JP2005244077A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 基板ノイズを遮蔽する効果が大きく専用の基準電位配線を必要としないガードリングを備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】 P型シリコン基板1上における回路領域3の周囲の領域に絶縁膜8を設け、絶縁膜8上に、回路領域3を囲むように枠状の電極9を設ける。また、P型シリコン基板1の表面における電極9の直下域は、不純物を導入しないノンドープ領域とする。そして、電極9に正極の電源電位Vを印加する。これにより、P型シリコン基板1の表面における電極9の直下域に空乏層10が形成される。この結果、基板ノイズが遮蔽される。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ガードリングを備えた半導体装置に関する。
従来より、半導体基板の表面に形成された回路領域の周囲に、ガードリングを設ける技術が知られている。図4はガードリングを備えた従来の半導体装置を示す断面図である。図4に示すように、この半導体装置においては、P型シリコン基板101の表面に回路領域102及び103が形成されている。回路領域102はノイズの発生源となる回路が形成された領域であり、例えばデジタル回路が形成された領域である。また、回路領域103はノイズの影響を受けやすい回路が形成された領域であり、例えばアナログ回路が形成された領域である。回路領域102にはp拡散領域102aが設けられており、回路領域103にはP拡散領域103aが設けられている。なお、図4においては、回路領域102におけるp拡散領域102a以外の構成要素及び回路領域103におけるp拡散領域103a以外の構成要素は図示が省略されている。
そして、回路領域103の周囲には、回路領域103を囲むように、p拡散領域104が形成されている。p拡散領域104は接地電位配線に接続され、接地電位が印加されるようになっている。また、P型シリコン基板101の表面におけるp拡散領域102a、103a及び104以外の領域には、STI(Shallow Trench Isolation:浅溝埋込分離)領域105が形成されており、このSTI領域105の下方にはPウエル106が形成されている。
このような従来の半導体装置においては、回路領域102の回路が作動することにより電気的なノイズが発生すると、このノイズが基板ノイズ107となって、P型シリコン基板101及びPウエル106内を伝播する。このとき、仮にp拡散領域104が設けられていないと、この基板ノイズ107が回路領域103に進入し、回路領域103における回路の動作に悪影響を与えてしまう。しかしながら、回路領域102と回路領域103との間にp拡散領域104が形成されており、このp拡散領域104に接地電位が印加されているため、基板ノイズ107の一部はp拡散領域104を介して接地電位配線に吸収され、回路領域103の回路の動作に悪影響を与えることをある程度防止できる。
例えば、特許文献1(特開2000−49286号公報)には、半導体基板の表面にn型拡散層からなるガードリングを設け、このn型拡散層の内部にp型拡散層を設け、n型拡散層に正極電源端子を接続し、p型拡散層に負極電源端子を接続する技術が開示されている。特許文献1には、これにより、n型拡散層とp型拡散層とが逆バイアスされてバイパス用コンデンサが形成され、電源ノイズが回路の動作に影響を与えることを防止できると記載されている。
しかしながら、上述の図4に示す技術には、以下に示すような問題点がある。ガードリングを構成するp拡散領域104に接続された接地電位配線と、被害回路である回路領域103に接続された接地電位配線(図示せず)とが共通化されていると、回路領域102から出力されp拡散領域104を介して接地電位配線に吸収された基板ノイズが、回路領域103の回路に印加される接地電位を変動させてしまい、この回路の動作に悪影響を与えてしまう。
また、p拡散領域104に接続された接地電位配線と、ノイズ源回路が形成された回路領域102に接続された接地電位配線(図示せず)とが共通化されていると、回路領域102から出力されたノイズが接地電位配線を介してp拡散領域104に伝達され、p拡散領域104から基板ノイズとして回路領域103に流入してしまう。このように、上述の従来の技術においては、基板ノイズを遮蔽する効果が不十分である。また、特許文献1に記載された技術においても、ガードリングが電源端子に接続されているため、同様な問題が発生する。
これに対して、例えば特許文献2(特開2002−16227号公報)には、ガードリングを、ボンディングパッドを介して外部電源に接続し、この外部電源によりガードリングに基準電位を印加する技術が開示されている。この技術によれば、ガードリングの電位を被害回路及びノイズ源回路の双方から独立して設定できるため、上述のような問題は発生しない。
特開2000−49286号公報 特開2002−16227号公報
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。特許文献2に記載の半導体装置においては、ガードリングを外部電源に接続するために、専用のボンディングパッド及びボンディングワイヤを設けなくてはならず、半導体装置の製造コストが増加する。なお、ガードリングを、ピンを介して外部電源に接続することも考えられるが、この場合も半導体装置に設けるピンの数が増加するため、コストが増加する。また、ガードリングに接続された接地電位配線を、ガードリングの周辺の回路に接続された接地電位配線から独立させようとすると、半導体装置内における配線の引き回しが複雑になり、レイアウトが制約されてしまう。更に、ガードリングに接地電位を印加する技術においては、ガードリングと接地電位配線との間にインピーダンスが寄生してしまい、基板ノイズを吸収する効果が低減するという問題点があるが、特許文献2に記載の技術においては、ガードリングをボンディングパッド及びボンディングワイヤを介して外部電源に接続しているため、ガードリングに付加されるインピーダンスが極めて大きくなってしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、基板ノイズを遮蔽する効果が大きく専用の基準電位配線を必要としないガードリングを備えた半導体装置を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された複数の回路領域と、前記半導体基板上における前記複数の回路領域間の領域に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられた電極と、を有し、前記電極には前記半導体基板の表面におけるこの電極の直下域に空乏層を形成して前記回路領域間に流れる電流を阻止するような電位が印加されることを特徴とする。
本発明においては、電極に電位を印加して、この電極の直下域に空乏層を形成することにより、半導体基板の表面における回路領域間の領域が絶縁され、回路領域間を基板ノイズが伝播することを防止できる。また、電極は半導体基板から空乏層及び絶縁膜により絶縁されているため、基板ノイズが電極に流入することがなく、また、電極に印加されたノイズが半導体基板に流入することがない。このため、電極に電位を印加するための基準電位配線として、専用の配線を設ける必要がない。
また、前記半導体基板の表面における前記電極の直下域は、不純物が注入されていないノンドープ領域であることが好ましい。これにより、空乏層を深く形成することが容易になる。
更に、前記回路領域に電界効果トランジスタが形成されており、前記絶縁膜が前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜と同時に形成されたものであり、前記電極が前記電界効果トランジスタのゲート電極と同時に形成されたものであることが好ましい。これにより、電界効果トランジスタと同時に絶縁膜及び電極を形成することができ、特別な工程を設ける必要がないため、半導体装置の製造コストが増大することがない。
更にまた、前記電極が1つの前記回路領域を囲むように形成されていることが好ましい。これにより、この回路領域に基板ノイズが流入することをより確実に防止できる。
本発明によれば、半導体基板上における回路領域間の領域に電極を設け、半導体基板の表面における回路領域間の領域に空乏層を形成することにより、基板ノイズが回路領域間を伝播することを防止できる。また、電極は半導体基板から絶縁されているため、この電極専用の基準電位配線を設けなくても、基板ノイズが電極に流入することがなく、電源ノイズが半導体基板に流入することがなく、基板ノイズを十分に遮蔽することができる。
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は本実施形態に係る半導体装置を示す平面図であり、図2は図1に示すA−A’線による断面図である。図1及び図2に示すように、本実施形態に係る半導体装置においては、P型シリコン基板1が設けられており、このP型シリコン基板1の表面に回路領域2及び3が形成されている。回路領域2はノイズの発生源となるノイズ源回路が形成された領域であり、例えばデジタル回路が形成された領域である。回路領域3はノイズの影響を受けやすい被害回路が形成された領域であり、例えばアナログ回路が形成された領域であり、例えばPLL回路(Phase-Locked Loop回路:位相同期ループ回路)が形成された領域である。
回路領域2にはp拡散領域2aが設けられており、回路領域3にはP拡散領域3aが設けられている。p拡散領域2a及び3aはコンタクト(図示せず)により上層の配線(図示せず)に接続されている。なお、図2においては、回路領域2におけるp拡散領域2a以外の構成要素及び回路領域3におけるp拡散領域3a以外の構成要素は図示が省略されている。また、図1及び図2には回路領域2及び3しか示されていないが、本実施形態の半導体装置には回路領域2及び3以外の回路領域が設けられていてもよい。
そして、P型シリコン基板1の表面に垂直な方向から見て、P型シリコン基板1上における回路領域3の周囲の領域には、回路領域3を囲むように、絶縁膜8が設けられている。また、絶縁膜8上には、回路領域3を囲むように、矩形の枠状の電極9が設けられている。なお、図1及び図2においては、絶縁膜8は電極9の直下にのみ配置されているが、絶縁膜8は少なくとも電極9の直下域に設けられていればよく、他の領域にも設けられていてもよい。これにより、絶縁膜8及び電極9は、少なくとも、ノイズ源回路が形成された回路領域2と被害回路が形成された回路領域3との間の領域に設けられている。
また、回路領域2及び3には夫々MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、図示せず)が形成されており、絶縁膜8は、このMOSFETのゲート絶縁膜と同時に形成されたものであり、例えばシリコン酸化物により形成されている。また、電極9は前記MOSFETのゲート電極と同時に形成されたものであり、例えばポリシリコンにより形成されている。
そして、電極9は電源電位配線(図示せず)を介して直流電源(図示せず)に接続されており、正極の電源電位Vが印加されるようになっている。電極9に接続された電源電位配線は、回路領域2又は回路領域3に接続された電源電位配線と共通化されていてもよい。また、P型シリコン基板1の表面におけるp拡散領域2a及び3aを含む各拡散領域並びに電極9の直下域を除く領域の一部には、STI(Shallow Trench Isolation:浅溝埋込分離)領域5が形成されている。更に、このSTI領域5の下方にはPウエル6が形成されている。そして、P型シリコン基板1の表面における電極9の直下域は、不純物が注入されていないノンドープ領域となっている。即ち、この電極9の直下域には、Pウエル6は形成されていない。
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る半導体装置の動作について説明する。図1及び図2に示すように、電源電位配線(図示せず)を介して、電極9に電源電位Vを印加する。これにより、P型シリコン基板1の表面における電極9の直下域において、正孔の濃度が低減し、空乏層10が形成される。P型シリコン基板1における電極9の直下域の抵抗率は、空乏層10が形成されていないときにはP型シリコン基板1の本来の抵抗率と等しく、例えば10Ω・cmである。そして、空乏層10が形成されると、この直下域の抵抗率は、P型シリコン基板1の本来の抵抗率の(1/10)乃至(1/100)程度となり、空乏層10はほぼ絶縁領域となる。これにより、回路領域2と回路領域3との間には、空乏層10により容量が形成される。なお、P型シリコン基板1の抵抗率が10Ω・cmであるとき、空乏層10の深さは例えば1μm程度である。
この状態で回路領域2のノイズ源回路が作動することにより電気的なノイズが発生すると、このノイズが基板ノイズ7となって、P型シリコン基板1及びPウエル6内を伝播する。このとき、基板ノイズ7の一部は、被害回路が形成された回路領域3に向かって伝播する。ところが、回路領域3の周囲には空乏層10が形成されているため、基板ノイズ7はこの空乏層10で遮蔽され、回路領域3には流入しない。特に、P型シリコン基板1の表面、例えばPウエル6及びその周辺を伝播する基板ノイズ7は効果的に遮蔽される。このとき、回路領域2と回路領域3との間には、空乏層10によって容量が形成されているため、基板ノイズ7の低周波成分を特に効果的に遮蔽することができる。また、電極9の幅を大きくして、空乏層10の幅を大きくすれば、空乏層10によって形成される容量値が低減するため、基板ノイズ7のうちより高い周波数の成分も遮蔽できるようになる。
また、電極9は、P型シリコン基板1から、空乏層10及び絶縁層8によって絶縁されているため、P型シリコン基板1及びPウエル6を伝播してきた基板ノイズ7は、電極9に流入することがない。このため、電極9に接続された電源電位配線が回路領域3の被害回路に接続された電源電位配線と共通化されていても、基板ノイズ7が共通化された電源電位配線を介して被害回路の電源電位を変動させることがない。また、電極9に接続された電源電位配線が、回路領域2のノイズ源回路に接続された電源電位配線と共通化されていても、この共通化された電源電位配線を介して回路領域2から電極9に伝播された電源ノイズは、空乏層10の深さを僅かに変動させるだけであり、P型シリコン基板1には流入しにくい。このため、回路領域2から出力されたノイズが電源電位配線及び電極9を介してP型シリコン基板1に伝播することがなく、回路領域3に流入することがない。
なお、本実施形態のようにP型半導体基板に空乏層10を形成しなくても、回路領域3と回路領域3との間の領域に絶縁膜を埋め込んで基板ノイズを遮蔽する方法も考えられる。しかし、この場合は、STI領域5よりも深い絶縁膜を特別に形成する工程が必要となり、半導体装置の製造コストが増大してしまう。
このように、本実施形態によれば、P型シリコン基板1の表面における回路領域3の周囲の領域に空乏層10が形成されるため、回路領域2のノイズ源回路から出力された基板ノイズ7が、空乏層10により遮蔽され、回路領域3の被害回路に流入することを防止できる。特に、P型シリコン基板1の表面を伝播する基板ノイズを効果的に遮蔽できる。また、P型半導体基板1の表面における電極9の直下域にはPウエルを形成せずにノンドープ領域としているため、空乏層10を深く形成することができる。これにより、基板ノイズ7に対する遮蔽効果がより一層向上している。更に、P型シリコン基板1と電極9とは空乏層10及び絶縁膜8により相互に絶縁されているため、電極9に接続する電源電位配線をノイズ源回路又は被害回路に接続される電源電位配線と共通化することができ、電極9専用の電源電位配線を設ける必要がない。このため、半導体装置のレイアウトの制約が小さい。
更にまた、絶縁膜8は回路領域2及び3に形成されるMOSFETのゲート絶縁膜と同時に形成することができ、電極9はこのMOSFETのゲート電極と同時に形成することができるため、絶縁膜8及び電極9を形成するために特別な工程を設ける必要がなく、通常のプロセスで製造できる。このため、半導体装置の製造コストが増大することがない。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図3は本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。前述の第1の実施形態においては、図1に示すように、P型シリコン基板1の表面に垂直な方向から見て、電極9は回路領域3を囲む枠状に設けられている。これに対して、本第2実施形態においては、図3に示すように、P型シリコン基板1の表面に垂直な方向から見て、電極9はコ字形状に設けられており、回路領域3から見て回路領域2の反対側が開口されている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
なお、前述の各実施形態においては、電極9に正極の電源電位が印加される例を示したが、本発明はこれに限定されず、電極9に印加する電位は、電極9の直下域に空乏層を形成するような電位であればよい。例えば、半導体基板としてN型の基板を使用する場合は、負極の電位を印加すればよい。また、前述の各実施形態においては、電極9は被害回路が形成された回路領域3を囲むように形成されている例を示したが、電極9はノイズ源回路が形成された回路領域2を囲むように形成されていてもよい。更に、前述の各実施形態においては、P型シリコン基板1の表面に垂直な方向から見て、電極9が枠状又はコ字形状である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、電極9は回路領域2と回路領域3との間に横たわる帯状の形状であってもよい。更にまた、P型シリコン基板1の替わりにSOI(Silicon On Insulator)基板を使用してもよい。この場合、空乏層をSOI基板中の絶縁膜に到達するように形成すれば、基板ノイズの遮蔽効果が特に大きい。
本発明は、ガードリングを備えた半導体装置において好適に利用できる。
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図1に示すA−A’線による断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 従来の半導体装置を示す断面図である。
符号の説明
1、101;P型シリコン基板
2、3、102、103;回路領域
2a、3a、102a、103a、104;p拡散領域
5、105;STI領域
6、106;Pウエル
7、107;基板ノイズ
8;絶縁膜
9;電極
10;空乏層

Claims (6)

  1. 半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された複数の回路領域と、前記半導体基板上における前記複数の回路領域間の領域に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上に設けられた電極と、を有し、前記電極には前記半導体基板の表面におけるこの電極の直下域に空乏層を形成して前記回路領域間に流れる電流を阻止するような電位が印加されることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体基板の表面における前記電極の直下域は、不純物が注入されていないノンドープ領域であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記半導体基板がP型の半導体基板であり、前記電位が正極の電源電位であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 前記半導体基板がN型の半導体基板であり、前記電位が負極の電源電位であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  5. 前記回路領域に電界効果トランジスタが形成されており、前記絶縁膜が前記電界効果トランジスタのゲート絶縁膜と同時に形成されたものであり、前記電極が前記電界効果トランジスタのゲート電極と同時に形成されたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
  6. 前記電極及び前記絶縁膜が1つの前記回路領域を囲むように形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
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