JP2002016227A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部雑音を効果的に遮蔽できるガードリング
を備えた半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板１１のトランジスタ形成領域
１２の周囲に、高濃度のイオン拡散による第１のガード
リング１３ａが設けられ、更に所定の間隔を介して第２
のガードリング１３ｂが設けられている。絶縁膜１５を
挟んで、ガードリング１３ａ，１３ｂに対向して金属膜
１６ａ，１６ｂが形成され、これらの間が層間配線１７
ａ，１７ｂでそれぞれ接続されている。金属膜１６ａ，
１６ｂは、それぞれ電極１４ａ，１４ｂから個別の金属
線２３ａ，２３ｂを介して基準電位ＣＯＭが与えられる
外部端子２２に接続されている。これにより、例えば電
極１４ｎに印加された外部からの雑音電圧は効果的に遮
蔽され、トランジスタ形成領域１２内のトランジスタ等
への影響を除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置、特に
その雑音遮蔽のためのガードリングの構造に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置では、半導体基板上に
形成されたトランジスタの周囲をガードリングと呼ばれ
る導電性の領域で取り囲み、このガードリングを接地電
位に接続してトランジスタに入力する外部雑音を遮蔽す
ることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置では、次のような課題があった。ガードリン
グは、半導体基板上のトランジスタ形成領域の周囲にイ
オンを高濃度に拡散して導電性を持たせた領域として形
成される。このため、ガードリングの抵抗分を完全に０
にすることが困難であり、特に増幅度の高いトランジス
タの場合、外部雑音の影響を完全に遮蔽することができ
なかった。本発明は、前記従来技術が持っていた課題を
解決し、外部雑音を効果的に遮蔽することができるガー
ドリングを備えた半導体装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の内の第１の発明は、半導体装置において、
半導体基板上に形成されたトランジスタを含む回路領域
と、前記回路領域の周囲を取り囲んで形成されたイオン
拡散領域による第１のガードリングと、所定の間隔をあ
けて前記第１のガードリングの周囲を取り囲んで形成さ
れた高濃度のイオン拡散領域による第２のガードリング
と、絶縁膜を介して前記第１のガードリングに対向して
形成されて該第１のガードリングとの間が複数の層間配
線で接続された第１の金属膜パターンと、前記絶縁膜を
介して前記第２のガードリングに対向して形成されて該
第２のガードリングとの間が複数の層間配線で接続され
た第２の金属膜パターンと、前記第１の金属膜パターン
を基準電位が与えられる外部端子に接続する第１の金属
線と、前記第２の金属膜パターンを前記外部端子に接続
する第２の金属線とを備えている。第２の発明は、第１
の発明において、半導体基板上の第１及び第２のガード
リングの間に絶縁物による絶縁領域を設けている。
【０００５】第１及び第２の発明によれば、以上のよう
に半導体装置を構成したので、次のような作用が行われ
る。回路領域の周囲に形成された第１のガードリング
は、第１の金属膜パターンによってリング内の電位差が
なくされて基準電位に接続される。更に、第１のガード
リングの周囲に形成されたガードリングは、第２の金属
膜パターンによってリング内の電位差がなくされて第１
のガードリングと同じ基準電位に接続される。これによ
り、外部雑音は第１及び第２のガードリングによって効
果的に遮蔽され、回路領域への影響をなくすことができ
る。
【０００６】第３の発明は、半導体装置において、第１
導電型の半導体基板上に形成されたトランジスタを含む
回路領域と、前記回路領域の周囲を取り囲んで形成され
た第１導電型のイオン拡散領域による第１のガードリン
グと、前記第１のガードリングの周囲を取り囲むように
第２導電型のイオンを高濃度に拡散した拡散領域と、前
記拡散領域の周囲を取り囲んで形成された高濃度の第１
導電型のイオン拡散領域による第２のガードリングと、
絶縁膜を介して前記第１のガードリングに対向して形成
されて該第１のガードリングとの間が複数の層間配線で
接続された第１の金属膜パターンと、前記絶縁膜を介し
て前記第２のガードリングに対向して形成されて該第２
のガードリングとの間が複数の層間配線で接続された第
２の金属膜パターンと、前記第１及び第２の金属膜パタ
ーンをそれぞれ基準電位が与えられる外部端子に接続す
る第１及び第２の金属線とを備えている。
【０００７】第４の発明は、第３の発明において、絶縁
膜を介して前記拡散領域に対向して形成されて該拡散領
域との間が複数の層間配線で接続された第３の金属膜パ
ターンと、前記第３の金属膜パターンを前記外部端子に
接続する第３の金属線とを設けている。第３及び第４の
発明によれば、次のような作用が行われる。第１導電型
の第１及び第２のガードリングの間に形成された第２導
電型の拡散領域により、ガードリング間に逆接続された
ダイオードが形成される。該１及び第２のガードリング
はそれぞれ個別に基準電位に接続されているので、逆接
続されたダイオードにより、第２のガードリングから第
１のガードリングを越えて回路領域に到達する外部雑音
はほぼ完全になくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１（ａ），
（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を示す半導体装置の
構成図であり、同図（ａ）は平面図、及び同図（ｂ）は
同図（ａ）中のＸ−Ｘ線による拡大断面図である。図１
（ａ）に示すように、この半導体装置は、集積回路（以
下、「ＩＣ」という）チップ１０と、このＩＣチップ１
０を搭載するパッケージ２０を備えている。ＩＣチップ
１０は、例えばＰ型の半導体基板１１上にトランジスタ
を含む回路が形成されたトランジスタ形成領域１２を有
している。トランジスタ形成領域１２の周囲には、第１
のガードリング１３ａ形成され、更にこの第１のガード
リング１３ａの周囲を囲むように第２のガードリング１
３ｂが形成されている。更に、ＩＣチップ１０の表面に
は、トランジスタ等の回路を外部へ接続するための複数
の電極１４が形成されている。
【０００９】パッケージ２０は、ＩＣチップ１０を機械
的に固定して外部回路に接続するもので、絶縁性のパッ
ケージ基板２１と、このパッケージ基板２１の周辺部に
設けられた複数の金属製の外部端子２２を有している。
更に、パッケージ２０の外部端子２２とＩＣチップ１０
の電極１４の間は、金等の金属線２３を介して電気的に
接続されている。
【００１０】図１（ｂ）は、特にＩＣチップ１０におけ
るガードリングの構造を明らかにするための断面図であ
り、本発明に直接関係しないトランジスタ等の構造は省
略している。ＩＣチップ１０は、前述したように、Ｐ型
の半導体基板１１上にトランジスタ形成領域１２が形成
され、このトランジスタ形成領域１２の周囲を取り囲む
ように高濃度のＰ型イオンを拡散したガードリング１３
ａが形成されている。更に、ガードリング１３ａの外側
に、一定の間隔をあけてガードリング１３ｂが形成され
ている。このガードリング１３ｂも、ガードリング１３
ａと同様に高濃度のＰ型イオンを拡散したものである。
ガードリング１３ａ，１３ｂは、トランジスタ形成領域
１２に形成されるトランジスタのソース・ドレイン領域
よりも高い不純物濃度となっている。
【００１１】トランジスタ形成領域１２、及びガードリ
ング１３ａ，１３ｂが形成された半導体基板１１の表面
には、酸化シリコン等の絶縁膜１５が形成されている。
絶縁膜１５の表面で、ガードリング１３ａに対応する箇
所には、金属膜１６ａが形成され、この金属膜１６ａと
ガードリング１３ａとの間が金属による複数の層間配線
１７ａによって電気的に接続されている。
【００１２】更に、絶縁膜１５の表面で、ガードリング
１３ｂに対応する箇所には、金属膜１６ｂが形成され、
この金属膜１６ｂとガードリング１３ｂとの間が金属に
よる複数の層間配線１７ｂによって電気的に接続されて
いる。金属膜１６ａ，１６ｂは、絶縁膜１５上に互いに
電気的に独立して形成された電極１４ａ，１４ｂに、そ
れぞれ接続されている。このようなＩＣチップ１０は、
パッケージ基板２１上に接着剤等で固定され、このＩＣ
チップ１０の電極１４ａ，１４ｂは、それぞれ個別の金
属線２３ａ，２３ｂを介して、パッケージ２０に共通の
基準電位を与えるための外部電極２２に接続されてい
る。
【００１３】図２は、図１中のガードリングの等価回路
図である。以下、この図２を参照しつつ、図１における
ガードリングの動作及び効果を説明する。ガードリング
１３ａは、複数の層間配線１７ａによって金属膜１６ａ
に電気的に接続されているので、このガードリング１３
ａ及び金属膜１６ａの電位は、その位置に関係なく常に
ほぼ同一電位となる。同様に、ガードリング１３ｂは、
複数の層間配線１７ｂによって金属膜１６ｂに電気的に
接続されているので、このガードリング１３ｂ及び金属
膜１６ｂの電位は、その位置に関係なく常にほぼ同一電
位となる。
【００１４】図２において、ノードＡは、例えば外部か
らの雑音電圧Ｖｎが与えられるＩＣチップ１０の電極１
４ｎに対応する。ノードＰａ，Ｐｂは、それぞれガード
リング１３ａ，１３ｂに対応する。また、ノードＣＯＭ
は、パッケージ２０における基準電位の電極２２に対応
している。更に、ノードＢは、ＩＣチップ１０上のトラ
ンジスタ形成領域１２中のトランジスタのゲート等の入
力端子に対応している。
【００１５】図２に示すように、ノードＡとノードＰｂ
の間は、半導体基板１１の基板抵抗Ｒ１で接続される。
ノードＰｂは、金属線２３ｂのインピーダンスＺｂでノ
ードＣＯＭに接続されると共に、半導体基板１１の基板
抵抗Ｒ２でノードＰａに接続される。基板抵抗Ｒ２は、
ガードリング１３ｂ，１３ａを最短距離で結ぶ基板抵抗
Ｒ２ａと、半導体基板１１の内部を通して接続する基板
抵抗Ｒ２ｂの合成抵抗となっている。
【００１６】更に、ノードＰａは、金属線２３ａのイン
ピーダンスＺａでノードＣＯＭに接続されると共に、基
板抵抗Ｒ３を介してノードＢに接続される。ここで、ノ
ードＢに接続されるトランジスタ等の入力インピーダン
スを無限大とすれば、このノードＢの雑音電圧Ｖｂと、
外部からの雑音電圧Ｖｎの比は、次の（１）式のように
なる。
【数１】
【００１７】ここで、金属線２３ａ，２３ｂのインピー
ダンスＺａ，Ｚｂは、抵抗Ｒ１，Ｒ２に比べて極めて小
さいので、（１）式は、次の（２）式で近似される。 Ｖｂ／Ｖｎ＝Ｚｂ・Ｚａ／（Ｒ１＋Ｚｂ）・（Ｒ２＋Ｚａ） ・・・（２） 従って、ノードＢの雑音電圧Ｖｂは、入力された雑音電
圧Ｖｎより減衰されて極めて小さな値となる。以上のよ
うに、この第１の実施形態の半導体装置は、それぞれ独
立して基準電位に接続された２重のガードリング１３
ａ，１３ｂを有するため、外部雑音を効果的に遮蔽する
ことができる。
【００１８】（第２の実施形態）図３（ａ），（ｂ）
は、本発明の第２の実施形態を示す半導体装置の構成図
と等価回路図である。図３（ａ）は、図１（ｂ）に対応
してガードリングの構造を明らかにするための断面図で
ある。図３（ａ），（ｂ）において、図１及び図２中の
要素と共通の要素には共通の符号が付されている。この
図３（ａ）の半導体装置では、図１の半導体装置におけ
るガードリング１３ａ，１３ｂ間に、これらを分離する
ための溝を設け、この溝の内部に酸化シリコン等の絶縁
物１８を充填している。その他の構成は、図１と同様で
ある。
【００１９】図３（ｂ）に示すように、この半導体装置
のガードリングの等価回路は、図２中の基板抵抗Ｒ２が
基板インピーダンスＺ２で置換されたものになる。基板
インピーダンスＺ２は、ガードリング１３ａ，１３ｂ間
の絶縁物１８によるキャパシタンスＣ２と、半導体基板
１１の内部を通して接続する基板抵抗Ｒ２ｂの合成イン
ピーダンスとなっている。即ち、図３（ｂ）中の基板イ
ンピーダンスＺ２は、図２中の基板抵抗Ｒ２よりも大き
な値となる。従って、前記（２）式から明らかなよう
に、第１の実施形態に比べて、ノードＢの雑音電圧Ｖｂ
が更に減衰されることが分かる。以上のように、この第
２の実施形態の半導体装置は、それぞれ独立して基準電
位に接続された２重のガードリング１３ａ，１３ｂの間
に、絶縁物１８を設けている。これにより、更に効果的
に外部雑音を遮蔽することができる。
【００２０】（第３の実施形態）図４（ａ），（ｂ）
は、本発明の第３の実施形態を示す半導体装置の構成図
と等価回路図である。図４（ａ）は、図１（ｂ）に対応
してガードリングの構造を明らかにするための断面図で
ある。図４（ａ），（ｂ）において、図１及び図２中の
要素と共通の要素には共通の符号が付されている。この
図４（ａ）の半導体装置では、図１の半導体装置におけ
るガードリング１３ａ，１３ｂ間に、高濃度のＮ型イオ
ンを拡散したＮ型領域１９を設けている。また、絶縁膜
１５の表面でＮ型領域１９に対応する箇所には、金属膜
１６ｃが形成され、この金属膜１６ｃとＮ型領域１９と
の間が金属による複数の層間配線１７ｃで電気的に接続
されている。金属膜１６ｃは、絶縁膜１５上に形成され
た電極１４ｃに接続され、この電極１４ｃは金属線２３
ｃを介して、パッケージ２０に基準電位を与えるための
外部電極２２に接続されている。その他の構成は、図１
と同様である。
【００２１】図４（ｂ）に示すように、この半導体装置
のガードリングの等価回路は、図２中の基板抵抗Ｒ２が
半導体回路ＣＴ２で置換されたものになる。半導体回路
ＣＴ２は、ガードリング１３ａとＮ型領域１９で形成さ
れるダイオードＤａ、このＮ型領域１９とガードリング
１３ｂで形成されるダイオードＤｂ、半導体基板１１の
内部を通して接続する基板抵抗Ｒ２ｂ、及びダイオード
Ｄａ，Ｄｂの陽極（即ち、金属膜１６ｃ）と外部電極２
２を接続する金属線２３ｃのインピーダンスＺｃで構成
されている。これにより、等価的にガードリングが３重
に構成されたものとなり、更に一層の遮蔽効果を得るこ
とができる。以上のように、この第３の実施形態の半導
体装置は、それぞれ独立して基準電位に接続された２重
のガードリング１３ａ，１３ｂの間に、Ｎ型領域１９を
設け、このＮ型領域１９を独立して基準電位に接続して
いる。これにより、第２の実施形態に比べて更に効果的
に外部雑音を遮蔽することができる。
【００２２】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
ず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例
えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。 （ａ） Ｐ型の半導体基板を用いているが、Ｎ型の半導
体基板でも同様に適用可能である。 （ｂ） ガードリングを２重にした構成としているが、
２重以上であれば何重でも良い。 （ｃ） 図４の半導体装置では、Ｎ型領域１９を基準電
位に接続するように構成しているが、図３と同様に単に
Ｎ型領域１９を設けるだけでも良い。この場合、図４に
比べて遮蔽効果が若干減少するが、構造が簡素化でき
る。
【００２３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、ガードリングを２重に構成すると共に、これ
らのガードリングを第１及び第２の金属膜パターンに接
続してガードリング上の電位差を無くしている。更に、
第１及び第２の金属膜パターンを、個別に基準電位に接
続している。これにより、大きな遮蔽効果を得ることが
できる。第２の発明によれば、第１の発明の半導体装置
における第１及び第２のガードリングの間に、絶縁領域
を設けている。これにより、更に大きな遮蔽効果を得る
ことができる。
【００２４】第３の発明によれば、ガードリングを２重
に設け、これらのガードリングを第１及び第２の金属膜
パターンに接続してガードリング上の電位差を無くすと
共に、この第１及び第２の金属膜パターンを個別に基準
電位に接続している。また、第１及び第２のガードリン
グの間に、逆接続のダイオードを構成するための拡散領
域を設けている。これにより、大きな遮蔽効果を得るこ
とができる。第４の発明によれば、第３の発明における
拡散領域を基準電位に接続している。これにより、等価
的に３重のガードリング構成となり、更に大きな遮蔽効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す半導体装置の構
成図である。
【図２】図１中のガードリングの等価回路図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す半導体装置の構
成図と等価回路図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す半導体装置の構
成図と等価回路図である。
【符号の説明】
１０ ＩＣチップ １１ 半導体基板 １２ トランジスタ形成領域 １３ａ，１３ｂ ガードリング １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｎ 電極 １５ 絶縁膜 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 金属膜 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ 層間配線 １８ 絶縁物 １９ Ｎ型領域 ２０ パッケージ ２１ パッケージ基板 ２２ 外部端子 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 金属線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板上に形成されたトランジスタ
    を含む回路領域と、 前記回路領域の周囲を取り囲んで形成されたイオン拡散
    領域による第１のガードリングと、 所定の間隔をあけて前記第１のガードリングの周囲を取
    り囲んで形成された高濃度のイオン拡散領域による第２
    のガードリングと、 絶縁膜を介して前記第１のガードリングに対向して形成
    されて該第１のガードリングとの間が複数の層間配線で
    接続された第１の金属膜パターンと、 前記絶縁膜を介して前記第２のガードリングに対向して
    形成されて該第２のガードリングとの間が複数の層間配
    線で接続された第２の金属膜パターンと、 前記第１の金属膜パターンを基準電位が与えられる外部
    端子に接続する第１の金属線と、 前記第２の金属膜パターンを前記外部端子に接続する第
    ２の金属線とを、 備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記半導体基板上の第１及び第２のガー
    ドリングの間に絶縁物による絶縁領域を設けたことを特
    徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 第１導電型の半導体基板上に形成された
    トランジスタを含む回路領域と、 前記回路領域の周囲を取り囲んで形成された高濃度の第
    １導電型のイオン拡散領域による第１のガードリング
    と、 前記第１のガードリングの周囲を取り囲むように第２導
    電型のイオンを高濃度に拡散した拡散領域と、 前記拡散領域の周囲を取り囲んで形成された第１導電型
    のイオン拡散領域による第２のガードリングと、 絶縁膜を介して前記第１のガードリングに対向して形成
    されて該第１のガードリングとの間が複数の層間配線で
    接続された第１の金属膜パターンと、 前記絶縁膜を介して前記第２のガードリングに対向して
    形成されて該第２のガードリングとの間が複数の層間配
    線で接続された第２の金属膜パターンと、 前記第１の金属膜パターンを基準電位が与えられる外部
    端子に接続する第１の金属線と、 前記第２の金属膜パターンを前記外部端子に接続する第
    ２の金属線とを、 備えたことを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記絶縁膜を介して前記拡散領域に対向
    して形成されて該拡散領域との間が複数の層間配線で接
    続された第３の金属膜パターンと、 前記第３の金属膜パターンを前記外部端子に接続する第
    ３の金属線とを、 設けたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
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