JP6818834B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、トランスを備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a transformer.

たとえばパワーエレクトロニクスの分野において、互いに対向配置された一対のコイルを有するトランスの開発が進められている。
特許文献1は、一対のインダクタを有するトランスを開示している。一方のインダクタは、中心軸を回転軸として180°回転して他方のインダクタに対向配置されている。
For example, in the field of power electronics, transformers having a pair of coils arranged opposite to each other are being developed.
Patent Document 1 discloses a transformer having a pair of inductors. One inductor is rotated 180 ° around the central axis as a rotation axis and is arranged to face the other inductor.

特開2013−115131号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-115131

一般的に、トランスの耐圧対策箇所は、一対のコイル間の絶縁膜である。当該絶縁膜にはトランスのコイル間の大きな電圧が加わるので、薄い絶縁膜では、その電圧に耐えることができないためである。
一方、トランスから絶縁膜の面内方向(横方向)に離れた領域に、低電圧領域(たとえば、低電圧コイル用の配線が形成された領域等)が設けられることがある。通常、低電圧領域−トランス間の距離は、トランスのコイル間の距離に比べて数十倍以上に設定される。そのため、低電圧領域−トランス間の領域で絶縁破壊が起こることについて、現在までほとんど検討されてこなかった。
Generally, the withstand voltage countermeasure point of the transformer is an insulating film between a pair of coils. This is because a large voltage is applied between the coils of the transformer to the insulating film, and a thin insulating film cannot withstand the voltage.
On the other hand, a low voltage region (for example, a region in which wiring for a low voltage coil is formed) may be provided in a region separated from the transformer in the in-plane direction (lateral direction) of the insulating film. Normally, the distance between the low voltage region and the transformer is set to be several tens of times or more the distance between the coils of the transformer. Therefore, little consideration has been given to the occurrence of dielectric breakdown in the low voltage region-transition region.

しかしながら、この出願の発明者らが鋭意検討した結果、トランスのコイル間にサージ破壊試験を行ったときに、コイル間の破壊がなくても、絶縁膜が横方向に沿って破壊する場合があることがわかった。 However, as a result of diligent studies by the inventors of this application, when a surge fracture test is performed between the coils of a transformer, the insulating film may fracture along the lateral direction even if there is no fracture between the coils. I understand.

本発明の一実施形態に係る半導体装置は、第1ダイパッドと、平面視の第1方向において、前記第1ダイパッドから所定距離離れた第2ダイパッドと、前記第1ダイパッドに支持された第1半導体チップと、前記第2ダイパッドに支持された第2半導体チップと、前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとの間に配置されるように前記第1ダイパッドに支持され、一対の第1辺および一対の第2辺を有する四角形状に形成され、積層された複数の絶縁層からなる絶縁層積層構造および前記絶縁層積層構造中で上下に間隔を置いて配置された少なくとも1対のコイルを有するトランスチップと、前記第1半導体チップと前記トランスチップとを接続する第1ワイヤと、前記トランスチップと前記第2半導体チップとを接続する第2ワイヤと、前記トランスチップの前記一対の第1辺の一方に沿って配置された複数の第1パッドと、前記1対のコイルに取り囲まれた領域に配置された第2パッドとを含み、前記コイルは、内側コイルエンドおよび外側コイルエンドを有しており、前記第1パッドは、平面視で前記コイルを横切って延びる第1引き出し配線を介して前記内側コイルエンドに接続された内側コイルエンドパッドを含む第1グループと、平面視で前記コイルの外側の領域に形成された第2引き出し配線を介して前記外側コイルエンドに接続された外側コイルエンドパッドを含む第2グループとに分けられ、前記第1グループおよび前記第2グループのそれぞれは、少なくとも2つの前記第1パッドを有しており、前記第1グループと前記第2グループとの距離は、前記第1グループ内における前記第1パッド間の距離よりも長く、前記第1ワイヤは、前記複数の第1パッドの1つに接続されており、前記第1引き出し配線の少なくとも一部は、前記コイルの下方に配置されている。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a first die pad, a second die pad separated from the first die pad by a predetermined distance in the first direction in a plan view, and a first semiconductor supported by the first die pad. A pair of first sides supported by the first die pad so as to be arranged between the chip, the second semiconductor chip supported by the second die pad, and the first semiconductor chip and the second semiconductor chip. And at least one pair of coils formed in a quadrangular shape having a pair of second sides and composed of a plurality of laminated insulating layers and arranged at intervals above and below the insulating layer laminated structure. The transformer chip , the first wire connecting the first semiconductor chip and the transformer chip , the second wire connecting the transformer chip and the second semiconductor chip, and the pair of first wires of the transformer chip . A plurality of first pads arranged along one of the sides and a second pad arranged in an area surrounded by the pair of coils, said coil having an inner coil end and an outer coil end. The first pad is a first group including an inner coil end pad connected to the inner coil end via a first lead wire extending across the coil in plan view and the coil in plan view. It is divided into a second group including an outer coil end pad connected to the outer coil end via a second lead-out wiring formed in the outer region of the first group and each of the first group and the second group. has at least two of said first pad, the distance between the front Symbol first group and said second group is longer than the distance between the first pad in said first group, before Symbol first wire Is connected to one of the plurality of first pads, and at least a part of the first lead-out wiring is arranged below the coil.

図1は、本発明の一実施形態を示す半導体モジュールの模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor module showing an embodiment of the present invention. 図2は、前記半導体モジュールの接続形態および各部の電位を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a connection form of the semiconductor module and the potential of each part. 図3は、トランスチップの平面構造を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic view for explaining the planar structure of the transformer chip. 図4は、前記トランスチップの下コイルの平面構造を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic view for explaining the planar structure of the lower coil of the transformer chip. 図5は、前記トランスチップの上コイルの平面構造を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic view for explaining the planar structure of the upper coil of the transformer chip. 図6は、前記トランスチップの断面図(図3のVI−VI線断面図)である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the transchip (VI-VI line cross-sectional view of FIG. 3). 図7は、図6のトランスチップの要部拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a main part of the transformer chip of FIG. 図8は、トランスを備える半導体チップにおける層間膜の厚さと破壊電圧との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the thickness of the interlayer film and the breakdown voltage in a semiconductor chip including a transformer. 図9は、前記トランスチップ内のキャパシタのパターンに関する変形例を示す。FIG. 9 shows a modified example of the pattern of the capacitor in the transformer chip. 図10は、前記トランスチップ内のキャパシタのパターンに関する変形例を示す。FIG. 10 shows a modified example of the pattern of the capacitor in the transformer chip. 図11は、前記トランスチップ内のキャパシタのパターンに関する変形例を示す。FIG. 11 shows a modified example of the pattern of the capacitor in the transformer chip. 図12は、前記トランスチップ内のキャパシタのパターンに関する変形例を示す。FIG. 12 shows a modified example of the pattern of the capacitor in the transformer chip. 図13は、前記トランスチップ内のキャパシタのパターンに関する変形例を示す。FIG. 13 shows a modified example of the pattern of the capacitor in the transformer chip. 図14は、前記キャパシタに代わる電界シールド部の一例としての電極板の構造を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a structure of an electrode plate as an example of an electric field shield portion instead of the capacitor. 図15は、前記電極板のパターンに関する変形例を示す。FIG. 15 shows a modified example of the pattern of the electrode plate. 図16は、前記電極板のパターンに関する変形例を示す。FIG. 16 shows a modified example of the pattern of the electrode plate. 図17は、前記トランスチップの基板の接続状態に関する変形例を示す。FIG. 17 shows a modified example of the connection state of the substrate of the transformer chip. 図18は、前記トランスチップの基板の接続状態に関する変形例を示す。FIG. 18 shows a modified example of the connection state of the substrate of the transformer chip. 図19は、前記トランスチップの基板の接続状態に関する変形例を示す。FIG. 19 shows a modified example of the connection state of the substrate of the transformer chip. 図20は、本発明の他の実施形態1に係るトランスチップの模式的な平面図である。FIG. 20 is a schematic plan view of the transchip according to another embodiment 1 of the present invention. 図21は、本発明の他の実施形態1に係る下コイルが配置された層の模式的な平面図である。FIG. 21 is a schematic plan view of a layer in which a lower coil according to another embodiment 1 of the present invention is arranged. 図22は、本発明の他の実施形態1に係る上コイルが配置された層の模式的な平面図である。FIG. 22 is a schematic plan view of a layer in which the upper coil is arranged according to another embodiment 1 of the present invention. 図23は、図20の切断線XXIII−XXIIIでトランスチップを切断したときに現れる断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view that appears when the transchip is cut along the cutting line XXIII-XXIII of FIG. 図24は、図23における上コイルおよびその周辺の拡大図である。FIG. 24 is an enlarged view of the upper coil and its periphery in FIG. 23. 図25は、本発明の他の実施形態2に係るトランスチップの模式的な平面図である。FIG. 25 is a schematic plan view of the transchip according to another second embodiment of the present invention. 図26は、本発明の他の実施形態2に係る下コイルが配置された層の模式的な平面図である。FIG. 26 is a schematic plan view of a layer in which a lower coil according to another second embodiment of the present invention is arranged. 図27は、本発明の他の実施形態2に係る上コイルが配置された層の模式的な平面図である。FIG. 27 is a schematic plan view of a layer in which an upper coil is arranged according to another second embodiment of the present invention. 図28は、図25の切断線XXVIII−XXVIIIでトランスチップを切断したときに現れる断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view that appears when the transchip is cut along the cutting line XXVIII-XXVIII of FIG. 図29は、図28における上コイルおよびその周辺の拡大図である。FIG. 29 is an enlarged view of the upper coil and its periphery in FIG. 28. 図30Aは、同種界面構造の形成に関連する工程を説明するための断面図である。FIG. 30A is a cross-sectional view for explaining a process related to the formation of the same type of interface structure. 図30Bは、図30Aの次の工程を示す図である。FIG. 30B is a diagram showing the next step of FIG. 30A. 図30Cは、図30Bの次の工程を示す図である。FIG. 30C is a diagram showing the next step of FIG. 30B. 図30Dは、図30Cの次の工程を示す図である。FIG. 30D is a diagram showing the next step of FIG. 30C. 図30Eは、図30Dの次の工程を示す図である。FIG. 30E is a diagram showing the next step of FIG. 30D. 図30Fは、図30Eの次の工程を示す図である。FIG. 30F is a diagram showing the next step of FIG. 30E. 図30Gは、図30Fの次の工程を示す図である。FIG. 30G is a diagram showing the next step of FIG. 30F. 図30Hは、図30Gの次の工程を示す図である。FIG. 30H is a diagram showing the next step of FIG. 30G. 図31は、同種界面構造の変形例を示す図である。FIG. 31 is a diagram showing a modified example of the same type interface structure. 図32は、同種界面構造の変形例を示す図である。FIG. 32 is a diagram showing a modified example of the same type interface structure. 図33は、同種界面構造の変形例を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing a modified example of the same type interface structure. 図34は、同種界面構造の変形例を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing a modified example of the same type interface structure.

以下では、この発明の実施の形態および参考例を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態を示す半導体モジュール1の模式的な平面図である。図1では、半導体モジュール1の内部構造の明瞭化のためモジュール1の中央部を透視して示している。
Hereinafter, embodiments and reference examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor module 1 showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the central portion of the module 1 is seen through to clarify the internal structure of the semiconductor module 1.

半導体モジュール1は、複数のチップが1パッケージ化されたモジュールであって、樹脂パッケージ2と、複数のリード3と、複数のチップ類4とを含む。
樹脂パッケージ2は、たとえばエポキシ樹脂を用いて四角(正方形)板状に形成されている。
複数のリード3は、この実施形態では、樹脂パッケージ2の互いに対向する一対の端面を介して、樹脂パッケージ2の内外に跨って設けられている。これにより、半導体モジュール1のパッケージタイプは、SOP(Small Outline Package)となっている。なお、半導体モジュール1には、SOPに限らず、たとえば、QFP(Quad Flat Package)、SOJ(Small Outline J-lead Package)等、色々なタイプのパッケージを採用することができる。
The semiconductor module 1 is a module in which a plurality of chips are packaged in one package, and includes a resin package 2, a plurality of leads 3, and a plurality of chips 4.
The resin package 2 is formed in the shape of a square plate using, for example, an epoxy resin.
In this embodiment, the plurality of leads 3 are provided so as to straddle the inside and outside of the resin package 2 via a pair of end faces of the resin package 2 facing each other. As a result, the package type of the semiconductor module 1 is SOP (Small Outline Package). The semiconductor module 1 is not limited to SOP, and various types of packages such as QFP (Quad Flat Package) and SOJ (Small Outline J-lead Package) can be adopted.

複数のチップ類4は、この発明の低電圧素子の一例としてのコントローラチップ5(コントローラIC)と、この発明の半導体装置の一例としてのトランスチップ6と、この発明の高電圧素子の一例としてのドライバチップ7(ドライバIC)とを含む。
トランスチップ6が樹脂パッケージ2のほぼ中央部に配置され、コントローラチップ5およびドライバチップ7は、それぞれ、トランスチップ6に対して一方のリード3側およびその反対のリード3側に配置されている。すなわち、コントローラチップ5およびドライバチップ7は、それらの間にトランスチップ6を挟むように配置され、それぞれ、複数のリード3に隣り合っている。
The plurality of chips 4 include a controller chip 5 (controller IC) as an example of the low-voltage element of the present invention, a transformer chip 6 as an example of the semiconductor device of the present invention, and an example of the high-voltage element of the present invention. Includes a driver chip 7 (driver IC).
The transformer chip 6 is arranged substantially in the center of the resin package 2, and the controller chip 5 and the driver chip 7 are arranged on one lead 3 side and the opposite lead 3 side with respect to the transformer chip 6, respectively. That is, the controller chip 5 and the driver chip 7 are arranged so as to sandwich the transformer chip 6 between them, and are adjacent to each of the plurality of leads 3.

各チップ5〜7は、四角(長方形)板状に形成されており、この実施形態では、互いにほぼ同じ大きさのコントローラチップ5およびドライバチップ7に対して、トランスチップ6が小さく形成されている。また、コントローラチップ5およびトランスチップ6は共通の第1ダイパッド8上に配置され、ドライバチップ7は、第1ダイパッド8から間隔を置いて設けられた第2ダイパッド9上に配置されている。 Each of the chips 5 to 7 is formed in a square (rectangular) plate shape, and in this embodiment, the transformer chip 6 is formed smaller than the controller chip 5 and the driver chip 7 having substantially the same size as each other. .. Further, the controller chip 5 and the transformer chip 6 are arranged on a common first die pad 8, and the driver chip 7 is arranged on a second die pad 9 provided at a distance from the first die pad 8.

コントローラチップ5の表面には、複数のパッド10およびパッド11が形成されている。複数のパッド10は、コントローラチップ5のリード3に近い側の長辺に沿って配列され、ボンディングワイヤ12によってリード3に接続されている。複数のパッド11は、コントローラチップ5のリード3の反対側(トランスチップ6に近い側)の長辺に沿って配列されている。 A plurality of pads 10 and 11 are formed on the surface of the controller chip 5. The plurality of pads 10 are arranged along the long side of the controller chip 5 near the reed 3 and are connected to the reed 3 by the bonding wire 12. The plurality of pads 11 are arranged along the long side of the controller chip 5 on the opposite side (the side closer to the transformer chip 6) of the reed 3.

トランスチップ6の表面には、複数の低電圧パッド13および高電圧パッド14が形成されている。複数の低電圧パッド13は、トランスチップ6のコントローラチップ5に近い側の長辺に沿って配列され、ボンディングワイヤ15によってコントローラチップ5のパッド11に接続されている。すなわち、この実施形態では、コントローラチップ5のパッド11がトランスチップ6の一次側に接続されている。複数の高電圧パッド14は、トランスチップ6の幅方向中央部においてトランスチップ6の長辺に沿って配列されている。 A plurality of low-voltage pads 13 and high-voltage pads 14 are formed on the surface of the transformer chip 6. The plurality of low-voltage pads 13 are arranged along the long side of the transformer chip 6 near the controller chip 5, and are connected to the pad 11 of the controller chip 5 by a bonding wire 15. That is, in this embodiment, the pad 11 of the controller chip 5 is connected to the primary side of the transformer chip 6. The plurality of high voltage pads 14 are arranged along the long side of the transformer chip 6 at the center in the width direction of the transformer chip 6.

ドライバチップ7の表面には、複数のパッド16およびパッド17が形成されている。複数のパッド16は、ドライバチップ7のトランスチップ6に近い側の長辺に沿って配列され、ボンディングワイヤ18によってトランスチップ6の高電圧パッド14に接続されている。すなわち、この実施形態では、ドライバチップ7のパッド16がトランスチップ6の二次側に接続されている。複数のパッド17は、ドライバチップ7のトランスチップ6の反対側(リード3に近い側)の長辺に沿って配列され、ボンディングワイヤ19によってリード3に接続されている。 A plurality of pads 16 and 17 are formed on the surface of the driver chip 7. The plurality of pads 16 are arranged along the long side of the driver chip 7 near the transformer chip 6, and are connected to the high voltage pad 14 of the transformer chip 6 by a bonding wire 18. That is, in this embodiment, the pad 16 of the driver chip 7 is connected to the secondary side of the transformer chip 6. The plurality of pads 17 are arranged along the long side of the driver chip 7 on the opposite side (the side closer to the reed 3) of the transformer chip 6, and are connected to the reed 3 by the bonding wire 19.

なお、図1で示した各チップ5〜7のパッド類の配置形態は一例に過ぎず、パッケージタイプやチップ類4の配置形態に応じて適宜変更することができる。
図2は、図1の半導体モジュール1の接続形態および各部の電位を示す図である。
図2に示すように、半導体モジュール1ではトランスチップ6において、この発明の低電圧コイルの一例としての一次側(低圧側)の下コイル20と、この発明の高電圧コイルの一例としての二次側(高圧側)の上コイル21とが上下方向に間隔を置いて対向している。下コイル20および上コイル21は、それぞれ、渦巻き状に形成されている。
The arrangement form of the pads of the chips 5 to 7 shown in FIG. 1 is only an example, and can be appropriately changed according to the package type and the arrangement form of the chips 4.
FIG. 2 is a diagram showing the connection form of the semiconductor module 1 of FIG. 1 and the potential of each part.
As shown in FIG. 2, in the transformer chip 6, in the semiconductor module 1, the lower coil 20 on the primary side (low voltage side) as an example of the low voltage coil of the present invention and the secondary coil 20 as an example of the high voltage coil of the present invention. The upper coil 21 on the side (high voltage side) faces each other with a vertical interval. The lower coil 20 and the upper coil 21 are each formed in a spiral shape.

下コイル20の内側コイルエンド22(渦巻きの内側末端)および外側コイルエンド92(渦巻きの外側末端)には、それぞれ、低電圧配線24および低電圧配線93が接続されている。低電圧配線24,93の末端は、低電圧パッド13として露出している。
上コイル21の内側コイルエンド23および外側コイルエンド94には、それぞれ、高電圧配線25(内側コイルエンド配線)および高電圧配線95(外側コイルエンド配線)が接続されている。高電圧配線25,95の末端は、高電圧パッド14として露出している。
The low voltage wiring 24 and the low voltage wiring 93 are connected to the inner coil end 22 (inner end of the spiral) and the outer coil end 92 (outer end of the spiral) of the lower coil 20, respectively. The ends of the low voltage wirings 24 and 93 are exposed as the low voltage pads 13.
A high voltage wiring 25 (inner coil end wiring) and a high voltage wiring 95 (outer coil end wiring) are connected to the inner coil end 23 and the outer coil end 94 of the upper coil 21, respectively. The ends of the high voltage wirings 25 and 95 are exposed as high voltage pads 14.

コントローラチップ5には、或るパッド10と或るパッド11とを接続する配線90の途中に、トランジスタTr1が設けられている。また、他のパッド10と他のパッド11とを接続する配線91の途中に、トランジスタTr2が設けられている。トランジスタTr1,Tr2は、それぞれ、配線90,91の導通・遮断を行うスイッチング素子である。配線90側のパッド10,11は、それぞれ、ボンディングワイヤ12,15を通じて入力電圧および外側コイルエンド92側の低電圧パッド13に接続されている。配線91側のパッド10,11は、それぞれ、ボンディングワイヤ12,15を通じて接地電圧および内側コイルエンド22側の低電圧パッド13に接続されている。 The controller chip 5 is provided with a transistor Tr1 in the middle of the wiring 90 that connects a certain pad 10 and a certain pad 11. Further, a transistor Tr2 is provided in the middle of the wiring 91 that connects the other pad 10 and the other pad 11. The transistors Tr1 and Tr2 are switching elements that conduct and cut off the wiring 90 and 91, respectively. The pads 10 and 11 on the wiring 90 side are connected to the input voltage and the low voltage pad 13 on the outer coil end 92 side through the bonding wires 12 and 15, respectively. The pads 10 and 11 on the wiring 91 side are connected to the ground voltage and the low voltage pad 13 on the inner coil end 22 side through the bonding wires 12 and 15, respectively.

第1印加状態(Tr1:ON、Tr2:OFF)と第2印加状態(Tr1:OFF、Tr2:ON)が交互に繰り返されるようにコントローラチップ5を制御することによって、トランスチップ6の下コイル20に周期的なパルス電圧が発生する。たとえば、図2では、基準電圧=0V(接地電圧)に対して5Vのパルス電圧が下コイル20で発生する。
トランスチップ6では、直流信号が下コイル20と上コイル21との間で遮断されつつ、電磁誘導によって、下コイル20で発生したパルス電圧に基づく交流信号のみが選択的に高圧側(上コイル21)に伝達される。伝達される交流信号は、下コイル20と上コイル21との間の変圧比に応じて昇圧され、ボンディングワイヤ18を通じて、ドライバチップ7に取り出される。たとえば、図2では、5Vのパルス電圧が、基準電圧=1200Vに対して15Vのパルス電圧としてドライバチップ7に取り出される。ドライバチップ7は、入力された15Vのパルス電圧をSiCパワーMOSFET(たとえば、ソース−ドレイン間電圧=1200V)のゲート電極(図示せず)に印加することによって、当該MOSFETのスイッチング動作を行う。
The lower coil 20 of the transformer chip 6 is controlled by controlling the controller chip 5 so that the first applied state (Tr1: ON, Tr2: OFF) and the second applied state (Tr1: OFF, Tr2: ON) are alternately repeated. A periodic pulse voltage is generated in. For example, in FIG. 2, a pulse voltage of 5 V is generated in the lower coil 20 with respect to the reference voltage = 0 V (ground voltage).
In the transformer chip 6, while the DC signal is cut off between the lower coil 20 and the upper coil 21, only the AC signal based on the pulse voltage generated in the lower coil 20 by electromagnetic induction is selectively on the high pressure side (upper coil 21). ) Is transmitted. The transmitted AC signal is boosted according to the transformation ratio between the lower coil 20 and the upper coil 21, and is taken out to the driver chip 7 through the bonding wire 18. For example, in FIG. 2, a pulse voltage of 5 V is taken out to the driver chip 7 as a pulse voltage of 15 V with respect to a reference voltage of 1200 V. The driver chip 7 performs a switching operation of the MOSFET by applying an input pulse voltage of 15 V to a gate electrode (not shown) of a SiC power MOSFET (for example, source-drain voltage = 1200 V).

なお、図2で示した具体的な電圧値は、半導体モジュール1の動作を説明するために用いた一例に過ぎない。ドライバチップ7(HV領域)の基準電圧は1200Vを超える値(たとえば、3750V等)であってもよい。
図3は、図1のトランスチップ6の平面構造を説明するための模式図である。図4は、トランスチップ6の下コイル20が配置された層の平面構造を説明するための模式図である。図5は、トランスチップ6の上コイル21が配置された層の平面構造を説明するための模式図である。図6は、トランスチップ6の断面図(図3のVI−VI線断面図)である。図7は、図6における上コイル21およびその周辺の拡大図である。図6では、明瞭化のために、金属部分のみをハッチングで示している。
The specific voltage value shown in FIG. 2 is only an example used to explain the operation of the semiconductor module 1. The reference voltage of the driver chip 7 (HV region) may be a value exceeding 1200V (for example, 3750V or the like).
FIG. 3 is a schematic view for explaining the planar structure of the transformer chip 6 of FIG. FIG. 4 is a schematic view for explaining the planar structure of the layer on which the lower coil 20 of the transformer chip 6 is arranged. FIG. 5 is a schematic view for explaining the planar structure of the layer on which the upper coil 21 of the transformer chip 6 is arranged. FIG. 6 is a cross-sectional view of the transformer chip 6 (VI-VI line cross-sectional view of FIG. 3). FIG. 7 is an enlarged view of the upper coil 21 and its periphery in FIG. In FIG. 6, only the metal parts are hatched for clarity.

次に、トランスチップ6の内部構造を、より具体的に説明する。
トランスチップ6は、図6に示すように、半導体基板26と、半導体基板26上に形成された絶縁層積層構造27とを含む。半導体基板26としては、Si(シリコン)基板、SiC(炭化珪素)基板等を適用することができる。
絶縁層積層構造27は、半導体基板26の表面から順に積層された複数(図6では12層)の絶縁層28からなる。複数の絶縁層28は、半導体基板26の表面に接する最下層の絶縁層28を除いて、それぞれ、下層のエッチングストッパ膜29と、上層の層間絶縁膜30との積層構造からなる。最下層の絶縁層28は、層間絶縁膜30のみからなる。エッチングストッパ膜29としては、たとえば、SiN膜、SiC膜、SiCN膜等を使用することができ、層間絶縁膜30としては、たとえば、SiO膜を使用することができる。
Next, the internal structure of the transformer chip 6 will be described more specifically.
As shown in FIG. 6, the transformer chip 6 includes a semiconductor substrate 26 and an insulating layer laminated structure 27 formed on the semiconductor substrate 26. As the semiconductor substrate 26, a Si (silicon) substrate, a SiC (silicon carbide) substrate, or the like can be applied.
The insulating layer laminated structure 27 is composed of a plurality of (12 layers in FIG. 6) insulating layers 28 that are laminated in order from the surface of the semiconductor substrate 26. Each of the plurality of insulating layers 28 has a laminated structure of an etching stopper film 29 of a lower layer and an interlayer insulating film 30 of an upper layer, except for the insulating layer 28 of the lowermost layer which is in contact with the surface of the semiconductor substrate 26. The bottom insulating layer 28 is composed of only the interlayer insulating film 30. As the etching stopper film 29, for example, a SiC film, a SiC film, a SiCN film or the like can be used, and as the interlayer insulating film 30, for example, a SiO 2 film can be used.

下コイル20および上コイル21は、絶縁層積層構造27において互いに異なる絶縁層28に形成され、一層以上の絶縁層28を挟んで互いに対向している。この実施形態では、下コイル20が半導体基板26から4層目の絶縁層28に形成され、上コイル21は、下コイル20との間に6層の絶縁層28を挟んで、11層目の絶縁層28に形成されている。 The lower coil 20 and the upper coil 21 are formed in different insulating layers 28 in the insulating layer laminated structure 27, and face each other with the insulating layer 28 of one or more layers interposed therebetween. In this embodiment, the lower coil 20 is formed on the insulating layer 28 of the fourth layer from the semiconductor substrate 26, and the upper coil 21 sandwiches the six insulating layers 28 with the lower coil 20 and is the eleventh layer. It is formed on the insulating layer 28.

図3〜図5に示すように、下コイル20および上コイル21は、それぞれ、中央に平面視楕円形の内方領域31,32が区画されるように、その内方領域31,32の周囲を取り囲む楕円環状の領域に形成されている。
各内方領域31,32を取り囲む領域における下コイル20および上コイル21の構造は、図7に示された上コイル21を参照して説明できる。すなわち、図7に示すように、内方領域32を取り囲む領域において、絶縁層28には、楕円渦巻き状のコイル溝33が形成されている。コイル溝33は、層間絶縁膜30およびその下方のエッチングストッパ膜29を貫通して形成されている。これにより、コイル溝33の上端および下端は、それぞれ、上方の絶縁層28のエッチングストッパ膜29および下方の絶縁層28の層間絶縁膜30に開放した面となっている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the lower coil 20 and the upper coil 21 are around the inner regions 31 and 32 so that the inner regions 31 and 32 having an elliptical plan view are partitioned in the center, respectively. It is formed in an elliptical annular region surrounding the.
The structure of the lower coil 20 and the upper coil 21 in the region surrounding the inner regions 31 and 32 can be described with reference to the upper coil 21 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 7, an elliptical spiral coil groove 33 is formed in the insulating layer 28 in the region surrounding the inner region 32. The coil groove 33 is formed so as to penetrate the interlayer insulating film 30 and the etching stopper film 29 below the interlayer insulating film 30. As a result, the upper end and the lower end of the coil groove 33 are surfaces opened to the etching stopper film 29 of the upper insulating layer 28 and the interlayer insulating film 30 of the lower insulating layer 28, respectively.

コイル溝33の内面(側面および底面)には、バリアメタル34が形成されている。バリアメタル34は、コイル溝33に上方が開放した空間が形成されるように、当該側面および底面に倣って膜状に形成されている。この実施形態では、バリアメタル34は、コイル溝33の内面に近い側からTa(タンタル)膜、TaN(窒化タンタル)膜およびTa膜をこの順に積層することによって形成されている。そして、コイル溝33においてバリアメタル34の内側にCu(銅)配線材料35を埋め込むことによって、バリアメタル34およびCu配線材料35からなる埋め込みコイルの一例としての上コイル21が形成されている。 A barrier metal 34 is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the coil groove 33. The barrier metal 34 is formed in a film shape following the side surface and the bottom surface so that a space open upward is formed in the coil groove 33. In this embodiment, the barrier metal 34 is formed by laminating a Ta (tantalum) film, a TaN (tantalum nitride) film, and a Ta film in this order from the side closer to the inner surface of the coil groove 33. Then, by embedding the Cu (copper) wiring material 35 inside the barrier metal 34 in the coil groove 33, the upper coil 21 as an example of the embedded coil made of the barrier metal 34 and the Cu wiring material 35 is formed.

上コイル21は、その上面が絶縁層28の上面と面一になるように形成されている。これにより、上コイル21は、側面、上面および下面において、互いに異なる絶縁層28に接している。具体的には、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28は、エッチングストッパ膜29および層間絶縁膜30が上コイル21の側面に接しており、この絶縁層28の上側に形成された絶縁層28は、下層のエッチングストッパ膜29のみが上コイル21の上面に接している。また、下側の絶縁層28は、上層の層間絶縁膜30のみが上コイル21の下面に接している。 The upper coil 21 is formed so that its upper surface is flush with the upper surface of the insulating layer 28. As a result, the upper coil 21 is in contact with different insulating layers 28 on the side surface, the upper surface, and the lower surface. Specifically, in the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded, the etching stopper film 29 and the interlayer insulating film 30 are in contact with the side surface of the upper coil 21, and the insulating layer 28 formed on the upper side of the insulating layer 28. Is, only the etching stopper film 29 of the lower layer is in contact with the upper surface of the upper coil 21. Further, in the lower insulating layer 28, only the upper interlayer insulating film 30 is in contact with the lower surface of the upper coil 21.

なお、ここでは説明を省略するが、下コイル20も上コイル21と同様に、コイル溝にバリアメタルおよびCu配線材料を埋め込むことによって形成されている。
図3,図6および図7に示すように、高電圧パッド14は、絶縁層積層構造27の表面(最上層の絶縁層28の層間絶縁膜30上)に形成されている。高電圧パッド14は、絶縁層積層構造27の積層方向に沿ってトランスチップ6を上方から見た平面視において、上コイル21が配置された中央の高電圧領域(HV領域)36に配置されている。
Although description is omitted here, the lower coil 20 is also formed by embedding a barrier metal and a Cu wiring material in the coil groove, similarly to the upper coil 21.
As shown in FIGS. 3, 6 and 7, the high voltage pad 14 is formed on the surface of the insulating layer laminated structure 27 (on the interlayer insulating film 30 of the uppermost insulating layer 28). The high voltage pad 14 is arranged in the central high voltage region (HV region) 36 in which the upper coil 21 is arranged in a plan view of the transformer chip 6 viewed from above along the stacking direction of the insulating layer laminated structure 27. There is.

ここで、高電圧領域36は、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28における、上コイル21および上コイル21と同電位の配線が形成された領域、およびそれら形成領域の周辺部を含む。この実施形態では、図5に示すように、上コイル21がトランスチップ6の長手方向に間隔を置いて2つずつペアで合計4つ形成されている。各ペアの上コイル21の内方領域32および隣り合う上コイル21間には、それぞれ、内側コイルエンド配線37および外側コイルエンド配線96が形成されている。これにより、各ペアでは、一方の上コイル21および他方の上コイル21が、その間の共通の外側コイルエンド配線96によって互いに電気的に接続されており、これら両方の上コイル21、その間の外側コイルエンド配線96および各上コイル21内の内側コイルエンド配線37は全て同電位となっている。したがって、当該絶縁層28では、各上コイル21の内方領域32および各ペアにおける上コイル21間の領域も、上コイル21、内側コイルエンド配線37もしくは外側コイルエンド配線96からの電界が及ぶ範囲内として、高電圧領域36に含まれている。なお、下コイル21(低電圧コイル)が配置された領域は、平面視では高電圧領域36に一致するが、高電圧コイル21から複数の絶縁層28によって隔離されており、上コイル21からの電界の影響がほとんど及ばないので、この実施形態で言う高電圧領域36に含まれるものではない。 Here, the high voltage region 36 includes a region in the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded, in which wiring having the same potential as the upper coil 21 and the upper coil 21 is formed, and a peripheral portion of the formed region. In this embodiment, as shown in FIG. 5, a total of four upper coils 21 are formed in pairs of two at intervals in the longitudinal direction of the transformer chip 6. An inner coil end wiring 37 and an outer coil end wiring 96 are formed between the inner region 32 of the upper coil 21 of each pair and the adjacent upper coils 21, respectively. Thereby, in each pair, one upper coil 21 and the other upper coil 21 are electrically connected to each other by a common outer coil end wiring 96 between them, both of these upper coils 21 and the outer coil between them. The end wiring 96 and the inner coil end wiring 37 in each upper coil 21 all have the same potential. Therefore, in the insulating layer 28, the inner region 32 of each upper coil 21 and the region between the upper coils 21 in each pair are also within the range covered by the electric field from the upper coil 21, the inner coil end wiring 37, or the outer coil end wiring 96. Inside, it is included in the high voltage region 36. The region where the lower coil 21 (low voltage coil) is arranged corresponds to the high voltage region 36 in a plan view, but is separated from the high voltage coil 21 by a plurality of insulating layers 28, and is separated from the upper coil 21. Since it is hardly affected by the electric field, it is not included in the high voltage region 36 referred to in this embodiment.

そして、高電圧パッド14は、より具体的には図3に示すように、各上コイル21の内方領域32の上方および各ペアにおける上コイル21間の領域の上方に一つずつ、合計6個配置されている。
たとえば図6および図7に示すように、或る高電圧パッド14は、上コイル21と同一の絶縁層28に埋め込まれた内側コイルエンド配線37に、ビア38を介して接続されている。図示はしないが、他の高電圧パッド14は、同様の構造によって、上コイル21と同一の絶縁層28に埋め込まれた外側コイルエンド配線96にビアを介して接続されている。これにより、上コイル21に伝達された交流信号を、内側コイルエンド配線37およびビア38、ならびに外側コイルエンド配線96およびビア(図示せず)を介して、高電圧パッド14から出力することができる。すなわち、内側コイルエンド配線37およびそれに接続されたビア38、ならびに外側コイルエンド配線96およびそれに接続されたビアを合わせたものが、それぞれ、図2の高電圧配線25および高電圧配線95となる。
Then, as shown in FIG. 3, one high voltage pad 14 is provided above the inner region 32 of each upper coil 21 and above the region between the upper coils 21 in each pair, for a total of six. Individually arranged.
For example, as shown in FIGS. 6 and 7, a high voltage pad 14 is connected to an inner coil end wire 37 embedded in the same insulating layer 28 as the upper coil 21 via a via 38. Although not shown, the other high-voltage pads 14 are connected to the outer coil end wiring 96 embedded in the same insulating layer 28 as the upper coil 21 via vias by the same structure. As a result, the AC signal transmitted to the upper coil 21 can be output from the high voltage pad 14 via the inner coil end wiring 37 and via 38, and the outer coil end wiring 96 and via (not shown). .. That is, the inner coil end wiring 37 and the via 38 connected to the inner coil end wiring 37, and the outer coil end wiring 96 and the via connected to the outer coil end wiring 96 are combined to form the high voltage wiring 25 and the high voltage wiring 95 of FIG. 2, respectively.

なお、内側コイルエンド配線37およびビア38は、それぞれ上コイル21と同様に、図7に示すように、配線溝39,40にバリアメタル41,42およびCu配線材料43,44を埋め込むことによって形成されている(外側コイルエンド配線96およびそれに接続されたビアについても同じ)。バリアメタル41,42には、前述のバリアメタル34と同じ材料を適用することができる。 The inner coil end wiring 37 and the via 38 are formed by embedding the barrier metals 41, 42 and the Cu wiring materials 43, 44 in the wiring grooves 39, 40, respectively, as shown in FIG. 7, similarly to the upper coil 21. (The same applies to the outer coil end wiring 96 and the via connected to it). The same material as the barrier metal 34 described above can be applied to the barrier metals 41 and 42.

一方、絶縁層積層構造27には、高電圧領域36とは電気的に切り離された低電位の領域(LV領域)として、低電圧領域46(図4および図6)、外側低電圧領域47(図3〜図7)および中間領域48(図3〜図7)が設定されている。
低電圧領域46は、下コイル20が埋め込まれた絶縁層28における、下コイル20および下コイル20と同電位の配線が形成された領域、およびそれら形成領域の周辺部を含んでいる。低電圧領域46は、下コイル20と上コイル21との関係と同様に、一層以上の絶縁層28を挟んで高電圧領域36に対向している。下コイル20は、この実施形態では、図4に示すように、上コイル21と対向する位置、すなわちトランスチップ6の長手方向に間隔を置いて2つずつペアで合計4つ形成されている。各ペアの下コイル20の内方領域31および隣り合う下コイル20間には、それぞれ、内側コイルエンド配線49および外側コイルエンド配線97が形成されている。これにより、各ペアでは、一方の下コイル20および他方の下コイル20が、その間の共通の外側コイルエンド配線97によって互いに電気的に接続されており、これら両方の下コイル20、その間の外側コイルエンド配線97および各下コイル20内の内側コイルエンド配線49は全て同電位となっている。したがって、当該絶縁層28では、各下コイル20の内方領域31および各ペアにおける下コイル20間の領域も、下コイル20、内側コイルエンド配線49もしくは外側コイルエンド配線97からの電界が及ぶ範囲内として、低電圧領域46に含まれている。なお、内側コイルエンド配線49は、図5に示すように、平面視において高電圧側の内側コイルエンド配線37からずれた位置に配置されている。
On the other hand, the insulating layer laminated structure 27 has a low voltage region 46 (FIGS. 4 and 6) and an outer low voltage region 47 (FIGS. 4 and 6) as a low potential region (LV region) electrically separated from the high voltage region 36. FIGS. 3 to 7) and an intermediate region 48 (FIGS. 3 to 7) are set.
The low voltage region 46 includes a region in the insulating layer 28 in which the lower coil 20 is embedded, in which wiring having the same potential as the lower coil 20 and the lower coil 20 is formed, and a peripheral portion of the formed region. The low voltage region 46 faces the high voltage region 36 with one or more insulating layers 28 interposed therebetween, similar to the relationship between the lower coil 20 and the upper coil 21. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the lower coil 20 is formed in pairs of two at a position facing the upper coil 21, that is, in the longitudinal direction of the transformer chip 6, for a total of four. An inner coil end wiring 49 and an outer coil end wiring 97 are formed between the inner region 31 of each pair of lower coils 20 and the adjacent lower coils 20, respectively. Thereby, in each pair, one lower coil 20 and the other lower coil 20 are electrically connected to each other by a common outer coil end wiring 97 between them, both of these lower coils 20 and the outer coil in between. The end wiring 97 and the inner coil end wiring 49 in each lower coil 20 all have the same potential. Therefore, in the insulating layer 28, the inner region 31 of each lower coil 20 and the region between the lower coils 20 in each pair are also within the range covered by the electric field from the lower coil 20, the inner coil end wiring 49, or the outer coil end wiring 97. Inside, it is included in the low voltage region 46. As shown in FIG. 5, the inner coil end wiring 49 is arranged at a position deviated from the inner coil end wiring 37 on the high voltage side in a plan view.

外側低電圧領域47は、図3〜図5に示すように、高電圧領域36および低電圧領域46を取り囲むように設定され、中間領域48は、高電圧領域36および低電圧領域46と外側低電圧領域47との間に設定されている。
図3,図6および図7に示すように、低電圧パッド13は、外側低電圧領域47において絶縁層積層構造27の表面(最上層の絶縁層28の層間絶縁膜30上)に形成されている。低電圧パッド13は、この実施形態では、トランスチップ6の長手方向に互いに間隔を置いて6個設けられた高電圧パッド14のそれぞれの側方に一つずつ、合計6個配置されている。各低電圧パッド13は、絶縁層積層構造27内を引き回された低電圧配線24,93によって、下コイル20に接続されている。
The outer low voltage region 47 is set to surround the high voltage region 36 and the low voltage region 46 as shown in FIGS. 3 to 5, and the intermediate region 48 is set to surround the high voltage region 36 and the low voltage region 46 and the outer low voltage region 46. It is set between the voltage region 47 and the voltage region 47.
As shown in FIGS. 3, 6 and 7, the low voltage pad 13 is formed on the surface of the insulating layer laminated structure 27 (on the interlayer insulating film 30 of the uppermost insulating layer 28) in the outer low voltage region 47. There is. In this embodiment, a total of six low-voltage pads 13 are arranged, one on each side of the six high-voltage pads 14 provided at intervals in the longitudinal direction of the transformer chip 6. Each low-voltage pad 13 is connected to the lower coil 20 by low-voltage wirings 24 and 93 routed in the insulating layer laminated structure 27.

低電圧配線24は、貫通配線51と、引き出し配線52とを含む。
貫通配線51は、外側低電圧領域47において各低電圧パッド13から少なくとも下コイル20が形成された絶縁層28を貫通して、下コイル20よりも下方の絶縁層28に達する柱状に形成されている。より具体的には、貫通配線51は、それぞれ、上コイル21および下コイル20と同一の絶縁層28に埋め込まれた島状(四角形状)の低電圧層配線53,54と、それらの間を接続する複数のビア55と、上側の低電圧層配線53と低電圧パッド13とを接続するビア56と、下側の低電圧層配線54と引き出し配線52とを接続するビア57とを含む。
The low-voltage wiring 24 includes a through wiring 51 and a lead-out wiring 52.
The through wiring 51 is formed in a columnar shape that penetrates the insulating layer 28 in which at least the lower coil 20 is formed from each low voltage pad 13 in the outer low voltage region 47 and reaches the insulating layer 28 below the lower coil 20. There is. More specifically, the through wiring 51 is connected to the island-shaped (square) low-voltage layer wirings 53 and 54 embedded in the same insulating layer 28 as the upper coil 21 and the lower coil 20, respectively, and between them. It includes a plurality of vias 55 to be connected, a via 56 for connecting the upper low voltage layer wiring 53 and the low voltage pad 13, and a via 57 for connecting the lower low voltage layer wiring 54 and the lead wiring 52.

引き出し配線52は、低電圧領域46から、下コイル20よりも下方の絶縁層28を介して外側低電圧領域47に引き出された線状に形成されている。より具体的には、引き出し配線52は、前述の内側コイルエンド配線49と、下コイル20よりも下方の絶縁層28に埋め込まれ、下コイル20を下方で横切る線状の引き出し層配線58と、引き出し層配線58と内側コイルエンド配線49とを接続するビア59とを含む。引き出し層配線58は、ビア86を介して半導体基板26に接続されている。これにより、低電圧配線24は、基板電圧(たとえば接地電圧)に固定される。 The lead-out wiring 52 is formed in a linear shape drawn from the low-voltage region 46 to the outer low-voltage region 47 via an insulating layer 28 below the lower coil 20. More specifically, the lead-out wiring 52 is embedded in the inner coil end wiring 49 described above, the insulating layer 28 below the lower coil 20, and the linear lead-out layer wiring 58 that crosses the lower coil 20 below. It includes a via 59 that connects the lead-out layer wiring 58 and the inner coil end wiring 49. The lead-out layer wiring 58 is connected to the semiconductor substrate 26 via the via 86. As a result, the low voltage wiring 24 is fixed to the substrate voltage (for example, the ground voltage).

なお、配線49,53,54,58およびビア55〜57,59は、それぞれ上コイル21と同様に、配線溝にバリアメタルおよびCu配線材料を埋め込むことによって形成されている。一例として、図7に示すように、低電圧層配線53およびビア55,56は、それぞれ、配線溝60〜62にバリアメタル63〜65およびCu配線材料66〜68を埋め込むことによって形成されている。バリアメタル63〜65には、前述のバリアメタル34と同じ材料を適用することができる。 The wirings 49, 53, 54, 58 and vias 55 to 57, 59 are formed by embedding a barrier metal and a Cu wiring material in the wiring grooves, respectively, like the upper coil 21. As an example, as shown in FIG. 7, the low voltage layer wiring 53 and the vias 55 and 56 are formed by embedding barrier metals 63 to 65 and Cu wiring materials 66 to 68 in wiring grooves 60 to 62, respectively. .. The same material as the barrier metal 34 described above can be applied to the barrier metals 63 to 65.

なお、詳細は省略するが、低電圧配線93も、低電圧配線24と同様に、貫通配線(図示せず)と、引き出し配線98(図3〜図5)とを含む配線によって構成されている。
以上の構成により、或る低電圧パッド13は、図3〜図6に示すように、貫通配線51および引き出し配線52を介して、下コイル20の内側コイルエンド配線49に接続されている。また、他の低電圧パッド13は、図3〜図6に示すように、貫通配線および引き出し配線98を介して、下コイル20の外側コイルエンド配線96に接続されている。これにより、低電圧パッド13に入力された信号を、貫通配線51および引き出し配線52を介して下コイル21に伝達することができる。
Although details are omitted, the low-voltage wiring 93 is also composed of wiring including a through wiring (not shown) and a lead-out wiring 98 (FIGS. 3 to 5) like the low-voltage wiring 24. ..
With the above configuration, a certain low voltage pad 13 is connected to the inner coil end wiring 49 of the lower coil 20 via the through wiring 51 and the lead wiring 52 as shown in FIGS. 3 to 6. Further, as shown in FIGS. 3 to 6, the other low-voltage pad 13 is connected to the outer coil end wiring 96 of the lower coil 20 via the through wiring and the lead-out wiring 98. As a result, the signal input to the low voltage pad 13 can be transmitted to the lower coil 21 via the through wiring 51 and the lead wiring 52.

絶縁層積層構造27には、低電圧配線24よりもさらに外側にシールド層69が形成されている。このシールド層69は、外部からデバイス内に水分が入ったり、端面のクラックが内部に広がったりすることを防止する。
シールド層69は、図3〜図6に示すように、トランスチップ6の端面に沿って壁状に形成されており、その底部において半導体基板26に接続されている。これにより、シールド層69は、基板電圧(たとえば接地電圧)に固定される。より具体的には、シールド層69は、図6に示すように、それぞれ、上コイル21、下コイル20および引き出し層配線58と同一の絶縁層28に埋め込まれたシールド層配線70〜72と、それらの間を接続する複数のビア73と、最下層のシールド層配線72と半導体基板26とを接続するビア74とを含む。シールド層配線70〜72およびビア73,74は、それぞれ上コイル21と同様に、配線溝にバリアメタルおよびCu配線材料を埋め込むことによって形成されている。
In the insulating layer laminated structure 27, a shield layer 69 is formed further outside the low voltage wiring 24. The shield layer 69 prevents moisture from entering the device from the outside and cracks on the end face from spreading inside.
As shown in FIGS. 3 to 6, the shield layer 69 is formed in a wall shape along the end surface of the transformer chip 6, and is connected to the semiconductor substrate 26 at the bottom thereof. As a result, the shield layer 69 is fixed to the substrate voltage (for example, the ground voltage). More specifically, as shown in FIG. 6, the shield layer 69 includes shield layer wirings 70 to 72 embedded in the same insulating layer 28 as the upper coil 21, lower coil 20, and lead-out layer wiring 58, respectively. It includes a plurality of vias 73 connecting between them, and vias 74 connecting the lowermost shield layer wiring 72 and the semiconductor substrate 26. The shield layer wirings 70 to 72 and the vias 73 and 74 are formed by embedding a barrier metal and a Cu wiring material in the wiring grooves, respectively, like the upper coil 21.

さらに、絶縁層積層構造27上には、保護膜75およびパッシベーション膜76が、絶縁層積層構造27の全面に順に積層されている。パッシベーション膜76の上には、上コイル21の直上の領域を選択的に覆う楕円環状のコイル保護膜77が形成されている。それらの膜75〜77には、低電圧パッド13および高電圧パッド14をそれぞれ露出させるためのパッド開口78,79が形成されている。 Further, the protective film 75 and the passivation film 76 are sequentially laminated on the entire surface of the insulating layer laminated structure 27 on the insulating layer laminated structure 27. On the passivation film 76, an elliptical annular coil protective film 77 that selectively covers the region directly above the upper coil 21 is formed. The films 75 to 77 are formed with pad openings 78 and 79 for exposing the low voltage pad 13 and the high voltage pad 14, respectively.

保護膜75は、たとえばSiOからなり、150nm程度の厚さを有している。パッシベーション膜76は、たとえばSiNからなり、1000nm程度の厚さを有している。コイル保護膜77は、たとえばポリイミドからなり、4000nm程度の厚さを有している。
次に、トランスチップ6の各部の詳細について、以下に説明を加える。
The protective film 75 is made of, for example, SiO 2 and has a thickness of about 150 nm. The passivation film 76 is made of, for example, SiN and has a thickness of about 1000 nm. The coil protective film 77 is made of polyimide, for example, and has a thickness of about 4000 nm.
Next, the details of each part of the transformer chip 6 will be described below.

図2で説明したように、トランスチップ6の下コイル20と上コイル21との間には、大きな電位差(たとえば、1200V程度)が生じる。そのため、下コイル20と上コイル21と間に配置される絶縁層28は、その電位差による絶縁破壊を生じない耐圧を実現可能な厚さを有していなければならない。
そこで、この実施形態では、図6に示すように、300nm程度のエッチングストッパ膜29および2100nm程度の層間絶縁膜30の積層構造からなる絶縁層28を、コイル間に複数層(たとえば6層)介在させて、絶縁層28のトータルの厚さL2を12.0μm〜16.8μmにすることによって、下コイル20と上コイル21との間の縦方向のDC絶縁を実現している。
As described with reference to FIG. 2, a large potential difference (for example, about 1200 V) is generated between the lower coil 20 and the upper coil 21 of the transformer chip 6. Therefore, the insulating layer 28 arranged between the lower coil 20 and the upper coil 21 must have a thickness capable of achieving a withstand voltage that does not cause dielectric breakdown due to the potential difference.
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 6, a plurality of layers (for example, 6 layers) are interposed between the coils with an insulating layer 28 having a laminated structure of an etching stopper film 29 of about 300 nm and an interlayer insulating film 30 of about 2100 nm. By setting the total thickness L2 of the insulating layer 28 to 12.0 μm to 16.8 μm, DC insulation in the vertical direction between the lower coil 20 and the upper coil 21 is realized.

しかしながら、この出願の発明者らが、トランスを備える半導体チップにおける層間膜の厚さとサージ破壊電圧との関係を実験したところ、図8に示す結果が得られた。図8において、層間膜とは、この実施形態における絶縁層28と同様の構造を有する膜である。図8によると、コイル間の層間膜の層数を増やして膜厚を大きくすればするほど、縦方向のDC絶縁が良好に実現できているにも関わらず、たとえば、上コイル21と低電圧パッド13との間(コイル−パッド間)や、上コイル21とシールド層26との間(コイル−シールド間)といった横方向の破壊が支配的になっていることが分かる。 However, when the inventors of this application experimented with the relationship between the thickness of the interlayer film and the surge breakdown voltage in a semiconductor chip provided with a transformer, the results shown in FIG. 8 were obtained. In FIG. 8, the interlayer film is a film having the same structure as the insulating layer 28 in this embodiment. According to FIG. 8, as the number of layers of the interlayer film between the coils is increased and the film thickness is increased, for example, the upper coil 21 and the lower voltage are obtained even though the DC insulation in the vertical direction is better realized. It can be seen that lateral destruction such as between the pad 13 (between the coil and the pad) and between the upper coil 21 and the shield layer 26 (between the coil and the shield) is dominant.

通常は、下コイル20と上コイル21と間の絶縁層28のトータル厚さL2に比べて、上コイル21と外側低電圧領域47との距離L0(この実施形態では、中間領域48の幅)の方が大きい。たとえば、距離L0は100μm〜450μmが一般的であり、前述の厚さL2との比(距離L0/厚さL2)で表せば、6/1〜40/1となる。したがって、たとえば高電圧領域36と外側低電圧領域47との間に、下コイル20と上コイル21との間(高電圧領域36と低電圧領域46との間)の電位差と同等の電位差が生じても、それらの領域の距離だけを考えれば、理論上は距離L0>厚さL2であるから絶縁破壊は生じない。しかしながら、図8で証明されるように、コイル間の層間膜が厚くなれば、横方向の破壊が支配的になってしまうのである。なお、図6では、距離L0よりも厚さL2の方が大きく表されているが、実際には距離L0>>厚さL2の関係にある。 Normally, the distance L0 between the upper coil 21 and the outer low voltage region 47 is compared with the total thickness L2 of the insulating layer 28 between the lower coil 20 and the upper coil 21 (in this embodiment, the width of the intermediate region 48). Is larger. For example, the distance L0 is generally 100 μm to 450 μm, and when expressed as a ratio to the above-mentioned thickness L2 (distance L0 / thickness L2), it is 6/1 to 40/1. Therefore, for example, a potential difference equivalent to the potential difference between the lower coil 20 and the upper coil 21 (between the high voltage region 36 and the low voltage region 46) occurs between the high voltage region 36 and the outer low voltage region 47. However, considering only the distances between these regions, in theory, the distance L0> the thickness L2, so dielectric breakdown does not occur. However, as evidenced in FIG. 8, if the interlayer film between the coils becomes thicker, lateral fracture becomes dominant. In FIG. 6, the thickness L2 is shown to be larger than the distance L0, but in reality, the distance L0 >> thickness L2 is related.

この点、この出願の発明者らは、高電圧領域36と外側低電圧領域47との間に、電気的にフローティングされた金属部材からなるシールドを設ければ、外側低電圧領域47の特定部位に対する電界集中を緩和して、横方向の破壊を防止できることを見出した。
そこで、この実施形態では、図3および図5に示すように、平面視で高電圧領域36を取り囲むキャパシタ80が、中間領域48に設けられている。図3および図5では、複数の高電圧領域36が共通のキャパシタ80によって取り囲まれているが、各高電圧領域36が個別に取り囲まれていてもよい。
In this regard, the inventors of this application can provide a shield made of an electrically floating metal member between the high voltage region 36 and the outer low voltage region 47 to provide a specific portion of the outer low voltage region 47. It was found that the electric field concentration with respect to the electric field can be alleviated to prevent lateral fracture.
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 5, a capacitor 80 surrounding the high voltage region 36 in a plan view is provided in the intermediate region 48. In FIGS. 3 and 5, a plurality of high voltage regions 36 are surrounded by a common capacitor 80, but each high voltage region 36 may be individually surrounded.

キャパシタ80の断面構造は、図6および図7に示される。すなわち、キャパシタ80は、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28、下コイル20が埋め込まれた絶縁層28およびそれらの間の絶縁層28のそれぞれに埋め込まれており、全体として絶縁層28のコイル形成領域を取り囲む壁状に形成されている。
各キャパシタ80は、各絶縁層28に埋め込まれた複数の電極板87からなる。複数の電極板87は、等間隔で3つ以上(図6および図7では、5つ)設けられており、それぞれが電気的にフローティングされている。また、各絶縁層28に埋め込まれた電極板87は、上下に連なって配列されている。すなわち、絶縁層積層構造27を断面で見たときに、或るキャパシタ80を構成する電極板87が、その上下の電極板87と重なり合っている。これにより、互いに異なる絶縁層28に埋め込まれた複数の電極板87が、絶縁層積層構造27の積層方向に沿って隙間のないシールド板を構成している。
The cross-sectional structure of the capacitor 80 is shown in FIGS. 6 and 7. That is, the capacitor 80 is embedded in the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded, the insulating layer 28 in which the lower coil 20 is embedded, and the insulating layer 28 between them, and the coil of the insulating layer 28 as a whole is embedded. It is formed in the shape of a wall surrounding the formation area.
Each capacitor 80 is composed of a plurality of electrode plates 87 embedded in each insulating layer 28. The plurality of electrode plates 87 are provided at three or more at equal intervals (five in FIGS. 6 and 7), and each of them is electrically floated. Further, the electrode plates 87 embedded in each insulating layer 28 are arranged vertically in a row. That is, when the insulating layer laminated structure 27 is viewed in cross section, the electrode plates 87 constituting a certain capacitor 80 overlap with the electrode plates 87 above and below the electrode plates 87. As a result, the plurality of electrode plates 87 embedded in the insulating layers 28 that are different from each other form a shield plate having no gap along the stacking direction of the insulating layer laminated structure 27.

各電極板87は、上コイル21と同様に、図7に示すように、配線溝81にバリアメタル82およびCu配線材料83を埋め込むことによって形成されている。バリアメタル82には、前述のバリアメタル34と同じ材料を適用することができる。
また、上コイル21とキャパシタ80との横方向距離L1は、上コイル21と下コイル20との間の絶縁層28のトータル厚さL2よりも大きい。たとえば、距離L1は、25μm〜400μmである。なお、図6では、距離L1よりも厚さL2の方が大きく表されているが、実際には距離L1>>厚さL2の関係にある。
Like the upper coil 21, each electrode plate 87 is formed by embedding a barrier metal 82 and a Cu wiring material 83 in the wiring groove 81, as shown in FIG. The same material as the barrier metal 34 described above can be applied to the barrier metal 82.
Further, the lateral distance L1 between the upper coil 21 and the capacitor 80 is larger than the total thickness L2 of the insulating layer 28 between the upper coil 21 and the lower coil 20. For example, the distance L1 is 25 μm to 400 μm. In FIG. 6, the thickness L2 is shown to be larger than the distance L1, but in reality, there is a relationship of distance L1 >> thickness L2.

このキャパシタ80によって、上コイル21−下コイル20間に高電圧を印加したときに、外側低電圧領域47に配置された低電位の導電部(たとえば、低電圧パッド13、低電圧層配線53、ビア55、低電圧層配線54、シールド層69等)へ電界が集中することを緩和することができる。特に、上コイル21(高電圧コイル)と同一層およびその近傍の層に配置された矩形状の低電圧パッド13や低電圧層配線53には、その角部に電界が集中してサージ破壊が起こり易い。しかし、キャパシタ80が配置されることで、そのようなサージ破壊を効果的に防止することができる。しかも、この実施形態では、キャパシタ80が高電圧領域36を取り囲んでいるので、上コイル21から放出される電界が、その向きに依らずに緩和される。その結果、高電圧領域36−外側低電圧領域37間の耐圧を向上させることができる。 When a high voltage is applied between the upper coil 21 and the lower coil 20 by the capacitor 80, a low-potential conductive portion (for example, a low voltage pad 13, a low voltage layer wiring 53, etc.) arranged in the outer low voltage region 47, It is possible to alleviate the concentration of the electric field on the via 55, the low voltage layer wiring 54, the shield layer 69, etc.). In particular, in the rectangular low-voltage pad 13 and the low-voltage layer wiring 53 arranged in the same layer as the upper coil 21 (high-voltage coil) and the layer in the vicinity thereof, the electric field is concentrated at the corners thereof and surge failure occurs. It is easy to happen. However, by arranging the capacitor 80, such surge failure can be effectively prevented. Moreover, in this embodiment, since the capacitor 80 surrounds the high voltage region 36, the electric field emitted from the upper coil 21 is relaxed regardless of the direction thereof. As a result, the withstand voltage between the high voltage region 36 and the outer low voltage region 37 can be improved.

また、キャパシタ80を構成する電極板87が、シールド層69を構成する要素と同一の絶縁層28に埋め込まれているので、キャパシタ80とシールド層69とを同一の工程で形成することができる。
<変形例>
(1)キャパシタ80のパターンに関する変形例 図9〜図13は、キャパシタ80のパターンに関する変形例を示す。
Further, since the electrode plate 87 constituting the capacitor 80 is embedded in the same insulating layer 28 as the element constituting the shield layer 69, the capacitor 80 and the shield layer 69 can be formed in the same process.
<Modification example>
(1) Deformed example of the pattern of the capacitor 80 FIGS. 9 to 13 show a modified example of the pattern of the capacitor 80.

図9の構成では、各キャパシタ80を構成する複数の電極板87は、非等間隔で3つ以上設けられている。たとえば、高電圧領域36から離れるに従って間隔を広くなるように、複数の電極板87が配列されている。
図10の構成では、各絶縁層28に埋め込まれた電極板87が、絶縁層積層構造27の積層方向に沿って、断続的に配列されている。すなわち、絶縁層積層構造27を断面で見たときに、或るキャパシタ80を構成する電極板87が、その上下の電極板87と重なり合っていない。たとえば、図10に示すように、或るキャパシタ80を構成する電極板87が、その上下のキャパシタ80を構成する複数の電極板87の隙間の領域に配置されていてもよい。
In the configuration of FIG. 9, three or more electrode plates 87 constituting each capacitor 80 are provided at non-equal intervals. For example, a plurality of electrode plates 87 are arranged so as to increase the distance from the high voltage region 36.
In the configuration of FIG. 10, the electrode plates 87 embedded in each insulating layer 28 are arranged intermittently along the stacking direction of the insulating layer laminated structure 27. That is, when the insulating layer laminated structure 27 is viewed in cross section, the electrode plates 87 constituting a certain capacitor 80 do not overlap with the upper and lower electrode plates 87. For example, as shown in FIG. 10, the electrode plates 87 constituting a certain capacitor 80 may be arranged in a region of a gap between a plurality of electrode plates 87 forming the capacitors 80 above and below the electrode plates 87.

図11の構成では、キャパシタ80は、選択的に、上コイル21用の絶縁層28および下コイル20用の絶縁層28に埋め込まれている。すなわち、キャパシタ80は、上コイル21用および下コイル20用の絶縁層28のみに埋め込まれ、それらの間の絶縁層28に埋め込まれていなくてもよい。
図12の構成では、キャパシタ80は、中間領域48において、高電圧領域36と低電圧パッド13が配置された領域(パッド領域)との間に選択的に形成され、パッド領域の反対側の領域には形成されていない。一方、図13の構成はその逆で、キャパシタ80が、パッド領域の反対側の領域に選択的に形成され、パッド領域側には形成されていない。
(2)キャパシタ80に代わる構造を示す変形例
図14〜図16は、キャパシタ80に代わる構造を示す変形例である。具体的には、電極板87が、同一の絶縁層28内で横方向に重ならないように独立して設けられており、各絶縁層28にキャパシタ構造が設けられていない場合を示す。
In the configuration of FIG. 11, the capacitor 80 is selectively embedded in the insulating layer 28 for the upper coil 21 and the insulating layer 28 for the lower coil 20. That is, the capacitor 80 may be embedded only in the insulating layer 28 for the upper coil 21 and the lower coil 20, and may not be embedded in the insulating layer 28 between them.
In the configuration of FIG. 12, the capacitor 80 is selectively formed in the intermediate region 48 between the high voltage region 36 and the region (pad region) in which the low voltage pad 13 is arranged, and is a region opposite to the pad region. Is not formed in. On the other hand, the configuration of FIG. 13 is the opposite, and the capacitor 80 is selectively formed in the region opposite to the pad region and is not formed on the pad region side.
(2) Deformation Example Showing a Structure Alternative to Capacitor 80 FIGS. 14 to 16 are a modification showing a structure alternative to the capacitor 80. Specifically, the case where the electrode plates 87 are independently provided in the same insulating layer 28 so as not to overlap in the lateral direction, and the capacitor structure is not provided in each insulating layer 28 is shown.

図14の構成では、各絶縁層28に埋め込まれた電極板87が、上下に連なって配列されている。一方、図15の構成では、各絶縁層28に埋め込まれた電極板87が、絶縁層積層構造27の積層方向に沿って、断続的に配列されている。
なお、この項で示す変形例は、あくまでもキャパシタ構造が形成されていないことを示すものである。したがって、同一の絶縁層28に複数の電極板87が設けられていても、それらが横方向に重なっていなければよい。たとえば、図16に示すように、高電圧領域36を取り囲む破線楕円84を形成する複数の電極板87が配列されており、破線楕円84の内方領域に、破線楕円84を構成する複数の電極板87の隙間の領域に対向するように電極板87が配置されていてもよい。
(3)半導体基板26の接続状態に関する変形例
図17〜図19は、半導体基板26の接続状態に関する変形例を示す。
In the configuration of FIG. 14, the electrode plates 87 embedded in each insulating layer 28 are arranged vertically in a row. On the other hand, in the configuration of FIG. 15, the electrode plates 87 embedded in each insulating layer 28 are intermittently arranged along the stacking direction of the insulating layer laminated structure 27.
It should be noted that the modification shown in this section shows that the capacitor structure is not formed to the last. Therefore, even if a plurality of electrode plates 87 are provided on the same insulating layer 28, they do not have to overlap in the lateral direction. For example, as shown in FIG. 16, a plurality of electrode plates 87 forming a broken line ellipse 84 surrounding the high voltage region 36 are arranged, and a plurality of electrodes forming the broken line ellipse 84 are arranged in the inner region of the broken line ellipse 84. The electrode plate 87 may be arranged so as to face the region of the gap between the plates 87.
(3) Deformation Example Regarding Connection State of Semiconductor Substrate 26 FIGS. 17 to 19 show a modification regarding the connection state of the semiconductor substrate 26.

図17の構成では、図6のビア86が省略され、低電圧配線24が基板電圧に固定されていない。
図18の構成では、図6のビア74が省略され、シールド層69が基板電圧に固定されていない。
図19の構成では、図6のビア86およびビア74のどちらもが省略され、低電圧配線24およびシールド層69が基板電圧に固定されていない。
In the configuration of FIG. 17, the via 86 of FIG. 6 is omitted, and the low voltage wiring 24 is not fixed to the substrate voltage.
In the configuration of FIG. 18, the via 74 of FIG. 6 is omitted, and the shield layer 69 is not fixed to the substrate voltage.
In the configuration of FIG. 19, both the via 86 and the via 74 of FIG. 6 are omitted, and the low voltage wiring 24 and the shield layer 69 are not fixed to the substrate voltage.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
たとえば、前述の実施形態では、高電圧コイルが上コイル21で低電圧コイルが下コイル20である場合を示したが、高電圧コイルが下コイル20で低電圧コイルが上コイル21であってもよい。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.
For example, in the above embodiment, the case where the high voltage coil is the upper coil 21 and the low voltage coil is the lower coil 20 is shown, but even if the high voltage coil is the lower coil 20 and the low voltage coil is the upper coil 21. Good.

また、前述の実施形態では、高電圧コイル(上コイル21)よりも低い電位に電気的に接続される導電体(低電位部)が、低電圧配線24やシールド層69のように、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28と同一の絶縁層28に必ず形成されている場合のみ取り上げたが、導電体は、当該同一の絶縁層28に設けられていなくてもよい。たとえば、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28の上方もしくは下方の数層に形成された導電体に対しても、この発明は、横方向のサージ破壊の低減効果を十分に発揮することができる。 Further, in the above-described embodiment, the conductor (low potential portion) electrically connected to a lower potential than the high voltage coil (upper coil 21) is the upper coil, such as the low voltage wiring 24 and the shield layer 69. Although only the case where the 21 is always formed in the same insulating layer 28 as the embedded insulating layer 28 is taken up, the conductor may not be provided in the same insulating layer 28. For example, the present invention can sufficiently exert the effect of reducing surge fracture in the lateral direction even for conductors formed in several layers above or below the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded. ..

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
なお、前述の実施形態の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
半導体装置は、絶縁層と、前記絶縁層中で上下に間隔を置いて配置された高電圧コイルおよび低電圧コイルと、平面視において、前記高電圧コイル用の高電圧領域の周囲に配置された低電圧領域に設けられ、前記高電圧コイルよりも低い電位に接続された低電位部と、前記高電圧コイルと前記低電圧領域との間に配置され、電気的にフローティングされた金属部材からなる電界シールド部とを含む。
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
In addition to the inventions described in the claims, the following features can be extracted from the contents of the above-described embodiment.
The semiconductor device is arranged around the insulating layer, the high-voltage coil and the low-voltage coil arranged at intervals above and below the insulating layer, and the high-voltage region for the high-voltage coil in plan view. It is composed of a low potential portion provided in a low voltage region and connected to a potential lower than that of the high voltage coil, and an electrically floating metal member arranged between the high voltage coil and the low voltage region. Includes an electric potential shield.

高電圧コイルと低電圧領域との間に電界シールド部が設けられているので、低電位部への電界集中を緩和することができる。これにより、高電圧コイル−低電圧領域間の耐圧を向上させることができる。
前記半導体装置では、前記電界シールド部は、横方向に間隔を置いて対向する複数の電極板からなるキャパシタを含む。この場合、前記電極板は、等間隔で3つ以上設けられていてもよいし、非等間隔で3つ以上設けられていてもよい。
Since the electric field shield portion is provided between the high voltage coil and the low voltage region, it is possible to relax the electric field concentration on the low potential portion. Thereby, the withstand voltage between the high voltage coil and the low voltage region can be improved.
In the semiconductor device, the electric field shield portion includes a capacitor composed of a plurality of electrode plates facing each other at lateral intervals. In this case, three or more electrode plates may be provided at equal intervals, or three or more electrode plates may be provided at non-equal intervals.

前記半導体装置では、前記低電位部は、前記低電圧コイルに接続された低電圧配線を含む。
前記半導体装置では、前記低電位部は、前記絶縁層の表面に露出し、前記低電圧配線に接続された低電圧パッドを含み、前記電界シールド部は、前記高電圧コイルと前記低電圧パッドとの間に配置されている。
In the semiconductor device, the low potential portion includes a low voltage wiring connected to the low voltage coil.
In the semiconductor device, the low potential portion includes a low voltage pad exposed on the surface of the insulating layer and connected to the low voltage wiring, and the electric field shield portion includes the high voltage coil and the low voltage pad. It is placed between.

低電圧パッドが角部を有している場合、当該角部に電界が集中してサージ破壊が起こり易い。電界シールド部が高電圧コイル−低電圧パッド間に配置されることで、そのようなサージ破壊を効果的に防止することができる。
前記半導体装置では、前記絶縁層は、順に積層された複数の絶縁膜を含む絶縁膜積層構造からなり、前記高電圧コイルおよび前記低電圧コイルは、それぞれ、別々の前記絶縁膜に埋め込まれており、一層以上の前記絶縁膜が、前記高電圧コイルと前記低電圧コイルとの間に介在しており、前記電界シールド部は、少なくとも一層の前記絶縁膜に埋め込まれた電極板からなる。
When the low voltage pad has corners, the electric field is concentrated on the corners and surge failure is likely to occur. By arranging the electric field shield portion between the high voltage coil and the low voltage pad, such surge failure can be effectively prevented.
In the semiconductor device, the insulating layer has an insulating film laminated structure including a plurality of insulating films laminated in order, and the high voltage coil and the low voltage coil are embedded in separate insulating films. One or more layers of the insulating film are interposed between the high voltage coil and the low voltage coil, and the electric field shield portion is composed of at least one layer of an electrode plate embedded in the insulating film.

この場合、同一の前記絶縁膜に複数の前記電極板が間隔を置いて対向しており、当該複数の電極板がキャパシタを構成していてもよい。そして、前記電極板は、等間隔で3つ以上設けられていてもよいし、非等間隔で3つ以上設けられていてもよい。
また、前記電極板は、同一の前記絶縁膜内で横方向に重ならないように独立して設けられていてもよい。
In this case, a plurality of the electrode plates may face the same insulating film at intervals, and the plurality of electrode plates may form a capacitor. Then, three or more electrode plates may be provided at equal intervals, or three or more electrode plates may be provided at non-equal intervals.
Further, the electrode plates may be independently provided in the same insulating film so as not to overlap in the lateral direction.

前記半導体装置では、前記電極板は、前記高電圧コイル用の前記絶縁膜、前記低電圧コイル用の前記絶縁膜、およびそれらの間の前記絶縁膜に埋め込まれている。この場合、高電圧コイル用および低電圧コイル用の絶縁膜の間の絶縁膜は、複数の膜であってもよいし、単膜であってもよい。複数の膜の場合、電極板は、その全ての膜に埋め込まれていてもよいし、選択的に一部の膜のみに埋め込まれていてもよい。 In the semiconductor device, the electrode plate is embedded in the insulating film for the high voltage coil, the insulating film for the low voltage coil, and the insulating film between them. In this case, the insulating film between the insulating films for the high voltage coil and the low voltage coil may be a plurality of films or a single film. In the case of a plurality of films, the electrode plate may be embedded in all the films, or may be selectively embedded in only a part of the films.

前記半導体装置では、各前記絶縁膜に埋め込まれた前記電極板は、上下に連なって配列されている。
前記半導体装置では、前記電極板は、選択的に、前記高電圧コイル用の前記絶縁膜および前記低電圧用の前記絶縁膜に埋め込まれている。すなわち、電極板は、高電圧コイル用および低電圧コイル用の絶縁膜のみに埋め込まれ、それらの間の絶縁膜に埋め込まれていなくてもよい。
In the semiconductor device, the electrode plates embedded in the insulating films are arranged one above the other.
In the semiconductor device, the electrode plate is selectively embedded in the insulating film for the high voltage coil and the insulating film for the low voltage. That is, the electrode plate is embedded only in the insulating film for the high voltage coil and the low voltage coil, and does not have to be embedded in the insulating film between them.

前記半導体装置では、前記低電位部は、前記高電圧領域を取り囲むように複数の前記絶縁膜に埋め込まれたシールド層を含み、前記電極板は、前記シールド層と同一の前記絶縁膜に埋め込まれている。この構成では、シールド層と電界シールド部(電極板)とを同一の工程で形成することができる。
前記半導体装置では、前記高電圧コイルが相対的に前記絶縁膜積層構造の表面に近い側に配置された上コイルであり、前記低電圧コイルが前記上コイルの下方に配置された下コイルであり、前記低電位部は、前記下コイルに接続され、前記絶縁膜積層構造を積層方向に貫通する低電圧配線を含む。
In the semiconductor device, the low potential portion includes a shield layer embedded in a plurality of the insulating films so as to surround the high voltage region, and the electrode plate is embedded in the same insulating film as the shield layer. ing. In this configuration, the shield layer and the electric field shield portion (electrode plate) can be formed in the same process.
In the semiconductor device, the high-voltage coil is an upper coil arranged relatively close to the surface of the insulating film laminated structure, and the low-voltage coil is a lower coil arranged below the upper coil. The low-potential portion includes a low-voltage wiring that is connected to the lower coil and penetrates the insulating film laminated structure in the laminated direction.

前記半導体装置では、前記低電位部は、前記絶縁層積層構造の表面に露出し、前記低電圧配線に接続された低電圧パッドを含む。
低電圧パッドが角部を有している場合、当該角部に電界が集中してサージ破壊が起こり易い。電界シールド部が高電圧コイル−低電圧パッド間に配置されることで、そのようなサージ破壊を効果的に防止することができる。
In the semiconductor device, the low potential portion includes a low voltage pad exposed on the surface of the insulating layer laminated structure and connected to the low voltage wiring.
When the low voltage pad has corners, the electric field is concentrated on the corners and surge failure is likely to occur. By arranging the electric field shield portion between the high voltage coil and the low voltage pad, such surge failure can be effectively prevented.

前記半導体装置では、前記高電圧コイルと前記電界シールド部との横方向距離L1が、前記高電圧コイルと前記低電圧コイルとの上下方向距離L2よりも大きい。
前記半導体装置では、前記電界シールド部は、前記高電圧コイルを取り囲んでいる。これにより、高電圧コイルから放出される電界が、その向きに依らずに緩和される。
前記半導体装置は、前記絶縁層を支持する基板を含み、前記低電圧コイルは、前記基板に接続されている。
In the semiconductor device, the lateral distance L1 between the high voltage coil and the electric field shield portion is larger than the vertical distance L2 between the high voltage coil and the low voltage coil.
In the semiconductor device, the electric field shield portion surrounds the high voltage coil. As a result, the electric field emitted from the high voltage coil is relaxed regardless of its orientation.
The semiconductor device includes a substrate that supports the insulating layer, and the low voltage coil is connected to the substrate.

半導体モジュールは、前記半導体装置と、前記半導体装置の前記低電圧コイルに電気的に接続された低電圧素子と、前記半導体装置の前記高電圧コイルに電気的に接続された高電圧素子と、前記半導体装置、前記低電圧素子および前記高電圧素子を一括して封止する樹脂パッケージとを含む。
高電圧領域36と外側低電圧領域47との間に大きな電位差(例えば、数千ボルト)が生じた場合に横方向で破壊が生じるという課題(図8参照)は、次の本発明の他の実施形態1および2で示す構成によって解決することもできる。
(1)本発明の他の実施形態1
本発明の他の実施形態1は、図20〜図24に示すように、中間領域48にキャパシタ80が設けられていない点で、前述の実施形態と異なっている。
The semiconductor module includes the semiconductor device, a low-voltage element electrically connected to the low-voltage coil of the semiconductor device, and a high-voltage element electrically connected to the high-voltage coil of the semiconductor device. It includes a semiconductor device, the low-voltage element, and a resin package that collectively seals the high-voltage element.
Another problem of the present invention is that lateral destruction occurs when a large potential difference (for example, several thousand volts) occurs between the high voltage region 36 and the outer low voltage region 47 (see FIG. 8). It can also be solved by the configuration shown in the first and second embodiments.
(1) Another Embodiment 1 of the present invention
Another embodiment 1 of the present invention is different from the above-described embodiment in that the capacitor 80 is not provided in the intermediate region 48 as shown in FIGS. 20 to 24.

そして、図8で説明した課題に関して、この出願の発明者らは、横方向の破壊を引き起こすリーク電流の原因が、上コイル21に接する絶縁膜の構成材料に関係することを見出した。
そこで、本発明の他の実施形態1では、ほとんどの絶縁層28を、引張応力SiN膜(Tensile−SiN)からなるエッチングストッパ膜29と、内部応力として圧縮応力を有するSiO膜からなる層間絶縁膜30との重ね合わせで形成しているが、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28およびその一層上の絶縁層28に関しては選択的に、エッチングストッパ膜29として内部応力として圧縮応力を有する圧縮応力膜を採用している。そのような圧縮応力膜は、たとえば、内部応力として400MPa〜800MPaの圧縮応力を有していることが好ましい。具体的には、SiOに比べてSiの比率が大きいSiO(0<x<2)膜が好ましく、圧縮応力を有するSiN膜(Compressive−SiN)であってもよい。SiO膜は、原料ガスの流量を調整してSiの組成比を変更することを除いては、SiO膜と同じ製法で作製することができる。一方、圧縮応力SiN膜は、引張応力SiN膜の製造工程において、たとえばSiH流量、N流量等の条件を調整することによって作製することができる。
Then, regarding the problem described with reference to FIG. 8, the inventors of this application have found that the cause of the leak current causing lateral fracture is related to the constituent material of the insulating film in contact with the upper coil 21.
Therefore, in another embodiment 1 of the present invention, most of the insulating layer 28 is interlayer-insulated composed of an etching stopper film 29 made of a tensile stress SiN film (Tensile-SiN) and a SiO 2 film having a compressive stress as an internal stress. Although it is formed by overlapping with the film 30, the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded and the insulating layer 28 above the insulating layer 28 are selectively compressed as an etching stopper film 29 having a compressive stress as an internal stress. A stress film is used. Such a compressive stress film preferably has, for example, a compressive stress of 400 MPa to 800 MPa as an internal stress. Specifically, a SiO x (0 <x <2) film having a larger ratio of Si than SiO 2 is preferable, and a SiN film (Compressive-SiN) having compressive stress may be used. The SiO x film can be produced by the same manufacturing method as the SiO 2 film, except that the flow rate of the raw material gas is adjusted to change the composition ratio of Si. On the other hand, the compressive stress SiN film can be produced by adjusting conditions such as SiH 4 flow rate and N 2 flow rate in the manufacturing process of the tensile stress SiN film.

これにより、絶縁層28の面方向(横方向)に沿って上コイル21から低電圧配線24やシールド層69へリーク電流が流れることを抑制することができる。その結果、上コイル21と、低電圧配線24およびシールド層69との間に大きな電位差が生じても、当該電位差による絶縁破壊を防止することができる。
しかも、エッチングストッパ膜29として圧縮応力膜が採用された絶縁層28を除く複数の絶縁層28に関しては、圧縮応力を有するSiOからなる層間絶縁膜30と、引張応力SiN膜からなるエッチングストッパ膜29とを交互に配置できるので、絶縁層積層構造27の積層界面において応力をキャンセルしながら絶縁層28を積層させることができる。その結果、トランスチップ6の製造工程において、絶縁層積層構造27を支持する半導体基板26の母体となる半導体ウエハに大きな反り変形が生じることを防止することができる。
As a result, it is possible to suppress the leakage current from the upper coil 21 to the low voltage wiring 24 and the shield layer 69 along the surface direction (lateral direction) of the insulating layer 28. As a result, even if a large potential difference occurs between the upper coil 21, the low voltage wiring 24, and the shield layer 69, dielectric breakdown due to the potential difference can be prevented.
Moreover, with respect to the plurality of insulating layers 28 excluding the insulating layer 28 in which the compressive stress film is adopted as the etching stopper film 29, the etching stopper film composed of the interlayer insulating film 30 made of SiO 2 having compressive stress and the tensile stress SiN film. Since 29 and 29 can be arranged alternately, the insulating layer 28 can be laminated while canceling the stress at the lamination interface of the insulating layer laminated structure 27. As a result, in the manufacturing process of the transformer chip 6, it is possible to prevent the semiconductor wafer, which is the base of the semiconductor substrate 26 that supports the insulating layer laminated structure 27, from being significantly warped and deformed.

なお、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28を除く絶縁層28のエッチングストッパ膜29としては、たとえば、SiC膜、SiCN膜等を使用してもよい。
以上、本発明の他の実施形態1を説明したが、本発明の他の実施形態1では種々の設計変更を施すことが可能である。
なお、本発明の他の実施形態1の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
[項1]
順に積層された複数の絶縁層からなる絶縁層積層構造と、
前記絶縁層積層構造において互いに異なる前記絶縁層に形成され、一層以上の前記絶縁層を挟んで互いに対向する高電圧コイルおよび低電圧コイルと、
前記高電圧コイルが配置された高電圧領域の側方の外側領域に形成され、前記高電圧コイルよりも低い電位に電気的に接続される導電体とを含み、
前記高電圧コイルに接する前記絶縁層は、前記高電圧コイルとの接触部分に内部応力として圧縮応力を有する圧縮応力膜を含む、半導体装置。
As the etching stopper film 29 of the insulating layer 28 excluding the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded, for example, a SiC film, a SiCN film, or the like may be used.
Although the other embodiment 1 of the present invention has been described above, various design changes can be made in the other embodiment 1 of the present invention.
In addition to the invention described in the claims, the following features can be extracted from the contents of the other embodiment 1 of the present invention.
[Item 1]
An insulating layer laminated structure consisting of a plurality of insulating layers laminated in order,
A high-voltage coil and a low-voltage coil formed in the insulating layers different from each other in the insulating layer laminated structure and facing each other with the insulating layer of one or more layers interposed therebetween
It includes a conductor formed in the lateral outer region of the high voltage region in which the high voltage coil is arranged and electrically connected to a potential lower than that of the high voltage coil.
A semiconductor device in which the insulating layer in contact with the high-voltage coil includes a compressive stress film having a compressive stress as an internal stress at a contact portion with the high-voltage coil.

この構成によれば、絶縁層の高電圧コイルと接触する部分が圧縮応力膜で形成されているので、当該絶縁層の面方向(横方向)に沿って高電圧コイルから導電体へリーク電流が流れることを抑制することができる。これにより、高電圧コイルと導電体との間に大きな電位差が生じても、当該電位差による絶縁破壊を防止することができる。
[項2]
前記高電圧コイルは、一つの前記絶縁層の上面から下面まで貫通するコイル溝に埋め込まれた埋め込みコイルを含み、
前記高電圧コイルに接する前記絶縁層は、前記高電圧コイルが埋め込まれた絶縁層と、その上下に配置されていて、それぞれ、前記高電圧コイルの上面および下面に接する絶縁層とを含む、項1に記載の半導体装置。
[項3]
前記圧縮応力膜は、SiOに比べてSiの比率が大きいSiO(0<x<2)膜を含む、項1または2に記載の半導体装置。
According to this configuration, since the portion of the insulating layer in contact with the high voltage coil is formed of the compressive stress film, a leak current is generated from the high voltage coil to the conductor along the surface direction (lateral direction) of the insulating layer. It is possible to suppress the flow. As a result, even if a large potential difference occurs between the high voltage coil and the conductor, dielectric breakdown due to the potential difference can be prevented.
[Item 2]
The high voltage coil includes an embedded coil embedded in a coil groove penetrating from the top surface to the bottom surface of the insulating layer.
The insulating layer in contact with the high voltage coil includes an insulating layer in which the high voltage coil is embedded and an insulating layer arranged above and below the high voltage coil and in contact with the upper surface and the lower surface of the high voltage coil, respectively. The semiconductor device according to 1.
[Item 3]
Item 2. The semiconductor device according to Item 1 or 2, wherein the compressive stress film includes a SiO x (0 <x <2) film having a larger ratio of Si than SiO 2 .

この構成によれば、圧縮応力膜がSiO(0<x<2)膜であるので、良好なリーク電流低減効果を実現することができる。
[項4]
前記圧縮応力膜は、圧縮応力SiN膜を含む、項1または2に記載の半導体装置。
[項5]
前記圧縮応力膜は、内部応力として400MPa〜800MPaの圧縮応力を有している、項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項6]
各前記絶縁層は、薄膜と、前記薄膜上に形成されたSiOからなる層間絶縁膜との積層構造からなり、
前記高電圧コイルに接する前記絶縁層の前記薄膜が、選択的に前記圧縮応力膜で形成されており、
前記高電圧コイルに接する前記絶縁層を除く他の前記絶縁層の前記薄膜は、内部応力として引張応力を有する引張応力膜で形成されている、項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。
According to this configuration, since the compressive stress film is a SiO x (0 <x <2) film, a good leak current reduction effect can be realized.
[Item 4]
Item 2. The semiconductor device according to Item 1 or 2, wherein the compressive stress film includes a compressive stress SiN film.
[Item 5]
Item 2. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 4, wherein the compressive stress film has a compressive stress of 400 MPa to 800 MPa as an internal stress.
[Item 6]
Each of the insulating layers has a laminated structure of a thin film and an interlayer insulating film made of SiO 2 formed on the thin film.
The thin film of the insulating layer in contact with the high voltage coil is selectively formed of the compressive stress film.
Item 2. The semiconductor according to any one of Items 1 to 5, wherein the thin film of the insulating layer other than the insulating layer in contact with the high voltage coil is formed of a tensile stress film having a tensile stress as an internal stress. apparatus.

この構成によれば、高電圧コイルに接する絶縁層の薄膜を選択的に圧縮応力膜に変更するだけでよい。これにより、当該絶縁層を除く複数の絶縁層に関しては、圧縮応力を有するSiOからなる層間絶縁膜と、引張応力膜からなる薄膜とを交互に配置できるので、積層界面において応力をキャンセルしながら絶縁層を積層させることができる。その結果、絶縁層積層構造が半導体基板(ウエハ)上に形成される場合において、半導体基板に大きな反り変形が生じることを防止することができる。
[項7]
前記導電体は、前記高電圧コイルと同一の前記絶縁層に形成された導体層を含む、項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項8]
前記高電圧領域において前記絶縁層積層構造の表面に形成された高電圧パッドと、
前記外側領域において前記絶縁層積層構造の表面に形成された低電圧パッドとをさらに含み、
前記高電圧コイルが相対的に前記絶縁層積層構造の表面に近い側に配置された上コイルであり、前記低電圧コイルが前記上コイルの下方に配置された下コイルであり、
前記導電体は、前記低電圧パッドから複数の前記絶縁層を厚さ方向下方に貫通し、前記下コイルに電気的に接続された低電圧配線を含む、項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
According to this configuration, it is only necessary to selectively change the thin film of the insulating layer in contact with the high voltage coil to a compressive stress film. As a result, with respect to the plurality of insulating layers other than the insulating layer, the interlayer insulating film made of SiO 2 having compressive stress and the thin film made of tensile stress film can be alternately arranged, so that the stress can be canceled at the laminated interface. Insulating layers can be laminated. As a result, when the insulating layer laminated structure is formed on the semiconductor substrate (wafer), it is possible to prevent the semiconductor substrate from being significantly warped and deformed.
[Item 7]
Item 6. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 6, wherein the conductor includes a conductor layer formed in the same insulating layer as the high voltage coil.
[Item 8]
A high voltage pad formed on the surface of the insulating layer laminated structure in the high voltage region,
Further including a low voltage pad formed on the surface of the insulating layer laminated structure in the outer region.
The high-voltage coil is an upper coil arranged relatively close to the surface of the insulating layer laminated structure, and the low-voltage coil is a lower coil arranged below the upper coil.
Item 2. The item 1 to 7, wherein the conductor includes a low-voltage wiring that penetrates a plurality of the insulating layers downward from the low-voltage pad and is electrically connected to the lower coil. The semiconductor device described.

この構成によれば、上記の耐圧構造(絶縁破壊防止構造)が形成されているので、下コイルへのコンタクト用の低電圧配線を、絶縁層積層構造を貫通させて形成することができる。これにより、高電圧パッドおよび低電圧パッドの両方を絶縁層積層構造の表面に形成でき、パッドに対するワイヤボンディングを簡単に行うことができる。
[項9]
前記低電圧配線は、前記下コイルの内側のコイルエンドから、前記下コイルよりも下方の前記絶縁層を介して前記外側領域に引き出された引き出し配線を含む、項8に記載の半導体装置。
[項10]
前記高電圧パッドは、前記上コイルの中央部の上方に配置されており、
前記上コイルの内側のコイルエンドから前記絶縁層を厚さ方向上方に貫通し、前記高電圧パッドに接続された高電圧配線をさらに含む、項8または9に記載の半導体装置。
[項11]
前記導電体は、前記低電圧配線よりもさらに外側において、前記高電圧領域を取り囲むように複数の前記絶縁層を厚さ方向下方に貫通して形成されたシールド層を含む、項8〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項12]
前記高電圧コイルと前記低電圧コイルとの間の前記絶縁層の厚さL2に比べて、前記高電圧コイルと前記導電体との間の距離L0の方が大きい、項1〜11のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項13]
前記厚さL2と前記距離L0の比(距離L0/厚さL2)は、6/1〜40/1である、項12に記載の半導体装置。
[項14]
前記厚さL2は12.0μm〜16.8μmであり、前記距離L0は100μm〜450μmである、項12または13に記載の半導体装置。
[項15]
項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置の前記低電圧コイルに電気的に接続された低電圧素子と、
前記半導体装置の前記高電圧コイルに電気的に接続された高電圧素子と、
前記半導体装置、前記低電圧素子および前記高電圧素子を一括して封止する樹脂パッケージとを含む、半導体モジュール。
According to this configuration, since the above-mentioned withstand voltage structure (dielectric breakdown prevention structure) is formed, low-voltage wiring for contact with the lower coil can be formed through the insulating layer laminated structure. As a result, both the high-voltage pad and the low-voltage pad can be formed on the surface of the insulating layer laminated structure, and wire bonding to the pads can be easily performed.
[Item 9]
Item 8. The semiconductor device according to Item 8, wherein the low-voltage wiring includes a lead-out wiring drawn from a coil end inside the lower coil to the outer region via the insulating layer below the lower coil.
[Item 10]
The high voltage pad is arranged above the central portion of the upper coil.
Item 8. The semiconductor device according to Item 8 or 9, further comprising a high-voltage wiring that penetrates the insulating layer upward in the thickness direction from a coil end inside the upper coil and is connected to the high-voltage pad.
[Item 11]
Item 8-10, wherein the conductor includes a shield layer formed by penetrating a plurality of the insulating layers downward in the thickness direction so as to surround the high voltage region further outside the low voltage wiring. The semiconductor device according to any one item.
[Item 12]
Any of Items 1 to 11, wherein the distance L0 between the high voltage coil and the conductor is larger than the thickness L2 of the insulating layer between the high voltage coil and the low voltage coil. The semiconductor device according to paragraph 1.
[Item 13]
Item 12. The semiconductor device according to Item 12, wherein the ratio of the thickness L2 to the distance L0 (distance L0 / thickness L2) is 6/1 to 40/1.
[Item 14]
Item 12. The semiconductor device according to Item 12 or 13, wherein the thickness L2 is 12.0 μm to 16.8 μm, and the distance L0 is 100 μm to 450 μm.
[Item 15]
The semiconductor device according to any one of Items 1 to 14 and
A low-voltage element electrically connected to the low-voltage coil of the semiconductor device,
A high-voltage element electrically connected to the high-voltage coil of the semiconductor device,
A semiconductor module including the semiconductor device, the low-voltage element, and a resin package for collectively sealing the high-voltage element.

この構成によれば、項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置が備えられているので、絶縁破壊が生じ難い信頼性の高いトランスモジュールを実現することができる。
(2)本発明の他の実施形態2
図8で説明した課題に関して、この出願の発明者らは、横方向の破壊を引き起こすリーク電流の原因が、(1)上コイル21の側方に互いに異なる絶縁材料の接触による異種界面の形成、および(2)絶縁層積層構造27の製造過程において、CVD等の製膜によってダメージを受けた加工界面の存在に関係することを見出した。
According to this configuration, since the semiconductor device according to any one of Items 1 to 14 is provided, a highly reliable transformer module in which dielectric breakdown is unlikely to occur can be realized.
(2) Another Embodiment 2 of the present invention
With respect to the subject described in FIG. 8, the inventors of this application have found that the cause of the leak current causing lateral fracture is (1) the formation of different interfaces on the sides of the upper coil 21 due to the contact of different insulating materials. And (2), in the manufacturing process of the insulating layer laminated structure 27, it was found that it is related to the existence of the processing interface damaged by the film formation such as CVD.

そこで、本発明の他の実施形態2では、図25,図27,図28および図29に示すように、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28およびその一層上の絶縁層28における中間領域48において、選択的にエッチングストッパ膜29が除去された除去領域110が形成されている。除去領域110は、図25および図27に示すように、各高電圧領域36を取り囲む一つの帯状(たとえば、50μm〜100μm幅)に形成されている。特に、図25および図27に示すように、全体に丸みを帯びた角部がない形状(本発明の他の実施形態2では略楕円環状)であれば、電界が集中し難くて良い。 Therefore, in another embodiment 2 of the present invention, as shown in FIGS. 25, 27, 28 and 29, the intermediate region 48 in the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded and the insulating layer 28 above the insulating layer 28 is embedded. In, the removal region 110 from which the etching stopper film 29 is selectively removed is formed. As shown in FIGS. 25 and 27, the removal region 110 is formed in a single band shape (for example, width of 50 μm to 100 μm) surrounding each high voltage region 36. In particular, as shown in FIGS. 25 and 27, if the shape does not have rounded corners as a whole (substantially elliptical ring in another embodiment 2 of the present invention), it may be difficult for the electric field to concentrate.

除去領域110の形成によって、絶縁層積層構造27の積層界面のうち上コイル21が接する積層界面111には、中間領域48において、当該積層界面111に対して上側の層間絶縁膜30(SiO)が、下側の層間絶縁膜30(SiO)と接触して同種界面構造112が形成されている。
これにより、絶縁層28の面方向(横方向)に沿って上コイル21から低電圧配線24やシールド層69へリーク電流が流れても、当該同種界面構造112によって低減させることができる。つまり、少なくとも中間領域48において互いに異なる絶縁材料同士の接触(本発明の他の実施形態2ではSiOとSiNとの接触)による異種界面をなくすことによって、リーク電流を低減することができる。その結果、上コイル21と、低電圧配線24およびシールド層69との間に大きな電位差が生じても、当該電位差による絶縁破壊を防止することができる。
Due to the formation of the removal region 110, the interlayer insulating film 30 (SiO 2 ) above the laminated interface 111 in the intermediate region 48 is provided with the laminated interface 111 in which the upper coil 21 is in contact with the laminated interface of the insulating layer laminated structure 27. However, the same type of interface structure 112 is formed in contact with the lower interlayer insulating film 30 (SiO 2 ).
As a result, even if a leak current flows from the upper coil 21 to the low voltage wiring 24 or the shield layer 69 along the surface direction (lateral direction) of the insulating layer 28, it can be reduced by the same type interface structure 112. That is, the leakage current can be reduced by eliminating different interfaces due to contact between different insulating materials (contact between SiO 2 and SiN in another embodiment 2 of the present invention) at least in the intermediate region 48. As a result, even if a large potential difference occurs between the upper coil 21, the low voltage wiring 24, and the shield layer 69, dielectric breakdown due to the potential difference can be prevented.

しかも、本発明の他の実施形態2では、さらに、当該積層界面111に対して下側の層間絶縁膜30に除去領域110と同一パターンのトレンチ113が層間絶縁膜30の厚さ方向途中まで形成されていて、上側の層間絶縁膜30が、除去領域110を介して当該トレンチ113に埋め込まれている。これにより、上コイル21から外側低電圧領域47までの積層界面111の距離を、トレンチ113の深さd分、延ばすことができる。その結果、リーク電流の経路を長くできるので、積層界面111に加工界面が存在していても、リーク電流を良好に低減することができる。 Moreover, in another embodiment 2 of the present invention, a trench 113 having the same pattern as the removal region 110 is further formed in the interlayer insulating film 30 on the lower side of the laminated interface 111 halfway in the thickness direction of the interlayer insulating film 30. The upper interlayer insulating film 30 is embedded in the trench 113 via the removal region 110. As a result, the distance of the laminated interface 111 from the upper coil 21 to the outer low voltage region 47 can be extended by the depth d of the trench 113. As a result, the path of the leak current can be lengthened, so that the leak current can be satisfactorily reduced even if the processing interface exists at the laminated interface 111.

図30A〜図30Hは、同種界面構造112の形成に関連する工程を説明するための断面図である。
図29に示した埋め込みタイプの同種界面構造112を形成するには、たとえば、図30Aに示すように、上コイル21が埋め込まれる絶縁層28の下方の絶縁層28にビア55が形成される。
30A-30H are cross-sectional views for explaining a process related to the formation of the homologous interface structure 112.
In order to form the embedded type interface structure 112 shown in FIG. 29, for example, as shown in FIG. 30A, a via 55 is formed in the insulating layer 28 below the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded.

次に、図30Bに示すように、たとえばプラズマCVD法によって、SiNからなるエッチングストッパ膜29およびUSG膜114が順に形成される。
次に、図30Cに示すように、USG膜114上にフォトレジスト(図示せず)が形成され、USG膜114、エッチングストッパ膜29および層間絶縁膜30が順にエッチングされる。これにより、除去領域110およびトレンチ113が同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 30B, the etching stopper film 29 and the USG film 114 made of SiN are sequentially formed by, for example, a plasma CVD method.
Next, as shown in FIG. 30C, a photoresist (not shown) is formed on the USG film 114, and the USG film 114, the etching stopper film 29, and the interlayer insulating film 30 are etched in this order. As a result, the removal region 110 and the trench 113 are formed at the same time.

次に、図30Dに示すように、高密度プラズマCVD(HDP)によってトレンチ113がSiOで埋め戻された後、続けて、プラズマCVDによってさらにSiOが堆積させられる。その後、CMPによってSiOの表面が平坦化される。これにより、トレンチ113に同種界面構造112を有する絶縁層28が形成される。
次に、図30Eに示すように、下方の絶縁層28との間に同種界面構造112を有する絶縁層28に、上コイル21、低電圧層配線53および内側コイルエンド配線37が形成される。
Next, as shown in FIG. 30D, the trench 113 is backfilled with SiO 2 by high-density plasma CVD (HDP), and then SiO 2 is further deposited by plasma CVD. After that, the surface of SiO 2 is flattened by CMP. As a result, the insulating layer 28 having the same type of interface structure 112 is formed in the trench 113.
Next, as shown in FIG. 30E, the upper coil 21, the low voltage layer wiring 53, and the inner coil end wiring 37 are formed on the insulating layer 28 having the same type of interface structure 112 with the lower insulating layer 28.

次に、図30Fに示すように、たとえばプラズマCVD法によって、SiNからなるエッチングストッパ膜29およびUSG膜115が順に形成される。
次に、図30Gに示すように、USG膜115上にフォトレジスト(図示せず)が形成され、USG膜115、エッチングストッパ膜29および層間絶縁膜30が順にエッチングされる。これにより、除去領域110およびトレンチ113が同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 30F, the etching stopper film 29 and the USG film 115 made of SiN are sequentially formed by, for example, a plasma CVD method.
Next, as shown in FIG. 30G, a photoresist (not shown) is formed on the USG film 115, and the USG film 115, the etching stopper film 29, and the interlayer insulating film 30 are etched in this order. As a result, the removal region 110 and the trench 113 are formed at the same time.

次に、図30Hに示すように、高密度プラズマCVD(HDP)によってトレンチ113がSiOで埋め戻された後、続けて、プラズマCVDによってさらにSiOが堆積させられる。その後、CMPによってSiOの表面が平坦化される。これにより、トレンチ113に同種界面構造112を有する絶縁層28が形成される。
以上、本発明の他の実施形態2を説明したが、本発明の他の実施形態2では種々の設計変更を施すことが可能である。
Next, as shown in FIG. 30H, the trench 113 is backfilled with SiO 2 by high-density plasma CVD (HDP), and then SiO 2 is further deposited by plasma CVD. After that, the surface of SiO 2 is flattened by CMP. As a result, the insulating layer 28 having the same type of interface structure 112 is formed in the trench 113.
Although the other embodiment 2 of the present invention has been described above, various design changes can be made in the other embodiment 2 of the present invention.

たとえば、図31に示すように、同種界面構造112は、上コイル21の下面に接する下側の積層界面111のみに選択的に形成されていてもよいし、図32に示すように、上コイル21の上面に接する上側の積層界面111のみに選択的に形成されていてもよい。
また、図33に示すように、除去領域110は、互いに間隔を空けてストライプ状に形成されていてもよい。このストライプ状の除去領域110に合わせて、トレンチ30もストライプ状に形成されていることが好ましい。この場合、ストライプ状の除去領域110のラインアンドスペース(L/S)は、1μm/1μm〜10μm/10μmであることが好ましい。ストライプ状の除去領域110は、前述の図30Cおよび図30Gに示す工程において、エッチングのためのフォトレジストのパターンをストライプ状にすることによって形成することができる。
For example, as shown in FIG. 31, the homologous interface structure 112 may be selectively formed only on the lower laminated interface 111 in contact with the lower surface of the upper coil 21, or as shown in FIG. 32, the upper coil. It may be selectively formed only on the upper laminated interface 111 in contact with the upper surface of 21.
Further, as shown in FIG. 33, the removal regions 110 may be formed in a striped shape at intervals from each other. It is preferable that the trench 30 is also formed in a striped shape in accordance with the striped removal region 110. In this case, the line and space (L / S) of the striped removal region 110 is preferably 1 μm / 1 μm to 10 μm / 10 μm. The striped removal region 110 can be formed by striping the pattern of the photoresist for etching in the steps shown in FIGS. 30C and 30G described above.

また、図34に示すように、上コイル21を、Cu配線材料35の埋め込みコイルではなく、Al(アルミニウム)膜のパターニングによって形成する場合には、エッチングストッパ29を省略し、絶縁層28をSiOからなる層間絶縁膜30のみで形成することができる。この構成では、絶縁層積層構造27の全ての積層界面に同種界面構造112が形成されるので、前述のトレンチ113を形成してリーク電流の経路を長くすることによって、リーク電流の低減効果をより効果的に得ることができる。 Further, as shown in FIG. 34, when the upper coil 21 is formed by patterning an Al (aluminum) film instead of the embedded coil of the Cu wiring material 35, the etching stopper 29 is omitted and the insulating layer 28 is made of SiO. It can be formed only by the interlayer insulating film 30 made of 2 . In this configuration, the same type of interface structure 112 is formed at all the laminated interfaces of the insulating layer laminated structure 27. Therefore, by forming the trench 113 described above and lengthening the leak current path, the effect of reducing the leak current can be further improved. Can be obtained effectively.

なお、本発明の他の実施形態2の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
[項1]
順に積層された複数の絶縁層からなる絶縁層積層構造と、
前記絶縁層積層構造において互いに異なる前記絶縁層に形成され、一層以上の前記絶縁層を挟んで互いに対向する高電圧コイルおよび低電圧コイルと、
前記高電圧コイルが配置された高電圧領域の側方の外側領域に形成され、前記高電圧コイルよりも低い電位に電気的に接続される導電体とを含み、
前記絶縁層積層構造の複数の積層界面のうち前記高電圧コイルが接する積層界面には、前記高電圧領域と前記外側領域との間の中間領域において、当該積層界面を介して前記絶縁層が同じ絶縁材料で接触することによって同種界面構造が形成されている、半導体装置。
In addition to the invention described in the claims, the following features can be extracted from the contents of the other embodiment 2 of the present invention.
[Item 1]
An insulating layer laminated structure consisting of a plurality of insulating layers laminated in order,
A high-voltage coil and a low-voltage coil formed in the insulating layers different from each other in the insulating layer laminated structure and facing each other with the insulating layer of one or more layers interposed therebetween
It includes a conductor formed in the lateral outer region of the high voltage region in which the high voltage coil is arranged and electrically connected to a potential lower than that of the high voltage coil.
Of the plurality of laminated interfaces of the insulating layer laminated structure, the laminated interface to which the high voltage coil is in contact has the same insulating layer in the intermediate region between the high voltage region and the outer region via the laminated interface. A semiconductor device in which the same type of interface structure is formed by contacting with an insulating material.

この構成によれば、少なくとも中間領域に同種界面構造が形成されているので、高電圧コイルから導電体へ向かってリーク電流が流れても、当該同種界面構造によって低減させることができる。つまり、少なくとも中間領域において互いに異なる絶縁材料同士の接触による異種界面をなくすことによって、リーク電流を低減することができる。これにより、高電圧コイルと導電体との間に大きな電位差が生じても、当該電位差による絶縁破壊を防止することができる。
[項2]
前記高電圧コイルは、一つの前記絶縁層の上面から下面まで貫通するコイル溝に埋め込まれた埋め込みコイルを含み、
前記高電圧コイルに接する前記積層界面は、前記高電圧コイルが埋め込まれた絶縁層と、その上下に配置されていて、それぞれ、前記高電圧コイルの上面および下面に接する絶縁層とで形成された界面を含む、項1に記載の半導体装置。
[項3]
前記同種界面構造では、相対的に下側の絶縁層にトレンチが形成されていて、前記下側の絶縁層の上面に接する上側の絶縁層が前記トレンチに埋め込まれるように形成されている、項1または2に記載の半導体装置。
According to this configuration, since the same type of interface structure is formed at least in the intermediate region, even if a leak current flows from the high voltage coil toward the conductor, it can be reduced by the same type of interface structure. That is, the leakage current can be reduced by eliminating different interfaces due to contact between different insulating materials at least in the intermediate region. As a result, even if a large potential difference occurs between the high voltage coil and the conductor, dielectric breakdown due to the potential difference can be prevented.
[Item 2]
The high voltage coil includes an embedded coil embedded in a coil groove penetrating from the top surface to the bottom surface of the insulating layer.
The laminated interface in contact with the high-voltage coil is formed of an insulating layer in which the high-voltage coil is embedded and an insulating layer arranged above and below the high-voltage coil and in contact with the upper surface and the lower surface of the high-voltage coil, respectively. Item 2. The semiconductor device according to Item 1, which includes an interface.
[Item 3]
In the same type of interface structure, a trench is formed in a relatively lower insulating layer, and an upper insulating layer in contact with the upper surface of the lower insulating layer is formed so as to be embedded in the trench. The semiconductor device according to 1 or 2.

この構成によれば、高電圧コイルから外側領域までの界面距離を、トレンチの深さ分、延ばすことができる。これにより、リーク電流の経路を長くできるので、リーク電流を一層低減することができる。
[項4]
前記絶縁層積層構造の各絶縁層は、第1絶縁材料からなる薄膜と、前記薄膜上に形成された第2絶縁材料からなる層間絶縁膜との積層構造からなり、
前記高電圧コイルが接する積層界面に対して上側の絶縁層が、前記中間領域において前記薄膜が選択的に除去された除去領域を有しており、
前記除去領域を介して、前記上側の絶縁層の層間絶縁膜が、前記積層界面に対して下側の絶縁層の層間絶縁膜と接触して前記同種界面構造を形成している、項1または2に記載の半導体装置。
[項5]
前記同種界面構造では、前記下側の絶縁層の前記層間絶縁膜に前記除去領域と同一パターンのトレンチが形成されていて、前記上側の絶縁層の前記層間絶縁膜が、前記除去領域を介して前記トレンチに埋め込まれるように形成されている、項4に記載の半導体装置。
According to this configuration, the interface distance from the high voltage coil to the outer region can be extended by the depth of the trench. As a result, the leakage current path can be lengthened, so that the leakage current can be further reduced.
[Item 4]
Each insulating layer of the insulating layer laminated structure has a laminated structure of a thin film made of a first insulating material and an interlayer insulating film made of a second insulating material formed on the thin film.
The insulating layer above the laminated interface to which the high voltage coil is in contact has a removal region in which the thin film is selectively removed in the intermediate region.
Item 1 or item 1 or, wherein the interlayer insulating film of the upper insulating layer is in contact with the interlayer insulating film of the lower insulating layer with respect to the laminated interface through the removal region to form the same type of interface structure. 2. The semiconductor device according to 2.
[Item 5]
In the same type of interface structure, a trench having the same pattern as the removal region is formed in the interlayer insulating film of the lower insulating layer, and the interlayer insulating film of the upper insulating layer passes through the removal region. Item 4. The semiconductor device according to Item 4, which is formed so as to be embedded in the trench.

この構成によれば、高電圧コイルから外側領域までの界面距離を、トレンチの深さ分、延ばすことができる。これにより、リーク電流の経路を長くできるので、リーク電流を一層低減することができる。
[項6]
前記除去領域は、一つの帯状に形成されている、項4または5に記載の半導体装置。
[項7]
前記帯状の除去領域の幅は、50μm〜100μmである、項6に記載の半導体装置。
[項8]
前記除去領域は、互いに間隔を空けてストライプ状に形成されている、項4または5に記載の半導体装置。
According to this configuration, the interface distance from the high voltage coil to the outer region can be extended by the depth of the trench. As a result, the leakage current path can be lengthened, so that the leakage current can be further reduced.
[Item 6]
Item 4. The semiconductor device according to Item 4 or 5, wherein the removal region is formed in a single band shape.
[Item 7]
Item 6. The semiconductor device according to Item 6, wherein the width of the strip-shaped removal region is 50 μm to 100 μm.
[Item 8]
Item 4. The semiconductor device according to Item 4 or 5, wherein the removal regions are formed in stripes at intervals from each other.

特に、項8では、前記同種界面構造において、前記下側の絶縁層の前記層間絶縁膜に前記ストライプ状の除去領域と同一パターンのストライプトレンチが形成されていて、前記上側の絶縁層の前記層間絶縁膜が、前記除去領域を介して前記ストライプトレンチに埋め込まれるように形成されていることが好ましい。これにより、高電圧コイルから外側領域までの界面距離を一層延ばすことができるので、リーク電流をさらに低減することができる。
[項9]
前記ストライプ状の除去領域のラインアンドスペース(L/S)は、1μm/1μm〜10μm/10μmである、項8に記載の半導体装置。
[項10]
前記薄膜がSiN膜からなり、前記層間絶縁膜がSiO膜からなる、項4〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項11]
前記導電体は、前記高電圧コイルと同一の前記絶縁層に形成された導体層を含む、項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項12]
前記高電圧領域において前記絶縁層積層構造の表面に形成された高電圧パッドと、
前記外側領域において前記絶縁層積層構造の表面に形成された低電圧パッドとをさらに含み、
前記高電圧コイルが相対的に前記絶縁層積層構造の表面に近い側に配置された上コイルであり、前記低電圧コイルが前記上コイルの下方に配置された下コイルであり、
前記導電体は、前記低電圧パッドから複数の前記絶縁層を厚さ方向下方に貫通し、前記下コイルに電気的に接続された低電圧配線を含む、項1〜11のいずれか一項に記載の半導体装置。
In particular, in Item 8, in the same type of interface structure, a stripe trench having the same pattern as the striped removal region is formed in the interlayer insulating film of the lower insulating layer, and the interlayer of the upper insulating layer is formed. It is preferable that the insulating film is formed so as to be embedded in the stripe trench via the removal region. As a result, the interface distance from the high voltage coil to the outer region can be further extended, so that the leakage current can be further reduced.
[Item 9]
Item 8. The semiconductor device according to Item 8, wherein the line and space (L / S) of the striped removal region is 1 μm / 1 μm to 10 μm / 10 μm.
[Item 10]
Item 6. The semiconductor device according to any one of Items 4 to 9, wherein the thin film is made of a SiN film and the interlayer insulating film is made of a SiO 2 film.
[Item 11]
Item 2. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 10, wherein the conductor includes a conductor layer formed in the same insulating layer as the high voltage coil.
[Item 12]
A high voltage pad formed on the surface of the insulating layer laminated structure in the high voltage region,
Further including a low voltage pad formed on the surface of the insulating layer laminated structure in the outer region.
The high-voltage coil is an upper coil arranged relatively close to the surface of the insulating layer laminated structure, and the low-voltage coil is a lower coil arranged below the upper coil.
Item 1 to any one of Items 1 to 11, wherein the conductor includes a low-voltage wiring that penetrates a plurality of the insulating layers downward in the thickness direction from the low-voltage pad and is electrically connected to the lower coil. The semiconductor device described.

この構成によれば、上記の耐圧構造(絶縁破壊防止構造)が形成されているので、下コイルへのコンタクト用の低電圧配線を、絶縁層積層構造を貫通させて形成することができる。これにより、高電圧パッドおよび低電圧パッドの両方を絶縁層積層構造の表面に形成でき、パッドに対するワイヤボンディングを簡単に行うことができる。
[項13]
前記低電圧配線は、前記下コイルの内側のコイルエンドから、前記下コイルよりも下方の前記絶縁層を介して前記外側領域に引き出された引出し配線をさらに含む、項12に記載の半導体装置。
[項14]
前記高電圧パッドは、前記上コイルの中央部の上方に配置されており、
前記上コイルの内側のコイルエンドから前記絶縁層を厚さ方向上方に貫通し、前記高電圧パッドに接続された高電圧配線をさらに含む、項12または13に記載の半導体装置。
[項15]
前記導電体は、前記低電圧配線よりもさらに外側において、前記高電圧領域を取り囲むように複数の前記絶縁層を厚さ方向下方に貫通して形成されたシールド層を含む、項12〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項16]
前記高電圧コイルと前記低電圧コイルとの間の前記絶縁層の厚さL2に比べて、前記高電圧コイルと前記導電体との間の距離L0の方が大きい、項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
[項17]
前記厚さL2と前記距離L0の比(距離L0/厚さL2)は、6/1〜40/1である、項16に記載の半導体装置。
[項18]
前記厚さL2は12.0μm〜16.8μmであり、前記距離L0は100μm〜450μmである、項16または17に記載の半導体装置。
[項19]
項1〜18のいずれか一項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置の前記低電圧コイルに電気的に接続された低電圧素子と、
前記半導体装置の前記高電圧コイルに電気的に接続された高電圧素子と、
前記半導体装置、前記低電圧素子および前記高電圧素子を一括して封止する樹脂パッケージとを含む、半導体モジュール。
According to this configuration, since the above-mentioned withstand voltage structure (dielectric breakdown prevention structure) is formed, low-voltage wiring for contact with the lower coil can be formed through the insulating layer laminated structure. As a result, both the high-voltage pad and the low-voltage pad can be formed on the surface of the insulating layer laminated structure, and wire bonding to the pads can be easily performed.
[Item 13]
Item 12. The semiconductor device according to Item 12, wherein the low-voltage wiring further includes a lead-out wire drawn from a coil end inside the lower coil to the outer region via the insulating layer below the lower coil.
[Item 14]
The high voltage pad is arranged above the central portion of the upper coil.
Item 12. The semiconductor device according to Item 12 or 13, further comprising a high-voltage wiring that penetrates the insulating layer upward in the thickness direction from a coil end inside the upper coil and is connected to the high-voltage pad.
[Item 15]
Item 12-14, wherein the conductor includes a shield layer formed by penetrating a plurality of the insulating layers downward in the thickness direction so as to surround the high voltage region further outside the low voltage wiring. The semiconductor device according to any one item.
[Item 16]
Any of Items 1 to 15, wherein the distance L0 between the high voltage coil and the conductor is larger than the thickness L2 of the insulating layer between the high voltage coil and the low voltage coil. The semiconductor device according to paragraph 1.
[Item 17]
Item 16. The semiconductor device according to Item 16, wherein the ratio of the thickness L2 to the distance L0 (distance L0 / thickness L2) is 6/1 to 40/1.
[Item 18]
Item 16. The semiconductor device according to Item 16 or 17, wherein the thickness L2 is 12.0 μm to 16.8 μm, and the distance L0 is 100 μm to 450 μm.
[Item 19]
The semiconductor device according to any one of Items 1 to 18 and
A low-voltage element electrically connected to the low-voltage coil of the semiconductor device,
A high-voltage element electrically connected to the high-voltage coil of the semiconductor device,
A semiconductor module including the semiconductor device, the low-voltage element, and a resin package for collectively sealing the high-voltage element.

この構成によれば、項1〜18のいずれか一項に記載の半導体装置が備えられているので、絶縁破壊が生じ難い信頼性の高いトランスモジュールを実現することができる。
以上のように、この発明の前述の一実施形態、他の実施形態1および2は、絶縁層の表面に沿う方向(横方向)に間隔を空けて配置された高電圧領域と低電圧領域との間における絶縁破壊を防止することを課題としている点で共通している。これらの形態は、それぞれ、高電圧領域と低電圧領域との間に破壊防止のための構造A〜Cを設けることによって、当該課題を解決する。
According to this configuration, since the semiconductor device according to any one of Items 1 to 18 is provided, a highly reliable transformer module in which dielectric breakdown is unlikely to occur can be realized.
As described above, the above-described embodiment 1 and 2 of the present invention include high-voltage regions and low-voltage regions arranged at intervals in the direction (lateral direction) along the surface of the insulating layer. It is common in that the issue is to prevent dielectric breakdown between the two. Each of these forms solves the problem by providing structures A to C for preventing destruction between the high voltage region and the low voltage region.

本発明の一実施形態は、構造A:電気的にフローティングされた金属部材からなる電界シールド部(好ましくは、電界シールド部は、横方向に間隔を置いて対向する複数の電極板からなるキャパシタである)の一例として、キャパシタ80を開示する。本発明の他の実施形態1は、構造B:高電圧領域に接するように設けられ、内部応力として圧縮応力を有する圧縮応力膜の一例として、SiOに比べてSiの比率が大きいSiO(0<x<2)膜、圧縮応力を有するSiN膜からなる絶縁層28を開示する。本発明の他の実施形態2は、構造C:同じ絶縁材料からなる絶縁層が接触することで形成された同種界面構造の一例として、SiO/SiOからなる同種界面構造112を開示する。 One embodiment of the present invention is a structure A: an electric field shield portion made of an electrically floating metal member (preferably, the electric field shield portion is a capacitor made of a plurality of electrode plates facing each other at lateral intervals. As an example of), the capacitor 80 is disclosed. In another embodiment 1 of the present invention, as an example of a compressive stress film provided in contact with structure B: a high voltage region and having a compressive stress as an internal stress, SiO x (which has a larger ratio of Si than SiO 2 ) The insulating layer 28 made of a 0 <x <2) film and a SiN film having compressive stress is disclosed. Another second embodiment of the present invention discloses a structure C: a homogenous interface structure 112 made of SiO 2 / SiO 2 as an example of a homogeneous interface structure formed by contacting insulating layers made of the same insulating material.

これらの構造A〜Cは、それぞれ単独で採用してもよいが、互いに組み合わせることによって、より一層の高耐圧化を図ることもできる。たとえば、高電圧領域と低電圧領域との間に構造A〜C全てが設けられていてもよいし、構造A,Bの組み合わせ、構造A,Cの組み合わせ、構造A,Cの組み合わせが設けられていてもよい。構造A,Bの組み合わせの一例としては、図6において、上コイル21が埋め込まれた絶縁層28およびその一層上の絶縁層28に関して選択的に、圧縮応力を有するエッチングストッパ膜29(圧縮応力膜)を採用すればよい。また、構造A,Cの組み合わせの一例としては、図6において、キャパシタ80と高電圧領域36との間、または外側低電圧領域47とキャパシタ80との間に、同種界面構造112を設ければよい。 These structures A to C may be adopted individually, or can be combined with each other to further increase the pressure resistance. For example, all the structures A to C may be provided between the high voltage region and the low voltage region, or a combination of structures A and B, a combination of structures A and C, and a combination of structures A and C may be provided. You may be. As an example of the combination of the structures A and B, in FIG. 6, the etching stopper film 29 (compressive stress film) which selectively has compressive stress with respect to the insulating layer 28 in which the upper coil 21 is embedded and the insulating layer 28 above the insulating layer 28 is formed. ) Should be adopted. Further, as an example of the combination of the structures A and C, in FIG. 6, if the same type interface structure 112 is provided between the capacitor 80 and the high voltage region 36 or between the outer low voltage region 47 and the capacitor 80. Good.

また、前述の各図の開示から把握される構成要素は、異なる図との間でも互いに組み合わせることができる。 In addition, the components grasped from the disclosure of each of the above-mentioned figures can be combined with each other even with different figures.

1 半導体モジュール
2 樹脂パッケージ
5 コントローラチップ
6 トランスチップ
7 ドライバチップ
13 低電圧パッド
14 高電圧パッド
20 下コイル
21 上コイル
22 内側コイルエンド
23 内側コイルエンド
24 低電圧配線
25 高電圧配線
26 半導体基板
27 絶縁層積層構造
28 絶縁層
29 エッチングストッパ膜
30 層間絶縁膜
31 内方領域
32 内方領域
33 コイル溝
35 Cu配線材料
36 高電圧領域
37 内側コイルエンド配線
46 低電圧領域
47 外側低電圧領域
48 中間領域
49 内側コイルエンド配線
51 貫通配線
52 引き出し配線
69 シールド層
80 キャパシタ
87 電極板
110 除去領域
111 積層界面
112 同種界面構造
113 トレンチ
1 Semiconductor module 2 Resin package 5 Controller chip 6 Transformer chip 7 Driver chip 13 Low voltage pad 14 High voltage pad 20 Lower coil 21 Upper coil 22 Inner coil end 23 Inner coil end 24 Low voltage wiring 25 High voltage wiring 26 Semiconductor board 27 Insulation Layer laminated structure 28 Insulation layer 29 Etching stopper film 30 Interlayer insulation film 31 Inner region 32 Inner region 33 Coil groove 35 Cu wiring material 36 High voltage region 37 Inner coil end wiring 46 Low voltage region 47 Outer low voltage region 48 Intermediate region 49 Inner coil end wiring 51 Penetration wiring 52 Drawer wiring 69 Shield layer 80 Capacitor 87 Electrode plate 110 Removal area 111 Laminated interface 112 Homogeneous interface structure 113 Trench

Claims (10)

第1ダイパッドと、
平面視の第1方向において、前記第1ダイパッドから所定距離離れた第2ダイパッドと、
前記第1ダイパッドに支持された第1半導体チップと、
前記第2ダイパッドに支持された第2半導体チップと、
前記第1半導体チップと前記第2半導体チップとの間に配置されるように前記第1ダイパッドに支持され、一対の第1辺および一対の第2辺を有する四角形状に形成され、積層された複数の絶縁層からなる絶縁層積層構造および前記絶縁層積層構造中で上下に間隔を置いて配置された少なくとも1対のコイルを有するトランスチップと、
前記第1半導体チップと前記トランスチップとを接続する第1ワイヤと、
前記トランスチップと前記第2半導体チップとを接続する第2ワイヤと、
前記トランスチップの前記一対の第1辺の一方に沿って配置された複数の第1パッドと、
前記1対のコイルに取り囲まれた領域に配置された第2パッドとを含み、
前記コイルは、内側コイルエンドおよび外側コイルエンドを有しており、
前記第1パッドは、平面視で前記コイルを横切って延びる第1引き出し配線を介して前記内側コイルエンドに接続された内側コイルエンドパッドを含む第1グループと、平面視で前記コイルの外側の領域に形成された第2引き出し配線を介して前記外側コイルエンドに接続された外側コイルエンドパッドを含む第2グループとに分けられ、
前記第1グループおよび前記第2グループのそれぞれは、少なくとも2つの前記第1パッドを有しており
記第1グループと前記第2グループとの距離は、前記第1グループ内における前記第1パッド間の距離よりも長く
記第1ワイヤは、前記複数の第1パッドの1つに接続されており、
前記第1引き出し配線の少なくとも一部は、前記コイルの下方に配置されている、半導体装置。
With the first die pad
A second die pad separated from the first die pad by a predetermined distance in the first direction in a plan view,
The first semiconductor chip supported by the first die pad and
The second semiconductor chip supported by the second die pad and
It is supported by the first die pad so as to be arranged between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, and is formed in a quadrangular shape having a pair of first side and a pair of second sides and laminated. A transformer chip having an insulating layer laminated structure composed of a plurality of insulating layers and at least one pair of coils arranged vertically at intervals in the insulating layer laminated structure .
A first wire connecting the first semiconductor chip and the transformer chip ,
A second wire connecting the transformer chip and the second semiconductor chip,
A plurality of first pads arranged along one of the pair of first sides of the transformer chip , and
Includes a second pad located in an area surrounded by the pair of coils.
The coil has an inner coil end and an outer coil end.
The first pad includes a first group including an inner coil end pad connected to the inner coil end via a first lead-out wire extending across the coil in plan view and a region outside the coil in plan view. It is divided into a second group including an outer coil end pad connected to the outer coil end via a second lead-out wiring formed in.
Each of the first group and the second group has at least two of the first pads .
The distance between the front Symbol first group and said second group is longer than the distance between the first pad in said first group,
Before Symbol first wire is connected to one of said plurality of first pads,
A semiconductor device in which at least a part of the first lead-out wiring is arranged below the coil.
前記第1ワイヤは、前記第2ワイヤよりも短い、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first wire is shorter than the second wire. 前記第1ワイヤは、前記内側コイルエンドパッドまたは前記外側コイルエンドパッドに接続されている、請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the first wire is connected to the inner coil end pad or the outer coil end pad. 前記トランスチップは、前記第1半導体チップよりも小さい、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transformer chip is smaller than the first semiconductor chip. 前記第2ダイパッドは、前記第1ダイパッドよりも小さい、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the second die pad is smaller than the first die pad. 前記第1半導体チップ、前記第2半導体チップおよび前記トランスチップを覆う樹脂パッケージをさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a resin package covering the first semiconductor chip, the second semiconductor chip, and the transformer chip . 前記樹脂パッケージは、エポキシ樹脂によって四角板状に形成されている、請求項6に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6, wherein the resin package is formed of an epoxy resin in a square plate shape. SOP(Small Outline Package)タイプのパッケージタイプである、請求項6または7に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6 or 7, which is a SOP (Small Outline Package) type package type. 前記複数の第1パッドに印加される第1電圧は、前記第2パッドに印加される第2電圧よりも低い、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the first voltage applied to the plurality of first pads is lower than the second voltage applied to the second pads. 前記第2半導体チップは、SiC−MOSFETを制御するドライバチップを含み、
前記第2パッドは、前記ドライバチップに接続されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。
The second semiconductor chip includes a driver chip that controls a SiC-MOSFET.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the second pad is connected to the driver chip.
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