JP2014022600A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路に関し、例えば、動作電圧が大きく異なる回路間でデータ通信を行うためのアイソレータ素子を備えた半導体集積回路に好適に利用できる。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and can be suitably used for, for example, a semiconductor integrated circuit including an isolator element for performing data communication between circuits having greatly different operating voltages.
電圧レベルが大きく異なる回路間でデータ通信を行うアイソレータでは、絶縁素子間の絶縁膜内部を介した耐圧と絶縁膜の表面を介した耐圧(沿面絶縁耐圧)の両方を同時に確保することが必要である。沿面絶縁耐圧を確保するためには絶縁素子間の沿面距離を大きくする必要がある。したがって、絶縁素子を内蔵するデバイスの小型化が阻害されていた。 In an isolator that performs data communication between circuits with significantly different voltage levels, it is necessary to simultaneously secure both the withstand voltage between insulating elements and the withstand voltage through the surface of the insulating film (creeping withstand voltage). is there. In order to ensure the creeping withstand voltage, it is necessary to increase the creeping distance between the insulating elements. Therefore, downsizing of a device incorporating an insulating element has been hindered.
半導体集積回路においてアイソレータを構成する場合、金属配線で形成された絶縁素子の間を絶縁膜で隔絶する。一般に、絶縁素子としてトランスのインダクタ又はキャパシタの極板が用いられる。絶縁素子間の磁気結合又は容量結合により、絶縁素子間を電気的に絶縁しながら(すなわち、直流的に接続しないで)絶縁素子間で信号を伝達する。一般に、絶縁素子は半導体集積回路の積層方向に対向する。アイソレータの絶縁耐圧は、絶縁膜の単位サイズあたりの耐圧と絶縁素子間の隔絶距離によって決定される。隔絶距離には空間距離と沿面距離がある。空間距離及び沿面距離にそれぞれ対応する経路において絶縁破壊が発生し得る。空間距離とは、絶縁膜を介した絶縁素子間の最短距離である。空間距離に対応する経路における絶縁耐圧は、絶縁膜の単位厚さあたりの耐圧と空間距離との積である。沿面距離とは、絶縁膜の表面(空間に面した表面や他の絶縁膜との接合界面)に沿った絶縁素子間の最短距離である。絶縁膜の表面の近傍では、絶縁物質の密度が低く、又は、不純物やプロセスの残留物により低抵抗パスが形成される。そのため、沿面距離に対応する経路における絶縁耐圧は、絶縁膜の表面の単位長さあたりの耐圧と沿面距離との積である。絶縁膜の表面の単位長さあたりの耐圧は、絶縁膜の単位厚さあたりの耐圧に比べて、ずっと低く、且つ、ばらつきが大きい。 When an isolator is configured in a semiconductor integrated circuit, insulating elements formed of metal wiring are isolated by an insulating film. Generally, a transformer inductor or a capacitor plate is used as an insulating element. A signal is transmitted between the insulating elements while being electrically insulated (that is, not connected in a direct current) between the insulating elements by magnetic coupling or capacitive coupling between the insulating elements. In general, the insulating element faces the stacking direction of the semiconductor integrated circuit. The isolation voltage of the isolator is determined by the breakdown voltage per unit size of the insulating film and the isolation distance between the insulating elements. Isolation distances include spatial distances and creepage distances. Dielectric breakdown may occur in paths corresponding to the clearance distance and creepage distance, respectively. The spatial distance is the shortest distance between insulating elements via an insulating film. The withstand voltage in the path corresponding to the spatial distance is the product of the withstand voltage per unit thickness of the insulating film and the spatial distance. The creepage distance is the shortest distance between the insulating elements along the surface of the insulating film (the surface facing the space or the bonding interface with another insulating film). In the vicinity of the surface of the insulating film, the density of the insulating material is low, or a low-resistance path is formed by impurities or process residues. Therefore, the withstand voltage in the path corresponding to the creepage distance is the product of the withstand voltage per unit length of the surface of the insulating film and the creepage distance. The withstand voltage per unit length of the surface of the insulating film is much lower and the variation is larger than the withstand voltage per unit thickness of the insulating film.
一例として、キャパシタの第1極板がポリイミド膜の下に設けられ、キャパシタの第2極板と第1極板に接続されるパッドとがポリイミド膜の上に設けられた半導体チップを考える。この場合、空間距離はポリイミド膜の膜厚であり、沿面距離はポリイミド膜の上面に沿った第2極板とパッドとの最短距離である。キャパシタに要求される絶縁耐圧が5kVの場合、ポリイミドの典型的な絶縁耐圧は0.25kV/μmであるから、必要な空間距離は20μmである。これに対し、ポリイミド膜の積層界面の単位長さあたりの耐圧をポリイミドの絶縁耐圧の1/10と仮定すると、必要な沿面距離は200μmである。したがって、第1極板に接続されるパッドと第2極板の間の沿面絶縁耐圧を確保しながら第1極板及び第2極板を内蔵するデバイスを小型化することは困難である。 As an example, consider a semiconductor chip in which a first electrode plate of a capacitor is provided under a polyimide film, and a second electrode plate of the capacitor and a pad connected to the first electrode plate are provided on the polyimide film. In this case, the spatial distance is the film thickness of the polyimide film, and the creepage distance is the shortest distance between the second electrode plate and the pad along the upper surface of the polyimide film. When the withstand voltage required for the capacitor is 5 kV, the typical withstand voltage of polyimide is 0.25 kV / μm, so the required spatial distance is 20 μm. On the other hand, assuming that the withstand voltage per unit length of the laminated interface of the polyimide film is 1/10 of the withstand voltage of polyimide, the necessary creepage distance is 200 μm. Therefore, it is difficult to reduce the size of the device incorporating the first electrode plate and the second electrode plate while ensuring the creeping withstand voltage between the pad connected to the first electrode plate and the second electrode plate.
特許文献1(特表2010−536180号公報)は、接着及び破壊靱性が改善されるデバイスを開示している。デバイスは、波形上面を有する第1の誘電層と、第1の誘電層の上に配置され、相補的な波形表面を有する第2の誘電層とを含む。 Patent document 1 (Japanese translations of PCT publication No. 2010-536180) is disclosing the device by which adhesion | attachment and fracture toughness are improved. The device includes a first dielectric layer having a corrugated top surface and a second dielectric layer disposed on the first dielectric layer and having a complementary corrugated surface.
特許文献2(特開2007−123779号公報)は、Cu配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上にバリア絶縁膜が設けられるCu配線膜構造を開示している。Cu配線膜及び/又はバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が形成されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-123779 discloses a Cu wiring film structure in which a barrier insulating film is provided on a Cu wiring film, a barrier metal film, and an inter-wiring insulating film. A step is formed between the lower surface of the barrier insulating film on the Cu wiring film and / or the barrier metal film and the lower surface of the barrier insulating film on the inter-wiring insulating film.
特許文献3(特開2003−303939号公報)は、パワー半導体装置を開示している。パワー半導体装置の端子間に設けられた凸壁及び凹部により、規定の絶縁沿面距離が確保される。 Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-303939) discloses a power semiconductor device. A prescribed insulating creepage distance is secured by the convex wall and the concave portion provided between the terminals of the power semiconductor device.
特許文献4(特開2001−358321号公報)は、二次元画像検出器を開示している。二次元画像検出器は、画素電極と、画素電極の上部に形成された変換層と、変換層の上部に設けられた共通電極と、共通電極と接地間に電圧を印加する電源とを備える。変換層は、光又は放射線を吸収して電子―正孔対を発生する。共通電極と接地間の沿面距離を長くして耐電圧を向上させる凹凸面が変換層上に形成される。 Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-358321) discloses a two-dimensional image detector. The two-dimensional image detector includes a pixel electrode, a conversion layer formed on the pixel electrode, a common electrode provided on the conversion layer, and a power source that applies a voltage between the common electrode and the ground. The conversion layer absorbs light or radiation and generates electron-hole pairs. An uneven surface that increases the creeping distance between the common electrode and the ground to improve the withstand voltage is formed on the conversion layer.
絶縁領域を含むアイソレータ全体の占有面積を増加することなく沿面絶縁耐圧を向上することが必要とされている。 There is a need to improve the creeping withstand voltage without increasing the occupied area of the entire isolator including the insulating region.
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.
一実施の形態による半導体集積回路において、異なる電圧で動作する回路を互いに絶縁する絶縁体に、複数の凹凸パターンが形成される。 In a semiconductor integrated circuit according to an embodiment, a plurality of uneven patterns are formed on an insulator that insulates circuits that operate at different voltages.
他の実施の形態による半導体集積回路の製造方法において、異なる電圧で動作する回路を互いに絶縁する絶縁体に複数の凹凸パターンを形成する。 In a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to another embodiment, a plurality of concave and convex patterns are formed on an insulator that insulates circuits that operate at different voltages.
前記一実施の形態によれば、絶縁領域を含むアイソレータ全体の占有面積を増加することなく、異なる電圧で動作する回路間の沿面絶縁耐圧を向上することができる。 According to the embodiment, the creeping withstand voltage between circuits operating at different voltages can be improved without increasing the occupied area of the entire isolator including the insulating region.
添付図面を参照して、半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法を実施するための形態を以下に説明する。 With reference to the attached drawings, embodiments for carrying out a semiconductor integrated circuit and a method for manufacturing the semiconductor integrated circuit will be described below.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体集積回路が適用されるモータ制御装置の回路図である。モータ制御装置は、マイクロコントローラ1と、アイソレータ2と、ゲートドライバ6と、トランジスタ7を備える。モータ制御装置によって制御されるモータ8は、ループ状に接続された3つのコイルと、ロータ(不図示)とを備える。隣り合うコイル間のノードに対応して、二つのトランジスタ7が設けられる。トランジスタ7は、例えば、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)である。一方のトランジスタ7はノードに電源電位を供給するために用いられ、他方のトランジスタ7はノードに接地電位を供給するために用いられる。一つのトランジスタ7に対応して、一つのゲートドライバ6と一つのアイソレータ2とが設けられる。アイソレータ2は、送信回路3と、アイソレータ素子4と、受信回路5とを備える。アイソレータ素子4は、例えば、キャパシタ又はトランスである。送信回路3はマイクロコントローラ1に接続される。送信回路3はアイソレータ素子4を介して受信回路5に接続される。受信回路5はゲートドライバ6に接続される。ゲートドライバ6はトランジスタ7のゲートに接続される。マイクロコントローラ1、送信回路3、及びアイソレータ素子4の一部は、低い電圧(例えば、5V)で動作する回路を形成する。アイソレータ素子4の他の一部、受信回路5、ゲートドライバ6、トランジスタ7、及びモータ8は、高い電圧(例えば、1kV)で動作する回路を形成する。アイソレータ2は、低い電圧で動作する回路と高い電圧で動作する回路を電気的に絶縁しながら(これらの回路を直流的に接続しないで)、マイクロコントローラ1が出力した制御信号をゲートドライバ6に伝達する。ゲートドライバ6は、制御信号に基づいてトランジスタ7のオン/オフを制御する。合計6つのトランジスタ7のオン/オフによりモータ8の3つのコイルが回転磁界を発生し、その回転磁界によりロータが回転する。尚、マイクロコントローラ1は、周辺機器(不図示)やコンソール(不図示)に接続されても良い。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram of a motor control device to which the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment is applied. The motor control device includes a microcontroller 1, an
図2は、本実施形態に係る半導体パッケージの一例を示す。半導体パッケージ121は、半導体チップ101と、半導体チップ102と、半導体チップ101及び102をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ101は、送信回路3とアイソレータ素子4とを備える。半導体チップ102は、受信回路5を備える。アイソレータ素子4と受信回路5とはボンディングワイヤを介して接続される。
FIG. 2 shows an example of a semiconductor package according to this embodiment. The
図3は、本実施形態に係る半導体パッケージの他の例を示す。半導体パッケージ122は、半導体チップ103と、半導体チップ104と、半導体チップ103及び104をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ103は、送信回路3を備える。半導体チップ104は、アイソレータ素子4と受信回路5とを備える。送信回路3とアイソレータ素子4とはボンディングワイヤを介して接続される。
FIG. 3 shows another example of the semiconductor package according to the present embodiment. The
図4は、本実施形態に係るプリント配線基板組立体の一例を示す。プリント配線基板組立体141は、半導体パッケージ123と、半導体パッケージ124と、半導体パッケージ123及び124を搭載したプリント配線基板131とを備える。半導体パッケージ123は、半導体チップ105と、半導体チップ102と、半導体チップ105及び102をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ105は、マイクロコントローラ1と、送信回路3と、アイソレータ素子4とを備える。半導体チップ102の受信回路5とアイソレータ素子4とはボンディングワイヤを介して接続される。半導体パッケージ124は、半導体チップ106と、半導体チップ106をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ106は、ゲートドライバ6を備える。
FIG. 4 shows an example of a printed wiring board assembly according to the present embodiment. The printed
図5は、本実施形態に係るプリント配線基板組立体の他の例を示す。プリント配線基板組立体142は、半導体パッケージ125と、半導体パッケージ126と、半導体パッケージ125及び126を搭載するプリント配線基板132とを備える。半導体パッケージ125は、半導体チップ107と、半導体チップ107をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ107は、マイクロコントローラ1と、送信回路3とを備える。半導体パッケージ126は、半導体チップ108と、半導体チップ108をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ108は、アイソレータ素子4と、受信回路5と、ゲートドライバ6とを備える。送信回路3とアイソレータ素子4とはボンディングワイヤを介して接続される。
FIG. 5 shows another example of the printed wiring board assembly according to the present embodiment. The printed
図6は、半導体チップ10の断面図を示す。半導体チップ10は、半導体チップ101、104、105、又は108である。第1電圧で動作する第1電圧動作回路30は、絶縁素子31と、パッド32と、ボンディングワイヤ33と、回路34とを備える。絶縁素子31は、回路34を介してパッド32に接続される。ボンディングワイヤ33はパッド32に接続される。第1電圧と異なる第2電圧で動作する第2電圧動作回路40は、絶縁素子41と、パッド42と、ボンディングワイヤ43とを備える。パッド42は、絶縁素子41に接続される。ボンディングワイヤ43はパッド42に接続される。
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the
半導体チップ10は、基板11と、層間絶縁膜12〜17と、絶縁膜20〜21と、絶縁素子31と、パッド32と、回路34と、絶縁素子41と、パッド42とを備える。層間絶縁膜12〜17及び絶縁膜20〜21は、基板11上に順に積層されている。絶縁素子31及び回路34は、内部配線として層間絶縁膜13〜17に形成されている。パッド32、絶縁素子41、及びパッド42は、追加配線(再配線)として絶縁膜20〜21に形成されている。層間絶縁膜12〜17は、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)である。層間絶縁膜12〜17は、絶縁膜である。絶縁膜20〜21は、例えば、ポリイミド膜である。絶縁素子31及び41は、アイソレータ素子4としてのトランス又はキャパシタを形成する。絶縁素子31及び41は、例えば、一対の極板又はインダクタ(コイル)である。回路34は、送信回路3、受信回路5、マイクロコントローラ1及び送信回路3の両方、又は、受信回路5及びゲートドライバ6の両方を含む。
The
絶縁素子31は、層間絶縁膜17に形成されている。絶縁素子31及び層間絶縁膜17の上に絶縁膜20が形成されている。絶縁膜20の上にパッド32、絶縁素子41、及びパッド42が形成されている。絶縁素子41は、絶縁膜20を介して絶縁素子31と向かい合うように設けられている。パッド32、絶縁素子41、パッド42、及び絶縁膜20の上に絶縁膜21が形成されている。パッド32の絶縁膜21で覆われない部分、パッド42の絶縁膜21で覆われない部分、絶縁膜21、ボンディングワイヤ33、及びボンディングワイヤ43は、樹脂22で覆われている。
The insulating
第1電圧動作回路30及び第2電圧動作回路40を互いに絶縁する絶縁体20〜22に、互いに平行な複数の凹凸パターンが形成されている。絶縁膜20の上面20aには、互いに平行な複数の凹凸パターン25が形成されている。絶縁膜21の下面には、複数の凹凸パターン25に相補的な複数の凹凸パターンが形成されている。絶縁膜21及び樹脂22の界面の複数の凹凸パターン25の上方位置にも複数の凹凸パターンが形成されている。
A plurality of concavo-convex patterns parallel to each other are formed on the
図7を参照して、互いに平行な複数の凹凸パターン25は、互いに平行な複数の溝パターン25として形成されている。符号Lは、絶縁素子41とパッド32との距離を示す。符号Tは、絶縁膜20の膜厚を示す。符号Hは、複数の溝パターン25の溝深さを示す。符号Pは、複数の溝パターン25の溝ピッチを示す。複数の溝パターン25に含まれる溝パターンの数をNとすると、第1電圧動作回路30及び第2電圧動作回路40の間の沿面距離CDは次式:
CD=L+2NH ・・・(1)
で表される。絶縁素子41とパッド32の間の領域全体に複数の溝パターン25が設けられる場合、沿面距離CDは次式:
CD=L(1+2H/P) ・・・(2)
で表される。溝深さHが1μm、溝ピッチPが2μmの場合、(2)式から沿面距離CDは距離Lの2倍である。
Referring to FIG. 7, the plurality of concavo-
CD = L + 2NH (1)
It is represented by When the plurality of
CD = L (1 + 2H / P) (2)
It is represented by When the groove depth H is 1 μm and the groove pitch P is 2 μm, the creepage distance CD is twice the distance L from the equation (2).
上述したように、本実施形態によれば互いに平行な複数の凹凸パターンによって第1電圧動作回路30及び第2電圧動作回路40の間の沿面距離が拡大する。そのため、絶縁領域を含むアイソレータ全体の占有面積を増加することなく、異なる電圧で動作する回路間の沿面絶縁耐圧を向上することができる。逆に言うと、沿面絶縁耐圧を確保しながら半導体チップ10のサイズを縮小することができる。
As described above, according to the present embodiment, the creeping distance between the first
(1)式によれば、溝深さHが大きく、溝パターンの数Nが大きいほど、沿面距離CDが延びる。しかし、溝深さHが大きくなると、絶縁膜20の実効膜厚ETが小さくなって逆に絶縁膜20を介した絶縁耐圧が劣化してしまう可能性がある。実効膜厚ETは次式:
ET=T−H ・・・(3)
で表される。したがって、溝深さHが小さい溝パターンを多数設けることが好ましい。
According to equation (1), the creepage distance CD increases as the groove depth H increases and the number N of groove patterns increases. However, when the groove depth H is increased, the effective film thickness ET of the insulating
ET = TH (3)
It is represented by Therefore, it is preferable to provide a large number of groove patterns having a small groove depth H.
半導体集積回路の製造方法を説明する。第1電圧動作回路30を形成する。第2電圧動作回路40を形成する。第1電圧動作回路30及び第2電圧動作回路40を互いに絶縁する絶縁体20〜22を形成する。絶縁体20〜22に互いに平行な複数の凹凸パターンを形成する。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit will be described. A first
図8を参照して、絶縁素子31及び回路34を形成した後で絶縁膜20を形成する。絶縁膜20の上にパッド32、絶縁素子41、及びパッド42を形成する。絶縁膜20の上面20aに互いに平行な複数の溝パターン25を形成する。複数の溝パターン25は、例えば、回路34の上方に形成される。複数の溝パターン25は、エッチング又は露光により形成することができる。この後、絶縁膜20の上に絶縁膜21を形成すると、絶縁膜21の上面の複数の溝パターン25の上方の部分に複数の凹凸パターンが形成される。絶縁膜21を樹脂22で覆うと、樹脂22との接合面に相補的な凹凸パターンが形成される。複数の溝パターン25は、半導体チップ10の断面を光学顕微鏡で観察することにより確認できる。絶縁膜20と絶縁膜21の組成が同じ場合は複数の溝パターン25を直接確認することが難しい場合があるが、その場合でも絶縁膜21の上面の複数の凹凸パターンから複数の溝パターン25の存在を推認することができる。ここでは、絶縁膜20の上面20aの複数の溝パターン25が絶縁膜21の上面に反映する場合を説明したが、絶縁膜21の上面にエッチング等により凹凸パターンを形成してもよい。この場合、絶縁膜20の上面20aの凹凸パターンと絶縁膜21の上面の凹凸パターンとで位置がずれていてもよい。
Referring to FIG. 8, after forming insulating
図9を参照して、複数の溝パターン25は、絶縁膜20の上面20aのパッド32と絶縁素子41との間の領域に形成される。複数の溝パターン25は、絶縁膜20の厚さ方向から見て(絶縁素子31及び41の対向方向から見て)、パッド32と絶縁素子41とを結ぶ線分と交差するように形成される。
Referring to FIG. 9, the plurality of
図9において、絶縁素子41は、極板として示されている。絶縁素子41が極板のとき、絶縁素子31も極板である。
図10に示すように、絶縁素子41は、インダクタ(コイル)であってもよい。絶縁素子41がインダクタ(コイル)のとき、絶縁素子31もインダクタ(コイル)である。一のパッド42が絶縁素子41の内側に配置され、他のパッド42が絶縁素子41の外側に配置されている。両方のパッド42が絶縁素子41の外側に配置されてもよい。
In FIG. 9, the insulating
As shown in FIG. 10, the insulating
尚、図示しなかったが、送信回路3、アイソレータ素子4、及び受信回路5を同一の半導体チップに搭載することも可能である。
Although not shown, the
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法は、以下の説明を除いて第1の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法と同様である。
(Second Embodiment)
The semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the second embodiment are the same as the semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the first embodiment except for the following description.
図11を参照して、複数の溝パターン25は、半導体チップ10上面から見て(絶縁膜20の膜厚方向から見て、絶縁素子31及び41の対向方向から見て)、絶縁素子41を幾重にも取り囲む閉じたループである。絶縁素子41及びパッド42は閉じたループを形成する複数の溝パターン25の内側に配置され、パッド32は閉じたループを形成する複数の溝パターン25の外側に配置される。
Referring to FIG. 11, the plurality of
絶縁膜20及び21の間の界面の抵抗率が均一であると仮定すると、沿面絶縁耐圧は最も沿面距離が短い経路の長さによって決まる。そのため、閉じたループを形成する複数の溝パターン25により、沿面絶縁耐圧を確実に向上することができる。
尚、閉じたループを形成する複数の溝パターン25の内側にパッド32を、外側に絶縁素子41及びパッド42を配置してもよい。パッド32及び絶縁素子41のうち外形形状が小さい方を複数の溝パターン25の内側に配置することで、複数の溝パターン25の占有面積を小さくできる。
Assuming that the resistivity at the interface between the insulating
The
尚、絶縁素子41を取り囲む複数の溝パターン25は、パッド32の反対側がオープンになっていてもよい。
例えば、図12に示すように、複数の溝パターン25は、半導体チップ10上面から見て(絶縁膜20の膜厚方向から見て、絶縁素子31及び41の対向方向から見て)、絶縁素子41を幾重にも取り囲む直角U字形を形成する。ここで、直角U字形を形成する複数の溝パターン25は、パッド32の反対側がオープンになっている。半導体チップ10上面から見て、直角U字形を形成する複数の溝パターン25の少なくとも一部は、パッド32と絶縁素子41の間に配置される。直角U字形の複数の溝パターン25によれば、図9に示す直線状の複数の溝パターン25と図11に示す閉じたループを形成する複数の溝パターン25との中間の沿面絶縁耐圧向上効果が得られると考えられる。
直角U字形の複数の溝パターン25の内側にパッド32を、外側に絶縁素子41を配置してもよい。
The plurality of
For example, as shown in FIG. 12, the plurality of
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法は、以下の説明を除いて第1又は第2の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法と同様である。
(Third embodiment)
The semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the third embodiment are the same as the semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the first or second embodiment except for the following description.
図13を参照して、絶縁膜20の上面20aに形成された複数の溝パターン25の溝深さは、絶縁素子41から遠いほど大きくなっている。すなわち、絶縁素子41から離れる方向にK+1番目の溝パターンの溝深さは、K番目の溝パターンの溝深さと等しい又はより大きい。複数の溝パターン25は、溝パターン26及び27を含む。絶縁素子41から溝パターン27までの距離は、絶縁素子41から溝パターン26までの距離より長く、溝パターン27の溝深さは、溝パターン26の溝深さより大きい。
Referring to FIG. 13, the groove depth of the plurality of
図14を参照して、本実施形態の効果を説明する。(1)式が示すように溝深さを大きくすれば沿面距離が大きくなるが、(3)式が示すように絶縁膜20の実効膜厚が減少して絶縁耐圧が劣化するおそれがある。絶縁素子41の端部から距離x離れた位置にある溝の溝深さをH(x)とする。溝を介した経路における第1電圧動作回路30と第2電圧動作回路40の間の絶縁耐圧が、絶縁素子31及び41の間の絶縁耐圧以上であれば問題ない。この関係は、絶縁膜20の単位膜厚あたりの耐圧をA、絶縁膜20及び21の間の界面の単位長さあたりの耐圧をaとすると、次式:
ax+A{T−H(x)}≧AT ・・・(4)
で表される。すなわち、次式:
H(x)≦(a/A)x ・・・(5)
の関係が満たされればよい。すわわち、絶縁素子41からの距離が大きいほど、溝深さを大きくできる。本実施形態によれば、絶縁膜20の内部を介した絶縁耐圧を劣化させずに、第1電圧動作回路30及び第2電圧動作回路40の間の沿面距離を最大化することができる。
The effect of this embodiment is demonstrated with reference to FIG. Increasing the groove depth increases the creepage distance as shown by the equation (1), but the effective film thickness of the insulating
ax + A {TH (x)} ≧ AT (4)
It is represented by That is, the following formula:
H (x) ≦ (a / A) x (5)
As long as the relationship is satisfied. In other words, the greater the distance from the insulating
溝深さに勾配がついた複数の溝パターン25は、工程数を増やすことで容易に形成できる。複数の溝パターン25の溝深さに勾配をつける方法を以下に説明する。
A plurality of
図8に示すように、絶縁膜20の上面20aに互いに平行な複数の溝パターン25を形成する。この段階では、複数の溝パターン25の溝深さは均一である。
図15Aに示すように、複数の溝パターン25のうち絶縁素子41から遠い部分25aを掘り下げる。例えば、部分25a以外をマスクした状態で、エッチング又は露光を行うことにより部分25aだけを掘り下げることができる。
図15Bに示すように、複数の溝パターン25のうち絶縁素子41から遠い部分25bを更に掘り下げる。
図15Cは、複数の溝パターン25の溝深さに勾配をつけるプロセスが終了した状態を示している。複数の溝パターン25の溝深さが絶縁素子41から遠いほど大きくなっている。
As shown in FIG. 8, a plurality of
As shown in FIG. 15A, a
As shown in FIG. 15B, a
FIG. 15C shows a state in which the process of applying a gradient to the groove depth of the plurality of
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法は、以下の説明を除いて第1の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法と同様である。
(Fourth embodiment)
The semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the fourth embodiment are the same as the semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the first embodiment except for the following description.
図16を参照して、本実施形態においては、絶縁膜20及び21のかわりに、層間絶縁膜18及び19が設けられている。層間絶縁膜18及び19は、例えば、シリコン酸化膜(SiO2膜)である。パッド32、絶縁素子41、及びパッド42は、内部配線として層間絶縁膜19に形成されている。
Referring to FIG. 16, in this embodiment,
絶縁素子31は、層間絶縁膜13に形成されている。絶縁素子31及び層間絶縁膜13の上に層間絶縁膜14〜18が形成されている。層間絶縁膜18の上にパッド32、絶縁素子41、パッド42、及び層間絶縁膜19が形成されている。絶縁素子41は、層間絶縁膜14〜18を介して絶縁素子31と向かい合うように設けられている。パッド32、絶縁素子41、パッド42、及び層間絶縁膜19、ボンディングワイヤ33、及びボンディングワイヤ43は、樹脂22で覆われている。
The insulating
第1電圧動作回路30及び第2電圧動作回路40を互いに絶縁する絶縁体18、19、22に、互いに平行な複数の凹凸パターンが形成されている。層間絶縁膜18の上面18aには、互いに平行な複数の凹凸パターン25が形成されている。層間絶縁膜19の下面には、複数の凹凸パターン25に相補的な複数の凹凸パターンが形成されている。層間絶縁膜19及び樹脂22の界面の複数の凹凸パターン25の上方位置にも複数の凹凸パターンが形成されている。
A plurality of concavo-convex patterns parallel to each other are formed on the
尚、互いに平行な複数の凹凸パターンは、最上部の層間絶縁膜どうしの接合界面だけでなく、様々な場所の層間絶縁膜どうしの接合界面に形成されてもよい。例えば、層間絶縁膜15及び16の間の接合界面に互いに平行な複数の凹凸パターンを形成してもよい。
また、本実施形態を第2の実施形態や第3の実施形態と組み合わせることが可能である。
Note that the plurality of uneven patterns parallel to each other may be formed not only at the bonding interface between the uppermost interlayer insulating films but also at the bonding interfaces between interlayer insulating films at various locations. For example, a plurality of concavo-convex patterns parallel to each other may be formed at the bonding interface between the interlayer insulating
In addition, this embodiment can be combined with the second embodiment or the third embodiment.
(第5の実施形態)
第5の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法は、以下の説明を除いて第1の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法と同様である。
(Fifth embodiment)
The semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the fifth embodiment are the same as the semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the first embodiment except for the following description.
図17は、本実施形態に係るプリント配線基板組立体の一例を示す。プリント配線基板組立体143は、半導体パッケージ127と、半導体パッケージ128と、半導体パッケージ124と、半導体パッケージ127、128、及び124を搭載したプリント配線基板133とを備える。半導体パッケージ127は、半導体チップ109と、半導体チップ109をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ109は、マイクロコントローラ1を備える。半導体パッケージ128は、半導体チップ103と、半導体チップ110と、半導体チップ102と、半導体チップ103、110、及び102をモールドする樹脂22とを備える。半導体チップ110は、アイソレータ素子4を備える。半導体チップ103の送信回路3とアイソレータ素子4とはボンディングワイヤを介して接続される。アイソレータ素子4と半導体チップ102の受信回路5とはボンディングワイヤを介して接続される。
FIG. 17 shows an example of a printed wiring board assembly according to the present embodiment. The printed
図18を参照して、半導体チップ10は、半導体チップ110である。第1電圧動作回路30は、絶縁素子31と、パッド32と、ボンディングワイヤ33と、引出配線35とを備える。絶縁素子31は、引出配線35を介してパッド32に接続される。引出配線35は、内部配線として層間絶縁膜13に形成されている。
また、本実施形態と第2及び第3の実施形態に係る複数の凹凸パターン25とを組み合わせることが可能である。
With reference to FIG. 18, the
Moreover, it is possible to combine this embodiment and the several uneven |
(第6の実施形態)
第6の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法は、以下の説明を除いて第5の実施形態に係る半導体集積回路及びその製造方法と同様である。
(Sixth embodiment)
The semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the sixth embodiment are the same as the semiconductor integrated circuit and the manufacturing method thereof according to the fifth embodiment except for the following description.
図19を参照して、半導体チップ10上面から見て、複数の溝パターン25がパッド32と絶縁素子41の間の領域のみに形成され、複数の溝パターン25が形成された領域を迂回するように引出配線35が設けられる。したがって、半導体チップ10上面から見て、複数の溝パターン25は、第1電圧動作回路30と重ならない。
Referring to FIG. 19, when viewed from the top surface of
したがって、複数の溝パターン25の溝深さを大きくしても、溝パターン25の下端と第1電圧動作回路30(例えば、引出配線35)との間で絶縁膜20を介した絶縁破壊が生じることが防がれる。
Therefore, even if the groove depth of the plurality of
尚、第1の実施形態、第3の実施形態、及び第4の実施形態においても、半導体チップ10の上面から見て、複数の溝パターン25が第1電圧動作回路30(例えば、回路34)と重ならないようにしてもよい。
Note that also in the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, when viewed from the top surface of the
(第7の実施形態)
第7の実施形態に係る半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法は、以下の説明を除いて第4の実施形態に係る半導体集積回路及び半導体集積回路の製造方法と同様である。
(Seventh embodiment)
The semiconductor integrated circuit and the semiconductor integrated circuit manufacturing method according to the seventh embodiment are the same as the semiconductor integrated circuit and the semiconductor integrated circuit manufacturing method according to the fourth embodiment except for the following description.
図20を参照して、半導体チップ10は、半導体チップ110である。第1電圧動作回路30は、絶縁素子31と、パッド32と、ボンディングワイヤ33と、引出配線35とを備える。絶縁素子31は、引出配線35を介してパッド32に接続される。引出配線35は、内部配線として層間絶縁膜13に形成されている。
Referring to FIG. 20, the
尚、本実施形態においても、第6の実施形態と同様に、半導体チップ10の上面から見て、複数の溝パターン25が第1電圧動作回路30と重ならないようにしてもよい。
In the present embodiment, as in the sixth embodiment, the plurality of
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、溝ピッチPが一定であると複数の溝パターン25に含まれる溝パターンの数Nが大きいので好ましいが、溝ピッチPは一定でなくてもよい。複数の溝パターン(凹凸パターン)25は互いに平行でなくてもよい。絶縁素子31及び41の形状は、四角形に限定されず、八角形でもよい。複数の溝パターン(凹凸パターン)25は、X方向に延びる部分、X方向に垂直なY方向に延びる部分、及び、X方向及びY方向に対して斜めに延びる部分を含んでいてもよい。
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. For example, it is preferable that the groove pitch P is constant because the number N of groove patterns included in the plurality of
1…マイクロコントローラ
2…アイソレータ
3…送信回路
4…アイソレータ素子
5…受信回路
6…ゲートドライバ
7…トランジスタ
8…モータ
10…半導体チップ
11…基板
12〜19…層間絶縁膜
18a…上面
20、21…絶縁膜
20a…上面
22…樹脂
25…凹凸パターン
25a、25b…絶縁素子から遠い部分
26、27…溝パターン
30…第1電圧動作回路
40…第2電圧動作回路
31、41…絶縁素子
32、42…パッド
33、43…ボンディングワイヤ
34…回路
35…引出配線
101〜110…半導体チップ
121〜128…半導体パッケージ
131〜133…プリント配線基板
141〜143…プリント配線基板組立体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (8)
前記第1電圧と異なる第2電圧で動作する第2回路と、
前記第1回路及び前記第2回路を互いに絶縁する絶縁体と
を具備し、
前記絶縁体に複数の凹凸パターンが形成される
半導体集積回路。 A first circuit operating at a first voltage;
A second circuit operating at a second voltage different from the first voltage;
An insulator for insulating the first circuit and the second circuit from each other;
A semiconductor integrated circuit in which a plurality of uneven patterns are formed on the insulator.
前記絶縁体は絶縁膜を含み、
前記第1回路は、
第1絶縁素子と、
前記第1絶縁素子に接続された第1パッドと
を備え、
前記第2回路は、前記絶縁膜を介して前記第1絶縁素子と向かい合うように設けられた第2絶縁素子を備え、
前記第1絶縁素子及び前記第2絶縁素子は、キャパシタ又はトランスを形成する一対の極板又はインダクタであり、
前記複数の凹凸パターンは、前記第1絶縁素子及び前記第2絶縁素子の対向方向に見て前記第1パッドと前記第2絶縁素子とを結ぶ線分と交差するように、前記絶縁膜に形成される
半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 1,
The insulator includes an insulating film;
The first circuit includes:
A first insulating element;
A first pad connected to the first insulating element;
The second circuit includes a second insulating element provided to face the first insulating element through the insulating film,
The first insulating element and the second insulating element are a pair of plates or inductors forming a capacitor or a transformer,
The plurality of concavo-convex patterns are formed in the insulating film so as to intersect with a line segment connecting the first pad and the second insulating element when viewed in a facing direction of the first insulating element and the second insulating element. Semiconductor integrated circuit.
前記複数の凹凸パターンは、閉じたループを形成し、
前記対向方向に見て、前記第2絶縁素子は前記閉じたループの内側及び外側の一方に配置され、前記第1パッドは前記内側及び前記外側の他方に配置される
半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 2,
The plurality of uneven patterns form a closed loop,
The second insulating element is disposed on one of the inside and the outside of the closed loop when viewed in the facing direction, and the first pad is disposed on the other of the inside and the outside. Semiconductor integrated circuit.
前記第1絶縁素子は、前記絶縁膜の下に配置され、
前記第2絶縁素子は、前記絶縁膜の上に配置され、
前記複数の凹凸パターンは、前記絶縁膜の上面に形成された複数の溝パターンであり、
前記複数の溝パターンの溝深さは、前記第2絶縁素子から遠いほど大きい
半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit according to claim 2 or 3,
The first insulating element is disposed under the insulating film,
The second insulating element is disposed on the insulating film;
The plurality of concavo-convex patterns are a plurality of groove patterns formed on the upper surface of the insulating film,
The groove depth of the plurality of groove patterns increases as the distance from the second insulating element increases. Semiconductor integrated circuit.
前記対向方向に見て、前記第1回路は前記複数の凹凸パターンと重ならない
半導体集積回路。 The semiconductor integrated circuit according to claim 2,
The semiconductor integrated circuit, wherein the first circuit does not overlap the plurality of uneven patterns when viewed in the facing direction.
前記第1絶縁素子の上に形成された絶縁膜と、
前記第1絶縁素子と対向するように前記絶縁膜の上に形成された第2絶縁素子と、
前記絶縁膜の上に形成された第1パッドと
を具備し、
前記第1パッドは前記第1絶縁素子に接続され、
前記第1絶縁素子及び前記第2絶縁素子は、動作電圧が異なる回路間で信号を伝達するトランス又はキャパシタを形成する一対のインダクタ又は極板であり、
前記絶縁膜の上面の前記第1パッドと前記第2絶縁素子との間の領域に、複数の溝パターンが形成され、
前記複数の溝パターンは、前記第1パッドと前記第2絶縁素子とを結ぶ線分と交差する
半導体チップ。 A first insulating element;
An insulating film formed on the first insulating element;
A second insulating element formed on the insulating film so as to face the first insulating element;
A first pad formed on the insulating film;
The first pad is connected to the first insulating element;
The first insulating element and the second insulating element are a pair of inductors or electrode plates that form a transformer or a capacitor that transmits a signal between circuits having different operating voltages,
A plurality of groove patterns are formed in a region between the first pad and the second insulating element on the upper surface of the insulating film,
The plurality of groove patterns intersect a line segment connecting the first pad and the second insulating element.
前記第1電圧と異なる第2電圧で動作する第2回路を形成することと、
前記第1回路及び前記第2回路を互いに絶縁する絶縁体を形成することと、
前記絶縁体に複数の凹凸パターンを形成することと
を具備する
半導体集積回路の製造方法。 Forming a first circuit operating at a first voltage;
Forming a second circuit that operates at a second voltage different from the first voltage;
Forming an insulator that insulates the first circuit and the second circuit from each other;
Forming a plurality of concavo-convex patterns on the insulator; and a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit.
前記絶縁体を形成することは、絶縁膜を形成することを含み、
前記第1回路を形成することは、
第1絶縁素子を形成することと、
前記第1絶縁素子に接続される第1パッドを形成することと
を含み、
前記第2回路を形成することは、前記第1絶縁素子と対向するように前記絶縁膜の上に第2絶縁素子を形成することを含み、
前記第1絶縁素子及び前記第2絶縁素子は、キャパシタ又はトランスを形成する一対の極板又はインダクタであり、
前記複数の凹凸パターンを形成することは、
前記第1絶縁素子及び前記第2絶縁素子の対向方向に見て前記第1パッドと前記第2絶縁素子とを結ぶ線分と交差するように、複数の溝パターンを前記絶縁膜の上面に形成することと、
前記複数の溝パターンの溝深さが前記第2絶縁素子から遠いほど大きくなるように、前記複数の溝パターンのうち前記第2絶縁素子から遠い部分を掘り下げることと
を含む
半導体集積回路の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to claim 7,
Forming the insulator includes forming an insulating film;
Forming the first circuit includes:
Forming a first insulating element;
Forming a first pad connected to the first insulating element;
Forming the second circuit includes forming a second insulating element on the insulating film so as to face the first insulating element;
The first insulating element and the second insulating element are a pair of plates or inductors forming a capacitor or a transformer,
Forming the plurality of concavo-convex patterns,
A plurality of groove patterns are formed on the upper surface of the insulating film so as to intersect a line segment connecting the first pad and the second insulating element when viewed in the opposing direction of the first insulating element and the second insulating element. To do
Digging out a portion of the plurality of groove patterns far from the second insulating element so that the groove depth of the plurality of groove patterns increases as the distance from the second insulating element increases. .
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