JP2009141011A - 半導体装置、その製造方法、および当該半導体装置を用いた信号送受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触で種々の信号の送受信を行う際のチップサイズの増大を抑えつつ、充分な電源電力供給を非接触で行う。
【解決手段】半導体装置１００は、半導体チップ形成領域１０２を有する半導体基板と、チップ内部回路１２４と、電磁誘導により非接触で外部と信号の送受信を行うとともに、チップ内部回路１２４に電気的に接続されてチップ内部回路１２４と信号の送受信を行う信号送受信用インダクタ１１４と、チップ内部回路１２４および信号送受信用インダクタ１１４とを取り囲むよう半導体チップ形成領域１０２の外縁に沿って設けられた径を有し、外部からの電源信号を非接触で受信するとともに、チップ内部回路１２４に電気的に接続された電源受信用インダクタ１１２とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置、その製造方法、および当該半導体装置を用いた信号送受信方法に関する。

近年、無線通信によりデータの交信を行う半導体装置が知られている。
特許文献１（特開２００７−１３４６９４号公報）には、電磁誘導方式によりデータの交信を行う半導体装置が記載されている。この半導体装置は、コイル状のアンテナおよびコイル状のアンテナに接続された半導体集積回路を有する。このような半導体装置にリーダライタに接続されたコイル状のアンテナを近づけると、リーダライタに接続されたコイル状のアンテナから交流磁界が発生し、交流磁界が半導体装置内のコイル状のアンテナを貫き、電磁誘導によりこのアンテナの端子間に起電力が発生し、半導体装置内の半導体集積回路が動作する。

特許文献２（特開２００５−３１１３３１号公報）には、集積回路とアンテナとが同一基板上に形成されており、アンテナを構成する導線または導電膜が、集積回路が形成されている基板を挟むように２層に分けて形成された構成が記載されている。ここで、２層の導線が、それぞれ、集積回路への電源の供給のためのアンテナおよび信号の送受信のためのアンテナである例が記載されている。

特許文献３（特開２００５−２２８７８５号公報）には、半導体チップの回路の外形よしも外側の領域にコイル状アンテナを配置した構成が記載されている。また、特許文献４（特開２００５−３０８７７号公報）には、半導体集積回路装置内に内蔵テスト回路および無線通信回路を搭載し、無線信号により内蔵テスト回路を制御しテストを実施する技術が記載されている。
特開２００７−１３４６９４号公報 特開２００５−３１１３３１号公報 特開２００５−２２８７８５号公報 特開２００５−３０８７７号公報

ところで、従来、半導体装置のウェハレベルでの内部回路を試験するために、半導体装置のチップ表面のパッドにプローブを用いて探針して電源を与えたり、信号を送受信して観測したりすることが行われている。しかし、プローブテスト中にプローブの針によりパッドに傷がつき、後にパッドをボンディングする際の接続が不良になったり、パッドが削られてくずが発生して汚染が生じる等の問題があった。また、チップサイズの縮小および１チップ当たりのパッド数の増加とともに、パッドサイズおよびパッド間ピッチも小さくなってきており、多数のパッドに対応する多数のプローブ針を当てて良好に電気的な接続をすることが困難になってきている。

このような問題を避けるべく、内部回路への電源供給や信号の送受信を非接触で行うことが望まれる。しかし、複数のパッドへの入出力信号に対応するように、複数のパッドにかえてたとえば電磁誘導で内部回路へ種々の信号の送受信を行うためには、多数のインダクタが必要となり、インダクタを配置するための必要面積が大きくなってしまう。特許文献１から３に記載されたように、信号を送受信するコイル状のアンテナをチップ外周に配置するような構成では、多数のアンテナを配置することができない。また、特許文献４に記載された技術では、一つのチップに対して１つのアンテナ用コイルを配置することだけを想定しており、外部から入力される無線信号の搬送波を用いて電力が発生するようになっている。一方、内部回路へ電源供給を行うためには、大きな起電力が必要である。

本発明によれば、
半導体チップ形成領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられたチップ内部回路と、
前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられ、電磁誘導または容量結合により非接触で外部と信号の送受信を行うとともに、前記チップ内部回路に電気的に接続されて当該チップ内部回路と信号の送受信を行う信号送受信部と、
前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように前記半導体チップ形成領域の外縁に沿って設けられた径を有し、外部からの電源信号を非接触で受信するとともに、前記チップ内部回路に電気的に接続された電源受信用インダクタと、
を含む半導体装置が提供される。

本発明によれば、半導体チップ形成領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられたチップ内部回路と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられ、前記チップ内部回路に電気的に接続されて当該チップ内部回路と信号の送受信を行う信号送受信部と、前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように前記半導体チップ形成領域の外縁に沿って設けられた径を有し、前記チップ内部回路に電気的に接続された電源受信用インダクタと、を含む半導体装置に対して、前記電源受信用インダクタに対応する電源供給用インダクタと、前記信号送受信部との間で電磁誘導または容量結合により非接触で信号の送受信を行う外部信号送受信部と、を含む外部装置を非接触で近づけ、前記外部信号送受信部と前記信号送受信部との間で前記信号の送受信を、および前記電源供給用インダクタと電源受信用インダクタとの間で電源信号の送受信を行う工程を含む信号送受信方法が提供される。

このような構成によれば、信号送受信部を電源受信用インダクタよりも小さい構成として、電源受信用インダクタの内部に設けることができるので、信号送受信部を複数配置したとしても、チップサイズの増大を抑えることができる。一方、電源受信用インダクタの径を大きくすることができるので、電源電圧を供給するのに充分な大きさの信号を得ることができる。

本発明によれば、
半導体チップ形成領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられたチップ内部回路と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられ、前記チップ内部回路に電気的に接続されて当該チップ内部回路と信号の送受信を行う信号送受信部と、前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように前記半導体チップ形成領域の外縁に沿って設けられた径を有し、前記チップ内部回路に電気的に接続された電源受信用インダクタと、を含む半導体装置に対して、前記電源受信用インダクタに対応する電源供給用インダクタと、前記信号送受信部との間で電磁誘導または容量結合により非接触で信号の送受信を行う外部信号送受信部と、を含む外部装置を非接触で近づける工程と、
前記外部信号送受信部と前記信号送受信部との間で前記信号の送受信を行うとともに、前記電源供給用インダクタと電源受信用インダクタとの間で電源信号の送受信を行う工程と、
を含む信号送受信方法が提供される。

このような構成によれば、半導体基板をチップ化する前に、ウェハレベルでテストを行う際に、非接触で信号の送受信を行うことができるとともに、非接触で電源電圧を供給することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、非接触で種々の信号の送受信を行う際のチップサイズの増大を抑えつつ、充分な電源電力供給を非接触で行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。本実施の形態において、ウェハレベルで半導体装置のチップ内部回路のテストを行う際に、外部のテスタから、種々のテスト信号を非接触で送受信するとともに、半導体装置に非接触で電源電圧を供給する場合を例として説明する。

図１は、本実施の形態における半導体装置１００の構成を示す平面図である。
半導体装置１００は、半導体基板１０１を含む。半導体基板１０１表面には、複数の半導体チップ形成領域１０２と、半導体チップ形成領域１０２の外周に設けられたスクライブライン領域１０４とが形成されている。図１では、４つの半導体チップ形成領域１０２を示しており、スクライブライン領域１０４において、これらの間にはアライメント用のマーク１０８が設けられている。

図２は、一の半導体チップ形成領域１０２およびその周囲のスクライブライン領域１０４の構成を詳細に示す平面図である。
半導体装置１００は、半導体チップ形成領域１０２内に設けられたチップ内部回路１２４、複数の信号送受信用インダクタ１１４（信号送受信部）、複数のボンディングパッド１１８、複数の変換回路１１６、電源回路１２０、およびボンディングパッド１２２を含む。ボンディングパッド１１８およびボンディングパッド１２２は、後にワイヤボンディングが行われるパッドである。

信号送受信用インダクタ１１４は、従来の半導体装置において、ウェハレベルで内部回路を行う際にプローブを用いて探針するために設けられていたパッドの代替として設けることができる。従来、プローブを用いて探針すると、パッドに傷がつき、傷が付いた部分にボンディングすると、ボンディングの接続不良が生じていた。そのため、パッドは、プローブ用の領域とワイヤボンディング用の領域とを設ける必要があり、サイズが大きくなってしまっていた。本実施の形態においては、ボンディングパッド１１８は、ワイヤボンディング用の領域だけを含むようにすればよいので、従来のパッドよりも小さいサイズとすることができる。

なお、信号送受信用インダクタ１１４は、外部の装置と信号を送受信するため、半導体装置１００の表面付近に設けられる。また、ボンディングパッド１１８も、後にワイヤボンディングを行うために、半導体装置１００の表面付近に設けられる。一方、変換回路１１６は、信号送受信用インダクタ１１４が外部の装置と送受信する信号を変換するだけなので、半導体装置１００の表面付近に設けられる必要はない。そのため、変換回路１１６は、信号送受信用インダクタ１１４と半導体基板の積層方向に重なるように設けることができ、半導体装置１００のサイズを増大を抑えることができる。

変換回路１１６は、各信号送受信用インダクタ１１４に対応して信号送受信用インダクタ１１４の下層に設けられる。各信号送受信用インダクタ１１４は、対応する変換回路１１６を介してチップ内部回路１２４と電気的に接続されている。変換回路１１６は、チップ内部回路１２４と外部との間で送受信される信号の変復調を行う。また、各ボンディングパッド１１８もチップ内部回路１２４と電気的に接続されている。

さらに、半導体装置１００は、各半導体チップ形成領域１０２内の外周部分に設けられたシールリング１１０と、シールリング１１０の外周に設けられた電源受信用インダクタ１１２とを含む。電源受信用インダクタ１１２は、複数の信号送受信用インダクタ１１４およびボンディングパッド１１８を取り囲むように、各半導体チップ形成領域１０２の外縁に沿って設けられた径を有する。電源受信用インダクタ１１２は、一端および他端を含み、これら一端および他端が電源回路１２０に接続されている。電源回路１２０は、たとえば整流回路である。電源受信用インダクタ１１２は、電源回路１２０を介してチップ内部回路１２４に接続されている。信号送受信用インダクタ１１４および電源受信用インダクタ１１２は、コイル状とすることができる。

ボンディングパッド１２２はチップ内部回路１２４に電気的に接続されている。ボンディングパッド１２２は、半導体装置１００をスクライブライン領域１０４に沿って切断してチップ化した後に、ボンディングワイヤを介して、チップ外部の電源供給回路に接続される。この後、チップ外部の電源供給回路から、ボンディングパッド１２２を介してチップ内部回路１２４に電源が供給される。なお、ボンディングパッド１２２も、ワイヤボンディング用の領域だけを含むようにすればよいので、従来のパッドよりも小さいサイズとすることができる。

図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。ここでは、半導体装置１００に信号を供給するテスタ２００の構成も示す。
半導体装置１００は、半導体基板１０１上に設けられた絶縁層１０３内に、信号送受信用インダクタ１１４、シールリング１１０および電源受信用インダクタ１１２を有している。テスタ２００は、半導体装置１００の半導体チップ形成領域１０２内の信号送受信用インダクタ１１４に対応する位置に設けられた複数の信号送受信用インダクタ２０４と、半導体装置１００の電源受信用インダクタ１１２に対応して設けられた電源供給用インダクタ２０２とを含む。

図４は、半導体装置１００およびテスタ２００の構成を示すブロック図である。
チップ内部回路１２４は、複数の信号送受信用インダクタ１１４に対応する複数のトランジスタ１２６を含むことができる。各トランジスタ１２６のソース・ドレインの一端は接地されており、他端は電源供給線１２８を介して電源回路１２０またはボンディングパッド１２２に接続される。ここで、半導体基板１０１の裏面を接地して、トランジスタ１２６の一端を半導体基板１０１の裏面に接続して接地するようにすることができる。また、各トランジスタ１２６のゲートは、各変換回路１１６を介して各信号送受信用インダクタ１１４に接続される。さらに、各トランジスタ１２６のゲートは、各ボンディングパッド１１８にも接続されている。なお、図４においては図示していないが、トランジスタ１２６と、ボンディングパッド１１８および変換回路１１６との間には、入出力バッファ回路が挿入された構成とすることができる。

次に、図２から図４を参照して、本実施の形態における半導体装置１００がテスタ２００から信号を受信する際の動作を説明する。
まず、テスタ２００の信号送受信用インダクタ２０４および電源供給用インダクタ２０２がそれぞれ半導体装置１００の信号送受信用インダクタ１１４および電源受信用インダクタ１１２に対向するように、テスタ２００を半導体装置１００のいずれかのチップに近づける。次いで、テスタ２００の信号送受信用インダクタ２０４および電源供給用インダクタ２０２からそれぞれ所定の周波数を有する電波を半導体装置１００に出力する。ここで、信号送受信用インダクタ２０４からはテスト信号、電源供給用インダクタ２０２からは電源信号が出力される。

半導体装置１００の電源受信用インダクタ１１２は、電源供給用インダクタ２０２から出力された信号を交流の電気信号に変換する。電源回路１２０は、電源受信用インダクタ１１２が変換した交流の電気信号に基づき、電源電圧を生成し、チップ内部回路１２４に供給する。半導体装置１００の信号送受信用インダクタ１１４は、信号送受信用インダクタ２０４から出力された信号を交流の電気信号に変換する。変換回路１１６は、信号送受信用インダクタ１１４が変換した交流の電気信号を復調し、チップ内部回路１２４に供給する。また、半導体装置１００からテスタ２００へ信号を出力する際は、チップ内部回路１２４から供給される電気信号を変換回路１１６が変調し、信号送受信用インダクタ１１４に供給する。信号送受信用インダクタ１１４は、変調された信号を電波としてテスタ２００の対応する信号送受信用インダクタ２０４に出力する。これにより、半導体装置１００とテスタ２００との間でデータの送受信および電力の供給が行われる。

本実施の形態において、電源受信用インダクタ１１２の径を大きくすることができるので、電源電圧を供給するのに充分な大きさの信号を得ることができる。さらに、信号送受信用インダクタ１１４を電源受信用インダクタ１１２よりも小さい構成として、信号送受信用インダクタ１１４が電源受信用インダクタ１１２に内包されるような構成としたので、信号送受信部を複数配置したとしても、サイズの増大を抑えることができる。

さらに、本実施の形態において、電源受信用インダクタ１１２がシールリング１１０の外周に設けられるため、電源受信用インダクタ１１２を、スクライブライン領域１０４に沿ってウェハダイシングを行う際のチッピングストップ層として機能させることもできる。また、電源受信用インダクタ１１２を、半導体チップにチッピングが発生していないかを検出するためのチッピングセンサとして用いることもできる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

以上の実施の形態においては、信号送受信部がインダクタである場合を例として説明したが、信号送受信部を容量として、テスタ２００等の外部の装置から、容量結合によるデータの送受信を行うようにしてもよい。

さらに、以上の実施の形態においては、ウェハレベルで半導体装置のチップ内部回路のテストを行う際に、外部のテスタから、種々のテスト信号を非接触で送受信する場合を例として用いたが、チップ化後の後に、各種信号を非接触で送受信する例に適用することもできる。また、電源受信用インダクタ１１２をシールリング１１０の内側に設ける構成にしてもよい。

本発明の実施の形態における半導体装置の構成を示す平面図である。 一の半導体チップ形成領域およびその周囲のスクライブライン領域の構成を詳細に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ’断面図である。 半導体装置およびテスタの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 半導体装置
１０１ 半導体基板
１０２ 半導体チップ形成領域
１０３ 絶縁層
１０４ スクライブライン領域
１０８ マーク
１１０ シールリング
１１２ 電源受信用インダクタ
１１４ 信号送受信用インダクタ
１１６ 変換回路
１１８ ボンディングパッド
１２０ 電源回路
１２２ ボンディングパッド
１２４ チップ内部回路
１２６ トランジスタ
１２８ 電源供給線
２００ テスタ
２０２ 電源供給用インダクタ
２０４ 信号送受信用インダクタ

Claims (12)

1. 半導体チップ形成領域を有する半導体基板と、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられたチップ内部回路と、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられ、電磁誘導または容量結合により非接触で外部と信号の送受信を行うとともに、前記チップ内部回路に電気的に接続されて当該チップ内部回路と信号の送受信を行う信号送受信部と、
   前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように前記半導体チップ形成領域の外縁に沿って設けられた径を有し、外部からの電源信号を非接触で受信するとともに、前記チップ内部回路に電気的に接続された電源受信用インダクタと、
   を含む半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられた複数の前記信号送受信部を含む半導体装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置において、
   前記信号送受信部は、前記電源受信用インダクタよりも径が小さいインダクタである半導体装置。
4. 請求項１から３いずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体基板は、前記半導体チップ形成領域の外周に設けられたスクライブライン領域をさらに含み、
   前記電源受信用インダクタは、前記半導体基板の前記スクライブライン領域に形成された半導体装置。
5. 請求項１から４いずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように設けられたシールリングをさらに含み、
   前記電源受信用インダクタは、前記シールリングの外周に設けられた半導体装置。
6. 請求項１から５いずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記電源受信用インダクタと前記チップ内部回路との間にこれらに接続して設けられ、前記電源受信用インダクタが受信した電源信号を変換して前記チップ内部回路に電力を供給する電源回路をさらに含む半導体装置。
7. 請求項１から６いずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記信号送受信部に対応して設けられるとともに前記信号送受信部と前記チップ内部回路との間にこれらに接続して設けられ、前記チップ内部回路と外部との間で送受信される信号を変換する変換回路をさらに含む半導体装置。
8. 請求項１から７いずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記信号送受信部に対応して設けられるとともに前記チップ内部回路に接続して設けられ、ボンディングワイヤに接続されて、前記チップ内部回路と外部との間で送受信される信号を前記ボンディングワイヤを介して入出力するボンディングパッドをさらに含む半導体装置。
9. 請求項１から８いずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記チップ内部回路に接続して設けられ、ボンディングワイヤに接続されて、外部の電源供給回路から供給される電源を前記ボンディングワイヤを介して入力する電源用ボンディングパッドをさらに含む半導体装置。
10. 半導体チップ形成領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられたチップ内部回路と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられ、前記チップ内部回路に電気的に接続されて当該チップ内部回路と信号の送受信を行う信号送受信部と、前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように前記半導体チップ形成領域の外縁に沿って設けられた径を有し、前記チップ内部回路に電気的に接続された電源受信用インダクタと、を含む半導体装置に対して、前記電源受信用インダクタに対応する電源供給用インダクタと、前記信号送受信部との間で電磁誘導または容量結合により非接触で信号の送受信を行う外部信号送受信部と、を含む外部装置を非接触で近づける工程と、
    前記外部信号送受信部と前記信号送受信部との間で前記信号の送受信を行うとともに、前記電源供給用インダクタと電源受信用インダクタとの間で電源信号の送受信を行う工程と、
    を含む信号送受信方法。
11. 請求項１０に記載の信号送受信方法において、
    前記外部信号送受信部と前記信号送受信部との間で送受信される前記信号は、前記チップ内部回路をテストするための信号である信号送受信方法。
12. 半導体チップ形成領域と、前記半導体チップ形成領域の外周に設けられたスクライブライン領域とが形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられたチップ内部回路と、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内に設けられ、前記チップ内部回路に電気的に接続されて当該チップ内部回路と信号の送受信を行う信号送受信部と、前記チップ内部回路および前記信号送受信部を取り囲むように前記半導体チップ形成領域の外縁に沿って設けられた径を有し、前記チップ内部回路に電気的に接続された電源受信用インダクタと、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記信号送受信部に対応して設けられるとともに前記チップ内部回路に接続して設けられたボンディングパッドと、前記半導体基板の前記半導体チップ形成領域内において、前記チップ内部回路に接続して設けられた電源用ボンディングパッドと、を含む半導体装置に対して、前記電源受信用インダクタに対応する電源供給用インダクタと、前記信号送受信部との間で電磁誘導または容量結合により非接触で信号の送受信を行う外部信号送受信部と、を含む外部装置を非接触で近づける工程と、
    前記外部信号送受信部と前記信号送受信部との間で前記信号の送受信を行なうとともに、前記電源供給用インダクタと電源受信用インダクタとの間で電源信号の送受信を行う工程と、
    前記半導体装置を前記スクライブライン領域に沿って切断してチップ化する工程と、
    チップ化した前記半導体装置の各チップにおいて、前記ボンディングパッドおよび前記電源用ボンディングパッドを、それぞれ、ボンディングワイヤにより外部の信号送受信部および電源供給回路と接続する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。

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