JP2002368210A - Power mos transistor - Google Patents

Power mos transistor

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JP2002368210A JP2001170861A JP2001170861A JP2002368210A JP 2002368210 A JP2002368210 A JP 2002368210A JP 2001170861 A JP2001170861 A JP 2001170861A JP 2001170861 A JP2001170861 A JP 2001170861A JP 2002368210 A JP2002368210 A JP 2002368210A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power MOS transistor which can have a desired sub strate potential, while being reduced in element area. SOLUTION: A channel region is formed in the surface layer of an N-type silicon substrate 1, and a source area is formed in the surface layer of the channel region. On the surface side of the N-type silicon substrate 1, a gate electrode is arranged at least to a portion of the channel region across a gate insulating film. On the top surface side of the N-type silicon substrate 1, a source electrode is arranged in contact with the source region through a contact hole. In neither the contact hole for a source nor a source cell at its peripheral part, a body contact region to be at the substrate potential is provided, a body contact region 14 is provided outside the source cell, and another electrode 15 is extended from the source electrode.

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】この発明はパワーMOSトラ
ンジスタに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術として、多層配線構造を用いた
ストライプ型LDMOSにおいては、多層配線を用いる
ことによって配線領域を縮小して配線抵抗を低減するこ
とができる。この構造の一例を図20,21に示す。こ
の場合、図20の平面図で示すごとくストライプ型のコ
ンベンショナル構造を有している。そして、ソース・ド
レイン・ゲートの各端子はそれぞれ別の配線を引き出し
ているが、基板電位に関しては、図21に示すごとくソ
ースセルにおいてコンタクトホール100を大きくしN
+ソース領域101に加えてP+ボディコンタクト領域1
02を形成してソースと共通で基板電位をとっている。
また、基板電位とソースの電位を独立に制御するには、
図22に示すように、ソースセルにおけるコンタクト部
分を大きくする必要があり、ソースセルの占有面積が大
きくなり、その結果、素子面積が大きくなってしまう問
題があった。
2. Description of the Related Art As a conventional technique, in a stripe type LDMOS using a multilayer wiring structure, a wiring area can be reduced by using a multilayer wiring to reduce wiring resistance. An example of this structure is shown in FIGS. In this case, as shown in the plan view of FIG. 20, it has a stripe type conventional structure. Each terminal of the source, drain, and gate leads a different wiring. However, regarding the substrate potential, as shown in FIG.
+ P + body contact region 1 in addition to source region 101
02 is formed to have a substrate potential common to the source.
To control the substrate potential and the source potential independently,
As shown in FIG. 22, it is necessary to increase the contact portion in the source cell, and the area occupied by the source cell increases, which results in a problem that the element area increases.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、その目的は、素子面積の
縮小化を図りつつ所望の基板電位をとることができるパ
ワーMOSトランジスタを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under such a background, and an object of the present invention is to provide a power MOS transistor which can obtain a desired substrate potential while reducing the element area. To provide.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のパワー
MOSトランジスタは、ソースまたはエミッタ用コンタ
クトホール内及びその周辺部であるソースまたはエミッ
タセルの内部には基板電位をとるためのボディコンタク
ト領域を設けずに当該セルの外部においてボディコンタ
クト領域を設けたことを特徴としている。これにより、
素子面積の縮小化を図りつつ所望の基板電位をとること
ができる。
In the power MOS transistor according to the present invention, a body contact region for obtaining a substrate potential is provided in a source or emitter contact hole and in a source or emitter cell at a peripheral portion thereof. Is provided, and a body contact region is provided outside the cell. This allows
A desired substrate potential can be obtained while reducing the element area.

【0005】請求項2に記載のパワーMOSトランジス
タは、請求項1に記載のパワーMOSトランジスタにお
いて、ソースまたはエミッタセルの外部に設けたボディ
コンタクト領域から、ソースまたはエミッタ電極とは別
の電極を延設したことを特徴としている。そして、請求
項3に記載のように、ソースまたはエミッタセルの外部
に設けたボディコンタクト領域から延びる電極に基板電
位を制御する基板電位制御回路を接続する。これによ
り、汎用性が増すことになる。
A power MOS transistor according to a second aspect of the present invention is the power MOS transistor according to the first aspect, wherein an electrode different from the source or emitter electrode is extended from a body contact region provided outside the source or emitter cell. It is characterized by having been established. Then, a substrate potential control circuit for controlling the substrate potential is connected to an electrode extending from the body contact region provided outside the source or emitter cell. This will increase versatility.

【0006】請求項4に記載のパワーMOSトランジス
タは、請求項3に記載のパワーMOSトランジスタにお
いて、基板電位制御回路は、ゲート電極と基板の電位差
をトランジスタのオン・オフで一定とする電圧を加える
ものであることを特徴としている。これにより、スイッ
チング特性を向上させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the power MOS transistor according to the third aspect, the substrate potential control circuit applies a voltage for making the potential difference between the gate electrode and the substrate constant by turning on and off the transistor. It is characterized by being. Thereby, switching characteristics can be improved.

【0007】請求項5に記載のパワーMOSトランジス
タは、請求項3に記載のパワーMOSトランジスタにお
いて、基板電位制御回路は、トランジスタ・オフ時に基
板に逆バイアスをかけるものであることを特徴としてい
る。これにより、閾値電圧Vtの最適化を図ることがで
きる。
A power MOS transistor according to a fifth aspect of the present invention is the power MOS transistor according to the third aspect, wherein the substrate potential control circuit applies a reverse bias to the substrate when the transistor is off. Thereby, the threshold voltage Vt can be optimized.

【0008】請求項6に記載のパワーMOSトランジス
タは、請求項3に記載のパワーMOSトランジスタにお
いて、ボディコンタクト領域がトランジスタ形成領域内
において複数設けられ、基板電位制御回路は、各ボディ
コンタクト領域に対応するトランジスタセルを独立して
オン・オフ制御するようにしたものであることを特徴と
している。これにより、素子全体の出力電流の制御を行
うことができるようになる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the power MOS transistor of the third aspect, a plurality of body contact regions are provided in the transistor forming region, and the substrate potential control circuit corresponds to each body contact region. This is characterized in that the on / off control of the transistor cell is controlled independently. This makes it possible to control the output current of the entire device.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。図1に、本実施の形
態におけるパワーMOSトランジスタの平面図を示す。
このパワーMOSトランジスタは、NチャネルLDMO
Sであり、ストライプ型のコンベンショナル構造を有し
ている。また、図6の縦断面図で示すごとく、多層配線
構造を用いたストライプ型LDMOSでもある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a plan view of a power MOS transistor according to the present embodiment.
This power MOS transistor is an N-channel LDMO
S, which has a stripe-type conventional structure. Further, as shown in the vertical cross-sectional view of FIG. 6, it is a stripe type LDMOS using a multilayer wiring structure.

【0010】図2には、半導体基板の最表層での平面図
を示し、セル(ソースセルS、ドレインセルD、基板コ
ンタクトセルB)の配置を示す。図3にはセル上でのゲ
ート配線17を示し、図4にはソース第2層配線18と
ドレイン第2層配線19を示す。さらに、図5には基板
電位配線22を示す。
FIG. 2 is a plan view of the outermost layer of the semiconductor substrate, showing the arrangement of cells (source cell S, drain cell D, and substrate contact cell B). FIG. 3 shows the gate wiring 17 on the cell, and FIG. 4 shows the source second-layer wiring 18 and the drain second-layer wiring 19. FIG. 5 shows a substrate potential wiring 22.

【0011】図6は、図1のU−U線(ドレインセル・
ソースセル・ドレインセル)での縦断面図である。ま
た、図7は、図1のV−V線(ドレインセル・基板コン
タクトセル・ドレインセル)での縦断面図である。ま
た、図8は、図1のW−W線(基板コンタクトセル・ソ
ースセル・ソースセル・ソースセル)での縦断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view taken along line U--U of FIG.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a (source cell / drain cell). FIG. 7 is a longitudinal sectional view taken along line VV (drain cell / substrate contact cell / drain cell) of FIG. FIG. 8 is a longitudinal sectional view taken along line WW (substrate contact cell / source cell / source cell / source cell) of FIG.

【0012】図6のソースセルにおいて、N型シリコン
基板(第1導電型の半導体領域)1の表層部にはチャネ
ルPウェル領域2が形成されるとともに、チャネルPウ
ェル領域2の表層部にはN+ソース領域3が形成されて
いる。また、N型シリコン基板1の表面側(上面側)に
おいて、少なくともチャネルPウェル領域2の一部領域
に対しゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)4を介してポリシ
リコンゲート電極5が配置されている。このポリシリコ
ンゲート電極5はシリコン酸化膜6にて覆われている。
さらに、N型シリコン基板1の表面側(上面側)におい
て、シリコン酸化膜6の上にはアルミによるソース電極
(ソース第1層配線)7が配置されており、このソース
電極(アルミ層)7はコンタクトホール8を通してN+
ソース領域3と接触している。コンタクトホール8内及
びその周辺部がソースセルとなり、このようなソースセ
ルが、図2に示すように多数形成されている。特に、ソ
ースセルSのレイアウトに関して、ソースセルSは直線
的に連続して並べられるとともに、この列を成すソース
セル群が、多数並設されている。
In the source cell of FIG. 6, a channel P well region 2 is formed in a surface layer portion of an N type silicon substrate (a semiconductor region of the first conductivity type) 1 and a channel P well region 2 is formed in a surface layer portion of the channel P well region 2. An N + source region 3 is formed. On the surface side (upper surface side) of N-type silicon substrate 1, a polysilicon gate electrode 5 is arranged via a gate oxide film (gate insulating film) 4 at least for a part of channel P well region 2. . The polysilicon gate electrode 5 is covered with a silicon oxide film 6.
Further, on the front side (upper side) of the N-type silicon substrate 1, a source electrode (source first layer wiring) 7 made of aluminum is arranged on the silicon oxide film 6, and the source electrode (aluminum layer) 7 is formed. Is N + through contact hole 8
It is in contact with the source region 3. A source cell is formed in the contact hole 8 and its peripheral portion, and a large number of such source cells are formed as shown in FIG. In particular, with respect to the layout of the source cells S, the source cells S are linearly and continuously arranged, and a large number of source cell groups forming this column are arranged.

【0013】さらに、図6のドレインセルにおいて、N
型シリコン基板1の表層部にはNウェル層9が形成され
るとともに、Nウェル層9の表層部にはN+領域10が
形成されている。前述のシリコン酸化膜6の上にはアル
ミによるドレイン電極(ドレイン第1層配線)11が配
置されており、このドレイン電極(アルミ層)11はコ
ンタクトホール12を通してN+領域10と接触してい
る。コンタクトホール12内及びその周辺部がドレイン
セルとなり、このようなドレインセルが、図2に示すよ
うに多数形成されている。特に、ドレインセルDのレイ
アウトに関して、ドレインセルDは直線的に連続して並
べられるとともに、この列を成すドレインセル群が、多
数並設されている。図2においてソースセルの列とドレ
インセルの列は交互に配置されている。
Further, in the drain cell of FIG.
An N well layer 9 is formed in a surface layer portion of the mold silicon substrate 1, and an N + region 10 is formed in a surface layer portion of the N well layer 9. A drain electrode (drain first layer wiring) 11 made of aluminum is arranged on the silicon oxide film 6 described above, and this drain electrode (aluminum layer) 11 is in contact with the N + region 10 through a contact hole 12. . The inside of the contact hole 12 and the periphery thereof become drain cells, and a large number of such drain cells are formed as shown in FIG. In particular, regarding the layout of the drain cells D, the drain cells D are arranged linearly and continuously, and a large number of drain cell groups forming this column are arranged in parallel. In FIG. 2, the columns of the source cells and the columns of the drain cells are arranged alternately.

【0014】また、図6に示すように、セル間(例え
ば、ソース・ドレインセル間)にはLOCOS酸化膜1
3が形成されている。さらに、列を成して並べられたソ
ースセル群において本来ソースセルが配置されるべき位
置において図7の基板コンタクトセルが形成されてい
る。この基板コンタクトセルにおいて、N型シリコン基
板1の表層部にPウェル層2が形成されるとともに、P
ウェル層2の表層部にはP+ボディコンタクト領域14
が形成されている。前述のシリコン酸化膜6の上にはア
ルミ等の金属よりなる基板電位専用電極15が配置され
ており、この基板電位専用電極(アルミ層)15はコン
タクトホール16を通してP+ボディコンタクト領域1
4と接触している。コンタクトホール16内及びその周
辺部が基板コンタクトセルとなり、このような基板コン
タクトセルが、図2に示すように多数形成されている。
特に、基板コンタクトセルBのレイアウトに関して、基
板コンタクトセルBはソースセル列内において数セルお
きに配置されている。
As shown in FIG. 6, a LOCOS oxide film 1 is provided between cells (for example, between a source and a drain cell).
3 are formed. Further, the substrate contact cell of FIG. 7 is formed at a position where the source cell is to be originally arranged in the source cell group arranged in a row. In this substrate contact cell, a P well layer 2 is formed in a surface layer portion of an N-type silicon substrate 1 and a P well layer 2 is formed.
The P + body contact region 14 is provided on the surface layer of the well layer 2.
Are formed. A substrate potential dedicated electrode 15 made of a metal such as aluminum is arranged on the silicon oxide film 6. The substrate potential dedicated electrode (aluminum layer) 15 passes through the contact hole 16 to the P + body contact region 1.
4 is in contact. The inside of the contact hole 16 and the periphery thereof become substrate contact cells, and a large number of such substrate contact cells are formed as shown in FIG.
In particular, regarding the layout of the substrate contact cells B, the substrate contact cells B are arranged every few cells in the source cell row.

【0015】即ち、ストライプ型LDMOSにおいては
それぞれのソースセルの列で基板部分が共通であること
を利用してソースセルの列の一部に基板電位コンタクト
専用の領域を設けている。これにより、素子面積を増加
することなく基板電位をソースと独立に制御することが
可能となる。
That is, in the stripe type LDMOS, a region dedicated to the substrate potential contact is provided in a part of the source cell column by utilizing the fact that the substrate portion is common in each source cell column. Thus, the substrate potential can be controlled independently of the source without increasing the element area.

【0016】多層配線構造に関して、図3に示すように
ゲート配線17が配置されており、前述のポリシリコン
ゲート電極5は素子(トランジスタ形成領域)の外周部
で配線17と接続されている。また、図4に示すように
ソース第2層配線18およびドレイン第2層配線19が
形成されている。ソース第2層配線18はビアホール2
0を通して1層目のソース配線(ソース電極)7と接続
されている。一方、図4のドレイン第2層配線19はビ
アホール21を通して1層目のドレイン配線(ドレイン
電極)11と接続されている。さらに、図5に示すよう
に基板電位配線22が形成されており、この基板電位配
線22は各基板コンタクトセルBの基板電位専用電極1
5と接続されている。よって、各所における基板電位を
共通の配線22にて取り出すことができる。
In the multilayer wiring structure, a gate wiring 17 is arranged as shown in FIG. 3, and the above-mentioned polysilicon gate electrode 5 is connected to the wiring 17 at the outer periphery of the element (transistor formation region). Further, as shown in FIG. 4, a source second-layer wiring 18 and a drain second-layer wiring 19 are formed. The source second layer wiring 18 is connected to the via hole 2
0 is connected to the source wiring (source electrode) 7 of the first layer. On the other hand, the second-layer drain wiring 19 in FIG. 4 is connected to the first-layer drain wiring (drain electrode) 11 through the via hole 21. Further, as shown in FIG. 5, a substrate potential wiring 22 is formed, and this substrate potential wiring 22
5 is connected. Therefore, the substrate potential at each location can be extracted by the common wiring 22.

【0017】図6,7,8で多層配線構造を説明する
と、ドレイン電極(アルミ層)11およびソース電極
(アルミ層)7の上にはシリコン酸化膜23が形成さ
れ、その上にソース第2層配線18とドレイン第2層配
線19が形成されている。
Referring to FIGS. 6, 7, and 8, the multilayer wiring structure will be described. A silicon oxide film 23 is formed on a drain electrode (aluminum layer) 11 and a source electrode (aluminum layer) 7, and a source second layer is formed thereon. A layer wiring 18 and a drain second layer wiring 19 are formed.

【0018】このようなMOSFETにおいては、図6
に示すように、ポリシリコンゲート電極5への電圧印加
により、ドレイン電極(アルミ層)11から電流が、N
+領域10→Nウェル層9→チャネルPウェル領域2の
表層部→N+領域3→ソース電極(アルミ層)7へと流
れる。
In such a MOSFET, FIG.
As shown in FIG. 5, when a voltage is applied to the polysilicon gate electrode 5, a current from the drain electrode (aluminum layer) 11 becomes N
+ Region 10 → N well layer 9 → surface layer of channel P well region 2 → N + region 3 → source electrode (aluminum layer) 7.

【0019】回路構成としては、図9に示すように、チ
ップ内においてパワーMOSトランジスタTr1とゲー
ト駆動回路30と基板電位制御回路40が形成されてい
る。パワーMOSトランジスタTr1にはチップの外部
において負荷が接続されている。この外部負荷がパワー
MOSトランジスタTr1のドレイン側に配置され、ソ
ースは接地し、高電位とグランド側との間に配置される
負荷に対してグランド側にパワーMOSトランジスタT
r1を配置している。ゲート駆動回路30にはバッファ
31が備えられ、トランジスタ駆動指令信号(トランジ
スタのオン・オフ信号)φ0がバッファ31を介してパ
ワーMOSトランジスタTr1のゲート端子に入力され
る。基板電位制御回路40にはオペアンプ41と抵抗4
2,43が備えられ、前述のトランジスタ駆動指令信号
φ0を反転した信号が抵抗43を介してオペアンプ41
の非反転入力端子に入力される。また、オペアンプ41
には正電源電圧(+12ボルト)と負電源電圧(−12
ボルト)が接続されている。さらに、オペアンプ41の
出力端子は図5の基板電位配線22を介して各基板コン
タクトセルBの基板電位専用電極15と接続されてい
る。
As a circuit configuration, as shown in FIG. 9, a power MOS transistor Tr1, a gate drive circuit 30, and a substrate potential control circuit 40 are formed in a chip. A load is connected to the power MOS transistor Tr1 outside the chip. This external load is arranged on the drain side of the power MOS transistor Tr1, the source is grounded, and the power MOS transistor T1 is connected to the ground side with respect to the load arranged between the high potential and the ground side.
r1 is arranged. The gate drive circuit 30 is provided with a buffer 31, and a transistor drive command signal (transistor ON / OFF signal) φ0 is input to the gate terminal of the power MOS transistor Tr1 via the buffer 31. The substrate potential control circuit 40 includes an operational amplifier 41 and a resistor 4
2 and 43, and a signal obtained by inverting the transistor drive command signal φ0 described above is supplied to the operational amplifier 41 via the resistor 43.
Is input to the non-inverting input terminal. The operational amplifier 41
Have a positive power supply voltage (+12 volts) and a negative power supply voltage (−12 volts).
Bolt) is connected. Further, the output terminal of the operational amplifier 41 is connected to the substrate potential dedicated electrode 15 of each substrate contact cell B via the substrate potential wiring 22 of FIG.

【0020】ここで、パワーMOSトランジスタ(LD
MOSトランジスタ)Tr1にはその構造上、寄生容量
C1ができ、この寄生容量C1の充放電によりスイッチ
ングに遅れが生じる。本回路構成では、トランジスタ・
オフ時(ゲート電圧=0ボルト)に基板電圧として−V
g(例えば、−5ボルト)を印加する。一方、トランジ
スタ・オン時(例えば、Vg=5ボルト)には基板電位
を0ボルトにする。このようにすることにより、ゲート
電位と基板電位間の電位差が一定になる。これにより、
寄生容量C1での充放電がなくなり、スイッチングの遅
れを小さくし、バッファ31の制御安定性が向上する。
Here, a power MOS transistor (LD)
The MOS transistor Tr1 has a parasitic capacitance C1 due to its structure, and charging and discharging of the parasitic capacitance C1 causes a delay in switching. In this circuit configuration, the transistor
When turned off (gate voltage = 0 volt), the substrate voltage is -V
g (eg, -5 volts). On the other hand, when the transistor is turned on (for example, Vg = 5 volts), the substrate potential is set to 0 volt. By doing so, the potential difference between the gate potential and the substrate potential becomes constant. This allows
There is no charge / discharge in the parasitic capacitance C1, the switching delay is reduced, and the control stability of the buffer 31 is improved.

【0021】このように、図2の素子本体については、
ソースセルS、ドレインセルDおよび基板コンタクトセ
ルBからなり、ソースセルS、ドレインセルDの列が交
互に配置され、基板コンタクトセルBはソースセル列内
に数セルおきに配置されている。そして、基板コンタク
ト部をソース部とは別に設けることにより、素子面積を
増加させることなく容易に基板電位をソース電位と独立
にし、基板電位を回路上で制御することが可能となる。
Thus, for the element body of FIG.
It comprises a source cell S, a drain cell D and a substrate contact cell B, and the columns of the source cell S and the drain cell D are alternately arranged, and the substrate contact cells B are arranged every few cells in the source cell column. By providing the substrate contact portion separately from the source portion, the substrate potential can be easily made independent of the source potential without increasing the element area, and the substrate potential can be controlled on a circuit.

【0022】また、それと同時に、図22に示すトラン
ジスタ構造におけるN+ソース領域101,101の間
にあった基板コンタクト用のP+領域102を別の位置
に配置することにより、素子自体の面積も縮小してい
る。
At the same time, by arranging the P + region 102 for substrate contact between the N + source regions 101 and 101 in the transistor structure shown in FIG. 22 at another position, the area of the element itself is reduced. ing.

【0023】以上説明してきたように、従来、LDMO
Sの基板電位コンタクトはソースコンタクトと共通にな
っていたが、本実施形態においては、基板コンタクトセ
ルBを独立に設け、基板電位をソース電位と分離してい
る。これにより、基板電位を独立に制御することができ
る。つまり、図6のソース用コンタクトホール8内及び
その周辺部であるソースセルの内部には基板電位をとる
ためのボディコンタクト領域を設けずに当該セルの外部
においてボディコンタクト領域14(図7参照)を設け
たことにより、素子面積の縮小化を図りつつ所望の基板
電位をとることができる。また、ソースセルの外部に設
けたボディコンタクト領域14から、ソース電極7とは
別の電極15を延設し、この電極15に基板電位を制御
する基板電位制御回路40を接続した。これにより、汎
用性が増すことになる。さらに、基板電位制御回路40
は、ゲート電極5と基板の電位差をトランジスタのオン
・オフで一定とする電圧を加えるものであり、これによ
り、スイッチング特性を向上させることができる。
As described above, the conventional LDMO
Although the S substrate potential contact was common to the source contact, in the present embodiment, the substrate contact cell B is provided independently to separate the substrate potential from the source potential. Thus, the substrate potential can be controlled independently. That is, the body contact region 14 (see FIG. 7) is provided outside the cell without providing a body contact region for obtaining a substrate potential in the source contact hole 8 in FIG. Is provided, a desired substrate potential can be obtained while reducing the element area. Further, an electrode 15 different from the source electrode 7 is extended from the body contact region 14 provided outside the source cell, and a substrate potential control circuit 40 for controlling the substrate potential is connected to the electrode 15. This will increase versatility. Further, the substrate potential control circuit 40
Applies a voltage that makes the potential difference between the gate electrode 5 and the substrate constant when the transistor is turned on and off, whereby the switching characteristics can be improved.

【0024】換言すると、パワーMOSトランジスタの
駆動回路としての基板電位制御回路40はゲート電極5
と基板の電位差をトランジスタのオン・オフで一定とす
る電圧を加えるものであり、そのための構造として、ソ
ース用コンタクトホール8内及びその周辺部であるソー
スセルの内部には基板電位をとるためのボディコンタク
ト領域を設けずにソースセルの外部においてボディコン
タクト領域14を設けるとともに、このボディコンタク
ト領域14から、ソース電極7とは別の電極15を延設
すればよい。
In other words, the substrate potential control circuit 40 as a drive circuit for the power MOS transistor has a gate electrode 5
A voltage for applying a voltage to make the potential difference between the substrate and the substrate constant by turning on and off the transistor is applied. For this purpose, a substrate potential is provided in the source contact hole 8 and the inside of the source cell at the periphery thereof. The body contact region 14 may be provided outside the source cell without providing the body contact region, and an electrode 15 different from the source electrode 7 may be extended from the body contact region 14.

【0025】以下に、応用例を説明する。図9に示した
回路構成以外にも図10に示す回路構成としてもよい。
図10において、基板に逆バイアスをかけると基板効果
によって閾値電圧Vtが上昇することを利用して、閾値
電圧Vtを回路50により制御することができる。詳し
くは、トランジスタ・オフ時(ゲート電圧=0ボルト)
には基板に逆バイアス(例えば、数ボルト)を印加して
閾値電圧Vtを高くしておく。また、トランジスタ・オ
ン時(例えば、Vg=5ボルト)には基板電位を0ボル
トにして閾値電圧Vtを下げる。このように、基板電位
制御回路としての基板バイアス回路50は、トランジス
タ・オフ時に基板に逆バイアスをかけるものであり、こ
れにより、閾値電圧Vtの最適化を図ることができる。
Hereinafter, an application example will be described. The circuit configuration shown in FIG. 10 may be used in addition to the circuit configuration shown in FIG.
In FIG. 10, the threshold voltage Vt can be controlled by the circuit 50 by utilizing the fact that the threshold voltage Vt increases due to the substrate effect when a reverse bias is applied to the substrate. For details, when the transistor is off (gate voltage = 0 volt)
, A reverse bias (for example, several volts) is applied to the substrate to increase the threshold voltage Vt. Further, when the transistor is turned on (for example, Vg = 5 volts), the substrate potential is set to 0 volts to lower the threshold voltage Vt. As described above, the substrate bias circuit 50 as the substrate potential control circuit applies a reverse bias to the substrate when the transistor is turned off, thereby optimizing the threshold voltage Vt.

【0026】換言すると、パワーMOSトランジスタの
駆動回路としての基板電位制御回路50はトランジスタ
・オフ時に基板に逆バイアスをかけるものであり、その
ための構造として、ソース用コンタクトホール8内及び
その周辺部であるソースセルの内部には基板電位をとる
ためのボディコンタクト領域を設けずにソースセルの外
部においてボディコンタクト領域14を設けるととも
に、このボディコンタクト領域14から、ソース電極7
とは別の電極15を延設すればよい。
In other words, the substrate potential control circuit 50 as a drive circuit for the power MOS transistor applies a reverse bias to the substrate when the transistor is turned off. For this purpose, the substrate potential control circuit 50 has a structure in the source contact hole 8 and its peripheral portion. A body contact region for providing a substrate potential is not provided inside a certain source cell, and a body contact region is provided outside the source cell.
What is necessary is just to extend the electrode 15 different from this.

【0027】他の構成例として、図2においては基板コ
ンタクトセルBをソースセル列内に設けたが、図11に
示すように基板コンタクトセルBをソースセル列内には
設けずにソースセル列の端部にのみ基板コンタクトセル
Bを設けてソースセル列の端部のみで基板電位をとって
もよい。
As another configuration example, the substrate contact cell B is provided in the source cell row in FIG. 2, but the substrate contact cell B is not provided in the source cell row as shown in FIG. Substrate contact cell B may be provided only at the end of the source cell row, and the substrate potential may be obtained only at the end of the source cell column.

【0028】あるいは、図12の平面図および図12の
X−X断面である図13に示すように、メッシュ構造の
リサーフ型LDMOSにおいて各ソースセルで基板コン
タクトをとらず、P領域61を通じて素子外周部で基板
電位をとってもよい。詳しくは、基板60の上面から二
重拡散によるPウェル領域61とNウェル領域62が形
成され、ソース・ドレインセル群においてP領域63、
+ソース領域64、P+領域65が形成されている。図
13ではP領域63とP+領域65によりチャネル領域
が構成され、少なくとも領域63,65の一部領域の上
にはゲート絶縁膜66を介してゲート電極67が配置さ
れている。N+ソース領域64はコンタクトホール68
を通してソース電極69と接している。また、Nウェル
領域62の表層部にはN領域70とN+領域71が形成
されている。N+領域71はドレイン電極72と接して
いる。ソース・ドレインセル群の外周部においてP領域
73とP+領域74が形成されている。P型のボディコ
ンタクト領域73,74はコンタクトホール75を通し
て基板電位専用電極76と接している。
Alternatively, as shown in the plan view of FIG. 12 and FIG. 13 which is a cross section taken along line X--X of FIG. The substrate potential may be taken in the section. Specifically, a P-well region 61 and an N-well region 62 are formed from the upper surface of the substrate 60 by double diffusion, and a P-region 63,
An N + source region 64 and a P + region 65 are formed. In FIG. 13, a channel region is constituted by the P region 63 and the P + region 65, and a gate electrode 67 is arranged on at least a part of the regions 63 and 65 via a gate insulating film 66. The N + source region 64 is a contact hole 68
Is in contact with the source electrode 69. Further, an N region 70 and an N + region 71 are formed in the surface portion of the N well region 62. N + region 71 is in contact with drain electrode 72. A P region 73 and a P + region 74 are formed in the outer periphery of the source / drain cell group. The P-type body contact regions 73 and 74 are in contact with a substrate potential exclusive electrode 76 through a contact hole 75.

【0029】なお、リサーフ型LDMOSにおいては、
Pウェル領域61を通じて各基板コンタクトセル(P領
域73,74)がつながっているので、メッシュ型でも
ストライプ型でも容易に適用することができる。
In the resurf type LDMOS,
Since the substrate contact cells (P regions 73 and 74) are connected through the P well region 61, either a mesh type or a stripe type can be easily applied.

【0030】また、図14,15に示すように、VDM
OSFETに適用してもよい。図14は平面図であり、
図15は図14のA−A断面である。VDMOSにおい
てソース部をストライプ状に配置した場合、同様にして
基板電位を独立にとることができる。詳しくは、図15
において、ドレイン領域となるN+型シリコン基板80
上にはN-型シリコン層81がエピタキシャル成長され
ている。つまり、N-型シリコン層81はN+ 型シリコ
ン基板80上に形成され、同基板80よりも低濃度であ
る。N-型シリコン層81の表層部にはゲート酸化膜8
2を介してポリシリコンゲート電極83が配置されてい
る。ポリシリコンゲート電極83の端部でのN-型シリ
コン層81の表層部にはチャネルPウェル領域84が形
成されるとともに、チャネルPウェル領域84の内部に
おいてその表層部にはN+ ソース領域85が形成されて
いる。このように、N-型シリコン層81での少なくと
もチャネルPウェル領域84の一部領域に対しゲート酸
化膜82を介してポリシリコンゲート電極83が配置さ
れている。さらに、ソースセル外においてN-型シリコ
ン層81の表層部からN+型シリコン基板80に達する
ディープN+領域86が形成されるとともに、ディープ
+領域86はコンタクトホール(図示略)を通して基
板電位専用電極(図示略)と接している。
Further, as shown in FIGS.
You may apply to OSFET. FIG. 14 is a plan view,
FIG. 15 is an AA cross section of FIG. When the source portions are arranged in stripes in the VDMOS, the substrate potential can be independently obtained in the same manner. For details, see FIG.
In this case, an N + type silicon substrate 80 serving as a drain region
The upper N - type silicon layer 81 is epitaxially grown. That is, the N type silicon layer 81 is formed on the N + type silicon substrate 80 and has a lower concentration than the N + type silicon substrate 80. The gate oxide film 8 is formed on the surface of the N type silicon layer 81.
2, a polysilicon gate electrode 83 is arranged. A channel P well region 84 is formed in the surface layer of the N type silicon layer 81 at the end of the polysilicon gate electrode 83, and an N + source region 85 is formed in the surface layer inside the channel P well region 84. Are formed. As described above, the polysilicon gate electrode 83 is arranged on at least a part of the channel P well region 84 in the N type silicon layer 81 via the gate oxide film 82. Further, outside the source cell, a deep N + region 86 reaching the N + type silicon substrate 80 from the surface layer portion of the N type silicon layer 81 is formed, and the deep N + region 86 is connected to a substrate potential through a contact hole (not shown). It is in contact with a dedicated electrode (not shown).

【0031】さらに、その他のMOS構造の基板部分が
複数のソースセルで共通電位となる場合にも同様の手段
で基板電位を独立にとることができる。具体的には、I
GBTにおいてエミッタ部をストライプ状に配置した場
合、またはトレンチIGBTにおいてベース部(チャネ
ル領域)が共通になっている場合、同様にして基板電位
を独立にとることができる。IGBTに適用する場合に
おいては図6のソース電極(ソース領域)がエミッタ電
極(エミッタ領域)となり、ドレイン電極がコレクタ電
極となる。
Further, even when the substrate portion of the other MOS structure has a common potential in a plurality of source cells, the substrate potential can be independently obtained by the same means. Specifically, I
When the emitter section is arranged in a stripe shape in the GBT, or when the base section (channel region) is common in the trench IGBT, the substrate potential can be independently taken in the same manner. When applied to an IGBT, the source electrode (source region) in FIG. 6 becomes an emitter electrode (emitter region), and the drain electrode becomes a collector electrode.

【0032】また、ストライプ型(コンベンショナルL
DMOS・VDMOS)の場合、基板電位を複数に分割
してもよい。詳しく説明すると、図16に示すように、
基板電位配線22a,22b,22cを形成し、各基板
電位配線22a,22b,22cはm列分(図16では
2列分)のソースセル列での各基板コンタクトセルBと
接続されている。また、回路構成として、図17に示す
ように、基板バイアス回路90に対し、分割した各基板
電位配線22a,22b,22cを接続し、各配線に独
立して電位を加えて独立してトランジスタセルをオン・
オフする。つまり、図18の等価回路に示すように、複
数のトランジスタセルTr10,Tr11,Tr12を
選択的にオン・オフする。
Also, a stripe type (conventional L)
In the case of DMOS / VDMOS, the substrate potential may be divided into a plurality. More specifically, as shown in FIG.
Substrate potential wirings 22a, 22b, and 22c are formed, and each of the substrate potential wirings 22a, 22b, and 22c is connected to each of the substrate contact cells B in the m (two in FIG. 16) source cell rows. 17, the divided substrate potential wirings 22a, 22b, and 22c are connected to a substrate bias circuit 90, and a potential is independently applied to each of the wirings to independently apply a transistor cell. On
Turn off. That is, as shown in the equivalent circuit of FIG. 18, the plurality of transistor cells Tr10, Tr11, Tr12 are selectively turned on / off.

【0033】例えば、ゲート電圧を5ボルトにした状態
で、トランジスタセルTr10とTr11の基板電位を
数ボルトにしてオフ状態にし、また、トランジスタセル
Tr12の基板電位を0ボルトにしてオン状態にするこ
とにより、トランジスタセルTr12を通じて所定量の
電流を流すことができる。
For example, with the gate voltage at 5 volts, the substrate potential of the transistor cells Tr10 and Tr11 is turned off by setting the substrate potential to several volts, and the substrate potential of the transistor cell Tr12 is turned on at 0 volts. Thereby, a predetermined amount of current can flow through the transistor cell Tr12.

【0034】このように、ボディコンタクト領域14が
トランジスタ形成領域内において複数設けられ、基板電
位制御回路としての基板バイアス回路90は、各ボディ
コンタクト領域14に対応するトランジスタセルTr1
0,Tr11,Tr12を独立してオン・オフ制御する
ことにより、素子全体の出力電流の制御を行うことがで
きるようになる。
As described above, a plurality of body contact regions 14 are provided in the transistor formation region, and a substrate bias circuit 90 as a substrate potential control circuit is provided with a transistor cell Tr1 corresponding to each body contact region 14.
By independently controlling ON / OFF of 0, Tr11 and Tr12, the output current of the entire device can be controlled.

【0035】換言すると、パワーMOSトランジスタの
駆動回路としての基板電位制御回路90は各トランジス
タセルの基板電位を独立して制御して各トランジスタセ
ルを独立してオン・オフ制御するようにしたものであ
り、そのための構造として、ソース用コンタクトホール
8内及びその周辺部であるソースセルの内部には基板電
位をとるためのボディコンタクト領域を設けずにソース
セルの外部においてボディコンタクト領域14をトラン
ジスタ形成領域内に複数設けて各ボディコンタクト領域
14に対応するトランジスタセルを構成し、さらに、各
ボディコンタクト領域14から、ソース電極とは別の電
極15を延設すればよい。
In other words, the substrate potential control circuit 90 as a drive circuit for the power MOS transistor controls the substrate potential of each transistor cell independently, and controls each transistor cell independently on / off. As a structure for this purpose, a body contact region 14 for forming a transistor is formed outside the source cell without providing a body contact region for obtaining a substrate potential in the source contact hole 8 and inside the source cell as a peripheral portion thereof. A plurality of transistors may be provided in the region to form a transistor cell corresponding to each body contact region 14, and an electrode 15 different from the source electrode may be extended from each body contact region 14.

【0036】また、NチャネルLDMOSの場合を示し
たが、PチャネルLDMOSでもよい。また、図8では
基板電位を独立して印加したが、図8に代わる図19に
示すように、ソース部と基板電位を共通にして素子面積
の縮小化のみを図るようにしてもよい。
Although the case of the N-channel LDMOS has been described, a P-channel LDMOS may be used. In FIG. 8, the substrate potential is applied independently. However, as shown in FIG. 19 instead of FIG. 8, the source area and the substrate potential may be made common to reduce only the element area.

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

【図1】実施の形態におけるパワーMOSトランジスタ
の平面図。
FIG. 1 is a plan view of a power MOS transistor according to an embodiment.

【図2】半導体基板の最表層での平面図。FIG. 2 is a plan view of the outermost layer of the semiconductor substrate.

【図3】セル上でのゲート配線を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing a gate wiring on a cell.

【図4】セル上でのソース第2層配線、ドレイン第2層
配線を示す平面図。
FIG. 4 is a plan view showing a source second-layer wiring and a drain second-layer wiring on a cell.

【図5】基板電位配線を示す平面図。FIG. 5 is a plan view showing substrate potential wiring.

【図6】図1のU−U線での縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view taken along the line UU in FIG. 1;

【図7】図1のV−V線での縦断面図。FIG. 7 is a vertical sectional view taken along line VV in FIG. 1;

【図8】図1のW−W線での縦断面図。FIG. 8 is a longitudinal sectional view taken along line WW of FIG. 1;

【図9】実施の形態における回路構成図。FIG. 9 is a circuit configuration diagram in an embodiment.

【図10】別例における回路構成図。FIG. 10 is a circuit configuration diagram in another example.

【図11】別例におけるパワーMOSトランジスタの平
面図。
FIG. 11 is a plan view of a power MOS transistor in another example.

【図12】別例におけるパワーMOSトランジスタの平
面図。
FIG. 12 is a plan view of a power MOS transistor in another example.

【図13】図12のX−X線での縦断面図。FIG. 13 is a longitudinal sectional view taken along line XX of FIG. 12;

【図14】別例におけるパワーMOSトランジスタの平
面図。
FIG. 14 is a plan view of a power MOS transistor in another example.

【図15】図14のA−A線での縦断面図。FIG. 15 is a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. 14;

【図16】別例におけるパワーMOSトランジスタの平
面図。
FIG. 16 is a plan view of a power MOS transistor in another example.

【図17】別例における回路構成図。FIG. 17 is a circuit configuration diagram in another example.

【図18】別例における等価回路図。FIG. 18 is an equivalent circuit diagram in another example.

【図19】別例における縦断面図。FIG. 19 is a longitudinal sectional view in another example.

【図20】従来技術を説明するための平面図。FIG. 20 is a plan view for explaining a conventional technique.

【図21】従来技術を説明するための縦断面図。FIG. 21 is a longitudinal sectional view for explaining a conventional technique.

【図22】従来技術を説明するための縦断面図。FIG. 22 is a longitudinal sectional view for explaining a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…N型シリコン基板、2…チャネルPウェル層、3…
+ソース領域、4…ゲート酸化膜、5…ポリシリコン
ゲート電極、6…シリコン酸化膜、7…ソース電極(ア
ルミ層)、8…コンタクトホール、9…Nウェル層、1
0…N+領域、11…ドレイン電極(アルミ層)、12
…コンタクトホール、13…LOCOS酸化膜、14…
+ボディコンタクト領域、15…基板電位専用電極
(アルミ層)、16…コンタクトホール、17…ゲート
配線、18…ソース第2層配線、19…ドレイン第2層
配線、20…ビアホール、21…ビアホール、22…基
板電位配線、40…基板電位制御回路、50…基板バイ
アス回路、90…基板バイアス回路。
1 ... N-type silicon substrate, 2 ... Channel P-well layer, 3 ...
N + source region, 4 gate oxide film, 5 polysilicon gate electrode, 6 silicon oxide film, 7 source electrode (aluminum layer), 8 contact hole, 9 N-well layer, 1
0 ... N + region, 11 ... Drain electrode (aluminum layer), 12
... contact hole, 13 ... LOCOS oxide film, 14 ...
P + body contact region, 15: substrate potential dedicated electrode (aluminum layer), 16: contact hole, 17: gate wiring, 18: source second layer wiring, 19: drain second layer wiring, 20: via hole, 21: via hole , 22: substrate potential wiring, 40: substrate potential control circuit, 50: substrate bias circuit, 90: substrate bias circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F048 AA01 AC06 BA01 BB05 BC06 BC07 BF16 BF17 5F140 AA00 AB01 AC09 AC21 AC23 AC24 BA01 BB13 BD19 BF01 BF04 BF44 BF53 BH02 BH03 BH30 BH43 BJ01 BJ05 CA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F048 AA01 AC06 BA01 BB05 BC06 BC07 BF16 BF17 5F140 AA00 AB01 AC09 AC21 AC23 AC24 BA01 BB13 BD19 BF01 BF04 BF44 BF53 BH02 BH03 BH30 BH43 BJ01 BJ05 CA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板での第1導電型の半導体領域
(1)の表層部に形成された第2導電型のチャネル領域
(2)と、 前記チャネル領域(2)の表層部に形成された第1導電
型のソースまたはエミッタ領域(3)と、 前記第1導電型の半導体領域(1)の表面側において少
なくとも前記チャネル領域(2)の一部領域に対しゲー
ト絶縁膜(4)を介して配置されたゲート電極(5)
と、 前記第1導電型の半導体領域(1)の表面側においてセ
ル毎のコンタクトホール(8)を通して前記ソースまた
はエミッタ領域(3)と接するように配置されたソース
またはエミッタ電極(7)と、を備えたパワーMOSト
ランジスにおいて、 前記ソースまたはエミッタ用コンタクトホール(8)内
及びその周辺部であるソースまたはエミッタセルの内部
には基板電位をとるためのボディコンタクト領域を設け
ずに当該セルの外部においてボディコンタクト領域(1
4)を設けたことを特徴とするパワーMOSトランジス
タ。
A second conductive type channel region formed on a surface portion of a first conductive type semiconductor region on a semiconductor substrate; and a second conductive type channel region formed on a surface layer portion of the channel region. A gate insulating film (4) for the source or emitter region (3) of the first conductivity type and at least a part of the channel region (2) on the surface side of the semiconductor region (1) of the first conductivity type. Gate electrode (5) arranged via
A source or emitter electrode (7) disposed on the surface side of the first conductivity type semiconductor region (1) through a contact hole (8) for each cell so as to be in contact with the source or emitter region (3); In the power MOS transistor having the above structure, a body contact region for obtaining a substrate potential is not provided in the source or emitter contact hole (8) and in a source or emitter cell at a peripheral portion thereof. In the body contact region (1
4) A power MOS transistor comprising:
【請求項2】前記ソースまたはエミッタセルの外部に設
けたボディコンタクト領域(14)から、ソースまたは
エミッタ電極(7)とは別の電極(15)を延設したこ
とを特徴とする請求項1に記載のパワーMOSトランジ
スタ。
2. An electrode (15) different from a source or emitter electrode (7) extending from a body contact region (14) provided outside the source or emitter cell. 3. The power MOS transistor according to claim 1.
【請求項3】前記ソースまたはエミッタセルの外部に設
けたボディコンタクト領域(14)から延びる電極(1
5)に基板電位を制御する基板電位制御回路(40,5
0,90)を接続したことを特徴とする請求項2に記載
のパワーMOSトランジスタ。
3. An electrode (1) extending from a body contact region (14) provided outside said source or emitter cell.
5) a substrate potential control circuit (40, 5) for controlling the substrate potential;
3. The power MOS transistor according to claim 2, wherein (0, 90) is connected.
【請求項4】前記基板電位制御回路(40)は、ゲート
電極(5)と基板の電位差をトランジスタのオン・オフ
で一定とする電圧を加えるものであることを特徴とする
請求項3に記載のパワーMOSトランジスタ。
4. The substrate potential control circuit according to claim 3, wherein said substrate potential control circuit applies a voltage for keeping a potential difference between said gate electrode and said substrate constant by turning on / off said transistor. Power MOS transistor.
【請求項5】前記基板電位制御回路(50)は、トラン
ジスタ・オフ時に基板に逆バイアスをかけるものである
ことを特徴とする請求項3に記載のパワーMOSトラン
ジスタ。
5. The power MOS transistor according to claim 3, wherein the substrate potential control circuit (50) applies a reverse bias to the substrate when the transistor is off.
【請求項6】前記ボディコンタクト領域(14)がトラ
ンジスタ形成領域内において複数設けられ、前記基板電
位制御回路(90)は、各ボディコンタクト領域(1
4)に対応するトランジスタセルを独立してオン・オフ
制御するようにしたものであることを特徴とする請求項
3に記載のパワーMOSトランジスタ。
6. A plurality of body contact regions (14) are provided in a transistor formation region, and said substrate potential control circuit (90) is provided in each body contact region (1).
4. The power MOS transistor according to claim 3, wherein the on / off control of the transistor cell corresponding to 4) is performed independently.
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