JP5501174B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

技術分野は半導体装置等に関する。
特許文献1には、アンテナを介して無線通信を行う半導体装置が開示されている。
特開2007−5778号公報
アンテナを介して無線通信を行う半導体装置は、アンテナ及び回路を保護するために、アンテナ及び薄膜トランジスタを有する回路を絶縁体で保護している。
ところが、絶縁体は電荷を蓄積しやすい性質を有する。
したがって、絶縁体に蓄積した電荷が放電を起こすことにより、アンテナ又は回路を破壊してしまう問題(静電気破壊の問題)が生じていた。
そこで、静電気破壊の問題を解決する構成を以下に開示する。
アンテナ及び回路を有するチップが一対の絶縁体に挟まれた構造を有する半導体装置であって、一対の絶縁体の外側又は内側に少なくとも一層の導電層を形成することにより静電耐圧を向上させることによって、静電気破壊を低減させることができる。
ところで、本発明者らがチップの表面及び裏面の双方に導電層を設けた半導体装置の評価を行ったところ、リーダライタのアンテナの近傍において応答しない(あるいは応答率の低い)半導体装置が存在することがわかった。
本発明者らは半導体装置がアンテナの近傍において応答しないという不良を中抜け不良と呼ぶことにした。
その後、本発明者らの検討の結果、中抜け不良の原因はアナログ回路(特にレギュレータ回路)と重なる位置に配置された導電層によるものであることが分かった。
よって、中抜け不良を防止するためには、半導体装置の表面又は裏面の一方において、アナログ回路と重なる位置の導電層を除去することが有効である。
つまり、一対の導電層と、前記一対の導電層の間に設けられた一対の絶縁体と、前記一対の絶縁体の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、前記開口部は少なくとも前記アナログ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置を提供することができる。
また、一対の絶縁体と、前記一対の絶縁体の間に設けられた一対の導電層と、前記一対の導電層の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、前記開口部は少なくとも前記アナログ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置を提供することができる。
また、前記開口部は前記アナログ回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていると好ましい。
また、前記開口部は前記アナログ回路及び前記デジタル回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていると好ましい。
また、前記開口部は前記アンテナ、前記アナログ回路、及び前記デジタル回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていると好ましい。
また、一対の導電層と、前記一対の導電層の間に設けられた一対の絶縁体と、前記一対の絶縁体の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、前記アナログ回路は、少なくともレギュレータ回路を有し、少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、前記開口部は少なくとも前記レギュレータ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置を提供することができる。
また、一対の絶縁体と、前記一対の導電層の間に設けられた一対の導電層と、前記一対の導電層の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、前記アナログ回路は、少なくともレギュレータ回路を有し、少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、前記開口部は少なくとも前記レギュレータ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置を提供することができる。
また、前記開口部は前記レギュレータ回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていると好ましい。
また、前記一対の導電層の一方と、前記一対の導電層の他方と、は電気的に接続されていると好ましい。
一対の絶縁体の外側又は内側に少なくとも一層の導電層を形成することによって、静電気破壊を低減させることができる。
また、チップの表面又は裏面の一方においてアナログ回路と重なる位置に静電気破壊防止用の導電層を設けないことによって、中抜け不良を防止することができる。
半導体装置の一例 半導体装置の一例 半導体装置の一例 半導体装置の一例 半導体装置の一例 半導体装置の一例 レギュレータ回路の一例 半導体装置の作製方法の一例 半導体装置の作製方法の一例 レギュレータ回路の一例 測定結果(ASK) 測定結果(FSK) レギュレータ回路の一例 測定結果(ASK) 測定結果(FSK) レギュレータ回路の一例 測定結果(ASK) 測定結果(FSK) レギュレータ回路の一例 測定結果(ASK) 測定結果(FSK) レギュレータ回路の一例 測定結果(ASK) 測定結果(FSK) 半導体装置の一例 測定結果(ESD試験)
実施の形態及び実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
但し、開示する発明は以下の説明に限定されないこと、並びに、開示する発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。
従って、開示する発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
半導体装置の一例を示す。
図1は、アンテナ101とアナログ回路102とデジタル回路103とを有するチップ100と、第1の絶縁体201と、第2の絶縁体202と、導電層300と、を有する半導体装置を示している。
導電層300は、チップの上側及び下側に設けられた一対の導電層を電気的に接続したものである。なお、一対の導電層は電気的に接続されていなくても良い。電気的な接続をさせる方法としては、レーザーにより溶融させて接続させる方法、絶縁膜にコンタクトホールを設け接続電極を設け、接続電極により接続させる方法等があるがこれらに限定されない。
ここで、チップ100は第1の絶縁体201と第2の絶縁体202との間に挟まれている。
図1ではアンテナ101は、アナログ回路102上及びデジタル回路103上に絶縁膜を介して設けられている。
ただし、同一の絶縁表面上にアンテナ101とアナログ回路102とデジタル回路103を設けても良い。
また、アンテナ101は、アナログ回路102下及びデジタル回路103下に絶縁膜を介して設けられても良い。
また、導電層300は第1の絶縁体201及び第2の絶縁体202の周囲全体を覆っている。
なお、図1(A)は断面図であり、図1(B)は平面図である。
図1のように導電層300を設けることによって、第1の絶縁体201又は第2の絶縁体202に静電気が蓄積しにくくなるので、静電気破壊を防止することができる。
図2は図1において、回路側の導電層に開口部を設けたものである。
開口部は、アナログ回路102と重なる領域に選択的に設けられている。
つまり、アナログ回路102と重なる領域には開口部が設けられており、アンテナ101と重なる領域及びデジタル回路103と重なる領域には導電層300が設けられている。
図2によって中抜け不良を防止することができる。
なお、図2(A)は断面図であり、図2(B)は平面図である。
図2では回路側の導電層にのみ開口部を設けたが、図3のようにアンテナ側の導電層にも開口部を設けても良い。
また、図4のようにアナログ回路102及びデジタル回路103と重なる位置の導電層に選択的に開口部を設けても良い。
つまり、アナログ回路102及びデジタル回路103と重なる領域には開口部が設けられており、アンテナ101と重なる領域と重なる領域には導電層300が設けられている。
開口部を設ける面は、回路側のみ、アンテナ側のみ、回路側及びアンテナ側の双方のいずれでも良い。
なお、図4(A)は断面図であり、図4(B)は平面図である。
また、図5のようにアンテナ101、アナログ回路102、及びデジタル回路103と重なる位置の導電層に選択的に開口部を設けても良い。
つまり、アンテナ101、アナログ回路102、及びデジタル回路103と重なる領域には開口部が設けられており、アンテナ101、アナログ回路102、及びデジタル回路103を囲う周辺部には導電層300が設けられている。
開口部を設ける面は、回路側のみ、アンテナ側のみ、回路側及びアンテナ側の双方のいずれでも良い。
ここで、静電気破壊防止の効果は導電層300の表面積が大きいほど高い。
よって、図2の構成は中抜け不良の効果を防止しつつ、導電層300の表面積を大きくできるので好ましい。
なお、図5のような構成でも、周辺部に残存した導電層300が静電気破壊防止の効果を奏している。
なお、本発明者らの実験結果によるとアナログ回路のうちレギュレータ回路の制御部と重なる領域の導電層を除去すれば中抜け不良防止効果があることがわかっている。
したがって、導電層300の表面積を大きくするためには、アナログ回路のうちレギュレータ回路と重なる領域の導電層を選択的に除去して開口部を形成することが好ましい。
例えば、図13のように、容量素子が配置された領域2001、制御部2002、抵抗体が配置された領域2003、制御部以外の回路が配置された領域2004を有するレギュレータ回路において、レギュレータ回路と重なる領域の導電層を選択的に除去する。
さらに好ましくは、レギュレータ回路の制御部と重なる領域の導電層を選択的に除去して開口部を形成することが好ましい。
例えば、図22のように、容量素子が配置された領域2001、制御部2002、抵抗体が配置された領域2003、制御部以外の回路が配置された領域2004を有するレギュレータ回路において、制御部2002と重なる領域の導電層を選択的に除去する。
また、レギュレータ回路の制御部及び他の回路の一部と重なる領域の導電層を選択的に除去して開口部を形成しても良い。
例えば、図19のように、容量素子が配置された領域2001、制御部2002、抵抗体が配置された領域2003、制御部以外の回路が配置された領域2004を有するレギュレータ回路において、容量素子が配置された領域2001及び制御部2002と重なる領域の導電層を選択的に除去する。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態2)
実施の形態1では、回路側の導電層とアンテナ側の導電層とが電気的に接続された構成を示した。
一方、回路側の導電層とアンテナ側の導電層とが電気的に接続されていなくても静電破壊の防止が可能である。
即ち、第1の絶縁体上に第1の導電層が設けられており、第2の絶縁体下に第2の導電層が設けられている構成としても良い。
但し、第1の導電層と第2の導電層とが電気的に接続されていた方が静電気破壊の防止の効果が高い。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
実施の形態1では第1の絶縁体201及び第2の絶縁体202の外側に導電層を設けているが、第1の絶縁体201及び第2の絶縁体202の内側に導電層を設けても静電破壊の防止が可能である。
即ち、チップ100と第1の絶縁体201との間に第1の導電層を設け、チップ100と第2の絶縁体202との間に第2の導電層を設けても良い。
なお、第1の導電層と第2の導電層とは電気的に接続されていても良いし、第1の導電層と第2の導電層とは電気的に接続されていなくても良い。
但し、第1の導電層と第2の導電層とが電気的に接続されていた方が静電気破壊の防止の効果が高い。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)

半導体装置の回路のブロック図の一例を示す。
本実施の形態の半導体装置は、アンテナ1001、共振容量1002、リミッタ回路1003、スイッチ1004、復調回路1005、変調回路1006、整流回路1007、電圧検出回路1008、レギュレータ回路1009と、論理回路1010とを有する(図6)。
Vssは、低電源電位又はGND(グランド、V=0)である。
アンテナ1001は電磁波の送受信を行う部分である。
共振容量1002は、送受信する電磁波の共振周波数の調整のために設けられている。
リミッタ回路1003は、過電流が復調回路1005、変調回路1006、整流回路1007等に流れることにより、これらの回路が破壊されてしまうことを防止するために設けられている。リミッタ回路1003が機能したときスイッチ1004がオンになりアンテナ1001からの電流をVssに流す。
復調回路1005は、復調を行う回路である。
変調回路1006は、変調を行う回路である。
整流回路1007は、アンテナから送られてきた信号を整流する回路である。
電圧検出回路1008は、整流回路の出力電圧を検出するものである。
レギュレータ回路1009は、入力電圧を所望の電圧に変換して出力するために設けられている。
論理回路1010は、復調回路からの信号に応答した信号を供給するために設けられている。
ここで、アナログ回路とは、共振容量1002、リミッタ回路1003、スイッチ1004、復調回路1005、変調回路1006、整流回路1007、電圧検出回路1008、レギュレータ回路1009等である。
一方、デジタル回路は、論理回路1010等である。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態5)
レギュレータ回路の一例を示す。
図7(A)はレギュレータ回路のブロック図の一例である。
図7(B)はレギュレータ回路の回路図の一例である。
なお、図7(A)と図7(B)とは対応する。
図7(A)及び図7(B)のレギュレータ回路は、基準電圧生成回路110、差動回路120、分圧回路130、制御部140を有している。
また、図7(A)及び図7(B)において、Vinは入力端子を示し、Vout(Vdd)は出力端子を示す。
なお、Vinは整流回路により整流された電圧が入力される。
また、レギュレータ回路は定電圧Vddを出力するものである。
なお、制御部140はVinからVoutの導通の有無を直接制御する箇所であるため、制御部140には大きな電流が流れることになる。
よって、制御部140におけるトランジスタのチャネル幅は、基準電圧生成回路110、差動回路120、分圧回路130におけるトランジスタのチャネル幅の10倍以上の大きさに設定することが好ましい。
また、図7(B)では制御部140をトランジスタ一つで示したが、図7(C)のように複数のトランジスタを並列接続した構成としても良い。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態6)
チップとしてピール回路を用いる方法を例示する。
まず、図8(A)のように、基板5000と、基板5000上に設けられた剥離層5001と、剥離層5001上に設けられた下地絶縁膜5002と、下地絶縁膜5002上に設けられたアナログ回路102及びデジタル回路103と、アナログ回路102上及びデジタル回路103上に層間絶縁膜を介して設けられたアンテナ101と、アンテナ101上に設けられた保護膜5003とを有する構造を形成する。
なお、図8(A)において基板及び剥離層以外の部分がチップである。
基板は、ガラス基板、石英基板、金属基板、プラスチック基板等を用いることができるがこれらに限定されない。
剥離層は、表面が酸化又は窒化された金属膜、シリコン膜等を用いることができるがこれらに限定されない。
金属膜は、タングステン膜、モリブデン膜、チタン膜、タンタル膜等を用いることができるがこれらに限定されない。
アナログ回路及びデジタル回路は、スイッチング素子(例えば、薄膜トランジスタ等)、抵抗体、容量等を用いて形成することができるがこれらに限定されない。
下地絶縁膜、層間絶縁膜、及び保護膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒化アルミニウム膜、酸化アルミニウム膜、樹脂膜等を用いることができるがこれらに限定されない。下地絶縁膜、層間絶縁膜、及び保護膜は単層でも積層でも良い。
アンテナは、アルミニウム、チタン、モリブデン、タングステン、金、銀、銅等を用いることができるがこれらに限定されない。アンテナは単層でも積層でも良い。
次に、保護膜5003上に、第2の絶縁体202と第2の導電層302とが順次積層された構造を設ける。そして、基板5000と剥離層5001とをチップから分離する剥離工程を行う(図8(B))。
剥離層として表面が酸化又は窒化された金属膜を用いる場合、金属膜表面が酸化又は窒化されているので金属膜と絶縁膜との密着性が弱くなる。
よって、力学的な力(引っ張る、押す等の機械的な力)を加えることによって基板の分離が可能となる。
剥離層としてシリコン膜を用いる場合、フッ化ハロゲン(例えば、一フッ化塩素(ClF)、三フッ化塩素(ClF3)、一フッ化臭素(BrF)、三フッ化臭素(BrF3)、一フッ化沃素(IF)、三フッ化沃素(IF3))を用いることによって、シリコンがエッチングされて剥離を行うことができる。
次に、下地絶縁膜5002の下に第1の絶縁体201と第1の導電層301とが順次積層された構造を設ける(図9(A))。
第1及び第2の絶縁体としては、有機樹脂が含浸された繊維体を用いることが好ましい。
有機樹脂は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂等を用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、またはシアネート樹脂等がある。
熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフッ素樹脂等がある。
熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることによって、熱圧着が可能となるので製造工程が簡便になるので有利である。
また、繊維体は、織布または不織布である。
織布は、複数の繊維を織って布状にしたものである。
不織布は、複数の繊維を織らずに融着、接着、絡ませる等の方法で布状にしたものである。
繊維としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維等を用いることができる。
ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維等がある。
なお、複数の繊維の材料を一種類だけ用いて繊維体を形成しても良いし、複数の繊維の材料を複数種類用いて繊維体を形成しても良い。
なお、第1の絶縁体及び第2の絶縁体は、繊維体を有さない有機樹脂のみからなるものを用いても良い。
この場合の有機樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、またはフッ素樹脂等を用いることができる。
第1及び第2の導電層は、静電気破壊対策用の導電層である。第1及び第2の導電層としては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、インジウム酸化物、酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物等を用いることができる。なお、導電性を有していれば静電耐圧向上効果を有することができるので、列挙した材料に限定されることはない。第1及び第2の導電層は、CVD法、蒸着法、スパッタ法等で形成することができる。第1及び第2の導電層の膜厚は、5nm〜200nm(若しくは、10nm〜100nm)が好ましい。
なお、アンテナと重なる位置に設けられた第1の導電層又は第2の導電層を、複数の開口部を有する導電層、網目状の導電層等のように複数の隙間を有する導電層とすると、隙間から電磁波が透過しやすくなるので、共振周波数のズレを低減でき好ましい。
複数の隙間を有する導電層とする面は、第1の導電層のみ、第2の導電層のみ、第1の導電層及び第2の導電層の双方のいずれでも良い。
電磁波はチップの表面及び裏面の双方からアンテナに届くので、複数の隙間を有する導電層とする面を第1の導電層及び第2の導電層の双方に設けることが好ましい。
例えば、アンテナと重なる位置の導電層は複数の隙間を有する導電層とし、アナログ回路と重なる位置の導電層は選択的に除去し、デジタル回路と重なる位置には導電層を残す形態が好ましい。
また、アンテナと重なる位置の導電層は複数の隙間を有する導電層とし、レギュレータ回路と重なる位置の導電層は選択的に除去し、レギュレータ回路以外の回路と重なる位置には導電層を残す形態が好ましい。
また、アンテナと重なる位置の導電層は複数の隙間を有する導電層とし、レギュレータ回路の制御部と重なる位置の導電層は選択的に除去し、制御部以外の回路と重なる位置には導電層を残す形態が好ましい。
アンテナと重なる位置の導電層を複数の隙間を有する導電層とすることにより、アンテナと重なる位置における静電気破壊防止の効果を残すことができるので好ましい。
なお、静電気による半導体装置の破壊を効果的に防止するためには、導電層のシート抵抗が1.0×107Ω/□以下、好ましくは1.0×104Ω/□以下、より好ましくは1.0×102Ω/□以下となるようにすることが好ましい。
本実施の形態では、絶縁体表面に導電層が設けられた構造をチップに貼り付ける例を示したが、絶縁体をチップに貼り付けた後に絶縁体表面に導電層を形成しても良い。
次に、アンテナ101、アナログ回路102、デジタル回路103の設けられた領域の周囲をレーザーカットする。
レーザーカットにより第1の導電層301及び第2の導電層302を溶融し、第1の導電層301と第2の導電層302とが電気的に接続し導電層300が形成される(図9(B))。
なお、導電層に設けられる開口部は第1及び第2の絶縁体を貼り付ける前に形成しても良いし、第1及び第2の絶縁体をチップに貼り付け後に形成しても良い。
但し、導電層に設けられる開口部を第1及び第2の絶縁体をチップに貼り付けた後に形成すれば、回路位置を視認しながらエッチングが可能になるので、開口部と回路との位置合わせが容易になり好ましい。
開口部の形成方法は、レーザーにより導電層をアブレーションさせて除去する方法、ヤスリ等で研磨して除去する方法、レジストマスク等を用いて導電層をエッチングする方法等を用いることができる。なお、一対の絶縁体の内側に導電層を設ける場合は、開口部を形成した後に一対の絶縁体を設ければ良い。
なお、導電層が透光性導電層(インジウム酸化物、酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物等)の場合は、エッチングしたい箇所をそのまま視認できる。
一方、導電層が遮光性導電層(金属等)の場合はエッチングしたい箇所をそのまま視認できないという問題が生ずるが、光を裏から照射することによって当該問題を解決することができる。
即ち、膜状の遮光性導電層は非常に薄いため、光を裏から照射することによって回路が透けて見えるようになるのである。
なお、側面に導電物を設けることにより第1の導電層301と第2の導電層302とを電気的に接続しても良い。
本実施の形態のように、剥離層を用いて少なくとも基板を選択的に分離する工程を剥離工程という。また、剥離工程により基板が選択的に分離された回路を剥離回路と呼ぶことにする。また、基板が分離されて皮のように薄い回路となることからピール回路と呼んでも良い。なお、基板をエッチング液によって除去してピール回路を作製する方法、可撓性基板に回路を形成してピール回路を作製する方法等の他の方法を用いてピール回路を形成しても良い。
ピール回路は非常に薄いので、チップの軽量化につながる。
一方、ピール回路は非常に薄い。よって、引っ張り、外部からの圧力等に対して非常に脆い。
繊維体に有機樹脂を含浸させた絶縁体は、繊維体を有するため、引っ張り耐性が強く、外部からの圧力を拡散することができる。
また、ピール回路では回路と導電層との距離が近いため、回路側の導電層に開口部を設けることが好ましい。
回路と導電層との距離が近いと、回路と導電層との間で生じる寄生容量が大きくなるからである。
また、アンテナ側においても回路と導電層との距離は近いため、アンテナ側の導電層に開口部を設けることも好ましい。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態7)
実施の形態6ではチップとしてピール回路を用いる方法を例示したが、絶縁性基板上に形成したトランジスタを用いたチップ、SOI基板を用いて形成したトランジスタを用いたチップ、半導体基板を用いて形成したトランジスタを用いたチップ等を使用しても良い。
本実施の形態で例示したチップは、基板が十分な厚さを有しているため、回路と導電層との間で生じる寄生容量が小さくなる。
したがって、本実施の形態で例示したチップを用いる場合、アンテナ側における回路と導電層との距離が近いため、アンテナ側の導電層に開口部を設けることが特に好ましい。但し、回路側において回路と導電層との間に寄生容量が全く生じないわけではないので回路側に開口部を設けることも好ましい。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態8)
実施の形態6では導電層を第1及び第2の絶縁体の外側に設けたが、導電層は第1及び第2の絶縁体の内側に設けても良い。
つまり、一対の絶縁体の間に一対の導電層が設けられ、一対の導電層の間にチップが設けられた構造としても良い。この場合、アンテナ側の導電層は、保護膜の上若しくはアンテナと回路との間に設ければ良い。また、回路側の導電層は下地絶縁膜の下に設ければ良い。
また、実施の形態6では第1の導電層と第2の導電層とを電気的に接続させたが、第1の導電層と第2の導電層とを電気的に接続させなくても良い。電気的な接続をさせる方法としては、レーザーにより溶融させて接続させる方法、絶縁膜にコンタクトホールを設け接続電極を設け、接続電極により接続させる方法等があるがこれらに限定されない。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態9)
他の実施形態では回路側とアンテナ側の両面に導電層を設ける構成を例示したが、アンテナ側又は回路側の一方に導電層を設ける構成としても静電気破壊の防止効果がある。
また、アンテナ側又は回路側の他方には導電層が設けられていないので中抜け不良も防止できる。
本実施の形態は、他の全ての実施の形態と組み合わせて実施することが可能である。
静電気破壊対策の効果を実証するため、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)測定を行った。
ESD測定は以下のように行う。
まず、ガラス基板(厚さ0.5mm)の上にアルミ板を載せ、前記アルミ板の上に導電性シートを載せ、前記導電シートの上に試料を載せる。
そして、試料(半導体装置)の上方からESD試験機(簡易応答評価 Takaya株式会社製)を用いて所定の電圧を印加する。
次に、所定の電圧を印加した試料(半導体装置)の除電を一分間行う。
その後、除電を行った試料(半導体装置)が動作するか否かの判定を行う。
そして、所定の電圧を1kVから15kVまで増加させていって試料(半導体装置)が動作不能になる電圧を測定した。
また、試料(半導体装置)の表面(アンテナ側)から電圧を印加する場合と、試料(半導体装置)の裏面(薄膜トランジスタ側)から電圧を印加する場合と、の2パターンの測定を行った。
なお、15kVの電圧を印加した後に動作した試料(半導体装置)は、少なくとも15kV以上の静電耐圧を有すると判断した。
ここで、測定を行った試料の説明を行う。
(比較構造:静電気破壊対策用の導電層を有さない構造)
比較構造として、第1の絶縁体11と、第1の絶縁体11上に設けられた薄膜トランジスタを有する回路12と、薄膜トランジスタを有する回路12の上に設けられ且つ薄膜トランジスタを有する回路12と電気的に接続されたアンテナ13と、アンテナ13上に設けられた保護膜14(窒化珪素膜)と、保護膜14上に設けられた第2の絶縁体15とを有する構造を作製した(図25(A)参照)。
比較構造には、静電気破壊対策用の導電層は設けていない。
なお、前記第1の絶縁体及び第2の絶縁体は、繊維体(ガラス繊維)に有機樹脂(臭素化エポキシ樹脂)が含浸された構造体であるプリプレグ(膜厚20μm)を用いた。
以下作製した試料について説明する。
なお、チップはピール回路を用いており、第1の絶縁体及び第2の絶縁体としては繊維体(ガラス繊維)に有機樹脂が含浸された構造体であるプリプレグを用いた。
(構造1:表側(アンテナ側)のみに静電気破壊対策用の導電層を設けた構造)
構造1として、比較構造の表側(アンテナ側)のみに静電気破壊対策用の導電層16を設けた構造を作製した(図25(B)参照)。
構造1の薄膜トランジスタの構造、回路の構成、アンテナの形状、作製材料等は、比較構造と同じである。
導電層としては、10nmの膜厚のチタン(Ti)膜を形成した試料を作製した。
(構造2:裏側(薄膜トランジスタ側)のみに静電気破壊対策用の導電層を設けた構造)
構造2として、比較構造の裏側(薄膜トランジスタ側)のみに静電気破壊対策用の導電層17を設けた構造を作製した(図25(C)参照)。
構造2の薄膜トランジスタの構造、回路の構成、アンテナの形状、作製材料等は、比較構造と同じである。
導電層としては、10nmの膜厚のチタン(Ti)膜を形成した試料を作製した。
(構造3:表側(アンテナ側)及び裏側(薄膜トランジスタ側)に静電気破壊対策用の導電層を設けた構造(上下導通無し))
構造3として、比較構造の表側(アンテナ側)及び裏側(薄膜トランジスタ側)に静電気破壊対策用の導電層18、導電層19を設けた構造を作製した(図25(D)参照)。
構造3の薄膜トランジスタの構造、回路の構成、アンテナの形状、作製材料等は、比較構造と同じである。
なお、表側(アンテナ側)の導電層と、裏側(薄膜トランジスタ側)の導電層と、は電気的に分離されている。
導電層としては、10nmの膜厚のチタン(Ti)膜を形成した試料と、10nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物(ITO(SiO2含有))膜を形成した試料と、を作製した。
(構造4:表側(アンテナ側)及び裏側(薄膜トランジスタ側)に静電気破壊対策用の導電層を設けた構造(上下導通あり))
構造4として、比較構造の表側(アンテナ側)及び裏側(薄膜トランジスタ側)に静電気破壊対策用の導電層を設け且つ双方の導電層を電気的に接続させることにより、第1の絶縁体11、薄膜トランジスタを有する回路12、アンテナ13、保護膜14、及び第2の絶縁体15を導電層20で囲んだ構造を作製した(図25(E)参照)。
構造4の薄膜トランジスタの構造、回路の構成、アンテナの形状、作製材料等は、比較構造と同じである。
なお、表側(アンテナ側)の導電層と、裏側(薄膜トランジスタ側)の導電層と、は電気的に接続されている。
導電層としては、10nmの膜厚のチタン(Ti)膜を形成した試料と、10nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物(ITO(SiO2含有))膜を形成した試料と、100nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物(ITO(SiO2含有))膜を形成した試料と、を作製した。
(構造5:絶縁体の内側の表側(アンテナ側)及び裏側(薄膜トランジスタ側)に静電気破壊対策用の導電層を設けた構造)
構造5として、比較構造の絶縁体の内側に静電気破壊対策用の導電層21、22を設けた構造を作製した。具体的には、第1の絶縁体と薄膜トランジスタを有する回路の間に導電層21を設け、第2の絶縁体と保護膜の間に導電層22を設けた構造とした(図25(F)参照)。
構造5の薄膜トランジスタの構造、回路の構成、アンテナの形状、作製材料等は、比較構造と同じである。
なお、表側(アンテナ側)の導電層と、裏側(薄膜トランジスタ側)の導電層と、は電気的に接続されている。
導電層としては、10nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物(ITO(SiO2含有))膜を形成した試料を作製した。
(構造6:絶縁体の内側の表側(アンテナ側)のみに静電気破壊対策用の導電層を設けた構造)
構造6として、比較構造の絶縁体の内側に静電気破壊対策用の導電層23を設けた構造を作製した。具体的には、第2の絶縁体と保護膜の間に導電層23を設けた構造とした(図25(G)参照)。
構造6の薄膜トランジスタの構造、回路の構成、アンテナの形状、作製材料等は、比較構造と同じである。
導電層としては、10nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物(ITO(SiO2含有))膜を形成した試料を作製した。
(測定結果と考察)
比較構造、並びに構造1〜6の測定結果を図26に示す。
なお、比較構造は4個の試料の平均値であり、構造1〜6は5個の試料の平均値である。
比較構造の結果と構造1〜6の結果とを比較すると、静電気破壊対策のための導電層を設けた面からの電圧印加に対して、静電耐圧が上昇していることがわかる。
したがって、導電層を設けることによって静電耐圧が向上することは明らかである。
よって、ICカードのように両面から電波を送受信し得る半導体装置の場合は、表面と裏面の双方に導電層を設けると好ましい。
もちろん、片面だけに導電層を設けても静電耐圧向上効果があるので、本願発明は表面と裏面の双方に導電層を設けることに限定されるものではない。
また、比較構造(図25(A))、構造1(図25(B))、構造6(図25(G))の測定結果から、半導体装置は裏面側(薄膜トランジスタ側)の方が静電耐圧が弱いことが理解できる。
裏面側(薄膜トランジスタ側)の方が静電耐圧が弱い理由は、薄膜トランジスタ又は回路を構成する配線が静電気破壊されることによって半導体装置が動作不能になるからである。
したがって、片面だけ導電層を設ける場合は、裏面側(薄膜トランジスタ側)に導電層を設けることが好ましい。
また、比較構造(図25(A))、構造5(図25(F))、構造6(図25(G))の測定結果から、導電層は絶縁体の内部に配置されていても静電耐圧向上効果があることが理解できる。
また、酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物膜及びチタン膜のいずれも静電耐圧向上効果があったため、導電層であれば材料を問わずに静電耐圧向上効果があることが理解できる。
また、構造4(図25(E))において、膜厚を厚くした方(導電層の抵抗値を下げた方)が静電耐圧向上効果が上昇した。
したがって、導電層の抵抗値が低い方が静電耐圧向上効果があることが理解できる。
さらに、構造4(図25(E))、構造5(図25(F))の静電耐圧は、他の構造と比較すると非常に高かった。他の構造の平均が一桁kV(10kV未満)なのに対して、構造4、5はいずれも平均が二桁kV(10kV以上)であった。
この点は、誘電分極を考慮すると説明がつく。
即ち、本実施例の試料は第1の絶縁体と第2の絶縁体を有している。
すると、第1の絶縁体又は第2の絶縁体のいずれか一方の面が帯電すると、誘電分極が生ずることになるので、他方の面は一方の面と逆極性の電荷が帯電することになる。
そして、誘電分極が生ずると、第1の絶縁体と第2の絶縁体の間に挟まれた回路に電流が流れてしまうことになるので、回路が静電気破壊されてしまうことがある。
一方、構造4(図25(E))、構造5(図25(F))のように表面の導電層と裏面の導電層とが電気的に接続された構造とすることによって、表面の導電層と裏面の導電層が同電位に保たれることになる。
よって、表面の導電層と裏面の導電層とが電気的に接続された構造においては、第1の絶縁体又は第2の絶縁体のいずれか一方の面が帯電しても、他方の面も同電位に帯電することになる。
したがって、構造4(図25(E))、構造5(図25(F))では誘電分極による静電気破壊の影響を低減できるので、静電耐圧が他の構造と比較して向上したのである。
なお、本発明が本実施例の形状に限定されることはないことはいうまでもない。
なお、構造4では図25(E)のように導電層で周囲全面を囲う構造としたが、表面の導電層と裏面の導電層とを電気的に接続された構造とすればどのような構造であっても誘電分極の影響を低減できることは本実施例の結果から明らかである。
実施例1において、導電層を厚くすれば静電耐圧向上効果が上昇することを述べた。
一方、導電層の膜厚を厚くすることによる回路の共振周波数の変化が懸念点としてあった。
即ち、アンテナを介して無線通信を行う半導体装置は外部から一定の周波数の電波を入力して動作させるものである。
そして、回路の共振周波数が外部から入力される電波の周波数と近い値であれば、アンテナを介して無線通信を行う半導体装置が動作しやすくなる。
一方、回路の共振周波数が外部から入力される電波の周波数と近い値でなければ、アンテナを介して無線通信を行う半導体装置が動作しにくくなる。
また、共振周波数はアンテナの巻き数又は回路設計によって、設計者が設定できるものである。
したがって、導電層を設けることにより、設計者が設定した共振周波数よりも、実際の共振周波数がずれてしまうとアンテナを介して無線通信を行う半導体装置の性能が低下してしまうのである。
そこで、本実施例では、導電層の膜厚の違いによる共振周波数の影響を調べた。
試料は、実施例1の比較構造の試料と、実施例1の構造4(図25(E))において10nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物膜(ITO(SiO2含有))を形成した試料と、実施例1の構造4において100nmの膜厚の酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物膜(ITO(SiO2含有))を形成した試料と、を作製した。
なお、構造及び導電層の膜厚以外の他の構成は全て同一となるように試料を作製した。
測定結果は以下のようになった。
導電層を設けていない比較構造(図25(A))の試料では、共振周波数は15.5MHzであった。
構造4(図25(E))で膜厚を10nmとした試料では、共振周波数は14.3MHzであった。
構造4(図25(E))で膜厚を100nmとした試料では、共振周波数は13.0MHzであった。
以上のことから、膜厚を厚くすればするほど、共振周波数のずれが大きくなることがわかった。
本実施例の結果から、アンテナと重なる領域の導電層を除去すると共振周波数のズレの影響をなくせるので好ましいといえる。
また、静電気破壊防止の効果を残すためには、導電層を全て除去するのではなく、導電層の一部を除去して複数の隙間を有する導電層とすると好ましいといえる。
中抜け不良の影響を調査した。
(比較サンプル)
比較サンプルは、図1のように第1及び第2の絶縁体の周辺全面に導電層が設けられたサンプルである。
なお、チップはピール回路を用いており、第1及び第2の絶縁体としては繊維体(ガラス繊維)に有機樹脂が含浸された構造体であるプリプレグを用いた。
導電層としては酸化珪素を含有したインジウム錫酸化物膜(ITO(SiO2含有))を用いた。
(サンプル1)
比較サンプルと同一の構造を有する試料を用意した。
そして、紙ヤスリを用いて回路側の導電層を除去し、図2のようなアナログ回路と重なる位置の導電層に選択的に開口部を有する試料を形成した。
(サンプル2)
比較サンプルと同一の構造を有する試料を用意した。
そして、紙ヤスリを用いて回路側の導電層を除去し、図4のようなアナログ回路及びデジタル回路と重なる位置の導電層に選択的に開口部を有する試料を形成した。
(サンプル3)
比較サンプルと同一の構造を有する試料を用意した。
そして、紙ヤスリを用いて回路側の導電層を除去し、図5のようなアンテナ、アナログ回路、及びデジタル回路と重なる位置の導電層に選択的に開口部を有する試料を形成した。
(評価結果)
比較サンプルには中抜け不良が確認されたが、サンプル1〜3では中抜け不良が確認されなかった。
よって、少なくともアナログ回路と重なる位置の導電層を除去すれば中抜け不良が生じないことがわかった。
この結果から考察すると、中抜け不良が生じた原因はアナログ回路と導電層との間で寄生容量が発生したからであると考えられる。
なお、本実施例では回路側に設けられた第1の導電層を除去した。一方、ピール回路の場合、第1の導電層とアナログ回路との間の距離と、第2の導電層とアナログ回路との間の距離と、はあまり変わらない。したがって、アンテナ側に設けられた第2の導電層を除去しても同様の効果が得られることは明らかである。なぜなら、第1の導電層と第2の導電層のいずれか一方を除去すれば中抜け不良の原因である寄生容量が低減されるからである。
レギュレータ回路の一部の領域の導電層を除去して中抜け不良が無くなるかどうかを評価した。
(比較サンプル)
比較サンプルは、実施例3と同一構造のサンプルである(図1及び図10)。
なお、図10は、容量素子が配置された領域2001、制御部2002、抵抗体が配置された領域2003、制御部以外の回路が配置された領域2004を有するレギュレータ回路を示している。
図11は変調方式を振幅偏移変調(ASK)にして測定したものであり、図12は変調方式を周波数偏移変調(FSK)にして測定したものである。なお、図中(A)は10%の変調度にしたものであり、(B)は100%の変調度にしたものである。なお、当該評価方法はISO15693に準拠して行ったものである。
図11及び図12において、縦軸は読み取り率(%)であり、横軸は投入電力(dBm)である。
なお、投入電力(dBm)は半導体装置とリーダライタとの距離が近いほど大きくなる。
例えば、5dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を30mm程度にして測定した結果であり、10dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を20mm程度にして測定した結果であり、15dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を10mm程度にして測定した結果である。
図11及び図12の破線で示すとおり、比較サンプルでは大電力(リーダライタのアンテナ近傍)において読み取りができていなかった。
したがって、当該サンプルでは中抜け不良が生じていた。
(サンプル4)
まず比較サンプルと同一構造のサンプルを用意した(図1及び図10)。
そして、図13のように、破線部のようにレギュレータ回路全体の導電層をレーザーアブレーションで選択的に除去した。導電層は回路側のみを除去した。
図14は変調方式を振幅偏移変調(ASK)にして測定したものであり、図15は変調方式を周波数偏移変調(FSK)にして測定したものである。なお、図中(A)は10%の変調度にしたものであり、(B)は100%の変調度にしたものである。なお、当該評価方法はISO15693に準拠して行ったものである。
図14及び図15において、縦軸は読み取り率(%)であり、横軸は投入電力(dBm)である。
なお、投入電力(dBm)は半導体装置とリーダライタとの距離が近いほど大きくなる。
例えば、5dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を30mm程度にして測定した結果であり、10dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を20mm程度にして測定した結果であり、15dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を10mm程度にして測定した結果である。
図14及び図15の破線で示すとおり、比較サンプル4では大電力(リーダライタのアンテナ近傍)において読み取りができていた。
したがって、当該サンプルでは中抜け不良が生じていなかった。
(サンプル5)
まず比較サンプルと同一構造のサンプルを用意した(図1及び図10)。
そして、図16のように、破線部のように容量素子が配置された領域2001の導電層をレーザーアブレーションで選択的に除去した。導電層は回路側のみを除去した。
図17は変調方式を振幅偏移変調(ASK)にして測定したものであり、図18は変調方式を周波数偏移変調(FSK)にして測定したものである。なお、図中(A)は10%の変調度にしたものであり、(B)は100%の変調度にしたものである。なお、当該評価方法はISO15693に準拠して行ったものである。
図17及び図18において、縦軸は読み取り率(%)であり、横軸は投入電力(dBm)である。
なお、投入電力(dBm)は半導体装置とリーダライタとの距離が近いほど大きくなる。
例えば、5dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を30mm程度にして測定した結果であり、10dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を20mm程度にして測定した結果であり、15dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を10mm程度にして測定した結果である。
図17及び図18の破線で示すとおり、比較サンプル5では大電力(リーダライタのアンテナ近傍)において読み取りができていなかった。
したがって、当該サンプルでは中抜け不良が生じていた。
(サンプル6)
まず比較サンプルと同一構造のサンプルを用意した(図1及び図10)。
そして、図19のように、破線部のように容量素子が配置された領域2001及び制御部2002の導電層をレーザーアブレーションで選択的に除去した。導電層は回路側のみを除去した。
図20は変調方式を振幅偏移変調(ASK)にして測定したものであり、図21は変調方式を周波数偏移変調(FSK)にして測定したものである。なお、図中(A)は10%の変調度にしたものであり、(B)は100%の変調度にしたものである。なお、当該評価方法はISO15693に準拠して行ったものである。
図20及び図21において、縦軸は読み取り率(%)であり、横軸は投入電力(dBm)である。
なお、投入電力(dBm)は半導体装置とリーダライタとの距離が近いほど大きくなる。
例えば、5dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を30mm程度にして測定した結果であり、10dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を20mm程度にして測定した結果であり、15dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を10mm程度にして測定した結果である。
図20及び図21の破線で示すとおり、比較サンプル6では大電力(リーダライタのアンテナ近傍)において読み取りができていた。
したがって、当該サンプルでは中抜け不良が生じていなかった。
(サンプル7)
まず比較サンプルと同一構造のサンプルを用意した(図1及び図10)。
そして、図22のように、破線部のように制御部2002の導電層をレーザーアブレーションで選択的に除去した。導電層は回路側のみを除去した。
図23は変調方式を振幅偏移変調(ASK)にして測定したものであり、図24は変調方式を周波数偏移変調(FSK)にして測定したものである。なお、図中(A)は10%の変調度にしたものであり、(B)は100%の変調度にしたものである。なお、当該評価方法はISO15693に準拠して行ったものである。
図23及び図24において、縦軸は読み取り率(%)であり、横軸は投入電力(dBm)である。
なお、投入電力(dBm)は半導体装置とリーダライタとの距離が近いほど大きくなる。
例えば、5dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を30mm程度にして測定した結果であり、10dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を20mm程度にして測定した結果であり、15dBmは半導体装置とリーダライタとの距離を10mm程度にして測定した結果である。
図23及び図24の破線で示すとおり、比較サンプル7では大電力(リーダライタのアンテナ近傍)において読み取りができていた。
したがって、当該サンプルでは中抜け不良が生じていなかった。
(まとめ)
制御部2002と重なる位置の導電層を除去したサンプル4、サンプル6、サンプル7は中抜け不良が解消していた。
11 第1の絶縁体
12 薄膜トランジスタを有する回路
13 アンテナ
14 保護膜
15 第2の絶縁体
16 導電層
17 導電層
18 導電層
19 導電層
20 導電層
21 導電層
22 導電層
23 導電層
100 チップ
101 アンテナ
102 アナログ回路
103 デジタル回路
110 基準電圧生成回路
120 差動回路
130 分圧回路
140 制御部
201 第1の絶縁体
202 第2の絶縁体
300 導電層
301 導電層
302 導電層
1001 アンテナ
1002 共振容量
1003 リミッタ回路
1004 スイッチ
1005 復調回路
1006 変調回路
1007 整流回路
1008 電圧検出回路
1009 レギュレータ回路
1010 論理回路
2001 容量素子が配置された領域
2002 制御部
2003 抵抗体が配置された領域
2004 制御部以外の回路が配置された領域
5000 基板
5001 剥離層
5002 下地絶縁膜
5003 保護膜

Claims (9)

  1. 一対の導電層と、
    前記一対の導電層の間に設けられた一対の絶縁体と、
    前記一対の絶縁体の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、
    少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、
    前記開口部は少なくとも前記アナログ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 一対の絶縁体と、
    前記一対の絶縁体の間に設けられた一対の導電層と、
    前記一対の導電層の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、
    少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、
    前記開口部は少なくとも前記アナログ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1又は請求項2において、
    前記開口部は前記アナログ回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1又は請求項2において、
    前記開口部は前記アナログ回路及び前記デジタル回路と重なる位置にのみ選択的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1又は請求項2において、
    前記開口部は前記アンテナ、前記アナログ回路、及び前記デジタル回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  6. 一対の導電層と、
    前記一対の導電層の間に設けられた一対の絶縁体と、
    前記一対の絶縁体の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、
    前記アナログ回路は、少なくともレギュレータ回路を有し、
    少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、
    前記開口部は少なくとも前記レギュレータ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  7. 一対の絶縁体と、
    前記一対の導電層の間に設けられた一対の導電層と、
    前記一対の導電層の間に設けられた、アンテナとアナログ回路とデジタル回路とを有するチップと、を有し、
    前記アナログ回路は、少なくともレギュレータ回路を有し、
    少なくとも前記一対の導電層の一方には開口部が設けられており、
    前記開口部は少なくとも前記レギュレータ回路と重なる位置に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項6又は請求項7において、
    前記開口部は前記レギュレータ回路と重なる位置にのみ選択的に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  9. 請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
    前記一対の導電層の一方と、前記一対の導電層の他方と、は電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
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