(57)【要約】【課題】オンチップアンテナを備えた半導体装置において、アンテナ感度を向上させ、通信距離を長くすることが可能な半導体装置を提供すること。【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２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第一の磁性体１１と、前記第一の磁性体上に設けられた第一の絶縁樹脂層１２と、前記第一の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第一の導電部１３と、前記第一の導電部上に設けられた第二の絶縁樹脂層１４と、前記第二の絶縁樹脂層上に設けられた第二の導電部１５と、を備え、前記第一の導電部と前記第二の導電部とは電気的に接続されており、アンテナ回路１５ａを構成していることを特徴とする。【選択図】図１
2007189499.tif 000002
【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第一の磁性体と、
前記第一の磁性体上に設けられた第一の絶縁樹脂層と、
前記第一の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第一の導電部と、
前記第一の導電部上に設けられた第二の絶縁樹脂層と、
前記第二の絶縁樹脂層上に設けられた第二の導電部と、を備えた半導体装置であって、
前記第一の導電部と前記第二の導電部とは電気的に接続されており、アンテナ回路を構成していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記アンテナ回路は、略同一パターンからなる周回部を複数備え、各周回部が順にずれて配置され、スパイラル形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記アンテナ回路は、前記スパイラル形状の最内周を構成する前記第二の導電部より内側の領域に、第二の磁性体を配してな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】
前記第一の磁性体と前記第二の磁性体とは、互いに重なる位置に配されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハ等の半導体基板上に小型アンテナ回路を備えた半導体装置に関し、特にアンテナ感度を向上させ、通信距離を長くした半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣチップと無線通信用のアンテナコイルを有し、このアンテナコイルによって信号の送受信を行う半導体モジュールが提案されている。この半導体モジュールは、ＲＦ−ＩＤと呼ばれる無線認証システムで、ＩＣチップによる高い情報処理能力を有し、また非接触で信号の読み取りや書き込みができる。このため近年では、アクセスコントロール、電子マネー、偽造防止技術や物流などの分野で普及が進んでいる。このような半導体モジュールは、一般にＩＣチップが設けられた絶縁基板上の同一面内に渦巻状アンテナコイルが形成されたものであり、カード型、タグ型、コイン型などがある。また、さらなる半導体モジュールの小型化、低価格化のため、電極が設けられたＩＣチップ上の同一面かつ直上に半導体プロセスを応用してアンテナコイルが形成されたオンチップアンテナも提案されている。
【０００３】
上記のような従来のオンチップアンテナ技術は、１３．５６ＭＨｚ等の動作周波数にて、リーダライタとオンチップアンテナ間の誘導結合により動作するタイプのアンテナである。前記動作方式のアンテナでは、アンテナの開口面積に依存してアンテナの通信距離が決定するため、ＩＣチップ上のような微小面積上に形成しても、その通信距離は非常に短く、接触レベルもしくは１〜２ｍｍといった距離でないとデータの送受信、読み取りができないといった問題があった。これらの結果として、従来の技術のオンチップアンテナは通信距離の短さ故、使用用途が限定されてしまっており、普及が停滞している。
【特許文献１】特許第３３４７１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、オンチップアンテナを備えた半導体装置において、アンテナ感度を向上させ、通信距離を長くすることが可能な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】
【０００５】
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第一の磁性体と、前記第一の磁性体上に設けられた第一の絶縁樹脂層と、前記第一の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第一の導電部と、前記第一の導電部上に設けられた第二の絶縁樹脂層と、前記第二の絶縁樹脂層上に設けられた第二の導電部と、を備え、前記第一の導電部と前記第二の導電部とは電気的に接続されており、アンテナ回路を構成し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、前記アンテナ回路は、略同一パターンからなる周回部を複数備え、各周回部が順にずれて配置され、スパイラル形状をなしていることを特徴とする。
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、前記アンテナ回路は、前記スパイラル形状の最内周を構成する前記第二の導電部より内側の領域に、第二の磁性体を配してな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、前記第一の磁性体と前記第二の磁性体とは、互いに重なる位置に配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体装置では、半導体基板上に磁性体（第一の磁性体）を設けることで、集磁効果を高めることができ、これによりアンテナ感度を向上、通信距離を長くすることができる。さらに、スパイラル形状を有するアンテナ回路の最内周より内側にあたる部分に磁性体（第二の磁性体）を設けることで、上記効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
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上に設けられた第一の磁性体１１と、この第一の磁性体１１上に設けられた第一の絶縁樹脂層１２と、第一の絶縁樹脂層１２の上に設けられた第一の導電部１３と、第一の絶縁樹脂層１２および第一の導電部１３上に設けられた第二の絶縁樹脂層１４と、第二の絶縁樹脂層１４上に設けられた第二の導電部１５と、第二の磁性体１６と、を有する。
【０００９】
この半導体装置１０では、前記第一の導電部１３と前記第二の導電部１５とは電気的に接続されている。第二の導電部１５は、アンテナ回路１５ａを有しており、該アンテナ回路は、図２に示すように、略同一パターンからなる周回部を複数備え、各周回部が順にずれて配置され、スパイラル形状をなしている。
なお、図１ではアンテナ回路１５ａが２つ（２周分）しか図示されていないが、実際には図２に示すように、周回部は複数、設けられる。その際、周回部の数には特に限定はなく、周回部の長さや応答すべき共振周波数、応答感度などによって適宜決定される。
【００１０】
そして本発明の半導体装置１０では、第一の磁性体１１と第二の磁性体１６とが配されていることにより、前記アンテナ回路１５ａのアンテナ感度を向上させることができる。
特に、前記アンテナ回路１５ａにおいて、前記スパイラル形状の最内周を構成する第二の導電部より内側の領域に、前記第二の磁性体が配されていることが好ましい。スパイラル形状をなすアンテナ回路１５ａの内側の部分に第二の磁性体１６が配されることにより、より集磁効果が高まり、さらにアンテナ感度を高めることができる。
【００１１】
また、前記第一の磁性体１１と前記第二の磁性体１６とは、互いに重なる位置に配されていることが好ましい。第一の磁性体１１と第二の磁性体１６とを重なる位置に配することで、より集磁効果が高まり、さらにアンテナ感度を高めることができる。さらに、前記第一の磁性体１１と前記第二の磁性体１６とは連接されていることがより好ましい。これによりさらなる感度向上が期待できる。
【００１２】
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。
ここでは、第二の導電部１５を、集積回路と電気的に接続するための電極２が、半導体基板１の表面の２箇所（図では１箇所のみ表示）に設けられている。
【００１３】
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。
【００１４】
第一の磁性体１１は、電極２と整合する位置に形成された開口部１１ａを有する。第一の磁性体１１は、例えばＮｉＺｎ系のフェライトや、ＣｏＮｂＺｒ等のアモルファス金属、ＮｉＦｅ（パーマロイ）等の強磁性金属等からなり、その厚さは例えば１〜１０μｍである。
【００１５】
第一の磁性体１１は、例えばめっき法、スパッタ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やリフトオフ法などにより形成することができる。
【００１６】
第一の絶縁樹脂層１２は、電極２と整合する位置に形成された開口部１２ａと、後述する第二の磁性体が設けられる位置に形成された開口部１２ｂとを有する。第一の絶縁樹脂層１２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。
【００１７】
第一の絶縁樹脂層１２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１２ａ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。
【００１８】
第一の導電部１３は、電極２とアンテナ回路１５ａとを電気的に接続する再配線部（アンダーパス）である。第一の導電部１３の一端部は、開口部１２ａを介して第一の絶縁樹脂層１２を貫通し、電極２と電気的に接続されている。また、第一の導電部１２の他端部は、開口部１４ａと整合する位置まで延びている。
【００１９】
第一の導電部１３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１３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。
【００２０】
第二の絶縁樹脂層１４は、半導体基板１の表面に沿う位置が開口部１２ａとは異なる位置に開口した開口部１４ａを有する。この開口部１４ａは、第二の導電部１５の一端部に整合する位置に形成されている。また、後述する第二の磁性体１６が設けられる位置に形成された開口部１４ｂを有する。
【００２１】
第二の絶縁樹脂層１４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。第二の絶縁樹脂層１４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１４ａ，１４ｂ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。
【００２２】
第二の導電部１５は、アンテナ回路１５ａを有する。前記アンテナ回路１５ａは、図２に示すように、略同一パターンからなる周回部を複数備え、各周回部が順にずれて配置され、スパイラル形状をなしている。第二の導電部１５の一端部は、開口部１４ａを介して第二の絶縁樹脂層１４を貫通しており、第一の導電部１３の端部と接続されている。
【００２３】
第二の導電部１５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１５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。
【００２４】
第二の磁性体１６は、前記アンテナ回路のスパイラル形状の最内周より内側の領域に、開口部１２ｂおよび開口部１４ａを介して第一の絶縁樹脂層１２および第二の絶縁樹脂層１４を貫通して配されている。
【００２５】
第二の磁性体１６の材料としては、例えばＮｉＺｎ系のフェライトや、ＣｏＮｂＺｒ等のアモルファス金属、ＮｉＦｅ（パーマロイ）等の強磁性金属を用いることができる。特にＮｉＺｎ系のフェライトペーストが好ましい。その厚さは、例えば１０〜５０μｍである。第二の磁性体１６は、マスクを用いた印刷法により好ましく形成されるが、これに限定されずめっき法、スパッタ法等でもよい。
【００２６】
なお、第二の導電部１５上に、封止樹脂層（図示略）が設けられていてもよい。封止樹脂層は、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。封止樹脂層には、外部への端子を出力するための開口部が設けられる。また、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。
【００２７】
次に、図１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２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２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。
【００２８】
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を有する第一の磁性体１１を形成する。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。
このような第一の磁性体１１は、例えば上記磁性体材料からなる膜を例えばめっき法、スパッタ法などによってパッシベーション膜３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。
【００２９】
次いで、図３（ｃ）に示すように、第一の磁性体１１上に、開口部１２ａ，１２ｂを有する第一の絶縁樹脂層１２を形成する。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。
このような第一の絶縁樹脂層１２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第一の磁性体１１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１２ａ、第二の磁性体１６が設けられる位置（スパイラル形状をなすアンテナ回路の最内周よりも内側の領域）に開口部１２ｂを形成することによって形成することができる。
【００３０】
次いで、図３（ｄ）に示すように、第一の絶縁樹脂層１２の上であって、半導体基板１上の電極２に整合する位置に第一の導電部１３を形成する。その厚さは、例えば１〜２０μｍであるこの第一の導電部１３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、例えば以下に示すような方法を用いることができる。
【００３１】
ここで、第一の導電部１３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）を第一の絶縁樹脂層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法）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。
【００３２】
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第一の導電部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。
【００３３】
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等から構成された第一の導電部１３を形成する。このように、所望の領域に第一の導電部１３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、第一の導電部１３が形成された領域以外の部分では第一の絶縁樹脂層１２が露出されるようにする［図３（ｄ）参照］。
【００３４】
次に、図３（ｅ）に示すように、第一の導電部１３上に、開口部を有する第二の絶縁樹脂層１４を形成する。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。
このような第二の絶縁樹脂層１４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、第一の導電部１３と第二の導電部１５を電気的に接続するパッドに整合する位置に開口部１４ａを形成し、第二の磁性体１６が設けられる位置（スパイラル形状をなすアンテナ回路の最内周よりも内側の領域）に開口部１４ｂを形成することによって形成することができる。
【００３５】
次いで、図３（ｆ）に示すように、第二の絶縁樹脂層１４の上に、スパイラル形状をなすアンテナ回路１５ａを有する第二の導電部１５を形成する。その厚さは、例えば１〜２０μｍである。
第二の導電部１５を所定の領域に設ける方法は、第一の導電部１３を設ける方法とほぼ同様に行うことができるので、詳しい説明は省略する。
【００３６】
次いで、図３（ｇ）に示すように、スパイラル形状をなすアンテナ回路の最内周よりも内側の領域に、開口部１２ｂ．１４ｂを介して第１の第一の絶縁樹脂層１２および第二の絶縁樹脂層１４を貫通して第二の磁性体１６を形成する。その厚さは、例えば１０〜５０μｍである。第二の磁性体１６は、マスクを用いた印刷法により好ましく形成されるが、これに限定されずめっき法、スパッタ法等でもよい。
【００３７】
第二の磁性体１６の形成後、前記アンテナ回路などの各種構造物が形成された半導体ウエハを所定の寸法にダイシングすることにより、前記アンテナ回路がパッケージ化された半導体チップを得ることができる。
なお、第二の導電部１５上に封止樹脂層（図示略）を形成する場合、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、所望の位置に開口部を有する封止樹脂層を形成することができる。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。なお、封止樹脂層の形成方法は、この方法に限定されるものではない。
【００３８】
以上のようにして得られる半導体装置では、半導体基板上に磁性体（第一の磁性体）が設けられ、さらに、スパイラル形状を有するアンテナ回路の最内周より内側にあたる部分に磁性体（第二の磁性体）が設けられているので、集磁効果を高めることができる。その結果、アンテナ感度が向上し、通信距離を長くすることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
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】
【００４２】
【図１】本発明に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の平面図である。
【図３】図１に示した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。
【符号の説明】
【００４３】
１  半導体基板、２  電極、３  パッシベーション膜、１０  半導体装置、１１  第一の磁性体、１２  第一の絶縁樹脂層、１３  第一の導電部、１４  第二の絶縁樹脂層、１５  第二の導電部、１５ａ  アンテナ回路、１６  第二の磁性体。
【図１】
2007189499.tif 000003
【図２】
2007189499.tif 000004
【図３】
2007189499.tif 000005