JP5000130B2

JP5000130B2 - 半導体チップ

Info

Publication number: JP5000130B2
Application number: JP2005363836A
Authority: JP
Inventors: 修宮田
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: JP2007165800A

Description

この発明は、チップ・オン・チップ構造やフリップ・チップ・ボンディング構造に用いられる半導体チップに関する。

半導体装置の小型化および高集積化を図るための構造として、半導体チップの表面を他の半導体チップの表面に対向させて接合する、チップ・オン・チップ構造や、半導体チップの表面を配線基板に対向させて接合する、フリップ・チップ・ボンディング構造が知られている。
これらの構造に適用される半導体チップは、その表面に、金（Ａｕ）などの金属からなる複数のバンプを有している。各バンプは、半導体チップの表面の中央部に形成された内部回路と電気的に接続されている。そして、チップ・オン・チップ構造では、一方の半導体チップのバンプと他方の半導体チップのバンプとを突き合わせて接合することにより、それらの半導体チップ間の機械的な接続が達成されるとともに、各半導体チップの内部回路間の電気的な接続が達成される。また、フリップ・チップ・ボンディング構造では、半導体チップのバンプを配線基板上のパッドに突き当てて接合することにより、配線基板上に半導体チップが支持されるとともに、配線基板上の配線と半導体チップの内部回路間の電気的な接続が達成される。

バンプからサージが入力されると、そのサージにより内部回路を構成する機能素子が破壊されるおそれがある。このため、バンプと内部回路との間には、バンプからのサージの入力を阻止するための保護素子が介在されている。
特開２０００−２２３６５２号公報

ところが、バンプと内部回路との間に保護素子が設けられていると、バンプを半導体チップの表面の周縁部の狭い領域にしか配置することができず、バンプのレイアウトの自由度が大幅に制限されてしまう。
そこで、この発明の目的は、サージによる内部回路の破壊を防止することができながら、バンプのレイアウトの自由度の増大を図ることができる半導体チップを提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明に係る半導体チップは、機能素子を含む内部回路が形成された矩形の回路形成領域を表面の中央部に有し、その表面を固体装置の表面に対向させて接合される半導体チップであって、前記回路形成領域上において、前記半導体チップの表面上に隆起して形成され、前記固体装置の表面に当接されて、前記内部回路と前記固体装置とを電気的に接続するための複数のバンプと、前記回路形成領域の周囲の領域に形成され、電源電圧が供給される電源配線と、前記回路形成領域の周囲の領域に前記電源配線から所定間隔を隔てて形成され、グランド電位に接地されるグランド配線と、前記電源配線と前記グランド配線との間に形成され、前記バンプと前記電源配線および前記グランド配線との各間に電気的に介在された保護素子とを含む。前記複数のバンプは、前記固体装置から電源電圧が供給される電源用のバンプと、前記固体装置からグランド電圧が供給される接地用のバンプとを含む。前記電源配線は、前記電源用のバンプに接続され、前記電源用のバンプから前記回路形成領域の周囲の領域に引き出され、前記矩形の回路形成領域の第１辺に沿って延び、さらに前記第１辺の隣の第２辺に沿うように曲げられて当該第２辺に沿って延び、さらに前記第２辺の隣の第３辺に沿うように曲げられて当該第３辺に沿って延び、さらに前記第３辺の隣の第４辺に沿うように曲げられて当該第４辺に沿って延び、当該第４辺に対向する位置で終端するように引き回されている。前記接地用のバンプは、前記電源用のバンプよりも前記第４辺に近い位置に配置されている。前記グランド配線は、前記接地用のバンプに接続され、前記接地用のバンプから前記回路形成領域の周囲の領域に引き出され、前記矩形の回路形成領域の前記第１辺に沿って前記電源配線とは反対方向に向かって延び、さらに前記第１辺の隣の前記第４辺に沿うように曲げられて当該第４辺に沿って延び、さらに前記第４辺の隣の前記第３辺に沿うように曲げられて当該第３辺に沿って延び、さらに前記第３辺の隣の前記第２辺に沿うように曲げられて当該第２辺に沿って延び、当該第２辺に対向する位置で終端するように引き回されている。

この構成によれば、バンプからサージが入力されたときに、そのサージ電流を、バンプから保護素子を介して電源配線およびグランド配線に逃がすことができる。そのため、バンプからのサージの入力による内部回路（機能素子）の破壊を防止することができる。
また、保護素子は、回路形成領域の周囲の領域に配置された電源配線とグランド配線との間に形成されているので、保護素子の配置と無関係に、バンプのレイアウトを決定することができる。すなわち、バンプを半導体チップの表面の中央部に設けられた回路形成領域上に配置することができ、もちろん、回路形成領域の周囲の領域上にバンプを配置することもできる。そのため、バンプのレイアウトの自由度を増すことができる。
請求項２に記載されているように、前記電源配線および前記グランド配線が、前記半導体チップ上の同じ層に設けられていることが好ましい。
また、請求項３に記載されているように、前記保護素子が、前記電源供給用のバンプおよび前記接地用のバンプ以外の全てのバンプに対応してそれぞれ設けられていることが好ましい。
前記半導体チップは、請求項４に記載されているように、前記固体装置としての配線基板にフリップ・チップ・ボンディングにより接合されるものであってもよい。
また、請求項５に記載されているように、前記半導体チップが、前記固体装置としての他の半導体チップに接合されてチップ・オン・チップ構造を構成するものであってもよい。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る半導体チップの図解的な平面図である。また、図２は、図１に示す半導体チップをその表面に直交する平面で切断したときの断面図である。
この半導体チップは、いわゆるチップ・オン・チップ構造やフリップ・チップ・ボンディング構造に適用され、その表面１を他の半導体チップや配線基板などの固体装置に対向させて接合される。

半導体チップの表面１には、半導体チップの基体をなす半導体基板（たとえば、シリコン基板）において回路形成領域２が形成される側の表面であり、その最表面は、たとえば、窒化シリコンからなる表面保護膜３で覆われている。
回路形成領域２は、半導体チップの表面１の中央部に設けられた矩形の領域であり、トランジスタなどの機能素子を含む内部回路が作り込まれている。この回路形成領域２上には、たとえば、金（Ａｕ）などの金属材料からなる複数のバンプ４が互いに間隔を空けて整列配置されている。各バンプ４は、表面保護膜３から突出する略球状に形成されている。すなわち、図２に示すように、表面保護膜３には、回路形成領域２に形成された内部回路と電気的に接続されたパッド５を露出させる開口６が形成されており、各バンプ４は、パッド５上に設けられて、開口６から表面保護膜３上に隆起する略球状に形成されている。

回路形成領域２の周囲には、電源配線７およびグランド配線８がそれぞれ回路形成領域２を取り囲むように形成されている。図２に表れているように、電源配線７およびグランド配線８は、半導体チップ上の同じ層に設けられている。電源配線７の一端は、固体装置から電源電圧（たとえば、５Ｖ）が供給される電源供給用のバンプ４Ａに接続されている。また、グランド配線８の一端は、グランド電位（０Ｖ）に接地（固体装置からグランド電圧が供給）される接地用のバンプ４Ｂに接続されている。
より詳細に説明すると、電源配線７は、電源用のバンプ４Ａから回路形成領域２の周囲の領域に引き出され、矩形の回路形成領域２の第１辺に沿って延び、さらに前記第１辺の隣の第２辺に沿うように曲げられて当該第２辺に沿って延び、さらに前記第２辺の隣の第３辺に沿うように曲げられて当該第３辺に沿って延び、さらに前記第３辺の隣の第４辺に沿うように曲げられて当該第４辺に沿って延び、当該第４辺に対向する位置で終端するように引き回されている。接地用のバンプ４Ｂは、電源用のバンプ４Ａよりも前記第４辺に近い位置に配置されている。そして、グランド配線８は、接地用のバンプ４Ｂから回路形成領域２の周囲の領域に引き出され、矩形の回路形成領域２の前記第１辺に沿って電源配線７とは反対方向に向かって延び、さらに前記第１辺の隣の前記第４辺に沿うように曲げられて当該第４辺に沿って延び、さらに前記第４辺の隣の前記第３辺に沿うように曲げられて当該第３辺に沿って延び、さらに前記第３辺の隣の前記第２辺に沿うように曲げられて当該第２辺に沿って延び、当該第２辺に対向する位置で終端するように引き回されている。

電源配線７とグランド配線８とは、所定間隔を隔てて配置されており、それらの間には、電源供給用のバンプ４Ａおよび接地用のバンプ４Ｂ以外の各バンプ４に対応づけられた複数の保護回路９が介在されている。各保護回路９は、電源配線７とグランド配線８との間に２つの保護素子（保護ダイオード）１１，１２を直列に接続した構成を有している。そして、保護回路９は、２つの保護素子１１，１２の接続部分において、それぞれ対応するバンプ４の下方のパッド５と電気的に接続されている。

この構成により、バンプ４から正のサージが入力されると、そのサージ電流は、バンプ４から保護素子１１を介して電源配線７に流れ込み、この電源配線７から電源供給用のバンプ４Ａを介して逃がされる。一方、バンプ４から負のサージが入力されると、そのサージ電流は、バンプ４から保護素子１２を介してグランド配線８に流れ込み、このグランド配線８から接地用のバンプ４Ｂを介して逃がされる。そのため、バンプ４からのサージの入力による内部回路（機能素子）の破壊を防止することができる。

また、保護回路９は、回路形成領域２の周囲の領域（半導体チップの表面１の周縁部）に配置された電源配線７とグランド配線８との間に形成されているので、保護回路９の配置と無関係に、バンプ４のレイアウトを決定することができる。すなわち、この実施形態に係る半導体チップのように、バンプ４を半導体チップの表面１の中央部に設けられた回路形成領域２上に配置することができ、もちろん、回路形成領域２の周囲の領域上にバンプ４を配置することもできる。そのため、バンプ４のレイアウトの自由度を増すことができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、バンプ４が略球状に形成されるとしたが、円柱状や角柱状に形成されてもよい。また、バンプ４は、表面保護膜３上に大きく突出する必要はなく、固体装置の表面にバンプが設けられている場合には、扁平な形状に形成されて、表面保護膜３上に小さな突出量で突出させてもよい。

また、半導体基板と表面保護膜３との間に層間絶縁膜が介在されるとともに、層間絶縁膜上に内部配線が形成されて、その内部配線が層間絶縁膜に形成された開口を介して内部回路と電気的に接続され、表面保護膜３に形成された開口から内部配線の一部を露出させることによりパッド５が形成されてもよい。このような内部配線の引き回しにより、パッド５の位置を自由に変更することができ、バンプ４（パッド５）のレイアウトの自由度をさらに増すことができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る半導体チップの図解的な平面図である。図１に示す半導体チップをその表面に直交する平面で切断したときの断面図である。

符号の説明

１表面
２回路形成領域
４バンプ
７電源配線
８グランド配線
１１保護素子
１２保護素子

Claims

機能素子を含む内部回路が形成された矩形の回路形成領域を表面の中央部に有し、その表面を固体装置の表面に対向させて接合される半導体チップであって、
前記回路形成領域上において、前記半導体チップの表面上に隆起して形成され、前記固体装置の表面に当接されて、前記内部回路と前記固体装置とを電気的に接続するための複数のバンプと、
前記回路形成領域の周囲の領域に形成され、電源電圧が供給される電源配線と、
前記回路形成領域の周囲の領域に前記電源配線から所定間隔を隔てて形成され、グランド電位に接地されるグランド配線と、
前記電源配線と前記グランド配線との間に形成され、前記バンプと前記電源配線および前記グランド配線との各間に電気的に介在された保護素子とを含み、
前記複数のバンプが、前記固体装置から電源電圧が供給される電源用のバンプと、前記固体装置からグランド電圧が供給される接地用のバンプとを含み、
前記電源配線が、前記電源用のバンプに接続され、前記電源用のバンプから前記回路形成領域の周囲の領域に引き出され、前記矩形の回路形成領域の第１辺に沿って延び、さらに前記第１辺の隣の第２辺に沿うように曲げられて当該第２辺に沿って延び、さらに前記第２辺の隣の第３辺に沿うように曲げられて当該第３辺に沿って延び、さらに前記第３辺の隣の第４辺に沿うように曲げられて当該第４辺に沿って延び、当該第４辺に対向する位置で終端するように引き回されており、
前記接地用のバンプが、前記電源用のバンプよりも前記第４辺に近い位置に配置されており、
前記グランド配線が、前記接地用のバンプに接続され、前記接地用のバンプから前記回路形成領域の周囲の領域に引き出され、前記矩形の回路形成領域の前記第１辺に沿って前記電源配線とは反対方向に向かって延び、さらに前記第１辺の隣の前記第４辺に沿うように曲げられて当該第４辺に沿って延び、さらに前記第４辺の隣の前記第３辺に沿うように曲げられて当該第３辺に沿って延び、さらに前記第３辺の隣の前記第２辺に沿うように曲げられて当該第２辺に沿って延び、当該第２辺に対向する位置で終端するように引き回されている
ことを特徴とする半導体チップ。
前記電源配線および前記グランド配線が、前記半導体チップ上の同じ層に設けられている、請求項１に記載の半導体チップ。
前記保護素子が、前記電源供給用のバンプおよび前記接地用のバンプ以外の全てのバンプに対応してそれぞれ設けられている、請求項１または２に記載の半導体チップ。
前記半導体チップが、前記固体装置としての配線基板にフリップ・チップ・ボンディングにより接合されるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体チップ。
前記半導体チップが、前記固体装置としての他の半導体チップに接合されてチップ・オン・チップ構造を構成するものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体チップ。