JP5996500B2 - 半導体装置および記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、半導体装置および記憶装置に関する。
メモリチップとコントローラとが搭載された半導体装置として、例えば、基板上にコントローラが搭載され、その上にメモリチップが重ねて搭載された半導体装置が用いられる。このような半導体装置では、コントローラとメモリチップとの間に樹脂が充填されたものがある。
このような半導体装置に対して、コントローラとメモリチップとの間への樹脂の充填にかかるコストを抑制したいという要求がある。また、半導体装置においては、より高速なメモリチップの動作が要求される傾向にある。
米国特許出願公開第2013/114323号公報明細書
本発明の一つの実施形態は、コントローラとメモリチップとの間への樹脂の充填にかかるコストを抑制しつつ、より高速なメモリチップの動作の実現を図ることのできる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、半導体装置は、基板と、コントローラチップと、メモリチップと、を備える。基板には、配線が形成される。コントローラチップは、平面視において長方形形状を呈する表面を有して、その表面を基板の反対側に向けて基板上に搭載される。メモリチップは、平面視において方形形状を呈する表面を有して、その表面を基板の反対側に向けるとともに、コントローラチップの第1長辺側に並べて基板上に搭載される。平面視における第1長辺に沿った方向を第1の方向とした場合に、コントローラチップの表面には、第1の方向と直交する一方の第1短辺に沿ってコントローラ側第1端子群が形成される。コントローラチップの表面には、第1長辺と対向する第2長辺に沿ってコントローラ側第2端子群が形成される。
図1は、第1の実施の形態にかかる半導体装置の概略的な内部構成を示す平面図である。 図2は、図1に示す半導体装置をコントローラチップ側から見た側面図である。 図3は、メモリチップおよびコントローラチップの表面に形成された端子群同士の接続状態を模式的に示す図である。 図4は、コントローラチップに形成された回路領域を示す図である。 図5は、比較例として示すコントローラチップに形成された回路領域を示す図である。 図6は、第1の実施の形態の変形例にかかる半導体装置をコントローラチップ側から見た側面図である。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施の形態にかかる半導体装置の概略的な内部構成を示す平面図である。図2は、図1に示す半導体装置をコントローラチップ側から見た側面図である。半導体装置(記憶装置)50は、基板1、第1メモリチップ(第1不揮発性半導体記憶素子)2、第2メモリチップ(第2不揮発性半導体記憶素子)3、コントローラチップ(半導体制御素子)4を備える。
基板1は、その表層や内層に配線5が形成された配線基板である。第1メモリチップ2および第2メモリチップ3は、不揮発性半導体記憶素子であり、例えばNANDフラッシュメモリである。第1メモリチップ2および第2メモリチップ3は、平面視においてその表面2a,3aの形状が方形形状を呈する。
コントローラチップ4は、第1メモリチップ2および第2メモリチップ3を制御する半導体制御素子である。例えば、第1メモリチップ2および第2メモリチップ3へのデータの書き込みや、第1メモリチップ2および第2メモリチップ3からのデータの読み出しを制御する。コントローラチップ4は、平面視においてその表面4aの形状が長方形形状を呈する。
以下の説明において、コントローラチップ4の表面4aの各辺のうち、一方の長辺を第1長辺41aと呼び、他方の長辺を第2長辺41bと呼ぶ。また、コントローラチップ4の表面4aの各辺のうち、一方の短辺を第1短辺42aと呼び、他方の短辺を第2短辺42bと呼ぶ。また、コントローラチップ4の第1長辺41aに沿った方向を矢印Xに示す方向(第1の方向)とし、第1短辺42aに沿った方向を矢印Yに示す方向(第2の方向)とする。
コントローラチップ4、第1メモリチップ2および第2メモリチップ3は、その表面4a,2a,3aを基板1の反対側に向けて、基板1の搭載面1a上に搭載される。第1メモリチップ2および第2メモリチップ3は、コントローラチップ4に対して第1長辺41a側に並べて搭載される。基板1の搭載面1a上、メモリチップ2,3およびコントローラチップ4の周囲は樹脂モールド部8によって封止される。なお、図1では、半導体装置50の内部構成を示すために、樹脂モールド部8を省略している。また、図2では、半導体装置50の内部構成を示すために、樹脂モールド部8を透過した状態で示している。
メモリチップ2,3とコントローラチップ4とが並べて基板1上に搭載されるので、これらを重ねて搭載した場合のように、メモリチップ2,3とコントローラチップ4との隙間に樹脂を充填する工程を省略して、製造コストの抑制を図ることができる。
コントローラチップ4の表面4aには、矢印Xと直交する一方の第1短辺42aに沿ってコントローラ側第1端子群(制御素子側第1端子群)43が形成される。また、第1長辺41aと対向する第2長辺41bに沿ってコントローラ側第2端子群(制御素子側第2端子群)44が形成される。また、コントローラ側第1端子群43およびコントローラ側第2端子群44以外の端子群として、第1長辺41aに沿ってコントローラ側第3端子群(制御素子側第3端子群)45が形成される。したがって、第2短辺42bに沿った領域には端子群が形成されていない。
第1〜第3のコントローラ側端子群43〜45は、ボンディングワイヤ6を接続するための端子(電極パッド)群である。第1〜第3のコントローラ側端子群43〜45は、ボンディングワイヤ6を介して配線5と電気的に接続される。
第1メモリチップ2と第2メモリチップ3は、基板1の搭載面1a上に重ねて搭載(積層)される。第1メモリチップ2の表面2aには、矢印Xと直交する一方の辺21に沿って第1メモリ側端子群(第1記憶素子側端子群)22が形成されている。第1メモリ側端子群22は、コントローラチップ4側の辺23との間隔Tよりも、コントローラチップ4側の反対側となる辺24との間隔Uのほうが小さい。これは、第1メモリ側端子群22は、辺23よりも辺24側に寄せて形成されていると換言することができる。
第1メモリ側端子群22は、ボンディングワイヤ6を接続するための端子(電極パッド)である。第1メモリ側端子群22は、ボンディングワイヤ6を介して配線5と電気的に接続される。
第2メモリチップ3の表面3aには、矢印Xと直交する他方の辺31に沿って第2メモリ側端子群(第1記憶素子側端子群)32が形成されている。第2メモリチップ3は、第1メモリチップ2と同じメモリチップを平面的に180度回転させて第1メモリチップ2上に重ねて搭載されたものである。そのため、第2メモリ側端子群32は、コントローラチップ4側の反対側となる辺33との間隔Vよりも、コントローラチップ4側の辺34との間隔Wのほうが小さい。これは、第2メモリ側端子群32は、辺33よりも辺34側に寄せて形成されていると換言することができる。
第2メモリ側端子群32は、ボンディングワイヤ6を接続するための端子(電極パッド)である。第2メモリ側端子群32は、ボンディングワイヤ6を介して配線5と電気的に接続される。
基板1のうち搭載面1aの反対面側となる裏面1bには、外部端子7が形成されている。外部端子7は、基板1に形成されたビア(図示せず)を介して配線5と電気的に接続される。
各チップおよび各端子間の電気的な接続をまとめると、第1メモリチップ2とコントローラチップ4とが、第1メモリ側端子群22、配線5、コントローラ側第1端子群43およびボンディングワイヤ6を介して電気的に接続される。また、第2メモリチップ3とコントローラチップ4とが、第2メモリ側端子群32、配線5、コントローラ側第2端子群44およびボンディングワイヤ6を介して電気的に接続される。また、外部端子7とコントローラチップ4とが、配線5、コントローラ側第3端子群45およびボンディングワイヤ6とを介して電気的に接続される。
次に、各チップおよび各端子間を電気的に接続させる配線5の経路について詳説する。コントローラチップ4と第1メモリチップ2とを接続させる配線5aは、コントローラチップ4の第1短辺42a側と第1メモリチップ2の辺21側とを結ぶように形成される。
コントローラチップ4と外部端子7とを接続させる配線5bは、コントローラチップ4の第1長辺41a側と外部端子7とを結ぶように形成される。コントローラチップ4の表面4aのうち外部端子7に近い第1長辺41a側から、外部端子7に向けて配線5bが延びるので、配線5bの配線長の短縮化を図ることができる。これにより、半導体装置50の動作の高速化を図ることができる。
コントローラチップ4と第2メモリチップ3とを接続させる配線5cは、コントローラチップ4の第2長辺41b側と第2メモリチップ3の辺31側とを結ぶように形成される。配線5cは、平面視においてコントローラチップ4と重なる領域(コントローラチップ4の下側)を通過し、平面視において第2短辺42bと交差する。なお、配線5a,5b,5cは、それぞれ複数本形成されているが、図面の簡略化のため代表的な1本のみを記載して、その他を省略している。
ここで、本実施の形態では、コントローラチップ4の表面4aのうち第2短辺42bに沿った領域には端子群が形成されていない。第2短辺42bに沿った領域に端子群が形成されていた場合には、基板1の搭載面1aのうちコントローラチップ4の第2短辺42bの近傍にボンディングワイヤを接続させる電極パッドやそこから延びる配線を形成する必要がある。この場合、第2短辺42bと交差するように配線5cを形成すると、基板に形成された電極パッド等を避けるために、基板の層数を増やさなければならない場合がある。
一方、本実施の形態では、上述したように第2短辺42bに沿った領域には端子群が形成されていないため、基板1の搭載面1aのうちコントローラチップ4の第2短辺42bの近傍にボンディングワイヤを接続させる電極パッドやそこから延びる配線を形成する必要がない。そのため、基板1の層数を増やさずに、第2短辺42bと交差するように配線5cを形成することができる。
また、本実施の形態では、第1メモリ側端子群22よりも第2メモリ側端子群32のほうがコントローラチップ4に近い位置に形成されている。そこで、コントローラチップ4の表面4aのうち、メモリチップに近い位置にコントローラ側第1端子群43を形成し、メモリチップから離れた位置にコントローラ側第2端子群44を形成する。
すなわち、上述したように、コントローラチップ4から離れた第1メモリ側端子群22と接続されるコントローラ側第1端子群43は、第1メモリチップ2に近い第1短辺42aに沿って形成され、コントローラチップ4に近い第2メモリ側端子群32と接続されるコントローラ側第2端子群44は、第2メモリチップ3から離れた第2長辺41bに沿って形成される。
これにより、配線5aと配線5の長さの等長化(長さの差をより少なくすること)を図ることができる。配線5aと配線5の長さの等長化を図ることで、第1メモリチップ2および第2メモリチップ3の動作の高速化を図ることが可能となる。
図3は、メモリチップ2,3およびコントローラチップ4の表面に形成された端子群同士の接続状態を模式的に示す図である。図3に示すように端子群に含まれる各端子には、端子番号が割り振られており、端子番号が同じ端子同士が配線5を介して電気的に接続される。
本実施の形態では、コントローラ側第1端子群43のうち、データ入出力端子(I/O端子)番号(0〜7)と、コントローラ側第2端子群44のデータ入出力端子番号(0〜7)の両方が、第1短辺42aと第2長辺41bとが交差する角部に近いほうから減っていく。
上述したように、第1メモリチップ2と第2メモリチップ3は、同じチップを使用し、平面的に180度回転させているため、第1メモリ側端子群22と第2メモリ側端子群32とは、矢印Yに示す方向に沿った端子番号の増減が互いに逆になる。例えば、図3では、第1メモリ側端子群22は、コントローラチップ4に遠い位置にある端子からコントローラチップ4に近い位置にある端子に向けてデータ入出力端子番号(0〜7)が増えていく。これとは逆に、第2メモリ側端子群32は、コントローラチップ4に遠い位置にある端子からコントローラチップ4に近い位置にある端子に向けてデータ入出力端子番号(0〜7)が減っていく。
したがって、コントローラ側第1端子群43と第1メモリ側端子群22とは、データ入出力端子が、コントローラ側第1端子群43は第1長辺41aに近い側の端子から順に、第1メモリ側端子群22はコントローラチップ4側の反対側となる辺24側の端子から順に配線5aを介して接続される。一方、コントローラ側第2端子群44と第2メモリ側端子群32とは、データ入出力端子が、コントローラ側第2端子群44は第1短辺42aと第2長辺41bとが交差する角部に近い側の端子から順に、第2メモリ側端子群32はコントローラチップ4側の反対側となる辺33側の端子から順に配線5cを介して接続される。そのため、第1メモリ側端子群22とコントローラ側第1端子群43とを接続させる配線5aを交差させずに形成することが可能となる。また、第2メモリ側端子群32とコントローラ側第2端子群44とを接続させる配線5cを交差させずに形成することが可能となる。したがって、配線5a,5cを交差させるために基板1の層数を増やさずに済み、製造コストの抑制を図ることができる。
なお、第1メモリチップ2、第2メモリチップ3に形成された第1メモリ側端子群22、第2メモリ側端子群32の端子番号の割り振りが図3に示す例と逆である場合には、コントローラ側第1端子群43の端子番号と、コントローラ側第2端子群44の端子番号の両方が、第1短辺42aと第2長辺41bとが交差する角部に近いほうから増えていくようにすれば、配線5a,5cを交差させずに形成することができる。
次に、コントローラチップ4に形成された回路領域について説明する。図4は、コントローラチップ4に形成された回路領域を示す図である。コントローラチップ4には、様々な回路領域が形成される。例えば、コントローラ側第3端子群45の入出力を制御する回路領域VA1、コントローラ側第1端子群43およびコントローラ側第2端子群44の入出力を制御する回路領域VA2、コントローラチップ4の記憶回路領域VA3がある。
本実施の形態では、コントローラ側第1端子群43とコントローラ側第2端子群44とが、隣り合う第1短辺42aと第2長辺41bとに沿って形成されている。また、コントローラ側第1端子群43とコントローラ側第2端子群44とは、どちらもメモリチップに接続されるため、それぞれの端子群の入出力を制御する回路領域における待機中の電圧や動作中の電圧が等しくなる。例えば、メモリチップに対する入出力を行わない待機状態では、0Vの待機電圧となり、メモリチップに対する情報の入出力を行う動作中では、1.2Vの動作電圧となる。
回路領域VA1,VA2,VA3は、互いに隣接して配置する必要があるが、コントローラ側第1端子群43とコントローラ側第2端子群44とが、隣り合う第1短辺42aと第2長辺41bとに沿って形成され、待機電圧と動作電圧が等しいので、コントローラ側第1端子群43およびコントローラ側第2端子群44の入出力を制御する回路領域VA2を1つの区画として、まとめてグランド線9で囲んで他の回路領域との電源分離を図ることができる。
また、例えば、コントローラ側第3端子群45の入出力を制御する回路領域VA1は、待機電圧と動作電圧のどちらも1.2Vとなる。また、コントローラチップ4の記憶回路領域VA3は、待機電圧が0.8Vとなり、動作電圧が1.2Vとなる。このように、回路領域VA1,VA2,VA3の間では、待機電圧が異なっている。そのため、回路領域VA1や記憶回路領域VA3も、回路領域VA2と同様にグランド線10,11で囲んで他の領域との電源分離が図られる。
図5は、比較例として示すコントローラチップ140に形成された回路領域を示す図である。比較例として示すコントローラチップ140では、メモリチップに接続されるコントローラ側第1端子群143とコントローラ側第2端子群144とが、対向する辺に沿って形成されている。
ここで、コントローラ側第3端子群145を制御する回路領域VA1とコントローラチップ140の記憶回路領域VA3とを隣接させるために、コントローラ側第1端子群143を制御する回路領域VA2−1と、コントローラ側第2端子群144を制御する回路領域VA2−2とを別々に電源分離する必要がある。
一方、本実施の形態では、コントローラ側第1端子群43を制御する回路領域と、コントローラ側第2端子群44を制御する回路領域とを、1つの回路領域VA2として電源分離を図ることができるので、平面的な面積がVA2<(VA2−1)+(VA2−2)となる。したがって、本実施の形態にかかるコントローラチップ4は、比較例として示すコントローラチップ140よりも小型化を図ることができる。
図6は、第1の実施の形態の変形例にかかる半導体装置60をコントローラチップ4側から見た側面図である。なお、図6では、半導体装置60の内部構成を示すために、樹脂モールド部8を透過した状態で示している。
図6に示すように、第1メモリチップ2と第2メモリチップ3のそれぞれを複数枚重ねて基板1上に搭載してもよい。このように構成することで、上述した半導体装置50と同様にメモリチップの動作の高速化やコントローラチップ4の小型化を図りつつ、メモリチップの枚数を増やすことで記憶容量の増大化を図ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 基板、1a 搭載面、1b 裏面、2 第1メモリチップ(第1不揮発性半導体記憶素子)、2a 表面、21 辺、22 第1メモリ側端子群(第1記憶素子側端子群)、23,24 辺、3 第2メモリチップ(第2不揮発性半導体記憶素子)、3a 表面、31 辺、32 第2メモリ側端子群(第2記憶素子側端子群)、33,34 辺、4 コントローラチップ(半導体制御素子)、4a 表面、41a 第1長辺、41b 第2長辺、42a 第1短辺、42b 第2短辺、43 コントローラ側第1端子群(制御素子側第1端子群)、44 コントローラ側第2端子群(制御素子側第2端子群)、45 コントローラ側第3端子群(制御素子側第3端子群)、5 配線、6 ボンディングワイヤ、7 外部端子、8 樹脂モールド部、9,10,11 グランド線、50,60 半導体装置(記憶装置)。

Claims (7)

  1. 配線が形成された基板と、
    平面視において長方形形状を呈する表面を有して、その表面を前記基板の反対側に向けて前記基板上に搭載されたコントローラチップと、
    平面視において方形形状を呈する表面を有して、その表面を前記基板の反対側に向けるとともに、前記コントローラチップの第1長辺側に並べて前記基板上に搭載されたメモリチップと、を備え、
    平面視における前記第1長辺に沿った方向を第1の方向とした場合に、
    前記コントローラチップの表面には、前記第1の方向と直交する一方の第1短辺に沿ってコントローラ側第1端子群が形成され、前記第1長辺と対向する第2長辺に沿ってコントローラ側第2端子群が形成され、前記第1長辺に沿ってコントローラ側第3端子群が形成され、
    前記メモリチップは、前記第1の方向と直交し前記第1短辺と同じ側を向く一方の辺に沿って表面に第1メモリ側端子群が形成された第1メモリチップと、前記第1の方向と直交し前記第1短辺と反対の方向を向く他方の辺に沿って表面に第2メモリ側端子群が形成された第2メモリチップとを有し、
    前記第1メモリチップと前記第2メモリチップとは前記基板上に積層され、
    前記第1メモリチップと前記コントローラチップとが、前記第1メモリ側端子群、前記配線および前記コントローラ側第1端子群を介して電気的に接続され、
    前記第2メモリチップと前記コントローラチップとが、前記第2メモリ側端子群、前記配線および前記コントローラ側第2端子群を介して電気的に接続され、
    前記第1メモリ側端子群は、前記第1メモリチップの表面の前記コントローラチップ側の辺との間隔よりも、前記コントローラチップ側の反対側となる辺との間隔のほうが小さく、
    前記第2メモリ側端子群は、前記第2メモリチップの表面の前記コントローラチップ側の反対側となる辺との間隔よりも、前記コントローラチップ側の辺との間隔のほうが小さい半導体装置。
  2. 前記基板には、前記コントローラチップが搭載された面とは反対側となる面に外部端子が形成され、
    前記コントローラ側第3端子群と前記外部端子とが前記配線を介して電気的に接続され、
    前記第1メモリ側端子群と前記第1長辺との距離は、前記第2メモリ側端子群と前記第1長辺との距離よりも長い請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第2メモリチップと前記コントローラチップとを電気的に接続させる前記配線は、前記コントローラチップの下側を通る請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記コントローラ側第1端子群と前記第1メモリ側端子群とは、データ入出力端子が、前記コントローラ側第1端子群は前記第1長辺に近い側の端子から順に、前記第1メモリ側端子群は前記コントローラチップ側の反対側となる辺側の端子から順に前記配線を介して接続され、
    前記コントローラ側第2端子群と前記第2メモリ側端子群とは、データ入出力端子が、前記コントローラ側第2端子群は前記第1短辺と前記第2長辺とが交差する角部に近い側の端子から順に、前記第2メモリ側端子群は前記コントローラチップ側の反対側となる辺側の端子から順に前記配線を介して接続される請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  5. 前記コントローラチップにおいて、
    前記コントローラ側第1端子群を制御する回路領域と、前記コントローラ側第2端子群を制御する回路領域とを、1つの区画としてグランド線で囲んで他の回路領域と電源分離が図られる請求項1〜のいずれか1つに記載の半導体装置。
  6. 前記コントローラチップの前記第1短辺と対向する第2短辺には、前記第1メモリ側端子群および前記第2メモリ側端子群に接続される端子群が形成されていない請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
  7. 配線と外部端子とが形成された基板と、
    平面視において長方形形状を呈する表面を有して、その表面を前記基板の反対側に向けて前記基板上に搭載され半導体制御素子と、
    平面視において方形形状を呈する表面を有して、その表面を前記基板の反対側に向けるとともに、前記半導体制御素子の一方の第1長辺側に並べて前記基板上に搭載された第1不揮発性半導体記憶素子と、
    平面視において方形形状を呈する表面を有して、その表面を前記基板の反対側に向けるとともに、前記第1不揮発性半導体記憶素子上に重ねて搭載された第2不揮発性半導体記憶素子と、を備え、
    平面視における前記第1長辺に沿った方向を第1の方向とした場合に、
    前記半導体制御素子の表面には、前記第1の方向と直交する一方の第1短辺に沿って制御素子側第1端子群が形成され、前記第1長辺と対向する第2長辺に沿って制御素子側第2端子群が形成され、前記制御素子側第1端子群および前記制御素子側第2端子群以外の端子群として、前記第1長辺に沿って制御素子側第3端子群が形成され、
    前記第1不揮発性半導体記憶素子の表面には、前記第1の方向と直交し前記第1短辺と同じ側を向く一方の辺に沿って第1記憶素子側端子群が形成され、
    前記第2不揮発性半導体記憶素子の表面には、前記第1の方向と直交し前記第1短辺と反対の方向を向く他方の辺に沿って第2記憶素子側端子群が形成され、
    前記第1不揮発性半導体記憶素子と前記半導体制御素子とが、前記第1記憶素子側端子群、前記配線および前記制御素子側第1端子群を介して電気的に接続され、
    前記第2不揮発性半導体記憶素子と前記半導体制御素子とが、前記第2記憶素子側端子群、前記配線および前記制御素子側第2端子群を介して電気的に接続され、
    前記基板には、前記半導体制御素子が搭載された面とは反対側となる面に外部端子が形成され、
    前記外部端子と前記半導体制御素子とが、前記配線および前記制御素子側第3端子群とを介して電気的に接続され
    前記第1記憶素子側端子群と前記第1長辺との距離は、前記第2記憶素子側端子群と前記第1長辺との距離よりも長い記憶装置。
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