JP3599108B2 - アレー型ボンディングパッドを備える半導体チップの内部回路構造及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの内部回路構造とその製造方法に関し、特に、ボールグリッドアレー(Ball Grid Array:以下、BGAという。)構造又はフリップチップ(Flip Chip)構造等の格子状に配置されたボンディングパッド(以下、アレー型ボンディングパッド(array−type bonding pads)という。)を備える半導体チップのワイヤボンディングパッケージ(wire−bonding package)の内部回路構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体技術の発展に伴って、半導体チップの動作速度及び回路の複雑さは日増しに高まっている。したがって、半導体チップのパッケージング効率(packaging efficiency)を向上させるために、パッケージングの技術が絶え間なく研究されている。半導体チップのワイヤボンディングパッケージにおいて、半導体チップ上のボンディングパッド(bonding pad)の配置は、特に重要である。例えばボールグリッドアレーパッケージ等のパッケージにおける基板上の導電トレース(conductive trace)は、リソグラフィーを用いて、非常に狭いピッチ(fine pitch)で実現することができる。
【0003】
従来の集積回路(以下、ICという。)におけるボンディングパッドの配置としては、ボンディングパッドを一列(single in line)に配置した一列ボンディングパッド配置、ボンディングパッドをスタッガ状に(staggered)配置したスタッガボンディングパッド配置、及びボンディングパッドを格子状(array−type)に配置したアレーボンディングパッド配置がある。ICの機能が増大していることを考慮すると、半導体チップ表面に配置することができるボンディングパッドの数(以下、最大許容数という。)も増加させることが望ましく、上述の一列ボンディングパッド配置では、この要求を満たすことができない。これに対して、スタッガボンディングパッド配置及びアレーボンディングパッド配置は、ボンディングパッドの最大許容数を比較的増加させることができ、幅広く用いられている。
【0004】
図6及び図7は、スタッガボンディングパッド配置のBGAを有する半導体チップにおける従来のパッケージの断面図及び平面図である。図6に示すように、パッケージ100は、半導体チップ110を備え、半導体チップ110の上面の周辺部には、ボンディングパッド120がスタッガ状(すなわち二重であって交互)に配置されており、具体的には、図7に示すように、複数のボンディングパッド120は、外側の列の(以下、外列という。)ボンディングパッド121と、内側の列の(以下、内列という。)ボンディングパッド122とからなる。一方、パーケージ基板170の上面には、接地リング(ground ring)130と、電源リング(power ring)140と、複数の導電トレース160とが配設されている。半導体チップ110上のボンディングパッド120は、接地電位を供給する接地パッドと、電源電圧を供給する電源パッドと、信号を入力又は出力する信号パッド(以下、I/Oパッドという。)とからなり、それぞれボンディングワイヤ121a、121b、122a又は122bによって、それぞれ接地リング130、電源リング140、導電トレース160に接続されている。
【0005】
格子状に配列されたボンディングパッド(以下、アレー型ボンディングパッド(array−type bonding pads)という。)を備える半導体チップの従来のパッケージは、本願出願人が2001年10月19日に出願した台湾特許申請番号90125929号の「アレー型ボンディングパッドを備える半導体チップパッケージ(PACKAGE OF SEMICONDUCTOR CHIP WITH ARRAY−TYPE BONDING PADS)」の明細書に開示されている。図8及び図9は、アレー型ボンディングパッドを備える半導体チップの従来のパッケージの断面図及び平面図である。図8に示すように、半導体チップのパッケージ200は、半導体チップ210を備え、半導体チップ210の上面の周辺部には、複数のボンディングパッド220が少なくとも4列に配置されており、具体的には、図9に示すように、複数のボンディングパッド220は、最外列のボンディングパッド221と、外列のボンディングパッド222と、内列のボンディングパッド223と、最内列のボンディングパッド224とからなる。最外列ボンディングパッド221と外列ボンディングパッド222は電源パッドと接地パッドであり、内列ボンディングパッド223と最内列のボンディングパッド224は信号パッドである。さらに、最外列ボンディングパッド221と外列ボンディングパッド222は、それらで従来のスタッガボンディングパッド配置となっている。また、内列ボンディングパッド223と最内列ボンディングパッド224(すなわち信号パッド)は、同様に、それらでスタッガボンディングパッド配置となっている。すなわち、内列ボンディングパッド223と最内列ボンディングパッド224は、半導体チップ220のそれぞれの一辺に対して平行で交互に配置されている。また、外列ボンディングパッド222は、半導体チップ220の一辺に垂直な方向であって最内列ボンディングパッド224を通る直線上に配設され、最外列ボンディングパッド221は、半導体チップ220の一辺に垂直な方向であって内列ボンディングパッド223を通る直線上に配設されている。ボンディングパッド220は、それぞれ対応する第1のボンディングワイヤ221a、第2のボンディングワイヤ222a、第3のボンディングワイヤ223a、第4のボンディングワイヤ224aにより、基板27からの高さを異ならして、それぞれ接地リング230、電源リング240、導電トレース260に接続されている。
【0006】
半導体チップのアレー型ボンディングパッド配置のパッケージは、上述のスタッガボンディングパッド配置のBGAパッケージに比して、半導体チップ上に設計することができる最大許容ボンディングパッド数が多く、この結果として、チップサイズをより小さくすることができ、製造コストを下げ、半導体チップのパッケージ歩留りを向上させることができる。
【0007】
しかしながら、アレー型ボンディングパッド配置では、半導体チップの内部回路のための面積が制限され、半導体チップの内部回路の配置に問題が生じる。
【0008】
図10は、図6及び図7に示すスタッガボンディングパッド配置を有する半導体チップ110の内部回路の構造を示す図である。図10に示すように、外列ボンディングパッド121は全て、電源パッド又は接地パッドであり、電源/接地レーン128によって形成される第1の信号線により、電源/接地回路マクロ190に電気的に接続されている。一方、内列ボンディングパッド122は全て、信号パッドであり、信号レーン126によって形成される第2の信号線により、信号回路マクロ180に電気的に接続されている。また、信号回路マクロ180と電源/接地回路マクロ190は、対応するボンディングパッド120と一列に配設され、互いに隣接しており、信号回路マクロ180と電源/接地回路マクロ190の幅Wは、ボンディングパッドピッチpに略等しい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
スタッガボンディングパッド配置を有する半導体チップの内部回路において、信号回路マクロ180と電源/接地回路マクロ190は、対応するボンディングパッド120と一列に配設され、互いに隣接している。しかしながら、上述したように、アレー型ボンディングパッド配置を有する半導体チップにおいては、外列ボンディングパッド222は、半導体チップ10の一辺に垂直な方向であって最内列ボンディングパッド224を通る直線上に配設され、最外列ボンディングパッド221は、半導体チップ10の一辺に垂直な方向であって内列ボンディングパッド223を通る直線上に配設されている。したがって、アレー型ボンディングパッド配置を有する半導体チップの内部回路は、上述したスタッガボンディングパッド配置を有する半導体チップの内部回路と同じように配置すると、回路マクロは、互いに干渉し、内部回路は正しく機能しない。
【0010】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、格子状に配置されたボンディングパッドを備える半導体チップの内部回路構造であって、半導体チップ上に設計することができる最大許容ボンディングパッド数が増加しても、それに対応することができる内部回路構造を提供することである。すなわち、本発明の目的は、格子状に配置されたボンディングパッドを備える半導体チップの新規な内部構造を提供し、格子状に配置されたボンディングパッドを備える半導体チップを実際に実現するものである。これにより、チップ上のボンディングパッドの数を減らすことなく、チップサイズをより小さくすることができ、製造コストを下げ、半導体チップのパッケージ歩留りを向上させることができる。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体チップは、当該半導体チップの周辺部に位置する複数のボンディングパッドと、ボンディングパッドの内側に位置する複数の信号回路マクロと、信号回路マクロと最内列のボンディングパッドとの間に位置する静電気放電クランプ回路リング(electro−static discharge:ESD)とを備える。ボンディングパッドは、当該半導体チップの各辺に、最内列ボンディングパッド、内列ボンディングパッド、外列ボンディングパッド及び最外列ボンディングパッドとして配列された少なくとも4列のボンディングパッドからなる。最内列ボンディングパッドと内列ボンディングパッドは、信号パッドからなり、最外列ボンディングパッドと外列ボンディングパッドは、電源パッドと接地パッドとからなる。さらに、各信号回路マクロは、対応する各ボンディングパッドと一列に配設されている。
【0012】
本発明に係る半導体チップの製造方法は、互いに絶縁された複数の信号回路マクロと電源/接地回路から形成された静電気放電クランプ回路リングを備える基板を準備する工程と、基板の上面の一部の領域に、絶縁層を挟んで複数の導電層を順次形成する工程と、導電層の一部の上方に、少なくとも最内列ボンディングパッド、内列ボンディングパッド、外列ボンディングパッド及び最外列ボンディングパッドからなる少なくとも4列に配置された複数のボンディングパッドを形成する工程とを有する。絶縁層を挟んで複数の導電層を形成する工程は、最外列ボンディングパッド及び外列ボンディングパッドを、第1の信号線を形成する導電層により、信号回路マクロの上方の導電層の所定部分及び静電気放電クランプ回路リングに接続するとともに、内列ボンディングパッド及び最内列ボンディングパッドを、第2の信号線を形成する導電層により、信号回路マクロに接続するために、絶縁層にバイアホールを設ける工程を含み、上記第1の信号線と上記第2の信号線は互いに絶縁されている。
【0013】
本発明に係る半導体チップでは、最内列ボンディングパッドと内列ボンディングパッドは半導体チップのそれぞれの一辺に対して平行で交互に配置され、外列ボンディングパッドは半導体チップの一辺に垂直な方向であって最内列ボンディングパッドを通る直線上に配設され、最外列ボンディングパッドは、半導体チップの一辺に垂直な方向であって内列ボンディングパッドを通る直線上に配設される。また、信号回路マクロの幅は、ボンディングパッドピッチの幅と略等しい。また、信号回路マクロの上方に、信号回路マクロに電源を供給する電源/接地回路リングを備える。
【0014】
また、本発明の半導体チップは、フリップチップ構造(Flip Chip Structure)又はボールグリッドアレー(BGA)パッケージに適用することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
上述した本発明の目的、特徴及び効果をより一層明瞭にするために、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、図を参照にしながら更に詳しく説明する。
【0016】
図1、図2及び図3は、本発明を適用した半導体チップの内部回路構造を示す平面図である。この実施例において、図3に示すように、半導体チップ10の上面の周辺部、すなわち4つの辺の近傍のそれぞれには、複数のボンディングパッド20と、複数の信号回路マクロ(signal circuit macros)70と、静電気放電クランプ回路リング(electro−static discharge clamping circuit ring)80とが設けられている。
【0017】
この実施例において、図1に示すように、ボンディングパッド20は、半導体チップ10の上面の周辺部に位置し、少なくとも4列に配置され(この具体例では4列)、外側から内側に向けて順に、最外列ボンディングパッド21と、外列ボンディングパッド22と、内列ボンディングパッド23と、最内列ボンディングパッド24とからなる。
【0018】
最外列ボンディングパッド21と外列ボンディングパッド22は、図2に示すように、半導体チップ10のそれぞれの一辺に対して平行で交互に配置され、内列ボンディングパッド23と最内列ボンディングパッド24は、半導体チップ10のそれぞれの一辺に対して平行で交互に配置されている。さらに、外列ボンディングパッド22は、半導体チップ10の一辺に垂直な方向であって最内列ボンディングパッド24を通る直線上に配設され、最外列ボンディングパッド21は、半導体チップ10の一辺に垂直な方向であって内列ボンディングパッド23を通る直線上に配設されている。
【0019】
最内列ボンディングパッド24と内列ボンディングパッド23は、図3に示すように、信号を入力又は出力する信号パッドS1、S2として用いられ、最外列ボンディングパッド21と外列ボンディングパッド22は、電源電圧を供給する電源パッドP及び接地電位を供給する接地パッドGとして用いられる。
【0020】
信号回路マクロ70は、図3に示すように、半導体チップ10のボンディングパッド20の内側であって、対応するボンディングパッド20と一列になっており、すなわち最外列ボンディングパッド21と内列ボンディングパッド23、又は外列ボンディングパッド22と最内列ボンディングパッド24を結ぶ直線上に位置する。信号回路マクロ70の幅Wは、図2に示すボンディングパッド20のボンディングパッドピッチpと略等しい。静電気放電クランプ回路リング80は、信号回路マクロ70と最内列ボンディングパッド24との間に位置する。
【0021】
最外列ボンディングパッド21及び外列ボンディングパッド22は、図3に示すように、電源/接地レーン28によって形成される第1の信号線により、それぞれ静電気放電クランプ回路リング80と電気的に接続され、内列ボンディングパッド23及び最内列ボンディングパッド24は、信号レーン26によって形成される第2の信号線により、それぞれ信号回路マクロ70に電気的に接続されている。
【0022】
図4及び図5は、上述の半導体チップ10の内部回路構造及びその製造方法を説明するための平面図及び断面図である。
【0023】
図4は、それぞれの列の1個のボンディングパッド20と、その内部回路構造を示す平面図である。この実施例においては、図4に示すように、内列ボンディングパッド23と最内列ボンディングパッド24は、それぞれ信号パッドS2、S1であり、外列ボンディングパッド22は接地パッドGであり、最外列ボンディングパッド21は電源パッドPである。信号パッドS1、S2はそれぞれ、信号レーン26によって信号回路マクロ70に電気的に接続され、接地パッドGと電源パッドPはそれぞれ、電源/接地レーン28によって静電気放電クランプ回路リング80に電気的に接続されている。信号レーン26と電源/接地レーン28は、図4に示すように、重なっており、その断面構造及び製造方法を、図5を参照してより詳細に説明する。
【0024】
図5は、図4に示す半導体チップ10の内部回路構造のA−A’断面図であり、接地パッドGと信号パッドS1(すなわち外列ボンディングパッド22と最内列ボンディングパッド24)の内部回路構造のみを示している。電源パッドPともう一つの信号パッドS2の構造は、類似しているので、説明は省略する。
【0025】
この実施例の格子状に配置されたボンディングパッドは、次のようにして製造する。
【0026】
まず、図5に示すように、複数の信号回路マクロ70と、電源/接地回路から構成される静電気放電クランプ回路リング80とを備える基板(図示しない)を準備する。信号回路マクロ70と静電気放電クランプ回路リング80は、短絡を防止するために互いに絶縁されている。
【0027】
次に、基板の上面の一部の領域、例えば最外列ボンディングパッド21又は外列ボンディングパッド22と、信号回路マクロ70とを結ぶ領域に、複数の導電層M1〜M6を順次絶縁層(図示しない)を挟んで形成する。なお、ある絶縁層の上に次の導電層を形成する際に、例えば接地パッドGと静電気放電クランプ回路リング80と電源/接地回路リング90とを接続する第1の信号線(すなわち電源/接地レーン28)、及び信号パッドS1と信号回路マクロ70とを接続する第2の信号線(すなわち信号レーン26)を形成するために、絶縁層の対応する領域には複数のバイアホール(又はコンタクトホール)を開けた後、次の導電層を形成する。この結果、例えば接地パッドGである外列ボンディングパッド22に対応する領域では、導電層M2〜M6は電気的に接続され、また、例えば信号パッドS1である最内列ボンディングパッド24に対応する領域では、導電層M5とM6は電気的に接続される。ところで、静電気放電クランプ回路リング80に対応する領域では、導電層M1を電源回路82又は接地回路84として形成し、図5に示す具体例では、ボンディングパッド22は接地パッドGであるので、導電層M2は、接地回路84には電気的に接続し、電源回路82に対しては絶縁されている。また、信号回路マクロ70に対応する領域においては、導電層M4、M5は、信号回路マクロ70の上方においては、電源/接地回路リング90を形成し、各信号回路マクロ70に電源を供給する。
【0028】
その後、全てのボンディングパッド20を、導電層M6の上部に形成する。ボンディングパッド20は、上述したように、少なくとも4列に配置されている。
【0029】
以上のようにして、接地パッドGと静電気放電クランプ回路リング80と電源/接地回路リング90とを接続した第1の信号線と、信号パッドS1と信号回路マクロ70とを接続した第2の信号線とが形成される。第1の信号線と第2の信号線は互いに絶縁されている。
【0030】
なお、上述した実施例では、最外列ボンディングパッド21を電源パッドPとし、外列ボンディングパッド22を接地パッドGとしたが、本発明は、このような配置に限定されるものではなく、最外列ボンディングパッド21と外列ボンディングパッド22は、電源パッドと接地パッドのどちらとしてもよい。また、上述した実施例では、ボンディングパッドを4列としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば4列以上としてもよく、更にはボンディングパッドを全面に配置してもよい。
【0031】
また、上述した実施例では、導電層の数をM1〜M6の計6層とし、第1の信号線(電源/接地レーン28)を、第2の信号線(信号レーン26)の下を通り、静電気放電クランプ回路リング80に接続されるとともに、絶縁層のバイアホールを介して上方に延びて電源/接地回路リング90に接続された導電層M2によって構成しているが、本発明は、このような信号線配置に限定するものではない。
【0032】
また、上述した実施例では、例えば図5に示すように、外列ボンディングパッド22が接地パッドGであることから、導電層M2は、接地回路84には電気的に接続され、電源回路82に対しては絶縁されている。一方、図5に示すボンディングパッド22を電源パッドとするときには、導電層M2は、電源回路82に電気的に接続され、接地回路84に対しては絶縁絶縁される。
【0033】
本発明に係る半導体チップの内部回路及びその製造方法は、フリップチップ構造、ボールグリッドアレー構造、及びその他類似のチップ構造を有する半導体に適用することができる。
【0034】
以上、本発明を、好ましい実施例を参照して説明したが、本発明は、これらの実施例や構成に限定されるものではなく、本発明は種々の変更や類似構成を含むことは、当業者に明らかである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲の趣旨及び範囲を逸脱すること、これらの変更や類似構成を包含するように広く解釈されるものである。
【0035】
【発明の効果】
本発明に係る半導体チップは、半導体チップの周辺部に位置し、半導体チップの各辺に最内列ボンディングパッド、内列ボンディングパッド、外列ボンディングパッド及び最外列ボンディングパッドとして少なくとも4列に配置され、最内列ボンディングパッドと内列ボンディングパッドは信号パッドからなり、最外列ボンディングパッドと外列ボンディングパッドは電源パッドと接地パッドからなる複数のボンディングパッドと、半導体チップのボンディングパッドの内側に位置し、対応するボンディングパッドと一列に配設された複数の信号回路マクロと、信号回路マクロと最内列ボンディングパッドとの間に位置する静電気放電クランプ回路リングとを備える。このような構成により、本発明に係る半導体チップは、チップサイズをより小さくし、チップパッケージのコストを下げ、パッケージの歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した半導体チップの上面の周辺部に配設されたボンディングパッドを示す平面図である。
【図2】図1に示す半導体チップの一辺を拡大して示す平面図である。
【図3】図2に示す半導体チップのボンディングパッドの周辺を更に拡大し、本発明を適用した半導体チップの内部回路構造を示す平面図である。
【図4】本発明を適用した半導体チップの内部回路構造及びその製造方法を説明するための平面図である。
【図5】本発明を適用した半導体チップの内部回路構造及びその製造方法を説明するための断面図である。
【図6】スタッガボンディングパッド配置を有する従来のBGAパッケージの断面図である。
【図7】スタッガボンディングパッド配置を有する従来のBGAパッケージの平面図である。
【図8】アレー型ボンディングパッドを備える半導体チップの従来のパッケージの断面図である。
【図9】アレー型ボンディングパッドを備える半導体チップの従来のパッケージの平面図である。
【図10】スタッガボンディングパッド配置を有する半導体チップの内部回路構造を示す図である。
【符号の説明】
10 半導体チップ、20 ボンディングパッド、21 最外列ボンディングパッド、22 外列ボンディングパッド、23 内列ボンディングパッド、24 最内列ボンディングパッド、26 信号レーン、28 電源/接地レーン、70信号回路マクロ、80 静電気放電クランプ回路リング
Claims (12)
- 半導体チップにおいて、
当該半導体チップの周辺部に位置し、当該半導体チップの各辺に最内列ボンディングパッド、内列ボンディングパッド、外列ボンディングパッド及び最外列ボンディングパッドとして少なくとも4列に配置され、上記最内列ボンディングパッドと上記内列ボンディングパッドは信号パッドからなり、上記最外列ボンディングパッドと上記外列ボンディングパッドは電源パッドと接地パッドからなる複数のボンディングパッドと、
当該半導体チップの上記ボンディングパッドの内側に位置し、上記対応するボンディングパッドと一列に配設された複数の信号回路マクロと、
上記信号回路マクロと上記最内列ボンディングパッドとの間に位置する静電気放電クランプ回路リングとを備える半導体チップ。 - 上記最内列ボンディングパッドと上記内列ボンディングパッドは、当該半導体チップのそれぞれの一辺に対して平行で交互に配置され、
上記外列ボンディングパッドは、上記半導体チップの一辺に垂直な方向であって上記最内列ボンディングパッドを通る直線上に配設され、
上記最外列ボンディングパッドは、上記半導体チップの一辺に垂直な方向であって上記内列ボンディングパッドを通る直線上に配設されることを特徴とする請求項1に記載の半導体チップ。 - 上記各信号回路マクロの幅は、ボンディングパッドピッチと略等しいことを特徴とする請求項1に記載の半導体チップ。
- 上記信号回路マクロの上方に配設され、上記信号回路マクロに電源を供給する電源/接地回路リングを備える請求項1に記載の半導体チップ。
- フリップチップ構造を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体チップ。
- ボールグリッドアレー(BGA)パッケージを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体チップ。
- 半導体チップの製造方法において、
互いに絶縁された複数の信号回路マクロと電源/接地回路から形成された静電気放電クランプ回路リングを備える基板を準備する工程と、
上記基板の上面の一部の領域に、絶縁層を挟んで複数の導電層を順次形成する工程と、
上記導電層の一部の上方に、少なくとも最内列ボンディングパッド、内列ボンディングパッド、外列ボンディングパッド及び最外列ボンディングパッドからなる少なくとも4列に配置された複数のボンディングパッドを形成する工程とを有し、
上記絶縁層を挟んで複数の導電層を形成する工程は、上記最外列ボンディングパッド及び外列ボンディングパッドを、第1の信号線を形成する導電層により、上記信号回路マクロの上方の導電層の所定部分及び上記静電気放電クランプ回路リングに接続するとともに、上記内列ボンディングパッド及び最内列ボンディングパッドを、第2の信号線を形成する導電層により、上記信号回路マクロに接続するために、上記絶縁層にバイアホールを設ける工程を含み、上記第1の信号線と上記第2の信号線は互いに絶縁されていることを特徴とする半導体チップの製造方法。 - 上記外列ボンディングパッドは、上記半導体チップの一辺に垂直な方向であって上記最内列ボンディングパッドを通る直線上に配設され、
上記最外列ボンディングパッドは、上記半導体チップの一辺に垂直な方向であって上記内列ボンディングパッドを通る直線上に配設されることを特徴とする請求項7に記載の半導体チップの製造方法。 - 上記信号回路マクロの幅は、ボンディングパッドピッチと略等しいことを特徴とする請求項7に記載の半導体チップの製造方法。
- 上記信号回路マクロの上方の導電層の所定部分は、電源/接地回路リングからなり、上記信号回路マクロに電源を供給することを特徴とする請求項7に記載の半導体チップの製造方法。
- 上記半導体チップは、フリップチップ構造を有することを特徴とする請求項7に記載の半導体チップの製造方法。
- 上記半導体チップは、ボールグリッドアレーパッケージを有することを特徴とする請求項7に記載の半導体チップの製造方法。
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