JP2006093488A - Power mosfet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁ゲート型電力半導体装置に関し、特に複数個の単位素子のMOSFET素子に隣接して配置したMOSFET素子を備えた複合パワーMOSFETに関する。 The present invention relates to an insulated gate power semiconductor device, and more particularly, to a composite power MOSFET including a MOSFET element arranged adjacent to a plurality of unit element MOSFET elements.
絶縁ゲート型電力半導体素子であるパワーMOSFETに動作上から低いオン抵抗が要求される場合には、ドレイン層となる半導体基板の低抵抗率化や、電界緩和層となるドレイン層を薄くすることが有効であることが一般的に知られている。反面、これらの方法はドレイン接合耐圧が低下することは物理現象から明白であるので、ドレイン接合耐圧を維持しながら、低いオン抵抗のパワーMOSFETを得る為には、MOSFETのチャネル長を長くする、つまり単位素子のMOSFET素子の配置数を増やすことが一般的に行われている。このように複数の単位MOSFET素子を配置したパワーMOSFETの例が特許文献1や特許文献2に記載されている。
When a power MOSFET that is an insulated gate type power semiconductor element requires a low on-resistance from the operation, it is possible to reduce the resistivity of the semiconductor substrate serving as the drain layer or to thin the drain layer serving as the electric field relaxation layer. It is generally known to be effective. On the other hand, since it is obvious from a physical phenomenon that the drain junction breakdown voltage decreases in these methods, in order to obtain a low on-resistance power MOSFET while maintaining the drain junction breakdown voltage, the channel length of the MOSFET is increased. That is, increasing the number of MOSFET elements as unit elements is generally performed. Examples of power MOSFETs in which a plurality of unit MOSFET elements are arranged in this way are described in
図2を用いて、単位素子のMOSFET素子を三角形状に配置し、単位素子のMOSFET素子の配置数でオン抵抗を調整する場合を説明する。図2では、単位素子のMOSFET8は三角形状に配置してあり、所望のオン抵抗を得るには単位面積当りのオン抵抗から換算した数の単位素子を配置すればよい。図2(b)は図2(a)のA−Bでの断面模式図を示す。図2で符号1はポリシリコンゲート層、2は単位素子のMOSFETのチャネル層、3は単位素子のMOSFETのソース層、4はチャネル層と同じ導電型の不純物層、5はソース電極、6は単結晶島を分離する誘電体絶縁層、7はドレイン電極、8は単位素子のMOSFET、9はゲート電極、10はドレイン層と同じ導電型の不純物層、11は基板から図示していない誘電体で絶縁分離された半導体の単結晶島、12は半導体の単結晶島と単結晶島を分離する誘電体絶縁層間に形成した埋込み層を示す。
The case where the MOSFET elements of the unit elements are arranged in a triangular shape and the on-resistance is adjusted by the number of the MOSFET elements of the unit elements will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the
前記従来技術では、素子耐圧を維持しながらパワーMOSFETのオン抵抗を小さくする為には、単位素子となるMOSFETの配置数量を増やせば可能である。しかし半導体集積回路のMOSFETの面積が大きくなると共にゲート容量も増加し、ゲート駆動電流が増加することになり結果的には集積回路の消費電力が増加する問題がある。 In the prior art, in order to reduce the on-resistance of the power MOSFET while maintaining the element withstand voltage, it is possible to increase the number of MOSFETs serving as unit elements. However, there is a problem that the power consumption of the integrated circuit increases as a result of an increase in the area of the MOSFET of the semiconductor integrated circuit and an increase in the gate capacitance and an increase in the gate drive current.
本発明の目的は、素子耐圧の低下なく単位面積あたりのMOSFETオン抵抗を小さくしたパワーMOSFETの提供である。 An object of the present invention is to provide a power MOSFET in which the MOSFET on-resistance per unit area is reduced without lowering the device breakdown voltage.
本発明の複合パワーMOSFETは、1個以上の単位素子となるMOSFETを配置し、単位素子MOSFETを配置した領域の外周部を囲うように形成したMOSFETとを備え、この外周を囲うように形成したMOSFETのソースは電極を介して単位素子のMOSFETのソースと接続した。 The composite power MOSFET of the present invention includes one or more MOSFETs serving as unit elements, and a MOSFET formed so as to surround an outer periphery of a region where the unit element MOSFET is disposed, and is formed so as to surround this outer periphery. The source of the MOSFET was connected to the source of the MOSFET of the unit element via an electrode.
本発明の半導体装置によれば、複数個の単位素子となるMOSFETを配置した構造において、素子耐圧の低下や駆動電流の増加を発生させずに単位面積のオン抵抗を小さくする事ができる。 According to the semiconductor device of the present invention, in a structure in which a plurality of MOSFETs serving as unit elements are arranged, the on-resistance of a unit area can be reduced without causing a decrease in device breakdown voltage or an increase in drive current.
以下、本発明の詳細について図面を用いながら説明する。 Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施例の複合型パワーMOSFETの構造模式図である。図1(a)は、平面模式図を、図1(b)は図1(a)のA−Bでの断面模式図を示す。図1で符号1はポリシリコンゲート層、2はチャネル層、3はソース層、4はチャネル層と同じ導電型の不純物層、5はソース電極、6は誘電体絶縁層、7はドレイン電極、8は内部に配置した単位素子MOSFET、9はゲート電極、10はドレイン層と同じ導電型の不純物層、11は基板、12は埋込み層、13は単位素子を取り囲むように形成した外周のMOSFETを示す。なお、図1ではゲート酸化膜、絶縁膜、及び表面保護膜は省略してある。
FIG. 1 is a schematic view of the structure of a composite power MOSFET according to this embodiment. 1A is a schematic plan view, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line AB of FIG. 1A. In FIG. 1,
本実施例のパワーMOSFETは、シリコン半導体基板である支持体基板21内に、SiO2 などの誘電体絶縁層6で絶縁分離して形成したシリコン単結晶の単結晶島の基板11を形成し、この単結晶島の基板11内に形成した単位素子MOSFET8と、これらの単位素子MOSFET8を取り囲むように形成した外周のMOSFET13とを備え、平面構造上のポリシリコンゲート層1が共通になっている。
In the power MOSFET of this embodiment, a
本実施例のMOSFETにゲート電圧を印加すると、電流はソース層3からチャネル層2表面の反転層を介してシリコン単結晶の基板11に流れ出し、シリコン単結晶の基板11を介してドレイン層10に達する。中央部分に配置した単位素子MOSFET8のソース電流は構造上、電流経路が図1(b)の下面方向のみである為に、電流は下面方向への成分が多くを占める。
When a gate voltage is applied to the MOSFET of this embodiment, a current flows from the
一方、外周のMOSFET13のソース電流は、図1(b)の下面方向に流れる成分と横面方向に流れる成分とに分かれる。そのため、外周のMOSFET13の平面パターンは形状を長くすること、つまり複数の単位素子MOSFET8が配置された領域の外周部を取り囲むような平面形状にすることで電流密度を上げることが可能となり、よってパワーMOSFETのオン抵抗を小さくできる。
On the other hand, the source current of the outer
本実施例では内部に形成した単位素子MOSFET8に比べて、外周のMOSFET13の単位チャネル幅の電流密度を2倍程度に大きくできる。そのために、本実施例のパワーMOSFETは同じ素子面積に単位素子MOSFET8のみで構成したパワーMOSFETのオン抵抗の40〜50%のオン抵抗にできる。なお、本実施例では単位素子MOSFET8の平面形状が円形であるが、平面形状は、三角形、4辺形、凸多角形、長円等の形状であってもよく、また例えば、正8角形と正方形のように、異なる形状の組合せであっても構わない。また、外周のMOSFET13は本実施例では「C」形状であるが、「コ」字状であってもよい。
In the present embodiment, the current density of the unit channel width of the outer
本実施例のパワーMOSFETは、単位素子MOSFET8を配置した領域の外周部にさらに取り囲むように外周のMOSFET13を配置した複合型MOSFETにしたので、電流密度を大きくでき、加えて所望のオン抵抗を得るために、単位素子のMOSFET数のみを増やす手段より小さな素子面積で済むため、集積回路に好適である。
Since the power MOSFET of the present embodiment is a composite MOSFET in which the outer
図3は本実施例の複合型パワーMOSFETの構造模式図である。図3(a)は平面模式図を、図3(b)は図3(a)のA−Bでの断面模式図を示す。図3で符号14は単体素子を完全に取り囲むように形成した外周のMOSFET、15は外周のMOSFETの外側に形成したチャネルのポリシリコンゲート層、16は単位素子MOSFET8と外周のMOSFETの内側に形成したチャネルのポリシリコンゲート層、17は単位素子MOSFET8と外周のMOSFETのゲート層を接続する配線層を示す。本実施例は、実施例1では一体になっていたポリシリコンゲート層1を、ポリシリコンゲート層15とポリシリコンゲート層16とに分割した他は、実施例1と同様である。
FIG. 3 is a structural schematic diagram of the composite power MOSFET of this embodiment. 3A is a schematic plan view, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line AB of FIG. 3A. In FIG. 3,
本実施例によれば、外周のMOSFET14はリング状に形成してあるので、ターミネーション構造に切れ目が無い。そのため、オフ時のドレイン接合に印加される電界が均一化できるので、平面形状における局部的な電界集中を防止できる。また、外周のMOSFET14の電流が一様に流れるようになるので、外周に形成するMOSFETの局部的な電流集中を回避できる。
According to the present embodiment, the outer
図4は本実施例の複合型パワーMOSFETの構造模式図である。図4(a)は、平面模式図を、図4(b)は図4(a)のA−Bでの断面模式図を示す。本実施例では外周のMOSFETのソース層18を単位素子MOSFET8側、つまり内側に形成した点を除いて、その他は実施例2と同様である。
FIG. 4 is a structural schematic diagram of the composite power MOSFET of this embodiment. 4A is a schematic plan view, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along line AB of FIG. 4A. The present embodiment is the same as the second embodiment except that the outer
本実施例によれば、リング状に形成した外周のMOSFET14のチャネル層2は内側にソース層18を形成することにより、つまりチャネル層2の外側にチャネル層と同じ導電型の不純物層22を形成することにより、素子オフ状態時に外周のMOSFET14のドレイン接合付近に発生するリーク電流が、不純物層22を介してソース電極5に達する為、チャネル層2はトランジスタのベース層としての働きが低減されて、MOSFETのトランジスタ動作成分の電流が低下し、安全動作領域が向上する。
According to the present embodiment, the
図5は本実施例の複合型パワーMOSFETの構造模式図である。図5(a)は、平面模式図を、図5(b)は図5(a)のA−B間での断面模式図を示す。本実施例では外周のMOSFET14の外側に形成したゲート電極20と、内部の単位素子MOSFET8と外周のMOSFET14の内側に形成したMOSFETのゲート電極19を個別に取り出した点を除いて、その他は実施例2と同様である。
FIG. 5 is a structural schematic diagram of the composite power MOSFET of the present embodiment. 5A is a schematic plan view, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along the line A-B in FIG. 5A. In this embodiment, except that the
本実施例の半導体装置によれば、外周のMOSFET14に形成するゲート電極20を内側に形成したMOSFETのゲート電極19より、オン時には遅くゲート電圧を印加し、オフ時には速くゲート電圧を降下することにより電流が集中することを回避して外周のMOSFET14の破壊耐量を改善できる。
According to the semiconductor device of the present embodiment, the gate voltage is applied later than the
図6は本実施例の複合型パワーMOSFETの構造模式図である。図6(a)は、平面模式図を、図6(b)は図6(a)のA−B間での断面模式図を示す。本実施例では外周のMOSFET14の外側に形成したポリシリコンゲート層15と、ソース電極5とを共通接続した点を除き、その他は実施例3と同様である。
FIG. 6 is a structural schematic diagram of the composite power MOSFET of this embodiment. 6A is a schematic plan view, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along a line AB in FIG. 6A. This embodiment is the same as the third embodiment except that the
本実施例の半導体装置によれば、外周のMOSFET14の外側に形成したポリシリコンゲート層15とソース電極5とを共通接続することにより、ポリシリコンゲート層15の外周側は、素子がオフ状態時には電界緩和に寄与する。
According to the semiconductor device of this embodiment, the
1、15、16…ポリシリコンゲート層、2…チャネル層、3、18…ソース層、4、22…チャネル層と同じ導電型の不純物層、5…ソース電極、6…誘電体絶縁層、7…ドレイン電極、8…単位素子MOSFET、9、19、20…ゲート電極、10…ドレイン層と同じ導電型の不純物層、11…基板、12…埋込み層、13、14…外周のMOSFET、17…配線層、21…支持体基板、23…外周MOSFETの外側に形成したポリシリコンのコンタクト。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該パワーMOSFETが支持体基板に誘電体絶縁層で絶縁分離して形成した半導体単結晶の単結晶島と、
該単結晶島に配置した、複数個の前記単位素子である第1のMOSFET素子と、
該第1のMOSFET素子を配置した領域の外周部を囲む部分に配置した第2のMOSFET素子とを備え、
該第2のMOSFET素子の平面形状が一部が開口した形状であって、前記第1のMOSFET素子のゲートと第2のMOSFET素子のゲートとを共通にしたことを特徴とするパワーMOSFET。 In a power MOSFET in which a plurality of unit elements are arranged on a semiconductor substrate,
A single crystal island of a semiconductor single crystal formed by isolating and separating the power MOSFET on a support substrate with a dielectric insulating layer;
A first MOSFET element that is a plurality of the unit elements disposed on the single crystal island;
A second MOSFET element disposed in a portion surrounding the outer periphery of the region where the first MOSFET element is disposed;
A power MOSFET, wherein the planar shape of the second MOSFET element is a partly open shape, and the gate of the first MOSFET element and the gate of the second MOSFET element are made common.
前記第2のMOSFET素子のチャネル層がリング形状であって、前記第1のMOSFET素子のゲートと第2のMOSFET素子のゲートとが電極配線層で接続したことを特徴とするパワーMOSFET。 The power MOSFET according to claim 1,
A power MOSFET, wherein a channel layer of the second MOSFET element has a ring shape, and a gate of the first MOSFET element and a gate of the second MOSFET element are connected by an electrode wiring layer.
前記第2のMOSFET素子のソース層を、前記第1のMOSFET素子を配置した側に形成したことを特徴とするパワーMOSFET。 The power MOSFET according to claim 1 or 2,
A power MOSFET wherein the source layer of the second MOSFET element is formed on the side where the first MOSFET element is disposed.
前記第1のMOSFET素子のゲート電極と、前記第2のMOSFET素子のゲート電極とが、分離しており、それぞれの電極に別々のゲート電圧を印加できることを特徴とするパワーMOSFET。 The power MOSFET according to claim 2, wherein
A power MOSFET, wherein a gate electrode of the first MOSFET element and a gate electrode of the second MOSFET element are separated, and different gate voltages can be applied to the respective electrodes.
前記第2のMOSFET素子の外側のポリシリコン層が、ソース電極電圧に接続したことを特徴とするパワーMOSFET。
The power MOSFET according to claim 3, wherein
A power MOSFET wherein a polysilicon layer outside the second MOSFET element is connected to a source electrode voltage.
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JPH01243589A (en) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JPH03250668A (en) * | 1990-02-28 | 1991-11-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPH04291766A (en) * | 1991-03-20 | 1992-10-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JPH0832059A (en) * | 1994-07-12 | 1996-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | Lateral insulated-gate bipolar transistor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH01243589A (en) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JPH03250668A (en) * | 1990-02-28 | 1991-11-08 | Hitachi Ltd | Semiconductor integrated circuit device |
JPH04291766A (en) * | 1991-03-20 | 1992-10-15 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JPH0832059A (en) * | 1994-07-12 | 1996-02-02 | Fuji Electric Co Ltd | Lateral insulated-gate bipolar transistor |
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