(57)【要約】      （修正有）【課題】高価なアクティブ層エリアをアンテナで占有しない小型のオンチップアンテナを提供する。【解決手段】オンチップアンテナ１００は、基板１３０と、基板１３０の裏面に再配線層１５０を用いて製造された複数のパッチ１２０と、シリコン貫通ビア１４０と、無線周波数トランシーバを形成するアクティブ層１４４とを備えたダイ１１０で構成する。複数のシリコン貫通ビアは、パッチ１２０のアレイと、アクティブ層１４４を電気的に接続する。また、ダイ１１０は、第２のダイ１６０の頂上にフリップされ、かつ、位置づけられる３Ｄスタックとしてパッケージ化される。複数のパッチ１２０は、平面であり、かつ、長方形であり、フェーズアレイアンテナシステムとして動作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体で構成され、アクティブ面及び裏面を有する集積回路チップと、
グラウンドプレーンと、
前記グラウンドプレーン上に形成された誘電体と、
前記誘電体の層の上に形成された再配線層と
を備え、
前記再配線層は１又は複数のパッチアンテナエレメントを有し、
前記アクティブ面は、トランシーバ及びベースバンド信号処理回路を有し、
前記アクティブ面は、増幅する場所、整流する場所、及び発光する場所を有し、
前記グラウンドプレーン及び前記誘電体を貫通し、前記１又は複数のパッチアンテナエレメントと前記アクティブ面とを接続するシリコン貫通ビア構造を備える、オンチップアンテナ。
【請求項２】
前記裏面は、裏面基板を含み、
前記グラウンドプレーンは、前記裏面基板を有する、請求項１に記載のオンチップアンテナ。
【請求項３】
前記誘電体は、前記裏面基板上に形成された二酸化ケイ素層を有する、請求項２に記載のオンチップアンテナ。
【請求項４】
前記裏面は、裏面基板を含み、
前記誘電体は、前記裏面基板を有する、請求項１に記載のオンチップアンテナ。
【請求項５】
前記１又は複数のパッチアンテナエレメントは、フェーズドアレイを有する、請求項１に記載のオンチップアンテナ。
【請求項６】
半導体で構成され、アクティブ面及び裏面を有する集積回路ダイと、
グラウンドプレーンと、
前記グラウンドプレーン上に形成された誘電体と、
前記誘電体の層上に形成された再配線層と
を備え、
前記再配線層は、１又は複数のパッチアンテナエレメントを含み、
前記アクティブ面は、トランシーバ及びベースバンド信号処理回路を有し、
前記アクティブ面は、増幅する場所、整流する場所、及び発光する場所を有し、
前記グラウンドプレーン及び前記誘電体を貫通し、前記１又は複数のパッチアンテナエレメントと前記アクティブ面とを接続するシリコン貫通ビア構造を備える、パッチアンテナシステム。
【請求項７】
前記集積回路ダイは、フリップチップ構成におけるフリップチップパッケージ上にマウントされる、請求項６に記載のパッチアンテナシステム。
【請求項８】
前記複数のパッチアンテナエレメントと、複数の前記トランシーバ及びベースバンド信号処理回路があり、
前記複数のトランシーバ及びベースバンド信号処理回路のうちの１つは、複数の前記シリコン貫通ビア構造のうちの少なくとも１つによって電気的に前記複数のパッチアンテナエレメントのそれぞれに接続され、
前記パッチアンテナシステムは、フェーズドアレイを含む、請求項６又は７に記載のパッチアンテナシステム。
【請求項９】
前記裏面は、裏面基板を含み、
前記グラウンドプレーンは、前記裏面基板を有する、請求項６から８のいずれか一項に記載のパッチアンテナシステム。
【請求項１０】
前記裏面は、裏面基板を含み、
前記誘電体は、前記裏面基板を有する、
請求項６から８のいずれか一項に記載のパッチアンテナシステム。
【請求項１１】
複数の前記再配線層があり、１又は複数のパッチエレメントが前記複数の再配線層のうちの第１の１つによって形成され、前記グラウンドプレーンが前記再配線層の第２の１つによって形成される、請求項６に記載のパッチアンテナシステム。
【請求項１２】
前記パッチアンテナシステムの動作周波数は５７ＧＨｚから６４ＧＨｚであり、前記複数のパッチアンテナエレメントのそれぞれの長さは０．４５ｍｍから１．２４ｍｍであり、幅は、０．９８ｍｍから１．５８ｍｍである、請求項６から１１のいずれか一項に記載のパッチアンテナシステム。
【請求項１３】
半導体で構成され、アクティブ面及び裏面を有する集積回路ダイと、
グラウンドプレーンと、
前記グラウンドプレーン上に形成された誘電体と、
前記誘電体の層上に形成された再配線層と
を備え、
前記再配線層は、前記集積回路ダイの前記裏面上に形成されており、１又は複数のパッチアンテナエレメントを含み、
前記アクティブ面は、トランシーバ及びベースバンド信号処理回路を有し、
前記アクティブ面は、増幅する場所、整流する場所、及び発光する場所を有し、
前記グラウンドプレーン及び前記誘電体を貫通し、前記１又は複数のパッチアンテナエレメントと前記アクティブ面とを接続するシリコン貫通ビア構造を備える、集積回路。
【請求項１４】
前記裏面は、裏面基板を含み、
前記グラウンドプレーンは、前記裏面基板を有する、請求項１３に記載の集積回路。
【請求項１５】
前記裏面は、裏面基板を含み、
前記誘電体は、前記裏面基板を有する、請求項１３に記載の集積回路。
【請求項１６】
パッチアンテナを製造する方法であって、
半導体で構成され、アクティブ層を含むアクティブ面と、裏面とを有する集積回路ダイであって、前記アクティブ面は、トランシーバ及びベースバンド信号処理回路を有し、前記アクティブ面は、増幅する場所、整流する場所、及び発光する場所を有する集積回路ダイを提供する段階と、
前記裏面上に誘電体層を形成する段階と、
前記誘電体層上に再配線層を形成し、前記再配線層は、１又は複数のパッチアンテナエレメントを含む段階と、
を備え、
前記１又は複数のパッチアンテナエレメントと前記アクティブ層とを電気的に接続する１又は複数のシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）を形成する段階をさらに備える、方法。
【請求項１７】
フリップチップ構成におけるフリップチップパッケージ上に前記集積回路ダイをマウントする段階をさらに備える、請求項１６に記載のパッチアンテナを製造する方法。
【請求項１８】
前記複数のパッチアンテナエレメントと、前記トランシーバ及びベースバンド信号処理回路とを複数のシリコン貫通ビア構造を介して接続する段階をさらに備える請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数のパッチアンテナエレメントと、複数の前記トランシーバ及びベースバンド信号処理回路とを形成する段階と、
前記複数のシリコン貫通ビア構造の少なくとも１つによって、前記複数のトランシーバ及びベースバンド信号処理回路のうちの１つを、前記複数のパッチアンテナエレメントのそれぞれに電気的に接続する段階と
をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数のパッチアンテナエレメントのフェーズドアレイを形成する段階をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
５８ＧＨｚから６２ＧＨｚの周波数で前記フェーズドアレイを動作させる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
５７ＧＨｚと６４ＧＨｚとの間の周波数で前記フェーズドアレイを動作させる、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体産業において、ユビキタス無線通信に移行する動きがある。将来の複数のシステムオンチップ（ＳｏＣ）ソリューションは、システム統合を可能とすべくスモールフォームファクタを要求するだろう。連邦通信委員会（ＦＣＣ）がライセンス料無しの無線通信のための５７ギガヘルツＧＨｚと６４ＧＨｚとの間のスペクトルの７ＧＨｚの巨大連続ブロックの割り当てを解除するなか、より多くの通信デバイスがこのレンジにおいて通信を開始するだろう。それらの高い周波数によって、ミリ波は超高速データ転送に適しており、一方、さらなる利点は、小さいアンテナを用いることでデータを転送できるそれらの能力である。
【０００２】
複数の先行研究は、オンチップアンテナを生成するために、複数のアクティブ金属層、特に、複数の高前面金属層を利用してきた。このことは、高価なアクティブ層エリアを、アンテナによって占有されるために、使用することを要求する。代替的に、従来技術では、大きなエリアを必要とする、オフチップアンテナを用いてきた。さらに、クロストークを分離するためにアンテナとアクティブ層との間にはスペースが必要とされる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
本発明の複数の例示的な実施形態が、添付の複数の図面を参照して、以下に詳述される。
【図１】３Ｄスタックとしてパッケージ化された本願発明に係るオンチップアンテナの１つの実施形態を示す。
【図２】図１のオンチップアンテナの上面図を示す。
【図３】図１のオンチップアンテナの断面図を示す。
【図３Ａ】別の例示的な実施形態に係るオンチップアンテナの断面図である。
【図４】基板が誘電体であるオンチップアンテナの実施形態の断面図である。
【図５】オンチップアンテナ及び回路を有するシステムの１つの実施形態を示す。
【図６】本願発明に係るオンチップアンテナの製造方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図７】オンチップアンテナの製造方法の代替的な実施形態を示すフローチャートである。
【図８】オンチップアンテナの製造方法の別の代替的な実施形態を示すフローチャートである。
【図９】例示的な実施形態に係る、寸法の用語を定義するオンチップアンテナの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
以下の説明及び複数の図面は、当業者が本願発明を実施することができるべく、本願発明の特定の実施形態を十分に示す。他の複数の実施形態は、構造的、論理的、電気的、処理的、及び他の変更を組み込み得る。複数の例は、単に、可能性のあるバリエーションの典型となるにすぎない。複数のコンポーネント及び機能のそれぞれは、明確に要求されない限りオプションであり、処理の順序は変更可能である。いくつかの実施形態の複数の部分及び特徴は、複数の他の実施形態のそれらを含み得る、又は、置換され得る。特許請求の範囲に記載されている本願発明の複数の実施形態は、それら特許請求の範囲の均等物を含む。本願発明の複数の実施形態は、ここでは「発明」という用語によって、個々に又は集合的に参照されうる。「発明」という用語は、単に便宜上のものであり、１より多いものが実際に開示されていても、本願の範囲を単一の発明又は発明概念に限定することを意図していない。
【０００５】
本明細書で用いられているように、パッチアンテナエレメントは、概して、平坦な長方形のシート又は金属の「パッチ」であり、グラウンドプレーン又は反射器と呼ばれる金属のシート上にマウントされる。１つの実施形態において、グラウンドプレーン又は反射器は、概して、パッチアンテナエレメントよりも大きい。誘電体層は、複数のパッチと反射器との間に存在してよい。概して、フィード接続に結合され、かつ、フィード結合から反対にある複数のパッチの２つのエッジは、アンテナ放射を提供する。
【０００６】
本明細書において使用されているように、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）は、シリコンウェハ又はダイを通過する電気接続である。概して、ＴＳＶは、基板及び複数のアクティブ回路層の面に直角に交わる方向（本明細書においては「垂直な」方向と呼ぶ）にダイを通過する。複数のＴＳＶが、本明細書において記載されているように、アンテナの複数のパッチへの複数のフィードラインとして使用されてよい。
【０００７】
本明細書において使用されているように、集積回路ダイは、アクティブ層を有する基板と、裏面とを備えてよい。アクティブ層は、複数の金属層を備えてよく、この層は、増幅する場所、整流する場所、発光する場所、又は半導体ダイにおいて他の動的な作用が発生する場所であってよい。概して、アクティブ層は、基板を覆ってよい。概して、裏面は、ダイにおける、非アクティブな層である。
【０００８】
３次元（３Ｄ）チップは、２又はより多い半導体アクティブ層が、単一の回路内に垂直及び水平の両方に統合されるチップパッケージングのタイプである。モノリシックな３Ｄチップにおいて、複数の電子コンポーネント及びそれらの複数の接続（配線）が、単一の半導体ウェハ上の複数の層内に組み込まれ、その後、ダイシングされて、複数の３Ｄ  ＩＣとなる。１つのみの基板があり、それ故に、整列すること、薄化すること、ボンディングすること、又はシリコン貫通ビアの必要がない。ウェハオンウェハ３−Ｄテクノロジーにおいて、複数の回路は、２又はより多い半導体ウェハ上に組み込まれ、その後、整列され、ボンドされ、ダイシングされて複数の３Ｄ集積回路になる。各ウェハは、ボンディングの前又は後で薄化されてよい。複数の垂直接続は、ボンディングの前に複数のウェハに組み込まれるか又はボンディングの後にスタックにおいて生成される。これら「シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）」は、複数のアクティブ層の間、及び／又は、アクティブ層と外部のボンドパッドとの間で、１又は複数のシリコン基板を通過する。複数のダイオンウェハ３Ｄ集積回路は、２つのウェハを用いることによって生成される。１つのウェハがダイシングされ、ダイスが、第２のウェハの複数のダイの場所に整列されて、ボンドされる。ウェハオンウェハの方法において、薄化及びＴＳＶ生成は、ボンディングの前又は後の一方で、実行される。追加のダイスは、ダイシングの前に複数のスタックに追加されてよい。ダイオンダイ３Ｄ  ＩＣにおいて、複数の電子コンポーネントは、複数のダイ上に組み込まれ、その後、整列されて、ボンドされる。３Ｄパッケージングはまた、ダイを相互接続するための、圧壊制御方式チップ接続又はその頭文字であるＣ４として知られる、フリップチップを有する。ダイのアクティブ層が、他のダイの回路に接続されるようにするべく、ダイは、フリップされかつ位置付けられる。本願発明の様々な実施形態は、これらの集積回路のタイプ及び多くの他のもののうちの任意のものを用いてよい。
【０００９】
再配線層（ＲＤＬ）は、複数の入出力接続パッドが、回路設計の結果としてそれらが位置付けられる場所とは違う場所に再配置されることを許可する、チップ上の金属層である。ＲＤＬは、半導体ダイの表面上の分散伝導金属ラインを生成する方法と考えられてよい。ＲＤＬは、新たな複数の位置に、新たな複数のボンドパッドを提供するべくパターン化され、かつ、金属化された、基板上の別の伝導層を追加することを含んでよい。この層は、複数のオリジナルのボンドパッドにおける接続又は金属の導管への接続を除いて、基板から電気的に分離されていてよい。
【００１０】
図１は、例示的な実施形態に係るオンチップアンテナ１００である。パッチアンテナは、基板１３０と、基板１３０の裏面１１０に再配線層（ＲＤＬ）１５０を用いて製造されてよい複数のパッチ１２０とを有するダイ１１０を備える。シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）１４０は、無線周波数（ＲＦ）トランシーバ５２０（図５）を有するアクティブ層１４４から複数のアンテナパッチ１２０への複数のフィードラインとして利用されてよい。実施形態において、オンチップアンテナは、上ダイ１３０がフリップチップパッケージ上にマウントされる、すなわち、第２のダイ１６０の頂上にフリップされ、かつ、位置づけられる３Ｄスタックとしてパッケージ化されてよい。上ダイの裏面上のＲＤＬを用いて製造された複数のアンテナパッチは、今では、放射アンテナアレイが空中に向けて位置することを保証する上面である。複数のアンテナパッチは、平面でありかつ長方形であってよく、フェーズアレイアンテナシステムとして動作するよう構成されてよい。
【００１１】
図２は、例示的な実施形態に係るオンチップアンテナ２００の上面図を示す。ダイは、基板２１０、金属パッチ２２０及びＴＳＶ２３０を有する。誘電体層が、パッチ２２０と基板２１０との間に堆積されてよい。基板２１０は、反射器（グラウンドプレーン）として構成される。１つのＴＳＶ２３０がパッチに対して接続されるように示されているが、パッチに対して接続される複数のＴＳＶが存在してもよい。
【００１２】
図３は、ダイ３００の裏面上に形成された、例示的な実施形態に係る、オンチップアンテナ３０５の断面図である。オンチップアンテナは、裏面シリコン基板３３０と、基板３３０の裏面に堆積された誘電体層３２０と、誘電体層３２０上に形成されたＲＤＬパッチ３１０とを含んでよい。本実施形態において、誘電体３２０は二酸化ケイ素であってよく、反射器はシリコン基板３３０であってよい。ダイ３００はまた、ルーティング及び配線３５０を含む、アクティブ面回路３４０を含んでよい。誘電体層３２０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を有してよい。実施形態において、基板３３０は、４の誘電率（εｒ）を有してよい。反射器は、高伝導を必要とするので、そのような低抵抗基板は、オンチップアンテナを支援する。基板は、シリコンを有してよく、一方で、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、サファイア、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、シリコン及び及びゲルマニウムの合金、又は、リン化インジウム（ＩｎＰ）、又はそれらの組み合わせのような材料であってよい。別の実施形態において、ＴＳＶ３５５は、ＲＤＬパッチ３１０を複数のアクティブ層回路３４０に接続してよい。
【００１３】
図３Ａは、例示的な実施形態に係る、オンチップアンテナ３６７の断面図である。ダイ３６０は、アクティブ層３６４の裏面３６８上に堆積された金属層３６３と、ＳｉＯ２であってよい誘電体層３６２と、誘電体３６２上に形成されたＲＤＬパッチアンテナ３６１とを備えてよい。実施形態では金属層３６３がＲＤＬによって形成されてよい。アクティブ層３６４は、ルーティング及び配線３６５を含む、複数のアクティブ回路を有してよい。基板は、シリコンであってよく、一方で、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、サファイア、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、シリコン及びゲルマニウムの合金、又は、リン化インジウム（ＩｎＰ）、又はそれらの組み合わせのような材料であってよい。ＴＳＶ３６６は、ＲＤＬパッチ３６１をアクティブ層回路３６４に接続してよい。この構成において、金属層３６３は反射器として構成され、層３６２は誘電体として構成される。換言すれば、金属パッチ（ＲＤＬ）３６１――ＳｉＯ２誘電体３６２――裏面上の金属グラウンドプレーン（ＲＤＬ）３６３、を生成するべく、２つの異なるＲＤＬ層が製造される。
【００１４】
図４は、例示的な実施形態に係るオンチップアンテナ４０５の断面図である。ダイ４００は、裏面基板４５０上に形成されたＲＤＬパッチ４１０と、複数のフィラーセル４４０及び少なくとも１つの金属層４３０を含むアクティブ層４３５を備える。ダイの複数のアクティブ層のうちの１つである複数の金属層４３０のうちの１つは、反射器（グラウンドプレーン）として構成されてよい。この構成において、裏面基板４５０は誘電体として動作してよい。別個の誘電体層は必要とされなくてよい。実施形態において、ＴＳＶ４５５は、複数のＲＤＬパッチ４１０を、ルーティング及び配線４６０を含むアクティブ層４３０に接続してよい。
【００１５】
図５は、例示的な実施形態に係るオンチップアンテナ及び回路を有するアンテナシステム５００を示す。システムは、アンテナアレイ５１０と、トランシーバアレイ５２０と、ベースバンド信号プロセッサアレイ５３０とを備える。別個のアンテナ５１５のそれぞれは、それ自身のトランシーバ５２２及び複数の信号プロセッサ５３３に接続されてよい。実施形態において、複数のアンテナパッチは、基板３３０、４５０の裏面のＲＤＬを利用して形成され、トランシーバ５２０及び複数の信号プロセッサ５３０は、ダイのアクティブ層３４０、４３５に存在する。ＴＳＶ５５０、５５５は、アクティブ層から、複数のアンテナパッチに給電する。オプションとして、トランシーバ、複数の信号プロセッサ又は他の回路は、３Ｄスタックの複数のコンポーネントとして別個のダイ内に製造されてよい。この構成において、複数のアンテナパッチを備えるダイは、裏返されて、図１について上述したフリップチップの方法を通して、トランシーバ若しくは他の回路ダイに接続される。アクティブ層と複数のアンテナパッチとの間のインタラクションは最小化され、複数のフィードの位置及び量が適切なインピーダンスのために選択されることができ、結果として放射され／受信された電波の望ましい偏波をもたらす電流分布を生成する。４分の１波長ラインの空間消費又は複数のフィードの流入は必要でない。
【００１６】
図６は、例示的な実施形態に係るオンチップアンテナの製造を示すフローチャートである。基板が提供され（６１０）、誘電体層、好ましくはＳｉＯ２が、好ましくはシリコンである基板の裏面上に堆積される（６２０）。ＲＤＬがその後、誘電体層上に形成されて、複数のアンテナパッチ６３０を形成する。利用され得る、とりわけ、物理的気相成長法（ＰＶＤ）と、化学気相堆積（ＣＶＤ）と、電気化学析出（ＥＣＤ）と、分子線エピキタシー（ＭＢＥ）と、ごく最近の原子層堆積（ＡＬＤ）とを含む、様々な堆積技術が利用されてよい。様々な層は、ＴＳＶによって接続され得る。オプションとして、オンチップアンテナは、３Ｄスタックとしてパッケージ化される（６４０）。
【００１７】
別の実施形態において、図７は、例示的な実施形態に係るオンチップアンテナの製造を示すフローチャートである。基板が提供され（７１０）、第１のＲＤＬが基板の裏面に形成される（７２０）。誘電体層、好ましくは二酸化ケイ素が、第１のＲＤＬ層に堆積される（７３０）。複数のアンテナパッチを形成する第２のＲＤＬが、誘電体層に形成される（７４０）。様々な層がＴＳＶによって接続され得る。本実施形態において、第１のＲＤＬは、グラウンドプレーンとして構成される。オプションとして、オンチップアンテナは、３Ｄスタックとしてパッケージ化される（７５０）。
【００１８】
別の実施形態において、図８は、例示的な実施形態に係る、オンチップアンテナの製造を示すフローチャートである。基板が提供され（８１０）、複数のアンテナパッチを形成する基板の裏面にＲＤＬが形成される（８２０）。基板のアクティブ層に金属層が堆積される（８３０）。複数のフィラーセルが、製造の間に生成される複数のギャップを接続するために基板と金属層との間に追加されてよく、又は、基板のバイアスを改善するべく追加されてよい。様々な層は、ＴＳＶによって接続され得る。オプションとして、オンチップアンテナは、３Ｄスタックとしてパッケージ化される（８４０）。
【００１９】
図６から８によって製造されたオンチップアンテナは、３Ｄスタックとしてパッケージ化されてよい。この構成において、オンチップアンテナを備えるダイは、ダイのアクティブ層が他のダイに接続されるように、フリップされてよい。複数のアンテナパッチが裏面上にあるので、ダイをフリッピングすることは、３Ｄスタックにおけるパッケージ化の間、複数のパッチを空気に露出させる。
【００２０】
図９は、例示的な実施形態に係る寸法の用語を定義するオンチップアンテナの断面図を示す。ダイ９００は、基板９２０の裏面上に形成されたＲＤＬパッチ９１０と、グラウンドプレーン９３０とを有する。ＲＤＬパッチ９１０は、幅９４０及び長さ９６０を有する。基板９２０は、厚さ９５０を有する。磁界の方向が９７０において示される。
【００２１】
複数のテストが、誘電体の厚さ、誘電率及び信号周波数に関連して、複数のパッチの寸法を決定するべく行われる。概して、パッチエレメントの横寸法は、半波長を誘電体層の誘電率の平方根によって割った値に比例する。複数のパッチの次元と、オンチップアンテナの幾つかの例示的な実施形態の複数の誘電体層が、テーブル１に示される。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
これらの測定は、誘電体層の厚さが増したときに、パッチサイズが減少可能であり得ることを示す。これらの測定と一致して、実施形態において、５ｍｍ幅、５ｍｍ長のダイは、単一のパッチが０．７２ｍｍの長さ及び０．９８ｍｍの幅を有する、約２０のアンテナパッチのアレイを有してよい。さらに、アンテナはダイの裏面上に形成されるので、アクティブ層における複数の回路の干渉のリスクは低い。同様に、回路の干渉の低リスクに起因して、ダイの裏面全体が、複数のパッチを形成するために利用可能である。
【００２４】
複数の図面に示され、本明細書において説明した特定の実施形態は、例示の目的のためのものであって、特許請求の範囲に記載される本願発明を限定するものと解釈すべきではないことは理解されたい。さらに、当業者が、本発明の概念から逸脱することなく、説明した特定の実施形態の多数の使用及び変形をしてよいことは、明白である。記載されている様々な構造及び処理は、同等の複数の構造及び処理に置換されてよく、発明の方法のサブプロセスは、場合によって、異なる順番で実行されてよく、又は、異なる様々な材料及びエレメントが使用されてよい。したがって、本願発明は、開示されたシステム及び方法に存在する及び／又は所有される新規な特徴及び特徴の新規な組み合わせのそれぞれ及び全てを包含すると解釈される。
【００２５】
実施形態では、オンチップアンテナ（１００）は、アクティブ面（１４４）及び裏面（１１０）を有する集積回路チップ（１３０）と、グラウンドプレーン（９３０）と、グラウンドプレーン上に形成された誘電体（３２０）と、誘電体層（３１０）上に形成された再配線層とを備え、再配線層は１又は複数のオンチップアンテナエレメント（１２０）を含む。オプションとして、裏面は、高伝導裏面基板（３３０）と、高伝導裏面基板（３３０）を有するグラウンドプレーンとを含む。オプションとして、誘電体層（３１０）は、裏面基板３２０上に形成された二酸化ケイ素層を有する。オプションとして、裏面（１１０）は、裏面基板（４５０）と、裏面基板を有する誘電体とを含む。オプションとして、アクティブ面（３６４）は金属層（３６３）を含み、グラウンドプレーンはアクティブ面金属層（３６３）を有する。オプションとして、１又は複数のオンチップアンテナパッチエレメントは、フェーズドアレイ（１２０）を有する。
【００２６】
別の実施形態として、オンチップアンテナシステムは、アクティブ面（１４４）及び裏面（１１０）を有する集積回路ダイ（１３０）と、グラウンドプレーン（９３０）と、グラウンドプレーン（３２０）上に形成された誘電体と、誘電体層（３１０）上に形成された再配線層とを備え、再配線層は、１又は複数のオンチップアンテナエレメント（１２０）を含み、アクティブ面は、トランシーバ（５２２）及びベースバンド信号処理回路（５３３）を含む。オプションとして、集積回路ダイ（１３０）は、フリップチップ構成１００におけるフリップチップパッケージ上にマウントされる。オプションとして、複数のシリコン貫通ビア構造（１４４、５５０、５５５）は、複数のオンチップアンテナエレメント（１２０、５１０）と、トランシーバ（５２２）及びベースバンド信号処理回路（５３３）とを接続する。オプションとして、複数のオンチップアンテナエレメント（５１０）及び複数のトランシーバ（５２２）及びベースバンド信号処理回路（５３３）があり、複数のトランシーバ及びベースバンド信号処理回路のうちの１つが、シリコン貫通ビア構造（５５０）のうちの少なくとも１つによって複数のオンチップアンテナエレメントのそれぞれに電気的に接続され、オンチップアンテナシステムは、フェーズドアレイ（５１０）を有する。オプションとして、裏面（１１０）は高伝導裏面基板（３３０）を含み、グラウンドプレーン（９３０）は、高伝導裏面基板（３３０）を有する。オプションとして、裏面は、裏面基板（４５０）と、裏面シリコン基板（４５０）を有する誘電体とを含む。オプションとして、複数の再配線層（１２０）があり、１又は複数のパッチエレメントは複数の再配線層の第１の１つによって形成され、グラウンドプレーンは、複数の再配線層（３６５）の第２の１つによって形成される。オプションとして、システムの動作周波数は５８ＧＨｚから６２ＧＨｚである。オプションとして、システムの動作周波数は５７ＧＨｚから６４ＧＨｚであり、複数のパッチ（９６０）のそれぞれの長さは０．４５ｍｍから１．２４ｍｍであり、幅（９４０）は０．９８ｍｍから１．５８ｍｍである。
【００２７】
別の実施形態において、集積回路は、アクティブ面（１４０）及び裏面（１１０）を有する集積回路ダイ（１３０）と、グラウンドプレーン（９３０）と、グラウンドプレーン上に形成された誘電体（３２０）と、誘電体層上に形成された再配線層（３１０）とを備え、再配線層は集積回路ダイ（１３０）の裏面上に形成されており、１又は複数のオンチップアンテナエレメント（１２０）を含む。オプションとして、裏面（１１０）は、高伝導裏面基板（３３０）を含み、グラウンドプレーン（９３０）は高伝導裏面基板を有する。オプションとして、裏面（１１０）は裏面基板（３３０）を含み、誘電体（３２０）は、裏面シリコン基板（３３０）を有する。
【００２８】
さらなる実施形態において、オンチップアンテナを製造する方法は、集積回路ダイ（１００）を提供する段階であって、ダイがアクティブ層（３６４）を含むアクティブ面（１４０）と、裏面（１１０）とを含む段階と、裏面上に誘電体層（３２０）を形成する段階と、誘電体層（３１０）上に再配線層を形成する段階であって、再配線層が１又は複数のオンチップアンテナエレメント（１２０）を含む段階と、を備える。オプションとして、１又は複数のパッチアンテナエレメント（１２０）をアクティブ層（３６４）に電気的に接続する１又は複数のシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）（１４４）を形成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成29年4月18日(2017.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面とを有するアクティブ層と、
前記アクティブ層の裏面上に配置された金属層と、
前記アクティブ層に電気接続され、前記金属層とは離間して配置されており、前記金属層と少なくとも部分的に整列された１又は複数のパッチアンテナと、
前記１又は複数のパッチアンテナと前記金属層との間の距離を一定にする誘電体と
を備え、
前記１又は複数のパッチアンテナと前記金属層とは、前記誘電体によって離間されている、オンチップアンテナ。
【請求項２】
前記複数のパッチアンテナを備え、
前記アクティブ層は、前記複数のパッチアンテナのそれぞれに電気的に接続された複数のトランシーバ及び信号プロセッサを有する、請求項１に記載のオンチップアンテナ。
【請求項３】
前記複数のパッチアンテナは、フェーズドアレイを有する、請求項２に記載のオンチップアンテナ。
【請求項４】
前記金属層及び前記誘電体を貫通し、前記１又は複数のパッチアンテナと前記アクティブ層とを接続するシリコン貫通ビア構造を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のオンチップアンテナ。
【請求項５】
前記アクティブ層は、増幅する場所、整流する場所、及び発光する場所を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のオンチップアンテナ。
【請求項６】
前記誘電体は、二酸化ケイ素層を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のオンチップアンテナ。
【請求項７】
表面と裏面とを有するアクティブ層と、
前記アクティブ層の裏面上に配置された金属層と、
前記アクティブ層に電気接続され、前記金属層とは離間して配置されており、前記金属層と少なくとも部分的に整列された１又は複数のパッチアンテナと、
前記１又は複数のパッチアンテナと前記金属層との間の距離を一定にする誘電体と
を備え、
前記１又は複数のパッチアンテナと前記金属層とは、前記誘電体によって離間されており、
前記アクティブ層は、トランシーバ及びベースバンド信号処理回路を有する、パッチアンテナシステム。