带有硅基集成天线的射频识别标卡制造技术

本发明专利技术属于射频识别技术领域，特别涉及带有硅基集成天线的射频识别标卡。本发明专利技术包括集成有工作电路的标签芯片和天线两部分，其特征在于，所述天线集成在该标签芯片的同一硅片上，还包括设置在所述集成天线与该标签的工作电路之间的隔离带，设置在该天线与该硅片衬底之间的隔离层。本发明专利技术以芯片面积即芯片制造成本一定程度的增加为代价，消除了天线制造和封装的成本，从而降低了整个射频识别标卡的成本。另外，整个射频识别标卡的尺寸大大减小，便于应用于更多需要小尺寸标签的场合。本发明专利技术特别适用于工作在超高频（ＵＨＦ）及以上频段的射频识别（ＲＦＩＤ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频识别
，特别涉及硅基集成天线的射频识别标卡的结构设计。
技术介绍
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术。RFID系统一般由射频识别标卡(或电子标签，Tag)和阅读器(Reader)两部分组成，在实际应用中，由于阅读器的数目有限，其价格在射频识别标卡的数量达到一定规模之后可以忽略。目前的射频识别标卡由集成有工作电路的标签芯片和分立的天线组成，其制造的基本过程为标签芯片在芯片制造厂中加工，天线采用薄膜天线或者其它形式制成，二者在分别制造完毕之后利用封装工艺连接在一起。就成本构成而言，上述的标签芯片制造、天线制造以及天线封装三个过程各占约三分之一。为了达到更大规模的应用，有必要考虑进一步降低射频识别标卡的成本。将射频识别标卡的天线同工作电路一起集成于硅片，即是达到这一目的的一种途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决已有射频识别标卡成本偏高的问题，提出一种带有硅基集成天线的射频识别标卡，将天线在硅片上集成，以芯片制造成本一定程度的增加作为代价，消除掉天线制造和天线封装的成本。本专利技术提出的一种带有硅基集成天线的射频识别标卡，包括集成有工作电路的标签芯片和天线两部分，其特征在于，所述天线集成在该标签芯片的同一硅片上，还包括设置在所述集成天线与该标签的工作电路之间的隔离带，设置在该天线与该硅片衬底之间的隔离层。本专利技术的技术特点及效果本专利技术是在制造射频识别标卡的硅片上，以硅片最顶层或最上面几层金属为导体，根据射频识别标卡芯片的要求，设计出具有一定辐射特性、阻抗特性和尺寸规格的天线。同时，天线同硅片衬底之间设置有隔离层。隔离层的重要作用是，防止集成天线的性能因其同衬底之间的耦合而下降。本专利技术采用的隔离层是现有的一种较为理想的隔离结构——辐射状隔离层，当然也可以采用其它任何形式结构的隔离层。此外，为了减小工作于高频的集成天线对标签芯片的工作电路的影响，集成天线同标签芯片的工作电路之间还设置有隔离带。将天线集成于硅片上，是一项已有的技术，主要应用于高频(通常大于10GHz)数字系统的通信和信号传输。在射频识别技术中，由于应用频段、能量需求等特殊条件，在天线设计过程中，为了增大天线的有效面积，在有限的硅片面积上需要对线状的天线进行环绕。环绕的形式、圈数、间距、半径，以及导线自身的宽度等因素成为决定天线阻抗特性、辐射特性的最主要因素。例如，矩形环绕天线，环绕的半径越大、圈数越多，其接收面积和实效高度越大，辐射电阻也越大；但同时，由于导线自身的长度增加，导致损耗电阻增加，增益下降。此外，半径越大，圈数越多，整个标签的面积和成本都会随之。因此在设计过程中，需要综合考虑以上的各方面因素，以满足应用需要。对于其它形式的天线，也需作类似的折衷处理。本专利技术以芯片面积即芯片制造成本一定程度的增加为代价，消除了天线制造和封装的成本，从而降低了整个射频识别标卡的成本。另外，整个射频识别标卡的尺寸大大减小，便于应用于更多需要小尺寸标签的场合。本专利技术不会增加现有的CMOS集成电路制造流程的复杂度和困难度。本专利技术的射频识别标卡为无源射频识别标卡，特别适用于工作在超高频(UHF)及以上频段的射频识别(RFID)。附图说明图1是本专利技术的硅基集成天线结构示意图。其中图1a为环状集成天线，图1b为线状集成天线。图2是实施例所采用工艺结构的剖面结构示意图。图3是本专利技术的带有硅基集成天线的射频识别标卡实施例1结构示意图。其中图3a为本实施例所采用的硅基集成天线俯视图，图3b为天线与对应的隔离带、工作电路的位置关系俯视图，图3c为本实施例采用的辐射状结构隔离层的平面示意图，图3d为本实施例总体结构剖面示意图。图4是是本专利技术的带有硅基集成天线的射频识别标卡实施例2结构示意图，其中图4a为本实施例所采用的硅基集成天线俯视图，图4b为天线与对应的隔离带、工作电路的位置关系俯视图，图4c为本实施例总体结构剖面示意图。具体实施例方式以下结合附图及本专利技术的实施例，进一步解释本专利技术的具体结构特征。本专利技术设计的一种带有硅基集成天线的射频识别标卡，包括集成有工作电路的标签芯片和天线两部分，其特征在于，所述天线集成在该标签芯片的同一硅片上，还包括设置在所述集成天线与该标签的工作电路之间的隔离带，设置在该天线与该硅片衬底之间的隔离层。本专利技术的集成天线可为环状或线状天线，如图1所示，其中，图1a为环状集成天线，金属线宽W，相邻两金属线的距离S，环的内径D及圈数N等为实际应用时设计天线需考虑的参数；图1b为线状集成天线，金属线宽W，相邻两金属线的距离S、半臂长度L，臂展高度D为实际应用时设计天线需考虑的参数。下面举进一步说明本专利技术的技术方案，其中的具体参数只是举例，不能用以限定本专利技术的保护范围。实施例1本实施例的立体剖面结构图如图2所示，所采用的工艺为标准CMOS工艺，一共有6层金属。图2中，1为集成电路工艺最顶层金属、2为顶层金属与第二层金属之间的过孔、3为集成电路工艺第二层金属、4为第二层金属与第三层金属之间的过孔、5为集成电路工艺第三层金属、6为第三层金属与第四层金属之间的过孔、7为集成电路工艺第四层金属、8为第四层金属与第五层金属之间的过孔、9为集成电路工艺第五层金属、10为第五层金属与第六层(底层)金属之间的过孔、11为集成电路工艺第六层金属、12为第六层金属与多晶硅或扩散区之间的接触孔、13为集成电路工艺所用的多晶硅、14为集成电路工艺硅衬底上的阱区、15为集成电路工艺的扩散区、16为集成电路工艺的硅衬底、17为集成电路工艺中的填充介质二氧化硅；其中金属层1与3之间、金属层3与5之间、金属层5与7之间、金属层7与9之间、金属层9与11之间、金属层11与13之间、多晶硅13与扩散区15之间、第六层金属11与扩散区15之间均由填充介质17填充。同一层上相邻的几何形状之间也由填充介质17填充。本实施例中，各部件的平面位置关系如图3a所示，立体位置关系如图3b所示。图3a中，工作电路20和隔离带19从内向外依次置于图3c所示环状集成天线18的中心空白区域。在图3b中可以看到，环状集成天线18仅利用图2中所示的顶层金属1，隔离带19需要利用到除顶层金属1之外的几乎所有层(即3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、15各层)，工作电路20则用到除顶层金属1和顶层过孔2之外的所有层，隔离层21仅由底层金属11构成，天线18与地的物理连接由底层金属11与衬底16间的接触孔22实现。本实施例中环状集成天线18的外形俯视图如图3c所示。该天线为环状天线，环绕圈数N＝4，内径D＝600um，金属线间距S＝5um，金属线宽W＝20um。各参数的含义在图1a中标示。本实施例中，集成天线18与硅基(衬底)16之间的隔离层21采用辐射状隔离结构，其平面结构图如图3d所示，图中的灰色部分21表示底层金属，最终全部通过底层金属与衬底之间的接触孔22(图中黑色部分所示)接到信号地，此物理连接在图中标注为22，图中白色部分为空白区域。实施例2本实施例所采用的工艺与实施例1相同，工艺结构的立体剖面图同图2，在此不再累述。本实施例与实施例1的唯一差别在于，硅基集成天线采用线状天线而不是环状天线，相应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有硅基集成天线的射频识别标卡，包括集成有工作电路的标签芯片和天线两部分，其特征在于，所述天线集成在该标签芯片的同一硅片上，还包括设置在所述集成天线与该标签的工作电路之间的隔离带，设置在该天线与该硅片衬底之间的隔离层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张春，王振华，王志华，李永明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]