JP2007214285A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007214285A JP2007214285A JP2006031514A JP2006031514A JP2007214285A JP 2007214285 A JP2007214285 A JP 2007214285A JP 2006031514 A JP2006031514 A JP 2006031514A JP 2006031514 A JP2006031514 A JP 2006031514A JP 2007214285 A JP2007214285 A JP 2007214285A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power generation
- semiconductor device
- thermoelectric power
- thermoelectric
- multilayer wiring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 127
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 94
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 56
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 25
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 10
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 7
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 7
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 4
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
この発明は、半導体基板と、該半導体基板に形成された回路素子と、該回路素子と共に集積回路を構成する多数の配線が複数層に亘って形成された多層配線部とを有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor substrate, a circuit element formed on the semiconductor substrate, and a multilayer wiring portion in which a large number of wirings constituting an integrated circuit together with the circuit element are formed over a plurality of layers.
今日の電子機器には、集積回路を備えた種々の半導体装置が用いられている。個々の半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板に形成された回路素子と、該回路素子と共に集積回路を構成する多数の配線が複数層に亘って形成された多層配線部とを有しており、多層配線部は半導体基板上に形成される。近年では電子機器の高性能化が急速に進められており、これに伴って個々の半導体装置の消費電力は増大している。 In today's electronic equipment, various semiconductor devices including integrated circuits are used. Each semiconductor device has a semiconductor substrate, a circuit element formed on the semiconductor substrate, and a multilayer wiring portion in which a large number of wirings constituting an integrated circuit together with the circuit element are formed over a plurality of layers. The multilayer wiring portion is formed on the semiconductor substrate. In recent years, the performance of electronic devices has been rapidly improved, and accordingly, the power consumption of individual semiconductor devices is increasing.
その一方で携帯型電子機器も急速に普及しており、高性能の携帯型電子機器の連続使用時間を長時間にするために、二次電池の改良や小型の燃料電池の開発も併せて進められている。また、新たな電源として熱電発電素子の開発も進められており、例えば特許文献1には、半導体素子と、該半導体素子に外付けされた熱電発電素子とを備えたモジュールが記載されている。 On the other hand, portable electronic devices are also rapidly spreading, and in order to increase the continuous use time of high-performance portable electronic devices, the improvement of secondary batteries and the development of small fuel cells are also being promoted. It has been. Further, development of a thermoelectric power generation element as a new power source is also in progress. For example, Patent Document 1 describes a module including a semiconductor element and a thermoelectric power generation element externally attached to the semiconductor element.
高性能の半導体装置を得るうえからは、該半導体装置を構成する個々の回路素子の高性能化を図ることは勿論、半導体装置内での電源電圧の降下(IRドロップ)に起因して信号遅延が生じることによる性能の低下を抑えることが必要となる。 In order to obtain a high-performance semiconductor device, not only the performance of individual circuit elements constituting the semiconductor device is improved, but also signal delay due to a drop in power supply voltage (IR drop) in the semiconductor device. It is necessary to suppress a decrease in performance due to the occurrence of the above.
この発明は上記に鑑みてなされたものであり、IRドロップに起因する性能の低下を抑え易い半導体装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device that can easily suppress a decrease in performance due to an IR drop.
上記の目的を達成するこの発明の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に形成された回路素子と、回路素子と共に集積回路を構成する多数の配線が複数層に亘って形成された多層配線部と、多層配線部に設けられて該多層配線部における所定の配線と互いに接続された熱電発電部とを有することを特徴とするものである。 A semiconductor device of the present invention that achieves the above object includes a semiconductor substrate, a circuit element formed on the semiconductor substrate, and a multilayer wiring portion in which a plurality of wirings constituting an integrated circuit together with the circuit elements are formed over a plurality of layers. And a thermoelectric power generation part provided in the multilayer wiring part and connected to a predetermined wiring in the multilayer wiring part.
この発明の半導体装置では、多層配線部に熱電発電部が設けられ、かつ該熱電発電部と多層配線部における所定の配線とが互いに接続されているので、IRドロップが生じても、所望の回路素子での電圧降下を熱電発電部からの給電により抑えることができる。その結果として、IRドロップに起因する性能の低下を抑えることが容易になる。 In the semiconductor device according to the present invention, a thermoelectric power generation unit is provided in the multilayer wiring unit, and the thermoelectric power generation unit and a predetermined wiring in the multilayer wiring unit are connected to each other. The voltage drop at the element can be suppressed by feeding from the thermoelectric generator. As a result, it becomes easy to suppress a decrease in performance due to the IR drop.
以下、この発明の半導体装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
実施の形態1.
図1は、この発明の半導体装置の一例を概略的に示す平面図である。同図に示す半導体装置100は、半導体基板、半導体基板に形成された回路素子、回路素子と共に集積回路を構成する多数の配線が複数層に亘って形成された多層配線部、および多層配線部に設けられて該多層配線部における所定の配線と互いに接続された熱電発電部等を有している。図1には3つの熱電発電部60A〜60Cと、電源電圧供給線WVDD と、接地線WGND と、配線44a,44bと、多層配線部を覆う保護層70と、複数のパッドPとが示されており、3つの熱電発電部60A〜60Cのうちの熱電発電部60Aは、多層配線部の平面上の中央部に配置されて、配線44aにより電源電圧供給線WVDD に接続されていると共に配線44bにより接地線WGND に接続されている。他の熱電発電部60B,60Cは、それぞれ、多層配線部における所定の配線に直接またはコンタクトプラグを介して接続されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of the semiconductor device of the present invention. The
上記の多層配線部は半導体基板よりも小さく、多層配線部の周囲には、平面視上、半導体基板の縁部が広がっている。配線44a,44bは、多層配線部における最も上の層間絶縁膜に形成されて保護層70により覆われており、電源電圧供給線WVDD および接地線WGND は、多層配線部における最も上の層間絶縁膜から所定のパッドPにかけて形成されて保護層70により覆われている。また、各パッドPは、多層配線部における最も上の層間絶縁膜の縁部上に形成されて、多層配線部における所定の配線またはコンタクトプラグに接続されている。なお、図1においては、熱電発電部60A〜60C、電源電圧供給線WVDD 、接地線WGND 、配線44a、および配線44bの各々を、便宜上、実線で描いている。
The multilayer wiring portion is smaller than the semiconductor substrate, and the edge of the semiconductor substrate spreads around the multilayer wiring portion in plan view. The wirings 44a and 44b are formed on the uppermost interlayer insulating film in the multilayer wiring part and covered with the
図2は、図1に示したII−II線断面の概略図である。同図に示すように、半導体装置100では、半導体基板10に回路素子20が形成され、この回路素子20を覆うようにして半導体基板10上に多層配線部50が形成され、この多層配線部50を覆うようにして保護層70が形成されている。図1に示した各熱電発電部60A〜60Cは、上述のように、多層配線部50に設けられている。ただし、図2には熱電発電部60Aのみが現れている。
FIG. 2 is a schematic view of a section taken along line II-II shown in FIG. As shown in the figure, in the
半導体基板10は、シリコンのような元素半導体からなる基板であってもよいし、ガリウムヒ素のような化合物半導体からなる基板であってもよい。さらには、SOI(Silicon on Insulator)基板であってもよい。半導体基板10の所定箇所には、該半導体基板10に形成しようとする回路素子の種類に応じた所定の素子領域(ウェル)と、所定形状の素子分離領域とが形成される。図示の半導体基板10は、P- 型シリコン基板1の所定箇所にN型ウェル3およびP型ウェル(図2には現れていない。)を形成し、さらに、各素子領域を平面視上区画するようにして素子分離領域(素子分離膜)7を形成したものである。
The
回路素子としてどのような素子を形成するかは、半導体装置100に求められる機能等に応じて適宜選定される。図2に示す回路素子20は、電界効果トランジスタ(以下、「電界効果トランジスタ20」という。)である。電界効果トランジスタ20は、N型ウェル3に形成されたソース領域12およびドレイン領域14と、半導体基板10上にゲート絶縁膜16を介して配置されたゲート電極18と、ゲート電極18における線幅方向の両側面それぞれに設けられたサイドウォールスペーサSW,SWとを有している。ゲート電極18に所定の電圧を印加すると、ソース領域12とドレイン領域14との間にチャネルが形成される。
Which element is formed as the circuit element is appropriately selected according to the function required for the
多層配線部50は、最も下に位置する第1層間絶縁膜30と、真中に位置する第2層間絶縁膜35と、最も上に位置する第3層間絶縁膜40とを有しており、層間絶縁膜30、35、40の各々には、コンタクトプラグと、各コンタクトプラグを所定のパターンで電気的に接続して上述の回路素子と共に集積回路を形成する多数の配線とが形成されている。図2においては、各層間絶縁膜30、35、40に形成されているコンタクトプラグおよび配線のうち、ソース領域12に接続された第1層コンタクトプラグ32aと、ドレイン領域14に接続された第1層コンタクトプラグ32bと、4つの第1層配線34a〜34dと、1つの第2層コンタクトプラグ37と、2つの第2層配線39a,39bと、1つの第3層コンタクトプラグ42と、3つの第3層配線(第3層配線44c、電源電圧供給線WVDD 、および接地線WGND )とが現れている。所望の無機材料または有機材料によって多層配線部50上に保護層70が形成されて、多層配線部50に形成されている各配線および各コンタクトプラグを酸化や腐食等から保護している。
The
熱電発電部60Aは上記の第2層間絶縁膜35に形成されており、該熱電発電部60Aは、ゼーベック効果を利用して発電する2つの熱電発電素子60A1 ,60A2 を直列に接続した構造を有している。個々の熱電発電素子60A1 ,60A2 は互いに同じ構造を有しており、各々が複数の下部電極と、複数のN型半導体層と、複数のP型半導体層と、複数の上部電極とを有している。図2においては、2つの下部電極52,52と、1つのN型半導体層54と、1つのP型半導体層55と、2つの上部電極57,57とが現れている。ここで、ゼーベック効果を利用して発電する熱電発電素子について、図3を参照して具体的に説明する。
The
図3は、ゼーベック効果を利用して発電する熱電発電素子の一例を概略的に示す側面図である。同図に示す熱電発電素子TEは、3つの発電ユニットU1 〜U3 を直列接続した構造を有する素子であり、個々の発電ユニットU1 〜U3 は、1つのN型半導体層Snと、1つのP型半導体層Spと、これらN型半導体層SnおよびP型半導体層Spを接続する1つの下部電極Beと、N型半導体層Snに接続された上部電極と、P型半導体層Spに接続された上部電極とを有している。 FIG. 3 is a side view schematically illustrating an example of a thermoelectric power generation element that generates electric power using the Seebeck effect. The thermoelectric power generation element TE shown in the figure is an element having a structure in which three power generation units U 1 to U 3 are connected in series, and each power generation unit U 1 to U 3 includes one N-type semiconductor layer Sn, One P-type semiconductor layer Sp, one lower electrode Be connecting the N-type semiconductor layer Sn and the P-type semiconductor layer Sp, an upper electrode connected to the N-type semiconductor layer Sn, and the P-type semiconductor layer Sp And a connected upper electrode.
隣り合う発電ユニット同士は、一方の発電ユニットにおけるP型半導体層と他方の発電ユニットにおけるN型半導体層とが互いに対向する向きで1つの上部電極により接続されている。図示の例では、発電ユニットU1 におけるP型半導体層Spと発電ユニットU2 におけるN型半導体層Snとが上部電極Ue2 により接続され、発電ユニットU2 におけるP型半導体層Spと発電ユニットU3 におけるN型半導体層Snとが上部電極Ue3 により接続されている。また、発電ユニットU1 におけるN型半導体層Snには上部電極Ue1 が接続され、発電ユニットU3 におけるP型半導体層Spには上部電極Ue4 が接続されている。 Adjacent power generation units are connected by one upper electrode so that the P-type semiconductor layer in one power generation unit and the N-type semiconductor layer in the other power generation unit face each other. In the illustrated example, an N-type semiconductor layer Sn are connected by the upper electrode Ue 2 the P-type semiconductor layer Sp and power generation unit U 2 in the power generation unit U 1, the generator and the P-type semiconductor layer Sp in the power generation unit U 2 units U 3 is connected to the N-type semiconductor layer Sn by the upper electrode Ue 3 . The upper electrode Ue 1 is connected to the N-type semiconductor layer Sn in the power generation unit U 1, and the upper electrode Ue 4 is connected to the P-type semiconductor layer Sp in the power generation unit U 3 .
このような構造を有する熱電発電素子TEでは、各下部電極Beと各上部電極Ue1 〜Ue4 との間に温度差が生じると、個々の半導体層Sn,Spにおいて高温側から低温側に向かってキャリアが移動する。N型半導体層Snでは高温側から低温側に向かって自由電子が移動し、P型半導体層Spでは高温側から低温側に向かって正孔が移動する。したがって、上部電極Ue1 と上部電極Ue4 とを外部負荷に接続して1つの回路を形成すると、上部電極Ue1 が負極となり、上部電極Ue4 が正極となって熱電発電素子TEが発電する。 In the thermoelectric power generation element TE having such a structure, when a temperature difference occurs between each lower electrode Be and each upper electrode Ue 1 to Ue 4 , the individual semiconductor layers Sn and Sp go from the high temperature side to the low temperature side. The carrier moves. In the N-type semiconductor layer Sn, free electrons move from the high temperature side to the low temperature side, and in the P type semiconductor layer Sp, holes move from the high temperature side to the low temperature side. Therefore, when the upper electrode Ue 1 and the upper electrode Ue 4 are connected to an external load to form one circuit, the upper electrode Ue 1 becomes the negative electrode and the upper electrode Ue 4 becomes the positive electrode, and the thermoelectric generator TE generates power. .
上記のN型半導体層SnおよびP型半導体層Spそれぞれの材料としては、下部電極Beと各上部電極Ue1 〜Ue4 との温度差が小さい環境下でも比較的大きな熱起電力が得られる半導体、例えばビスマス・テルル系の半導体を用いることが好ましい。ビスマス・テルル系のN型半導体の具体例としてはBi2(Se,Te)3等が挙げられ、ビスマス・テルル系のP型半導体の具体例としては(Bi,Sb)2Te3等が挙げられる。 As a material of each of the N-type semiconductor layer Sn and the P-type semiconductor layer Sp, a semiconductor that can obtain a relatively large thermoelectromotive force even in an environment where the temperature difference between the lower electrode Be and the upper electrodes Ue 1 to Ue 4 is small. For example, it is preferable to use a bismuth-tellurium-based semiconductor. Specific examples of bismuth and tellurium-based N-type semiconductors include Bi 2 (Se, Te) 3 , and specific examples of bismuth and tellurium-based P-type semiconductors include (Bi, Sb) 2 Te 3 and the like. It is done.
図2示した各熱電発電素子60A1 ,60A2 は、上述した熱電発電素子TEと同様の構造を有する熱電発電素子であり、図3に示したN型半導体層Snに対応する所定数のN型半導体層54(図2参照)と、図3に示したP型半導体層Spに対応する所定数のP型半導体層55(図2参照)と有している。そして、これらの熱電発電素子60A1 ,60A2 を備えた熱電発電部60Aは、第3層間絶縁膜40に形成されたコンタクトプラグ(図2には現れていない。)と配線44a(図1参照)とを介して電源電圧供給線WVDD に接続されている一方で、第3層間絶縁膜40に形成されたコンタクトプラグ(図2には現れていない。)と配線44b(図1参照)とを介して接地線WGND に接続されている。このため、電界効果トランジスタ20が駆動により発熱して各熱電発電素子60A1 ,60A2 の下部電極52が上部電極57に比べて高温になると、これらの熱電発電素子60A1 ,60A2 が発電して熱電発電部60Aから電源電圧供給線WVDD に給電される。
Figure 2 each of the thermoelectric
なお、図2には現れていないが、図1に示した各熱電発電部60B,60Cもゼーベック効果を利用した熱電発電素子を備えており、各々が所定の回路素子または配線に接続されている。そして、上述した熱電発電部60Aと同様に各熱電発電部60B,60Cも半導体装置100の駆動時に発電して、所定の回路素子あるいは配線に給電する。
Although not shown in FIG. 2, each of the thermoelectric
以上説明した半導体装置100においても、従来の半導体装置と同様にIRドロップが生じる。しかしながら、半導体装置100の駆動時には各熱電発電部60A〜60C(図1参照)が発電して電源電圧供給線WVDD 等へ給電するため、半導体基板10(図2参照)に形成されている各回路素子での電圧降下が抑えられる。特に、IRドロップが最も顕著な箇所、すなわち多層配線部50の平面視上の中央部において熱電発電部60Aが電源電圧供給線WVDD に接続されていることから、半導体基板10(図2参照)に形成されている各回路素子での電圧降下が効率よく抑えられる。その結果として、この半導体装置100では、IRドロップに起因する性能の低下を抑え易い。また、半導体装置100では集積回路の設計マージンや製造マージンが大きくなるので、所望の性能を有するものを得易い。
Also in the
このような技術的効果を奏する半導体装置100は、多層配線部50に熱電発電部60A〜60C(図1参照)を形成する以外は従来の半導体装置と同様にして製造することができる。個々の熱電発電部60A〜60Cを構成している熱電発電素子、例えば熱電発電部60Aを構成している各熱電発電素子60A1 ,60A2 (図2参照)は、例えば、第1層配線34a〜34cの形成時にこれらの第1配線層34a〜34cと一緒に下部電極52を形成し、次いで各熱電発電素子60A1 ,60A2 におけるN型半導体層54およびP型半導体層55を形成してから第2層間絶縁膜35を形成し、その後、第2層配線39a,39bの形成時にこれらの第2配線層39a,39bと一緒に上部電極57を形成することで得られる。他の熱電発電部60B,60〜60Cを構成している熱電発電素子も同様にして形成することができる。
The
実施の形態2.
この発明の半導体装置では、該半導体装置に形成されている集積回路における発熱量の多い領域の上方、例えば電界効果トランジスタの集積密度が高い領域や、動作周波数の高い配線が配置されている領域の上方に、熱電発電部を配置することが好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, above the region where the amount of heat generated in the integrated circuit formed in the semiconductor device is large, for example, the region where the integration density of field effect transistors is high or the region where wiring having a high operating frequency is arranged. It is preferable to arrange the thermoelectric power generation unit above.
図4は、集積回路のうちで発熱量の多い領域の上方に熱電発電部が配置された半導体装置の一例を概略的に示す平面図である。同図に示す半導体装置110は、集積回路での発熱量の多寡に応じて、平面視上、4つの領域R1 〜R4 に区分することができる。領域R2 での発熱量が最も少なく、領域R4 での発熱量が最も多い。領域R1 ,R3 での発熱量は、領域R2 での発熱量よりも多く、領域R4 での発熱量よりも少ない。熱電発電部105は、これらの領域R1 〜R4 のうちで発熱量が最も多い領域R4 に配置されている。この場合も、熱電発電部105は多層配線部50(図2参照)に設けられて、該多層配線部50中の所定の配線に接続される。
FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of a semiconductor device in which a thermoelectric power generation unit is arranged above a region where a large amount of heat is generated in an integrated circuit. The
集積回路のうちで発熱量の多い領域R4 の上方に熱電発電部105を配置すると、発熱量が少ない領域に配置した場合に比べて熱電発電素子の下部電極と上部電極との温度差が大きくなるので、該熱電発電素子での熱起電力が大きくなって熱電発電部105での発電量も多くなる。その結果として、IRドロップによる電源電圧の降下を熱電発電部105からの給電により補って各回路素子での電圧降下を抑え易くなり、所望の性能を有する半導体装置100を得易くなる。
In the integrated circuit, when the thermoelectric
また、集積回路のうちで発熱量の多い領域R4 は電力消費の多い領域でもあり、この領域では電源電圧の降下の割合が高いので、該領域R4 に形成されている各回路素子での電圧降下を熱電発電部105からの給電によって抑えることにより、集積回路の動作マージンを大きくし易くなる。
Further, in the integrated circuit, the region R 4 where the amount of heat generation is large is also a region where power consumption is large. In this region, the rate of decrease in the power supply voltage is high, and therefore, in each circuit element formed in the region R 4 . By suppressing the voltage drop by power feeding from the
実施の形態3.
実施の形態1で説明した半導体装置は、熱電発電部が第3層間絶縁膜により覆われた構造を有しているが、この発明の半導体装置においては、熱電発電部の上面を多層配線部から露出させることができる。
The semiconductor device described in the first embodiment has a structure in which the thermoelectric generator is covered with the third interlayer insulating film. In the semiconductor device of the present invention, the upper surface of the thermoelectric generator is formed from the multilayer wiring portion. Can be exposed.
図5は、熱電発電部が該熱電発電部の上面を多層配線部から露出させて配置された半導体装置の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す半導体装置150は、電界効果トランジスタ20の上方に配置された熱電発電部120と、第1層配線34c,34eの上方に配置された熱電発電部130とを備えている。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an example of a semiconductor device in which the thermoelectric generator is arranged with the upper surface of the thermoelectric generator exposed from the multilayer wiring portion. A
上記の熱電発電部120は、2つの熱電発電素子120A1 ,120A2 が直列に接続されたものであり、これら2つの熱電発電素子120A1 ,120A2 は、各々の上面を第3層間絶縁間40から露出させた状態で第2層間絶縁膜35から第3層間絶縁膜40に亘って設けられて、多層配線部50中の所定の配線に接続されている。個々の熱電発電素子120A1 ,120A2 はゼーベック効果を利用して発電する素子であり、図3に示した熱電発電素子TEと同様に複数の下部電極、複数のN型半導体層、複数のP型半導体層、および複数の上部電極を備えている。図5には、下部電極112,112、N型半導体層114、P型半導体層115、および上部電極117,117が現れている。
It said thermoelectric
一方、上記の熱電発電部130は、第3層間絶縁膜40に配置されて、その上面を第3層間絶縁間40から露出させた状態で多層配線部50中の所定の配線に接続されている。この熱電発電部130はゼーベック効果を利用して発電する1つの熱電発電素子130Aからなり、該熱電発電素子130Aは2つの下部電極122,122と、2つのN型半導体層124,124と、2つのP型半導体層125,125と、3つの上部電極127,127,127とを備えている。
On the other hand, the thermoelectric
なお、多層配線部50上に形成されている保護層70には、各熱電発電部120,130の上面を露出させる開口部OP1 ,OP2 が形成されている。図5に示した構成要素のうちで、図2に示した構成要素と共通するものには図2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。図5中の参照符号「39c」は、1つの第2層配線を示している。
Note that openings OP 1 and OP 2 that expose the upper surfaces of the
図5に示した半導体装置150では、熱電発電部120の上面が露出しているので、層間絶縁膜によって覆われている場合に比べて該熱電発電部120からの放熱が起こり易い。そのため、各熱電発電素子120A1 ,120A2 での下部電極112,112と上部電極117,117との温度差が大きくなり、個々の熱電発電素子120A1 ,120A2 での熱起電力も大きくなる。その結果として、熱電発電部120での発電量も多くなる。同様の理由から、熱電発電130においても熱起電力が大きくなって、発電量が多くなる。
In the
実施の形態4.
この発明の半導体装置では、熱電発電部の側方に断熱部を設けることができる。この断熱部を設ける場合には、熱電発電部の熱源となる回路素子または配線の側方から熱電発電部の側方にかけて断熱部を配置して、熱源となる回路素子または配線で生じた熱の多くが熱電発電部に供給されるようにすることが好ましい。
In the semiconductor device of the present invention, a heat insulating part can be provided on the side of the thermoelectric power generating part. When providing this heat insulation part, arrange the heat insulation part from the side of the circuit element or wiring that becomes the heat source of the thermoelectric power generation part to the side of the thermoelectric power generation part, and the heat generated in the circuit element or wiring that becomes the heat source. It is preferable to supply a large amount to the thermoelectric generator.
図6は、熱電発電部の側方に断熱部が設けられた半導体装置の一例を概略的に示す断面図である。同図に示す半導体装置160は、電界効果トランジスタ20の側方から熱電発電部60Aの側方にかけて断熱部155が設けられているという点を除き、図2に示した半導体装置100と同様の構造を有している。図6に示した構成要素のうちで図2に示した構成要素と共通するものについては、図2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of a semiconductor device in which a heat insulating part is provided on the side of the thermoelectric power generating part. The
上記の断熱部155は、熱電発電部60Aの熱源となる電界効果トランジスタ20で生じた熱の多くが熱電発電部60Aに供給されるようにするものであり、第1層間絶縁膜30および第2層間絶縁膜35のいずれよりも断熱性の高い所望の無機材料または有機材料によって、第1層間絶縁膜30から第2層間絶縁膜35に亘って形成されている。
The
この断熱部155を設けることにより、電界効果トランジスタ20で生じた熱の多くが熱電発電部60Aに供給されるようになるので、当該断熱部155がない場合に比べて熱電発電素子60A1 ,60A2 それぞれでの下部電極52,52と上部電極57,57との温度差が大きくなり、個々の熱電発電素子60A1 ,60A2 での熱起電力も大きくなる。その結果として、熱電発電部60Aでの発電量も多くなる。
By providing the
以上、4つの形態を挙げてこの発明の半導体装置について説明したが、既に述べたように、この発明は上述の形態に限定されるものではない。例えば、1つの半導体装置に配置する熱電発電部の数、および個々の熱電発電部を構成する熱電発電素子の数はそれぞれ適宜選定可能であり、各熱電発電素子の構成も適宜選定可能である。また、個々の熱電発電素子の高さは、多層配線部を構成する層間絶縁膜の膜厚より小さくすることもできるし、多層配線部を構成する複数の層間絶縁膜に亘る高さとすることもできる。熱電発電部の上面を多層配線部から露出させる場合には、該熱電発電部の上面を保護層により覆うことも可能である。そして、半導体装置における熱電発電部以外の構成は、目的とする半導体装置の用途や該半導体装置に求められる機能等に応じて適宜変更可能である。この発明の半導体装置については、その他にも種々の変形、修飾、組合せ等が可能である。 Although the semiconductor device according to the present invention has been described with reference to four embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments as described above. For example, the number of thermoelectric power generation units arranged in one semiconductor device and the number of thermoelectric power generation elements constituting each thermoelectric power generation unit can be appropriately selected, and the configuration of each thermoelectric power generation element can also be appropriately selected. In addition, the height of each thermoelectric power generation element can be made smaller than the film thickness of the interlayer insulating film constituting the multilayer wiring part, or can be set to the height over a plurality of interlayer insulating films constituting the multilayer wiring part. it can. When the upper surface of the thermoelectric power generation unit is exposed from the multilayer wiring unit, the upper surface of the thermoelectric power generation unit can be covered with a protective layer. The configuration of the semiconductor device other than the thermoelectric power generation unit can be appropriately changed according to the intended use of the semiconductor device, the function required for the semiconductor device, and the like. The semiconductor device of the present invention can be variously modified, modified, combined, and the like.
10 半導体基板
20 回路素子(電界効果トランジスタ)
50 多層配線部
52,112,122 下部電極
54,114,124 N型半導体層
55、115,125 P型半導体層
57,117,127 上部電極
60A1 ,60A2 ,120A1 〜120A4 ,130A 熱電発電素子
60A,60B,60C,105,120,130 熱電発電部
100,110,150,160 半導体装置
155 断熱部
WVDD 電源電圧供給線
WGND 接地線
10
50 multilayer wiring section 52,112,122 lower electrode 54,114,124 N-type semiconductor layer 55,115,125 P-type semiconductor layer 57,117,127 upper electrode 60A 1, 60A 2, 120A 1 ~
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006031514A JP2007214285A (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006031514A JP2007214285A (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007214285A true JP2007214285A (en) | 2007-08-23 |
Family
ID=38492458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006031514A Pending JP2007214285A (en) | 2006-02-08 | 2006-02-08 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007214285A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2966268A1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-04-20 | St Microelectronics Rousset | METHOD COMPRISING DETECTION OF INTEGRATED CIRCUIT BOX RETRIEVAL AFTER INITIAL SET-UP, AND CORRESPONDING INTEGRATED CIRCUIT. |
JP2012510150A (en) * | 2008-11-25 | 2012-04-26 | サッシャ・マントヴァーニ | Equipment for rapid transfer of thermal energy |
JP2013501354A (en) * | 2009-07-29 | 2013-01-10 | エスティー‐エリクソン、(グルノーブル)、エスアエス | Thermoelectric device using semiconductor technology |
JP2013118372A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | Ternary thermoelectric material containing nanoparticles and method for manufacturing the same |
-
2006
- 2006-02-08 JP JP2006031514A patent/JP2007214285A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012510150A (en) * | 2008-11-25 | 2012-04-26 | サッシャ・マントヴァーニ | Equipment for rapid transfer of thermal energy |
JP2013501354A (en) * | 2009-07-29 | 2013-01-10 | エスティー‐エリクソン、(グルノーブル)、エスアエス | Thermoelectric device using semiconductor technology |
FR2966268A1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-04-20 | St Microelectronics Rousset | METHOD COMPRISING DETECTION OF INTEGRATED CIRCUIT BOX RETRIEVAL AFTER INITIAL SET-UP, AND CORRESPONDING INTEGRATED CIRCUIT. |
US8502383B2 (en) | 2010-10-18 | 2013-08-06 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Integrated circuit including detection circuit to detect electrical energy delivered by a thermoelectric material |
US9331027B2 (en) | 2010-10-18 | 2016-05-03 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Method for detecting electrical energy produced from a thermoelectric material contained in an integrated circuit |
JP2013118372A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc | Ternary thermoelectric material containing nanoparticles and method for manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7930658B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device and fabrication method thereof | |
US9093283B2 (en) | Semiconductor devices with output circuit and pad | |
US7280329B2 (en) | Integrated circuit device having input/output electrostatic discharge protection cell equipped with electrostatic discharge protection element and power clamp | |
JP5259246B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5190913B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
US7345346B2 (en) | Field effect transistor having contact plugs in the source region greater than in the drain region | |
WO2021075353A1 (en) | Semiconductor integrated circuit device | |
JP2009277963A (en) | Semiconductor device | |
JP2018200916A (en) | Semiconductor device | |
TWI640076B (en) | Semiconductor structure and method of forming the same | |
JP2007214285A (en) | Semiconductor device | |
JPH11261011A (en) | Protection circuit for semiconductor integrated circuit device | |
JP2011146474A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
WO2010035374A1 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JP2012049444A (en) | Protection circuit and semiconductor device | |
JP2007235157A (en) | Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method | |
JP2004363136A (en) | Semiconductor circuit device | |
JP2011044622A (en) | Semiconductor device | |
US20150187935A1 (en) | Semiconductor device including pillar transistors | |
JP4245644B1 (en) | Electrostatic discharge protection device and semiconductor integrated circuit having the same | |
US20090189220A1 (en) | Power mos transistor device and layout | |
US20240243120A1 (en) | Electrostatic discharge (esd) protection structure | |
WO2000065650A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacture | |
JP2007201154A (en) | High-output semiconductor device | |
JP2005294740A (en) | Multi-finger nmos transistor structure |