專利名稱：半導體器件以及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用無線進行識別的無線IC芯片。
背景技術(shù)：
本說明書參照的文獻如下。文獻，是根據(jù)其文獻編號參照的。
文獻1特開平7-30323文獻2特開2000-163544文獻3特開2002-83894文獻4特開2002-269520文獻1公開了如下的要點，即在半絕緣性化合物半導體襯底表面設(shè)置嵌入式天線上部電極、在背面設(shè)置第1接地金屬，并部分地除去位于嵌入式天線的上部電極下部的前述第1接地金屬，將構(gòu)成第2接地金屬的外部接地金屬以與半絕緣性化合物半導體襯底背面保持一定的距離的方式平行地設(shè)置，由此，即便被構(gòu)成在150μm左右的厚度的化合物半導體襯底上，也可以很容易地發(fā)射小于等于60GHz的頻率的電波。
文獻2公開了如下的要點，即通過在芯片的表側(cè)形成處理電路的同時在其背側(cè)形成伴有磁性層的線圈，防止串音。
文獻3公開了如下的要點，即以不在模擬電路上形成天線線圈的方式配置半導體芯片，防止半導體芯片的通信特性的劣化。
另外，還公開了如下的要點，即為了謀求作為最終制品的非接觸式半導體器件的薄型化，將裸片的厚度設(shè)為小于300μm，特別是對于適用于薄型的卡的裸片，設(shè)為50μm～150μm左右。
文獻4公開了如下的要點，即在將天線連接在襯底表面和背面上的無線芯片中，無線芯片的厚度和無線芯片的轉(zhuǎn)發(fā)器電路的接地串聯(lián)電阻成比例關(guān)系，如果該接地串聯(lián)電阻小，則通信距離變長，如果接地串聯(lián)電阻大，則由于電路的損失電阻變大，因此通信距離變短。
但是，正如文獻1至文獻4中例示的那樣，在現(xiàn)有的技術(shù)文獻中，沒有對由襯底厚度的薄型化得到的通信距離伸長的問題進行研究的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
在本申請公開的發(fā)明中，如果簡單地說明具有代表性的概要，如下。
半導體器件的特征在于，具有硅襯底、金制的天線、絕緣層、和處理從上述天線接收發(fā)送的信息、形成在硅襯底表面上的集成電路，按上述天線、絕緣層、集成電路的順序?qū)盈B在上述硅襯底表面上，上述半導體襯底的厚度小于等于200微米，天線寬度以及厚度設(shè)大于等于2.6微米小于等于10微米。


圖1是展示搭載了天線的無線IC芯片和其剖面圖的圖。
圖2是展示將無線IC芯片的襯底的厚度變薄時的效果的圖。
圖3是展示無線IC芯片內(nèi)部的電路構(gòu)成的圖。
圖4是展示在處于無線IC芯片上的絕緣層上帶有錐形從而不使天線斷線的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是展示搭載在無線IC芯片上的天線的形狀的圖。
圖6是展示用于保護搭載在無線IC芯片上的天線的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是展示將搭載在無線IC芯片上的天線的端子和外掛天線端子共用的情況的圖。
圖8是展示將無線IC芯片的襯底薄型化的工序的圖。
圖9是展示在紙介質(zhì)上埋入搭載天線的無線IC芯片的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是展示將搭載天線的無線IC芯片貼附在訂書機上的剖面圖的圖。
圖11是無線IC芯片的天線的寬度和通信距離的關(guān)系的測定數(shù)據(jù)的圖表。
具體實施例方式
由于大量流通，并且回收成本龐大，因此在用完即扔的RFID標簽等所利用的無線IC芯片中，制造單價的削減作為問題而存在。通過縮小單個芯片的尺寸，增大從1個晶片切出的芯片的個數(shù)(RFID標簽)來提高生產(chǎn)率，可以解決制造單價的削減這樣的問題。
天線內(nèi)置型芯片，可以用制造無線IC芯片時的半導體程序進行。因而，與外掛天線無線IC芯片相比，由于不需要用于將天線連接到端子上的部件、以及天線連接工序，因此在制造單價的削減這一點上有很大效果。
如果只是單純地制作天線內(nèi)置型芯片，從利用的應用情況、讀取機械的讀取精度來看，如果只改變一直以來所知的天線尺寸、天線的寬度、天線電阻值、讀取裝置的輸出功率這樣的設(shè)計參數(shù)，就不能確保成為重要的設(shè)計目標的可實用的通信距離。這是由于如下的理由，即如果將天線的寬度變寬，與半導體元件的寄生電容便增大，從而導致能量的損失，便不能增大通信距離，而且減小天線電阻值的材料在經(jīng)濟上被限定，有電阻值的經(jīng)濟方面的下限值，故不能增大通信距離。這時，雖然通過增大無線IC芯片所搭載的天線尺寸，可以謀求通信距離擴大，但這樣就不能制作對于捕獲能量的面積較小的微小芯片的片上天線。
由于半導體襯底是導體，因此當從外部向片上天線付與交流磁場時，原理上產(chǎn)生渦流。本發(fā)明，基于作為設(shè)計參數(shù)可以使用襯底厚度的發(fā)現(xiàn)，為了消除由該渦流導致的能量的損失或減少，謀求襯底厚度的薄型化。通過從外部使交流磁場的能量活用于半導體電路動作，防止能量的吸收，防止流過片上天線的電流量的減少，從而謀求通信距離的擴大。
圖1是本發(fā)明的實施例。圖1(a)展示了本發(fā)明的平面圖。在無線IC芯片101之上有片上天線102。圖1(b)是圖1(a)的A-A’部分的剖面圖。在構(gòu)成無線IC芯片的電路的器件層104之上有由聚酰亞胺樹脂等構(gòu)成的樹脂層，進而在其上有用鍍金等構(gòu)成的片上天線。在半導體襯底105上，當有了來自于引出線的電磁波時，就在襯底內(nèi)部產(chǎn)生渦流。由此，由來自于引出線的電波產(chǎn)生的空間能量被分散到襯底側(cè)和片上天線側(cè)，從而使流過片上天線102的電流量減少。因此，由于小于無線IC芯片動作時所需的電流，故導致最大通信距離的減少。因而，使半導體襯底的襯底厚度薄型化的做法是有效的。特別是，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，為了減少渦流，使半導體襯底的厚度小于等于200微米是有效的。另外，如果留下器件層，用絕緣襯底制成襯底，就可以防止渦流的發(fā)生，從而提高效率。
進而，圖1(c)展示了從襯底背面將半導體襯底完全除去的實施例，這樣的形態(tài)作為最終的結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生無用的渦流，因此是有效的。
在此，所謂的襯底主面，表示形成有構(gòu)成電路的元件的面，所謂的襯底背面，表示與襯底主面相反一側(cè)的面。另外，所謂的器件層，表示形成在襯底主面?zhèn)?，由?gòu)成電路的元件、布線構(gòu)成的層。
所謂的襯底厚度，說的是從襯底背面除去了器件層的布線層的部分的厚度。即，說的是從襯底背面到構(gòu)成電路的元件的層的厚度。所謂的器件層厚度，表示由構(gòu)成電路的元件、布線構(gòu)成的層的厚度。
圖2是展示本發(fā)明的效果的圖。在于無線IC芯片之上附著有4微米厚度的耐熱性良好的聚酰亞胺樹脂，進而，附著有厚度10微米的由鍍金制成的片上天線的無線IC芯片中，從引出線發(fā)射300mW的微波來觀測通信距離。芯片配置的天線寬度是5微米和20微米。這時，硅襯底的電阻率是10Ωcm。
從該觀測數(shù)據(jù)可知，當半導體襯底的厚度在小于等于200微米的區(qū)域內(nèi)時，通信距離急劇地延伸。另外，至少可以確保600微米的通信距離。
如果天線寬度是20微米，則天線和半導體襯底之間的寄生電容增加。如果有寄生電容的增加，則在交流波中電流的泄漏就增加，從而能量泄漏，因此當天線寬度是20微米時，即便減少半導體襯底的厚度也基本沒有性能的變化。
但是，即便在這種情況下，也只是半導體襯底薄膜化的通信距離延伸的效果因寄生電容而被抵消，對于由將半導體襯底厚度設(shè)為小于200微米而得到的通信距離的延伸這樣的效果，并沒有變化。
如圖表所示，根據(jù)本實驗的條件，當半導體襯底厚度在小于等于100微米的范圍內(nèi)時，表示相對于半導體襯底厚度的通信距離的圖表的傾斜度加劇，通信距離延伸，至少可以確保通信距離700微米。
另外，當半導體襯底在小于等于50微米的范圍內(nèi)時，通信性能繼續(xù)提高到極限，至少可以確保1000微米的通信距離。這是由于渦流的減少又前進了一步。
在上述實驗中，雖然將聚酰亞胺樹脂的厚度設(shè)為4微米，但增厚聚酰亞胺樹脂，天線還可以減少與半導體襯底的寄生電容。因而，聚酰亞胺樹脂只要最少大于等于4微米即可。
在上述實驗中，雖然從引出線發(fā)射了300mW的微波，但一般來說，來自于引出線的微波在300mW±150mW之間變動。另外，來自于引出線的微波也可以是200mW。
半導體襯底的厚度小于等于200微米的構(gòu)成，由于渦流較小，因此是提高通信性能方面有效的區(qū)域。如果半導體襯底的厚度大于等于200微米，渦流大致恒常地流動，厚度和性能的關(guān)系并不那么顯著。
圖3展示了本發(fā)明中的無線IC芯片的內(nèi)部的構(gòu)成。天線102在圖1中相當于標號102，整流電路302、時鐘抽出電路303、負荷開關(guān)304、計數(shù)器·存儲器電路305在圖1中存在于標號101的內(nèi)部。天線102被連接在整流電路302上。利用時鐘抽出電路303從高頻的載波抽出低頻的時鐘脈沖，然后輸入計數(shù)器·存儲器電路305。存儲器輸出是利用負荷開關(guān)304使天線之間的阻抗變化，然后向引出線發(fā)送數(shù)據(jù)。在時鐘抽出電路中，抽出時鐘寬度以及間隔。由于天線通過感應電磁波得到能量，因此多是線圈形狀，但并不特別地限制形態(tài)。為了提高天線的Q值，必須減少在天線和器件層上的電容耦合，減少天線的電阻值。因此，將樹脂層插入天線和器件層之間，另外，用較厚(1～10微米以上)且電阻率較小的材料，例如鍍金或鍍銅制作天線，由此得到的效果較大。
圖4展示了圖1的天線連接電極502、504的剖面圖。該圖4的剖面圖展示了圖5的電極502和504、以及圖7的電極502和504的剖面圖。圖1示出了天線102的剖面圖。該圖展示了如下的剖面圖，即天線102罩在絕緣樹脂402上，然后和被氧化膜403部分地覆蓋的位于半導體元件以及布線層103以及半導體襯底105的上面的連接焊盤406連接在一起。如該圖所示，由于絕緣樹脂的厚度大于等于4微米，因此通過制成帶有錐形的剖面形狀，可以不斷線地蒸鍍天線圖形。
圖5展示了本發(fā)明的別的實施例。本發(fā)明者，考慮了當片上天線102處于無線IC芯片101上時，天線的寬度有助于性能的情況。即，雖然片上天線與無線IC芯片上的電極端子502和504連接在一起，但當天線沒有較厚的絕緣膜時，天線就與半導體襯底之間具有寄生電容。雖然增厚絕緣膜便可以減少寄生電容，但卻導致制造單價的增加。于是，本發(fā)明者考慮了減少片上天線的寬度的結(jié)構(gòu)。
圖11展示了測定了天線的寬度和通信距離的關(guān)系的數(shù)據(jù)，展示了通過將天線寬度設(shè)為小于等于10微米，可以確保通信距離的情況。將天線的厚度定為10微米進行了測定。天線的厚度如果大于高頻皮層效應即可，在微波上，如果假設(shè)為2.45GHz并計算，是大于等于2.6微米。即，當天線厚度小于等于2.6微米時，通信距離便減少。因而，通過將天線寬度設(shè)為大于等于2.6微米，小于等于10微米，可以確保通信距離。另外，在圖11中，天線的寬度和厚度的關(guān)系也可以相反。即，即便將圖11的橫軸作為天線厚度，并將天線寬度設(shè)為10微米，也可以得到同樣的結(jié)果。天線材料最好是低電阻的，可以采用金、銅、銀、鋁等。
圖6展示了為了便于處理帶有片上天線的無線IC芯片，將帶有片上天線的無線IC芯片搭載在帶上的實施例。展示了處于無線IC芯片101的表面上的片上天線102以面朝下的方式貼附在涂覆了粘接層605的薄膜602上，并被纏繞在卷軸606上的形態(tài)。片上天線的材料多采用金，這時如果不在金的表面上貼附保護膜，金就容易損傷，導致性能降低。在本實施例中，帶的粘接層對由金制成的天線的面既有附著作用又有和保護作用。纏繞在卷軸上的無線IC芯片在需要時從帶拉出，然后切斷并粘貼在對象物上。
圖7展示了活用具有與圖1的帶有片上天線的無線IC芯片共通的器件層和電極部的狀態(tài)的芯片，并連接無線IC芯片的外掛天線的實施例。說明了圖5所示的電極端子502和504在無線IC芯片101中，兼用作安裝作為外掛的發(fā)射天線的701和702的端子的情況。這樣一來，在半導體制造工序中，將最后的鍍金工序之前的工序作為共通工序，然后只變更最后的鍍金的掩模，就可以將外掛的發(fā)射天線端子形成和片上天線形成分離制造。
圖8展示了本發(fā)明的別的實施例。之前，記載了將半導體襯底全部除去的實施例。敘述其實現(xiàn)方法。圖8A展示了完成的帶有片上天線的作為晶片的襯底105和氧化膜802和包括片上天線以及半導體元件的層804的剖面圖。該晶片用粘接劑803粘接在玻璃襯底等襯底805上。圖8(b)展示了接下來的工序，展示了將在圖8(a)形成的晶片浸泡在氫氧化鉀等的溶液中，并除去了晶片背面的硅之后的工序的剖面圖。晶片內(nèi)部的氧化膜，具有為了不被氫氧化鉀蝕刻而作為蝕刻停止層的功能。圖8(c)接著圖8(b)，展示了用光致抗蝕劑技術(shù)將背面形成了掩模圖形，然后用濕(蝕刻)或干(蝕刻)將氧化膜802和包括片上天線以及半導體元件的層804蝕刻，從而形成了蝕刻槽806之后的剖面圖。
圖9展示了將帶有片上天線的無線IC芯片埋入紙幣等有價證券的結(jié)構(gòu)。圖9(a)是有價證券901的平面圖，在其一部分上嵌入了搭載了無線IC芯片101的細絲902。圖9(b)展示了圖9(a)的A-A’部分的剖面圖。在該圖中，具有特征的是搭載了片上天線102的無線IC芯片101通過圖8等的工序變得極薄，例如10微米，即便這樣直接埋入紙介質(zhì)，在由壓延機進行的高壓的紙壓縮工序中，也很難耐得住機械的壓縮。因此，在細絲之中設(shè)置凹部，然后在其周邊側(cè)面設(shè)置堤壩902和904。通過該堤壩的作用，即便在紙上施加高壓，也可以機械性地保護無線IC芯片。構(gòu)成該細絲以及該堤壩的材料理想的是PET等塑料，紙等纖維材料等，最好是對于加壓不會變形的材料。
圖10，展示了將到目前為止敘述的帶有片上天線的無線IC標簽安裝在訂書機的上面或內(nèi)部的狀態(tài)的剖面圖。無線IC芯片101和天線102被安裝在訂書機的針1003上，并被插入紙或薄膜1001。預先將無線IC芯片按順序搭載在訂書機的針列上。只要將該針列安裝到訂書機主體的裝置內(nèi)，然后在紙或薄膜上進行裝訂，就可以和以往的訂書機同樣地自由地安裝無線IC芯片，另外，用于安裝的裝置可以直接用以往的?？梢园l(fā)揮減少無線IC芯片的安裝成本的效果。再者，當將訂書機壓在紙張等上并將針尖彎曲時，當由于向無線IC芯片101施加的壓力而產(chǎn)生斷裂時，在訂書機上設(shè)置槽，然后將無線IC芯片埋入那里的做法是有效的。
以上，根據(jù)實施例具體地說明了由本發(fā)明者研制成的發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實施例，當然可以在不脫離其要旨的范圍內(nèi)進行各種變更。例如，在上述實施例中，對本發(fā)明用SOI襯底實現(xiàn)的情況進行了說明，但并不限于SOI襯底，用一般的Si襯底也可以實現(xiàn)。
可以用于成為本申請的背景的技術(shù)領(lǐng)域的RFID。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件，其特征在于，具有硅襯底；金制的天線；以及絕緣層；處理從上述天線接收發(fā)送的信息，形成在硅襯底表面上的集成電路；其中按上述天線、絕緣層、集成電路的順序在上述硅襯底表面上層疊；上述半導體襯底的厚度小于等于200微米，天線寬度以及厚度大于等于2.6微米小于等于10微米。
2.一種半導體器件，其特征在于，具有金制的天線；絕緣層；以及處理從上述天線接收發(fā)送的信息，形成在硅襯底表面上的集成電路；其中按上述天線、絕緣層、集成電路的順序?qū)盈B；上述半導體襯底的厚度是上述集成電路的剩余的厚度，或者小于50μm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無線裝置，其特征在于，在上述樹脂層被形成為錐形的部位，形成有連接上述天線和上述集成電路的電極部。
4.如權(quán)利要求1～3的任意一項所述的無線裝置，其特征在于，上述天線的厚度和寬度是用通信所用的規(guī)定頻率的電磁波不會引起皮層效應的厚度和寬度，其寬度小于10μm。
5.如權(quán)利要求1～4的任意一項所述的無線裝置，其特征在于，具有涂覆了粘接層的帶；上述無線裝置的天線側(cè)粘接在上述粘接層上。
6.如權(quán)利要求3所述的無線裝置，其特征在于，取代上述天線，還連接有發(fā)射天線。
7.一種紙，其特征在于，具有權(quán)利要求1～5的任意一項所述的無線裝置，和具有凹部的保護部件，上述無線裝置被包含并嵌入上述保護部件的上述凹部內(nèi)。
8.一種訂書機的針，其特征在于，將權(quán)利要求1～5、7的任意一項所述的無線裝置，設(shè)置在上述訂書機的針的表面或內(nèi)部。
9.一種無線裝置的制造方法，用于制造權(quán)利要求1～4所述的無線裝置，其特征在于，將按上述天線、樹脂層、集成電路的順序?qū)盈B的半導體晶片從背面開始蝕刻，直到晶片內(nèi)部的氧化膜；通過用蝕刻形成分離槽，從而切斷上述晶片。
全文摘要
由于大量流通，并且回收成本龐大，因此在用完即扔的無線IC芯片中，制造單價的削減作為問題而存在。為了削減制造單價，在為了削減制造單價而單純地將天線嵌入芯片中的無線IC芯片中，從利用的應用情況、讀取的器械的讀取精度來看，擴大以往已知的無線IC芯片的搭載天線尺寸，或增大讀取裝置的輸出功率，就可以謀求通信距離的擴大，但卻不能謀求對于微小芯片的片上芯片化。在本申請中，由于半導體襯底是導體，因此當從外部向片上天線付與交流磁場時，原理上產(chǎn)生渦流，因此基于作為設(shè)計參數(shù)可以使用襯底厚度的發(fā)現(xiàn)，為了減少或消除由該渦流導致的能量的損失，通過謀求襯底厚度的薄型化，并將電磁波能量活用于本來的半導體電路動作，防止能量的無效吸收，其結(jié)果，增大流過片上天線的電流量，從而獲得通信距離擴大。
文檔編號G06K19/07GK1802748SQ0382679
公開日2006年7月12日 申請日期2003年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月28日
發(fā)明者宇佐美光雄 申請人:株式會社日立制作所