JP2013239731A

JP2013239731A - Semiconductor device

Info

Publication number: JP2013239731A
Application number: JP2013150114A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Nakashiba; 康隆中柴
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-11-28

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase dielectric strength voltage between a first inductor and a second inductor which are stacked.SOLUTION: A semiconductor device comprises a multilayer wiring layer 400, a first inductor 310 and a second inductor 320 which are formed on a substrate 10. The multilayer wiring layer 400 includes insulation layers and wiring layers which are alternately stacked t (t≥3) times one by one in this order. The first inductor 310 is provided in an n-th wiring layer of the multilayer wiring layer 400. The second inductor 320 is provided in an m-th wiring layer (t≥m≥n+2) of the multilayer wiring layer 400 and located above the first inductor 310. The inductor located above the first inductor 310 is not provided in any wiring layer located between the n-th wiring layer and the m-th wiring layer. The first inductor 310 and the second inductor 320 constitute a signal transmission element 300 for mutually transmitting electrical signals.

Description

本発明は、入力される電気信号の電位が互いに異なる２つの回路の間で電気信号を伝達することができる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device capable of transmitting an electric signal between two circuits having different electric signal potentials.

入力される電気信号の電位が互いに異なる２つの回路の間で電気信号を伝達する場合、フォトカプラを用いることが多い。フォトカプラは、発光ダイオードなどの発光素子とフォトトランジスタなどの受光素子を有しており、入力された電気信号を発光素子で光に変換し、この光を受光素子で電気信号に戻すことにより、電気信号を伝達している。 When an electric signal is transmitted between two circuits having different electric signal potentials, a photocoupler is often used. The photocoupler has a light emitting element such as a light emitting diode and a light receiving element such as a phototransistor, and converts an inputted electric signal into light by the light emitting element, and returns this light to an electric signal by the light receiving element. An electrical signal is transmitted.

しかし、フォトカプラは発光素子と受光素子を有しているため、小型化が難しい。また、電気信号の周波数が高い場合には電気信号に追従できなくなる。これらの問題を解決する技術として、例えば特許文献１に記載されているように、２つのインダクタを誘導結合させることにより、電気信号を伝達する技術が開発されている。 However, since the photocoupler has a light emitting element and a light receiving element, it is difficult to reduce the size. Further, when the frequency of the electrical signal is high, it becomes impossible to follow the electrical signal. As a technique for solving these problems, a technique for transmitting an electric signal by inductively coupling two inductors has been developed as described in, for example, Patent Document 1.

なお、特許文献２には、半導体基板上に層間絶縁膜を介して積層された複数の配線層を用いてインダクタンスを形成する技術が開示されている。この技術において、入力側の巻線を形成する第１の円弧状の配線パターンと、出力側の巻線を形成する第２の円弧状の配線パターンは、互い違いに積層されている。そして各配線層には、いずれかの円弧状の配線パターンが形成されている。 Patent Document 2 discloses a technique for forming an inductance using a plurality of wiring layers stacked on a semiconductor substrate via an interlayer insulating film. In this technique, the first arc-shaped wiring pattern that forms the input-side winding and the second arc-shaped wiring pattern that forms the output-side winding are alternately stacked. Each wiring layer is formed with any arc-shaped wiring pattern.

特表２００１−５１３２７６号公報JP-T-2001-513276 特開平１０−１６３４２２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-163422

入力される電気信号の電位が互いに異なる２つの回路の間で電気信号を伝達する素子を小型化する場合、半導体装置の製造技術を応用して、２つの配線層それぞれにインダクタを形成し、層間絶縁膜をはさんでインダクタを対向させることが考えられる。この場合、層間絶縁膜が薄いことに起因して、２つのインダクタの間の絶縁耐圧が２つのインダクタの間の電位差に対して十分でないことが出てくるため、２つのインダクタの間の絶縁耐圧を向上させる技術が望まれる。 When downsizing an element that transmits an electric signal between two circuits having different electric signal potentials, an inductor is formed in each of the two wiring layers by applying a semiconductor device manufacturing technique. It is conceivable that the inductor faces the insulating film. In this case, since the dielectric strength between the two inductors is not sufficient with respect to the potential difference between the two inductors due to the thin interlayer insulating film, the dielectric strength between the two inductors A technology to improve the quality is desired.

本発明によれば、基板と、
前記基板上に形成され、絶縁層及び配線層をこの順にそれぞれｔ回（ｔ≧３）以上交互に積層した多層配線層と、
前記多層配線層の第ｎ配線層に設けられた第１インダクタと、
前記多層配線層の第ｍ配線層（ｔ≧ｍ≧ｎ＋２）に設けられ、前記第１インダクタの上方に位置している第２インダクタと、
を備え、前記第ｎ配線層と前記第ｍ配線層の間に位置するいずれの前記配線層にも、前記第１インダクタの上方に位置するインダクタが設けられていない半導体装置が提供される。 According to the present invention, a substrate;
A multilayer wiring layer formed on the substrate, in which insulating layers and wiring layers are alternately stacked in this order t times (t ≧ 3);
A first inductor provided in an nth wiring layer of the multilayer wiring layer;
A second inductor provided in the m-th wiring layer (t ≧ m ≧ n + 2) of the multilayer wiring layer and positioned above the first inductor;
And any of the wiring layers located between the n-th wiring layer and the m-th wiring layer is provided with an inductor located above the first inductor.

この半導体装置によれば、前記第１インダクタと前記第２インダクタの間には、少なくとも２層以上の前記絶縁層が位置している。そしてこれらの前記絶縁層のいずれにも、前記第１インダクタの上方に位置するインダクタが設けられていない。従って、前記第１インダクタと前記第２インダクタの間の絶縁耐圧が高くなる。 According to this semiconductor device, at least two or more insulating layers are located between the first inductor and the second inductor. None of these insulating layers is provided with an inductor positioned above the first inductor. Accordingly, the withstand voltage between the first inductor and the second inductor is increased.

本発明によれば、第１インダクタと第２インダクタの間の絶縁耐圧を高くすることができる。 According to the present invention, the withstand voltage between the first inductor and the second inductor can be increased.

第１の実施形態における半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第２の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 2nd Embodiment. 第３の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 3rd Embodiment. 第３の実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of 3rd Embodiment. 第４の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 4th Embodiment. 第５の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 5th Embodiment. 第６の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 6th Embodiment. 第７の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 7th Embodiment. 第８の実施形態における半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in 8th Embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.

図１は、第１の実施形態における半導体装置の断面図である。この半導体装置は、基板１０、基板１０上に形成された多層配線層、第１インダクタ３１０、及び第２インダクタ３２０を有している。多層配線層は、絶縁層及び配線層をこの順にそれぞれｔ回（ｔ≧３）以上交互に積層したものである。第１インダクタ３１０は、多層配線層の第ｎ配線層に設けられている。第２インダクタ３２０は、多層配線層の第ｍ配線層（ｔ≧ｍ≧ｎ＋２）に設けられ、第１インダクタ３１０の上方に位置している。第ｎ配線層と第ｍ配線層の間に位置するいずれの配線層にも、第１インダクタ３１０の上方に位置するインダクタが設けられていない。第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０は、電気信号を相互に伝達する信号伝達素子３００を構成している。電気信号は、例えばデジタル信号であるが、アナログ信号であっても良い。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment. This semiconductor device has a substrate 10, a multilayer wiring layer formed on the substrate 10, a first inductor 310, and a second inductor 320. The multilayer wiring layer is formed by alternately stacking insulating layers and wiring layers in this order t times (t ≧ 3) or more. The first inductor 310 is provided in the nth wiring layer of the multilayer wiring layer. The second inductor 320 is provided in the m-th wiring layer (t ≧ m ≧ n + 2) of the multilayer wiring layer and is located above the first inductor 310. An inductor positioned above the first inductor 310 is not provided in any wiring layer positioned between the nth wiring layer and the mth wiring layer. The first inductor 310 and the second inductor 320 constitute a signal transmission element 300 that transmits electrical signals to each other. The electrical signal is, for example, a digital signal, but may be an analog signal.

本実施形態において第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０は、いずれも一つの配線層に形成された渦巻き型の配線パターンである。また絶縁層は、複数の層間絶縁膜を積層した構造であってもよいし、一つの層間絶縁膜であってもよい。本実施形態において絶縁層は、２つの層間絶縁膜を積層した構造を有している。 In the present embodiment, each of the first inductor 310 and the second inductor 320 is a spiral wiring pattern formed in one wiring layer. The insulating layer may have a structure in which a plurality of interlayer insulating films are stacked, or may be a single interlayer insulating film. In this embodiment, the insulating layer has a structure in which two interlayer insulating films are stacked.

本実施形態において、半導体装置は４層の配線５１０，５２０，５３０，５４０をこの順に積層した構造である。配線５１０，５２０，５３０，５４０は、ダマシン法により形成されたＣｕ配線であり、それぞれ配線層４１２，４２２，４３２，４４２に形成された溝に埋め込まれている。最上層の配線５４０には、パッド（図示せず）が形成されている。なお、配線５１０，５２０，５３０，５４０の少なくとも一つはＡｌ合金配線であっても良い。 In the present embodiment, the semiconductor device has a structure in which four layers of wirings 510, 520, 530, and 540 are stacked in this order. The wirings 510, 520, 530, and 540 are Cu wirings formed by a damascene method, and are embedded in grooves formed in the wiring layers 412, 422, 432, and 442, respectively. Pads (not shown) are formed on the uppermost wiring 540. Note that at least one of the wirings 510, 520, 530, and 540 may be an Al alloy wiring.

基板１０と最下層の配線５１０の間には、コンタクトプラグを形成するための層間絶縁膜４１０が設けられており、配線５１０，５２０の相互間、配線５２０，５３０の相互間、及び配線５３０，５４０の相互間それぞれには、ビアを形成するための絶縁層４２０，４３０，４４０が設けられている。基板１０上には、絶縁層４１０、配線層４１２、絶縁層４２０、配線層４２２、絶縁層４３０、配線層４３２、絶縁層４４０、及び配線層４４２がこの順に積層されている。 An interlayer insulating film 410 for forming a contact plug is provided between the substrate 10 and the lowermost wiring 510. The wirings 510 and 520, the wirings 520 and 530, and the wiring 530, Insulating layers 420, 430, and 440 for forming vias are provided between the respective 540s. On the substrate 10, an insulating layer 410, a wiring layer 412, an insulating layer 420, a wiring layer 422, an insulating layer 430, a wiring layer 432, an insulating layer 440, and a wiring layer 442 are stacked in this order.

絶縁層及び配線層を構成する各絶縁膜はＳｉＯ_２膜であっても良いし、低誘電率膜であってもよい。低誘電率膜は、例えば比誘電率が３．３以下、好ましくは２．９以下の絶縁膜とすることができる。低誘電率膜としては、ＳｉＯＣの他に、ＨＳＱ（ハイドロジェンシルセスキオキサン）、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）、またはＭＨＳＱ（メチル化ハイドロジェンシルセスキオキサン）等のポリハイドロジェンシロキサン、ポリアリールエーテル（ＰＡＥ）、ジビニルシロキサンービスーベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、またはＳｉｌｋ（登録商標）等の芳香族含有有機材料、ＳＯＧ、ＦＯＸ(ｆｌｏｗａｂｌｅｏｘｉｄｅ)、サイトップ、またはＢＣＢ（Ｂｅｎｓｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）等を用いることもできる。また、低誘電率膜としては、これらのポーラス膜を用いることもできる。 Each insulating film constituting the insulating layer and the wiring layer may be a SiO ₂ film or a low dielectric constant film. The low dielectric constant film can be an insulating film having a relative dielectric constant of 3.3 or less, preferably 2.9 or less, for example. As the low dielectric constant film, in addition to SiOC, polyhydrogensiloxane such as HSQ (hydrogensilsesquioxane), MSQ (methylsilsesquioxane), or MHSQ (methylated hydrogensilsesquioxane), Aromatic-containing organic materials such as polyaryl ether (PAE), divinylsiloxane-bis-benzocyclobutene (BCB), or Silk (registered trademark), SOG, FOX (flowable oxide), Cytop, or BCB (Bencyclic cyclone) It can also be used. These porous films can also be used as the low dielectric constant film.

第１インダクタ３１０は最下層の配線層４１２に位置しており、第２インダクタ３２０は最上層の配線層４４２に位置している。そして第１インダクタ３１０と第２インダクタ３２０の間には、２層の配線層４２２，４３２と、３層の絶縁層４２０，４３０，４４０が位置している。 The first inductor 310 is located in the lowermost wiring layer 412, and the second inductor 320 is located in the uppermost wiring layer 442. Between the first inductor 310 and the second inductor 320, two wiring layers 422 and 432 and three insulating layers 420, 430 and 440 are located.

基板１０は第１導電型（例えばｐ型）の半導体基板である。そして半導体装置はさらに第１回路１００及び第２回路２００を有している。第１回路１００は、信号伝達素子３００を構成する第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０の一方に接続しており、第２回路２００は、第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０の他方に接続している。これらの接続は、基板１０上の多層配線層４００を介して行われる。信号伝達素子３００は、例えば第１回路１００と第２回路２００の間に位置しているが、これに限定されない。例えば、信号伝達素子３００は、第１回路１００に含まれていても良いし、第２回路２００に含まれていても良い。第１回路１００及び第２回路２００は、入力される電気信号の電位が互いに異なる。図１の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なることを意味する。 The substrate 10 is a first conductivity type (for example, p-type) semiconductor substrate. The semiconductor device further includes a first circuit 100 and a second circuit 200. The first circuit 100 is connected to one of the first inductor 310 and the second inductor 320 constituting the signal transmission element 300, and the second circuit 200 is connected to the other of the first inductor 310 and the second inductor 320. ing. These connections are made through the multilayer wiring layer 400 on the substrate 10. For example, the signal transmission element 300 is located between the first circuit 100 and the second circuit 200, but is not limited thereto. For example, the signal transmission element 300 may be included in the first circuit 100 or may be included in the second circuit 200. The first circuit 100 and the second circuit 200 have different electric signal potentials. In the configuration of FIG. 1, “the electric potentials of the input electric signals are different from each other” means that the electric signals have different amplitudes (the difference between the electric potential indicating 0 and the electric potential indicating 1).

第１回路１００は第１トランジスタを有している。第１トランジスタには、第１導電型のトランジスタと、第２導電型のトランジスタがある。第１導電型の第１トランジスタ１２１は第２導電型のウェル１２０に形成されており、ソース及びドレインとなる２つの第１導電型の不純物領域１２４及びゲート電極１２６を有している。第２導電型の第１トランジスタ１４１は第１導電型のウェル１４０に形成されており、ソース及びドレインとなる２つの第２導電型の不純物領域１４４及びゲート電極１４６を有している。ゲート電極１２６，１４６それぞれの下にはゲート絶縁膜が位置している。これら２つのゲート絶縁膜は、厚さが略等しい。 The first circuit 100 has a first transistor. The first transistor includes a first conductivity type transistor and a second conductivity type transistor. The first-conductivity-type first transistor 121 is formed in the second-conductivity-type well 120, and has two first-conductivity-type impurity regions 124 and a gate electrode 126 that serve as a source and a drain. The second conductivity type first transistor 141 is formed in the first conductivity type well 140, and has two second conductivity type impurity regions 144 and a gate electrode 146 to be a source and a drain. A gate insulating film is located under each of the gate electrodes 126 and 146. These two gate insulating films have substantially the same thickness.

ウェル１２０には第２導電型の不純物領域１２２が形成されており、ウェル１４０には第１導電型の不純物領域１４２が形成されている。不純物領域１２２には第１導電型の第１トランジスタ１２１の基準電位（グラウンド電位）を与える配線が接続されており、不純物領域１４２には第２導電型の第１トランジスタ１４１の基準電位を与える配線が接続されている。 A second conductivity type impurity region 122 is formed in the well 120, and a first conductivity type impurity region 142 is formed in the well 140. A wiring for supplying a reference potential (ground potential) of the first conductivity type first transistor 121 is connected to the impurity region 122, and a wiring for supplying a reference potential of the second conductivity type first transistor 141 is connected to the impurity region 142. Is connected.

第２回路２００は第２トランジスタを有している。第２トランジスタにも、第１導電型のトランジスタと、第２導電型のトランジスタがある。第１導電型の第２トランジスタ２２１は第２導電型のウェル２２０に形成されており、ソース及びドレインとなる２つの第１導電型の不純物領域２２４及びゲート電極２２６を有している。第２導電型の第２トランジスタ２４１は第１導電型のウェル２４０に形成されており、ソース及びドレインとなる２つの第２導電型の不純物領域２４４及びゲート電極２４６を有している。ゲート電極２２６，２４６それぞれの下にはゲート絶縁膜が位置している。本図に示す例において、これら２つのゲート絶縁膜は、第１回路が有する第１トランジスタのゲート絶縁膜に対して厚い。ただし、第１トランジスタと第２トランジスタは、ゲート絶縁膜の厚さが同じであっても良い。 The second circuit 200 has a second transistor. The second transistor also includes a first conductivity type transistor and a second conductivity type transistor. The first conductivity type second transistor 221 is formed in the second conductivity type well 220 and has two first conductivity type impurity regions 224 and a gate electrode 226 which serve as a source and a drain. The second-conductivity-type second transistor 241 is formed in the first-conductivity-type well 240 and has two second-conductivity-type impurity regions 244 and a gate electrode 246 that serve as a source and a drain. A gate insulating film is located under each of the gate electrodes 226 and 246. In the example shown in the figure, these two gate insulating films are thicker than the gate insulating film of the first transistor included in the first circuit. However, the first transistor and the second transistor may have the same gate insulating film thickness.

ウェル２２０には第２導電型の不純物領域２２２が形成されており、ウェル２４０には第１導電型の不純物領域２４２が形成されている。不純物領域２２２には第１導電型の第２トランジスタ２２１の基準電位を与える配線が接続されており、不純物領域２４２には第２導電型の第２トランジスタ２４１の基準電位を与える配線が接続されている。 A second conductivity type impurity region 222 is formed in the well 220, and a first conductivity type impurity region 242 is formed in the well 240. A wiring for supplying a reference potential of the second transistor 221 of the first conductivity type is connected to the impurity region 222, and a wiring for supplying a reference potential of the second transistor of the second conductivity type 241 is connected to the impurity region 242. Yes.

次に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。まず基板１０の第１領域（図１の第１回路１００が形成される領域）に第１トランジスタを形成し、基板１０の第２領域（図１の第２回路２００が形成される領域）に第２トランジスタを形成する。次いで、第１トランジスタ上及び第２トランジスタ上に、多層配線層４００を形成する。多層配線層４００を形成するとき、基板１０の第３領域（図１の信号伝達素子３００が形成される領域）の上方に、第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０が形成される。図１に示す例において、第２インダクタ３２０は、最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続することができる。図１の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なることを意味する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. First, a first transistor is formed in a first region of the substrate 10 (region in which the first circuit 100 in FIG. 1 is formed), and in a second region (region in which the second circuit 200 in FIG. 1 is formed) of the substrate 10. A second transistor is formed. Next, the multilayer wiring layer 400 is formed on the first transistor and the second transistor. When the multilayer wiring layer 400 is formed, the first inductor 310 and the second inductor 320 are formed above the third region of the substrate 10 (the region where the signal transmission element 300 in FIG. 1 is formed). In the example shown in FIG. 1, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) and a bonding wire (not shown) formed on the uppermost wiring layer 442. it can. In the configuration of FIG. 1, “the electric potentials of the input electric signals are different from each other” means that the electric signals have different amplitudes (the difference between the electric potential indicating 0 and the electric potential indicating 1).

次に、本実施形態の作用効果について説明する。２つのインダクタを介して電気エネルギーや電気信号を伝達する場合、２つのインダクタを互いに近づけたほうが高い伝達効率を得られる。このため、通常は、２つのインダクタを可能な限り近づけるように伝達素子を設計する。この設計思想に基づいて第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０の配置が設計された場合、第２インダクタ３２０は、第１インダクタ３１０の一つ上の配線層に配置される。 Next, the effect of this embodiment is demonstrated. When electric energy or an electric signal is transmitted through two inductors, higher transmission efficiency can be obtained by bringing the two inductors closer to each other. For this reason, normally, the transfer element is designed so that the two inductors are as close as possible. When the arrangement of the first inductor 310 and the second inductor 320 is designed based on this design concept, the second inductor 320 is arranged in a wiring layer one above the first inductor 310.

これに対して本実施形態では、第１インダクタ３１０は第ｎ配線層に位置しており、第２インダクタ３２０は第ｍ配線層（ｍ≧ｎ＋２）に位置している。そして、第ｎ配線層と第ｍ配線層の間に位置するいずれの配線層にも、第１インダクタ３１０の上方に位置するインダクタが設けられていない。すなわち第２インダクタ３２０は、第１インダクタ３１０の一つ上の配線層ではなく、２つ以上離れた配線層に形成されている。このため、第１インダクタ３１０と第２インダクタ３２０の間に位置する絶縁膜（絶縁層）の数が、上記した通常の設計思想に基づいた場合と比較して増大し、第１インダクタ３１０と第２インダクタ３２０の間の絶縁耐圧が高くなる。この効果は、本実施形態のように、第１インダクタ３１０を第１層目の配線層に位置させ、第２インダクタ３２０を最上層の配線層に位置させた場合に、特に顕著になる。 On the other hand, in this embodiment, the first inductor 310 is located in the nth wiring layer, and the second inductor 320 is located in the mth wiring layer (m ≧ n + 2). In addition, no inductor positioned above the first inductor 310 is provided in any wiring layer positioned between the n-th wiring layer and the m-th wiring layer. In other words, the second inductor 320 is not formed in the wiring layer on the first inductor 310 but in a wiring layer separated by two or more. For this reason, the number of insulating films (insulating layers) positioned between the first inductor 310 and the second inductor 320 is increased as compared with the case based on the normal design concept described above, and the first inductor 310 and the second inductor 320 The withstand voltage between the two inductors 320 is increased. This effect is particularly prominent when the first inductor 310 is positioned in the first wiring layer and the second inductor 320 is positioned in the uppermost wiring layer as in the present embodiment.

また、各配線層の配線パターンを変更するのみで、第１インダクタ３１０及び第２インダクタ３２０を形成することができる。このため、半導体装置の製造設備及びプロセス条件を変更することが抑制でき、既存の半導体装置の製造設備の既存の製造条件を活用することができる。 Further, the first inductor 310 and the second inductor 320 can be formed only by changing the wiring pattern of each wiring layer. For this reason, it can suppress changing the manufacturing equipment and process conditions of a semiconductor device, and can utilize the existing manufacturing conditions of the existing manufacturing equipment of a semiconductor device.

また一つの基板１０の上に、第１回路１００、第２回路２００、及び信号伝達素子３００を同一工程で形成している。このため、半導体装置の製造コストが低くなり、かつ半導体装置が小型になる。 Further, the first circuit 100, the second circuit 200, and the signal transmission element 300 are formed on the same substrate 10 in the same process. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor device is reduced, and the semiconductor device is downsized.

図２は、第２の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この半導体装置は、第２インダクタ３２０が最上層の配線層４４２より下の配線層４３２に位置している点を除いて、第１の実施形態と同様である。図２に示す例において、第２インダクタ３２０は最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤを介して、第２回路２００に接続することができる。図２の構成においても、図１の構成と同様に、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なることを意味する。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment. This semiconductor device is the same as that of the first embodiment except that the second inductor 320 is located in the wiring layer 432 below the uppermost wiring layer 442. In the example shown in FIG. 2, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) formed on the uppermost wiring layer 442 and a bonding wire. Also in the configuration of FIG. 2, as in the configuration of FIG. 1, “the potentials of the input electric signals are different from each other” means that the amplitudes of the electric signals (the difference between the potential indicating 0 and the potential indicating 1) are different. Means that.

本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１インダクタ３１０と第２インダクタ３２０が近づくため、信号伝達効率が向上し、信号伝達素子３００において信号伝達に必要な電力が小さくなる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the first inductor 310 and the second inductor 320 are close to each other, the signal transmission efficiency is improved, and the power necessary for signal transmission in the signal transmission element 300 is reduced.

図３は、第３の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この半導体装置は、基板１０に第１回路１００及び信号伝達素子３００が形成されており、基板２０に第２回路２００が形成されている点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。本図に示す例において、第１インダクタ３１０は基板１０上の多層配線層４００を介して第１回路１００に接続されており、第２インダクタ３２０は、基板２０の最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続される。図３の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、例えば電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なる場合、電気信号の基準電位（０を示す電位）が互いに異なる場合、及びこれらの組み合わせの場合がある。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment. This semiconductor device has the same configuration as that of the first embodiment except that the first circuit 100 and the signal transmission element 300 are formed on the substrate 10 and the second circuit 200 is formed on the substrate 20. is there. In the example shown in this drawing, the first inductor 310 is connected to the first circuit 100 via the multilayer wiring layer 400 on the substrate 10, and the second inductor 320 is formed in the uppermost wiring layer 442 of the substrate 20. The second circuit 200 is connected through a pad (not shown) and a bonding wire (not shown). In the configuration of FIG. 3, “the potentials of the input electric signals are different from each other” means, for example, when the electric signals have different amplitudes (the difference between the potential indicating 0 and the potential indicating 1), There is a case where the potentials indicating 0) are different from each other, or a combination thereof.

なお、本図に示す例において基板１０上の配線層数と基板２０上の配線層数は同じであるが、互いに異なっていてもよい。また、本図に示す例において、基板１０上の各層及び配線と基板２０上の各層及び配線は、対応する層及び配線の厚さが互いに同じであるが、図４の変形例に示すように、これら層及び配線の厚さが互いに異なっていても良い。なお図４に示す例では、基板２０上の各層及び配線が厚くなっているが、基板１０上の各層及び配線が厚くなっていてもよい。 In the example shown in the figure, the number of wiring layers on the substrate 10 and the number of wiring layers on the substrate 20 are the same, but they may be different from each other. Further, in the example shown in this figure, the layers and wirings on the substrate 10 and the layers and wirings on the substrate 20 have the same layer and wiring thickness, but as shown in the modification of FIG. The thickness of these layers and wiring may be different from each other. In the example shown in FIG. 4, each layer and wiring on the substrate 20 are thick, but each layer and wiring on the substrate 10 may be thick.

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１回路１００と第２回路２００が互いに異なる基板１０，２０に形成されているため、第１回路１００の第１トランジスタの基準電位と第２回路２００の第２トランジスタの基準電位が大きく異なっていても（例えば差が１００Ｖ以上）、これらの基準電位が短絡することを防止できる。また、第１インダクタ３１０は第２回路２００ではなく第１回路１００に接続しているため、第１インダクタ３１０と基板１０の間の電位差が大きくなる可能性は低い。従って、第１インダクタ３１０を最下層の配線層に配置しても、第１インダクタ３１０と基板１０の間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, since the first circuit 100 and the second circuit 200 are formed on different substrates 10 and 20, the reference potential of the first transistor of the first circuit 100 and the reference potential of the second transistor of the second circuit 200 are large. Even if they are different (for example, the difference is 100 V or more), these reference potentials can be prevented from being short-circuited. Further, since the first inductor 310 is connected to the first circuit 100 instead of the second circuit 200, the potential difference between the first inductor 310 and the substrate 10 is unlikely to increase. Therefore, even if the first inductor 310 is arranged in the lowermost wiring layer, it is possible to suppress the occurrence of dielectric breakdown between the first inductor 310 and the substrate 10.

また、複雑な工程を用いなくても、第１トランジスタのゲート絶縁膜と第２トランジスタのゲート絶縁膜の厚さを大きく異ならせることができる。 Further, the thickness of the gate insulating film of the first transistor and the gate insulating film of the second transistor can be greatly different without using a complicated process.

図５は、第４の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この半導体装置は、基板１０がＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である点、並びに基板１０において、第１回路１００が形成されている第１領域、第２回路２００が形成されている第２領域、及び信号伝達素子３００が形成されている第３領域それぞれの間に埋込絶縁層１８が形成されており、埋込絶縁層１８によってこれらが相互に絶縁されている点を除いて、第１の実施形態と同様である。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the fourth embodiment. In this semiconductor device, the substrate 10 is an SOI (Silicon On Insulator) substrate, and the substrate 10 includes a first region where the first circuit 100 is formed, a second region where the second circuit 200 is formed, The embedded insulating layer 18 is formed between each of the third regions where the signal transmission element 300 is formed, and the first insulating layer 18 is insulated from each other by the embedded insulating layer 18. This is the same as the embodiment.

基板１０は、ベース基板（例えばシリコン基板）１２上に絶縁層１４及びシリコン層１６をこの順に積層した構造である。第１回路１００の第１トランジスタ及び第２回路２００の第２トランジスタは、シリコン層１６に形成されている。埋込絶縁層１８はシリコン層１６に埋め込まれており、底部が絶縁層１４に接している。図５に示す例において、第２インダクタ３２０は、最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続することができる。図５の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、例えば電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なる場合、電気信号の基準電位（０を示す電位）が互いに異なる場合、及びこれらの組み合わせの場合がある。 The substrate 10 has a structure in which an insulating layer 14 and a silicon layer 16 are stacked in this order on a base substrate (for example, a silicon substrate) 12. The first transistor of the first circuit 100 and the second transistor of the second circuit 200 are formed in the silicon layer 16. The buried insulating layer 18 is buried in the silicon layer 16, and the bottom is in contact with the insulating layer 14. In the example shown in FIG. 5, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) and a bonding wire (not shown) formed in the uppermost wiring layer 442. it can. In the configuration of FIG. 5, “the potentials of the input electric signals are different from each other” means, for example, when the electric signals have different amplitudes (the difference between the potential indicating 0 and the potential indicating 1), There is a case where the potentials indicating 0) are different from each other, or a combination thereof.

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、基板１０において、第１回路１００が形成されている第１領域と第２回路２００が形成されている第２領域とが相互に絶縁されているため、第１回路１００の第１トランジスタの基準電位と第２回路２００の第２トランジスタの基準電位が大きく異なっていても（例えば差が１００Ｖ以上）、これら基準電位が短絡することを抑制できる。 Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, in the substrate 10, the first region where the first circuit 100 is formed and the second region where the second circuit 200 is formed are insulated from each other. Even if the reference potential and the reference potential of the second transistor of the second circuit 200 are greatly different (for example, the difference is 100 V or more), it is possible to suppress a short circuit between these reference potentials.

図６は、第５の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この半導体装置は、基板１０のうち第１回路１００が形成された第１領域と信号伝達素子３００が形成された第２領域との間に埋込絶縁層１８が設けられておらず、第１領域と第２領域が電気的に繋がっている点を除いて第４の実施形態にかかる半導体装置と同様の構成である。また第１インダクタ３１０は第１回路１００に接続されている。図６に示す例において、第２インダクタ３２０は、最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続することができる。図６の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、例えば電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なる場合、電気信号の基準電位（０を示す電位）が互いに異なる場合、及びこれらの組み合わせの場合がある。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment. In this semiconductor device, the buried insulating layer 18 is not provided between the first region of the substrate 10 where the first circuit 100 is formed and the second region where the signal transmission element 300 is formed. The configuration is the same as that of the semiconductor device according to the fourth embodiment except that the region and the second region are electrically connected. The first inductor 310 is connected to the first circuit 100. In the example shown in FIG. 6, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) and a bonding wire (not shown) formed on the uppermost wiring layer 442. it can. In the configuration of FIG. 6, “the electric potentials of the input electric signals are different from each other” means, for example, when the electric signals have different amplitudes (the difference between the electric potential indicating 0 and the electric potential indicating 1), There is a case where the potentials indicating 0) are different from each other, or a combination thereof.

本実施形態においても、基板１０において第１領域及び第３領域は第２領域と絶縁されている。このため、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１領域と第３領域は電気的に繋がっているが、第１インダクタ３１０は第２回路２００ではなく第１回路１００に接続しているため、第１インダクタ３１０と基板１０の間の電位差が大きくなる可能性は低い。従って、第１インダクタ３１０を最下層の配線層４１２に配置しても、第１インダクタ３１０と基板１０の間で絶縁破壊が生じることを抑制できる。 Also in this embodiment, the first region and the third region of the substrate 10 are insulated from the second region. For this reason, the same effect as the fourth embodiment can be obtained. In addition, the first region and the third region are electrically connected, but the first inductor 310 is connected to the first circuit 100 instead of the second circuit 200, and therefore, between the first inductor 310 and the substrate 10. The possibility that the potential difference becomes large is low. Therefore, even if the first inductor 310 is disposed in the lowermost wiring layer 412, it is possible to suppress the occurrence of dielectric breakdown between the first inductor 310 and the substrate 10.

図７は、第６の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この半導体装置は、第１インダクタ３１０の下方に位置する基板１０に複数の埋込絶縁層１８が互いに離間して設けられている点を除いて、第４の実施形態と同様である。図７に示す例において、第２インダクタ３２０は、最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続することができる。図７の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、例えば電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なる場合、電気信号の基準電位（０を示す電位）が互いに異なる場合、及びこれらの組み合わせの場合がある。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the sixth embodiment. This semiconductor device is the same as that of the fourth embodiment except that a plurality of embedded insulating layers 18 are provided apart from each other on the substrate 10 located below the first inductor 310. In the example shown in FIG. 7, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) and a bonding wire (not shown) formed on the uppermost wiring layer 442. it can. In the configuration of FIG. 7, “the potentials of the input electric signals are different from each other” means that, for example, when the amplitudes of the electric signals (difference between the potentials indicating 0 and 1) are different from each other, the reference potentials ( There is a case where the potentials indicating 0) are different from each other, or a combination thereof.

本実施形態によっても第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１インダクタ３１０の下方に位置する基板１０には、複数の埋込絶縁層１８が互いに離間して設けられている。このため、第１インダクタ３１０および第２インダクタ３２０が形成する磁束によって基板１０に渦電流が生じることを抑制でき、信号伝達素子３００のＱ値を小さくすることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained. A plurality of buried insulating layers 18 are provided on the substrate 10 located below the first inductor 310 so as to be separated from each other. For this reason, it can suppress that an eddy current arises in the board | substrate 10 with the magnetic flux which the 1st inductor 310 and the 2nd inductor 320 form, and can make Q value of the signal transmission element 300 small.

図８は、第７の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この半導体装置は、第１インダクタ３１０の下方に位置する基板１０において、絶縁層１４と接している埋込絶縁層１８の代わりに絶縁層１４と分離されている埋込絶縁層１９を用いている点を除いて、第６の実施形態と同様である。埋込絶縁層１９はＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造を有しており、第１回路１００の第１トランジスタ及び第２回路２００の第２トランジスタの素子分離膜と同一工程で形成することができる。図８に示す例において、第２インダクタ３２０は、最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続することができる。図８の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、例えば電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なる場合、電気信号の基準電位（０を示す電位）が互いに異なる場合、及びこれらの組み合わせの場合がある。 FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the seventh embodiment. This semiconductor device uses a buried insulating layer 19 separated from the insulating layer 14 in place of the buried insulating layer 18 in contact with the insulating layer 14 in the substrate 10 positioned below the first inductor 310. Except for this point, the second embodiment is the same as the sixth embodiment. The buried insulating layer 19 has an STI (Shallow Trench Isolation) structure and can be formed in the same process as the element isolation films of the first transistor of the first circuit 100 and the second transistor of the second circuit 200. In the example shown in FIG. 8, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) and a bonding wire (not shown) formed in the uppermost wiring layer 442. it can. In the configuration of FIG. 8, “the electric potentials of the input electric signals are different from each other” means, for example, when the electric signals have different amplitudes (the difference between the electric potential indicating 0 and the electric potential indicating 1), There is a case where the potentials indicating 0) are different from each other, or a combination thereof.

本実施形態によっても第６の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、埋込絶縁層１９の代わりにＬＯＣＯＳ（Local Oxidation Of Silicon）酸化膜を用いても、同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained. The same effect can be obtained by using a LOCOS (Local Oxidation Of Silicon) oxide film instead of the buried insulating layer 19.

図９は、第８の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。本実施形態にかかる半導体装置は、第１インダクタ３１０の下方に位置する基板１０に、第７の実施形態に示した埋込絶縁層１９が形成されている点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。図９に示す例において、第２インダクタ３２０は、最上層の配線層４４２に形成されたパッド（図示せず）及びボンディングワイヤ（図示せず）を介して、第２回路２００に接続することができる。図９の構成において、「入力される電気信号の電位が互いに異なる」とは、電気信号の振幅（０を示す電位と１を示す電位の差）が互いに異なることを意味する。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the eighth embodiment. The semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the buried insulating layer 19 shown in the seventh embodiment is formed on the substrate 10 located below the first inductor 310. It is the same composition as. In the example shown in FIG. 9, the second inductor 320 can be connected to the second circuit 200 via a pad (not shown) and a bonding wire (not shown) formed in the uppermost wiring layer 442. it can. In the configuration of FIG. 9, “the electric potentials of the input electric signals are different from each other” means that the electric signals have different amplitudes (the difference between the electric potential indicating 0 and the electric potential indicating 1).

本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、基板１０に渦電流が生じることを抑制でき、信号伝達素子３００のＱ値を小さくすることができる。なお、埋込絶縁層１９の代わりにＬＯＣＯＳ酸化膜を用いても、同様の効果を得ることができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, the generation of eddy current in the substrate 10 can be suppressed, and the Q value of the signal transmission element 300 can be reduced. The same effect can be obtained by using a LOCOS oxide film instead of the buried insulating layer 19.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

１０基板
１２ベース基板
１４絶縁層
１６シリコン層
１８埋込絶縁層
１９埋込絶縁層
２０基板
１００第１回路
１２０ウェル
１２１第１導電型の第１トランジスタ
１２２不純物領域
１２４不純物領域
１２６ゲート電極
１４０ウェル
１４１第２導電型の第１トランジスタ
１４２不純物領域
１４４不純物領域
１４６ゲート電極
２００第２回路
２２０ウェル
２２１第１導電型の第２トランジスタ
２２２不純物領域
２２４不純物領域
２２６ゲート電極
２４０ウェル
２４１第２導電型の第２トランジスタ
２４２不純物領域
２４４不純物領域
２４６ゲート電極
３００信号伝達素子
３１０第１インダクタ
３２０第２インダクタ
４００多層配線層
４１０絶縁層
４１２配線層
４２０絶縁層
４２２配線層
４３０絶縁層
４３２配線層
４４０絶縁層
４４２配線層
５１０配線
５２０配線
５３０配線
５４０配線 10 substrate 12 base substrate 14 insulating layer 16 silicon layer 18 buried insulating layer 19 buried insulating layer 20 substrate 100 first circuit 120 well 121 first transistor 122 of first conductivity type impurity region 124 impurity region 126 gate electrode 140 well 141 Second conductivity type first transistor 142 Impurity region 144 Impurity region 146 Gate electrode 200 Second circuit 220 Well 221 First conductivity type second transistor 222 Impurity region 224 Impurity region 226 Gate electrode 240 Well 241 Second conductivity type second transistor 2 transistor 242 impurity region 244 impurity region 246 gate electrode 300 signal transmission element 310 first inductor 320 second inductor 400 multilayer wiring layer 410 insulating layer 412 wiring layer 420 insulating layer 422 wiring layer 430 insulating layer 432 wiring layer 440 Edge layer 442 Wiring layer 510 Wiring 520 Wiring 530 Wiring 540 Wiring

Claims

A substrate,
A multilayer wiring layer formed on the substrate, in which insulating layers and wiring layers are alternately stacked in this order t times (t ≧ 3);
A first inductor provided in an nth wiring layer of the multilayer wiring layer;
A second inductor provided in the m-th wiring layer (t ≧ m ≧ n + 2) of the multilayer wiring layer and positioned above the first inductor;
Any of the wiring layers located between the nth wiring layer and the mth wiring layer is not provided with an inductor located above the first inductor,
A first circuit connected to the first inductor;
A second circuit connected to the second inductor;
A semiconductor device comprising:

The semiconductor device according to claim 1,
The substrate is an SOI (Silicon On Insulator) substrate,
The first circuit includes a first transistor formed in a first region of the substrate,
The second circuit includes a second transistor formed in a second region of the substrate;
The semiconductor device of the SOI substrate includes a buried insulating layer that insulates the first region and the second region.

The semiconductor device according to claim 2,
The first transistor and the second transistor are semiconductor devices having different reference potentials.

4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first inductor and the second inductor are formed above a third region of the SOI substrate located between the first region and the second region. ,
The buried insulating layer is a semiconductor device that insulates the second region from the first region and the third region.

In the semiconductor device according to claim 1,
The nth wiring layer is the lowermost wiring layer, and the mth wiring layer is the uppermost wiring layer.