(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こと。【解決手段】本発明の半導体装置は、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、前記導部および前記絶縁樹脂層を覆うように設けられた誘電体層と、を備え、前記導電部の一部はアンテナ回路として機能する部位を構成し、前記誘電体層の少なくともアンテナ回路の近傍に、局所的な凹部が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記導部および前記絶縁樹脂層を覆うように設けられた誘電体層と、を備えた半導体装置であって、
前記導電部の一部はアンテナ回路として機能する部位を構成し、前記誘電体層の少なくともアンテナ回路の近傍に、局所的な凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記誘電体層上に、少なくとも前記凹部を満たすように封止樹脂層が設けられ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】
前記凹部は、前記誘電体層の上面に一様に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
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、一部はアンテナ回路として機能する部位を構成する導電部を形成する工程と、
前記導電部および前記絶縁樹脂層を覆うように誘電体層を形成する工程と、
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、前記誘電体層の少なくともアンテナ回路の近傍に、局所的な凹部を形成する工程と、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。
【請求項５】
前記凹部の形成を、非接触手段によって行うことを特徴とする請求項４記載の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から普及が進んでいる。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）。
【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優れた点が有る。また、小型化の観点より、高誘電材料を配線材料の周りに用いてアンテナサイズの縮小を目的とした開発も行われている(例えば、特許文献２)。
【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、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ことや特性周波数のシフト等がおこる。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る。
【特許文献１】特開２００２−８３８９４号公報
【特許文献２】特開平９−３６６３９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、前記導部および前記絶縁樹脂層を覆うように設けられた誘電体層とを備え、前記導電部の一部はアンテナ回路として機能する部位を構成し、前記誘電体層の少なくともアンテナ回路の近傍に、局所的な凹部が形成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、前記誘電体層上に、少なくとも前記凹部を満たすように封止樹脂層が設けられ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１または２において、前記凹部は、前記誘電体層の上面に一様に形成されてい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、一部はアンテナ回路として機能する部位を構成する導電部を形成する工程と、前記導電部および前記絶縁樹脂層を覆うように誘電体層を形成する工程と、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、前記誘電体層の少なくともアンテナ回路の近傍に、局所的な凹部を形成する工程と、を少なくとも備え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の製造方法は、請求項４において、前記凹部の形成を、非接触手段によって行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、アンテナ回路形成後に、アンテナ特性を測定し、その結果に応じて、回路近傍にある誘電体層に凹部を形成している。これにより、アンテナ回路の波長短縮効果の割合を調整して、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誘電体層１３と、誘電体層１３を覆うように設けられた封止樹脂層１４とを有する。導電層１２は、アンテナ回路１２ａを有する。
【００１０】
そして本発明の半導体装置では、前記誘電体層１３の少なくともアンテナ回路の近傍に、局所的な凹部１３ａが形成されていることを特徴とする。
この凹部１３ａは、アンテナ回路形成後に、アンテナ特性や使用周波数を測定し、その結果に応じて、回路近傍にある誘電体層１３を加工することにより形成される。これにより、アンテナ回路の波長短縮効果の割合を調整して、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。
【００１１】
アンテナ回路を有する半導体装置において、アンテナ回路の周囲にある材料の比誘電率を利用して（波長短縮効果）、アンテナ回路の配線長を調整することが可能である。
例えば、同軸ケーブルにおいて、芯線と網線の間の絶縁体が使用周波数ｆにて比誘電率εｒを持つとすると、物理的波長λ０の電波はケーブル内で電気的波長λとなる。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
例えば使用周波数における比誘電率が１．５の材料を用いる場合は、共振に必要な配線長が約２割短縮可能となり、その分アンテナ素子の小型化が可能となる。
以上の特性を利用し、アンテナ回路周辺に設けられた誘電体層を加工することにより、設計値より外れたアンテナ特性や使用周波数を、本来の設計値へと調整することができる。
【００１４】
前記凹部１３ａは、前記誘電体層１３の上面に一様に形成されていることが好ましい。凹部１３ａを、誘電体層１３の上面に一様に形成することにより、配線のインピーダンスが急激に変化することによる反射率増加、それによる電圧定在波比（ＶＳＷＲ；voltage standing wave raito）低下によるゲインの低下を抑制できる。
【００１５】
このような構造を持つオンチップアンテナは、電界型アンテナとして作用し、総配線長が、アンテナ周囲の絶縁層および磁性層の持つ実効誘電率による波長短縮の効果を考慮した波長の１／２倍または１／４倍となるような周波数が共振周波数となる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
導電層１２は、アンテナ回路１２ａを有する。導電層１２の一端部は、開口部１１ａを介して絶縁樹脂層１１を貫通しており、電極２と電気的に接続されている。
【００２０】
アンテナ回路１２ａのパターンは、スパイラル、もしくはメアンダ形状であり、その配線長は、アンテナ周囲の絶縁層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。
【００２１】
導電層１２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。導電層１２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。
【００２２】
誘電体層１３の材料としては、比誘電率が１．５以上である材料が好ましく、このような材料としては、例えばポリイミドや酸化鉛（ＰｂＯ）、エポキシ等が用いられ、その厚さは、上述したＣｕ層の１〜２倍程度、具体的には１〜４０μｍ程度である。誘電体層１３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、上述したように、誘電体層１３の上面には、アンテナ特性を調整するための凹部１３ａが、局所的に形成されている。
【００２３】
封止樹脂層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１０〜１５μｍである。封止樹脂層１４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。
封止樹脂層１４は、前記誘電体層１３の上面に前記凹部１３ａを少なくとも満たすように設けられていることが好ましい。封止樹脂層により凹部１３ａが埋まることにより、半導体チップのピックアップ時のハンドリングを向上することができる。
【００２４】
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２（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。
【００２５】
次いで、図２（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。
【００２６】
次いで、図２（ｃ）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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２（ｅ）参照）。
【００３０】
そして、図２（ｄ）に示すように、導電層１２上に、誘電体層１３を形成する。その厚さは、上述したＣｕ層の１〜２倍程度、具体的には１〜４０μｍ程度である。
このような誘電体層１３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形成することができる。
【００３１】
その後、アンテナ特性や使用周波数を測定し、評価する。
【００３２】
そして、図２（ｅ）に示すように、アンテナ特性や使用周波数の測定結果に応じ、目標特性値からの乖離や特性周波数のシフトがみられるタグに対して、タグのアンテナ回路近傍の誘電体層１３の厚みを局所的に変化させる。具体的には、誘電体層１３の上面に局所的な凹部１３ａを形成する。これによりアンテナ特性や使用周波数を本来の設定値へと調整する。
【００３３】
このような凹部１３ａは、装置の加工精度が配線幅以下までであれば、特性値の調整幅の観点より、非接触手段により形成されることが好ましい。これによりＷＬ−ＣＳＰによる微細配線構造や下地のＩＣを破壊することなく誘電体層１３に凹部１３ａを形成することができる。
【００３４】
非接触手段としては特に限定されるものではなく、例えば、超音波、衝撃波、高周波、電磁場、光、赤外線、レーザー等様々な手法を使用することができる。例えばＵＶ、ＣＯ２、ＹＡＧ、ＫｒＦエキシマ等のレーザーを用いて樹脂を加工する技術は半導体パッケージやプリント基板などの製造において広く使用されている。
【００３５】
このように凹部１３ａを形成することで、アンテナ特性や使用周波数を当初の設計通りに調整することが可能となる。また、調整の範囲により導電層が露出するまで誘電体層１３を加工する必要が有る場合は、封止樹脂層に低誘電率の樹脂を用いて封止を行う必要がある。その場合は低誘電率の封止樹脂層の影響を考慮した加工をする必要がある。
また、初めよりアンテナ回路近傍の誘電体層１３の厚さを変化させることを前提に、配線長を使用目的周波数における配線長より長く設計し、誘電体層形成の後に特性値や使用周波数を調整してもよい。
【００３６】
そして、図２（ｆ）に示すように、誘電体層１３上に、少なくとも前記凹部１３ａを満たすように、絶縁性の封止樹脂層１４を形成する。その厚さは、例えば１〜３０μｍである。
このような封止樹脂層１４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１４の形成方法は、この方法に限定されるものではない。
【００３７】
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、アンテナ特性の測定結果に応じて、誘電体層１３に局所的な凹部１３ａを形成しているので、アンテナ回路の波長短縮効果の割合を調整して、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。
このようにアンテナの微調整をすることで、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】
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。
例えば、誘電体層を構成する材料は誘電体材料に限定されるものではなく、１．５以上の比誘電率を持っており、なおかつ非接触で加工可能な材料であれば、例えば磁性材料等でもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
また、図１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１４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】
【００４１】
本発明は、アンテナ回路を有する各種半導体装置、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）や無線ＬＡＮ、積層チップ間データ伝送、等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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。
【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  絶縁樹脂層、１２  導電層、１２ａ  アンテナ回路、１３  誘電体層、１３ａ  凹部、１４  封止樹脂層。
【図１】
2007173270.tif 000004
【図２】
2007173270.tif 000005