JP5353016B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ等の機器を駆動させるためのインバータ制御用の素子等に用いられる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device used for an inverter control element or the like for driving a device such as a motor.
モータ等の負荷を駆動させるためのインバータ制御用の素子等に用いられる半導体装置として、HVIC(High Voltage Integrated Circuit)がある。このHVICにより、負荷を駆動するためのインバータ内に備えられるパワーデバイスを制御する。 As a semiconductor device used for an inverter control element or the like for driving a load such as a motor, there is an HVIC (High Voltage Integrated Circuit). The HVIC controls the power device provided in the inverter for driving the load.
従来、インバータの駆動には、図6に示すように、モータ100の駆動を行うインバータ回路101のハイサイド側のIGBT102aを駆動する高電圧基準回路に相当する高電圧基準ゲート駆動回路103とローサイド側のIGBT102bを駆動する低電圧基準回路に相当する低電位基準ゲート駆動回路104を備えると共に、これらの間にレベルシフト素子105a、105bおよび制御回路106が備えられたHVIC107が用いられている。このHIVC107では、レベルシフト素子105a、105bを通じて信号伝達を行うことにより高電位基準回路と低電圧基準回路における基準電圧のレベルシフトを行っている。このようなHVIC107では、インバータの小型化の為に、1チップ化(HVIC化)が進められており、図6に示したHVIC107も1チップにて構成されている。
Conventionally, as shown in FIG. 6, the inverter is driven by a high-voltage reference
しかしながら、このように1チップ化したHVIC107では、高電位基準回路と低電位基準回路との間で電位の干渉が発生し、回路を誤動作させるという問題があった。このため、従来では、JI分離構造、誘電体分離構造、SOI(Silicon on insulator)基板を用いたトレンチ分離構造(例えば、特許文献1参照)などにより素子分離を行っている。ところが、高電位基準回路のIGBT102aを駆動するための出力部の電位を高電圧側の基準とするための仮想GND電位にする必要があるため、上記したいずれの素子分離構造においてもレベルシフトにおける低電位(例えば0V)から高電位(例えば750V)に切り替えるときに高電圧(例えば1200Vを超える電圧)が数十kV/μsecという早い立ち上がり速度で生じ、大きな電位振幅が生じる。この立ち上がりの早い高電圧サージ(以下、立ち上がり時間に対する電圧上昇が高いことからdv/dtサージという)を回路の誤動作無く扱うことは難しい。
上記した素子分離構造の中では、SOI基板を用いたトレンチ分離構造が最もノイズに強く、素子分離としては最もポテンシャルが高いと考えられる。しかしながら、この構造を用いて高耐圧のレベルシフト素子を開発してきたところ、SOI基板を用いたトレンチ分離構造のHVICにおいても、dv/dtサージが印加された際に支持基板を介して電位が干渉し、支持基板と活性層(SOI層)との間に配置された埋込酸化膜(BOX:Buried Oxide)にて形成される寄生キャパシタを充放電する変位電流が発生し、回路を誤動作させてしまうという問題が生じた。図7は、変位電流が発生する様子を示したHVICの断面図である。この図に示すように、例えば、高電位基準回路部HVの仮想GND電位とされる部位からBOXにて構成される埋込層3を介して支持基板2に流れたのち、再び埋込層3を介して低電位基準回路部LVのGND電位とされる部位に流れ込むという経路で変位電流が発生する。
Among the element isolation structures described above, the trench isolation structure using an SOI substrate is considered to be the most resistant to noise and has the highest potential for element isolation. However, when a level shift element having a high withstand voltage has been developed using this structure, even in an HVIC having a trench isolation structure using an SOI substrate, the potential interferes with the support substrate when a dv / dt surge is applied. In addition, a displacement current that charges and discharges a parasitic capacitor formed by a buried oxide film (BOX) disposed between the support substrate and the active layer (SOI layer) is generated, causing the circuit to malfunction. The problem of end. FIG. 7 is a cross-sectional view of the HVIC showing how the displacement current is generated. As shown in this figure, for example, after flowing from the portion of the high potential reference circuit portion HV set to the virtual GND potential to the
このような問題は、BOX膜厚を厚くして寄生キャパシタ容量を低減したり、支持基板2側の不純物濃度を下げて高抵抗にして変位電流の伝搬を低減することで抑制可能であるが、高増幅率のアンプ回路等を集積する場合には僅かな変位電流でも誤動作の要因となり、完全な対策は難しい。
Such a problem can be suppressed by increasing the BOX film thickness to reduce the parasitic capacitor capacity, or reducing the impurity concentration on the
本発明は上記点に鑑みて、SOI基板を用いたトレンチ分離構造により低電位基準回路と高電位基準回路およびレベルシフト素子を備えた半導体装置を構成する場合において、dv/dtサージにより、支持基板と活性層との間に配置される絶縁膜(例えば、BOX)にて構成される寄生容量を充放電する変位電流が発生することを抑制し、回路の誤動作を防止することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a support substrate by a dv / dt surge when a semiconductor device including a low potential reference circuit, a high potential reference circuit, and a level shift element is formed by a trench isolation structure using an SOI substrate. An object of the present invention is to prevent a circuit from malfunctioning by suppressing the generation of a displacement current that charges and discharges a parasitic capacitance composed of an insulating film (for example, BOX) disposed between the active layer and the active layer.
上記目的を達成するため、請求項1ないし11に記載の発明では、埋込層(3)は、活性層(1)に接する第1埋込絶縁膜(3a)と、支持基板(2)に接する第2埋込絶縁膜(3c)と、第1埋込絶縁膜(3a)および第2埋込絶縁膜(3c)の間に配置された導体材料からなるシールド層(3b)とを有して構成され、低電位基準回路部(LV)に形成されたシールド層(3b)が活性層(1)のうち低電位基準回路部(LV)の回路素子(10)から絶縁された部位において第1の電位を印加する配線(17a)に電気的に接続されていると共に、高電位基準回路部(HV)に形成されたシールド層(3b)が活性層(1)のうち高電位基準回路部(HV)の回路素子(10)から絶縁された部位において第2の電位を印加する配線(17b)に電気的に接続されており、低電位基準回路部(LV)のシールド層(3b)と高電位基準回路部(HV)のシールド層(3b)とが電気的に絶縁分離されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the invention described in
このように、低電位基準回路部(LV)に形成されたシールド層(3b)が第1の電位とされ、高電位基準回路部(HV)に形成されたシールド層(3b)が第2の電位とされている。このため、変位電流が発生した場合には、例えば、高電位基準回路部(HV)の配線(17b)からシールド層(3b)を通じて支持基板(2)に至ったのち、低電位基準回路部(LV)のシールド層(3b)を通じて配線(17a)に流れる。したがって、変位電流が低電位基準回路部(LV)に備えられた各種回路に流れることを防止でき、回路が誤動作してしまうことを防止することが可能となる。 Thus, the shield layer (3b) formed in the low potential reference circuit portion (LV) is set to the first potential, and the shield layer (3b) formed in the high potential reference circuit portion (HV) is the second potential. It is assumed to be a potential. Therefore, when a displacement current is generated, for example, after reaching the support substrate (2) through the shield layer (3b) from the wiring (17b) of the high potential reference circuit portion (HV), the low potential reference circuit portion ( LV) flows to the wiring (17a) through the shield layer (3b). Therefore, the displacement current can be prevented from flowing to various circuits provided in the low potential reference circuit portion (LV), and the circuit can be prevented from malfunctioning.
具体的には、請求項1に記載の発明では、接地電位を第1の電位とし、低電位基準回路部(LV)が接地電位を基準電位として動作し、接地電位よりも高電位である仮想的な接地電位を第2の電位とし、高電位基準回路部(HV)が仮想的な接地電位を基準電位として動作する場合、低電位基準回路部(LV)に形成されたシールド層(3b)を接地電位とされるGND配線(17a)もしくは該低電位基準回路部(LV)内の回路への電源電圧を印加する電源ラインと電気的に接続し、高電位基準回路部(HV)に形成されたシールド層(3b)を仮想的な接地電位とされる仮想GND配線(17b)もしくは該高電位基準回路部(HV)内の回路への電源電圧を印加する電源ラインと電気的に接続するようにしている。 Specifically, in the first aspect of the invention, the ground potential is the first potential, the low potential reference circuit unit (LV) operates with the ground potential as the reference potential, and is a virtual potential that is higher than the ground potential. When the effective ground potential is the second potential and the high potential reference circuit portion (HV) operates with the virtual ground potential as the reference potential, the shield layer (3b) formed in the low potential reference circuit portion (LV) Is electrically connected to a ground line (17a) or a power supply line for applying a power supply voltage to a circuit in the low potential reference circuit portion (LV) to form a high potential reference circuit portion (HV). The shield layer (3b) thus formed is electrically connected to a virtual GND wiring (17b) having a virtual ground potential or a power supply line for applying a power supply voltage to a circuit in the high potential reference circuit portion (HV). I am doing so .
請求項2に記載の発明では、第1埋込絶縁膜(3a)は、第2埋込絶縁膜(3c)よりも薄くされていることを特徴としている。
The invention according to
第1埋込絶縁膜(3a)は、低電位基準回路部(LV)と高電位基準回路部(HV)それぞれに形成される回路内での電位差(10〜20V程度)の絶縁が行えれば良い。このため、第1埋込絶縁膜(3a)の厚みを薄くでき、例えば第1埋込絶縁膜(3a)を酸化膜で構成する場合には0.1μm以下にできる。 If the first buried insulating film (3a) can insulate a potential difference (about 10 to 20 V) in a circuit formed in each of the low potential reference circuit portion (LV) and the high potential reference circuit portion (HV). good. Therefore, the thickness of the first buried insulating film (3a) can be reduced. For example, when the first buried insulating film (3a) is formed of an oxide film, the thickness can be 0.1 μm or less.
請求項4に記載の発明では、活性層(1)のうち低電位基準回路部(LV)の回路素子(10)から絶縁された部位、および、活性層(1)のうち高電位基準回路部(HV)の回路素子(10)から絶縁された部位において、第1埋込絶縁膜(3a)を貫通してシールド層(3b)に達するトレンチ(18)が形成され、該トレンチ(18)内に導電材料にて構成された変位電流引抜き層(19)が備えられていることを特徴としている。 In the invention according to claim 4 , a portion of the active layer (1) that is insulated from the circuit element (10) of the low potential reference circuit portion (LV) and a high potential reference circuit portion of the active layer (1). A trench (18) that penetrates the first buried insulating film (3a) and reaches the shield layer (3b) is formed in a portion insulated from the circuit element (10) of (HV), and the trench (18) Further, a displacement current extraction layer (19) made of a conductive material is provided.
このように、活性層(1)に対してトレンチ(18)を形成し、このトレンチ(18)内に導電材料を配置することで変位電流引抜き層(19)を形成することができ、この変位電流引抜き層(19)を通じて低電位基準回路部(LV)の配線(17a)や高電位基準回路部(HV)側の配線(17b)に変位電流を流すことができる。 Thus, a displacement current extraction layer (19) can be formed by forming a trench (18) in the active layer (1) and disposing a conductive material in the trench (18). A displacement current can be passed through the wiring (17a) of the low potential reference circuit section (LV) and the wiring (17b) on the high potential reference circuit section (HV) side through the current drawing layer (19).
請求項6に記載の発明では、支持基板(2)はフローティング状態とされ、かつ、数百Ωcm以上の高抵抗とされていることを特徴としている。 The invention according to claim 6 is characterized in that the support substrate (2) is in a floating state and has a high resistance of several hundred Ωcm or more.
このように、支持基板(2)をフローティング状態とする場合には、支持基板(2)を高抵抗にすることにより、支持基板(2)内に変位電流が流れることを抑制することができ、変位電流が発生したときに電流の伝播を低減することが可能となる。 As described above, when the support substrate (2) is in a floating state, it is possible to suppress a displacement current from flowing in the support substrate (2) by making the support substrate (2) high resistance. When the displacement current is generated, the current propagation can be reduced.
また、請求項7に記載の発明では、支持基板(2)は接地電位または仮想的な接地電位とされ、かつ、1Ωcm以下の低抵抗とされていることを特徴としている。 Further, the invention according to claim 7 is characterized in that the support substrate (2) has a ground potential or a virtual ground potential, and has a low resistance of 1 Ωcm or less.
このように、支持基板(2)を接地電位または仮想的な接地電位とする場合には、支持基板(2)を低抵抗にすることにより、支持基板(2)内に変位電流が流れることを抑制することができ、変位電流が発生したときに電流の伝播を低減することが可能となる。 Thus, when the support substrate (2) is set to the ground potential or the virtual ground potential, the displacement current flows in the support substrate (2) by lowering the resistance of the support substrate (2). It is possible to suppress the propagation of current when a displacement current is generated.
請求項8に記載の発明では、活性層(1)および埋込層(3)におけるシールド層(3b)を貫通して第2埋込絶縁膜(3c)に達する第1トレンチ分離部(5b)を有し、低電位基準回路部(LV)のシールド層(3b)と高電位基準回路部(HV)のシールド層(3b)との電気的な絶縁分離は、第1トレンチ分離部(5b)にて為されていることを特徴としている。
In the invention according to
このように、活性層(1)および埋込層(3)におけるシールド層(3b)を貫通して第2埋込絶縁膜(3c)に達する第1トレンチ分離部(5b)により、低電位基準回路部(LV)のシールド層(3b)と高電位基準回路部(HV)のシールド層(3b)との電気的な絶縁分離を行うことができる。 In this way, the first trench isolation part (5b) that reaches the second buried insulating film (3c) through the shield layer (3b) in the active layer (1) and the buried layer (3) has a low potential reference. It is possible to electrically isolate the shield layer (3b) of the circuit portion (LV) and the shield layer (3b) of the high potential reference circuit portion (HV).
請求項9に記載の発明では、第1トレンチ分離部(5b)にて、低電位基準回路部(LV)および高電位基準回路部(HV)が囲まれていることを特徴としている。
The invention according to
このような構成とすれば、ダイシングカット時などにおいて、SOI基板(4)の端部においてシールド層(3b)が支持基板(2)などと短絡してしまったとしても、第1トレンチ分離部(5b)にて絶縁分離してあるため、低電位基準回路部(LV)や高電位基準回路部(HV)が支持基板(2)等と短絡してしまわないようにできる。 With such a configuration, even if the shield layer (3b) is short-circuited to the support substrate (2) or the like at the end of the SOI substrate (4) during dicing cut or the like, the first trench isolation portion ( 5b), the low potential reference circuit portion (LV) and the high potential reference circuit portion (HV) can be prevented from being short-circuited with the support substrate (2) and the like.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかる低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVおよびレベルシフト素子形成部LSを備えた半導体装置(HVIC)の断面図である。また、図2は、図1に示す半導体装置を上面側から見た時のレイアウト図であり、図1は、図2のA−A断面図に相当している。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device (HVIC) including a low potential reference circuit unit LV, a high potential reference circuit unit HV, and a level shift element formation unit LS according to the present embodiment. 2 is a layout diagram when the semiconductor device shown in FIG. 1 is viewed from the upper surface side, and FIG. 1 corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
以下、これらの図を参照して、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to these drawings.
図1に示すように、例えばn型シリコンにて構成されたSOI層1と支持基板2とが埋込層3を介して接合されたSOI基板4を用いて本実施形態の半導体装置を形成している。ただし、本実施形態では、SOI基板4として、従来のように埋込層3を単層の埋込酸化膜で構成したものではなく、埋込層3を埋込絶縁膜(第1埋込絶縁膜)3aとシールド層3bおよび埋込絶縁膜(第2埋込絶縁膜)3cの3層構造としたもの、つまりSOI層1と3層構造の埋込層3と支持基板2の5層構造とされた基板を用いて半導体装置を形成している。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device of this embodiment is formed using an SOI substrate 4 in which an
埋込絶縁膜3a、3cは、酸化膜(BOX)や窒化膜等の絶縁膜にて構成され、SOI層1と支持基板2とを絶縁する一般的な役割と、これらの間に挟み込まれるシールド層3bをSOI層1や支持基板2から絶縁する役割を果たす。埋込絶縁膜3aは、SOI層1に接するように形成されるもので、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVそれぞれに形成される回路内での電位差(10〜20V程度)の絶縁が行えれば良い。このため、埋込絶縁膜3aの厚みを薄くでき、例えば埋込絶縁膜3aを酸化膜で構成する場合には0.1μm以下にできる。また、埋込絶縁膜3cは、支持基板2と接するように形成されるもので、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの間の電位差を受け止める必要がある。このため、埋込絶縁膜3cの厚みは埋込絶縁膜3aよりも厚くなければならず、例えば埋込絶縁膜3aを酸化膜で構成する場合には2〜4μmにするのが望ましい。
The buried insulating
シールド層3bは、変位電流の引き抜き経路を形成するためのものであり、電流を流し易い材料、例えば金属や高濃度の不純物がドープトPoly−SiもしくはドープトSiのような低抵抗半導体材料にて構成されている。なお、シールド層3bによる変位電流の引き抜き経路の詳細に関しては後述する。
The
SOI層1は、半導体装置の表面側に配置され、シリコン基板を所定膜厚に研削することにより構成されている。このSOI層1は、複数のトレンチ分離部5a、5bにより素子分離されている。トレンチ分離部5a、5bは、異なる深さで構成されている。具体的には、上述したように埋込層3には2層の埋込絶縁膜3a、3cが備えられた構造とされるが、トレンチ分離部(第2トレンチ分離部)5aはSOI層1側である一層目の埋込絶縁膜3aに達するように形成され、トレンチ分離部(第1トレンチ分離部)5bはシールド層3bを貫通して支持基板2側である二層目の埋込絶縁膜3cに達するように形成されている。そして、トレンチ分離部5aにてSOI層1内での素子分離を行っており、トレンチ分離部5bにてSOI層1内での素子分離に加えて埋込層3の2層の埋込絶縁膜3aに挟まれたシールド層3bの絶縁分離を行っている。これら各トレンチ分離部5a、5bは、例えば、SOI層1の表面から形成されたトレンチ6a、6bとトレンチ6a、6b内に配置された絶縁膜7a、7bおよびノンドープのPoly−Si8a、8bによって構成されており、トレンチ分離部5bの方がトレンチ分離部5aよりも幅広で構成されている。
The
トレンチ分離部5aは、SOI層1に点在配置された各素子を囲むように形成されている。トレンチ分離部5bは多重枠状構造とされており、最も外側とそれよりも1つ内側のトレンチ分離部5bの間に形成される領域(つまり図1、図2の紙面左側の領域)が低電位基準回路部LV、最も内側のトレンチ分離部5b内の領域(つまり紙面右側の領域)が高電位基準回路部HV、これら低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの間に形成される領域がレベルシフト素子形成部LSとされている。
The
SOI層1における低電位基準回路部LVには、小電位にて駆動されるロジック回路などの信号処理回路が構成されている。低電位基準回路部LVは、トレンチ分離部5bにて半導体装置の他の部分から素子分離されており、低電位基準回路部LV内に備えられる各素子同士の間もトレンチ分離部5aにて電気的に分離されている。
The low potential reference circuit unit LV in the
この低電位基準回路部LVには、例えば、CMOS10などのように信号処理回路を構成する各種素子が備えられている。具体的には、SOI層1のうちトレンチ分離部5aにて囲まれた領域内がSTI(Shallow Trench Isolation)やLOCOS酸化膜等の素子分離用の絶縁膜11にて素子分離されており、素子分離された各領域はnウェル層12aもしくはpウェル層12bとされている。nウェル層12a内にはp+型ソース領域13aおよびp+型ドレイン領域14aが構成され、pウェル層12b内にはn+型ソース領域13bおよびn+型ドレイン領域14bが構成されている。そして、p+型ソース領域13aとp+型ドレイン領域14aの間に位置するnウェル層12aの表面、および、n+型ソース領域13bおよびn+型ドレイン領域14bの間に位置するpウェル層12bの表面に、ゲート絶縁膜15a、15bを介してゲート電極16a、16bが形成されている。これにより、nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETにて構成されたCMOS10が構成されている。
The low potential reference circuit unit LV includes various elements constituting a signal processing circuit such as a
なお、SOI層1の表面側には、CMOS10を構成するゲート電極16a、16bや各ソース領域13a、13bもしくは各ドレイン領域14a、14bと電気的に接続される配線部や層間絶縁膜などが形成されているが、ここでは図示を省略してある。また、CMOS10の他にも、バイポーラトランジスタや拡散抵抗、さらにはメモリなども備えられるが、これらの構造は周知であるため、ここでは代表してCMOS10のみを示してある。
Incidentally, on the surface side of the
このように構成される低電位基準回路部LVの所定部位、例えばp+型ソース領域13aおよびn+型ソース領域13bをGND配線17aに電気的に接続することでGND電位としているが、本実施形態では、さらに、低電位基準回路部LVのシールド層3bもGND電位としている。具体的にはSOI層1のうち各素子の周囲を囲んでいる部分にトレンチ18を形成すると共に、このトレンチ18内を金属やドープトPoly−Si等で埋め込むことで変位電流引抜き層19を備え、変位電流引抜き層19をGND配線17aに電気的に接続することにより、シールド層3bをGND電位にしている。トレンチ18および変位電流引抜き層19はどのようなものであっても構わないが、本実施形態では、図2に示すように上面形状が円形状となるようにしてあり、各素子を囲むトレンチ分離部5aに沿って、その周囲に複数個配置してある。
A predetermined portion of the low potential reference circuit portion LV configured as described above, for example, the p +
一方、SOI層1における高電位基準回路部HVには、高電位にて駆動されるロジック回路などの信号処理回路が構成されている。高電位基準回路部HVは、トレンチ分離部5bにて半導体装置の他の部分から素子分離されており、高電位基準回路部HV内に備えられる各素子同士の間もトレンチ分離部5aにて電気的に分離されている。
On the other hand, the high potential reference circuit unit HV in the
この高電位基準回路部HVにも、低電位基準回路部LVと同様の構造のCMOS10が備えられており、図示しないがバイポーラトランジスタや拡散抵抗、さらにはメモリなども備えられている。
The high potential reference circuit portion HV is also provided with a
そして、このように構成される高電位基準回路部HVに関しても、低電位基準回路部LVと同様、p+型ソース領域13aおよびn+型ソース領域13bを仮想GND配線17bに電気的に接続することで高電圧側の基準となる仮想GND電位(つまりGND電位(電位ゼロ)よりも高電圧を仮想的に接地電位と位置づけたときの電位)とし、さらにシールド層3bも仮想GND電位としている。
As for the high potential reference circuit unit HV configured as described above, the p +
なお、上述したように、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVが共に変位電流引抜き層19を通じてシールド層3bとGND配線17aとが電気的に接続された構造とされている。しかしながら、高電位基準回路部HVのシールド層3bと低電位基準回路部LVのシールド層3bは、二層目の埋込絶縁膜3cまで達するトレンチ分離部5bにて絶縁分離されているため、シールド層3bを通じてGND配線17aと電気的に接続される部位と仮想GND配線17bと電気的に接続される部位とが短絡することはない。
As described above, both the low potential reference circuit portion LV and the high potential reference circuit portion HV have a structure in which the
また、SOI層1におけるレベルシフト素子形成部LSには、レベルシフト素子として高耐圧LDMOS20が形成されている。高耐圧LDMOS20は、SOI層1の表層にそれぞれ位置するn型ドレイン領域21、p型チャネル領域22、n+型ソース領域23を有している。n型ドレイン領域21の表層にはn+型コンタクト層24が形成されており、p型チャネル領域22の表層にはp型コンタクト層25が形成されている。また、n型ドレイン領域21とp型チャネル領域22は、いわゆるLOCOS酸化膜26により分離されている。そして、p型チャネル領域22上には、ゲート絶縁膜27を介して、ゲート電極28が配置されている。これにより、高耐圧LDMOS20が構成されている。
In the level shift element forming portion LS in the
なお、SOI層1の表面側には、ゲート電極28、n+型ソース領域23およびp型コンタクト層25、もしくは、n+型コンタクト層24と電気的に接続される配線部や層間絶縁膜が形成されているが、ここでは図示を省略してある。
On the surface side of the
支持基板2は、例えばn型もしくはp型のシリコン基板などで構成されている。支持基板2は、フローティング状態もしくはGND電位や仮想GND電位とされるが、フローティング状態にされる場合には支持基板2が高抵抗(例えば数百Ωcm以上)となるように不純物濃度が低く設定され、GND電位や仮想GND電位とされる場合には支持基板2が低抵抗(例えば1Ωcm以下)となるように不純物濃度が高く設定される。このように構成することにより、支持基板2内を変位電流が流れることを抑制することができ、変位電流が発生したときに電流の伝播を低減することが可能となる。
The
以上説明した本実施形態の半導体装置では、低電位基準回路部LVに形成されたシールド層3bがGND電位とされ、高電位基準回路部HVに形成されたシールド層3bが仮想GND電位とされている。このため、変位電流が発生した場合には、例えば図3に示す経路で流れる。すなわち、高電位基準回路部HVの仮想GND配線17bから変位電流引抜き層19およびシールド層3bを通じて支持基板2に至ったのち、低電位基準回路部LVのシールド層3bおよび変位電流引抜き層19を通じてGND配線17aに流れる。したがって、変位電流が低電位基準回路部LVに備えられた各種回路に流れることを防止でき、回路が誤動作してしまうことを防止することが可能となる。
In the semiconductor device of the present embodiment described above, the
また、このような半導体装置において、トレンチ分離部5bのうち最も外側に位置するものを低電位基準回路部LVおよび高電位基準回路部HVの双方を囲むように形成してある。このため、ダイシングカット時などにおいて、SOI基板4の端部においてシールド層3bが支持基板2などと短絡してしまったとしても、トレンチ分離部5bにて絶縁分離してあるため、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVが支持基板2等と短絡してしまわないようにできる。
In such a semiconductor device, the outermost
続いて、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、図4および図5に示す本実施形態の半導体装置の製造工程を参照して説明する。ただし、本実施形態にかかる半導体装置のうち各素子の製造方法などに関しては周知なものと同様であるため、ここではSOI基板4の製造およびSOI基板4へのトレンチ分離部5a、5bの形成工程についてのみ説明する。なお、図4では、SOI基板4全体の製造工程を示してあるが、図5では、SOI基板4の一部、具体的にはトレンチ分離部5a、5bのみの製造工程を拡大して示してある。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment shown in FIGS. However, since the manufacturing method of each element in the semiconductor device according to the present embodiment is the same as a well-known one, here, the manufacturing process of the SOI substrate 4 and the process of forming the
まず、図4(a)に示すように、例えばn型もしくはp型のシリコン基板にて構成される支持基板2を用意したのち、支持基板2の表面に例えば熱酸化もしくはCVD法等によりシリコン酸化膜を形成することで埋込絶縁膜3cを形成する。次に、支持基板2の表面側において埋込絶縁膜3cの表面にドープトPoly−SiまたはドープトSiをCVD法にて成膜、もしくは金属層を成膜することにより、シールド層3bを形成する。
First, as shown in FIG. 4A, after preparing a
続いて、図4(b)に示すように、シールド層3bの表面に埋込絶縁膜3aを形成する。例えば、上述したシールド層3bをドープトPoly−SiやドープトSiで構成したのであれば、熱酸化にてシリコン酸化膜を形成することにより埋込絶縁膜3aを形成することができ、シールド層3bを金属層にて構成したのであれば、シリコン酸化膜などをCVD法にて成膜することにより埋込絶縁膜3aを形成することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, a buried insulating
その後、図4(c)に示すように、埋込絶縁膜3aの表面に例えばn型のシリコン基板30を貼り合わせることでSOI基板4の原形を形成したのち、図4(d)に示すように、その外周部およびシリコン基板30の表面を研削して薄くすることにより、SOI層1を形成する。これにより、SOI基板4が完成する。なお、この段階では支持基板2の裏面側にも埋込絶縁膜3cを形成したときのシリコン酸化膜などが残っている状態となるが、デバイス形成後などに除去すれば良い。
Thereafter, as shown in FIG. 4C, an SOI substrate 4 is formed by bonding, for example, an n-
次に、図5(a)に示す工程では、SOI層1の表面にCVD法によりシリコン酸化膜を成膜するなどにより、マスク層31を形成する。そして、フォト・エッチングにより、マスク層31のうちトレンチ分離部5a、5bの形成予定位置を開口させる。このとき、浅いトレンチ分離部5aよりも深いトレンチ分離部5bの方が開口幅が広くなるようにする。
Next, in the step shown in FIG. 5A, a
続いて、図5(b)に示すようにマスク層31をマスクとしたエッチングにより、SOI層1の表面からトレンチ6a、6bを形成する。このとき、トレンチ6a、6bのエッチングレートはマスク層31の開口幅に依存し、開口幅が大きいほどエッチングが大きくなる。このため、トレンチ6aよりもトレンチ6bの方が深くまで形成されることにより、トレンチ6aが一層目の埋込絶縁膜3aに達する深さ、トレンチ6bが二層目の埋込絶縁膜3cに達する深さとなるように、深さの異なるトレンチ6a、6bを1つのトレンチ形成工程にて同時に形成できる。
Subsequently, as shown in FIG. 5B,
この後、図5(c)に示すように、熱酸化を行うこと又はCVD法にてシリコン酸化膜などを成膜することにより、トレンチ6a、6bの内壁に絶縁膜7a、7bを形成したのち、絶縁膜7a、7bの表面にノンドープのPoly−Si8a、8bを形成することでトレンチ6a、6bを埋め込んだのち、マスク層31を除去する。これにより、トレンチ分離部5a、5bが形成される。この後の工程に関しては図示しないが、周知の手法によって各素子を形成することで本実施形態の半導体装置が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 5C, after the insulating
(他の実施形態)
上記実施形態では、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVおよびレベルシフト素子形成部LSを構成する素子の一例を記載しているが、これらを構成する素子の種類に関しては適宜変更可能である。もちろん、トレンチ分離部5a、5bや変位電流引抜き層19のレイアウトなどに関しても適宜変更可能である。
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, an example of elements constituting the low potential reference circuit unit LV, the high potential reference circuit unit HV, and the level shift element forming unit LS is described. However, the types of elements constituting these can be changed as appropriate. It is. Of course, the layout of the
また、上記実施形態では、低電位基準回路部LVに印加される第1の電位がGND電位、高電位基準回路部HVに印加される第2の電位が仮想GND電位とされる場合について説明したが、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVに備えられる回路素子の駆動電位(つまり、各回路部LV、HV内の回路に電源電圧を印加する電源ライン)などを第1の電位もしくは第2の電位とすることも可能である。すなわち、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVに備えられる回路素子の駆動電位は、それぞれGND電位や仮想GND電位に対して10〜20V程度高電圧となっているが、仮想GND電位とGND電位との電位差に比べれば十分に小さい。このため、GND電位や仮想GND電位ではなく、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVの回路素子に印加される電位を第1の電位もしくは第2の電位とすることも可能である。 In the above-described embodiment, the case where the first potential applied to the low potential reference circuit unit LV is the GND potential and the second potential applied to the high potential reference circuit unit HV is the virtual GND potential has been described. However, the driving potential of the circuit elements provided in the low potential reference circuit unit LV and the high potential reference circuit unit HV (that is, the power supply line for applying the power supply voltage to the circuits in the circuit units LV and HV) is the first potential. Alternatively, the second potential can be used. That is, the driving potentials of the circuit elements provided in the low potential reference circuit unit LV and the high potential reference circuit unit HV are about 10 to 20 V higher than the GND potential and the virtual GND potential, respectively, but the virtual GND potential And the potential difference between the GND potential and the GND potential are sufficiently small. Therefore, the potential applied to the circuit elements of the low potential reference circuit unit LV and the high potential reference circuit unit HV can be set to the first potential or the second potential instead of the GND potential or the virtual GND potential. .
また、上記実施形態では、上記実施形態にかかる半導体装置の製造方法の一例を挙げて説明したが、これに限るものではない。例えば、上記では、支持基板2の表面に埋込絶縁膜3c、シールド層3bおよび埋込絶縁膜3aを順に形成してから、SOI層1を構成するためのシリコン基板30を貼り合わせるようにしたが、シリコン基板30側に埋込絶縁膜3cやシールド層3bおよび埋込絶縁膜3cのうちのいずれか1つもしくは複数を形成しておいたのち、支持基板2と貼り合わせるようにしても良い。また、トレンチ6a、6bを同時に形成する場合について説明したが、これらを別々のトレンチ形成工程にて形成しても構わない。
Moreover, although the said embodiment gave and demonstrated an example of the manufacturing method of the semiconductor device concerning the said embodiment, it does not restrict to this. For example, in the above, the buried insulating
1 SOI層
2 支持基板
3 埋込層
3a、3b 埋込絶縁膜
3b シールド層
4 SOI基板
5a、5b トレンチ分離部
6a、6b トレンチ
7a、7b 絶縁膜
10 CMOS
17a GND配線
17b 仮想GND配線
18 トレンチ
19 変位電流引抜き層
20 高耐圧LDMOS
30 シリコン基板
31 マスク層
HV 高電位基準回路部
LS レベルシフト素子形成部
LV 低電位基準回路部
DESCRIPTION OF
30
Claims (11)
前記SOI基板(4)における前記活性層(1)に、第1の電位が印加される回路素子(10)を含む低電位基準回路部(LV)と、前記第1の電位よりも高電位である第2の電位が印加される回路素子(10)を含む高電位基準回路部(HV)と、前記低電位基準回路部(LV)と前記高電位基準回路部(HV)との間での基準電位のレベルシフトを行うためのレベルシフト素子(20)が備えられたレベルシフト素子形成部(LS)とが形成されてなる半導体装置において、
前記埋込層(3)は、前記活性層(1)に接する第1埋込絶縁膜(3a)と、前記支持基板(2)に接する第2埋込絶縁膜(3c)と、前記第1埋込絶縁膜(3a)および前記第2埋込絶縁膜(3c)の間に配置された導体材料からなるシールド層(3b)とを有して構成され、
前記低電位基準回路部(LV)に形成された前記シールド層(3b)が前記活性層(1)のうち前記低電位基準回路部(LV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において前記第1の電位を印加する配線(17a)に電気的に接続されていると共に、前記高電位基準回路部(HV)に形成された前記シールド層(3b)が前記活性層(1)のうち前記高電位基準回路部(HV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において前記第2の電位を印加する配線(17b)に電気的に接続されており、
前記低電位基準回路部(LV)の前記シールド層(3b)と前記高電位基準回路部(HV)の前記シールド層(3b)とが電気的に絶縁分離されていると共に、
接地電位を前記第1の電位とし、前記低電位基準回路部(LV)が前記接地電位を基準電位として動作し、
前記接地電位よりも高電位である仮想的な接地電位を前記第2の電位とし、前記高電位基準回路部(HV)が前記仮想的な接地電位を基準電位として動作し、
前記低電位基準回路部(LV)に形成された前記シールド層(3b)が前記接地電位とされるGND配線(17a)もしくは該低電位基準回路部(LV)内の回路への電源電圧を印加する電源ラインと電気的に接続されていると共に、前記高電位基準回路部(HV)に形成された前記シールド層(3b)が前記仮想的な接地電位とされる仮想GND配線(17b)もしくは該高電位基準回路部(HV)内の回路への電源電圧を印加する電源ラインと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。 An SOI substrate (4) in which an active layer (1) and a supporting substrate (2) are bonded together via an embedded film (3);
A low potential reference circuit portion (LV) including a circuit element (10) to which a first potential is applied to the active layer (1) in the SOI substrate (4), and a potential higher than the first potential. A high potential reference circuit section (HV) including a circuit element (10) to which a second potential is applied, and between the low potential reference circuit section (LV) and the high potential reference circuit section (HV). In a semiconductor device formed with a level shift element forming portion (LS) provided with a level shift element (20) for performing level shift of a reference potential,
The buried layer (3) includes a first buried insulating film (3a) in contact with the active layer (1), a second buried insulating film (3c) in contact with the support substrate (2), and the first A shield layer (3b) made of a conductor material disposed between the buried insulating film (3a) and the second buried insulating film (3c);
In the portion of the active layer (1) where the shield layer (3b) formed in the low potential reference circuit portion (LV) is insulated from the circuit element (10) of the low potential reference circuit portion (LV). The shield layer (3b) formed in the high potential reference circuit portion (HV) is electrically connected to the wiring (17a) for applying the first potential, and is included in the active layer (1). Electrically connected to the wiring (17b) for applying the second potential at a portion insulated from the circuit element (10) of the high potential reference circuit portion (HV);
The shield layer (3b) of the low potential reference circuit portion (LV) and the shield layer (3b) of the high potential reference circuit portion (HV) are electrically insulated and separated ,
The ground potential is the first potential, and the low potential reference circuit unit (LV) operates with the ground potential as a reference potential.
A virtual ground potential that is higher than the ground potential is set as the second potential, and the high potential reference circuit unit (HV) operates using the virtual ground potential as a reference potential.
The shield layer (3b) formed in the low potential reference circuit portion (LV) applies a power supply voltage to the GND wiring (17a) to which the ground potential is applied or to a circuit in the low potential reference circuit portion (LV). A virtual GND wiring (17b) that is electrically connected to the power supply line and the shield layer (3b) formed in the high potential reference circuit portion (HV) is set to the virtual ground potential, or A semiconductor device characterized by being electrically connected to a power supply line for applying a power supply voltage to a circuit in a high potential reference circuit portion (HV) .
前記SOI基板(4)における前記活性層(1)に、第1の電位が印加される回路素子(10)を含む低電位基準回路部(LV)と、前記第1の電位よりも高電位である第2の電位が印加される回路素子(10)を含む高電位基準回路部(HV)と、前記低電位基準回路部(LV)と前記高電位基準回路部(HV)との間での基準電位のレベルシフトを行うためのレベルシフト素子(20)が備えられたレベルシフト素子形成部(LS)とが形成されてなる半導体装置において、
前記埋込層(3)は、前記活性層(1)に接する第1埋込絶縁膜(3a)と、前記支持基板(2)に接する第2埋込絶縁膜(3c)と、前記第1埋込絶縁膜(3a)および前記第2埋込絶縁膜(3c)の間に配置された導体材料からなるシールド層(3b)とを有して構成され、
前記低電位基準回路部(LV)に形成された前記シールド層(3b)が前記活性層(1)のうち前記低電位基準回路部(LV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において前記第1の電位を印加する配線(17a)に電気的に接続されていると共に、前記高電位基準回路部(HV)に形成された前記シールド層(3b)が前記活性層(1)のうち前記高電位基準回路部(HV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において前記第2の電位を印加する配線(17b)に電気的に接続されており、
前記低電位基準回路部(LV)の前記シールド層(3b)と前記高電位基準回路部(HV)の前記シールド層(3b)とが電気的に絶縁分離されていると共に、
前記第1埋込絶縁膜(3a)は、前記第2埋込絶縁膜(3c)よりも薄くされていることを特徴とする半導体装置。 An SOI substrate (4) in which an active layer (1) and a supporting substrate (2) are bonded together via an embedded film (3);
A low potential reference circuit portion (LV) including a circuit element (10) to which a first potential is applied to the active layer (1) in the SOI substrate (4), and a potential higher than the first potential. A high potential reference circuit section (HV) including a circuit element (10) to which a second potential is applied, and between the low potential reference circuit section (LV) and the high potential reference circuit section (HV). In a semiconductor device formed with a level shift element forming portion (LS) provided with a level shift element (20) for performing level shift of a reference potential,
The buried layer (3) includes a first buried insulating film (3a) in contact with the active layer (1), a second buried insulating film (3c) in contact with the support substrate (2), and the first A shield layer (3b) made of a conductor material disposed between the buried insulating film (3a) and the second buried insulating film (3c);
In the portion of the active layer (1) where the shield layer (3b) formed in the low potential reference circuit portion (LV) is insulated from the circuit element (10) of the low potential reference circuit portion (LV). The shield layer (3b) formed in the high potential reference circuit portion (HV) is electrically connected to the wiring (17a) for applying the first potential, and is included in the active layer (1). Electrically connected to the wiring (17b) for applying the second potential at a portion insulated from the circuit element (10) of the high potential reference circuit portion (HV);
The shield layer (3b) of the low potential reference circuit portion (LV) and the shield layer (3b) of the high potential reference circuit portion (HV) are electrically insulated and separated,
The first buried insulating film (3a), the semi-conductor device you characterized in that it is thinner than the second buried insulating film (3c).
前記SOI基板(4)における前記活性層(1)に、第1の電位が印加される回路素子(10)を含む低電位基準回路部(LV)と、前記第1の電位よりも高電位である第2の電位が印加される回路素子(10)を含む高電位基準回路部(HV)と、前記低電位基準回路部(LV)と前記高電位基準回路部(HV)との間での基準電位のレベルシフトを行うためのレベルシフト素子(20)が備えられたレベルシフト素子形成部(LS)とが形成されてなる半導体装置において、
前記埋込層(3)は、前記活性層(1)に接する第1埋込絶縁膜(3a)と、前記支持基板(2)に接する第2埋込絶縁膜(3c)と、前記第1埋込絶縁膜(3a)および前記第2埋込絶縁膜(3c)の間に配置された導体材料からなるシールド層(3b)とを有して構成され、
前記低電位基準回路部(LV)に形成された前記シールド層(3b)が前記活性層(1)のうち前記低電位基準回路部(LV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において前記第1の電位を印加する配線(17a)に電気的に接続されていると共に、前記高電位基準回路部(HV)に形成された前記シールド層(3b)が前記活性層(1)のうち前記高電位基準回路部(HV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において前記第2の電位を印加する配線(17b)に電気的に接続されており、
前記低電位基準回路部(LV)の前記シールド層(3b)と前記高電位基準回路部(HV)の前記シールド層(3b)とが電気的に絶縁分離されていると共に、
前記活性層(1)のうち前記低電位基準回路部(LV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位、および、前記活性層(1)のうち前記高電位基準回路部(HV)の前記回路素子(10)から絶縁された部位において、前記第1埋込絶縁膜(3a)を貫通して前記シールド層(3b)に達するトレンチ(18)が形成され、該トレンチ(18)内に導電材料にて構成された変位電流引抜き層(19)が備えられていることを特徴とする半導体装置。 An SOI substrate (4) in which an active layer (1) and a supporting substrate (2) are bonded together via an embedded film (3);
A low potential reference circuit portion (LV) including a circuit element (10) to which a first potential is applied to the active layer (1) in the SOI substrate (4), and a potential higher than the first potential. A high potential reference circuit section (HV) including a circuit element (10) to which a second potential is applied, and between the low potential reference circuit section (LV) and the high potential reference circuit section (HV). In a semiconductor device formed with a level shift element forming portion (LS) provided with a level shift element (20) for performing level shift of a reference potential,
The buried layer (3) includes a first buried insulating film (3a) in contact with the active layer (1), a second buried insulating film (3c) in contact with the support substrate (2), and the first A shield layer (3b) made of a conductor material disposed between the buried insulating film (3a) and the second buried insulating film (3c);
In the portion of the active layer (1) where the shield layer (3b) formed in the low potential reference circuit portion (LV) is insulated from the circuit element (10) of the low potential reference circuit portion (LV). The shield layer (3b) formed in the high potential reference circuit portion (HV) is electrically connected to the wiring (17a) for applying the first potential, and is included in the active layer (1). Electrically connected to the wiring (17b) for applying the second potential at a portion insulated from the circuit element (10) of the high potential reference circuit portion (HV);
The shield layer (3b) of the low potential reference circuit portion (LV) and the shield layer (3b) of the high potential reference circuit portion (HV) are electrically insulated and separated,
A portion of the active layer (1) insulated from the circuit element (10) of the low potential reference circuit portion (LV), and a portion of the high potential reference circuit portion (HV) of the active layer (1). A trench (18) that penetrates the first buried insulating film (3a) and reaches the shield layer (3b) is formed in a portion insulated from the circuit element (10), and is formed in the trench (18). conductive displacement current sink layer made of a material (19) semi-conductor device you characterized in that is provided.
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