JP2006261437A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に係り、特にパワーMOSFETに関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power MOSFET.
パワーMOSFETにおいては、製造コスト及び特性の安定化のために、面積効率が良好であることが求められており、且つ、制御する電流が大電流となりつつあることにともなって耐圧を上げることが求められている。ここで、面積効率とは、パワーMOSFETの出力とパワーMOSFETが占める半導体チップ上の面積との関係をいい、面積が狭くて出力が高いと面積効率は良好である。耐圧とは、ドレイン電流Idが一定に維持できる最大のドレイン電圧Vdをいう。 Power MOSFETs are required to have good area efficiency in order to stabilize manufacturing costs and characteristics, and to increase the withstand voltage as the controlled current is becoming large. It has been. Here, the area efficiency refers to the relationship between the output of the power MOSFET and the area on the semiconductor chip occupied by the power MOSFET, and the area efficiency is good when the area is narrow and the output is high. The breakdown voltage refers to the maximum drain voltage Vd at which the drain current Id can be kept constant.
図6(A),(B)は従来のNチャネルパワーMOSFET1を示す。図6(A)はパワーMOSFET1の平面図であり、分かり易くするため同図(B)には示されているメタル配線10は省略してある。図6(B)は同図(A)中、VIB- VIB線に沿う断面図である。
FIGS. 6A and 6B show a conventional N-
パワーMOSFET1は、基板2のPウェル領域3に、ポリシリコンゲート領域4Gを格子状に配置し、このポリシリコンゲート領域4Gで囲まれたアクティブ領域に、ソース領域5Sとドレイン領域6DとがX及びY方向に交互に配置してあり、ポリシリコンゲート領域4Gの外側にこれを囲むように枠形状のバックゲート領域7BGが配置してある構成であり、良好は面積効率を有する構成となっている。
In the
Dはドレインコンタクトであり、電圧端子Vdと接続してある。Sはソースコンタクトである。Gはゲートコンタクトであり、電圧端子Vgと接続してある。Bはバックゲートコンタクトである。ソースコンタクトSとバックゲートコンタクトBとはグランド端子に接続してある。8はフィールド酸化膜であり、9はBPSG(borophosphosilicate glass)層)である。10はメタル配線である。
高い電圧Vdを印加した場合でも、Pウェル領域3はその全面に亘って電位がグランド電位に維持されていることが理想である。
Even when a high voltage Vd is applied, the potential of the
しかし、上記のパワーMOSFET1では、バックゲート領域7BGの配置がポリシリコンゲート領域4Gの外側である関係で、Pウェル領域3のうちポリシリコンゲート領域4Gで囲まれたアクティブ領域の中央部分はバックゲート領域7BGからの距離が長くなっており、高い電圧Vdを印加した場合に、基板電流が増大すること等が原因で、アクティブ領域の中央部分の電位が変動してしまい、パワーMOSFET1の特性は、図3に線IA,IIAで示すように、十分には高くないドレイン電圧Vd1を越えるとドレイン電流Idが上昇してしまい、耐圧が十分でないという問題があった。
However, in the
そこで、本発明は、上記課題を解決した半導体装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that solves the above-described problems.
本発明は、ゲート領域が格子状であり、該ゲート領域のセルにソース領域とドレイン領域とが割り当てられて該ソース領域と該ドレイン領域とが交互にマトリクス状に配置してあり、且つ、該ゲート領域の特定の一つのセルにバックゲート領域が割り当ててあり、該バックゲート領域の周囲の部分については前記ゲート領域が取り除かれて存在していない構成である最小単位セットが、
隣り合う最小単位セットの間で前記ソース領域と前記ドレイン領域とが隣り合うようにして並んでいる構成としたことを特徴とする。
In the present invention, the gate region has a lattice shape, the source region and the drain region are assigned to the cells of the gate region, the source region and the drain region are alternately arranged in a matrix, and the A back gate region is assigned to one specific cell of the gate region, and a minimum unit set that is a configuration in which the gate region is removed and does not exist for a portion around the back gate region,
The source region and the drain region are arranged adjacent to each other between adjacent minimum unit sets.
本発明によれば、バックゲート領域が分散して配置してあり、ウェル領域は分散した個所でバックゲート電位がとられており、高いドレイン電圧を印加した場合でも、ウェル領域には電位が不安定となる部分が発生しにくくなり、ドレイン電流はより高いドレイン電圧の領域まで一定に保たれ、耐圧が上昇する。 According to the present invention, the back gate region is distributed and the well region has a back gate potential at the dispersed portion. Even when a high drain voltage is applied, the well region has no potential. A stable portion is less likely to be generated, the drain current is kept constant up to a higher drain voltage region, and the breakdown voltage increases.
また、バックゲート領域が分散して配置していることによって従来は必要とされていたゲート領域の外側を囲むバックゲート領域が不要となり、その分、面積効率が向上する。 Further, since the back gate regions are arranged in a distributed manner, the back gate region surrounding the outside of the gate region which has been conventionally required is not required, and the area efficiency is improved accordingly.
次に本発明の実施の形態について説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described.
図1(A)、(B)は本発明の実施例1になるNチャネルパワーMOSFET20を示す。図1(A)はパワーMOSFET20の平面図であり、分かり易くするため図1(B)には示されているメタル配線35は省略してある。図1(B)は図1(A)中IB−IB線に沿う断面図である。
1A and 1B show an N-
パワーMOSFET20は、基板21のPウェル領域22に、図2(A)、(B)に示す最小単位セット30が、例えば4つ、図1(A)に示すように並んでなる構成であり、バックゲート領域34BG1が一定の間隔で分散して配置してある構成である。
The
説明の便宜上、先ず、最小単位セット30について、図2(A)、(B)を参照して説明する。 For convenience of explanation, first, the minimum unit set 30 will be described with reference to FIGS.
図2(A)は最小単位セット30の平面図であり、分かり易くするため図2(B)には示されているメタル配線35は省略してある。図2(B)は図2(A)中IIB-IIB線に沿う断面図である。
2A is a plan view of the minimum unit set 30, and the
最小単位セット30は、横4×縦3の計12個のセルがマトリクス状に並んでいる構成であり、一つのドレイン領域をバックゲート領域に変え、且つ、バックゲート領域の四方のポリシリコンゲート領域が取り除かれた構成であり、横長の矩形である。 The minimum unit set 30 is a configuration in which a total of 12 cells of 4 × 3 are arranged in a matrix. One drain region is changed to a back gate region, and the four polysilicon gates in the back gate region are arranged. This is a configuration in which the area is removed, and is a horizontally long rectangle.
詳細にみると、最小単位セット30は、格子状のポリシリコンゲート領域31Gと、6つのソース領域32S1〜32S6と、5つのドレイン領域33D1〜32D5と、1つのバックゲート領域34BG1とを有する。バックゲート領域34BG1はハッチングを付して示す。
Specifically, the
ポリシリコンゲート領域31Gは、格子状であり、四角の枠部31Gaと、枠部31Gaの内側の、X方向に延在しているX方向桟部31GX1、31GX2と、Y方向に延在しているY方向桟部31GY1、31GY2、31GY3とを有する。ポリシリコンゲート領域31G内には、座標(x1,y1)〜(x4,y3)で表される横4×縦3の計12個のセルが形成される。セルを座標で表す。ソース領域32S1〜32S6とドレイン領域33D1〜32D5とは、各セルを一つのソース領域或いはドレイン領域とされて、X方向及びY方向に交互に並んでいる。セル(x2,y3)、(x4,y3)、(x1,y2)、(x3,y2)、(x2,y1)、(x4,y1)には夫々ソース領域32S1〜32S6が割り当ててある。セル(x1,y3)、(x3,y3)、(x4,y2)、(x1,y1)、(x3,y1)には夫々ドレイン領域33D1〜32D5が割り当ててある。
The
セル(x2,y2)は、並びの順番では、ドレイン領域が割り当てられるセルである。このセル(x2,y2)に、バックゲート領域34BG1が割り当ててある。 The cell (x2, y2) is a cell to which a drain region is assigned in the order of arrangement. The back gate region 34BG1 is allocated to the cell (x2, y2).
このバックゲート領域34BG1の周囲の部分にはX方向桟部及びY方向桟部が設けられていない。 An X-direction beam portion and a Y-direction beam portion are not provided in a portion around the back gate region 34BG1.
Dはドレインコンタクト、Sはソースコンタクト、Gはゲートコンタクト、Bはバックゲートコンタクトである。 D is a drain contact, S is a source contact, G is a gate contact, and B is a back gate contact.
35、36はコンタクト上のメタル配線である。メタル配線36はバックゲートコンタクトとこの両側のソースコンタクトとの間に延在しており、一つのバックゲートコンタクトと二つのソースコンタクトとを接続している。37はBPSG膜である。
上記構成の最小単位セット30は、バックゲート領域34BG1がソース領域とドレイン領域とがマトリクス状に並んでいる領域の内部であって略中央の部位に位置しているため、Pウェル領域22のうちバックゲート領域34BG1から最も遠い部分はソース領域32S2及びソース領域32S6の下側の部分であるけれども、その距離は極く短い。 In the minimum unit set 30 having the above configuration, since the back gate region 34BG1 is located in a substantially central portion of the region where the source region and the drain region are arranged in a matrix, Although the farthest part from the back gate region 34BG1 is the lower part of the source region 32S2 and the source region 32S6, the distance is extremely short.
次に、図1(A)、(B)を参照して、上記の最小単位セット30がどのように並んでいるかについて説明する。 Next, how the minimum unit sets 30 are arranged will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B).
パワーMOSFET20は、4つの最小単位セット30−1〜30−4が、隣り合う最小単位セットの間でソース領域とドレイン領域とが隣り合うようにして、マトリクス状に並んでいる構成である。
The
X方向については、最小単位セット30−1と30−2、30−3と30−4とは整列して並んでいる。Y方向については、最小単位セット30−3、30−4は、夫々最小単位セット30−1と30−2とに対して、X2方向に一つのセルの分ずれている。最小単位セット30−1〜30−4は間に隙間を形成せずに密に並んでいる。 In the X direction, the minimum unit sets 30-1 and 30-2, and 30-3 and 30-4 are aligned. Regarding the Y direction, the minimum unit sets 30-3 and 30-4 are shifted by one cell in the X2 direction with respect to the minimum unit sets 30-1 and 30-2, respectively. The minimum unit sets 30-1 to 30-4 are arranged closely without forming a gap therebetween.
また、図1(B)に示すように、ドレインコンタクトDは電圧端子Vdと接続してある。ポリシリコンゲート領域31Gの枠部31Gaは電圧端子Vgと接続してある。ソースコンタクトSとバックゲートコンタクトBとはグランド端子に接続してある。
Further, as shown in FIG. 1B, the drain contact D is connected to the voltage terminal Vd. The frame portion 31Ga of the
パワーMOSFET20の周囲については、枠形状のバックゲート領域は取り除かれており、存在していない。
The frame-shaped back gate region is removed and does not exist around the
上記構成のパワーMOSFET20は以下の特徴(1)、(2)、(3)を有する。
(1)耐圧が高い。
The
(1) High breakdown voltage.
バックゲート領域34BG1が一定の間隔で分散している。このため、Pウェル領域22にはバックゲート領域34BGから遠距離の部分が存在せず、Pウェル領域22は分散した個所でグランド電位であるバックゲート電位がとられており、高いドレイン電圧Vdを印加した場合でも、Pウェル領域22には電位が不安定となる部分が発生しない。
Back gate regions 34BG1 are dispersed at regular intervals. For this reason, the
よって、パワーMOSFET20の特性は、図3に線I,IIで示すように、ドレイン電圧Vd1よりも高いドレイン電圧Vd2までドレイン電流Idは一定に維持され、ドレイン電流Idが一定に維持される範囲が高い電圧の方向に拡大し、パワーMOSFET20は従来に比較して高い耐圧Vd2を有する。
(2)面積効率が良好である。
Therefore, as shown by lines I and II in FIG. 3, the characteristics of the
(2) Area efficiency is good.
周囲に、枠形状のバックゲート領域を有していない。また、ソース領域とドレイン領域とが密に並んでおり、隙間を有していない。よって、パワーMOSFET20は面積効率が良好である。
(3)設計効率が良好である。
There is no frame-shaped back gate region around it. Further, the source region and the drain region are closely arranged and have no gap. Therefore, the
(3) The design efficiency is good.
最小単位セット30−1〜30−4を、隣り合う最小単位セットの間でソース領域とドレイン領域とが隣り合うようにして、マトリクス状に並べた構成であるため、パワーMOSFET20を効率よく設計することが出来る。なお、パワーMOSFETの要求される特性が相違する場合でも、要求特性に応じて最小単位セットの数を決めて、最小単位セットを、隣り合う最小単位セットの間でソース領域とドレイン領域とが隣り合うようにしてマトリクス状に並べればよいため、設計は容易である。
Since the minimum unit sets 30-1 to 30-4 are arranged in a matrix so that the source region and the drain region are adjacent between adjacent minimum unit sets, the
図4は本発明の実施例2になるNチャネルパワーMOSFET20Aを示す。このパワーMOSFET20Aは、図2(A)に示す最小単位セット30と、図5に示す別の最小単位セット40とがマトリクス状に並んでいる構成である。
FIG. 4 shows an N-
最小単位セット40は、図2(A)に示す最小単位セット30のうちのバックゲート領域34BG1をドレイン領域とし、このドレイン領域の周囲の部分に桟部を設けた構成である。 The minimum unit set 40 has a configuration in which the back gate region 34BG1 in the minimum unit set 30 shown in FIG. 2A is used as a drain region, and a crosspiece is provided around the drain region.
最小単位セット30と最小単位セット40とは、適宜180度向きを変えて、隣り合う最小単位セット30,40の間でソース領域とドレイン領域とが隣り合うようにしてある。 The minimum unit set 30 and the minimum unit set 40 are appropriately turned by 180 degrees so that the source region and the drain region are adjacent to each other between the adjacent minimum unit sets 30 and 40.
最小単位セット30−10、40−1は、夫々図2(A)及び図5に示す姿勢から180度向きを変えた向きである。 The minimum unit sets 30-10 and 40-1 have directions changed by 180 degrees from the postures shown in FIGS. 2 (A) and 5.
このNチャネルパワーMOSFET20Aは、バックゲート領域34BG1間の間隔は、前記のNチャネルパワーMOSFET20に比較して広くはなるが、X及びY方向で隣り合うセル同士でもって構成されるMOSFETの数は、前記のNチャネルパワーMOSFET20に比較して多くなる。よって、NチャネルパワーMOSFET20Aは、前記のNチャネルパワーMOSFET20に比較して、耐圧は少し低くなるけれども、面積効率は更に良好となる。
In this N-
また、上記各実施例において、最小単位セット30−1〜30−4等は、縦に4つのセル、横に3つのセルを有する縦長の矩形でも良い。 In each of the above embodiments, the minimum unit sets 30-1 to 30-4 may be vertically long rectangles having four cells vertically and three cells horizontally.
なお、本発明はPチャネルパワーMOSFETでも実施が可能である。この場合には、バックゲート領域はドレイン領域が割り当てられるセルの一つに形成される。 The present invention can also be implemented with a P-channel power MOSFET. In this case, the back gate region is formed in one of the cells to which the drain region is assigned.
20,20A NチャネルパワーMOSFET
21 基板
22 Pウェル領域
30,40 最小単位セット
31G ポリシリコンゲート領域
31Ga 枠部
31GX1、31GX2 X方向桟部
31GY1、31GY2、31GY3 Y方向桟部
32S1〜32S6 ソース領域
33D1〜32D5 ドレイン領域
34BG1 バックゲート領域
20, 20A N-channel power MOSFET
21 Substrate 22
Claims (5)
該ゲート領域のセルにソース領域とドレイン領域とが割り当てられて該ソース領域と該ドレイン領域とが交互にマトリクス状に配置してあり、
且つ、該ゲート領域の特定のセルにバックゲート領域が割り当ててあり、該バックゲート領域が分散して配置してあり、
該バックゲート領域の周囲の部分については前記ゲート領域が取り除かれて存在していない構成としたことを特徴とする半導体装置。 The gate region is grid-like,
A source region and a drain region are assigned to cells in the gate region, and the source region and the drain region are alternately arranged in a matrix,
In addition, a back gate region is assigned to a specific cell in the gate region, the back gate regions are arranged in a distributed manner,
A semiconductor device having a configuration in which the gate region is removed and does not exist in a portion around the back gate region.
隣り合う最小単位セットの間で前記ソース領域と前記ドレイン領域とが隣り合うようにして並んでいる構成としたことを特徴とする半導体装置。 The gate region has a lattice shape, the source region and the drain region are assigned to the cells in the gate region, the source region and the drain region are alternately arranged in a matrix, and the gate region is specified. A back gate region is assigned to one cell of the cell, and the minimum unit set is a configuration in which the gate region is not present in a portion around the back gate region,
A semiconductor device characterized in that the source region and the drain region are arranged adjacent to each other between adjacent minimum unit sets.
前記最小単位セットは、直交する二つの方向のうちの一つの方向に4つのセル、別の方向に3つのセルを有する矩形のサイズであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the minimum unit set is a rectangular size having four cells in one of two orthogonal directions and three cells in another direction.
ゲート領域が格子状であり、該ゲート領域のセルにソース領域とドレイン領域とが割り当てられて該ソース領域と該ドレイン領域とが交互にマトリクス状に配置してある構成である第2の最小単位セットとが、
交互に、隣り合う第1、第2の最小単位セットの間で前記ソース領域と前記ドレイン領域とが隣り合うようにして並んでいる構成としたことを特徴とする半導体装置。 The gate region has a lattice shape, the source region and the drain region are assigned to the cells in the gate region, the source region and the drain region are alternately arranged in a matrix, and the gate region is specified. A back gate region is allocated to one of the cells, and a first minimum unit set having a configuration in which the gate region is removed and does not exist for a portion around the back gate region;
A second minimum unit having a configuration in which the gate region has a lattice shape, the source region and the drain region are allocated to the cells of the gate region, and the source region and the drain region are alternately arranged in a matrix Set
A semiconductor device characterized in that the source region and the drain region are alternately arranged adjacent to each other between adjacent first and second minimum unit sets.
前記最小単位セットは、共に、直交する二つの方向のうちの一つの方向に4つのセル、別の方向に3つのセルを有する矩形のサイズであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
Both of the minimum unit sets have a rectangular size having four cells in one of two orthogonal directions and three cells in another direction.
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