(57)【要約】【課題】  利得が得易く、通信可能距離を長くすることができる半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体集積回路基板と、前記半導体集積回路基板上に形成されたアンテナコイルとを備えた半導体装置において、前記半導体集積回路基板と前記アンテナコイルとの間に、電波を反射する反射層と、前記アンテナコイルと前記反射層とを電気的に絶縁分離する分離層とを含むことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路の形成された半導体集積回路基板と、前記半導体集積回路基板上に形成されたアンテナコイルとを備えた半導体装置において、
前記半導体集積回路基板と前記アンテナコイルとの間に、電波を反射する反射層と、前記アンテナコイルと前記反射層とを電気的に絶縁分離する分離層とを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記反射層は、リーダライタからの電力の受給と、前記リーダライタと前記半導体集積回路との間の信号の送受信を行う電波の反射とを実現するように構成された金属膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記反射層は、前記半導体集積回路を保護する保護機能を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記反射層が、熱破壊から前記半導体集積回路を保護する保護機能を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記反射層は、単層膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記反射層は、複合膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記分離層は、単層膜であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記分離層は、複合膜であることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係り、特にリーダライタから電力の受給とリーダライタとの間の信号の送受信とを無線によって行う非接触式の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（ＩＣ）が搭載された半導体装置は、豊かな応用性と高いセキュリティ性能を備えていることから、交通、流通および情報通信等の分野で普及が進んでいる。中でも、近年に開発されたＩＣタグと呼ばれる非接触式の半導体装置は、外部端子を設けず、リーダライタからの電力の受給とリーダライタとの間の信号の送受信とを無線によって行う。このため、接触式の半導体装置のように、外部端子の損壊ということが本質的に無く、長期の使用に耐え得るデバイスとして、今後、より広範囲な分野への普及が予想される。
【０００３】
従来から、この種の非接触式半導体装置としては、図６に説明図を示す半導体集積回路チップ（ＩＣチップ）１の入出力端子に巻線コイルやプリントコイルなどからなるアンテナコイル３を外付けした半導体モジュールが一般的に用いられる。
しかし、アンテナコイルを外付けした半導体モジュールは、ＩＣチップとアンテナコイルとの接続部にストレスが作用し易いために断線や接触不良等の不具合が生じ易く、良品率（製造歩留）が低く、製品コストが高価になるという問題がある。
【０００４】
上記不具合を解決する為、例えば特許文献１に記載されているように、ＩＣチップの入出力端子にアンテナコイルを外付けする構成に代えて、アンテナコイル内蔵型のＩＣチップを用いた半導体装置が提案されている。
【０００５】
この半導体装置は、図７に斜視図、図８に断面図を示すように、半導体集積回路の形成されたシリコン基板１上に、窒化シリコン膜などからなる第１のパッシベーション膜２を介して金属層パターンで構成されたアンテナコイル３が形成されており、このアンテナコイル３の表面にはさらに酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造膜からなる第２のパッシベーション膜４が形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３２４４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような非接触式アンテナコイル内蔵型半導体装置は、外付け式に比べ、アンテナ面積がチップサイズに制限され、構造的にも制約があるため、利得が得難く、通信可能距離が短くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、上述した従来の半導体装置の課題を解決するとともに、利得が得易く、通信可能距離を長くすることができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体集積回路基板と、前記半導体集積回路基板上に形成されたアンテナコイルとを備えた半導体装置において、前記半導体集積回路基板と前記アンテナコイルとの間に、電波を反射する反射層と、前記アンテナコイルと前記反射層とを電気的に絶縁分離する分離層とを含むことを特徴とする。
この構成により、上記反射層が受信電波を反射し、アンテナコイルの利得を向上する機能を有すると共に、耐湿性、汚染物の侵入を防ぎ、また機械的な損傷から半導体集積回路を保護するという機能を有する。さらにまたアンテナ利得が向上するために、リーダライタとの通信可能距離を伸ばすことが可能である。
【００１０】
また本発明の半導体装置は、前記反射層が、リーダライタからの電力の受給と、前記リーダライタと前記半導体集積回路との間の信号の送受信を行う電波の反射とを実現するように構成された金属膜であるものを含む。
この構成によれば、金属膜表面の反射特性と、金属膜の導電性とを利用し、電波の反射機能と、配線材料としての機能とを良好に兼ね備えた反射層を備えた半導体装置を得ることができる。
【００１１】
また本発明の半導体装置は、前記反射層が、前記半導体集積回路を保護する保護機能を含むものを含む。
この構成によれば、前記半導体集積回路の保護機能を具備するように、反射層として、緻密で、耐湿性の高い材料を用いることにより、半導体集積回路の信頼性を向上することができる。特に半導体集積回路は金属膜からなる反射層で覆われているため、パッシベーション膜はポリイミド膜などの塗布膜のみでも、十分な耐湿性を確保することができる。従って、この構成により半導体装置の薄型化と低コスト化を実現することができる。
【００１２】
また本発明の半導体装置は、前記反射層が、熱破壊から前記半導体集積回路を保護する保護機能を有するものを含む。
この構成により、反射層の存在によって、半導体集積回路の温度上昇を防止することができる。ここで、反射層として、金、銅などの熱伝導性の良好な金属材料を用いて十分な放熱性を持たせるようにすれば、反射層は大面積をもつため放熱効果も高く、半導体集積回路の温度上昇を良好に防止することができる。
また、半導体集積回路の裏面側に熱伝導性材料を配置し、裏面側からの放熱を促進することができる場合には、表面側に位置する反射層としては熱伝導性の低い材料を用いるようにしてもよい。例えば錫やタリウム、アンチモンなどの熱伝導性の低い膜と導電性の高い（比抵抗の小さい）膜との積層構造としてもよい。また反射層と半導体集積回路との間に樹脂膜などを介在させ熱緩和をはかるようにしてもよい。この場合は、アンテナの温度特性を半導体集積回路からの熱で変化させることなく、高精度のアンテナ特性を維持することができる効果もある。
【００１３】
また本発明の半導体装置は、前記反射層が、単層膜であるものを含む。
この構成により、半導体装置の薄型化を実現することができる。
【００１４】
また本発明の半導体装置は、前記反射層が、複合膜であるものを含む。
この構成により、反射層を構成するに際し、放熱層と、保護層と、導電層と、反射層というように、１つまたは複数の機能を備えた膜を積層して複合膜を構成することにより、膜構成材料の特質を活かし、優れた反射層を形成することができる。
【００１５】
また本発明の半導体装置は、前記分離層が、単層膜であるものを含む。
この構成により、半導体装置の薄型化を実現することができる。
【００１６】
また本発明の半導体装置は、前記分離層が、複合膜であるものを含む。
この構成により、絶縁機能に加え、放熱機能や保護機能をこの分離層に持たせることが可能である。例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との複合膜を用いることにより、絶縁機能に加え、保護機能をもつ分離層を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳述したように、本発明の半導体装置は、半導体集積回路基板とアンテナコイルの間に反射層と分離層を形成することにより、反射層で電波を反射しアンテナの利得を向上すると共に、半導体集積回路の通信可能距離の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明による半導体装置の一実施の形態として構成断面図を示したものである。
【００１９】
本発明の半導体装置１００は、図２および図３に図１のＡ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面を示すように、第１のパッシベーション膜２としての窒化シリコン膜で被覆されたＩＣタグを構成する半導体集積回路（ＩＣ）基板（チップ）１上に、反射層５としての金薄膜と、分離層６としての酸化シリコン膜と窒化シリコンとの２層膜とを介して、銅薄膜パターンで構成されたアンテナコイル３を形成してなるものである。そして、このアンテナコイル３の表面にはさらに酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造膜からなる第２のパッシベーション膜４が形成されている。ここで図１では第２のパッシベーション膜を省略した。
【００２０】
すなわち、この半導体装置を構成する半導体集積回路チップ１は、メモリ領域を含むＩＣタグを構成してなる半導体集積回路を形成したシリコン基板の上層に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とからなるパッシベーション膜２を形成してなるものである。
【００２１】
また、反射層は、金薄膜で構成されている。
そして、分離層は、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜とで構成される。
【００２２】
製造に際しては、通常の半導体プロセスを用いて半導体集積回路を形成する。
そして減圧ＣＶＤ法により窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とからなるパッシベーション膜２を形成したのち、同一チャンバー内で反射層として、金薄膜を形成する。そしてフォトリソグラフィにより形成したマスクを用いて反射層５とパッシベーション膜２とをパターニングし、スルーホールＨを形成する。このときメタルマスクを用いることにより半導体集積回路とのコンタクトを形成する部分の金薄膜を形成しないようにしてもよい。
【００２３】
この後、再度減圧ＣＶＤ法により分離層６として窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを形成する。この後フォトリソグラフィによりコンタクトを形成すべき領域の分離層６を除去する。このとき、スルーホール内壁におよび半導体集積回路基板１表面にも分離層６が形成されるが、異方性エッチングにより軽くエッチングし、スルーホールＨ内に半導体集積回路基板１を露呈させるようにしてもよい。
【００２４】
そして最後に、金などのスパッタリングによる薄膜上に銅めっき層を形成し、これをフォトリソグラフィによりパターニングし、この上層を第２のパッシベーション膜４で被覆する。なおこの構成は銅箔を貼着し、フォトリソグラフィによりアンテナコイル３のパターンを形成する工程に代えてもよい。
【００２５】
このようにしてシリコン基板上にアンテナコイル３が集積化された半導体装置を得ることができる。
なお、アンテナコイルと半導体集積回路との接続のためのコンタクトは図３に示すように形成されているが、図示しない断面で半導体集積回路基板１と反射層５との電気的接続がなされている。
この構成により、リーダライタからアンテナコイル３を介して電波を受ける際、反射層５によってアンテナコイル３から漏れた電波を反射層５が反射し、その反射電波をアンテナコイル３が受信するようにし、これらの信号の総和により半導体集積回路を駆動し、その出力をアンテナコイル３を介してリーダライタに伝えるという動作が極めて微細な半導体装置を用いて可能となる。
【００２６】
なお、製造効率を考慮すると、図４に示すように、半導体ウェハレベルでアンテナコイル３のパターン形成までを行い、必要に応じて第２のパッシベーション膜（図示せず）を形成した後、ダイシングラインＤＣで分割するようにしてもよい。また、ダイシング後にこの半導体装置の表面全体に第２のパッシベーション膜を形成してもよい。
【００２７】
なお、この分離層６としては酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層膜で構成したが、電気的絶縁性や、パッシベーション機能や、寄生容量低減の性能をあわせ持つことができるように、適宜変更可能であり、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の他、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム膜、あるいはこれらの組み合せによる複合膜を用いてもよい。
また、反射層が金層で構成されたり、分離層が酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造膜で構成されたり、パッシベーション性の高い材料で構成されている場合には、半導体集積回路基板表面を覆う第１のパッシベーション膜２としてはポリイミド膜などの樹脂膜を用いてもよい。
【００２８】
（実施の形態２）
なお前記実施の形態１ではＩＣタグについて説明したが、図５に示すようなＩＣカードにも適用可能である。
この場合には、半導体集積回路基板が樹脂製基板１１上に搭載され、アンテナコイル３がこの樹脂製基板表面全体に形成される点が、前記実施の形態１と異なるのみであり、図３に示した断面とほぼ同様の断面構造をもち、半導体集積回路基板１が樹脂製基板１１上に形成された凹部に搭載されており、この第１のパッシベーション膜２の形成された半導体集積回路基板１上に図３に示したのと同様、反射層５、分離層６が半導体集積回路基板１を覆うように形成され、さらにこの上層に樹脂製基板表面に伸長するアンテナコイル３が形成されて、ＩＣカード２００を構成するものとする。図５では省略したが、ＩＣカード２００はラミネートフィルムで表面全体が被覆されている。
この構成によれば、前記実施の形態１のＩＣタグに比べて半導体集積回路に対するアンテナの占有面積が大きく、またその分反射層も大きくとることができ、よりアンテナ利得の向上をはかることができる。
【００２９】
本実施の形態２のＩＣカードによれば、反射層の存在により、半導体集積回路の保護と、電波の反射機能と、配線材料としての機能とを良好に備え、リーダライタからの電力の受給とリーダライタとの間での信号の送受信とを良好に行なうことのできるＩＣカードの形成が可能となる。
【００３０】
製造に際しては、半導体集積回路基板を搭載すべき凹部を有する樹脂製基板１１を用意し、この樹脂製基板上に半導体集積回路基板１を搭載し、後は前記実施の形態１と同様に反射層の形成、分離層の形成、アンテナコイルの形成を行なうが、これら反射層５、分離層６、アンテナコイル３は樹脂製基板表面全体まで伸長させるようにする。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上説明してきたように、本発明の半導体装置は、ＩＣタグやＩＣカードなど、電波を用いて給電や通信を行う半導体装置すべてに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１の半導体装置を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１の半導体装置を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１の半導体装置の製造工程を示す説明図
【図５】本発明の実施の形態２の半導体装置を示す斜視図
【図６】従来例の半導体装置を示す斜視図
【図７】従来例の半導体装置を示す斜視図
【図８】従来例の半導体装置を示す断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  ＩＣチップ
２  第１のパッシベーション膜
３  アンテナコイル
４  第２のパッシベーション膜
５  反射層
６  分離層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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