(57)【要約】【課題】アンテナ回路の形成後においても、アンテナ特性や使用周波数の、設計値への調整を可能とした半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１０は、少なくとも一面に電極を備えた半導体基板と、該基板の一面を覆うように設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられ、前記電極と電気的に接続された導電部１２と、を備え、前記導電部は、アンテナ回路として機能する第一の部位１２ａと、アンテナ長調整用配線として機能する第二の部位１２ｂとから構成され、前記第一の部位と前記第二の部位は、これらと別体をなす部材１２ｃにより電気的に接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一面に電極を備えた半導体基板と、
該基板の一面を覆うように設けられた絶縁樹脂層と、
前記絶縁樹脂層上に設けられ、前記電極と電気的に接続された導電部と、を備えた半導体装置であって、
前記導電部は、アンテナ回路として機能する第一の部位と、アンテナ長調整用配線として機能する第二の部位とから構成され、
前記第一の部位と前記第二の部位は、これらと別体をなす部材により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２】
前記部材が、前記第一の部位および前記第二の部位とそれぞれ接続される位置は、所望の共振周波数を得る条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記部材は、ワイヤボンドであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ワイヤボンドは、前記導電部と同一の材料からなることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第二の部位は、所定形状の配線パターンを複数接続したものであり、前記配線パターンは、一定の周波数調整分となっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
少なくとも一面に電極を備えた半導体基板の一面を覆うように絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記絶縁樹脂層上に、前記電極と電気的に接続され、アンテナ回路として機能する第一の部位と、アンテナ長調整用配線として機能する第二の部位とから構成される導電部を形成する工程と、
前記アンテナ回路のアンテナ特性を測定する工程と、
前記測定結果に応じて、前記第一の部位および第二の部位のそれぞれにおける所定の位置をワイヤボンドを用いて電気的に接続する工程と、を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触ＩＣタグ用の小型アンテナ回路を備えた半導体装置およびその製造方法に関し、特に製造後におけるアンテナ特性の調整を容易にするものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを搭載した無線認証用の非接触タグは、その扱えるデータの量や種類、処理速度などの観点から、セキュリティ部門や物流部門等の分野において先行して普及しつつある。無線認証用のタグはＩＤデータを記憶し電力により駆動するＩＣチップと、質問機から送信される電波を受信しＩＣ駆動用電力へと変換するとともに、ＩＣチップ内のデータを返信する役割をもつアンテナからなる。これらは本来ＩＣチップとアンテナの接続部を接続する工程を経て非接触タグとなっていたが、半導体チップ上にウエハレベル−チップスケールパッケージ（以下、ＷＬ−ＣＳＰと称する。）技術を用いてアンテナを直接形成する（オンチップアンテナ）開発が活発に行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このオンチップアンテナは、ＩＣチップサイズがタグのサイズとなるのでタグの小型化が可能になり、またアンテナ形成時にＩＣチップとアンテナの接続が確立されるため別途接続工程を必要とせず、また実装信頼性に優れる等の利点を有する。
【０００４】
従来、このオンチップアンテナは設計時にシミュレータ等を用いて特性値の解析を行い、使用周波数領域において損失を最小にして動作するように設計を行うが、その際に、シミュレータの精度や実際に作製するプロセスの精度等の影響により目標とする特性値が得られない場合や特性周波数のシフト等が生じる場合があった。これらは既存のアンテナ製造技術においては、アンテナ配線長を調整することで特性値を変化させて目標値へ近づけることが可能であるが、オンチップアンテナはＷＬ−ＣＳＰ技術の微細構造を採用しているので配線形成後のアンテナ配線長の切断等による調整は困難であり、またＩＣはオンチップアンテナとともに封止されてしまうのでＩＣ側のトリミングによるアンテナ特性の調整も困難となる。このため、使用周波数において動作するオンチップアンテナの歩留まりが低下する等の欠点があった。
【特許文献１】特開２００２−８３８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、アンテナ回路の形成後においても、アンテナ特性や使用周波数の、設計値への調整を可能とした半導体装置およびその製造方法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】
【０００６】
本発明の請求項１に記載の半導体装置は、少なくとも一面に電極を備えた半導体基板と、該基板の一面を覆うように設けられた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層上に設けられ、前記電極と電気的に接続された導電部と、を備え、前記導電部は、アンテナ回路として機能する第一の部位と、アンテナ長調整用配線として機能する第二の部位とから構成され、前記第一の部位と前記第二の部位は、これらと別体をなす部材により電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の半導体装置は、請求項１において、前記部材が、前記第一の部位および前記第二の部位とそれぞれ接続される位置は、所望の共振周波数を得る条件を満たすことを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の半導体装置は、請求項２において、前記部材は、ワイヤボンドであることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の半導体装置は、請求項３において、前記ワイヤボンドは、前記導電部と同一の材料からなることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の半導体装置は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第二の部位は、所定形状の配線パターンを複数接続したものであり、前記配線パターンは、一定の周波数調整分となっていることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の半導体装置の製造方法は、少なくとも一面に電極を備えた半導体基板の一面を覆うように絶縁樹脂層を形成する工程と、前記絶縁樹脂層上に、前記電極と電気的に接続され、アンテナ回路として機能する第一の部位と、アンテナ長調整用配線として機能する第二の部位とから構成される導電部を形成する工程と、前記アンテナ回路のアンテナ特性を測定する工程と、前記測定結果に応じて、前記第一の部位および第二の部位のそれぞれにおける所定の位置をワイヤボンドを用いて電気的に接続する工程と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、アンテナ回路形成後に、アンテナ周波数特性を測定し、その結果に応じて、アンテナ回路と、該アンテナ回路近傍に配されたアンテナ長調整用配線とを電気的に接続している。これにより、アンテナ特性や使用周波数の調整を行うことができる。その結果、所定のアンテナ特性を備える半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図であり、図２は、図１に示す半導体装置の平面図である。なお、図１は図２に示した線分α−αにおける断面を表す。
この半導体装置１０においては、集積回路（図示略）が形成された半導体基板１の表面に集積回路（ＩＣ、図示略）の電極２およびパッシベーション膜３が形成されている。
さらにこの半導体装置１０は、半導体基板１のパッシベーション膜３上に設けられた絶縁樹脂層１１と、この絶縁樹脂層１１の上に設けられた導電層１２と、導電層１２を覆うように設けられた封止樹脂層１３とを有する。導電層１２は、図２に示すように、アンテナ回路本体をなす第一の導電部１２ａと、アンテナ長調整用配線をなす第二の導電部１２ｂとを有する。
そして本発明の半導体装置では、前記第一の導電部（第一の部位を指す）１２ａと前記第二の導電部（第二の部位を指す）１２ｂとは、これらと別体をなす部材により電気的に接続されている。
【００１０】
以上のように構成された半導体装置では、導電層の形成後に、第一の導電部１２ａの所定の位置と、第二の導電部１２ｂと所定の位置とを電気的に接続して（短絡させて）アンテナ回路の周波数特性を測定し、その結果から、所望の共振周波数を得る条件において、第一の導電部１２ａの所定の位置と、第二の導電部１２ｂの所定の位置とを、これらと別体をなす部材（ワイヤボンド１２ｃ）により電気的に接続することで、ひとつのアンテナを構成する。これにより適切な共振周波数をもつアンテナを備えた半導体装置を提供することができる。
【００１１】
このように、本実施形態の半導体装置は、インピーダンス調整用のアンテナ長調整用配線を予め設けておくことによって、個々のアンテナ特性に応じて、アンテナ長調整用配線の所定の位置と電気的に接続することで、アンテナ回路のアンテナ長を調整することができ、共振周波数の適切な調整を可能としたものである。
【００１２】
したがって、本発明の半導体装置は、キャパシタやインダクタンスによらずアンテナ長の調整のみで、ＩＣチップの小型化や低コスト化を図りつつ、所望の共振周波数を得ることができるものである。しかも、その作業性は容易なものである。
【００１３】
半導体基板１は、少なくとも表層が絶縁部（図示略）をなす基材１ａの一面上に、例えば電極２としてＡｌパッドを設け、さらにその上にＳｉＮまたはＳｉＯ２  等のパッシベーション膜３（不動態化による絶縁膜）を形成してなるものである。このパッシベーション膜３には、電極２と整合する位置に開口部３ａが設けられており、この開口部３ａを通して電極２が露出されている。パッシベーション膜３は、例えばＬＰ−ＣＶＤ法等により形成することができ、その膜厚は例えば０．１〜０．５μｍである。
【００１４】
半導体基板１は、シリコンウエハ等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。半導体基板１が半導体チップである場合は、まず、半導体ウエハの上に、各種半導体素子やＩＣ、誘導素子等を複数組、形成した後、チップ寸法に切断することで複数の半導体チップを得ることができる。
【００１５】
絶縁樹脂層１１は、各電極２と整合する位置に形成された開口部１１ａを有する。絶縁樹脂層１１は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなり、その厚さは例えば１〜３０μｍである。
絶縁樹脂層１１は、例えば回転塗布法、印刷法、ラミネート法などにより形成することができる。また開口部１１ａは、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより形成することができる。
【００１６】
導電層１２は、アンテナ回路本体をなす第一の導電部１２ａと、アンテナ長調整用配線をなす第二の導電部１２ｂとを有する。
第一の導電部１２ａは、アンテナ回路の主体をなす配線である。第一の導電部１２ａの一端は、絶縁樹脂層１１の開口部１１ａを貫通して、半導体基板上に設けられたＩＣ素子の電極２Ａと電気的に接続されている。第一の導電部１２ａの他端は、第二の導電部１２ｂの近傍に配置されている。
【００１７】
アンテナ回路のパターンは、スパイラル、もしくはメアンダ形状であり（図２ではスパイラル形状の例を示している。）、その配線長は、アンテナ周囲の絶縁層の持つ実効誘電率、および実効透磁率による波長短縮の効果を考慮した波長の１／２および１／４倍と同じかそれよりも短くなっている。
【００１８】
第一の導電部１２ａの材料としては、例えばＣｕ等が用いられ、その厚さは例えば１〜２０μｍである。これにより十分な導電性が得られる。第一の導電部１２ａは、例えば、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または２つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
【００１９】
第二の導電部１２ｂは、前記アンテナ回路の長さを調整するアンテナ長調整用配線であり、その一端は、絶縁樹脂層１１の開口部１１ｂを貫通して、前記第一の導電部１２ａに接続された電極２Ａと対を成すもう一方の電極２Ｂと電気的に接続されている。なお、この電極２Ｂ、および開口部１１ｂは図示されていないが、図において奥行き方向に有する。
【００２０】
第二の導電部１２ｂの材料としては、例えばＣｕ等が用いられ、その厚さは例えば１〜２０μｍである。これにより十分な導電性が得られる。第二の導電部１２ｂは、例えば、電解銅めっき法等のめっき法、スパッタリング法、蒸着法、または２つ以上の方法の組み合わせにより形成することができる。
【００２１】
上述したように、前記第一の導電部１２ａと、前記第二の導電部１２ｂとは、所望の共振周波数を得る位置においてワイヤボンド１２ｃにより電気的に接続されており、これによりひとつのアンテナを構成している。
【００２２】
また、第一の導電部１２ａと第二の導電部１２ｂとの電気的接続がワイヤボンド１２ｃにより行われていることで、接続部位における信号の反射を抑制することができる。
また、前記ワイヤボンド１２ｃは、前記第一の導電部１２ａおよび第二の導電部１２ｂと同一の材料からなることが好ましい。これにより、接続部位における信号の反射をより確実に抑制することができる。
【００２３】
なお、第一の導電部１２ａと第二の導電部１２ｂとの電気的接続は、ワイヤボンドに限定されず、例えばリボンワイヤボンド等でもよい。ワイヤボンドよりリボンワイヤボンドのほうが断面積が大きいため、純抵抗を低くすることが可能となる。
また、第一の導電部１２ａと第二の導電部１２ｂとの接続は、電気的に接続可能であり低抵抗なものであれば、ボンディングに限定されず、例えばスパッタメタルやメタルペースト、めっきなどでもよい。
【００２４】
封止樹脂層１３は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなり、その厚さは例えば１０〜１５μｍである。封止樹脂層１３には、外部への端子を出力するための開口部（図示略）が設けられる。
【００２５】
次に、図１および図２に示す半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、集積回路（図示略）、電極２Ａ，２Ｂおよびパッシベーション膜３を有する半導体基板１を用意する。この半導体基板１は、上述したように、基材１ａの一面上に電極２とパッシベーション膜３が形成されており、パッシベーション膜３には、電極２Ａと整合する位置に開口部３ａが設けられた半導体ウエハである。パッシベーション膜３は例えばＬＰ−ＣＶＤ等により形成され、その膜厚は例えば０．１〜０，５μｍである。
【００２６】
次いで、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１のパッシベーション膜３の上に、開口部１１ａを有する絶縁樹脂層１１を形成する。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。
このような絶縁樹脂層１１は、例えば上記樹脂からなる膜を例えば回転塗布法、印刷法、ラミネート法などによって半導体基板１の全面に成膜した後、例えばフォトリソグラフィ技術を利用したパターニングなどにより、電極２と整合する位置に開口部１１ａを形成することによって形成することができる。また、図示していないが、アンテナ長調整用配線の一端と接続される電極２Ｂ、及び開口部１１ｂも同一の工程で形成することができる。
【００２７】
次いで、図３（ｃ）および図４に示すように、絶縁樹脂層１１上に導電層１２を形成する。その厚さは、例えば１〜２０μｍである。導電層１２は、第一の導電部１２ａと第二の導電部１２ｂとを備えるが、この段階では、第一の導電部１２ａと第二の導電部１２ｂとはまだ接続されていない。
この導電層１２を所定の領域に形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下に示す方法を用いることができる。
【００２８】
ここで、導電層１２を形成する好適な方法の一例について説明する。
まず、スパッタリング法等により、電解めっき用の薄いシード層（図示略）を絶縁樹脂層１１上の全面または必要な領域に形成する。シード層は、例えばスパッタリング法により形成されたＣｕ層およびＣｒ層からなる積層体、またはＣｕ層およびＴｉ層からなる積層体である。また、無電解Ｃｕめっき層でもよいし、蒸着法、塗布法または化学気相成長法（ＣＶＤ）等により形成された金属薄膜層であってもよいし、上記の金属層形成方法を組み合わせてもよい。
【００２９】
次に、シード層の上に、電解めっき用のレジスト膜（図示略）を形成する。このレジスト膜には導電層１２の形成すべき領域に開口部を設け、該開口部において、前記シード層を露出させておく。レジスト膜は、例えば、フォトリソグラフィ技術によるパターニング、フィルムレジストをラミネートする方法、液体レジストを回転塗布する方法等により形成することができる。
【００３０】
そして、前記レジスト膜をマスクとして露出したシード層上に、電解めっき法等により、Ｃｕ等から構成された導電層１２を形成する。このように、所望の領域に導電層１２が形成された後、不要なレジスト膜およびシード層はエッチングにより除去し、導電層１２が形成された領域以外の部分では絶縁樹脂層１１が露出されるようにする（図３（ｃ）参照）。
【００３１】
その後、アンテナ特性や使用周波数を測定し、評価するとともに、所望の共振周波数を得る条件において、第一の導電部１２ａの所定の位置と、第二の導電部１２ｂの所定の位置とを、ワイヤボンド１２ｃにより電気的に接続する。
【００３２】
具体的には、図４において、アンテナ回路１２ａと前記アンテナ長調整用配線１２ｂとの間に、例えば非磁性プローバ等を接触させることで電気的に短絡させ、アンテナ特性や使用周波数を測定し、評価する。測定の結果、アンテナ配線長を延長したほうが良い場合は、図中矢印Ａ方向へ、アンテナ配線長を縮小した場合が良い場合は矢印Ｂ方向へ短絡部を移動させてから、アンテナ特性を測定する。
【００３３】
封止樹脂の影響も考慮した目標値（設計値）を満足するまで、必要に応じて測定と短絡部の移動を繰り返し、目標値を満足する箇所で、図２に示すようにアンテナ回路１２ａと前記アンテナ長調整用配線１２ｂとをワイヤボンド１２ｃを用いて接続し、電気的短絡を固定する。ワイヤボンドを用いる場合は、接続に用いる総ワイヤ長やループの形状をワイヤボンダのメモリ機能を用いて一定とすることで、ワイヤボンドによる影響を制御することが可能となる。
【００３４】
このように第一の導電部１２ａと第二の導電部１２ｂとをワイヤボンディングにより電気的に接続することで、ＷＬ−ＣＳＰによる微細配線構造や下地のＩＣを破壊、変形することなくアンテナを調整可能となる。
【００３５】
そして、図３（ｄ）に示すように、導電層１２上に、絶縁性の封止樹脂層１３を形成する。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。
このような封止樹脂層１３は、例えば、感光性ポリイミド樹脂等の感光性樹脂をフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって形成することができる。なお、封止樹脂層１３の形成方法は、この方法に限定されるものではない。
【００３６】
以上のようにして得られる半導体装置は、アンテナ回路形成後に、アンテナ特性が設計目標値を満たす条件で、アンテナ回路１２ａと前記アンテナ長調整用配線１２ｂとを電気的に接続しているので、アンテナ特性の調整を行うことができる。その結果、この半導体装置は、当初の設計値通りのアンテナ特性を備えたものとなる。
【００３７】
このようにアンテナの微調整をすることで、シミュレーション精度やプロセス精度が高くなくとも、アンテナの特性が目標値（設計値）を満たすことが可能となるので、不良品を動作可能とし、歩留まりを向上することができる。また、今後ＩＣの小型化に伴ってアンテナ面積や構造も縮小し、プロセス精度の困難さが増したとしてもアンテナの動作を確立可能とすることができる。
【００３８】
また、配線間の接続する導体の長さが一定であっても、接続する箇所によって総配線長を連続的且つ幅広く変化させることが可能であり、結果としてアンテナ特性を任意の周波数に合わせることが可能となる。
＜第二実施形態＞
【００３９】
以下、本発明の第二の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図５は、本実施形態の半導体装置の一例を示す断面図であり、図６は、図５に示す半導体装置の平面図である。なお、図５は図６に示した線分β−βにおける断面を表す。
なお、図５および図６において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を付し、共通部分の詳細な説明を省略する。
【００４１】
この半導体装置２０は、半導体基板１上に設けられた絶縁樹脂層２１と、この絶縁樹脂層２１の上に設けられた導電層２２と、導電層２２を覆うように設けられた封止樹脂層２３とを有する。
【００４２】
導電層２２は、図６に示すように、アンテナ回路本体をなす第一の導電部２２ａと、アンテナ長調整用配線をなす第二の導電部２２ｂとを有し、所望の共振周波数を得る条件において、第一の導電部２２ａの所定の位置と、第二の導電部２２ｂの所定の位置とが、ワイヤボンド２２ｃにより電気的に接続されている。
【００４３】
そしてこの半導体装置２０においては、図６に示すように、第二の導電部２２ｂが、所定形状の配線パターン２２ｄを複数（図では３つ）接続した形状とされており、前期配線パターン２２ｄの一つ分が、アンテナ長調整において、一定の周波数調整分となっている。これにより、アンテナ長調整において、第一の導電部２２ａと、第二の導電部２２ｂとの接続位置を容易に特定することができる。
【００４４】
このように第二の導電部の形状を変えることで、チップサイズを犠牲にすることなく、広範囲におけるアンテナ長調整が可能となる。
また、図６では、第二の導電部２２ｂにおける複数の配線パターン２２ｄが、同一形状である場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、異なる形状のものが混在していても良い。また、配線パターン２２ｄの形状も、図６に示した形状に限定されるものではなく、他の形状としてもよい。
【００４５】
以上、本発明の半導体装置について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【００４６】
例えば、ボンディングワイヤの形状をコントロールすることで、配線長だけでなく、寄生容量やインダクタンスを調整することが可能である。
【００４７】
ここで図に例示した以外でも、配線幅ほどの長さの導体を用いて配線間を繋ぐことにより、半導体基板上の総電気長を連続的にかつ幅広く調整可能である配線の設計であれば自由な調整が可能である。
【００４８】
また、本発明はアンテナ特性や使用周波数の調整だけでなく、同構造を採用した受動素子（例えばインダクタ、キャパシタや抵抗素子）や、同構造を採用した受動素子を複数組み合わせた装置の特性値や使用周波数の調整にも用いることが可能である。
【００４９】
また、図では、半導体基板上のアンテナ回路１つに対応する部分のみを図示したが、本発明は、複数のアンテナ回路を備えた半導体装置に適用することもできる。また、図示しないが、本発明の半導体装置には、封止樹脂層の上に、必要に応じて、バンプ等の外部への出力端子等の構造物を付加することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、アンテナ回路を有する各種半導体装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置において、第一の部位と第二の部位が電気的に接続された後の状態を示す平面図である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。
【図４】図１の半導体装置において、第一の部位と第二の部位が電気的に接続される前の状態を示す平面図である。
【図５】本発明の半導体装置の他の一例を示す断面図である。
【図６】図３に示す半導体装置の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  半導体基板、２Ａ、２Ｂ  電極、３  パッシベーション膜、１０  半導体装置、１１  絶縁樹脂層、１２  導電層、１２ａ  第一の部位（第一の導電部、アンテナ回路）、１２ｂ  第二の部位（第二の導電部、アンテナ長調整用配線）、１２ｃ  部材（ワイヤボンド）、１３  封止樹脂層。
【図１】
2007189498.tif 000003
【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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