JP2010135454A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の半導体装置は、ボンディングパッドの間隔を任意に調整して配置することができないという問題があった。
【解決手段】本発明にかかる半導体装置は、機能ブロックが配置された内部回路と、ボンディングパッドを複数有するI/Oバッファセル205が内部回路の外周部に沿って配置された周辺回路と、を備える。また周辺回路は、隣接する2つのI/Oバッファセルに所定の間隔を持たせるように内部回路の外周部に沿って配置されたブランクセル206を備える。このような回路構成により、ボンディングパッドの間隔を任意に調整して配置することが可能な半導体装置を提供することができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体装置に関するものであり、特にボンディングパッドを備えた半導体装置に関する。
近年、半導体装置は半導体プロセス技術の向上により、微細化、高集積化が進んでいる。それにともない、ボンディングパッドの狭ピッチ化が求められている。しかし、この狭ピッチ化により、各ボンディングパッドに接続されたボンディングワイヤ同士が相互干渉等の影響を受けやすくなっている。
また、近年の半導体設計においては、予め単位ブロック化した基本レイアウトパタンをライブラリとして準備しておき、設計自動化ツール等によって効率的な設計が行われている。このような設計手法の一例として特許文献1が開示されている。
図7は特許文献1に示される基本レイアウトパタンの平面図である。図7に示すように、特許文献1では、予め入出力用セル4、電源配線リングの構成要素である配線素5、基本論理回路セル6を含めて(a)〜(i)のように単位ブロック化している。(以下、ボンディングパッドを備えた入出力用セルをI/Oバッファセルと称す。)そして、それら複数種の基本レイアウトパタンをライブラリとして用意している。これらの基本レイアウトパタンを組み合わせて配置することにより、コア領域、その周りを周回する電源配線リング、及び入出力用セル部を形成することができる。また、設計自動化ツール等により効率的な半導体設計を行うことが可能である。しかし、特許文献1の基本レイアウトパタンの組み合わせでは、I/Oバッファセルの間隔を広げようとすると、I/Oバッファセル単位毎に間隔を広げる必要がある。
また図8は、特許文献2の半導体装置の構成を示す平面図である。図8に示す回路は、セル部10と、セル部10を囲むように形成されたバッファ回路部2と、バッファ回路部2の外周部上およびバッファ回路部2上にそれぞれ形成された複数のボンディングパッド1とを備える。ここで、ボンディングパッド1は、バッファ回路部2の外周部上およびバッファ回路部2上に、千鳥状に配置されている。このような回路構成により、ボンディングパッドの狭ピッチ化を実現している。ここで、ボンディングワイヤ同士の相互干渉等の影響を防ぐために、I/Oバッファセルの間隔を広げる必要がある場合がある。しかし、基本レイアウトパタンによる効率的な設計を行う場合、特許文献1と同様に、I/Oバッファセル単位毎に間隔を広げる必要がある。そのため、I/Oバッファセル間に過剰に間隔が空いてしまい、半導体装置の面積が増大するという問題があった。
特開平5−175468号公報 特開2003−163267号公報
上述のように、従来の半導体装置は、基本レイアウトパタンによる効率的な設計を行う際、ボンディングパッドの間隔を任意に調整して配置することができないという問題があった。
本発明にかかる半導体装置は、機能ブロックが配置された内部回路と、ボンディングパッドを有する複数のI/Oバッファセル(本発明の実施の形態1におけるI/Oバッファセル205)が前記内部回路の外周部に沿って配置された周辺回路と、を備えた半導体装置であって、前記周辺回路は、隣接する2つの前記I/Oバッファセルに所定の間隔を持たせるように前記内部回路の外周部に沿って配置されたブランクセル(本発明の実施の形態1におけるブランクセル206)を備える。
上述のような回路構成により、ボンディングパッドの間隔を任意に調整して配置することが可能である。
本発明により、ボンディングパッドの間隔を任意に調整して配置することが可能な半導体装置を提供することができる。
以下では、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。
発明の実施の形態1
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。図1に示すように本発明の半導体装置は、機能ブロックが配置された内部回路100と、ボンディングパッド202(不図示)を有するI/Oバッファセル205(不図示)が配置され、内部回路100を囲むように形成された周辺回路101と、を備える。そして、この半導体装置の外周部にパッケージピン200(不図示)を有するパッケージ102が設けられている。
図2に、図1の破線領域Aを拡大した部分拡大図を示す。図2に示すように、周辺回路101は、入出力用セル209(図3を参照)とボンディングパッド202から構成されるI/Oバッファセル205と、高電位側電源配線207と、低電位側電源配線208と、ブランクセル206と、を有する。なお、この例では、図2の左側の領域にパッケージ102が形成される。また、図2の中央の領域に周辺回路101が形成される。また、図2の右側の領域に内部回路100が形成される。ここで、電源配線207、208は、周辺回路101にそれぞれ電源配線リングを構成している。つまり、電源配線207、208は、内部回路100を囲むようにリング状に形成されている。そして、高電位側電源配線207が低電位側電源配線208の内側に配置されている。この例では、電源配線207、208は、周辺回路101の中央に、紙面の縦方向に沿って直線状に配置されている。また、高電位側電源配線207が周辺回路101の中央より右側に配置され、低電位側電源配線208が周辺回路101の中央より左側に配置される。なお、このような回路構成は、実施の形態の一例を示したに過ぎず、趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更が可能である。例えば、本実施の形態では、高電位側電源配線207が低電位側電源配線208の内側に配置された場合の例について示しているが、これに限られず、逆に配置されても良い。
図2の例では、複数のI/Oバッファセル205は、内部回路100の外周部に沿って配置されている。なお、図2に示す内部回路100の外周部は、紙面の縦方向に平行であるものとする。また、I/Oバッファセル205の幅方向が内部回路100の外周部に平行であるものとする。ここで、それぞれのI/Oバッファセル205に備えられたボンディングパッド202が千鳥状に形成される。すなわち、ボンディングパッド202は、電源配線207、208をまたいで周辺回路101の内側と外側に交互に配置される。なお、この例では、周辺回路101に11個のI/Oバッファセル205が配置される。
高電位側電源配線207の内側に配置されたボンディングパッド202が内部回路100の外周部に沿って一列に形成される。この例では、高電位側電源配線207の内側に配置された6つのボンディングパッド202が一列に形成される。この6つのボンディングパッド202のうち、紙面の下から2番目のボンディングパッド202が、高電位側電源供給用ボンディングパッド202aとして高電位側電源配線207に接続される。これにより、半導体装置に外部から高電位側電源が供給される。
同様に、低電位側電源配線208の外側に配置されたボンディングパッド202が周辺回路101の外周部に沿って一列に形成される。この例では、高電位側電源配線208の外側に配置された5つのボンディングパッド202が一列に形成される。この5つのボンディングパッド202のうち、紙面の上から1番目のボンディングパッド202が、低電位側電源供給用ボンディングパッド202bとして低電位側電源配線208に接続される。これにより、半導体装置に外部から低電位側電源が供給される。以下、特に断りがない限り、ボンディングパッド202、202a、202bを総称してボンディングパッド202とする。
また、周辺回路101に配置された11個のI/Oバッファセル205のうち、紙面の上から4番目と5番目のI/Oバッファセル205の間にブランクセル206が配置される。同様に、周辺回路101に配置された11個のI/Oバッファセル205のうち、紙面の上から6番目と7番目のI/Oバッファセル205の間にブランクセル206が配置される。
次に、パッケージ102は、複数のパッケージピン200を有する。この例では、11個のI/Oバッファセル205に対応して、11個のパッケージピン200がパッケージ102に配置される。各パッケージピン200は、ボンディングワイヤ201を介して、対応するボンディングパッド202にそれぞれ接続される。また、この例では、I/Oバッファセル205に備えられたボンディングパッド202が千鳥状に形成されることに対応して、パッケージピン200も周辺回路101の外周部に沿って千鳥状に配置される。なお、図2に示す周辺回路101の外周部は、紙面の縦方向に平行であるものとする。すなわち、パッケージピン200は、周辺回路101の外周部に沿ってパッケージ102の内部回路側(紙面上の右側)と外部回路側(紙面上の左側)に交互に配置される。
パッケージ102の内部回路側に配置されたパッケージピン200が周辺回路101の外周部に沿って一列に形成される。この例では、パッケージ102の内部回路側に配置された5つのパッケージピン200が一列に形成される。このパッケージ102の内部回路側に配置されたパッケージピン200と、低電位側電源配線208の外側に配置されたボンディングパッド202と、がそれぞれボンディングワイヤ201(以下、ボンディングワイヤ201aと称す)を介して接続される。この例では、紙面で向かい合った5つのパッケージピン200と、5つのボンディングパッド202とが、それぞれボンディングワイヤ201aを介して互いに接続される。これにより、それぞれのボンディングワイヤ201aの長さ及び高さを同一にすることができる。また、各ボンディングワイヤ201aが交差しないようにしている。
パッケージ102の外部回路側に配置されたパッケージピン200が周辺回路101の外周部に沿って一列に形成される。この例では、パッケージ102の外部回路側に配置された6つのパッケージピン200が一列に形成される。このパッケージ102の外部回路側に配置されたパッケージピン200と、高電位側電源配線207の内側に配置されたボンディングパッド202と、がそれぞれボンディングワイヤ201(以下、ボンディングワイヤ201bと称す)を介して接続される。この例では、紙面で向かい合った6つのパッケージピン200と、6つのボンディングパッド202とが、それぞれボンディングワイヤ201bを介して互いに接続される。これにより、それぞれのボンディングワイヤ201bの長さ及び高さを同一にすることができる。また、各ボンディングワイヤ201bが交差しないようにしている。なお、この例では、パッケージピン200と、ボンディングパッド202とが互いに近く配置されたもの同士がそれぞれ接続される。また、パッケージピン200と、ボンディングパッド202とが互いに遠く配置されたもの同士がそれぞれ接続される。つまり、接続状態において長さと高さの異なる2種類のボンディングワイヤ201a、201bがある。
図3は、図2のX−X線断面から見た半導体装置の側面図である。図3に示すように、入出力用セル209上に、ボンディングパッド202と、高電位側電源配線207と、低電位側電源配線208と、が形成される。入出力用セル209の上位層において、中央部の右側に高電位側電源配線207が形成され、中央部の左側に低電位側電源配線208が形成される。また、高電位側電源配線207の右側(高電位側電源配線207の内側)には、ボンディングパッド202が形成される。なお、図3の断面からは確認できないが、低電位側電源配線208の左側(低電位側電源配線208の外側)には、ボンディングパッド202(不図示)が形成される。
ここで、前述のように、低電位側電源配線208の外側に配置されたボンディングパッド202は、ボンディングワイヤ201aを介して、パッケージ102の内部回路側に配置されたパッケージピン200に接続される。また、高電位側電源配線207の内側に配置されたボンディングパッド202は、ボンディングワイヤ201bを介して、パッケージ102の外部回路側に配置されたパッケージピン200に接続される。図3に示すように、ボンディングワイヤ201bは、ボンディングワイヤ201aよりも長い距離を有する。また、ボンディングワイヤ201bは、ボンディングワイヤ201aよりも入出力用セル209の上面(紙面の横方向の辺)から高い位置に接続される。
例えば、このような構造のI/Oバッファセル205を基本レイアウトパタンとして単位ブロック化する。そして、設計自動化ツール等によりこれらの基本レイアウトパタンを組み合わせて配置する。それにより、効率的な半導体設計を行うことができる。
ここで、図2に示す回路の例では、2つのブランクセル206が、それぞれ隣接する2つのI/Oバッファセル205の間に配置されている。なお、各ブランクセル206の幅方向が内部回路100の外周部に平行であるものとする。それにより、隣接する2つのI/Oバッファセル205の間隔を広げることができる。
図4にブランクセル206の平面図を示す。図4に示すように、ブランクセル206は矩形状に形成されている。また、ブランクセル206は、電源配線リングの構成要素である高電位側電源配線207の配線素と、低電位側電源配線208の配線素と、を有する。この例では、ブランクセル206の中央部の右側に高電位側電源配線207の配線素が配置される。また、ブランクセル206の中央部の左側に低電位側電源配線208の配線素が配置される。そして、これらの配線素は、ブランクセル206の幅方向(図4における紙面の縦方向の辺)に沿って形成されている。なお、ブランクセル206は、幅方向が図2に示す内部回路100の外周部に平行であるものとする。
図4の例では、ブランクセル206の右側の領域(高電位側電源配線207の配線素の内側)は、ブランクセル206の長辺(紙面の横方向)に沿って上下に2つボンディングパッド配置スペース210を有する。同様に、ブランクセル206の左側の領域(低電位側電源配線208の配線素の外側)は、ブランクセル206の長辺(紙面の横方向)に沿って上下に2つボンディングパッド配置スペース210を有する。なお、このブランクセル206の幅は1種類に限られず、異なる幅を有しても良い。
ここで、図2に示す回路では、I/Oバッファセル205に備えられたボンディングパッド202の幅(内部回路100の外周部に沿って平行に配置された辺の幅。紙面の縦方向の辺の長さ)は、入出力用セル209の幅(内部回路100の外周部に沿って平行に配置された辺の幅。紙面の縦方向の辺の長さ)より大きい。したがって、I/Oバッファセル205は、ボンディングパッド202の一部が凸状に張り出した形状をしている。このような形状の2つのI/Oバッファセル205の間に、ブランクセル206を隙間無く配置する必要がある。そのため、図4に示すように、ブランクセル206はボンディングパッド配置スペース210を有する。それにより、ブランクセル206は、I/Oバッファセル205から凸状に張り出したボンディングパッド202を配置することができる。
図5は、図4のY−Y線断面から見たブランクセル206の断面図である。図5に示すように、ブランクセル206は、電源配線リングの構成要素である高電位側電源配線207の配線素と、低電位側配線208の配線素と、ボンディングパッド配置スペース210と、を有する。図5に示すように、ブランクセル206の上位層において、中央部の右側に高電位側電源配線207の配線素が形成され、中央部の左側に低電位側電源配線208が形成される。また、ブランクセル206の右側の領域(高電位側電源配線207の配線素の内側)は、ブランクセル206の長辺(紙面の横方向)に沿って上側にボンディングパッド配置スペース210を有する。同様に、ブランクセル206の左側の領域(低電位側電源配線208の配線素の外側)は、ブランクセル206の長辺(紙面の横方向)に沿って上側にボンディングパッド配置スペース210を有する。また、ボンディングパッド配置スペース210は、高電位側電源配線207の配線素及び低電位側電源配線208の配線素よりも高さが低い。なお、例えば、ボンディングパッド202の幅が入出力用セル209の幅より小さいI/Oバッファセル205が配置される場合も考えられる。そのような場合に備え、例えば、ボンディングパッド配置スペース210を有しないブランクセル206の回路構成でもよい。
このように、ブランクセル206を内部回路100の外周部に沿って配置することにより、隣接する2つのI/Oバッファセル205の間に間隔を広げることができる。それにより、ボンディングワイヤ同士の相互干渉等によるノイズの発生を防ぐことが可能である。また、幅の異なる複数のブランクセル206を基本レイアウトパタンとして備えることにより、隣接するI/Oバッファセル205の間隔を任意に設定し配置することが可能である。
特に、I/Oバッファセル205の幅よりも小さい幅のブランクセル206を基本レイアウトパタンとして備えることにより、従来のようにI/Oバッファセル単位の過剰な間隔を持たせる必要がなくなる。そのため、ボンディングパッドの狭ピッチ化に対する要求を満たした半導体設計が可能である。また、設計自動化ツール等により効率的な半導体設計を行うことが可能である。さらに、半導体装置の面積が増大するという問題を解決することもできる。なお、本実施の形態では、ブランクセル206の幅がI/Oバッファセル205の幅より小さい場合について説明したが、これに限られない。ブランクセル206の幅が、I/Oバッファセル205の幅より大きい回路構造であってもよい。
発明の実施の形態2
図6は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の構成の一部を示す平面図である。複数のI/Oバッファセル205は、内部回路100の外周部に沿って配置されている。なお、図6に示す内部回路100の外周部は、紙面の縦方向に平行であるものとする。ボンディングパッド202は、電源配線207、208をまたいで周辺回路101の内側と外側にそれぞれ配置される。この例では、周辺回路101に10個のI/Oバッファセル205が配置される。高電位側電源配線207の内側に配置されたボンディングパッド202が内部回路100の外周部に沿って一列に形成される。この例では、高電位側電源配線207の内側に配置された4つのボンディングパッド202が一列に形成される。この4つのボンディングパッド202のうち、紙面の下から2番目のボンディングパッド202が、高電位側電源供給用ボンディングパッド202aとして高電位側電源配線207に接続される。これにより、半導体装置に外部から高電位側電源が供給される。
同様に、低電位側電源配線208の外側に配置されたボンディングパッド202が周辺回路101の外周部に沿って一列に形成される。この例では、高電位側電源配線208の外側に配置された6つのボンディングパッド202が一列に形成される。この6つのボンディングパッド202のうち、紙面の上から1番目のボンディングパッド202が、低電位側電源供給用ボンディングパッド202bとして低電位側電源配線208に接続される。これにより、半導体装置に外部から低電位側電源が供給される。以下、特に断りがない限り、ボンディングパッド202、202a、202bを総称してボンディングパッド202とする。
なお、この例では、周辺回路101に配置された10個のI/Oバッファセル205のうち、紙面の上から4〜7番目のI/Oバッファセル205は、低電位側電源配線208の外側に形成される。そして、紙面の上から4〜7番目のI/Oバッファセル205のそれぞれの間には、ブランクセル206がそれぞれ配置される。つまり、この例では、周辺回路101に3つのブランクセル206が配置される。
次に、パッケージ102は、複数のパッケージピン200を有する。この例では、10個のI/Oバッファセル205に対応して、10個のパッケージピン200がパッケージ102に配置される。各パッケージピン200は、ボンディングワイヤ201を介して、対応するボンディングパッド202にそれぞれ接続される。ここで、パッケージピン200は、周辺回路101の外周部に沿ってパッケージ102の内部回路側(紙面上の右側)と外部回路側(紙面上の左側)にそれぞれ配置される。
パッケージ102の内部回路側に配置されたパッケージピン200が周辺回路101の外周部に沿って一列に形成される。この例では、パッケージ102の内部回路側に配置された6つのパッケージピン200が一列に形成される。このパッケージ102の内部回路側に配置されたパッケージピン200と、低電位側電源配線208の外側に配置されたボンディングパッド202と、がそれぞれボンディングワイヤ201aを介して接続される。この例では、紙面で向かい合った6つのパッケージピン200と、6つのボンディングパッド202とが、それぞれボンディングワイヤ201aを介して互いに接続される。これにより、それぞれのボンディングワイヤ201aの長さ及び高さを同一にすることができる。また、各ボンディングワイヤ201が交差しないようにしている。
パッケージ102の外部回路側に配置されたパッケージピン200が周辺回路101の外周部に沿って一列に形成される。この例では、パッケージ102の外部回路側に配置された4つのパッケージピン200が一列に形成される。このパッケージ102の外部回路側に配置されたパッケージピン200と、高電位側電源配線207の内側に配置されたボンディングパッド202と、がそれぞれボンディングワイヤ201bを介して接続される。この例では、紙面で向かい合った4つのパッケージピン200と、4つのボンディングパッド202とが、それぞれボンディングワイヤ201bを介して互いに接続される。これにより、それぞれのボンディングワイヤ201の長さ及び高さを同一にすることができる。また、各ボンディングワイヤ201が交差しないようにしている。なお、この例では、パッケージピン200と、ボンディングパッド202とが互いに近く配置されたもの同士が互いに接続される。また、パッケージピン200と、ボンディングパッド202とが互いに遠く配置されたもの同士が互いに接続される。つまり、接続状態において長さと高さの異なるボンディングワイヤ201が2種類あることを示す。その他の回路構成については、実施の形態1の場合と同様であるため、説明を省略する。
図6に示す場合のように、周辺回路101の同じ領域(低電位側電源配線208の外側、または高電位側電源配線207の内側)に連続して形成された2つのI/Oバッファセル205の間にブランクセル206を配置することにより、ボンディングパッド同士が衝突することを防ぐことができる。そのため、ボンディングパッド202を単列形状に配置することが可能である。また、差動端子等の特性インピーダンスの調整が必要な端子に対して、ボンディングワイヤ201の高さを一律に保った状態で、ボンディングワイヤ201の間隔を調整することができる。そのため、特性インピーダンスの調整が容易である。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ブランクセル206は、上記実施の形態の形式に限られるものではなく、ノイズ対策等のためにデカップリング容量を有してもよい。また、ブランクセル206は、隣接するI/Oバッファセル205と、高電位側電源配線207及び低電位側電源配線208のいずれかの電源配線と、の間に接続された保護素子(例えば、EDS保護素子、保護ダイオード素子等)をさらに備えた回路構成も可能である。
本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の概略図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。 特許文献1の半導体装置の基本レイアウトパタンを示す平面図である。 特許文献2の半導体装置の構成を示す平面図である。
符号の説明
100 内部回路
101 周辺回路
102 パッケージ
200 パッケージピン
201 ボンディングワイヤ
202 ボンディングパッド
202a 高電位側電源供給用ボンディングパッド
202b 低電位側電源供給用ボンディングパッド
205 I/Oバッファセル
206 ブランクセル
207 高電位側電源配線
208 低電位側電源配線
209 入出力用セル
210 ボンディングパッド配置スペース

Claims (6)

  1. 機能ブロックが配置された内部回路と、
    ボンディングパッドを有する複数のI/Oバッファセルが前記内部回路の外周部に沿って配置された周辺回路と、を備えた半導体装置であって、
    前記周辺回路は、
    隣接する2つの前記I/Oバッファセルに所定の間隔を持たせるように前記内部回路の外周部に沿って配置されたブランクセルを備えた半導体装置。
  2. 前記ブランクセルは、
    隣接した前記I/Oバッファセルに備えられたボンディングパッドの一部が配置されるスペースと、電源配線リングの構成要素である配線素と、を有し、当該I/Oバッファセルと隙間なく配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
  3. 前記ブランクセルは、
    前記内部回路の外周部に平行に配置された辺の幅が、前記I/Oバッファセルの辺の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記ブランクセルに隣接する2つの前記I/Oバッファセルは、前記ボンディングパッドと前記内部回路の外周部との距離が同一になるように配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記ブランクセルは、
    デカップリング容量を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記ブランクセルは、
    隣接する前記ボンディングパッドと電源配線との間に接続された保護素子をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
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