JP2002009285A - Protection device of mosfet - Google Patents

Protection device of mosfet

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JP2002009285A
JP2002009285A JP2000190794A JP2000190794A JP2002009285A JP 2002009285 A JP2002009285 A JP 2002009285A JP 2000190794 A JP2000190794 A JP 2000190794A JP 2000190794 A JP2000190794 A JP 2000190794A JP 2002009285 A JP2002009285 A JP 2002009285A
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JP
Japan
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zener diode
mosfet
protection device
type region
electrode
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JP2000190794A
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Japanese (ja)
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Tetsuya Yoshida
哲哉 吉田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that, in a power MOSFET with guaranteed performance of gate oxide film of 10 V system, series connection of two PN junction Zener diodes is given a configuration in which the total protection level voltage of the Zener diode is 15 V, but in this case, leakage current is as large as 0.5 μA, and power consumption occurs in the Zener diode, even in the case the MOSFET is turned off. SOLUTION: The object of this invention is to reduce the leakage current by decreasing the PN junction area being the route of the leakage current of the Zener diode. Moreover, the contact area with a gate pad electrode can be gained by further increasing the depth of the N+ type region at the central part of the Zener diode, stable ohmic performance can be obtained, and a protection device of MOSFET capable of reducing the leakage current can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はMOSFETの保護
装置に係り、特にトレンチ構造を有する縦型MOSFE
Tの保護装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection device for a MOSFET, and more particularly to a vertical MOSFET having a trench structure.
T protection device.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art With the spread of portable terminals, a small-sized and large-capacity lithium-ion battery has been required. The protection circuit for performing the battery management of the charging and discharging of the lithium ion battery must be smaller and capable of sufficiently withstanding a load short due to the need for reducing the weight of the portable terminal. Such a protection circuit is required to be miniaturized because it is built in a container of a lithium ion battery, and a COB (Chip on Boar) using a lot of chip components is required.
d) Technology has been used to meet the demand for miniaturization. However, on the other hand, a power MOS in series with a lithium ion battery
Since the FET is connected, there is a need to make the on-resistance of the power MOSFET extremely small, which is an indispensable factor for a mobile phone in order to increase the talk time and the standby time.

【0003】特に保護回路ではリチュウムイオン電池L
iBに直列に2個のNチャンネル型のパワーMOSFE
Tが接続されるので、この2個のパワーMOSFETの
低オン抵抗(RDS(on))が最も要求される項目である。こ
のためにチップを製造する上で微細加工によりセル密度
を上げる開発が進められてきた。
In particular, in the protection circuit, a lithium ion battery L
Two N-channel power MOSFETs in series with iB
Since T is connected, the low on-resistance (R DS (on) ) of these two power MOSFETs is the most required item. For this reason, development for increasing the cell density by fine processing in manufacturing chips has been promoted.

【0004】一方、パワーMOSFETでは薄いゲート
酸化膜を静電破壊から保護するために保護用の抵抗体が
ゲート電極に挿入され更に静電気を外部に逃がすために
ゲート電極とソース電極間にツェナーダイオードが接続
されている。
On the other hand, in a power MOSFET, a protection resistor is inserted into a gate electrode to protect a thin gate oxide film from electrostatic breakdown, and a Zener diode is provided between the gate electrode and a source electrode to release static electricity to the outside. It is connected.

【0005】図4に従来のパワーMOSFETの平面図
を示す。パワーMOSFETはゲートパッド電極31と
ツェナーダイオード32とゲート連結電極34と実動作
領域35とソース電極37とで構成される。
FIG. 4 is a plan view of a conventional power MOSFET. The power MOSFET includes a gate pad electrode 31, a Zener diode 32, a gate connection electrode 34, an actual operation area 35, and a source electrode 37.

【0006】ゲートパッド電極31はツェナーダイオー
ド32上に設けられ、ツェナーダイオード32の中心部
分とコンタクトしている。また、点線の丸印で示すよう
にボンディングワイヤーで電極の取り出しが行われる。
The gate pad electrode 31 is provided on the Zener diode 32 and is in contact with the central portion of the Zener diode 32. Further, as shown by a dotted circle, the electrode is taken out by a bonding wire.

【0007】ツェナーダイオード32はポリシリコンに
不純物を導入して、ゲートパッド電極31の下に同心円
の点線で示すように形成され、中心部はゲートパッド電
極31とコンタクトし、最外周は各セル36のソース電
極と連結される。このツェナーダイオード32は、静電
気によるゲート酸化膜の破壊を防止するために設けられ
る。
The Zener diode 32 is formed by introducing impurities into the polysilicon and is formed below the gate pad electrode 31 as shown by a concentric dotted line, the center portion is in contact with the gate pad electrode 31, and the outermost periphery is each cell 36. Is connected to the source electrode of The Zener diode 32 is provided to prevent the gate oxide film from being broken by static electricity.

【0008】抵抗体33はポリシリコンで形成され、静
電破壊を防止するための保護用の抵抗体であり、一端を
ゲートパッド電極31に接続され、他端はゲート連結電
極34に接続されている。
The resistor 33 is formed of polysilicon and is a protective resistor for preventing electrostatic breakdown. One end is connected to the gate pad electrode 31 and the other end is connected to the gate connection electrode 34. I have.

【0009】ゲート連結電極34は各セル36のゲート
電極と接続され且つ実動作領域35の周囲に配置されて
いる。
The gate connection electrode 34 is connected to the gate electrode of each cell 36 and is disposed around the actual operation area 35.

【0010】実動作領域35はこの中にパワーMOSF
ETを構成する多数のMOSトランジスタのセル36が
配列されている。
The actual operation area 35 includes a power MOSF therein.
A large number of MOS transistor cells 36 constituting the ET are arranged.

【0011】ソース電極37は実動作領域35上に各セ
ル36のソース領域と接続して設けられる。また、点線
の丸印で示すようにボンディングワイヤが熱厚着され、
電極の取り出しを行う。
The source electrode 37 is provided on the actual operation area 35 so as to be connected to the source area of each cell 36. Also, as shown by the dotted circles, the bonding wires are thermally thickened,
Take out the electrode.

【0012】シールド電極38はその下のアニュラーリ
ングとコンタクトして、チップ終端への空乏層の拡がり
を抑える。
The shield electrode 38 contacts the annular ring below the shield electrode 38 to prevent the depletion layer from spreading to the end of the chip.

【0013】図5の左側に、トレンチ型の各セル36の
断面構造を示す。NチャンネルのパワーMOSFETに
おいては、N+型の半導体基板41の上にN-型のエピタ
キシャル層からなるドレイン領域42を設け、その上に
P型のチャネル層43を設ける。チャネル層43からド
レイン領域42まで到達するトレンチ44を作り、トレ
ンチ44の内壁をゲート酸化膜45で被膜し、トレンチ
44に充填されたポリシリコンよりなるゲート電極46
を設けて各セル36を形成する。
The cross-sectional structure of each trench-type cell 36 is shown on the left side of FIG. In the N-channel power MOSFET, a drain region 42 made of an N -type epitaxial layer is provided on an N + -type semiconductor substrate 41, and a P-type channel layer 43 is provided thereon. A trench 44 extending from the channel layer 43 to the drain region 42 is formed, an inner wall of the trench 44 is coated with a gate oxide film 45, and a gate electrode 46 made of polysilicon filled in the trench 44 is formed.
Are provided to form each cell 36.

【0014】トレンチ44に隣接したチャネル層43表
面にはN+型のソース領域48が形成され、隣り合う2
つのセルのソース領域48間のチャネル層43表面には
+型のボディコンタクト領域49が形成される。
On the surface of the channel layer 43 adjacent to the trench 44, an N + type source region 48 is formed.
A P + type body contact region 49 is formed on the surface of channel layer 43 between source regions 48 of one cell.

【0015】さらにチャネル層43にはソース領域48
からトレンチ44に沿ってチャネル領域47が形成され
る。トレンチ44上は層間絶縁膜50で覆い、ソース領
域48およびボディコンタクト領域49にコンタクトす
るソース電極37を設ける。
Further, a source region 48 is provided in the channel layer 43.
Then, a channel region 47 is formed along the trench 44. The trench 44 is covered with an interlayer insulating film 50, and a source electrode 37 that contacts the source region 48 and the body contact region 49 is provided.

【0016】かかるセル36は図4の実動作領域5に多
数個配列される。具体的には小さい四角で表示したもの
が1個のセルである。
A large number of such cells 36 are arranged in the actual operation area 5 of FIG. Specifically, one cell is represented by a small square.

【0017】図5の右側にツェナーダイオード32の断
面構造を示す。チャネル層43を覆うゲート酸化膜45
上にトレンチ44にポリシリコンを埋め込む時に堆積さ
れたポリシリコンを用いて、P型とN+型のイオンを交
互に配置して形成される。
The cross-sectional structure of the Zener diode 32 is shown on the right side of FIG. Gate oxide film 45 covering channel layer 43
P-type and N + -type ions are alternately arranged using polysilicon deposited when polysilicon is buried in trench 44 above.

【0018】このPN接合は、その接合端をポリシリコ
ン側面に露出しないように同心円状に閉ループの形状を
採用する。つまり最初にB+イオンをドーズ量5×1014c
m-2でドープしてP型領域51を形成し、その後ソース
領域48のイオン注入時に選択的にPOCL3を付着して拡
散(950℃、180分)し、N+型領域52を形成する。
The PN junction adopts a concentric closed loop shape so that the junction end is not exposed to the side surface of the polysilicon. That is, first, the dose of B + ions is 5 × 10 14 c
P-type region 51 is formed by doping with m −2 , and then POCL 3 is selectively adhered and diffused (950 ° C., 180 minutes) during ion implantation of source region 48 to form N + -type region 52. .

【0019】このツェナーダイオード32は中心のN+
型領域52の直径が136μm、P型領域51の幅が15μ
mになり、PN接合が同心円状に2重に形成される。ま
た、1つのPN接合あたりのツェナー電圧が6〜7Vな
ので15Vのツェナー電圧を保証できる。
This zener diode 32 has a central N +
The diameter of the mold region 52 is 136 μm, and the width of the P-type region 51 is 15 μm.
m, and the PN junction is formed concentrically and doubly. Further, since the Zener voltage per PN junction is 6 to 7 V, a Zener voltage of 15 V can be guaranteed.

【0020】すなわち、ゲート酸化膜45の保証値が1
0V系のNチャネル型パワーMOSFETでは、中心か
ら同心円状にN+型領域52−P型領域51−N+型領域
52−P型領域51−N+型領域52となる。
That is, the guaranteed value of the gate oxide film 45 is 1
In the 0V N-channel type power MOSFET, the N + -type region 52 -P-type region 51 -N + -type region 52 -P-type region 51 -N + -type region 52 are concentrically arranged from the center.

【0021】さらにそのポリシリコン上面はBPSG
(Boron PhosphorusSilicate
Glass)膜39で覆われ、ゲートパット電極31
とツェナーダイオード32の中心部のN+型領域52が
コンタクトし、ツェナーダイオード32の外周部はMO
SFETのソース電極37にコンタクトしている。
Further, the polysilicon upper surface is BPSG
(Boron PhosphorusSilicate
Glass) film 39 and the gate pad electrode 31
And the N + -type region 52 at the center of the Zener diode 32 is in contact with the outer periphery of the Zener diode 32.
It is in contact with the source electrode 37 of the SFET.

【0022】図6にかかるパワーMOSFETの等価回
路図を示す。図6では、ゲート端子Gとソース端子S間
にツェナーダイオードZD(図4 符号32)が接続さ
れ、ゲート端子Gとゲート電極間には保護用の抵抗体R
P(図4 符号33)が接続される。なおダイオードDI
は基板ダイオードであり、ドレイン端子Dとソース端子
S間に接続される。
FIG. 6 shows an equivalent circuit diagram of the power MOSFET. In FIG. 6, a Zener diode Z D (reference numeral 32 in FIG. 4) is connected between the gate terminal G and the source terminal S, and a protection resistor R is provided between the gate terminal G and the gate electrode.
P (33 in FIG. 4) is connected. The diode D I
Is a substrate diode, which is connected between the drain terminal D and the source terminal S.

【0023】[0023]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のパワーM
OSFETでは静電気によるゲート酸化膜の破壊を防止
するために、例えばゲート酸化膜に30Vの電圧がかか
る場合にはツェナーダイオードで15Vのツェナー電圧
で降伏させて保護している。しかし、MOSFETのO
FF時でも、ツェナーダイオードのPN接合のリーク電
流が約0.5μAと大きく、このリーク電流によるツェナ
ーダイオードでの電力消費が問題となっていた。
The conventional power M
In the OSFET, in order to prevent the gate oxide film from being damaged by static electricity, for example, when a voltage of 30 V is applied to the gate oxide film, the gate oxide film is protected by breakdown with a zener voltage of 15 V with a Zener diode. However, MOSFET O
Even at the time of FF, the leakage current of the PN junction of the Zener diode is as large as about 0.5 μA, and power consumption in the Zener diode due to the leakage current has been a problem.

【0024】[0024]

【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、ポリシリコン層に設けた一導電型領域およ
び逆導電型領域からなるツェナーダイオードを同心状に
複数個重ねたMOSFETの保護装置において、前記ツ
ェナーダイオードの中心部の一導電型領域の面積を縮小
し、接合面積を縮小することを特徴とするもので、電流
はその経路の面積に比例することから、ツェナーダイオ
ードのPN接合の面積を縮小することによりリーク電流
を低減できるツェナーダイオードを保護装置として有す
るパワーMOSFETを提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the above-mentioned problems. Wherein the area of one conductivity type region at the center of the Zener diode is reduced, and the junction area is reduced. Since the current is proportional to the area of the path, the PN junction of the Zener diode is reduced. An object of the present invention is to provide a power MOSFET having a Zener diode capable of reducing a leak current by reducing an area as a protection device.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1から図
3を参照して詳細に説明する。図1に本発明のパワーM
OSFETの平面図を示す。パワーMOSFETはゲー
トパッド電極1と、ツェナーダイオード2と、抵抗体3
と、ゲート連結電極4と実動作領域5とソース電極7と
で構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 shows the power M of the present invention.
1 shows a plan view of an OSFET. The power MOSFET has a gate pad electrode 1, a Zener diode 2, a resistor 3
, A gate connection electrode 4, an actual operation region 5, and a source electrode 7.

【0026】ゲートパッド電極1はツェナーダイオード
2上に設けられ、ツェナーダイオード2の中心部分とコ
ンタクトしている。また、点線の丸印で示すようにボン
ディングワイヤーで電極の取り出しが行われる。
The gate pad electrode 1 is provided on the Zener diode 2 and is in contact with the center of the Zener diode 2. Further, as shown by a dotted circle, the electrode is taken out by a bonding wire.

【0027】ツェナーダイオード2はポリシリコンに不
純物を導入して、ゲートパッド電極1の下に同心円の点
線で示すように形成され、中心部はゲートパッド電極1
とコンタクトし、最外周は各セル6のソース電極と連結
される。このツェナーダイオード2は、静電気によるゲ
ート酸化膜の破壊を防止するために設けられる。
The Zener diode 2 is formed by introducing impurities into the polysilicon, and is formed below the gate pad electrode 1 as shown by a concentric dotted line.
And the outermost periphery is connected to the source electrode of each cell 6. The Zener diode 2 is provided to prevent a gate oxide film from being damaged by static electricity.

【0028】抵抗体3はポリシリコンで形成され、静電
破壊を防止するための保護用の抵抗体であり、一端をゲ
ートパッド電極1に接続され、他端はゲート連結電極4
に接続されている。
The resistor 3 is made of polysilicon and is a protection resistor for preventing electrostatic breakdown. One end is connected to the gate pad electrode 1 and the other end is connected to the gate connection electrode 4.
It is connected to the.

【0029】ゲート連結電極4は各セル6のゲート電極
と接続され且つ実動作領域5の周囲に配置されている。
The gate connection electrode 4 is connected to the gate electrode of each cell 6 and is arranged around the actual operation area 5.

【0030】実動作領域5はこの中にパワーMOSFE
Tを構成する多数のMOSトランジスタのセル6が配列
されている。
The actual operation area 5 includes a power MOSFE therein.
A large number of MOS transistor cells 6 constituting T are arranged.

【0031】ソース電極7は実動作領域5上に各セル6
のソース領域と接続して設けられる。また、点線の丸印
で示すようにボンディングワイヤが熱厚着され、電極の
取り出しを行う。
The source electrode 7 is disposed on the actual operation area 5 in each cell 6.
Is provided in connection with the source region of. Further, as shown by a dotted circle, a bonding wire is thermally thickened to take out the electrode.

【0032】シールド電極8はその下のアニュラーリン
グとコンタクトして、チップ終端への空乏層の拡がりを
抑える。
The shield electrode 8 contacts the annular ring below the shield electrode 8 to prevent the depletion layer from spreading to the chip end.

【0033】図2に本発明のMOSFETの保護装置の
断面図を示す。尚、図1に示すものと同一構成要素は同
一符号とする。MOSFETの保護装置は半導体基板1
1上のチャネル層13に設けたトレンチ14とトレンチ
14内に形成したトレンチ型のMOSFETのセル6と
半導体基板11上に設けたポリシリコン層とポリシリコ
ン層に設けた一導電型領域21および逆導電型領域22
からなるツェナーダイオード2を同心円状に複数個重ね
た保護装置から構成される。
FIG. 2 is a sectional view of a MOSFET protection device according to the present invention. The same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. MOSFET protection device is semiconductor substrate 1
1, a trench 14 provided in the channel layer 13, a trench-type MOSFET cell 6 formed in the trench 14, a polysilicon layer provided on the semiconductor substrate 11, a one conductivity type region 21 provided in the polysilicon layer, and the reverse. Conductive region 22
And a protective device in which a plurality of zener diodes 2 are concentrically stacked.

【0034】図2の左側はトレンチ型のセル6の断面構
造を示す。
The left side of FIG. 2 shows a sectional structure of the trench type cell 6.

【0035】チャネル層13はN+型の半導体基板11
の上にN-型のエピタキシャル層からなるドレイン領域
12を設け、その表面にP型のイオンをドープして形成
する。
The channel layer 13 is an N + type semiconductor substrate 11
A drain region 12 made of an N -- type epitaxial layer is provided on the substrate, and the surface thereof is formed by doping P-type ions.

【0036】トレンチ14は、半導体基板11をエッチ
ングし、チャネル層13を貫通し、ドレイン領域12ま
で到達させる。
The trench 14 is formed by etching the semiconductor substrate 11, penetrating the channel layer 13, and reaching the drain region 12.

【0037】各セル6は、トレンチ14の内壁をゲート
酸化膜15で被膜し、トレンチ14にポリシリコンを充
填後、不純物を導入して低抵抗化を図り、ゲート電極1
6を設けて形成する。トレンチ14に隣接したチャネル
層13表面にはN+型のソース領域18が形成され、隣
り合う2つのセルのソース領域18間のチャネル層13
表面にはP+型のボディコンタクト領域19が形成され
る。さらにチャネル層13にはソース領域18からトレ
ンチ14に沿ってチャネル領域17が形成される。
In each of the cells 6, the inner wall of the trench 14 is coated with a gate oxide film 15, and after filling the trench 14 with polysilicon, impurities are introduced to reduce the resistance.
6 is formed. An N + type source region 18 is formed on the surface of the channel layer 13 adjacent to the trench 14, and the channel layer 13 between the source regions 18 of two adjacent cells is formed.
A P + type body contact region 19 is formed on the surface. Further, a channel region 17 is formed in the channel layer 13 from the source region 18 along the trench 14.

【0038】かかるセル6は図1の実動作領域5に多数
個配列される。具体的には小さい四角で表示したものが
1個のセルである。
A large number of such cells 6 are arranged in the actual operation area 5 of FIG. Specifically, one cell is represented by a small square.

【0039】ソース電極7は、トレンチ14上を層間絶
縁膜20で覆い、その上にソース領域18およびボディ
コンタクト領域19にコンタクトするように設ける。
The source electrode 7 is provided so as to cover the trench 14 with an interlayer insulating film 20 and to contact the source region 18 and the body contact region 19 thereon.

【0040】図2の右側に本発明のツェナーダイオード
2の断面構造を示す。
FIG. 2 shows the cross-sectional structure of the Zener diode 2 of the present invention on the right side.

【0041】ツェナーダイオード2は、チャネル層13
を覆うゲート酸化膜15上に、トレンチ14にポリシリ
コンを埋め込む時に堆積されたポリシリコンを用いて、
P型とN+型のイオンを交互に配置して形成される。こ
のPN接合は、その接合端をポリシリコン側面に露出し
ないように同心円状に閉ループの形状を採用する。さら
にPN接合の面積を縮小するために、中心のN+型領域
22の直径を縮小して形成する。
The Zener diode 2 includes a channel layer 13
On the gate oxide film 15 covering the gate electrode, using polysilicon deposited when the polysilicon is buried in the trench 14,
It is formed by alternately arranging P-type and N + -type ions. The PN junction adopts a concentric closed loop shape so that the junction end is not exposed to the polysilicon side surface. In order to further reduce the area of the PN junction, the central N + -type region 22 is formed with a reduced diameter.

【0042】つまり最初に全体にB+イオンをドーズ量
5×1014cm-2でドープしてP型領域21を形成した後、
ソース領域18のイオン注入時にフォトレジストにより
選択的にPOCL3を付着し、拡散(950℃、180分)してN+
型領域22を形成する。
That is, first, after doping the whole with B + ions at a dose of 5 × 10 14 cm −2 to form the P-type region 21,
At the time of ion implantation of the source region 18, POCL 3 is selectively adhered by a photoresist and diffused (950 ° C., 180 minutes) to form N +
A mold region 22 is formed.

【0043】このツェナーダイオード2は中心のN+
領域22の直径が6μm、P型領域21の幅が15μmに
なり、PN接合が同心円状に2重に形成される。中心の
+型領域22の直径を6μmにしたことにより、その
面積(円周)が縮小するので最内周のPN接合面積は大
幅に低減できる。
The Zener diode 2 has a central N + -type region 22 having a diameter of 6 μm and a P-type region 21 having a width of 15 μm, and has a double PN junction formed concentrically. By setting the diameter of the central N + type region 22 to 6 μm, the area (circumference) is reduced, so that the innermost PN junction area can be significantly reduced.

【0044】また、1つのPN接合あたりのツェナー電
圧が6〜7Vなので15Vのツェナー電圧を保証でき、
ゲート酸化膜15の保証値が10V系Nチャネル型パワ
ーMOSFETでは、中心から同心円状にN+型領域2
2−P型領域21−N+型領域22−P型領域21−N+
型領域22となる。
Since the Zener voltage per one PN junction is 6 to 7 V, a Zener voltage of 15 V can be guaranteed.
In an N-channel type power MOSFET in which the guaranteed value of the gate oxide film 15 is 10 V, the N + type region 2 is formed concentrically from the center.
2-P type region 21-N + type region 22-P type region 21-N +
It becomes the mold region 22.

【0045】ここで、中心部のN+型領域22を縮小す
ると、必然的にゲートパッド電極1とのコンタクト部分
の直径も小さくなってしまう。コンタクト径が小さすぎ
ると、金属との接触面積も小さくなり安定したオーミッ
ク性が得られなくなるので、中心のN+型領域22のコ
ンタクト部分を掘り下げて、溝23(直径4μm、深さ
0.3μm)を設け、この溝23の側面で金属との接触面
積を稼げば、安定したオーミック性が得られる。
Here, when the central N + type region 22 is reduced, the diameter of the contact portion with the gate pad electrode 1 is inevitably reduced. If the contact diameter is too small, the contact area with the metal becomes small and stable ohmic properties cannot be obtained. Therefore, the contact portion of the central N + -type region 22 is dug down to form the groove 23 (4 μm in diameter, depth of
If 0.3 μm) is provided and the contact area with the metal on the side surface of the groove 23 is increased, a stable ohmic property can be obtained.

【0046】一方、この構造になってもツェナーダイオ
ード2の大きさはゲートパッド電極1の下に収まる大き
さであり、セル密度への影響はない。
On the other hand, even with this structure, the size of the Zener diode 2 is small enough to fit under the gate pad electrode 1, and does not affect the cell density.

【0047】ツェナーダイオード2上面はBPSG(B
oron PhosphorusSilicate G
lass)膜9で覆われ、ゲートパット電極1とツェナ
ーダイオード2の中心部のN+型領域22がコンタクト
し、ツェナーダイオード2の外周部はMOSFETのソ
ース電極7にコンタクトしている。
The Zener diode 2 has a BPSG (B
oron PhosphorusSilicate G
The gate pad electrode 1 and the N + -type region 22 at the center of the Zener diode 2 are in contact with each other, and the outer periphery of the Zener diode 2 is in contact with the source electrode 7 of the MOSFET.

【0048】本発明の特徴はツェナーダイオード2の中
心のN+型領域22の直径を縮小して最内周のPN接合
の接合面積を縮小することにある。
A feature of the present invention is that the diameter of the N + -type region 22 at the center of the Zener diode 2 is reduced to reduce the junction area of the innermost PN junction.

【0049】電流はその経路に比例して流れることか
ら、ツェナーダイオード2のリーク電流を低減するには
リーク電流の経路であるツェナーダイオード2の接合面
積を縮小すればよい。中心部のN+型領域22の直径を
従来の136μmから6μmに縮小することにより面積
(円周)を縮小でき、最内周のPN接合面積も95.6%縮
小できる。
Since the current flows in proportion to the path, the leakage current of the Zener diode 2 can be reduced by reducing the junction area of the Zener diode 2 which is the path of the leakage current. The area (circumference) can be reduced by reducing the diameter of the central N + -type region 22 from 136 μm to 6 μm, and the innermost PN junction area can be reduced by 95.6%.

【0050】ツェナーダイオード2は2重構造で、最内
周とその外側にPN接合を有する構造となっており、具
体的には最内周のPN接合面積を従来に比べて95.6%縮
小すれば、それに伴い外側のPN接合面積も従来に比べ
て24.4%低減できる。
The Zener diode 2 has a double structure, and has a structure in which a PN junction is provided on the innermost periphery and the outer periphery thereof. Specifically, if the PN junction area on the innermost periphery is reduced by 95.6% as compared with the related art, Accordingly, the outer PN junction area can be reduced by 24.4% as compared with the conventional case.

【0051】ここで、ツェナーダイオード2は直列接続
されているので、トータルのリーク電流はいずれか小さ
い方のPN接合のリーク電流となり、本発明では最内周
のリーク電流がツェナーダイオード2のリーク電流とな
る。従ってツェナーダイオード2のリーク電流は、最内
周のPN接合面積縮小率と同じで従来に比べて95.6%の
大幅な低減ができる。
Here, since the Zener diodes 2 are connected in series, the total leak current is the leak current of the smaller PN junction, and in the present invention, the leak current at the innermost circumference is the leak current of the Zener diode 2. Becomes Accordingly, the leak current of the Zener diode 2 is the same as the PN junction area reduction rate at the innermost circumference, and can be greatly reduced by 95.6% as compared with the conventional case.

【0052】一方、中心部のN+型領域22が小さくな
るので必然的にゲートパッド電極1とのコンタクト径も
4μmに減少してしまうが、中心のN+型領域22を掘
り下げて溝23を形成することにより、溝23の側面で
の接触面積が増えるので、安定したオーミック性が得ら
れる。
On the other hand, since the central N + -type region 22 becomes smaller, the contact diameter with the gate pad electrode 1 necessarily decreases to 4 μm, but the central N + -type region 22 is dug down to form the groove 23. By forming, the contact area on the side surface of the groove 23 increases, so that a stable ohmic property can be obtained.

【0053】図3にかかるパワーMOSFETの等価回
路図を示す。本発明の等価回路図はは図6と同じであ
り、この図によれば、ゲート端子Gとソース端子S間に
ツェナーダイオードZD(図1 符号2)が接続され、
ゲート端子Gとゲート電極間には保護用の抵抗体R
P(図1 符号3)が接続される。なおダイオードDI
基板ダイオードであり、ドレイン端子Dとソース端子S
間に接続される。
FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of the power MOSFET according to the present invention. The equivalent circuit diagram of the present invention is the same as FIG. 6, and according to this diagram, a Zener diode Z D (reference numeral 2 in FIG. 1) is connected between the gate terminal G and the source terminal S,
A protective resistor R is provided between the gate terminal G and the gate electrode.
P (3 in FIG. 1) is connected. Note diode D I is a substrate diode, the drain terminal D and the source terminal S
Connected between them.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明に依れば、第1にトータルのリー
ク電流を大幅に低減できる。従来136μmであったツェ
ナーダイオード2の中心部の直径が6μmになるので、
中心部のN+型領域の面積(円周)が縮小され、最内周
のPN接合面積を95.6%低減できる。
According to the present invention, first, the total leak current can be greatly reduced. Since the diameter of the central portion of the Zener diode 2 which was conventionally 136 μm becomes 6 μm,
The area (circumference) of the central N + -type region is reduced, and the innermost PN junction area can be reduced by 95.6%.

【0055】リーク電流はその電流経路に比例するの
で、電流経路である接合面積の縮小に伴い、リーク電流
を95.6%と大幅に低減できる。これによりMOSFET
がOFFの場合のツェナーダイオード2での電力消費の
低減に大きく寄与する半導体装置を提供できる。
Since the leak current is proportional to the current path, the leak current can be greatly reduced to 95.6% as the junction area as the current path is reduced. This allows MOSFET
Can be provided, which greatly contributes to a reduction in power consumption in the Zener diode 2 when is OFF.

【0056】また、中心部を掘り下げて溝23を設けた
ことにより、溝23の側面でのゲートパッド電極との接
触面積を増やすことができるので、PN接合面積を縮小
しても安定したオーミック性が得られる。
Further, since the groove 23 is formed by digging down the central portion, the contact area with the gate pad electrode on the side surface of the groove 23 can be increased. Is obtained.

【0057】第2に個々のツェナーダイオード2の個数
を増やしても、ツェナーダイオード2の大きさはゲート
パッド電極1の下部に収まるため、従来のセル密度を減
らさずにリーク電流を低減できる利点を有する。
Second, even if the number of the individual Zener diodes 2 is increased, the size of the Zener diode 2 can be accommodated below the gate pad electrode 1, so that there is an advantage that the leak current can be reduced without reducing the conventional cell density. Have.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のMOSFETの保護装置を説明する平
面図である。
FIG. 1 is a plan view illustrating a MOSFET protection device according to the present invention.

【図2】本発明のMOSFETの保護装置を説明する断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a MOSFET protection device according to the present invention.

【図3】本発明のMOSFETの保護装置の等価回路を
説明する回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a MOSFET protection device according to the present invention.

【図4】従来のMOSFETの保護装置を説明する平面
図である。
FIG. 4 is a plan view illustrating a conventional MOSFET protection device.

【図5】従来のMOSFETの保護装置を説明する断面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a conventional MOSFET protection device.

【図6】従来のMOSFETの保護装置の等価回路を説
明する回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of a conventional MOSFET protection device.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ポリシリコン層に設けた一導電型領域およ
び逆導電型領域からなるツェナーダイオードを同心状に
複数個重ねたMOSFETの保護装置において、前記ツ
ェナーダイオードの中心部の一導電型領域の面積を縮小
し、接合面積を縮小することを特徴とするとするMOS
FETの保護装置。
1. A protection device for a MOSFET in which a plurality of zener diodes comprising a one conductivity type region and a reverse conductivity type region provided on a polysilicon layer are concentrically stacked, wherein the one conductivity type region at the center of the zener diode is provided. MOS characterized in that the area is reduced and the junction area is reduced.
FET protection device.
【請求項2】前記ツェナーダイオード中心部に溝を設
け、ゲートパッド電極との接触面積を大きくすることを
特徴とする請求項1に記載のMOSFETの保護装置。
2. The MOSFET protection device according to claim 1, wherein a groove is provided in a center portion of said Zener diode to increase a contact area with a gate pad electrode.
【請求項3】前記ツェナーダイオードをゲートパッド電
極の下に設けることを特徴とする請求項1に記載のMO
SFETの保護装置。
3. The MO according to claim 1, wherein said Zener diode is provided below a gate pad electrode.
SFET protection device.
【請求項4】前記ツェナーダイオードの中心部を入力端
子に接続し、外周部をMOSFETのソース電極に接続
することを特徴とする請求項3に記載のMOSFETの
保護装置。
4. The MOSFET protection device according to claim 3, wherein a central portion of the Zener diode is connected to an input terminal, and an outer peripheral portion is connected to a source electrode of the MOSFET.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010034188A (en) * 2008-07-28 2010-02-12 Nec Electronics Corp Semiconductor device

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