(57)【要約】【課題】  外部電極パッド部を備えた半導体装置において、外部電極パッド部の数を半導体基板上に設けられた接続パッドの数よりも少なくすることにより、外部電極パッド部の大きさおよび配置ピッチを大きくする。【解決手段】  グランド用または電源用の電気的接続関係において、それぞれ複数（例えば３つ）の内部接続パッド２に１本の内部配線５の両端部が接続され、１本の内部配線５に多数の接続パッド８が接続され、数個〜数十個の接続パッド８毎に１本の配線１４が接続され、１本の配線１４上に１個の外部電極パッド部が設けられ、各外部電極パッド部上に１個の半田ボール１７が設けられている。したがって、電源用の外部電極パッド部の数が接続パッド８の数の数分の１〜数十分の１となり、外部電極パッド部の総数を接続パッド８の総数よりも少なくすることができる。【選択図】  図１
2006339331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路を有する半導体基板上に複数本の電源用の内部配線を設け、前記各内部配線上を、前記内部配線のそれぞれに対して複数の開口部が設けられた絶縁膜で覆い、前記絶縁膜上に、対応する前記内部配線に対して前記開口部の数よりも少ない個数の外部電極パッド部を有する複数の配線を設け、前記各配線を前記複数の開口部を介して対応する前記内部配線に接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、前記各配線の外部電極パッド部上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発明において、前記各配線の外部電極パッド部上に柱状電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発明において、前記柱状電極上に半田ボールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発明において、前記電源用の内部配線上を覆う前記絶縁膜は複数の層構造であり、少なくとも１つの層上には、前記開口部に対応する位置に接続パッドが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の発明において、前記配線および前記内部配線は銅または銅合金からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の発明において、前記配線の厚さは前記内部配線の厚さよりも厚くなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の発明において、前記絶縁膜の弾性率は５Ｇｐａ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の発明において、前記配線および前記内部配線の幅は同一であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の発明において、１本の前記配線に対応する前記開口部の数をＮｉ、１本の前記配線に設けられた前記外部電極パッド部の数をＮo、前記内部配線の厚さをＴｉ、前記配線の厚さをＴoとした場合、
Ｎｉ／（Ｔｏ／Ｔｉ）≦Ｎｏ≦Ｎｉ（（Ｔｏ／Ｔｉ）−１）
が満足されることを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
集積回路を有する半導体基板上に複数本の電源用の内部配線が設けられ、前記各内部配線上を、前記内部配線のそれぞれに対して複数の開口部が設けられた絶縁膜で覆い、前記絶縁膜上に、対応する前記内部配線に対して前記開口部の数よりも少ない個数の外部電極パッド部を有する複数の配線が設けられ、前記各配線を前記複数の開口部を介して対応する前記内部配線に接続した半導体装置を、前記複数の配線に設けられた前記外部電極パッド部に対応する接続端子部を有する電源配線パターンが形成された回路基板に半田層を介して接続したことを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項１２】
請求項１１に記載の発明において、前記各配線の外部電極パッド部と前記電源配線パターンの接続端子部とが、前記各配線の外部電極パッド部上に形成された半田ボールにより接続されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項１３】
請求項１１に記載の発明において、前記各配線の外部電極パッド部上に柱状電極が設けられていることを特徴とすることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項１４】
請求項１３に記載の発明において、前記絶縁膜上の前記柱状電極間に封止膜が設けられていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項１５】
請求項１１に記載の発明において、前記配線の厚さは前記内部配線の厚さよりも厚くなっていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項１６】
請求項１１に記載の発明において、１本の前記配線に対応する前記開口部の数をＮｉ、１本の前記配線に設けられた前記外部電極パッド部の数をＮo、前記内部配線の厚さをＴｉ、前記配線の厚さをＴoとした場合、
Ｎｉ／（Ｔｏ／Ｔｉ）≦Ｎｏ≦Ｎｉ（（Ｔｏ／Ｔｉ）−１）
が満足されることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は半導体装置およびその実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータやモバイル機器等ではその小型化を図るため、半導体装置を基板上にフリップチップ実装することが多くなっている。その場合、集積回路が形成されたベアーの半導体基板に、直接、集積回路に接続された外部電極パッドを設け、該外部電極パッドに半田ボールを形成し、半田ボールを外部回路基板の接続端子にボンディングすることにより、実装面積の最小化を測ろうとする方法が採用されている  （例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９６３７４号公報
【０００４】
上記半導体装置では、シリコン基板上にシリコン酸化膜を形成し、該シリコン酸化膜に複数のスルーホールを設けると共に該スルーホール内に金属層を設け、次に、Ｐ型およびＮ型のＭＯＳトランジスタを含む集積回路を形成し、集積回路上を層間絶縁膜で覆った後、シリコン基板をその厚さ方向に完全に研摩して取り除くことによりシリコン酸化膜を露出し、次に、シリコン酸化膜に設けられた各スルホールに対応する箇所に外部電極パッド部を形成し、この後、各外部電極パッド部上に半田ボールを設けている。このように、各外部電極パッド部および半田ボールは、それぞれがスルーホールを介して、集積回路に接続される金属層に１対１に対応して設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近は、数ギガヘルツの高速クロックで駆動する制御用の半導体装置が出現しているが、このような半導体装置に対しては、外部電源から数十Ａの電流を供給する必要がある。この場合、外部電極パッド部上に設けられる半田ボールの直径が１００μｍ程度であると、半田ボールの発熱による破壊を防止するには、１個の半田ボールに対して３０ｍＡ程度の電流しか流すことができない。したがって、数十Ａもの大電流電源が必要とされる場合には、数千個の半田ボールを介して数千の外部電極パッド部に流した電流を内部で合流させることになる。
【０００６】
このように多数の外部電極パッド部上に設けられた半田ボールを介して外部回路基板の接続端子部に、例えば、フェースダウン実装するために、半導体装置のサイズがかなり大型化され、これに伴い大きな実装面積が必要とされ、また、半田ボールの数が多いため、ボンディング工程において短絡が発生したり、半田ボールのサイズのばらつきが大きく、接続の信頼性が得られないものであった。
【０００７】
そこで、この発明は、外部電極パッド部の数を少なくすることにより、サイズの縮小化および接続の信頼性の向上を図ることができる半導体装置およびその実装構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記目的を達成するため、集積回路を有する半導体基板上に複数本の電源用の内部配線を設け、前記各内部配線上を、前記内部配線のそれぞれに対して複数の開口部が設けられた絶縁膜で覆い、前記絶縁膜上に、対応する前記内部配線に対して前記開口部の数よりも少ない個数の外部電極パッド部を有する複数の配線を設け、前記各配線を前記複数の開口部を介して対応する前記内部配線に接続したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、電源用の内部配線を覆う絶縁膜上に設けられた配線を絶縁膜に設けられた複数の開口部を介して対応する内部配線に接続しているので、配線の外部電極パッド部の数を少なくすることができ、これによりサイズの縮小化および接続の信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置はシリコン基板（半導体基板）１を備えている。シリコン基板１の上面中央部には所定の機能の集積回路（図示せず）が設けられ、上面周辺部にはアルミニウム系金属等からなる複数の内部接続パッド２が集積回路に接続されて設けられている。  
【００１１】
内部接続パッド２を含むシリコン基板１の上面には酸化シリコンや窒化シリコン等からなる第１の絶縁膜３が設けられている。内部接続パッド２の上面中央部に対応する部分における第１の絶縁膜３には開口部４が設けられている。第１の絶縁膜３の上面には銅または銅合金からなる厚さ１μｍ程度の内部配線５が第１の絶縁膜３の開口部４を介して内部接続パッド２に接続されて設けられている。
【００１２】
ここで、図１に示す内部配線５はグランド用またはＶDD用（総称して電源用）の内部配線であり、図１における紙面垂直方向に数本〜数十本が相互に平行に設けられている。図１では、制御信号用およびデータ用の内部配線は省略されている。
【００１３】
内部配線５を含む第１の絶縁膜３の上面には酸化シリコンや窒化シリコン等からなる第２の絶縁膜６が設けられている。内部配線５の複数（例えば６つ）の接続パッド部に対応する部分における第２の絶縁膜６には開口部７が設けられている。
【００１４】
第２の絶縁膜６の開口部７内およびその近傍の第２の絶縁膜６の上面には銅または銅合金等からなる接続パッド８が内部配線５の接続パッド部に接続されて設けられている。接続パッド８を含む第２の絶縁膜６の上面には酸化シリコンや窒化シリコン等からなる第３の絶縁膜９が設けられている。接続パッド８の上面中央部に対応する部分における第３の絶縁膜９には開口部１０が設けられている。
【００１５】
第３の絶縁膜９の上面にはポリイミド系樹脂等からなる保護膜（絶縁膜）１１が設けられている。第３の絶縁膜９の開口部１０に対応する部分における保護膜１１には開口部１２が設けられている。保護膜１１の上面には銅等からなる下地金属層１３が設けられている。下地金属層１３の上面全体には銅からなる配線１４が設けられている。この場合、配線１４の厚さは、内部配線５の厚さよりも厚く、２〜１０μｍとなっている。下地金属層１３および配線１４は、保護膜１１および第３の絶縁膜９の複数（例えば３つ）の開口部１２、１０を介して複数（例えば３つ）の内部接続パッド２に接続されている。
【００１６】
ここで、図１では、第３の絶縁膜９に設けられた開口部１０内および保護膜１１に設けられた開口部１２内には下地金属層１３のみが設けられているが、これは図示の都合であって、実際には、配線１４も設けられている。また、下地金属層１３および配線１４は、３つの開口部１０および１２に跨って設けられているが、これも図示の都合であり、実際は数個〜数十個の開口部１０および１２に跨るように形成されている。各配線１４の幅は、後述する、各半田ボールに供給される外部電源からの電流に対応して決定される。
【００１７】
配線１４を含む保護膜１１の上面にはソルダーレジスト等からなるオーバーコート膜１５が設けられている。各配線１４には、その長手方向および幅方向のほぼ中央部が外部電極パッド部とされており、この外部電極パッド部に対応する部分のオーバーコート膜１５には開口部１６が設けられている。開口部１６内およびその上方には半田ボール１７が配線１４の外部電極パッド部に接続されて設けられている。
【００１８】
以上のように、この半導体装置では、複数の内部接続パッド２に接続された数本〜数十本の内部配線５が設けられ、各内部配線５に多数の接続パッド８が設けられ、数個〜数十個の接続パッド８毎に１本の配線１４が接続され、１本の配線１４に設けられた１つの外部電極パッド部に１個の半田ボール１７が形成されている。
【００１９】
したがって、この半導体装置では、グランド用または電源用の半田ボール１７の数が電源用の接続パッド８の数の数分の１〜数十分の１となり、半田ボール１７の総数を接続パッド８の総数よりも少なくすることができ、ひいては半導体装置のサイズの縮小化および接続の信頼性の向上を図ることができる。
【００２０】
ここで、内部配線５と配線１４とは相互に対応して設けられており同数なので、両者の幅を同一とすると、レイアウト上、無駄なスペースが無くなり、半導体装置のサイズを小さくすることができる。また、内部配線５と配線１４に供給される電源電流の限界を同一にすることが望ましいので、１本の前記配線に対応する前記開口部の数をＮi、１本の前記配線に設けられた前記外部電極パッド部の数をＮo、前記内部配線の厚さをＴｉ、前記配線の厚さをＴoとした場合、
Ｎi／（Ｔｏ／Ｔｉ）≦Ｎｏ≦Ｎｉ（（Ｔｏ／Ｔｉ）−１）
が満足することが推奨される。
【００２１】
（第２実施形態）
図２はこの発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図を示す。この半導体装置において、図１に示す半導体装置と異なる点は、配線１４の外部電極パッド部上面に銅からなる柱状電極１８を設け、配線１４を含む保護膜１１の上面にエポキシ系樹脂等からなる封止膜１９をその上面が柱状電極１８の上面と面一となるように設け、柱状電極１８の上面に半田ボール１７を設けた点である。
【００２２】
なお、この半導体装置において、第１、第２の絶縁膜（層間絶縁膜）３、６の材料として所謂Ｌｏｗ−ｋを用いる場合には、第１、第２の絶縁膜３、６の比誘電率と弾性率とがトレードオフの関係にあり、比誘電率を下げようにすると、弾性率が５Ｇｐａ以下と非常に脆い材料を使用することになる。この場合、一般的には、柱状電極１８を備えた半導体装置を回路基板（図示せず）上に実装すると、シリコン基板１と回路基板との熱膨張係数差に起因する応力により、第１、第２の絶縁膜３、６にクラックが発生しやすくなってしまう。
【００２３】
しかしながら、上記第２実施形態では、半田ボール１７の総数を接続パッド８の総数よりも少なくすることにより、半田ボール１７の大きさを大きくすることができるので、シリコン基板１と回路基板との熱膨張係数差に起因する応力を低減することができ、したがって第１、第２の絶縁膜３、６の材料として弾性率が５Ｇｐａ以下と非常に脆い所謂Ｌｏｗ−ｋを用いても、第１、第２の絶縁膜３、６にクラックが発生しにくいようにすることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、数個〜数十個の接続パッド８に対して設けられた各配線１４には、それぞれ１つの外部電極パッド部を設けたものとしたが、各配線１４に設ける外部電極パッド部は必ずしも１個に限られるものではなく、外部電極パッド部の数よりも少なければ複数個としてもよい。下に１個の半田ボール１７が形成されている。
【００２５】
図３は、半導体装置がフェースダウン実装される外部の回路基板２０の平面図である。回路基板２０の一面には電源配線パターン２２が設けられている。電源配線パターン２２２は、半導体装置の内部配線５に対応して平行に配列された複数の給電支線２１を相互に接続するパターンとされ、各給電支線２１には、半導体装置の配線１４の各外部電極パッド部に対応する接続端子部２３が設けられている。半導体装置は、配線１４の各外部電極パッド部上に設けられた半田ボール１７を回路基板２０の接続端子部２３に位置合わせしてボンディングにより、フェースダウン実装される。なお、図示はしないが、回路基板２０の電源配線パターン２２は、接続端子部２３を除いてレジストで被覆されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の第１実施形態としての半導体装置の断面図。
【図２】この発明の第２実施形態としての半導体装置の断面図。
【図３】この発明の半導体装置が接続される回路基板の一実施形態を示す平面図。
【符号の説明】
【００２７】
１  シリコン基板
２  内部接続パッド
３  第１の絶縁膜
５  内部配線
６  第２の絶縁膜
８  接続パッド
９  第３の絶縁膜
１１  保護膜
１４  配線
１５  オーバーコート膜
１７  半田ボール
１８  柱状電極
１９  封止膜
【図１】
2006339331.tif 000003
【図２】
2006339331.tif 000004
【図３】
2006339331.tif 000005