JPH1194888A - 放射ノイズの評価に適した半導体集積回路及びこれを用いた放射ノイズの評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体集積回路中のノイズ源となる回路の特
定が容易に行える、放射ノイズの評価に適した半導体集
積回路を提供することを目的とする。 【解決手段】 半導体集積回路１は、多層配線構造を有
し、半導体基板１１上に発振回路２を搭載している。発
振回路２への信号入力や信号取出のために、第１配線層
１２および第２配線層１３が設けられている。第２配線
層１３上には、第３配線層１４が形成されている。この
第３配線層１４は、第３金属膜と絶縁膜とから成る。こ
の第３配線層１４における第３金属膜により電磁界プロ
ーブ８が構成されている。当該半導体集積回路１を動作
させた状態で前記電磁界フローブ８に流れる電流を調べ
ることにより、発振回路２における放射ノイズを評価す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の回路を集積
搭載した半導体集積回路であって、特に高速駆動するデ
ィジタル回路を備える場合の高周波放射ノイズの評価に
適した半導体集積回路及びこれを用いた放射ノイズの評
価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な電子機器において小型化及
び高機能化が進んでいる。これを可能にしたのは、半導
体集積回路の高集積化であり、ディジタルアナログ混載
回路やオンチップ・シリコンデバイス（システムＬＳ
Ｉ）の登場である。しかしながら、かかる高集積化が進
んだディジタルアナログ混載回路等においては、回路同
士が極めて近接して搭載されるため、或る搭載回路から
生じる電磁放射ノイズにおける他の搭載回路に悪影響を
及ぼすエネルギーが相対的に大きくなり、特に低電圧の
小信号を処理しているアナログ回路などで誤動作が生じ
る率が高くなってきている。

【０００３】放射ノイズの他の回路への影響を抑えるに
は、発生したノイズの他の回路への伝達を抑制する手法
と、電磁放射ノイズの発生自体を抑制する手法とがあ
る。前者の伝達抑制手法としては、電磁放射ノイズ発生
源となる回路ブロックを覆うように導電性の層を設け
て、その層を固定電位に接続する方法が知られている
（特開平５−１５２２９１号公報参照）。そして、後者
の発生抑制手法としては、電磁放射ノイズ発生源となる
発振回路に供給する電源電圧を低くし、発振振幅を小さ
くすることで、放射ノイズのレベルを小さくする方法が
知られている（特開平８−２０４４５０号公報参照）。

【０００４】また、電磁放射ノイズの影響を抑制するた
めには、その発生源を特定し、ノイズレベルを定量的に
調べることが重要である。集積回路内部からの電磁放射
ノイズの発生メカニズムは、差動モード放射と共通モー
ド放射の二種類に分けらる。差動モード放射は、電源ラ
インと信号ラインとが閉ループを形成し、そのループに
電流が流れる際に放射ノイズが発生するモードであり、
ループ面積が大きく、電流値、周波数が高いほどノイズ
レベルは高くなる。例えば、クロック信号発生回路であ
るＰＬＬ（位相同期ループ）は、周波数が高く信号振幅
も大きいため、このモードのノイズ源となる場合が多
い。一方、共通モード放射は、或る特定の回路のＧＮＤ
ラインが共通のＧＮＤラインに対して電位差を生じるこ
とによる電流変化を原因とするものであり、大量の貫通
電流が流れるディジタル回路において発生することが多
い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電磁放射ノイズの計測
は、図５に示すようなリング形状の電磁界プローブ１０
１をノイズの発生源と思われる回路１０２に近接させた
ときの電磁誘導によって生じる誘導起電力を測定するこ
とで行われるのが一般的である。しかしながら、上記電
磁界プローブ１０１は、電気製品の放射ノイズがどの基
板部分から出ているのかを調べたり、或いは基板部分の
どの半導体集積回路から出ているのかを調べることを目
的している。従って、リング（ループ部）の直径は小さ
いものでも５ｍｍ程度である。半導体集積回路は数ｍｍ
角のチップに多数の回路が形成されており、５ｍｍ程度
の径の電磁界プローブでは、半導体集積回路中のノイズ
源となる回路を特定することは不可能である。

【０００６】特開平９−８００９８号公報には、フレキ
シブル基板上に金属薄膜コイルを形成した高分解能の電
磁界プローブが開示されている。しかし、ノイズ源とな
る回路を特定するためには、かかる電磁界プローブを数
μｍピッチで移動させる機構が必要であり、また、この
移動のために、近磁界プローブをある程度回路から離し
て用いることになる。放射ノイズの強度はノイズ源から
の距離の３乗に逆比例して小さくなり、且つ、ノイズ源
からの放射ノイズ自体も微弱であるから、前記電磁界プ
ローブがたとえ数μｍの空間分解能を持つことができた
としても、これをノイズ源と思われる回路に数μｍ以下
の距離で近接させることはできず、ノイズ源となる回路
或いは配線部分を特定することは困難である。

【０００７】また、前述した特開平５−１５２２９１号
公報に開示されているように、電磁放射ノイズ発生源と
なる回路ブロックを覆うように導電性の層を設ける場合
において、その効果のほどを定量的に評価することも困
難であった。

【０００８】この発明は、上記の事情に鑑み、半導体集
積回路中のノイズ源となる回路の特定や、ノイズ吸収の
導電性の層を設けた場合の効果の検証といったことが容
易に行える、放射ノイズの評価に適した半導体集積回路
及びこれを用いた放射ノイズの評価方法を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体集積回
路は、上記の課題を解決するために、任意の回路の全体
領域または部分領域若しくは任意の信号線領域を囲むよ
うに、前記任意の回路が使用する配線層と同じ階層又は
その上層に、若しくは前記信号線領域の配線層と同じ階
層又はその上層に、導電膜を環状に形成して成る電磁界
プローブが設けられていることを特徴とする。

【００１０】上記の構成であれば、前記電磁界プローブ
は、前記任意回路や任意信号線（ノイズ源と思われる回
路や信号線）に対して前記配線層における絶縁膜を介し
て存在することになり、当該回路等との間の間隔は極め
て小さいものとなる。よって、半導体集積回路内のノイ
ズ源における放射ノイズ自体が微弱であり、また、放射
ノイズの強度がノイズ源からの距離の３乗に逆比例して
小さくなるにしても、ノイズ源となる回路を特定するこ
とが容易となり、その定量的な評価を行うことが可能に
なる。また、前記の電磁界プローブを、当該半導体集積
回路の製造プロセス（フォトリソグラフィ工程等）にお
いて、前記配線層における金属膜を利用して作成するこ
とができるとういう利点がある。

【００１１】前記電磁界プローブと前記任意の回路又は
信号線との間に放射ノイズ吸収膜が形成され、この放射
ノイズ吸収膜が固定電位に接続される構造を有していて
もよい。かかる構成であれば、前記放射ノイズ吸収膜に
よるノイズ吸収効率を評価することができる。

【００１２】また、この発明の半導体集積回路における
放射ノイズの評価方法は、上記のいずれかの半導体集積
回路を駆動させた状態で前記電磁界プローブに流れる電
流を計測することにより行うことを特徴とする。

【００１３】なお、上記半導体集積回路は、試作の段階
にあるものであって、上記評価により問題無しとされ、
実際の製品とされる段階では、電磁界プローブが形成さ
れていないものとなる。一方、放射ノイズ吸収膜につい
ては、実際の製品とされる段階でも存在する場合があ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、この発明の実施の形態を図に基
づいて説明する。

【００１５】図１は、この実施の形態の放射ノイズの評
価に適した半導体集積回路を示した平面図であり、図２
はそのＡ−Ａ矢視断面図である。

【００１６】この半導体集積回路１は、多層配線構造を
有し、半導体基板１１上に発振回路２、アナログ回路
３、及びディジタル回路４を搭載している。上記の発振
回路２は、ＭＯＳトランジスタ（ソース／ドレイン領
域，ゲート電極，ゲート絶縁膜から成る）や素子分離の
ためのフィールド酸化膜等によって構成される。そし
て、かかる発振回路２等への信号入力や信号取出のため
に、第１配線層１２および第２配線層が設けられてい
る。第１配線層１２は、第１金属膜、絶縁膜、及び前記
第１金属膜と前記のソース／ドレイン領域とを接続する
ためのコンタクトホールを備える。また、第２配線層１
３は、第２金属膜、絶縁膜、及び前記第１金属膜と第２
金属膜とを接続するためのコンタクトホールを備える。

【００１７】前記第２配線層１３上には、第３配線層１
４が形成されている。この第３配線層１４は、第３金属
膜と絶縁膜とから成る。この実施の形態では、この第３
配線層１４の第３金属膜が電磁界プローブ８を成す。即
ち、この第３金属膜は、前記発振回路２が使用する第１
配線層１２及び第２配線層１３の上方において、ノイズ
源と思われる発振回路２の全体を囲むように方形の環状
に形成されている。

【００１８】上記構成の半導体集積回路１を用いてその
ノイズ評価を行うには、当該半導体集積回路１を駆動せ
さた状態で、上記の電磁界プローブ８に流れる電流を検
出すればよい。前記発振回路２がノイズ源であれば、基
板垂直方向に進む電磁放射ノイズが電磁界プローブ８の
ループを貫くことになり、電磁誘導によって誘導起電力
を生じることになる。従って、上記電磁界プローブに流
れる電流の大小によってノイズレベルを評価できる。そ
して、上記構成の半導体集積回路１においては、電磁界
プローブ８と発振回路２との間の間隔は、多層配線構造
における層間絶縁膜の厚みに相当する距離（この実施の
形態では第３配線層における絶縁膜の厚み：約１μｍ程
度）であり、極めて小さいものとなるから、基板垂直方
向に進む電磁放射ノイズの殆どが電磁界プローブ８のル
ープを貫いていくことになる。よって、前記発振回路２
の放射ノイズ自体が微弱であり、また、放射ノイズの強
度が発振回路２からの距離の３乗に逆比例して小さくな
るにしても、前記電流として検出可能なものが十分に得
られ、上記発振回路２がノイズ源となるのか否かを見極
めることが容易となり、ノイズの定量的な評価を行うこ
とが可能になる。

【００１９】また、前記電磁界プローブ８は、当該半導
体集積回路１の製造プロセス（フォトリソグラフィ工程
等）において作成することができる。即ち、電磁界プロ
ーブを単体のものとして別途作成する必要はない。更
に、この実施の形態のごとく、電磁界プローブ８を前記
配線層における金属膜を利用して作成する場合には、製
造プロセスは何ら複雑化しない。

【００２０】上記電流検出による評価において、前記発
振回路２がノイズ源であるとの結果が得られたならば、
当該発振回路２についての設計変更、或いは後述するよ
うな放射ノイズ吸収膜の設置といったことが試みられよ
う。一方、前記発振回路２が何らノイズ源となっていな
いという評価を得たなら、当該半導体集積回路を実施化
（製品化）することになろう。この場合、つまり、試作
品である当該半導体集積回路１を作成し、上記評価の結
果、この半導体集積回路１について問題が無いとされた
場合には、製品としての半導体集積回路では、前記第３
配線層（電磁界プローブ）を無くした形態とし、これを
量産していくことになる。

【００２１】（実施の形態２）次に、この発明の第２の
実施の形態を図３に基づいて説明する。上記実施の形態
１との相違は、実施の形態１では第１，第２，第３配線
層１２，１３，１４を備え、第３配線層１４の第３金属
膜が電磁界プローブ８を構成しているのに対し、この実
施の形態では、４つの配線層、即ち、第１，第２，第
３，第４配線層１２，１３，１４，１５を備え、第４配
線層１５における第４金属膜が電磁界プローブ８を構成
し、第３配線層１４における第３金属膜が放射ノイズ吸
収膜９を成している点にある。即ち、前記電磁界プロー
ブ８と発振回路２との間に放射ノイズ吸収膜９を介装さ
せた構造になっている。

【００２２】また、この実施の形態では、放射ノイズ吸
収膜９は、発振回路２の全体を覆うように形成されてい
る。そして、放射ノイズ吸収膜９は図示しない固定電位
（例えば、ＧＮＤ）に接続される。

【００２３】上記の構成であれば、前記放射ノイズ吸収
膜９のノイズ吸収効率を評価することができる。つま
り、実施の形態１の半導体集積回路１を用いたときのノ
イズレベルと、実施の形態２の半導体集積回路２０を用
いたときのノイズレベルとの比較により、前記放射ノイ
ズ吸収膜９を設けたことによってノイズがどれだけ低減
されたかの評価が行えることになる。ただし、実施の形
態１における発振回路２と電磁界プローブ８との間の距
離と、実施の形態２における発振回路２と電磁界プロー
ブ８との間の距離とを比較すると、第２の実施の形態の
方が大きくなっている。従って、この距離が大きくなっ
た分によるノイズレベルの低下を加味して評価の補正を
することが必要である。一方、こういった補正を不要に
したいのであれば、図３の構造において、放射ノイズ吸
収膜９を無くした構造のものとの比較を行えばよい。

【００２４】（実施の形態３）上記の実施の形態１及び
実施の形態２では、発振回路２のみに対して電磁界プロ
ーブを設けた。この実施の形態では、図４に示している
ように、発振回路２、アナログ回路３、及びディジタル
回路４に対して、それぞれ電磁界プローブ８を設けてい
る。そして、各電磁界プローブ８において電流検出が行
えるようにしている。半導体集積回路自体が電磁界プロ
ーブを備えるこの発明にあっては、当該電磁界プローブ
を自由に移動させることはできず、一つの電磁界プロー
ブで複数の回路のノイズ評価は行えない。この実施の形
態３の半導体集積回路３０であれば、ノイズ発生源と思
われる回路が複数ある場合でも、一つの試作品である半
導体集積回路３０でもって、その中の各回路についての
ノイズ評価を行うことが可能となる。なお、各回路に対
して放射ノイズ吸収膜９を設けてもよいことは勿論であ
る。

【００２５】上述した各実施の形態においては、ノイズ
源と思われる回路について電磁界プローブ、或いはこれ
に加えて放射ノイズ吸収膜を設けたが、ノイズ源と思わ
れる信号線領域についても、電磁界プローブを設けた
り、更に放射ノイズ吸収膜を設けたりしてもよいもので
ある。また、ノイズ源と思われる回路の全体に対して電
磁界プローブ、或いはこれに加えて放射ノイズ吸収膜を
設けたが、これに限らず、回路の一部に対して設けるよ
うにしてもよいものである。これらの形態を採用するこ
とで、放射ノイズの発生に関して一層詳細な情報を得る
ことが可能となる。

【００２６】また、上記の各実施の形態においては、回
路が使用する配線層の上方の層、即ち、実施の形態１で
は第３配線層、実施の形態２では第４配線層に電磁界プ
ローブを設けたが、当該回路が使用する配線層と同じ階
層、即ち、実施の形態１であれば第１配線層或いは第２
配線層、実施の形態２であれば、第１配線層、第２配線
層、第３配線層の何れか１層に電磁界プローブを設ける
ようにしてもよい。通常、半導体集積回路内における各
回路の間隔は１μｍ〜２μｍであるから、この間隔を利
用して、空間分解能が高く、微弱な放射ノイズも十分に
計測可能な電磁界プローブを形成することが可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電磁界プローブをノイズ源と思われる回路や信号線
の極めて近くに設けることができる。よって、半導体集
積回路内のノイズ源の放射ノイズ自体が微弱であり、ま
た、放射ノイズの強度がノイズ源からの距離の３乗に逆
比例して小さくなるにしても、ノイズ源となる回路を特
定することが容易となり、その定量的な評価を行うこと
が可能になる。更に、電磁界プローブを、当該半導体集
積回路の製造プロセスにおいて作成でき、別途作成する
必要がないという利点もある。また、放射ノイズ吸収膜
を設けた場合には、この放射ノイズ吸収膜によるノイズ
吸収効率を評価することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の半導体集積回路の要部
平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】この発明の他の実施の形態の半導体集積回路の
断面図である。

【図４】この発明の他の実施の形態の半導体集積回路の
要部平面図である。

【図５】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１，２０，３０ 半導体集積回路 ２ 発振回路 ３ アナログ回路 ４ ディジタル回路 ８ 電磁界プローブ ９ 放射ノイズ吸収膜 １１ 半導体基板 １２ 第１配線層 １３ 第２配線層 １４ 第３配線層 １５ 第４配線層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の回路の全体領域または部分領域若
   しくは任意の信号線領域を囲むように、前記任意の回路
   が使用する配線層と同じ階層又はその上層に、若しくは
   前記信号線領域の配線層と同じ階層又はその上層に、導
   電膜を環状に形成して成る電磁界プローブが設けられて
   いることを特徴とする放射ノイズの評価に適した半導体
   集積回路。
2. 【請求項２】 前記電磁界プローブと前記任意の回路又
   は信号線との間に放射ノイズ吸収膜が形成され、この放
   射ノイズ吸収膜が固定電位に接続される構造を有してい
   ることを特徴とする請求項１に記載の放射ノイズの評価
   に適した半導体集積回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の半導体集積回路
   を駆動させた状態で前記電磁界プローブに流れる電流を
   計測することを特徴とする放射ノイズの評価方法。