JP2007165579A

JP2007165579A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2007165579A
Application number: JP2005359950A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Morishita; 竜也森下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】再配線上に突起電極が設けられたＣＳＰ（チップサイズパッケージ）構造を有した半導体装置において、グラウンドのインピーダンスを低くし、低雑音で、安定した回路特性を提供すること。
【解決手段】半導体基板１上に形成された複数の信号用パッド１２にそれぞれ信号用の再配線１３および前記再配線上に信号用突起電極１１を形成すると共に、前記信号用突起電極１１の周囲に前記再配線１３と同一の層に位置しているグラウンド層３０を形成し、前記グラウンド層３０上にグラウンド用突起電極２１を形成する半導体装置において、前記信号用突起電極１１もしくは前記グラウンド用突起電極２１と、その周囲に隣接して配置された前記信号用突起電極１１もしくは前記グラウンド用突起電極２１の間に、前記グラウンド層３０に接続されたグラウンド用パッド２２が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置、特にチップサイズパッケージ構造を有した半導体装置に関するものである。

近年、電子機器の小型化の要求に伴い、半導体装置の小型化、高密度化が図られている。このため、半導体装置の形状を半導体素子に極力近づけることにより、小型化を図った、いわゆるＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）構造の半導体装置が提案されている。

また、高密度化により多ピン化し、且つ半導体装置が小型化すると、外部接続端子を形成しうる構造として、外部接続端子として突起電極を用いることが行われている。図２は従来の前記ＣＳＰ構造を成した半導体装置の平面図であり、図３は従来の前記ＣＳＰ構造を成した半導体装置の断面図である。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１、特許文献２が知られている。
特開２００１−２６７３５０号公報特開２００１−１５６２０９号公報

しかしながら、図２、図３に図示したような上記従来のＣＳＰ構造を成した半導体装置では、半導体基板１上に作られる機能回路領域４０（半導体基板１上に形成された回路素子から構成され、その機能毎に分割された回路領域）のグラウンドは、グラウンド用パッド２２から、半導体基板１上に形成されたアルミ配線２４を使用し接続されるため、前記グラウンド用パッド２２から前記機能回路領域４０までの前記アルミ配線２４の引き回し方により、前記機能回路領域４０内のグラウンドのインピーダンスにばらつきが生じてしまう。また、前記アルミ配線２４のインピーダンスは再配線層の配線のインピーダンスと比べて高いため、グラウンドのインピーダンスが高くなってしまう問題があった。そのため、従来では、前記グラウンド用突起電極２１を半導体基板１上に複数設置し、半導体基板１上に生成された複数の機能回路領域にグラウンドを複数の経路から提供し、機能回路領域のグラウンドのインピーダンスを低くしていた。このため、従来構成の半導体装置では、前記グラウンド用突起電極２１を複数設ける事により、半導体基板１上に形成された突起電極数を減らすことができないという問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は電気特性の向上を図るために、半導体装置に低インピーダンスの安定したグラウンドを提供し、且つ、グラウンド専用の突起電極数を減らすことにある。

前記の目的を達成するため、本発明（請求項１に対応）は、半導体基板上に形成された複数の信号用パッドにそれぞれ信号用の再配線および前記再配線上に信号用突起電極を形成すると共に、前記信号用突起電極の周囲に前記再配線と同一の層に位置しているグラウンド層を形成し、前記グラウンド層上にグラウンド用突起電極を形成する半導体装置において、前記信号用突起電極もしくは前記グラウンド用突起電極と、その周囲に隣接して配置された前記信号用突起電極もしくは前記グラウンド用突起電極の間に、前記グラウンド層に接続されたグラウンド用パッドが配置したものである。

本発明の半導体装置は、上記構成を有し、前記信号用突起電極もしくは前記グラウンド用突起電極と、その周囲に隣接して配置された前記信号用突起電極もしくは前記グラウンド用突起電極の間もしくはその周辺の半導体基板上に生成されている機能回路領域もしくはその近傍に、前記機能回路領域上の前記再配線層に生成された前記グラウンド層に接続されたグラウンド用パッドが配置される事により、前記機能回路領域まで、アルミ配線層に比べてインピーダンスの低い前記再配線層を用いて、前記グラウンド用突起電極から提供されるグラウンドを前記機能回路領域に提供する事ができるため、安定した低インピーダンスのグラウンドを前記機能回路領域に提供する事ができ、電気的特性に優れた回路を実現するとともに、前記グラウンド層と接続されている前記グラウンド用突起電極が少なくとも１つ以上で、前記半導体基板上に生成された機能回路領域に安定した低インピーダンスのグラウンドを提供できるため、前記グラウンド用突起電極の数を削減する事ができる。

以下、本発明の１つの実施の形態に係る半導体装置について、図１を参照しながら説明する。同図１は半導体装置の平面図を示し、同図１において、１は半導体基板である。図示していないが、半導体基板１上には、回路素子が形成されており、その複数の回路素子領域が成す機能毎に機能回路領域４０として分割されている。半導体基板１上に形成された複数の信号用パッド１２にそれぞれ信号用の再配線１３および再配線上に信号用突起電極１１を形成すると共に、信号用突起電極１１、信号用パッド１２、信号用の再配線１３と絶縁膜領域５０で分割された半導体基板１上に信号用の再配線１３と同層に生成されたグラウンド層３０を形成し、グラウンド層３０上にグラウンド用突起電極２１を形成する半導体装置において、信号用突起電極１１もしくはグラウンド用突起電極２１と、その周囲に隣接して配置された信号用突起電極１１もしくはグラウンド用突起電極２１の間に、グラウンド層３０に接続されたグラウンド用パッド２２が配置されている。

このように、本発明の半導体装置では、半導体基板１上の再配線層の大部分がグラウンド層３０で覆われ、機能回路領域４０近傍で、且つ低インピーダンスの信号用の再配線層１３と同層のグラウンド層３０からグラウンド用パッド２２を介して、機能回路領域４０にグラウンドを提供できるため、半導体基板１上の全ての機能回路領域４０において、グラウンドのインピーダンスを低くする事ができ、良好な電気的特性を持った機能回路を実現する事ができる。また、グラウンド層３０は、半導体基板１上の全面に生成されているため、機能回路領域４０にグラウンドを提供するグラウンド用パッド２２を無数に配置する事ができるため、機能回路領域４０に安定したグラウンドを提供する事ができる。さらに、グラウンド層３０は半導体基板１上の全面に生成されているため、グラウンド層３０に接続されているグラウンド用突起電極２１は少なくとも１個以上であればよいため、グラウンド用突起電極２１の数を削減する事ができる。

また、半導体基板１上に生成された全ての機能回路領域４０のグラウンドのインピーダンスを低減する良好な形状として、同図１に示したように、グラウンド用突起電極２１を半導体基板１上の四隅に配置する。このように、グラウンド用突起電極２１を半導体基板１上の四隅に配置する事で、半導体基板１の中心付近にある機能回路領域までの距離を最短にでき、且つ、品質上使用されない事の多い四隅の突起電極を有効的に活用する事ができる。

これに限らず、図４は本発明の他の実施の形態１の半導体装置である。本実施の形態は、グラウンド用突起電極２１の数を低減し、且つ半導体基板１上に生成された全ての機能回路のグラウンドのインピーダンスを低減する良好な形状として、グラウンド用突起電極２１を半導体基板１上の中心付近に配置している。本実施の形態においても、図１に示した実施の形態と同様、半導体基板１の最外郭付近にある機能回路領域までの距離を最短にでき、且つ、グラウンド用突起電極２１の数を低減する事ができる。

また、図５は本発明の他の実施の形態２の半導体装置である。本実施の形態は、半導体基板１上のスクライブレーン６０にグラウンド層３０を生成した場合、ダイシング工程で品質上劣化する等の問題が生じるため、スクライブレーン６０にグラウンド層３０を生成しない手段である。

さらに、図６は本発明の他の実施の形態３の半導体装置である。再配線層の生成の際に、薬液を使用する等の工程を経た場合（例えば、エッチング工程）、信号用突起電極１１、信号用パッド１２、信号用の再配線１３をグラウンド層３０が取り囲んでいると、信号用突起電極１１、信号用パッド１２、信号用の再配線１３とグラウンド層３０の間の絶縁膜領域５０に薬液等が溜まり、再配線層が腐食する等の不具合を起こす。このため、信号用突起電極１１、信号用パッド１２、信号用の再配線１３をグラウンド層３０が取り囲まない形状が有用である。

ところで、半導体基板１上に生成されている電荷蓄積用のＭＩＭ（金属−絶縁物−金属）キャパシタ上にグラウンド層３０を生成すると、機能回路領域４０内で発生する電磁ノイズがＭＩＭキャパシタからグラウンド層３０、グラウンド層３０からＭＩＭキャパシタを介して、他の機能回路領域４０に回り込む、もしくは、半導体装置外部からの電磁ノイズがグラウンド層３０からＭＩＭキャパシタを介して、機能回路領域４０に回り込む。そのため、半導体基板１上に生成されている電荷蓄積用のＭＩＭ（金属−絶縁物−金属）キャパシタ上にグラウンド層３０を生成しない形状が有用である。

ＭＩＭキャパシタと同様に、半導体基板１上に生成されているアルミ配線層で生成されたインダクタ上にグラウンド層３０を生成すると、機能回路領域４０内で発生する電磁ノイズがアルミ配線層で生成されたインダクタからグラウンド層３０、グラウンド層３０からアルミ配線層で生成されたインダクタを介して、他の機能回路領域４０に回り込む、もしくは、半導体装置外部からの電磁ノイズがグラウンド層３０からアルミ配線層で生成されたインダクタを介して、機能回路領域４０に回り込む。さらに、アルミ配線層とグラウンド層３０の間の寄生容量によって、インダクタのインダクタンスやＱ値の劣化を引き起こすため、半導体基板１上に生成されているアルミ配線層で生成されたインダクタ上にグラウンド層３０を生成しない形状が有用である。

これら本実施の形態は、ｎ層目（ｎ＝１，２，３，…）の再配線層でグラウンド層３０が生成されていても、同様の効果を得ることができる。

また、再配線層のｎ層目（ｎ＝１，２，３，…）でインダクタを作成する場合、（ｎ＋１）層目もしくは（ｎ−１）層目の再配線層でグラウンド層３０を生成してしまうと、ｎ層目の再配線層と（ｎ＋１）層目もしくは（ｎ−１）層目の再配線層との間の寄生容量によって、インダクタのインダクタンスやＱ値の劣化を引き起こす。このため、再配線層のｎ層目（ｎ＝１，２，３，…）で作成されたインダクタの上下もしくは、上もしくは下の再配線層にグラウンド層３０を生成しない形状が有用である。

ところで、半導体基板１上に、信号用パッドもしくはグラウンド用パッドにプローブ検査用に設けられたプローブ検査用信号用パッドもしくはプローブ検査用グラウンド用パッドを配置する場合には、プローブ検査用信号用パッドもしくはプローブ検査用グラウンド用パッド上の再配線層にグラウンド層を生成すると、プローブ検査後の再配線層の生成工程において、プローブ検査用信号用パッドもしくはプローブ検査用グラウンド用パッド上の再配線層にグラウンド層を生成しない形状が有用である。

ところで、例えば、図７に示すこの本発明の他の実施の形態の半導体装置のように、半導体基板１上に生成されたグラウンド層３０を絶縁膜領域５０で複数に分割し、分割された各グラウンド層３０にそれぞれ接続されたグラウンド用突起電極２１を設ける。この図７に示す形状によって、半導体基板１上に構成された複数の機能回路領域４０のグラウンドを、分割された各グラウンド層３０に接続された各グラウンド用突起電極２１毎に分ける事ができ、半導体基板１上に形成された複数の各機能回路領域４０同士のアイソレーションを高くし、グラウンドを経由して回り込む他の機能回路領域４０で発生する電磁ノイズの影響を少なくする。

また、図８に示すこの本発明の他の実施の形態の半導体装置のように、半導体装置が携帯システム用の半導体装置である場合、機能回路領域４０はＶＣＯ・ＰＬＬ・ＬＮＡ・ミキサ回路・フィルタ回路・分周器・アンプ回路・レギュレータ回路もしくはロジック回路などで構成される。例えば、図１のように、グラウンド層３０が半導体基板１上の全面で接続されている場合、機能回路領域４０としてＶＣＯを設ける半導体装置においては、ＶＣＯの発振周波数が共通化されたグラウンドを経由して、他の機能回路領域４０、例えば、ＬＮＡ、ミキサ回路などの高周波信号の通る機能回路にスプリアスとして影響を及ぼす。そこで、図８に示すように、ＶＣＯ・ＰＬＬ・ＬＮＡ・ミキサ回路・フィルタ回路・分周器・アンプ回路・レギュレータ回路もしくはロジック回路などの機能回路領域４０のグラウンドを分割する形状が有用であり、図９に示すようなアンテナ・ＲＦ信号処理部・ベースバンド信号処理部を備えた携帯電話システムにおいて、ＲＦ信号処理部に用いられる半導体装置に、本発明の半導体装置を用いる事により、高周波特性に優れた半導体装置を実現する事ができる。

以上説明したように、本発明は、半導体装置、特にチップサイズパッケージ構造を有した半導体装置において、半導体基板上に形成された機能回路に低インピーダンスのグラウンドを提供する事により、良好な回路特性を実現するのに有用である。

本発明の１つの実施の形態の半導体装置を示す図従来の半導体装置の平面図従来の半導体装置の断面図本発明の他の実施の形態１の半導体装置を示す図本発明の他の実施の形態２の半導体装置を示す図本発明の他の実施の形態３の半導体装置を示す図本発明の他の実施の形態４の半導体装置を示す図本発明の他の実施の形態５の半導体装置を示す図本発明の１つの実施の形態の携帯電話システムを示す図

符号の説明

１半導体基板
１１信号用突起電極
１２信号用パッド
１３信号用の再配線
２１グラウンド用突起電極
２２グラウンド用パッド
２３グラウンド用の再配線
２４アルミ配線
３０グラウンド層
４０機能回路領域
４１ＬＮＡ・ミキサ回路領域
４２分周器回路領域
４３ＶＣＯ・ＰＬＬ回路領域
４４フィルタ・アンプ回路領域
５０絶縁膜領域
６０スクライブレーン
６１インダクタ
１０１アンテナ
１０２ＲＦ信号処理部
１０３ベースバンド信号処理部
２０１スイッチ
２０２デュプレクサ
２０３アイソレータ
２０４ＰＡ
２０５ＬＮＡ
２０６ＳＡＷフィルタ
２０７ミキサ回路
２０８フィルタ回路
２０９アンプ回路
２１０分周器
２１１ＶＣＯ
２１２ＰＬＬ
３０１半田ボール
３０２突起電極
３０３Ｃｕ配線層
３０４アルミ配線層
３０５半導体チップ
３０６ポリミド
３０７樹脂
３０８パッド

Claims

半導体基板上に形成された複数の信号用パッドにそれぞれ信号用の再配線および前記信号用の再配線上に信号用突起電極を形成すると共に、前記信号用突起電極の周囲に前記信号用の再配線と同一の層に位置しているグラウンド層を形成し、前記グラウンド層上にグラウンド用突起電極を形成する半導体装置において、前記信号用突起電極もしくは前記グラウンド用突起電極とその周囲に隣接して配置された前記信号用突起電極もしくは前記グラウンド用突起電極の間に、前記グラウンド層に接続されたグラウンド用パッドが配置されている事を特徴とする半導体装置。
前記信号用突起電極もしくはグラウンド用突起電極とその周囲に隣接して配置された前記信号用突起電極もしくはグラウンド用突起電極の間に、少なくとも１つ以上、前記グラウンド層に接続されたグラウンド用パッドが配置されている事を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
前記グラウンド用突起電極が前記半導体基板上の四隅もしくは四隅のいずれかに配置されている事を特徴とする請求項１，２記載の半導体装置。
前記グラウンド用突起電極が前記半導体基板上にただ１つ配置されている事を特徴とする請求項１，２記載の半導体装置。
前記グラウンド用突起電極が前記半導体基板の中心の突起電極もしくはその周囲の突起電極に位置する事を特徴とする請求項１〜３記載の半導体装置。
前記半導体基板上のスクライブレーンに前記グラウンド層を作成しない事を特徴とする請求項１〜５記載の半導体装置。
前記グラウンド層が前記信号用突起電極と前記信号用突起電極に前記信号用の再配線で接続された前記信号用パッドを取り囲まない事を特徴とする請求項１〜６の半導体装置。
前記半導体基板上に生成されている電荷蓄積用のＭＩＭ（金属−絶縁物−金属）キャパシタ上に前記グラウンド層を生成しない事を特徴とする請求項１〜７記載の半導体装置。
前記半導体基板上にアルミ配線層で生成されたインダクタ上の前記再配線層に前記グラウンド層を生成しない事を特徴とする請求項１〜８記載の半導体装置。
前記再配線層のｎ層目（ｎ＝１，２，３，…）で前記グラウンド層が生成されている事を特徴とする請求項１〜９記載の半導体装置。
前記再配線層のｎ層目（ｎ＝１，２，３，…）で作成されたインダクタの上下もしくは、上もしくは下の前記再配線層に前記グラウンド層を生成しない事を特徴とする請求項１〜１０記載の半導体装置。
前記信号用パッドもしくは前記グラウンド用パッドに接続されたプローブ検査用に設けられたプローブ検査用信号用パッドもしくはプローブ検査用グラウンド用パッド上の前記再配線層に前記グラウンド層を生成しない事を特徴とする請求項１〜１１記載の半導体装置。
前記グラウンド層を前記半導体基板上で少なくとも１つ以上に分割し、１つの分割された前記グラウンド層に対して、少なくとも１つ以上の前記グラウンド突起電極を備える事を特徴とする請求項１〜１２記載の半導体装置。
前記半導体基板上に構成されている前記機能回路領域の一つがＶＣＯ・ＰＬＬ・ＬＮＡ・ミキサ回路・フィルタ回路・分周器・アンプ回路・レギュレータ回路もしくはロジック回路で構成され、他の前記機能回路領域と前記グラウンド層を分割する事を特徴とする請求項１３記載の半導体装置。
アンテナ・ＲＦ部・ベースバンド信号処理部で構成された携帯電話システムにおいて、スイッチ・デュプレクサ・アイソレータ・ＰＡ・ＬＮＡ・ＳＡＷフィルタ・ミキサ回路・フィルタ回路・アンプ回路・分周器・ＶＣＯ・ＰＬＬ等を有したＲＦ部の半導体装置が請求項１〜１４記載の半導体装置であり、前記半導体装置を備えた事を特徴とする携帯電話システム。