JP2001352063A - 絶縁ゲート型半導体装置 - Google Patents

絶縁ゲート型半導体装置

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JP2001352063A
JP2001352063A JP2000173202A JP2000173202A JP2001352063A JP 2001352063 A JP2001352063 A JP 2001352063A JP 2000173202 A JP2000173202 A JP 2000173202A JP 2000173202 A JP2000173202 A JP 2000173202A JP 2001352063 A JP2001352063 A JP 2001352063A
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trench
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Keita Odajima
慶汰 小田島
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】トレンチ型のパワーMOSFETではオン抵抗
低減のためにセル密度を向上させ、高集積化を図ってき
たが、セルの微細化の限界や、ボディコンタクト領域の
縮小によるシリコンノジュールの発生でコンタクト不良
を招くなどの問題があった。 【解決手段】本発明は帯状のボディコンタクト領域から
ひだ状に突出したソース領域を形成するもので、これに
より基板ダイオードが共用でき、ソース周辺長が大きく
なるので、ソース領域からトレンチ深さ方向に形成され
るチャネル領域の幅も増大させることができる。これに
よりより多くの電流経路を確保できるのでオン抵抗の低
減に大きく寄与できる利点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は絶縁ゲート型半導体
装置に係り、特にオン抵抗を低減するトレンチ構造の絶
縁ゲート型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯端末の普及に伴い小型で大容量のリ
チュウムイオン電池が求められるようになってきた。こ
のリチュウムイオン電池の充放電のバッテリーマネージ
メントを行う保護回路は携帯端末の軽量化のニーズによ
り、より小型で負荷ショートにも十分に耐えうるもので
なくてはならない。かかる保護回路はリチュウムイオン
電池の容器内に内蔵されるために小型化が求められ、チ
ップ部品を多用したCOB(Chip on Boar
d)技術が駆使され、小型化の要求に応えてきた。しか
し一方ではリチュウムイオン電池に直列にパワーMOS
FETを接続するのでこのパワーMOSFETのオン抵
抗も極めて小さくするニーズがあり、これが携帯電話で
は通話時間や待機時間を長くするために不可欠の要素で
ある。オン抵抗を低減するにはより多くの電流経路を得
る必要があり、そのためにはセルピッチの縮小などによ
るセルの高集積化が主な技術となっている。
【0003】図6に従来のセルパターンによるトレンチ
型のパワーMOSFETの上面図を示す。
【0004】図6の破線で示すように、パワーMOSF
ETの1つのセル38は、ボディコンタクト領域33
と、ソース領域34と、トレンチ27に埋設されたゲー
ト電極32とから構成される。なお、層間絶縁膜および
ソース電極は省略してある。
【0005】ボディコンタクト領域33は1μm四方の
正方形もしくはそれに準じる形状に形成され、ボディコ
ンタクト面積は1μm2となる。
【0006】ソース領域34はボディコンタクト領域3
3を囲み、一辺が3μmの正方形もしくはそれに準じる
形状に形成され、ソース周辺長は12μmとなる。
【0007】トレンチ27は隣り合うソース領域34の
間に幅1μmで深さ2μmに形成され、内壁をゲート酸
化膜(図示せず)で被覆する。
【0008】ゲート電極32はトレンチ27内にポリシ
リコンを埋設し、不純物を導入して低抵抗化を図る。
【0009】チャネル領域(図示せず)はソース領域3
4からトレンチ27の深さ方向に、ゲート酸化膜(図示
せず)を介してゲート電極32に隣接して形成される。
【0010】図6に示すようにパワーMOSFETは各
セル38を行毎に半ピッチずつずらして多数個格子状に
配列する。各セル38の面積は16μm2となる。
【0011】図7に従来のトレンチ構造のパワーMOS
FETの構造をNチャネル型を例に示す。
【0012】N+型のシリコン半導体基板21の上にN-
型のエピタキシャル層からなるドレイン領域22を設
け、その表面にP型のチャネル層24を設ける。チャネ
ル層24を貫通し、ドレイン領域22まで到達するトレ
ンチ27を設け、トレンチ27の内壁をゲート酸化膜2
8で被膜し、トレンチ27に充填されたポリシリコンよ
りなるゲート電極32を設ける。
【0013】トレンチ27に隣接したチャネル層24表
面にはN+型のソース領域34が形成され、隣り合う2
つのセル38のソース領域34間のチャネル層24表面
にはP+型のボディコンタクト領域33を設ける。さら
にチャネル層24にはソース領域34からトレンチ27
に沿ってチャネル領域35が形成される。
【0014】ゲート電極32上は層間絶縁膜36で覆
い、ソース領域34およびボディコンタクト領域33に
コンタクトするソース電極37を設ける。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来のMOSF
ETではオン抵抗を低減するために、セルピッチを縮小
して、セルの高集積化を図っていた。また、MOSFE
Tの各セル38はボディコンタクト領域33とその周り
を囲むソース領域34を形成するために、正方形または
六角形もしくはそれに準じるセルパターンを用いてい
た。しかし、これ以上の高集積化を図るには、リソグラ
フィ技術の細線化や合わせ精度の向上などの点で、従来
の装置では限界がある。また、ボディコンタクト領域3
3の面積を縮小すると、ソース電極37をスパッタする
ときに混入させるシリコンの粒が残るシリコンノジュー
ルがボディコンタクト領域33を塞いでしまい、コンタ
クト不良が増加してしまうなど、問題があった。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題に鑑
みてなされ、ボディコンタクト領域からひだ状に突出す
るソース領域と、ソース領域に隣接して形成したゲート
電極を設け、前記ソース領域の周辺長を大きくしてゲー
ト絶縁膜を介して前記ゲート電極に隣接して形成される
チャネル幅を増大させることを特徴とするもので、チャ
ネル幅の増大により、電流経路を増加させることがで
き、オン抵抗の低減に寄与する絶縁ゲート型半導体装置
を提供できる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1から図
5を参照して詳細に説明する。
【0018】図1はトレンチ型パワーMOSFETの上
面図である。
【0019】図2はトレンチ型パワーMOSFETの1
つのセルのA−Aの断面図を示す。
【0020】図3はトレンチ型パワーMOSFETの1
つのセルのB−Bの断面図を示す。
【0021】図4はトレンチ型パワーMOSFETの1
つのセルのC−Cの断面図を示す。
【0022】図2から図4に示す本発明のトレンチ型の
パワーMOSFETの断面構造をNチャネル型を例に説
明する。
【0023】トレンチ型パワーMOSFETは、ドレイ
ン領域2となる一導電型の半導体基板と、半導体基板表
面に設けた逆導電型のチャネル層4と、チャネル層4を
貫通しドレイン領域2まで達するトレンチ7と、トレン
チ7の内壁に設けたゲート酸化膜8と、トレンチ7に埋
設されたゲート電極12と、チャネル層4の一部を半導
体基板表面に露出させたボディコンタクト領域13と、
ボディコンタクト領域13からひだ状に突出して設けら
れたソース領域14とで構成される。
【0024】半導体基板は、N+型のシリコン半導体基
板1の上にN-型のエピタキシャル層を積層したドレイ
ン領域2からなる。
【0025】チャネル層4は、半導体基板表面にP型の
イオンを注入して設けられる。
【0026】トレンチ7は、チャネル層4を貫通し、ド
レイン領域2まで到達している。
【0027】ゲート酸化膜8は、トレンチ7内壁を熱酸
化して数百Åの厚みに形成される。
【0028】ゲート電極12は、トレンチ7にポリシリ
コンを埋設して形成され、不純物を導入して低抵抗化を
図る。
【0029】ボディコンタクト領域13は、図3および
図4に示すように、チャネル層4の一部を隣り合う2つ
のソース領域14の間から半導体基板表面に露出して、
ソース領域14の中心に帯状に形成され、基板の電位安
定化のため基板ダイオードの取り出しに用いられる。
【0030】ソース領域14はトレンチ7に隣接したチ
ャネル層4表面にN+型のイオンを注入して設けられ
る。また、ボディコンタクト領域13からひだ状に突出
して設けられるので基板ダイオードが共用でき、それに
よりソース周辺長が増大する。
【0031】本発明の実施の形態では帯状のボディコン
タクト領域13から両側に5本ずつ、均一な長さの櫛歯
を突出させている。
【0032】チャネル領域15はソース領域14からト
レンチ7の深さ方向に、ゲート酸化膜8を介してゲート
電極12に隣接して形成される。従って図2から図4に
示すようにソース領域14と同じようなひだ状に形成で
きるので、チャネル幅を増加させることができる。
【0033】層間絶縁膜16は少なくともゲート電極1
2上を覆うように酸化膜を堆積する。
【0034】ソース電極17は全面にAl-Siをスパッタ
して形成する。
【0035】次に、図1の破線で示すように、パワーM
OSFETの1つのセル18はボディコンタクト領域1
3と、ボディコンタクト領域13からひだ状に突出する
ソース領域14と、ソース領域14に隣接して形成した
トレンチ7と、トレンチ7に埋設されるゲート電極12
とから構成される。なお、層間絶縁膜およびソース電極
は省略してある。
【0036】ボディコンタクト領域13は、ソース領域
14の中心部に幅1μm、長さ7μmの帯状に形成さ
れ、基板の電位安定化のため、基板ダイオードの取り出
しとして用いられる。ボディコンタクト面積は7μm2
となる。
【0037】ソース領域14はボディコンタクト領域1
3からひだ状に突出して形成される。ボディコンタクト
領域13を中心にして周囲を幅1μmで囲い、そこから
外側に向かって幅1μm、長さ3μmの櫛歯を1μmの
間隔をあけて両側に5本ずつ突出させる。この形状にす
ることにより、基板ダイオードを共用できるのでソース
領域14の周辺長は84μmとなり、従来に比べて大幅に
増大する。
【0038】トレンチ7はソース領域14に隣接して幅
1μmで深さ2μmに形成し、トレンチ7の内壁をゲー
ト酸化膜(図示せず)で被覆する。
【0039】ゲート電極12はトレンチ7にポリシリコ
ンを埋設し、不純物を導入して低抵抗化を図る。
【0040】チャネル領域(図示せず)はソース領域1
4からトレンチ7の深さ方向に、ゲート酸化膜(図示せ
ず)を介してゲート電極12に隣接して形成される。つ
まり、ソース領域14と同様に櫛歯状に形成されるた
め、チャネル幅が増大する。
【0041】本発明の特徴とする点は、帯状に形成した
ボディコンタクト領域13とそのボディコンタクト領域
13を中心としてひだ状に突出して形成したソース領域
14にある。
【0042】基板ダイオードとなるボディコンタクト領
域13を共用にし、ひだ状にソース領域14を形成する
ことによりソース周辺長を大きくでき、チャネル領域1
5の幅も増やすことができる。これは、チャネル領域1
5はひだ状のソース領域14からトレンチ7の深さ方向
に形成されるので、チャネル領域15もひだ状となるた
めである。従ってチャネル幅が増大するために電流経路
が増大するので、オン抵抗が低減できる。
【0043】本発明の実施の形態では、ボディコンタク
ト領域13は、シリコンノジュールによるコンタクト不
良を防ぐため、幅が1μmで長さが7μmの帯状をして
いる。これは、ソース電極17のAl-Siに含まれるシリ
コンノジュールは大きいもので直径が1μmあるので、
ボディコンタクト領域13がシリコンノジュールにより
塞がれてしまわないようにするためである。
【0044】つまりボディコンタクト領域13は1μm
より長ければ、1つのセル18内で分割されて複数形成
されても良い。この形状により、シリコンノジュールで
塞がれることが無くなるので、コンタクト不良を改善で
きる。
【0045】本発明のパワーMOSFETは各セル18
を多数個格子状に配列する。例えば、図1に示すように
各セル18を行毎に半ピッチずらして格子状に配列す
る。各セル18の面積は100μm2となるまた、本発明の
実施の形態ではソース領域14の形状はボディコンタク
ト領域13を中心にした均一な長さの櫛歯状に形成し、
各セル18を格子状に配列しているが、図5に示すよう
なソース領域14の形状つまり、中央を長くした3本ず
つの櫛歯でそれぞれの間隔をあけた形状にし、各セル1
8の櫛歯を互いにかみ合わせるように配列しても良い。
またこの他にもボディコンタクト領域13を中心として
放射状にのびるようなソース領域14を形成しても良
い。
【0046】
【発明の効果】本発明の構造に依れば、第1にボディコ
ンタクト領域13からひだ状に突出したソース領域14
を形成することにより基板ダイオードを共用できるの
で、従来に比べてセル面積あたりのソース周辺長を増加
させることができる。
【0047】具体的には従来はセル面積(16μm2)あ
たりのソース周辺長(3×4μm)比は0.75(12/16)
であったものが、本発明ではセル面積(100μm2)あた
りのソース周辺長(84μm)比は0.84(84/100)まで増
加する。従来のセル面積あたりのボディコンタクト面積
(1μm2)比は6.25(1/16×100)%であったものが
本発明のセル面積あたりのボディコンタクト面積(7μ
2)比では7.00(7/100×100)%になるので、ボディ
コンタクト面積比を減らさずにソース周辺長を増加で
き、従って電流経路を増加できることになる。
【0048】電流経路の増加率は、従来の正方形セルに
対してパターンルールを変えずに、11.2%向上し、これ
によりオン抵抗は10.1%低減できる。
【0049】第2にボディコンタクト領域13をシリコ
ンノジュールの直径である1μmよりも長い帯状に形成
することにより、シリコンノジュールでボディコンタク
ト領域13が塞がれることがなくなるので、コンタクト
不良を改善することができる。
【0050】以上の効果は、ソース領域14のひだを互
いにかみ合わせた構造にしても同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の絶縁ゲート型半導体装置を説明する上
面図である。
【図2】本発明の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断
面図である。
【図3】本発明の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断
面図である。
【図4】本発明の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断
面図である。
【図5】本発明の絶縁ゲート型半導体装置を説明する上
面図である。
【図6】従来の絶縁ゲート型半導体装置を説明する上面
図である。
【図7】従来の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断面
図である。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボディコンタクト領域からひだ状に突出
    するソース領域と、ソース領域に隣接して形成したゲー
    ト電極を設け、前記ソース領域の周辺長を大きくしてゲ
    ート絶縁膜を介して前記ゲート電極に隣接して形成され
    るチャネル幅を増大させることを特徴とする絶縁ゲート
    型半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ソース領域を櫛歯状に形成すること
    を特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記ボディコンタクト領域をシリコンノ
    ジュールの直径よりも長い帯状に形成し、前記ソース領
    域の中心部に少なくとも1つ形成することを特徴とする
    請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
  4. 【請求項4】 ドレイン領域となる一導電型の半導体基
    板と、該半導体基板表面に設けた逆導電型のチャネル層
    と、該チャネル層を貫通し前記ドレイン領域まで達する
    トレンチと、該トレンチの内壁に設けたゲート絶縁膜
    と、前記トレンチに埋設されたゲート電極と、前記チャ
    ネル層の一部を前記半導体基板表面に露出させたボディ
    コンタクト領域と、該ボディコンタクト領域からひだ状
    に突出して設けられたソース領域とを有し、前記ソース
    領域の周辺長を大きくして前記ゲート絶縁膜を介して前
    記ゲート電極に隣接して形成されるチャネル幅を増大さ
    せることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記ソース領域を櫛歯状に形成すること
    を特徴とする請求項4に記載の絶縁ゲート型半導体装
    置。
  6. 【請求項6】 前記ボディコンタクト領域をシリコンノ
    ジュールの直径よりも長い帯状に形成し、前記ソース領
    域の中心部に少なくとも1つ形成することを特徴とする
    請求項4に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記ボディコンタクト領域から突出する
    前記ソース領域からなるセルを多数個格子状に配列する
    ことを特徴とする請求項1または請求項4に記載の絶縁
    ゲート型半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記セルを行毎に半ピッチずらした格子
    状に配列することを特徴とする請求項7に記載の絶縁ゲ
    ート型半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記セルを互いにかみ合わせて配列する
    ことを特徴とする請求項7に記載の絶縁ゲート型半導体
    装置。
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