JP2015076524A - Semiconductor chips and semiconductor device formed by stacking them - Google Patents

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貴光 恩田
久之 長峰
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize a power-supply voltage supplied to each circuit of semiconductor chips, in a stacked-type semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device is formed by stacking a plurality of semiconductor chips. The semiconductor chips are connected to one another by a through electrode. In each semiconductor chip, a through electrode region is disposed in its center, a peripheral circuit region is disposed outside the through electrode region, and a memory cell region is disposed further outside the peripheral circuit region. A first annular power-supply line connected to the through electrode is formed around the through electrode region. Any of peripheral circuits disposed in the peripheral circuit region are indirectly connected to the through electrode via the first annular power-supply line.

Description

本発明は、複数の半導体チップを貫通電極によって電気的に接続することにより構成される積層型の半導体装置とその半導体チップに関する。   The present invention relates to a stacked semiconductor device configured by electrically connecting a plurality of semiconductor chips by through electrodes and the semiconductor chip.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの半導体装置に要求される記憶容量は年々増大している。近年においては、この要求を満たすため複数の半導体チップ(メモリチップ)を積層し、シリコン基板に設けられた貫通電極を介してこれらを電気的に接続する方法が提案されている(特許文献1参照)。   The storage capacity required for semiconductor devices such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) is increasing year by year. In recent years, in order to satisfy this requirement, a method has been proposed in which a plurality of semiconductor chips (memory chips) are stacked and these are electrically connected via through electrodes provided on a silicon substrate (see Patent Document 1). ).

特開2012−119368号公報JP 2012-119368 A

一般的な積層型の半導体装置においては、最下層の半導体チップを外部電源に接続し、貫通電極を介して上層の半導体チップにも電源電圧を供給する。貫通電極には電源線が接続され、内部回路はこの電源線から電源電圧を供給される。   In a general stacked semiconductor device, a lowermost semiconductor chip is connected to an external power supply, and a power supply voltage is also supplied to an upper semiconductor chip through a through electrode. A power supply line is connected to the through electrode, and the internal circuit is supplied with a power supply voltage from the power supply line.

貫通電極を半導体チップの中央部に配置する場合、半導体チップの周縁部ほど、いいかえれば、貫通電極から遠いほど電源線の電圧は不安定となる。そこで、複数の貫通電極に対して複数の電源線を接続し、更に、これらの電源線を互いに接続して電源網を構築することにより周縁部における電源電圧を安定化させることもある。   When the through electrode is arranged at the center of the semiconductor chip, the voltage on the power supply line becomes unstable as the periphery of the semiconductor chip, in other words, the farther from the through electrode. Therefore, a plurality of power supply lines are connected to a plurality of through electrodes, and these power supply lines are connected to each other to construct a power supply network, thereby stabilizing the power supply voltage at the peripheral portion.

しかし、DRAMの動作周波数の高速化や記憶容量の増加(チップサイズの拡大)にともない、電源電圧を安定供給可能な電源網を構築するのが困難になることが予想される。   However, it is expected that it will be difficult to construct a power supply network that can stably supply a power supply voltage as the operating frequency of the DRAM increases and the storage capacity increases (chip size increases).

本発明に係る半導体装置は、複数の貫通電極により互いに接続される複数の半導体チップを備える。複数の半導体チップそれぞれにおいては、複数の貫通電極が形成される貫通電極領域、貫通電極領域を囲む回路領域が形成される。貫通電極領域と回路領域との境界には、複数の貫通電極と接続される第1の環状電源線が形成される。回路領域に形成されるいずれの回路も、第1の環状電源線を介して貫通電極と間接的に接続される。   The semiconductor device according to the present invention includes a plurality of semiconductor chips connected to each other by a plurality of through electrodes. In each of the plurality of semiconductor chips, a through electrode region where a plurality of through electrodes are formed, and a circuit region surrounding the through electrode region are formed. A first annular power supply line connected to the plurality of through electrodes is formed at the boundary between the through electrode region and the circuit region. Any circuit formed in the circuit region is indirectly connected to the through electrode via the first annular power supply line.

本発明に係る半導体チップには、複数の貫通電極が形成される貫通電極領域、貫通電極領域を囲む回路領域が形成される。貫通電極領域と回路領域との境界には、複数の貫通電極と接続される第1の環状電源線が形成される。回路領域に形成されるいずれの回路も、第1の環状電源線を介して貫通電極と間接的に接続される。   In the semiconductor chip according to the present invention, a through electrode region in which a plurality of through electrodes are formed, and a circuit region surrounding the through electrode region are formed. A first annular power supply line connected to the plurality of through electrodes is formed at the boundary between the through electrode region and the circuit region. Any circuit formed in the circuit region is indirectly connected to the through electrode via the first annular power supply line.

本発明によれば、積層型の半導体装置において、電源品質を改善できる。   According to the present invention, power quality can be improved in a stacked semiconductor device.

半導体チップの模式的な平面図である。It is a typical top view of a semiconductor chip. 半導体装置の貫通電極周辺部の断面図である。It is sectional drawing of the penetration electrode periphery part of a semiconductor device. 半導体チップの貫通電極周辺部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the penetration electrode peripheral part of a semiconductor chip. 一般的に想定される電源網を示す平面図である。It is a top view which shows the power network generally assumed. 本実施形態における電源網を示す平面図である。It is a top view which shows the power network in this embodiment. 貫通電極領域の周辺拡大図である。It is a surrounding enlarged view of a penetration electrode area. 第1環状電源線と貫通電極、電源線、各回路の接続関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the connection relation of a 1st cyclic | annular power supply line, a penetration electrode, a power supply line, and each circuit. 第1環状電源線の別の配線方法を示す図である。It is a figure which shows another wiring method of a 1st cyclic | annular power supply line. 第1環状電源線に加えて、第2環状電源線、第3環状電源線を形成した場合の電源網を示す平面図である。It is a top view which shows the power supply network at the time of forming the 2nd annular power supply line and the 3rd annular power supply line in addition to the 1st annular power supply line. 3種類以上の電源電圧を供給するときの第1環状電源線の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a 1st cyclic | annular power supply line when supplying three or more types of power supply voltages. 評価パッドと第1環状電源線の接続関係を示す平面図である。It is a top view which shows the connection relation of an evaluation pad and a 1st annular power supply line.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、半導体チップ100の模式的な平面図である。半導体チップ100は、いわゆるワイドIO型のSDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)であり、互いに独立して動作可能な4つのチャネルCH−A〜CH−Dを備えている。そして、複数の半導体チップ100が積層されて、積層型の半導体装置200が形成される(図2参照)。   FIG. 1 is a schematic plan view of the semiconductor chip 100. The semiconductor chip 100 is a so-called wide IO SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), and includes four channels CH-A to CH-D that can operate independently of each other. A plurality of semiconductor chips 100 are stacked to form a stacked semiconductor device 200 (see FIG. 2).

1つの半導体チップ100の中央には4つの貫通電極領域106a〜106dが設けられる。これらをまとめていうときや特に区別しないときには貫通電極領域106とよぶ。後述のメモリセル領域102、周辺回路領域104等についても同様である。4つの貫通電極領域106a〜106dの外側には4つの周辺回路領域104a〜104dが形成される。更に、その外側には4つのメモリセル領域102a〜102dが形成される。このようにチャネルCHごとに、メモリセル領域102、周辺回路領域104、貫通電極領域106が形成される。メモリセル領域102と周辺回路領域104により「回路領域」が形成される。   Four through electrode regions 106 a to 106 d are provided in the center of one semiconductor chip 100. When these are collectively referred to or not particularly distinguished, they are referred to as through electrode regions 106. The same applies to a memory cell region 102, a peripheral circuit region 104, and the like which will be described later. Four peripheral circuit regions 104a to 104d are formed outside the four through electrode regions 106a to 106d. Further, four memory cell regions 102a to 102d are formed outside thereof. Thus, the memory cell region 102, the peripheral circuit region 104, and the through electrode region 106 are formed for each channel CH. A “circuit area” is formed by the memory cell area 102 and the peripheral circuit area 104.

メモリセル領域102においては、既知のように、ロウデコーダXDECとカラムデコーダYDECによりアクセス対象となるメモリセルが指定される。貫通電極領域106には、複数の貫通電極(Through Silicon ViaまたはThrough Substrate Via)が形成される。貫通電極により複数の半導体チップ100は電気的に接続される。貫通電極には信号線となるものもあれば電源線となるものもある。以下においては、電源線となる貫通電極を対象として説明する。周辺回路領域104は、貫通電極領域106から供給される電源電圧に基づき動作する各種の制御回路が形成される領域である。具体的には、データ入出力回路やコマンド・デコーダ、アドレス・デコーダ、DLL(Delay Locked Loop)回路、タイミング・ジェネレータ等である。   In the memory cell region 102, as is known, a memory cell to be accessed is designated by the row decoder XDEC and the column decoder YDEC. A plurality of through electrodes (Through Silicon Via or Through Substrate Via) are formed in the through electrode region 106. The plurality of semiconductor chips 100 are electrically connected by the through electrode. Some penetrating electrodes serve as signal lines, while others serve as power supply lines. In the following, a description will be given of a through electrode serving as a power line. The peripheral circuit region 104 is a region where various control circuits that operate based on the power supply voltage supplied from the through electrode region 106 are formed. Specifically, a data input / output circuit, a command decoder, an address decoder, a DLL (Delay Locked Loop) circuit, a timing generator, and the like.

更に、半導体チップ100の中央部にはX方向に沿って評価パッド領域108が形成される。評価パッド領域108には複数の評価パッド110(図4参照)が配列される。評価パッド110は半導体チップ100をウェハー状態で動作テストするときにテスターのプローブを接触させるための電極である。なお、半導体装置200の積層時の構造的な強度を確保するためにダミーの貫通電極などからなるサポートバンプを設けることもある。   Further, an evaluation pad region 108 is formed along the X direction at the center of the semiconductor chip 100. In the evaluation pad area 108, a plurality of evaluation pads 110 (see FIG. 4) are arranged. The evaluation pad 110 is an electrode for contacting a tester probe when the semiconductor chip 100 is subjected to an operation test in a wafer state. In order to secure structural strength when the semiconductor device 200 is stacked, support bumps made of dummy through electrodes may be provided.

図2は、半導体装置200の貫通電極周辺部の断面図である。図2に示す半導体装置200においては、4つの半導体チップ100−1〜100−4が積層されている。各半導体チップ100の中央部に形成される貫通電極TSVは上下で接続される。最下層の半導体チップ100−1には外部端子112が接続されており、外部端子112から貫通電極を介して各半導体チップ100に電源電圧が供給される。また、各貫通電極TSVには電源線114が接続され、電源線114を介して半導体チップ100の各内部回路に電源電圧が供給される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the periphery of the through electrode of the semiconductor device 200. In the semiconductor device 200 shown in FIG. 2, four semiconductor chips 100-1 to 100-4 are stacked. The through silicon vias TSV formed at the center of each semiconductor chip 100 are connected in the vertical direction. An external terminal 112 is connected to the lowermost semiconductor chip 100-1, and a power supply voltage is supplied from the external terminal 112 to each semiconductor chip 100 through a through electrode. Further, a power supply line 114 is connected to each through electrode TSV, and a power supply voltage is supplied to each internal circuit of the semiconductor chip 100 via the power supply line 114.

図3は、半導体チップ100の貫通電極周辺部の拡大断面図である。図3に示すように、貫通電極はシリコン基板122と配線層124を貫く。貫通電極のシリコン基板122側における裏面端部132は裏面バンプ128で覆われ、配線層124の表面側における表面端部130は表面バンプ126により覆われる。裏面バンプ128は、下層の半導体チップ100の表面バンプ126と接する電極である。表面バンプ126は、上層の半導体チップ100の裏面バンプ128と接する電極である。   FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the through electrode of the semiconductor chip 100. As shown in FIG. 3, the through electrode penetrates the silicon substrate 122 and the wiring layer 124. The back end 132 on the silicon substrate 122 side of the through electrode is covered with the back bump 128, and the front end 130 on the front side of the wiring layer 124 is covered with the surface bump 126. The back bump 128 is an electrode in contact with the front bump 126 of the underlying semiconductor chip 100. The front bump 126 is an electrode in contact with the rear bump 128 of the upper semiconductor chip 100.

配線層124は、第1配線層140、第2配線層138、第3配線層136および第4配線層134を含む。第1配線層140と第2配線層138はビア導体VIA3により接続され、第2配線層138と第3配線層136はビア導体VIA2により接続され、第3配線層136と第4配線層134はビア導体VIA1により接続される。これらの配線層やビア導体は酸化膜により覆われている。貫通電極に供給される電源電圧は、配線層やビア導体を介して、シリコン基板122や配線層124内部に形成される各種回路に供給される。   The wiring layer 124 includes a first wiring layer 140, a second wiring layer 138, a third wiring layer 136, and a fourth wiring layer 134. The first wiring layer 140 and the second wiring layer 138 are connected by the via conductor VIA3, the second wiring layer 138 and the third wiring layer 136 are connected by the via conductor VIA2, and the third wiring layer 136 and the fourth wiring layer 134 are Connected by via conductor VIA1. These wiring layers and via conductors are covered with an oxide film. The power supply voltage supplied to the through electrode is supplied to various circuits formed in the silicon substrate 122 and the wiring layer 124 via the wiring layer and via conductor.

図4は、一般的に想定される電源網を示す平面図である。ここでは、電源電圧VDD,VSSという2種類の電源電圧を貫通電極領域106から供給するとして説明する。貫通電極領域106において、電源電圧VDDを供給する貫通電極には電源線114Dが接続され、電源電圧VSSを供給する貫通電極には電源線114Sが接続される。電源線114D,114Sはいずれも貫通電極からy方向に引き出される。   FIG. 4 is a plan view showing a generally assumed power supply network. Here, it is assumed that two types of power supply voltages, VDD and VSS, are supplied from the through electrode region 106. In the through electrode region 106, the power supply line 114D is connected to the through electrode that supplies the power supply voltage VDD, and the power supply line 114S is connected to the through electrode that supplies the power supply voltage VSS. The power supply lines 114D and 114S are both drawn out from the through electrode in the y direction.

周辺回路領域104やメモリセル領域102におけるさまざまな回路はそのレイアウト位置に関わらず所望の電源電圧を供給する必要がある。しかし、周辺回路領域104aに形成される回路Aと回路Bの場合、貫通電極から電源電圧が供給されるまでの経路の長さが異なるため、寄生抵抗成分や寄生容量成分の差により、回路A,Bに与えられる電源電圧VDD,VSSの安定性が若干異なる。そこで、電源線114D,114Sをxy方向にメッシュ状に接続して電源を強化し、電源電圧を安定化させている。このようにして、チャネルCH−A〜CH−Dそれぞれに対応して、チャネル電源網116a〜116dが構成される。   Various circuits in the peripheral circuit region 104 and the memory cell region 102 need to supply a desired power supply voltage regardless of the layout position. However, in the case of the circuit A and the circuit B formed in the peripheral circuit region 104a, the lengths of paths until the power supply voltage is supplied from the through electrode are different. Therefore, the circuit A is caused by the difference in the parasitic resistance component and the parasitic capacitance component. , B are slightly different in stability of the power supply voltages VDD, VSS. Therefore, the power supply lines 114D and 114S are connected in a mesh shape in the xy direction to strengthen the power supply and stabilize the power supply voltage. In this way, channel power supply networks 116a to 116d are configured corresponding to the channels CH-A to CH-D, respectively.

各チャネル電源網116への電源電圧供給を更に安定させるためには、チャネル電源網116a〜116dを互いに接続することが望ましい。しかし、チャネル電源網116とチャネル電源網116の間の境界領域120a〜120dには評価パッド110や回路、信号線、サポートバンプ等が形成されるため、接続可能な箇所は限定される。また、境界領域120にあるさまざまな回路要素を避けながらチャネル電源網116同士を接続する場合には、電源線114のレイアウトが複雑化しやすい。   In order to further stabilize the power supply voltage supply to each channel power supply network 116, it is desirable to connect the channel power supply networks 116a to 116d to each other. However, since the evaluation pads 110, circuits, signal lines, support bumps, and the like are formed in the boundary regions 120a to 120d between the channel power supply network 116 and the channel power supply network 116, the connectable places are limited. Further, when the channel power supply networks 116 are connected to each other while avoiding various circuit elements in the boundary region 120, the layout of the power supply lines 114 tends to be complicated.

今後、DRAMの動作周波数の高速化が進むと、電源線114に重畳されるノイズが大きくなる。また、記憶容量の増大にともないメモリセル領域102が拡大していくと、チャネル電源網116がますます大きくなり、貫通電極から遠い位置における電圧変動を抑制するのが難しくなることが懸念される。   As the operating frequency of the DRAM increases in the future, noise superimposed on the power supply line 114 increases. Further, when the memory cell region 102 is enlarged as the storage capacity is increased, the channel power supply network 116 becomes larger, and there is a concern that it is difficult to suppress voltage fluctuation at a position far from the through electrode.

図5は、本実施形態における電源網を示す平面図である。図6は、貫通電極領域106の周辺拡大図である。本実施形態においては、貫通電極領域106を囲むように第1環状電源線142D,142Sを形成する。まとめて、第1環状電源線142とよぶ。第1環状電源線142は、貫通電極領域106と周辺回路領域104の境界に形成される。第1環状電源線142は貫通電極から特に安定した電源電圧を供給されるべき電源線の一種である。   FIG. 5 is a plan view showing a power supply network in the present embodiment. FIG. 6 is an enlarged view around the through electrode region 106. In the present embodiment, the first annular power supply lines 142D and 142S are formed so as to surround the through electrode region 106. These are collectively referred to as the first annular power supply line 142. The first annular power supply line 142 is formed at the boundary between the through electrode region 106 and the peripheral circuit region 104. The first annular power supply line 142 is a kind of power supply line to be supplied with a particularly stable power supply voltage from the through electrode.

4つのチャネル電源網116a〜116dは、いずれも、第1環状電源線142と複数の箇所にて接続される。各チャネル電源網116は、第1環状電源線142を介して互いに接続されている。このような接続方法により、貫通電極領域106から遠い回路に供給される電源電圧の変動を抑制する。   The four channel power supply networks 116a to 116d are all connected to the first annular power supply line 142 at a plurality of locations. The channel power supply networks 116 are connected to each other via a first annular power supply line 142. With such a connection method, fluctuations in the power supply voltage supplied to a circuit far from the through electrode region 106 are suppressed.

また、チャネル電源網116は、第1環状電源線142のどこにでも接続できるため、チャネル電源網116と第1環状電源線142の接続を強固かつ確実にできる。もちろん、図5に示したように、チャネル電源網116同士を境界領域120においても接続してもよいし、しなくてもよい。第1環状電源線142は、第1配線層140〜第4配線層134のうち、いずれかの一層において形成されてもよいし、複数層において形成されてもよい。また、第1環状電源線142の内側に、メッシュ状の電源線114(第1の電源線)を形成してもよい。このようなメッシュ状の電源線114により、第1環状電源線142の電源電圧をいっそう安定させることができる。   In addition, since the channel power supply network 116 can be connected anywhere on the first annular power supply line 142, the connection between the channel power supply network 116 and the first annular power supply line 142 can be made strong and reliable. Of course, as shown in FIG. 5, the channel power supply networks 116 may or may not be connected in the boundary region 120. The first annular power supply line 142 may be formed in any one layer among the first wiring layer 140 to the fourth wiring layer 134, or may be formed in a plurality of layers. Further, a mesh-like power line 114 (first power line) may be formed inside the first annular power line 142. With such a mesh-like power supply line 114, the power supply voltage of the first annular power supply line 142 can be further stabilized.

図7は、第1環状電源線142と貫通電極144、電源線114、各回路の接続関係を示す模式図である。貫通電極領域106a〜106dの周りには、図5,図6に示したように第1環状電源線142が形成される。第1環状電源線142は、周辺回路領域104と貫通電極領域106の境界に形成され、貫通電極はすべて第1環状電源線142の内側にあり、周辺回路領域104の周辺回路はすべて第1環状電源線142の外側にある。   FIG. 7 is a schematic diagram showing the connection relationship between the first annular power supply line 142, the through electrode 144, the power supply line 114, and each circuit. As shown in FIGS. 5 and 6, the first annular power supply line 142 is formed around the through electrode regions 106 a to 106 d. The first annular power supply line 142 is formed at the boundary between the peripheral circuit region 104 and the through electrode region 106, all the through electrodes are inside the first annular power supply line 142, and all the peripheral circuits in the peripheral circuit region 104 are in the first annular shape. It is outside the power line 142.

貫通電極領域106aに形成される貫通電極144からy方向に引き出された電源線114−1は、貫通電極144と直接的に接続される。ここで「直接的に接続」とは、電源線114がある方向に引き出されたあと、別の電源線114や回路等と接続することなく、目的の電源線114に接続することをいう。「間接的に接続」とは、直接的な接続ではない接続方法をいう。   The power supply line 114-1 led out in the y direction from the through electrode 144 formed in the through electrode region 106 a is directly connected to the through electrode 144. Here, “direct connection” refers to connection to the target power supply line 114 without being connected to another power supply line 114 or a circuit after the power supply line 114 is drawn in a certain direction. “Indirect connection” means a connection method that is not a direct connection.

貫通電極144は、第1環状電源線142と最短距離にて直接的に接続される。また、複数の貫通電極144は、第1環状電源線142の複数箇所にて接続される。このため、第1環状電源線142に供給される電源電圧は安定したものになる。また、図5,図6において示したように、第1環状電源線142はその内側においてメッシュ状の電源線114(第1の電源線)により接続されるため、第1環状電源線142の電源電圧は更に安定する。実質的には、第1環状電源線142には、貫通電極144とほとんど同等の安定した電源電圧が供給される。更に第1環状電源線142の電源電圧を安定させる上では、第1環状電源線142の断面積を他の電源線114の断面積よりも大きくして内部抵抗を下げることが望ましい。   The through electrode 144 is directly connected to the first annular power supply line 142 at the shortest distance. Further, the plurality of through electrodes 144 are connected at a plurality of locations of the first annular power supply line 142. For this reason, the power supply voltage supplied to the first annular power supply line 142 becomes stable. As shown in FIGS. 5 and 6, the first annular power supply line 142 is connected by a mesh-like power supply line 114 (first power supply line) on the inside thereof, so that the power supply of the first annular power supply line 142 is provided. The voltage is further stabilized. Substantially, a stable power supply voltage almost equivalent to the through electrode 144 is supplied to the first annular power supply line 142. Furthermore, in order to stabilize the power supply voltage of the first annular power supply line 142, it is desirable to make the cross-sectional area of the first annular power supply line 142 larger than the cross-sectional areas of the other power supply lines 114 to reduce the internal resistance.

第1環状電源線142の外側には複数の電源線114(第2の電源線)がy方向に延伸している。図7においては、回路Cは第1環状電源線142と電源線114−2を介して直接的に接続されている。また、回路Bは電源線114−5を介して、電源線114−3(第2の電源線)と接続されている。回路Aは電源線114−6を介して電源線114−3(第2の電源線)と接続されている。すなわち、回路A,Bは第1環状電源線142とは間接的に接続され、回路Cは第1環状電源線142と直接的に接続されるが、いずれの回路も貫通電極144とは第1環状電源線142を介して間接的に接続される。   A plurality of power supply lines 114 (second power supply lines) extend in the y direction outside the first annular power supply line 142. In FIG. 7, the circuit C is directly connected to the first annular power supply line 142 and the power supply line 114-2. The circuit B is connected to the power supply line 114-3 (second power supply line) through the power supply line 114-5. The circuit A is connected to the power supply line 114-3 (second power supply line) via the power supply line 114-6. That is, the circuits A and B are indirectly connected to the first annular power supply line 142, and the circuit C is directly connected to the first annular power supply line 142, but both circuits are first connected to the through electrode 144. They are indirectly connected via an annular power line 142.

まとめると、周辺回路領域104の制御回路は第1環状電源線142と直接的に接続されるものもあれば間接的に接続されるものもあるが、すべての回路は貫通電極144とは第1環状電源線142を介して間接的に接続される。メモリセル領域102の各回路も第1環状電源線142を介して貫通電極144と間接的に接続される。本実施形態においては、すべての回路に電源電圧を供給する第1環状電源線142の電源電圧を安定させることにより、半導体チップ100のすべての回路への電源電圧の供給を安定化させている。   In summary, the control circuit in the peripheral circuit region 104 may be directly connected to the first annular power supply line 142 or indirectly connected to the first annular power supply line 142, but all the circuits are the first through electrodes 144. They are indirectly connected via an annular power line 142. Each circuit in the memory cell region 102 is also indirectly connected to the through electrode 144 via the first annular power supply line 142. In the present embodiment, the supply of the power supply voltage to all the circuits of the semiconductor chip 100 is stabilized by stabilizing the power supply voltage of the first annular power supply line 142 that supplies the power supply voltage to all the circuits.

図8は、第1環状電源線142の別の配線方法を示す図である。図5においては4つの貫通電極領域106を1つの第1環状電源線142により囲んでいるが、第1環状電源線142はすべての貫通電極領域106を囲む必要はない。たとえば、図8のように貫通電極領域106a,106dを囲む第1環状電源線142−1と、貫通電極領域106b,106cを囲む第1環状電源線142−2のように、貫通電極領域106を2つずつ囲んでもいい。また、第1環状電源線142−1により貫通電極領域106a,106bを囲み、第1環状電源線142−2により貫通電極領域106c,106dを囲んでもよい。   FIG. 8 is a diagram illustrating another wiring method for the first annular power supply line 142. In FIG. 5, the four through electrode regions 106 are surrounded by one first annular power supply line 142, but the first annular power supply line 142 need not surround all the through electrode regions 106. For example, as shown in FIG. 8, the through electrode region 106 is formed like a first annular power supply line 142-1 surrounding the through electrode regions 106a and 106d and a first annular power supply line 142-2 surrounding the through electrode regions 106b and 106c. You can surround them two by two. Alternatively, the first annular power supply line 142-1 may surround the through electrode regions 106a and 106b, and the first annular power supply line 142-2 may surround the through electrode regions 106c and 106d.

図9は、第1環状電源線142に加えて、第2環状電源線146、第3環状電源線148を形成した場合の電源網を示す平面図である。図9においては、チャネルCH−Aのメモリセル領域102a、周辺回路領域104aの周囲に第2環状電源線146aが形成される。第2環状電源線146aの内側にはメッシュ状に電源線114(第3の電源線)が形成され、これによりチャネル電源網116aが形成される。他のチャネルCH−B〜CH−Dについても同様である。   FIG. 9 is a plan view showing a power supply network when a second annular power supply line 146 and a third annular power supply line 148 are formed in addition to the first annular power supply line 142. In FIG. 9, the second annular power supply line 146a is formed around the memory cell region 102a and the peripheral circuit region 104a of the channel CH-A. Inside the second annular power supply line 146a, a power supply line 114 (third power supply line) is formed in a mesh shape, thereby forming a channel power supply network 116a. The same applies to the other channels CH-B to CH-D.

第2環状電源線146も第1環状電源線142と同様、貫通電極144よりも太い導線にて形成されてもよい。第1環状電源線142と第2環状電源線146は、複数箇所にて直接的に接続される。このため、第2環状電源線146においても、第1環状電源線142と同様に均一かつ安定的に電源電圧が供給される。また、第2環状電源線146の内部のメッシュ配線(第3の電源線)にも第2環状電源線146の電圧を安定させる。メモリセル領域102や周辺回路領域104に形成される各種回路は、第2環状電源線146と直接的または間接的に接続される。   Similarly to the first annular power supply line 142, the second annular power supply line 146 may be formed of a conductive wire thicker than the through electrode 144. The first annular power supply line 142 and the second annular power supply line 146 are directly connected at a plurality of locations. Therefore, the power supply voltage is supplied to the second annular power supply line 146 in a uniform and stable manner similarly to the first annular power supply line 142. The voltage of the second annular power supply line 146 is also stabilized in the mesh wiring (third power supply line) inside the second annular power supply line 146. Various circuits formed in the memory cell region 102 and the peripheral circuit region 104 are directly or indirectly connected to the second annular power supply line 146.

更に、境界領域120a〜120dにも第3環状電源線148a〜148dを同様に形成してもよい。第2環状電源線146は、第3環状電源線148と1以上の箇所にて接続される。第3環状電源線148は、評価パッド110やサポートバンプなどの各種回路要素を避けるように形成されることが好ましい。また、第3環状電源線148は、第1環状電源線142とも接続されることが好ましい。図9に示す構成によれば、第1環状電源線142、第2環状電源線146および第3環状電源線148に安定した電源電圧を供給できる。   Further, the third annular power supply lines 148a to 148d may be similarly formed in the boundary regions 120a to 120d. The second annular power supply line 146 is connected to the third annular power supply line 148 at one or more locations. The third annular power supply line 148 is preferably formed so as to avoid various circuit elements such as the evaluation pad 110 and the support bump. Further, it is preferable that the third annular power supply line 148 is also connected to the first annular power supply line 142. According to the configuration shown in FIG. 9, a stable power supply voltage can be supplied to the first annular power supply line 142, the second annular power supply line 146, and the third annular power supply line 148.

図10は、3種類以上の電源電圧を供給するときの第1環状電源線142の構成を示す平面図である。図5では、電源電圧VDD,VSSに対応して第1環状電源線142を2重に構成したが、3種類以上の電源電圧を供給するときの考え方も同じである。図10において、第1環状電源線142SQには電源電圧VSSQ、第1環状電源線142DQには電源電圧VDDQ、第1環状電源線142SSには特定用途向けの電源電圧VSSが供給される。特定用途向けの電源電圧VSSとは、ノイズ対策として、通常の電源電圧VSSの貫通電極から別経路に分岐させて供給される電源電圧であり、例えばセンスアンプなどに用いられる。   FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the first annular power supply line 142 when three or more types of power supply voltages are supplied. In FIG. 5, the first annular power supply line 142 is doubled corresponding to the power supply voltages VDD and VSS, but the concept when supplying three or more kinds of power supply voltages is the same. In FIG. 10, the power supply voltage VSSQ is supplied to the first annular power supply line 142SQ, the power supply voltage VDDQ is supplied to the first annular power supply line 142DQ, and the power supply voltage VSS for a specific application is supplied to the first annular power supply line 142SS. The power supply voltage VSS for a specific application is a power supply voltage that is supplied by branching from a through electrode of the normal power supply voltage VSS to another path as a noise countermeasure, and is used for, for example, a sense amplifier.

図11は、評価パッド110と第1環状電源線142の接続関係を示す平面図である。半導体チップ100の動作テスト時においては、評価パッド110からテスト用の電源電圧が供給される。一方、通常動作時においては、貫通電極144から電源電圧が供給される。上述のように、評価パッド110は半導体チップ100をウェハー状態で動作テストするときにテスターのプローブを接触させるための電極である。このため、テストが終了して出荷されたあとは評価パッド110は使用されない。   FIG. 11 is a plan view showing the connection relationship between the evaluation pad 110 and the first annular power supply line 142. During the operation test of the semiconductor chip 100, a test power supply voltage is supplied from the evaluation pad 110. On the other hand, during normal operation, the power supply voltage is supplied from the through electrode 144. As described above, the evaluation pad 110 is an electrode for contacting a tester probe when the semiconductor chip 100 is subjected to an operation test in a wafer state. For this reason, the evaluation pad 110 is not used after the test is completed and shipped.

図4に示した構成の場合、回路A,Bに対して評価パッド110から電源電圧を供給する場合と、貫通電極144から電源電圧を場合では接続条件が大きく異なる。たとえば、回路Aは評価パッド110からは近いが、貫通電極144からは遠いため、テスト時と通常動作時で実際に供給される電源電圧の条件が異なる可能性がある。   In the case of the configuration shown in FIG. 4, the connection conditions are greatly different between when the power supply voltage is supplied from the evaluation pad 110 to the circuits A and B and when the power supply voltage is supplied from the through electrode 144. For example, since the circuit A is close to the evaluation pad 110 but far from the through electrode 144, the condition of the power supply voltage that is actually supplied may differ between the test and the normal operation.

これに対し、図11では評価パッド110はすべて第1環状電源線142と直接的に接続される。これは貫通電極144と同じ接続方法である。評価パッド110は、すべて第1環状電源線142の内部に形成するとしてもよい。テスト時と通常動作時のいずれにおいても回路A,Bは第1環状電源線142から電源電圧を供給される。第1環状電源線142の電圧は安定しているため、テスト時と通常動作時において回路に供給される電源電圧の条件を一致させることができる。   On the other hand, in FIG. 11, all the evaluation pads 110 are directly connected to the first annular power supply line 142. This is the same connection method as the through electrode 144. All the evaluation pads 110 may be formed inside the first annular power supply line 142. The circuits A and B are supplied with the power supply voltage from the first annular power supply line 142 in both the test and the normal operation. Since the voltage of the first annular power supply line 142 is stable, the conditions of the power supply voltage supplied to the circuit during the test and the normal operation can be matched.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

100 半導体チップ
102 メモリセル領域
104 周辺回路領域
106 貫通電極領域
108 評価パッド領域
110 評価パッド
112 外部端子
114 電源線
116 チャネル電源網
118 回路
120 境界領域
122 シリコン基板
124 配線層
126 表面バンプ
128 裏面バンプ
130 表面端部
132 裏面端部
134 第4配線層
136 第3配線層
138 第2配線層
140 第1配線層
142 第1環状電源線
144 貫通電極
146 第2環状電源線
148 第3環状電源線
200 半導体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor chip 102 Memory cell area 104 Peripheral circuit area 106 Through electrode area 108 Evaluation pad area 110 Evaluation pad 112 External terminal 114 Power supply line 116 Channel power supply network 118 Circuit 120 Boundary area 122 Silicon substrate 124 Wiring layer 126 Surface bump 128 Back surface bump 130 Front end 132 Back end 134 Fourth wiring layer 136 Third wiring layer 138 Second wiring layer 140 First wiring layer 142 First annular power supply line 144 Through electrode 146 Second annular power supply line 148 Third annular power supply line 200 Semiconductor apparatus

Claims (13)

複数の貫通電極により互いに接続される複数の半導体チップを備え、
前記複数の半導体チップそれぞれにおいては、前記複数の貫通電極が形成される貫通電極領域、前記貫通電極領域を囲む回路領域が形成され、
前記貫通電極領域と前記回路領域との境界には、前記複数の貫通電極と接続される第1の環状電源線が形成され、
前記回路領域に形成されるいずれの回路も、前記第1の環状電源線を介して前記貫通電極と間接的に接続されることを特徴とする半導体装置。
A plurality of semiconductor chips connected to each other by a plurality of through electrodes,
In each of the plurality of semiconductor chips, a through electrode region in which the plurality of through electrodes are formed, and a circuit region surrounding the through electrode region are formed,
A first annular power line connected to the plurality of through electrodes is formed at a boundary between the through electrode region and the circuit region,
Any circuit formed in the circuit region is indirectly connected to the through electrode via the first annular power supply line.
前記複数の貫通電極は、いずれも前記第1の環状電源線と直接的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of through electrodes is directly connected to the first annular power supply line. 前記回路領域には、メモリセルアレイおよび前記メモリセルアレイを制御する制御回路が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a memory cell array and a control circuit for controlling the memory cell array are formed in the circuit area. 前記第1の環状電源線の内側においては、メッシュ状に第1の電源線が配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first power supply line is arranged in a mesh shape inside the first annular power supply line. 5. 前記貫通電極領域に形成される複数の貫通電極には、複数の電源電圧が供給され、
前記貫通電極領域の周囲には、前記複数の電源電圧に対応して複数の前記第1の環状電源線が形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
A plurality of power supply voltages are supplied to the plurality of through electrodes formed in the through electrode region,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the first annular power supply lines are formed around the through electrode region corresponding to the plurality of power supply voltages. 6.
前記第1の環状電源線の外側においては、前記第1の環状電源線から第2の電源線が延伸し、
前記回路の全部または一部は、前記第2の電源線を介して前記第1の環状電源線と間接的に接続されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。
Outside the first annular power supply line, a second power supply line extends from the first annular power supply line,
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein all or part of the circuit is indirectly connected to the first annular power supply line via the second power supply line. .
前記第1の環状電源線の断面積は、前記第2の電源線の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein a cross-sectional area of the first annular power supply line is larger than a cross-sectional area of the second power supply line. 前記半導体チップの中央には、複数の貫通電極領域が形成され、
前記第1の環状電源線は、2以上の貫通電極領域の周囲に形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置。
A plurality of through electrode regions are formed in the center of the semiconductor chip,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first annular power supply line is formed around two or more through electrode regions.
前記半導体チップの中央には、複数のチャネルに対応して複数の貫通電極領域、複数の前記回路領域が形成され、
同じチャネルに対応する前記回路領域の周囲には、第2の環状電源線が形成されることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体装置。
In the center of the semiconductor chip, a plurality of through electrode regions corresponding to a plurality of channels, a plurality of the circuit regions are formed,
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein a second annular power supply line is formed around the circuit region corresponding to the same channel.
前記第2の環状電源線は、前記第1の環状電源線と接続され、
いずれの前記回路も、前記第2の環状電源線を介して前記第1の環状電源線と間接的に接続されることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
The second annular power line is connected to the first annular power line;
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein any of the circuits is indirectly connected to the first annular power supply line via the second annular power supply line.
前記第2の環状電源線の内側においては、メッシュ状に第3の電源線が配置されることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 9, wherein a third power supply line is disposed in a mesh shape inside the second annular power supply line. 11. 前記半導体チップには複数の評価パッドが形成され、
前記複数の評価パッドは、いずれも前記第1の電源環状線と直接的に接続されることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の半導体装置。
A plurality of evaluation pads are formed on the semiconductor chip,
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of evaluation pads is directly connected to the first power supply ring line.
複数の貫通電極が形成される貫通電極領域、前記貫通電極領域を囲む回路領域が形成され、
前記貫通電極領域と前記回路領域との境界には、前記複数の貫通電極と接続される第1の環状電源線が形成され、
前記回路領域に形成されるいずれの回路も、前記第1の環状電源線を介して前記貫通電極と間接的に接続されることを特徴とする半導体チップ。
A through electrode region in which a plurality of through electrodes are formed, a circuit region surrounding the through electrode region is formed,
A first annular power line connected to the plurality of through electrodes is formed at a boundary between the through electrode region and the circuit region,
Any of the circuits formed in the circuit region is indirectly connected to the through electrode via the first annular power supply line.
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