JP2007134500A - Bidirectional semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、双方向トレンチ横型パワーMOSFET(双方向TLPM)などの双方向半導体装置に関する。 The present invention relates to a bidirectional semiconductor device such as a bidirectional trench lateral power MOSFET (bidirectional TLPM).
バッテリーなどの電源装置では、バッテリーを充電する場合と、バッテリーを放電する場合の双方を制御して、バッテリーの過充電や過放電を防止している。そのため、交流信号や交流電力のオン・オフできる双方向の半導体スイッチが必要となる。この双方向の半導体スイッチとして双方向トレンチ横型パワーMOSFETがある。
図4から図6は、従来の双方向トレンチ横型パワーMOSFETの構成図であり、図4は要部平面図、図5は図4のD部の詳細図、図6は、図5のX−X線で切断した要部断面図である。これはnチャネルMOSFETの場合である。
図4および図5において、一本の蛇行して形成されるストライプ状のトレンチ53を形成し、このトレンチ53の側壁(トレンチ残し箇所70の側壁でもある)にゲート絶縁膜56を介して第1、第2ゲート電極57、58を形成する。トレンチ53が形成されないトレンチ残りの箇所70は、直線のストライプ状をしており、この箇所には第1、第2nソース領域59、61および第1、第2pコンタクト領域60、62をそれぞれ形成し、その上の層間絶縁膜64(図6参照)を形成し、この層間絶縁膜64に第1、第2コンタクトホール65、66を形成し、この第1、第2コンタクトホール65、66を介して第1、第2nソース領域59、61および第1、第2pコンタクト領域60、62と櫛の歯状の第1、第2ソース電極配線68、69とそれぞれ接続する。この第1、第2ソース電極配線68、69はソース電極とソース配線を兼ねている。第1、第2ゲート電極57、58は第1、第2ゲートポリシリコン配線73、75にそれぞれ接続し、この第1、第2ゲートポリシリコン配線73、75は第1、第2ゲート金属配線74、76とコンタクトホール77を介してそれぞれ接続する。
In a power supply device such as a battery, overcharging and overdischarging of the battery are prevented by controlling both when the battery is charged and when the battery is discharged. Therefore, a bidirectional semiconductor switch that can turn on / off an AC signal and AC power is required. There is a bidirectional trench lateral power MOSFET as the bidirectional semiconductor switch.
4 to 6 are configuration diagrams of a conventional bidirectional trench lateral power MOSFET. FIG. 4 is a plan view of a main part, FIG. 5 is a detailed view of a portion D in FIG. 4, and FIG. It is principal part sectional drawing cut | disconnected by X-ray | X_line. This is the case for an n-channel MOSFET.
In FIG. 4 and FIG. 5, a stripe-
図6において、p基板51(p型半導体基板)の表面層にnウェル領域52を形成し、nウェル領域52の表面から内部に向かってトレンチ53を形成し、トレンチ53の底部のp基板51にnドレイン領域54を形成する。トレンチ53の側壁にゲート絶縁膜56を介してポリシリコンで第1、第2ゲート電極57、58をそれぞれ形成し、トレンチ残り箇所70のp基板1の表面層にトレンチ53と接するpオフセット領域55を形成し、pオフセット領域55の表面層にトレンチ53と接する第1、第2nソース領域59、61および第1、第2nソース領域59、61を選択的にそれぞれ形成し、この第1、第2nソース領域59、61と接する第1、第2pコンタクト領域60、62をpオフセット領域55の表面層にそれぞれ形成し、トレンチ53の内部を絶縁膜63で充填する。第1、第2nソース領域59、61は層間絶縁膜64の第1、第2コンタクトホール65、66を充填したタングステン67により第1、第2ソース電極配線68、69にそれぞれ接続する。第1、第2ソース電極配線68、69をアルミニウム膜でそれぞれ形成する。第1、第2ソース電極配線68、69はソース電極とソース配線を兼ねている。第1、第2ソース電極配線68、69はソース端子S1、S2とそれぞれ接続し、第1、第2ゲート電極57、58は第1、第2ゲートポリシリコン配線73、75および第1、第2ゲート金属配線74、76を介して第1、第2ゲート端子G1、G2とそれぞれ接続する。尚、図中の78、79は、トレンチ横型パワーMOSFET(TLPM)の第1MOSFETと第2MOSFETであり、80、81はpオフセット領域55とnウェル領域52で形成される第1、第2寄生pnダイオードである。
In FIG. 6, an n-
図7は、図4〜図6で示した双方向トレンチ横型パワーMOSFETの等価回路図である。第1MOSFET78と第2MOSFET79はドレインD(nドレイン領域54)で接続されており、このドレインDはその他の端子と接続していない。また第1、第2MOSFET78、79と第1、第2寄生pnダイオード80、81はそれぞれ逆並列に接続する。
S1がS2に対して高電位の状態にあるとき、第2ゲート端子G2に正のゲート信号を与えて第2MOSFETオンさせると、S1−第1寄生ダイオード80−D−第2MOSFET79−S2の経路で主電流がS1からS2に向かって流れる。一方、S2がS1に対して高電位の状態にあるとき、第1ゲート端子G1に正のゲート信号を与えて第1MOSFETオンさせると、S2−第2寄生ダイオード81−D−第1MOSFET78−S1の経路で主電流がS2からS1に向かって流れる。このように、この素子は双方向に主電流を流すことができる。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the bidirectional trench lateral power MOSFET shown in FIGS. The
When S1 is in a high potential state with respect to S2, a positive gate signal is applied to the second gate terminal G2 to turn on the second MOSFET, thereby causing a path of S1-first parasitic diode 80-D-second MOSFET 79-S2 to pass. The main current flows from S1 to S2. On the other hand, when S2 is in a high potential state with respect to S1, a positive gate signal is applied to the first gate terminal G1 to turn on the first MOSFET, and S2-second parasitic diode 81-D-first MOSFET 78-S1. A main current flows from S2 to S1 along the path. Thus, this element can flow the main current in both directions.
つぎに、図4において、各部の寸法について説明する。トレンチ残し箇所70は第1、第2ソース領域59、61と第1、第2ソース電極配線68、69と接続させるため、第1、第2コンタクトホール65、66を形成する必要がある。そのため、トレンチ残し箇所70の幅K1としては、コンタクトホール幅K2とマスクアライメントなどのプロセスマージンの幅Nを合わせた幅が必要である。例えば、0.6μmルールで設計する場合、K1=0.6μm(コンタクトホール幅K2)+0.4μm×2(コンタクトホールの両側のプロセスマージンN×2)=1.4μmが必要になる。
コンタクトホールの両側のプロセスマージンN×2は、コンタクトホールのパターニング時のマスクアライメントの他、トレンチエッチング時の加工精度マージンおよびトレンチ側壁の酸化膜の膜厚マージンなどを含んでいる。
Next, referring to FIG. 4, the dimensions of each part will be described. In order to connect the first and
The process margin N × 2 on both sides of the contact hole includes a mask alignment at the time of patterning the contact hole, a processing accuracy margin at the time of trench etching, a film thickness margin of the oxide film on the trench side wall, and the like.
一方、トレンチ幅Pは、耐圧を保持するために、例えば、20Vクラスデバイスの場合、1.0μm程度のトレンチ幅Pが必要になりデバイス1ユニット(繰り返し単位)のデバイスピッチT2は、1.4μm(トレンチ残し箇所の幅K1)+1.0μm(トレンチ幅P)=2.4μmとなる。
図4では、ストライプ状のトレンチが蛇行する一本のトレンチで形成され、トレンチ残り箇所70が櫛の歯状になっており歯の箇所が直線のストライプ状となっている。
これに対して、特許文献1では、トレンチ残り箇所をトレンチで取り囲んだセル状になっている双方向トレンチ横型パワーMOSFETの例が記載されている。
特許文献2には、単方向トレンチ縦型MOSFETで、トレンチの配列パターンおよびソースとベースにおける同時改善によりチャネル密度の向上を図ることが記載されている。
On the other hand, in order to maintain the breakdown voltage, for example, in the case of a 20V class device, the trench width P requires a trench width P of about 1.0 μm, and the device pitch T2 of the device 1 unit (repeating unit) is 1.4 μm. (Width K1 of the trench remaining portion) +1.0 μm (trench width P) = 2.4 μm.
In FIG. 4, the stripe-shaped trench is formed by a single meandering trench, the
On the other hand, Patent Document 1 describes an example of a bidirectional trench lateral power MOSFET having a cell shape in which the remaining portion of the trench is surrounded by a trench.
特許文献3には、単方向トレンチ縦型MOSFETで、トレンチを屈曲させて平面、アターンとして幅広部と幅狭部を設け、幅広部にソース領域とボディコンタクト領域を形成し、幅狭部にはソース領域のみを形成することで、単位面積当たりのチャネル幅を増加させて、オン抵抗を減少させたことが記載されている。
図4のように、トレンチ53の直線のストライプ状の箇所では、微細化して、トレンチ残し箇所の幅K1を狭めると第1、第2コンタクトホール65、66の面積が小さく成りすぎて、コンタクト抵抗が増大する。また、第1、第2ソース電極配線68、69の幅が狭く成りすぎてパターニングが困難になり、第1、第2ソース電極配線68、69の電気抵抗が増大して、オン抵抗が増大する。
つまり、前記したように、0.6μmルール(パターン設計する場合の尺度)とした場合には、デバイス1ユニットのデバイスピッチT2は2.4μmが最小にできる限界であり、これ以上狭くすることができず、チャネル密度を高くすることが困難になる。
また、特許文献1に示すセル状のトレンチ残り箇所の場合も、図4と同じように大きくなる。
As shown in FIG. 4, in the straight stripe-shaped portion of the
That is, as described above, when the 0.6 μm rule (scale for pattern design) is used, the device pitch T2 of one device unit is the limit that 2.4 μm can be minimized, and can be narrowed further. It is impossible to increase the channel density.
In the case of the remaining portion of the cellular trench shown in Patent Document 1, it becomes larger as in FIG.
また特許文献2、3では単一方向のトレンチ縦型パワーMOSFETについての記載はあるが、第1、第2ソース領域がある双方向トレンチ横型パワーMOSFETについての記載はされていない。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、チャネル密度を高め、オン抵抗の低減を図ることができる双方向トレンチ横型パワーMOSFETなどの双方向半導体装置を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a bidirectional semiconductor device such as a bidirectional trench lateral power MOSFET that can increase channel density and reduce on-resistance.
前記の目的を達成するために、第1導電型の第1領域と、該第1領域の表面から内部に向かって形成した閉ループのトレンチと、該閉ループの内側と外側で分割され、前記第1領域の表面層に形成された第1トレンチ残り箇所および第2トレンチ残り箇所と、該トレンチの底部の前記第1領域に形成した第1導電型の第2領域と、前記第1トレンチ残り箇所および第2トレンチ残り箇所のそれぞれの表面層に形成した第2導電型の第3領域と、前記第1トレンチ残り箇所の前記第3領域の表面層に形成した前記トレンチの側壁と接する第1導電型の第4領域と、前記第1トレンチ残り箇所の前記第3領域の表面層に形成した第2導電型の第5領域と、前記第2トレンチ残り箇所の前記第3領域の表面層に形成した前記トレンチの側壁と接する第1導電型の第6領域、前記第2トレンチ残り箇所の前記第3領域の表面層に形成した前記トレンチの側壁と接する第2導電型の第7領域と、前記第1トレンチ残り箇所の側壁にゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、前記第2トレンチ残り箇所の側壁にゲート絶縁膜を介して形成された第2ゲート電極と、前記第1トレンチ残り箇所および前記第2トレンチ残し箇所上に形成され、前記第4領域上および前記第5領域上に第1開口部を有し、かつ前記第6領域上および前記第7領域上に第2開口部を有する層間絶縁膜と、前記第1開口部を介して前記第4領域および第5領域にそれぞれ接する第1電極配線と、前記第2開口部を介して前記第6領域および第7領域にそれぞれ接する第2電極配線と、を具備する双方向半導体装置において、
前記第1トレンチ残し箇所と前記第2トレンチ残し箇所が対向し、第1トレンチ残し箇所の平面形状が第1幅広部と第1幅狭部からなり、第2トレンチ残り箇所の平面形状が第2幅広部と第2幅狭部からなり、第1幅広部と第2幅狭部とが対向し、第1幅狭部と第2幅広部が対向し、前記第1電極配線が前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを横切るように配置され、前記第2電極配線が前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを横切るように配置される構成とする。
In order to achieve the above object, a first region of a first conductivity type, a closed-loop trench formed inward from the surface of the first region, and an inner side and an outer side of the closed loop are divided into the first region. A first trench remaining portion and a second trench remaining portion formed in the surface layer of the region; a first conductivity type second region formed in the first region at the bottom of the trench; and the first trench remaining portion and A third region of the second conductivity type formed in each surface layer of the remaining portion of the second trench, and a first conductivity type in contact with the sidewall of the trench formed in the surface layer of the third region of the remaining portion of the first trench A fourth region of the second conductivity type, a fifth region of the second conductivity type formed in the surface layer of the third region of the remaining portion of the first trench, and a surface layer of the third region of the remaining portion of the second trench. In contact with the trench sidewalls A first conductivity type sixth region; a second conductivity type seventh region in contact with a sidewall of the trench formed on a surface layer of the third region of the second trench remaining portion; and a sidewall of the first trench remaining portion. A first gate electrode formed through a gate insulating film; a second gate electrode formed through a gate insulating film on a side wall of the second trench remaining portion; and the first trench remaining portion and the second trench. An interlayer insulating film formed on the remaining portion, having a first opening on the fourth region and the fifth region, and having a second opening on the sixth region and the seventh region; A first electrode wiring in contact with the fourth region and the fifth region through the first opening, and a second electrode wiring in contact with the sixth region and the seventh region through the second opening, respectively. A bi-directional semiconductor device comprising In,
The first trench remaining portion and the second trench remaining portion are opposed to each other, the planar shape of the first trench remaining portion is composed of the first wide portion and the first narrow portion, and the planar shape of the second trench remaining portion is the second. It consists of a wide part and a second narrow part, the first wide part and the second narrow part face each other, the first narrow part and the second wide part face each other, and the first electrode wiring is in the first trench. The second electrode wiring is disposed so as to cross the second trench, and the second electrode wiring is disposed so as to cross the first trench and the second trench.
また、前記閉ループのトレンチの平面形状が直線のストライプ状となる箇所があり、前記第1電極配線および第2電極配線が前記第1トレンチおよび前記第2トレンチの前記直線箇所上をそれぞれ該直角に横切る構成とするとよい。
また、前記第1幅広部の幅が徐々に狭まって前記第1幅狭部の幅になるとよい。
また、前記第1電極配線および第2電極配線の幅が前記第1幅広部上および前記第2幅広部上で広く、前記第1幅狭部上および第2幅狭部上で狭いとよい。
Further, there is a portion where the planar shape of the closed-loop trench is a straight stripe, and the first electrode wiring and the second electrode wiring are respectively perpendicular to the straight portions of the first trench and the second trench. It is better to have a crossing configuration.
Further, it is preferable that the width of the first wide portion is gradually reduced to be the width of the first narrow portion.
Preferably, the first electrode wiring and the second electrode wiring are wide on the first wide portion and the second wide portion and narrow on the first narrow portion and the second narrow portion.
この発明によれば、半導体層の表面に設けたストライプ状の複数のトレンチと、該トレンチの底部の前記半導体基板に設けたドレイン領域と前記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た前記半導体層の一方の表面に設けた第1ソース領域および他方の表面に設けた第2ソース領域と、前記第1ソース領域とコンタクトする第1ソース電極配線と、前記第2ソース領域とコンタクトする第2ソース電極配線とを具備する双方向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半導体層表面に幅広部と幅狭部を設け、トレンチを横切って幅広部に第1、第2ソース電極配線を形成することで、デバイスピッチを狭くできて、チャネル密度の増加とオン抵抗の低減を図ることができる。
また、幅広部の幅が徐々に狭まって幅狭部の幅になることで、トレンチ幅をほぼ一定にできて、トレンチ深さを均一化できて、良好な耐圧を得ることができる。
According to the present invention, the plurality of stripe-shaped trenches provided on the surface of the semiconductor layer, the drain region provided on the semiconductor substrate at the bottom of the trench, the gate insulating film provided on the surface of the trench, and embedded in the trench A gate electrode, a first source region provided on one surface of the semiconductor layer adjacent to the trench, a second source region provided on the other surface, and a first source electrode in contact with the first source region In a bidirectional semiconductor device comprising a wiring and a second source electrode wiring that contacts the second source region, a wide portion and a narrow portion are provided on a surface of the semiconductor layer that is sandwiched between adjacent trenches by bending the trench. By forming the first and second source electrode wirings in the wide part across the trench, the device pitch can be narrowed, and the channel density can be increased and turned off. Reduction in resistance can be achieved.
Further, since the width of the wide portion is gradually reduced to become the width of the narrow portion, the trench width can be made substantially constant, the trench depth can be made uniform, and a good breakdown voltage can be obtained.
また、ソース電極配線の幅が幅広部上で広く、幅狭部上で狭くすることで、ソース領域とソース電極配線とコンタクトする間隔を縮小できて、オン抵抗の低減を図ることができる。 In addition, since the width of the source electrode wiring is wide on the wide portion and narrowed on the narrow portion, the distance between the source region and the source electrode wiring can be reduced, and the on-resistance can be reduced.
実施の形態をつぎの実施例で説明する。 The embodiment will be described in the following examples.
図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。図1は図4の直線のストライプ状のトレンチ53がある箇所に相当する平面図である。
同図(a)、同図(b)において、p基板1(p型半導体基板)の表面層にnウェル領域2を形成し、nウェル領域2の表面にストライプ状のトレンチ3を複数形成し、トレンチ3を方形波状に屈曲させて幅広部21と幅狭部22を形成する。交互に第1nソース領域9と第2nソース領域11を形成し、第1nソース領域9と第1pコンタクト領域10に層間絶縁膜14に開け第1コンタクトホール15を介して接する第1ソース電極配線18を形成し、第2nソース領域11と第2pコンタク領域16に層間絶縁膜14に開けた第2コンタクトホール16を介して接する第2ソース電極配線19を形成する。この第1、第2コンタクト領域10、12および第1、第2コンタクトホール15、16は幅広部21に形成し、第1、第2ソース領域9、11は幅広部21と幅狭部22の双方に形成する。第1、第2ソース電極配線18、19はソース電極とソース配線と兼ねている。前記の第1ソース電極配線18および第2ソース電極配線19はそれぞれトレンチ3を横切るように形成する。この図では、ストライプ状のトレンチ3およびストライプ状のトレンチ残り箇所20と第1、第2ソース電極配線18、19は直角に交わった場合を示しているが、おおよそ直交(90°±10°程度以内)していればよい。。つぎの同図(b)の説明では同図(a)の平面図の説明と一部重複する箇所があるが再度説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view of an essential part, and FIG. 1 (b) is cut along line XX in FIG. It is principal part sectional drawing. FIG. 1 is a plan view corresponding to a portion where the straight stripe-shaped
1A and 1B, an
同図(b)において、この双方向半導体装置(双方向TLPM)は、p基板1の表面層に形成したnウェル領域2と、nウェル領域2の表面に形成したトレンチ3と、トレンチ3の底部のnウェル領域2に形成したnドレイン領域4と、トレンチ残りの箇所20のnウェル領域2の表面層に形成したトレンチ3と接するpオフセット領域5と、トレンチ3を挟んで一方のpオフセット領域5の表面層に形成したトレンチ3と接する第1nソース領域9と、他方のpオフセット領域5の表面層に形成したトレンチ3と接する第2nソース領域11と、第1nソース領域9と接して形成した第1pコンタクト領域10と、第2nソース領域11と接して形成した第2pコンタクト領域12と有する。
また、トレンチ3の側壁にゲート絶縁膜6を介して形成した第1、第2ゲート電極7、8と、トレンチ3内に充填した絶縁膜13と、第1nソース領域9上と第1pコンタクト領域10上に形成した第1ソース電極配線18と、第2nソース領域11上と第2pコンタクト領域12上に形成した第2ソース電極配線19を有する。
In FIG. 2B, this bidirectional semiconductor device (bidirectional TLPM) includes an
In addition, first and
第1、第2nソース領域9、11上と第1、第2pコンタクト領域10、12と第1、第2ソース電極配線18、19は層間絶縁膜14に形成した第1、第2コンタクトホール15、16を充填するタングステン17を介して接続する。尚、このタングステン17は、ソース電極配線18、19と同一金属(例えば、アルミニウムなど)であっても構わない。
図1に示すように、トレンチ残り箇所20の幅広部21と幅狭部22を互いに入り組むように配置し、第1、第2pコンタクト領域10、12と第1、第2コンタクトホール15、16を幅広部21に形成し、幅狭部22には第1、第2ソース領域9、11のみを形成することで、トレンチ残し箇所20の繰り返し幅を狭くできて、デバイスピッチT1を上げることができる。デバイスピッチT1が上がることで、チャネル密度が増大してオン抵抗の低減を図ることができる。尚、トレンチ残り箇所20の幅狭部22の幅は、第1、第2nソース領域9、11を形成するためのイオン注入のフォト加工限界で決まり、0.6μmルールで設計すると0.8μmとなる。
The first and second n-
As shown in FIG. 1, the
第1、第2nソース領域9、11を形成するn型不純物イオンは、トレンチ残し箇所20のみイオン注入され、トレンチ3底部にはイオン注入されないようにする。これは、トレンチ3底部のnドレイン領域4にn型不純物イオンが打ち込まれるとnドレイン領域4の不純物濃度が増大して、空乏層の広がりを阻止するため、耐圧が低下してしまう。また、トレンチ3肩部から第1、第2nソース領域9、11が離れると、チャネルが形成できずトランジスタとして動作しない。
つぎに、平面形状での寸法について説明する。コンタクトを取らない幅狭部22の幅を0.8μmとすると、前記のデバイス1ユニットに対応するデバイスピッチT1は、1.8μm(幅広部の幅)/2+0.8μm(幅狭部22の幅)/2+0.6μm(トレンチ幅)=1.9μmとなる。抵抗は面積に反比例するので、デバイスピッチT1を図4のデバイスピッチT2である2.4μmから1.9μmとすることで、2.4μm/1.9μm=1.26、つまり、26%の低オン抵抗化を図ることができる。
The n-type impurity ions forming the first and second
Next, dimensions in a planar shape will be described. If the width of the
ところで、トレンチエッチングにおけるトレンチ形状は、トレンチ幅の違いにより深さが異なることがある。例えば、幅0.4μmと幅2μmのパターンが混在するパターンで、幅2μmのトレンチの深さを2μmとする条件でトレンチエッチングした場合、幅0.4μmのトレンチは深さ1.5μmと浅くなる。つまりトレンチ幅の狭い方がトレンチは浅くなる。そのため、図1のようなレイアウトの場合、トレンチ3を直角に曲げるとその箇所でトレンチ幅Bが広くなり、トレンチの深さが深くなってしまう。トレンチが深くなるとこの箇所で電流経路が長くなりオン抵抗が増大し、電流が均一に流れなくなりため、オン電圧は上昇する。また、この箇所で空乏層の広がりが不均一となり電界集中が起きやすくなる。つぎに角部でのトレンチ幅Bの広がりを抑える方法について説明する。
By the way, the trench shape in trench etching may be different in depth due to the difference in trench width. For example, in the case where a pattern having a width of 0.4 μm and a width of 2 μm is mixed, and trench etching is performed under the condition that the depth of the trench having a width of 2 μm is 2 μm, the trench having a width of 0.4 μm becomes shallow at a depth of 1.5 μm. . In other words, the narrower the trench, the shallower the trench. Therefore, in the case of the layout as shown in FIG. 1, if the
図2は、この発明の第2実施例の半導体装置の要部平面図である。この図は図1(a)に相当する平面図である。
図1との違いは、トレンチを45°に曲げてレイアウトした点である。こうすることで、角部(C部)の幅を直角にした場合より狭めることができて、トレンチ3の深さをほぼ均一に形成することができる。
ところで、第1コンタクトホール15間および第2コンタクトホール16間の間隔(以下、コンタクトホール間の間隔L1という)が長いと、オン抵抗が上がってしまう。例えば、図2において、コンタクトホールがない箇所の第1、第2nソース領域9、11を流れる電流がコンタクトホール15、16から吸い上げられるまでに、nソース領域の拡散抵抗が上乗せされオン抵抗が増大する。つぎに、第1コンタクトホール15同士および第2コンタクトホール16同士の間の間隔L1を短くする方法について以下の実施例で説明する。
FIG. 2 is a plan view of an essential part of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. This figure is a plan view corresponding to FIG.
The difference from FIG. 1 is that the trench is laid out at 45 °. By doing so, the width of the corner (C portion) can be made narrower than when the width is made to be a right angle, and the depth of the
By the way, if the interval between the first contact holes 15 and the second contact hole 16 (hereinafter referred to as the interval L1 between the contact holes) is long, the on-resistance increases. For example, in FIG. 2, the diffusion resistance of the n source region is increased and the on-resistance is increased until the current flowing through the first and second
図3は、この発明の第3実施例の半導体装置の要部平面図である。この図は図2に相当する平面図である。
図2との違いは、第1、第2コンタクトホール15、16付近の第1、第2ソース電極配線18、19の幅M2を広くし、それ以外の箇所の幅M3を狭くすることで、図2のコンタクトホール間の間隔L1よりコンタクトホール間の間隔L2を短くした点である。これは、縦方向(図面では上下方向)に配置される幅広部21同士の間隔を縮めることを意味する。コンタクトホール間の間隔L2を短くすることで、第1、第2nソース領域9、11の拡散抵抗を低減することでオン抵抗を低減することができる。オン抵抗を低減することでオン電圧を低減することができる。例えば、0.6μmルールで設計した場合、L2=3.0μm程度となり、図2の場合のL1より30%程度短くできる。
FIG. 3 is a plan view of an essential part of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. This figure is a plan view corresponding to FIG.
The difference from FIG. 2 is that the width M2 of the first and second
また、コンタクトホール間の間隔L2を短くすることで、チャネル密度が増大し、オン電圧を低減することができる。
また、第1、第2ソース電極配線18、19の幅に狭い箇所があっても、例えば、アルミニウムなどの金属配線のためオン電圧の上昇は殆ど起こらない。
Further, by shortening the distance L2 between the contact holes, the channel density can be increased and the on-voltage can be reduced.
Further, even if the first and second
1 p基板
2 nウェル領域
3 トレンチ
4 nドレイン領域
5 pオフセット領域
6 ゲート絶縁膜
7 第1ゲート電極
8 第2ゲート電極
9 第1nソース領域
10 第1pコンタクト領域
11 第2nソース領域
12 第2pコンタクト領域
13 絶縁膜
14 層間絶縁膜
15 第1コンタクトホール
16 第2コンタクトホール
17 タングステン
18 第1ソース電極配線
19 第2ソース電極配線
20 トレンチ残し箇所
21 幅広部
22 幅狭部
T1 デバイスピッチ
M1 ソース電極配線
M2 ソース電極配線(幅広部)
M3 ソース電極配線(幅狭部)
1 p substrate 2
M3 Source electrode wiring (narrow part)
Claims (4)
前記第1トレンチ残し箇所と前記第2トレンチ残し箇所が対向し、第1トレンチ残し箇所の平面形状が第1幅広部と第1幅狭部からなり、第2トレンチ残り箇所の平面形状が第2幅広部と第2幅狭部からなり、第1幅広部と第2幅狭部とが対向し、第1幅狭部と第2幅広部が対向し、前記第1電極配線が前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを横切るように配置され、前記第2電極配線が前記第1トレンチおよび前記第2トレンチを横切るように配置されることを特徴とする双方向半導体装置。 A first region of the first conductivity type, a closed-loop trench formed inward from the surface of the first region, and a first layer formed on a surface layer of the first region, divided into an inner side and an outer side of the closed loop. 1 trench remaining location and 2nd trench remaining location, a second region of the first conductivity type formed in the first region at the bottom of the trench, and the respective surfaces of the first trench remaining location and the second trench remaining location A third region of a second conductivity type formed in a layer, a fourth region of a first conductivity type in contact with a sidewall of the trench formed in a surface layer of the third region in the remaining portion of the first trench, and the first region A fifth conductivity-type fifth region formed in the surface layer of the third region at the remaining portion of the trench, and a first conductivity in contact with the sidewall of the trench formed in the surface layer of the third region at the remaining portion of the second trench. The sixth region of the mold, the first A seventh region of the second conductivity type that is in contact with the sidewall of the trench formed in the surface layer of the third region at the remaining portion of the trench, and a first region that is formed on the sidewall of the remaining portion of the first trench through a gate insulating film. A gate electrode; a second gate electrode formed on a side wall of the second trench remaining portion via a gate insulating film; and the fourth region formed on the first trench remaining portion and the second trench remaining portion. An interlayer insulating film having a first opening on the upper region and the fifth region, and having a second opening on the sixth region and the seventh region; and the first insulating portion through the first opening. In a bidirectional semiconductor device comprising: a first electrode wiring in contact with each of the fourth region and the fifth region; and a second electrode wiring in contact with each of the sixth region and the seventh region through the second opening,
The first trench remaining portion and the second trench remaining portion are opposed to each other, the planar shape of the first trench remaining portion is composed of the first wide portion and the first narrow portion, and the planar shape of the second trench remaining portion is the second. It consists of a wide part and a second narrow part, the first wide part and the second narrow part face each other, the first narrow part and the second wide part face each other, and the first electrode wiring is in the first trench. The bidirectional semiconductor device is disposed so as to cross the second trench, and the second electrode wiring is disposed so as to cross the first trench and the second trench.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104701380A (en) * | 2014-12-23 | 2015-06-10 | 电子科技大学 | Dual-direction MOS-type device and manufacturing method thereof |
CN107942615A (en) * | 2017-12-22 | 2018-04-20 | 江苏宏微科技股份有限公司 | A kind of IGBT or MOSFET domain structures used for electric vehicle |
CN110164974A (en) * | 2018-06-28 | 2019-08-23 | 华为技术有限公司 | A kind of semiconductor devices and manufacturing method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0955506A (en) * | 1995-02-24 | 1997-02-25 | Motorola Inc | Longitudinal type igfet structure that has low on resistanceand method |
JPH11111976A (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2002050760A (en) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Insulating gate field effect transistor |
JP2004274039A (en) * | 2003-02-17 | 2004-09-30 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Bilateral device, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
-
2005
- 2005-11-10 JP JP2005326130A patent/JP2007134500A/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0955506A (en) * | 1995-02-24 | 1997-02-25 | Motorola Inc | Longitudinal type igfet structure that has low on resistanceand method |
JPH11111976A (en) * | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2002050760A (en) * | 2000-08-03 | 2002-02-15 | Sanyo Electric Co Ltd | Insulating gate field effect transistor |
JP2004274039A (en) * | 2003-02-17 | 2004-09-30 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Bilateral device, manufacturing method thereof, and semiconductor device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104701380A (en) * | 2014-12-23 | 2015-06-10 | 电子科技大学 | Dual-direction MOS-type device and manufacturing method thereof |
CN107942615A (en) * | 2017-12-22 | 2018-04-20 | 江苏宏微科技股份有限公司 | A kind of IGBT or MOSFET domain structures used for electric vehicle |
CN107942615B (en) * | 2017-12-22 | 2024-03-22 | 江苏宏微科技股份有限公司 | IGBT or MOSFET layout structure for electric automobile |
CN110164974A (en) * | 2018-06-28 | 2019-08-23 | 华为技术有限公司 | A kind of semiconductor devices and manufacturing method |
CN110164974B (en) * | 2018-06-28 | 2020-09-18 | 华为技术有限公司 | Semiconductor device and manufacturing method |
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