WO2005024949A1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a wireless IC chip for performing wireless recognition.
  • a semi-insulating compound semiconductor substrate is provided with a patch antenna upper electrode on the front surface and a first ground metal on the back surface, and the first ground metal positioned below the upper electrode of the patch antenna is partially
  • the external ground metal constituting the second ground metal is provided in parallel with a certain distance from the back surface of the semi-insulating compound semiconductor substrate, whereby the compound semiconductor having a thickness of about 15 ⁇
  • a radio wave having a frequency of 60 GHz or less can be easily emitted even if it is configured on a substrate.
  • [Reference 3] states that an antenna coil should not be formed on an analog circuit. To prevent the communication characteristics of the semiconductor chip from deteriorating. Also, in order to reduce the thickness of the non-contact type semiconductor device, which is the final product, the thickness of the base chip is set to 300 ⁇ or less. Start to make it about 50 ⁇ m.
  • the thickness of the wireless chip is proportional to the ground series resistance of the transbonder circuit of the wireless chip. It is disclosed that the communication distance becomes longer if the ground resistance is small, and the loss resistance of the circuit becomes large if the ground series resistance is large.
  • the antenna, the insulating layer, and the integrated circuit are arranged in this order.
  • Figure 1 is a drawing showing a wireless IC chip mounted with an antenna and its cross-sectional view.
  • Fig. 2 is a drawing showing the effect when the thickness of the substrate of the wireless IC chip is reduced.
  • Fig. 3 is a drawing showing the circuit configuration inside the wireless IC chip.
  • FIG. 4 This drawing shows a structure in which the insulating layer on the wireless IC chip is tapered to prevent disconnection of the antenna.
  • Fig. 5 is a drawing showing the shape of the antenna mounted on the wireless IC chip.
  • Fig. 6 is a drawing showing the structure for protecting the antenna mounted on the wireless IC chip.
  • Fig. 7 This drawing shows that the terminal of the antenna mounted on the wireless IC chip is shared with the external antenna terminal.
  • FIG. 8 is a drawing showing a step of thinning the substrate of the wireless IC chip.
  • Fig. 9 is a diagram showing a structure in which a wireless IC chip with an antenna is embedded in a paper medium.
  • 'FIG. 10 is a drawing showing a cross-sectional view in which a wireless IC chip with an antenna is attached to a stapler.
  • Fig. 11 is a graph of measured data on the relationship between the antenna width of the wireless IC chip and the communication distance.
  • the antenna-on-chip can be manufactured using the semiconductor process used to manufacture the wireless IC chip. Therefore, as compared with an external antenna wireless IC chip, there is no need for a member to connect the antenna to the terminal and an antenna connection step, so the effect is large in terms of reducing the manufacturing cost.
  • the design parameters such as the antenna size, antenna width, antenna resistance, and the output power of the reader, which have been known from the past, depend on the application situation to be used and the reading accuracy of the reading machine. A mere change cannot secure a practical communication distance, which is an important design goal. The reason for this is that if the antenna width is increased, the stray capacitance with the semiconductor element increases, causing energy loss and making it impossible to increase the communication distance.
  • the material for reducing the antenna resistance is economically limited and the resistance is reduced.
  • the communication distance cannot be increased due to the economic lower limit of the above. At this time, it is possible to increase the communication distance by increasing the size of the antenna on which the wireless IC chip is mounted, but it is impossible to use an on-chip antenna for a small chip having a small area for capturing energy.
  • An eddy current is generated in principle when a T ⁇ fT magnetic field is applied to the -puncher from the outside.
  • the present invention is based on the discovery that substrate thickness can be used as a design parameter, In order to eliminate the loss or decrease of energy, the thickness of the substrate is reduced. By utilizing the energy of the AC magnetic field for semiconductor circuit operation from the outside, the absorption of energy is prevented, the amount of current flowing to the on-chip antenna is prevented from decreasing, and the communication distance is extended.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A shows a plan view of the present invention.
  • An on-chip antenna 102 exists on the wireless IC chip 101.
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1 (a).
  • the semiconductor substrate 105 when there is an electromagnetic wave from the reader, an eddy current is generated inside the substrate.
  • the present inventor has found that it is effective to keep the thickness of the semiconductor substrate below 200 microns in order to reduce the eddy current.
  • the device layer is left and the substrate is an insulating substrate, eddy currents can be prevented from occurring and the efficiency is improved.
  • FIG. 1 (c) shows an embodiment in which the semiconductor substrate is entirely removed from the back surface of the substrate, and such a configuration is effective as the ultimate structure so as not to generate unnecessary eddy current.
  • the main surface of the substrate refers to the surface on which the elements constituting the circuit are formed.
  • the surface is a surface opposite to the main surface of the substrate.
  • substrate thickness refers to the thickness of a portion of the back surface of the substrate excluding the device layer wiring layer.
  • the element that constitutes the circuit from the back of the substrate is the thickness from the layer to the layer.
  • the device layer thickness indicates a layer composed of elements and wiring constituting a circuit.
  • FIG. 2 is a drawing showing the effect of the present invention.
  • a 4-micron thick heat-resistant polyimide resin adhered onto the wireless IC chip, and a 10-micron-thick gold-plated on-chip antenna attached to the wireless IC chip has a power of 300 mW from the reader. The communication distance was measured by radiating the microphone mouth wave.
  • On-chip antenna widths are 5 microns and 20 microns. At this time, the specific resistance of the silicon substrate is 10 ⁇ cm.
  • the communication distance sharply increases when the thickness of the semiconductor substrate does not exceed 200 microns; Also, a communication distance of at least 600 microns can be secured.
  • the parasitic capacitance between the antenna and the semiconductor substrate increases. If the parasitic capacitance increases, the leakage current will increase and the energy will leak in the case of AC waves, so if the antenna width is 20 microns, the performance will not change much even if the thickness of the semiconductor substrate is reduced.
  • the thickness of the semiconductor substrate exceeds 100 ⁇ m, v , ⁇ ,-the communication distance between the semiconductor and the substrate thickness-the distance
  • the steepness of the graph showing the steepness increases the communication distance, and at least a communication distance of 700 microns can be secured.
  • the semiconductor substrate does not exceed 50 microns, the communication performance continues to improve to the utmost, and a communication distance of at least 100 microns can be secured. This is because the eddy current is further reduced.
  • the thickness of the polyimide resin was set to 4 microns.
  • the antenna can reduce the parasitic capacitance with the semiconductor substrate. Therefore, the polyimide resin should be at least 4 microns.
  • the reader emitted a microphone mouth wave of 300 mW, but the microwave from the reader generally fluctuates between 300 mW ⁇ 150 mW. It is also assumed that the microwave from the reader is 200 mW.
  • Configurations with a semiconductor substrate thickness of less than 200 microns are effective areas for improving communication performance due to small eddy currents.
  • the thickness of the semiconductor substrate is more than 200 microns, the eddy current flows almost constantly, and the relationship between the thickness and the performance is not so remarkable. .
  • FIG. 3 shows the internal configuration of the wireless IC chip according to the present invention.
  • Antenna 102 corresponds to reference numeral 102 in FIG. 1, and rectifier circuit 302, clock extraction circuit 303, load switch 304, counter ⁇ ⁇ ⁇ 0 exists inside 1.
  • the antenna 102 is connected to the rectifier circuit 302.
  • a low frequency clock pulse is extracted from a high frequency carrier by a peak extraction circuit 303 and input to a counter / memory circuit 305.
  • the memory output is the load switch 3 "0-4 T-one-one-one-teach-one-one-D- -n-hi.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the antenna connection electrodes 502 and 504 of FIG.
  • the cross-sectional view of FIG. 4 is a cross-sectional view of the electrodes 502 and 504 of FIG. 5, and the electrodes 502 and 504 of FIG.
  • Antenna 102 shows a cross section of antenna 102 in FIG. In this figure, the antennas 102 cover the insulating resin 402 and the oxide film 403 partially covers the semiconductor element and the wiring layer 103 and the connection on the top surface of the semiconductor substrate 105. A sectional view connected to the pad 406 is shown.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.
  • the inventor has devised that when the on-chip antenna 102 is in the wireless IC chip 101, the width of the antenna contributes to the performance.
  • the on-chip antenna is connected to the electrode terminals 502 and 504 on the wireless IC chip. . Thickening the insulation film can reduce the parasitic capacitance, but will increase the manufacturing cost. Therefore, the inventor has devised a structure for reducing the width of the on-chip antenna.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which a wireless IC chip with an on-chip antenna is mounted on a tape in order to handle the wireless IC chip with an on-chip antenna of FIG.
  • the on-chip antenna 102 on the surface of the wireless IC chip 101 is attached face-down to the film 602 coated with the adhesive layer 605, and is wound up on a reel 606.
  • Gold is often used for the material of the on-chip antenna. At this time, if a protective film is not attached to the surface of gold, the gold is easily damaged and performance may be degraded.
  • the surface of the antenna made of gold is made to have both the adhesion effect and the protection effect by the adhesive layer of the tape.
  • the wireless IC chip wound on the reel is pulled out of the tape when necessary, cut, and attached to the object.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which an external antenna of a wireless IC chip is connected using a wireless IC chip with an on-chip antenna of FIG. 1 and a chip having a common device layer and an electrode portion.
  • the semiconductor manufacturing process By just changing the mask of the last gold plating as a common process up to immediately before the gold plating process, it is possible to separate and form the external radiating antenna terminal formation and the on-chip antenna formation.
  • FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. Previously, the example of removing all the semiconductor substrate was described. This realization method will be described.
  • FIG. 8A shows a cross-sectional view of a completed wafer with an on-chip antenna, a substrate 105, an oxide film 802, and a layer 804 including an on-chip antenna and a semiconductor element. This wafer is bonded to a substrate 805 such as a glass substrate with an adhesive 803.
  • Fig. 8 (b) shows the next step, and the wafer formed in Fig. 8 (a) is immersed in a solution such as potassium hydroxide to remove the silicon on the backside of the wafer.
  • a solution such as potassium hydroxide
  • FIG. 8 (c) is a continuation of FIG. 8 (b).
  • a mask pattern is formed on the back surface by the photoresist technique, and the oxide film 802 and the layer including the on-chip antenna and the semiconductor element are formed by wet or dry.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view immediately after etching 804 to form an etching groove 806.
  • FIG. 9 shows a structure in which a wireless IC chip with an on-chip antenna is embedded in securities such as banknotes.
  • FIG. 9 (a) is a plan view of a securities 901, in which a thread 902 is embedded in a piece of paper with a wireless IC chip 101 mounted thereon.
  • FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 9 (a). The characteristic of this figure is that the wireless IC chip 101 equipped with the on-chip antenna 102 can be obtained through the steps shown in Fig. 8 and the like.
  • the thread and its bank material are desirably plastics such as PET, fiber materials such as paper, and the like, and materials that do not deform under pressure are preferred.
  • Fig. 10 shows a cross-sectional view of the above-described wireless IC tag with an on-chip antenna mounted on or inside the stapler.
  • the wireless IC chip 101 and the antenna 102 are the stapler needle 10 It is attached to 03 and is inserted at the place of paper-film 1 0 1.
  • the wireless IC chips are mounted in advance on the stapler needle row in order. By attaching this staple array to the stapler body device and stapling it on paper or film, it is possible to attach the wireless IC chip as freely as a conventional stapler. May be unchanged. This is effective in reducing the cost of mounting the wireless IC chip.
  • When pressing the stapler against a document or the like and bending the needle tip if cracks occur due to stress applied to the wireless IC chip 101, provide a groove in the stapler and embed the wireless IC chip into it. Is valid.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
  • the present invention is realized by the SOI substrate.
  • the present invention is not limited to the SOI substrate, and can be realized by a general Si substrate.

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Abstract

大量に流通し、回収コストが膨大であるため、それが使い捨てとなる無線ICチップでは製造単価の削減が課題として存在する。製造単価削減のため、単純にアンテナを製造単価削減のため、オンチップ化した無線ICチップでは、利用するアプリケーション事情、読み取る機械の読み取り精度から、従前から知られている無線ICチップの搭載アンテナサイズを大きくしたり、読み取り装置の出力電力を大きくしたりして、通信距離拡大を図ることが可能であるが、微小チップに対するオンチップアンテナ化が図れなくなる。本願においては、半導体基板が導体であるため、外部からオンチップアンテナに交流磁界を与えると渦電流が原理的に発生するので、設計パラメータとして基板厚が使用できることの発見に基き、この渦電流によるエネルギの損失を減少または解消するため、基板厚さの薄型化をはかり電磁波エネルギを本来の半導体回路動作に活用させることにより、エネルギの無効吸収を防ぎ、その結果オンチップアンテナに流れる電流量を増大させて、通信距離拡大を図る。

Description

明 細 書 半導体装置及びその製造方法 . 技術分野
本発明は無線により認識を行う無線 ICチップに関するものである。 背景技術
この明細書で参照される文献は以下の通りである。 文献は、 その文 献番号によって参照されるものとする。 .
[文献 1]特開平 7— 3 03 2 3
[文献 2]特開 2000— 1 6 3 544
[文献 3]特開 2 0 02— 8 3 8 94
[文献 4]特開 20 02— 2 6 9 5 20
[文献 1 ]は、 半'絶縁性化合物半導体基板表面にパッチアンテナ上部 電極を、 裏面に第 1の接地金属を設け、 パッチアンテナの上部電極下 部に位置'する前記第 1の接地金属を部分的に除去し、 第 2の接地金属 を構成する外部接地金属を、 半絶縁性化合物半導体基板裏面より一定 の距離を保って平行に設ける、 .これにより 1 5 Ομπι程度の厚みの化 合物半導体基板上に構成されていても 6 0 GH z以下の周波数の電波 を容易に発射されることを可能とする旨を開示する。
[文献 2]は、 チップの表側に処理回路が形成されると共にその裏側 - 磁 -性-層 イ半 -た-^-ィルが-开-成-きれる う- .七-た と-に-まり 、—ク -口-ス- トークの防止する旨を開示する。
[文献 3]は、 アナログ回路上にアンテナコイルが形成されないよう に配置し、 半導体チップの通信特性の劣化を防止する旨を開示する。 また、 最終製品である非接触式半導体装置の薄型化を図るため、 ベ ァチップの厚さを 3 0 0 μ πι以下とし、 特に薄型のカードに適用され るものについては、 5 0 μ πι〜 1 5 0 μ m程度にすること旨を開始す る。
[文献, 4 ]は、 基板表面と裏面にアンテナを接続した無線チップにお いて、 無線チップの厚さと無線チップのトランスボンダ回路のグラン ド直列抵抗は比例関係にあって、 このグランド直列抵抗が小さければ 通信距離は長くなり、 グランド直列抵抗が大きければ回路の損失抵抗 が大きくなるため、 通信距離は小さくなる旨を開示する。
しかしながら、 「文献 1」 力 ら 「文献 4」 において例示したように、 先行技術文献において基板厚さの薄型化による通信距離伸張の検討が なされたものはない。 発明の開示
本願において開示される発明のうち、 代表的なものの概要を簡単に 説明すれば、 下記のとおりである。
シリ コン基板と、 金素材のアンテナと、 絶縁層と、 上記アンテナか ら送受信される情報を扱い、 シリコン基板表面に形成される集積回路 とを有し、 上記アンテナ、 絶縁層、 集積回路の順に上記シリ コン基板 表面に積層され、 上記半導体基板の厚さを 2 0 0 ミ ク ロン以下、 アン テナ幅及び厚さを 2 . 6 ミクロン以上 1 0ミクロン以下とすることを 特徴とする半導体装置。 図面の簡単な説明
図 1 アンテナ搭載した無線 IC チップとその断面図を示す図面であ る。
図 2 無線 IC チップの基板の厚さを薄くしたときの効果を示す図面 である。
図 3 無線 ICチップ内部の回路構成を示す図面である。
図 4 無線 IC チップにある絶縁層にテーパをつけてアンテナを断線 させない構造を示す図面である。
図 5 無線 ICチップに搭載されるアンテナの形状を示す図面である。 図 6 無線 I.C チップに搭載されたアンテナの保護を行うための構造 を示す図面である。 ，
図 7 無線 IC チップに搭載されたアンテナの端子は外付けアンテナ 端子と共用されることを示す図面である。
図 8 無線 ICチ'ップの基板を薄型化する工程を示す図面である。 図 9 紙媒体にアンテナ搭載無線 IC チップを埋め込む構造を示す図 面である。 ' 図 1 0 アンテナ搭載無線 IC チップをステープラーに貼付した断面 図を示す図面である。
図 1 1 無線 IC チップのアンテナの幅と通信距離の関係の測定デー タのグラフである。 発明を実施するための最良の形態
'大量に流通し、 回収コス トが膨大であるため、 それが使い捨てとな る RFID タグ等に利用される無線 IC チップでは製造単価の削減が課 題として存在する。 1チップのサイズを縮小し、 1 ウェハー切り出せ るチップの個数 （R F I Dタグ） を増大による量産性の向上させるこ とにより、 製造単価の削減という課題を解決可能である。
アンテナオンチップでは、 無線 IC チップめ製造時の半導体プロセ スにて製作することができる。 従い、 外付けアンテナ無線 IC チ.ップ に比べ、 アンテナを端子に接続するための部材、 及びアンテナ接続ェ 程が必要なくなるため製造単価の削減という点において効果が大きレ、。 単純にオンチップ化しただけでは、利用するアプリケーション事情、 読み取る機械の読み取り精度から、 従前から知られているアンテナサ ィズ、 アンテナの幅、 アンテナ抵抗値、 読み取り装置の出力電力とい つた設計パラメータを変更しただけでは、 大事な設計目標となる実用 可能な通信距離を確保できない。 これは、 アンテナ幅を太くすると、 半導体素子との浮遊容量が増大して、 エネルギの損失を招き通信距離 を増大することができなくなり、 アンテナ抵抗値を小さくする材料は 経済的に限定され抵抗値の経済的下限値があって通信距離を増大する ことができない等の理由に拠る。 このとき、 無線 IC チップの搭載ァ ンテナサイズを大きくすることにより、 通信距離拡大を図ることが可 能であるが、 エネルギを捕獲する面積が小さな微小チップに対するォ ンチップアンテナ化が図れなくなる。
半一導ィ 基ネ反 導-体-で-ある -た-め、-外 か-ら-ォ-ンチ -ップァンテ―ナに T¾fT 磁界を与えると渦電流が原理的に発生する。 本発明は、 設計パラメ一 タとして基板厚が使用できることの発見に基き、 この渦電流によるェ ネルギの損失または減少を解消するため、基板厚さの薄型化をはかる。 外部から交流磁界のエネルギーを半導体回路動作に活用させることに より、 エネルギの吸収を防ぎ、 オンチップアンテナに流れる電流量の 減少を防ぎ、 通信距離の拡大をはかるものである。
図 1は本発明の実施例を示す。図 1 ( a )は本発明の平面図を示す。 無線 ICチップ 1 0 1の上にはオンチップアンテナ 1 0 2が存在する。 図 1 ( b ) は図 1 ( a ) の A— A ' 部分の断面図を示す。 無線 IC チ ップの回路を構成するデバイス層 1 0 4の上に'ポリイミ ド樹脂などか ら構成される樹脂層があり、 さらのその上に金メツキなどで構成され るオンチップアンテナがある。 半導体基板 1 0 5ではリーダからの電 磁波があると、 基板内部に渦電流が発生する。 これにより、 リーダー からの電波による空間エネルギが基板側とオンチップアンテナ側に分 散されて、 オンチップアンテナ 1 0 2に流れる電流量を減少させる。 そのため、 無線 IC チップが動作するのに必要な電流以下となってし まうため、 最大通信距離の減少を招く。 従い、 半導体基板の基板厚さ を薄型化させること.が有効である。特に、渦電流を減少させるために、 半導体基板の厚さを 2 0 0ミクロンを超えないようにすると有効であ ることを本発明者は見出した。 また、 デバイス層を残し、 基板を絶縁 基板とすれば渦電流の発生を防ぐことができて効率が向上する。
さらに、 図 1 ( c ) は半導体基板を基板裏面からすべて除去してし まった実施例を示しており、 このような形態が究極の構造として無駄 な渦電流を発生させないために有効である。
ここで、 基板主面とは、 回路を構成する素子が形成されている面を 示て— 面-どほ—基板—主面の反—対—惻の—面を —す—。—まだ、—デバイス—層— とは、 基板主面側に形成され、 回路を構成する素子、 配線から成る層 を示す。 基板厚さとは、 基板裏面からデバイス層の配線層を除いた部分の厚 さを言うものとする。 つまり、 基板裏面から回路を構成する素子が層 までの厚さというこどになる。 デバイス層厚さとは、 回路を構成する 素子、 配線から成る層を示す。
図 2は本発明の効果を示す図面である。 無線 IC チップの上に 4ミ クロン厚さの耐熱性に優れるポリイミ ド樹脂を付着し、 さらに厚さ 1 0 ミクロンの金メツキによるオンチップアンテナを付着した無線 IC チップにおいて、 リーダから 3 0 0 mWのマイク口波を放射して通信 距離を観測したものである。 オンチップのアンテナ幅は 5ミクロンと 2 0ミクロンである。 このとき、 シリコン基板の比抵抗は 1 0 Ω c m である。
この観測データから、 半導体基板の厚さが 2 0 0 ミクロンを超えな い領；^になると急激に通信距離が伸びることが分かる。 また、 少なく とも 6 0 0ミクロンの通信距離を確保することができる。
アンテナ幅が 2 0ミクロンであると、 アンテナと半導体基板の間の 寄生容量が増加する。 寄生容量の増加があると交流波では電流のもれ が増加してエネルギが漏れるため、アンテナ幅が 2 0ミクロンの場合、 半導体基板の厚さを減少してもさほど性能の変化がない。
しかし、 この場合においても寄生容量によって半導体基板薄膜化の 通信距離伸張の効果がキャンセルされているだけであり、 半導体基板 厚さを 2 0 0ミクロン以下とすることによる通信距離の伸張という効 果に関しては変わりはない。
グラフに示すように、 本実験の条件によれば半導体基板厚さが 1 0 0ミーク- ンを越-え v、 浓に-な と、—半導体-基板厚さに する通-信距- 離を表すグラフの傾きが急になり通信距離が伸び、 少なく とも通信距 離 7 0 0ミクロンを確保できる。 。 又、 半導体基板が 5 0ミクロンを超えない領域になると、 通信性能は 極限まで向上し続け、 少なく とも 1 0 0 0ミクロンの通信距離が確保 できる。 これは、 さらに渦電流の減少が進むためである。
上記実験においては、ポリイミ ド樹脂の厚さを 4ミクロンとしたが、 ポリイミ ド樹脂を厚く して、 アンテナは半導体基板との寄生容量の低 減が可能である。 従い、 ポリイミ ド樹脂は少なく とも 4 ミクロン以上 あれば良い。
上記実験においては、 リーダから 3 0 0 mWのマイク口波を放射し たが、 一般的にはリーダからのマイクロ波は 3 0 0 mW ± 1 5 0 mW の間で変動する。 また、 リーダからのマイクロ波は 2 0 0 mWである ことも想定される。
半導体基板の厚さが 2 0 0ミクロン以下の構成は、 渦電流が小さい ので通信性能の向上に有効な領域である。 半導体基板の厚さが 2 0 0 ミクロン以上では、 渦電流がほぼ定常的に流れて、 厚さと性能の関係 はさほど顕著ではない。 .
図 3は本発明での無線 IC チップの内部の構成を示している。 アン テナ 1 0 2は図 1では符号 1 0 2に相当し、 整流回路 3 0 2、 クロッ ク抽出回路 3 0 3、 ロードスィッチ 3 0 4、 カウンタ ' メモリ回路 3 0 5は図 1では符号 1 0 1の内部に存在している。 アンテナ 1 0 2は 整流回路 3 0 2に接続されている。 ク口ック抽出回路 3 0 3により高 周波のキャリアから低周波のクロックパルスが抽出されて、 カウン タ · メモリ回路 3 0 5に入力される。 メモリ出力はロードスィツチ 3 " 0ー 4 Tご —り一；一了— テ―チ—間一D - -ン—ヒ。-二-^フス -変ィ匕一ざ-せ'て - —-リー： -ダ s - ータを送信する。 クロック抽出回路においては、 クロック幅おょぴ間 隔が抽出される。 アンテナは誘導電磁波によってエネルギを得るので コイル形状となっていることが多いが、 特に形態を固定するものでは ない。 アンテナの Q値を向上させるためには、 アンテナとデバイス層 での容量結合の減少、 アンテナの抵抗値の減少を行う必要がある。 そ のため、 樹脂層をアンテナとデバイス層の間に入れ、 また、 アンテナ を厚い （ 1〜1 0ミクロン以上） 抵抗率の小さい材料たとえば金メッ キゃ銅メツキで作成することによる効果が大きい。
図 4は図 1のアンテナ接続電極 5 0 2， 5 0 4の断面図を示してい る。 この図 4の断面図は図 5の電極 5 0 2や 5 0 4、 また図 7の電極 5 0 2や 5 0 4の断面図を示している。 アンテナ 1 0 2は図 1のアン テナ 1 0 2の断面を示している。 この図は、 アンテナ 1 0 2が絶縁樹 脂 4 0 2にカバーして、 酸化膜 4 0 3が部分的に被覆した半導体素子 および配線層 1 0 3および半導体基板 1 0 5の上面にある接続パッ ド 4 0 6と接続した断面図を示している。 この図のように、 絶縁樹脂は 4ミクロン以上と厚いために、 テーパをつける断面形状とすることに より、 断線なく、 アンテナパターンを蒸着させることが可能となる。 図 5は本発明の別の実施例を示している。 本発明者は、 オンチップ アンテナ 1 0 2が無線 IC チップ 1 0 1にあるとき、 アンテナの幅が 性能に寄与することを考案した。 すなわち、 オンチップアンテナは無 線 IC チップ上の電極端子 5 0 2と 5 0 4と接続するが、 アンテナは 絶縁膜が厚く とれないとき、 アンテナは半導体基板との寄生容量をも つ構造となる。 絶縁膜を厚く して、 寄生容量の低減が可能であるが、 製造単価の増大をまねく。 そこで、 本発明者はオンチップアンテナの 幅を低減する構造を考案した。
.図— r Γ—ほアジ—テ―テ—の—幅—ど—通信距—離—の—関-係 則— —た—デ 示—じて おり、 アンテナ幅を 1 0ミクロン以下にすることにより、 通信距離を 確保することができることを示している。 アンテナの厚さは 1 0ミク 口ンで測定している。 アンテナの厚さは高周波表皮効果以上であれば よく、 マイクロ波では、 2 . 4 5 G Hzを想定し計算すると、 2 . 6ミ ク口ン以上となる。 つまり、 アンテナ厚さが 2 . 6ミクロン以下とな ると通信距離は低下することになる。 従い、 アンテナ幅を 2 . 6ミク ロン以上、 1 0ミクロン以下とすることにより、 通信距離を確保する ことができる。 また、 図 1 1にアンテナの幅と厚さの関係は逆であつ ても良い。 つまり、 図 1 1の横軸をアンテナ厚さとし、 アンテナ幅を 1 0ミクロンとしても同様の結果が得られる。 アンテナ材料は低抵抗 であることが望ましく、 金、 銅、 銀、 アルミなどが用いられる。
図 6は図 1のオンチップアンテナ付無線 IC チップをハンドリング しゃすくするために、 オンチップアンテナ付無線 IC チップをテープ に搭載する実施例について示している。 無線 IC チップ 1 0 1の表面 にあるオンチップアンテナ 1 0 2は粘着層 6 0 5が塗布されたフィル ム 6 0 2にフェースダウンで付着しており、 リール 6 0 6に卷き取ら れる形態を示している。 オンチップアンテナの材料は金を用いること が多いが、 このとき、 金の表面に保護膜を付着しないと、 金が傷つき やすく、 性能低下をまねく。 本実施例では、 金によるアンテナの面を テープの粘着層により付着効果と保護効果を兼用させようとするもの である。 リールに巻かれた無線 IC チップは必要なときにテープから 引っ張り出されて、 カッ トされ対象物に貼付される。
図 7は図 1のオンチップアンテナ付無線 IC チップと共通のデバイ ス層と電極部をもつ状態のチップを活用して、 無線 IC チップの外付 けアンテナを接続する実施例を示している。 図 5で示した電極端子 5 Ό— 2—や 5—0 ~4は—無線 - TC チ プ - T errに—お 、—て—;—外—付—け—の—放射-ァ— テ― ナである 7 0 1や 7 0 2を取り付ける端子を兼用するものであること を説明している。 このようにすると、 半導体製造工程において、 最後 の金メツキ工程直前までを共通工程として、 最後の金メツキのマスク を変更するのみで、 外付けの放射アンテナ端子形成とオンチップアン テナ形成を分離して製造することが可能となる。
図 8は本発明の別の実施例を示している。 前に、 半導体基板をすベ てを除去する実施例を記載した。 この実現方法を述べる。 図 8 ( a ) は完成したオンチップアンテナ付きウェハで基板 1 0 5と酸化膜 8 0 2とオンチップアンテナおよび半導体素子を含む層 8 0 4の断面図を 示している。 このウェハはガラス基板などの基板 8 0 5に接着剤 8 0 3にて接着されている。 図 8 ( b ) はその次の工程を示しており、 図 8 ( a ) で形成したウェハを水酸化カリウム等の溶液に浸漬して、 ゥ ェハ裏面のシリコンを除去した直後の工程の断面図を示している。 ゥ ェハ内部の酸化膜は水酸化力リ ゥムではェツチングしないためにェッ チンダストッパ層としての機能を有する。 図 8 ( c ) は図 8 ( b ) に 続けて、 裏面をホトレジス ト技術によりマスクパターンを形成して、 ウエッ トまたはドライによって酸化膜 8 0 2とオンチップアンテナお ょぴ半導体素子を含む層 8 0 4をエッチングして、 エッチング溝 8 0 6を形成した直後の断面図を示している。
図 9はオンチップアンテナ付き無線 IC チップを紙幣などの有価証 券に埋め込む構造について示している。 図 9 ( a ) は有価証券 9 0 1 の平面図であって、 その一部にス レッ ド 9 0 2が紙の中に無線 IC チ ップ 1 0 1を搭載して埋め込まれている。 図 9 ( b ) は図 9 ( a ) の A— A ' 部分の断面図を示している。 この図で特徴的なのは、 オンチ ップアンテナ 1 0 2を搭載した無線 IC チップ 1 0 1は図 8などのェ 程—を通—じて†亟—め— T¾ V、—た—どえ—ぱ 1— Ό—ミ―ク フ 1ま—ど 1 も—薄ぐな て-いる- - ことが特徴であり、 このまま紙媒体に入れてもカレンダ処理による高 圧な紙圧縮工程に機械的に耐えることは困難である。 そのために、 ス レツドのなかに凹部を設けて、 その周辺サイ ドに土手 9 0 2と 9 0 4 を設ける。 この土手の作用によって、 高圧が紙に印加されても、 無線 ICチップを機械的に保護することが可能となる。 このスレツ ドおよび その土手となる材料は P E Tなどのプラスチック、 紙などの繊維材料 などが望ましく、 加圧に対して変形しない材料が好まれる。
図 1 0は、 いままで述べたオンチップアンテナ付き無線 I Cタグを ステープラーの上または内部に取り付けた状態の断面図を示している 無線 IC チップ 1 0 1 とアンテナ 1 0 2はステープラーの針 1 0 0 3 に取り付けられ、 紙ゃフィルム 1 0 0 1のところに挿入されている。 無線 ic チップはあらかじめステープラーの針列に順序良く搭載され ている。 この針列をステープラー本体の装置に装着して、 紙やフィル ムにステープラー止めを行えば、 従来のステープラーと同様に自由に 無線 IC チップを取り付けることが可能であり、 また、 取り付けるた めの装置は従来のままでよい。 無線 IC チップの取り付けのコス トの 低減に効果を発揮することができる。 尚、 ステープラーを書類等に押 し付け針先を曲げるとき、 無線 IC チップ 1 0 1へのス トレス印加に よる割れが発生するときは、ステープラーに溝を設けてそこに無線 IC チップを埋め込むことは有効である。
以上、 本発明者によって成された発明を実施例にもとづき具体的に 説明したが、 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 その要 旨を逸脱しない範囲で種々の変更可能であることは言うまでもない。 例えば、 上記実施例では本発明が SOI基板にて実現される場合につい て説明したが、 S O I基板に限定されるものではなく、 一般的な S i 基板で— 実 可能で る。— 産業上の利用可能性
本願の背景となった技術分野である RF I Dに利用できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . シリ コン基板と、
金素材のアンテナと、
絶縁層と、
上記アンテナから送受信される情報を扱い、 シリコン基板表面に 形成される集積回路とを有し、
上記アンテナ、 絶縁層、 集積回路の順に上記シリ コン基板表面に 積層され、
上記半導体基板の厚さを 2 0 0ミクロン以下、 アンテナ幅及び厚 さを 2 . 6ミクロン以上 1 0ミクロン以下とすることを特徴とする半
2 . 金素材のアンテナと、
絶縁層と、
上記アンテナから送受信される情報を扱い、 シリコン基板表面に 形成される集積回路とを有し、 、
上記アンテナ、 絶縁層、 集積回路の順に積層され、
上記半導体基板の厚さが上記集積回路の残した厚さ若しくは、 5
0 未満であることを特徴とする半導体装置。
3 . 請求項 1または 2に記載の無線装置であって、
• 上記樹脂層がテーパ形状に形成された箇所に、 上記アンテナと上 記集债回路-を接-続する-電極 -部が-形成され—る— rどを翁 どする—半尊体紫 置。
4 . 請求項 1から 3のいずれかに記載の無線装置であって、 上記アンテナは、 通信に使用する所定周波数の電磁波により表皮 効果が起きない厚さ、 幅であり、 幅が 1 0 ^ mを未満であることを特 徴とする半導体装置。
5 . 請求項 1から 4のいずれかに記載の無線装置であって、
粘着層が塗布されたテープを有し、
上記無線装置がアンテナ側が、 上記粘着層に接着されることを特 徴とする半導体装置。
6 . 請求項 3に記載の無線装置であって、
上記アンテナに代えて、 放射アンテナの接続があることを特徴と する半導体装置。
7 . 上記請求項 1から 5のいずれかに記載の無線装置と
凹部を有する保護部材とを有し、
上記無線装置が上記保護部材の上記凹部に包含されて漉き込まれ ていることを特徴とする紙。
8 . ステープラーの針であって、
請求項 1から 5、 7のいずれかに記載の無線装置が、 上記ステー ブラーの針の表面または内部に設置されることを特徴とするステープ ラーの針。
9 . 請求項 1から 4記載の無線装置の製造方法であって、
上記アンテナ、 樹脂層、 集積回路の順に積層が積層された半導体 ウェハを裏面からウェハ内部の酸化膜までェツチングし、
エッチングにより分離溝を形成することにより上記ウェハを切断 することを特徴とする製造方法。
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