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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.
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.
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
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
The
In this embodiment, the plurality of
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
The
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
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
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-
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
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
FIG. 2 is a diagram showing the connection form of the
As shown in FIG. 2, in the
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
A high voltage wiring 25 (inner coil end wiring) and a high voltage wiring 95 (outer coil end wiring) are connected to the
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
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
In the
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
FIG. 3 is a schematic view for explaining the planar structure of the
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、SiO2膜を使用することができる。
Next, the internal structure of the
As shown in FIG. 6, the
The insulating layer laminated
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
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
The structure of the
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
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
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
As shown in FIGS. 3, 6 and 7, the
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
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
For example, as shown in FIGS. 6 and 7, a
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
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
The
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
As shown in FIGS. 3, 6 and 7, the
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-
The through
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-
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
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-
With the above configuration, a certain
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
As shown in FIGS. 3 to 6, the
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
保護膜75は、たとえばSiO2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
Next, the details of each part of the
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
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
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
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
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
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 5, a
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
Each
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
Further, the lateral distance L1 between the
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
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
<Modification example>
(1) Deformed example of the pattern of the
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
In the configuration of FIG. 10, the
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
In the configuration of FIG. 12, the
(2) Deformation Example Showing a Structure Alternative to
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
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
(3) Deformation Example Regarding Connection State of
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
In the configuration of FIG. 18, the via 74 of FIG. 6 is omitted, and the
In the configuration of FIG. 19, both the via 86 and the via 74 of FIG. 6 are omitted, and the
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
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
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
(1) Another
Another
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SiO2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、SiO2に比べてSiの比率が大きいSiOx(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。SiOx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、SiO2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SiH4流量、N2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
Therefore, in another
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SiO2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
Moreover, with respect to the plurality of insulating
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
Although the
In addition to the invention described in the claims, the following features can be extracted from the contents of the
[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、SiO2に比べてSiの比率が大きいSiOx(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]
この構成によれば、圧縮応力膜がSiOx(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SiO2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 5]
[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.
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SiO2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 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.
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 10]
The high voltage pad is arranged above the central portion of the upper coil.
[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
[Item 13]
[Item 14]
[Item 15]
The semiconductor device according to any one of
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
(2) Another
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
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
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(SiO2)が、下側の層間絶縁膜30(SiO2)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SiO2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
As a result, even if a leak current flows from the
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
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
In order to form the 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
Next, as shown in FIG. 30C, a photoresist (not shown) is formed on the
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SiO2で埋め戻された後、続けて、プラズマCVDによってさらにSiO2が堆積させられる。その後、CMPによってSiO2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
Next, as shown in FIG. 30E, the
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
Next, as shown in FIG. 30G, a photoresist (not shown) is formed on the
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SiO2で埋め戻された後、続けて、プラズマCVDによってさらにSiO2が堆積させられる。その後、CMPによってSiO2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
Although the
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
Further, as shown in FIG. 33, the
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SiO2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
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
[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 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 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.
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 7]
[Item 8]
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SiO2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 9]
[Item 10]
[Item 11]
[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.
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 14]
The high voltage pad is arranged above the central portion of the upper coil.
[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
[Item 17]
[Item 18]
[Item 19]
The semiconductor device according to any one of
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
As described above, the above-described
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、SiO2に比べてSiの比率が大きいSiOx(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、SiO2/SiO2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
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
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
Claims (10)
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、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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