專利名稱：以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種無線射頻識(shí)別卷標(biāo)的電路裝置，特別是關(guān)于一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置。
背景技術(shù)：
按，一般標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)式金氧半多晶硅邏輯制作過程(Standard CMOSPoly-silicone Logic Process)中，最簡(jiǎn)單的單層多晶硅-單層金屬制作過程(Single-PolySingle-Metal，SPSM)，仍需要使用至少九道光罩；雖然其好處在于此公知技術(shù)已經(jīng)達(dá)到深次微米(deep sub-micrometer)，甚至是納米制作過程(nano-technology)而使得芯片速度操作時(shí)脈提高，然而其制作芯片的成本及時(shí)間也因此倍數(shù)成長(zhǎng)。
在目前習(xí)用技術(shù)中，有關(guān)射頻識(shí)別卷標(biāo)(RFID Tags)產(chǎn)品之中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商品條形碼、安全門禁、生物身分識(shí)別、倉(cāng)管物流管理系統(tǒng)、消費(fèi)性電子產(chǎn)品及交互式玩具等系統(tǒng)的中。參閱圖1，其為習(xí)用射頻識(shí)別卷標(biāo)10的電路方塊示意圖，如圖所示，一天線12與電容14所構(gòu)成的諧振器16，配合一整流電路18，以物理學(xué)的電磁感應(yīng)方式用以提供此射頻識(shí)別標(biāo)簽10所需的電源，此外并透過一個(gè)邏輯緩沖器20，使諧振器16諧振頻率以作為射頻識(shí)別卷標(biāo)邏輯電路22的同步時(shí)脈來源；而此邏輯電路22則可利用此同步時(shí)脈，依內(nèi)部存儲(chǔ)器24或是打線焊墊26所儲(chǔ)存的保密識(shí)別碼來控制一調(diào)變器28，以藉此產(chǎn)生射頻識(shí)別訊號(hào)。
然而，目前限制射頻識(shí)別標(biāo)簽被廣泛應(yīng)用在日常生活的中的困難點(diǎn)，主要在于其價(jià)格過于昂貴，此乃因公知射頻識(shí)別標(biāo)簽所采用的多晶硅閘半導(dǎo)體制作過程的制作成本與制作時(shí)間所導(dǎo)致技術(shù)成本過高的問題，使射頻識(shí)別標(biāo)簽上無法廣泛應(yīng)用于日常生活中。另外，公知的射頻識(shí)別標(biāo)簽于儲(chǔ)存電荷時(shí)，皆是用一連串的并聯(lián)電容或是單一電容來儲(chǔ)存電荷，此乃會(huì)造成芯片面積的浪費(fèi)；再者，請(qǐng)參閱圖2所示，在公知射頻識(shí)別標(biāo)簽所使用的P型與N型金氧半晶體管，其制作過程所需的光罩30相當(dāng)多層；且就其精密度而言，公知技術(shù)采用次微米、深次微米制作過程或納米制作過程，其制作成品所需的精密度要求較高，使其在成本上的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)是未來發(fā)展的最大屏障。
因此，本發(fā)明系在針對(duì)上述的困擾，提出一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，以有效降低其制作成本與制作時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其可大幅降低制作的成本與時(shí)程，使無線射頻識(shí)別裝置廣泛應(yīng)用于日常生活中。
本發(fā)明的另一目的是提供一種無線射頻識(shí)別裝置，其利用金屬閘制作過程在制作一般邏輯或是晶體管等電路組件時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生特有的接面電容來儲(chǔ)存電荷，而不需額外使用一特定電容，故可減少芯片面積，并降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的再一目的是提供一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其利用一異步的振蕩電路裝置的增設(shè)，并在射頻識(shí)別讀取器(RFID Reader)中設(shè)置一特別的程序代碼加以正確讀取數(shù)據(jù)，以達(dá)到操作時(shí)脈上的同步。
本發(fā)明的又一目的是提供一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其具有可適用于金屬閘制作過程的感應(yīng)電壓過高保護(hù)電路，以避免感應(yīng)能量太高造成芯片的操作電壓過高所導(dǎo)致的工作不穩(wěn)定或崩潰燒毀的情形發(fā)生。
為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，包括一諧振電路，穩(wěn)定頻率并選擇無線射頻的頻率；一充電電容，其由金屬閘制作過程中的N型與P型摻雜防護(hù)圈所形成的寄生接面電容所組成，該充電電容外接一電源，以便對(duì)該充電電容進(jìn)行充電；一整流電路，連接該諧振電路且并聯(lián)該充電電容，以配合該諧振電路與該充電電容提供整個(gè)裝置所需的操作電源；一個(gè)以上的識(shí)別碼保持電路，分別連接一打線焊墊，且每一該打線焊墊內(nèi)系儲(chǔ)存有一識(shí)別碼，該識(shí)別碼保持電路系利用初始狀態(tài)來控制該打線焊墊；一異步本地震蕩電路，其可產(chǎn)生一本地振蕩信號(hào)；一數(shù)字控制邏輯電路，利用該本地震蕩信號(hào)，并根據(jù)該打線焊墊內(nèi)的識(shí)別碼來控制一調(diào)變器，以藉此產(chǎn)生一射頻識(shí)別訊號(hào)。
所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，更包括一過電壓保護(hù)電路及一低電壓重置電路，其分別與該充電電容相并聯(lián)，該過電壓保護(hù)電路避免該操作電源過高，而該低電壓重置電路偵測(cè)感應(yīng)該操作電壓在低電壓時(shí)產(chǎn)生重置信號(hào)，以免感應(yīng)電壓過低時(shí)所造成的誤動(dòng)作。
所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，其中該過電壓保護(hù)電路與低電壓重置電路由一組電阻器及一二極管連接一放大器所組成，且該二極管的一P型摻雜端連接至不使得其寄生雙極性二極管導(dǎo)通的裝置中正電壓。
所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，其中該諧振電路由一天線及一內(nèi)部電容器所組成。
所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，其中配合該異步本地震蕩電路，更可在一射頻識(shí)別讀取器中設(shè)置一特別的程序代碼，以藉此正確讀取數(shù)據(jù)。
以下藉由具體實(shí)施例配合所附的圖式詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。


圖1為習(xí)用射頻識(shí)別卷標(biāo)的電路方塊示意圖；圖2為公知射頻識(shí)別標(biāo)簽使用的P型與N型金氧半晶體管制作所需的光罩示意圖；圖3為本發(fā)明的無線射頻識(shí)別裝置的電路方塊示意圖；圖4(a)為本發(fā)明所使用的邏輯反相器的電路圖；
圖4(b)為圖4(a)的金屬閘制作過程布局示意圖；圖4(c)為圖4(a)的金屬閘制作過程布局剖視圖；圖5(a)為本發(fā)明所使用的整流電路的電路圖；圖5(b)為圖5(a)的金屬閘制作過程布局剖視圖；圖6為一般焊墊的電路示意圖；圖7為本發(fā)明所使用的焊墊的電路示意圖；圖8(a)為本發(fā)明所使用的過電壓保護(hù)電路的電路圖；圖8(b)為本發(fā)明所使用的過電壓保護(hù)電路的最佳實(shí)施例的電路圖；圖9(a)為圖8(a)的電阻與二極管部份以金屬閘制作過程制作的剖視圖；圖9(b)為圖9(a)的電阻與二極管部份的等效電路圖；圖10(a)為圖8(b)的二極管與電阻部份以金屬閘制作過程制作的剖視圖；圖10(b)為圖10(a)的二極管與電阻部份的等效電路圖；圖11為本發(fā)明所使用的P型與N型金氧半晶體管制作所需的光罩示意圖。
具體實(shí)施例方式
本創(chuàng)作一種以金屬閘(Metal-Gate)半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，主要特色是因目前該類組件皆以多晶硅制作過程制作，然因其制作成本昂貴且費(fèi)時(shí)，所以改采成本低廉的金屬閘制作過程制作，但由于金屬閘制作過程操作時(shí)脈較慢，配合本創(chuàng)作的電路裝置，即可使該類裝置正常運(yùn)作并大幅降低制作成本與時(shí)間。
圖3本發(fā)明的無線射頻識(shí)別裝置的電路方塊示意圖，如圖所示，一無線射頻識(shí)別裝置包括一可穩(wěn)定頻率并選擇無線射頻頻率的諧振電路40，其由一外部的天線42與一內(nèi)部的電容器44所構(gòu)成，此諧振電路40連接一整流電路46，整流電路46則并聯(lián)一充電電容48及一過電壓保護(hù)電路50與一低電壓重置電路51，此充電電容48外接一電源，以便對(duì)此充電電容48進(jìn)行充電；故可利用此諧振電路40配合整流電路46與充電電容48的作用，以物理學(xué)的電磁感應(yīng)方式提供整個(gè)射頻識(shí)別裝置所需的操作電源。然而，在某些操作情況下，其感應(yīng)能量太高會(huì)造成射頻識(shí)別裝置的操作電壓過高，導(dǎo)致其工作不穩(wěn)定或崩潰燒毀，因此本發(fā)明可藉由過電壓保護(hù)電路50的作用，避免操作電源過高而發(fā)生上述的缺點(diǎn)，反之，當(dāng)感應(yīng)能量太低時(shí)亦會(huì)造成電路操作不正常，因此本發(fā)明亦藉由低電壓重置電路51的作用，避免低電壓時(shí)射頻識(shí)別裝置操作的不穩(wěn)定性。
其中，公知的充電電容在制作上必須浪費(fèi)部分空間，以雜散并聯(lián)或是整塊電容形式來制作，然而本發(fā)明則利用金屬閘半導(dǎo)體制作過程中分布于每一組件中的N型與P型摻雜防護(hù)圈所形成的寄生接面電容所組成。以一個(gè)邏輯反相器(Logic Inverter)為例，如圖4(a)所示的一邏輯反相器62的電路圖，以及如圖4(b)及圖4(c)所示的邏輯反相器的金屬閘制作過程布局示意圖及其本發(fā)明圖，由此圖4(a)、圖4(b)及圖4(c)可知，N型摻雜防護(hù)圈64與P型摻雜防護(hù)圈66所產(chǎn)生的寄生接面電容68即可作為圖3所示的充電電容48。這些寄生接面電容68在電路特性上直接或間接使得金屬閘制作過程操作速度變慢的原因，此亦習(xí)用技術(shù)在射頻識(shí)別裝置應(yīng)用上不采用金屬閘制作過程的主要原因，然而本發(fā)明卻反而利用此寄生接面電容68的寄生特性，直接在射頻識(shí)別裝置的應(yīng)用上作為充電電容48使用，故本發(fā)明不需再利用額外浪費(fèi)布局面積來實(shí)現(xiàn)該電容。再者，由于其為一立體三維的接面結(jié)構(gòu)，較習(xí)用技術(shù)利用涂層間的二維電容結(jié)構(gòu)的單位電容值大，因此可有效節(jié)省此一部份的面積利用率。
再參閱圖3所示，除可利用與先前技術(shù)相同的內(nèi)存24實(shí)現(xiàn)識(shí)別碼外，另有一個(gè)以上的識(shí)別碼保持電路(IDCodeHolder)52，每一識(shí)別碼保持電路52分別連接一打線焊墊54，且每一打線焊墊54內(nèi)系儲(chǔ)存有一識(shí)別碼，使識(shí)別碼保持電路52利用裝置中的初始狀態(tài)來控制此打線焊墊54。一異步本地震蕩電路56可產(chǎn)生一本地振蕩信號(hào)，其可在一相配合的射頻識(shí)別讀取器(RFID Reader)中設(shè)置一特別的程序代碼加以正確讀取數(shù)據(jù)；此異步本地震蕩電路56連接有一數(shù)字控制邏輯電路58，使數(shù)字控制邏輯電路58利用該本地震蕩信號(hào)，并再根據(jù)打線焊墊54內(nèi)的識(shí)別碼來控制一調(diào)變器60，以藉此產(chǎn)生一射頻識(shí)別訊號(hào)，使其經(jīng)由天線42發(fā)射出去。
接續(xù)，再針對(duì)上述各組成組件的作用及其所能達(dá)成的功效作更進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
就整流電路46而言，本發(fā)明可使用一般傳統(tǒng)的整流電路，其電路圖如圖5(a)所示，其在電路上使用晶體管增加電流效率，且所有的晶體管組件皆是以產(chǎn)生信道的方式加以控制電流，其本質(zhì)上乃是類似二維表面電流。而本發(fā)明將金屬閘半導(dǎo)體制作過程中的寄生效應(yīng)直接應(yīng)用在無線射頻識(shí)別裝置中，如上述金屬閘制作過程因形成組件同時(shí)，亦構(gòu)成在垂直剖面結(jié)構(gòu)上有許多PN接面，除了會(huì)形成空乏區(qū)產(chǎn)生電容本身的PN接面之外，亦會(huì)形成了二極管組件70，這些二極管組件70也間接構(gòu)成一傳統(tǒng)的整流電路46，如圖5(b)所示。因此，本發(fā)明除了使用電路設(shè)計(jì)技巧來提供整流外，亦采取金屬閘制作過程中的寄生組件來增加整流的效率。
就打線焊墊54而言，其內(nèi)部的識(shí)別碼采用焊墊打線(PAD Bounding)方式的技術(shù)，習(xí)用技術(shù)皆以一下拉或上拉的方式制作此焊墊，分別代表邏輯″0″或邏輯″1″，如圖6所示，但其卻會(huì)有直流耗電電流過大的情況發(fā)生。而本發(fā)明的打線焊墊54則如圖7所示的電路裝置，其僅焊墊54在打線轉(zhuǎn)換識(shí)別碼且在初始重置控制信號(hào)轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，才會(huì)有不大于一百微安培電流的耗電，其它情形只剩裝置組件本身的微小漏電流亦或是不耗電，此優(yōu)點(diǎn)較習(xí)用技術(shù)以下拉或上拉時(shí)只有裝置電路開始操作及一永久的直流耗電佳，此部分的技術(shù)亦可提供本發(fā)明的無線射頻識(shí)別裝置于操作上的穩(wěn)定性與讀取距離的增加。
就過電壓保護(hù)電路50與低電壓重置電路51而言，可采用習(xí)用的技術(shù)如圖8(a)所示，另外本發(fā)明亦可采用圖8(b)所示的電路結(jié)構(gòu)，此兩者在電路功能上皆為相同，然而圖8(a)的電路連接方式，由金屬閘制作過程剖視圖觀的，卻可能會(huì)造成整個(gè)裝置會(huì)有極大的漏電流產(chǎn)生，此一漏電流會(huì)造成裝置操作的不正常，請(qǐng)同時(shí)參考圖9(a)所示，其為圖8(a)的電阻與二極管72部份以金屬閘制作過程制作的剖視圖，其中電阻與二極管72由圖9(a)中的電阻76以及二極管78所構(gòu)成者。然而，以垂直寄生電路觀的，其寄生了一雙極性NPN晶體管80，抽取此些組件后的等效電路如圖9(b)所示，當(dāng)部份電流流過此雙極性NPN晶體管80時(shí)，其將使得操作電源幾乎短路而造成一極大的直電流路徑耗電，容易使得裝置操作失敗。因此，本發(fā)明乃采用圖8(b)的電路連接方式為較佳的實(shí)施例，請(qǐng)同時(shí)參閱圖10(a)所示，此為圖8(b)圖的二極管與電阻74部份以金屬閘制作過程制作的剖視圖，其中電阻82以及二極管84為構(gòu)成二極管與電阻74的電路組件，且其會(huì)存在一寄生的雙極性PNP晶體管86，二極管與電阻74中的二極管的一P型摻雜端連接至不使得其寄生雙極性二極管導(dǎo)通的裝置中正電壓者。由于其沒有任何觸發(fā)機(jī)制可導(dǎo)致直電流耗電，因此乃較圖8(a)的電路改善許多。
另請(qǐng)參見圖10(b)，為圖10(a)的二極管與電阻部份的等效電路圖。
綜上所述，本發(fā)明以金屬閘半導(dǎo)體制作過程技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，確實(shí)可大幅降低制作的成本與與時(shí)程，以便使無線射頻識(shí)別裝置廣泛應(yīng)用于日常生活中，并解決存在于先前技術(shù)中的該些缺失。
再者，相較于公知所使用圖2的光罩?jǐn)?shù)目而言，本發(fā)明的PMOS與NMOS等晶體管，其所需的光罩88數(shù)目只需要三層，如圖11所示。再針對(duì)本發(fā)明采用金屬閘制作過程的原因作一說明。請(qǐng)參閱下列表一所示，其系金屬閘制作過程與多晶硅制作過程的比較表，內(nèi)容系詳細(xì)列出兩者制作過程的優(yōu)缺點(diǎn)，由此可知，本發(fā)明確實(shí)可有效降低習(xí)用技術(shù)的成本與工期，誠(chéng)為一種適用于金屬制作過程且制造工期短、極低成本、數(shù)據(jù)讀取正確的無線射頻識(shí)別裝置。
表一

以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以的限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，包括一諧振電路，穩(wěn)定頻率并選擇無線射頻的頻率；一充電電容，其由金屬閘制作過程中的N型與P型摻雜防護(hù)圈所形成的寄生接面電容所組成，該充電電容外接一電源，以便對(duì)該充電電容進(jìn)行充電；一整流電路，連接該諧振電路且并聯(lián)該充電電容，以配合該諧振電路與該充電電容提供整個(gè)裝置所需的操作電源；一個(gè)以上的識(shí)別碼保持電路，分別連接一打線焊墊，且每一該打線焊墊內(nèi)系儲(chǔ)存有一識(shí)別碼，該識(shí)別碼保持電路系利用初始狀態(tài)來控制該打線焊墊；一異步本地震蕩電路，其可產(chǎn)生一本地振蕩信號(hào)；一數(shù)字控制邏輯電路，利用該本地震蕩信號(hào)，并根據(jù)該打線焊墊內(nèi)的識(shí)別碼來控制一調(diào)變器，以藉此產(chǎn)生一射頻識(shí)別訊號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，更包括一過電壓保護(hù)電路及一低電壓重置電路，其分別與該充電電容相并聯(lián)，該過電壓保護(hù)電路避免該操作電源過高，而該低電壓重置電路偵測(cè)感應(yīng)該操作電壓在低電壓時(shí)產(chǎn)生重置信號(hào)，以免感應(yīng)電壓過低時(shí)所造成的誤動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，其中該過電壓保護(hù)電路與低電壓重置電路由一組電阻器及一二極管連接一放大器所組成，且該二極管的一P型摻雜端連接至不使得其寄生雙極性二極管導(dǎo)通的裝置中正電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，其中該諧振電路由一天線及一內(nèi)部電容器所組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其特征在于，其中配合該異步本地震蕩電路，更可在一射頻識(shí)別讀取器中設(shè)置一特別的程序代碼，以藉此正確讀取數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種以金屬閘半導(dǎo)體制作過程實(shí)現(xiàn)的無線射頻識(shí)別裝置，其利用金屬閘制作過程中特有寄生的N型與P型防護(hù)圈所形成的充電電容，配合原本P型與N型金氧半晶體管(PMOS/NMOS)，除可提供水平表面電流外，更可提供一整流電流用以提供整個(gè)電路操作，并再配合識(shí)別碼保持電路及異步本地震蕩電路的作用，使金屬閘制作過程可進(jìn)階應(yīng)用在射頻識(shí)別裝置的產(chǎn)業(yè)上，并達(dá)到制作成本低廉及制造時(shí)程短的功效。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1707747SQ200410045299
公開日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者吳哲銘, 吳盈鋒, 李文峰 申請(qǐng)人:天時(shí)電子股份有限公司