JP2002050760A - 絶縁ゲート型電界効果半導体装置 - Google Patents
絶縁ゲート型電界効果半導体装置Info
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Abstract
しては格子状またはストライプ状に形成する方法がある
が、格子状の場合はボディコンタクト領域のコンタクト
不良によるリーク電流の発生があり、ストライプ状では
オン抵抗が向上できないなどの問題があった。 【解決手段】本発明はストライプ状のトレンチにおい
て、隣接するトレンチを半導体基板上で幅広部と幅狭部
ができるように曲折して形成し、隣接する幅広部と幅狭
部を交互に配置して幅広部にボディコンタクト領域を配
置するものである。この形状により電位の安定性を向上
させ、リーク電流を低減できる。さらに、オン抵抗も低
減でき、単位面積あたりのチャネル幅を向上させながら
ルール上有利となる利点を有する。
Description
果半導体装置に係り、特にオン抵抗を低減し、基板電位
の安定性を向上してドレイン−ソース間のリーク電流を
低減する絶縁ゲート型電界効果半導体装置に関する。
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、そのためには微細化によりセルピッチを
縮小するなどしてセルの高集積化を図り、単位面積あた
りのチャネル幅を広げることが主な技術となっている。
るトレンチ型のパワーMOSFETの上面図を示す。
MOSFETの上面図である。トレンチ型MOSFET
は、格子状のトレンチ27と、トレンチ27に埋設され
たゲート電極32と、トレンチ27に沿って設けられた
ソース領域33と、ソース領域33に囲まれた領域に設
けたボディコンタクト領域35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。
SFETの1つのセル38となる。
領域上で約5μm間隔の格子状に形成し、内壁をゲート
酸化膜(図示せず)で被覆する。
リコンを埋設し、不純物を導入して低抵抗化を図る。
けられ、四角またはそれに準じる形状になる。これによ
り、電流経路となる単位面積あたりのチャネル領域の幅
(チャネル幅)を増やすことができ、オン抵抗が低減で
きる。
定化のために、2μm程度四方の正方形もしくはそれに
準じる形状で、ソース領域33に囲まれて島状に形成さ
れる。
3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。
したMOSFETの上面図である。トレンチ27を約5
μm間隔のストライプ状に形成するので、それに沿って
設けられるソース領域33もストライプ状になり、複数
のセル38間でソース領域33は連続している。ボディ
コンタクト領域35はソース領域33のほぼ中心部に、
ソース領域33と隣接して島状に複数形成する。
クト領域35がコンタクト不良となっても、格子状に形
成した場合と異なり、チャネル領域(図示せず)は連続
しているため、基板の電位は安定する。
FETの構造をNチャネル型を例に示す。
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。
面にはN+型のソース領域33が形成され、隣り合う2
つのセル38のソース領域33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35を設ける。さら
にチャネル層24にはソース領域33からトレンチ27
に沿ってチャネル領域34が形成される。
い、ソース領域33およびボディコンタクト領域35に
コンタクトするソース電極37を設ける。
の形状では次のような問題があった。
ンでは、1つのセル38がトレンチ27に囲まれて島状
になり、高集積化を図るためにボディコンタクト領域3
5は微小な面積に形成される。このためソース電極37
をスパッタするときに混入させるシリコンの粒(シリコ
ンノジュール)がボディコンタクト領域35を塞いでし
まうことがあり、その結果ゲート電極32により誘起さ
れたチャネル領域34の電荷の逃げ道がなくなってしま
う。
域34の電位が浮き、あたかも常にゲート電極32によ
って電圧が印加されていると同じ状態となり、チャネル
が開いた状態になる。その結果、そのセル38から電流
がリークし、それがドレイン−ソース間のリーク電流の
原因となると考えられる。
するパターンでは、1つのセル38でボディコンタクト
領域35がコンタクト不良となっても複数のセル38間
でチャネル領域34は連続している。そのため、シリコ
ンノジュールの影響を受けず、基板の電位はトレンチ2
7を格子状に形成した場合よりも安定する。その結果、
ドレイン−ソース間のリーク電流は発生しないと考えら
れる。
では各トレンチ27の間隔をボディコンタクト領域35
の大きさ(幅約2μm程度)に合わせて設計するので、
格子状のトレンチに比べて単位面積あたりのチャネル領
域34を多くできない。従ってオン抵抗に関しては、格
子状に形成した場合よりも不利となり、低オン抵抗化に
は不向きであった。
みてなされ、ドレイン領域となる半導体基板と、該基板
表面に設けたストライプ状の複数のトレンチと、該トレ
ンチ表面に設けたゲート絶縁膜と、前記トレンチに埋め
込まれたゲート電極と、前記トレンチに隣接し前記基板
表面に設けたソース領域とを具備する絶縁ゲート型電界
効果半導体装置において、前記トレンチを曲折させて隣
接するトレンチで挟まれる基板表面に幅広部と幅狭部を
設け、前記幅広部にボディコンタクト領域を形成するこ
とを特徴とするもので、ボディコンタクト領域でコンタ
クト不良になった場合でも基板電位の安定性を向上して
リーク電流を防ぎ、且つ低オン抵抗化が図れる絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置を提供できる。
3を参照して詳細に説明する。
面図である。
となる半導体基板表面に設けたストライプ状で曲折した
複数のトレンチ7と、トレンチ7に埋め込まれたゲート
電極12と、トレンチ7に隣接し基板表面に設けたソー
ス領域13と、ソース領域13に隣接して設けられたボ
ディコンタクト領域15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。
SFETの1つのセル18となる。
となる半導体基板表面にストライプ状に複数本形成され
る。このとき隣接するトレンチ7で挟まれる基板表面に
幅広部と幅狭部ができるようにトレンチ7を曲折させ
る。例えば、幅狭部はボディコンタクト領域15よりも
幅を狭めて約1μmとし、幅広部はボディコンタクト領
域15よりも幅が充分広くなるように曲折させて約6μ
mとする。さらに隣接する幅狭部と幅広部を交互に配置
する。
コンを埋設し、不純物を導入して低抵抗化を図る。
導体基板表面に設けられる。曲折したストライプ状のト
レンチ7の形状に沿って設けられるので、ソース領域1
3は複数のセル間で連続しており、また幅狭部にはソー
ス領域13のみを設けるので、単位面積あたりのソース
領域13の周辺長が従来の格子状のパターンよりも増加
する。つまり電流経路となる単位面積あたりのチャネル
領域の幅(チャネル幅)を増やすことができるので、オ
ン抵抗が低減できる。
安定化のために曲折したトレンチ7の幅広部でソース領
域13に隣接して2μm四方程度の正方形またはそれに
準じる形状に形成される。
FETの断面構造をNチャネル型を例に説明する。この
断面図は図1のX-X線の断面と対応している。
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表面でトレン
チ7に隣接して設けられた一導電型のソース領域13
と、隣接するソース領域13の間に設けられた逆導電型
のボディコンタクト領域15とから構成される。
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。
イオンを注入して設けられる。
レイン領域2まで到達している。トレンチ7はストライ
プ状で、隣接するトレンチ7により半導体基板表面に幅
広部と幅狭部ができるように曲折させる。幅広部のチャ
ネル層4表面にはトレンチ7に隣接してソース領域13
を設け、さらにソース領域13に隣接してボディコンタ
クト領域15を設ける。幅狭部のチャネル層4表面には
ソース領域13のみを設ける。さらに隣接する幅広部と
幅狭部を交互に配置する。
化して駆動電圧に応じて数百Åの厚みに形成される。
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。
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、曲折したストライプ状のトレンチ7に沿って
形成されるので、ソース領域13は複数のセル18間で
連続しており、また幅狭部のソース領域13により、従
来のパターンに比べて単位面積あたりのソース領域13
の周辺長を稼ぐことができる。
路であるチャネル幅を増加させることになる。
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。ソース領域13に沿っ
て形成されるので、チャネル領域14は複数のセル18
間で連続しており、1つのセル18でボディコンタクト
領域15がコンタクト不良になる場合でもチャネル領域
14の電位が浮かず、ドレイン−ソース間のリーク電流
を防げる。
によって設けられた幅広部のチャネル層4表面で隣接す
るソース領域13の間にP+型イオンを導入して幅2μm
程度に形成され、基板の電位安定化のために用いられ
る。
2上を覆うように酸化膜を堆積する。
膜をスパッタして形成する。
7を曲折させて隣接するトレンチ7で挟まれる基板表面
に幅広部と幅狭部を設け、隣接する幅広部と幅狭部を交
互に配置し、幅広部にソース領域13とボディコンタク
ト領域15を形成し、幅狭部にソース領域13のみを形
成することにある。
ンチ7の間隔を約1μmまで大幅に狭めることができ、
トレンチ7の数を増やせる。その結果、従来のパターン
に比べて単位面積あたりのソース領域13の周辺長を稼
げるので、電流経路であるチャネル幅も増加する。
よびストライプ状ともに25μm2で、トレンチ幅が1μm
であり、チャネル幅が格子状で16μm、ストライプ状で
10μmとなるので、単位面積あたりのチャネル幅は格子
状の場合0.64(16/25)μm、従来のストライプ状の場
合が0.4(10/25)μmとなる。本発明の実施の形態では、
隣接する幅狭部のトレンチの間隔が1μm、セル面積30
μm2、トレンチ幅1μm、チャネル幅が24μmとなる
ので、単位面積あたりのチャネル幅は0.8(24/30)μmと
なる。
で有利であった格子状のパターンに比べて単位面積あた
りのチャネル幅が25%増加する。オン抵抗は単位面積あ
たりのチャネル幅に比例して低減するので、オン抵抗が
25%低減できることになる。
ス領域13およびチャネル領域14は複数のセル18間
で連続しており、1つのセル18でボディコンタクト領
域15がシリコンノジュールなどで塞がれた場合でもそ
のセル18のチャネル領域14の電位が浮かず、ドレイ
ン−ソース間のリーク電流を防ぐことができる。
上させてもルール上有利となる。
領域15の周辺で六角形になるようにトレンチ7を曲折
しても同等の効果が得られる。
曲折させて幅広部と幅狭部を設けることにより、幅広部
にソース領域13とボディコンタクト領域15を形成
し、幅狭部にはソース領域13のみを形成できる。つま
り隣接するトレンチ7の間隔を幅狭部で従来より大幅に
狭めることができ、トレンチ7の数が増加する。
積あたりのチャネル幅が増加し、オン抵抗が低減でき
る。具体的にはオン抵抗で有利であった従来の格子状の
パターンに比べて単位面積あたりのチャネル幅が25%増
加するので、オン抵抗は25%と大幅に低減できることに
なる。
ス領域13およびチャネル領域14は複数のセル18間
で連続しており、1つのセル18でボディコンタクト領
域15がシリコンノジュールなどで塞がれた場合でもそ
のセル18のチャネル領域14の電位が浮かず、基板電
位の安定性が向上する。従ってドレイン−ソース間のリ
ーク電流を防ぐことができる。
上させてもルール上有利となる。
を兼ね備え、単位面積あたりのチャネル幅を向上させて
もルール上有利となる絶縁ゲート型電界効果半導体装置
を提供できる。
明する上面図である。
明する断面図である。
明する上面図である。
する上面図である。
する上面図である。
する断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 ドレイン領域となる半導体基板と、該基
板表面に設けたストライプ状の複数のトレンチと、該ト
レンチ表面に設けたゲート絶縁膜と、前記トレンチに埋
め込まれたゲート電極と、前記トレンチに隣接し前記基
板表面に設けたソース領域とを具備する絶縁ゲート型電
界効果半導体装置において、前記トレンチを曲折させて
隣接するトレンチで挟まれる基板表面に幅広部と幅狭部
を設け、前記幅広部にボディコンタクト領域を形成する
ことを特徴とする絶縁ゲート型電界効果半導体装置。 - 【請求項2】 前記幅狭部はボディコンタクト領域の大
きさより幅狭にすることを特徴とする請求項1に記載の
絶縁ゲート型電界効果半導体装置。 - 【請求項3】 隣接する前記幅狭部と前記幅広部を交互
に配置することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置。
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