JP3711027B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置に関し、特に、複数の半導体チップが支持基板上に設置された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、絶縁基板上に異なる機能を有する複数の半導体チップを高密度に実装して1つの半導体装置として機能するようにシステム化したマルチチップモジュール(MCM:Multi Chip Module)が開発されている。これらは、たとえば、特開平9−232505号などに開示されている。
【0003】
図15は、従来の半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図である。図15を参照して、従来の半導体装置では、絶縁基板からなる支持基板103上に、DRAMチップ101と、ロジックチップ102と、他の機能チップ105および106とが設置されている。支持基板103の表面の外周部分には、複数の入出力端子103aが所定の間隔を隔てて設けられている。
【0004】
また、DRAMチップ101、ロジックチップ102、チップ105および106の上面には、それぞれ、複数の入出力端子101a、102a、105aおよび106aが設けられている。また、DRAMチップ101とロジックチップ102とは、入出力端子101aおよび102aを配線107により接続することによって直接接続されている。
【0005】
また、DRAMチップ101は、配線108によって支持基板103と接続されており、ロジックチップ102は、配線109によって支持基板103と接続されている。また、チップ105は、配線110によってDRAMチップ101と接続されており、チップ106は、配線111および112によって、それぞれ、ロジックチップ102および支持基板103と接続されている。
【0006】
図16は、図15に示した従来の半導体装置(マルチチップモジュール)における半導体チップの入出力回路の構成を示した回路図である。図16を参照して、従来の半導体装置では、DRAMチップ101およびロジックチップ102の全ての入出力端子101a(102a)に、静電破壊防止用トランジスタ201および202からなる静電破壊対策用回路が接続されている。また、入出力端子101a(102a)は、抵抗203を介してチップ内部の集積回路(図示せず)に接続されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の半導体装置では、図16に示したように、DRAMチップ101およびロジックチップ102の全ての入出力端子101a(102a)に、静電破壊防止用トランジスタ201および202が接続されているので、その静電破壊防止用トランジスタ201および202の寄生容量によって、チップ外部との信号伝達速度が遅くなるという問題点があった。
【0008】
また、DRAMチップ101およびロジックチップ102の全ての入出力端子101a(102a)に、静電破壊防止用トランジスタ201および202が接続されているので、その分、DRAMチップ101およびロジックチップ102のチップ面積が増大するという問題点もあった。
【0009】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の一つの目的は、信号の伝達速度を向上させることが可能な半導体装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1における半導体装置は、複数の半導体チップが支持基板上に設置された半導体装置であって、半導体チップのうち少なくとも1つは、第1静電破壊対策用回路を有する第1入出力端子と、第1入出力端子とは別個に設けられるとともに、第2静電破壊対策用回路を有する第2入出力端子と、第1入出力端子および第2入出力端子以外の第3入出力端子とを備えている。第1入出力端子は、半導体チップ単独での動作状態を試験するために用いられるものである。また、第2入出力端子は、半導体チップを支持基板に接続するために用いられるものである。
また、第3入出力端子は、第3静電破壊対策用回路を含み、この第3静電破壊対策用回路は、ダイオードによって構成されており、第1および第2静電破壊対策用回路は、トランジスタによって構成されている。
そして、複数の半導体チップ間を接続する際には、第3入出力端子を用いて接続する。
【0012】
請求項1では、このように構成することによって、複数の半導体チップ間を接続する際に、試験用の第1入出力端子に設けられている第1静電破壊対策用回路および支持基板接続用の第2入出力端子に設けられている第2静電破壊対策用回路に付加されている寄生容量を排除することができ、その結果、信号伝達速度を向上させることができる。
【0020】
更に請求項1では、静電破壊が起こりにくい半導体チップ間を接続する第3入出力端子の第3静電破壊対策用回路を、寄生容量の少ないダイオードによって構成し、静電破壊が起こりやすい試験用および支持基板接続用の第1および第2静電破壊対策用回路を、寄生容量の大きいトランジスタによって構成することにより、半導体チップ間を接続する第3入出力端子の第3静電破壊対策用回路の寄生容量を減少させることができる。その結果、半導体チップ間の信号伝達速度を向上させることができる。なお、ダイオードからなる第3静電破壊対策用回路は、トランジスタからなる第1および静電破壊対策用回路に比べて耐性は低いが、半導体チップ間では、静電破壊が起こりにくいので問題はない。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図であり、図2〜図4は、図1に示した第1実施形態による半導体装置の構成を説明するための回路図である。
【0023】
図1〜図4を参照して、以下に第1実施形態による半導体装置について説明する。
【0024】
まず、図1を参照して、この第1実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)では、絶縁基板からなる支持基板3上に、DRAMチップ1と、ロジックチップ2と、他の機能チップ5および6とが設置されている。なお、DRAMチップ1およびロジックチップ2が、本発明の「半導体チップ」に相当する。
【0025】
支持基板3の表面の外周には、複数の入出力端子3aが所定の間隔を隔てて設けられている。また、DRAMチップ1、ロジックチップ2、チップ5および6の上面には、それぞれ、複数の入出力端子1a、1b、1c、2a、2b、2c、5aおよび6aが設けられている。
【0026】
ここで、入出力端子1bおよび2bは、支持基板3と接続するための入出力端子である。また、入出力端子1cおよび2cは、チップ完成後のチップ単独での動作状態を確認するための試験用の入出力端子である。また、入出力端子1aおよび2aは、上記した試験用および基板への接続用以外の入出力端子である。なお、入出力端子1cおよび2cは、本発明の「第1入出力端子」に相当し、入出力端子1bおよび2bは、本発明の「第2入出力端子」に相当し、入出力端子1aおよび2aは、本発明の「第3入出力端子」に相当する。
【0027】
この第1実施形態では、図2に示すように、試験用の入出力端子1cおよび2cには、静電破壊防止用トランジスタ21および22からなる静電破壊対策用回路と抵抗23とが接続されている。また、図4に示すように、支持基板への接続用の入出力端子1bおよび2bにも、静電破壊防止用トランジスタ21および22からなる静電破壊対策用回路と抵抗23とが接続されている。
【0028】
これに対して、試験用および支持基板接続用以外の入出力端子1aおよび2aには、図3に示すように、静電破壊防止用トランジスタが接続されておらず、抵抗23のみ接続されている。この第1実施形態では、この静電破壊防止用トランジスタが接続されていない入出力端子1aおよび2aを用いて、DRAMチップ1とロジックチップ2との間を接続している。すなわち、DRAMチップ1の入出力端子1aとロジックチップ2の入出力端子2aとを、配線7によって接続する。
【0029】
なお、DRAMチップ1とチップ5とは、配線10によって接続されており、DRAMチップ1とチップ6とは、配線13によって接続されている。また、DRAMチップ1の入出力端子1bは、配線8によって支持基板3の入出力端子3aと接続されており、ロジックチップ2の入出力端子2bは、配線9によって支持基板3の入出力端子3aと接続されている。また、チップ6の入出力端子6bは、配線12によって支持基板3の入出力端子3aと接続されている。なお、この第1実施形態における配線は、図1に示すように、2層の配線である。
【0030】
第1実施形態では、上記のように、DRAMチップ1とロジックチップ2との接続を、試験用および支持基板接続用以外の入出力端子1aおよび2aにより行うことによって、試験用および支持基板接続用の静電破壊対策用回路の寄生容量を、DRAMチップ1とロジックチップ2とのチップ間経路では排除することができる。これに加えて、入出力端子1aおよび2aは、静電破壊対策用回路を含まないので、DRAMチップ1とロジックチップ2とのチップ間の経路では静電破壊対策用回路の寄生容量を完全に排除することができる。その結果、DRAMチップ1とロジックチップ2との間の信号伝達速度を向上させることができる。
【0031】
なお、静電破壊が起こりやすいのは、試験時および半導体装置完成後であるので、試験用および支持基板接続用の入出力端子以外の入出力端子1aおよび2aに静電破壊対策用回路が接続されていなくても、それほど、問題にならない。
【0032】
また、第1実施形態では、上記のように、入出力端子1aおよび2aに静電破壊対策用回路が接続されていないので、その分、DRAMチップ1およびロジックチップ2の面積を削減することができる。これにより、DRAMチップ1およびロジックチップ2の製造コストも低減することができる。
【0033】
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図であり、図6〜図8は、図5に示した第2実施形態による半導体装置の構成を説明するための回路図である。
【0034】
図5〜図8を参照して、この第2実施形態では、上記した第1実施形態とは異なり、チップ間の接続を、小さいゲート電極幅を有する静電破壊防止用トランジスタからなる静電破壊対策用回路を含む入出力端子により行う。なお、その他の構成は、第1実施形態とほぼ同様である。
【0035】
具体的には、この第2実施形態による半導体装置では、図5に示すように、絶縁基板からなる支持基板3上に、DRAMチップ21と、ロジックチップ22と、他の機能チップ5および6とが設置されている。そして、DRAMチップ21およびロジックチップ22の上面には、それぞれ、複数の入出力端子21a、21b、21c、22a、22b、および22cが設けられている。
【0036】
ここで、入出力端子21bおよび22bは、支持基板3と接続するための入出力端子である。また、入出力端子21cおよび22cは、チップ完成後のチップ単独での動作状態を確認するための試験用の入出力端子である。また、入出力端子21aおよび22aは、上記した試験用および支持基板接続用以外の入出力端子である。なお、入出力端子21cおよび22cは、本発明の「第1入出力端子」に相当し、入出力端子21bおよび22bは、本発明の「第2入出力端子」に相当し、入出力端子21aおよび22aは、本発明の「第3入出力端子」に相当する。
【0037】
この第2実施形態では、図6に示すように、試験用の入出力端子21cおよび22cに、静電破壊防止用トランジスタ41および42からなる静電破壊対策用回路と抵抗43とが接続されている。また、図8に示すように、支持基板接続用の入出力端子21bおよび22bにも、静電破壊防止用トランジスタ41および42からなる静電破壊対策用回路と抵抗43とが接続されている。
【0038】
これに対して、試験用および支持基板接続用以外の入出力端子21aおよび22aには、図7に示すように、静電破壊防止用トランジスタ41および42よりも大きさの小さい静電破壊防止用トランジスタ44および45からなる静電破壊対策用回路が接続されている。すなわち、静電破壊防止用トランジスタ44および45を構成するゲート電極の幅は、静電破壊防止用トランジスタ41および42を構成するゲート電極の幅よりも小さくなるように形成されている。
【0039】
なお、試験用および支持基板接続用の静電破壊防止用トランジスタ41および42からなる静電破壊対策用回路は、本発明の「第1および第2静電破壊対策用回路」に相当する。また、静電破壊防止用トランジスタ44および45からなる静電破壊対策用回路は、本発明の「第3静電破壊対策用回路」に相当する。
【0040】
そして、この第2実施形態では、上記した小さいゲート電極幅を有する静電破壊防止用トランジスタ44および45が接続された入出力端子21aおよび22aを用いて、DRAMチップ21とロジックチップ22との間を接続している。すなわち、DRAMチップ21の入出力端子21aとロジックチップ22の入出力端子22aとを、配線7によって接続する。
【0041】
第2実施形態では、上記のように、DRAMチップ21とロジックチップ22との接続を、小さいゲート電極幅を有する静電破壊防止用トランジスタ44および45を含む入出力端子21aおよび22aにより行うことによって、DRAMチップ21とロジックチップ22とのチップ間経路では静電破壊対策用回路の寄生容量を小さくすることができる。その結果、チップ間の信号伝達速度を向上させることができる。
【0042】
なお、静電破壊が起こりやすいのは、試験時および半導体装置完成後であるので、試験用および支持基板接続用の入出力端子以外の入出力端子21aおよび22aの静電破壊対策用回路を小さくしても、それほど、問題にならない。
【0043】
また、第2実施形態では、上記のように、入出力端子21aおよび22aには、小さいゲート電極幅を有する静電破壊防止用トランジスタ44および45が接続されているので、その分、DRAMチップ21およびロジックチップ22の面積を削減することができる。
【0044】
(第3実施形態)
図9は、本発明の第3実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図であり、図10〜図12は、図9に示した第3実施形態による半導体装置の構成を説明するための回路図である。
【0045】
この第3実施形態は、上記した第1および第2実施形態とは異なり、チップ間の接続を、ダイオードからなる静電破壊対策用回路を含む入出力端子により行う。なお、その他の構成は、第2実施形態とほぼ同様である。
【0046】
具体的には、この第3実施形態による半導体装置では、図9に示すように、絶縁基板からなる支持基板3上に、DRAMチップ51と、ロジックチップ52と、他の機能チップ5および6とが設置されている。そして、DRAMチップ51およびロジックチップ52の上面には、それぞれ、複数の入出力端子51a、51b、51c、52a、52b、および52cが設けられている。
【0047】
ここで、入出力端子51bおよび52bは、支持基板3と接続するための入出力端子である。また、入出力端子51cおよび52cは、チップ完成後のチップ単独での動作状態を確認するための試験用の入出力端子である。また、入出力端子51aおよび52aは、上記した試験用および基板への接続用以外の入出力端子である。なお、入出力端子51cおよび52cは、本発明の「第1入出力端子」に相当し、入出力端子51bおよび52bは、本発明の「第2入出力端子」に相当し、入出力端子51aおよび52aは、本発明の「第3入出力端子」に相当する。
【0048】
この第3実施形態では、図10に示すように、試験用の入出力端子51cおよび52cには、静電破壊防止用トランジスタ61および62からなる静電破壊対策用回路と抵抗63とが接続されている。また、図12に示すように、支持基板接続用の入出力端子51bおよび52bにも、静電破壊防止用トランジスタ61および62からなる静電破壊対策用回路と抵抗63とが接続されている。
【0049】
これに対して、試験用および支持基板接続用以外の入出力端子51aおよび52aには、図11に示すように、ダイオード64からなる静電破壊対策用回路と抵抗63とが接続されている。なお、ダイオード64からなる静電破壊対策用回路は、静電破壊防止用トランジスタ61および62からなる静電破壊対策用回路に比べて、素子面積が小さいとともに、寄生容量が小さく、かつ、耐性が低い。
【0050】
そして、この第3実施形態では、このダイオード64からなる静電破壊対策用回路が接続された入出力端子51aおよび52aを用いて、DRAMチップ51とロジックチップ52との間を接続している。すなわち、DRAMチップ51の入出力端子51aとロジックチップ52の入出力端子52aとを、配線7によって接続する。
【0051】
第3実施形態では、上記のように、DRAMチップ51とロジックチップ52との接続を、寄生容量の小さいダイオード64からなる静電破壊対策用回路を含む入出力端子51aおよび52aにより行うことによって、DRAMチップ51とロジックチップ52とのチップ間経路では静電破壊対策用回路の寄生容量を小さくすることができる。その結果、DRAMチップ51とロジックチップ52との間の信号伝達速度を向上させることができる。
【0052】
なお、静電破壊が起こりやすいのは、試験時および半導体装置完成後であるので、試験用および支持基板接続用の入出力端子以外の入出力端子51aおよび52aの静電破壊対策用回路を耐性の低いダイオード64により構成しても、それほど、問題にならない。
【0053】
また、第3実施形態では、上記のように、入出力端子51aおよび52aには、素子面積の小さいダイオード64からなる静電破壊対策用回路が接続されているので、その分、DRAMチップ51およびロジックチップ52の面積を削減することができる。
【0054】
(参考例)
図13は、本発明の参考例による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【0055】
この参考例では、上記した第1〜第3実施形態とは異なり、入出力端子の静電破壊対策用回路をオンオフするためのスイッチを設けている。
【0056】
具体的には、この参考例による半導体装置では、図13に示すように、入出力端子71aに、静電破壊防止用トランジスタ72および73からなる静電破壊対策用回路と抵抗74とが接続されている。そして、入出力端子71aと、静電破壊防止用トランジスタ72および73からなる静電破壊対策用回路との間には、静電破壊防止スイッチ75が接続されている。また、静電破壊防止スイッチ75には、静電破壊防止スイッチ75をチップ外部からオンオフ制御するためのスイッチ制御用入出力端子71bが接続されている。
【0057】
また、静電破壊防止スイッチ75は、インバータ75aと、Pチャネルトランジスタ75bおよびNチャネルトランジスタ75cと、Pチャネルトランジスタ75dおよびNチャネルトランジスタ75eとを含む。Pチャネルトランジスタ75bおよびNチャネルトランジスタ75cは、各々のソースおよびドレインが互いに接続されている。また、Pチャネルトランジスタ75dおよびNチャネルトランジスタ75eは、各々のソースおよびドレインが互いに接続されている。
【0058】
インバータ75aは、スイッチ制御用入出力端子71bからNチャネルトランジスタ75cおよび75eに至る経路に配置されており、スイッチ制御用入出力端子71bに印加される電圧を反転する。また、Pチャネルトランジスタ75bおよびNチャネルトランジスタ75cは、静電破壊防止用トランジスタ72と入出力端子71aとの間に接続されており、Pチャネルトランジスタ75dおよびNチャネルトランジスタ75eは、静電破壊防止用トランジスタ73と入出力端子71aとの間に接続されている。
【0059】
また、スイッチ制御用入出力端子71bと、静電破壊防止スイッチ75との間には、静電破壊防止用トランジスタ81および82からなる静電破壊対策用回路と抵抗83とが接続されている。
【0060】
この参考例の動作としては、静電破壊対策が必要であるチップの製造工程中は、スイッチ制御用入出力端子71bに電圧が印加されない。入出力端子71aに外部から正の過渡電圧が入力されたときは、Pチャネルトランジスタ75bおよびPチャネルトランジスタ75dがオン状態になる。また、入出力端子71aに外部から負の過渡電圧が入力されたときは、Nチャネルトランジスタ75cおよびNチャネルトランジスタ75eがオン状態になる。これにより、いずれの場合も、静電破壊防止用トランジスタ72および73からなる静電破壊対策用回路がオン状態になる。
【0061】
また、半導体チップ製造後のチップ間接続工程完了後には、スイッチ制御用入出力端子71bに電源電圧(VDD)を印加することにより、Pチャネルトランジスタ75bおよびPチャネルトランジスタ75dがオフ状態になるとともに、Nチャネルトランジスタ75cおよびNチャネルトランジスタ75eもオフ状態に固定される。これにより、静電破壊防止用トランジスタ72および73からなる静電破壊対策用回路がオフ状態になる。
【0062】
参考例では、上記のように、静電破壊対策が必要な半導体チップの製造工程中では静電破壊防止用トランジスタ72および73からなる静電破壊対策用回路をオンにし、静電破壊対策が必要でなくなるチップ完成後のチップ間接続工程終了後では静電破壊対策用回路をオフに切り換えることができる。これにより、チップ間接続工程終了後では静電破壊対策用回路の寄生容量を削除することができ、その結果、信号伝達速度を向上させることができる。
【0063】
また、参考例では、上記のように、スイッチ制御用入出力端子71bに、静電破壊防止用トランジスタ81および82からなる静電破壊対策用回路が接続されているので、スイッチ制御用入出力端子71bの静電破壊も有効に防止することができる。
【0064】
図14は、本発明の参考例の変形例による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。図14を参照して、この参考例の変形例では、図13に示した参考例と同様、静電破壊防止用トランジスタ76および77からなる入出力端子71aの静電破壊対策用回路をオンオフするための静電破壊防止スイッチ75を設けている。
【0065】
この場合、図13に示した参考例では、静電破壊防止スイッチ75が4つのトランジスタ75b、75c、75dおよび75eによって構成されているのに対して、図14に示した参考例の変形例では、静電破壊防止スイッチ75を2つのトランジスタ75bおよび75cによって構成している。これにより、寄生容量をさらに低減することができる。
【0066】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0067】
たとえば、上記第1〜第3実施形態では、異なる機能を有するチップを同一平面上に配置する場合への適用例を示しているが、本発明はこれに限らず、異なる機能を有するチップを上下方向に配置する場合にも適用可能である。
【0068】
また、上記第1〜第3実施形態では、チップ完成後の配線数が1層または2層の場合を示したが、本発明はこれに限らず、3層以上の配線を用いる場合に適用しても同様の効果を得ることができる。
【0069】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、信号の伝達速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図である。
【図2】 図1に示した第1実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図3】 図1に示した第1実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図4】 図1に示した第1実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図5】 本発明の第2実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図である。
【図6】 図5に示した第2実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図7】 図5に示した第2実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図8】 図5に示した第2実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図9】 本発明の第3実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図である。
【図10】 図9に示した第3実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図11】 図9に示した第3実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図12】 図9に示した第3実施形態による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図13】 本発明の参考例による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図14】 本発明の参考例の変形例による半導体装置(マルチチップモジュール)の構成を説明するための回路図である。
【図15】 従来の半導体装置(マルチチップモジュール)を示した概略図である。
【図16】 図15に示した従来の半導体装置(マルチチップモジュール)における半導体チップの入出力回路の構成を示した概略図である。
【符号の説明】
1 DRAMチップ(半導体チップ)
2 ロジックチップ(半導体チップ)
1a、2a、21a、22a、51a、52a 入出力端子(第3入出力端子)
1b、2b、21b、22b、51b、52b 入出力端子(第2入出力端子)
1c、2c、21c、22c、51c、52c 入出力端子(第1入出力端子)
21、22、41、42、61、62 静電破壊防止用トランジスタ
23、43、63 抵抗
Claims (1)
- 複数の半導体チップが支持基板上に設置された半導体装置であって、
前記半導体チップのうち少なくとも1つは、
前記半導体チップ単独での動作状態を試験するために用いられ、第1静電破壊対策用回路を有する第1入出力端子と、
前記第1入出力端子とは別個に設けられるとともに、前記半導体チップを前記支持基板に接続するために用いられ、第2静電破壊対策用回路を有する第2入出力端子と、
前記第1入出力端子および前記第2入出力端子以外の第3入出力端子とを備え、
前記第3入出力端子は、第3静電破壊対策用回路を含み、
前記第3静電破壊対策用回路は、ダイオードによって構成されており、
前記第1および第2静電破壊対策用回路は、トランジスタによって構成されており、
前記複数の半導体チップ間を接続する際には、前記第3入出力端子を用いて接続する、半導体装置。
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