半導体装置及びその製造方法
【課題】電磁波のシールド機能とアンテナ機能を兼ね備えた小型の半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置（半導体モジュール）１０ａは、回路基板（モジュール基板）１１、及び回路基板１１に実装された半導体素子１２を含む。半導体素子１２の上面には電磁波をシールドするシールド層１３が配設され、シールド層１３の上方にアンテナ素子１４が配設される。半導体素子１２とアンテナ素子１４とは、接続部１５によって電気的に接続される。これにより、電磁波のシールド機能とアンテナ機能を兼ね備えた小型の半導体装置１０ａが実現される。
【解決手段】半導体装置（半導体モジュール）１０ａは、回路基板（モジュール基板）１１、及び回路基板１１に実装された半導体素子１２を含む。半導体素子１２の上面には電磁波をシールドするシールド層１３が配設され、シールド層１３の上方にアンテナ素子１４が配設される。半導体素子１２とアンテナ素子１４とは、接続部１５によって電気的に接続される。これにより、電磁波のシールド機能とアンテナ機能を兼ね備えた小型の半導体装置１０ａが実現される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板に実装された半導体素子等について電磁波をシールドする技術や、半導体素子等を実装した回路基板にアンテナを設ける技術が知られている。また、回路基板に実装された半導体素子等をシールドで覆い、更にこの構造体をアンテナで覆う技術が知られている。更にまた、回路基板の半導体素子等が実装された面と反対側の面にアンテナを設ける技術、半導体素子等を内蔵したパッケージの背面にアンテナを設ける技術が知られている。
【０００３】
このほか、アンテナからの送受信信号の伝搬特性の観点から、信号配線層を囲むように導電層を配置する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３７９００４号公報
【特許文献２】特表２００４−５１９９１６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５８７４２号公報
【特許文献４】特開２００１−２９２０２６号公報
【特許文献５】特開２００７−００５７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、シールドとして機能するシールド部品を設けたモジュール（半導体素子を含む半導体装置）と、アンテナとして機能するアンテナ部品を、マザー基板等の１枚の回路基板上にそれぞれ実装した装置の場合、装置の大型化を招くことがあった。また、シールド部品とアンテナ部品を共に設けて１つのモジュールを構成する場合には、モジュールの組み立ての際に各構成部品の加工や電気的接続が複雑になったり、所望の特性及び信頼性を確保して組み立てることが難しかったりすることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、回路基板と、前記回路基板に実装された半導体素子と、前記半導体素子の上面に配設されたシールド層と、前記シールド層の上方に配設されたアンテナ素子と、前記半導体素子と前記アンテナ素子とを電気的に接続する、前記シールド層を貫通した接続部と、を含む半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、小型で、より簡便に製造可能な半導体装置を、所望の特性及び信頼性を確保して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置の第１構成例を示す図である。
【図２】半導体装置の第２構成例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。
【図４】アンテナ層の導波パターンの一例を示す図である。
【図５】アンテナ素子及び接続部の説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その１）である。
【図７】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その２）である。
【図８】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その３）である。
【図９】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その４）である。
【図１０】第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図１１】第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その２）である。
【図１２】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その１）である。
【図１３】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その２）である。
【図１４】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その３）である。
【図１５】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その４）である。
【図１６】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その５）である。
【図１７】別形態の半導体モジュールの説明図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図１９】第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その２）である。
【図２０】第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図２１】第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は半導体装置の第１構成例を示す図である。図１には、半導体装置の第１構成例の断面を模式的に図示している。
図１に示す半導体装置（半導体モジュール）１０ａは、回路基板（モジュール基板）１１、半導体素子１２、シールド層１３、アンテナ素子１４、及び接続部１５を有している。
【００１０】
モジュール基板１１には、ここでは図示を省略するが、内部に配線及びビア等の導電部によって形成された所定の回路が設けられており、また、表裏面に電極パッド１１ａが設けられている。このようなモジュール基板１１の上に、半導体素子１２が実装されている。半導体素子１２は、ここでは一例として、その下面（配線層等が形成された回路面）側にモジュール基板１１の電極パッド１１ａに対応して設けられたバンプ１２ａ及び電極パッド１２ｂ、及び接合部１１ｂを介して、フリップチップ実装されている場合を示している。
【００１１】
このようにしてモジュール基板１１に実装された半導体素子１２の、少なくとも上面（半導体基板面）に、シールド層１３が設けられている。シールド層１３は、半導体素子１２に向かって入射してくる電磁波をシールドし、或いは半導体素子１２で発生する電磁波の外部への放射をシールドする。シールド層１３は、このような電磁波シールドが可能な材料、例えば磁性体材料や金属材料を用いて形成される。
【００１２】
例えばシールド層１３には、磁性体粒子を樹脂中に分散させた層（シート）、磁性体材料からなる磁性体層、銅（Ｃｕ）等の金属材料からなる金属層等を用いることができる。またシールド層１３には、その一部に、磁性体粒子を樹脂中に分散させたシート、磁性体層、又は金属層を含むものを用いることもできる。金属層をシールド層１３の一部に用いる場合、その金属層は、例えばシールド層１３の表層部に設けることが望ましい。
【００１３】
シールド層１３上にはアンテナ素子１４が設けられている。アンテナ素子１４は、外部の電磁波を受信するアンテナの機能を有している。アンテナ素子１４には、電磁波を受信する、例えば所定の導波パターン（導波路）が形成された、少なくとも１層のアンテナ層が設けられる。アンテナ層は、ＣｕやＣｕを主体とする金属材料を用いて形成することができる。アンテナ層は、例えば樹脂等の誘電体層の表面や表裏面に設けることができる。また、表裏面に設けたアンテナ層を、間の誘電体層を貫通するように設けた導通部で電気的に接続することもできる。
【００１４】
アンテナ素子１４は、接続部１５を介して半導体素子１２と電気的に接続されている。ここでは一例として、シールド層１３を貫通し半導体素子１２の内部に達する接続部１５を設け、この接続部１５にシールド層１３上にてアンテナ素子１４を電気的に接続することで、半導体素子１２とアンテナ素子１４とを電気的に接続した場合を示している。
【００１５】
この場合、接続部１５は、例えば、シールド層１３、及び半導体素子１２の半導体基板を貫通し、その半導体基板上（ここではモジュール基板１１側）に設けられている配線層内の導電部に接続される、ＴＳＶ（Through Silicon Via）とすることができる。
【００１６】
上記のように、図１の半導体モジュール１０ａは、モジュール基板１１に実装された半導体素子１２と、アンテナ素子１４とを、半導体素子１２の上面に設けたシールド層１３を貫通する接続部１５によって電気的に接続した構成を有している。アンテナ素子１４で所定の電磁波が受信されることによって得られる電流等の電気信号は、接続部１５を介して半導体素子１２に供給される。アンテナ素子１４で受信した電磁波の、半導体素子１２への入射、或いは半導体素子１２から生じる電磁波の放射は、シールド層１３によって抑えられる。また、発信時のアンテナ素子１４には、モジュール基板１１から半導体素子１２、更に接続部１５を介して給電が行われる。
【００１７】
このように半導体モジュール１０ａは、半導体素子１２の上にシールド層１３を設け、シールド層１３の上にアンテナ素子１４を設けることによって、シールド機能とアンテナ機能とを兼ね備えたモジュール構造とされている。従って、例えば、シールド機能を有するモジュールの外部に別途アンテナ部品を設けるような場合に比べ、モジュールサイズの小型化を図ることが可能になる。
【００１８】
尚、ここでは一例として、半導体素子１２の上面のみにシールド層１３を設けた場合を示したが、シールド層１３は、半導体素子１２の上面のほか、その側面にも設けることができる。例えば、比較的厚みのある半導体素子１２の場合、或いは外部の電磁波の側面からの入射や発生した電磁波の側面からの放射が看過できない半導体素子１２の場合等には、半導体素子１２の上面及び側面にシールド層１３を形成する。
【００１９】
また、図１に示した接続部１５の形成位置は一例であって、半導体素子１２やアンテナ素子１４の構造に応じて適宜設定することができる。例えば、半導体素子１２の中央部よりも外側の端部に接続部１５を設けるようにしてもよい。更に、接続部１５は、次の図２に示すように、半導体素子１２の外部に設けることもできる。
【００２０】
図２は半導体装置の第２構成例を示す図である。図２には、半導体装置の第２構成例の断面を模式的に図示している。
図２に示す半導体装置（半導体モジュール）１０ｂは、上面にシールド層１３が設けられた半導体素子１２が実装されているモジュール基板１１と、シールド層１３の上に設けられたアンテナ素子１４とが、接続部１５によって電気的に接続された構造を有している。モジュール基板１１とアンテナ素子１４の間の半導体素子１２及び接続部１５は、封止樹脂１６によって封止されている。
【００２１】
アンテナ素子１４で電磁波が受信されて得られる電気信号は、接続部１５からモジュール基板１１を介して半導体素子１２に供給される。また、発信時のアンテナ素子１４には、モジュール基板１１から接続部１５を介して給電が行われる。
【００２２】
このような構成を有する半導体モジュール１０ｂによっても、上記の半導体モジュール１０ａと同様に、例えばアンテナ部品を別途モジュール外に設けるようなモジュール構造とした場合に比べ、モジュールサイズの小型化を図ることが可能になる。
【００２３】
以下、半導体モジュールについて、より詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図３は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図３には、第１の実施の形態に係る半導体モジュールの断面を模式的に図示している。
【００２４】
図３に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ａは、モジュール基板（回路基板）１１０、半導体素子１２０、シールド層１３０、アンテナ素子１４０、及び接続部１５０を有している。
【００２５】
半導体モジュール１００ａのモジュール基板１１０は、その内部に配線及びビア等の導電部で形成された所定の回路（図示せず）を有している。モジュール基板１１０の表裏面には、外部接続端子である電極パッド１１１，１１２が設けられている。
【００２６】
モジュール基板１１０の一方の面側には、半導体素子１２０が実装されている。半導体素子１２０は、その下面（配線層等が形成された回路面）側にモジュール基板１１０の電極パッド１１１に対応して設けられた電極パッド１２１及びバンプ１２２を介し、接合部１１３でフリップチップ実装されている。半導体素子１２０とモジュール基板１１０の間には、アンダーフィル樹脂１７０が充填されている。
【００２７】
半導体素子１２０の上面（半導体基板面）には、シールド層１３０、例えば磁性体粒子を樹脂に含有させてシート状に形成されたシールド層１３０が設けられている。尚、シールド層１３０は、半導体素子１２０の形態に応じ、半導体素子１２０の上面のほか、側面に設けられていてもよい。このシールド層１３０上に、アンテナ素子１４０が設けられている。
【００２８】
アンテナ素子１４０は、第１アンテナ層１４１、第２アンテナ層１４２、誘電体層１４３、及び導通部（ビア）１４４を有している。
第１アンテナ層１４１は、シールド層１３０上に設けられ、第１アンテナ層１４１上に、誘電体層１４３を介して第２アンテナ層１４２が設けられている。第１アンテナ層１４１及び第２アンテナ層１４２は、Ｃｕ又はＣｕ主体の金属材料を用いて形成される。第１アンテナ層１４１と第２アンテナ層１４２は、誘電体層１４３を貫通する、Ｃｕや半田等を用いた導通部１４４によって電気的に接続されている。
【００２９】
第１アンテナ層１４１は、例えば、プレーン状に設けられ、第２アンテナ層１４２は、例えば、受信した電磁波を伝播させる所定の導波パターンが形成されて設けられる。尚、第２アンテナ層１４２の導波パターンについては後述する。
【００３０】
アンテナ素子１４０は、接続部１５０を介して半導体素子１２０に電気的に接続されている。接続部１５０は、ＴＳＶとすることができる。このような接続部１５０が、アンテナ素子１４０の第１アンテナ層１４１、その下のシールド層１３０を貫通し、半導体素子１２０の内部に達するように設けられる。接続部１５０は、半導体素子１２０内の所定箇所、ここでは一例として図示しない配線に繋がっている電極パッド１２１の１つに、接続されている。接続部１５０の上端は、ここではアンテナ素子１４０の導通部１４４ａ（１４４）と接続されている。
【００３１】
このような構成を有する半導体モジュール１００ａが、半田等のバンプ１０１を介して、マザー基板３００の電極パッド３０１に電気的に接続され、実装されている。
上記半導体モジュール１００ａにおけるアンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２には、前述のように、所定の導波パターンが形成される。
【００３２】
図４はアンテナ層の導波パターンの一例を示す図である。図４には、アンテナ層の平面図の一例を模式的に図示している。
図４（Ａ），（Ｂ）に示すアンテナ層４００は、一対の長方形のスロット４０１ａ（開口部（貫通孔））を互いの長軸方向が交差するような向きで配置したスロットペア４０１を用いて、導波パターンが形成されている。図４（Ａ）には、複数のスロットペア４０１が並設された、いわゆるマルチスロットペアアンテナの導波パターンを示している。図４（Ｂ）には、複数のスロットペア４０１が渦巻き状（点線で図示）に並設された、いわゆるラジアルラインスロットペアアンテナを示している。
【００３３】
各スロットペア４０１のスロット４０１ａの平面サイズ及び配置、複数スロットペア４０１の配置は、アンテナ層４００による受発信対象の電磁波の周波数（波長）等に基づいて設計される。アンテナ層４００では、各スロットペア４０１の近傍位置に設けられる導通部１４４、或いは中央部の導通部１４４ａ（１４４）を介して、受発信時の電気信号のやり取りが行われる。
【００３４】
上記半導体モジュール１００ａにおけるアンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２には、例えば、この図４に示すアンテナ層４００のような導波パターンを形成することができる。
【００３５】
図５はアンテナ素子及び接続部の説明図である。図５には、アンテナ素子及び接続部の断面を模式的に図示している。
図５（Ａ）には、第１アンテナ層１４１にプレーン状の導波パターンが形成され、第２アンテナ層１４２にスロット４０１ａ（スロットペア４０１）を含む導波パターンが形成されたアンテナ素子１４０を例示している。第１アンテナ層１４１及び第２アンテナ層１４２は、各スロットペア４０１の位置に設けられた導通部１４４で電気的に接続されている。中央部に位置する導通部１４４ａ（１４４）は、接続部１５０に電気的に接続されている。
【００３６】
尚、接続部１５０と電気的に接続される、中央部の導通部１４４ａの周囲には、この図５に示したように、中空部１４５を設けるようにしてもよい。
また、接続部１５０と第１アンテナ層１４１の間には、それらを絶縁する構成、例えば、絶縁性の膜を設けたり、第１アンテナ層１４１のエッジを接続部１５０の側面から離間させたりする構成を採用してもよい。
【００３７】
また、図５（Ｂ）のように、第１アンテナ層１４１と第２アンテナ層１４２の間に導通部１４４（接続部１５０に接続される導通部１４４ａを除く）を設けず、第１アンテナ層１４１と第２アンテナ層１４２をキャパシタ結合させて、アンテナ素子を構成してもよい。
【００３８】
更にまた、シールド層１３０に、例えばその全部又は一部（表層部）がＣｕ等の金属層であるものを用いる場合には、図５（Ｃ）のように、第１アンテナ層１４１を設けない構成とすることもできる。この場合は、シールド層１３０、導通部１４４を含む誘電体層１４３、及び第２アンテナ層１４２により、アンテナ素子が構成される。即ち、シールド層１３０が、上記の第１アンテナ層１４１に代わってアンテナ素子の一部として機能する。尚、このようにシールド層１３０をアンテナ素子の一部として機能させる場合においても、導通部１４４（導通部１４４ａを除く）を設けない構成とすることが可能である。
【００３９】
半導体モジュール１００ａにおいて、アンテナ素子１４０で電磁波が受信されて得られる電気信号は、接続部１５０を介して半導体素子１２０に供給される。また、発信時には、アンテナ素子１４０に、モジュール基板１１０から半導体素子１２０、更に接続部１５０を介して給電が行われる。
【００４０】
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ａが、マザー基板（回路基板）３００に実装されている。
半導体モジュール１００ａでは、モジュール基板１１０に実装した半導体素子１２０の上に、シールド層１３０、アンテナ素子１４０を設けることにより、モジュールサイズを小型化することが可能になる。
【００４１】
続いて、第１の実施の形態に係る半導体モジュール１００ａの形成方法の一例について、図６〜図９を参照して説明する。
まず、図６（Ａ）に示すような半導体素子１２０を準備する。尚、図６（Ａ）には１つの半導体素子１２０のみを図示しているが、この準備段階では、個々の半導体素子１２０に個片化するダイシング前の、ウェハ状態のものを用いることができる。
【００４２】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、半導体素子１２０（ウェハ状態）の上面（半導体基板面）にシールド層１３０を形成し、更にそのシールド層１３０上に第１アンテナ層１４１を形成する。シールド層１３０には、ここでは磁性体粒子（磁性体金属粉末）を樹脂中に分散させたシートを用いる。予め作製したこのようなシート（樹脂は半硬化状態）を半導体素子１２０の上面に接着し硬化させる、或いは、磁性体粒子を樹脂中に分散させたペースト状樹脂組成物を半導体素子１２０の上面に塗布し硬化させる。それにより、シールド層１３０を形成する。第１アンテナ層１４１は、Ｃｕ等を、無電解めっき法或いは蒸着法を用いて、シールド層１３０上に形成する。
【００４３】
次いで、図６（Ｃ）に示すように、上記の接続部１５０を形成する位置に、レーザ照射により、第１アンテナ層１４１及びシールド層１３０を貫通し、半導体素子１２０の内部に達する開口部１５１を形成する。ここでは一例として、このようなレーザ照射により、半導体素子１２０の下面（配線層等が形成された回路面）に表出する電極パッド１２１に達する開口部１５１を形成している。
【００４４】
このレーザ照射により、例えば図９に示すように、磁性体粒子１３１を樹脂１３２中に分散させたシールド層１３０の開口部１５１の側壁部が炭化され、炭化層１３３が形成される。シールド層１３０は、この炭化層１３３の部分では導電性を示すようになる（炭化層１３３以外の部分は絶縁性或いは高抵抗）。また、このレーザ照射により、半導体素子１２０（半導体基板１２４）の開口部１５１の側壁部は酸化され、酸化層（図示せず）が形成される。例えば、半導体基板１２４にシリコン（Ｓｉ）基板が用いられている場合、酸化シリコン（ＳｉＯ）層が形成されるようになる。また、このレーザ照射により、第１アンテナ層１４１の開口部１５１の側壁部にも酸化層（図示せず）が形成され得る。
【００４５】
このようなレーザ照射による開口部１５１の形成後は、酸素（Ｏ2）プラズマガスを用いたアッシングを実施してもよい。このようなアッシングを実施することにより、開口部１５１内面に露出する半導体基板１２４表面を酸化し、或いはレーザ照射時に形成された酸化層を安定化させ、開口部１５１内の半導体基板１２４表面の絶縁性を高める。また、このアッシングにより、第１アンテナ層１４１の表面（上面及び開口部１５１内面）も酸化され得る。
【００４６】
次いで、図６（Ｄ）に示すように、開口部１５１内に導電性材料を充填し、接続部１５０を形成する。例えば、開口部１５１内に、半田系の導電性ペーストを充填し、リフローを行うことで、接続部１５０を形成する。このとき、開口部１５１内面の半導体基板（図９の半導体基板１２４）及び第１アンテナ層１４１に酸化層が形成されていることで、それらと接続部１５０とは電気的に絶縁される。
【００４７】
次いで、図７（Ａ）に示すように、第１アンテナ層１４１（ウェハ状態）上に誘電体層１４３及び導通部１４４を形成する。例えば、予め誘電体層１４３とそれを貫通する導通部１４４を有するシートを形成しておき、これを第１アンテナ層１４１上に接着する。
【００４８】
このようなシートは、例えば、樹脂等で形成した誘電体層１４３に対し、レーザ照射等で貫通孔を形成し、その貫通孔に半田系の導電性ペーストを充填して導通部１４４とすることによって、形成することができる。このシートを第１アンテナ層１４１上に接着し、リフローを行うことで、各導通部１４４を、第１アンテナ層１４１及び接続部１５０と接続させることができる。尚、シートの接着前に、第１アンテナ層１４１や接続部１５０の表面が酸化されている場合には、還元処理を行ったうえで、シートの接着を行うようにしてもよい。
【００４９】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、導通部１４４を含む誘電体層１４３（ウェハ状態）上に、上記のようなスロットペア４０１を用いた導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成する。第２アンテナ層１４２は、例えば、導通部１４４を含む誘電体層１４３上に、Ｃｕ等の層を無電解めっき法や蒸着法を用いて形成し、その形成した層に、レーザ照射等で所定の導波パターン（スロットペア４０１の開口）を形成することによって、形成する。或いは、支持テープ上にＣｕ等の層を無電解めっき法や蒸着法を用いて形成し、その層に所定の導波パターンを形成したものを、導通部１４４を含む誘電体層１４３上に接着することで形成してもよい。第２アンテナ層１４２を形成することで、アンテナ素子１４０を得る。
【００５０】
尚、ここでは、第１アンテナ層１４１の上に、導通部１４４を含む誘電体層１４３を形成し、その後、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成するようにした。このほか、予め、導通部１４４を含む誘電体層１４３の上に、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成したシートを作製しておき、これを第１アンテナ層１４１の上に接着するようにしてもよい。
【００５１】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、半導体素子１２０の電極パッド１２１上にバンプ１２２を形成する。バンプ１２２には、スタッドバンプ、ボールバンプ、ポスト電極等、様々なものを用いることができる。バンプ１２２の形成は、例えば、ウェハ状態の半導体素子１２０に対して行い、その後、ダイシングが行われて、個々の半導体素子１２０に個片化される。或いは、ダイシングを行って個片化した後の半導体素子１２０に対してそれぞれバンプ１２２の形成を行うようにしてもよい。
【００５２】
次いで、図８（Ａ）に示すように、モジュール基板１１０の電極パッド１１１に半田系の導電性ペースト等の接合部１１３を形成し、上記のようにしてバンプ１２２の形成まで行った半導体素子１２０を仮実装する。そして、図８（Ｂ）に示すように、リフローを行うことで半導体素子１２０をモジュール基板１１０にフリップチップ実装する。最後に、図８（Ｃ）に示すように、半導体素子１２０とモジュール基板１１０の間にアンダーフィル樹脂１７０を充填し、硬化する。
【００５３】
以上の工程により、図３に示したような半導体モジュール１００ａが形成される。このような半導体モジュール１００ａが、マザー基板３００に実装される。
尚、ここではシールド層１３０として、磁性体粒子を樹脂中に分散させたシートを用いる場合を例にして、半導体モジュール１００ａの形成方法を説明した。このほか、シールド層１３０の全部又は一部（表層部）に金属層を用いた場合（シールド層１３０をアンテナ素子の一部として機能させる場合）にも、これと同様の流れでモジュール形成を行うことが可能である。即ち、上記図６（Ｂ）の工程では、半導体素子１２０の上面に、金属層又は金属層を含むシールド層１３０をめっき法や蒸着法等で形成する。図６（Ｃ）の工程では、レーザ照射により、そのシールド層１３０を貫通し半導体素子１２０の内部に達する開口部１５１の形成を行う。その後、Ｏ2プラズマガスを用いたアッシングを実施して開口部１５１内面（半導体素子１２０の半導体基板、シールド層１３０）の絶縁性を確保し、接続部１５０を充填形成する。以降の工程は、上記同様に行うことが可能である。
【００５４】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図１０及び図１１は第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図１０には、第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の断面を模式的に図示している。図１１には、第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の上面から見た外観を模式的に図示している。尚、図１０は図１１のＬ１−Ｌ１断面に相当する断面模式図である。
【００５５】
図１０に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ｂは、モジュール基板１１０、半導体素子１２０、シールド層１３０、アンテナ素子１４０、接続部１５０、及び封止樹脂１６０を有している。
【００５６】
図１０に示すように、モジュール基板１１０には、フリップチップ実装された半導体素子１２０のほか、コンデンサ、インダクタ、抵抗器といった受動部品等の他の電子素子１８０が、半田等の接合部１１３を介して実装されている。このようなモジュール基板１１０に、接合部１１３を介して接続部１５０が設けられている。モジュール基板１１０に実装された、シールド層１３０が設けられた半導体素子１２０、電子素子１８０、及び接続部１５０は、接続部１５０の上端が表出するようにして、封止樹脂１６０で封止されている。この封止樹脂１６０の上に、第１アンテナ層１４１、導通部１４４を含む誘電体層１４３、及び第２アンテナ層１４２を有するアンテナ素子１４０が設けられている。接続部１５０は、その上端の第１アンテナ層１４１（第１アンテナ層１４１の他の部分から分離）、導通部１４４ａ（１４４）を介して、第２アンテナ層１４２に電気的に接続されている。尚、導通部１４４（導通部１４４ａを除く）を設けずに、アンテナ素子を構成してもよい。
【００５７】
モジュール基板１１０には、例えば、図１１に示すように、複数（ここでは一例として３つ）の半導体素子１２０が実装されている。尚、各半導体素子１２０の上面（半導体基板面）にシールド層１３０が設けられ、また、上面のほか側面にもシールド層１３０が設けられていてもよい。
【００５８】
このような半導体モジュール１００ｂでは、そのほぼ中央部に接続部１５０が設けられている。尚、接続部１５０の位置は、半導体素子１２０や他の電子素子１８０の配置に基づき、設定することができる。また、受発信対象の電磁波の周波数、接続部１５０の配置等に基づき、アンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２に形成するスロットペアのスロットサイズ、スロットペアの配置等を設定することができる。
【００５９】
半導体モジュール１００ｂにおいて、アンテナ素子１４０で電磁波が受信されて得られる電気信号は、接続部１５０からモジュール基板１１０を介して半導体素子１２０に供給される。また、発信時には、アンテナ素子１４０に、モジュール基板１１０から接続部１５０を介して給電が行われる。
【００６０】
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ｂが、半田等のバンプ１０１を介して、マザー基板（回路基板）３００の電極パッド３０１に電気的に接続され、実装されている。
【００６１】
続いて、第２の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｂの形成方法の一例について、図１２〜図１６を参照して説明する。
まず、図１２（Ａ）に示すような半導体素子１２０（ウェハ状態）を準備する。次いで、図１２（Ｂ）に示すように、半導体素子１２０の上面（半導体基板面）にシールド層１３０を形成する。シールド層１３０には、磁性体粒子を樹脂中に分散させたシートのほか、全部又は一部が磁性体層や金属層であるもの等を用いることができる。そして、図１２（Ｃ）に示すように、半導体素子１２０の下面（配線層等が形成された回路面）に設けた電極パッド１２１上にバンプ１２２を形成する。尚、バンプ１２２の形成は、ウェハ状態の半導体素子１２０に行うことができ、また、ダイシングで個片化した後の個々の半導体素子１２０に行うこともできる。ウェハ状態でバンプ１２２を形成した場合は、その後、ダイシングで個々の半導体素子１２０に個片化される。
【００６２】
次いで、図１３（Ａ）に示すように、モジュール基板１１０（ここでは一例として断面内に２つ分のモジュール基板１１０が一体となって含まれているものを図示）上に、上記のように半導体素子１２０、接続部１５０、及び受動部品等の電子素子１８０を実装する。例えば、モジュール基板１１０の電極パッド１１１に接合部１１３を形成し、バンプ１２２の形成まで行った半導体素子１２０、接続部１５０、電子素子１８０を仮実装し、その後、リフローを行うことで、各部品をモジュール基板１１０に実装する。
【００６３】
尚、接続部１５０については、未実装のモジュール基板１１０上に、接続部１５０を形成する位置に開口部を有するマスク層を形成し、その開口部に印刷法やめっき法等で導電材料を充填した後、マスク層を除去することで、形成することも可能である。このようにして接続部１５０を形成したモジュール基板１１０に、シールド層１３０を設けた半導体素子１２０、電子素子１８０を実装する。
【００６４】
シールド層１３０を設けた半導体素子１２０、接続部１５０、及び電子素子１８０のモジュール基板１１０への実装後は、図１３（Ｂ）に示すように、モジュール基板１１０と半導体素子１２０の間にアンダーフィル樹脂１７０を充填する。更に、シールド層１３０を設けた半導体素子１２０、接続部１５０、及び電子素子１８０を、封止樹脂１６０によって封止する。尚、アンダーフィル樹脂１７０の充填は、省略することもできる。
【００６５】
次いで、図１４（Ａ）に示すように、封止樹脂１６０の表層部を除去し、封止樹脂１６０で覆われていた接続部１５０の上端を表出させる。例えば、封止樹脂１６０に対するレーザ照射を行い、封止樹脂１６０の表層部を灰化して除去することによって、接続部１５０を表出させる。次いで、図１４（Ｂ）に示すように、表出させた接続部１５０周囲の封止樹脂１６０上に、レジストマスク５００を形成する。このレジストマスク５００は、例えば、接続部１５０が表出する封止樹脂１６０上にレジスト膜を形成し、露光、現像を行ってパターニングすることによって、形成することができる。
【００６６】
次いで、図１５（Ａ）に示すように、例えばＣｕ等を無電解めっき法或いは蒸着法を用いて形成し、第１アンテナ層１４１を形成する。そして、図１５（Ｂ）に示すように、レジストマスク５００を除去することによって、接続部１５０上に形成された部分がその周囲の部分から分離されたパターンを有する、最終的な第１アンテナ層１４１を形成する。
【００６７】
次いで、図１６（Ａ）に示すように、第１アンテナ層１４１の上に、導通部１４４を含む誘電体層１４３、及び第２アンテナ層１４２を形成する。その際は、例えば、導通部１４４を含む誘電体層１４３を形成し、その後、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成する。或いは、予め、導通部１４４を含む誘電体層１４３の上に、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成したシートを作製しておき、これを第１アンテナ層１４１の上に接着する。これにより、アンテナ素子１４０を完成させる。最後に、図１６（Ｂ）に示すように、ダイシングを行って、個々の半導体モジュール１００ｂに個片化する。
【００６８】
以上の工程により、図１０に示したような半導体モジュール１００ｂが形成される。このような半導体モジュール１００ｂが、マザー基板３００に実装される。
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ｂによれば、マザー基板３００上の少ないスペースに、シールド機能とアンテナ機能を組み込むことができる。ここで比較のため、別形態の半導体モジュールについて、図１７を参照して説明する。
【００６９】
図１７に示す半導体装置（電子装置）１０００は、シールド機能を備えた半導体モジュール１１００と、アンテナ部品１２００とが、半田等のバンプ１０１を介して、マザー基板３００の電極パッド３０１に電気的に接続され、実装されている。
【００７０】
半導体モジュール１１００は、モジュール基板１１１０に実装された半導体素子１１２０、及び受動部品等の電子素子１１８０が、電磁波をシールドするための金属ケース１１９０で覆われた構造を有している。このような半導体モジュール１１００外部のマザー基板３００上に、アンテナ部品１２００が別途実装されている。半導体モジュール１１００の半導体素子１１２０とアンテナ部品１２００とは、マザー基板３００を介して電気的に接続されている。
【００７１】
図１７に示した電子装置１０００では、半導体素子１１２０及び電子素子１１８０を金属ケース１１９０で覆って電磁波のシールドを行う一方、外部の電磁波を受信するために、アンテナ部品１２００を金属ケース１１９０の外側に実装するようにしている。このように電子装置１０００では、マザー基板３００上の異なる領域に、半導体モジュール１１００とアンテナ部品１２００がそれぞれ実装されるため、シールド機能とアンテナ機能を実現するために、マザー基板３００上に比較的大きなスペースが必要になる。
【００７２】
これに対し、上記第２の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｂでは、１モジュールにシールド機能とアンテナ機能が組み込まれる。そのため、マザー基板３００上の比較的少ないスペースにおいて、シールド機能とアンテナ機能を実現することが可能になっている。
【００７３】
また、このような半導体モジュール１００ｂは、その形成にあたり、構成部品の複雑な加工や、構成部品間の複雑な電気的接続を行うことを要しない。
第２の実施の形態で述べたような構成及び形成方法によれば、比較的簡便に形成可能で、所望の特性及び信頼性を有する、小型の半導体モジュール１００ｂを実現することができる。
【００７４】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１８及び図１９は第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図１８には、第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の断面を模式的に図示している。図１９には、第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の上面から見た外観を模式的に図示している。尚、図１８は図１９のＬ２−Ｌ２断面に相当する断面模式図である。
【００７５】
図１８及び図１９に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ｃは、モジュール基板１１０と、アンテナ素子１４０の第１アンテナ層１４１とが、第２の接続部１５０ｃ及び接合部１１３を介して電気的に接続された構成を有している。第３の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｃは、このような点で、上記第２の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｂ（図１０及び図１１）と相違する。尚、この第３の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｃについても、導通部１４４（導通部１４４ａを除く）を設けずに、アンテナ素子を構成してもよい。
【００７６】
このような半導体モジュール１００ｃでは、異なる周波数帯の電磁波による電気信号を、接続部１５０，１５０ｃのそれぞれを介して半導体素子１２０に供給することが可能になる。例えば、ＭＨｚ帯電磁波の受発信時の電気信号を一方の接続部１５０を使って半導体素子１２０との間でやり取りし、ＧＨｚ帯電磁波の受発信時の電気信号を他方の接続部１５０ｃを使って半導体素子１２０との間でやり取りすることが可能になる。
【００７７】
接続部１５０，１５０ｃの位置は、半導体素子１２０や他の電子素子１８０の配置に基づき、設定することができる。受発信対象の電磁波の周波数、接続部１５０，１５０ｃの配置等に基づき、アンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２に形成するスロットペアの各スロットサイズ、スロットペアの配置等を設定することができる。
【００７８】
半導体モジュール１００ｃは、上記半導体モジュール１００ｂについて図１２〜図１６で述べたのと同様の流れで形成することができる。即ち、第２の接続部１５０ｃを有する半導体モジュール１００ｃの場合には、図１３（Ａ）の工程において、第１の接続部１５０と同様にして、この第２の接続部１５０ｃをモジュール基板１１０上に実装、或いは形成する。以降の工程は、上記同様に行うことが可能である。
【００７９】
第３の実施の形態で述べたような構成及び形成方法によっても、上記第２の実施の形態同様、比較的簡便に形成可能で、所望の特性及び信頼性を有する、小型の半導体モジュール１００ｃを実現することができる。
【００８０】
次に、第４の実施の形態について説明する。
図２０及び図２１は第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図２０には、第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の断面を模式的に図示している。図２１には、第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の上面から見た外観を模式的に図示している。尚、図２０は図２１（Ｂ）のＬ３−Ｌ３断面に相当する断面模式図である。
【００８１】
図２０に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ｄは、モジュール基板１１０、半導体素子１２０、シールド層１３０、アンテナ素子１４０、接続部１５０、及び封止樹脂１６０を有している。
【００８２】
この半導体モジュール１００ｄのアンテナ素子１４０は、次のような構成を有している。即ち、封止樹脂１６０上に設けられた第１アンテナ層１４１、封止樹脂１６０の一側面と第１アンテナ層１４１上の一部に設けられた誘電体層１４３、及び誘電体層１４３上に設けられた所定の導波パターン形状の第２アンテナ層１４２を含んでいる。
【００８３】
このような構成を有するアンテナ素子１４０の第１アンテナ層１４１は、接続部１５０を介してモジュール基板１１０に電気的に接続されている。誘電体層１４３には、例えば樹脂層を用いることができる。第２アンテナ層１４２には、様々な導波パターンを採用することが可能であり、例えば図２１（Ａ），（Ｂ）に示すような線状アンテナパターンを採用することが可能である。
【００８４】
第２アンテナ層１４２には、例えば図２１（Ａ）に示すように、モノポールアンテナパターンを採用することができる。各モノポールアンテナパターンの一端部が半田等の接合部１１３ｄを介してモジュール基板１１０に電気的に接続され、更にそのモジュール基板１１０を介して半導体素子１２０に電気的に接続される。また、第２アンテナ層１４２には、例えば図２１（Ｂ）に示すように、逆Ｆ型アンテナパターンを採用することもできる。このような逆Ｆ型アンテナパターンでは、各アンテナパターンの２点が接合部１１３ｄを介してモジュール基板１１０に電気的に接続される。
【００８５】
このようなアンテナ素子１４０において、電磁波が受信されて得られる電気信号は、接合部１１３ｄ及び接続部１５０からモジュール基板１１０を介して半導体素子１２０に供給される。また、発信時には、接合部１１３ｄ及び接続部１５０を介して給電が行われる。尚、給電は、誘電体層１４３及び第２アンテナ層１４２の配置領域の中央部で行うと利得が大きくなる。
【００８６】
第３の実施の形態に係るアンテナ素子１４０は、第１アンテナ層１４１上に誘電体層１４３を介して第２アンテナ層１４２が配置される構造である。この誘電体層１４３の誘電率と厚さ、及び第２アンテナ層１４２のパターンの配置と長さを適宜設計することで、受発信可能なアンテナ素子１４０が構成される。
【００８７】
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ｄのアンテナ素子１４０は、封止樹脂１６０上に形成され、接続部１５０に繋がる第１アンテナ層１４１の上に、誘電体層１４３及び第２アンテナ層１４２を形成することで得られる。例えば、誘電体層１４３としてポリイミド等のフィルムを用い、このようなフィルム上に予め第２アンテナ層１４２のアンテナパターンを形成しておく。そして、このように第２アンテナ層１４２を形成した誘電体層１４３を、封止樹脂１６０上に形成した第１アンテナ層１４１、及び封止樹脂１６０の側面に接着する。第２アンテナ層１４２の所定の端子は、半田等の接合部１１３ｄによってモジュール基板１１０に電気的に接続する。これにより、図２０及び図２１に示したような半導体モジュール１００ｄを得る。
【００８８】
第４の実施の形態で述べたような構成及び形成方法によっても、比較的簡便に形成可能で、所望の特性及び信頼性を有する、小型の半導体モジュール１００ｄを実現することができる。
【００８９】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 回路基板と、
前記回路基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の上面に配設されたシールド層と、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ素子と、
前記半導体素子と前記アンテナ素子とを電気的に接続する、前記シールド層を貫通した接続部と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【００９０】
（付記２） 前記接続部は、ＴＳＶであることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３） 前記接続部は、柱状であって、前記シールド層を貫通して前記半導体素子に電気的に接続され、当該接続部に前記アンテナ素子が電気的に接続されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【００９１】
（付記４） 前記半導体素子を封止する封止樹脂を含み、
前記アンテナ素子は、前記封止樹脂上に配設され、
前記接続部は、柱状であって、前記封止樹脂を貫通して前記回路基板に電気的に接続され、当該接続部に前記アンテナ素子が電気的に接続されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【００９２】
（付記５） 前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設された第１アンテナ層と、
前記第１アンテナ層の上方に配設された第２アンテナ層と、
前記第１アンテナ層と前記第２アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【００９３】
（付記６） 前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ層と、
前記シールド層と前記アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【００９４】
（付記７） 前記アンテナ素子は、前記誘電体層を貫通する導通部を含むことを特徴とする付記５又は６に記載の半導体装置。
（付記８） 前記シールド層は、磁性体粒子を含有する樹脂層を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【００９５】
（付記９） 前記シールド層は、磁性体材料からなる磁性体層を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１０） 前記シールド層は、金属材料からなる金属層を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【００９６】
（付記１１） 半導体素子の上面にシールド層を配設する工程と、
前記シールド層を貫通して前記半導体素子に電気的に接続される柱状の接続部を配設する工程と、
前記シールド層の上方に、前記接続部に電気的に接続されるアンテナ素子を配設する工程と、
前記アンテナ素子の配設後、前記半導体素子を回路基板に実装する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２） 前記柱状の接続部は、前記半導体素子を貫通するＴＳＶであることを特徴とする付記１１に記載の半導体装置の製造方法。
【００９７】
（付記１３） 半導体素子の上面にシールド層を配設する工程と、
前記シールド層の配設後、前記半導体素子を回路基板に実装する工程と、
前記回路基板上に柱状の接続部を電気的に接続する工程と、
前記半導体素子及び前記接続部を封止樹脂で封止する工程と、
前記封止樹脂の上方に、前記接続部に電気的に接続されるアンテナ素子を配設する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００９８】
１０ａ，１０ｂ，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１１００ 半導体モジュール（半導体装置）
１１，１１０，１１１０ モジュール基板（回路基板）
１１ａ，１２ｂ，１１１，１１２，１２１，３０１ 電極パッド
１１ｂ，１１３，１１３ｄ 接合部
１２，１２０，１１２０ 半導体素子
１２ａ，１０１，１２２ バンプ
１３，１３０ シールド層
１４，１４０ アンテナ素子
１５，１５０，１５０ｃ 接続部
１６，１６０ 封止樹脂
１２４ 半導体基板
１３１ 磁性体粒子
１３２ 樹脂
１３３ 炭化層
１４１ 第１アンテナ層
１４２ 第２アンテナ層
１４３ 誘電体層
１４４，１４４ａ 導通部
１４５ 中空部
１５１ 開口部
１７０ アンダーフィル樹脂
１８０，１１８０ 電子素子
３００ マザー基板
４００ アンテナ層
４０１ スロットペア
４０１ａ スロット
５００ レジストマスク
１０００ 電子装置（半導体装置）
１１９０ 金属ケース
１２００ アンテナ部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板に実装された半導体素子等について電磁波をシールドする技術や、半導体素子等を実装した回路基板にアンテナを設ける技術が知られている。また、回路基板に実装された半導体素子等をシールドで覆い、更にこの構造体をアンテナで覆う技術が知られている。更にまた、回路基板の半導体素子等が実装された面と反対側の面にアンテナを設ける技術、半導体素子等を内蔵したパッケージの背面にアンテナを設ける技術が知られている。
【０００３】
このほか、アンテナからの送受信信号の伝搬特性の観点から、信号配線層を囲むように導電層を配置する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３７９００４号公報
【特許文献２】特表２００４−５１９９１６号公報
【特許文献３】特開２００９−１５８７４２号公報
【特許文献４】特開２００１−２９２０２６号公報
【特許文献５】特開２００７−００５７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、シールドとして機能するシールド部品を設けたモジュール（半導体素子を含む半導体装置）と、アンテナとして機能するアンテナ部品を、マザー基板等の１枚の回路基板上にそれぞれ実装した装置の場合、装置の大型化を招くことがあった。また、シールド部品とアンテナ部品を共に設けて１つのモジュールを構成する場合には、モジュールの組み立ての際に各構成部品の加工や電気的接続が複雑になったり、所望の特性及び信頼性を確保して組み立てることが難しかったりすることがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、回路基板と、前記回路基板に実装された半導体素子と、前記半導体素子の上面に配設されたシールド層と、前記シールド層の上方に配設されたアンテナ素子と、前記半導体素子と前記アンテナ素子とを電気的に接続する、前記シールド層を貫通した接続部と、を含む半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、小型で、より簡便に製造可能な半導体装置を、所望の特性及び信頼性を確保して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】半導体装置の第１構成例を示す図である。
【図２】半導体装置の第２構成例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。
【図４】アンテナ層の導波パターンの一例を示す図である。
【図５】アンテナ素子及び接続部の説明図である。
【図６】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その１）である。
【図７】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その２）である。
【図８】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その３）である。
【図９】第１の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その４）である。
【図１０】第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図１１】第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その２）である。
【図１２】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その１）である。
【図１３】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その２）である。
【図１４】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その３）である。
【図１５】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その４）である。
【図１６】第２の実施の形態に係る半導体モジュール形成方法の一例の説明図（その５）である。
【図１７】別形態の半導体モジュールの説明図である。
【図１８】第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図１９】第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その２）である。
【図２０】第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図２１】第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は半導体装置の第１構成例を示す図である。図１には、半導体装置の第１構成例の断面を模式的に図示している。
図１に示す半導体装置（半導体モジュール）１０ａは、回路基板（モジュール基板）１１、半導体素子１２、シールド層１３、アンテナ素子１４、及び接続部１５を有している。
【００１０】
モジュール基板１１には、ここでは図示を省略するが、内部に配線及びビア等の導電部によって形成された所定の回路が設けられており、また、表裏面に電極パッド１１ａが設けられている。このようなモジュール基板１１の上に、半導体素子１２が実装されている。半導体素子１２は、ここでは一例として、その下面（配線層等が形成された回路面）側にモジュール基板１１の電極パッド１１ａに対応して設けられたバンプ１２ａ及び電極パッド１２ｂ、及び接合部１１ｂを介して、フリップチップ実装されている場合を示している。
【００１１】
このようにしてモジュール基板１１に実装された半導体素子１２の、少なくとも上面（半導体基板面）に、シールド層１３が設けられている。シールド層１３は、半導体素子１２に向かって入射してくる電磁波をシールドし、或いは半導体素子１２で発生する電磁波の外部への放射をシールドする。シールド層１３は、このような電磁波シールドが可能な材料、例えば磁性体材料や金属材料を用いて形成される。
【００１２】
例えばシールド層１３には、磁性体粒子を樹脂中に分散させた層（シート）、磁性体材料からなる磁性体層、銅（Ｃｕ）等の金属材料からなる金属層等を用いることができる。またシールド層１３には、その一部に、磁性体粒子を樹脂中に分散させたシート、磁性体層、又は金属層を含むものを用いることもできる。金属層をシールド層１３の一部に用いる場合、その金属層は、例えばシールド層１３の表層部に設けることが望ましい。
【００１３】
シールド層１３上にはアンテナ素子１４が設けられている。アンテナ素子１４は、外部の電磁波を受信するアンテナの機能を有している。アンテナ素子１４には、電磁波を受信する、例えば所定の導波パターン（導波路）が形成された、少なくとも１層のアンテナ層が設けられる。アンテナ層は、ＣｕやＣｕを主体とする金属材料を用いて形成することができる。アンテナ層は、例えば樹脂等の誘電体層の表面や表裏面に設けることができる。また、表裏面に設けたアンテナ層を、間の誘電体層を貫通するように設けた導通部で電気的に接続することもできる。
【００１４】
アンテナ素子１４は、接続部１５を介して半導体素子１２と電気的に接続されている。ここでは一例として、シールド層１３を貫通し半導体素子１２の内部に達する接続部１５を設け、この接続部１５にシールド層１３上にてアンテナ素子１４を電気的に接続することで、半導体素子１２とアンテナ素子１４とを電気的に接続した場合を示している。
【００１５】
この場合、接続部１５は、例えば、シールド層１３、及び半導体素子１２の半導体基板を貫通し、その半導体基板上（ここではモジュール基板１１側）に設けられている配線層内の導電部に接続される、ＴＳＶ（Through Silicon Via）とすることができる。
【００１６】
上記のように、図１の半導体モジュール１０ａは、モジュール基板１１に実装された半導体素子１２と、アンテナ素子１４とを、半導体素子１２の上面に設けたシールド層１３を貫通する接続部１５によって電気的に接続した構成を有している。アンテナ素子１４で所定の電磁波が受信されることによって得られる電流等の電気信号は、接続部１５を介して半導体素子１２に供給される。アンテナ素子１４で受信した電磁波の、半導体素子１２への入射、或いは半導体素子１２から生じる電磁波の放射は、シールド層１３によって抑えられる。また、発信時のアンテナ素子１４には、モジュール基板１１から半導体素子１２、更に接続部１５を介して給電が行われる。
【００１７】
このように半導体モジュール１０ａは、半導体素子１２の上にシールド層１３を設け、シールド層１３の上にアンテナ素子１４を設けることによって、シールド機能とアンテナ機能とを兼ね備えたモジュール構造とされている。従って、例えば、シールド機能を有するモジュールの外部に別途アンテナ部品を設けるような場合に比べ、モジュールサイズの小型化を図ることが可能になる。
【００１８】
尚、ここでは一例として、半導体素子１２の上面のみにシールド層１３を設けた場合を示したが、シールド層１３は、半導体素子１２の上面のほか、その側面にも設けることができる。例えば、比較的厚みのある半導体素子１２の場合、或いは外部の電磁波の側面からの入射や発生した電磁波の側面からの放射が看過できない半導体素子１２の場合等には、半導体素子１２の上面及び側面にシールド層１３を形成する。
【００１９】
また、図１に示した接続部１５の形成位置は一例であって、半導体素子１２やアンテナ素子１４の構造に応じて適宜設定することができる。例えば、半導体素子１２の中央部よりも外側の端部に接続部１５を設けるようにしてもよい。更に、接続部１５は、次の図２に示すように、半導体素子１２の外部に設けることもできる。
【００２０】
図２は半導体装置の第２構成例を示す図である。図２には、半導体装置の第２構成例の断面を模式的に図示している。
図２に示す半導体装置（半導体モジュール）１０ｂは、上面にシールド層１３が設けられた半導体素子１２が実装されているモジュール基板１１と、シールド層１３の上に設けられたアンテナ素子１４とが、接続部１５によって電気的に接続された構造を有している。モジュール基板１１とアンテナ素子１４の間の半導体素子１２及び接続部１５は、封止樹脂１６によって封止されている。
【００２１】
アンテナ素子１４で電磁波が受信されて得られる電気信号は、接続部１５からモジュール基板１１を介して半導体素子１２に供給される。また、発信時のアンテナ素子１４には、モジュール基板１１から接続部１５を介して給電が行われる。
【００２２】
このような構成を有する半導体モジュール１０ｂによっても、上記の半導体モジュール１０ａと同様に、例えばアンテナ部品を別途モジュール外に設けるようなモジュール構造とした場合に比べ、モジュールサイズの小型化を図ることが可能になる。
【００２３】
以下、半導体モジュールについて、より詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図３は第１の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図３には、第１の実施の形態に係る半導体モジュールの断面を模式的に図示している。
【００２４】
図３に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ａは、モジュール基板（回路基板）１１０、半導体素子１２０、シールド層１３０、アンテナ素子１４０、及び接続部１５０を有している。
【００２５】
半導体モジュール１００ａのモジュール基板１１０は、その内部に配線及びビア等の導電部で形成された所定の回路（図示せず）を有している。モジュール基板１１０の表裏面には、外部接続端子である電極パッド１１１，１１２が設けられている。
【００２６】
モジュール基板１１０の一方の面側には、半導体素子１２０が実装されている。半導体素子１２０は、その下面（配線層等が形成された回路面）側にモジュール基板１１０の電極パッド１１１に対応して設けられた電極パッド１２１及びバンプ１２２を介し、接合部１１３でフリップチップ実装されている。半導体素子１２０とモジュール基板１１０の間には、アンダーフィル樹脂１７０が充填されている。
【００２７】
半導体素子１２０の上面（半導体基板面）には、シールド層１３０、例えば磁性体粒子を樹脂に含有させてシート状に形成されたシールド層１３０が設けられている。尚、シールド層１３０は、半導体素子１２０の形態に応じ、半導体素子１２０の上面のほか、側面に設けられていてもよい。このシールド層１３０上に、アンテナ素子１４０が設けられている。
【００２８】
アンテナ素子１４０は、第１アンテナ層１４１、第２アンテナ層１４２、誘電体層１４３、及び導通部（ビア）１４４を有している。
第１アンテナ層１４１は、シールド層１３０上に設けられ、第１アンテナ層１４１上に、誘電体層１４３を介して第２アンテナ層１４２が設けられている。第１アンテナ層１４１及び第２アンテナ層１４２は、Ｃｕ又はＣｕ主体の金属材料を用いて形成される。第１アンテナ層１４１と第２アンテナ層１４２は、誘電体層１４３を貫通する、Ｃｕや半田等を用いた導通部１４４によって電気的に接続されている。
【００２９】
第１アンテナ層１４１は、例えば、プレーン状に設けられ、第２アンテナ層１４２は、例えば、受信した電磁波を伝播させる所定の導波パターンが形成されて設けられる。尚、第２アンテナ層１４２の導波パターンについては後述する。
【００３０】
アンテナ素子１４０は、接続部１５０を介して半導体素子１２０に電気的に接続されている。接続部１５０は、ＴＳＶとすることができる。このような接続部１５０が、アンテナ素子１４０の第１アンテナ層１４１、その下のシールド層１３０を貫通し、半導体素子１２０の内部に達するように設けられる。接続部１５０は、半導体素子１２０内の所定箇所、ここでは一例として図示しない配線に繋がっている電極パッド１２１の１つに、接続されている。接続部１５０の上端は、ここではアンテナ素子１４０の導通部１４４ａ（１４４）と接続されている。
【００３１】
このような構成を有する半導体モジュール１００ａが、半田等のバンプ１０１を介して、マザー基板３００の電極パッド３０１に電気的に接続され、実装されている。
上記半導体モジュール１００ａにおけるアンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２には、前述のように、所定の導波パターンが形成される。
【００３２】
図４はアンテナ層の導波パターンの一例を示す図である。図４には、アンテナ層の平面図の一例を模式的に図示している。
図４（Ａ），（Ｂ）に示すアンテナ層４００は、一対の長方形のスロット４０１ａ（開口部（貫通孔））を互いの長軸方向が交差するような向きで配置したスロットペア４０１を用いて、導波パターンが形成されている。図４（Ａ）には、複数のスロットペア４０１が並設された、いわゆるマルチスロットペアアンテナの導波パターンを示している。図４（Ｂ）には、複数のスロットペア４０１が渦巻き状（点線で図示）に並設された、いわゆるラジアルラインスロットペアアンテナを示している。
【００３３】
各スロットペア４０１のスロット４０１ａの平面サイズ及び配置、複数スロットペア４０１の配置は、アンテナ層４００による受発信対象の電磁波の周波数（波長）等に基づいて設計される。アンテナ層４００では、各スロットペア４０１の近傍位置に設けられる導通部１４４、或いは中央部の導通部１４４ａ（１４４）を介して、受発信時の電気信号のやり取りが行われる。
【００３４】
上記半導体モジュール１００ａにおけるアンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２には、例えば、この図４に示すアンテナ層４００のような導波パターンを形成することができる。
【００３５】
図５はアンテナ素子及び接続部の説明図である。図５には、アンテナ素子及び接続部の断面を模式的に図示している。
図５（Ａ）には、第１アンテナ層１４１にプレーン状の導波パターンが形成され、第２アンテナ層１４２にスロット４０１ａ（スロットペア４０１）を含む導波パターンが形成されたアンテナ素子１４０を例示している。第１アンテナ層１４１及び第２アンテナ層１４２は、各スロットペア４０１の位置に設けられた導通部１４４で電気的に接続されている。中央部に位置する導通部１４４ａ（１４４）は、接続部１５０に電気的に接続されている。
【００３６】
尚、接続部１５０と電気的に接続される、中央部の導通部１４４ａの周囲には、この図５に示したように、中空部１４５を設けるようにしてもよい。
また、接続部１５０と第１アンテナ層１４１の間には、それらを絶縁する構成、例えば、絶縁性の膜を設けたり、第１アンテナ層１４１のエッジを接続部１５０の側面から離間させたりする構成を採用してもよい。
【００３７】
また、図５（Ｂ）のように、第１アンテナ層１４１と第２アンテナ層１４２の間に導通部１４４（接続部１５０に接続される導通部１４４ａを除く）を設けず、第１アンテナ層１４１と第２アンテナ層１４２をキャパシタ結合させて、アンテナ素子を構成してもよい。
【００３８】
更にまた、シールド層１３０に、例えばその全部又は一部（表層部）がＣｕ等の金属層であるものを用いる場合には、図５（Ｃ）のように、第１アンテナ層１４１を設けない構成とすることもできる。この場合は、シールド層１３０、導通部１４４を含む誘電体層１４３、及び第２アンテナ層１４２により、アンテナ素子が構成される。即ち、シールド層１３０が、上記の第１アンテナ層１４１に代わってアンテナ素子の一部として機能する。尚、このようにシールド層１３０をアンテナ素子の一部として機能させる場合においても、導通部１４４（導通部１４４ａを除く）を設けない構成とすることが可能である。
【００３９】
半導体モジュール１００ａにおいて、アンテナ素子１４０で電磁波が受信されて得られる電気信号は、接続部１５０を介して半導体素子１２０に供給される。また、発信時には、アンテナ素子１４０に、モジュール基板１１０から半導体素子１２０、更に接続部１５０を介して給電が行われる。
【００４０】
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ａが、マザー基板（回路基板）３００に実装されている。
半導体モジュール１００ａでは、モジュール基板１１０に実装した半導体素子１２０の上に、シールド層１３０、アンテナ素子１４０を設けることにより、モジュールサイズを小型化することが可能になる。
【００４１】
続いて、第１の実施の形態に係る半導体モジュール１００ａの形成方法の一例について、図６〜図９を参照して説明する。
まず、図６（Ａ）に示すような半導体素子１２０を準備する。尚、図６（Ａ）には１つの半導体素子１２０のみを図示しているが、この準備段階では、個々の半導体素子１２０に個片化するダイシング前の、ウェハ状態のものを用いることができる。
【００４２】
次いで、図６（Ｂ）に示すように、半導体素子１２０（ウェハ状態）の上面（半導体基板面）にシールド層１３０を形成し、更にそのシールド層１３０上に第１アンテナ層１４１を形成する。シールド層１３０には、ここでは磁性体粒子（磁性体金属粉末）を樹脂中に分散させたシートを用いる。予め作製したこのようなシート（樹脂は半硬化状態）を半導体素子１２０の上面に接着し硬化させる、或いは、磁性体粒子を樹脂中に分散させたペースト状樹脂組成物を半導体素子１２０の上面に塗布し硬化させる。それにより、シールド層１３０を形成する。第１アンテナ層１４１は、Ｃｕ等を、無電解めっき法或いは蒸着法を用いて、シールド層１３０上に形成する。
【００４３】
次いで、図６（Ｃ）に示すように、上記の接続部１５０を形成する位置に、レーザ照射により、第１アンテナ層１４１及びシールド層１３０を貫通し、半導体素子１２０の内部に達する開口部１５１を形成する。ここでは一例として、このようなレーザ照射により、半導体素子１２０の下面（配線層等が形成された回路面）に表出する電極パッド１２１に達する開口部１５１を形成している。
【００４４】
このレーザ照射により、例えば図９に示すように、磁性体粒子１３１を樹脂１３２中に分散させたシールド層１３０の開口部１５１の側壁部が炭化され、炭化層１３３が形成される。シールド層１３０は、この炭化層１３３の部分では導電性を示すようになる（炭化層１３３以外の部分は絶縁性或いは高抵抗）。また、このレーザ照射により、半導体素子１２０（半導体基板１２４）の開口部１５１の側壁部は酸化され、酸化層（図示せず）が形成される。例えば、半導体基板１２４にシリコン（Ｓｉ）基板が用いられている場合、酸化シリコン（ＳｉＯ）層が形成されるようになる。また、このレーザ照射により、第１アンテナ層１４１の開口部１５１の側壁部にも酸化層（図示せず）が形成され得る。
【００４５】
このようなレーザ照射による開口部１５１の形成後は、酸素（Ｏ2）プラズマガスを用いたアッシングを実施してもよい。このようなアッシングを実施することにより、開口部１５１内面に露出する半導体基板１２４表面を酸化し、或いはレーザ照射時に形成された酸化層を安定化させ、開口部１５１内の半導体基板１２４表面の絶縁性を高める。また、このアッシングにより、第１アンテナ層１４１の表面（上面及び開口部１５１内面）も酸化され得る。
【００４６】
次いで、図６（Ｄ）に示すように、開口部１５１内に導電性材料を充填し、接続部１５０を形成する。例えば、開口部１５１内に、半田系の導電性ペーストを充填し、リフローを行うことで、接続部１５０を形成する。このとき、開口部１５１内面の半導体基板（図９の半導体基板１２４）及び第１アンテナ層１４１に酸化層が形成されていることで、それらと接続部１５０とは電気的に絶縁される。
【００４７】
次いで、図７（Ａ）に示すように、第１アンテナ層１４１（ウェハ状態）上に誘電体層１４３及び導通部１４４を形成する。例えば、予め誘電体層１４３とそれを貫通する導通部１４４を有するシートを形成しておき、これを第１アンテナ層１４１上に接着する。
【００４８】
このようなシートは、例えば、樹脂等で形成した誘電体層１４３に対し、レーザ照射等で貫通孔を形成し、その貫通孔に半田系の導電性ペーストを充填して導通部１４４とすることによって、形成することができる。このシートを第１アンテナ層１４１上に接着し、リフローを行うことで、各導通部１４４を、第１アンテナ層１４１及び接続部１５０と接続させることができる。尚、シートの接着前に、第１アンテナ層１４１や接続部１５０の表面が酸化されている場合には、還元処理を行ったうえで、シートの接着を行うようにしてもよい。
【００４９】
次いで、図７（Ｂ）に示すように、導通部１４４を含む誘電体層１４３（ウェハ状態）上に、上記のようなスロットペア４０１を用いた導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成する。第２アンテナ層１４２は、例えば、導通部１４４を含む誘電体層１４３上に、Ｃｕ等の層を無電解めっき法や蒸着法を用いて形成し、その形成した層に、レーザ照射等で所定の導波パターン（スロットペア４０１の開口）を形成することによって、形成する。或いは、支持テープ上にＣｕ等の層を無電解めっき法や蒸着法を用いて形成し、その層に所定の導波パターンを形成したものを、導通部１４４を含む誘電体層１４３上に接着することで形成してもよい。第２アンテナ層１４２を形成することで、アンテナ素子１４０を得る。
【００５０】
尚、ここでは、第１アンテナ層１４１の上に、導通部１４４を含む誘電体層１４３を形成し、その後、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成するようにした。このほか、予め、導通部１４４を含む誘電体層１４３の上に、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成したシートを作製しておき、これを第１アンテナ層１４１の上に接着するようにしてもよい。
【００５１】
次いで、図７（Ｃ）に示すように、半導体素子１２０の電極パッド１２１上にバンプ１２２を形成する。バンプ１２２には、スタッドバンプ、ボールバンプ、ポスト電極等、様々なものを用いることができる。バンプ１２２の形成は、例えば、ウェハ状態の半導体素子１２０に対して行い、その後、ダイシングが行われて、個々の半導体素子１２０に個片化される。或いは、ダイシングを行って個片化した後の半導体素子１２０に対してそれぞれバンプ１２２の形成を行うようにしてもよい。
【００５２】
次いで、図８（Ａ）に示すように、モジュール基板１１０の電極パッド１１１に半田系の導電性ペースト等の接合部１１３を形成し、上記のようにしてバンプ１２２の形成まで行った半導体素子１２０を仮実装する。そして、図８（Ｂ）に示すように、リフローを行うことで半導体素子１２０をモジュール基板１１０にフリップチップ実装する。最後に、図８（Ｃ）に示すように、半導体素子１２０とモジュール基板１１０の間にアンダーフィル樹脂１７０を充填し、硬化する。
【００５３】
以上の工程により、図３に示したような半導体モジュール１００ａが形成される。このような半導体モジュール１００ａが、マザー基板３００に実装される。
尚、ここではシールド層１３０として、磁性体粒子を樹脂中に分散させたシートを用いる場合を例にして、半導体モジュール１００ａの形成方法を説明した。このほか、シールド層１３０の全部又は一部（表層部）に金属層を用いた場合（シールド層１３０をアンテナ素子の一部として機能させる場合）にも、これと同様の流れでモジュール形成を行うことが可能である。即ち、上記図６（Ｂ）の工程では、半導体素子１２０の上面に、金属層又は金属層を含むシールド層１３０をめっき法や蒸着法等で形成する。図６（Ｃ）の工程では、レーザ照射により、そのシールド層１３０を貫通し半導体素子１２０の内部に達する開口部１５１の形成を行う。その後、Ｏ2プラズマガスを用いたアッシングを実施して開口部１５１内面（半導体素子１２０の半導体基板、シールド層１３０）の絶縁性を確保し、接続部１５０を充填形成する。以降の工程は、上記同様に行うことが可能である。
【００５４】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図１０及び図１１は第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図１０には、第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の断面を模式的に図示している。図１１には、第２の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の上面から見た外観を模式的に図示している。尚、図１０は図１１のＬ１−Ｌ１断面に相当する断面模式図である。
【００５５】
図１０に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ｂは、モジュール基板１１０、半導体素子１２０、シールド層１３０、アンテナ素子１４０、接続部１５０、及び封止樹脂１６０を有している。
【００５６】
図１０に示すように、モジュール基板１１０には、フリップチップ実装された半導体素子１２０のほか、コンデンサ、インダクタ、抵抗器といった受動部品等の他の電子素子１８０が、半田等の接合部１１３を介して実装されている。このようなモジュール基板１１０に、接合部１１３を介して接続部１５０が設けられている。モジュール基板１１０に実装された、シールド層１３０が設けられた半導体素子１２０、電子素子１８０、及び接続部１５０は、接続部１５０の上端が表出するようにして、封止樹脂１６０で封止されている。この封止樹脂１６０の上に、第１アンテナ層１４１、導通部１４４を含む誘電体層１４３、及び第２アンテナ層１４２を有するアンテナ素子１４０が設けられている。接続部１５０は、その上端の第１アンテナ層１４１（第１アンテナ層１４１の他の部分から分離）、導通部１４４ａ（１４４）を介して、第２アンテナ層１４２に電気的に接続されている。尚、導通部１４４（導通部１４４ａを除く）を設けずに、アンテナ素子を構成してもよい。
【００５７】
モジュール基板１１０には、例えば、図１１に示すように、複数（ここでは一例として３つ）の半導体素子１２０が実装されている。尚、各半導体素子１２０の上面（半導体基板面）にシールド層１３０が設けられ、また、上面のほか側面にもシールド層１３０が設けられていてもよい。
【００５８】
このような半導体モジュール１００ｂでは、そのほぼ中央部に接続部１５０が設けられている。尚、接続部１５０の位置は、半導体素子１２０や他の電子素子１８０の配置に基づき、設定することができる。また、受発信対象の電磁波の周波数、接続部１５０の配置等に基づき、アンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２に形成するスロットペアのスロットサイズ、スロットペアの配置等を設定することができる。
【００５９】
半導体モジュール１００ｂにおいて、アンテナ素子１４０で電磁波が受信されて得られる電気信号は、接続部１５０からモジュール基板１１０を介して半導体素子１２０に供給される。また、発信時には、アンテナ素子１４０に、モジュール基板１１０から接続部１５０を介して給電が行われる。
【００６０】
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ｂが、半田等のバンプ１０１を介して、マザー基板（回路基板）３００の電極パッド３０１に電気的に接続され、実装されている。
【００６１】
続いて、第２の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｂの形成方法の一例について、図１２〜図１６を参照して説明する。
まず、図１２（Ａ）に示すような半導体素子１２０（ウェハ状態）を準備する。次いで、図１２（Ｂ）に示すように、半導体素子１２０の上面（半導体基板面）にシールド層１３０を形成する。シールド層１３０には、磁性体粒子を樹脂中に分散させたシートのほか、全部又は一部が磁性体層や金属層であるもの等を用いることができる。そして、図１２（Ｃ）に示すように、半導体素子１２０の下面（配線層等が形成された回路面）に設けた電極パッド１２１上にバンプ１２２を形成する。尚、バンプ１２２の形成は、ウェハ状態の半導体素子１２０に行うことができ、また、ダイシングで個片化した後の個々の半導体素子１２０に行うこともできる。ウェハ状態でバンプ１２２を形成した場合は、その後、ダイシングで個々の半導体素子１２０に個片化される。
【００６２】
次いで、図１３（Ａ）に示すように、モジュール基板１１０（ここでは一例として断面内に２つ分のモジュール基板１１０が一体となって含まれているものを図示）上に、上記のように半導体素子１２０、接続部１５０、及び受動部品等の電子素子１８０を実装する。例えば、モジュール基板１１０の電極パッド１１１に接合部１１３を形成し、バンプ１２２の形成まで行った半導体素子１２０、接続部１５０、電子素子１８０を仮実装し、その後、リフローを行うことで、各部品をモジュール基板１１０に実装する。
【００６３】
尚、接続部１５０については、未実装のモジュール基板１１０上に、接続部１５０を形成する位置に開口部を有するマスク層を形成し、その開口部に印刷法やめっき法等で導電材料を充填した後、マスク層を除去することで、形成することも可能である。このようにして接続部１５０を形成したモジュール基板１１０に、シールド層１３０を設けた半導体素子１２０、電子素子１８０を実装する。
【００６４】
シールド層１３０を設けた半導体素子１２０、接続部１５０、及び電子素子１８０のモジュール基板１１０への実装後は、図１３（Ｂ）に示すように、モジュール基板１１０と半導体素子１２０の間にアンダーフィル樹脂１７０を充填する。更に、シールド層１３０を設けた半導体素子１２０、接続部１５０、及び電子素子１８０を、封止樹脂１６０によって封止する。尚、アンダーフィル樹脂１７０の充填は、省略することもできる。
【００６５】
次いで、図１４（Ａ）に示すように、封止樹脂１６０の表層部を除去し、封止樹脂１６０で覆われていた接続部１５０の上端を表出させる。例えば、封止樹脂１６０に対するレーザ照射を行い、封止樹脂１６０の表層部を灰化して除去することによって、接続部１５０を表出させる。次いで、図１４（Ｂ）に示すように、表出させた接続部１５０周囲の封止樹脂１６０上に、レジストマスク５００を形成する。このレジストマスク５００は、例えば、接続部１５０が表出する封止樹脂１６０上にレジスト膜を形成し、露光、現像を行ってパターニングすることによって、形成することができる。
【００６６】
次いで、図１５（Ａ）に示すように、例えばＣｕ等を無電解めっき法或いは蒸着法を用いて形成し、第１アンテナ層１４１を形成する。そして、図１５（Ｂ）に示すように、レジストマスク５００を除去することによって、接続部１５０上に形成された部分がその周囲の部分から分離されたパターンを有する、最終的な第１アンテナ層１４１を形成する。
【００６７】
次いで、図１６（Ａ）に示すように、第１アンテナ層１４１の上に、導通部１４４を含む誘電体層１４３、及び第２アンテナ層１４２を形成する。その際は、例えば、導通部１４４を含む誘電体層１４３を形成し、その後、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成する。或いは、予め、導通部１４４を含む誘電体層１４３の上に、所定の導波パターンを有する第２アンテナ層１４２を形成したシートを作製しておき、これを第１アンテナ層１４１の上に接着する。これにより、アンテナ素子１４０を完成させる。最後に、図１６（Ｂ）に示すように、ダイシングを行って、個々の半導体モジュール１００ｂに個片化する。
【００６８】
以上の工程により、図１０に示したような半導体モジュール１００ｂが形成される。このような半導体モジュール１００ｂが、マザー基板３００に実装される。
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ｂによれば、マザー基板３００上の少ないスペースに、シールド機能とアンテナ機能を組み込むことができる。ここで比較のため、別形態の半導体モジュールについて、図１７を参照して説明する。
【００６９】
図１７に示す半導体装置（電子装置）１０００は、シールド機能を備えた半導体モジュール１１００と、アンテナ部品１２００とが、半田等のバンプ１０１を介して、マザー基板３００の電極パッド３０１に電気的に接続され、実装されている。
【００７０】
半導体モジュール１１００は、モジュール基板１１１０に実装された半導体素子１１２０、及び受動部品等の電子素子１１８０が、電磁波をシールドするための金属ケース１１９０で覆われた構造を有している。このような半導体モジュール１１００外部のマザー基板３００上に、アンテナ部品１２００が別途実装されている。半導体モジュール１１００の半導体素子１１２０とアンテナ部品１２００とは、マザー基板３００を介して電気的に接続されている。
【００７１】
図１７に示した電子装置１０００では、半導体素子１１２０及び電子素子１１８０を金属ケース１１９０で覆って電磁波のシールドを行う一方、外部の電磁波を受信するために、アンテナ部品１２００を金属ケース１１９０の外側に実装するようにしている。このように電子装置１０００では、マザー基板３００上の異なる領域に、半導体モジュール１１００とアンテナ部品１２００がそれぞれ実装されるため、シールド機能とアンテナ機能を実現するために、マザー基板３００上に比較的大きなスペースが必要になる。
【００７２】
これに対し、上記第２の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｂでは、１モジュールにシールド機能とアンテナ機能が組み込まれる。そのため、マザー基板３００上の比較的少ないスペースにおいて、シールド機能とアンテナ機能を実現することが可能になっている。
【００７３】
また、このような半導体モジュール１００ｂは、その形成にあたり、構成部品の複雑な加工や、構成部品間の複雑な電気的接続を行うことを要しない。
第２の実施の形態で述べたような構成及び形成方法によれば、比較的簡便に形成可能で、所望の特性及び信頼性を有する、小型の半導体モジュール１００ｂを実現することができる。
【００７４】
次に、第３の実施の形態について説明する。
図１８及び図１９は第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図１８には、第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の断面を模式的に図示している。図１９には、第３の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の上面から見た外観を模式的に図示している。尚、図１８は図１９のＬ２−Ｌ２断面に相当する断面模式図である。
【００７５】
図１８及び図１９に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ｃは、モジュール基板１１０と、アンテナ素子１４０の第１アンテナ層１４１とが、第２の接続部１５０ｃ及び接合部１１３を介して電気的に接続された構成を有している。第３の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｃは、このような点で、上記第２の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｂ（図１０及び図１１）と相違する。尚、この第３の実施の形態に係る半導体モジュール１００ｃについても、導通部１４４（導通部１４４ａを除く）を設けずに、アンテナ素子を構成してもよい。
【００７６】
このような半導体モジュール１００ｃでは、異なる周波数帯の電磁波による電気信号を、接続部１５０，１５０ｃのそれぞれを介して半導体素子１２０に供給することが可能になる。例えば、ＭＨｚ帯電磁波の受発信時の電気信号を一方の接続部１５０を使って半導体素子１２０との間でやり取りし、ＧＨｚ帯電磁波の受発信時の電気信号を他方の接続部１５０ｃを使って半導体素子１２０との間でやり取りすることが可能になる。
【００７７】
接続部１５０，１５０ｃの位置は、半導体素子１２０や他の電子素子１８０の配置に基づき、設定することができる。受発信対象の電磁波の周波数、接続部１５０，１５０ｃの配置等に基づき、アンテナ素子１４０の第２アンテナ層１４２に形成するスロットペアの各スロットサイズ、スロットペアの配置等を設定することができる。
【００７８】
半導体モジュール１００ｃは、上記半導体モジュール１００ｂについて図１２〜図１６で述べたのと同様の流れで形成することができる。即ち、第２の接続部１５０ｃを有する半導体モジュール１００ｃの場合には、図１３（Ａ）の工程において、第１の接続部１５０と同様にして、この第２の接続部１５０ｃをモジュール基板１１０上に実装、或いは形成する。以降の工程は、上記同様に行うことが可能である。
【００７９】
第３の実施の形態で述べたような構成及び形成方法によっても、上記第２の実施の形態同様、比較的簡便に形成可能で、所望の特性及び信頼性を有する、小型の半導体モジュール１００ｃを実現することができる。
【００８０】
次に、第４の実施の形態について説明する。
図２０及び図２１は第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す図である。図２０には、第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の断面を模式的に図示している。図２１には、第４の実施の形態に係る半導体モジュールの一例の上面から見た外観を模式的に図示している。尚、図２０は図２１（Ｂ）のＬ３−Ｌ３断面に相当する断面模式図である。
【００８１】
図２０に示す半導体モジュール（半導体装置）１００ｄは、モジュール基板１１０、半導体素子１２０、シールド層１３０、アンテナ素子１４０、接続部１５０、及び封止樹脂１６０を有している。
【００８２】
この半導体モジュール１００ｄのアンテナ素子１４０は、次のような構成を有している。即ち、封止樹脂１６０上に設けられた第１アンテナ層１４１、封止樹脂１６０の一側面と第１アンテナ層１４１上の一部に設けられた誘電体層１４３、及び誘電体層１４３上に設けられた所定の導波パターン形状の第２アンテナ層１４２を含んでいる。
【００８３】
このような構成を有するアンテナ素子１４０の第１アンテナ層１４１は、接続部１５０を介してモジュール基板１１０に電気的に接続されている。誘電体層１４３には、例えば樹脂層を用いることができる。第２アンテナ層１４２には、様々な導波パターンを採用することが可能であり、例えば図２１（Ａ），（Ｂ）に示すような線状アンテナパターンを採用することが可能である。
【００８４】
第２アンテナ層１４２には、例えば図２１（Ａ）に示すように、モノポールアンテナパターンを採用することができる。各モノポールアンテナパターンの一端部が半田等の接合部１１３ｄを介してモジュール基板１１０に電気的に接続され、更にそのモジュール基板１１０を介して半導体素子１２０に電気的に接続される。また、第２アンテナ層１４２には、例えば図２１（Ｂ）に示すように、逆Ｆ型アンテナパターンを採用することもできる。このような逆Ｆ型アンテナパターンでは、各アンテナパターンの２点が接合部１１３ｄを介してモジュール基板１１０に電気的に接続される。
【００８５】
このようなアンテナ素子１４０において、電磁波が受信されて得られる電気信号は、接合部１１３ｄ及び接続部１５０からモジュール基板１１０を介して半導体素子１２０に供給される。また、発信時には、接合部１１３ｄ及び接続部１５０を介して給電が行われる。尚、給電は、誘電体層１４３及び第２アンテナ層１４２の配置領域の中央部で行うと利得が大きくなる。
【００８６】
第３の実施の形態に係るアンテナ素子１４０は、第１アンテナ層１４１上に誘電体層１４３を介して第２アンテナ層１４２が配置される構造である。この誘電体層１４３の誘電率と厚さ、及び第２アンテナ層１４２のパターンの配置と長さを適宜設計することで、受発信可能なアンテナ素子１４０が構成される。
【００８７】
上記のような構成を有する半導体モジュール１００ｄのアンテナ素子１４０は、封止樹脂１６０上に形成され、接続部１５０に繋がる第１アンテナ層１４１の上に、誘電体層１４３及び第２アンテナ層１４２を形成することで得られる。例えば、誘電体層１４３としてポリイミド等のフィルムを用い、このようなフィルム上に予め第２アンテナ層１４２のアンテナパターンを形成しておく。そして、このように第２アンテナ層１４２を形成した誘電体層１４３を、封止樹脂１６０上に形成した第１アンテナ層１４１、及び封止樹脂１６０の側面に接着する。第２アンテナ層１４２の所定の端子は、半田等の接合部１１３ｄによってモジュール基板１１０に電気的に接続する。これにより、図２０及び図２１に示したような半導体モジュール１００ｄを得る。
【００８８】
第４の実施の形態で述べたような構成及び形成方法によっても、比較的簡便に形成可能で、所望の特性及び信頼性を有する、小型の半導体モジュール１００ｄを実現することができる。
【００８９】
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 回路基板と、
前記回路基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の上面に配設されたシールド層と、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ素子と、
前記半導体素子と前記アンテナ素子とを電気的に接続する、前記シールド層を貫通した接続部と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【００９０】
（付記２） 前記接続部は、ＴＳＶであることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
（付記３） 前記接続部は、柱状であって、前記シールド層を貫通して前記半導体素子に電気的に接続され、当該接続部に前記アンテナ素子が電気的に接続されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【００９１】
（付記４） 前記半導体素子を封止する封止樹脂を含み、
前記アンテナ素子は、前記封止樹脂上に配設され、
前記接続部は、柱状であって、前記封止樹脂を貫通して前記回路基板に電気的に接続され、当該接続部に前記アンテナ素子が電気的に接続されることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。
【００９２】
（付記５） 前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設された第１アンテナ層と、
前記第１アンテナ層の上方に配設された第２アンテナ層と、
前記第１アンテナ層と前記第２アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【００９３】
（付記６） 前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ層と、
前記シールド層と前記アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする付記１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【００９４】
（付記７） 前記アンテナ素子は、前記誘電体層を貫通する導通部を含むことを特徴とする付記５又は６に記載の半導体装置。
（付記８） 前記シールド層は、磁性体粒子を含有する樹脂層を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【００９５】
（付記９） 前記シールド層は、磁性体材料からなる磁性体層を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
（付記１０） 前記シールド層は、金属材料からなる金属層を含むことを特徴とする付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
【００９６】
（付記１１） 半導体素子の上面にシールド層を配設する工程と、
前記シールド層を貫通して前記半導体素子に電気的に接続される柱状の接続部を配設する工程と、
前記シールド層の上方に、前記接続部に電気的に接続されるアンテナ素子を配設する工程と、
前記アンテナ素子の配設後、前記半導体素子を回路基板に実装する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２） 前記柱状の接続部は、前記半導体素子を貫通するＴＳＶであることを特徴とする付記１１に記載の半導体装置の製造方法。
【００９７】
（付記１３） 半導体素子の上面にシールド層を配設する工程と、
前記シールド層の配設後、前記半導体素子を回路基板に実装する工程と、
前記回路基板上に柱状の接続部を電気的に接続する工程と、
前記半導体素子及び前記接続部を封止樹脂で封止する工程と、
前記封止樹脂の上方に、前記接続部に電気的に接続されるアンテナ素子を配設する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００９８】
１０ａ，１０ｂ，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１１００ 半導体モジュール（半導体装置）
１１，１１０，１１１０ モジュール基板（回路基板）
１１ａ，１２ｂ，１１１，１１２，１２１，３０１ 電極パッド
１１ｂ，１１３，１１３ｄ 接合部
１２，１２０，１１２０ 半導体素子
１２ａ，１０１，１２２ バンプ
１３，１３０ シールド層
１４，１４０ アンテナ素子
１５，１５０，１５０ｃ 接続部
１６，１６０ 封止樹脂
１２４ 半導体基板
１３１ 磁性体粒子
１３２ 樹脂
１３３ 炭化層
１４１ 第１アンテナ層
１４２ 第２アンテナ層
１４３ 誘電体層
１４４，１４４ａ 導通部
１４５ 中空部
１５１ 開口部
１７０ アンダーフィル樹脂
１８０，１１８０ 電子素子
３００ マザー基板
４００ アンテナ層
４０１ スロットペア
４０１ａ スロット
５００ レジストマスク
１０００ 電子装置（半導体装置）
１１９０ 金属ケース
１２００ アンテナ部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の上面に配設されたシールド層と、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ素子と、
前記半導体素子と前記アンテナ素子とを電気的に接続する、前記シールド層を貫通した接続部と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接続部は、ＴＳＶであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設された第１アンテナ層と、
前記第１アンテナ層の上方に配設された第２アンテナ層と、
前記第１アンテナ層と前記第２アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ層と、
前記シールド層と前記アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子の上面にシールド層を配設する工程と、
前記シールド層を貫通して前記半導体素子に電気的に接続される柱状の接続部を配設する工程と、
前記シールド層の上方に、前記接続部に電気的に接続されるアンテナ素子を配設する工程と、
前記アンテナ素子の配設後、前記半導体素子を回路基板に実装する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記柱状の接続部は、前記半導体素子を貫通するＴＳＶであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の上面に配設されたシールド層と、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ素子と、
前記半導体素子と前記アンテナ素子とを電気的に接続する、前記シールド層を貫通した接続部と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記接続部は、ＴＳＶであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設された第１アンテナ層と、
前記第１アンテナ層の上方に配設された第２アンテナ層と、
前記第１アンテナ層と前記第２アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子は、
前記シールド層の上方に配設されたアンテナ層と、
前記シールド層と前記アンテナ層の間に配設された誘電体層と、
を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子の上面にシールド層を配設する工程と、
前記シールド層を貫通して前記半導体素子に電気的に接続される柱状の接続部を配設する工程と、
前記シールド層の上方に、前記接続部に電気的に接続されるアンテナ素子を配設する工程と、
前記アンテナ素子の配設後、前記半導体素子を回路基板に実装する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記柱状の接続部は、前記半導体素子を貫通するＴＳＶであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−２１６２８（Ｐ２０１３−２１６２８Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５４０９（Ｐ２０１１−１５５４０９）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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