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Die Erfindung betrifft einen Mikrochip mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Mikrochips mit den Merkmalen von Anspruch 17.
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RFID-Systeme dienen der kontaktlosen Identifikation von Objekten. Im praktischen Einsatz befinden sich dafür Systeme bis 900 MHz. Diese Systeme bestehen aus einem RFID-Reader und einem kleinen mobilen Gerät das an den zu identifizierenden Objekten angebracht ist, dem RFID-Transponder.
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Der Transponder besteht bei RFID-Systemen bis 900 MHz üblicherweise aus einem RFID-Chip und einer Antenne. Die Ausmaße des Chips sind in der Regel klein gegenüber der Antenne, sodass die Antenne für die Größe des Transponders ausschlaggebend ist. Deren Größe hängt maßgeblich von der verwendeten Frequenz ab.
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Um die Transpondergröße zu reduzieren wurden RFID-Systeme im höheren Frequenzbereich entwickelt, z. B. zwischen 10 GHz und 80 GHz, wie beispielsweise bei 24,125 GHz. Aufgrund der höheren Frequenz wird die Antenne so klein, dass sie auf dem RFID-Chip untergebracht werden kann. Der Transponder besteht dann nur noch aus einem einzigen Chip. Dies führt zu weiteren Vorteilen. So wird beispielsweise keine externe Antenne benötigt und damit auch keine Verbindung zwischen Antenne und Chip. Solch ein RFID-Transponder kann auch auf sehr kleinen Objekten angebracht werden.
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Mikrochips werden üblicherweise Schicht für Schicht aufgebaut, wobei leitende und nichtleitende Materialen zum Einsatz kommen. In der Regel werden nach Erstellung einer Metalllage eine oder mehrere Isolationsschichten darüber aufgebracht, dann folgt die nächste Metalllage. Die Chiphersteller schreiben beispielsweise für in CMOS-Technik gefertigte Mikrochips eine gewisse Metallfülldichte für die einzelnen Metalllagen vor. Hierbei geben die Chiphersteller in sogenannten Design-Rules eine Minimal-Fülldichte und eine Maximal-Fülldichte für die Metalllagen vor. Die Design-Rules können je nach Lage variieren, sodass beispielsweise für eine erste Metalllage eine erste Metallfülldichte und für eine zweite Metalllage eine zweite Metallfülldichte gilt.
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Im Frequenzbereich um 24,125 GHz bestehen On-Chip Antennen für RFID-Transponder in der Regel aus Dipolantennen oder dipolartigen Strukturen. Bei diesem Antennentyp sollte um die Antenne herum ein möglichst großer Bereich auf dem Chip ohne Metallfüllung sein, um die Abstrahlung nicht negativ zu beeinflussen. Je näher die Metallfüllung an die Antenne heranragt, desto geringer wird ihr Gewinn.
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Der benötigte Abstand für eine gute Abstrahlung verletzt üblicherweise die Design-Rules der Chiphersteller, denn diese fordern eine minimale und eine maximale Metalldichte. Bei anderen Antennenarten, wie z. B. einer Schlitzantenne, entsteht oftmals das Problem, dass der Schlitz die Regeln der minimalen Metalldichte verletzt. Zudem besteht bei einer Schlitzantenne die Schwierigkeit der Platzierung der Elektronik des Chips. Aufgrund der Metallisierung ist hierzu oftmals nicht ausreichend Platz vorhanden.
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Der Fokus bei der Herstellung von Mikrochips im CMOS-Verfahren liegt also auf einem möglichst Design-Rule konformen Chip Design. Aufgrund des Herstellungsverfahrens des CMOS-Prozesses gibt es Beschränkungen bezüglich der minimalen und maximalen Metalldichte auf den verschiedenen Metalllagen. Bei den meisten Antennentypen im Gigahertz-Bereich, z. B. in einem Bereich um 24,125 GHz, ist die Bereitstellung eines Bereichs ohne Metall um die Antenne herum erforderlich, um eine gute Abstrahlung der Antenne zu gewährleisten. Ein solcher Bereich verletzt aber in der Regel die Anforderungen des Herstellungsverfahrens und führt zu einem erhöhten Risiko, in der Produktion nicht funktionsfähige Chips zu erhalten.
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Es ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bestehende RFID-Transponder mit On-Chip-Antenne dahingehend zu verbessern, dass diese bei ihrer Herstellung die technischen Randbedingungen hinsichtlich Metallfülldichten erfüllen und dabei dennoch klein und kompakt bauen und gleichzeitig einen guten Antennengewinn aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Mikrochip mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie mit dem Verfahren zum Herstellen eines solchen Mikrochips mit den Merkmalen von Anspruch 17 gelöst.
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Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein Mikrochip vorgeschlagen, der unter anderem eine RFID-Transponder-Schaltung aufweist. Der erfindungsgemäße Mikrochip weist außerdem mindestens eine in dem Mikrochip angeordnete Metallschicht auf. Diese Metallschicht weist eine Aussparung auf, die einen Schlitz definiert, sodass die Metallschicht als eine On-Chip-Schlitzantenne ausgebildet ist. Ein oder mehrere erste Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung sind, in einer Draufsicht auf die Metallschicht, innerhalb der Aussparung der Metallschicht, d. h. innerhalb des Schlitzes der On-Chip-Schlitzantenne, angeordnet. Wie eingangs erwähnt, schreiben die Chiphersteller für gewöhnlich Minimal- und Maximal-Metallfülldichten für die Metallschichten im Mikrochip vor. Ein erfindungsgemäßer Mikrochip kann beispielweise mindestens eine Metallschicht aufweisen. Diese mindestens eine Metallschicht wird erfindungsgemäß so ausgebildet, dass sie eine Aussparung aufweist, die einen Schlitz definiert. Diese mindestens eine Metallschicht fungiert somit also als eine On-Chip-Schlitzantenne. Die Abmessungen des Schlitzes orientieren sich an der gewünschten Wellenlänge der RFID-Transponder-Schaltung und sind entsprechend einstellbar. Um bei den kompakten Abmessungen eines Mikrochips dennoch einen möglichst hohen Antennengewinn zu erzielen, ist es vorteilhaft, die mindestens eine Metallschicht möglichst großflächig auszuführen. Hierbei ergibt sich jedoch ein Zielkonflikt insofern, dass auf der zur Verfügung stehenden limitierten Chipfläche nicht nur die besagte Metallschicht möglichst großflächig Platz finden muss, sondern gleichzeitig auch noch die Elektronik, d. h. die RFID-Transponder-Schaltung, auf dieser limitierten Chipfläche untergebracht werden muss. Es wäre zwar möglich, die Elektronik derart auszubilden bzw. anzuordnen, dass Abschnitte der Metallschicht als Teil, z. B. als Verdrahtungsstruktur, der Elektronik verwendet werden. Dadurch würden aber zum einen möglicherweise nicht die Herstellervorgaben bezüglich der Minimal-Metallfülldichte eingehalten werden können. Zum anderen verringert diese Nutzung der Metallschicht als Elektronik-Verdrahtungsstruktur die für die Antenne nutzbare Fläche der Metallschicht. Deshalb sieht das erfindungsgemäße Konzept eine Anordnung von zumindest einem Teil der Elektronik in dem Schlitz der in der Metallschicht ausgebildeten On-Chip-Schlitzantenne vor. Genauer gesagt werden in dem Halbleitersubstrat des Mikrochips die Elektronikstrukturen genau dort ausgebildet bzw. angeordnet, wo sich der Schlitz befindet. Wenn man den Mikrochip bzw. die Metallschicht in einer Draufsicht betrachtet, dann ist also im Bereich des Schlitzes der Mikrochip sichtbar. In ebendiesem sichtbaren Bereich ist die Elektronik angeordnet. Da die Elektronik in einer Draufsicht betrachtet wird, muss die Elektronik nicht zwangsläufig in derselben Ebene wie die Metallschicht angeordnet sein, sondern die Elektronik kann demnach auch unterhalb oder oberhalb dieser Ebene der als On-Chip-Schlitzantenne ausgebildeten Metallschicht angeordnet sein.
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Es ist denkbar, dass die ein oder mehreren ersten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung Verdrahtungsstrukturen der RFID-Transponder-Schaltung aufweisen. In anderen Worten können die Verdrahtungsstrukturen in einer Draufsicht auf die Metallschicht und/oder in einer Querschnittsansicht der Metallschicht innerhalb der Aussparung angeordnet sein. Die Verdrahtungsstrukturen sind vorzugsweise aus Metall und können beispielsweise zusammen mit der Metallschicht in einem gemeinsamen Arbeitsschritt aufgebracht werden. Die Verdrahtungsstrukturen können aber auch erst später aufgebracht werden. Da ein Mikrochip üblicherweise Lage für Lage aufgebaut wird, ist es vorteilhaft, wenn alle Metallstrukturen in einer Ebene gleichzeitig eingebracht werden, was wiederum die Herstellung erleichtert. Dadurch, dass die Verdrahtungsstrukturen innerhalb der Aussparung angeordnet sind, sind sie leicht zugänglich, um die darunterliegende Schaltung zu kontaktieren und der Einfluss auf die Metallschicht, d. h. auf die On-Chip-Antenne, wird minimiert.
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Gemäß einer Ausführungsform können die ein oder mehreren ersten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung, in einer Querschnittsansicht der Metallschicht, zumindest abschnittsweise in einer Ebene angeordnet sein, die durch den Schlitz der On-Chip-Schlitzantenne aufgespannt wird. In anderen Worten liegen die ersten ein oder mehreren Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung zumindest abschnittsweise in der gleichen Ebene wie die Metallschicht der On-Chip-Schlitzantenne. Die ersten ein oder mehreren Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung sind also nicht nur in einer Draufsicht auf die Metallschicht innerhalb der in der Metallschicht vorgesehenen Aussparung angeordnet, sondern auch in einer Querschnittsansicht. Das heißt, die ersten ein oder mehreren Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung sind innerhalb der in der Metallschicht vorgesehenen Aussparung angeordnet und somit sozusagen von der Metallschicht umgeben.
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Es ist vorstellbar, dass die ein oder mehreren ersten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung ein oder mehrere Elemente für ein Anpassnetzwerk der RFID-Transponder-Schaltung aufweisen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Kapazitäten oder Induktivitäten handeln. Mittels des Anpassnetzwerks kann die Impedanz zwischen Sender und On-Chip-Antenne angepasst werden, so dass der erfindungsgemäße Mikrochip mit RFID-Transponder-Schaltung in einem weiten Frequenzbereich, beispielsweise zwischen 10 GHz und 80 GHz, und insbesondere bei einer Frequenz von 24,125 GHz abstimmbar ist. Dadurch, dass die ein oder mehreren Elemente für das Anpassnetzwerk innerhalb der Aussparung angeordnet sind, sind sie einfach auszubilden und der Einfluss auf die Metallschicht, d. h. auf die On-Chip-Antenne, wird minimiert.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Mikrochip ein Halbleitersubstrat aufweisen auf dem die mindestens eine Metallschicht gebildet ist, wobei in dem Halbleitersubstrat gebildete zweite Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung in Draufsicht auf die Metallschicht innerhalb der Aussparung der Metallschicht angeordnet sind. Die zweiten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung können beispielsweise Teile einer in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten integrierten Schaltung sein. Dadurch, dass die zweiten Abschnitte innerhalb der Aussparung angeordnet sind, sind sie einerseits einfach auszubilden und andererseits einfach zugänglich.
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Es ist vorstellbar, dass in Draufsicht auf die Metallschicht alle Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung innerhalb der Aussparung angeordnet sind. In anderen Worten sind sowohl die ersten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung, z. B. Verdrahtungsstrukturen, als auch die zweiten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung, z. B. Teile der in dem Halbleitersubstrat ausgebildeten integrierten Schaltung, vollständig innerhalb der Aussparung der Metallschicht angeordnet. Vorzugsweise sind, in einer Querschnittsansicht, die ersten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung unterhalb der Ebene der Metallschicht, und die zweiten Abschnitte der RFID-Transponder-Schaltung zumindest abschnittsweise in der gleichen Ebene wie die Metallschicht angeordnet. Die gesamte RFID-Transponder-Schaltung kann somit einfach und unter Einhaltung der Herstellervorgaben bezüglich der Minimal- bzw. Maximal-Metallfüllmengen in den Chip integriert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Mikrochip eine Mehrzahl von durch dielektrische Schichten voneinander getrennten Metallschichten aufweisen, wobei jede Metallschicht jeweils eine Aussparung aufweist. Jede mit einer Aussparung versehene Metallschicht kann als eine eigene On-Chip-Schlitzantenne ausgebildet sein. Falls die Metallschichten, z. B. mittels Durchkontaktierungen, miteinander verbunden sind, können alle Metallschichten als eine gemeinsame On-Chip-Schlitzantenne genutzt werden. Beispielsweise können bis zu sechs Metallschichten vorgesehen sein. Insbesondere bei in CMOS-Technik gefertigten Mikrochips können prozessbedingt mehrere Metallschichten vorgesehen werden.
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Dabei ist es denkbar, dass sich die Aussparungen in einer Draufsicht auf die Metallschichten zumindest abschnittsweise überlappen, oder wobei die Aussparungen in einer Draufsicht auf die Metallschichten deckungsgleich sind. In anderen Worten können die Aussparungen der jeweiligen Metallschichten vorteilhafter Weise die gleichen Abmessungen aufweisen, sodass die einzelnen Schlitze der gemeinsamen On-Chip-Schlitzantenne alle gleich groß sind. Die Schlitze können sich aber auch in Draufsicht abschnittsweise überlappen, sodass ein gewünschtes Spaltmaß durch den Grad der Überlappung einstellbar ist.
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Es ist außerdem denkbar, dass mindestens zwei Metallschichten mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind. Beispielsweise können zwei benachbarte Metallschichten miteinander verbunden sein. Es können aber auch nicht benachbarte Metallschichten miteinander verbunden sein. Die miteinander verbundenen Metallschichten können eine gemeinsame On-Chip-Schlitzantenne realisieren. Eine Durchkontaktierung bietet hierfür eine einfache Art der Realisierung von Verbindungen zweier oder mehrerer Metallschichten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann sich mindestens eine Metallschicht über eine gesamte Querschnittsfläche des Mikrochips erstrecken. Gemäß des Hauptaspekts der Erfindung weist die Metallschicht eine Aussparung auf, sodass sich diese mindestens eine Metallschicht sozusagen mit Ausnahme dieser Aussparung über eine gesamte Querschnittsfläche des Mikrochips erstreckt. Wenn sich die Metallschicht über die gesamte Querschnittsfläche des Mikrochips erstreckt, bedeckt die Metallschicht eine möglichst große, bzw. eine maximal große, Fläche des Chips. Dies ist zum einen insofern vorteilhaft, dass eine Mindest-Metallfülldichte eingehalten werden kann. Zum anderen erhöht eine große Metallfläche den zu erreichenden Antennengewinn.
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Es ist denkbar, dass mindestens eine Metallschicht Durchbrechungen aufweist, deren Querschnittsfläche mindestens um den Faktor 50, oder mindestens um den Faktor 100, oder mindestens um den Faktor 200 kleiner ist als die Querschnittsfläche dieser Metallschicht. Es handelt sich also hierbei um Durchbrechungen, die klein im Vergleich zu der gesamten Querschnittsfläche der Metallschicht sind. Die Anzahl der Durchbrechungen kann variieren. Wenn die vorhandene Metallschicht beispielsweise eine Maximal-Metallfülldichte überschreitet, dann können selektiv Durchbrechungen in diese Metallschicht eingebracht werden. Diese Durchbrechungen entsprechen somit einem Abtragen von Material der Metallschicht, um die Metallfülldichte zu reduzieren. Die Anzahl und die Größe der Durchbrechungen kann, je nach Bedarf, variiert werden, sodass die herstellerseitigen Vorgaben bezüglich der Minimal- und Maximal-Metallfüllmenge eingehalten werden.
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Es ist denkbar, dass der Mikrochip zwei oder mehr Metallschichten aufweist, wobei zumindest zwei benachbarte Metallschichten Durchbrechungen aufweisen, die, in einer Draufsicht auf die Metallschichten, zumindest teilweise versetzt zueinander angeordnet sind. Die jeweils in den benachbarten Metallschichten vorgesehenen Durchbrechungen können sich in einer Draufsicht möglicherweise überlappen. Jedoch sind sie nicht deckungsgleich. Durch den Versatz der einzelnen Durchbrechungen zueinander kann verhindert werden, dass die Durchbrechungen als Schlitz mit ungewollter Schlitzantennen-Funktionalität dienen. Negative Auswirkungen auf die gewollten Eigenschaften der Schlitzantenne, d. h. der Metallschicht/en mit Aussparung, werden somit gering gehalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die in einer Metallschicht ausgebildete Aussparung etwa mittig in dieser Metallschicht angeordnet sein, sodass eine Mittellinie der Aussparung zu einer Mittellinie dieser Metallschicht kongruent ist. Eine mittige Anordnung der Aussparung ist prozesstechnisch unaufwändig realisierbar. Außerdem ist eine solche mittige Anordnung der Aussparung für das Antennendesign von Vorteil, da so eine symmetrische Antenne bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus ergibt eine mittige Anordnung der Aussparung auch die Möglichkeit, die in der Aussparung angeordnete RFID-Transponder-Schaltung mittig in dem Substrat anzuordnen.
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Es ist vorstellbar, dass mindestens eine Metallfüllstruktur vorgesehen ist, die in Draufsicht auf die Metallschicht innerhalb der Aussparung dieser Metallschicht angeordnet ist und/oder in einer Querschnittsansicht der Metallschicht zumindest abschnittsweise in einer Ebene angeordnet ist, die durch die Aussparung in der Metallschicht aufgespannt wird. Eine Metallfüllstruktur kann ein abgeschiedenes Metall bzw. ein Teil einer abgeschiedenen Metallschicht sein, der aber mit der Metallschicht selbst nicht in Kontakt ist. Wenn beispielsweise eine herstellerseitige Mindest-Metallfüllmenge nicht erreicht ist, so kann eine solche Metallfüllstruktur verwendet werden, um die gesamte Metallfüllmenge zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform können die RFID-Transponder-Schaltung und die Schlitzantenne ausgebildet sein, um in einem Frequenzbereich zwischen 10 GHz und 80 GHz, und insbesondere bei 24,125 GHz betrieben zu werden. Die Abmessungen des Schlitzes sind auf die gewünschte Wellenlänge bzw. auf die gewünschte Sende- bzw. Empfangsfrequenz abgestimmt. Bei einem erfindungsgemäßen Mikrochip, der beispielsweise auf einem Siliziumsubstrat gefertigt wird, kann der Schlitz der On-Chip-Schlitzantenne viel kleiner ausfallen, als dies ohne das Substrat der Fall wäre. Bei einer Frequenz von 24,125 GHz beispielsweise ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Mikrochip eine Schlitzlänge von 1,8 mm, während bei bekannten Designs die Schlitzlänge etwa 12 mm beträgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die RFID-Transponder-Schaltung in einer Draufsicht auf die mindestens eine Metallschicht derart in der Aussparung dieser Metallschicht angeordnet sein, dass die RFID-Transponder-Schaltung lateral zu dieser Metallschicht beabstandet ist. In anderen Worten ist die in der Aussparung angeordnete RFID-Transponder-Schaltung von der Metallschicht derart umgeben, dass sich ein lichter Abstand zwischen dem Aussparungs-Umriss in der Metallschicht und den äußeren Konturen der RFID-Transponder-Schaltung ergibt. Somit kann verhindert werden, dass die Metallschicht mit der RFID-Transponder-Schaltung in unerwünschten Kontakt kommt. Ein erwünschter Kontakt wäre hingegen die Verbindung der RFID-Transponder-Schaltung mit der On-Chip-Schlitzantenne am Anschlusspunkt der Antenne.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Mikrochips,
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2 eine Seitenansicht von rechts auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip,
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3 eine Querschnittsansicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie III-III,
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4 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 3 gezeigten Schnittlinie IV-IV,
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5 eine Querschnittsansicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie III-III,
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6 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 5 gezeigten Schnittlinie VI-VI,
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7 eine Querschnittsansicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie III-III,
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8 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 7 gezeigten Schnittlinie VIII-VIII,
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9 eine Querschnittsansicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie III-III,
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10 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip entlang einer in 9 gezeigten Schnittlinie X-X,
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11A eine Draufsicht auf eine Metallschicht mit Durchbrechungen,
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11B eine Draufsicht auf eine Metallschicht mit auf eine weiteren Ausführungsform von Durchbrechungen,
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11C eine Draufsicht auf zwei benachbart angeordnete Metallschichten mit Durchbrechungen,
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12 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip mit einer mittig angeordneten Aussparung, wobei die RFID-Transponder-Schaltung lateral zu dem Schlitz der On-Chip-Schlitzantenne beabstandet ist,
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13 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip mit in dem Schlitz angeordneter zusätzlicher Metallfüllstruktur,
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14 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer On-Chip-Schlitzantenne,
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15 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer On-Chip-Schlitzantenne mit in dem Schlitz angeordneter Elektronik,
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16 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer On-Chip-Schlitzantenne, bei der die Metallschicht vollständig mit Metall gefüllt ist,
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17 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Schlitzes einer On-Chip-Schlitzantenne, und
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18 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Schlitzes einer On-Chip-Schlitzantenne.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Mikrochip 100 in einer Perspektivansicht. Der Mikrochip 100 weist ein Halbleitersubstrat 110 auf, in dem eine hier nicht gezeigte und mit Bezug auf die nachstehenden Figuren näher beschriebene RFID-Transponder-Schaltung 101 ausgebildet ist.
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Der Mikrochip 100 weist ferner eine Metallschicht 102 auf. Die Metallschicht kann, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, mittels dielektrischer Schichten 111a, 111b von dem Halbleitersubstrat 110 separiert angeordnet sein.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Mikrochip 100 in einer Seitenansicht von rechts.
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3 zeigt ein Schnittbild des erfindungsgemäßen Mikrochips 100 entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie III-III. Neben den bereits zuvor erwähnten Teilen des Mikrochips 100 ist in diesem Querschnitt eine in der Metallschicht 102 vorgesehene Aussparung 103 zu erkennen.
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Wie bereits zuvor erwähnt, ist in dem Halbleitersubstrat 110 eine RFID-Transponder-Schaltung 101 ausgebildet. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 ist lediglich schematisch dargestellt und daher in 3 mit Strichlinien angedeutet. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 weist ein oder mehrere erste Abschnitte 104a, 104b sowie ein oder mehrere zweite Abschnitte 105a, 105b auf.
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4 zeigt eine Ansicht entlang einer in 3 gezeigten Schnittlinie IV-IV. Die Schnittlinie IV-IV schneidet genau zwischen der Metallschicht 102 und der oberen dielektrischen Schicht 111a. 4 zeigt demnach eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Mikrochip 100 unter Weglassung der oberen dielektrischen Schicht 111a.
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In 4 ist die Oberseite der Metallschicht 102 zu erkennen. Die Metallschicht 102 weist eine Aussparung 103 auf. In der gezeigten Draufsicht legt die Aussparung 103 somit den Blick auf die darunter liegende RFID-Transponder-Schaltung 101 frei. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 ist hier wiederum nur schematisch gezeigt, weshalb die RFID-Transponder-Schaltung 101 mit Strichlinien angedeutet ist.
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Es sind ferner die Oberseiten der ein oder mehreren ersten Abschnitte 104a, 104b der RFID-Transponder-Schaltung 101 zu erkennen. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 einschließlich der ersten Abschnitte 104a, 104b sind in der in 4 dargestellten Draufsicht innerhalb der Aussparung 103 der Metallschicht 102 angeordnet.
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Die die Aussparung 103 aufweisende Metallschicht 102 fungiert als eine On-Chip-Schlitzantenne, wobei die Aussparung 103 den Schlitz der Schlitzantenne definiert.
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4 zeigt also eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip 100 mit einer RFID-Transponder-Schaltung 101 und mindestens einer in dem Mikrochip 100 angeordneten Metallschicht 102, die eine Aussparung 103 aufweist, die einen Schlitz 103 definiert, sodass die Metallschicht 102 als eine On-Chip-Schlitzantenne ausgebildet ist. In der Draufsicht auf die Metallschicht 102, bzw. auf den Mikrochip 100, sind ein oder mehrere erste Abschnitte 104a, 104b der RFID-Transponder-Schaltung 101 innerhalb der Aussparung 103 der Metallschicht 102 angeordnet.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrochips 100. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 ist in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildet und hier wiederum lediglich schematisch abgebildet, weshalb die RFID-Transponder-Schaltung 101 auch hier nur mit Strichlinien angedeutet ist. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 befindet sich in der gezeigten Querschnittsansicht unterhalb der Aussparung 103.
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Die schematisch gezeigte RFID-Transponder-Schaltung 101 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Abschnitt 104c auf. Es können zusätzlich, oder anstelle von dem ersten Abschnitt 104c, aber auch die beiden mit Bezug auf 3 gezeigten ersten Abschnitte 104a, 104b der RFID-Transponder-Schaltung 101 vorgesehen sein.
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Bei dem in 5 gezeigten ersten Abschnitt 104c der RFID-Transponder-Schaltung 101 handelt es sich um Verdrahtungsstrukturen. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 110 ein P-Typ-Substrat sein. Die beiden dargestellten in dem Halbleitersubstrat 110 ausgebildeten zweiten Abschnitte 105a, 105b können beispielsweise n-dotierte Gebiete sein. Die Verdrahtungsstruktur 104c besteht vorzugsweise aus Metall und kann die beiden n-dotierten Gebiete 105a, 105b miteinander verbinden.
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6 zeigt eine Draufsicht auf den Mikrochip 100 entlang der in 5 eingezeichneten Schnittlinie VI-VI. Hier sind ebenfalls die zweiten Abschnitte 105a, 105b und der die beiden zweiten Abschnitte 105a, 105b verbindende erste Abschnitt 104c der RFID-Transponder-Schaltung 101 zu erkennen. Die wiederum mit Strichlinien schematisch dargestellte RFID-Transponder-Schaltung 101 ist in der gezeigten Draufsicht innerhalb der Aussparung 103 angeordnet.
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Wie sowohl in der in 5 gezeigten Querschnittsansicht als auch in der in 6 gezeigten Draufsicht zu erkennen ist, spannt die Aussparung 103 eine Ebene E auf. Die Ebene E ist in 6 zur Verdeutlichung in Kreuzschraffur dargestellt.
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Die Ebene E erstreckt sich über die gesamten Abmessungen der Aussparung 103, d. h. sie erstreckt sich in lateraler Richtung (6) über die gesamte Länge und Breite der Aussparung 103, und in vertikaler Richtung (5) erstreckt sich die Ebene E von einer Oberseite 103a der Aussparung 103 bis zu einer Unterseite 103b der Aussparung 103.
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Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform des Mikrochips 100 ist also der erste Abschnitt 104c der RFID-Transponder-Schaltung 101 zumindest abschnittsweise in der Ebene E angeordnet, die von der Aussparung 103 in der Metallschicht 102 aufgespannt wird.
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In anderen Worten ist in einer Querschnittsansicht (5) der Metallschicht 102 die Verdrahtungsstruktur 104c, d. h. ein erster Abschnitt der RFID-Transponder-Schaltung 101, in der Ebene E angeordnet, die durch die Aussparung 103 in der Metallschicht 102 aufgespannt wird. Die Verdrahtungsstruktur 104c befindet sich in einer Querschnittsansicht also innerhalb der Aussparung 103. Die beiden zweiten Abschnitte 104a, 104b der RFID-Transponder-Schaltung 101 sind in einer Querschnittsansicht hingegen unterhalb der Aussparung 103 angeordnet.
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Jedoch sind in einer Draufsicht (6) auf die Metallschicht 102 alle Abschnitte 105a, 105b, 104c der RFID-Transponder-Schaltung 101 innerhalb der Aussparung 103 angeordnet. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 wird in einer Draufsicht sozusagen von der Aussparung 103 umrahmt.
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Die ein oder mehreren ersten Abschnitte 104a, 104b, 104c können sowohl Verdrahtungsstrukturen als auch ein oder mehrere Elemente für ein Anpassnetzwerk der RFID-Transponder-Schaltung 101 aufweisen. Beispielsweise können die ersten Abschnitte 104a, 104b, 104c Kapazitäten und/oder Induktivitäten aufweisen.
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7 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrochips 100. Dieser Mikrochip 100 weist eine Mehrzahl von durch dielektrische Schichten 111a, 111b, 111c, 111d voneinander getrennten Metallschichten 102a, 102b, 102c auf, wobei jede Metallschicht 102a, 102b, 102c jeweils eine Aussparung 103a, 103b, 103c aufweist.
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Die Aussparungen 103a, 103b, 103c sind alle gleich groß, d. h. sie weisen dieselben lateralen Abmessungen auf. Ihre Dicke, d. h. ihre Erstreckung in vertikaler Richtung, kann jedoch voneinander abweichen.
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In dem Halbleitersubstrat 110 ist die RFID-Transponder-Schaltung 101 ausgebildet. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 weist erste Abschnitte 104a, 104b, 104c auf. Der erste Abschnitt 104a kann sich beispielsweise derart erstrecken, dass dieser, in der gezeigten Querschnittsansicht, zumindest abschnittsweise innerhalb der Aussparung 103a der ersten Metallschicht 102a angeordnet ist. Der weitere erste Abschnitt 104b kann sich beispielsweise derart erstrecken, dass dieser, in der gezeigten Querschnittsansicht, sowohl zumindest abschnittsweise innerhalb der Aussparung 103a der ersten Metallschicht 102a als auch zumindest abschnittsweise innerhalb der Aussparung 103b der zweiten Metallschicht 102b angeordnet ist. Der weitere erste Abschnitt 104c kann sich beispielsweise derart erstrecken, dass dieser, in der gezeigten Querschnittsansicht, sowohl zumindest abschnittsweise innerhalb der Aussparung 103a der ersten Metallschicht 102a als auch zumindest abschnittsweise innerhalb der Aussparung 103b der zweiten Metallschicht 102b und zumindest abschnittsweise innerhalb der Aussparung 103c der dritten Metallschicht 102c angeordnet ist.
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8 zeigt eine Ansicht entlang einer in 7 gezeigten Schnittlinie VIII-VIII. Die Schnittlinie VIII-VIII schneidet genau zwischen der dritten Metallschicht 102c und der obersten dielektrischen Schicht 111d. 8 zeigt demnach eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Mikrochip 100 unter Weglassung der obersten dielektrischen Schicht 111d.
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In 8 ist also die Oberseite der dritten Metallschicht 102c zu erkennen. Alle Metallschichten 102a, 102b, 102c weisen jeweils eine Aussparung 103a, 103b, 103c auf, wobei die Aussparungen 103a, 103b, 103c in der gezeigten Draufsicht deckungsgleich sind, das heißt sie weisen dieselben Abmessungen auf und sind kongruent zueinander übereinander angeordnet.
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In der gezeigten Draufsicht legen die Aussparungen 103a, 103b, 103c somit den Blick auf die darunter liegende RFID-Transponder-Schaltung 101 frei. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 ist in der abgebildeten Draufsicht vollständig innerhalb aller Aussparungen 103a, 103b, 103c angeordnet.
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9 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrochips 100. Dieser Mikrochip 100 weist ebenfalls eine Mehrzahl von durch dielektrische Schichten 111a, 111b, 111c, 111d voneinander getrennten Metallschichten 102a, 102b, 102c auf, wobei jede Metallschicht 102a, 102b, 102c jeweils eine Aussparung 103a, 103b, 103c aufweist. Hier sind die Aussparungen 103a, 103b, 103c jedoch zueinander versetzt angeordnet, das heißt die einzelnen Aussparungen 103a, 103b, 103c überlappen sich zumindest abschnittsweise.
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Alle Metallschichten 102a, 102b, 102c bilden zusammen eine On-Chip-Schlitzantenne wobei alle Aussparungen 103a, 103b, 103c zusammen den effektiven Schlitz der On-Chip-Schlitzantenne definieren. Aufgrund der zuvor erwähnten Überlappungen ergibt sich der effektiv nutzbare Schlitz aus den minimalen lichten Weiten zwischen allen Aussparungen 103a, 103b, 103c. In dem in 9 abgebildeten Ausführungsbeispiel ergibt sich der effektiv nutzbare Schlitz aus den minimalen lichten Weiten der zweiten und der dritten Metallschicht 102b, 102c. Demnach ergibt sich die beispielhaft eingezeichnete effektive Schlitzbreite 120.
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Mittels der Überlappungen kann der effektiv nutzbare Schlitz 120 der On-Chip-Schlitzantenne eingestellt und auf die gewünschte Frequenz bzw. Wellenlänge abgestimmt werden.
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10 verdeutlicht dies noch einmal in einer Draufsicht. Der effektiv nutzbare Schlitz 120 der On-Chip-Schlitzantenne wird durch die minimalen lichten Weiten der einzelnen Aussparungen 103a, 103b, 103c in den Metallschichten definiert. Aufgrund der Überlappungen der Aussparungen 103a, 103b, 103c der einzelnen Metallschichten 102a, 102b, 102c ist der effektiv nutzbare Schlitz 120 kleiner als die einzelnen Aussparungen 103a, 103b, 103c selbst. So ist zum Beispiel zu sehen, dass die Aussparung 103c der obersten dritten Metallschicht 102c größer ist als der effektiv nutzbare Schlitz 120, da dieser durch die Überlappung der Aussparung 103c mit der darunter liegenden Aussparung 103b gebildet wird.
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Erste Abschnitte 104 und zweite Abschnitte 105 der RFID-Transponder-Schaltung 101 sind in der Draufsicht vollständig innerhalb des Schlitzes 120 der On-Chip-Schlitzantenne angeordnet. Außerdem ist die gesamte RFID-Transponder-Schaltung 101 in der Draufsicht vollständig innerhalb des Schlitzes 120 der On-Chip-Schlitzantenne angeordnet.
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In der vorliegenden Offenbarung ist beim Vorhandensein einer Metallschicht 102 die RFID-Transponder-Schaltung 101 zumindest in einer Draufsicht innerhalb der Aussparung 103 dieser Metallschicht 102 angeordnet. Beim Vorhandensein mehrerer Metallschichten 102a, 102b, 102c ist die RFID-Transponder-Schaltung 101 dann innerhalb der Aussparung 103a, 103b, 103c angeordnet, wenn diese deckungsgleich sind, wie z. B. in 7 gezeigt. Falls die mehreren Metallschichten 102a, 102b, 102c, wie z. B. in 9 gezeigt, sich überlappen, dann ist die RFID-Transponder-Schaltung 101 innerhalb des Schlitzes der On-Chip-Schlitzantenne angeordnet, wobei die On-Chip-Schlitzantenne von den einzelnen kontaktierten Metallschichten 102a, 102b, 102c gebildet wird.
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Wie des Weiteren in 9 zu erkennen ist, sind mindestens zwei benachbarte Metallschichten 102a, 102b, 102c mittels Durchkontaktierungen 108, 109 miteinander verbunden. Die erste Metallschicht 102a ist mittels einer ersten Durchkontaktierung 109 mit der zweiten Metallschicht 102b verbunden. Außerdem ist die zweite Metallschicht 102b mittels einer zweiten Durchkontaktierung 108 mit der dritten Metallschicht 102c verbunden. Somit können die einzelnen Metallschichten 102a, 102b, 102c zu einer gemeinsamen On-Chip-Schlitzantenne zusammengeschaltet werden.
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Die Metallschichten 102a, 102b, 102c erstrecken sich außerdem über die gesamte Querschnittsfläche des Mikrochips 100. Wie unter anderem in 10 näher zu erkennen ist, erstreckt sich zumindest die sichtbare oberste Metallschicht 102c über die gesamte Querschnittsfläche, das heißt Länge mal Breite, des Mikrochips 100. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn herstellerseitige Mindes-Metallfülldichten einzuhalten sind.
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Sollten Maximal-Metallfülldichten aufgrund dem Vorsehen der mehreren Metallschichten 102a, 102b, 102c überschritten werden, können erfindungsgemäß Durchbrechungen in mindestens eine der Metallschichten 102a, 102b, 102c eingebracht werden.
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Die 11A und 11B zeigen eine Draufsicht auf eine Metallschicht 102, in der Durchbrechungen 112 in unterschiedlichen Ausführungsformen eingebracht sind. Die Durchbrechungen 112 können als Löcher in der Metallschicht 102 ausgebildet sein. Diese können beispielsweise in die Metallschicht geätzt, gebohrt oder anderweitig eingebracht werden. Die Durchbrechungen 112 sind im Vergleich zu der Gesamtfläche der Metallschicht 102 klein. Die Durchbrechungen 112 können außerdem unterschiedliche Größen aufweisen. Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Querschnittsflächen der Durchbrechungen 112 beispielsweise mindestens um den Faktor 50, oder mindestens um den Faktor 100, oder mindestens um den Faktor 200 kleiner sein als die Querschnittsfläche der Metallschicht 102.
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11C zeigt zwei mit Durchbrechungen 112a, 112b versehene benachbart angeordnete Metallschichten 102a, 102b in einer Draufsicht. Die obere Metallschicht 102a weist beispielhaft drei Durchbrechungen 112a auf. Die darunter angeordnete zweite Metallschicht 102b weist zwei etwas größere Durchbrechungen 112b auf. Da die in der zweite Metallschicht 102b vorgesehenen Durchbrechungen 112b von der oberen Metallschicht 102a verdeckt sind, sind diese Durchbrechungen 112b mit Strichlinien angedeutet. Wie jedoch zu erkennen ist, sind die Durchbrechungen 112a, 112b der beiden benachbart angeordneten Metallschichten 102a, 102b zueinander versetzt angeordnet. Dadurch beeinflussen diese Durchbrechungen 112a, 112b nicht die Eigenschaften der On-Chip-Schlitzantenne.
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12 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mikrochips 100. Zu erkennen sind die Oberseite einer Metallschicht 102 sowie die Umrisse des darunterliegenden Substrats 110. Die Metallschicht 102 weist eine Aussparung 103 auf. Die Aussparung 103 ist etwa mittig in der Metallschicht 102 angeordnet, sodass eine Mittellinie der Aussparung zu einer Mittellinie dieser Metallschicht 102 kongruent ist. Die in Längsrichtung verlaufende Mittellinie 116 des Substrats 110 ist also deckungsgleich mit der in Längsrichtung verlaufenden Mittellinie 117 der Metallschicht 102. Außerdem ist die in Querrichtung verlaufende Mittellinie 118 des Substrats 110 ist also deckungsgleich mit der in Querrichtung verlaufenden Mittellinie 119 der Metallschicht 102.
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Die schematisch in Strichlinien angedeutete RFID-Transponder-Schaltung 101 weist mindestens einen ersten Abschnitt 104 sowie zwei zweite Abschnitte 105a, 105b auf. Die gesamte RFID-Transponder-Schaltung 101 ist innerhalb der Aussparung 103 der Metallschicht 102, beziehungsweise innerhalb des Schlitzes 120 der On-Chip-Schlitzantenne angeordnet. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 ist lateral zu dem Schlitz 120 der On-Chip-Antenne beabstandet. In vorliegendem Fall ist die RFID-Transponder-Schaltung 101 auch lateral zu der Metallschicht 102 beabstandet. Eine längsseitige laterale Beabstandung ist mit der Bemaßung in dem Bereich 131 angedeutet. Eine querseitige laterale Beabstandung ist mit der Bemaßung in dem Bereich 132 angedeutet.
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13 zeigt eine weitere Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Mikrochip 100. Der Mikrochip 100 weist auch hier wieder eine Metallschicht 102 mit einer Aussparung 103 auf, welche eine On-Chip-Schlitzantenne bilden.
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In dem Schlitz 120 der On-Chip-Schlitzantenne ist die RFID-Transponder-Schaltung 101 angeordnet. Die RFID-Transponder-Schaltung 101 weist einen ersten Abschnitt 104 sowie zwei zweite Abschnitte 105a, 105b auf. Nun kann es sein, dass die herstellerseitigen Vorgaben hinsichtlich der Minimal-Metallfülldichte durch die bisher beschriebene Anordnung nicht erfüllt ist, d. h. es müssen weitere Metallfüllungen vorgesehen werden, um den Gesamtfüllgrad zu erhöhen. Dementsprechend weist der in 13 gezeigte Mikrochip 100 eine Metallfüllstruktur 133 auf.
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Mit der Metallfüllstruktur 133 können also „leere” Bereiche innerhalb des Schlitzes 120 der On-Chip-Antenne mit Metall aufgefüllt werden. Die Metallfüllstruktur 133 ist in der abgebildeten Draufsicht auf die Metallschicht 102 innerhalb der Aussparung 103 dieser Metallschicht 102, bzw. innerhalb des Schlitzes 120 der On-Chip-Schlitzantenne, angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallfüllstruktur 133 in einer Querschnittsansicht (siehe z. B. 5) der Metallschicht 102 zumindest abschnittsweise in einer Ebene (siehe z. B. Ebene E in den 5 und 6) angeordnet sein, die durch die Aussparung 103 in der Metallschicht 102, bzw. durch den Schlitz 120 der On-Chip-Schlitzantenne, aufgespannt wird.
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Sowohl die ersten Abschnitte 104 der RFID-Transponder-Schaltung 101, als auch die Metallfüllstrukturen 133 können aus einer Metallschicht 102, beispielsweise mittels eines geeigneten Ätzprozesses, gebildet sein.
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Zusammenfassend soll nachfolgend die vorliegende Erfindung in anderen Worten noch einmal zusammengefasst werden. Der typische Aufbau eines erfindungsgemäßen Chips 100 ist z. B. in 7 im Querschnitt dargestellt. Der Chip 100 besteht aus einem Siliziumsubstrat 110 auf das mehrere Metalllagen 102a, 102b, 102c, welche durch Passivierungsschichten 111a, 111b, 111c, 111d getrennt werden, aufgebracht sind. Die Antenne wird aus den Metalllagen 102a, 102b, 102c gebildet. Das Design der hier beschriebenen Antenne ist z. B. in den 14 und 15 dargestellt. Dabei zeigt 14 eine Draufsicht auf die RFID-Transponder-Schaltung 101 bzw. den Chip 100. Nahezu die gesamte Fläche wird in allen Metalllagen 102a, 102b, 102c mit Metall 135 gefüllt. Dabei wird die Metallfüllung 135 so gewählt, dass sich eine maximale Fülldichte unter Einhaltung der Designregeln der Chiphersteller ergibt. D. h. bestenfalls wäre dies eine durchgehende mit Metallfüllung 136 gefüllte Metallfläche 102, wie in 16 gezeigt. Um den (lokalen) Füllgrad zu reduzieren, können in die Metallfläche 102 viele kleine Durchbrechungen 112 bzw. Öffnungen 112 in beliebiger Form eingebracht werden, wie in den 11A und 11B gezeigt. Dadurch werden die Antenneneigenschaften nahezu nicht beeinflusst. In dem mehrlagigen Aufbau, wie beispielsweise in den 7 und 9 gezeigt, sollten die Öffnungen 112 nicht direkt übereinander liegen, um deren Einfluss weiter zu reduzieren.
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In der Mitte des Chips 100 befindet sich die Aussparung 103 bzw. der Schlitz 120 der On-Chip-Schlitzantenne. In den Schlitz 120 wird die Elektronik 101, 104, 105 eingebracht. Diese kann z. B. ein Anpassnetzwerk enthalten. Wenn die Fläche der Elektronik 101, 104, 105 nicht ausreicht um die Mindestmetallfülldichte im Schlitz 120 zu gewährleisten, können weitere Füllstrukturen 133 eingebracht werden. Die Größe der Metallfläche 102 um den Schlitz 120 herum bestimmt den Gewinn der Antenne. In der Regel führt eine größere Fläche zu einem größeren Antennengewinn. Die Füllung des Schlitzes 120 mit Chipelektronik 101, 104, 105 sollte mit der Metallfläche 102 um den Schlitz 120 nur an den Punkten der Speisung 140 verbunden werden. Zudem ist hier ein Mindestabstand zwischen der Metallfläche 102 und der Chipelektronik 101, 104, 105 sinnvoll, um einen guten Antennengewinn zu erhalten.
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Der in der On-Chip-Schlitzantenne ausgebildete Schlitz 120 kann darüber hinaus verschiedene Formen aufweisen. So zeigt beispielsweise 17 eine Draufsicht auf eine Metallschicht 102 mit einer Aussparung 103, die zusammen eine On-Chip-Schlitzantenne mit einem Schlitz 120 bilden. Der Schlitz 120 ist in dieser Ausführungsform etwa oval ausgebildet.
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18 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform gemäß welcher der Schlitz 120 hexagonal bzw. polygonal ausgebildet ist.
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Zusammenfassend weist die Erfindung die folgenden Kernpunkte auf:
- • Mikrochip 100 mit On-Chip-Antenne
- • On-Chip Antenne besteht aus einem Schlitz 120
- • Einbringen der Chipelektronik 101, 104, 105 in den Schlitz 120
- • ⇒ Ermöglichung der Einhaltung von verschiedenen Metallfülldichten
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Dabei sind beispielsweise folgende Ausführungsformen denkbar:
- • Mikrochip 100 mit beliebiger Lagenanzahl 102a, 102b, 102c
- • Darin befindet sich eine Metallfüllung 135 die in mindestens einer Metalllage 102 die ganze Chipfläche bis auf den Schlitz 120 umfasst. Die Metallisierung 135 kann dabei auch auf allen Metalllagen 102a, 102b, 102c vorhanden sein. (Aufgrund der vorgegebenen Mindest-/Maximal-Fülldichten dürfte dies die Regel sein)
- • Die Metallisierung 135 der einzelnen Lagen 102a, 102b, 102c kann dabei durchgängig sein (bis auf den Schlitz 120)
- • Um eine vorgegebene maximale Fülldichte nicht zu überschreiten, können sich in der Metallfüllung 135 pro Lage 102a, 102b, 102c unterschiedlich kleine Öffnungen 112 befinden
- • Die Öffnungen 112 können eine beliebige Form haben
- • Für eine verbesserte Antennenperformance befinden sich die kleinen Öffnungen 112 zweier benachbarter Metalllagen 102a, 102b, 102c nicht direkt übereinander.
- • Die einzelnen Metalllagen 102a, 102b, 102c können mittels Durchkontaktierungen 108, 109 verbunden sein
- • Der Schlitz 120 kann eine beliebige Form haben
- • Innerhalb des Schlitzes 120 wird die Elektronik 101, 104, 105 des Chips 100 untergebracht
- • Um auch hier die Mindest-/Maximal-Metallfülldichten nicht zu verletzen, können weitere Füllstrukturen 133 in den Schlitz 120 eingebracht werden
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Die Erfindung beschreibt also unter anderem eine neue Anordnung einer On-Chip Antenne für einen RFID-Transponder der vorzugsweise bei einer Frequenz von 24,125 GHz arbeitet und mit einem Standard CMOS-Prozess hergestellt wird. Die Erfindung kann von allen Anwendungen, die einen Mikrochip mit On-Chip-Antenne beinhalten sollen, genutzt werden. Aufgrund der gewöhnlichen Größe von Chips ist die Erfindung besonders für Anwendungen im Frequenzbereich von ca. 10 GHz bis ca. 80 GHz geeignet. Die sich daraus ergebenden Vorteile beinhalten eine gute Antennencharakteristik ohne dass dafür die minimalen und maximalen Metallfülldichten des Herstellungsprozesses verletzt werden müssen.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung aus Antenne und Chip-Elektronik ist es möglich, einen RFID-Chip mit On-Chip-Antenne so herzustellen, dass die technischen Randbedingungen hinsichtlich der Metallfüllregeln weitestgehend eingehalten werden. Das Besondere an der Erfindung ist die Verwendung einer Schlitz-Antenne und dabei das Einbringen der Elektronik in den Schlitz dieser Antenne. Dadurch ist es möglich, den Chip so zu entwerfen, dass die Design-Rules der Chiphersteller vorzugsweise vollständig eingehalten werden. Zudem wird der Einfluss der Elektronik auf die Antenne minimiert.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
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Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
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Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
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Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
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Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
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Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
