JP2001308329A - 半導体装置及びその製造方法、ならびにその特性評価方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法、ならびにその特性評価方法

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JP2001308329A JP2000123959A JP2000123959A JP2001308329A JP 2001308329 A JP2001308329 A JP 2001308329A JP 2000123959 A JP2000123959 A JP 2000123959A JP 2000123959 A JP2000123959 A JP 2000123959A JP 2001308329 A JP2001308329 A JP 2001308329A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超低オン抵抗のパワーMISFETを有する
半導体装置において、前記パワーMISFETのオン抵
抗をウエハ状態(チップ状態)で正確に測定する。 【解決手段】 半導体基板内に第1導電型のソース領域
及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形成さ
れ、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極
が形成されたMISトランジスタセルが多数個並列に接
続されたパワーMISトランジスタを有する半導体装置
において、同一半導体基板上に、N個の前記MISトラ
ンジスタセルにより構成される第1MISFETと、前
記第1MISFETを構成するトランジスタセルと同じ
大きさで、かつ前記第1MISFETを構成するトラン
ジスタセルの数Nよりも十分に少ないM個のトランジス
タセルにより構成される第2MISFETとを有し、前
記第1MISFETのゲート電極と接続される第1ゲー
ト端子と、前記第2MISFETのゲート電極と接続さ
れる第2ゲート端子は、電気的に分離されており、か
つ、導電性材料を介して電気的に接続可能な距離に形成
されている半導体装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーMOSFE
T(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transis
tor)を含むパワーMISFET(Metal Insulator Sem
iconductor FET)を有する半導体装置及びその製造方法
ならびにその特性評価方法に関し、特に、前記パワーM
ISFETのオン抵抗が低い半導体装置に適用して有効
な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、パワーMISFETは、破壊耐
圧、熱的安定性及び利得が大きく、電力増幅の構成も簡
単であることから、スイッチング電源用パワーデバイ
ス、電動機制御用パワーデバイス、車両用パワーデバイ
ス等に広く使用されている。また、前記パワーデバイス
の高性能化のため、前記パワーMISFETの微細化が
進んでいる。
【0003】前記パワーデバイスに用いられるパワーM
ISFETは、静電破壊強度を確保するために、前記パ
ワーMISFETが形成された半導体チップ内に保護ダ
イオードを設け、前記保護ダイオードを前記パワーMI
SFETのゲート、ソース間に電気的に接続する場合が
多い。
【0004】また、前記パワーMISFETが形成され
た半導体チップ内に、前記保護ダイオードの他に、温度
検出回路等のような保護回路を設け、その保護回路も前
記パワーMISFETのゲート、ソース間に接続したも
のもある。
【0005】前記パワーMISFETのパッケージの構
造には、一般的に3端子構造のパッケージが採用されて
おり、前記半導体チップの第1主面上にゲート電極及び
ソース電極が形成され、前記第1主面と対向する第2主面
にドレイン電極が形成される。
【0006】同一半導体チップ内に前記パワーMISF
ET及び他の保護回路を設けている半導体装置では、前
記パワーMISFETの前段に前記保護回路等が接続さ
れているために、前記パワーMISFETの信頼性評価
において、高い電圧を印加することができない。そのた
め、効率よくかつ効果的な信頼性評価が難しく、これま
でに種々の信頼性評価方法に関する技術が提案されてい
る。
【0007】特開平11−177087号公報には、前
記パワーMISFETに接続される保護回路を電気的に
分離した状態でスクリーニングを行い、スクリーニング
後に前記パワーMISFETと保護回路を電気的に接続
する技術が開示されている。
【0008】前記特開平11−177087号公報で
は、前記半導体チップ形成時に、前記パワーMISFE
Tのゲート電極と前記保護回路の電源端子を電気的に分
離させた状態で近接させ、前記パワーMISFETのソ
ース電極と前記保護回路の電源端子を電気的に分離させ
た状態で近接させている。
【0009】このとき、前記パワーMISFETと前記
保護回路は電気的に分離されているため、スクリーニン
グの際に、前記パワーMISFETのみの電気的特性を
測定でき、信頼性の評価をすることが出来る。
【0010】例えば、前記MISFETのゲート、ソー
ス間に保護ダイオードを接続する場合には、前記パワー
MISFETのみのオン抵抗を測定するために、図14
乃至図16に示すように、ゲート端子を前記MISFE
T2に接続される第1ゲート端子4aと、前記保護ダイ
オード28の第2ゲート端子4bを電気的に分離させて
おく方法が考えられる。
【0011】また、前記パワーMISFETは微細化及
び高性能化が進み、オン抵抗が数mΩ程度の超低オン抵
抗のものが開発されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術では、前記パワーMISFETのオン抵抗が数
mΩになった場合、ウエハ状態(チップ状態)で前記パ
ワーMISFETのオン抵抗を正確に測定できないとい
う問題があった。
【0013】前記パワーMISFETのオン抵抗を、ウ
エハ状態で測定する場合、前記ウエハのドレイン電極側
を測定用ステージに向かい合わせて載せ、各素子形成領
域のゲート電極及びソース電極に測定用の端子を当てて
行う。このとき、測定用ステージとドレイン電極(ウエ
ハ)の間、測定用端子とゲート電極及びソース電極の間
に生じる接触抵抗は数mΩである。
【0014】従来のオン抵抗が数十mΩのパワーMIS
FETでは、前記接触抵抗がオン抵抗に比べて無視でき
る程度の大きさなので、ウエハ状態でもある程度正確な
オン抵抗の測定ができるが、オン抵抗が数mΩの超低オ
ン抵抗のパワーMISFETでは、前記接触抵抗とオン
抵抗の大きさが同程度になり、測定時に区別ができず、
正確なオン抵抗を測定できない。
【0015】また、前記超低オン抵抗のパワーMISF
ETを使用するパワーデバイスが、多種多様になってお
り、半導体チップの状態で出荷されたパワーMISFE
Tをそれぞれのパワーデバイスの特性及び使用目的に合
わせて選択して使用する場合が出てくる。その場合、半
導体チップの状態でのオン抵抗の保証がなされていない
ため、前記パワーMISFETの信頼性が低いという問
題があった。
【0016】また、ウエハ状態(チップ状態)でオン抵
抗の測定ができないため、前記ウエハを個辺化して、パ
ッケージングした後にオン抵抗を測定しおり、オン抵抗
に不良がある半導体チップが混ざった状態で出荷、パッ
ケージングされてしまう。そのため、前記パワーMIS
FETの信頼性が低くなるとともに、完成されたパッケ
ージの歩留まりが低下し、製造コストが高くなるという
問題があった。
【0017】本発明の目的は、超低オン抵抗のパワーM
ISFETを有する半導体装置において、前記パワーM
ISFETのオン抵抗をウエハ状態(チップ状態)で正
確に測定することが可能な技術を提供することにある。
【0018】本発明の他の目的は、超低オン抵抗のパワ
ーMISFETのオン抵抗の特性保証を容易に行うこと
が可能な技術を提供することにある。
【0019】本発明の他の目的は、超低オン抵抗のパワ
ーMISFETの信頼性を向上させることが可能な技術
を提供することにある。
【0020】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明ら
かになるであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明の概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。 (1)半導体基板内に第1導電型のソース領域及びドレ
イン領域と第2導電型のチャネル領域が形成され、前記
チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極が形成さ
れたMISトランジスタセルが多数個並列に接続された
パワーMISトランジスタを有する半導体装置におい
て、同一半導体基板上に、N個の前記MISトランジス
タセルにより構成される第1MISFETと、前記第1
MISFETを構成するトランジスタセルと同じ大きさ
で、かつ前記第1MISFETを構成するトランジスタ
セルの数Nよりも十分に少ないM個のトランジスタセル
により構成される第2MISFETとを有し、前記第1
MISFETのゲート電極と接続される第1ゲート端子
と、前記第2MISFETのゲート電極と接続される第
2ゲート端子は、電気的に分離されており、かつ、導電
性材料を介して電気的に接続可能な距離に形成されてい
る半導体装置である。
【0022】(2)半導体基板内に第1導電型のソース
領域及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形
成され、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート
電極が形成されたトレンチゲート構造のMISトランジ
スタセルが多数個並列に接続されたパワーMISトラン
ジスタと、前記パワーMISトランジスタのゲート電極
とソース電極間を接続する保護回路を有する半導体装置
であって、同一半導体基板上に、N個の前記MISトラ
ンジスタセルにより構成される第1MISFETと、前
記第1MISFETを構成するMISトランジスタセル
の数Nよりも小さいM個のトランジスタセルにより構成
される第2MISFETと、前記第1MISFETのゲ
ート電極とソース電極間を接続する第1保護回路と、前
記第2MISFETのゲート電極とソース電極間を接続
する第2保護回路を有し、前記第1MISFETのゲー
ト電極及び前記第2MISFETのゲート電極、ならび
に前記第2保護回路のゲート電極側に接続される端子
は、同一の第1ゲート端子に接続され、前記第1保護回
路のゲート電極側に接続される端子は第2ゲート端子に
接続され、前記第1ゲート端子と第2ゲート端子は電気
的に分離されており、前記第2MISFETのソース電
極に接続される第1ソース端子と、前記第2保護回路の
ソース電極側に接続される第2ソース端子は、電気的に
分離されており、前記第1ゲート端子と第2ゲート端
子、及び第1ソース端子と第2ソース端子は、導電性材
料を介して電気的に接続可能な距離に形成されている半
導体装置である。
【0023】前記(1)の手段によれば、同一の半導体
基板上にトランジスタセルの数が異なる2つのパワーM
ISFETを形成し、それぞれを単独で動作させること
ができるようにゲート端子を電気的に分離させて形成し
ている。このとき、前記第1MISFETを構成するト
ランジスタセルの個数をN個としたときに、前記第2M
ISFETをトランジスタセルの個数がN/100から
N/10000となるように形成する。このようにする
ことで、チップ状態(ウエハ状態)では、トランジスタ
セルの数が多い超オン抵抗の第1MISFETのオン抵
抗が正確に測れない場合でも、トランジスタセルの数が
少ない第2MISFETのオン抵抗を正確に測定するこ
とにより、前記第1MISFETのオン抵抗を保証する
ことができる。
【0024】また、前記第1MISFETのゲート電極
と接続される第1ゲート端子と、第2MISFETのゲ
ート電極と接続される第2ゲート端子は、半導体チップ
の状態では電気的に分離されているが、その後の組み立
て、パッケージング工程においてボンディングワイヤ等
で電気的に接続することで、ゲート端子を共有できるよ
うにする。
【0025】また、前記各MISFETのソース・ゲー
ト間に保護回路を設けるような場合には、前記(2)の
手段のようにすることで、同一の半導体基板上に、前記
第1MISFET、第2MISFET、及び各MISF
ETのソース・ゲート間に接続される保護回路がすべて
電気的に分離された状態で形成される。このときも、半
導体チップの状態でトランジスタセルの数が少ない第2
MISFETのオン抵抗を測定することにより、第1M
ISFETのオン抵抗が保証できる。
【0026】また、電気的に分離された前記第1MIS
FET、第2MISFET、及び各保護回路は、組み立
て(パッケージング)工程でボンディングワイヤ等で電
気的に接続される。
【0027】以下、本発明について、図面を参照して実
施の形態(実施例)とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略す
る。
【0028】
【発明の実施の形態】(実施例1)図1は、本発明によ
る実施例1の半導体装置の概略構成を示す模式平面図で
あり、図2は図1の等価回路図である。
【0029】図1及び図2において、1は半導体チッ
プ、2は本体MISFET(第1MISFET)、3は
センスMISFET(第2MISFET)、4はゲート
端子、4aは第1ゲート端子、4bは第2ゲート端子、
5aは本体ゲート配線、5bはセンスゲート配線、6は
本体ソース端子、7はセンスソース端子である。
【0030】本実施例1の半導体装置は、スタータジェ
ネレータ向けなどの高定格電流、超低オン抵抗、高信頼
度を要求されるパワーMISFET、より具体的には、
低オン抵抗に有効な本体MISFETがトレンチゲート
構造を有した縦型パワーMISFETであり、図1及び
図2に示すように、同一の半導体チップ1上に、2つの
パワーMISFET、第1MISFET2及び第2MI
SFET3が形成されている。前記第1MISFET2
のゲート電極及び前記第2MISFET3のゲート電極
は、本体ゲート配線5a及びセンスゲート配線5bによ
りゲート端子4に接続され、前記第1MISFET2上
には本体ソース端子6が形成され、前記第2MISFE
T3上にはセンスソース端子7が形成されている。ま
た、図1には示していないが、前記半導体基板の裏面に
は、ドレイン電極8が形成されている。
【0031】また、前記ゲート端子4は、第1ゲート端
子4a及び第2ゲート端子4bにより構成されており、
前記第1ゲート端子4aは前記本体ゲート配線5aによ
り前記第1MISFET2のゲート電極と、前記第2ゲ
ート端子4bは前記センスゲート配線5bにより前記第
2MISFET3のゲート電極と、それぞれ接続されて
いる。前記第1ゲート端子4aと第2ゲート端子4bと
は、前記半導体チップ1上に前記各ゲート配線及び前記
各ゲート端子を形成する工程では、電気的に分離されて
おり、前記第1MISFET2及び第2MISFET3
を個別に動作させることができるようになっている。そ
のため、前記半導体チップ1の状態で、前記第2MIS
FET3のみの電気的特性を測定することができる。
【0032】図3は、図1の半導体装置の拡大平面図で
あり、図4は、図3のA−A’線での断面図である。
【0033】本実施例1の半導体チップ1は、図3及び
図4に示すように、シリコン等の半導体基板11上に形
成されたn型エピタキシャル層12上に形成されるフィ
ールド絶縁膜13により、前記第1MISFET2及び
前記第2MISFET3を形成する領域が分離されてい
る。前記第1MISFET2を形成する領域の前記フィ
ールド絶縁膜13に接する外周部には、pウェル層14
が形成されており、前記pウェル層14の内側の領域に
は、前記第1MISFET2を構成するトランジスタセ
ルが形成されている。前記トランジスタセルは、ハニカ
ム状に形成された溝(トレンチ)表面に、ゲート絶縁膜
15を介してゲート電極9が形成され、前記ハニカム状
のゲート電極9に囲まれた領域に、pチャネル領域16
とnソース領域17が形成されている。前記nソース領
域17上には、層間絶縁膜18が形成されており、前記
層間絶縁膜18には、前記ソース領域17を貫通し、前
記チャネル領域16に達する溝が形成されており、層間
絶縁膜18上に形成されたソース電極10が接続され
る。また、前記ゲート電極9の一端9aは、前記層間絶
縁膜18上に形成される本体ゲート配線5aと接続さ
れ、前記第1ゲート端子4aから電圧が印加される。
【0034】前記第2MISFET3を形成する領域に
も、前記第1MISFET2と同一の構成のトランジス
タセルが形成されているが、前記第2MISFET3を
構成するトランジスタセルの数Mは、前記第1MISF
ETを構成するトランジスタセルの数Nに比べて充分に
少なく、例えば、1000分の1(M=N/1000)
であるとする。
【0035】次に、本実施例1の半導体装置の製造方法
について説明するが、ウエハ状の前記半導体基板11の
各回路形成領域に前記各MISFETを形成には、従来
の方法を用いるため、以下、MISFETを形成する方
法を簡単に説明する。
【0036】まず、シリコン等のウエハ状態の半導体基
板11上にnエピタキシャル層12を形成し、前記半導
体基板11のスクライブ領域で分割された回路形成領域
に、選択酸化(LOCOS)によるフィールド絶縁膜1
3を形成し、前記第1MISFET2を形成する領域及
び第2MISFET3を形成する領域を分離する。次
に、前記フィールド絶縁膜13により分離された前記各
MISFETを形成する領域の外周部にpウェル層14
を形成する。
【0037】次に、前記pウェル層14で囲まれた領域
に、ゲート電極形成用の溝(トレンチ)をハニカム状に
形成し、前記溝(トレンチ)の表面にゲート酸化膜15
を形成した後、前記溝(トレンチ)内部にゲート電極9
を形成する。このとき、前記ゲート電極9の外周部の一
端9aは、前記フィールド絶縁膜13側へ引き出され
る。
【0038】次に、前記ハニカム状のゲート電極9に囲
まれた領域に、pチャネル領域16及びnソース領域1
7を形成し、表面を層間絶縁膜18で覆う。ここまでの
工程で、ウエハ状の前記半導体基板11上の各回路形成
領域には、トランジスタセルの数がN個の第1MISF
ET2と、トランジスタセルの数がM個(M=N/10
00)の第2MISFET3が同時に形成される。
【0039】次に、前記フィールド絶縁膜13側へ引き
出されたゲート電極9a及び前記ハニカム状のゲート電
極9に囲まれた領域の前記層間絶縁膜18上にコンタク
トホールを形成し、前記ゲート電極9を引き出す本体ゲ
ート配線5a及びセンスゲート配線5b、ならびに各M
ISFETを構成するトランジスタセルのpソース領域
17から引き出されたソース電極10を形成する。この
とき、前記第1MISFET2から引き出される本体ゲ
ート配線5a及び前記第2MISFET3から引き出さ
れるセンスゲート配線5bの先端部は、電気的に接続さ
れない距離に近接させて形成される。
【0040】次に、表面保護膜19を形成し、前記本体
ゲート配線5aとセンスゲート配線5bが近接する領域
及び前記ソース電極10上に所定の形状の開口部を設
け、前記ゲート端子4及び本体ソース端子6、ならびに
センスソース端子7を形成する。前記ゲート端子4に露
出した、前記本体ゲート配線5aの先端部が前記第1ゲ
ート端子4aとなり、前記センスゲート配線5bの先端
部が前記第2ゲート端子4bとなる。
【0041】その後、前記ウエハ状の半導体基板11の
裏面を研磨して、金属膜を形成しドレイン電極8とする
と、前記各回路形成領域に、図3及び図4に示したよう
な第1MISFET2及び第2MISFET3、ならび
に第1ゲート端子4a及び第2ゲート端子4bからなる
ゲート端子4を有する半導体装置が形成される。
【0042】前記ウエハ状の半導体基板11の各回路形
成領域に前記各MISFETを形成した後、ウエハ状態
で前記各MISFETの電気的特性の検査を行う。この
電気的特性の検査は、前記各MISFETが形成され
た、ウエハ状態の半導体基板を検査用のステージ上に載
せて、前記検査用ステージからドレイン電流を供給し、
前記各MISFETのゲート端子4及び本体ソース端子
6ならびにセンスソース端子7に検査端子を当てて行
う。このとき、前記各回路形成領域に形成されたMIS
FETのオン抵抗を測定は、前記第2ゲート端子4b及
びセンスソース端子7に検査端子を当てて前記第2MI
SFET3のオン抵抗を測定する。
【0043】前記第1MISFET2のようにオン抵抗
が数mΩと超低オン抵抗である場合には、前記半導体基
板11と前記検査用ステージとの間の接触抵抗が、数m
Ωであるため、前記第1MISFET2のオン抵抗を正
確に測定できない。しかし、前記第2MISFET3
は、トランジスタセルの数が前記第1MISFET2の
1000分の1であるため、そのオン抵抗が数百mΩか
ら数千mΩと大きくなり、前記接触抵抗の影響を受け
ず、正確なオン抵抗を測定できる。
【0044】前記第1MISFET2と前記第2MIS
FET3は、トランジスタセルの構造が同一であるた
め、その数の比から前記第1MISFET2のオン抵抗
が見積もれるため、ウエハ状態(チップ状態)で、前記
超低オン抵抗の第1MISFET2のオン抵抗を保証す
ることができる。
【0045】前記ウエハ状態での前記各MISFETの
オン抵抗の測定、及びその他の電気的特性の検査が終了
したら、スクライブ領域で切断し、個々の半導体チップ
1に分離する。このとき、前記電気的特性の検査で不良
と判定された半導体チップは除去されるので、半導体チ
ップの状態でのオン抵抗が保証されるとともに、前記半
導体チップの信頼性が高くなる。
【0046】次に、分割された個々の半導体チップ1を
組み立てる工程について説明する。図5乃至図7は、本実
施例1の半導体装置の製造工程を説明するための図であ
る。図5及び図6において、20はリードフレーム、21
はダイパッド、22はゲート用リード、23は本体ソー
ス用リード、24はセンスソース用リード、25はドレ
イン用リード、26はボンディングワイヤ、26aはボ
ンディングワイヤの先端部である。
【0047】まず、図5に示すように、前記手順に沿っ
て、トランジスタセルの個数がN個の第1MISFET
2と、トランジスタセルの個数がM個(M=N/100
0)の第2MISFET3が形成された半導体チップ1
のドレイン電極側(裏面)をリードフレーム20のダイ
パッド21に接着する。前記半導体チップ1と前記ダイ
パッド21の接着には銀ペースト等の導電性接着剤を利
用する。また、前記リードフレームには、前記ダイパッ
ド21の他にゲート用リード21、第1ソース用リード
22、第2ソース用リード24、及び前記ダイパッド2
1と接続されているドレイン用リード25が設けられて
いる。
【0048】次に、図6に示すように、前記半導体チッ
プ1上に設けられた前記ゲート端子4、前記本体ソース
端子6、前記センスソース端子のそれぞれと、前記ゲー
ト用リード22、本体ソース用リード23、センスソー
ス用リード24をボンディングワイヤ26で接続する。
このとき、前記ゲート端子4は第1ゲート端子4aと第
2ゲート端子4bに分離されているが、図7(a)及び
図7(b)に示すように、近接して形成しておくことに
より、前記ボンディングワイヤ26の先端部26aによ
り電気的に接続される。そのため、前記ゲート端子4と
ゲート用リード22の接続を一括して行える。
【0049】その後、前記半導体チップ1及び各リー
ド、ならびにボンディングワイヤ26を樹脂で封止し、
前記リードフレーム20の外枠部分を切断し、前記各リ
ードを分離して、半導体パッケージにする。
【0050】以上説明したように、本実施例1の半導体
装置によれば、同一の半導体チップ1上に、N個のトラ
ンジスタセルにより構成される第1MISFETと、そ
の100分の1から10000分の1程度のM個のトラ
ンジスタセルにより構成される第2MISFETとを形
成し、さらに、前記第1MISFETのゲート電極に接
続される第1ゲート端子と前記第2MISFETのゲー
ト電極に接続される第2ゲート端子を、電気的に分離さ
せておくことにより、それぞれのMISFETで電気的
特性を検査することができる。そのため、前記第1MI
SFETのオン抵抗が低く、ウエハ状態で正確に測定、
保証できない場合でも、前記第2MISFETのオン抵
抗を正確に測定することで、半導体チップ状態での前記
第1MISFETのオン抵抗を保証することができる。
【0051】また、超オン抵抗の前記第1MISFET
のオン抵抗を半導体チップの状態で保証できるため、前
記半導体チップの選別時において、不良チップが除去さ
れるため前記半導体チップの信頼性が向上する。そのた
め、前記半導体チップの状態で取引をすることが可能と
なり、前記半導体チップをパッケージングした後にオン
抵抗を測定して保証する場合に比べ、前記半導体チップ
を利用する側の自由度が増す。
【0052】また、前記半導体チップの信頼性が向上す
るため、パッケージングした後にオン抵抗を測定するだ
けの場合に比べ不良発生率が下がり、歩留りが向上し、
製造コストが低下する。
【0053】なお、本実施例1では、前記第2MISF
ET3のオン抵抗の測定して、第1MISFET2のオ
ン抵抗を評価、保証する場合について説明したが、これ
に限らず、ウエハ状態(チップ状態)では測定できない
前記第1MISFET2の特性を前記第2MISFET
3で測定することにより、前記第1MISFET2の特
性を評価することができる。
【0054】(実施例2)図8は、本発明による実施例
2の半導体装置の概略構成を示す模式平面図であり、図
9は、図8の等価回路図である。
【0055】図8及び図9において、1は半導体チッ
プ、2は第1MISFET(本体MISFET)、3は
第2MISFET(センスMISFET)、4はゲート
端子、4aは第1ゲート端子、4bは第2ゲート端子、
5aは本体ゲート配線、5bはセンスゲート配線、5
c,5dは保護回路用配線、5eは第1センス配線、5
fは第2センス配線、5gはグランド配線、6は本体ソ
ース端子、7はセンスソース端子、7aは第1センス端
子(第1ソース端子)、7bは第2センス端子(第2ソ
ース端子)、27は第1保護回路、28は第2保護回路
(保護ダイオード)、29はグランド(GND)端子、
30は保護ダイオード、31は抵抗である。
【0056】本実施例2の半導体装置は、前記パワーM
ISFETの静電破壊強度を確保するために、前記実施
例1で説明したようなトランジスタセルの数が異なる2
つのMISFET、第1MISFET2と第2MISF
ET3のそれぞれのゲート、ソース間に保護回路(保護
ダイオード)を接続した場合の実施例である。
【0057】本実施例2の半導体装置は、スタータジェ
ネレータ向けなどの高定格電流、超低オン抵抗、高信頼
度を要求されるパワーMOSFETのようなものであ
り、図8及び図9に示すように、同一の半導体チップ1
上に、第1MISFET2及び第2MISFET3、な
らびに前記第1MISFET2のゲート、ソース間に接
続される第1保護回路27及び第2MISFET3のゲ
ート、ソース間に接続される第2保護回路28が形成さ
れている。前記第1MISFET2に接続される第1保
護回路27は、例えば、図9に示すように、保護ダイオ
ード(ツェナーダイオード)30と抵抗31が並列に接
続されたものを用い、前記第2MISFET3に接続さ
れる第2保護回路28には保護ダイオードを用いる。
【0058】前記第1MISFET2及び前記第2MI
SFET3のゲート電極9、ならびに前記第2MISF
ET3の保護ダイオード28は、本体ゲート配線5a及
びセンスゲート配線5bにより第1ゲート端子4aに接
続され、前記第1MISFET2に接続される第1保護
回路27は、保護回路用配線5cにより第2ゲート端子
4bに接続される。前記ゲート端子4を構成する前記第
1ゲート端子4aは前記第1ゲート配線5aにより前記
第1MISFET2のゲート電極9と接続されるととも
に、前記第2ゲート配線5bにより前記第2MISFE
T3のゲート電極及び保護回路30と接続されている。
また、前記第2ゲート端子4bは保護回路用配線5eに
より前記第1MISFET2の保護回路と接続される。
【0059】また、前記第1MISFET2上には本体
ソース端子6が形成され、前記第2MISFET3に
は、センスソース端子7が接続されている。前記センス
ソース端子7は、第1センス端子7aと第2センス端子
7bが電気的に分離されて形成されており、前記第1セ
ンス端子7aは第1センス配線5eにより前記第2MI
SFET3のソース電極と接続され、前記第2センス端
子7bは第2センス配線5fにより前記第2保護回路2
8に接続されている。また、図8には示していないが、
前記半導体基板の裏面には、ドレイン電極8が形成され
ている。
【0060】前記第1ゲート端子4aと第2ゲート端子
4bとは、前記半導体チップ1上に前記各ゲート配線及
び前記各ゲート端子を形成する工程では、電気的に分離
されており、同様に、前記第1センス端子7aと第2セ
ンス端子7bも電気的に分離されているので、前記第1
MISFET2及び第2MISFET3は、前記第1保
護回路27及び第2保護回路28と電気的に分離されて
いるので、前記各MISFETのみを個別に動作させる
ことができるようになっている。そのため、前記半導体
チップ1の状態で、前記第2MISFET3のみの電気
的特性を測定することができる。
【0061】図10は、図8の半導体装置の拡大平面図
であり、図11は、図10のC−C’線での断面図であ
る。
【0062】本実施例2の半導体チップ1は、図10及
び図11に示すように、シリコン等の半導体基板11上
に形成されたn型エピタキシャル層12上に形成される
フィールド絶縁膜13により、前記第1MISFET2
及び前記第2MISFET3を形成する領域が分離され
ている。前記第1MISFET2を形成する領域の前記
フィールド絶縁膜13に接する外周部には、pウェル層
14が形成されており、前記pウェル層14の内側の領
域には、前記第1MISFETを構成するトランジスタ
セルが形成されている。前記トランジスタセルは、ハニ
カム状に形成された溝(トレンチ)表面に、ゲート絶縁
膜15を介してゲート電極9が形成され、前記ハニカム
状のゲート電極9に囲まれた領域に、pチャネル領域1
6とnソース領域17が形成されている。前記nソース
領域17上には、層間絶縁膜18が形成されており、前
記層間絶縁膜18には、前記ソース領域17を貫通し、
前記チャネル領域16に達する溝が形成されており、層
間絶縁膜18上に形成されたソース電極が接続される。
また、前記ゲート電極9の一端は、前記層間絶縁膜18
上に形成される第1ゲート配線5aと接続され、前記第
1ゲート端子4aから電圧が印加される。
【0063】前記第2MISFET3を形成する領域に
も、前記第1MISFET2と同一の構成のトランジス
タセルが形成されているが、前記第2MISFET3を
構成するトランジスタセルの数Mは、前記第1MISF
ETを構成するトランジスタセルの数Nに比べて充分に
少なく、例えば、1000分の1(M=N/1000)
であるとする。
【0064】また、前記フィールド絶縁膜13上には、
nシリコン30a、30c、30e、30g及びpシリ
コン30b、30d、30fが横方向に積層された前記
第1保護回路27の保護ダイオード30、及び、同様の
構成の前記第2MISFET3に接続される保護ダイオ
ード28が形成されている。
【0065】次に、本実施例2の半導体装置の製造方法
について説明するが、ウエハ状の前記半導体基板11の
各回路形成領域に前記各MISFETを形成には、従来
の方法を用いるため、以下、MISFETを形成する方
法を簡単に説明する。
【0066】まず、前記実施例1で説明したように、シ
リコン等のウエハ状態の半導体基板11上にnエピタキ
シャル層12を形成し、前記半導体基板11のスクライ
ブ領域で分割された回路形成領域に、所定の形状のフィ
ールド絶縁膜13、pウェル層14、ゲート電極形成用
の溝(トレンチ)、ゲート酸化膜15、及びゲート電極
9を形成する。
【0067】次に、前記フィールド絶縁膜13上にpシ
リコンを堆積させ、前記保護ダイオード30及び抵抗
(図示しない)等を形成する。
【0068】次に、前記ハニカム状のゲート電極9に囲
まれた領域に、pチャネル領域16及びnソース領域1
7を形成するとともに、前記保護ダイオードの領域を形
成し、表面を層間絶縁膜18で覆う。ここまでの工程
で、ウエハ状の前記半導体基板11上の各回路形成領域
には、トランジスタセルの数がN個の第1MISFET
2と、トランジスタセルの数がM個(M=N/100
0)の第2MISFET3、及び保護ダイオード28,
30が同時に形成される。
【0069】次に、前記フィールド絶縁膜13側へ引き
出されたゲート電極9及び前記ハニカム状のゲート電極
9に囲まれた領域の前記層間絶縁膜18上、ならびに前
記保護ダイオード28,30の両端上にコンタクトホー
ルを形成し、前記第1MISFET2及び第2MISF
ET3のゲート電極9、ならびに前記保護ダイオード2
8の一端28gを接続する本体ゲート配線5aと、前記
保護回路用配線5c、5dと、前記第1センス配線5e
と、前記第2センス配線5fと、各MISFETを構成
するトランジスタセルのpソース領域17から引き出さ
れたソース電極10を形成する。このとき、前記第1M
ISFET2から引き出される本体ゲート配線5aと前
記保護ダイオード30の一端30gから引き出される保
護回路用配線5cの先端部は、電気的に接続されない距
離に近接させて形成される。また、前記第2MISFE
T3のソース電極10から引き出された第1センス配線
5eと、保護ダイオード28の一端28aから引き出さ
れた第2センス配線5fの先端部も電気的に接続されな
い距離に近接させて形成される。
【0070】次に、表面保護膜19を形成し、前記本体
ゲート配線5aと保護回路用配線5cが近接する領域及
び前記ソース電極10上、ならびに前記第1センス配線
5eと第2センス配線5fが近接する領域に所定の形状
の開口部を設け、前記ゲート端子4及び本体ソース端子
6、ならびにセンスソース端子7を形成する。前記ゲー
ト端子4に露出した、前記本体ゲート配線5aの先端部
が前記第1ゲート端子4aとなり、前記保護回路用配線
5cの先端部が前記第2ゲート端子4bとなる。また、
前記センスソース端子7に露出した第1センス配線5e
の先端部が第1センス端子7aとなり、前記第2センス
配線5fの先端が第2センス端子7bとなる。
【0071】その後、前記ウエハ状の半導体基板11の
裏面を研磨して、金属膜を形成しドレイン電極8とする
と、前記各回路形成領域に、図10及び図11に示した
ような第1MISFET2及び第2MISFET3、な
らびに第1ゲート端子4a及び第2ゲート端子4bから
なるゲート端子4と前記第1センス端子7a及び第2セ
ンス端子7bからなるセンスソース端子7を有する半導
体装置が形成される。
【0072】前記ウエハ状の半導体基板11の各回路形
成領域に前記各MISFETを形成した後、ウエハ状態
で前記各MISFETの電気的特性の検査を行う。この
電気的特性の検査は、前記各MISFETが形成され
た、ウエハ状態の半導体基板を検査用のステージ上に載
せて、前記検査用ステージからドレイン電流を供給し、
前記各MISFETのゲート端子4及び本体ソース端子
6ならびにセンスソース端子7に検査端子を当てて行
う。このとき、前記各回路形成領域に形成されたMIS
FETのオン抵抗を測定は、前記第1ゲート端子4a及
び第1センスソース端子7aに検査端子を当てて前記第
2MISFET3のオン抵抗を測定する。
【0073】前記第1MISFET2のようにオン抵抗
が数mΩと超低オン抵抗である場合には、前記半導体基
板11と前記検査用ステージとの間の接触抵抗が、数m
Ωであるため、前記第1MISFET2のオン抵抗を正
確に測定できない。しかし、前記第2MISFET3
は、トランジスタセルの数が前記第1MISFET2の
1000分の1であるため、そのオン抵抗が数百mΩか
ら数千mΩと大きくなり、前記接触抵抗の影響を受け
ず、正確なオン抵抗を測定できる。
【0074】前記第1MISFET2と前記第2MIS
FET3は、トランジスタセルの構造が同一であるた
め、その数の比から前記第1MISFET2のオン抵抗
が見積もれるため、ウエハ状態(チップ状態)で、前記
超低オン抵抗の第1MISFET2のオン抵抗を保証す
ることができる。
【0075】前記ウエハ状態での前記各MISFETの
オン抵抗の測定、及びその他の電気的特性の検査が終了
したら、スクライブ領域で切断し、個々の半導体チップ
1に分離する。このとき、前記電気的特性の検査で不良
と判定された半導体チップは除去されるので、半導体チ
ップの状態でのオン抵抗が保証されるとともに、前記半
導体チップの信頼性が高くなる。
【0076】次に、分割された個々の半導体チップを組
み立てる工程について説明する。図12及び図13は、
本実施例2の半導体装置の製造工程を説明するための図
である。図12及び図13において、20はリードフレ
ーム、21はダイパッド、22はゲート用リード、23
は本体ソース用リード、24はセンスソース用リード、
25はドレイン用リード、26はボンディングワイヤ、
26aはボンディングワイヤの先端部、32はグランド
(GND)端子である。
【0077】まず、図12に示すように、前記手順に沿
って、トランジスタセルの個数がN個の第1MISFE
T2と、トランジスタセルの個数がM個(M=N/10
00)の第2MISFET3が形成された半導体チップ
1のドレイン電極側(裏面)をリードフレーム20のダ
イパッド21に接着する。前記半導体チップ1と前記ダ
イパッド21の接着には銀ペースト等の導電性接着剤を
利用する。また、前記リードフレーム20には、前記ダ
イパッド21の他にゲート用リード21、本体ソース用
リード22、センスソース用リード24、グランド用リ
ード32、及び前記ダイパッド21と接続されているド
レイン用パッド25が設けられている。
【0078】次に、図13に示すように、前記半導体チ
ップ1上に設けられた前記ゲート端子4、前記本体ソー
ス端子6、前記センスソース端子7、前記グランド端子
29のそれぞれと、前記ゲート用リード22、本体ソー
ス用リード23、センスソース用リード24、グランド
用リード32をボンディングワイヤ26で接続する。こ
のとき、前記ゲート端子4は第1ゲート端子4aと第2
ゲート端子4bに分離され、前記センスソース端子7は
第1センスソース端子7aと第2センスソース端子7b
に分離されているが、図7(a)及び図7(b)に示す
ように、近接して形成しておくことにより、前記ボンデ
ィングワイヤ26の先端部26aにより電気的に接続さ
れる。そのため、前記ゲート端子4とゲート用リード2
2の接続を一括して行える。また、前記センスソース端
子7の前記第1センス端子7a及び第2センス端子7b
も前記ゲート端子4と同様にボンディングワイヤ26の
先端部26aで電気的に接続される。
【0079】その後、前記半導体チップ1及び各リー
ド、ならびにボンディングワイヤ26を樹脂で封止し、
前記リードフレーム20の外枠部分を切断し、前記各リ
ードを分離して、半導体パッケージにする。
【0080】以上説明したように、本実施例2の半導体
装置によれば、同一の半導体チップ1上に、N個のトラ
ンジスタセルにより構成される第1MISFET2と、
その100分の1から10000分の1程度のM個のト
ランジスタセルにより構成される第2MISFET3と
を形成し、さらに、前記第1MISFET2のソース電
極10に接続される本体ソース端子6と前記第2MIS
FET3のソース電極10に接続されるセンスソース端
子7を、電気的に分離させておくことにより、それぞれ
のMISFETで電気的特性を検査することができる。
そのため、前記第1MISFET2のオン抵抗が低く、
ウエハ状態で正確に測定、保証できない場合でも、前記
第2MISFET3のオン抵抗を正確に測定すること
で、半導体チップ状態での前記第1MISFET2のオ
ン抵抗を保証することができる。
【0081】また、前記第1MISFET2及び第2M
ISFET3とともに、半導体チップ上に形成される保
護回路も、半導体チップの状態では電気的に分離されて
いるが、オン抵抗を測定した後にボンディングワイヤ等
で電気的に接続できるため、前記各MISFETのゲー
ト・ソース間に前記保護回路を接続し、静電破壊強度を
確保することができる。
【0082】また、超オン抵抗の前記第1MISFET
2のオン抵抗を半導体チップの状態で保証できるため、
前記半導体チップの選別時において、不良チップが除去
されるため前記半導体チップの信頼性が向上する。その
ため、前記半導体チップの状態で取引をすることが可能
となり、前記半導体チップをパッケージングした後にオ
ン抵抗を測定して保証する場合に比べ、前記半導体チッ
プを利用する側の自由度が増す。
【0083】また、前記半導体チップの信頼性が向上す
るため、パッケージングした後にオン抵抗を測定するだ
けの場合に比べ不良発生率が下がり、歩留りが向上し、
製造コストが低下する。
【0084】なお、本実施例2では、前記第2MISF
ET3のオン抵抗の測定して、第1MISFET2のオ
ン抵抗を評価する場合について説明したが、これに限ら
ず、ウエハ状態(チップ状態)では測定できない前記第
1MISFET2の特性を前記第2MISFET3で測
定することにより、前記第1MISFET2の特性を評
価することができる。
【0085】以上、本発明を、前記実施例に基づき具体
的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることはもちろんである。
【0086】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0087】(1)超低オン抵抗のパワーMISFET
を有する半導体装置において、前記パワーMISFET
のオン抵抗をウエハ状態(チップ状態)で正確に測定す
ることができる。
【0088】(2)超低オン抵抗のパワーMISFET
のオン抵抗の特性保証を容易に行うことできる。
【0089】(3)超低オン抵抗のパワーMISFET
の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例1の半導体装置の概略構成
を示す模式平面図である。
【図2】図1の等価回路図である。
【図3】図1の部分拡大図である。
【図4】図3のA−A’線での断面図である。
【図5】本実施例1の半導体装置の製造方法を説明する
ための図である。
【図6】本実施例1の半導体装置の製造方法を説明する
ための図である。
【図7】本実施例1の半導体装置の製造方法を説明する
ための図である。
【図8】本発明による実施例2の半導体装置の概略構成
を示す模式平面図である。
【図9】図8の等価回路図である。
【図10】図8の部分拡大図である。
【図11】図10のC−C’線での断面図である。
【図12】本実施例2の半導体装置の製造方法を説明す
るための図である。
【図13】本実施例2の半導体装置の製造方法を説明す
るための図である。
【図14】従来の半導体装置の概略構成を説明するため
の模式平面図である。
【図15】図14の等価回路図である。
【図16】図14の部分拡大図である。
【符号の説明】
1…半導体チップ、2…本体MISFET(第1MIS
FET)、3…センスMISFET(第2MISFE
T)、4…ゲート端子、4a…第1ゲート端子、4b…
第2ゲート端子、5a…本体ゲート配線、5b…センス
ゲート配線、5c,5d…保護回路用配線、5e…第1
センス配線、5f…第2センス配線、5g…グランド配
線、6…本体ソース端子、7…センスソース端子、7a
…第1センス端子(第1ソース端子)、7b…第2セン
ス端子(第2ソース端子)、8…ドレイン電極、9…ゲ
ート電極、10…ソース電極、11…半導体基板、12
…エピタキシャル層、13…フィールド絶縁膜、14…
ウェル層、15…ゲート絶縁膜、16…チャネル領域、
17…ソース領域、18…層間絶縁膜、19…表面保護
膜、20…リードフレーム、21…ダイパッド、22…
ゲート用リード、23…本体ソース用リード、24…セ
ンスソース用リード、25…ドレイン用リード、26…
ボンディングワイヤ、27…第1保護回路、28…第2
保護回路(保護ダイオード)、29…グランド端子、3
0…保護ダイオード、31…抵抗、32…グランド用リ
ード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/66 H01L 21/66 V 21/8234 27/08 102A 27/088

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板内に第1導電型のソース領域
    及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形成さ
    れ、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極
    が形成されたMISトランジスタセルが多数個並列に接
    続されたパワーMISFETを有する半導体装置におい
    て、同一半導体基板上に、N個の前記MISトランジス
    タセルにより構成される第1MISFETと、前記第1
    MISFETを構成するトランジスタセルと同じ大きさ
    で、かつ前記第1MISFETを構成するトランジスタ
    セルの数Nよりも十分に少ないM個のトランジスタセル
    により構成される第2MISFETとを有し、前記第1
    MISFETのゲート電極と接続される第1ゲート端子
    と、前記第2MISFETのゲート電極と接続される第
    2ゲート端子は、電気的に分離されており、かつ、導電
    性材料を介して電気的に接続可能な距離に形成されてい
    ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板内に第1導電型のソース領域
    及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形成さ
    れ、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極
    が形成されたトレンチゲート構造のMISトランジスタ
    セルが多数個並列に接続されたパワーMISFETと、
    前記パワーMISFETのゲート電極とソース電極間を
    接続する保護回路を有する半導体装置であって、同一半
    導体基板上に、N個の前記MISトランジスタセルによ
    り構成される第1MISFETと、前記第1MISFE
    Tを構成するMISトランジスタセルの数Nよりも小さ
    いM個のトランジスタセルにより構成される第2MIS
    FETと、前記第1MISFETのゲート電極とソース
    電極間を接続する第1保護回路と、前記第2MISFE
    Tのゲート電極とソース電極間を接続する第2保護回路
    を有し、前記第1MISFETのゲート電極及び前記第
    2MISFETのゲート電極、ならびに前記第2保護回
    路のゲート電極側に接続される端子は、同一の第1ゲー
    ト端子に接続され、前記第1保護回路のゲート電極側に
    接続される端子は第2ゲート端子に接続され、前記第1
    ゲート端子と第2ゲート端子は電気的に分離されてお
    り、前記第2MISFETのソース電極に接続される第
    1ソース端子と、前記第2保護回路のソース電極側に接
    続される第2ソース端子は、電気的に分離されており、
    前記第1ゲート端子と第2ゲート端子、及び第1ソース
    端子と第2ソース端子は、導電性材料を介して電気的に
    接続可能な距離に形成されていることを特徴とする半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板内に第1導電型のソース領域
    及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形成さ
    れ、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極
    が形成されたMISトランジスタセルが多数個並列に接
    続されたパワーMISFETを有する半導体装置の製造
    方法において、前記半導体基板上に、前記MISトラン
    ジスタセルの数がN個の第1MISFETと、前記第1
    MISFETを構成するトランジスタセルの数Nよりも
    十分に少ないM個のトランジスタセルにより構成される
    第2MISFETを形成する工程と、前記第1MISF
    ETのゲート電極と接続される第1ゲート端子と、前記
    第2MISFETのゲート電極と接続され、前記第1ゲ
    ート端子とは電気的に分離された第2ゲート端子を形成
    する工程と、前記第2MISFETのオン抵抗を測定す
    る工程と、前記第1ゲート端子と前記第2ゲート端子を
    電気的に接続する工程を備えることを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体基板内に第1導電型のソース領域
    及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形成さ
    れ、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極
    が形成されたMISトランジスタセルが多数個並列に接
    続されたパワーMISFETを有する半導体装置の製造
    方法において、前記半導体基板上に、前記MISトラン
    ジスタセルの数がN個の第1MISFETと、前記第1
    MISFETを構成するトランジスタセルの数Nよりも
    十分に少ないM個のトランジスタセルにより構成される
    第2MISFETと、前記第1MISFETのゲート電
    極とソース電極の間に接続される第1保護回路と、前記
    第2MISFETのゲート電極とソース電極の間に接続
    される第2保護回路を形成する工程と、前記第1MIS
    FET、前記第2MISFET、及び前記第2保護回路
    のゲート電極側に接続される端子が接続される第1ゲー
    ト端子と、前記第1保護回路のゲート電極側に接続され
    る端子に接続され、前記第1ゲート端子と電気的に分離
    した第2ゲート電極と、前記第2MISFETのソース
    電極に接続される第1ソース電極と、前記第2保護回路
    のソース電極側に接続される端子と接続される第2ソー
    ス電極を形成する工程と、前記第2MISFETのオン
    抵抗を測定する工程と、前記第1ゲート端子と第2ゲー
    ト端子、及び第1ソース端子及び第2ソース端子を電気
    的に接続する工程を備えることを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板内に第1導電型のソース領域
    及びドレイン領域と第2導電型のチャネル領域が形成さ
    れ、前記チャネル領域表面に絶縁膜を介してゲート電極
    が形成されたMISトランジスタセルが多数個並列に接
    続されたパワーMISFETを有する半導体装置の特性
    評価方法において、半導体ウエハ上の各回路形成領域
    に、前記MISトランジスタセルの数がN個の第1MI
    SFETと、前記第1MISFETを構成するトランジ
    スタセルの数Nに比べて小さいM個のトランジスタセル
    により構成される、前記第1MISFETと電気的に分
    離された第2MISFETとを形成しておき、前記半導
    体ウエハの各回路形成領域に形成された前記第2MIS
    FETのオン抵抗を測定し、前記第2MISFETと同
    一の回路形成領域に形成された第1MISFETのオン
    抵抗を評価することを特徴とする半導体装置の特性評価
    方法。
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