、トランジスタ２１４と、トランジスタ２１６と、容量素子２１８と、によって構成された、半波倍電圧整流回路を有している。なお、整流回路１１０は、半波倍電圧整流回路に限定されず、半波整流回路、両波整流回路、両波倍電圧整流回路、ブリッジ整流回路等を用いてもよい。

抵抗素子２５５はプルダウン抵抗であり、整流回路１１０でのエンベロープ電圧Ｖｅｎｖの生成が行われないとき、整流回路１１０の出力を低電源電位Ｖｓｓ側にプルダウンする。

電圧検出回路１２２は、抵抗素子２２２と、直列に接続された複数のトランジスタと、トランジスタ２２８と、抵抗素子２２９と、を有する。複数のトランジスタは、それぞれダイオード接続されている。なお、図２では、複数のトランジスタとしてトランジスタ２２４〜トランジスタ２２７を示しているが、トランジスタの数はこれに限定されない。

抵抗素子２２２の一方の端子と、トランジスタ２２８の第１の端子には、それぞれ整流回路１１０からエンベロープ電圧Ｖｅｎｖが供給される。直列に接続されたトランジスタ２２４〜トランジスタ２２７の一端のトランジスタ（ここでは、トランジスタ２２４）の第１の端子は、トランジスタ２２８のゲート及び抵抗素子２２２の他方の端子とそれぞれ接続されている。直列に接続されたトランジスタ２２４〜トランジスタ２２７の他端のトランジスタ（ここでは、トランジスタ２２７）の第１の端子と、抵抗素子２２９の一方の端子には、それぞれ配線１１６から低電源電位Ｖｓｓが供給される。トランジスタ２２８の第２の端子及び抵抗素子２２９の他方の端子は、それぞれフィルタ回路１２４と接続されている。

フィルタ回路１２４は、容量素子２３４を有する。容量素子２３４は、一方の端子が電圧検出回路１２２及び共振周波数調整回路１２６とそれぞれ接続され、他方の端子が配線１１６と接続されている。

なお、図２では、配線１１６から容量素子２３４の他方の端子に低電源電位Ｖｓｓが供給されているが、本実施の形態はこれに限定されない。容量素子２３４の他方の端子に電位を供給する配線を、配線１１６とは別に設けてもよい。

共振周波数調整回路１２６は、容量素子２４２とトランジスタ２４４とを有する。容量素子２４２の一方の端子はアンテナ回路１０２の第１の端子と接続され、他方の端子はトランジスタ２４４の第１の端子と接続されている。トランジスタ２４４のゲートは、フィルタ回路１２４と接続されている。また、トランジスタ２４４の第２の端子は、アンテナ回路１０２の第２の端子と接続されており、また、配線１１６から低電源電位Ｖｓｓが供給される。

電圧検出回路１２２は、整流回路１１０で生成したエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを監視し、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖの大きさに応じて、共振周波数調整回路１２６に出力電位を供給することができる。具体的な動作を以下に示す。

エンベロープ電圧Ｖｅｎｖが低いときには、トランジスタ２２４〜トランジスタ２２７の各々において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を下回っているため、当該トランジスタはオフ状態である。よって、トランジスタ２２８のゲートの電位は、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖにほぼ等しくなり、トランジスタ２２８はオフ状態になる。

エンベロープ電圧Ｖｅｎｖが上昇すると、トランジスタ２２４〜トランジスタ２２７の各々において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を上回り、当該トランジスタはオン状態になる。このとき、トランジスタ２２８のゲートの電位は、オン状態となったトランジスタ２２４〜トランジスタ２２７と抵抗素子２２２との間で分圧された電位となり、トランジスタ２２４〜トランジスタ２２７の各々におけるソースとドレイン間のインピーダンスの変化に従って変化する。

さらに、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖが上昇し任意の値に達すると、トランジスタ２２８において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を上回り、トランジスタ２２８はオン状態になる。そして、オン状態となったトランジスタ２２８と抵抗素子２２９との間で分圧された電位が、出力電位として共振周波数調整回路１２６に供給される。

共振周波数調整回路１２６は、電圧検出回路１２２から出力電位が供給されると、アンテナ回路１０２の共振周波数を変化させることができる。具体的な動作を以下に示す。

エンベロープ電圧Ｖｅｎｖが任意の値に達すると、トランジスタ２４４のゲートに、電圧検出回路１２２から出力電位が供給される。そして、トランジスタ２４４において、ゲート−ソース間の電圧がしきい値電圧を上回ると、トランジスタ２４４はオン状態となる。

オン状態のトランジスタ２４４を介して、容量素子２４２の他方の端子が配線１１６と接続される。これにより、容量素子２４２の容量成分が実効的に共振容量に加わることにより、共振周波数が変化し、アンテナ２０２が受信できる搬送波又は振幅変調波の電力が小さくなる。

このように、アンテナ２０２の共振周波数を変化させることにより、アンテナ回路１０２が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができる。そのため、電力が大きい搬送波又は振幅変調波が供給されることによって、整流回路１１０が破壊されるのを防ぐことができる。

また、アンテナ回路１０２が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができるため、アンテナ回路１０２が受信した信号に基づいて生成されるエンベロープ電圧Ｖｅｎｖを小さくすることができる。そのため、過剰のエンベロープ電圧Ｖｅｎｖが供給されることによって、定電圧回路１１２が破壊されるのを防ぐことができる。

同様に、復調回路１０４、論理回路１０６、変調回路１０８等の各回路において、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖから生成した高電源電位Ｖｄｄが駆動電圧として（又は、エンベロープ電圧Ｖｅｎｖが駆動電圧として）用いられる際に、過剰の駆動電圧が供給されることによって、当該各回路が破壊されるのを防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態の半導体装置では、共振周波数調整回路１２６を設けることによって、電圧検出回路１２２の出力電位に応じて、共振周波数調整回路１２６を用いてアンテナ回路１０２の共振周波数を変化させることができる。これにより、半導体装置が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができるため、半導体装置を構成する回路が破壊されるのを防止することができる。

ここで、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一つとして、パッシブ型の半導体装置がある。

パッシブ型の半導体装置は、アンテナ回路１０２で受信した信号（搬送波又は振幅変調波）から直流電圧を生成し、半導体装置を駆動するための電力として用いる。このような半導体装置では、バッテリーを持たないため、小型、軽量であるという利点を有する。

ここで、パッシブ型の半導体装置は、アンテナ回路１０２で受信した信号から動作するための電力を得るため、アンテナ２０２における交流電圧の振幅は、生成される直流電圧と同程度の大きさを有する。

よって、パッシブ型の半導体装置に共振周波数調整回路１２６を設け、上記で説明したように搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることは、パッシブ型の半導体装置を構成する回路の破壊を防ぐ上で特に効果的である。

また、共振周波数調整回路１２６では、交流のリークが発生する。

交流リークは、トランジスタ２４４のゲート−ドレイン間に形成される寄生容量、又は、トランジスタ２４４のゲート−ソース間に形成される寄生容量を介して、アンテナ回路１０２からの信号の電圧振幅がトランジスタ２４４のゲートに伝搬することで生じる。なお、交流リークは、トランジスタ２４４がオン状態及びオフ状態であるかに関わらす、常にトランジスタ２４４のゲートから生じている。

また、アンテナ回路１０２から出力される交流電圧の振幅は、生成される直流電圧と同程度の大きさを有するため、交流リークは回路動作上無視できない程の大きさである。

このような交流リークが電圧検出回路に流れると、当該電圧検出回路が誤動作を起こし、共振周波数調整回路を正常に制御できなくなる。これにより、アンテナ回路の共振周波数を適切に変化させることができなくなる。よって、アンテナ回路が受信した搬送波又は振幅変調波の電力がさほど大きくない場合でも、共振周波数調整回路が動作することによってアンテナ回路が受信する電力が小さくなり、論理回路等を駆動するのに必要な電圧を生成できなくなる。

また、電圧検出回路が有するトランジスタと抵抗素子は、流れ込んだ交流リークの電力を消費する。この電力の消費によって、半導体装置全体の消費電力が大きく増加する。

一方、図２に示す無線タグ１００は、容量素子２３４を有するフィルタ回路１２４を有している。

一般に、複数の経路が存在するとき、電流はインピーダンスが低い経路に流れようとする。また、容量素子は、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなる性質を持つ。

ここで、本実施の形態の半導体装置では、容量素子２３４を設けることにより、容量素子２３４の一方の端子と配線１１６との間のインピーダンス（容量素子２３４の交流インピーダンスに相当）を、容量素子２３４の一方の端子と電圧検出回路１２２との間のインピーダンスよりも低くすることができる。

そのため、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークを、電圧検出回路１２２よりも容量素子２３４に流れやすくすることができるため、容量素子２３４を介して配線１１６に流す（逃がす）ことができる。

このように、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークを、フィルタ回路１２４が有する容量素子２３４に優先的に流すことによって、交流リークが電圧検出回路１２２に流れるのを防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態の半導体装置は、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークを、フィルタ回路１２４が有する容量素子２３４に優先的に流す。その結果、電圧検出回路１２２に交流リークが流れるのを防ぎ、電圧検出回路１２２の誤動作を防止し、半導体装置全体の消費電力を抑えることができる。

よって、電圧検出回路１２２の出力電位によって共振周波数調整回路１２６を正常に制御することができる。これにより、アンテナ回路１０２の共振周波数を適切に変化させることができる。

また、交流回路における容量素子の消費電力は、計算上では、瞬時において電力を消費しているものの、一周期ごとの平均電力はゼロとなる。これは、容量素子のようなリアクタンス素子は、電気エネルギーを蓄え、そして蓄えた電気エネルギーを放出する性質があるためである。したがって、交流回路おいて、容量素子等のリアクタンス素子は、電力を消費しない。つまり、半導体装置等の回路に含まれるリアクタンス素子は、その回路の動作等に関与しない電力を消費しない素子とみなせる。

よって、リアクタンス素子である容量素子２３４を用いることで、半導体装置の動作等に関与しない電力の消費が低減されるため、リーク電流として消費される電力を、通信のための駆動電力として用いることができる。そのため、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１の図１で示す半導体装置について、図２とは異なる回路構成の一例を、図３を参照して説明する。

図３において、フィルタ回路１２４は、容量素子２３４と、抵抗素子３３２と、を有する。抵抗素子３３２は、容量素子２３４の一方の端子と電圧検出回路１２２との間に設けられている。

具体的には、容量素子２３４は、一方の端子がトランジスタ２４４のゲート及び抵抗素子３３２の一方の端子とそれぞれ接続され、他方の端子が配線１１６と接続されている。また、抵抗素子３３２の他方の端子は、電圧検出回路１２２と接続されている。

なお、図３では、配線１１６から容量素子２３４の他方の端子に低電源電位Ｖｓｓが供給されているが、本実施の形態はこれに限定されない。容量素子２３４の他方の端子に電位を供給する配線を、配線１１６とは別に設けてもよい。

アンテナ回路１０２、整流回路１１０、電圧検出回路１２２、共振周波数調整回路１２６の構成は、図２と同様であるため、ここでは説明を省略する。

実施の形態１の図２を参照して説明したように、共振周波数調整回路１２６を設けることによって、電圧検出回路１２２の出力電位に応じて、共振周波数調整回路１２６を用いてアンテナ回路１０２の共振周波数を変化させることができる。これにより、半導体装置が受信する搬送波又は振幅変調波の電力を小さくすることができるため、半導体装置を構成する回路が破壊されるのを防止することができる。

また、図３では、フィルタ回路１２４として、容量素子２３４と抵抗素子３３２とを設けている。

容量素子２３４は、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなる性質を持つ。よって、実施の形態１の図２を参照して説明したように、容量素子２３４を設けることにより、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークを、フィルタ回路１２４が有する容量素子２３４に優先的に流すことができる。

また、本実施の形態のフィルタ回路１２４は、容量素子２３４に加えて更に抵抗素子３３２を有する。

本実施の形態の半導体装置では、抵抗素子３３２を設けることにより、容量素子２３４の一方の端子と電圧検出回路１２２との間のインピーダンス（抵抗素子３３２のインピーダンスに相当）を、容量素子２３４の一方の端子と配線１１６との間のインピーダンス（容量素子２３４の交流インピーダンスに相当）よりも高くすることができる。

このように、抵抗素子３３２によって、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークを電圧検出回路１２２へ流れにくくすることによって、交流リークが電圧検出回路１２２に流れるのを防ぐことができる。

なお、抵抗素子３３２を介して電圧検出回路１２２から共振周波数調整回路１２６に出力電位が供給されるため、抵抗素子３３２のインピーダンスは、当該出力電位に影響を与えない程度の大きさとすることが好ましい。

また、容量素子２３４の交流インピーダンスが、抵抗素子３３２のインピーダンスと電圧検出回路１２２の出力インピーダンスとの合成インピーダンスよりも低く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、抵抗素子３３２によって、共振周波数調整回路１２６で発生した交流リークを電圧検出回路１２２へ流れにくくすることによって、交流リークを容量素子２３４を介して配線１１６に流す（逃がす）ことができる。

上述の通り、本実施の形態の半導体装置は、抵抗素子３３２によって交流リークが電圧検出回路１２２に流れにくくなり、且つ、容量素子２３４によって、交流リークを配線１１６に逃がしやすくなる。その結果、電圧検出回路１２２に交流リークが流れるのを防ぎ、電圧検出回路１２２の誤動作を防止することができる。

また、リアクタンス素子である容量素子２３４を用いることで、半導体装置の動作等に関与しない電力の消費が低減されるため、リーク電流として消費される電力を、通信のための駆動電力として用いることができる。そのため、最大通信距離や同時認識数を増やすことができる。

また、抵抗素子３３２を用いることで、共振周波数調整回路１２６から電圧検出回路１２２の出力端子へ電流が流れる経路のインピーダンスの大きさの変更を容易に行うことができる。また、抵抗素子３３２は、インピーダンスが大きい素子の中でも比較的小型であるため、半導体装置の小型化に寄与することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で図２を参照して説明した半導体装置について、交流回路における電流の流れについて、図４を参照して説明する。

共振周波数調整回路１２６から交流リークが流れる可能性があるのは、図４のＢ−Ｃ間を介して低電源電位Ｖｓｓが供給される端子へ流れる経路と、Ｂ−Ｄ間を介して電圧検出回路１２２の出力端子へ流れる経路である。

図４の構成では、Ｂ−Ｃ間にフィルタ回路１２４として容量素子２３４を設けることで、Ｂ−Ｃ間のインピーダンスを、電圧検出回路１２２の出力インピーダンスよりも低くしている。

このように、Ｂ−Ｃ間のインピーダンスを、Ｂ−Ｄ間と電圧検出回路１２２の出力端子の合成インピーダンスよりも低くすることで、Ｂ−Ｄ間を介して電圧検出回路１２２の出力端子へ流れる経路よりもＢ−Ｃ間を介して低電源電位Ｖｓｓが供給される端子へ流れる経路に交流リークを流れやすくすることができる。

よって、フィルタ回路１２４として容量素子２３４を設けることで、リーク電流は容量素子２３４に流れやすくなるため、当該リーク電流が定電圧回路１１２に流れるのを防ぐことができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２で図３を参照して説明した半導体装置について、交流回路における電流の流れについて、図５を参照して説明する。

共振周波数調整回路１２６から交流リークが流れる可能性があるのは、図５のＢ−Ｃ間を介して低電源電位Ｖｓｓが供給される端子へ流れる経路と、Ｂ−Ｄ間を介して電圧検出回路１２２の出力端子へ流れる経路である。

図５の構成では、Ｂ−Ｃ間に容量素子２３４を設けることで、Ｂ−Ｃ間のインピーダンスをＢ−Ｄ間のインピーダンスよりも低くしている。

更に、図５の構成では、Ｂ−Ｄ間に抵抗素子３３２を設けることで、Ｂ−Ｄ間のインピーダンスをＢ−Ｃ間のインピーダンスよりも高くしている。

なお、図５の構成では、フィルタ回路１２４として容量素子２３４に加えて抵抗素子３３２を設けているので、Ｂ−Ｃ間のインピーダンスと、Ｂ−Ｄ間と電圧検出回路１２２の出力端子の合成インピーダンスとの差は、図４の構成よりも大きくなる。

このように、Ｂ−Ｃ間のインピーダンスと、Ｂ−Ｄ間と電圧検出回路１２２の出力端子の合成インピーダンスの差を更に大きくすることで、Ｂ−Ｄ間を介して電圧検出回路１２２の出力端子へ流れる経路よりもＢ−Ｃ間を介して低電源電位Ｖｓｓが供給される端子へ流れる経路に更に交流リークを流れやすくすることができる。

よって、フィルタ回路１２４として容量素子２３４及び抵抗素子３３２を設けることで、リーク電流は、容量素子２３４に更に流れやすくなるため、当該リーク電流が定電圧回路１１２に流れるのを防ぐことができる。

また、抵抗素子３３２を用いることで、Ｂ−Ｄ間のインピーダンスの大きさの変更を容易に行うことができる。また、抵抗素子３３２は、インピーダンスが大きい素子の中でも比較的小型であるため、半導体装置の小型化に寄与することができる。

（実施の形態５）
実施の形態１及び実施の形態２では、無線でデータの送受信を行う半導体装置のうち、特にパッシブ型の半導体装置について図１を参照して説明したが、実施の形態１の図２及び実施の形態２の図３の構成は、電源を内蔵する半導体装置にも適用することができる。

本実施の形態では、図１とは異なる、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一例について、図６を参照して説明する。

無線タグ１００にアンテナ回路１０２とは別のアンテナ回路を設けることで、無作為に生じている電磁波等を受信し、整流回路１１０で整流して、バッテリー回路７００に蓄える電力を得ることができる。

そして、定電圧回路１１２から復調回路１０４等の各回路に供給される高電源電位Ｖｄｄが、各回路を動作させるのに十分でないときに、バッテリー回路７００から定電圧回路１１２に電圧を供給することができる。又は、定電圧回路１１２からの高電源電位Ｖｄｄの供給に加えて、バッテリー回路７００からも各回路に電圧を供給することができる。

このように、バッテリー回路７００を充電することで、無線タグ１００を連続的に使用することができる。

バッテリー回路７００には、シート状に設けられた電池を用いることができる。例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池、リチウムイオン電池、リチウム２次電池等を用いると、バッテリー回路７００の小型化ができる。また、バッテリー回路７００として、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、大容量のコンデンサー等を用いてもよい。

（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置が有するトランジスタの構造の一例について説明する。

半導体層として酸化物半導体層を含むトランジスタの構造の一例について、図７（Ａ）〜図８（Ｂ）を参照して説明する。図７（Ａ）〜図８（Ｂ）は、トランジスタの断面模式図である。

図７（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。

図７（Ａ）に示すトランジスタは、基板７１０の上に設けられた導電層７１１と、導電層７１１の上に設けられた絶縁層７１２と、絶縁層７１２を挟んで導電層７１１の上に設けられた酸化物半導体層７１３と、酸化物半導体層７１３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７１５及び導電層７１６と、を有している。

また、図７（Ａ）に、トランジスタの酸化物半導体層７１３の他の一部（導電層７１５及び導電層７１６が設けられていない部分）に接する酸化物絶縁層７１７と、酸化物絶縁層７１７の上に設けられた保護絶縁層７１９を示す。

図７（Ｂ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであるチャネル保護型（チャネルストップ型、ともいう。）トランジスタであり、逆スタガ型トランジスタともいう。

図７（Ｂ）に示すトランジスタは、基板７２０の上に設けられた導電層７２１と、導電層７２１の上に設けられた絶縁層７２２と、絶縁層７２２を挟んで導電層７２１の上に設けられた酸化物半導体層７２３と、絶縁層７２２及び酸化物半導体層７２３を挟んで導電層７２１の上に設けられた絶縁層７２７と、酸化物半導体層７２３の一部の上及び絶縁層７２７の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７２５及び導電層７２６と、を有している。

ここで、酸化物半導体層７２３の一部又は全てと導電層７２１とが重なる構造にすることで、酸化物半導体層７２３への光の入射を抑えることができる。

また、図７（Ｂ）に、トランジスタの上に設けられた保護絶縁層７２９を示す。

図７（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つである。

図７（Ｃ）に示すトランジスタは、基板７３０の上に設けられた導電層７３１と、導電層７３１の上に設けられた絶縁層７３２と、絶縁層７３２の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７３５及び導電層７３６と、絶縁層７３２、導電層７３５、及び、導電層７３６を挟んで導電層７３１の上に設けられた酸化物半導体層７３３と、を有している。

ここで、酸化物半導体層７３３の一部又は全てと導電層７３１とが重なる構造にすることで、酸化物半導体層７３３への光の入射を抑えることができる。

また、図７（Ｃ）に、酸化物半導体層７３３の上面及び側面と接する酸化物絶縁層７３７と、酸化物絶縁層７３７の上に設けられた保護絶縁層７３９を示す。

図７（Ｄ）に示すトランジスタは、トップゲート構造を有するトランジスタの一つである。

図７（Ｄ）に示すトランジスタは、絶縁層７４７を挟んで基板７４０の上に設けられた酸化物半導体層７４３と、酸化物半導体層７４３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７４５及び導電層７４６と、酸化物半導体層７４３、導電層７４５、及び、導電層７４６の上に設けられた絶縁層７４２と、絶縁層７４２を挟んで酸化物半導体層７４３の上に設けられた導電層７４１と、を有している。

基板（基板７１０、基板７２０、基板７３０、及び、基板７４０）には、一例として、ガラス基板（バリウムホウケイ酸ガラス基板やアルミノホウケイ酸ガラス基板等）、絶縁体でなる基板（セラミック基板、石英基板、サファイア基板等）、結晶化ガラス基板、プラスチック基板、又は、半導体基板（シリコン基板等）を用いることができる。

図７（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、絶縁層７４７は、基板７４０からの不純物元素の拡散を防止する下地層としての機能を有する。絶縁層７４７には、一例として、窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、及び、酸化窒化アルミニウム層を、単層で又は積層させて用いる。又は、絶縁層７４７には、前述の層と、遮光性を有する材料の層とを積層させて用いる。又は、絶縁層７４７には、遮光性を有する材料の層を用いる。なお、絶縁層７４７として、遮光性を有する材料の層を用いると、酸化物半導体層７４３への光の入射を抑えることができる。

なお、図７（Ｄ）に示すトランジスタと同様に、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すトランジスタにおいて、基板７１０と導電層７１１との間、基板７２０と導電層７２１との間、基板７３０と導電層７３１との間に、それぞれ絶縁層７４７を設けてもよい。

導電層（導電層７１１、導電層７２１、導電層７３１、及び、導電層７４１）は、トランジスタのゲートとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、及び、スカンジウム等の金属材料の層、又は、当該金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。

絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、及び、絶縁層７４２）は、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。

ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、一例として、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、又は、酸化アルミニウムガリウム層を用いることができる。

酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、及び、酸化物半導体層７４３）と接するゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、及び、絶縁層７４２）には、酸素を含む絶縁層を用いるのが好ましく、当該酸素を含む絶縁層が、化学量論的組成比より酸素が多い領域（酸素過剰領域、とも表記する。）を含むことがより好ましい。

上記ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体層からゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層への酸素の移動を防ぐことができる。また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層から酸化物半導体層への酸素の供給を行うこともできる。よって、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と接する酸化物半導体層を、十分な量の酸素を含有する層とすることができる。

また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層は、水素や水等の不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に水素や水等の不純物が含まれると、酸化物半導体層への水素や水等の不純物の侵入や、水素や水等の不純物による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、等によって、酸化物半導体層が低抵抗化（ｎ型化）し、寄生チャネルが形成される恐れがあるためである。例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層は、スパッタリング法によって成膜し、スパッタガスとしては、水素や水等の不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、酸素を供給する処理を行うことが好ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理や、酸素ドープ処理、等がある。又は、電界で加速した酸素イオンを照射して、酸素を添加しても良い。なお、本明細書等において、酸素ドープ処理とは、酸素をバルクに添加することをいい、当該バルクの用語は、酸素を膜表面のみでなく膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。

ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に対して、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体層に酸素を供給し、酸化物半導体層中又は酸化物半導体層と絶縁層との界面の酸素不足欠陥を低減することができる。

例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層として酸化アルミニウムガリウム層を用いた場合、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、Ｇａ_ｘＡｌ_２−ｘＯ_３＋α（０＜ｘ＜２、０＜α＜１）とすることができる。

又は、スパッタリング法を用いてゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を成膜する際に、酸素ガス、又は、不活性気体（例えば、アルゴン等の希ガス、又は、窒素）と酸素との混合ガスを導入することで、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に酸素過剰領域を形成してもよい。なお、スパッタリング法による成膜後、熱処理を行っても良い。

酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）は、トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。これらの酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、三元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、及び、二元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物等）が挙げられる。また、酸化物半導体として、一元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）を用いることもできる。また、酸化物半導体として、上記金属酸化物に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を含ませた酸化物半導体を用いることもできる。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ、及び、Ｃｏから選ばれた一つ又は複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとしては、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、Ｇａ及びＣｏ等が挙げられる。

ここで、トランジスタに用いられる酸化物半導体層は、水素などの不純物が十分に除去され、且つ、十分な酸素が供給されたものであることが好ましい。具体的には、例えば、酸化物半導体層の水素濃度は、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

このように、水素濃度が十分に低減され、且つ、十分な酸素の供給により酸素欠乏に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位が低減された酸化物半導体層では、キャリア濃度が、１×１０^１２／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１．４５×１０^１０／ｃｍ^３未満となる。

例えば、室温（２５℃）でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は、１００ｚＡ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０^−２１Ａ）以下、好ましくは１０ｚＡ以下となる。このように、ｉ型化（真性化）または実質的にｉ型化された酸化物半導体層を用いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタを得ることができる。

また、酸化物半導体層のナトリウム濃度は、５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。また、酸化物半導体層のリチウム濃度は、５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。また、酸化物半導体層のカリウム濃度は、５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体にとっては悪性の不純物であり、少ない方がよい。特に、アルカリ金属のうちナトリウムは、酸化物半導体に接する絶縁膜が酸化物であった場合、その中に拡散し、Ｎａ^＋となる。また、酸化物半導体内において、金属と酸素の結合を分断し、あるいは結合中に割り込む。その結果、トランジスタ特性の劣化（例えば、ノーマリオン化（しきい値の負へのシフト）、移動度の低下等）をもたらす。加えて、特性のばらつきの原因ともなる。このような問題は、特に酸化物半導体中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著となる。したがって、酸化物半導体中の水素の濃度が５×１０^１９ｃｍ^−３以下、特に５×１０^１８ｃｍ^−３以下である場合には、アルカリ金属の濃度を上記の値にすることが非常に好ましい。

なお、上述の酸化物半導体膜の水素濃度、ナトリウム濃度、リチウム濃度、及びカリウム濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定されるものである。

導電層（導電層７１５及び導電層７１６、導電層７２５及び導電層７２６、導電層７３５及び導電層７３６、並びに、導電層７４５及び導電層７４６）は、トランジスタのソース及びドレインとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくは、タングステン等の金属材料、又は、これらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。

例えば、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層として、アルミニウム及び銅等の金属材料の層と、チタン、モリブデン、及び、タングステン等の高融点金属材料層とを積層させて用いる。又は、複数の高融点金属材料の層の間にアルミニウム及び銅等の金属材料の層を設けて用いる。また、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層として、ヒロックやウィスカーの発生を防止する元素（シリコン、ネオジム、スカンジウム等）が添加されたアルミニウム層を用いると、トランジスタの耐熱性を向上させることができる。

また、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層の材料として、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２）（ＩＴＯ、と略記する。）、若しくは、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）、又は、これらの金属酸化物に酸化シリコンを含ませた金属酸化物を用いる。

絶縁層７２７は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層、ともいう。）としての機能を有する。

酸化物絶縁層７１７及び酸化物絶縁層７３７には、一例として、酸化シリコン層等の酸化物絶縁層を用いる。

保護絶縁層７１９、保護絶縁層７２９、及び、保護絶縁層７３９には、一例として、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化シリコン層、及び、窒化酸化アルミニウム層等の無機絶縁層を用いる。

また、酸化物半導体層７４３と導電層７４５との間、及び、酸化物半導体層７４３と導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層をバッファ層として設けてもよい。図７（Ｄ）のトランジスタに酸化物導電層を設けたトランジスタを図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）のトランジスタは、酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとしての機能を有する導電層７４５及び導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層７５２及び酸化物導電層７５４が設けられている。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）のトランジスタは、作製工程により酸化物導電層７５２及び酸化物導電層７５４の形状が異なる例である。

図８（Ａ）のトランジスタでは、酸化物半導体膜と酸化物導電膜の積層を形成し、同じフォトリソグラフィ工程によって酸化物半導体膜と酸化物導電膜との積層の形状を加工して、島状の酸化物半導体層７４３と島状の酸化物導電膜を形成する。酸化物半導体層７４３及び島状の酸化物導電膜上にソース及びドレインとしての機能を有する導電層７４５及び導電層７４６を形成した後、導電層７４５及び導電層７４６をマスクとして、島状の酸化物導電膜をエッチングし、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層７５２及び酸化物導電層７５４を形成する。

図８（Ｂ）のトランジスタでは、酸化物半導体層７４３上に酸化物導電膜を形成し、その上に金属導電膜を形成し、同じフォトリソグラフィ工程によって酸化物導電膜及び金属導電膜の形状を加工して、ソース領域及びドレイン領域としての機能を有する酸化物導電層７５２及び酸化物導電層７５４、並びに、ソース及びドレインとしての機能を有する導電層７４５及び導電層７４６を形成する。

なお、酸化物導電膜の形状を加工するためのエッチング処理の際、酸化物半導体層が過剰にエッチングされないように、エッチング条件（エッチング材の種類、濃度、エッチング時間等）を適宜調整する。

酸化物導電層７５２及び酸化物導電層７５４の成膜方法として、スパッタリング法、真空蒸着法（電子ビーム蒸着法等）、アーク放電イオンプレーティング法、スプレー法等を用いる。酸化物導電層の材料としては、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛ガリウム、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）等を適用することができる。また、上記材料に酸化珪素を含ませてもよい。

ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を、酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとしての機能を有する導電層７４５及び導電層７４６との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタが高速動作をすることができる。

また、酸化物半導体層７４３、ドレイン領域として機能する酸化物導電層（酸化物導電層７５２又は酸化物導電層７５４）、ドレインとして機能する導電層（導電層７４５又は導電層７４６）を有する構成とすることによって、トランジスタの耐圧を向上させることができる。

（実施の形態７）
無線でデータの送受信を行う半導体装置は、微小な半導体素子を複数用いた半導体集積回路を有する場合、外部からの静電気放電（ＥＳＤ；ＥｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）によって、半導体集積回路の誤動作や半導体素子の損傷が生じやすい。特に、表面積の大きい導電体を用いたアンテナ等は、静電気放電が生じやすい。

本実施の形態では、静電気放電から半導体集積回路を保護する構成について説明する。なお、本実施の形態では、無線でデータの送受信を行う半導体装置の一例として、ＲＦタグを用いて説明する。

ＲＦタグの構成の一例を図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に示す。図９（Ａ）〜図９（Ｄ）では、導電性材料を有する遮蔽体を半導体集積回路の近傍に設けることによって、半導体集積回路を保護している。

図９（Ａ）では、遮蔽体２１０１を半導体集積回路の外側全体を覆うように設けている。遮蔽体２１０１は、Ｒ／Ｗ等の無線でデータの送受信を行うことができる装置から発せられる信号のアンテナにおける受信を極力妨げない程度の膜厚で形成すればよい。

なお、図９（Ａ）では、遮蔽体２１０１が、半導体集積回路の上面、下面、側面を含む全面を覆うように設けられている。半導体集積回路の上面及び側面の一部に遮蔽体を形成した後、半導体集積回路を裏返して、半導体集積回路の下面及び側面の残りの部分に遮蔽体を形成することで、遮蔽体２１０１が半導体集積回路の全面を覆うように形成すればよい。

図９（Ｂ）では、遮蔽体２１０２を絶縁体の内側に配置して、且つ、半導体集積回路の全面を覆うように設けている。このように、半導体集積回路の全面を覆うように遮蔽体２１０２を形成する方法として、例えば、半導体集積回路を絶縁体で挟持、接着する前に、個々の半導体集積回路に分断し、遮蔽体２１０２を形成する方法がある。また、半導体集積回路を絶縁体で挟持、接着する前に、半導体集積回路の上面、下面に遮蔽体を形成しておき、絶縁体で挟持、接着した後、レーザー光を照射して分断することによって分断面において遮蔽体が溶融し、半導体集積回路の側面を上下から溶着して覆うように形成する方法がある。なお、遮蔽体２１０２を形成する方法は、これらの方法に限定されない。

図９（Ｃ）では、遮蔽体２１０３を絶縁体の内側に配置して、且つ、半導体集積回路の片面のみに設けている。図９（Ｃ）では、遮蔽体２１０３をアンテナ側に設けているが、アンテナとは反対側に設けてもよい。

遮蔽体を半導体集積回路の片面のみに設けることにより、Ｒ／Ｗ等の無線でデータの送受信を行うことができる装置から発せられる信号のアンテナにおける受信が、遮蔽体によって妨げられることなく、良好な通信精度を確保することができる。

図９（Ａ）〜図９（Ｃ）においては、遮蔽体として、導電性の材料を用いて、膜状に設けた例を示した。

図９（Ｄ）では、遮蔽体２１０４ａ〜遮蔽体２１０４ｆが島状に設けられている。遮蔽体２１０４ａ〜遮蔽体２１０４ｆの各々は、導電性材料を用いて形成されているために導電性を有するが、半導体集積回路上に点在して設けられており、互いに導通していない。例えば、遮蔽体２１０４ａと遮蔽体２１０４ｂの間、遮蔽体２１０４ｃと遮蔽体２１０４ｆの間等では、導通していない。このような構成を有することによって、遮蔽体２１０４ａ〜遮蔽体２１０４ｆを、導電性材料を用いていながら、全体としては絶縁体に等しい膜とすることができる。また、このような構成を有する遮蔽体を設けると、島状の遮蔽体２１０４ａ〜遮蔽体２１０４ｆの各々は導電性材料を用いて形成されるため、静電気放電に対して良好に半導体集積回路を保護し、且つ、全体としては絶縁体に等しい膜とすることができるため、遮蔽体が、Ｒ／Ｗ等の無線でデータの送受信を行うことができる装置から発せられる信号のアンテナにおける受信を妨げることなく、良好な通信精度を確保することができる。

図９（Ａ）〜図９（Ｄ）において説明した遮蔽体を形成する材料としては、導電体又は半導体が好ましい。例えば、遮蔽体として、金属膜、金属酸化物膜、半導体膜、金属窒化物膜等を用いる。具体的な材料としては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉄、シリコン、ゲルマニウム、ジルコニウム、バリウムから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料、化合物材料、窒化物材料、酸化物材料等が挙げられる。

窒化物材料としては、窒化タンタル、窒化チタン等を用いる。

酸化物材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛等を用いることができる。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウム（Ｇａ）を含む酸化亜鉛、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物（ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ））等を用いてもよい。

又は、遮蔽体として、半導体に不純物元素等を添加して導電性を付与した半導体膜等を用いてもよい。例えば、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜等を用いてもよい。

さらに、遮蔽体として、導電性高分子（導電性ポリマー、ともいう。）を用いてもよい。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、これらの２種以上の共重合体、等が挙げられる。

導電性高分子を含む遮蔽体には、有機樹脂やドーパント（ハロゲン類、ルイス酸、無機酸、有機酸、遷移金属ハロゲン化物、有機シアノ化合物、非イオン性界面活性剤等）を含ませてもよい。

（実施の形態８）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置を用いた電子機器の一例について、図１０（Ａ）〜図１０（Ｇ）を参照して説明する。

上記実施の形態で説明した半導体装置の用途は広範囲にわたる。例えば、当該半導体装置を、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類、記録媒体、包装用容器類、乗り物類、身の回り品（鞄、眼鏡等）、食品類、植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、又は、電子機器（液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置、又は携帯電話）等の物品、若しくは、各物品に取り付ける荷札、定期券、回数券、各種チケット等に設けて使用することができる。

証書類には、運転免許証、住民票等がある。図１０（Ａ）に、証書類の一例として、半導体装置２２０１を設けた運転免許証を示す。なお、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、又は証書類等に半導体装置２２０１を設けることにより、認証機能を付加することができる。そして、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。

記録媒体には、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等がある。図１０（Ｂ）に、記録媒体の一例として、半導体装置２２０２を設けたＤＶＤソフトを示す。

包装用容器類には、包装紙、ボトル等がある。図１０（Ｃ）に、包装用容器類の一例として、半導体装置２２０３を設けたボトルを示す。なお、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、又は、電子機器等に半導体装置２２０３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。

乗り物類には、自転車等がある。図１０（Ｄ）に、乗り物類の一例として、半導体装置２２０４を設けた自転車を示す。なお、乗り物類に半導体装置２２０４を取り付けることにより、盗難等に対するセキュリティ性を高めることができる。

図１０（Ｅ）及び図１０（Ｆ）に、それぞれ半導体装置２２０５又は半導体装置２２０６を設けた、各物品に取り付ける荷札を示す。

図１０（Ｇ）に、半導体装置２２０７を設けた各種チケットを示す。なお、半導体装置２２０７は、トランジスタをはじめとする素子を用いて、樹脂基板等の可撓性を有する基板上に、安価に作製することができる。そのため、特に、回数券、各種チケット等の、一回あるいは少数の反復使用による、使い捨て用途にも適用することができる。

なお、半導体装置２２０１〜半導体装置２２０７のそれぞれは、プリント基板に実装、表面に貼る、埋め込む等により、物品等に固定する。例えば、本であれば紙に埋め込み、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むことによって、各物品等に固定する。半導体装置２２０１〜半導体装置２２０７は、小型、薄型、軽量とすることができるため、物品等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。

本実施例では、上記実施の形態で説明した半導体装置の一つとして、無線タグの入力電力について検討した結果を、図１１、図１２（Ａ）、及び図１２（Ｂ）を参照して説明する。

無線タグとして、上記実施の形態で説明した半導体装置に対応する回路Ａと回路Ｂを用いた。

回路Ａは、実施の形態１で図２を参照して説明した半導体装置に対応する。回路Ａは、電圧検出回路１２２と、フィルタ回路１２４と、共振周波数調整回路１２６とを有するリミッタ回路１１４を有する。フィルタ回路１２４は、容量素子２３４で構成されている。

回路Ｂは、実施の形態２で図３を参照して説明した半導体装置に対応する。回路Ｂは、電圧検出回路１２２と、フィルタ回路１２４と、共振周波数調整回路１２６とを有するリミッタ回路１１４を有する。フィルタ回路１２４は、容量素子２３４と抵抗素子３３２とで構成される。

また、比較用の無線タグとして、上記実施の形態で説明した半導体装置とは異なる回路構成を有する半導体装置である、回路Ｃ〜回路Ｅを用いた。比較用の回路Ｃ及び回路Ｄの回路構成については、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）を参照して説明する。

回路Ｃは、フィルタ回路１３２４を有する。フィルタ回路１３２４は、図１２（Ａ）に示すように、図３で示す半導体装置のフィルタ回路１３２４を構成する容量素子２３４と抵抗素子３３２とを、逆に配置したものである。すなわち、抵抗素子３３２の一方の端子が共振周波数調整回路１２６と接続され、他方の端子が容量素子２３４の一方の端子及び電圧検出回路１２２とそれぞれ接続されている。

回路Ｄは、図１２（Ｂ）に示すように、リミッタ回路が、共振周波数調整回路１２６及び電圧検出回路１２２を有し、且つフィルタ回路を有さない。

また、回路Ｅは、リミッタ回路そのものを有さない、すなわち、電圧検出回路と、フィルタ回路と、共振周波数調整回路とを有さない。

なお、検討に際し、容量素子２３４の容量は１２ｐＦ、抵抗素子３３２の抵抗値は６２ｋΩに設定した。

回路Ａ〜回路Ｅを用いて、無線タグの入力電力について検討した結果を、図１１を参照して以下に説明する。

図１１は、無線タグの入力電力（単位はｄＢｍ）に対する生成電圧（単位はＶ）の計算結果である。ここで、生成電圧とは、アンテナ回路で受信した信号をもとに生成される高電源電位Ｖｄｄを指す。

まず、回路Ｅについて説明する。

図１１に示すように、回路Ｅはリミッタ回路を有していないため、生成電圧に制限がない。よって、回路Ｅでは生成電圧が８Ｖ以上にまで達した。

このように、リミッタ回路を有していない無線タグを動作させた場合、過剰な搬送波又は振幅変調波の電力を受信することによって、生成電圧も過剰になるため、無線タグが破壊される恐れがある。

次に、回路Ｃ及び回路Ｄについて説明する。

回路Ｄは、回路Ｅに電圧検出回路１２２及び共振周波数調整回路１２６を設けた回路である。また、回路Ｃは、回路Ｄにさらに、フィルタ回路１３２４を設けた回路である。

図１１に示すように、回路Ｃ及び回路Ｄは、電圧検出回路１２２及び共振周波数調整回路１２６を有しているため、無線タグの入力電力が５ｄＢｍを超えても、生成電圧を３Ｖ付近に抑えられた。

次に、回路Ａ及び回路Ｂについて説明する。

図１１に示すように、回路Ａ及び回路Ｂは、回路Ｃ及び回路Ｄと同様に、電圧検出回路１２２及び共振周波数調整回路１２６を有しているため、無線タグの入力電力が５ｄＢｍを超えても、生成電圧を３Ｖ付近に抑えられた。

以上のように、上記実施の形態で説明した半導体装置は、過剰な搬送波又は振幅変調波の電力を受信するのを防ぐことができるため、過剰な生成電圧によって無線タグが破壊されるのを防止することができる。

１００無線タグ
１０２アンテナ回路
１０４復調回路
１０６論理回路
１０８変調回路
１１０整流回路
１１２定電圧回路
１１４リミッタ回路
１１６配線
１２２電圧検出回路
１２４フィルタ回路
１２６共振周波数調整回路
２０２アンテナ
２０４共振容量素子
２１２容量素子
２１４トランジスタ
２１６トランジスタ
２１８容量素子
２２２抵抗素子
２２４トランジスタ
２２５トランジスタ
２２６トランジスタ
２２７トランジスタ
２２８トランジスタ
２２９抵抗素子
２３４容量素子
２４２容量素子
２４４トランジスタ
２５５抵抗素子
３３２抵抗素子
７００バッテリー回路
７１０基板
７１１導電層
７１２絶縁層
７１３酸化物半導体層
７１５導電層
７１６導電層
７１７酸化物絶縁層
７１９保護絶縁層
７２０基板
７２１導電層
７２２絶縁層
７２３酸化物半導体層
７２５導電層
７２６導電層
７２７絶縁層
７２９保護絶縁層
７３０基板
７３１導電層
７３２絶縁層
７３３酸化物半導体層
７３５導電層
７３６導電層
７３７酸化物絶縁層
７３９保護絶縁層
７４０基板
７４１導電層
７４２絶縁層
７４３酸化物半導体層
７４５導電層
７４６導電層
７４７絶縁層
７５２酸化物導電層
７５４酸化物導電層
１３２４フィルタ回路
２１０１遮蔽体
２１０２遮蔽体
２１０３遮蔽体
２１０４ａ遮蔽体
２１０４ｂ遮蔽体
２１０４ｃ遮蔽体
２１０４ｄ遮蔽体
２１０４ｅ遮蔽体
２１０４ｆ遮蔽体
２２０１半導体装置
２２０２半導体装置
２２０３半導体装置
２２０４半導体装置
２２０５半導体装置
２２０６半導体装置
２２０７半導体装置

Claims

アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第１の容量素子と、を有し、
前記共振周波数調整回路は、第２の容量素子と、第１のトランジスタと、を有し、
前記電圧検出回路は、第２のトランジスタと、抵抗素子と、を有し、
前記アンテナ回路の第１の端子は、前記第２の容量素子の一方の端子と電気的に接続され、
前記アンテナ回路の第２の端子は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の他方の端子は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第１の容量素子と、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記抵抗素子の一方の端子とに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
アンテナ回路と、共振周波数調整回路と、電圧検出回路と、第１の容量素子と、第１の抵抗素子と、を有し、
前記共振周波数調整回路は、第２の容量素子と、第１のトランジスタと、を有し、
前記電圧検出回路は、第２のトランジスタと、第２の抵抗素子と、を有し、
前記アンテナ回路の第１の端子は、前記第２の容量素子の一方の端子と電気的に接続され、
前記アンテナ回路の第２の端子は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の他方の端子は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第１の容量素子と、前記第１の抵抗素子の一方の端子と、電気的に接続され、
前記第１の抵抗素子の他方の端子は、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と、前記第２の抵抗素子の一方の端子とに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
請求項１又は請求項２において、
前記トランジスタは、酸化物半導体を含むことを特徴とする半導体装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記電圧検出回路は、前記アンテナ回路が受信した信号に基づいて生成された駆動電圧を監視し、当該駆動電圧が任意の値に達したときに前記共振周波数調整回路を制御して、前記アンテナ回路の共振周波数を変化させる機能を有することを特徴とする半導体装置。