JP2006186586A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナ一体型の半導体装置に係り、特に、半導体チップ上に形成されるコイル状アンテナの断面形状に関する。 The present invention relates to an antenna-integrated semiconductor device, and more particularly to a cross-sectional shape of a coiled antenna formed on a semiconductor chip.
半導体チップが搭載されたカード形、タグ形又はコイン形などの情報担体は、豊富な情報量と高いセキュリティ性を備えていることから、交通、流通及び情報通信などの分野で普及が進んでいる。中でも、半導体チップ上にアンテナが形成されたアンテナ一体型の半導体装置が搭載された情報担体は、半導体チップを保持する基板にアンテナを設定又は形成するタイプの情報担体に比べてサイズを格段に小型化することができ、かつ外力の作用により基板が弾性変形された場合にもアンテナの断線が本質的に起こり得ないという利点を有するので、今後より広範囲な分野への普及が予想されている。 Information carriers such as cards, tags, or coins that are equipped with semiconductor chips have abundant amounts of information and high security, so they are widely used in fields such as transportation, distribution, and information communication. . In particular, an information carrier equipped with an antenna-integrated semiconductor device in which an antenna is formed on a semiconductor chip is much smaller than an information carrier in which an antenna is set or formed on a substrate holding a semiconductor chip. In addition, there is an advantage that even when the substrate is elastically deformed by the action of an external force, the disconnection of the antenna cannot occur essentially, so that it is expected to be used in a wider range of fields in the future.
ところで、アンテナ一体型の半導体装置は、ウエハの状態で、ボンディングパッドを開口するように形成された無機保護膜上に第1の有機保護膜をボンディングパッドを開口するように形成する工程、ボンディングパッド及び第1の有機保護膜に導電膜を一様にスパッタリングする工程、導電膜にフォトレジスト層を一様に形成する工程、フォトレジスト層に露光処理、現像処理及びベーク処理を施し、所要の位置に所要のアンテナ形状に相当する開口を形成する工程、導電膜を陰極として電気めっきを行い、フォトレジスト層に開設された開口の形状に相当するアンテナを形成する工程、余剰の導電膜及びフォトレジスト層を除去する工程、アンテナの外面に第2の有機保護膜を被覆する工程、及び、ウエハを予め設定されたスクライブラインに沿って切断し、製品である各個片を取り出す工程を経て製造される。なお、前記無機保護膜及び前記第1の有機保護膜は、ウエハの回路形成面を保護する回路保護膜として機能し、前記第2の有機保護膜は、アンテナを保護するためのアンテナ保護膜として機能する。 By the way, an antenna-integrated semiconductor device includes a step of forming a first organic protective film so as to open a bonding pad on an inorganic protective film formed so as to open the bonding pad in the state of a wafer. And a step of uniformly sputtering the conductive film on the first organic protective film, a step of uniformly forming a photoresist layer on the conductive film, an exposure process, a development process and a baking process on the photoresist layer, Forming an opening corresponding to the required antenna shape, performing electroplating using the conductive film as a cathode, and forming an antenna corresponding to the shape of the opening formed in the photoresist layer, surplus conductive film and photoresist A step of removing the layer, a step of coating the outer surface of the antenna with the second organic protective film, and a scriber in which the wafer is preset Taken along the emission is produced through a step of taking out the respective pieces of product. The inorganic protective film and the first organic protective film function as a circuit protective film that protects the circuit forming surface of the wafer, and the second organic protective film serves as an antenna protective film for protecting the antenna. Function.
従来においては、フォトレジスト層に形成されるアンテナ形成用の開口の壁面が全周にわたり第1の有機保護膜に対してほぼ垂直となるようにフォトレジスト層の露光条件、現像条件及びベーク条件が設定されている。したがって、製品である半導体装置には、図5に示すように、第1の有機保護膜3上に内周側の壁面4a及び外周側の壁面4bが全周にわたり第1の有機保護膜3に対してほぼ垂直をなすコイル状アンテナ4が形成される。なお、図5中の符号1は半導体チップ、2は半導体チップ1上に形成された無機保護膜、5は第2の有機保護膜を示している。
ところで、アンテナ一体型の半導体装置においては、アンテナサイズが半導体チップのサイズ以下に制限されるため、外部装置との通信距離を少しでも大きくするため、コイル状に巻回され、所要の給電点が半導体チップ1のボンディングパッドに電気的に接続されたアンテナ(本明細書においては、これを「コイル状アンテナ」という。)の外周縁が半導体チップ1の外周縁の極く近傍まで形成される。このため、必然的に半導体チップ1の外周部分における第1の有機保護膜3と第2の有機保護膜5との接着面積が微小となり、化学的又は物理的な外部環境の影響を受けたときに、第1の有機保護膜3との界面から第2の有機保護膜5が剥離しやすいという問題がある。
By the way, in an antenna integrated semiconductor device, since the antenna size is limited to the size of the semiconductor chip or less, it is wound in a coil shape to increase the communication distance with the external device as much as possible, and the required feeding point is The outer periphery of the antenna (this is referred to as a “coiled antenna” in the present specification) electrically connected to the bonding pad of the
なお、第1の有機保護膜3を有さず、無機保護膜2上に直接第2の有機保護膜5に相当する有機保護膜が形成される場合においては、無機保護膜2との界面からの有機保護膜の剥離が問題となる。
In the case where the organic protective film corresponding to the second organic
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであり、その目的は、コイル状アンテナの外面を被覆する有機保護膜が剥離しにくく、耐久性、信頼性に優れた半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made to eliminate such deficiencies in the prior art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device excellent in durability and reliability because the organic protective film covering the outer surface of the coiled antenna is difficult to peel off. Is to provide.
本発明は、前記の課題を解決するため、半導体チップ上に回路保護膜を介して非接触通信用のコイル状アンテナを形成すると共に、前記コイル状アンテナの外面をアンテナ保護膜にて被覆してなる半導体装置において、前記コイル状アンテナの壁面の最外周部を、前記回路保護膜と接する面に対して前記回路保護膜と接しない面が前記半導体チップの外周方向に張り出した形状に形成するという構成にした。 In order to solve the above problems, the present invention forms a coiled antenna for non-contact communication on a semiconductor chip via a circuit protective film, and covers the outer surface of the coiled antenna with an antenna protective film. In the semiconductor device according to the present invention, the outermost peripheral portion of the wall surface of the coiled antenna is formed in a shape in which a surface that does not contact the circuit protective film protrudes in an outer peripheral direction of the semiconductor chip with respect to a surface that contacts the circuit protective film. Made the configuration.
また、本発明は、前記の課題を解決するため、半導体チップ上に回路保護膜を介して非接触通信用のコイル状アンテナを形成すると共に、前記コイル状アンテナの外面をアンテナ保護膜にて被覆してなる半導体装置において、前記コイル状アンテナの断面形状を、前記回路保護膜と接する面が狭く、前記回路保護膜と接しない面が広い逆台形に形成するという構成にした。 In order to solve the above problems, the present invention forms a coiled antenna for non-contact communication on a semiconductor chip via a circuit protective film, and covers the outer surface of the coiled antenna with an antenna protective film. In the semiconductor device, the cross-sectional shape of the coiled antenna is formed in an inverted trapezoidal shape with a narrow surface in contact with the circuit protective film and a wide surface not in contact with the circuit protective film.
かかる構成によると、コイル状アンテナの外径を従来品と同じにした場合にも、半導体装置の外周部における回路保護膜とアンテナ保護膜との接着面積を増加することができるので、外部装置との間の通信距離を犠牲にすることなく、半導体装置の外周部分からのアンテナ保護膜の剥離を抑制することができる。 According to such a configuration, even when the outer diameter of the coiled antenna is the same as that of the conventional product, the adhesion area between the circuit protective film and the antenna protective film in the outer peripheral portion of the semiconductor device can be increased. The antenna protective film can be prevented from peeling from the outer peripheral portion of the semiconductor device without sacrificing the communication distance between the two.
なお、コイル状アンテナの壁面は、平滑な傾斜面状に形成されることが理想的であるが、フォトレジスト層の露光条件、現像条件又はベーク条件等によっては、コイル状アンテナの壁面が平滑な傾斜面状にならず、階段状に形成されることもある。しかし、いずれの場合にも、半導体装置の外周部における回路保護膜とアンテナ保護膜との接着面積の増加に効果があり、アンテナ保護膜の剥離を抑制する効果については等価である。 The wall surface of the coiled antenna is ideally formed in a smooth inclined surface, but the wall surface of the coiled antenna is smooth depending on the exposure conditions, development conditions, baking conditions, etc. of the photoresist layer. It may be formed in a step shape instead of an inclined surface. However, in any case, the effect of increasing the adhesion area between the circuit protective film and the antenna protective film in the outer peripheral portion of the semiconductor device is effective, and the effect of suppressing the peeling of the antenna protective film is equivalent.
本発明の半導体装置は、コイル状アンテナの壁面のうち、少なくとも最外周部の壁面を、回路保護膜と接する面に対して回路保護膜と接しない面が半導体チップの外周方向に張り出した形状にしたので、コイル状アンテナの外径を同一とした場合、コイル状アンテナの壁面が垂直に形成された半導体装置よりも外周部における回路保護膜とアンテナ保護膜との接着面積を増加することができ、外部装置との間の通信距離を犠牲にすることなく、半導体装置の耐久性、信頼性を改善することができる。 The semiconductor device of the present invention has a shape in which at least the outermost wall surface of the coiled antenna wall has a surface that does not contact the circuit protection film with respect to the surface that contacts the circuit protection film, protruding in the outer peripheral direction of the semiconductor chip. Therefore, when the outer diameter of the coiled antenna is the same, the adhesion area between the circuit protective film and the antenna protective film at the outer peripheral portion can be increased as compared with the semiconductor device in which the wall surface of the coiled antenna is formed vertically. The durability and reliability of the semiconductor device can be improved without sacrificing the communication distance with the external device.
以下、本発明に係る半導体装置の第1実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。図1は第1実施形態に係る半導体装置の一部破断した平面図、図2は第1実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。 A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a partially broken plan view of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device according to the first embodiment.
図1及び図2に示すように、本例の半導体装置は、図示しない半導体回路が形成されると共に所定の位置にボンディングパッド1aが形成された半導体チップ1と、ボンディングパッド1aの形成部を除く半導体チップ1の回路形成面に形成された無機保護膜2と、無機保護膜2上のボンディングパッド1aの形成部を除く部分に形成された第1の有機保護膜3と、第1の有機保護膜3上に形成され、ボンディングパッド1aと電気的に接続されたコイル状アンテナ4と、コイル状アンテナ4の外面を被覆する第2の有機保護膜5とから構成されており、半導体チップ1の外周縁(端面)と各保護膜2,3,5の外周縁との間には、保護膜2,3,5の非形成部6が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device of this example excludes a
ボンディングパッド1aはアルミニウムをもって形成され、アンテナ4は銅のめっき膜をもって形成される。また、無機保護膜2は、アルミニウムやシリコンの酸化物又は窒化物などをもって形成される。一方、第1及び第2の有機保護膜3,5は、所要の物性を有する樹脂材料をもって形成される。樹脂材料としては所要の物性を有する任意の樹脂材料を用いることができるが、半導体装置の製造を容易なものにするため、感光性ポリイミドなどの感光性樹脂材料をもって形成するが特に好ましい。
The
コイル状アンテナ4は、図1に示すように、一定ピッチで巻回された角型の渦巻き状に形成される。このコイル状アンテナ4の壁面4aは、図2に示すように、最外周ターンの外周側のみが、第1の有機保護膜3の膜面に対して、第1の有機保護膜3と接する面よりも第1の有機保護膜3と接しない面の方が半導体チップ1の外周方向に張り出すように傾斜され、他の壁面については、第1の有機保護膜3の膜面に対して垂直に形成されている。
As shown in FIG. 1, the
このような壁面形状を有する半導体装置は、ウエハ上に塗布されたフォトレジスト層を露光処理、現像処理及びベーク処理して、フォトレジスト層にアンテナ形状に相当する開口を形成する際、フォトレジスト層をオーバー現像又はオーバーベークすることによって作製することができる。 A semiconductor device having such a wall shape is formed by exposing a photoresist layer applied on a wafer to an exposure process, a development process, and a baking process to form an opening corresponding to the antenna shape in the photoresist layer. Can be produced by over-developing or over-baking.
本例の半導体装置は、コイル状アンテナ4の最外周部の壁面4aを、第1の有機保護膜3と接する面に対して第1の有機保護膜3と接しない面が半導体チップ1の外周方向に張り出した形状にしたので、コイル状アンテナ4の外径を同一とした場合、コイル状アンテナ4の壁面4aが垂直に形成された半導体装置よりも外周部における第1の有機保護膜3と第2の有機保護膜5との接着面積を増加することができる。よって、外部装置との間の通信距離を犠牲にすることなく、半導体装置の耐久性、信頼性を改善することができる。
In the semiconductor device of this example, the outer
次に、本発明に係る半導体装置の第2実施形態を図3に基づいて説明する。図3は第2実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。 Next, a second embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the semiconductor device according to the second embodiment.
本例の半導体装置は、コイル状アンテナ4の最外周部の壁面4aが平滑な傾斜面状に形成されておらず、階段状に形成されている。その他の部分については、第1実施形態に係る半導体装置と同じである。コイル状アンテナ4の最外周部の壁面4aが平滑な傾斜面状に形成されるか、階段状に凹凸のある形状になるかは、フォトレジスト層12の露光条件、現像条件又はベーク条件等によってきまる。本例の半導体装置のようにコイル状アンテナ4の壁面4aが階段状に形成された場合にも、半導体装置の外周部における第1の有機保護膜3と第2の有機保護膜5との接着面積の増加を図ることができ、半導体装置の耐久性、信頼性を改善することができる。
In the semiconductor device of this example, the
次に、本発明に係る半導体装置の第3実施形態を図4に基づいて説明する。図4は第3実施形態に係る半導体装置の要部断面図である。 Next, a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment.
本例の半導体装置は、コイル状アンテナ4の断面形状を、第1の有機保護膜3と接する面が狭く、第1の有機保護膜3と接しない面が広い逆台形に形成したことを特徴とする。かかる構成によっても、コイル状アンテナ4の最外周部の壁面4aを、第1の有機保護膜3と接する面に対して第1の有機保護膜3と接しない面を半導体チップ1の外周方向に張り出した形状にすることができる。よって、第1実施形態に係る半導体装置と同様の効果を有する。
The semiconductor device of this example is characterized in that the cross-sectional shape of the
なお、前記各実施形態においては、第1の有機保護膜3を備えた半導体装置を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、第1の有機保護膜3を有さず、無機保護膜2上に直接第2の有機保護膜5に相当する有機保護膜が形成された半導体装置についても同様に実施することができる。
In each of the above embodiments, the semiconductor device provided with the first organic
1 半導体チップ
1a ボンディングパッド
2 無機保護膜
3 第1の有機保護膜
4 コイル状アンテナ
5 第2の有機保護膜
6 保護膜の非形成部
DESCRIPTION OF
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JP2004377116A JP2006186586A (en) | 2004-12-27 | 2004-12-27 | Semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9472859B2 (en) | 2014-05-20 | 2016-10-18 | International Business Machines Corporation | Integration of area efficient antennas for phased array or wafer scale array antenna applications |
-
2004
- 2004-12-27 JP JP2004377116A patent/JP2006186586A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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US9472859B2 (en) | 2014-05-20 | 2016-10-18 | International Business Machines Corporation | Integration of area efficient antennas for phased array or wafer scale array antenna applications |
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