JP2014192210A - 半導体装置、半導体装置の製造方法、および半導体装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージに実装された半導体装置の電気的特性検査（パッケージテスト）は、外観からその実施有無の確認は困難である。さらに、複数の半導体装置が梱包された状態では、個別の確認は、さらに困難になる。
【解決手段】半導体装置は、アンテナ線（２）、無線通信回路（３）、ヒューズ（４）、発熱部（５）、および機能回路（６）を備え、アンテナ線は、無線通信回路と接続され、アンテナ線の一部はヒューズで形成され、発熱部はヒューズを解放状態に設定可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置に関し、たとえば、無線通信機能を備える半導体装置に関する。

半導体装置（以下、チップ、と記載する場合もある）の電気的特性検査は、ウエハテストとパッケージテストに大別される。ウエハテストは、ウエハプロセスが完了したウエハに含まれる各チップに対して行われる。パッケージテストは、ウエハテストに合格した良品チップを各種パッケージに封入したパッケージ組立品に対して行われる。パッケージテストに合格した半導体装置は、所定数まとめて梱包され、出荷される。

特許文献１は、アンテナ回路、電圧検出回路、電流増幅回路、およびヒューズを備える半導体装置を開示する。アンテナ回路に大電力が印加されたとき、電圧検出回路は、その時発生した電圧を検出する。電流増幅回路は、その電圧に応じて増幅した電流で、ヒューズを切断する。ヒューズを切断することで、信号処理回路への電力供給が遮断され、ＩＤチップが無効化される。

特許文献２は、基板上に形成された複数のコンデンサおよびコイルアンテナで形成されるＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｒｒｅｑｕｅｎｃｙ）共振回路を有するＲＦタグの構成を開示する。ＲＦ共振回路の共振周波数に合わせた強力なＲＦ照射により、コンデンサをアンチヒューズとして作用させる。この結果、ＲＦ共振回路の共振周波数が変動する。

特許文献３は、内蔵テスト回路および無線通信回路を備える半導体集積回路装置の構成を開示する。無線通信回路でテストコマンドやテスト結果の送受信を行うことにより、テストインターフェース用のプローブピンが削減される。

特開２００６−１０７４７０号公報 特開２００６−１８５４２８号公報 特開２００５−３０８７７号公報

半導体装置のウエハテストと異なり、パッケージテストが実施済みか否かは、外観から判断が困難である。さらに、複数の半導体装置が梱包された状態では、個別の確認は、さらに困難になる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、半導体装置は、アンテナ線、無線通信回路、ヒューズ、発熱部、および機能回路を備え、アンテナ線は、無線通信回路と接続され、アンテナ線の一部は、ヒューズで形成され、ヒューズは、発熱部により解放状態に設定される。

前記一実施の形態によれば、複数の半導体装置に対して、パッケージテストの実施有無を容易に検出することが可能となる。

実施の形態に係る半導体装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態に係る半導体装置とＲＦリーダ間の無線通信の説明図である。 実施の形態に係る半導体装置の電気的特性検査方法を説明するフロー図である。 実施の形態に係る半導体装置の効果を説明する斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。

図１を参照して、実施の形態に係る半導体装置１の構成を説明する。
図１（ａ）は、ウエハプロセスが完了したウエハに含まれる半導体装置１（チップ）の構成を示す。

半導体装置１は、アンテナ線２、無線通信回路３、ヒューズ４、発熱部５、機能回路６、およびボンディングパッド７を備える。アンテナ線２の一端および他端は、それぞれ、ノードＮ１およびノードＮ２を介して、無線通信回路３と接続される。無線通信回路３は、アンテナ線２が受信したＲＦ信号を電力に変換して動作を開始する。動作を開始した無線通信回路３は、ＲＦ信号に含まれるコマンドを実行し、その結果を含むＲＦ信号を発信する。

アンテナ線２のループ長は、使用するＲＦ信号の周波数に応じて、適宜設定される。アンテナ線２は、例えば、半導体装置１の配線層で形成される。アンテナ線２を構成するループ状の配線層の一部は、ヒューズ４で形成される。ヒューズ４は、アンテナ線２の特性を損なわない程度の導電率を備え、かつ、発熱部５で生成される熱量で溶断可能な材質および構造が選択される。発熱部５は、ヒューズ４より融点が高く、ヒューズ４を溶断するのに十分な熱量を発生する抵抗体である。

アンテナ線２の一部をヒューズ４で形成する代わりに、無線通信回路３に内蔵されるアンテナ線２のドライバ回路（図示せず）への電源供給路、または入力信号経路の一部として、ヒューズ４を形成しても良い。この構成により、ヒューズ４がアンテナ線２の特性におよぼす影響が低減可能となる。

機能回路６は、半導体装置１の機能を実現するための各種機能マクロ、メモリマクロ、および入出力回路等（いずれも図示せず）を備える。機能回路６は、入出力回路を介して、ボンディングパッド７と電気的に接続される。機能回路６は、ボンディングパッド７に印加された信号に基づき、発熱部５に電力を供給する。

発熱部５は、この電力を熱に変換し、ヒューズ４を溶断する。ヒューズ４が溶断すると、アンテナ線２のループ、ドライバ回路への電源供給路、またはドライバ回路への入力信号経路が切断される。その結果、アンテナ線２からの信号出力は停止し、無線通信回路３は機能しなくなる。即ち、半導体装置１のＲＦ通信機能は喪失し、ＲＦリーダ／ライタとの送受信は不可能となる。

図１（ｂ）は、実施の形態に係る半導体装置１のパッケージ組立品１０の構成を示す。
半導体装置１のパッケージ組立品１０は、一例として、半導体装置１が有するボンディングパッド７と、リードフレームの外部端子９とを、ボンディングワイヤ８で接続し、外部端子９以外を樹脂封止した構成を有する。半導体装置１を搭載するパッケージの種類に応じて、外部端子９とボンディングパッド７は、適宜選択された導電接続部で、電気的に接続される。

図２を参照して、半導体装置１およびＲＦリーダ２０間の無線通信を説明する。
図２（ａ）は、半導体装置１に形成されたヒューズ４が切断されていない場合の、半導体装置１とＲＦリーダ２０間の無線通信の様子を示す。なお、図２において、半導体装置１は、上述のパッケージ組立品１０に搭載されているものである。

半導体装置１にＲＦリーダ２０でＲＦ信号を照射する場合、半導体装置１は、外部端子９（図１（ｂ））へ電源電圧や入出力信号が印加されない状態にある。ヒューズ４が切断されていない場合、無線通信回路３は、アンテナ線２に照射されたＲＦ信号を直流電力に変換し、動作を開始する。無線通信回路３は、引き続き、ＲＦリーダ２０の送信信号２０ｑに含まれるコマンドを処理し、その結果を応答信号２０ａとしてＲＦリーダへ返す。即ち、未切断のヒューズ４を備える半導体装置１は、ＲＦリーダ２０の送信信号２０ｑに対し、応答信号２０ａを出力する。

図２（ｂ）は、半導体装置１に形成されたヒューズ４が切断されている場合の、半導体装置１とＲＦリーダ２０間の無線通信の様子を示す。ヒューズ４が切断されているため、無線通信回路３は、その動作に必要な直流電力をアンテナ線２から得ることができない。その結果、半導体装置１は、ＲＦリーダ２０からの送信信号２０ｑに対し、応答信号２０ａを出力しない。即ち、切断されたヒューズ４を備える半導体装置１は、ＲＦリーダ２０の送信信号２０ｑに対し、応答信号２０ａを出力しない。

アンテナ線２の一部としてヒューズ４が形成されている場合、ヒューズ４の切断により無線通信回路３への電力供給は停止する。また、無線通信回路３に内蔵されるドライバ回路の一部としてヒューズ４が形成されている場合、アンテナ線２から無線通信回路３への電力供給は可能であっても、アンテナ線２を介しての信号出力は停止する。いずれの構成であっても、ＲＦリーダ２０への応答信号２０ａの出力は停止される。

図３を参照して、実施の形態に係る半導体装置１の電気的特性検査方法を説明する。
半導体装置１の電気的特性検査は、ウエハテストＳ１およびパッケージテストＳ４の２段階で行われる。

ウエハテストＳ１では、ウエハプロセスが完了したウエハに含まれる各チップ（半導体装置１）の電気的特性が検査される。検査装置（図示せず）は、ウエハに含まれる各チップに対し、直流特性・交流特性・機能テスト等の複数の検査項目を、順次測定する。

全ての検査項目で合格（ステップＳ２でＹｅｓ）した良品チップはパッケージに実装され、パッケージ組立品１０（図１（ｂ）参照））となる（ステップＳ３ｙ）。検査項目の一つでも不合格（ステップＳ２でＮｏ）となった不良チップは、廃棄対象とされる（ステップＳ３ｎ）。

パッケージテストＳ４では、パッケージ組立品１０（図１（ｂ））の電気的特性が検査される。各パッケージ組立品に対する検査項目は、ウエハテストＳ１と同様、または適宜変更される。検査装置（図示せず）は、各パッケージ組立品１０毎に、設定された複数の検査項目を、順次測定する。パッケージ組立品１０に対する電気的特性の検査は、パッケージ組立品１０の外部端子９（図１（ｂ）参照）を介して、行われる。

ステップＳ５において、パッケージ組立品１０が、全ての検査項目で合格（ステップＳ５でＹｅｓ）判定されると、引き続き、アンテナ線切断処理（ステップＳ６）が行われる。アンテナ線切断処理とは、図１（ｂ）に示されるパッケージ組立品１０が内蔵する半導体装置１のヒューズ４を溶断する処理である。このアンテナ線切断処理Ｓ６は、パッケージテストＳ４で、検査装置にパッケージ組立品１０がセットされた状態で行われる。

全ての検査項目の合格が確認されると、検査装置は、検査プログラムに従い、パッケージ組立品１０の外部端子９へヒューズ切断信号を印加する。このヒューズ切断信号に応答して、半導体装置１が有する機能回路６は、発熱部５へ電力を供給する。電力の供給を受けた発熱部５は、ヒューズ４を溶断し、アンテナ線２のループは切断される（図２（ｂ）参照）。

一方、パッケージテストＳ４において、検査項目の一つでも不合格（Ｆａｉｌ）と判定されると、パッケージ組立品１０に対するアンテナ線切断処理Ｓ６は実行されない。この結果、全ての検査項目で合格判定されたパッケージ組立品１０（以下、ＰＴ良品、とも記載）は、ループが切断されたアンテナ線２を備え、検査項目の一つでも不合格判定されたパッケージ組立品１０（以下、ＰＴ不良品、とも記載）は、正常なループを有するアンテナ線２を備える。

ステップＳ７では、出荷製品の梱包が行われる。出荷製品は、パッケージテストＳ４で合格判定されたＰＴ良品が対象とされる。しかしながら、パッケージテストＳ４実施後のパッケージ組立品１０の管理等に起因して、ＰＴ不良品の混入が危惧される。さらに、ステップＳ３ｙで製造された良品チップのパッケージ組立品１０の管理に起因して、パッケージテストＳ４が未実施のパッケージ組立品（以下、ＰＴ未実施品、とも記載）の混入が危惧される。これらのＰＴ不良品およびＰＴ未実施品は、正常なループを有するアンテナ線２を備える。

ステップＳ８では、出荷製品の梱包に対して、図２に示されるＲＦリーダ２０からＲＦ信号である送信信号２０ｑが照射される。出荷製品の梱包に、ＰＴ不良品またはＰＴ未実施品が混入している場合、この送信信号２０ｑに対して、出荷製品の梱包からは応答信号２０ａが出力される（ステップＳ９でＹｅｓ）。出荷製品の梱包にＰＴ良品のみが含まれている場合、出荷製品の梱包からは応答信号２０ａは出力されない（ステップＳ９でＮｏ）。

ＲＦリーダ２０が応答信号２０ａを検出した場合、出荷製品の梱包は、ＰＴ不良品またはＰＴ未実施品を含んでいることが確認され、出荷不可と判断される（ステップＳ１０ｎ）。ＲＦリーダ２０が応答信号２０ａを検出しない場合、出荷製品の梱包は、ＰＴ良品のみであることが確認され、出荷可能と判断される（ステップＳ１０ｇ）。

図４を参照して、実施の形態に係る半導体装置１の効果を説明する。
（一度に複数のパッケージ組立品に対するパッケージテスト実施有無の判断が可能）
一般的に、パッケージ組立品は、ウエハテストおよびパッケージテストの合格を確認後、所定数まとめて箱４０に梱包される。パッケージテストの実施とその合格判定済みか否かは、パッケージ組立品の外観からは識別することはできない。何故なら、電気的特性検査の合否の結果は、パッケージ組立品の外観・形状として記録されないからである。従来は、箱４０に梱包されたパッケージ組立品のパッケージテスト実施の有無が疑わしい場合、再度、箱４０に梱包されている全てのパッケージ組立品について、パッケージテストを実施する必要があった。

それに対し、実施の形態に係る半導体装置１のパッケージ組立品の場合、パッケージテストの実施およびその合否は、ＲＦリーダ２０が出力する送信信号２０ｑを、箱４０に向けて照射することで判断可能である。図４（ａ）に示される通り、箱４０にＰＴ不良品またはＰＴ未実施品が混入している場合、混入しているＰＴ不良品またはＰＴ未実施品から、送信信号２０ｑに応答して、応答信号２０ａが出力される。ＲＦリーダ２０でその応答信号２０ａを検出することで、ＰＴ良品以外のものの混入が、一度に検出される。

箱４０にＰＴ不良品またはＰＴ未実施品の混入が検出された場合、出荷可能なパッケージ組立品の特定も容易に行うことが可能となる。即ち、幾つかの箱４０の集合体において、ＰＴ不良品等が検出された場合、まず、個別の箱４０毎に、再度、ＲＦリーダ２０によるＰＴ不良品等の検出を行う。ＰＴ不良品等が混入する箱４０を特定したら、その箱４０に含まれるパッケージ組立品１０を小グループに分け、ＲＦリーダ２０によるＰＴ不良品等の検出を行う。ＰＴ不良品等が検出されない小グループは、出荷可能と判断される。

ＰＴ不良品等が検出された小グループに関しては、さらに、小グループまたは個体に分けてＲＦリーダ２０によるＰＴ不良品等の検出を繰り返してもよいし、小グループを構成する各パッケージ組立品のパッケージテストを実施してもよい。

従って、一度に多数のパッケージ組立品１０について、パッケージテストの実施有無およびその合否を迅速かつ容易に判断可能となる。さらに、多数のパッケージ組立品１０にＰＴ不良品等の混在が確認された場合でも、パッケージテストの実施済みグループとそれ以外のグループの識別が容易となる。

（アンチコリジョン対策が不要）
ＲＦリーダ２０（ライタの場合も同様）から、無線通信機能を有する複数の半導体装置に対してＲＦ信号を照射する場合、一般的には、アンチコリジョン対策が必要となる。一方、実施の形態に係る半導体装置１のパッケージ組立品の各々は、ＲＦリーダ２０が出力する送信信号２０ｑに応答して、同一の応答信号２０ａを出力する。即ち、ＲＦリーダ２０は、複数のパッケージ品と１対多数で情報の送受信を行うことが可能である。

すべての半導体装置１がパッケージテスト合格品であれば応答信号２０ａは出力されず、１個以上の半導体装置１がＰＴ不良品等である場合には応答信号２０ａが出力される。その結果、輻輳（コリジョン）を生じたとしても、ＰＴ不良品等が存在していることを検知することが可能となる。

従って、実施の形態に係る半導体装置１のパッケージ組立品１０で使用するＲＦリーダ２０は、情報の送受信を行うパッケージ組立品を１対１に特定するためのアンチコリジョン機能は不要である。その結果、ＲＦリーダ／ライタの機能が簡素化され、安価なシステム構築が可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 半導体装置、２ アンテナ線、３ 無線通信回路、４ ヒューズ、５ 発熱部、６ 機能回路、７ ボンディングパッド、８ ボンディングワイヤ、９ 外部端子、１０ パッケージ組立品、２０ ＲＦリーダ、２０ａ 応答信号、２０ｑ 送信信号、４０ 箱、Ｎ１，Ｎ２ ノード、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１０ｇ，Ｓ１０ｎ，Ｓ３ｎ，Ｓ３ｙ，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９ ステップ。

Claims (11)

1. 半導体装置であって、
   アンテナ線、無線通信回路、ヒューズ、発熱部、および機能回路を備え、
   前記アンテナ線は、前記無線通信回路と接続され、
   前記アンテナ線の一部は、前記ヒューズで形成され、
   前記発熱部は、前記ヒューズを解放状態に設定可能である、半導体装置。
2. 前記ヒューズは、解放状態に設定されている、請求項１記載の半導体装置。
3. 前記半導体装置は、さらに、パッド、導電接続部、および外部端子を備え、
   前記パッドは、前記機能回路と電気的に接続され、
   前記パッドおよび前記外部端子は、前記導電接続部で電気的に接続される、請求項２記載の半導体装置。
4. 半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体装置は、
   一部がヒューズで形成されたアンテナ線と、
   前記アンテナ線と接続される無線通信回路と、
   機能回路と、
   発熱部と、
   前記機能回路と電気的に接続されたパッドと、を備え、
   前記パッドに印加された測定信号に基づき、前記機能回路の特性測定を実施し、
   前記特性測定の結果に基づき、前記発熱部で前記ヒューズの導通状態を制御する、半導体装置の製造方法。
5. 前記特性測定に合格した場合、引き続き、前記発熱部で、前記ヒューズを解放状態に設定する、請求項４記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記特性測定が不合格の場合、前記ヒューズを導通状態に維持する、請求項４記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記半導体装置は、さらに、
   外部端子と、
   前記外部端子および前記パッドを電気的に接続する導電接続部と、を備え、
   前記測定信号は、前記外部端子に印加される、請求項４記載の半導体装置の製造方法。
8. 無線通信機能を備えた半導体装置の検査方法であって、
   前記半導体装置へ読み取り装置が送信する無線信号を照射し、
   前記無線信号に対する前記半導体装置の応答信号の有無を、前記読み取り装置で検出し、
   前記読み取り装置が前記応答信号を検出した場合、前記半導体装置を不良と判定する、半導体装置の検査方法。
9. 前記読み取り装置が前記応答信号を検出しない場合、前記半導体装置を良品と判定する、請求項８記載の半導体装置の検査方法。
10. 複数の前記半導体装置に対して、前記読み取り装置が送信する前記無線信号を同時に照射する、請求項９記載の半導体装置の検査方法。
11. 前記半導体装置は、
    一部がヒューズで形成されたアンテナ線と、
    前記アンテナ線と接続される無線通信回路と、
    機能回路と、
    前記機能回路と電気的に接続されたパッドと、
    外部端子と、
    前記外部端子および前記パッドを電気的に接続する導電接続部、を備える、請求項８記載の半導体装置の検査方法。
    
    
    
    
    

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