JP3063711B2 - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JP3063711B2
JP3063711B2 JP9319471A JP31947197A JP3063711B2 JP 3063711 B2 JP3063711 B2 JP 3063711B2 JP 9319471 A JP9319471 A JP 9319471A JP 31947197 A JP31947197 A JP 31947197A JP 3063711 B2 JP3063711 B2 JP 3063711B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
関し、特にフリップチップ型半導体集積回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体集積回路は図9に示される
ように、半導体集積回路1の外周部に入出力回路領域2
を、その内側に機能回路を実現する内部回路領域3がそ
れぞれ配置され、入出力回路領域2上に外周電源配線3
0及び入出力領域パッド4が配置されていた。電源供給
は、入出力領域パッド4、外周電源配線30、内部供給
電源配線31を通して内部回路領域3に行われていた。
【0003】したがって、外周部に配置される入出力回
路領域2及び外周電源配線30に電源保護回路が配置さ
れていた。
【0004】特開平4−30570号公報に開示された
従来例では、内部回路領域3および入出力回路領域2外
に配置される入出力領域パッド4の直下に、電源保護回
路を設けていた。
【0005】また特開平2−307258号公報に開示
された従来例では、図10に示されたように、機能回路
32の近傍の電源電位を与えるVcc電源配線34と接
地電位を与えるVss電源配線35との間に電源保護回
路33が配置されていた。36は電源パッド、37は電
源配線インピーダンス、38は入出力パッド、39は入
力回路、40は出力回路である。
【0006】図9及び図10に示す半導体集積回路に対
して、フリップチップ型半導体集積回路では、電源及び
信号入力としてパッドを自由に配置することを意図した
ものであり、内部回路領域あるいは機能回路内部にパッ
ドが配置されることが想定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フリッ
プチップ型半導体集積回路は、過電圧が印加された場
合、直接内部回路のトランジスタに電気的あるいは熱的
にストレスがかかり、結果的に容易に静電耐圧破壊をも
たらす。特に、従来は電源保護が施されていない内部回
路部では、その影響は大きい。入出力回路と内部回路の
電源電圧が別電位の互いに独立した場合、さらに影響は
大きい。
【0008】その理由は、電源パッドが内部回路領域に
配置され、十分な電源保護回路がないため、直接内部回
路に過電圧が直接印加されるためである。
【0009】本発明の目的は、電源静電耐圧を向上した
フリップチップ型半導体集積回路を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体集積回路は、最上層の配線層に
形成した複数の電源配線及び接地配線と、下層の配線層
に形成した前記電源配線及び接地配線に交差する複数の
電源配線及び接地配線とを有する半導体集積回路であっ
て、前記最上層の電源配線及び接地配線と前記下層の電
源配線及び接地配線とが上下で交差する個所の直上に形
成した複数の電源パッド及び接地パッドと、前記電源パ
ッド及び接地パッドの直下に形成した複数の電源保護回
路とを有するものである。
【0011】また前記下層の電源配線は、前記最上層の
電源配線と同じ電源の配線である
【0012】また前記最上層の複数の電源配線及び前記
下層の複数の電源配線はそれぞれ異なる電源の配線を含
んでいる
【0013】本発明によれば、内部回路用電源パッドか
ら印加された過電圧によるストレスを、内部回路領域に
配置された電源保護回路により吸収する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0015】(実施形態1)図1は、本発明の実施形態
1を示す平面図である。
【0016】図1に示すように、半導体集積回路1は、
入出力回路領域2と内部回路領域3とに内外に区画され
ている。すなわち、内部回路領域3を半導体集積回路1
の中央側に配置し、内部回路領域3の外周を取り囲んで
入出力回路領域2を半導体集積回路1の外周側に配置し
ている。さらに各領域2、3上には、入出力領域パッド
4、内部領域パッド5がそれぞれ配置されている。
【0017】入出力領域パッド4は、信号用、電源電位
あるいは接地電位を印加する電源用として使用され、内
部領域パッド5は基本的に電源として使用される。
【0018】入出力領域パッド4と内部領域パッド5か
ら与えられる電源電位は、必ずしも同じでない場合もあ
る。この場合、入出力回路領域2と内部回路領域3の電
源供給は、基本的に独立である。
【0019】図2は、本発明の実施形態1に係る半導体
集積回路1の内部回路領域3を示す平面図である。内部
回路領域3の最上層に電源電位が印加されるVcc電源
パッド5aが設けられ、Vcc電源パッド5aの真下
に、Vcc上層電源配線6a、Vcc下層電源配線7a
が設けられ、これらを介してVcc電源パッド5aから
の電圧が内部回路部10に給電される。接地電位Vss
側でも同様にVss電源パッド5bが最上層に設けら
れ、その真下にVss上層電源配線6b、Vss下層電
源配線7bが設けられ、これらを介してVss電源パッ
ド5bが内部回路部10に接続されている。
【0020】さらに、Vcc電源パッド5a,並びにV
ss電源パッド5bの直下には、それぞれ電源保護回路
9a,9bが配置されている。
【0021】図3は、本発明の実施形態1に係る半導体
集積回路1の内部回路部10を示す平面図である。電源
保護回路9は、電源配線に対し内部回路部10より手前
に配置されている。また内部回路部10において、所望
の機能が実現される。
【0022】図4は、本発明の実施形態1に係る半導体
集積回路1の内部回路領域3を示す断面図である。
【0023】Vcc電源パッド5aは、ハンダボール1
1とバリアメタル13から構成されている。電源パッド
5aは、Vcc上層電源配線6a、Vcc下層電源配線
7a、内部回路電源配線16にスルーホール15を介し
て接続される。同時にコンタクトホール17を介して電
源パッド5aの直下にあるVcc電源保護回路9aに接
続される。
【0024】電源保護回路9aには、Vss下層電源配
線7bとスルーホール15並びにコンタクトホール17
を介して接続されている。
【0025】Vss電源パッド5bの直下の配線構造断
面図も図4と同様である。この場合、Vcc電源パッド
をVss電源パッドと読み替える。Vss下層電源配線
7bは図2から明らかなように、Vss電源パッド5b
に接続される。
【0026】図5は、本発明の実施形態1に係る半導体
集積回路の電源保護回路部9a,9bを示す回路図であ
る。
【0027】図5に示すように、内部回路部10がMO
Sの場合、静電破壊を防止するため、電源保護回路部9
a,9bの耐圧は内部回路部10のトランジスタの酸化
膜の耐圧より低く設定されており、また、熱破壊を防止
するため、一定の大きさ以上に設定されている。
【0028】図5(a)、(b)は、図4に示す電源保
護回路部9a,9bの具体例を示すものであり、図5
(a)、(b)に示す電源保護回路20a,20b(電
源保護回路部9a,9bに相当する)は、Vcc電位が
Vss電位より低い電圧、あるいはVss電位がVcc
電位より高い電圧が印加され、一定値を越えた場合に回
路が動作して電源をクランプし、それ以上の過電圧が内
部回路部10に印加されないようになっている。
【0029】図5(c)の電源保護回路20c(電源保
護回路部9a,9bに相当する)は、通常のゲートレベ
ル電圧では動作しない回路であり、Vcc電位−Vss
電位間に高い電圧がかかった場合、トランジスタがON
し、内部回路部10に印加されないようになっている。
【0030】内部回路領域3に過電圧がかかった場合、
電源パッド5aあるいは5bから印加され、内部回路電
源配線16に過電圧が印加しようとする。
【0031】その場合、近くにある電源保護回路20
a,20b(電源保護回路部9a,9bに相当する)
に、Vcc電位がVss電位より低い電圧、あるいはV
ss電位がVcc電位より高い電圧が印加され、トラン
ジスタのVt値を越えた場合、回路が動作して電源をク
ランプし、それ以上の過電圧が印加しない。
【0032】電源保護回路20c(電源保護回路部9
a,9bに相当する)は、通常のゲートレベル電圧では
動作しない回路であり、Vcc電位−Vss電位間に高
い電圧が印加した場合、トランジスタがONし、電源を
クランプし、それ以上の過電圧がかからない。
【0033】以上のように電源保護回路9が動作するた
め、内部回路部10は保護されることとなる。
【0034】(実施形態2)図6は、本発明の実施形態
2に係る半導体集積回路の内部回路領域を示す平面図で
ある。
【0035】電源保護回路9a,9bは、上層電源配線
6a,6bと下層電源配線7a,7bの接続点にそれぞ
れ配置される。
【0036】これにより、電源パッド5a,5bの配置
に自由度を増すことになる。
【0037】(実施形態3)図7は、本発明の実施形態
3に係る半導体集積回路の内部回路領域を示す平面図、
図8は同断面図である。本発明の実施形態3は、内部回
路領域3に接地電位Vssを含めて3電源以上が配線さ
れる場合である。
【0038】図7のように本発明の実施形態3では、V
cc1下層電源配線7cを新たに電源パッド5c、上層
電源配線6c、下層電源配線7cの順に配線し、内部回
路部10に給電するようにしたものである。本発明の実
施形態3では、Vcc1下層電源配線7cの電位は、V
cc電位とVss電位との間のレベルにある。
【0039】本発明の実施形態3に用いる電源保護回路
としては、図5(d)に示すような電源保護回路20d
を用いることができる。この電源保護回路20dには、
トランジスタだけの電源保護回路でばかりでなく、抵抗
素子があり、この抵抗素子を介して内部回路部に至るよ
うになっている。
【0040】本発明の実施形態3によれば、過電圧波形
が鈍りストレスを和らげられるという効果がある。Vc
c1下層電源配線に過電圧が印加し、Vss電位より低
くなる場合は、PMOSトランジスタがONし、Vcc
電位より高くなる場合は、NMOSトランジスタがON
することにより、それぞれVcc1下層電源配線をクラ
ンプする。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
リップチップ型半導体集積回路の電源静電耐圧向上を得
ることができる。
【0042】その理由は、内部回路領域内に電源保護回
路を設けることによって内部回路領域に配置される電源
パッドからの過電圧を吸収できるようにしたためであ
る。
【0043】さらに、フリップチップ型半導体集積回路
の電源安定化を向上することができる。
【0044】その理由は、内部回路領域内に配置された
電源保護回路が容量として働くためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフリップチップ型半導体集積回路
を示す平面図である。
【図2】本発明の実施形態1における内部回路領域を示
す平面図である。
【図3】本発明の実施形態1における内部回路部を示す
平面図である。
【図4】本発明の実施形態1における内部回路領域を示
す配線構造断面図である。
【図5】本発明の実施形態に用いる電源保護回路の具体
例を示す回路図である。
【図6】本発明の実施形態2における内部回路領域を示
す平面図である。
【図7】本発明の実施形態3における内部回路領域を示
す平面図である。
【図8】本発明の実施形態3における内部回路領域を示
す配線構造断面図である。
【図9】従来例の半導体集積回路を示す平面図である。
【図10】従来例の半導体集積回路を示す回路図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体集積回路 2 入出力回路領域 3 内部回路領域 4 入出力領域パッド 5 内部領域パッド 5a Vcc電源パッド 5b Vss電源パッド 6a Vcc上層電源配線 6b Vss上層電源配線 6c Vcc1上層電源配線 7a Vcc下層電源配線 7b Vss下層電源配線 7c Vcc1下層電源配線 9a,9b,9c 電源保護回路 10 内部回路部 11 ハンダボール 12 カバー 13 バリアメタル 14 下層信号配線 15 スルーホール 16 内部回路電源配線 17 コンタクトホール 18 ポリシリ配線 20a,20b,20c,20d 電源保護回路 30 外周電源配線 31 内部供給用電源配線 32 機能回路 33 電源保護回路 34 Vcc電源配線 35 Vss電源配線 36 電源パッド 37 電源配線インピーダンス 38 入出力パッド 39 入力回路 40 出力回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 最上層の配線層に形成した複数の電源配
    線及び接地配線と、下層の配線層に形成した前記電源配
    線及び接地配線に交差する複数の電源配線及び接地配線
    とを有する半導体集積回路であって、前記最上層の電源配線及び接地配線と前記下層の電源配
    線及び接地配線とが上下で交差する個所の直上に形成し
    た複数の電源パッド及び接地パッドと、前記電源パッド
    及び接地パッドの直下に形成した複数の電源保護回路と
    有することを特徴とする半導体集積回路。
  2. 【請求項2】 前記下層の電源配線は、前記最上層の電
    源配線と同じ電源の配線であることを特徴とする請求項
    1に記載の半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記最上層の複数の電源配線及び前記下
    層の複数の電源配線はそれぞれ異なる電源の配線を含ん
    でいることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回
    路。
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