(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置において、
前記ＬＳＩチップの中立面は前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に配置され、前記カード状半導体装置の厚さは７６０μｍ以上、前記ＬＳＩチップの厚さは１１０μｍ以下であることを特徴とするカード状半導体装置。
【請求項２】
ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置において、
前記ＬＳＩチップの中立面は前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に配置され、前記カード状半導体装置の厚さは５００μｍ以上、前記ＬＳＩチップの厚さは１９μｍ以下であることを特徴とするカード状半導体装置。
【請求項３】
ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置において、
前記ＬＳＩチップの中立面は前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に配置され、前記カード状半導体装置の厚さは２５０μｍ以上、前記ＬＳＩチップの厚さは４μｍ以下であることを特徴とするカード状半導体装置。
【請求項４】
前記ＬＳＩチップは金属材料の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のカード状半導体装置。
【請求項５】
前記ＬＳＩチップはコイルに接続されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のカード状半導体装置。
【請求項６】
半導体ウエハ上に複数のＬＳＩチップを形成する工程と、
前記ＬＳＩチップを第１の基板に導電性インクを用いて形成された配線と電気的に接続する工程と、
前記ＬＳＩチップを第２の基板で覆う工程とを有し、前記ＬＳＩチップの中立面が前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に位置する、ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置の製造方法であって、
前記カード状半導体装置の厚さは７６０μｍ以上、前記ＬＳＩチップの厚さは１１０μｍ以下であることを特徴とするカード状半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体ウエハ上に複数のＬＳＩチップを形成する工程と、
前記ＬＳＩチップを第１の基板に導電性インクを用いて形成された配線と電気的に接続する工程と、
前記ＬＳＩチップを第２の基板で覆う工程とを有し、前記ＬＳＩチップの中立面が前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に位置する、ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置の製造方法であって、
前記カード状半導体装置の厚さは５００μｍ以上、前記ＬＳＩチップの厚さは１９μｍ以下であることを特徴とするカード状半導体装置の製造方法。
【請求項８】
半導体ウエハ上に複数のＬＳＩチップを形成する工程と、
前記ＬＳＩチップを第１の基板に導電性インクを用いて形成された配線と電気的に接続する工程と、
前記ＬＳＩチップを第２の基板で覆う工程とを有し、前記ＬＳＩチップの中立面が前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に位置する、ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置の製造方法であって、
前記カード状半導体装置の厚さは２５０μｍ以上、前記ＬＳＩチップの厚さは４μｍ以下であることを特徴とするカード状半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、信頼性が高くかつ低コストのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）カードまたはマルチチップモジュール等の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣカードの従来技術に関しては、「情報処理ハンドブック」（社団法人情報処理学会編オーム社発行  第１版）（１９８９年５月３０日発行）第３０２〜第３０４頁に記載があり、ＩＣを実装する技術に関しては、同書の第２４２〜第２４４頁に記載があり、ＩＣカードの構造に関しては「ＩＣカード」（社団法人電子情報通信学会編  オーム社発行  第１版）（１９９０年５月２５日発行）第３３頁に記載があり、薄いＬＳＩを使用したＩＣカードについては特開平３−８７２９９号公報に記載がある。
【０００３】
図２、図３、図８は従来構造のＩＣカードの構成を示す断面図である。
【０００４】
図２は従来のＩＣカードの断面構造を示す。チップ２１１はコンタクト２１０を持つ部分に接着後、ボンディングワイヤ２１６によりプリント基板２１２へ接続され、樹脂２１５により封止されている。このモジュールは固い材質のセンタコア２１３の中に埋め込まれ、カード表面をオーバシート２０９とオーバシート２１４によってカバーがかけられている。
【０００５】
図３は別の従来例である。半導体チップは接着剤３００により基板２０７に接着されるが、厚いシリコン基板２１７を持つためにボンディングワイヤ２１８によって段差を吸収して、基板２０７に接続されている。
【０００６】
図８の場合、ＩＣ６の厚さは厚く、２００〜４００μｍ程度である。このバルクＩＣ６はカード基板８に接着剤７によって接着されているが、バルクＩＣが厚いため、段差のあるＩＣ上の配線パターンと基板配線１０との間を、ワイヤボンディング９によって接続している。この場合、バルクＩＣは曲げ応力に対して弱く、応力緩和を施す必要があり、また、バルクＩＣのサイズが限定されること、また曲げに強い構造とするためやワイヤボンディングのため工数が低減しにくく、コストが高くなるなどの問題点があった。
【０００７】
特開平３−８７２９９号公報によって能動素子部が残るようにきわめて薄く研磨された超薄型ＬＳＩをもつＩＣモジュールを表面部の凹部にはめこんだＩＣカードの構造が公知となっている。この例を図４に示す。基板２０７上に接着剤３００で半導体素子２０４が接着されており、半導体素子間を接続する配線２０８はスルーホール２０３を介して導電パッド２０２に接続され、さらにこの導電パッド２０２は導電性ペースト２０１により基板２０７上の配線に接続されている。このような構造では、トランジスタのような半導体素子２０４の下面に接着層が直接接することになり、イオン性汚染物などが半導体素子に容易に侵入して、信頼性を著しく低下させる問題点がある。また図１８は特開平３−８７２９９号公報に示す薄いＬＳＩを利用した構造のＩＣカードでの特有な問題点を示した図で、厚いカード基板４２に搭載された薄いＬＳＩ４１は、カード基板４２が曲がった場合、表面と裏面とが引っ張りまたは圧縮の応力が働くことにより、大きな応力がＬＳＩチップに加わることになり薄くして機械的強度が弱くなっているので応力により当該のＩＣが容易に破壊してしまうなど信頼性を著しく低下させるという新しい問題が生じてしまうことを示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、薄膜化したＬＳＩをもちいたＩＣカードでは、半導体素子が薄いためにイオン性汚染物に弱く、また薄いために機械的強度が弱い。従来構造のバルクＬＳＩをもちいたＩＣカードでは、バルク状のＩＣチップを曲げやすい薄いカードに貼り付けてワイヤボンディングするので、ＩＣが割れやすく信頼性に欠け、また、実装工数が大であるため、低コスト化に不向きであった。
【０００９】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置及びそれを製造するための低コストな半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置において、前記ＬＳＩチップの中立面は前記カード状半導体装置の中立面から前記ＩＣカードの厚さの半分の±５％の範囲内に配置されたカード状半導体装置とする。
【００１１】
また、ＬＳＩチップが可撓性の基板に挟み込まれたカード状半導体装置の製造方法であって、ＳＯＩウエハ上に複数のＬＳＩチップを形成する工程と、前記ＬＳＩチップを第１の基板に形成された配線と電気的に接続する工程と、前記ＬＳＩチップを第２の基板で覆う工程とを有し、前記ＬＳＩチップの中立面が前記カード状半導体装置の中立面から前記カード状半導体装置の厚さの半分の±５％の範囲内に位置するカード状半導体装置の製造方法とする。
【００１２】
また、前記ＬＳＩチップの裏面には汚染防止膜を設ける。
【００１３】
上記目的は、上記汚染防止膜をシリコン窒化膜で形成することにより、より効果的に達成することができる。
【００１４】
【作用】
下部基板上にＩＣチップを配置後、このＩＣチップを覆うように下部基板上に上部基板を形成するので、ＩＣチップへの機械的な応力が低減され信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供できる。また、導電性接着剤を用いることにより製造コストの低減が図れる。
【００１５】
薄い半導体素子は裏面に保護絶縁膜を付けることによる上記の手段によって、当該の保護絶縁膜が外部に一番近い半導体素子の裏面からイオン性汚染源の侵入を防止するので、信頼性を向上させることができることにより、薄いＬＳＩを一般にイオン性不純物が多い安価な有機接着剤を利用して基板に接着しても耐久性をましたＩＣカードを製作することができる。
【００１６】
上記の保護絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いるとこの膜は熱膨張率が大きいため、薄膜化したＬＳＩの内部残留応力によるカールを抑制することができ、ＩＣカードの信頼度向上に寄与することが可能となる。
【００１７】
ＳＯＩウエハを用いることによって、内層のインシュレータ層が加工のストッパ層となって、薄膜ＩＣを極めて薄くかつ均一に再現性良く作成することができる。薄膜化したＩＣは厚さが５〜１０μｍであり、このように薄いＩＣは曲げに強く、ＩＣカードのような薄い基板に可撓性のある接着剤で接合すると、カードの曲げに強くなり、高信頼化を図ることができる。
【００１８】
また、薄膜ＩＣ単独ではこわれやすいので、予め支持基板に取り付けておくことによって、安定性良く薄膜ＩＣを作成することができる。この支持基板への接合は、紫外線剥離性の接着剤を用いておけば、低温で信頼度良く支持基板を除去することができる。カードに貼り付けた薄膜ＩＣは、薄いため、基板とＩＣとの間を導電性ペーストによって配線することが可能となって、従来の金線を利用したワイヤボンディングと比べ大量生産向きで材料費が安く平坦で薄いＩＣカードを作成することが可能となる。
【００１９】
以上述べてきた方法は、ＩＣカードに止まらず、同類のＩＣの実装にも適用することができ、マルチチップ実装にも適用可能である。
【００２０】
つぎにＩＣカードの平板を曲げた断面を考えると、わん曲した表面は伸びが発生し裏面は縮みが発生している。このときＩＣカードの断面の中心部は収縮のない応力が少ない状態である。この部分に薄いＩＣチップが存在すれば、このＩＣチップに加わる応力が少なくできる。このとき、当該のＩＣチップは薄ければよいが、カードが厚い場合はカードの剛性のために、限界曲率は大きくなって、曲げにくくなる。そのため、ある程度ＩＣチップが厚くても良い。逆にＩＣカードの厚さが薄い時は、曲げやすくなるために、ＩＣチップの応力を緩和するために、ＩＣチップの厚さも薄くしなくてはならない。ＩＣを薄膜化するにあたって、薄膜になるほど、精密な装置が必要となるため、ＩＣカードの厚さによって必要なＩＣチップの厚さを変えることは、経済的観点及び必要な信頼度を確保するために極めて意味のあることである。このように、ＩＣカードとＩＣチップの厚さは相関関係が存在することをみいだして、当該の完成したカードの厚さが７６０ミクロン以上のとき当該のＩＣチップの厚さが１１０ミクロン以下であり当該の完成したカードの厚さが５００ミクロン以上のとき当該のＩＣチップの厚さが１９ミクロン以下であり当該の完成したカードの厚さが２５０ミクロン以上のとき当該のＩＣチップの厚さが４ミクロン以下とすることにより、経済的に信頼性の高いＩＣカードを得ることができる。
【００２１】
ここで、上記薄膜半導体回路は、上記ＳＯＩウエハの内層のインシュレータ層を境界として主面側から取り出して作成した後上記他の基板に接合することができ、具体的には、上記ＳＯＩウエハによって形成した半導体回路の主面側を他の支持基板に接合した後にＳＯＩウエハの基板を研削またはエッチングによって除去することによって作成することができる。
【００２２】
上記薄膜半導体回路の上記他の基板への接合は、ゴム状の接着剤によって行うことが望ましい。
【００２３】
また、上記薄膜半導体回路を接合する上記他の基板は、可撓性を有するカード状の形状を有する基板とすることが望ましい。
【００２４】
また、上記の他の支持基板も可撓性を有する支持基板とすることが望ましい。
【００２５】
また、上記薄膜半導体回路と上記他の支持基板との接着は紫外線によって接着強度が低下する接着剤（以下、紫外線剥離性接着剤と略称する）を用いることによって、工程中の該他の支持基板の剥離を容易に行うことがができる。
【００２６】
また、上記液状導電性材料の配線上への塗工は回転ドラムによる印刷によって行うことが有効である。
【００２７】
また、上記薄膜半導体回路を上記他の基板の表面及び裏面から同じ深さの中心に置いた薄膜半導体回路とすること、より具体的には、該薄膜半導体回路を上記他の基板の一方の基板に接着した後同じ厚さの他の基板で覆って接着することによってＩＣカードを容易に作製することができる。
【００２８】
なお、上記の説明においては、ＳＯＩウエハ上に作成した薄膜半導体回路を用いた場合の例について述べたが、ＳＯＩ以外のウエハによって形成した薄膜半導体回路を用いた場合には、薄膜の膜厚の制御性が悪くなるという欠点はあるが製造コストは安くなる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明構成の半導体装置について、実施例によって具体的に説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１は本発明の一実施例を示す半導体装置の要部断面図である。図１において、導電性ペースト層２０１は配線２０８上のスルーホール２０３を介して電気的に接続されたパッド２０２とつながってチップの外部と電気的に電気的に接続される。配線２０８は半導体素子２０４間を接続して、回路を構成している。半導体素子２０４はシリコン窒化膜２０６を介して接着剤３００によって基板２０７に接着されている。シリコン窒化膜２０６はシリコン酸化膜２０５の下面に設けられている。半導体素子２０４の下面のシリコン酸化膜２０５は、素子の電気的分離を行っている。この半導体素子は張り合わせのシリコンインシュレータウエハ（ＳＯＩウエハ）を利用して作成されるため極めて薄く形成されていると同時に、シリコン酸化膜２０５はＳＯＩウエハの内層のインシュレータ層でもある。シリコン酸化膜のみではＮａ、Ｈ2、Ｈ2Ｏなどを遮断する機能がなく、半導体素子がイオン性の物質に汚染され長期の安定動作が不十分となる。特に、シリコン酸化膜を薄膜にして、半導体素子の下面と外部が１０ミクロン以内まで近付くとＬＳＩ使用温度でも不純物の拡散距離以内となりＬＳＩの信頼性が大きな課題となる。ここでシリコン酸化膜を厚くすると、ウエハでのプロセス工程で１０００℃以上ではウエハのベンドがおこり、位置あわせずれなどが発生して、微細加工が不可能となってしまう。
【００３１】
ここでは、シリコン窒化膜をＬＳＩを薄膜としたあと形成する。シリコン窒化膜はパッシベーション膜として、化学的、物理的、電気的特性にすぐれ、特に  Ｎａ、Ｈ2、Ｈ2Ｏの非透過性にすぐれているため、薄膜化したＬＳＩの半導体素子の保護に優れた効果を発揮する。ここでシリコン窒化膜の膜厚は、１μｍ〜０．０１μｍの範囲が適している。１μｍ以上ではシリコン窒化膜にクラックが入り、用いることができない。また、０．０１μｍ以下ではＮａ等の不純物イオンの汚染を実用上十分に防止できない。
【００３２】
図１に示した半導体装置の製造工程を図６に示す。まず、図６（ａ）に示したように、シリコン基板２１７上にシリコン酸化膜２０５を有するＳＯＩウエハの主表面上に半導体素子２０４とそれらを相互に接続する配線２０８と、この配線２０８の上部にスルーホール２０３を介してパッド２０２を有する半導体装置が形成される。
【００３３】
次に図６（ｂ）に示したように、シリコンのみをエッチングする水酸化カリウムやヒドラジンによってシリコン基板２１７のみがエッチングされる。さらに図６（ｃ）に示した様に、シリコン酸化膜２０５の裏面側にシリコン窒化膜を形成する。この後、図１に示したように、薄膜に形成されたＬＳＩを接着剤３００で接着したのちに導電性ペースト２０１を用いて基板と接続し、半導体装置が完成する。
【００３４】
薄膜ＬＳＩは１から１０ミクロン単位まで薄くするので、基板に接着後、基板との段差が小さくペーストまたはインク状の液体状の材料で接続が可能となる。このことによって、きわめて低い高さでかつ平坦に接続が可能となって、ＩＣカードに最適な形状を得ることができる。また、導電性ペーストは高さが１０ミクロン程度と薄くまたかとう性に富むので、曲げや熱膨張差に強いという特徴を持つことができる。
【００３５】
（実施例２）
図５は本発明の別の実施例である。図５においては、導電性ペースト２０１は配線２０８上のスルーホール２０３を介して電気的に接続されたパッド２０２とつながってチップの外部と電気的に接続される。配線２０８は半導体素子２０４間を接続して回路を構成している。半導体素子２０４はシリコン窒化膜２０６を介して接着剤３００によって基板２０７に接着されている。この図では、図１のシリコン酸化膜の代わりにシリコン窒化膜としたものである。この場合ＬＳＩを薄くする手段として、限定はしないが、薄くしたのち、半導体素子の下面をシリコン窒化膜で保護する構造をとる。このシリコン窒化膜は熱膨張率を調整して、薄くしたＬＳＩが内部残留応力によってカールするのを防ぐ効果を持つことができる。
【００３６】
（実施例３）
図７は本発明半導体装置の一実施例の構成を示す断面図で、薄膜ＩＣ１を接着剤３によってカード基板２に接着した状態を示す。ここで、薄膜ＩＣの厚さは、トランジスタや配線の層数によっても異なるが、５〜１０μｍ程度の値である。このような薄さであるため、導電性インク４によって基板配線５と薄膜ＩＣ１上の配線パターンとを配線接続することが可能となる。薄膜ＩＣはバルクＩＣと異なり曲がり易いので、カード基板のようにプラスチック製で曲がり易い基板に接着するのに適している。また、薄膜ＩＣ１とカード基板２とを接着するための接着剤としてはゴム状または可撓性のものが好ましく、この性質によって、薄膜ＩＣへの曲げ応力を低減することができる。
【００３７】
（実施例４）
図９は本発明構成の半導体装置の一実施例であるＩＣカードを作製する場合の手順を示す工程図である。まず、ＳＯＩウエハ上に薄膜ＩＣ（ＬＳＩ）を作成する（ステップ１０１）。次いで、裏面のシリコン基板を水酸化カリウムを用いてエッチング除去する（ステップ１０２）。この場合、ＳＯＩウエハの内層のシリコン酸化膜は水酸化カリウムでは除去できないので、自己整合的に薄膜ＩＣを作成することができる（ステップ１０３）。また、このとき、薄膜ＩＣ単独では、内部応力のために薄膜ＩＣがカールしてしまうので、予めＳＯＩウエハの主面側を接着剤で支持基板に接着しておく。ＳＯＩウエハのシリコン基板を除去した状態の断面図を図１０に示す。ここで、１１は支持基板、１２は接着剤、１３は薄膜ＩＣ、１４はＳＯＩウエハの内層インシュレータ層を示す。続いて、薄膜ＩＣをカード基板に貼り付け接着し（ステップ１０４）、その後支持基板を除去し、最後に、印刷技術を用い、薄膜ＩＣとカード基板上の配線端子を印刷配線によって接続する（ステップ１０４）。こうして、シリコンオンインシュレータウエハによるＬＳＩの内層のシリコン酸化膜を境界層にしてエッチングにより広範囲に均一に再現性よく極めて薄くしてカード基板にはりつけそれを印刷によってＬＳＩ外部と配線することができる。
【００３８】
図１１は支持基板付き薄膜ＩＣをカード基板に接着した直後の状態を示す断面図で、薄膜ＩＣ１６が、紫外線剥離性接着剤１９で透明な支持基板１８に、ゴム状接着剤１７でカード基板１５に接着されている状態を示す。ここで、紫外線剥離性接着剤は常態では粘着性のアクリル樹脂系接着剤で紫外線によってゲル質が硬化することにより、剥離性が生じる特性を有するものであり、室温で高信頼度で支持基板を剥離することに効果がある。また、ゴム状接着剤１７は、薄膜ＩＣに対して、カード基板が曲がっても応力を吸収して、薄膜ＩＣへの応力集中を緩和することができる。また、薄膜ＩＣとカード基板との熱膨張率の違いによる応力集中も緩和することができるので、薄膜ＩＣを高信頼度でカード基板に接着させることが可能となる。
【００３９】
図１２は図１１から支持基板１８を除去した後の状態を示す断面図である。支持基板１８は、薄膜ＩＣ１６（図１２では２０）がカード基板１５（図１２では２１）に接着してしまえば不要なので、除去されるが、接着に紫外線剥離性接着剤を使用すれば、紫外線を照射するまでは薄膜ＩＣを強固に接着しており、紫外線照射後は支持基板を捕らえて引き剥がせば簡単に除去することができる。このようにして、極めて薄い薄膜ＩＣをカード基板に安定して接着させることが可能となった。
【００４０】
図１３は、薄膜ＩＣ２２をカード基板２５に接着した後に、薄膜ＩＣとカード基板２５間を配線した状態の構成を示す断面図である。薄膜ＩＣ２２は厚さが５〜１０μｍ、また、薄膜ＩＣをカード基板２５に接着する接着剤は厚さが２０〜３０μｍ程度であるので、カード基板２５の上面と薄膜ＩＣ２２の上面との段差は、従来のバルクＩＣをカード基板に接着する場合に比べて、極めて小さい。従って、従来の印刷技術によって導電性インクによる配線２４によって薄膜ＩＣとカード基板上の配線２３とを接続することが可能となり、極めて短時間の間に大量の接続をすることができるようになった。このことによって、ＩＣカードの大量生産と低コスト化をもたらすことが可能となる。
【００４１】
図１４は本発明構成をマルチチップ基板に実装した場合の例を示したものである。上に述べてきた手順によって作成した薄膜ＩＣ２６をマルチチップ基板２７に接着した後、印刷技術によって導電性インク２９をマルチチップ基板２７上の配線２８に接続すれば、低コストのマルチチップモジュールを得ることができる。
【００４２】
なお、上記した導電性インクは、液体状のものであれば材質を特に限定するものではない。
【００４３】
図１５は本発明半導体装置（ＩＣカード）を得るために用いた印刷装置の概略を示した図である。本発明のＩＣカードはＩＣとカード基板との接続が短時間に大量に形成できることが特徴であり、回転ドラム３１に配線パターンのインク３２を転写し、該インク３２を、高速回転させた回転ドラムの側面を通過するベルト３４上の薄膜ＩＣ搭載基板（印刷前）３０に転写することによって、薄膜ＩＣ搭載基板（印刷後）３３として排出される装置とすることによって実現することができる。
【００４４】
図１６は薄膜ＩＣをＩＣカードの中に埋め込んだ状態の例を示す断面図である。薄膜ＩＣ３５は、カード基板３６の曲げに対して良く耐えられるように、カード基板３６の中立面に置く。これは、カード基板が曲がった場合に表面と裏面に引っ張りまたは圧縮の応力が働くが、薄膜ＩＣが中立面にあれば、このような力が働くことなく、曲げに強く、高信頼度化を図ることができる。ここで、ＬＳＩを置く一を理想的中立面からＩＣカードの厚さの半分の±５％の範囲内程度とすることにより、工業の生産性とカードの信頼性を確保することができる。
【００４５】
図１７は図１６の構造を得るための手順を説明するための図で、まずカード基板Ｉ  ３９に薄膜ＩＣ３５を貼り付け、その後にカード基板Ｉと同じ厚さのカード基板ＩＩ  ３７を貼り合わせれば、図１６の構造のようにＩＣカードの中立面に薄膜ＩＣを容易に埋めることができる。このような薄膜ＩＣは複数個をカード基板の任意の個所に置くことができる。
【００４６】
（実施例５）
図１９は本発明の一実施例を示したものである。この図はＩＣカードの断面図を示しているものでかつ曲げ応力によりわん曲になっている状態を示している。薄膜ＬＳＩチップ１０４はちょうどカードの断面の中心線２００にあって曲げにたいして極めて強い状態すなわちカードの中立面にあるため薄膜ＬＳＩチップ１０４に応力がかからないようになっている。薄膜ＬＳＩチップもＩＣカードがわん曲すると共に曲がってしまうが、薄膜ＬＳＩチップが薄いために、応力が低減される。
【００４７】
図２０はＬＳＩチップ１０５が曲がっている状態を示している。図２０の示すＲは曲率の中心１０７からＬＳＩチップ１０５の厚み芳香の中心線１０６までの曲率半径、ｔはＬＳＩの半分の厚さを示している。ナビエの定理よりＬＳＩ表面の応力σはＥ×ｔ／Ｒで示される。ここで、ＥはＬＳＩのヤング率と考えてよい。またＬＳＩの表面はシリコン酸化膜であるため、Ｅは等価的にシリコン酸化膜のヤング率である。この式から、ＬＳＩ表面の応力はＬＳＩの厚さに比例し、曲率半径に反比例することがわかる。ＬＳＩが曲げによって破壊するのは表面の応力が、ＬＳＩの機械的強度より大きくなると破壊されると考えられる。表面の応力は、曲げがないときはＲは無限大であるのでゼロであり、曲げが進んでＲが小さくなると応力はどんどん大きくなり、遂にはＬＳＩを破壊するに到る。ところで、同じ曲率半径の曲げに対してＬＳＩの厚さが薄くなると表面の応力は低下していくので、機械的破壊の限界に達することがないほどに薄くすれば十分に曲げに強いＬＳＩとなる。ところが、ＬＳＩが単独で薄い状態で存在すると、取扱いが困難であることから、薄いＬＳＩの両面にプラスチックや金属などの材料で挟み込むことをすれば、取扱いが容易になると同時に強度を拡大することができる。このとき、薄膜ＬＳＩチップは挾みこまれた材料の中立面にあるようにすることが必要であり、たとえば、ＩＣカードの場合は、薄膜ＬＳＩチップがカード基板の断面からみて図１９のように中立面にくるようにすることが必要である。このようにすれば、ＬＳＩの中立面すなわち曲げても応力がゼロの面とカードの中立面が一致して、カードを曲げても、薄膜ＬＳＩチップが単独で曲げたのと同じ効果が期待できる。
【００４８】
次に薄くしたＬＳＩを使用してカードを作成する実施例について図２１と図２２を用いて説明する。まず図２１（ａ）に示す様に下側のカード基板１０８にまずメタライズパターン１０９を形成するところから始める。メタライズパターン１０９は銅薄膜のエッチングや導電性ペーストやインクを利用して形成する。この状態で、図２１（ｂ）に示すように薄膜ＬＳＩチップ１１０を貼付る。貼付る材料は通常の接着剤をもちいればよい。図２２（ａ）は導電性ペースト１１１により、薄膜ＬＳＩチップ１１０を接続して、その後、図２２（ｂ）で示す様に上側のカード基板１１２を接着したものを示している。この時、下側のカード基板８と上側のカード基板１２は同じ厚さであることが必要である。このようにすると、薄膜ＬＳＩチップは出来上がったカードの中立面にあることになり、曲げ応力に強い状態となる。このカードは従来のカードと比較して、カード基板とＬＳＩを一体化して作ることができ、また導電性ペーストによる接続のためワイヤボンディングが不要であって低コストで薄くて曲げに強いＩＣカードを作成することができる。
【００４９】
図２３は本発明のＩＣカードの上面図である。ＩＣカード平面１１３の上に薄膜ＬＳＩチップ１１４と導体パターン１１５がある。導体パターンの例として、コイルを示している。このコイルはＩＣカードの外部からの電磁波を受けて、誘導起電力を発生させて、薄膜ＬＳＩチップにエネルギーを供給させる役目をもつ。このコイルパターンと薄膜ＬＳＩチップは導電性ペーストによって接続をされている。またこのコイルはＩＣカードの外部からの情報データを受けて薄膜ＬＳＩチップにデータを渡したりまたＩＣカード外部へ薄膜ＬＳＩチップからのデータ電磁波にして送り出すような役目をもっている。薄膜ＬＳＩチップはカードの平面から見て真中にあるより曲げモメントが小さなカードの角にあるようにすると曲率半径を小さくすることが可能となり、曲げに更に強いＩＣカードとすることが可能となる。このようなカードにすることにより非接触で信頼性の高いＩＣカードを作成することが可能となる。従来のＩＣカードのうち接触型と呼ばれるものは、電極がカードの表面にあるため、コンタクト不良を発生させたり、静電気に弱いという欠点があった。ただし、本発明の構造は、従来の接触型のＩＣカードに適用することを妨げるものではない。
【００５０】
図２４は、薄膜ＬＳＩ１１６をシリコーンのようなかとう性のある接着剤１１９によって囲まれるような構造にしたＩＣカードを示している。このような構造にすると接着剤１１９は上側のカード基板１１７と下側のカード基板１１８とを接着する役目を兼用して、薄膜ＬＳＩチップをやわらかいゴム状の材料によって囲む役目があるため、ＬＳＩの表面にストレスを与えにくくすることが可能となり、更に曲げに強いＩＣカードとすることが可能となる。また、衝撃的なごく局部的な力によってカード基板が変形してもこの接着層１１９によって衝撃力を緩衝させる役割を果たすことができて、薄膜ＬＳＩチップへのストレス印加を防ぐことが可能となる。
【００５１】
図２５はカードの厚さをパラメータにとって、ＬＳＩの表面の応力をみたものである。薄膜ＬＳＩをカード基板の中立面におきＬＳＩの厚さとカードの厚さの比をとってその薄膜ＬＳＩ表面の応力を求めることができる。ＬＳＩ表面の応力であるが、これはカードの曲がりの程度と大きく関係して来る。カードがどの程度曲がるかはカードの厚さや材料また印加される力及びカードの位置などによって大きく異なり一概に判断できないが、ここではＬＳＩの置く位置をカードの中立面の位置と考え、材料は一般の磁気カードやＩＣカードで使用されている塩化ビニールを考えておく。ＰＥＴ材（耐熱性のある結晶性の熱可塑性プラスチック、ポリエチレンテレフタレート）はこれよりも材料が固く曲げにくい性質を持っているので、塩化ビニールの例で検討すれば、かなり汎用的ケースを考慮していると考えてよい。ここで、曲げを決める曲率半径はカードに印加される曲げモーメントに依存するが、カードが折曲がる限界まで印加されるものとする。ここで簡単な実測により塩化ビニールでカードの厚さが０．７６ｍｍの時にカード中央で曲率半径５０ｍｍである。この時、もしＬＳＩがカードと同じ厚さであれば、応力の式からＬＳＩの表面の応力は８Ｅ１０×０．３８／５０（Ｐａ）となり、計算すると６００ＭＰａである。ＬＳＩの表面はシリコン酸化膜層が主体であることを考慮すれば、ガラスの物性と考えてよいので、ヤング率は理科年表よりガラスの値を利用した。
【００５２】
次に曲率半径とカードの厚さの関係であるが、このときカードの慣性モメントが関係してくる。曲率半径ＲはＥ×Ｉ／Ｍで与えられて、ここでＥはカードのヤング率、Ｉは慣性モーメント、Ｍは曲げモーメントを示している。カードの慣性モーメントはカードの厚さの３乗に比例しているので、図２７に示すような曲率半径の特性曲線が得られる。この特性から、ＬＳＩの厚さとカードの厚さの比が１．０のときＬＳＩ表面の応力を求めると前出の式と同じく図２７に示すようなＬＳＩ表面の応力を求めることができる。すなわち、カードの厚さが０．５ｍｍのときは２．４ＧＰａ、カードの厚さが０．２５ｍｍの時は５．４ＧＰａである。この状態ではＬＳＩは簡単に破壊してしまうので、実際は、ＬＳＩを薄膜にしてカードに中立面に挟んで入れる訳である。すなわち、ＬＳＩの厚さとカードの厚さの比をパラメータにとって、薄くしたＬＳＩ表面の応力をプロットしたものが図２５である。この図を拡大してＬＳＩの厚さとカードの厚さの比を０から０．１６までの部分を拡大したものが図２６である。ＬＳＩの曲げに耐えられる領域とは、ガラスの破壊強度と同じと考え同じく理科年表から９０ＭＰａとした。従って、カードの各厚さの時の薄膜ＬＳＩの必要な厚さを求めることができ、ＬＳＩを薄くする限度を求めることができる。すなわち、カードが０．７６ｍｍのときはＬＳＩの厚さが１１０ミクロン以下、カードが０．５ｍｍのときは１９ミクロン以下カードの厚さが０．２５ｍｍの時は、４ミクロン以下である必要がある。もちろん、ＬＳＩを極限まで薄くしたほうが、信頼性は大きく向上する。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べてきたように、半導体装置を本発明構成の装置とすることによって、従来技術の有していた課題を解決して、信頼性が高く、かつ、低コストな  ＩＣカードまたはマルチチップモジュールを提供することができた。すなわち薄い半導体素子は裏面に保護絶縁膜を付けることによる上記の手段によって、当該の保護絶縁膜が外部に一番近い半導体素子の裏面からイオン性汚染源の侵入を防止するので、信頼性を向上させることができることにより、薄いＬＳＩを一般にイオン性不純物が多い安価な有機接着剤を利用して基板に接着しても耐久性をましたＩＣカードを製作することができる。
【００５４】
上記の保護絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いるとこの膜は熱膨張率が大きいため、薄膜化したＬＳＩの内部残留応力によるカールを抑制することができ、ＩＣカードの信頼度向上に寄与することが可能となる。
【００５５】
ＳＯＩウエハを用いることによって、内層のインシュレータ層が加工のストッパ層となって、薄膜ＩＣを極めて薄くかつ均一に再現性良く作成することができる。薄膜化したＩＣは厚さが５〜１０μｍであり、このように薄いＩＣは曲げに強く、ＩＣカードのような薄い基板に可撓性のある接着剤で接合すると、カードの曲げに強くなり、高信頼化を図ることができる。
【００５６】
また、薄膜ＩＣ単独ではこわれやすいので、予め支持基板に取り付けておくことによって、安定性良く薄膜ＩＣを作成することができる。この支持基板への接合は、紫外線剥離性の接着剤を用いておけば、低温で信頼度良く支持基板を除去することができる。カードに貼り付けた薄膜ＩＣは、薄いため、基板とＩＣとの間を印刷インクによって配線することが可能となって、低コストで平坦性のあるＩＣカードを作成することが可能となる。
【００５７】
以上述べてきた方法は、ＩＣカードに止まらず、同類のＩＣの実装にも適用することができ、マルチチップ実装にも適用可能である。
【００５８】
つぎにＩＣカードの平板を曲げた断面を考えると、わん曲した表面は伸びが発生し裏面は縮みが発生している。このときＩＣカードの断面の中心部は収縮のない応力が少ない状態である。この部分に薄いＩＣチップが存在すれば、このＩＣチップに加わる応力が少なくできる。このとき、当該のＩＣチップは薄ければよいが、カードが厚い場合はカードの剛性のために、限界曲率は大きくなって、曲げにくくなる。そのため、ある程度ＩＣチップが厚くても良い。逆にＩＣカードの厚さが薄い時は、曲げやすくなるために、ＩＣチップの応力を緩和するために、ＩＣチップの厚さも薄くしなくてはならない。ＩＣを薄膜化するにあたって、薄膜になるほど、精密な装置が必要となるため、ＩＣカードの厚さによって必要なＩＣチップの厚さを変えることは、経済的観点及び必要な信頼度を確保するために極めて意味のあることである。このように、ＩＣカードとＩＣチップの厚さは相関関係が存在することをみいだして、当該の完成したカードの厚さが７６０ミクロン以上のとき当該のＩＣチップの厚さが１１０ミクロン以下であり当該の完成したカードの厚さが５００ミクロン以上のとき当該のＩＣチップの厚さが１９ミクロン以下であり当該の完成したカードの厚さが２５０ミクロン以上のとき当該のＩＣチップの厚さが４ミクロン以下とすることにより、経済的に信頼性の高いＩＣカードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の要部断面図である。
【図２】従来のＩＣカードの要部断面図である。
【図３】従来の他のＩＣカードの要部断面図である。
【図４】従来の他のＩＣカードの要部断面図である。
【図５】本発明に係る他の半導体装置の要部断面図である。
【図６】本発明に係る半導体装置の製造工程を示す装置断面図である。
【図７】本発明に係るＩＣカードの要部断面図である。
【図８】従来の他のＩＣカードの要部断面図である。
【図９】本発明構成半導体装置の一実施例であるＩＣカードを作製する場合の手順を示す工程図。
【図１０】ＳＯＩウエハを用いて作成した薄膜ＩＣを示す断面図。
【図１１】支持基板付き薄膜ＩＣをカード基板に接合した状態を示す断面図。
【図１２】紫外線照射によって支持基板を除去した状態を示す断面図。
【図１３】薄膜ＩＣと基板の配線とを導電性インクで結線した状態を示す断面図。
【図１４】本発明構成をマルチチップモジュールに使用した状態を示す断面図。
【図１５】導電性インクによって配線を印刷する装置の断面図。
【図１６】薄膜ＩＣをカード基板の中に埋め込んだ状態を示す断面図。
【図１７】図１６の構造を得るための手順を説明するためのカード基板の断面図。
【図１８】従来構造の基板厚さの厚いＩＣカードを折り曲げた状態を示す断面図。
【図１９】本発明の実施例のひとつを示す示すＩＣカードの要部断面図。
【図２０】本発明の原理図を示すためのＩＣカードの要部断面図。
【図２１】本発明の実施例のひとつのＩＣカードの製造工程を示すカード要部断面図。
【図２２】本発明の実施例の他のＩＣカードの製造工程を示すカード要部断面図。
【図２３】本発明の実施例のひとつを示すＩＣカードの平面図。
【図２４】本発明の実施例のひとつを示すＩＣカードの断面図。
【図２５】ＬＳＩとカードとの厚さの比に対するＬＳＩ表面の応力の関係を示した図。
【図２６】ＬＳＩとカードとの厚さの比に対するＬＳＩ表面の応力の関係を示した図。
【図２７】ＩＣカードの厚さに対する曲率半径及びＬＳＩ表面の応力の関係を示す図。
【符号の説明】
１…薄膜ＩＣ、２…カード基板、３…接着剤、４…導電性インク、５…基板配線、６…バルクＩＣ、７…接着剤、８…カード基板、９…ワイヤボンディング、１０…基板配線、１１…支持基板、１２…接着剤、１３…薄膜ＩＣ、１４…ＳＯＩウエハの内層インシュレータ層、１５…カード基板、１６…薄膜ＩＣ、１７…ゴム状接着剤、１８…支持基板、１９…紫外線剥離性接着剤、２０…薄膜ＩＣ、２１…カード基板、２２…薄膜ＩＣ、２３…カード基板上の配線、２４…導電性インクによる配線、２５…カード基板、２６…薄膜ＩＣ、２７…マルチチップ用基板、２８…マルチチップ用基板上の配線、２９…導電性インク、３０…ＩＣ搭載基板（印刷前）、３１…回転ドラム、３２…配線パターンのインク、３３…ＩＣ搭載基板（印刷後）、３４…ベルト、３５…薄膜ＩＣ、３６…カード基板、３７…カード基板の中心、３８…薄膜ＩＣ、３９…カード基板Ｉ、４０…カード基板ＩＩ、４１…接着されたＩＣ、４２…厚い基板、１０１…ＩＣカード断面、１０２…上側のカード基板、２００…カードの中心線、１０３…下側のカード基板、１０４…薄膜ＬＳＩチップ、１０５…ＬＳＩチップ、１０６…中心線、１０７…曲率の中心、１０８…下側のカード基板、１０９…メタライズパターン、１１０…薄膜ＬＳＩチップ、１１１…導電性ペースト、１１２…上側のカード基板、１１３…ＩＣカード平面、１１４…薄膜ＬＳＩチップ、１１５…導体パターン、１１６…薄膜ＬＳＩ、１１７…上側のカード基板、１１８…下側のカード基板、１１９…かとう性のある接着剤、２０１…導電性ペースト、２０２…パッド、２０３…スルーホール、２０４…半導体素子、２０５…シリコン酸化膜、２０６…シリコン窒化膜、２０７…基板、３００…接着剤、２０８…配線、２０９…オーバシート、２１０…コンタクト、２１１…ＩＣチップ、２１２…プリント基板、２１３…センタコア、２１４…オーバシート、２１５…樹脂、２１６…ボンディングワイヤ、２１７…シリコン基板、２１８…ボンディングワイヤ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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