JP2000112825A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ICチップに記憶された個人のプライバシー
や金銭などの重要な情報が不法行為等により改竄され易
いという課題を解決し、特にウエハ裏面から内部回路が
観察されやすいという課題を解決する。 【解決手段】 集積回路を有するチップ(ICチップ
7)と、このチップを実装するための配線基板(ICカ
ード基板9)とを備えた半導体装置において、上記配線
基板は、その表面に段差を有し、上記チップは、上記段
差の形状に概略沿って湾曲した状態で上記配線基板上に
実装される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特にICカード等に利用されるものであり、個人の
プライバシーや金銭等の重要な情報を記憶および処理す
る機能を備えた半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、クレジットカードや電子マネーと
して使用されるICカードは、個人のプライバシーや金
銭等の重要な情報を記憶および処理するための種々の機
能をICチップ中に備え、このICチップをプラスチッ
クのカードに封止することにより作られている。そのた
め、場合によってはICチップの表面を光学顕微鏡で観
察し、集積回路の機能、動作方式、回路方式、回路パタ
ン、記憶データ等を不正に解析してその内容を改竄した
りする者が現れる可能性がある。そこで、ICカードの
製造にあたっては、これらの不正行為を防止するため、
ICチップに対して何らかの防御手段を施す必要があ
る。
【0003】ところで、このような不正行為には、大き
く分けて2つの手法がある。すなわち、ICチップを破
壊して内部を観察する手法と非破壊で観察する手法であ
る。また、観察の仕方によってはさらに2通りの手法に
分けられる。すなわち、ICチップの表面側(素子形成
領域側)から観察する手法と、それとは逆に裏面側から
観察する手法である。
【0004】ここで、不正行為のうち、最も脅威となる
非破壊で能動状態のICチップを観察する具体例につい
て詳細に説明する。集積回路の1μm以下の微細パタン
に対しては、観察光の波長がパタン幅に近いと回折の影
響が大きくなるため、比較的波長の短いレーザ光を用い
ることによって分解能および焦点深度の向上が図られて
いる。
【0005】しかし、ICチップ内の配線層が多層化さ
れるにつれて、下層の配線パタンを精度良く読みとるた
めには上層の膜が邪魔となり、これらを除去する必要が
生じる。そのため、ICを動作させたままの非破壊状態
で観察することは困難となり、短波長レーザ光を用いた
回路観察法によっても、最下層のMOSトランジスタの
ゲート電極にデータが記憶されているEEPROM(El
ectrically ErasableProgrammable Read Only Memory)
等の観察は困難である。
【0006】しかしながら、ウエハを裏面から非破壊
で、ウエハ表面近傍の回路を観察する方法も用いられて
いる。すなわち、観察光源としてシリコンウエハに吸収
されにくい波長の赤外線を用いることにより、ウエハの
透明性を高めて主に金属からなる配線パタンなどをウエ
ハ裏面から観察することができる。この方法を用いると
最下層のトランジスタのパタンや第1層の配線パタンを
非破壊で観察することができる。
【0007】特に、最近の高密度実装技術においては、
ICチップの表面側に、実装基板との電気的な接続を取
るためのバンプ電極を配置し、チップを裏返して実装基
板上に接続する方法が頻繁に採用されている。従って、
このような実装状態ではチップ裏面が外側に露出するた
め、チップ表面側からよりもむしろ裏面側からのパタン
観察が容易となる。
【0008】また、チップを裏返して実装する場合にお
いては、通常チップ裏面にはチップ保護用のエポキシ樹
脂膜等がコーティングされているが、これらは化学薬品
を使えば容易に除去が可能であるため、これらによって
観察を阻止することは困難である。もちろん、化学薬品
やプラズマを用いたエッチングに耐える保護膜を用いる
ことも考えられなくはないが、機械的な研削や砥粒を用
いた研磨に耐え得る材料は未だ存在しないため、保護膜
形成による裏面保護では十分とはいえない。
【0009】一方、裏面からの観察を防止する方法とし
ては、その他にシリコンウエハ裏面を写真蝕刻技術を用
いて削り、一面に断面が鋸歯状の溝を形成することによ
って赤外光を反射・散乱させる方法もある。しかし、ウ
エハ裏面を上記溝よりも深く研削および研磨することに
よって溝を除去することが可能であり、平滑度の高い裏
面を再度出現させることができるため、このような裏面
の蝕刻による凹凸形成を行っても、裏面観察に対する防
御手段としては十分ではない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べた如く、ひ
とたび回路の解読や記憶情報の改竄等の不法行為を目的
とする観察や解析が実施されると、従来技術でこれらの
不正を阻止することは困難であり、特にウエハ裏面から
の観察に対して、従来の防御対策では不十分であった。
【0011】本発明の目的は、このような課題を解決す
るためのものであり、ICチップに記憶された個人のプ
ライバシーや金銭などの重要な情報が不法行為等により
改竄され易いという課題を解決し、特にウエハ裏面から
内部回路が観察されやすいという課題を解決する半導体
装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1に係る本発明の半導体装置は、集積
回路を有するチップと、このチップを実装するための配
線基板とを備えた半導体装置において、上記配線基板
は、その表面に段差を有し、上記チップは、上記段差の
形状に概略沿って湾曲した状態で上記配線基板上に実装
されたものである。
【0013】また、請求項2に係る本発明の半導体装置
は、請求項1において、上記段差は、複数段からなるも
のである。
【0014】また、請求項3に係る本発明の半導体装置
は、請求項1において、上記配線基板は、その表面に少
なくとも1以上の凹部を有し、上記チップは、上記凹部
の形状に概略沿って湾曲した状態で上記配線基板上に実
装されているものである。
【0015】また、請求項4に係る本発明の半導体装置
は、請求項3において、上記凹部は、上記チップで覆わ
れる領域内に設けられているものである。
【0016】また、請求項5に係る本発明の半導体装置
は、請求項3において、上記凹部は、上記チップで覆わ
れる領域を横断する溝であるようにしたものである。
【0017】また、請求項6に係る本発明の半導体装置
は、請求項1乃至5の何れか一項において、上記チップ
は、ICカードに組み込まれるものである。
【0018】このように構成することにより、本発明で
は、ウエハ裏面に形成された観察阻止用の防御膜や乱反
射用の凹凸等を、研削や研磨等の機械的な機構を含む方
法で平面状に研削除去しようとしても、防御膜等を除去
しきる前にウエハ表面の一部が除去されてしまうため、
半導体上の能動領域を残そうとすると防御膜等のみを完
全に除去することはできない。
【0019】従って、ウエハ裏面から赤外線を用いてウ
エハ表面の回路パタンを観察しようと試みても、観察阻
止用の防御膜や乱反射用の凹凸等が取り残されており、
光が反射・散乱されてウエハ表面の回路パタン像が著し
くゆがみ、正確な能動状態での観察が妨げられる。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。図1,2は、本発明の第一の実
施の形態を示す断面図であり、図中の(a)〜(j)は
製造工程における各ステップを示し、その詳細について
は以下において順次説明する。
【0021】本実施の形態においては、チップのサイズ
を4mm角とした集積回路を直径6インチのシリコンウ
エハ表面に薄膜堆積技術と写真蝕刻技術等を用いて形成
する。このとき、ウエハの厚さを625μm、最小パタ
ンの線幅を0.5μmとする。また、形成する回路は8
ビットの中央演算装置のほかに、1キロバイトのRAM
(Random Access Memory)、8キロバイトのROM(Re
ad Only Memory)、および8キロバイトの不揮発性EE
PROM等のメモリ装置を含むものとする。
【0022】さらに、ウエハ表面に表面保護用のSi3
4およびSiO2からなるパシベーション膜を形成して
ウエハの前処理工程を完成させる。その後、従来工程と
は異なり、木発明によるところの効果を得るために次の
ステップを追加する。
【0023】まず、ステップ(a)において、上述のと
おり、ウエハ1の表面側には集積回路2が形成されてい
る。ステップ(b)において、ウエハ1の表面側に接着
剤を用いてウエハ1を保持するための高分子材料シート
3を貼り付ける。ステップ(c)において、図示しない
ウエハ研削装置および研磨装置を用いてウエハ1の厚さ
を薄くし、30μmの厚さになるまで研磨する。もちろ
ん、この研磨量は集積回路2の電気特性に影響が出ない
ように決定する。
【0024】次いで、ステップ(d)において、ウエハ
全体を図示しないレーザマーカ装置に装填し、ウエハ1
の裏面にレーザビームによる照射痕跡4を形成する。そ
の際、レーザ光源の波長を532nmとし、レンズで光
を絞ってウエハ1内に形成する照射痕跡4の凹部の深さ
に焦点を合わせる。各照射位置にはそれぞれ3個のレー
ザパルスを照射し、ウエハ1の裏面に円形でクレータ状
の照射痕跡4を形成する。すると、シリコンはレーザ光
を吸収することにより生じた熱で溶融し、中央部が凹む
とともに、周辺部に溶融物が押しやられてウエハ面より
も盛り上がった形状となる。
【0025】また、平均的な痕跡の形状は、直径が60
μm、ウエハ面からの痕跡中央部までの深さが5μm、
周辺部の盛り上がり部分の高さが3μmである。痕跡の
断面形状は、光源のガウス分布に近いエネルギー分布を
そのまま残して集光し、かつ上述の焦点位置の設定方法
を採用したことにより、概ねV字型の形状となる。この
ようにウエハ裏面には、その全面にわたって上述の方法
でクレータ状の照射痕跡を互いに隣接するように多数形
成する。
【0026】次いで、ステップ(e)において、ウエハ
1の裏面に耐熱性接着剤を用いてポリイミドシート5を
張り付ける。ステップ(f)において、ウエハ1の表面
側の高分子材料シート3を剥離した後、ウエハ1の表面
上に集積回路2と外部との電気的な導通をとるためのバ
ンプ6をICチップの四隅に2カ所ずつ、計8カ所形成
する。ステップ(g)において、ウエハ1をダイシング
してICチップ7を分離する。
【0027】ステップ(h)において、表面に100μ
mの段差を設けたICカード基板9を用意する。このI
Cカード基板9は金属とガラスエポキシ板からなる。そ
して、この段差に整合するように表面にS字状の100
μmの段差を設けた治具8を用い、ICチップ7の表面
を下側にして、ICカード基板9の上に、電極10とバ
ンプ6とを位置合わせしてから接続する。
【0028】さて、ステップ(h)における工程は本発
明特有のもので、通常はチップの平面性を保ったまま接
続するが、ここではICチップ7を湾曲させてICカー
ド基板9上に固定することを特徴とする。すなわち、I
Cチップ7はチップ面に凸部と凹部が生ずるようにして
フリップチップ実装技術を使って装填されており、チッ
プ表面はICカード基板9上の段差に概ね沿って湾曲し
た状態となる。例えば、ICチップ7とICカード基板
9との間隙はチップの縁周辺部で70μm、チップの中
央の段差上では0〜3μmとなっている。
【0029】また、ICチップ7を湾曲させた際にその
中央部がICカード基板9に接触したとしても何ら支障
はない。チップと基板との間にはアンダーフィル剤を充
填するため回路面が固定され、接触していても回路面が
基板の段差で擦れたりすることはないからである。な
お、ICチップ7の周辺部に対する中央部の最大の反り
の量がICチップ7の厚さを超えるように湾曲した状態
で実装するのが好ましい。
【0030】その後、ステップ(i)において、流動性
の高いエポキシ樹脂からなるアンダーフィル剤11をI
Cチップ7とICカード基板9との間隙に充填した後、
キュアして硬化させる。
【0031】ステップ(j)において、治具8による加
圧を解除した後、ポリイミドシート5を剥離する。この
とき、ICチップ7の湾曲した形状は、アンダーフィル
剤11によって維持されたままである。そして、高分子
材料に無機質の耐磨耗剤を配合した耐薬品性のレジン
(樹脂)12をICチップ7の裏面全体を覆うように塗
布することにより、ICチップ7の裏面を保護する。そ
の後、周知の工程を用いてICチップ7等を塩化ビニー
ル樹脂からなるカード基材で被覆すると、所望のICカ
ードが完成する。
【0032】次に、このような構造を持つICカードに
ついて、外部端子からの解析以外に、チップ内部の回路
パタンを光学的に読みとり、回路及び記憶データの解析
を行う手順の一部を述べる。
【0033】まず、ICカード表面を切削工具を用いて
削り、ICカード表面の塩化ビニールの一部およびエポ
キシ樹脂等からなるカード構成部材の一部を除去する。
その後、従来技術においては例えば加熱した発煙硝酸を
用いてエポキシ樹脂等からなるチップ裏面保護膜を溶解
してICチップの裏面を露出させ、次いで波長1.15
μmのHe−Neレーザを用いた赤外顕微鏡でチップ裏
面を観察していた。これによりシリコン基板を透してチ
ップ表面近傍のトランジスタ回路や第1層配線を観察す
ることができる。
【0034】しかし、本実施の形態では耐薬品性の裏面
保護レジンを用いているため、この工程のみではレジン
を完全に除去することはできない。また、仮にエッチン
グ技術を工夫することによりレジンを完全に除去できた
としても、ICチップ7の裏面にはクレータ状の照射痕
跡4が多数形成されているため、これによって赤外光が
乱反射され、チップ裏面からウエハを透かしてチップ表
面側の回路を観察することはできない。
【0035】このとき、観察する側の工夫としては、次
のステップとして研削と研磨によりチップ裏面を削って
レジン12を除去し、さらにシリコンウエハまでも削り
込んで照射痕跡をも除去し、裏面を平滑に研磨すること
により観察をなし得ようとすることが考えられる。
【0036】しかし、本実施の形態においては、厚さ3
0μmのチップが100μmの段差を跨いで湾曲して実
装されているため、チップ表面に形成された集積回路2
を損傷させることなくチップ裏面全体を平面状に研削す
ることはできない。また、研削によってチップが損傷を
受けた状態では、回路を能動状態にすることはできず、
動作状態での観察が阻止される。
【0037】なお、上記の実施の形態においては1段の
段差を跨いで湾曲して実装される例を示したが、湾曲の
仕方は本発明の主旨からして特に限定されなくてもその
効果が得られることは明らかである。
【0038】ただし、実際に実装する技術としては容易
な方法を取る必要があり、いくつかの方法には回路特性
上に優位性がある。本実施の形態で示した1方向のみの
湾曲は工程が容易であり、かつチップ上のデバイスに及
ぼす機械的ストレスの方向をトランジスタ等のデバイス
の機構上から比較的許容しやすい方向に選べるなどの利
点がある。
【0039】また、溝はICチップ7で覆われた領域を
横断するように設けられており、ICチップ7で覆われ
た領域を超える位置まで形成されていてもよい。さら
に、段差はICカード基板9の表面に対してほぼ直角に
形成されているが、この角度には種々の傾斜を持たせる
ことができることは明らかである。
【0040】次に、本発明のその他の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図3は、本発明の第二の実施
の形態を示す断面図である。同図に示すように、ICカ
ード基板9に高さや幅等の異なる複数の段差が形成され
ており、それらの上にICチップ7が湾曲されて実装さ
れている。第一の実施の形態では湾曲の断面の変曲点の
数は1であるが、第二の実施の形態では3に増してお
り、より複雑な湾曲を形成している。これにより、研磨
による裏面保護用レジン12の除去が一層困難になる利
点がある。なお、これらの段差はICチップ7で覆われ
た領域を横断するように設けられており、ICチップ7
で覆われた領域を超える位置まで形成されていてもよ
い。
【0041】図4は、本発明の第三の実施の形態を示す
断面図である。同図に示すように、ICカード基板9に
は2つの段差で構成された溝が形成されており、この上
のICチップ7は湾曲されて配置され、バンプ6は溝を
跨いで同じ高さの電極10に接続されている。従って、
従来の平面基板上へのフリップチップ実装工程をわずか
に変更するのみでバンプ接続工程を実現できる利点があ
る。なお、この溝はICチップ7で覆われた領域を横断
するように設けられており、ICチップ7で覆われた領
域を超える位置まで形成されていてもよい。
【0042】図5は、本発明の第四の実施の形態を示す
断面図である。同図に示すように、ICカード基板9に
は3つの溝が形成されており、この上のICチップ7は
溝に沿って6個の変曲点を持つ湾曲を形成して配置され
ている。溝が1本の場合に比べて湾曲が細かく形成され
るため、溝の深さをより浅くしても研磨により平面化さ
れる面積を十分に小さくできる利点がある。
【0043】なお、本実施の形態においては、バンプ6
と電極10との接続に異方導電性フィルム(以下、AC
F:Anisotropic Conductive Filmという)を用いてい
る。すなわち、電極10を含むICカード基板9上にA
CFを載置し、その上にICチップ7を載せてから、端
部が波形形状の治具を押しつけることにより、バンプ6
と電極10とはACF中の導電性粒子によって電気的に
接続される。さらに、このACFの接着力により、IC
チップ7は波形形状が維持された状態でICカード基板
9上に固定される。その後の工程は第1の実施の形態と
同様である。また、上述の溝はICチップ7で覆われた
領域を横断するように設けられており、ICチップ7で
覆われた領域を超える位置まで形成されていてもよい。
【0044】図6は、本発明の第五の実施の形態を示す
平面図と断面図であり、特に図6(a)はフリップチッ
プ実装したICチップ7とICカード基板9を示す平面
図であり、図6(b)は図中の実線A−A’に沿った断
面図である。図6(a)に示すように、ICカード基板
9には、ICチップ7で覆われる領域内に深さ100μ
mの円筒状の凹部がくり抜かれていて、その上をICチ
ップが凹部に沿って概略覆うように配置されている。
【0045】ところで、チップ表面上または裏面上に形
成したパッシベーション膜や金属膜、絶縁膜などから発
生する内部応力を使ってチップを湾曲させた場合には、
内部応力は面内で一様となり、一般に1軸性の湾曲では
なく球面で近似される湾曲が発生する。特にチップ表面
に発生した内部応力の総和が圧縮応力となる場合には、
チップ表面側が凸面となる湾曲が発生する。この現象を
利用して、この湾曲を図6(a)のICカード基板9上
に形成した凹部にあわせるように配置する。
【0046】この場合、チップヘの外力印加を必要とし
ないままチップを湾曲させることができるため、ICカ
ード基板側には力が掛からず、基板の剛性が問われない
利点がある。また、チップに加わる内部応力はチップ表
面上の各方位に対して概ね等方的なため、表面に配設さ
れたトランジスタにも面内で等方的なひずみが加わる。
従って、このひずみでMOS型トランジスタの閾値電圧
などの特性が変化してもチップ内の全てのトランジスタ
で値が平行シフトするのみで、素子間の特性ばらつきの
新たな発生を十分に小さい範囲に押さえることができる
利点がある。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるとこ
ろの半導体装置では、集積回路を有するICチップを湾
曲した状態で配線基板上に実装したものである。これに
より、ウエハ裏面に形成された観察阻止用の防御膜を研
削や研磨などの機械的な機構を含む方法で平面状に研削
除去しようとしても、湾曲したICチップにおいては防
御膜等を除去しきれる前に、ICチップ表面の集積回路
の一部も除去してしまうため、半導体上の能動領域を生
かしたまま防御膜を除去することはできない。
【0048】従って、半導体基板の裏面から赤外線等を
用いて基板表面の回路パタンを観察しようと試みても、
観察阻止用の防御膜のために光が反射・散乱され、基板
表面の回路パタン像が著しくゆがみ、正確な能動状態で
の観察が妨げられる。それゆえ、不法行為による改竄な
どを目的としたICチップの裏面からの観察を防ぐこと
ができる。
【0049】このように本発明は、改竄等の不法行為か
ら記憶情報を保護することができ、半導体装置を用いた
各種情報処理システムを安全かつ高い信頼性のもとに機
能させ得る利点がある。
【0050】なお、上記実施の形態においては、半導体
ウエハとしてシリコン製のものを用いたが、シリコンに
限定されるものではなく、化合物半導体(例えば、Ga
AsやInPなど)からなるウエハにおいても同様に本
発明を適用することができることは明らかである。ま
た、セラミック基板上のハイブリッドIC、マイクロマ
シン素子等においても本発明を適用すると効果的なこと
は明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施の形態を示す断面図であ
る。
【図2】 図1に係る工程の続きを示す断面図である。
【図3】 本発明の第二の実施の形態を示す断面図であ
る。
【図4】 本発明の第三の実施の形態を示す断面図であ
る。
【図5】 本発明の第四の実施の形態を示す断面図であ
る。
【図6】 本発明の第五の実施の形態を示す平面図
(a)および断面図(b)である。
【符号の説明】
1…ウエハ、2…集積回路、3…高分子材料シート、4
…照射痕跡、5…ポリイミドシート、6…バンプ、7…
ICチップ、8…治具、9…ICカード基板、10…電
極、11…アンダーフィル剤、12…レジン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 海野 秀之 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 小川 重男 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 前田 正彦 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5B017 AA08 BA08 BB03 CA11 5B035 AA13 BA03 BB09 CA38

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 集積回路を有するチップと、このチップ
    を実装するための配線基板とを備えた半導体装置におい
    て、 前記配線基板は、その表面に段差を有し、 前記チップは、前記段差の形状に概略沿って湾曲した状
    態で前記配線基板上に実装されていることを特徴とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 前記段差は、複数段からなることを特徴とする半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 前記配線基板は、その表面に少なくとも1以上の凹部を
    有し、 前記チップは、前記凹部の形状に概略沿って湾曲した状
    態で前記配線基板上に実装されていることを特徴とする
    半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、 前記凹部は、前記チップで覆われる領域内に設けられて
    いることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項3において、 前記凹部は、前記チップで覆われる領域を横断する溝で
    あることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5の何れか一項において、 前記チップは、ICカードに組み込まれることを特徴と
    する半導体装置。
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