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JP2008161045A - 半導体装置及び当該半導体装置の充電方法、並びに当該半導体装置を用いた通信システム - Google Patents

半導体装置及び当該半導体装置の充電方法、並びに当該半導体装置を用いた通信システム Download PDF

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Abstract

【課題】無線で充電可能なバッテリーが設けられた半導体装置に給電器を近接させない場合であっても、当該バッテリーの充電が可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、前記アンテナ回路を介して他の半導体装置のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は無線で充電可能なバッテリーを有する半導体装置及び当該半導体装置の充電方法、並びに当該半導体装置を用いた通信システムに関する。
近年、様々な電化製品の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。特に、携帯型の無線通信装置の普及は顕著である。携帯型の無線通信装置を駆動するための電源は、充電機能を有するバッテリーを内蔵した構造を有し、携帯型の無線通信装置はバッテリーより電力を確保している。バッテリーとしては、一般的にリチウムイオン電池等の２次電池（以下、バッテリーという）が用いられており、バッテリーの充電には、家庭用交流電源にコンセントを挿入したＡＣアダプターより行われているのが現状である。
また、近年、無線通信装置の使用形態として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ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグを利用した個体識別技術が注目を集めている。ＲＦＩＤタグは、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）タグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ、無線タグ、電子タグとも呼ばれる。ＲＦＩＤタグ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、カードへの搭載等により個人認証への応用も期待されている。
また、最近では、バッテリーを充電する給電器に一次コイルを設け、バッテリーを有する装置側に二次コイルを設けることにより、これらを組み合わせてバッテリーの充電を行う無接点充電装置の開発も進んでいる（例えば、特許文献１）
特開平１０−１４１２６
しかしながら、給電器の一次コイルとバッテリーを有する装置側の二次コイルを近接させて充電を行う場合には、充電を行うために給電器とバッテリーを有する装置とを近接させる必要がある。従って、バッテリーが設けられた半導体装置が複数ある場合には、バッテリーの充電を行うためには複数の半導体装置のそれぞれに給電器を近接させる必要がある。また、無線で充電可能なバッテリーを有する半導体装置を、商品の管理等に利用する場合、給電器と半導体装置の配置場所を十分に考慮しなければならなくなる。
本発明は上記問題を鑑み、無線での充電を簡便に行うことができるバッテリーを有する半導体装置及び当該半導体装置の充電方法、並びに当該半導体装置を用いた通信システムを提供することを目的とする。または、無線で充電可能なバッテリーが設けられた半導体装置に給電器を近接させない場合であっても、当該バッテリーの充電が可能な半導体装置及び当該半導体装置の充電方法、並びに当該半導体装置を用いた通信システムを提供することを目的とする。
本発明の半導体装置は、無線で充電可能なバッテリーを有し、当該バッテリーの充電は他の半導体装置から送信される電磁波を用いて行う構成となっている。また、他の半導体装置に電磁波を送信して他の半導体装置のバッテリーの充電を行う構成となっている。つまり、本発明の半導体装置は、給電器から送信される電磁波を用いて充電を行うだけでなく、他の半導体装置との電力の授受を行う機能を有している。また、本発明の半導体装置は、他の半導体装置と通信を行い情報の送受信を行う構成とすることも可能である。以下、本発明の具体的な構成に関して説明する。
本発明の半導体装置の一は、アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、前記アンテナ回路を介して他の半導体装置のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを有している。つまり、本発明の半導体装置は、無線で当該半導体装置のバッテリーの充電を行い、外部の無線で充電可能な他の半導体装置のバッテリーに電力を供給する構成となっている。
本発明の半導体装置の一は、アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、前記無線通信元のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを有している。自己のバッテリーの充電状態と、無線通信元（他の半導体装置）のバッテリーの充電状態を比較し、充電量が多い方の半導体装置から充電量が少ない半導体装置に電力を供給することができる。
本発明の半導体装置の一は、アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、前記バッテリーの充電状態をデジタル値に変換するデータ変換回路と、前記データ変換回路によりデジタル値に変換された前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、前記無線通信元のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを有している。
本発明の半導体装置の一は、第１のアンテナ回路と、第２のアンテナ回路と、前記第１のアンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記第２のアンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、前記無線通信元のバッテリーに前記第２のアンテナ回路を介して無線で電力の供給を行う発振回路とを有している。
本発明の半導体装置の一は、第１のアンテナ回路と、第２のアンテナ回路と、前記第１のアンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記第２のアンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、前記バッテリーの充電状態をデジタル値に変換するデータ変換回路と、前記データ変換回路によりデジタル値に変換された前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、前記無線通信元のバッテリーに前記第２のアンテナ回路を介して無線で電力の供給を行う発振回路とを有している。
本発明の半導体装置の一は、上記構成において、第１のアンテナ回路に設けられた第１のアンテナと、第２のアンテナ回路に設けられた第２のアンテナの形状が異なるように設けることができる。例えば、第１のアンテナと第２のアンテナの一方をコイル状とすることができる。
本発明の通信システムの一は、第１の半導体装置及び第２の半導体装置を有し、前記第１の半導体装置及び前記第２の半導体装置はそれぞれ、アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、無線でバッテリーの電力の授受するための手段とを有している。また、無線でバッテリーの電力の授受するための手段は、比較演算回路、発振回路を用いて行うことができる。
本発明の半導体装置の充電方法の一は、アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーとをそれぞれ有し、無線で通信している半導体装置の間でバッテリーの電圧を比較し、無線で通信している半導体装置の間でバッテリーの電力の授受を行う。
無線で充電可能なバッテリーを有する半導体装置において、半導体装置間でバッテリーの電力の授受を行う構成とすることによって、複数の半導体装置の各々に給電器を近接させて充電を行う必要が無くなる。その結果、無線での充電を簡便に行うことができるバッテリーを有する半導体装置を提供することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本発明の半導体装置は、無線で充電可能なバッテリーを有し、他の半導体装置との間で当該バッテリーの電力の授受を行う構成を有している。つまり、本発明の半導体装置は、図１に示すように、給電器として機能するリーダ／ライタ１９０から発振された電磁波を受信して当該半導体装置に設けられたバッテリーの充電を行うことはもちろん、同様の構成を有する他の半導体装置１０１ａ、１０１ｂとの間でも通信を行い電力の授受を行うことができる。また、他の半導体装置１０１ｂも所定の範囲内に存在する他の半導体装置１０１ｃと通信を行い電力の授受を行うことができる。
以下に本発明の半導体装置の具体的な構成に関して図面を参照して説明する。
本実施の形態で示す半導体装置１０１は、アンテナ回路１１１と、通信制御回路１２５と、バッテリー１１８と、データ変換回路１２０と、比較演算回路１２１と、発振回路１２２とを有している（図２）。半導体装置１０１は、アンテナ回路１１１を介して外部のリーダ／ライタや他の半導体装置と無線で通信や電力の授受を行う。
アンテナ回路１１１は、通信信号（電磁波）の送受信を行う機能を有する構成とすればよく、例えば、図４（Ａ）に示すようにアンテナ１４１、共振容量１４２によって設けることができる。なお、ここでは、アンテナ１４１及び共振容量１４２を併せてアンテナ回路１１１という。また、アンテナ１４１の形状は、通信に用いる電磁波を考慮して決めればよく、例えば、電磁誘導方式を用いる場合にはコイルを用い、電界方式を用いる場合にはダイポールアンテナを設けた構成とすることができる。
通信制御回路１２５は、アンテナ回路１１１を介した外部との無線通信を制御する機能を有しており、リーダ／ライタや他の半導体装置と情報の送受信を行う。例えば、リーダ／ライタからの信号に応じて当該半導体装置１０１の情報を送信し、当該情報に基づいてリーダ／ライタから電磁波が発振されバッテリー１１８の充電が行われる。また、他の半導体装置と、各々の半導体装置に設けられたバッテリーの充電状態に関する情報の送受信を行い、その結果に基づいて半導体装置間において、電力の授受や情報の送受信が行われる。
また、通信制御回路１２５は、復調回路１１２、論理回路１１３、記憶回路１１４、変調回路１１５等によって構成される。復調回路１１２は、通信信号から受信データを抽出する機能を有し、例えば、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ローパスフィルタ）とすればよい。論理回路１１３は、例えば、記憶回路１１４に記憶されたデータによって記憶回路１１４の書き込みの可否を制御や、他の回路の制御を行う。記憶回路１１４は、個別識別を行うための情報やその他の情報を記憶し、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。変調回路１１５は、通信信号に送信データを重畳する機能を有する。
また、通信制御回路１２５はバッテリー１１８から電力が供給されることにより駆動することができる。また、通信信号から電源電圧を生成する電源回路を通信制御回路１２５に設け、当該電源回路からの電力により通信制御回路１２５を駆動する構成とすることも可能である。
バッテリー１１８は、外部から供給される電力を充電する機能を有している。ここでは、通信信号をアンテナ回路１１１で受信した後、整流回路１１６、充電制御回路１１７を介して供給された電力を充電する。
整流回路１１６は、アンテナ回路１１１が受信する電磁波により誘導される交流信号を直流信号に変換する回路であればよい。主に、整流回路１１６は、ダイオードと平滑容量で構成される。インピーダンスの調整を行うために抵抗や容量を持たせてもよい。例えば、図４（Ｂ）に示すように、ダイオード１４３、平滑容量１４４によって整流回路１１６を構成すればよい。
充電制御回路１１７は、整流回路１１６より入力された電気信号の電圧レベルを制御してバッテリー１１８に出力する回路であればよい。例えば、図５（Ａ）に示すように、電圧を制御する回路であるレギュレーター１４５と整流特性を有するダイオード１４６で構成することができる。ダイオード１４６は、バッテリー１１８に充電された電力の漏洩を防止するものである。そのため、図５（Ｂ）に示すように、ダイオード１４６をスイッチ１４７に置き換えた構成としてもよい。スイッチ１４７を設ける場合、バッテリー１１８の充電が行われている状態でオンにし、充電が行われていない状態でオフとすることによりバッテリー１１８に充電された電力の漏洩を防止できる。
また、本発明においてバッテリーとは、充電することで電力を回復することができる蓄電手段のことをいう。なお蓄電手段としては２次電池、キャパシタ等があるが本明細書においては総称してバッテリーという。なおバッテリーとしては、その用途により異なるが、シート状に形成された電池を用いることが好ましく、例えばリチウム電池、好ましくはゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池や、リチウムイオン電池等を用いることで、小型化が可能である。勿論、充電可能な電池であればなんでもよく、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などの充電放電可能な電池であってもよいし、また大容量のコンデンサーなどを用いても良い。
なお、本発明のバッテリーとして用いることのできる大容量のコンデンサーとしては、電極の対向面積が大きいものであることが望ましい。活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど比表面積の大きい電極用材料を用いた電気二重層コンデンサーを用いることが好適である。コンデンサーは電池に較べ構成が単純であり薄膜化や積層化も容易である。電気二重層コンデンサーは蓄電機能を有し、充放電の回数が増えても劣化が小さく、急速充電特性にも優れているため好適である。
また、本実施の形態において、バッテリーに蓄電される電力は、アンテナ回路１１１で受信する電磁波に限らずに、別途半導体装置の一部に発電素子を設け補う構成としてもよい。半導体装置に、別途発電素子を設ける構成とすることによって、バッテリー１１８に蓄電される電力の供給量を増やし、また充電速度を速めることができるため好適である。発電素子としては、例えば太陽電池を用いた発電素子であってもよいし、圧電素子を用いた発電素子であってもよいし、微小構造体（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた発電素子であってもよい。
データ変換回路１２０は、バッテリー１１８の充電状態（充電量）をアナログ値からデジタル値に変換する機能を有している。例えば、バッテリー１１８の容量をｎ段階に分割し、充電量がどの段階に該当するかを検知する。データ変換回路１２０の一例を図６（Ａ）に示す。ここでは、バッテリー１１８の充電量を第１レベル〜第ｎレベルで検知する場合に関して説明する。
データ変換回路１２０は、入力端部１６１と、第１の比較器１６０＿１〜第ｎの比較器１６０＿ｎと、第１の出力端部１６２＿１〜第ｎの出力端部１６２＿ｎから構成されている。入力端部１６１は、バッテリー１１８と電気的に接続されており、バッテリー１１８の電圧が入力される。
第１の比較器１６０＿１〜第ｎの比較器１６０＿ｎは、２つの入力信号の値を比較して出力に比較結果が現れる回路であればよく、ここでは、それぞれ２つの入力部と一つの出力部を有している。また、第１の比較器１６０＿１において、一方の入力部には入力端部１６１から信号（バッテリー１１８の電圧）が入力され、他方の入力部には第１の基準電圧が入力される。そして、第１の比較器１６０＿１は、入力された２つの電圧値を比較し、その結果を第１の出力端部１６２＿１に出力する。同様に、第２の比較器１６０＿２〜第ｎの比較器１６０＿ｎにおいて、一方の入力部に入力端部１６１から信号が入力され、他方の入力部にはそれぞれ第２の基準電圧〜第ｎの基準電圧が入力され、２つの入力信号の比較結果が第２の出力端部１６２＿２〜第ｎの出力端部１６２＿ｎへ出力される。
また、データ変換回路１２０において、第１の基準電圧〜第ｎの基準電圧を順に大きくする（第１の基準電圧＞第２の基準電圧＞第３の基準電圧＞〜＞第ｎの基準電圧）ことによって、バッテリー１１８の充電量がどのレベルに該当するかを検知することができる。
例えば、バッテリー１１８として５Ｖまで充電可能なものを用いる場合には、第１の比較器１６０＿１〜第４の比較器１６０＿４を設け（図６（Ａ）においてｎ＝４の場合）、第１の基準電圧を１Ｖ、第２の基準電圧を２Ｖ、第３の基準電圧を３Ｖ、第４の基準電圧を４Ｖに設定する。そして、バッテリー１１８から入力された電圧とそれぞれの基準電圧の比較を行い、比較結果によりバッテリー１１８の充電量のレベルが決定する。例えば、０Ｖ（全く充電されていない状態）以上１Ｖ未満を第１レベルとし、１Ｖ以上２Ｖ未満を第２レベル、２Ｖ以上３Ｖ以下を第３レベル、３Ｖ以上４Ｖ以下を第４レベル、４Ｖ以上５Ｖ（フルに充電されている状態）を第５レベルとすることができる。
このように、データ変換回路１２０を用いることによってバッテリー１１８の充電量をデジタル値に変換することができる。
なお、データ変換回路１２０の構成は、図６（Ａ）に限られない。例えば、図６（Ｂ）に示す構成としてもよい。
図６（Ｂ）に示すデータ変換回路１２０は、入力端部１６１と比較器１６０と、出力端部１６２から構成されている。入力端部１６１は、バッテリー１１８と電気的に接続されており、バッテリー１１８の電圧が入力される。
ここでは、比較器の一方の入力部に入力端部１６１からの信号が入力され、他方の入力部に第１の基準電圧〜第ｎの基準電圧が順に入力され、一方の入力部と他方の入力部に入力された信号の比較を行い、その結果を出力端部１６２に出力する。例えば、バッテリー１１８の電圧が、ある第ｍの基準電圧以上であり第（ｍ＋１）の基準電圧（Ｖｉ＋１）以下である場合には、第１の基準電圧〜第ｍの基準電圧までの入力に対する結果（例えば、「１」が出力される）と、第（ｍ＋１）の基準電圧〜第ｎの基準電圧までの入力に対する結果（例えば、「０」が出力される）が異なるため、バッテリー１１８の充電状態のレベルを検知することができる。
なお、バッテリーの充電量をアナログ値で比較する場合には、半導体装置１０１にデータ変換回路１２０を設けない構成としてもよい。
比較演算回路１２１は、データ変換回路１２０により変換されたバッテリー１１８の状態と、通信制御回路１２５を介して受信した他の半導体装置のバッテリーの状態を比較する機能を有している。また、比較演算回路１２１において、比較した結果、半導体装置１０１に設けられたバッテリー１１８の充電量が他の半導体装置に設けられたバッテリーの充電量より大きい場合に、発振回路１２２からアンテナ回路１１１を介して他の半導体装置に電力を供給する。
発振回路１２２は、比較演算回路１２１から命令があった場合に、他の半導体装置に電磁波を送信して電力を供給する機能を有している。発振回路１２２は、アンテナ回路１１１を介して電磁波を発振可能な回路で設ければよい。
このように、半導体装置間でバッテリーの電力の授受を行う構成とすることによって、複数の半導体装置の各々に給電器を近接させて充電を行う必要が無くなる。また、半導体装置間で通信を行う構成とすることによって、複数の半導体装置の各々にリーダ／ライタを近接させて情報を読み取る必要がなく、結果的に通信距離を拡大することができる。
なお、本実施の形態の半導体装置の構成は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置の構成と組み合わせて実施することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる半導体装置に関して図面を参照して説明する。
本実施の形態で示す半導体装置は、アンテナ回路が複数設けられた構成となっている。以下、第１のアンテナ回路１５１と第２のアンテナ回路１５２の２つのアンテナ回路を設けた場合に関して説明する。
本実施の形態で示す半導体装置１０１は、第１のアンテナ回路１５１と、第２のアンテナ回路１５２と、通信制御回路１２５と、バッテリー１１８と、データ変換回路１２０と、比較演算回路１２１と、発振回路１２２とを有している（図３）。第１のアンテナ回路１５１と第２のアンテナ回路１５２は、通信信号（電磁波）の送受信を行う機能を有する構成とすればよく、例えば、上記図４（Ａ）に示すようにアンテナ１４１、共振容量１４２によって設けることができる。
通信制御回路１２５は、第１のアンテナ回路１５１を介して、リーダ／ライタや他の半導体装置と無線で通信を行う。また、バッテリー１１８への電力の充電及び発振回路１２２から他の半導体装置への電磁波の送信は第２のアンテナ回路１５２を介して行う構成とすることができる。
また、第１のアンテナ回路１５１のアンテナの形状、第２のアンテナ回路１５２のアンテナの形状は、通信に利用する電磁波を考慮して決めればよく、例えば、電磁誘導方式を用いる場合にはコイルを用い、電界方式を用いる場合にはダイポールアンテナを設けた構成とすることができる。また、第１のアンテナ回路１５１のアンテナと第２のアンテナ回路１５２のアンテナは同一の波長を受信する形状で設けてもよいし、異なる波長を受信する形状で設けてもよい。例えば、第１のアンテナ回路１５１のアンテナ又は第２のアンテナ回路１５２のアンテナの一方をダイポールアンテナとし、他方をコイルとしてもよい。
例えば、図７（Ａ）に示すように、通信制御回路１２５、バッテリー１１８、発振回路１２２等が設けられたチップ２９０１の周りに、第１のアンテナ回路１５１のアンテナとして１８０度無指向性（どの方向からでも同じく受信可能）なアンテナ２９０２ａを設け、第２のアンテナ回路１５２のアンテナとして一面のアンテナ２９０２ｂを設けた構成とすることができる。もちろん、第１のアンテナ回路１５１のアンテナとしてアンテナ２９０２ｂを設け、第２のアンテナ回路１５２のアンテナとして２９０２ａを設けてもよい。
また、バッテリー１１８への電力の充電に用いる第２のアンテナ回路１５２のアンテナを２つ設けた構成としてもよい。例えば、図７（Ｂ）に示すように通信制御回路１２５、バッテリー１１８、発振回路１２２等が設けられたチップ２９０１の周りに、第１のアンテナ回路１５１のアンテナとして高周波数の電磁波を受信するためのアンテナ２９０２ｃを設け、第２のアンテナ回路１５２のアンテナとして棒状に長くのばしたアンテナ２９０２ｄと細いコイル状のアンテナ２９０２ｅを設けた構成とすることができる。もちろん、第１のアンテナ回路１５１のアンテナとしてアンテナ２９０２ｄ、アンテナ２９０２ｅを設け、第２のアンテナ回路１５２のアンテナとして２９０２ｃを設けてもよい。このように複数の形状のアンテナを設けることによって、複数の周波数帯の電磁波（例えば、給電器からの電磁波と外部に無作為に生じている電磁波）の受信に対応した半導体装置とすることができる。
なお、図３ではアンテナ回路を２つ設ける構成としたが、この構成に限られず３つ以上の複数のアンテナ回路を設けた構成としてもよい。例えば、図１０に示すように、第１のアンテナ回路１５１〜第３のアンテナ回路１５３から構成される３つのアンテナ回路を設けた構成としてもよい。
図１０では、通信制御回路１２５は第１のアンテナ回路１５１を介して、リーダ／ライタや他の半導体装置と無線で通信を行う。また、バッテリー１１８への電力の充電及び発振回路１２２から他の半導体装置への電磁波の送信は第２のアンテナ回路１５２又は第３のアンテナ回路１５３を介して行う構成とすることができる。バッテリー１１８の充電は、第２のアンテナ回路１５２により受信した電磁波を整流回路１１６、充電制御回路１１７を介してバッテリーへ供給する構成に加え、第３のアンテナ回路１５３により受信した電磁波を整流回路１５４、充電制御回路１５５を介してバッテリーへ供給する構成とすることができる。また、第２のアンテナ回路１５２と第３のアンテナ回路１５３が異なる波長を受信する構成とすることによって、バッテリー１１８の充電に適用できる波長を複数用いることができる。例えば、第２のアンテナ回路１５２のアンテナと第３のアンテナ回路１５３のアンテナの一方をコイルとして電磁誘導方式を適用し、他方をダイポールアンテナとして電界方式を適用することができる。
このように、複数のアンテナ回路を設けることによって、通信制御回路１２５の通信と、バッテリー１１８の充電を異なる周波数で行うことが可能となる。
なお、本実施の形態の半導体装置の構成は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置の構成と組み合わせて実施することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、半導体装置がリーダ／ライタ又は他の半導体装置と電力の授受を行う場合に関して図面を参照して説明する。
はじめに、リーダ／ライタから電力を受信した半導体装置が、他の一つの半導体装置と電力の授受を行う場合に関して図８を参照して説明する。
まず、半導体装置がリーダ／ライタの通信範囲に入ると、リーダ／ライタから送信された電磁波の受信を開始する（２０１）。次に、リーダ／ライタが半導体装置のバッテリーの充電状態を検知する。ここでは、半導体装置のバッテリーが所定の電圧値（例えば、Ｖｘ）以上か否かを確認する（２０２）。そして、バッテリーの電圧Ｖ１がＶｘより低い場合には、リーダ／ライタから発振された電磁波を受信することによりバッテリーの充電が開始される（２０３）。バッテリーの電圧Ｖ１が所定の電圧値（Ｖｘ）以上になった場合に、充電が終了する（２０４）。なお、充電の終了は、半導体装置にスイッチを設けることによりバッテリーが所定の電圧値以上になった際に当該スイッチをオフすることにより充電を停止する構成とすることができる。また、バッテリーが所定の電圧値以上になった際に半導体装置からリーダ／ライタに信号を送信し、リーダ／ライタからの電磁波の供給を停止する構成とすることができる。
次に、半導体装置（以下、「第１の半導体装置」と記す）が移動して（２０５）、他の半導体装置（以下、「第２の半導体装置」と記す）を発見した場合（２０６）、第１の半導体装置は発見した第２の半導体装置と通信を行い第２の半導体装置のバッテリーの充電状態を検知する（第２の半導体装置は第１の半導体装置のバッテリーの充電状態を検知する）（２０７）。なお、ここでは、第１の半導体装置が移動して第２の半導体装置を発見した場合を例に挙げているが、第１の半導体装置が移動せずに第２の半導体装置を発見し第２の半導体装置の充電状態を検知する場合もある。
次に、第１の半導体装置に設けられた比較演算回路において、第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１と発見した第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２の比較が行われる（２０８）。その結果、第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１が第２の半導体装置のバッテリーＶ２より大きい場合（Ｖ１＞Ｖ２）、第１の半導体装置の発振回路から電磁波を発振し、第２の半導体装置のバッテリーに電力を供給する（２０９）。また、第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１が第２の半導体装置のバッテリーＶ２より小さい場合（Ｖ１＜Ｖ２）、第１の半導体装置は第２の半導体装置の発振回路から発振された電磁波を受信し第１の半導体装置のバッテリーの充電が行われる（２１０）。そして、第１の半導体装置のバッテリーの電圧と第２の半導体装置のバッテリーの電圧が等しくなった場合（Ｖ１＝Ｖ２）、第１の半導体装置と第２の半導体装置における電力の授受が終了する（２１１）。なお、ここで等しいとは概略等しい場合も含まれる。
なお、図８では、第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１と第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２が等しくなるまで、第１の半導体装置と第２の半導体装置との間で電力の授受を行う例を示したがこれに限られない。例えば、第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１と第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２が異なっている場合であっても、Ｖ１及びＶ２が所定の電圧（例えば、Ｖｙ）以上の場合には第１の半導体装置と第２の半導体装置との間で電力の授受を行わない構成としてもよい。この場合について、図９を参照して簡単に説明する。
図９において、第１の半導体装置が第２の半導体装置を発見後（２０６）、第２の半導体装置と通信を行い（２０７）、第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１と発見した第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２の比較が行われる（２０８）段階までは、図８と同様に行うことができる。
Ｖ１とＶ２の比較が行われた結果、Ｖ１及びＶ２の双方の電圧が所定の電圧Ｖｙ以上の場合（Ｖ１≧ＶｙかつＶ２≧Ｖｙ）、又はＶ１及びＶ２の双方の電圧が所定の電圧Ｖｙより小さい場合（Ｖ１＜ＶｙかつＶ２＜Ｖｙ）、第１の半導体装置と第２の半導体装置との間で電力の授受を行わず終了する（２１１）。このように、第１の半導体装置のバッテリー及び第２の半導体装置のバッテリーの双方が十分な電力を有している場合、又は十分な電力を有していない場合に第１の半導体装置と第２の半導体装置における電力の授受を行わないことによって、双方のバッテリーの電力の無駄な消費を防止することができる。
また、Ｖ１が所定の電圧Ｖｙより大きくかつＶ２が所定の電圧Ｖｙより小さい場合（Ｖ１＞ＶｙかつＶ２＜Ｖｙ）、第１の半導体装置の発振回路から電磁波を発振し、第２の半導体装置のバッテリーに電力を供給する（２０９）。そして、第１のバッテリーの電圧Ｖ１と第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２の比較が行われる（２２１）。第１の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ１が下がり所定の電圧Ｖｙに等しくなった場合（Ｖ１＝Ｖｙ）、又は第１の半導体装置のバッテリーの電圧と第２の半導体装置のバッテリーの電圧が等しくなった場合（Ｖ１＝Ｖ２）、第１の半導体装置と第２の半導体装置における電力の授受が終了する（２１１）。なお、ここで等しいとは概略等しい場合も含まれる。このように、第１の半導体装置のバッテリーが所定の電圧に等しくなった場合に電磁波の発振を停止させることによって、第１の半導体装置に所定の電力を確保させることができる。
また、Ｖ１が所定の電圧Ｖｙより小さくかつＶ２が所定の電圧Ｖｙより大きい場合（Ｖ１＜ＶｙかつＶ２＞Ｖｙ）、第１の半導体装置は第２の半導体装置の発振回路から発振された電磁波を受信し第１の半導体装置のバッテリーが電力を受け取る（２１０）。そして、第１のバッテリーの電圧Ｖ１と第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２の比較が行われる（２２２）。第２の半導体装置のバッテリーの電圧Ｖ２が下がり所定の電圧Ｖｙに等しくなった場合（Ｖ２＝Ｖｙ）、又は第１の半導体装置のバッテリーの電圧と第２の半導体装置のバッテリーの電圧が等しくとなった場合（Ｖ１＝Ｖ２）、第１の半導体装置と第２の半導体装置における電力の授受が終了する（２１１）。なお、ここで等しいとは概略等しい場合も含まれる。このように、第２の半導体装置のバッテリーが所定の電圧に等しくなった場合に電磁波の発振を停止させることによって、第２の半導体装置に所定の電力を確保させることができる。
なお、上述した説明において、第１の半導体装置が複数の半導体装置を発見した場合には、発見した複数の半導体装置において最もバッテリーの電圧が低い半導体装置と優先的に電力の授受を行う構成とすればよい。
なお、本実施の形態の半導体装置の構成は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置の構成と組み合わせて実施することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を参照して説明する。本実施の形態においては、半導体装置の通信制御回路、整流回路、充電制御回路等を同一基板上に薄膜トランジスタを用いて設ける構成について説明する。なお、同一基板上に一度に通信制御回路、整流回路、充電制御回路等を形成することにより、小型化を図ることができるため好適である。また、バッテリーとしては薄膜の二次電池を用いた例について説明する。もちろん、二次電池の代わりに電気二重層コンデンサー等を設けた構成とすることも可能である。
まず、基板１３０１の一表面に絶縁膜１３０２を介して剥離層１３０３を形成し、続けて下地膜として機能する絶縁膜１３０４と半導体膜１３０５（例えば、非晶質珪素を含む膜）を積層して形成する（図１８（Ａ）参照）。なお、絶縁膜１３０２、剥離層１３０３、絶縁膜１３０４および半導体膜１３０５は、連続して形成することができる。
基板１３０１は、ガラス基板、石英基板、金属基板（例えばステンレス基板など）、セラミック基板、Ｓｉ基板等の半導体基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等などから選択されるものである。他にもプラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、アクリルなどの基板を選択することもできる。なお、本工程では、剥離層１３０３は、絶縁膜１３０２を介して基板１３０１の全面に設けているが、必要に応じて、基板１３０１の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法により選択的に設けてもよい。
絶縁膜１３０２、絶縁膜１３０４は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、絶縁膜１３０２、１３０４を２層構造とする場合、第１層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成し、第２層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成するとよい。また、第１層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成し、第２層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成してもよい。絶縁膜１３０２は、基板１３０１から剥離層１３０３又はその上に形成される素子に不純物元素が混入するのを防ぐブロッキング層として機能し、絶縁膜１３０４は基板１３０１、剥離層１３０３からその上に形成される素子に不純物元素が混入するのを防ぐブロッキング層として機能する。このように、ブロッキング層として機能する絶縁膜１３０２、１３０４を形成することによって、基板１３０１からＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、剥離層１３０３から剥離層に含まれる不純物元素がこの上に形成する素子に悪影響を与えることを防ぐことができる。なお、基板１３０１として石英を用いるような場合には絶縁膜１３０２、１３０４を省略してもよい。
剥離層１３０３は、金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択された元素または元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、これらの材料は、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法等を用いて形成することができる。金属膜と金属酸化膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸素雰囲気化またはＮ２Ｏ雰囲気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気化またはＮ２Ｏ雰囲気下における加熱処理を行うことによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物または酸化窒化物を設けることができる。例えば、金属膜としてスパッタ法やＣＶＤ法等によりタングステン膜を設けた場合、タングステン膜にプラズマ処理を行うことによって、タングステン膜表面にタングステン酸化物からなる金属酸化膜を形成することができる。
非晶質半導体膜１３０５は、スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等により、２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで形成する。
次に、非晶質半導体膜１３０５にレーザー光を照射して結晶化を行う。なお、レーザー光の照射と、ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とを組み合わせた方法等により非晶質半導体膜１３０５の結晶化を行ってもよい。その後、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体膜１３０５ａ〜結晶質半導体膜１３０５ｆを形成し、当該半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆを覆うようにゲート絶縁膜１３０６を形成する（図１８（Ｂ）参照）。
ゲート絶縁膜１３０６は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の絶縁材料を用いて形成する。例えば、ゲート絶縁膜１３０６を２層構造とする場合、第１層目の絶縁膜として酸化窒化シリコン膜を形成し、第２層目の絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を形成するとよい。また、第１層目の絶縁膜として酸化シリコン膜を形成し、第２層目の絶縁膜として窒化シリコン膜を形成してもよい。
結晶質半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆの作製工程の一例を以下に簡単に説明すると、まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚５０〜６０ｎｍの非晶質半導体膜を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理（５００℃、１時間）と、熱結晶化の処理（５５０℃、４時間）を行って結晶質半導体膜を形成する。その後、レーザー光を照射し、フォトリソグラフィ法を用いることよって結晶質半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を行わずに、レーザー光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。
結晶化に用いるレーザー発振器としては、連続発振型のレーザービーム（ＣＷレーザービーム）やパルス発振型のレーザービーム（パルスレーザービーム）を用いることができる。ここで用いることができるレーザービームは、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザービームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザービームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザー（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザーのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、Ａｒイオンレーザー、またはＴｉ：サファイアレーザーは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザービームを発振させると、半導体膜がレーザーによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザーを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
また、ゲート絶縁膜１３０６は、半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆに対し前述の高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスと、酸素、酸化窒素（ＮＯ２）、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。
このような高密度プラズマを用いた処理により、１〜２０ｎｍ、代表的には５〜１０ｎｍの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プラズマ処理は、半導体膜（結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン）を直接酸化（若しくは窒化）するため、形成される絶縁膜の厚さは理想的には、ばらつきをきわめて小さくすることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
ゲート絶縁膜は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにプラズマや熱反応を利用したＣＶＤ法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
また、半導体膜に対し、連続発振レーザー若しくは１０ＭＨｚ以上の周波数で発振するレーザービームを照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆは、そのビームの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向（チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向）に合わせてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁膜を組み合わせることで、特性ばらつきが小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を得ることができる。
次に、ゲート絶縁膜１３０６上に、第１の導電膜と第２の導電膜とを積層して形成する。ここでは、第１の導電膜は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、２０〜１００ｎｍの厚さで形成する。第２の導電膜は、１００〜４００ｎｍの厚さで形成する。第１の導電膜と第２の導電膜は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第１の導電膜と第２の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第１の導電膜と第２の導電膜を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、２層構造ではなく、３層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆの上方にゲート電極１３０７を形成する。ここでは、ゲート電極１３０７として、第１の導電膜１３０７ａと第２の導電膜１３０７ｂの積層構造で設けた例を示している。
次に、ゲート電極１３０７をマスクとして半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆに、イオンドープ法またはイオン注入法により、ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加し、その後、フォトリソグラフィ法によりレジストからなるマスクを選択的に形成して、ｐ型を付与する不純物元素を高濃度に添加する。ｎ型を示す不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型を示す不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素としてリン（Ｐ）を用い、１×１０１５〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含まれるように半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆに選択的に導入し、ｎ型を示す不純物領域１３０８を形成する。また、ｐ型を付与する不純物元素としてボロン（Ｂ）を用い、１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度で含まれるように選択的に半導体膜１３０５ｃ、１３０５ｅに導入し、ｐ型を示す不純物領域１３０９を形成する（図１８（Ｃ）参照）。
続いて、ゲート絶縁膜１３０６とゲート電極１３０７を覆うように、絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、ゲート電極１３０７の側面に接する絶縁膜１３１０（サイドウォールともよばれる）を形成する。絶縁膜１３１０は、低濃度不純物領域（ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ ｄｒａｉｎ）領域）を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。
続いて、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、ゲート電極１３０７および絶縁膜１３１０をマスクとして用いて、半導体膜１３０５ａ、１３０５ｂ、１３０５ｄ、１３０５ｆにｎ型を付与する不純物元素を高濃度に添加して、ｎ型を示す不純物領域１３１１を形成する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素としてリン（Ｐ）を用い、１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度で含まれるように半導体膜１３０５ａ、１３０５ｂ、１３０５ｄ、１３０５ｆに選択的に導入し、不純物領域１３０８より高濃度のｎ型を示す不純物領域１３１１を形成する。
以上の工程により、ｎチャネル型薄膜トランジスタ１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｄ、１３００ｆとｐチャネル型薄膜トランジスタ１３００ｃ、１３００ｅが形成される（図１８（Ｄ）参照）。
ｎチャネル型薄膜トランジスタ１３００ａは、ゲート電極１３０７と重なる半導体膜１３０５ａの領域にチャネル形成領域が形成され、ゲート電極１３０７及び絶縁膜１３１０と重ならない領域にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域１３１１が形成され、絶縁膜１３１０と重なる領域であってチャネル形成領域と不純物領域１３１１の間に低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域）が形成されている。また、ｎチャネル型薄膜トランジスタ１３００ｂ、１３００ｄ、１３００ｆも同様にチャネル形成領域、低濃度不純物領域及び不純物領域１３１１が形成されている。
ｐチャネル型薄膜トランジスタ１３００ｃは、ゲート電極１３０７と重なる半導体膜１３０５ｃの領域にチャネル形成領域が形成され、ゲート電極１３０７と重ならない領域にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域１３０９が形成されている。また、ｐチャネル型薄膜トランジスタ１３００ｅも同様にチャネル形成領域及び不純物領域１３０９が形成されている。なお、ここでは、ｐチャネル型薄膜トランジスタ１３００ｃ、１３００ｅには、ＬＤＤ領域を設けていないが、ｐチャネル型薄膜トランジスタにＬＤＤ領域を設けてもよいし、ｎチャネル型薄膜トランジスタにＬＤＤ領域を設けない構成としてもよい。
次に、半導体膜１３０５ａ〜１３０５ｆ、ゲート電極１３０７等を覆うように、絶縁膜を単層または積層して形成し、当該絶縁膜上に薄膜トランジスタ１３００ａ〜１３００ｆのソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域１３０９、１３１１と電気的に接続する導電膜１３１３を形成する（図１９（Ａ）参照）。絶縁膜は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積層で形成する。ここでは、当該絶縁膜を２層で設け、１層目の絶縁膜１３１２ａとして窒化酸化珪素膜で形成し、２層目の絶縁膜１３１２ｂとして酸化窒化珪素膜で形成する。また、導電膜１３１３は、薄膜トランジスタ１３００ａ〜１３００ｆのソース電極又はドレイン電極を形成しうる。
なお、絶縁膜１３１２ａ、１３１２ｂを形成する前、または絶縁膜１３１２ａ、１３１２ｂのうちの１つまたは複数の薄膜を形成した後に、半導体膜の結晶性の回復や半導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザーアニール法またはＲＴＡ法などを適用するとよい。
導電膜１３１３は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜１３１３は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜１３１３を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
次に、導電膜１３１３を覆うように、絶縁膜１３１４を形成し、当該絶縁膜１３１４上に、薄膜トランジスタ１３００ａ、１３００ｆのソース電極又はドレイン電極を形成する導電膜１３１３とそれぞれ電気的に接続する導電膜１３１５ａ、１３１５ｂを形成する。また、薄膜トランジスタ１３００ｂのソース電極又はドレイン電極を形成する導電膜１３１３と電気的に接続する導電膜１３１６を形成する。なお、導電膜１３１５ａ、１３１５ｂと導電膜１３１６は同一の材料で同時に形成してもよい。導電膜１３１５ａ、１３１５ｂと導電膜１３１６は、上述した導電膜１３１３で示したいずれかの材料を用いて形成することができる。
続いて、導電膜１３１６にアンテナとして機能する導電膜１３１７が電気的に接続されるように形成する（図１９（Ｂ）参照）。
絶縁膜１３１４は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等の酸素または窒素を有する絶縁膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
導電膜１３１７は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電膜１３１７を形成する場合には、粒径が数ｎｍから数十μｍの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）およびチタン（Ｔｉ）等のいずれか一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電膜の形成にあたり、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子（例えば粒径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）を用いる場合、１５０〜３００℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電膜を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径２０μｍ以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーのはんだは、低コストであるといった利点を有している。
また、導電膜１３１５ａ、１３１５ｂは、後の工程において本発明の半導体装置に含まれる二次電池と電気的に接続される配線として機能しうる。また、アンテナとして機能する導電膜１３１７を形成する際に、導電膜１３１５ａ、１３１５ｂに電気的に接続するように別途導電膜を形成し、当該導電膜を二次電池に接続する配線として利用してもよい。
次に、導電膜１３１７を覆うように絶縁膜１３１８を形成した後、薄膜トランジスタ１３００ａ〜１３００ｆ、導電膜１３１７等を含む層（以下、「素子形成層１３１９」と記す）を基板１３０１から剥離する。ここでは、レーザー光（例えばＵＶ光）を照射することによって、薄膜トランジスタ１３００ａ〜１３００ｆを避けた領域に開口部を形成後（図１９（Ｃ）参照）、物理的な力を用いて基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離することができる。また、基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離する前に、形成した開口部にエッチング剤を導入して、剥離層１３０３を選択的に除去してもよい。エッチング剤は、フッ化ハロゲンまたはハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素（ＣｌＦ３）を使用する。そうすると、素子形成層１３１９は、基板１３０１から剥離された状態となる。なお、剥離層１３０３は、全て除去せず一部分を残存させてもよい。こうすることによって、エッチング剤の消費量を抑え剥離層の除去に要する処理時間を短縮することが可能となる。また、剥離層１３０３の除去を行った後にも、基板１３０１上に素子形成層１３１９を保持しておくことが可能となる。また、素子形成層１３１９が剥離された基板１３０１を再利用することによって、コストの削減をすることができる。
絶縁膜１３１８は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等の酸素または窒素を有する絶縁膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。
本実施の形態では、レーザー光の照射により素子形成層１３１９に開口部を形成した後に、当該素子形成層１３１９の一方の面（絶縁膜１３１８の露出した面）に第１のシート材１３２０を貼り合わせた後、基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離する（図２０（Ａ）参照）。
次に、素子形成層１３１９の他方の面（剥離により露出した面）に、第２のシート材１３２１を貼り合わせた後、加熱処理と加圧処理の一方又は両方を行って第２のシート材１３２１を貼り合わせる（図２０（Ｂ）参照）。第１のシート材１３２０、第２のシート材１３２１として、ホットメルトフィルム等を用いることができる。
また、第１のシート材１３２０、第２のシート材１３２１として、静電気等を防止する帯電防止対策を施したフィルム（以下、帯電防止フィルムと記す）を用いることもできる。帯電防止フィルムとしては、帯電防止可能な材料を樹脂中に分散させたフィルム、及び帯電防止可能な材料が貼り付けられたフィルム等が挙げられる。帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、片面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよいし、両面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよい。さらに、片面に帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、帯電防止可能な材料が設けられた面をフィルムの内側になるように層に貼り付けてもよいし、フィルムの外側になるように貼り付けてもよい。なお、帯電防止可能な材料はフィルムの全面、あるいは一部に設けてあればよい。ここでの帯電防止可能な材料としては、金属、インジウムと錫の酸化物（ＩＴＯ）、両性界面活性剤や陽イオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤等の界面活性剤用いることができる。また、他にも帯電防止材料として、側鎖にカルボキシル基および４級アンモニウム塩基をもつ架橋性共重合体高分子を含む樹脂材料等を用いることができる。これらの材料をフィルムに貼り付けたり、練り込んだり、塗布することによって帯電防止フィルムとすることができる。帯電防止フィルムで封止を行うことによって、商品として取り扱う際に、外部からの静電気等によって半導体素子に悪影響が及ぶことを抑制することができる。
なお、電源回路の保持容量は、薄膜の二次電池を導電膜１３１５ａ、１３１５ｂに接続して形成されるが、二次電池との接続は、基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離する前（図１９（Ｂ）又は図１９（Ｃ）の段階）に行ってもよいし、基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離した後（図２０（Ａ）の段階）に行ってもよいし、素子形成層１３１９を第１のシート材及び第２のシート材で封止した後（図２０（Ｂ）の段階）に行ってもよい。以下に、素子形成層１３１９と二次電池を接続して形成する一例を図２１、図２２を用いて説明する。
図２０（Ｂ）において、アンテナとして機能する導電膜１３１７と同時に導電膜１３１５ａ、１３１５ｂにそれぞれ電気的に接続する導電膜１３３１ａ、１３３１ｂを形成する。続けて、導電膜１３１７、導電膜１３３１ａ、１３３１ｂを覆うように絶縁膜１３１８を形成した後、導電膜１３３１ａ、１３３１ｂの表面が露出するように開口部１３３２ａ、１３３２ｂを形成する。その後、レーザー光の照射により素子形成層１３１９に開口部を形成した後に、当該素子形成層１３１９の一方の面（絶縁膜１３１８の露出した面）に第１のシート材１３２０を貼り合わせた後、基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離する（図２１（Ａ）参照）。
次に、素子形成層１３１９の他方の面（剥離により露出した面）に、第２のシート材１３２１を設けた後、素子形成層１３１９を第１のシート材１３２０から剥離する。従って、ここでは第１のシート材１３２０として粘着力が弱いものを用いる。続けて、開口部１３３２ａ、１３３２ｂを介して導電膜１３３１ａ、１３３１ｂとそれぞれ電気的に接続する導電膜１３３４ａ、１３３４ｂを選択的に形成する（図２１（Ｂ）参照）。
導電膜１３３４ａ、導電膜１３３４ｂは、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
なお、ここでは、基板１３０１から素子形成層１３１９を剥離した後に導電膜１３３４ａ、１３３４ｂを形成する例を示しているが、導電膜１３３４ａ、１３３４ｂを形成した後に基板１３０１から素子形成層１３１９の剥離を行ってもよい。
次に、基板上に複数の素子を形成している場合には、素子形成層１３１９を素子ごとに分断する（図２２（Ａ）参照）。分断は、レーザー照射装置、ダイシング装置、スクライブ装置等を用いることができる。ここでは、レーザー光を照射することによって１枚の基板に形成された複数の素子を各々分断する。
次に、分断された素子を二次電池と電気的に接続する（図２２（Ｂ）参照）。本実施例においては、電源回路の保持容量としては薄膜の二次電池が用いられ、集電体薄膜、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、集電体薄膜の薄膜層が順次積層される。
導電膜１３３６ａ、導電膜１３３６ｂは、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。導電性材料としては、負極活物質と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、特にアルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどが好適である。
薄膜の二次電池の構成について次いで詳述すると、導電膜１３３６ａ上に負極活物質層１３８１を成膜する。一般には酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）などが用いられる。次に負極活物質層１３８１上に固体電解質層１３８２を成膜する。一般にはリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）などが用いられる。次に固体電解質層１３８２上に正極活物質層１３８３を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが用いられる。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）を用いても良い。次に正極活物質層１３８３上に電極となる集電体薄膜１３８４を成膜する。集電体薄膜１３８４は正極活物質層１３８３と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
上述の負極活物質層１３８１、固体電解質層１３８２、正極活物質層１３８３、集電体薄膜１３８４の各薄膜層はスパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。それぞれの層の厚さは０．１μｍ〜３μｍが望ましい。
次に樹脂を塗布し、層間膜１３８５を形成する。そしてその層間膜をエッチングしコンタクトホールを形成する。層間膜は樹脂には限定せず、ＣＶＤ酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコンタクトホールを形成しても良い。次に層間膜上に配線層１３８６を形成し、導電膜１３３４ｂと接続することにより、薄膜の二次電池１３８９と素子との電気接続を確保する。
ここでは、素子形成層１３１９に設けられた導電膜１３３４ａ、１３３４ｂと予め薄膜の二次電池１３８９の接続端子となる導電膜１３３６ａ、１３３６ｂとをそれぞれ接続する。ここで、導電膜１３３４ａと導電膜１３３６ａとの接続、又は導電膜１３３４ｂと導電膜１３３６ｂとの接続は、異方導電性フィルム（ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ））や異方導電性ペースト（ＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ））等の接着性を有する材料を介して圧着させることにより電気的に接続する場合を示している。ここでは、接着性を有する樹脂１３３７に含まれる導電性粒子１３３８を用いて接続する例を示している。また、他にも、銀ペースト、銅ペーストまたはカーボンペースト等の導電性接着剤や半田接合等を用いて接続を行うことも可能である。
なお、トランジスタの構成は、様々な形態をとることができる。本実施の形態で示した特定の構成に限定されない。例えば、ゲート電極が２個以上になっているマルチゲート構造を用いてもよい。マルチゲート構造にすると、チャネル領域が直列に接続されるような構成となるため、複数のトランジスタが直列に接続されたような構成となる。マルチゲート構造にすることにより、オフ電流を低減し、トランジスタの耐圧を向上させて信頼性を良くし、飽和領域で動作する時に、ドレインとソース間電圧が変化しても、ドレインとソース間電流があまり変化せず、フラットな特性にすることなどができる。また、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造でもよい。チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造にすることにより、チャネル領域が増えるため、電流値を大きくし、空乏層ができやすくなってＳ値をよくすることができる。チャネルの上下にゲート電極が配置されると、複数のトランジスタが並列に接続されたような構成となる。
また、チャネルの上にゲート電極が配置されている構造でもよいし、チャネルの下にゲート電極が配置されている構造でもよいし、正スタガ構造であってもよいし、逆スタガ構造でもよい。また、チャネル領域が複数の領域に分かれていてもよいし、複数のチャネル領域が並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよい。また、チャネル（もしくはその一部）にソース電極やドレイン電極が重なっていてもよい。チャネル（もしくはその一部）にソース電極やドレイン電極が重なっている構造にすることにより、チャネルの一部に電荷がたまって、動作が不安定になることを防ぐことができる。また、ＬＤＤ領域があってもよい。ＬＤＤ領域を設けることにより、オフ電流を低減し、トランジスタの耐圧を向上させて信頼性を良くし、飽和領域で動作する時に、ドレインとソース間電圧が変化しても、ドレインとソース間電流があまり変化せず、フラットな特性にすることができる。
なお、本実施の形態の半導体装置の作製方法は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置に適用することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で示した半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を参照して説明する。本実施の形態においては、半導体装置の通信制御回路、整流回路、充電制御回路等を同一基板上に設ける構成について説明する。なお、基板上に一度に半導体装置の通信制御回路、整流回路、充電制御回路等を単結晶基板にチャネル形成領域が形成されたトランジスタを用いて形成する。単結晶基板に形成されたトランジスタとすることで、トランジスタ特性のばらつきが少ないトランジスタで半導体装置を構成することができるため好適である。また、バッテリーとしては上記実施の形態４で説明した薄膜二次電池を用いた例について説明する。
まず、半導体基板２３００に絶縁膜２３０２（フィールド酸化膜ともいう）を形成し、それにより領域２３０４、２３０６（素子形成領域または素子分離領域２３０４、２３０６とも呼ぶ）を分離する（図１１（Ａ）参照）。半導体基板２３００に設けられた領域２３０４、２３０６は、それぞれ絶縁膜２３０２（フィールド酸化膜ともいう）によって分離されている。また、ここでは、半導体基板２３００としてｎ型の導電型を有する単結晶Ｓｉ基板を用い、半導体基板２３００の領域２３０６にｐウェル２３０７を設けた例を示している。
また、半導体基板２３００は、半導体であれば特に限定されず用いることができる。例えば、ｎ型又はｐ型の導電型を有する単結晶Ｓｉ基板、化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板、ＺｎＳｅ基板等）、貼り合わせ法またはＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）法を用いて作製されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等を用いることができる。
素子分離領域２３０４、２３０６は、選択酸化法（ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）法）又はトレンチ分離法等を適宜用いることができる。
また、半導体基板２３００の領域２３０６に形成されたｐウェルは、半導体基板２３００にｐ型の導電型を有する不純物元素を選択的に導入することによって形成することができる。ｐ型を示す不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。
なお、本実施の形態では、半導体基板２３００としてｎ型の導電型を有する半導体基板を用いているため、領域２３０４には不純物元素の導入を行っていないが、ｎ型を示す不純物元素を導入することにより領域２３０４にｎウェルを形成してもよい。ｎ型を示す不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。一方、ｐ型の導電型を有する半導体基板を用いる場合には、領域２３０４にｎ型を示す不純物元素を導入してｎウェルを形成し、領域２３０６には不純物元素の導入を行わない構成としてもよい。
次に、領域２３０４、２３０６を覆うように絶縁膜２３３２、２３３４をそれぞれ形成する（図１１（Ｂ）参照）。
絶縁膜２３３２、２３３４は、例えば、熱処理を行い半導体基板２３００に設けられた領域２３０４、２３０６の表面を酸化させることにより酸化珪素膜で絶縁膜２３３２、２３３４を形成することができる。また、熱酸化法により酸化珪素膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有する膜（酸窒化珪素膜）との積層構造で形成してもよい。
他にも、上述したように、プラズマ処理を用いて絶縁膜２３３２、２３３４を形成してもよい。例えば、半導体基板２３００に設けられた領域２３０４、２３０６の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うことにより、絶縁膜２３３２、２３３４として酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜又は窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜で形成することができる。また、高密度プラズマ処理により領域２３０４、２３０６の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、領域２３０４、２３０６の表面に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に（酸窒化珪素膜）が形成され、絶縁膜２３３２、２３３４は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。また、熱酸化法により領域２３０４、２３０６の表面に酸化珪素膜を形成した後に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行ってもよい。
また、半導体基板２３００の領域２３０４、２３０６に形成された絶縁膜２３３２、２３３４は、後に完成するトランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
次に、領域２３０４、２３０６の上方に形成された絶縁膜２３３２、２３３４を覆うように導電膜を形成する（図１１（Ｃ）参照）。ここでは、導電膜として、導電膜２３３６と導電膜２３３８を順に積層して形成した例を示している。もちろん、導電膜は、単層又は３層以上の積層構造で形成してもよい。
導電膜２３３６、２３３８としては、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、これらの元素を窒化した金属窒化膜で形成することもできる。他にも、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
ここでは、導電膜２３３６として窒化タンタルを用いて形成し、その上に導電膜２３３８としてタングステンを用いて積層構造で設ける。また、他にも、導電膜２３３６として、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた単層又は積層膜を用い、導電膜２３３８として、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた単層又は積層膜を用いることができる。
次に、積層して設けられた導電膜２３３６、２３３８を選択的にエッチングして除去することによって、領域２３０４、２３０６の上方の一部に導電膜２３３６、２３３８を残存させ、それぞれゲート電極２３４０、２３４２を形成する（図１２（Ａ）参照）。
次に、領域２３０４を覆うようにレジストマスク２３４８を選択的に形成し、当該レジストマスク２３４８、ゲート電極２３４２をマスクとして領域２３０６に不純物元素を導入することによって不純物領域を形成する（図１２（Ｂ）参照）。不純物元素としては、ｎ型を付与する不純物元素又はｐ型を付与する不純物元素を用いる。ｎ型を示す不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型を示す不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、リン（Ｐ）を用いる。
図１２（Ｂ）においては、不純物元素を導入することによって、領域２３０６にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域２３５２とチャネル形成領域２３５０が形成される。
次に、領域２３０６を覆うようにレジストマスク２３６６を選択的に形成し、当該レジストマスク２３６６、ゲート電極２３４０をマスクとして領域２３０４に不純物元素を導入することによって不純物領域を形成する（図１２（Ｃ）参照）。不純物元素としては、ｎ型を付与する不純物元素又はｐ型を付与する不純物元素を用いる。ｎ型を示す不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型を示す不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。ここでは、図１２（Ｃ）で領域２３０６に導入した不純物元素と異なる導電型を有する不純物元素（例えば、ボロン（Ｂ））を導入する。その結果、領域２３０４にソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域２３７０とチャネル形成領域２３６８が形成される。
次に、絶縁膜２３３２、２３３４、ゲート電極２３４０、２３４２を覆うように第２の絶縁膜２３７２を形成し、当該第２の絶縁膜２３７２上に領域２３０６、２３０４にそれぞれ形成された不純物領域２３５２、２３７０と電気的に接続する配線２３７４を形成する（図１３（Ａ）参照）。
第２の絶縁膜２３７２は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等の酸素または窒素を有する絶縁膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
配線２３７４は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。配線２３７４は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、配線２３７４を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
なお本発明のトランジスタを構成するトランジスタの構造は図示した構造に限定されるものではないことを付記する。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を取り得る。フィンＦＥＴ構造であ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ため好適である。
本実施の形態において二次電池は、トランジスタに接続された配線２３７４上に積層して形成される。二次電池は、集電体薄膜、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、集電体薄膜の薄膜層が順次積層される（図１３（Ｂ））。そのため、二次電池の集電体薄膜と兼用される配線２３７４の材料は、負極活物質と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、特にアルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどが好適である。
薄膜二次電池の構成について次いで詳述すると、配線２３７４上に負極活物質層２３９１を成膜する。一般には酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）などが用いられる。次に負極活物質層２３９１上に固体電解質層２３９２を成膜する。一般にはリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）などが用いられる。次に固体電解質層２３９２上に正極活物質層２３９３を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが用いられる。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）を用いても良い。次に正極活物質層２３９３上に電極となる集電体薄膜２３９４を成膜する。集電体薄膜２３９４は正極活物質層２３９３と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
上述の負極活物質層２３９１、固体電解質層２３９２、正極活物質層２３９３、集電体薄膜２３９４の各薄膜層はスパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また、それぞれの層の厚さは０．１μｍ〜３μｍが望ましい。
次に樹脂を塗布し、層間膜２３９６を形成する。そして層間膜２３９６をエッチングしコンタクトホールを形成する。層間膜は樹脂には限定せず、ＣＶＤ酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコンタクトホールを形成しても良い。次に層間膜２３９６上に配線層２３９５を形成し、配線２３９７と接続することにより、薄膜二次電池と素子（トランジスタ）との電気接続を確保する。
以上のような構成にすることにより、本発明の半導体装置においては、単結晶基板上にトランジスタを形成し、その上に薄膜二次電池を有する構成を取り得る。故に本発明の半導体装置においては、極薄化、小型化を達成した柔軟性を達成することができる。
なお、本実施の形態の半導体装置の作製方法は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置に適用することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、上記実施の形態５と異なる半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を参照して説明する。
まず、基板２６００上に絶縁膜を形成する。ここでは、ｎ型の導電型を有する単結晶Ｓｉを基板２６００として用い、当該基板２６００上に絶縁膜２６０２と絶縁膜２６０４を形成する（図１４（Ａ）参照）。例えば、基板２６００に熱処理を行うことにより絶縁膜２６０２として酸化珪素（ＳｉＯｘ）を形成し、当該絶縁膜２６０２上にＣＶＤ法を用いて窒化珪素（ＳｉＮｘ）を成膜する。
また、基板２６００は、半導体基板であれば特に限定されず用いることができる。例えば、ｎ型又はｐ型の導電型を有する単結晶Ｓｉ基板、化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板、ＺｎＳｅ基板等）、貼り合わせ法またはＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ）法を用いて作製されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等を用いることができる。
また、絶縁膜２６０４は、絶縁膜２６０２を形成した後に高密度プラズマ処理により当該絶縁膜２６０２を窒化することにより設けてもよい。なお、基板２６００上に設ける絶縁膜は単層又は３層以上の積層構造で設けてもよい。
次に、絶縁膜２６０４上に選択的にレジストマスク２６０６のパターンを形成し、当該レジストマスク２６０６をマスクとして選択的にエッチングを行うことによって、基板２６００に選択的に凹部２６０８を形成する（図１４（Ｂ）参照）。基板２６００、絶縁膜２６０２、２６０４のエッチングとしては、プラズマを利用したドライエッチングにより行うことができる。
次に、レジストマスク２６０６のパターンを除去した後、基板２６００に形成された凹部２６０８を充填するように絶縁膜２６１０を形成する（図１４（Ｃ）参照）。
絶縁膜２６１０は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等の絶縁材料を用いて形成する。ここでは、絶縁膜２６１０として、常圧ＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法によりＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）ガスを用いて酸化珪素膜を形成する。
次に、研削処理、研磨処理又はＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うことによって、基板２６００の表面を露出させる。ここでは、基板２６００の表面を露出させることにより、基板２６００の凹部２６０８に形成された絶縁膜２６１１間に領域２６１２、２６１３が設けられる。なお、絶縁膜２６１１は、基板２６００の表面に形成された絶縁膜２６１０が研削処理、研磨処理又はＣＭＰ処理により除去されることにより得られたものである。続いて、ｐ型の導電型を有する不純物元素を選択的に導入することによって、基板２６００の領域２６１３にｐウェル２６１５を形成する（図１５（Ａ）参照）。
ｐ型を示す不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。ここでは、不純物元素として、ボロン（Ｂ）を領域２６１３、２６１４に導入する。
なお、本実施の形態では、基板２６００としてｎ型の導電型を有する半導体基板を用いているため、領域２６１２には不純物元素の導入を行っていないが、ｎ型を示す不純物元素を導入することにより領域２６１２にｎウェルを形成してもよい。ｎ型を示す不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。
一方、ｐ型の導電型を有する半導体基板を用いる場合には、領域２６１２にｎ型を示す不純物元素を導入してｎウェルを形成し、領域２６１３には不純物元素の導入を行わない構成としてもよい。
次に、基板２６００の領域２６１２、２６１３の表面上に絶縁膜２６３２、２６３４をそれぞれ形成する（図１５（Ｂ）参照）。
絶縁膜２６３２、２６３４は、例えば、熱処理を行い基板２６００に設けられた領域２６１２、２６１３の表面を酸化させることにより酸化珪素膜で形成することができる。また、熱酸化法により酸化珪素膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化珪素膜の表面を窒化させることにより、酸化珪素膜と酸素と窒素を有する膜（酸窒化珪素膜）との積層構造で形成してもよい。
他にも、上述したように、プラズマ処理を用いて絶縁膜２６３２、２６３４を形成してもよい。例えば、基板２６００に設けられた領域２６１２、２６１３の表面に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行うことにより、絶縁膜２６３２、２６３４として酸化珪素（ＳｉＯｘ）膜又は窒化珪素（ＳｉＮｘ）膜で形成することができる。また、高密度プラズマ処理により領域２６１２、２６１３の表面に酸化処理を行った後に、再度高密度プラズマ処理を行うことによって窒化処理を行ってもよい。この場合、領域２６１２、２６１３の表面に接して酸化珪素膜が形成され、当該酸化珪素膜上に（酸窒化珪素膜）が形成され、絶縁膜２６３２、２６３４は酸化珪素膜と酸窒化珪素膜とが積層された膜となる。また、熱酸化法により領域２６１２、２６１３の表面に酸化珪素膜を形成した後に高密度プラズマ処理により酸化処理又は窒化処理を行ってもよい。
なお、基板２６００の領域２６１２、２６１３に形成された絶縁膜２６３２、２６３４は、後に完成するトランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。
次に、基板２６００に設けられた領域２６１２、２６１３の上方に形成された絶縁膜２６３２、２６３４を覆うように導電膜を形成する（図１５（Ｃ）参照）。ここでは、導電膜として、導電膜２６３６と導電膜２６３８を順に積層して形成した例を示している。もちろん、導電膜は、単層又は３層以上の積層構造で形成してもよい。
導電膜２６３６、２６３８としては、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された元素またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成することができる。また、これらの元素を窒化した金属窒化膜で形成することもできる。他にも、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
ここでは、導電膜２６３６として窒化タンタルを用いて形成し、その上に導電膜２６３８としてタングステンを用いて積層構造で設ける。また、他にも、導電膜２６３６として、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化モリブデン又は窒化チタンから選ばれた単層又は積層膜を用い、導電膜２６３８として、タングステン、タンタル、モリブデン、チタンから選ばれた単層又は積層膜を用いることができる。
次に、積層して設けられた導電膜２６３６、２６３８を選択的にエッチングして除去することによって、基板２６００の領域２６１２、２６１３の上方の一部に導電膜２６３６、２６３８を残存させ、それぞれゲート電極として機能する導電膜２６４０、２６４２を形成する（図１６（Ａ）参照）。また、ここでは、基板２６００において、導電膜２６４０、２６４２と重ならない領域２６１２、２６１３の表面が露出するようにする。
具体的には、基板２６００の領域２６１２において、導電膜２６４０の下方に形成された絶縁膜２６３２のうち当該導電膜２６４０と重ならない部分を選択的に除去し、導電膜２６４０と絶縁膜２６３２の端部が概略一致するように形成する。また、基板２６００の領域２６１３において、導電膜２６４２の下方に形成された絶縁膜２６３４のうち当該導電膜２６４２と重ならない部分を選択的に除去し、導電膜２６４２と絶縁膜２６３４の端部が概略一致するように形成する。
この場合、導電膜２６４０、２６４２の形成と同時に重ならない部分の絶縁膜等を除去してもよいし、導電膜２６４０、２６４２を形成後残存したレジストマスク又は当該導電膜２６４０、２６４２をマスクとして重ならない部分の絶縁膜等を除去してもよい。
次に、基板２６００の領域２６１２、２６１３に不純物元素を選択的に導入する（図１６（Ｂ）参照）。ここでは、領域２６１３に導電膜２６４２をマスクとしてｎ型を付与する低濃度の不純物元素を選択的に導入して、低濃度不純物領域２６５０を形成し、領域２６１２に導電膜２６４０をマスクとしてｐ型を付与する低濃度の不純物元素を選択的に導入して、低濃度不純物領域２６４８を形成する。ｎ型を付与する不純物元素としては、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ｐ型を付与する不純物元素としては、ボロン（Ｂ）やアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等を用いることができる。
次に、導電膜２６４０、２６４２の側面に接するサイドウォール２６５４を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。そして、当該絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、導電膜２６４０、２６４２の側面に接するように形成することができる。なお、サイドウォール２６５４は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ ｄｒａｉｎ）領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。また、ここでは、サイドウォール２６５４は、導電膜２６４０、２６４２の下方に形成された絶縁膜の側面にも接するように形成されている。
続いて、当該サイドウォール２６５４、導電膜２６４０、２６４２をマスクとして基板２６００の領域２６１２、２６１３に不純物元素を導入することによって、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域を形成する（図１６（Ｃ）参照）。ここでは、基板２６００の領域２６１３にサイドウォール２６５４と導電膜２６４２をマスクとして高濃度のｎ型を付与する不純物元素を導入し、領域２６１２にサイドウォール２６５４と導電膜２６４０をマスクとして高濃度のｐ型を付与する不純物元素を導入する。
その結果、基板２６００の領域２６１２には、ソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域２６５８と、ＬＤＤ領域を形成する低濃度不純物領域２６６０と、チャネル形成領域２６５６が形成される。また、基板２６００の領域２６１３には、ソース領域又はドレイン領域を形成する不純物領域２６６４と、ＬＤＤ領域を形成する低濃度不純物領域２６６６と、チャネル形成領域２６６２が形成される。
なお、本実施の形態では、導電膜２６４０、２６４２と重ならない基板２６００の領域２６１２、２６１３を露出させた状態で不純物元素の導入を行っている。従って、基板２６００の領域２６１２、２６１３にそれぞれ形成されるチャネル形成領域２６５６、２６６２は導電膜２６４０、２６４２と自己整合的に形成することができる。
次に、基板２６００の領域２６１２、２６１３上に設けられた絶縁膜や導電膜等を覆うように絶縁膜２６７７を形成し、当該絶縁膜２６７７に開口部２６７８を形成する（図１７（Ａ）参照）。
絶縁膜２６７７は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）（ｘ＞ｙ）、窒化酸化珪素（ＳｉＮｘＯｙ）（ｘ＞ｙ）等の酸素または窒素を有する絶縁膜やＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料またはシロキサン樹脂等のシロキサン材料からなる単層または積層構造で設けることができる。なお、シロキサン材料とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む材料に相当する。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いることもできる。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
次に、ＣＶＤ法を用いて開口部２６７８に導電膜２６８０を形成し、当該導電膜２６８０と電気的に接続するように絶縁膜２６７７上に導電膜２６８２ａ〜２６８２ｄを選択的に形成する（図１７（Ｂ）参照）。
導電膜２６８０、２６８２ａ〜２６８２ｄは、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜２６８０、２６８２ａ〜２６８２ｄは、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜２６８０、２６８２ａ〜２６８２ｄを形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。ここでは、導電膜２６８０、２６８２ａ〜２６８２ｄはＣＶＤ法によりタングステン（Ｗ）を選択成長することにより形成することができる。
以上の工程により、基板２６００の領域２６１２に形成されたｐ型のトランジスタと、領域２６１３に形成されたｎ型のトランジスタとを得ることができる。
なお本発明のトランジスタを構成するトランジスタの構造は図示した構造に限定されるものではないことを付記する。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を取り得る。フィンＦＥＴ構造であ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ため好適である。
本実施の形態において二次電池は、トランジスタに接続された導電膜２６８２ｄ上に積層して形成される。二次電池は、集電体薄膜、負極活物質層、固体電解質層、正極活物質層、集電体薄膜の薄膜層が順次積層される（図１７（Ｂ））。そのため、二次電池の集電体薄膜と兼用される導電膜２６８２ｄの材料は、負極活物質と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、特にアルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどが好適である。
薄膜二次電池の構成について次いで詳述すると、導電膜２６８２ｄ上に負極活物質層２６９１を成膜する。一般には酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）などが用いられる。次に負極活物質層２６９１上に固体電解質層２６９２を成膜する。一般にはリン酸リチウム（Ｌｉ３ＰＯ４）などが用いられる。次に固体電解質層２６９２上に正極活物質層２６９３を成膜する。一般にはマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）などが用いられる。コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）やニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）を用いても良い。次に正極活物質層２６９３上に電極となる集電体薄膜２６９４を成膜する。集電体薄膜２６９４は正極活物質層２６９３と密着性がよく、抵抗が小さいことが求められ、アルミニウム、銅、ニッケル、バナジウムなどを用いることができる。
上述の負極活物質層２６９１、固体電解質層２６９２、正極活物質層２６９３、集電体薄膜２６９４の各薄膜層はスパッタ技術を用いて形成しても良いし、蒸着技術を用いても良い。また、それぞれの層の厚さは０．１μｍ〜３μｍが望ましい。
次に樹脂を塗布し、層間膜２６９６を形成する。そして層間膜２６９６をエッチングしコンタクトホールを形成する。層間膜２６９６は樹脂には限定せず、ＣＶＤ酸化膜など他の膜であっても良いが、平坦性の観点から樹脂であることが望ましい。また、感光性樹脂を用いて、エッチングを用いずにコンタクトホールを形成しても良い。次に層間膜２６９６上に配線層２６９５を形成し、配線２６９７と接続することにより、薄膜二次電池の電気接続を確保する。
以上のような構成にすることにより、本発明の半導体装置においては、単結晶基板上にトランジスタを形成し、その上に薄膜二次電池を有する構成を取り得る。故に本発明の半導体装置においては、極薄化、小型化を達成した柔軟性を達成することができる。
なお、本実施の形態の半導体装置の作製方法は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置に適用することができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、無線で情報の送受信が可能な半導体装置の利用形態の一例であるＲＦＩＤタグの用途について説明する。ＲＦＩＤタグは、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）、包装用容器類（包装紙やボトル等）、記録媒体（ＤＶＤソフトやビデオテープ等）、乗物類（自転車等）、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、電子機器等の商品や荷物の荷札等の物品に設けることができ、いわゆるＩＤラベル、ＩＤタグ、ＩＤカードとして使用することができる。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（単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ）及び携帯電話等を指す。以下に、図２３を参照して、本発明の応用例、及びそれらを付した商品の一例について説明する。
図２３（Ａ）は、本発明に係るＲＦＩＤタグの完成品の状態の一例である。ラベル台紙３００１（セパレート紙）上に、ＲＦＩＤタグ３００２を内蔵した複数のＩＤラベル３００３が形成されている。ＩＤラベル３００３は、ボックス３００４内に収納されている。また、ＩＤラベル３００３上には、その商品や役務に関する情報（商品名、ブランド、商標、商標権者、販売者、製造者等）が記されている。一方、内蔵されているＲＦＩＤタグ３００２には、その商品（又は商品の種類）固有のＩＤナンバーが付されており、偽造や、商標権、特許権等の知的財産権侵害、不正競争等の不法行為を容易に把握することができる。また、ＲＦＩＤタグ３００２内には、商品の容器やラベルに明記しきれない多大な情報、例えば、商品の産地、販売地、品質、原材料、効能、用途、数量、形状、価格、生産方法、使用方法、生産時期、使用時期、賞味期限、取扱説明、商品に関する知的財産情報等を入力しておくことができ、取引者や消費者は、簡易なリーダによって、それらの情報にアクセスすることができる。また、生産者側からは容易に書換え、消去等も可能であるが、取引者、消費者側からは書換え、消去等ができない仕組みになっている。なお、ＲＦＩＤタグに表示部を設けこれらの情報を表示できる構成としてもよい。
図２３（Ｂ）は、ＲＦＩＤタグ３０１２を内蔵したラベル状のＲＦＩＤタグ３０１１を示している。ＲＦＩＤタグ３０１１を商品に備え付けることにより、商品管理が容易になる。例えば、商品が盗難された場合に、商品の経路を辿ることによって、その犯人を迅速に把握することができる。このように、ＲＦＩＤタグを備えることにより、所謂トレーサビリティに優れた商品を流通させることができる。
図２３（Ｃ）は、ＲＦＩＤタグ３０２２を内包したＩＤカード３０２１の完成品の状態の一例である。上記ＩＤカード３０２１としては、キャッシュカード、クレジットカード、プリペイドカード、電子乗車券、電子マネー、テレフォンカード、会員カード等のあらゆるカード類が含まれる。また、ＩＤカード３０２１の表面に表示部を設け様々な情報を表示させる構成としてもよい。
図２３（Ｄ）は、無記名債券３０３１の完成品の状態を示している。無記名債券３０３１には、ＲＦＩＤタグ３０３２が埋め込まれており、その周囲は樹脂によって成形され、ＲＦＩＤタグを保護している。ここで、該樹脂中にはフィラーが充填された構成となっている。無記名債券３０３１は、本発明に係るＲＦＩＤタグと同じ要領で作成することができる。なお、上記無記名債券類には、切手、切符、チケット、入場券、商品券、図書券、文具券、ビール券、おこめ券、各種ギフト券、各種サービス券等が含まれるが、勿論これらに限定されるものではない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本発明のＲＦＩＤタグ３０３２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。
図２３（Ｅ）はＲＦＩＤタグ３０４２を内包したＩＤラベル３０４１を貼付した書籍３０４３を示している。本発明のＲＦＩＤタグ３０４２は、表面に貼ったり、埋め込んだりして、物品に固定される。図２３（Ｅ）に示すように、本なら紙に埋め込んだり、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して、各物品に固定される。本発明のＲＦＩＤタグ３０４２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、ここでは図示しないが、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、電子機器等に本発明のＲＦＩＤタグを設けることにより、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。また乗物類にＲＦＩＤタグを設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物に無線タグを埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等を容易に識別することが可能となる。
図２４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係るＲＦＩＤタグ２５０１を含んだＩＤラベル２５０２を貼付した書籍２７０１、及びペットボトル２７０２を示している。本発明に用いられるＲＦＩＤタグ２５０１は非常に薄いため、上記書籍等の物品にＩＤラベル２５０２を搭載しても、機能、デザイン性を損ねることがない。更に、非接触型薄膜集積回路装置の場合、アンテナとチップを一体形成でき、曲面を有する商品に直接転写することが容易になる。
図２４（Ｃ）は、果物類２７０５の生鮮食品に、直接ＲＦＩＤタグ２５０１を含んだＩＤラベル２５０２を貼り付けた状態を示している。また、図２４（Ｄ）は、包装用フィルム類によって、野菜類２７０４の生鮮食品を包装した一例を示している。また、なお、ＲＦＩＤタグ２５０１を商品に貼り付けた場合、剥がされる可能性があるが、包装用フィルム類によって商品をくるんだ場合、包装用フィルム２７０３類を剥がすのは困難であるため、防犯対策上多少のメリットはある。なお、上述した商品以外にも、あらゆる商品に、本発明に係る半導体装置を利用することができる。
なお、本実施の形態のＲＦＩＤタグの構成は、本明細書に記載した他の実施の形態の半導体装置のいずれかの構成を用いることができる。
本発明の半導体装置の通信又は電力の授受を示す図。 本発明の半導体装置の一例を示す図。 本発明の半導体装置の一例を示す図。 本発明の半導体装置のアンテナ回路、整流回路の一例を示す図。 本発明の半導体装置の充電制御回路の一例を示す図。 本発明の半導体装置のデータ変換回路の一例を示す図。 本発明の半導体装置の一例を示す図。 本発明の半導体装置の電力の授受の一例を示す図。 本発明の半導体装置の電力の授受の一例を示す図。 本発明の半導体装置の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の作製方法の一例を示す図。 本発明の半導体装置の使用形態の一例を示す図。 本発明の半導体装置の使用形態の一例を示す図。
符号の説明
１０１ 半導体装置
１１１ アンテナ回路
１１２ 復調回路
１１３ 論理回路
１１４ 記憶回路
１１５ 変調回路
１１６ 整流回路
１１７ 充電制御回路
１１８ バッテリー
１２０ データ変換回路
１２１ 比較演算回路
１２２ 発振回路
１２５ 通信制御回路
１４１ アンテナ
１４２ 共振容量
１４３ ダイオード
１４４ 平滑容量
１４５ レギュレーター
１４６ ダイオード
１４７ スイッチ
１５１ アンテナ回路
１５２ アンテナ回路
１５３ アンテナ回路
１５４ 整流回路
１５５ 充電制御回路
１６０ 比較器
１６１ 入力端部
１６２ 出力端部
１９０ リーダ／ライタ
４５１ アンテナ
４５２ 共振容量
１０１ａ 半導体装置
１０１ｂ 半導体装置
１０１ｃ 半導体装置
１３０１ 基板
１３０２ 絶縁膜
１３０３ 剥離層
１３０４ 絶縁膜
１３０５ 半導体膜
１３０６ ゲート絶縁膜
１３０７ ゲート電極
１３０８ 不純物領域
１３０９ 不純物領域
１３１０ 絶縁膜
１３１１ 不純物領域
１３１３ 導電膜
１３１４ 絶縁膜
１３１６ 導電膜
１３１７ 導電膜
１３１８ 絶縁膜
１３１９ 素子形成層
１３２０ シート材
１３２１ シート材
１３３７ 樹脂
１３３８ 導電性粒子
１３８１ 負極活物質層
１３８２ 固体電解質層
１３８３ 正極活物質層
１３８４ 集電体薄膜
１３８５ 層間膜
１３８６ 配線層
１３８９ 二次電池
２３００ 半導体基板
２３０２ 絶縁膜
２３０４ 領域
２３０６ 領域
２３０７ ｐウェル
２３３２ 絶縁膜
２３３６ 導電膜
２３３８ 導電膜
２３４０ ゲート電極
２３４２ ゲート電極
２３４８ レジストマスク
２３５０ チャネル形成領域
２３５２ 不純物領域
２３６６ レジストマスク
２３６８ チャネル形成領域
２３７０ 不純物領域
２３７２ 絶縁膜
２３７４ 配線
２３９１ 負極活物質層
２３９２ 固体電解質層
２３９３ 正極活物質層
２３９４ 集電体薄膜
２３９５ 配線層
２３９６ 層間膜
２３９７ 配線
２５０１ ＲＦＩＤタグ
２５０２ ＩＤラベル
２６００ 基板
２６０２ 絶縁膜
２６０４ 絶縁膜
２６０６ レジストマスク
２６０８ 凹部
２６１０ 絶縁膜
２６１１ 絶縁膜
２６１２ 領域
２６１３ 領域
２６１４ 領域
２６１５ ｐウェル
２６３２ 絶縁膜
２６３４ 絶縁膜
２６３６ 導電膜
２６３８ 導電膜
２６４０ 導電膜
２６４２ 導電膜
２６４８ 不純物領域
２６５０ 不純物領域
２６５４ サイドウォール
２６５６ チャネル形成領域
２６５８ 不純物領域
２６６０ 低濃度不純物領域
２６６２ チャネル形成領域
２６６４ 不純物領域
２６６６ 低濃度不純物領域
２６７７ 絶縁膜
２６７８ 開口部
２６８０ 導電膜
２６９１ 負極活物質層
２６９２ 固体電解質層
２６９３ 正極活物質層
２６９４ 集電体薄膜
２６９５ 配線層
２６９６ 層間膜
２６９７ 配線
２７０１ 書籍
２７０２ ペットボトル
２７０３ 包装用フィルム
２７０４ 野菜類
２７０５ 果物類
２９０１ チップ
３００１ ラベル台紙
３００２ ＲＦＩＤタグ
３００３ ＩＤラベル
３００４ ボックス
３０１１ ＲＦＩＤタグ
３０１２ ＲＦＩＤタグ
３０２１ ＩＤカード
３０２２ ＲＦＩＤタグ
３０３１ 無記名債券
３０３２ ＲＦＩＤタグ
３０４１ ＩＤラベル
３０４２ ＲＦＩＤタグ
３０４３ 書籍
１３００ａ 薄膜トランジスタ
１３００ｂ 薄膜トランジスタ
１３００ｃ 薄膜トランジスタ
１３００ｅ 薄膜トランジスタ
１３０５ａ 半導体膜
１３０５ｂ 半導体膜
１３０５ｃ 半導体膜
１３０５ｄ 半導体膜
１３０５ｅ 半導体膜
１３０５ｆ 半導体膜
１３０７ａ 導電膜
１３０７ｂ 導電膜
１３１２ａ 絶縁膜
１３１２ｂ 絶縁膜
１３１５ａ 導電膜
１３３１ａ 導電膜
１３３２ａ 開口部
１３３４ａ 導電膜
１３３４ｂ 導電膜
１３３６ａ 導電膜
１３３６ｂ 導電膜
２６８２ａ 導電膜
２６８２ｄ 配線
２９０２ａ アンテナ
２９０２ｂ アンテナ
２９０２ｃ アンテナ
２９０２ｄ アンテナ
２９０２ｅ アンテナ

Claims (12)

  1. アンテナ回路と、
    前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、
    前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、
    前記アンテナ回路を介して他の半導体装置のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. アンテナ回路と、
    前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、
    前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、
    前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、
    前記無線通信元のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを有する半導体装置。
  3. アンテナ回路と、
    前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、
    前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、
    前記バッテリーの充電状態をデジタル値に変換するデータ変換回路と、
    前記データ変換回路によりデジタル値に変換された前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、
    前記無線通信元のバッテリーに無線で電力の供給を行う発振回路とを有する半導体装置。
  4. 第１のアンテナ回路と、
    第２のアンテナ回路と、
    前記第１のアンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、
    前記第２のアンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、
    前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、
    前記無線通信元のバッテリーに前記第２のアンテナ回路を介して無線で電力の供給を行う発振回路とを有することを特徴とする半導体装置。
  5. 第１のアンテナ回路と、
    第２のアンテナ回路と、
    前記第１のアンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、
    前記第２のアンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、
    前記バッテリーの充電状態をデジタル値に変換するデータ変換回路と、
    前記データ変換回路によりデジタル値に変換された前記バッテリーの充電状態と、無線通信元のバッテリーの充電状態とを比較する比較演算回路と、
    前記無線通信元のバッテリーに前記第２のアンテナ回路を介して無線で電力の供給を行う発振回路とを有することを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項４又は請求項５において、
    前記第１のアンテナ回路に設けられた第１のアンテナと、前記第２のアンテナ回路に設けられた第２のアンテナは形状が異なることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項６において、
    前記第１のアンテナと前記第２のアンテナの一方は、コイル状であることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記通信制御回路は、復調回路、変調回路、論理回路及び記憶回路を有することを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記バッテリーは、リチウム電池、ニッケル水素電池又は電気二重層コンデンサーであることを特徴とする半導体装置。
  10. 第１の半導体装置及び第２の半導体装置を有し、
    前記第１の半導体装置及び前記第２の半導体装置はそれぞれ、アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーと、無線でバッテリーの電力の授受するための手段とを有することを特徴とする通信システム。
  11. 請求項１０において、前記手段は、比較演算回路と、発振回路と、を有することを特徴とする通信システム。
  12. アンテナ回路と、前記アンテナ回路を介して無線通信を行う通信制御回路と、前記アンテナ回路を介して無線で供給される電力が充電されるバッテリーとをそれぞれ有する複数の半導体装置の充電方法であって、
    無線で通信している半導体装置の間でバッテリーの電圧を比較し、
    無線で通信している半導体装置の間でバッテリーの電力の授受することを特徴とする半導体装置の充電方法。
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