JP2009266934A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】支持基板を介した電位干渉を抑制し、埋込酸化膜による寄生容量に起因する変位電流が流れることを抑制することにより、回路の誤作動を防止する。
【解決手段】支持基板2の不純物濃度を1×1014cm-3以下とし、かつ、支持基板2の電位をGNDにする。これにより、高電位基準回路部HV側では、支持基板2の不純物濃度を低くして空乏層が広がるようにすることで空乏層容量を大きくし、埋込酸化膜3との合成容量を小さくすることで変位電流を抑制できる。また、低電位基準回路部LV側では、支持基板2の電位をGNDに固定することで、埋込酸化膜3にかかる電圧を抑制することができる。したがって、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの双方において変位電流を抑制することが可能となる。これにより、回路の誤作動を防止することが可能となる。
【選択図】図1A malfunction of a circuit is prevented by suppressing potential interference through a support substrate and suppressing a displacement current caused by a parasitic capacitance caused by a buried oxide film from flowing.
The impurity concentration of the support substrate is set to 1 × 10 14 cm −3 or less, and the potential of the support substrate is set to GND. Thereby, on the high potential reference circuit portion HV side, the depletion layer capacity is increased by lowering the impurity concentration of the support substrate 2 so that the depletion layer spreads, and the combined capacity with the buried oxide film 3 is decreased. Thus, the displacement current can be suppressed. Further, on the low potential reference circuit portion LV side, the voltage applied to the buried oxide film 3 can be suppressed by fixing the potential of the support substrate 2 to GND. Therefore, it is possible to suppress the displacement current in both the low potential reference circuit unit LV and the high potential reference circuit unit HV. As a result, malfunction of the circuit can be prevented.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、モータ等の機器を駆動させるためのインバータ制御用の素子等に用いられる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device used for an inverter control element or the like for driving a device such as a motor.
モータ等の負荷を駆動させるためのインバータ制御用の素子等に用いられる半導体装置として、HVIC(High Voltage Integrated Circuit)がある。このHVICにより、負荷を駆動するためのインバータ内に備えられるパワーデバイスを制御する。 As a semiconductor device used for an inverter control element or the like for driving a load such as a motor, there is an HVIC (High Voltage Integrated Circuit). The HVIC controls the power device provided in the inverter for driving the load.
従来、インバータの駆動には、図9に示すように、モータ100の駆動を行うインバータ回路101のハイサイド側のIGBT102aを駆動する高電位基準回路に相当する高電位基準ゲート駆動回路が形成された素子103とローサイド側のIGBT102bを駆動する低電位基準回路に相当する低電位基準ゲート駆動回路が形成された素子104を別チップで構成し、これら2チップの間にフォトカプラ105a、105bおよび制御回路106を備えた回路が用いられていた。この回路では、フォトカプラ105a、105bを通じて信号伝達を行うことにより高電位基準回路と低電位基準回路における基準電圧のレベルシフトを行っている。
Conventionally, for driving the inverter, as shown in FIG. 9, a high potential reference gate drive circuit corresponding to a high potential reference circuit for driving the
近年、インバータの小型化の為に、1チップ化(HVIC化)が進められており、図10に示すように、モータ200の駆動を行うインバータ回路201に備えられるIGBT202a、202bを制御する高電位基準回路203と低電位基準回路204に加えて高耐圧のレベルシフト素子205(例えばLDMOS)を備えた半導体装置(HVIC)206が用いられている。
In recent years, in order to reduce the size of the inverter, one-chip (HVIC) has been promoted. As shown in FIG. 10, a high potential for controlling the
しかしながら、このように1チップ化した半導体装置206では、高電位基準回路203と低電位基準回路204との間で電位の干渉が発生し、回路を誤動作させるという問題があった。このため、従来では、JI分離構造、誘電体分離構造、SOI(Silicon on insulator)基板を用いたトレンチ分離構造(例えば、特許文献1参照)などにより素子分離を行っているが、いずれもレベルシフトにおける低電位(例えば0V)から高電位(例えば750V)に切り替えるときに高電圧(例えば1200Vを超える電圧)が数十kV/μsecという早い立ち上がり速度で生じることから、この立ち上がりの早い高電圧サージ(以下、立上がり時間に対する電圧上昇が高いことからdv/dtサージという)を回路の誤動作無く扱うことが難しい。特に、ノイズに敏感なアナログ素子を含む回路を使用する場合はロジック回路よりも誤動作が顕著に発生し、問題となる。
However, in the
上述した素子分離手法の中では、SOI基板を用いたトレンチ分離構造が最もノイズに強く、素子分離としては最もポテンシャルが高いと考えられる。ところが、この構造を用いて高耐圧のレベルシフト素子を開発してきたところ、SOI基板を用いたトレンチ分離構造のHVICにおいても、dv/dtサージが印加された際に支持基板を介して電位が干渉し、支持基板と活性層(SOI層)との間に配置された埋込酸化膜(BOX:Buried Oxide)にて形成される寄生容量を充放電する変位電流が発生し、回路を誤動作させてしまうという問題が生じた。 Among the element isolation methods described above, the trench isolation structure using the SOI substrate is considered to be the most resistant to noise, and has the highest potential for element isolation. However, when a high voltage level shift element has been developed using this structure, even in a trench isolation structure HVIC using an SOI substrate, the potential interferes with the support substrate when a dv / dt surge is applied. In addition, a displacement current that charges and discharges a parasitic capacitance formed by a buried oxide film (BOX) disposed between the support substrate and the active layer (SOI layer) is generated, causing the circuit to malfunction. The problem of end.
ここで、基準電位を複数持たない高耐圧素子における電位干渉抑制の従来技術としては、支持基板を介した電位干渉を抑制する方法があり、特許文献2に開示されている。具体的には、支持基板の内部抵抗が低い場合(比抵抗<1.5Ωcm)は支持基板の電位をGNDに固定(接地)し、支持基板の内部抵抗が高い場合(比抵抗>15Ωcm)は支持基板の電位をフローティングにするという手法である。
Here, as a conventional technique for suppressing potential interference in a high-breakdown-voltage element that does not have a plurality of reference potentials, there is a method for suppressing potential interference through a support substrate, which is disclosed in
前者は支持基板の電位を確実にGND電位に固定することで活性層側と支持基板の電位差をなくして埋込酸化膜による寄生容量を無効化する方法であり、後者は支持基板の内部抵抗を高くしてサージの伝播を抑制するという手法である。このような手法をHVICを備える半導体装置に対して適用すれば、HVICを備える半導体装置においても電位干渉抑制を行うことが可能になる。
しかしながら、HVICのように基準電位を複数持つ素子においては、前者の方法では、支持基板がGNDになるため、高電位基準回路側の埋込酸化膜に高電圧が印加されてしまい、埋込酸化膜による寄生容量に起因する変位電流が発生する。後者の方法では、支持基板の電位が低電位基準回路と高電位基準回路の中間の電位になるため、低電位、高電位側それぞれの埋込酸化膜に高電圧が印加されてしまい、埋込酸化膜による寄生容量に起因する変位電流が発生する。さらに、従来の高耐圧ICではせいぜい数100Vであったのに対して、HVICでは600〜1200Vもの高電圧を扱うため、支持基板を介した電位干渉の影響がさらに大きくなる。 However, in the case of an element having a plurality of reference potentials such as HVIC, in the former method, the support substrate becomes GND, so that a high voltage is applied to the buried oxide film on the high potential reference circuit side, and buried oxide Displacement current due to the parasitic capacitance caused by the film is generated. In the latter method, since the potential of the support substrate becomes an intermediate potential between the low potential reference circuit and the high potential reference circuit, a high voltage is applied to the buried oxide films on the low potential and high potential sides, and the buried substrate is buried. Displacement current due to parasitic capacitance due to the oxide film is generated. Furthermore, since the conventional high voltage IC is several hundreds V at most, the HVIC handles a high voltage of 600 to 1200 V, so that the influence of potential interference through the support substrate is further increased.
本発明は上記点に鑑みて、HVICを備える半導体装置において、支持基板を介した電位干渉を抑制し、埋込酸化膜による寄生容量に起因する変位電流が流れることを抑制することにより、回路の誤作動を防止することを目的とする。 In view of the above points, the present invention suppresses potential interference through a support substrate in a semiconductor device including an HVIC, and suppresses displacement current caused by parasitic capacitance due to a buried oxide film from flowing. The purpose is to prevent malfunction.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、活性層(1)と支持基板(2)とが埋込絶縁膜(3)を介して貼り合わされたSOI基板(4)を有し、SOI基板(4)における活性層(1)に、第1の電位を基準電位として動作する低電位基準回路部(LV)と、第1の電位よりも高電位な第2の電位を基準電位として動作する高電位基準回路部(HV)と、低電位基準回路部(LV)と高電位基準回路部(HV)との間での基準電位のレベルシフトを行うためのレベルシフト素子(20)が備えられたレベルシフト素子形成部(LS)とが形成されてなる半導体装置において、支持基板(2)を不純物濃度が1×1014cm-3以下に設定すると共に、接地することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the active layer (1) and the support substrate (2) have an SOI substrate (4) bonded with a buried insulating film (3). The active layer (1) in the SOI substrate (4) has a low potential reference circuit portion (LV) that operates using the first potential as a reference potential, and a second potential that is higher than the first potential as a reference potential. And a level shift element (20) for performing a level shift of the reference potential between the low potential reference circuit unit (LV) and the high potential reference circuit unit (HV). In the semiconductor device formed with the level shift element forming portion (LS) provided with the above, the support substrate (2) is set to an impurity concentration of 1 × 10 14 cm −3 or less and grounded. Yes.
このように、支持基板(2)の不純物濃度を低濃度、具体的には1×1014cm-3以下とし、かつ、支持基板(2)の電位を接地にすることにより、低電位基準回路部(LV)と高電位基準回路部(HV)の双方において変位電流を抑制することが可能となる。これにより、回路の誤作動を防止することが可能となる。 Thus, by setting the impurity concentration of the support substrate (2) to a low concentration, specifically 1 × 10 14 cm −3 or less, and setting the potential of the support substrate (2) to ground, the low potential reference circuit The displacement current can be suppressed in both the portion (LV) and the high potential reference circuit portion (HV). As a result, malfunction of the circuit can be prevented.
請求項2に記載の発明では、支持基板(2)における低電位基準回路部(LV)と対応する部分の埋込絶縁膜(3)側の表面部には、支持基板(2)と同導電型で、かつ、支持基板(2)よりも高不純物濃度となる不純物層(31)が形成されていることを特徴としている。 According to the second aspect of the present invention, the surface of the support substrate (2) corresponding to the low potential reference circuit portion (LV) on the side of the buried insulating film (3) has the same conductivity as the support substrate (2). An impurity layer (31) which is a mold and has a higher impurity concentration than the support substrate (2) is formed.
このように、支持基板(2)の内部抵抗を下げる不純物層(31)を支持基板(2)の表面部に配置することにより、低電位基準回路部(LV)における埋込絶縁膜(3)の直下の電位をより確実に接地することができる。これにより、埋込絶縁膜(3)に掛かる電圧をより低減することが可能となり、低電位基準回路部(LV)側の変位電流を抑制することが可能となる。 Thus, by disposing the impurity layer (31) for reducing the internal resistance of the support substrate (2) on the surface portion of the support substrate (2), the buried insulating film (3) in the low potential reference circuit portion (LV). Can be grounded more reliably. As a result, the voltage applied to the buried insulating film (3) can be further reduced, and the displacement current on the low potential reference circuit portion (LV) side can be suppressed.
請求項3に記載の発明では、低電位基準回路部(LV)側の活性層(1)と埋込絶縁膜(3)とを貫通して不純物層(31)に達するトレンチ(34)と、トレンチ(34)の内壁を覆うように形成された内壁絶縁膜(35)と、内壁絶縁膜(35)内においてトレンチ(34)を埋め込みかつ不純物層(31)と電気的に接続された貫通電極(33)とを備え、貫通電極(33)が低電位基準回路部(LV)内に備えられる接地配線に電気的に接続されていることを特徴としている。
In the invention according to
このような構成によれば、貫通電極(33)を通じて、不純物層(31)の電位をより確実に接地することができる。このため、さらに埋込絶縁膜(3)に掛かる電圧を低減することが可能となり、低電位基準回路部(LV)側の変位電流をより一層抑制することが可能となる。 According to such a configuration, the potential of the impurity layer (31) can be more reliably grounded through the through electrode (33). For this reason, the voltage applied to the buried insulating film (3) can be further reduced, and the displacement current on the low potential reference circuit portion (LV) side can be further suppressed.
請求項4に記載の発明では、支持基板(2)における埋込絶縁膜(3)と反対側となる裏面部のうち低電位基準回路部(LV)と対応する部分には、支持基板(2)と同導電型で、かつ、支持基板(2)よりも高不純物濃度となる不純物層(32)が形成されていることを特徴としている。 According to the fourth aspect of the present invention, a portion of the back surface of the support substrate (2) opposite to the buried insulating film (3) that corresponds to the low potential reference circuit portion (LV) is provided on the support substrate (2 ) And an impurity layer (32) having a higher impurity concentration than that of the support substrate (2).
このように、支持基板(2)における低電位基準回路部(LV)側の裏面部に不純物層(32)を備えることで、さらに埋込絶縁膜(3)に掛かる電圧を低減することが可能となり、低電位基準回路部(LV)側の変位電流をより一層抑制することが可能となる。 Thus, by providing the impurity layer (32) on the back surface portion on the low potential reference circuit portion (LV) side of the support substrate (2), it is possible to further reduce the voltage applied to the buried insulating film (3). Thus, the displacement current on the low potential reference circuit part (LV) side can be further suppressed.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかる半導体装置(HVIC)の断面図である。また、図2は、図1に示す半導体装置を上面側から見た時のレイアウト図である。なお、図1は、本図のA−A断面図に相当する図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device (HVIC) according to the present embodiment. FIG. 2 is a layout diagram when the semiconductor device shown in FIG. 1 is viewed from the upper surface side. FIG. 1 is a diagram corresponding to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
以下、これらの図を参照して、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。なお、以下の説明では、図1の紙面上方を半導体装置の表面側、紙面下方を半導体装置の裏面側として説明する。 Hereinafter, the configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to these drawings. In the following description, the upper side in FIG. 1 is described as the front side of the semiconductor device, and the lower side in FIG. 1 is described as the back side of the semiconductor device.
図1に示すように、本実施形態の半導体装置は、例えばn型シリコンにて構成されたSOI層1と支持基板2とが埋込酸化膜3を介して接合されたSOI基板4を用いて形成されている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device of this embodiment uses an
SOI層1は、半導体装置の表面側に配置され、シリコン基板を所定膜厚に研削することにより構成されている。このSOI層1は、複数のトレンチ分離部5により素子分離されている。各トレンチ分離部5は、SOI層1の表面から埋込酸化膜3に達するトレンチ6とトレンチ6内に配置された絶縁膜7によって構成されており、例えば同等幅にて構成されている。
The
複数のトレンチ分離部5は多重リング構造とされており、最も外側とそれよりも1つ内側のトレンチ分離部5の間に形成される領域(つまり図1、図2の紙面左側の領域)が低電位基準回路部LV、最も内側のトレンチ分離部5内の領域(つまり紙面右側の領域)が高電位基準回路部HV、これら低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの間に形成される領域がレベルシフト素子形成部LSとされている。
The plurality of
SOI層1における低電位基準回路部LVには、小電位にて駆動されるロジック回路などの信号処理回路が構成されており、これらは0V(第1の電位)を基準電位として動作する。低電位基準回路部LVは、トレンチ分離部5にて半導体装置の他の部分から素子分離されている。この低電位基準回路部LVには、CMOS10などのように信号処理回路を構成する各種素子が備えられている。具体的には、SOI層1内がSTI(Shallow Trench Isolation)やLOCOS酸化膜等の素子分離用の絶縁膜11にて素子分離されており、素子分離された各領域はnウェル層12aもしくはpウェル層12bとされている。nウェル層12a内にはp+型ソース領域13aおよびp+型ドレイン領域14aが構成され、pウェル層12b内にはn+型ソース領域13bおよびn+型ドレイン領域14bが構成されている。そして、p+型ソース領域13aとp+型ドレイン領域14aの間に位置するnウェル層12aの表面、および、n+型ソース領域13bおよびn+型ドレイン領域14bの間に位置するpウェル層12bの表面に、ゲート絶縁膜15a、15bを介してゲート電極16a、16bが形成されている。これにより、nチャネルMOSFETとpチャネルMOSFETにて構成されたCMOS10が構成されている。
The low potential reference circuit portion LV in the
なお、SOI層1の表面側には、CMOS10を構成するゲート電極16a、16bや各ソース領域13a、13bもしくは各ドレイン領域14a、14bと電気的に接続される配線部や層間絶縁膜などが形成されているが、ここでは図示を省略してある。また、CMOS10の他にも、バイポーラトランジスタや拡散抵抗、さらにはメモリなども備えられるが、これらの構造は周知であるため、ここでは代表してCMOS10のみを示してある。
Incidentally, on the surface side of the
SOI層1における高電位基準回路部HVには、高電位にて駆動されるロジック回路などの信号処理回路が構成されている。これらは低電位基準回路部LVの基準電位よりも高い電位(第2の電位)を基準電位として動作する。高電位基準回路部HVは、トレンチ分離部5にて半導体装置の他の部分から素子分離されている。この高電位基準回路部HVにも、低電位基準回路部LVと同様の構造のCMOS10が備えられており、図示しないがバイポーラトランジスタや拡散抵抗、さらにはメモリなども備えられている。
The high potential reference circuit portion HV in the
また、SOI層1におけるレベルシフト素子形成部LSには、レベルシフト素子として高耐圧LDMOS20が形成されている。高耐圧LDMOS20は、SOI層1の表層にそれぞれ位置するn型ドレイン領域21、p型チャネル領域22、n+型ソース領域23を有している。n型ドレイン領域21の表層にはn+型コンタクト層24が形成されており、p型チャネル領域22の表層にはp+型コンタクト層25が形成されている。また、n型ドレイン領域21とp型チャネル領域22は、いわゆるLOCOS酸化膜26により、分離されている。そして、p型チャネル領域22上には、ゲート絶縁膜27を介して、ゲート電極28が配置されている。これにより、高耐圧LDMOS20が構成されている。
In the level shift element forming portion LS in the
なお、SOI層1の表面側には、ゲート電極28、n+型ソース領域23およびp+型コンタクト層25、もしくは、n+型コンタクト層24と電気的に接続される配線部や層間絶縁膜が形成されているが、ここでは図示を省略してある。
Note that, on the surface side of the
このような構造の高耐圧LDMOS20は複数セル形成されており、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVとの間において複数セルが配置されると共に、各セルがトレンチ分離部5によって素子分離されている。
The high
一方、支持基板2は、p型不純物がドーピングされたp-型シリコン基板にて構成されている。支持基板2は、p型不純物の不純物濃度が1×1014cm-3以下に設定されている。このため、支持基板2の内部抵抗が高抵抗(比抵抗が100Ωcm以上)となっている。
On the other hand, the
また、図1に示されるように、低電位基準回路部LVから高電位基準回路部HVを含むように、支持基板2の裏面全面に裏面電極30が配置されている。この裏面電極30は、GNDに接続(接地)されている。このため、支持基板2は、低電位基準回路部LVから高電位基準回路部HVにわたる全域において、電位がGNDとされている。
Further, as shown in FIG. 1, the
このように構成された半導体装置では、支持基板2を高抵抗(比抵抗が100Ωcm以上)にしつつ、支持基板2の電位をGNDに固定(接地)している。このため、以下のような効果を得ることができる。これについて、図3〜図5を参照して説明する。
In the semiconductor device configured as described above, the potential of the
図3は、低電位基準回路部LV側と高電位基準回路部HV側それぞれについて、変位電流の支持基板濃度依存性をシミュレーションによって調べた結果を示したグラフである。具体的には、dv/dtサージが印加された際に流れる変位電流が支持基板2の不純物濃度を変化させた場合にどのように変化するかについて、本実施形態のように支持基板2の電位をGNDに固定した場合とフローティングとした場合それぞれについて調べた。その結果、図3に示されるように、低電位基準回路部LVでは、支持基板2の電位をGNDに固定すると、フローティングにした場合と比較して、不純物濃度が変化しても全体的に変位電流を小さくすることができるが、高電位基準回路部HVでは、支持基板2の電位をGNDに固定すると、フローティングにした場合と比較して、不純物濃度が1×1014cm-3以下であれば変位電流はほぼ同等であるが、不純物濃度が1×1014cm-3以上であれば変位電流が大きくなることが確認された。このことから、支持基板2の不純物濃度を1×1014cm-3以下とし、かつ、支持基板2の電位をGNDにすることにより、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの双方において変位電流を抑制することができる。
FIG. 3 is a graph showing the results of examining the dependence of the displacement current on the support substrate concentration by simulation for each of the low potential reference circuit unit LV side and the high potential reference circuit unit HV side. Specifically, with respect to how the displacement current flowing when the dv / dt surge is applied changes when the impurity concentration of the
また、図4および図5は、支持基板2の不純物濃度を4.4×1014cm-3と2×1013cm-3とした場合について、支持基板2の電位をGNDに固定した場合とフローティングにした場合それぞれの場合のdv/dtサージ(10kV/μsec、1300V)が印加された時の電位分布および空乏層の広がり方をシミュレーションにより調べた結果を示した図である。
4 and 5 show a case where the potential of the
dv/dtサージが印加されると、支持基板2のうち高電位基準回路部HVと対応する場所に空乏層が広がる。このとき、サージ電圧は埋込酸化膜3による寄生容量と支持基板2における空乏層による容量(以下、空乏層容量)の合成容量に印加されることになる。このとき、空乏層容量が大きい方が埋込酸化膜3による寄生容量に印加される電圧分が小さくなり、変位電流を抑制できる。つまり、印加されるサージ電圧が同じ場合、支持基板2が低濃度の場合の方が空乏層が大きく広がるため、埋込酸化膜3に印加される電圧分が小さくなり、変位電流を抑制できる。
When a dv / dt surge is applied, a depletion layer spreads in a place corresponding to the high potential reference circuit portion HV in the
支持基板2の不純物濃度を4.4×1014cm-3という高濃度にした場合には、比抵抗ρが30Ωcm程度となる。
このとき、低電位基準回路部LVの基準電位を0V、高電位基準回路部HVの基準電位を1300Vのdv/dtサージとした場合、支持基板2の電位をGNDに固定すると、図4に示すように、支持基板2のうち低電位基準回路部LVと対応する場所の電位は、支持基板2の表面側(埋込酸化膜3側)と裏面側共に0Vとなるが、高電位基準回路部HVと対応する場所の電位は、支持基板2の表面側が400V、裏面側が0Vとなる。つまり、低電位基準回路部LV側の埋込酸化膜3には殆ど電圧が掛からないが、高電位基準回路部HV側では、空乏層容量が小さいため、サージ電圧の大部分(1300−400V)が埋込酸化膜3に印加されてしまう。
When the impurity concentration of the
At this time, when the reference potential of the low potential reference circuit unit LV is 0 V and the reference potential of the high potential reference circuit unit HV is dv / dt surge of 1300 V, the potential of the
一方、支持基板2の電位をフローティングにすると、支持基板2の電位をGNDに固定する場合と比べて支持基板2の電位が高くなるため、dv/dtサージが印加された際に高電位基準回路部HV側の埋込酸化膜3に掛かる電圧(1300−1004V)は小さくなるものの、低電位基準回路部LV側の埋込酸化膜3にも高い電圧(588V)がかかってしまう。
On the other hand, if the potential of the
支持基板2の不純物濃度を2×1013cm-3という低濃度にした場合には、比抵抗ρが700Ωcm程度となる。
When the impurity concentration of the
このとき、低電位基準回路部LVの基準電位を0V、高電位基準回路部HVの基準電位を1300Vのdv/dtサージとした場合、支持基板2の不純物濃度を4.4×1014cm-3にした場合と比べて空乏層が大きく広がるため、空乏層容量が大きくなる。このため、支持基板2の電位をGNDに固定すると、図5に示すように低電位基準回路部LVと対応する場所の電位は、支持基板2の表面側(埋込酸化膜3側)と裏面側共にほぼ0Vとなり、高電位基準回路部HVと対応する場所の電位は、支持基板2の表面側が1171V、裏面側が0Vとなる。つまり、低電位基準回路部LV側の埋込酸化膜3には殆ど電圧がかからず、高電位基準回路部HV側の埋込酸化膜3にかかる電圧(1300−1171V)も支持基板2の濃度が4.4×1014cm-3の場合と比較して大幅に小さくできる。
At this time, when the reference potential of the low potential reference circuit unit LV is 0 V and the reference potential of the high potential reference circuit unit HV is 1300 V dv / dt surge, the impurity concentration of the
一方、支持基板2の電位をフローティングにした場合には、高電位基準回路部HV側では、支持基板2をGNDにした場合と同様に埋込酸化膜3にかかる電圧(1300−1211V)を大幅に抑制することができるが、低電位基準回路部LV側では、支持基板2の不純物濃度を4.4×1014cm-3にした場合と同様に埋込酸化膜3に高い電圧(559V)が掛かってしまう。
On the other hand, when the potential of the
したがって、高電位基準回路部HV側では、支持基板2の不純物濃度を低くして空乏層が広がるようにすることで空乏層容量を大きくし、埋込酸化膜による寄生容量にかかる電圧を小さくすることで変位電流を抑制できると言える。また、低電位基準回路部LV側では、支持基板2の電位をGNDに固定することで、埋込酸化膜3にかかる電圧を抑制することができると言える。
Therefore, on the high potential reference circuit portion HV side, the depletion layer capacitance is increased by lowering the impurity concentration of the
このように、支持基板2の不純物濃度を低濃度、具体的には1×1014cm-3以下とし、かつ、支持基板2の電位をGNDにすることにより、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの双方において変位電流を抑制することが可能となる。
Thus, by setting the impurity concentration of the
以上説明したように、本実施形態では、支持基板2の不純物濃度を1×1014cm-3以下とし、かつ、支持基板2の電位をGNDにしている。これにより、低電位基準回路部LVと高電位基準回路部HVの双方において変位電流を抑制することが可能となる。これにより、回路の誤作動を防止することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the impurity concentration of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、第1実施形態に対して低電位基準回路部LV側の支持基板2の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device of the present embodiment is obtained by changing the configuration of the
図6は、本実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、支持基板2における低電位基準回路部LV側の表面部にp型不純物層31を備えている。このp型不純物層31は、支持基板2における低電位基準回路部LVと対応する部分全域に形成されており、支持基板2を構成するp-型シリコン基板よりもp型不純物濃度が高くされている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, a p-
上述したように、低電位基準回路部LV側においては、支持基板2の電位をGNDに固定することで、埋込酸化膜3にかかる電圧を抑制することができる。このため、低電位基準回路部LVでは、埋込酸化膜3の直下の電位をより確実にGNDにするために、支持基板2の内部抵抗を下げるp型不純物層31を配置している。これにより、埋込酸化膜3に掛かる電圧をより低減することが可能となり、更に低電位基準回路部LV側の変位電流を抑制することが可能となる。
As described above, on the low potential reference circuit portion LV side, the voltage applied to the buried
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、第2実施形態に対して更に低電位基準回路部LV側の支持基板2の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device of the present embodiment is obtained by further changing the configuration of the
図7は、本実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、第2実施形態で示したp型不純物層31に加えて、さらに、支持基板2における低電位基準回路部LV側の裏面部にp型不純物層32を備えている。このp型不純物層32も、支持基板2における低電位基準回路部LVと対応する部分全域に形成されており、支持基板2を構成するp-型シリコン基板よりもp型不純物濃度が高くされている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, in addition to the p-
支持基板2にける低電位基準回路部LV側をより確実にGNDにするためには、支持基板2のうち低電位基準回路部LVと対応する部分全域においてp型不純物の濃度を高くしてやれば良い。しかしながら、支持基板2の厚み分の深さのイオン注入を行うことは困難であるため、支持基板2のうち低電位基準回路部LVと対応する部分全域にp型不純物を注入することは容易ではない。したがって、本実施形態のように、支持基板2における低電位基準回路部LV側の裏面部にp型不純物層32を備えることで、さらに埋込酸化膜3に掛かる電圧を低減することが可能となり、低電位基準回路部LV側の変位電流をより一層抑制することが可能となる。
In order to make the low potential reference circuit portion LV side of the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置は、第2実施形態に対してp型不純物層31の電位をより確実にGNDにできる構造としたものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device of this embodiment has a structure in which the potential of the p-
図8は、本実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、第2実施形態で示したp型不純物層31を備えるのに加え、低電位基準回路部LV側のSOI層1内に、低電位基準回路部LV内のGND配線(接地配線)と電気的に接続される貫通電極33を形成している。具体的には、低電位基準回路部LV側において、SOI層1および埋込酸化膜3を貫通してp型不純物層31に達するトレンチ34が形成されていると共に、トレンチ34の内壁に熱酸化等で形成された内壁絶縁膜35が備えられ、その中に貫通電極33が形成されている。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, in addition to the p-
このような構成によれば、貫通電極33を通じて、p型不純物層31の電位をより確実にGNDにできる。このため、さらに埋込酸化膜3に掛かる電圧を低減することが可能となり、低電位基準回路部LV側の変位電流をより一層抑制することが可能となる。
According to such a configuration, the potential of the p-
(他の実施形態)
上記第1〜第4実施形態では、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVおよびレベルシフト素子形成部LSを構成する素子の一例を記載しているが、これらを構成する素子の種類に関しては適宜変更可能である。また、低電位基準回路部LVや高電位基準回路部HVおよびレベルシフト素子形成部LSのレイアウト等に関しても、適宜変更可能である。
(Other embodiments)
In the first to fourth embodiments, an example of elements constituting the low potential reference circuit unit LV, the high potential reference circuit unit HV, and the level shift element forming unit LS is described. Can be changed as appropriate. Further, the layout of the low potential reference circuit unit LV, the high potential reference circuit unit HV, and the level shift element formation unit LS can be appropriately changed.
また、上記第3実施形態と第4実施形態とを組み合わせること、つまり第3実施形態に示したp型不純物層32を第4実施形態のように貫通電極33を備える構造に適用することも可能である。さらに、第3実施形態で示したp型不純物層31、32のうちp型不純物層32のみを備えるような構造とすることもできる。
Further, the third embodiment and the fourth embodiment can be combined, that is, the p-
なお、ここでは支持基板2をp型で構成する場合について説明したが、n型とする場合であっても同様に本発明を適用することができる。その場合において、第2〜第4実施形態の構造を適用する場合には、支持基板2には、p型不純物層31、32に代えて支持基板2と同導電型となるn型不純物層を形成すれば良い。
In addition, although the case where the
1 SOI層
2 支持基板
3 埋込酸化膜
4 SOI基板
5 トレンチ分離部
10 CMOS
20 LDMOS
30 裏面電極
31 p型不純物層
32 p型不純物層
33 貫通電極
34 トレンチ
35 内壁絶縁膜
LS レベルシフト素子形成部
LV 低電位基準回路部
HV 高電位基準回路部
DESCRIPTION OF
20 LDMOS
30 Back electrode 31 p-type impurity layer 32 p-type impurity layer 33 through
Claims (4)
前記SOI基板(4)における前記活性層(1)に、第1の電位を基準電位として動作する低電位基準回路部(LV)と、前記第1の電位よりも高電位な第2の電位を基準電位として動作する高電位基準回路部(HV)と、前記低電位基準回路部(LV)と前記高電位基準回路部(HV)との間での基準電位のレベルシフトを行うためのレベルシフト素子(20)が備えられたレベルシフト素子形成部(LS)とが形成されてなる半導体装置において、
前記支持基板(2)は、不純物濃度が1×1014cm-3以下に設定されていると共に、接地されていることを特徴とする半導体装置。 An SOI substrate (4) in which an active layer (1) and a supporting substrate (2) are bonded together through a buried insulating film (3);
The active layer (1) of the SOI substrate (4) has a low potential reference circuit portion (LV) that operates using the first potential as a reference potential, and a second potential that is higher than the first potential. A high potential reference circuit section (HV) that operates as a reference potential, and a level shift for performing a level shift of the reference potential between the low potential reference circuit section (LV) and the high potential reference circuit section (HV) In a semiconductor device in which a level shift element forming portion (LS) provided with an element (20) is formed,
The semiconductor device, wherein the support substrate (2) has an impurity concentration set to 1 × 10 14 cm −3 or less and is grounded.
前記貫通電極(33)が前記低電位基準回路部(LV)内に備えられる接地配線に電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A trench (34) reaching the impurity layer (31) through the active layer (1) and the buried insulating film (3) on the low potential reference circuit part (LV) side; and the trench (34) An inner wall insulating film (35) formed so as to cover the inner wall of the inner wall insulating film, and a through electrode (in which the trench (34) is embedded in the inner wall insulating film (35) and electrically connected to the impurity layer (31)) 33)
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the through electrode (33) is electrically connected to a ground wiring provided in the low potential reference circuit portion (LV).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2008112484A JP2009266934A (en) | 2008-04-23 | 2008-04-23 | Semiconductor device |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014183071A (en) * | 2013-03-18 | 2014-09-29 | Renesas Electronics Corp | Semiconductor device |
-
2008
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