JP2004095761A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の主面をメッシュパターンに区切り、前記メッシュパターンを構成する各セルに同じMOSトランジスタが配置されてなる半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【特許文献1】特開2001−352070号公報
半導体によるパワー素子の一つに、例えば、特開2001−352070号公報に開示されている横型MOSFET(LDMOS)がある。
【0004】
LDMOSによるパワー素子は、一般的に数万〜数十万の小さなLDMOSが並列に接続された構成となっており、これらのLDMOSを同時に動作させることで、パワー素子は出力を得ている。これら多数のLDMOSを半導体基板上に構成する場合には、半導体基板の主面をメッシュパターンに区切り、メッシュパターンを構成している各セルに、同じ大きさのLDMOSを配置するのが一般的である。従って、パワー素子を構成するLDMOSはすべて同じ大きさであり、原則的にはすべてのLDMOSで同じ大きさの電流が流れる。
【0005】
しかしながら、ESD(ElectroStatic Discharge、静電気放電)サージのように瞬間的に大電流が流れようとする場合には、配線長さ等の違いによりすべてのLDMOSで同じ大きさの電流を流すことができず、一部のLDMOSに局所的に大電流が流れて素子破壊が生じたり、LDMOSに接続された配線が溶断されたりするという問題が発生する。このため、LDMOSによるパワー素子はESDサージ耐量の向上が要望され、特に自動車用の応用分野では、10kV/mm2程度という高いESDサージ耐量が要望されている。また、近年ではさらに高い15kV/mm2程度のESDサージ耐量まで要望されるようになった。
【0006】
図5に、ESDサージ耐量と単位面積当たりの最大電流の関係を示す。10kV/mm2のESDサージ耐量では、1.3×104A/cm2の電流を流せることが必要である。また、15kV/mm2のESDサージ耐量では、1.8×104A/cm2の電流を流せることが必要である。
【0007】
このLDMOSのESDサージ耐量を向上する方法として、図6に示すLDMOS100の構造が、特開2001−352070に開示されている。このLDMOS100は、p型シリコン基板2、絶縁層3、n型層1からなるSOI基板に形成されている。このLDMOS100においては、n+型ドレイン領域5を囲むように、n型層1よりも高濃度に形成され、n+型ドレイン領域5に近づくほど高濃度となるn型領域6が配置されている。さらに、n+型ソース領域8に隣接配置されるp+型コンタクト領域9が、n+型ソース領域8の下部まで入り込むように形成されている。尚、図6において、符号4はLOCOS酸化膜、符号10はゲート絶縁膜、符号11はゲート電極、符号12は層間絶縁膜、符号13はソース電極、符号14はドレイン電極である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
図6に示すLDMOS100を1セルとするパワー素子においては、n+型ドレイン領域5を取リ囲むn型領域6と、n+型ソース領域8の下部まで入り込むp+型コンタクト領域9とを配置することで、LDMOS100のESDサージ耐量を向上している。
【0009】
一方、n型領域6の配置によって実質的にドレイン領域がソース領域に近づくために、LDMOS100の耐圧は低下する。そこで、LDMOS100の耐圧を確保するために、各拡散領域の他の条件は同じにして単純にセルピッチを広げてドレイン領域とソース領域を離すようにすると、ESDサージ耐量は再び低下し、一部のセルに電流集中が起こってドレインが破壊した。これは、セルピッチを広げてLDMOS100を大きくしたことから、1個のLDMOS100に印加される電流が増大したことによると考えられる。
【0010】
このように、ESDサージ耐量と耐圧は相反する特性であることが判明したため、図6に示すLDMOS100の適用にあたっては、ESDサージ耐量と耐圧を両立させ、最適化させる必要が生じた。
【0011】
そこで本発明の目的は、半導体基板の主面をメッシュパターンに区切り、前記メッシュパターンを構成する各セルに同じMOSトランジスタが配置されてなる半導体装置において、各セルにESDサージ耐量と耐圧が最適化されたMOSトランジスタが形成されてなる半導体装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、半導体基板の主面をメッシュパターンに区切り、前記メッシュパターンを構成する各セルに同じMOSトランジスタが配置されてなる半導体装置において、前記MOSトランジスタは、第1導電型の半導体層を有した基板と、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース領域と、前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、前記半導体層の表層部において、前記ベース領域から離間するように配置された第1導電型のドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置する前記ベース領域をチャネル領域とし、該チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域に接続されたソース電極と、前記ドレイン領域に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の表層部で前記ドレイン領域と前記ベース領域との間に配置され、前記半導体層よりも高濃度で前記ドレイン領域より低濃度である第1導電型の中間濃度領域とを備えてなり、前記セルの面積をSc[cm2]、前記中間濃度領域の第1導電型不純物のドーズ量をDd[/cm2]、前記ドレイン領域と前記ドレイン電極のコンタクトの外周長さをLd[cm]、電子の飽和速度をVs[cm/s]、電子の素電荷をQe[C]とした時、(Ld/Sc)×Vs×Dd×Qe>2×104[A/cm2]であることを特徴としている。
【0013】
自動車用に用いられる半導体装置では、ESDサージ耐量試験において15kV/mm2のESDサージ耐量が必要であり、このESDサージ耐量では最大2×104A/cm2程度のサージ電流が流れる。
【0014】
本発明によれば、耐圧を確保できるセルの面積Sc[cm2]と中間濃度領域のドーズ量Dd[/cm2]の組み合せにおいて、当該半導体装置に単位面積当たりのサージ電流2×104A/cm2を印加しても、MOSトランジスタのドレイン近傍で電子の走行速度が飽和することがない。従って、本発明の半導体装置は、ESDサージ耐量と耐圧が最適化されたMOSトランジスタが前記各セルに形成された半導体装置とすることができる。また、本発明の半導体装置は、自動車用に用いられても必要なESDサージ耐量が確保された半導体装置とすることができる。
【0015】
請求項2に記載の発明は、前記セルが、ソース領域が形成されるソースセルとドレイン領域が形成されるドレインセルが連結して構成され、ソースセルとドレインセルは同じ大きさの正方形からなり、前記正方形の一辺をWc[cm]とした時、{Ld/2×(Wc×Wc)}×Vs×Dd×Qe>2×104[A/cm2]であることを特徴としている。
【0016】
これによれば、前記のように各セルに形成されるMOSトランジスタのESDサージ耐量と耐圧が最適化されると共に、正方形で同じ大きさのソースセルとドレインセルを格子模様に配置して、無駄なスペースを無くすことができる。これによって、半導体装置を小型化することができる。
【0017】
請求項3に記載の発明は、前記ドレイン領域と前記ドレイン電極のコンタクトが正方形であり、前記正方形の一辺をWd[cm]とした時、{2×Wd/(Wc×Wc)}×Vs×Dd×Qe>2×104[A/cm2]であることを特徴としている。
【0018】
これによれば、前記のように各セルに形成されるMOSトランジスタのESDサージ耐量と耐圧が最適化されると共に、ドレイン領域とドレイン電極の正方形のコンタクトから、電流を正方形の各辺に垂直に均等に流すことができる。これによって、ドレインの正方形コンタクトの四方を均等に用いることができる。
【0019】
請求項4に記載の発明は、前記ソースセルとドレインセルの正方形の一辺Wc[cm]が、9×10−4≦Wc≦14×10−4であることを特徴としている。
【0020】
この範囲において、正方形のソースセルとドレインセルからなり、自動車用に必要なESDサージ耐量と耐圧を有するMOSトランジスタを選択することができ、これを各セルに配置して、必要なESDサージ耐量と耐圧を有する半導体装置とすることがでる。
【0021】
請求項5に記載の発明は、前記中間濃度領域の第1導電型不純物のドーズ量Dd[/cm2]が、2×1013≦Dd≦1×1014であることを特徴としている。これにより、半導体層とドレイン領域の間において、中間濃度領域の第1導電型不純物の濃度を、適度に設定することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
【0023】
図1(a)は、本発明の半導体装置200の構造を示す平面模式図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA−A’線に沿った断面模式図である。
【0024】
図1(a)に示すように、半導体装置200では、半導体基板1の主面がメッシュに区切られ、一辺の長さがWc[cm]の正方形セルに分割されている。 分割された正方形セルは、MOSトランジスタのソース領域が形成されるソースセル20,21と、ドレイン領域が形成されるドレインセル30,31で構成され、これらが図のように格子模様に配置されている。また、格子模様に配置されたソースセル20,21とドレインセル30,31の隣り合ったセルを一組として、例えば、ソースセル20とドレインセル30からMOSトランジスタ101が構成される。このように、正方形で同じ大きさのソースセル20,21とドレインセル30,31を格子模様に配置することで、無駄なスペースを無くすことができる。また、これによって、半導体装置200を小型化することができる。
【0025】
本実施形態の半導体装置200に形成されているMOSトランジスタ101は、図1(b)に示すように、LDMOSである。図1(b)のLDMOS101の構造は、図6に示したLDMOS100と同じであり、図6のLDMOS100と同様の部分については同一の符号を付け、その説明は省略する。尚、図1(b)においては、簡単化のために、図6にあるゲート絶縁膜10の図示は省略してある。また、図1(a),(b)の符号9aは、高濃度p+型領域である。ソース電極13のコンタクト50は正方形で、高濃度p+型領域9aの面積より大きくして、高濃度p+型領域9aおよびn+型ソース領域8を共通に接続している。
【0026】
本実施形態のLDMOS101では、n+型ドレイン領域5とドレイン電極14のコンタクト40は、一辺がWd[cm]の正方形とした。これによって、コンタクト40から、電流を正方形の各辺に垂直に均等に流すことができる。従って、正方形のコンタクト40の四方を均等に用いることができる。
【0027】
本実施形態の半導体装置200においては、必要とするサージ許容電流2×104A/cm2に対して、LDMOS101の1個のセル面積をSc[cm2]、中間濃度領域6のドーズ量Dd[/cm2]、n+型ドレイン領域5とドレイン電極14のコンタクト40の外周長さLd[cm]が以下のように規定される。
【0028】
【数6】(Ld/Sc)×Vs×Dd×Qe>2×104 [A/cm2]
ここで、Vs[cm/s]は電子の飽和速度、Qe[C]は電子の素電荷である。
【0029】
本実施形態のLDMOS101の場合には、一辺がWc[cm]の正方形セルが2個連結して1個のLDMOS101が構成されているので、LDMOS101の1個のセル面積は、Sc=2×(Wc×Wc)[cm2]となる。従って、数式6は以下のようになる。
【0030】
【数7】{Ld/2×(Wc×Wc)}×Vs×Dd×Qe>2×104 [A/cm2]
また、本実施形態のLDMOS101の場合には、n+型ドレイン領域5とドレイン電極14のコンタクト40は、一辺がWd[cm]の正方形であるので、コンタクト40の外周長さLd=4×Wd[cm]となる。従って、数式7は以下のようになる。
【0031】
【数8】{2×Wd/(Wc×Wc)}×Vs×Dd×Qe>2×104 [A/cm2]
上記の数式6〜8は、半導体装置200に印加される単位面積当たりのサージ電流Isによって、ドレインが破壊されないように考慮して導いたものである。
【0032】
従来課題で説明した耐圧を確保するためにセルサイズを大きくした場合に起きるドレインでの電流集中は、中間濃度領域6の不純物電子が速度飽和を起こした結果であると推察する。サージ電流Isが大きくなると、一部のセルで中間濃度領域6の不純物電子の速度飽和が起きて、不純物電子がそれ以上の電流を運ぶことができなくなる。さらに大きな電流を流そうとすると、不純物が供給できる電子より多くの電子が発生して電荷バランスが崩れ、負の空間電荷が発生する。負の空間電荷が発生すると、ドレイン−ソース間の電圧は低下し、このセルでは負性抵抗を示すようになる。LDMOSが負性抵抗の領域に入ると、正帰還がかかって電流集中が起こり破壊にいたる。
【0033】
そこで本発明では、最も電流の集中するドレインコンタクト端で電子速度飽和が起こらないように、数式6〜8の左辺で、中間濃度領域6の不純物から与えられる電子が速度飽和下で流すことのできる単位面積当たりの最大電子電流に相当する量を定義した。従って、数式6〜8の条件は、前記のように定義した最大電子電流が、単位面積当たりのサージ電流Isを超えないことを意味する。
【0034】
これによって、数式6〜8が成り立つ範囲のサージ電流Isでは、中間濃度領域6において、電子電流の速度飽和は起きない。このため、中間濃度領域6の不純物電子がサージ電流Isを運びきれなくて電荷バランスを崩すことも無く、一部のセルに電流が集中してドレインが破壊されることもないと考察した。
【0035】
次に、具体的な数値で、本実施形態を説明する。サージ許容電流2×104A/cm2の半導体装置200を実現する場合を考える。電子の素電荷Qeは、1.60×10−19Cであり、電子の飽和速度Vsは、一般的に1.07×107cm/sとすることができる。また、中間濃度領域6のドーズ量Ddは、5×1013/cm2とする。
【0036】
図1(a)において、ソースセル20及びドレインセル30の正方形の一辺Wcが11μmで、ドレインコンタクト31の正方形の一辺Wdが2.4μmの場合、数式8の左辺は3.39×104A/cm2となり、これらの組み合せにおいては数式8を満たす。
【0037】
図1(a)において、ソースセル20及びドレインセル30の正方形の一辺Wcが13μmで、ドレインコンタクト31の正方形の一辺Wdが3.4μmの場合、数式8の左辺は3.44×104A/cm2となる。また、Wdが2.4μmの場合は、数式8の左辺は2.43×104A/cm2となる。従って、これらの組み合せにおいても数式8を満たす。一方、Wcが13μmで、Wdを1.4μmと小さくした場合、数式8の左辺は1.42×104A/cm2となる。従って、この組み合せにおいては数式8を満たさない。
【0038】
図2は、Wcが13μmで、Wdが1.4μm、2.4μm、3.4μmの場合におけるESDサージ耐量の測定結果である。図のように、数式8を満たすWdが2.4μmおよび3.4μmの場合には、ESDサージ耐量が15kV/mm2となり、自動車搭載用の半導体装置に必要な基準を満たす。
【0039】
図3(a),(b)は、Wcが13μmで、Wdが1.4μmおよび3.4μmの場合のドレイン領域における電流電圧特性Id―Vdのシミュレーション結果である。
【0040】
LDMOSの破壊を防止するためには、負性抵抗領域になる電流Idができるだけ大きいことが望ましい。図3(a),(b)では、耐圧は60V程度でどちらもほぼ等しいにもかかわらず、Wdが1.4μmの場合にはIdが0.18以上で負性抵抗が発生するのに対し、Wdが3.4μmの場合にはIdが0.58以上で負性抵抗が発生する。従って、Wdが3.4μmの場合は、Wdが1.4μmの場合に較べて電流能力が3倍以上高くなっている。
【0041】
図4は、Wcが9、11、13、14μmの各々の場合において、WdおよびDdが異なるLDMOSで、数式8を満たすものについて、ESDサージ耐量と耐圧の関係を測定した結果である。いずれもESDサージ耐量が15kV/mm2以上あり、9×10−4≦Wc≦14×10−4[cm]のものについては、自動車搭載用の半導体装置に必要な基準を満たすことができる。
【0042】
以上の実施形態では、中間濃度領域の第1導電型不純物のドーズ量Ddが5×1013/cm2の場合について説明したが、言うまでもなく、Ddはこの値に限らない。中間濃度領域6のDdは、半導体層1とドレイン領域5の間において第1導電型不純物の濃度を適度に設定できる、2×1013/cm2以上で1×1014/cm2以下の範囲が望ましい。
【0043】
また本実施形態では、ソースセル20とドレインセル30は一辺の長さがWcの正方形で、ドレインコンタクト40は一辺の長さがWdの正方形の場合について、具体的に説明した。しかしながら、これは例示である。本発明は、MOSトランジスタが形成されるセルの面積Sc[cm2]と、中間濃度領域の第1導電型不純物のドーズ量Dd[/cm2]と、ドレインコンタクトの外周長さLd[cm]とを数式6のように規定することで、前記の説明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の半導体装置の構造を示す平面図であり、(b)は(a)におけるA−A’線に沿った断面図である。
【図2】Wcが13μmの場合におけるESDサージ耐量の測定結果である。
【図3】Wcが13μmの場合のドレイン領域における電流電圧特性のシミュレーション結果で、(a)はWdが1.4μmの場合で、(b)はWdが3.4μmの場合である。
【図4】各Wcについて、WdおよびDdが異なるLDMOSで数式8を満たすものについて、ESDサージ耐量と耐圧の関係を測定した結果である。
【図5】ESDサージ耐量と単位面積当たりの最大電流の関係を示す図である。
【図6】従来のLDMOS100の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
100,101 MOSトランジスタ(LDMOS)
200 半導体装置
20,21 ドレインセル
30,31 ソースセル
1 半導体基板(n型層)
4 LOCOS酸化膜
5 n+型ドレイン領域
6 n型領域
7 p型ベース領域
8 n+型ソース領域
9 p+型コンタクト領域
9a 高濃度p+型領域
10 ゲート絶縁膜
11 ゲート電極
12 層間絶縁膜
13 ソース電極
14 ドレイン電極
40,50 コンタクト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a main surface of a semiconductor substrate is divided into a mesh pattern, and the same MOS transistor is arranged in each cell constituting the mesh pattern.
[0002]
[Prior art]
[0003]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-352070 One of the semiconductor power devices is, for example, a lateral MOSFET (LDMOS) disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-352070.
[0004]
An LDMOS power device generally has a configuration in which tens of thousands to hundreds of thousands of small LDMOSs are connected in parallel, and the power device obtains an output by operating these LDMOSs simultaneously. When a large number of these LDMOSs are formed on a semiconductor substrate, it is common to divide the main surface of the semiconductor substrate into a mesh pattern and arrange LDMOSs of the same size in each cell forming the mesh pattern. is there. Therefore, all the LDMOSs constituting the power element have the same size, and in principle, the same current flows in all the LDMOSs.
[0005]
However, when a large current is to flow instantaneously like an ESD (ElectroStatic Discharge) surge, the same amount of current cannot flow in all LDMOS due to a difference in wiring length and the like. In addition, a large current locally flows through some LDMOSs to cause element destruction, and the wiring connected to the LDMOSs to be blown. For this reason, a power element using an LDMOS is required to have improved ESD surge immunity, and particularly in an application field for automobiles, a high ESD surge immunity of about 10 kV / mm 2 is demanded. In recent years, even higher ESD surge tolerance of about 15 kV / mm 2 has been demanded.
[0006]
FIG. 5 shows the relationship between the ESD surge resistance and the maximum current per unit area. With an ESD surge resistance of 10 kV / mm 2 , it is necessary to allow a current of 1.3 × 10 4 A / cm 2 to flow. Also, with an ESD surge withstand capability of 15 kV / mm 2 , it is necessary to allow a current of 1.8 × 10 4 A / cm 2 to flow.
[0007]
As a method of improving the ESD surge withstand capability of the LDMOS, the structure of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the power element having the
[0009]
On the other hand, since the drain region substantially approaches the source region due to the arrangement of the n-
[0010]
As described above, it has been found that the ESD surge withstand voltage and the withstand voltage are contradictory characteristics. Therefore, in applying the
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to optimize the ESD surge withstand voltage and withstand voltage for each cell in a semiconductor device in which the main surface of a semiconductor substrate is divided into mesh patterns and the same MOS transistor is arranged in each cell constituting the mesh pattern. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which a MOS transistor is formed.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0013]
In a semiconductor device used for an automobile, an ESD surge immunity test of 15 kV / mm 2 is required in an ESD surge immunity test, and a surge current of about 2 × 10 4 A / cm 2 flows at the maximum in this ESD surge immunity test.
[0014]
According to the present invention, the surge current per unit area is 2 × 10 4 A in the semiconductor device in combination of the area Sc [cm 2 ] of the cell capable of ensuring the withstand voltage and the dose Dd [/ cm 2 ] of the intermediate concentration region. Even if / cm 2 is applied, the traveling speed of electrons does not saturate near the drain of the MOS transistor. Therefore, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device in which a MOS transistor having an optimized ESD surge resistance and breakdown voltage is formed in each of the cells. Further, the semiconductor device of the present invention can be a semiconductor device having a required ESD surge resistance even when used for an automobile.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, the cell is configured by connecting a source cell in which a source region is formed and a drain cell in which a drain region is formed, and the source cell and the drain cell are squares having the same size. When one side of the square is Wc [cm], {Ld / 2 × (Wc × Wc)} × Vs × Dd × Qe> 2 × 10 4 [A / cm 2 ].
[0016]
According to this, as described above, the ESD surge withstand voltage and the withstand voltage of the MOS transistor formed in each cell are optimized, and the source cells and the drain cells having the same size in the square are arranged in a lattice pattern, thereby reducing waste. Space can be eliminated. Thus, the size of the semiconductor device can be reduced.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, when the contact between the drain region and the drain electrode is a square and one side of the square is Wd [cm], {2 × Wd / (Wc × Wc)} × Vs × Dd × Qe> 2 × 10 4 [A / cm 2 ].
[0018]
According to this, the ESD surge withstand voltage and the withstand voltage of the MOS transistor formed in each cell are optimized as described above, and the current is supplied perpendicularly to each side of the square from the square contact between the drain region and the drain electrode. Can flow evenly. Thereby, the four sides of the square contact of the drain can be used evenly.
[0019]
The invention according to claim 4 is characterized in that one side Wc [cm] of the square of the source cell and the drain cell satisfies 9 × 10 −4 ≦ Wc ≦ 14 × 10 −4 .
[0020]
Within this range, it is possible to select a MOS transistor having a square source cell and a drain cell and having an ESD surge withstand voltage and a withstand voltage required for an automobile. A semiconductor device having a withstand voltage can be obtained.
[0021]
The invention according to
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 1A is a schematic plan view showing a structure of a semiconductor device 200 of the present invention, and FIG. 1B is a schematic sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1A.
[0024]
As shown in FIG. 1A, in the semiconductor device 200, the main surface of the
[0025]
The
[0026]
In the
[0027]
In the semiconductor device 200 of the present embodiment, for a required surge allowable current of 2 × 10 4 A / cm 2 , one cell area of the
[0028]
(Ld / Sc) × Vs × Dd × Qe> 2 × 10 4 [A / cm 2 ]
Here, Vs [cm / s] is the saturation speed of the electron, and Qe [C] is the elementary charge of the electron.
[0029]
In the case of the
[0030]
{Ld / 2 × (Wc × Wc)} × Vs × Dd × Qe> 2 × 10 4 [A / cm 2 ]
Further, in the case of the
[0031]
## EQU8 ## {2 × Wd / (Wc × Wc)} × Vs × Dd × Qe> 2 × 10 4 [A / cm 2 ]
[0032]
It is presumed that the current concentration at the drain, which occurs when the cell size is increased to secure the withstand voltage described in the conventional problem, is a result of the velocity saturation of the impurity electrons in the
[0033]
Therefore, in the present invention, the electrons given from the impurities in the
[0034]
As a result, in the intermediate
[0035]
Next, the present embodiment will be described using specific numerical values. Consider a case where the semiconductor device 200 having a surge allowable current of 2 × 10 4 A / cm 2 is realized. The electron elementary charge Qe is 1.60 × 10 −19 C, and the electron saturation velocity Vs can be generally set to 1.07 × 107 cm / s. Further, the dose amount Dd of the
[0036]
In FIG. 1A, when one side Wc of the square of the
[0037]
In FIG. 1A, when one side Wc of the square of the
[0038]
FIG. 2 shows the measurement results of the ESD surge resistance when Wc is 13 μm and Wd is 1.4 μm, 2.4 μm, and 3.4 μm. As shown in the figure, when Wd that satisfies
[0039]
FIGS. 3A and 3B are simulation results of the current-voltage characteristics Id-Vd in the drain region when Wc is 13 μm and Wd is 1.4 μm and 3.4 μm.
[0040]
In order to prevent the LDMOS from being destroyed, it is desirable that the current Id that becomes the negative resistance region be as large as possible. 3 (a) and 3 (b), although the breakdown voltage is about 60 V and both are almost equal, when Wd is 1.4 μm, the negative resistance occurs when Id is 0.18 or more. , Wd is 3.4 μm, negative resistance occurs when Id is 0.58 or more. Therefore, when Wd is 3.4 μm, the current capability is three times or more higher than when Wd is 1.4 μm.
[0041]
FIG. 4 shows the results of measuring the relationship between the ESD surge withstand voltage and the withstand voltage of the LDMOS that satisfies
[0042]
In the above embodiment, the case where the dose amount Dd of the first conductivity type impurity in the intermediate concentration region is 5 × 10 13 / cm 2 has been described, but it goes without saying that Dd is not limited to this value. Dd of the
[0043]
In this embodiment, the case where the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing a structure of a semiconductor device of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
FIG. 2 is a measurement result of an ESD surge resistance when Wc is 13 μm.
3A and 3B are simulation results of current-voltage characteristics in a drain region when Wc is 13 μm. FIG. 3A shows a case where Wd is 1.4 μm, and FIG. 3B shows a case where Wd is 3.4 μm.
FIG. 4 shows the results of measuring the relationship between the ESD surge withstand voltage and the withstand voltage for each of Wc and LDMOS having different Wd and
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an ESD surge withstand capacity and a maximum current per unit area.
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a
[Explanation of symbols]
100,101 MOS transistor (LDMOS)
200
Reference Signs List 4 LOCOS oxide film 5 n + type drain region 6 n type region 7 p type base region 8 n + type source region 9 p +
Claims (5)
前記MOSトランジスタは、第1導電型の半導体層を有した基板と、前記半導体層の表層部に形成された第2導電型のベース領域と、前記ベース領域の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、前記半導体層の表層部において、前記ベース領域から離間するように配置された第1導電型のドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に位置する前記ベース領域をチャネル領域とし、該チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域に接続されたソース電極と、前記ドレイン領域に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の表層部で前記ドレイン領域と前記ベース領域との間に配置され、前記半導体層よりも高濃度で前記ドレイン領域より低濃度である第1導電型の中間濃度領域とを備えてなり、
前記セルの面積をSc[cm2]、前記中間濃度領域の第1導電型不純物のドーズ量をDd[/cm2]、前記ドレイン領域と前記ドレイン電極のコンタクトの外周長さをLd[cm]、電子の飽和速度をVs[cm/s]、電子の素電荷をQe[C]とした時、
であることを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device in which a main surface of a semiconductor substrate is divided into a mesh pattern and the same MOS transistor is arranged in each cell constituting the mesh pattern,
The MOS transistor includes a substrate having a semiconductor layer of a first conductivity type, a base region of a second conductivity type formed on a surface portion of the semiconductor layer, and a first conductive layer formed on a surface portion of the base region. Source region, a first conductivity type drain region disposed at a distance from the base region in a surface layer portion of the semiconductor layer, and the base region located between the source region and the drain region. A channel region, a gate insulating film formed on the channel region, a gate electrode formed on the gate insulating film, a source electrode connected to the source region, and a drain connected to the drain region. An electrode disposed between the drain region and the base region at a surface portion of the semiconductor layer, and having a higher concentration than the semiconductor layer and a lower concentration than the drain region; It and a conductivity type of the intermediate concentration region,
The area of the cell is Sc [cm 2 ], the dose of the first conductivity type impurity in the intermediate concentration region is Dd [/ cm 2 ], and the outer peripheral length of the contact between the drain region and the drain electrode is Ld [cm]. When the saturation speed of electrons is Vs [cm / s] and the elementary charge of electrons is Qe [C],
A semiconductor device, characterized in that:
前記ソースセルと前記ドレインセルは同じ大きさの正方形からなり、
前記正方形の一辺をWc[cm]とした時、
であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The cell is configured by connecting a source cell in which the source region is formed and a drain cell in which the drain region is formed,
The source cell and the drain cell are formed of the same size square,
When one side of the square is Wc [cm],
The semiconductor device according to claim 1, wherein
前記正方形の一辺をWd[cm]とした時、
であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。The contact between the drain region and the drain electrode is square,
When one side of the square is Wd [cm],
The semiconductor device according to claim 2, wherein
であることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。One side Wc [cm] of the square of the source cell and the drain cell is
The semiconductor device according to claim 2, wherein
であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。The dose Dd [/ cm 2 ] of the first conductivity type impurity in the intermediate concentration region is:
The semiconductor device according to claim 1, wherein:
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- 2002-08-30 JP JP2002253409A patent/JP2004095761A/en active Pending
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