JP2830783B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
特に静電破壊保護回路を備えLOC構造を用いて組み立
てられた半導体装置に関する。
圧が印加された場合、半導体基板上に設けられた素子が
破壊されてしまう。この対策として、従来よりさまざま
な静電破壊保護技術が提案されている。その中で、特開
平7−086510号公報には、共通放電線を備えた技
術による半導体装置が開示されている。
の一例(第1の例)を示した回路図である。
受ける入力抵抗R1、この入力抵抗R1の他端からの信
号を受けるCMOSインバータ型の入力段回路161、
この入力段回路161からの信号に対して所定の処理を
行う内部処理部162、及び内部処理部162で処理さ
れた信号を出力信号OUTとして出力するCMOSイン
バータ型の出力段回路163を含む内部回路16と、電
源電位Vcc1供給用の端子(図示省略、以下端子は全
て図示省略)と接続し入力段回路161及び内部処理部
162に電源電位Vcc1を供給するためのボンディン
グパッド13sと、入力信号IN用の端子と接続し入力
抵抗R1の一端に入力信号INを伝達するためのボンデ
ィグパッド13tと、接地電位GND1供給用の端子と
接続し入力端回路161及び内部処理部162に接地電
位GND1を供給するための接地用のボンデンィグパッ
ド14と、電源電位Vcc2供給用の端子と接続し出力
段回路163に電源電位Vcc2を供給するためのボン
ディグパッド13uと、出力信号OUT用の端子と接続
し出力段回路163からの出力信号OUTを出力するた
めのボンディングパッド13vと、接地電位GND2用
の端子と接続し出力段回路163に接地電位GND2を
供給するためのボンディングパッド13wと、ボンディ
ングパッド14と接続しかつボンディングパッド13s
〜13wに近接して設けられた共通放電線12xと、そ
れぞれ電圧クランプ素子(Q1〜Q5)及びダイオード
素子(D1〜D5)を1つずつ備えボンディングパッド
13s〜13wと共通放電線との間に設けられた保護素
子部15s〜15wとを、半導体基板に形成した構成と
なっている。
cc2及び接地電位GND2と、それ以外の回路への電
源電位Vcc1及び接地電位GND1とを別々に分けて
供給しているのは、出力段回路163の動作時に瞬間的
に大電流が流れ、これによる電源電位線,接地電位線の
電位変動がノイズとして出力段回路163以外の回路に
影響するのを防ぐためである。
ボンディングパッド間に、任意の極性の高電圧が印加さ
れた場合、多くとも1個の電圧クランプ素子と1個の順
方向のダイオード素子とによって放電されることとな
り、安定した静電破壊耐量が得られる。たとえば、ボン
ディングパッド13s,13w間に、13sを正極とす
るような高電圧が静電気により印加された場合、ボンデ
ィングパッド13sから、電圧クランプ素子Q1,共通
放電線12x,ダイオード素子D5という経路を経て、
ボンディングパッド13wに接続された端子から外部へ
放電される。
印加される最大電圧は、電圧クランプ素子(Q1〜Q
5)のクランプ電圧と、ダイオード素子(D1〜D5)
の順方向電圧、いわゆるビルトインポテンシャル、及び
共通放電線12xのインピーダスによって発生する電圧
の和となる。この最大電圧を内部回路16を構成するM
OSトランジスタのゲート酸化膜の絶縁破壊耐圧と比較
して、十分低い電圧となるように保護素子部15s〜1
5wや共通放電線12xの設計を行なっている。
導体基板に形成された1つの保護素子部(15s)及び
その周辺を示した平面図及び断面図である。図5
(A),(B)に於いて、上記の電圧クランプ素子(Q
1)及びダイオード素子(D1)はN型不純物領域17
1,172とP型不純物領域173とにより形成されて
いる。
ト孔174及び金属配線18によりボンディングパッド
13sに接続されており、N型不純物領域172及びP
型不純物領域173も同様にして共通放電線12xに接
続されている。
物領域171,172とP型半導体基板173とで構成
されるラテラル型NPNバイポーラトランジスタにより
形成され、ダイオード素子D1は、N型不純物領域17
1とP型不純物領域173とにより形成される。なお、
図5(B)に於いては、ボンディングパッド及び共通放
電線に接続される金属配線は省略してある。
タによる電圧クランプ素子Q1は、2つのN型不純物領
域171,172間の距離を変えることにより、クラン
プ電圧をコントロールすることができる。つまり、N型
不純物領域171,172間の距離を小さくするほどク
ランプ電圧を低く設定することができる。このため、素
子構造の微細化に伴いMOSトランジスタのゲート酸化
膜が薄膜化して絶縁破壊耐圧が低下することに対応し
て、電圧クランプ素子のクランプ電圧を下げる事によ
り、半導体装置の静電破壊耐量の向上をはかることがで
きる。
壊保護技術を適用した半導体装置の半導体チップの平面
図である。
体チップ10xの外周(スクライブ線部)に設けられて
いる。一般に半導体装置では、半導体チップ外周に、半
導体基板と接続された配線(以下スクライブ配線とい
う)が設けられており、図6の共通放電線12xはこの
スクライブ配線と兼用されている。この様に、共通放電
線を既存のスクライブ配線と兼用する事で、半導体チッ
プの面積を増大させることなく、静電破壊耐量の向上を
はかる事ができる。なお、図6に於いて保護素子部15
s〜15zは細部を省略して示してある。
導体部のダイパッドも共通放電線として利用した例(第
2の例)を示した平面図である。図7においては、共通
放電線12yは半導体チップ10yの両端でボンディン
グ線30によってダイパッド24に接続されており、共
通放電線12yのインピーダンスを下げる働きをしてい
る。
接地電位線を用いた例について説明したが、接地電位以
外の配線を用いることも可能である。
装置の分野では、記憶容量の大容量化に伴い、半導体チ
ップの面積の増大が大きく、この様な半導体チップを標
準化された寸法のパッケージに収納するために、LOC
(lead on chipの略)構造と呼ばれる新た
な組立技術が開発されている(たとえば、日経マイクロ
デバイス、1991年11月号、79〜83頁参照)。
体チップを固定保持するダイパッドと、半導体装置の入
出力信号を外部端子として取り出すインナーリードとを
別々に設けていたのに対し(図7参照)、インナーリー
ドを半導体チップ上に配置し(いわゆるlead on
chip)、半導体チップを固定保持する機能を持た
せることでダイパッドを不用とする技術である。
ードとを分離する領域や、インナーリード上のボンディ
グのための領域を削除することができる。再び図7を用
いて説明すると、図7中の(B)及び(C)の領域が、
上記領域に相当する。この領域の寸法は、(B),
(C)合わせて0.5〜1mm程度となり、その分大き
な寸法の半導体チップを従来と同じ寸法のパッケージに
収納することができる。
リードの形状を任意に設計することができるため、従
来、半導体チップの外周部にのみ設けていたボンディン
グパッドを、半導体チップ表面内に自由に配置すること
ができる。このことは、設計の自由度を増大させるばか
りでなく、半導体チップに形成される配線の長さを短縮
して動作速度の高速化や、電源系配線の強化による動作
時のノイズ低減など、半導体装置の特性を向上させる上
で大きな利点を有している。
体装置(第3の例)の平面図である。図8において、イ
ンナーリード21s〜21zは、半導体チップ10z上
にまで設けられ、接着剤(図示せず)を介して半導体チ
ップ10zを固定保持している。またボンディグパッド
13s〜13z,14は、半導体チップ10zの外周部
に加え、その内側領域にも設けられている(13t,1
3x,13y,13u)。そしてこれらボンディングパ
ッド13t,13x,13y,13uに近接した領域に
も共通放電線12zが延長,配置されている。
OC構造の半導体装置では、次に示すような新たな問題
が発生する。
パッドを半導体チップ表面の任意の位置に配置できるよ
うになる一方、これらボンディングパッドそれぞれの近
傍には共通放電線も設けられるため、半導体チップの内
側にも共通放電線を設けなければならない。このため、
半導体チップの内側に共通放電線を配置するための領域
が必要となり、このことは、半導体チップ面積の増大を
もたらす。共通放電線の幅は、その長さによっても異な
るが、一般には10μmから40μm程度は必要であ
り、この分が、半導体チップ面積の増大分となる。
は、共通放電線の幅を小さくする方法があるが、共通放
電線幅の縮小は、インピーダンスを増大させ、内部回路
に印加される電圧を大きくしてしまう。この結果、内部
回路の静電破壊耐量が悪化し、静電破壊による不具合が
発生してしまう。
両方にわたってボンディングパッドを配置する場合、こ
れらボンディングパッドすべてを保護素子部を介して、
又は直接接続するための共通放電線を、半導体チップに
配置しなければならない。しかも、半導体チップ表面の
任意の2個のボンディングパッド間で、共通放電線のイ
ンピーダンスが極端に大きくならないようにするために
は、共通放電線の配置にかなりの工夫が必要である。こ
のことは、設計の自由度を大きく阻害してしまう。特に
DRAMやSRAMなどの半導体記憶装置の場合、半導
体チップ内部には、メモリセルが多数配列された領域が
存在するため、この領域を回避して共通放電線を配置し
なければならず、設計上のむずかしさは一層大きなもの
となる。
共に設計の自由度を増大させることができ、かつ静電破
壊耐量を向上させることができる半導体装置を提供する
ことにある。
入力された信号に応じて所定の処理を行い所定の信号を
出力する内部回路、この内部回路の信号入出力端及び電
源電位,接地電位の供給端と接続する複数のボンディン
グパッド、これら複数のボンディングパッドそれぞれに
近接して配置され前記電源電位及び接地電位の供給端の
うちの一方と接続するボンディングパッドと直接接続す
る共通放電線、並びにこの共通放電線と直接接続するボ
ンディングパッド以外の複数のボンディングパッドそれ
ぞれと前記共通法電線との間に接続され前記内部回路の
構成素子を静電破壊から保護する複数の保護素子部を含
む半導体チップと、この半導体チップの表面と接着固定
すると共に前記共通放電線と直接接続するボンディング
パッド以外の複数のボンディングパッドと対応接続する
複数のインナーリードとを有するROC構造の半導体装
置において、前記半導体チップの前記ボンディングパッ
ド,保護素子部及び共通放電が配置された領域を複数の
領域に区分してこれら複数の領域それぞれに、互いに独
立した共通放電線、この共通放電線と直接接続するボン
ディグパッドを含む複数のボンディングパッド、及びこ
の共通放電線と直接接続するボンディングパッド以外の
ボンディングパッドとこの共通放電線との間に接続され
た保護素子部を配置し、前記複数の領域それぞれの共通
放電線と直接接続するボンディングパッドと接続し前記
半導体チップの表面と接着固定する放電用のインナーリ
ードを設けて構成される。
部全体の領域と、この周辺部全体の領域の内側の所定の
領域とから成るか、半導体チップの周辺部のうちの所定
の領域と、前記半導体チップの周辺部の内側の所定の領
域とから成るようにして構成され、更に共通放電線の所
定の部分が、この部分と直接接続するボンディングパッ
ドと所定の保護素子部との間に設けられてこれらを直結
するように構成される。
電線の所定の部分に近接並行して配置されて複数個所で
この所定の部分と接続する部分を含むように構成され
る。
図面を参照して説明する。
面図である。
来の半導体装置に相違する点は、従来の半導体装置では
全ての保護素子部15s〜15zが1本の共通放電線1
2zと接続しているのに対し、この第1の実施の形態で
は、共通放電線,ボンディングパッド及び保護素子部が
形成されている半導体チップ10の領域を3つの領域、
すなわち、周辺部全体の領域と、周辺部の内側の2つの
領域とに区分し、これら3つの領域それぞれに、互いに
独立した共通放電線12a〜12cと、これら共通放電
線と直接対応接続するボンディングパッド14a〜14
cとを設け、共通放電線12aには周辺部全体に配置さ
れた保護素子部15a,15d,15e,15hを接続
し、共通放電線12bには内側の2つの領域のうちの一
方に配置された保護素子部15b,15fを接続し、共
通放電線12cには内側の2つの領域のうちの他方に配
置された保護素子部15c,15gを接続すると共に、
ボンディングパッド14a〜14cに近接しかつ半導体
チップ10の表面に接着固定してボンディング線30に
よりこれらボンディングパッド14a〜14cと接続す
る放電用のインナーリード22を設けた点にある。ま
た、共通放電線12bは、ボンディングパッド14bと
保護素子部15b,15fとの間に設けられてこれらの
間を直接接続し、共通放電線12cは、ボンディングパ
ッド14cと保護素子部15c,15gとの間に設けら
れてこれらの間を直接接続する構造となっている。
ボンディングパッド14b,14cが内側の領域に新た
に設けられているが、ボンディングパッド13b,13
f,13g,13c及び保護素子部15b,15f,1
5g,15cが並んでいる間のすき間を利用すれば、こ
れらボンディングパッド14b,14cの追加は十分可
能である。
共通放電線12b,12cは、ボンディングパッド14
b,14cと保護素子部15b,15f,15c,15
gとの間に設けられ、これら内側の領域に設けられたボ
ンディングパッド及び保護素子部と並行する共通放電線
は不要となり、その分、チップ面積を小さくすることが
できる。仮に、並行する共通放電線の幅を30μmとす
ると、16MビットDRAMの場合、約0.4%のチッ
プ面積の縮小が可能となる。更に、実際には、周辺部と
内側の領域とを結ぶ共通放電線も不要となるので、その
分更にチップ面積が縮小されるだけでなく、それによる
他の配線の引きまわしや配線等を含む設計の自由度が増
大する。また、共通放電線の幅を小さくしなくて済み、
放電用のインナーリード22によってそのインピーダン
スを小さくすることができ、静電破壊耐量を向上させる
ことができる。
面図である。
態のように、新たに2つのボンディングパッド14b,
14cを追加するだけの十分な領域が確保できない場合
に、ボンディングパッド14bを1個だけにとどめたも
のである。この場合には、内側の領域は1つの領域と
し、ボンディングパット14bと直接接続しかつボンデ
ィングパッド13b,13f,14b,13g,13c
及び保護素子部15b,15f,15g,15cに近
接,並行する1つの共通放電線12dが設けられ、これ
ら保護素子部が接続される。そして、共通放電線12
a,12dは、半導体チップ10aの表面に接着固定
し、ボンディング線30でボンディングパッド14a,
14bと接続するインナーリード22aによって接続さ
れている。
領域でのチップ面積の縮小はないが、共通放電線12
a,12d間を接続する共通放電線が不要となるので、
その分チップ面積を縮小することができ、かつ設計の自
由度を増大させることができる。また、第1の実施の形
態と同様に、静電破壊耐量も向上する。
面図である。
相対向する2つの辺それぞれの2つの領域とし、内側は
1つの領域として、周辺部の一方の辺の領域には、共通
放電線12eと、この共通放電線12eと直接接続する
ボンディングパッド14dと、この共通放電線12eに
近接並行して配置されたボンディングパッド13a,1
3e及び保護素子部15a,15eとが設けられ、周辺
部の他方の辺の領域には、共通放電線12gと、この共
通放電線12gと直接接続するボンディングパッド14
fと、この共通放電線12gに近接並行して配置された
ボンディングパッド13d,13h及び保護素子部15
d,15hとが設けられ、内側の領域には、共通放電線
12fと、この共通放電線12fと直接接続するボンデ
ィングパッド14eと、この共通放電線12fに近接並
行して配置されたボンディングパッド13b,13c,
13f,13g及び保護素子部15b,15c,15
f,15gとが設けられ、共通放電線12e,12f,
12gは、ボンディング線30でボンディングパッド1
4d,14e,14fと接続しかつ半導体チップ10b
の表面に接着固定するインナーリード22bにより接続
されている。
電線12e,12g等が設けられている周辺部の2辺以
外の2辺の共通放電線が不要であり、かつ周辺部と内側
とを接続する共通放電線も不要であるので、その分チッ
プ面積を縮小することができ、また設計の自由度を増大
させることができる。また、第1,第2の実施の形態と
同様に、静電破壊耐量も向上する。
の複数の領域それぞれに共通放電線等を分散して配置
し、これら共通放電線をインナーリードにより相互に接
続する形態について述べたが、このような形態に限定さ
れるものではなく、例えば、共通放電線の幅が十分確保
できず、そのインピーダンスが増大する場合には、その
共通放電線に近接並行して配置され、かつ複数個所でそ
の共通放電線と接続するようにした放電用のインナーリ
ードを設け、インピーダンスを低下させることもでき
る。
ップのボンディングパッド,保護素子部及び共通放電線
の配置領域を複数の副領域に分けてこれら複数の副領域
それぞれに、互いに独立した共通放電線と、この共通放
電線と直接接続するボンディングパッドを含む複数のボ
ンディングパッドと、保護素子部とを配置し、複数の副
領域それぞれの共通放電線と接続して半導体チップの表
面に接着固定する放電用のインナーリードを設けた構成
とすることにより、共通放電線を1本とした従来例に比
べ、共通放電線のうちの周辺部の領域と内側の領域とを
結ぶ部分を含む所定の部分を放電用のインナーリードで
置き換えることができるので、その分、共通放電線の配
置面積を小さくしてチップ面積を縮小することができる
と共に設計の自由度を増大させることができ、かつ放電
用のインナーリードを含む共通放電線のインピーダンス
を低下させて静電破壊耐量を向上させることができる効
果がある。
る。
る。
る。
周辺の平面図及び断面図である。
る。
る。
る。
プ 11,11a,11b,11x〜11z 半導体基板 12a〜12g,12x〜12z 共通放電線 13a〜13h,13s〜13z,14,14a〜14
f,14x,14yボンディングパッド 15a〜15h,15s〜15z 保護素子部 16 内部回路 18 金属配線 19 フィールド酸化膜 21a〜21h,21s〜21z,22,22a,22
b,23s〜23xインナーリード 24 ダイパッド 30 ボンディング線
Claims (5)
- 【請求項1】 入力された信号に応じて所定の処理を行
い所定の信号を出力する内部回路、この内部回路の信号
入出力端及び電源電位,接地電位の供給端と接続する複
数のボンディングパッド、これら複数のボンディングパ
ッドそれぞれに近接して配置され前記電源電位及び接地
電位の供給端のうちの一方と接続するボンディングパッ
ドと直接接続する共通放電線、並びにこの共通放電線と
直接接続するボンディングパッド以外の複数のボンディ
ングパッドのそれぞれと前記共通放電線との間に接続さ
れ前記内部回路の構成素子を静電破壊から保護する複数
の保護素子部を含む半導体チップと、この半導体チップ
の表面と接着固定すると共に前記共通放電線と直接接続
するボンディングパッド以外の複数のボンディングパッ
ドと対応接続する複数のインナーリードとを有するLO
C構造の半導体装置において、 前記半導体チップの前記ボンディングパッド,保護素子
部及び共通放電線が配置された領域である主回路領域を
複数の副領域に区分してこれら複数の副領域のそれぞれ
に、互いに独立した共通放電線、この共通放電線と直接
接続するボンディグパッドを含む複数のボンディングパ
ッド、及びこの共通放電線と直接接続するボンディング
パッド以外のボンディングパッドとこの共通放電線との
間に接続された保護素子部を配置し、前記複数の副領域
のそれぞれの前記共通放電線と直接接続するボンディン
グパッドと接続し前記半導体チップの表面と接着固定す
る放電用のインナーリードを設けたことを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項2】 前記複数の副領域が、半導体チップの周
辺部全体の領域と、この周辺部全体の領域の内側の所定
の領域とから成る請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記複数の副領域が、半導体チップの周
辺部のうちの所定の領域と、前記半導体チップの周辺部
の内側の所定の領域とから成る請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項4】 前記共通放電線の所定の部分が、この部
分と直接接続するボンディングパッドと所定の保護素子
部との間に設けられてこれらを直結するように構成され
た請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記放電用のインナーリードが、共通放
電線の所定の部分に近接並行して配置されて複数個所で
この所定の部分と接続する部分を含むように構成された
請求項1記載の半導体装置。
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