專利名稱：具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備需要高靜電耐壓以及高頻特性的靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
近年來，在半導(dǎo)體裝置中，正在研究模擬電路和數(shù)字電路的混合，以及到目前為止用單一元件構(gòu)成的功率放大器或低噪聲放大器等的集成化。隨著這種半導(dǎo)體裝置的高集成化、高功能化的發(fā)展，越來越強(qiáng)烈需求在半導(dǎo)體裝置的各個(gè)電路塊之間確保隔離的技術(shù)以及防止干涉的技術(shù)。
在現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置中，為了確保上述隔離，需要在每個(gè)電路塊中分離接地端子和電源端子。而且，為了防止閉鎖(1atch up)等不良情況，需要將接地端子連接在半導(dǎo)體基板上。但是，關(guān)于像低噪聲放大器那樣特別需要防止來自其他電路的干涉的電路，或?yàn)榱水a(chǎn)生大電流/大電壓振幅而特別需要防止來自其他電路的干涉的電路，也會(huì)有其電路的接地端子不與半導(dǎo)體基板連接的情況。這種情況下，為了使靜電耐壓降低，與半導(dǎo)體基板沒有連接的接地端子，與其他的通常的輸入輸出端子同樣需要連接靜電破壞保護(hù)元件(以下稱作“保護(hù)元件”)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。但是，通過連接這種保護(hù)元件，不能確保上述隔離、且電特性劣化的情況較多。
以下，對(duì)具備現(xiàn)有的保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。圖15是表示具備現(xiàn)有的保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖15所示，半導(dǎo)體裝置101具備半導(dǎo)體基板102、第1內(nèi)部電路103、第2內(nèi)部電路104、保護(hù)元件105、兩個(gè)基板接觸器(contact)106、107、兩個(gè)連接端子108、109以及電源端子110。第1以及第2的各個(gè)內(nèi)部電路103、104，是按每個(gè)功能分離在半導(dǎo)體基板2上形成的集成電路時(shí)得到的電路塊。第1接地端子108，與第1內(nèi)部電路103連接，同時(shí)介由各個(gè)基板接觸器106、107與半導(dǎo)體基板102連接。另一方面，第2接地端子109，與第2內(nèi)部電路104連接，而不與半導(dǎo)體基板102連接。第1接地端子107和第2接地端子108，為了確保第1內(nèi)部電路103和第2內(nèi)部電路104之間的隔離，防止干涉，而按每個(gè)電路塊進(jìn)行分離。在不與半導(dǎo)體基板2連接的第2接地端子109上，連接有保護(hù)元件105。保護(hù)元件105具備兩個(gè)二極管111、112。第1二極管111連接在第1接地端子108和第2接地端子109之間，第2二極管112連接在第2接地端子109和電源端子110之間。
半導(dǎo)體裝置101，是在內(nèi)部具備半導(dǎo)體基板102、第1以及第2的各內(nèi)部電路103、104、保護(hù)元件105以及兩個(gè)基板接觸器106、107的封裝的半導(dǎo)體封裝，通常被安裝在安裝基板上而使用。圖16是表示半導(dǎo)體裝置101，被封裝在例如晶片級(jí)芯片大小封裝(Wafer Level Chip SizePackage，以下稱作“WLCSP”)中的安裝例的圖。如圖16所示，半導(dǎo)體裝置101被安裝在安裝基板120上。
半導(dǎo)體裝置101例如具備P型硅基板等的半導(dǎo)體基板102。在該半導(dǎo)體基板102的上部形成N型半導(dǎo)體層121，在該N型半導(dǎo)體層121的上部形成布線層和隔離層交替層疊的層疊部122。在N型半導(dǎo)體層121上，形成作為P型半導(dǎo)體的兩個(gè)基板接觸器106、107以及由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體構(gòu)成的第1以及第2的各二極管111、112。
在WLCSP的情況下，第1以及第2的各個(gè)接地端子108、109以及電源端子110，分別由焊球構(gòu)成。上述的半導(dǎo)體裝置101的各個(gè)構(gòu)成要素，采用設(shè)置在構(gòu)成層疊部122的布線層上的多個(gè)電極以及連接這些電極的多個(gè)過孔(via hole)，按照構(gòu)成圖15所示的電路的方式連接。此外，第1以及第2的各個(gè)接地端子108、109，分別介由過孔與設(shè)置在安裝基板120內(nèi)的接地電極123連接。
半導(dǎo)體裝置101，如圖16所示那樣安裝在安裝基板120上時(shí)，該半導(dǎo)體裝置101和安裝基板120的連接關(guān)系如圖17所示。圖17是表示半導(dǎo)體裝置101和安裝基板120之間的連接關(guān)系的電路圖。如圖17所示，電源150與電源端子110連接。此外，第1以及第2的各個(gè)接點(diǎn)端子108、109，通過與接地電極123連接，而接地在接地面151上。還有，由于設(shè)置在布線層上的布線以及布線間存在寄生電感，因此在第1內(nèi)部電路103的接地端子A0與第1接地端子108之間存在寄生電感152，在第2內(nèi)部電路104的接地端子B0與第2接地端子109之間存在寄生電感153。此外，在第1接地端子108與接地面151之間以及第2接地端子109與接地面151之間也存在分別對(duì)應(yīng)的寄生電感154、155。
通常，在進(jìn)行安裝并被使用的狀態(tài)下，第1以及第2的各個(gè)接地端子108、109，接地在接地面上，因此不對(duì)第1以及第2的各個(gè)接地端子108、109施加靜電浪涌(surge)。但是，在制造過程或出廠/運(yùn)輸過程中，由于上述端子沒有接地，因此必須考慮在第1以及第2的各個(gè)接地端子108、109上也施加靜電浪涌的情況。以下，第1以及第2接地端子108、109沒有接地時(shí)，對(duì)上述的各個(gè)接地端子108、109施加靜電浪涌的情況進(jìn)行說明。在第1以及第2的各個(gè)接地端子108、109沒有接地時(shí)，如果對(duì)第1接地端子108施加靜電浪涌，則由于半導(dǎo)體基板102避開了靜電浪涌而被旁路，因此在第1內(nèi)部電路103上不施加靜電浪涌。另一方面，在對(duì)第2接地端子109施加靜電浪涌時(shí)，由于第2接地端子109不與半導(dǎo)體基板102連接，因此沒有旁路靜電浪涌的路徑，而存在向第2內(nèi)部電路104施加靜電浪涌的情況。此時(shí)，保護(hù)元件105，保護(hù)第2內(nèi)部電路104不受該靜電浪涌的影響。
保護(hù)元件105的動(dòng)作，如下所述。在第2接地端子109上施加比第1接地端子108的電位低的負(fù)靜電浪涌的情況下，二極管111導(dǎo)通并將浪涌電流從第2接地端子109旁路到第1接地端子108，保護(hù)第2內(nèi)部電路104。此外，在第2接地端子109上施加比電源端子110的電位高的正靜電浪涌的情況下，二極管112導(dǎo)通并將浪涌電流從第2接地端子109旁路到電源端子110上，保護(hù)第2內(nèi)部電路104。
專利文獻(xiàn)1特開2000-307061號(hào)公報(bào)但是，由于上述的保護(hù)元件105中的第1以及第2的各個(gè)二極管111、112具有寄生電容成分，因此存在不能充分確保在第1內(nèi)部電路103和第2內(nèi)部電路104之間的隔離的情況。例如，在第1內(nèi)部電路103中產(chǎn)生噪聲時(shí)，存在下述情況，噪聲首先傳輸?shù)桨雽?dǎo)體基板102上，介由第1二極管111的寄生電容成分傳輸?shù)降?內(nèi)部電路104。此外，也存在下述情況，第1內(nèi)部電路103的噪聲，從電源端子110介由第2二極管112的寄生電容成分，傳輸?shù)浇拥囟俗?09，并傳輸?shù)降?內(nèi)部電路。也即、即使為了確保第1內(nèi)部電路103和第2內(nèi)部電路104之間的隔離，而進(jìn)行，分離第1以及第2接地端子108、109、將第2接地端子109不連接在半導(dǎo)體基板102上的對(duì)策，也有由于第1以及第2的各個(gè)二極管111、112的寄生電容成分而不能確保上述隔離的問題。此外，如圖15所示，多在第1二極管111的附近連接基板接觸器107，因此存在第2內(nèi)部電路4和半導(dǎo)體基板3之間的隔離變差的問題。還有，為了確保第1內(nèi)部電路3和第2內(nèi)部電路4之間的隔離，如果想將第1以及第2的各個(gè)二極管111、112的尺寸減小而降低寄生電容成分則靜電耐壓降低，因而存在寄生電容成分與靜電耐壓之間的權(quán)衡(trade-off)的問題。
此外，在圖17的電路中，也存在不僅通過第1以及第2的各個(gè)二極管111、112的寄生電容成分，而且通過第1二極管111導(dǎo)通，隔離變差的情況。例如，在第2內(nèi)部電路104為直流地流過大電流的電路時(shí)，由于寄生電感153、155的影響，存在B0點(diǎn)電位從A0點(diǎn)電位，下降到第1二極管111導(dǎo)通的電壓以上的情況，因此第2內(nèi)部電路4，由于第1二極管111導(dǎo)通而存在不能確保第1內(nèi)部電路1和半導(dǎo)體基板3之間的隔離的問題。
此外，位于半導(dǎo)體基板102上的電路，除了第1以及第2內(nèi)部電路101、102之外，還有多個(gè)時(shí)，此外這些電路為邏輯電路或輸出大信號(hào)的電路時(shí)，大多在半導(dǎo)體基板102上存在各種噪聲。如上所述為了通過第2內(nèi)部電路102防止噪聲等的干涉，對(duì)包括來自各種電路的噪聲的半導(dǎo)體基板102確保隔離也非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決以上的問題而提出的，其目的在于提供一種具備可使設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的電路與同一半導(dǎo)體基板上的其他電路或半導(dǎo)體基板確保充分的隔離，同時(shí)具有高靜電耐壓的靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，具備形成集成電路的半導(dǎo)體基板；電連接所述集成電路和外部的接地電極的第1接地端子以及第2接地端子；電連接所述第1接地端子和第2接地端子的靜電破壞保護(hù)元件。所述第1接地端子，與所述半導(dǎo)體基板電連接，所述第2接地端子不與所述半導(dǎo)體基板電連接。以下，將該半導(dǎo)體裝置稱作第1半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，所述集成電路具備與所述第1接地端子連接的第1電路；和與所述第2接地端子連接的第2電路。以下將該半導(dǎo)體裝置稱作第2半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，所述第2電路為低噪聲放大器的電路，所述第1電路是控制流過所述低噪聲放大器的電流的控制電路。以下將該半導(dǎo)體裝置稱作第3半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，第1～第3的任一個(gè)半導(dǎo)體裝置，還具備層疊部，其在所述半導(dǎo)體基板的上部，交替層疊有至少一個(gè)布線層和至少一個(gè)隔離層。所述靜電破壞保護(hù)元件，設(shè)置在距離所述半導(dǎo)體基板最遠(yuǎn)的布線層上。以下將該半導(dǎo)體裝置稱作第4半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，第1～第3的任一個(gè)半導(dǎo)體裝置，還具備層疊部，其在所述半導(dǎo)體基板的上部，還交替層疊有至少一個(gè)布線層和至少一個(gè)隔離層；和封裝，其在內(nèi)部具備所述半導(dǎo)體基板以及層疊部。所述封裝為球柵陣列封裝或晶片級(jí)芯片大小封裝，所述布線層的至少一個(gè)為重新布線層。所述靜電破壞保護(hù)元件，設(shè)置在所述重新布線層上。以下將該半導(dǎo)體裝置稱作第5半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，第1～第5的任一個(gè)半導(dǎo)體裝置中，所述靜電破壞保護(hù)元件為鋁布線。以下將該半導(dǎo)體裝置稱作第6半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，第1～第5的任一個(gè)半導(dǎo)體裝置中，所述靜電破壞保護(hù)元件為銅布線。以下將該半導(dǎo)體裝置稱作第7半導(dǎo)體裝置。
優(yōu)選，第1～第7的任一個(gè)半導(dǎo)體裝置中，所述靜電破壞保護(hù)元件的從所述第1接地端子到所述第2接地端子的長度為2mm以上。
發(fā)明效果有關(guān)本發(fā)明的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，具備形成有集成電路的半導(dǎo)體基板；將集成電路與外部接地端子電連接的第1接地端子以及第2接地端子；將第1接地端子與第2接地端子電連接的靜電破壞保護(hù)元件，由于第1接地端子與半導(dǎo)體基板電連接，第2接地端子不與半導(dǎo)體基板電連接，因此能夠與同一半導(dǎo)體基板上的其他電路和半導(dǎo)體基板充分確保隔離，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)靜電耐壓高的電路。


圖1是示意地表示本發(fā)明的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示半導(dǎo)體裝置1對(duì)安裝基板20的安裝例，更詳細(xì)地表示半導(dǎo)體裝置1的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示半導(dǎo)體裝置1對(duì)安裝基板20的安裝例，更詳細(xì)地表示安裝基板20的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示從設(shè)置有焊球的表面看半導(dǎo)體裝置1時(shí)的平面圖。
圖5是表示半導(dǎo)體裝置1與安裝基板20之間的連接關(guān)系的電路圖。
圖6是說明在第1內(nèi)部電路3中產(chǎn)生的噪聲如何傳輸?shù)降?內(nèi)部電路4的電路圖。
圖7是表示噪聲的頻率和從A點(diǎn)看第1內(nèi)部電路3的輸出阻抗之間的關(guān)系的一例的圖表。
圖8是表示噪聲的頻率和從B點(diǎn)看第2內(nèi)部電路4的輸入阻抗之間的關(guān)系的一例的圖表。
圖9是表示保護(hù)元件5的電感成分的值與隔離之間的關(guān)系的圖表。
圖10是示意地表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置60的結(jié)構(gòu)的圖，該半導(dǎo)體裝置60具有與半導(dǎo)體基板連接的兩個(gè)接地端子和不與半導(dǎo)體基板連接的一個(gè)接地端子。
圖11是表示半導(dǎo)體裝置60對(duì)安裝基板20的安裝例，更詳細(xì)地表示半導(dǎo)體裝置60的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示半導(dǎo)體裝置60對(duì)安裝基板20的安裝例，更詳細(xì)地表示安裝基板20的結(jié)構(gòu)的圖。
圖13是從設(shè)置有焊球的表面看半導(dǎo)體裝置60時(shí)的平面圖。
圖14是從設(shè)置有焊球的表面看半導(dǎo)體裝置60時(shí)的平面圖。
圖15是示意地表示具備現(xiàn)有的保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置101的結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是表示半導(dǎo)體裝置101對(duì)安裝基板120的安裝例，更詳細(xì)地表示半導(dǎo)體裝置101的結(jié)構(gòu)的圖。
圖17是表示半導(dǎo)體裝置101和安裝基板120之間的連接關(guān)系的電路圖。
符號(hào)說明1—半導(dǎo)體裝置；2—半導(dǎo)體基板；3—第1內(nèi)部電路；4—第2內(nèi)部電路；5—靜電破壞保護(hù)元件；6—基板接觸器；7—第1接地端子；8—第2接地端子；9—電源端子。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是示意性地表示具備本發(fā)明的實(shí)施方式的靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，半導(dǎo)體裝置1，具備半導(dǎo)體基板2、兩個(gè)內(nèi)部電路3、4、靜電破壞保護(hù)元件5、基板接觸器6、兩個(gè)接地端子7、8以及電源端子9。例如，半導(dǎo)體基板2，為硅(Si)基板。各個(gè)內(nèi)部電路3、4，為按每個(gè)功能分離在半導(dǎo)體基板2上形成的集成電路而得到的電路塊。例如，第2內(nèi)部電路4，為低噪聲放大器，第1內(nèi)部電路3為控制流過該低噪聲放大器電路的電流的控制電路。第1內(nèi)部電路3，與電源端子9以及第1接地端子7連接，第2內(nèi)部電路4與第2接地端子8連接。此外，第1接地端子7介由基板接觸器6與半導(dǎo)體基板2連接，另外第2接地端子8不與半導(dǎo)體基板2連接。第1接地端子7和第2接地端子8，為了確保第1內(nèi)部電路3與第2內(nèi)部電路4之間的隔離，防止干涉而按每個(gè)電路塊進(jìn)行分離，與第2內(nèi)部電路4連接的第2接地端子8，不與半導(dǎo)體基板2連接。此外，保護(hù)元件5，連接第1接地端子7和第2接地端子8。
半導(dǎo)體裝置1，是在內(nèi)部具備半導(dǎo)體基板2、第1內(nèi)部電路3、第2內(nèi)部電路4、保護(hù)元件5以及基板接觸器6的封裝的半導(dǎo)體封裝。而且，半導(dǎo)體封裝，通常被安裝在安裝基板上而使用。近年來，例如為了能利用于筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)或移動(dòng)電話等中而要求半導(dǎo)體封裝小型化，例如與球柵陣列(Ball Grid Array，以下稱作“BGA”)或WLCSP等的芯片大小相同或只大一點(diǎn)的芯片大小封裝(CSP)的半導(dǎo)體封裝為主流。圖2是表示半導(dǎo)體裝置1被封裝在WLCSP中的情況下安裝在安裝基板上時(shí)的安裝例的圖。如圖2所示，半導(dǎo)體裝置1，安裝在安裝基板20上。
半導(dǎo)體裝置1，例如具備P型硅基板等的半導(dǎo)體基板2。在該半導(dǎo)體基板2的上部，形成有N型半導(dǎo)體層21，在該N型半導(dǎo)體層21的上部形成有布線層與隔離層交替層疊的層疊部22。在N型半導(dǎo)體層21中，形成有由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的基板接觸器6。
在層疊部22的多個(gè)布線層上，設(shè)置有鋁(Al)布線23～25、27～29、構(gòu)成保護(hù)元件5的銅(Cu)布線26。Al布線23～25以及Al布線27～29分別從半導(dǎo)體基板2側(cè)依次層疊，Al布線23與Al布線27、Al布線24與Al布線28以及Al布線25與Al布線29，分別設(shè)置在同一布線層上。此外，Al布線23～25，與第1內(nèi)部電路3連接，Al布線27～29，與第2內(nèi)部電路4連接。Cu布線26與第1內(nèi)部電路3以及第2內(nèi)部電路4雙方連接。布線23～26，通過通孔(through holl)30互相電連接，布線26～29，通過通孔31相互電連接。如圖2所示，半導(dǎo)體裝置1按照層疊部22的最上層與安裝基板20的安裝面相對(duì)的方式安裝在安裝基板20上。
WLCSP的情況下，第1以及第2的各個(gè)連接端子7、8以及電源端子9(未圖示)，分別由焊球構(gòu)成。第1接地端子7以及第2接地端子8，通過分別對(duì)應(yīng)的過孔32、33與Cu布線26連接。此外，作為P型半導(dǎo)體的基板接觸器6，與相同的P型半導(dǎo)體基板2連接，同時(shí)通過過孔34與布線23連接。另外，在圖2中，為了容易理解，使Cu布線26的一部分的形狀變化，將該變化的形狀部分作為靜電破壞保護(hù)元件5表示，但連接在第1接地端子7和第2接地端子8之間的Cu布線26，作為整體作為靜電破壞保護(hù)元件5起作用。
如圖2所示，第1接地端子7，與形成在安裝基板20的表面上的電極35連接，第2接地端子8，與形成在安裝基板20的表面上的電極36連接。電極35、36，介由對(duì)應(yīng)的過孔37、38分別與形成在安裝基板20內(nèi)部的布線39連接。布線39作為接地電極起作用。
圖3與圖2相同，是表示半導(dǎo)體裝置1被封裝在WLCSP中時(shí)的半導(dǎo)體裝置1對(duì)安裝基板20的安裝例的圖，更詳細(xì)地表示安裝基板20的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，安裝基板20，具備安裝半導(dǎo)體裝置1的安裝面40、形成在安裝基板20的內(nèi)部的第2布線層41、第3布線層42、第4布線層43以及第5布線層44。在安裝面40上，設(shè)置有分別連接第1以及第2的各個(gè)接地端子7、8以及電源端子9的電極35、36、45。布線39，設(shè)置在第2布線層41上。由此，在安裝基板20中，接地電極一般設(shè)置在第2布線層41上。
如上所述，安裝面40的電極35、36，介由對(duì)應(yīng)的過孔37、38，分別與設(shè)置在第2布線層41上的布線39連接。另外，在半導(dǎo)體裝置1的封裝的表面上，除了作為第1以及第2的各接地端子7、8以及電源端子9起作用的焊球外，也可設(shè)置作為接地端子或電源端子等的連接端子起作用的其他焊球。此時(shí)，也可在安裝基板20的安裝面40以及第3及第5布線層42～44上，設(shè)置連接上述焊球的電極，還有為了連接這些焊球和安裝基板20內(nèi)的布線，也可在安裝基板20內(nèi)設(shè)置過孔。
另外，層疊部22的布線總數(shù)，不限于圖2所示的數(shù)目。此外，在半導(dǎo)體裝置1為WLCSP時(shí)，構(gòu)成靜電破壞保護(hù)元件5的Cu布線26，也可是連接形成在半導(dǎo)體基板2上的電極焊盤(pad)(未圖示)和形成在封裝的表面上的焊球的布線即重新布線。此時(shí)，將設(shè)置有該Cu布線26的布線層稱作重新布線層。
圖4是從設(shè)置有焊球的表面看半導(dǎo)體裝置1時(shí)的平面圖。如圖4所示，保護(hù)元件5連接在第1接地端子7和第2接地端子8之間。
對(duì)在以上那樣的半導(dǎo)體裝置1中，在第1以及第2的各個(gè)接地端子7、8沒有接地時(shí)，向第1以及第2接地端子7、8施加靜電浪涌的情況進(jìn)行說明。在向第1接地端子7施加靜電浪涌時(shí)，其靜電浪涌介由基板接觸器6被旁路到半導(dǎo)體基板2，因此不會(huì)對(duì)第1內(nèi)部電路3施加靜電浪涌。另一方面，在向第2接地端子8施加靜電浪涌時(shí)，靜電浪涌介由第1接地端子7被旁路到半導(dǎo)體基板2，因此不會(huì)對(duì)第2內(nèi)部電路4施加靜電浪涌。即第2內(nèi)部電路4通過保護(hù)元件5被保護(hù)。在本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，靜電破壞保護(hù)元件，通過連接第1接地端子7和第2接地端子8的布線構(gòu)成，因此能夠?qū)⑹┘釉诓慌c半導(dǎo)體基板2連接的第2接地端子8上的靜電浪涌旁路到第1接地端子4，能夠?qū)崿F(xiàn)高靜電耐壓。此外，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，作為靜電破壞保護(hù)元件，不是如現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置那樣采用二極管，因此能夠比現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置更能提高電路的靜電耐壓。
半導(dǎo)體裝置1，如圖2及圖3所示，安裝在安裝基板20上時(shí)，該半導(dǎo)體裝置1與安裝基板20的連接關(guān)系如圖5所示。圖5是表示半導(dǎo)體裝置1與安裝基板20之間的連接關(guān)系的電路圖。如圖5所示，電源端子9與電源50連接。此外，第1以及第2的各接地端子7、8，接地在接地面52上。這是因?yàn)椋?以及第2的各接地端子7、8，與作為接地電極起作用的安裝基板20的布線39連接。還有，由于設(shè)置在布線層上的布線以及布線間存在寄生電感，因此在第1內(nèi)部電路3的接地端子A與第1接地端子7之間，存在寄生電感52，在第2內(nèi)部電路4的接地端子B與第2接地端子8之間，存在寄生電感53。此外，在第1接地端子7和接地面51之間以及第2接地端子8與接地面51之間，也存在分別對(duì)應(yīng)的寄生電感54、55。還有，保護(hù)元件5具有電感成分56。
以下，對(duì)在第1內(nèi)部電路3中產(chǎn)生噪聲時(shí)對(duì)第2內(nèi)部電路4的影響進(jìn)行說明。圖6是說明在第1內(nèi)部電路3中產(chǎn)生的噪聲如何傳輸?shù)降?內(nèi)部電路4中的電路圖。如圖6所示，設(shè)接地端子A和第1接地端子7之間的寄生電感的值(L值)為L52，接地端子B和第2接地端子8之間的寄生電感的值(L值)為L53，第1接地端子7和接地面51之間的寄生電感的值(L值)為L54，第2接地端子8和接地面51之間的寄生電感的值(L值)為L55。此外，設(shè)保護(hù)元件5的電感成分為L56。由第1內(nèi)部電路3產(chǎn)生的噪聲，介由寄生電感52，通過第1接地端子7、保護(hù)元件5、第2接地端子8以及寄生電感53，到達(dá)第2內(nèi)部電路4。在此，設(shè)在第1內(nèi)部電路3中產(chǎn)生的噪聲的電壓為Vi，該噪聲到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的B點(diǎn)的電壓為Vo，從A點(diǎn)看時(shí)第1內(nèi)部電路3的輸出阻抗為Z0，從B點(diǎn)看時(shí)第2內(nèi)部電路4的輸入阻抗為ZL，則以下的式(1)成立。
(數(shù)式1)Vo=jωL54·(jωL56+Z0)/(jωL54+jωL56+Z0)Z0+jωL52+jωL54×(jωL56+Z0)/(jωL54+jωL56+Z0)]]>×Z0jωL56+Z0×ZLjωL53+ZL×Vi---(1)]]>
式中，Z0=jωL55·(jωL53+ZL)jωL55+jωL53+ZL]]>半導(dǎo)體裝置1的封裝，為BGA封裝或WLCSP等時(shí)，L52～L55分別為0.5nH左右。第1內(nèi)部電路3，例如為包括偏置電路的較大的電路時(shí)，噪聲的頻率和從A點(diǎn)看第1內(nèi)部電路3的輸出阻抗之間的關(guān)系如圖7所示。在圖7的圖表中，橫軸表示噪聲的頻率，縱軸表示第1內(nèi)部電路3的輸出阻抗。如圖7所示，噪聲的頻率為1000MHz、即1GHz附近時(shí)，輸出阻抗的大小為約60Ω。
此外，第2內(nèi)部電路4，例如為低噪聲放大器等的電路。此時(shí)，從B點(diǎn)看第2內(nèi)部電路4的輸入阻抗變?yōu)閺陌l(fā)射極接地放大器的發(fā)射極側(cè)看的阻抗。圖8是表示噪聲的頻率和從B點(diǎn)看的第2內(nèi)部電路4的輸入阻抗之間的關(guān)系的例子的圖表。在圖8的圖表中，橫軸表示噪聲的頻率，縱軸表示第2內(nèi)部電路4的輸入阻抗。如圖8所示，在噪聲的頻率接近1GHz時(shí)，輸入阻抗的大小為約800Ω。
圖9是表示在噪聲的頻率為1GHz時(shí)使作為保護(hù)元件5的電感成分的值的L21變化時(shí)的Vo/Vi的值的圖表。在此，假設(shè)從A點(diǎn)看的第1內(nèi)部電路3的阻抗Zo為60Ω，從B點(diǎn)看的第2內(nèi)部電路4的阻抗ZL為800Ω。在圖9的圖表中，橫軸表示保護(hù)元件5的電感成分的值(L值)，縱軸表示Vo/Vi的值。Vo/Vi表示第1內(nèi)部電路3與第2內(nèi)部電路4之間的隔離的程度。隔離的程度，在20dB以上是實(shí)用的。更優(yōu)選在30dB以上。最優(yōu)選在40dB以上。如圖9所示，可知如果保護(hù)元件5的電感成分的值L56為2nH左右，則隔離能確保在40dB以上。布線的寄生電感的值，與布線的材質(zhì)和寬度無關(guān)，只依賴于其長度，1mm時(shí)為1nH，因此優(yōu)選作為保護(hù)元件4起作用的布線的長度為2mm以上。
此外，從圖6所示的電路可知，L54、L55的值越小，L52、L53的值越大，第1內(nèi)部電路3與第2內(nèi)部電路4之間的隔離程度越高。從而，優(yōu)選保護(hù)元件5盡可能與第1以及第2的各個(gè)內(nèi)部電路3、4拉開距離，并與第1以及第2的各個(gè)接地端子7、8接近。因此，在本實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置1中，優(yōu)選作為保護(hù)元件5起作用的布線26，設(shè)置在層疊部22中的最上層、即最接近安裝基板20的布線層，或者在層疊部22中距離半導(dǎo)體基板2第2遠(yuǎn)的布線層、即距離安裝基板20第2近的布線層。
在集成度提高，邏輯電路或產(chǎn)生大電壓振幅的電路位于同一半導(dǎo)體基板上時(shí)，傳到半導(dǎo)體基板的噪聲或干涉波大多會(huì)成為問題，在如低噪聲放大器那樣即使極小的噪聲也會(huì)對(duì)特性造成影響的電路中，盡可能確保與半導(dǎo)體基板的隔離是比較重要的。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中，與第2內(nèi)部電路4連接的第2接地端子8不與半導(dǎo)體基板2連接，通過保護(hù)元件5與第1接地端子7連接，因此第2內(nèi)部電路4實(shí)現(xiàn)高的靜電耐壓，并能夠確保與第1內(nèi)部電路3或半導(dǎo)體基板3的充分的隔離。此外，根據(jù)保護(hù)元件5的寄生電感成分，能夠充分確保與第1內(nèi)部電路3或半導(dǎo)體基板2之間的隔離。從而，即使第2內(nèi)部電路4例如為低噪聲放大器的電路，也能夠防止由來自同一半導(dǎo)體基板上的其他電路或半導(dǎo)體基板的噪聲引起誤動(dòng)作。另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置中的靜電破壞保護(hù)元件，對(duì)具有10MHz以上的頻率的噪聲具有上述效果。
此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，通過采用上述的靜電破壞保護(hù)元件5，能夠減少從第2內(nèi)部電路4到接地面51為止的寄生電感成分。在沒有保護(hù)元件5時(shí)，從第2內(nèi)部電路4到接地面51為止的寄生電感成分的值，用L53+L55表示。但是，在具有保護(hù)元件4時(shí)，成為L53+L55·(L56+L54)/(L55+L56+L54)。與上述方式相同，設(shè)L52～L55為0.5nH，L56為2nH，如果對(duì)從第2內(nèi)部電路4到接地面51為止的寄生電感成分進(jìn)行計(jì)算，則在沒有保護(hù)元件4時(shí)為1nH，在具有保護(hù)元件4時(shí)為0.92nH，能夠減小上述寄生電感成分約10％左右。此外，如第2接地端子8那樣，不與半導(dǎo)體基板2連接的接地端子另外還具有多個(gè)，如果該每一個(gè)接地端子通過上述的保護(hù)元件與第1接地端子7連接，則從第2內(nèi)部電路4到接地面51為止的寄生電感成分的減少效果進(jìn)一步增強(qiáng)。通過該保護(hù)元件5引起的從第2內(nèi)部電路4到接地面51的寄生電感成分的減少，具有增大第2內(nèi)部電路4的高頻特性的效果。此外，通過增大第2內(nèi)部電路4的高頻特性，可提高半導(dǎo)體裝置的集成電路整體的高頻特性。
根據(jù)上述內(nèi)容，保護(hù)元件5，優(yōu)選盡可能距離半導(dǎo)體基板3的物理距離最上層的布線，優(yōu)選具有2mm左右的長度，具有寄生電感(L)成分。此外，保護(hù)元件5的材料可是任意的，只要是金屬絲(wire)布線既可，但優(yōu)選為Al布線或Cu布線。另外，在圖1中，第1內(nèi)部電路3和第2內(nèi)部電路4連接，但未必需要連接。此外，半導(dǎo)體基板2可是N型半導(dǎo)體基板，也可是P型半導(dǎo)體基板。
另外，在上述說明中，半導(dǎo)體裝置1，分別具有與半導(dǎo)體基板2連接的接地端子(以下稱作“基板連接端子”)和不與半導(dǎo)體基板2連接的接地端子(以下稱作“基板非連接端子”)各一個(gè)，但也可分別具有多個(gè)。此外，半導(dǎo)體裝置1所具有的基板連接端子的個(gè)數(shù)與基板非連接端子的個(gè)數(shù)可相同，也可不同。
圖10是示意地表示具有兩個(gè)基板連接端子和一個(gè)基板非連接端子的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的圖。在圖10所示的半導(dǎo)體裝置60中，對(duì)與圖1所示的半導(dǎo)體裝置1相同的構(gòu)成要素采用相同的符號(hào)，并省略說明。如圖10所示，半導(dǎo)體裝置60具備第3內(nèi)部電路61、第3接地端子62、第2電源端子63以及第2基板接觸器64。以下，將電源端子9稱作第1電源端子9，將基板接觸器6稱作第1基板接觸器6。如圖10所示，第3接地端子62，與第3內(nèi)部電路61連接，同時(shí)介由第2基板接觸器64與半導(dǎo)體基板2連接。此外，第2電源端子63，與第3內(nèi)部電路61連接。
圖11及圖12，分別表示半導(dǎo)體裝置60被封裝在WLCSP中時(shí)的半導(dǎo)體裝置60對(duì)安裝基板20的安裝例。在如圖11及圖12所示的結(jié)構(gòu)中，對(duì)與圖2及圖3中所示的結(jié)構(gòu)相同的構(gòu)成要素采用相同的符號(hào)，并省略說明。如圖11所示，在半導(dǎo)體裝置60的N型半導(dǎo)體層21中，形成由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的第2基板接觸器64，在層疊部22的多個(gè)布線層上，設(shè)置有Al布線70～73。Al布線70～73與第3內(nèi)部電路61連接。Al布線70～73通過過孔74互相電連接。在WLCSP的情況下，第3接地端子62及第2電源端子63，分別由焊球構(gòu)成。第3接地端子62，通過過孔75，與Al布線73連接。第2基板接觸器64通過過孔76與Al布線70連接。
如圖11及圖12所示，第2接地端子62以及第2電源端子63，分別與分別形成在安裝基板20的安裝面40上的對(duì)應(yīng)的電極77、78連接。電極77，介由過孔79，與形成在安裝基板20的內(nèi)部的作為接地電極起作用的布線電極39連接。電極78，介由過孔80與設(shè)置在安裝基板20的內(nèi)部的第3布線層42上的布線電極81連接。還有，如圖12所示，第1電源端子9和第2電源端子63，通過布線電極81連接。
圖13是從設(shè)置有焊球的表面看半導(dǎo)體裝置60時(shí)的平面圖。如圖13所示，保護(hù)元件5與第1以及第2接地端子7、8連接。
還有，第2內(nèi)部電路3與第3內(nèi)部電路61之間的隔離不成為問題時(shí)，也可在第2接地端子8與第3接地端子63之間連接其他的保護(hù)元件。圖14是從設(shè)置有焊球的表面看半導(dǎo)體裝置60時(shí)的平面圖。如圖14所示，也可在第1接地端子7和第2接地端子8之間連接有保護(hù)元件5的同時(shí)，在第2接地端子8和第3接地端子62之間連接其他的保護(hù)元件90。
即使在圖10所示的電路中，第2內(nèi)部電路4也能實(shí)現(xiàn)高靜電耐壓，并且能夠確保與第1內(nèi)部電路3或半導(dǎo)體基板3的充分隔離。
還有，即使在基板非連接端子存在多個(gè)的情況下，如果通過上述的保護(hù)元件而各個(gè)基板非連接端子至少與一個(gè)基板連接端子連接，則與基板非連接端子連接的電路，能夠?qū)崿F(xiàn)高靜電耐壓，并且能夠確保與第1內(nèi)部電路3或半導(dǎo)體基板3的充分隔離。
本發(fā)明雖然對(duì)特定的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但通過本技術(shù)技術(shù)人員可明確其他的多個(gè)變形例、修正、其他應(yīng)用。因此，本發(fā)明不限于在此公開的內(nèi)容，只能由權(quán)利要求書的范圍所限定。
工業(yè)上的可利用性有關(guān)本發(fā)明的靜電破壞保護(hù)元件，可利用于需要高靜電耐壓以及高頻特性的半導(dǎo)體裝置等中。此外，具備有關(guān)本發(fā)明的靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，例如可適用于筆記本型個(gè)人計(jì)算機(jī)或移動(dòng)電話等中。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1、一種具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，具備形成有集成電路的半導(dǎo)體基板；第1接地端子以及第2接地端子，其由將所述集成電路與外部接地端子電連接的布線構(gòu)成；和靜電破壞保護(hù)元件，其將所述第1接地端子與第2接地端子電連接，所述第1接地端子，與所述半導(dǎo)體基板電連接，所述第2接地端子不與所述半導(dǎo)體基板電連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，所述集成電路具備與所述第1接地端子連接的第1電路；和與所述第2接地端子連接的第2電路。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第2電路為低噪聲放大器的電路，所述第1電路是控制流過所述低噪聲放大器的電流的控制電路。
4、根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，還具備層疊部，其在所述半導(dǎo)體基板的上部，交替層疊有至少一個(gè)布線層和至少一個(gè)隔離層，所述靜電破壞保護(hù)元件，設(shè)置在距離所述半導(dǎo)體基板最遠(yuǎn)的布線層上。
5、根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，還具備層疊部，其在所述半導(dǎo)體基板的上部，交替層疊有至少一個(gè)布線層和至少一個(gè)隔離層；和封裝，其在內(nèi)部具備所述半導(dǎo)體基板以及層疊部，所述封裝為球柵陣列封裝或晶片級(jí)芯片大小封裝，
權(quán)利要求
1.一種具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，具備形成有集成電路的半導(dǎo)體基板；第1接地端子以及第2接地端子，其將所述集成電路與外部接地端子電連接；和靜電破壞保護(hù)元件，其將所述第1接地端子與第2接地端子電連接，所述第1接地端子，與所述半導(dǎo)體基板電連接，所述第2接地端子不與所述半導(dǎo)體基板電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，所述集成電路具備與所述第1接地端子連接的第1電路；和與所述第2接地端子連接的第2電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第2電路為低噪聲放大器的電路，所述第1電路是控制流過所述低噪聲放大器的電流的控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，還具備層疊部，其在所述半導(dǎo)體基板的上部，交替層疊有至少一個(gè)布線層和至少一個(gè)隔離層，所述靜電破壞保護(hù)元件，設(shè)置在距離所述半導(dǎo)體基板最遠(yuǎn)的布線層上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，還具備層疊部，其在所述半導(dǎo)體基板的上部，交替層疊有至少一個(gè)布線層和至少一個(gè)隔離層；和封裝，其在內(nèi)部具備所述半導(dǎo)體基板以及層疊部，所述封裝為球柵陣列封裝或晶片級(jí)芯片大小封裝，所述布線層的至少一個(gè)為重新布線層，所述靜電破壞保護(hù)元件，設(shè)置在所述重新布線層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，所述靜電破壞保護(hù)元件為鋁布線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其中，所述靜電破壞保護(hù)元件為銅布線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的具備靜電破壞保護(hù)元件的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述靜電破壞保護(hù)元件的從所述第1接地端子到所述第2接地端子的長度為2mm以上。
全文摘要
半導(dǎo)體裝置(1)，具備形成有集成電路(3、4)的半導(dǎo)體基板(2)；電連接集成電路(3、4)與外部接地電極的第1連接端子(7)以及第2連接端子(8)；電連接第1接地端子(7)和第2連接端子8的靜電破壞保護(hù)元件(5)。第1接地端子(7)，與半導(dǎo)體基板(2)電連接，第2接地端子(8)不與半導(dǎo)體基板(2)電連接。
文檔編號(hào)H01L23/60GK1886834SQ200480034979
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者小島嚴(yán), 正垣年啟, 石川修 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社