JP2014154870A - Lsi esd protection circuit and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LSIのESD保護回路および半導体装置に係り、特に素子数を削減またはWCSPの再配線に素子を構成したESD保護回路により小型化可能な半導体装置に関する。 The present invention relates to an LSI ESD protection circuit and a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that can be reduced in size by an ESD protection circuit in which the number of elements is reduced or an element is configured for rewiring of WCSP.
半導体装置および半導体集積回路(以下、LSIと称する)にダメージを与える現象として静電気放電(Electro Static Discharge、以下、ESDと称する)がある。半導体装置およびLSIに対するESDは、静電気を帯びた導電体や人間等が、半導体装置の外部端子に接近・接触した場合に発生することが多く、ESDによる電流がLSI内部に流れることにより、LSI内部のトランジスタの特性変動や配線の破壊等を引き起こす。 Electrostatic discharge (hereinafter referred to as ESD) is a phenomenon that damages semiconductor devices and semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as LSI). ESD with respect to semiconductor devices and LSIs often occurs when an electrostatically charged conductor or a person approaches or contacts an external terminal of the semiconductor device, and a current caused by ESD flows inside the LSI. This causes fluctuations in transistor characteristics and wiring breakdown.
このようなESDによる電流から半導体装置を保護するために、半導体装置内に、保護回路(以下、ESD保護回路と称する)が用いられている(例えば、特許文献1)。 In order to protect the semiconductor device from such an ESD current, a protection circuit (hereinafter referred to as an ESD protection circuit) is used in the semiconductor device (for example, Patent Document 1).
そして、従来は、半田バンプで構成されるひとつの外部端子から、複数のLSI内部のトランジスタ(以下、被保護回路と称する)へ配線を介して接続される場合、ESDによる電流が、どの被保護回路に到達しても破壊を免れるように、被保護回路毎に、ESD保護回路を設ける必要があった。 Conventionally, when one external terminal composed of solder bumps is connected to a plurality of transistors in an LSI (hereinafter referred to as a protected circuit) via wiring, the current caused by ESD is which protected It is necessary to provide an ESD protection circuit for each circuit to be protected so as to avoid destruction even when the circuit is reached.
そのため、比較的大きな面積のMOSトランジスタ等で構成されるESD保護回路が、複数設置され、LSIのサイズがそのまま半導体装置のサイズになるWCSP型の半導体装置において、半導体装置が大型化するという問題があった。 Therefore, in a WCSP type semiconductor device in which a plurality of ESD protection circuits composed of a relatively large area MOS transistor or the like are installed and the size of the LSI is the size of the semiconductor device as it is, there is a problem that the semiconductor device becomes large there were.
本発明の目的は、素子数を削減またはWCSPの再配線に素子を構成したESD保護回路により小型化可能な半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be reduced in size by an ESD protection circuit in which the number of elements is reduced or the elements are configured for WCSP rewiring.
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、外部端子と、前記外部端子と接続される第1の再配線部と、被保護回路に接続される複数の第2の再配線部と、前記被保護回路を静電破壊から保護する保護素子とを備え、前記第1の再配線部は、前記保護素子を介して前記第2の再配線部と接続されるLSIのESD保護回路が提供される。 According to one aspect of the present invention for achieving the above object, an external terminal, a first rewiring unit connected to the external terminal, and a plurality of second rewiring units connected to a protected circuit And an ESD protection circuit for an LSI connected to the second rewiring unit via the protective element, the protective element protecting the protected circuit from electrostatic breakdown. Is provided.
また、本発明の他の態様によれば、上記のLSIのESD保護回路を備える半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including the above-described LSI ESD protection circuit.
本発明によれば、素子数を削減またはWCSPの再配線に素子を構成したESD保護回路により小型化可能な半導体装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which can reduce in size by the ESD protection circuit which reduced the number of elements or comprised the element in the rewiring of WCSP can be provided.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
なお、本実施の形態において、シリコンウェハに形成された半導体集積回路をLSI(Large Scale Integration)と称し、パッケージ封入後の形態(WCSP(WL−CSP(Wafer Level-Chip Size Package)と表記されることもある)その他)を半導体装置と称するものとする。 In the present embodiment, a semiconductor integrated circuit formed on a silicon wafer is referred to as LSI (Large Scale Integration), and is expressed as a package encapsulated form (WCSP (WL-CSP (Wafer Level-Chip Size Package)). Others) may be referred to as a semiconductor device.
(WCSP型の半導体装置の基本構造)
図1および図2を参照して、本発明に係るWCSP型の半導体装置200の基本構造について説明する。
(Basic structure of WCSP type semiconductor device)
A basic structure of a WCSP
WCSP型の半導体装置200とは、多数のLSIが搭載されたシリコンウェハから、個々のLSIを切り出す前に、端子の形成と配線(LSIの配線と区別し、以下、再配線と称する)を行い、その後ウェハから切り出された半導体装置である。
The WCSP
WCSP型を用いる最大の理由は、半導体装置の外形サイズの最小化(他に、薄型化、軽量化、LSIの端子配置の自由度の高さなど)であり、LSIの外形サイズが、そのまま半導体装置の外形サイズになるという特徴を有する。 The biggest reason for using the WCSP type is minimizing the external size of the semiconductor device (in addition, making it thinner, lighter, high degree of freedom in LSI terminal placement, etc.). It has the feature that it becomes the external size of the apparatus.
図1は、WCSP型の半導体装置200の半田バンプBMPが形成された側の面を示す平面図、図2は、そのI−I線断面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a surface of a WCSP
図1に示すように、WCSP型の半導体装置200は、平面視で略矩形状とされ外部端子として複数の半田バンプBMPが所定間隔で設けられている。
As shown in FIG. 1, the WCSP
図2に示すように、WCSP型の半導体装置200は、LSI10と、LSI10の表面に形成されるパッケージ部100とから構成されている。
As shown in FIG. 2, the WCSP
パッケージ部100は、層間膜12と、この層間膜12上に形成される再配線部MRDと、半田バンプBMPと、再配線部MRDと半田バンプBMPとの間を接続する金属層からなるポスト電極MPとが設けられている。
The
また、再配線部MRDとポスト電極MPとを覆うようにエポキシ樹脂等による保護層14が設けられている。
Further, a
(比較例)
ここで、本実施の形態に係るESD保護回路300を説明する前に、比較例に係るESD保護回路300Aについて説明する。
(Comparative example)
Here, before describing the
図3は、比較例に係るWCSP型の半導体装置200Aの半田バンプBMPが形成された側の面を示す一部透視図、図4は、比較例に係るESD保護回路300Aを示す模式的回路図である。
FIG. 3 is a partial perspective view showing a surface of the WCSP
図3において半田バンプBMPGは、LSI10のGND端子に接続されるGND電位の電極であり、仮にLSI10が3箇所のGND端子を持つ時、MRD01、MRD02、MRD03とコンタクトホールCH01、CH02、CH03を介して、LSI10のGND端子GND01、GND02、GND03に接続される。
In FIG. 3, a solder bump BMP G is an electrode having a GND potential connected to the GND terminal of the
より詳細には、図4に示すように、コンタクトホールCH01、CH02、CH03を介したLSI10のGND端子GND01、GND02、GND03には、LSI10の配線GWL01、GWL02、GWL03が接続されており、該配線には各々、保護素子PRT01、PRT02、PRT03が接続されている。
More specifically, as shown in FIG. 4, the GND terminals GND 01 , GND 02 , and GND 03 of the
また、LSI10の配線GWL01、GWL02、GWL03は、保護素子PRT01、PRT02、PRT03を通過した後、被保護回路に接続されている。
Further, the wirings GWL 01 , GWL 02 , GWL 03 of the
図4における保護素子はNMOSトランジスタで標記しているが、もちろん他の種類の保護素子であっても構わない。 The protection element in FIG. 4 is represented by an NMOS transistor, but other types of protection elements may of course be used.
なお、図3および図4において、LSI10のGND端子GND01、GND02、GND03は、コンタクトホールと重なるため、CH01(GND01)のように表現する。
3 and 4, the GND terminals GND 01 , GND 02 , and GND 03 of the
前記比較例に拠れば、半田バンプBMPGからESDによる電流が侵入した場合、各保護素子PRT01、PRT02、PRT03が、ブレークダウンやダイオード応答し、ESDによる電流が被保護回路へ到達しないため、被保護回路の特性変動や破壊を防止すること可能である。 According to the comparative example, when the current due to ESD enters from the solder bump BMP G , each protection element PRT 01 , PRT 02 , PRT 03 responds to breakdown or diode, and the current due to ESD does not reach the protected circuit. Therefore, it is possible to prevent the characteristic variation and destruction of the protected circuit.
(比較例の問題点)
しかし、上述のように、比較例に係るESD保護回路300Aにおいては、LSI10の配線GWL01、GWL02、GWL03の各々に保護素子PRT01、PRT02、PRT03を設ける必要があり、大きな面積の保護素子を複数配置して、LSIの外形サイズが大型化することで、すなわち半導体装置200Aが大型化する要因となっていた。
(Problems of the comparative example)
However, as described above, in the
[第1の実施の形態]
図5〜図8を参照して第1の実施形態に係るESD保護回路300について説明する。
[First Embodiment]
The
図5は、第1の実施形態に係るESD保護回路300を示す模式的回路図である。
FIG. 5 is a schematic circuit diagram showing the
第1の実施形態は、外部端子としての半田バンプBMPGと、ポスト電極MPを介してBMPGに接続される第1の再配線部MRD01と、コンタクトホールCH01を介してMRD01に接続されるLSIの配線GWL01と、GWL01に接続される保護素子PRT01を有し、また、前記GWL01は別途設けられたコンタクトホールCH11にも接続されている。コンタクトホールCH11は第2および第3の再配線部MRD12、MRD13に接続され、各々、コンタクトホールCH02を介してLSIの配線GWL02、コンタクトホールCH03を介してLSIの配線GWL03に接続されている。
The first embodiment is connected with the solder bumps BMP G as external terminals, the first redistribution unit MRD01 connected to BMP G through the post electrodes MP, the MRD 01 via the contact hole CH 01 LSI wiring GWL 01 and protective element PRT 01 connected to GWL 01 , and GWL 01 is also connected to a separately provided contact hole CH 11 . The contact hole CH 11 is connected to the second and
この形態において、半田バンプBMPGへESDによる電流が侵入した場合、PRT01がブレークダウンやダイオード応答し、PRT01より後段に位置するGWL02およびGWL03に接続される被保護回路へ、ESDによる電流が到達しないため、被保護回路の特性変動や破壊を防止すること可能である。 In this embodiment, when current due to ESD enters the solder bump BMP G , PRT 01 responds to breakdown or diode, and the protected circuit connected to GWL 02 and GWL 03 located after PRT 01 is protected by ESD. Since the current does not reach, it is possible to prevent the characteristic fluctuation or destruction of the protected circuit.
より詳細には、半田バンプBMPGから再配線MRDのみで複数の端子へ接続した場合は、複数の端子全てにほぼ同時にESDによる電流が到達するのに対し、本実施形態では、コンタクトホール、LSIの配線、再びコンタクトホール、再び再配線、を介することで、インピーダンスを増加し、かつ、再配線の表皮を流れる電流が他の端子へ高速で進入する経路を遮断している。 More specifically, when the solder bump BMP G is connected to the plurality of terminals only by the rewiring MRD, the current due to the ESD reaches almost all of the plurality of terminals at the same time. In the present embodiment, the contact hole, LSI Through the wiring, the contact hole again, and the rewiring again, the impedance is increased and the path through which the current flowing through the skin of the rewiring enters other terminals at high speed is blocked.
そして、第1の実施形態によれば、前記比較例に係るESD保護回路に比して、保護素子PRT02、PRT03を削減することができ、保護素子を形成する面積を少なくして、半導体装置200の小型化に資することができる。
Then, according to the first embodiment, as compared with ESD protection circuit according to the comparative example, the protective element PRT 02, it is possible to reduce the PRT 03, with less area to form a protection element, a semiconductor This can contribute to downsizing of the
ここで図6は、第1の実施形態に係りBMPGからLSIの保護素子を通過した後、再び再配線に接続されるまでを示す平面図、図7は、図6のII−II線断面図である。 FIG. 6 is a plan view showing the process from BMP G through the LSI protection element to connection to the rewiring again according to the first embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG.
図6および図7に示すように、外部端子としての半田バンプBMPGはポスト電極MPを介して第1の再配線部MRD01に接続され、第1の再配線部MRD01はコンタクトホールCH01を介してLSIの端子GND01に接続され、LSI内のトップメタルTOP(M2)、電極TH、金属層M3、電極2C等を介して基板10Aに形成された保護素子PRT01のソース領域16(S)に接続されている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the solder bumps BMP G as an external terminal is connected to the first redistribution unit MRD 01 via the post electrodes MP, the first redistribution unit MRD 01 is a contact hole CH 01 via is connected to the terminal GND 01 of the LSI, top metal TOP in LSI (M2), the electrode TH, metal layer M3, the
一方、第2、第3の再配線部MRD12、MRD13は、コンタクトホールCH11を介してLSIの端子GND11に接続され、LSI内の電極TH、2C等を介して基板10Aに形成された保護素子PRT01のソース領域16(S)に接続されている。
On the other hand, the second and third redistribution parts MRD 12 and MRD 13 are connected to the terminal GND 11 of the LSI through the contact hole CH11 and formed on the
また、保護素子PRT01のドレイン領域18(D)は、電極2C等を介してVDD電位の配線に接続されている。
Further, the drain region 18 (D) of the protection element PRT 01 is connected to the wiring having the VDD potential through the
以上説明した構成により、第1の実施の形態におけるESD保護回路300を実現することができる。
With the configuration described above, the
第1の実施形態に係るESD保護回路300の説明において、GNDを例に説明したため、保護素子は、図8(a)の模式的回路300AのようにNMOSトランジスタを用いて説明したが、GNDではなく信号線であった場合に、保護素子として図8(b)に示すCMOS回路300Bや、図8(c)に示すダイオード等を用いる回路300Cとすることもできる。ESDによる電流の被保護回路への進入を阻止する意味では、これらの保護回路は同様の役割を果たす。
In the description of the
[第2の実施の形態]
図9および図10を参照して、第2の実施形態に係る高周波フィルタ301を有するESD保護回路300Dについて説明する。
[Second Embodiment]
With reference to FIG. 9 and FIG. 10, an
図9は、WCSP型の半導体装置200の半田バンプBMPが形成された面を示した概観図で、再配線MRDの蛇行によるインダクタ成分が高周波フィルタ301を構成している。
FIG. 9 is a schematic view showing a surface on which the solder bump BMP of the WCSP
図10は、より詳細な本実施形態の説明図であって、図10(a)は構成図、図10(b)は磁束方向を示す説明図である。なお、第1の実施形態で説明した、LSIの配線に接続される保護素子は、本実施形態の説明では図示しない。 10A and 10B are explanatory diagrams of the present embodiment in more detail. FIG. 10A is a configuration diagram, and FIG. 10B is an explanatory diagram showing a magnetic flux direction. The protection element connected to the LSI wiring described in the first embodiment is not shown in the description of this embodiment.
図10(a)において、コンタクトホールCH31には、特に高周波ノイズから保護したい被保護回路が接続されている。 In FIG. 10 (a), the contact hole CH 31, in particular connected the protected circuit to be protected from the high-frequency noise.
さらに詳細に図10(b)を用いて高周波フィルタ301の動作を説明する。高周波フィルタ301を構成する蛇行した再配線部MRD21に高周波の電流Iが流れる時、図10(b)の左端のコの字型に囲まれた部分では、コイルの効果で矢羽で示すような磁束が発生し、発生した磁束が、隣接するコの字型を矢じりで示すように貫通すると、磁界を打ち消す向きに誘導電流IINDUCE発生するが、IINDUCEは流れ込んだ電流Iとは逆方向に流れる電流なので、電流同士が互いに打ち消し合う作用を生じる。
The operation of the
このような高周波フィルタ301としての動作と効果により、ESDを含めた高周波ノイズが、被保護回路へ到達するのを妨げ、被保護回路の特性変動や破壊を防止すること可能である。
By such an operation and effect as the high-
そして、第2の実施形態によれば、高周波フィルタ301を再配線部に設けたので、半導体装置の面積を拡大することなく、ESDを含めた高周波ノイズから被保護回路を保護することができる。
According to the second embodiment, since the
[第3の実施の形態]
図11および図12を参照して、第3の実施形態に係るRCローパスフィルタ302を有するESD保護回路300Eについて説明する。
[Third Embodiment]
With reference to FIGS. 11 and 12, an
図11は、WCSP型の半導体装置200の半田バンプBMPが形成された面を示した概観図で、再配線MRDの引き回しによる抵抗および容量がローパスフィルタ302を構成している。
FIG. 11 is a schematic view showing a surface of the WCSP
図12は、フィルタ回路の概念を示す回路図であり、抵抗と容量を示す。 FIG. 12 is a circuit diagram showing the concept of the filter circuit, and shows resistance and capacitance.
第3の実施形態に係る構成は、第2の実施形態に係る高周波フィルタ301をローパスフィルタ302に置き換えたものである。
The configuration according to the third embodiment is obtained by replacing the high-
図11に示す例では、LSI10の周縁に沿って、フィルタを構成する再配線部MRDが延設されている。
In the example shown in FIG. 11, the redistribution part MRD constituting the filter extends along the periphery of the
これにより、半田バンプBMPGを介してESDを含めたノイズが侵入した場合であっても、再配線部MRDで構成されるフィルタ302により、半田バンプBMPiに接続されるLSI等の被保護回路を保護することができる。
Thereby, even if noise including ESD enters through the solder bumps BMP G , the protected circuit such as an LSI connected to the solder bumps BMP i by the
[第4の実施の形態]
図13〜15を参照して、第4の実施形態に係るESD保護回路300F〜300Hについて説明する。
[Fourth Embodiment]
The
図13は、本実施形態に係るESD保護回路の他の構成例を示す模式的構成図である。 FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing another configuration example of the ESD protection circuit according to the present embodiment.
この構成例では、半田バンプBMPGに接続される第1の再配線MRD01はコンタクトホールCH01およびトップメタルTOPを介してコンタクトホールCH02に接続されている。 In this configuration example, the first redistribution MRD01 connected to the solder bumps BMP G is connected to the contact hole CH 02 via the contact hole CH 01 and top metal TOP.
また、コンタクトホールCH01とCH02との間には、保護素子PRTとしてMOSトランジスタが形成されている。 Further, a MOS transistor is formed as a protection element PRT between the contact holes CH 01 and CH 02 .
また、コンタクトホールCH02、CH03を介して、フィルタを構成する第2の再配線MRD02、MRD03が延設されている。再配線MRD03はコンタクトホールCH4を介して図示しないLSI等の被保護回路に接続されている。 Further, second redistribution lines MRD 02 and MRD 03 constituting a filter are extended through contact holes CH 02 and CH 03 . Rewiring MRD 03 is connected to the protected circuit such as an LSI (not shown) through a contact hole CH 4.
また、同様に、コンタクトホールCH02、CH03を介してLSI等の被保護回路が接続される。 Similarly, a protected circuit such as an LSI is connected through the contact holes CH 02 and CH 03 .
このような構成のESD保護回路300Fによれば、例えば、半田バンプBMPGを介してサージ電流等が侵入した場合には、保護素子PRTの働きにより、サージ電流は、再配線MRD02、MRD03側に流入せず、被保護回路としての各種集積回路(LSI)がサージ電流によって破壊される事態を回避することができる。
According to the
さらに、半田バンプBMPGを介してESDを含めたノイズが侵入した場合であっても、再配線MRD01〜MRD03で構成されるローパスフィルタ303により、ノイズをカットして、コンタクトホールCH03やCH04を介して接続されるLSI等の被保護回路を保護することができる。
Further, even when noise including ESD enters through the solder bumps BMP G , the noise is cut by the low-
図14は、本実施形態に係るESD保護回路300Gであって、配線を分岐させた構成例を示す模式的構成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration example of the
図14に示すESD保護回路300Gでは、半田バンプBMPGに接続される再配線MRD01はコンタクトホールCH01およびトップメタルTOPを介してコンタクトホールCH02に接続されている。
The
また、コンタクトホールCH01とCH02との間には、保護素子PRTとしてMOSトランジスタが形成されている。 Further, a MOS transistor is formed as a protection element PRT between the contact holes CH 01 and CH 02 .
また、コンタクトホールCH02を分岐点として、再配線MRD03、MRD07、MRD08が分岐して延設されている。なお、各接続先のコンタクトホールCH07、CH08、CH03には、被保護回路としての各種集積回路(LSI)が接続される。 Redistribution lines MRD 03 , MRD 07 , and MRD 08 are branched and extended with the contact hole CH 02 as a branch point. Note that various integrated circuits (LSIs) serving as protected circuits are connected to the contact holes CH 07 , CH 08 , and CH 03 of each connection destination.
また、再配線MRD03が接続されるコンタクトホールCH03からは再配線MRD04が延設され、接続先のコンタクトホールCH04を分岐点として、再配線MRD05、MRD06が分岐して延設されている。なお、各接続先のコンタクトホールCH03、CH04、CH05、CH06には、それぞれ被保護回路としての各種集積回路(LSI)が接続される。 Further, the contact holes CH 03 rewiring MRD 03 is connected rewiring MRD04 is extended, the contact holes CH 04 of the destination as a branch point, redistribution MRD 05, MRD 06 is extended branches ing. Note that various integrated circuits (LSIs) serving as protected circuits are connected to the contact holes CH 03 , CH 04 , CH 05 , and CH 06 at each connection destination.
このような構成のESD保護回路300Gによれば、1つの保護素子PRTの働きにより、この保護素子PRTより下流において分岐される再配線MRD03〜MRD06に接続される被保護回路としての各種集積回路(LSI)の全てをサージ電流等から保護することができる。
According to the
即ち、例えば、半田バンプBMPGを介してサージ電流が侵入した場合には、保護素子(MOSトランジスタ)PRTの働きにより、サージ電流は、再配線MRD03〜MRD06側の何れにも流入せず、被保護回路としての各種集積回路(LSI)がサージ電流によって破壊される事態を回避することができる。 That is, for example, when a surge current enters through the solder bump BMP G , the surge current does not flow into any of the redistribution lines MRD 03 to MRD 06 due to the action of the protection element (MOS transistor) PRT. Thus, it is possible to avoid a situation in which various integrated circuits (LSIs) as protected circuits are destroyed by a surge current.
このように、一つの保護素子PRTで、複数の被保護回路(LSI)を保護することができるので、再配線MRD03〜MRD06側に別途保護素子を設ける必要がなく、保護素子を形成する面積を少なくして、半導体デバイスを小型化することができる。 As described above, since a plurality of protected circuits (LSIs) can be protected by one protection element PRT, it is not necessary to separately provide protection elements on the redistribution lines MRD 03 to MRD 06 side, and the protection elements are formed. The semiconductor device can be reduced in size by reducing the area.
図15は、本実施形態に係るESD保護回路300Hであって、配線を分岐させると共に保護素子を設けた構成例を示す模式的構成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an example of a configuration of the
図15に示すESD保護回路300Hでは、複数の配線部MRD02〜MRD04は、被保護回路(LSI)の耐圧に応じた保護素子PTS1、PTS2、PTL1を介して接続されるようになっている。
The
より詳細には、図15に示すように、半田バンプBMPGに接続される配線部MRD01〜MRD03は保護素子PTS1、PTS2、PTL1およびコンタクトホールCH01〜CH03を介して被保護回路(LSI)に接続される。 More specifically, as shown in FIG. 15, the wiring portion MRD 01 ~MRD 03 which is connected to the solder bumps BMP G protection element PTS1, PTS2, PTL1 and the contact holes CH 01 the protected circuit through to CH 03 ( LSI).
そして、保護素子PTS1、PTS2、PTL1は、コンタクトホールCH01〜CH03を介して接続される被保護回路(LSI)の耐圧に応じた大きさのMOSトランジスタ等とされる。 Then, the protective element PTS1, PTS2, PTL1 is a contact hole CH 01 to CH protected circuit 03 are connected through the size of the MOS transistor according to the breakdown voltage of the (LSI) or the like.
即ち、図15に示す例では、保護素子PTS1、PTS2は、保護素子PTL1に比して小さなMOSトランジスタ等とされ、保護素子PTS1、PTS2側には比較的耐圧の高い被保護回路(LSI)が、保護素子PTL1側には比較的耐圧の低い被保護回路(LSI)が接続される。 That is, in the example shown in FIG. 15, the protection elements PTS1 and PTS2 are MOS transistors or the like that are smaller than the protection element PTL1, and a protection circuit (LSI) having a relatively high breakdown voltage is provided on the protection elements PTS1 and PTS2 side. A protected circuit (LSI) having a relatively low breakdown voltage is connected to the protective element PTL1 side.
これにより、無駄に大きな保護素子(MOSトランジスタ等)を設ける必要がなくなり、半導体デバイスを小型化することができる。 As a result, it is not necessary to provide a uselessly large protective element (such as a MOS transistor), and the semiconductor device can be reduced in size.
また、半田バンプBMPGに接続される第1の再配線部MRD04はコンタクトホールCH04を介して比較的大きな保護素子(MOSトランジスタ)PTL2に接続されている。 Further, the first redistribution unit MRD 04 which is connected to the solder bumps BMP G is connected to the contact hole CH 04 via the relatively large protective element (MOS transistor) PTL2.
また、保護素子(MOSトランジスタ)PTL2はコンタクトホールCH05に接続され、このコンタクトホールCH05を分岐点として第2の再配線部MRD05〜MRD07が分岐して延設されている。 The protection element (MOS transistor) PTL2 is connected to the contact hole CH 05, the contact holes CH 05 is the second redistribution unit MRD 05 ~MRD 07 as a branching point is extended branches.
第2の再配線部MRD05〜MRD07には、被保護素子としてトランジスタTL3、TL4、TS3が接続されている。ここで、被保護素子としてトランジスタTS3の耐圧は、トランジスタTL3、TL4よりも低いものとする。 Transistors TL3, TL4, and TS3 are connected to the second redistribution parts MRD 05 to MRD 07 as protected elements. Here, the breakdown voltage of the transistor TS3 as the protected element is lower than those of the transistors TL3 and TL4.
そして、保護素子(MOSトランジスタ)PTL2の大きさは、被保護素子としてトランジスタTS3の耐圧に応じたものとされる。 The size of the protection element (MOS transistor) PTL2 corresponds to the withstand voltage of the transistor TS3 as a protected element.
これにより、保護素子(MOSトランジスタ)PTL2を無駄に大きな保護素子(MOSトランジスタ等)とする必要がなくなり、半導体デバイスを小型化することができる。 This eliminates the need for the protective element (MOS transistor) PTL2 to be a uselessly large protective element (MOS transistor or the like), thereby reducing the size of the semiconductor device.
なお、以上説明した図13〜図15において、MRD01〜MRD08のうち任意の再配線部に、第2の実施の形態で説明した高周波フィルタを適用することもできる。 In FIGS. 13 to 15 described above, the high frequency filter described in the second embodiment can be applied to any redistribution portion of MRD 01 to MRD 08 .
[第5の実施の形態]
図16を参照して、第5の実施形態に係るQFNパッケージ型の半導体装置200BにおけるESD保護回路300Iについて説明する。
[Fifth Embodiment]
With reference to FIG. 16, an ESD protection circuit 300I in the QFN package
なお、QFN=クアッド・フラット・ノーリードは、QFP=クアッド・フラット・パッケージの一種であり、リード線省略(No−Lead)が特徴である。 Note that QFN = quad flat no lead is a type of QFP = quad flat package, and is characterized by lead wire omission (No-Lead).
図16は、本実施形態に係るQFNパッケージ型の半導体装置200BにおけるESD保護回路300Iの形成例を示す平面図である。
FIG. 16 is a plan view showing a formation example of the ESD protection circuit 300I in the QFN package
まず、QFNパッケージ型の半導体装置200Bとは、QFP=クアッド・フラット・パッケージの一種であって、リードを省略して電極パッドを形成した樹脂封止のパッケージと、該パッケージに封入されたLSIである。リードが省略されているため、実装面積の削減と軽量化が得られる。
First, the QFN package
図16に示すように、本実施形態に係るQFNパッケージ型の半導体装置200Bは、LSI51と、LSI51を囲繞して封止する樹脂製のパッケージ部100とから構成されており、パッケージ部100の周縁には、外部端子PLが形成され、外部端子PL51とLSI51の端子TE51はAu線等のボンディングワイヤWL51で接続され、また端子TE51は保護素子PRT51が接続されている。
As shown in FIG. 16, the QFN package
また、PRT51には、端子TE52も接続され、端子TE52とTE53、TE54は、各々ボンディングワイヤWL53、ボンディングワイヤWL54で接続されている。 In addition, the terminal TE52 is also connected to the PRT 51, and the terminals TE52, TE53, and TE54 are connected by a bonding wire WL53 and a bonding wire WL54, respectively.
また、端子TE52、TE53、TE54には、各々被保護回路が接続されている。 Further, a protected circuit is connected to each of the terminals TE52, TE53, and TE54.
この形態において、外部端子PL51へESDによる電流が侵入した場合、保護素子PRT51がブレークダウンやダイオード応答し、保護素子PRT51より後段に位置する端子TE53、TE54に接続される被保護回路へ、ESDによる電流が到達しないため、被保護回路の特性変動や破壊を防止すること可能である。 In this embodiment, when a current due to ESD enters the external terminal PL51, the protective element PRT51 responds to breakdown or diode, and the protected circuit connected to the terminals TE53 and TE54 located downstream from the protective element PRT51 is protected by ESD. Since the current does not reach, it is possible to prevent the characteristic fluctuation or destruction of the protected circuit.
そして、第5の実施形態によれば、端子TE53、TE54に別途保護素子を設ける必要がないので、保護素子を形成する面積を少なくして、LSIを小型化することができる。 According to the fifth embodiment, since it is not necessary to separately provide a protective element for the terminals TE53 and TE54, the area for forming the protective element can be reduced and the LSI can be miniaturized.
また、第5の実施形態によれば、LSIの外部端子数の削減を図ることができる。 Further, according to the fifth embodiment, the number of external terminals of the LSI can be reduced.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are illustrative and do not limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.
本発明のESD保護回路は、WCSP型の半導体装置や、QNFパッケージ型の半導体装置などに適用できる。 The ESD protection circuit of the present invention can be applied to a WCSP type semiconductor device, a QNF package type semiconductor device, or the like.
BMP、BMPG、BMPi…半田バンプ
M1〜M3…金属層
MP…ポスト電極
MRD01…第1の再配線(再配線部)
MRD02〜MRD13…第2の再配線(再配線部)
PL…外部端子
PRT、PTL1,2、PTS1,2…保護素子
TE51〜53…端子
TOP…トップメタル
CH01〜CH31…コンタクトホール
GND01〜GND03、GND11…GND端子
GWL01〜GWL03…配線
WL51〜WL53…ボンディングワイヤ
10…LSI
10A…基板
12…層間膜
14…保護層
2C、TH…電極
16(S)…ソース領域
18(D)…ドレイン領域
24、25…柱状電極
100…パッケージ部
200、200A、200B…半導体装置
300(300A〜300I)…ESD保護回路
301…高周波フィルタ
302…ローパスフィルタ
BMP, BMP G , BMP i ... Solder bumps M1 to M3 ... Metal layer MP ... Post electrode MRD 01 ... First rewiring (rewiring portion)
MRD 02 to MRD 13 ... Second rewiring (rewiring portion)
PL ... external terminal PRT, PTL1,2, PTS1,2 ... protection element TE51~53 ... terminal TOP ... Top metal CH 01 ~CH 31 ... contact hole GND 01 ~GND 03, GND 11 ... GND terminal GWL 01 ~GWL 03 ... Wiring WL51-WL53 ...
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記外部端子と接続される第1の再配線部と、
被保護回路に接続される複数の第2の再配線部と、
前記被保護回路を静電破壊から保護する保護素子と
を備え、
前記第1の再配線部は、前記保護素子を介して前記第2の再配線部と接続されることを特徴とするLSIのESD保護回路。 An external terminal,
A first rewiring unit connected to the external terminal;
A plurality of second rewiring units connected to the protected circuit;
A protection element for protecting the protected circuit from electrostatic breakdown,
The LSI ESD protection circuit, wherein the first rewiring unit is connected to the second rewiring unit through the protection element.
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