JP2009088004A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に係り、特に入出力部にそれぞれ接続する第1電極と第2電極とを同一主面側に設ける構造において電流経路の集中を緩和し、オン抵抗を低減できる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that can reduce concentration of current paths and reduce on-resistance in a structure in which a first electrode and a second electrode that are respectively connected to an input / output unit are provided on the same main surface side.
ディスクリート半導体の半導体装置(半導体チップ)は、入力部と出力部にそれぞれ接続する電極がそれぞれチップの両主面(表面と裏面)に設けられているものが多いが、両電極がチップの一主面に設けられ、面実装が可能なタイプも知られている。 Many discrete semiconductor devices (semiconductor chips) are provided with electrodes connected to the input part and the output part respectively on both main surfaces (front and back surfaces) of the chip. A type that is provided on a surface and can be surface-mounted is also known.
図7を参照し、従来の面実装が可能なタイプの半導体装置について、いわゆるアップドレイン構造のMOSFETを例に説明する。図7(A)が断面図であり、図7(B)が平面図である。 With reference to FIG. 7, a conventional surface mountable semiconductor device will be described by taking a so-called up-drain MOSFET as an example. FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is a plan view.
n+型の半導体基板110の上にn−型半導体層111を設け、p型不純物層112を設ける。p型不純物層112表面からn−型半導体層111まで到達するトレンチ115を形成し、トレンチ115の内壁をゲート絶縁膜116で被膜し、トレンチ115内にゲート電極117を埋設して多数のMOSFETのセルを設ける。トレンチ115に隣接したp型不純物層112表面にはn+型のソース領域114が形成される。トレンチ115上は層間絶縁膜118で覆われている。ソース電極120は、各セルのソース領域114と接続して設けられる。
An n− type semiconductor layer 111 is provided on an n +
n−型半導体層111上には、ドレイン電極126が設けられる。ドレイン電極126は、n−型半導体層111に設けられた高濃度のn型不純物領域119とコンタクトする。n型不純物領域119は、MOSFETのセルからドレイン電極126に至るn+型半導体基板110の水平方向に主な電流経路が形成されるアップドレイン構造において、ドレインの取り出し抵抗を低減している。
A
更に、n+型半導体基板110の裏面には金属板127が設けられる。金属板127は、n+型半導体基板110より更に低抵抗であるため、n+型半導体基板110の裏面に設けることで、より電流経路の低減を図ることができる(例えば特許文献1参照。)。
Further, a
図7(B)は、図7(A)の平面図の一例である。 FIG. 7B is an example of a plan view of FIG.
このように、MOSFETのセルが配置された素子領域表面にソース電極120が設けられ、チップの例えばコーナー部にゲート電極117に接続するパッド部128が設けられる。ソース電極120、ゲート電極のパッド部128、ドレイン電極126上には、それぞれバンプ電極120b、128b、126bが設けられる。
As described above, the
また、ゲート電極117に接続するパッド部128下方には、基板SB表面にゲート電極117に接続するポリシリコン層が設けられ、基板SB表面にはいずれの不純物拡散領域も配置されないか、あるいはp型の不純物領域(例えばガードリングなど)が配置される構造が一般的である(例えば特許文献2参照。)。
図7(A)の如く、従来のアップドレイン構造の場合の電流は、例えば矢印の如く、MOSFETのセルから金属板127に向かって、基板SBの表面に対して垂直方向に流れた後、金属板127およびn+型半導体基板110の水平方向に流れ、さらに、高濃度のn型不純物領域119に向かって垂直方向に流れてドレイン電極126に達する。
As shown in FIG. 7A, the current in the case of the conventional up-drain structure flows in the direction perpendicular to the surface of the substrate SB from the MOSFET cell toward the
しかし電流は、ドレイン電極126直下のn型不純物領域119に集中するため、ここで抵抗が高くなり、低抵抗化にも限界があった。
However, since the current is concentrated in the n-
また、アップドレイン構造の場合には、ソース電極120やゲート電極のパッド部128が配置されるチップの一主面側に、ドレイン電極126を設ける必要があり、チップサイズの小型化が進まない問題がある。一方で、ゲート電極のパッド部128の下方の基板SBにおいては、例えばMOSFETのセル等を配置することはできず、特に動作には寄与しない無効領域となっていた。
In the case of the up drain structure, it is necessary to provide the
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、高濃度一導電型半導体基板と、該半導体基板上に設けられた一導電型半導体層と、該半導体層の一主面に設けられたディスクリート半導体の素子領域と、該半導体層の端部で該半導体層の側面から露出し、前記一主面から前記半導体基板に達する深さに設けられた高濃度の一導電型不純物領域と、前記素子領域上に設けられ、該素子領域の入力部または出力部に接続する第1電極と、前記半導体層の一主面に設けられて前記一導電型不純物領域とコンタクトし、前記素子領域の出力部または入力部に接続する第2電極と、前記半導体層の一主面に設けられ前記素子領域に接続する第3電極と、を具備し、前記一導電型不純物領域の一部が、前記第3電極のパッド部下方に配置されることにより解決するものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and has a high-concentration one-conductivity-type semiconductor substrate, a one-conductivity-type semiconductor layer provided on the semiconductor substrate, and a discrete semiconductor element region provided on one main surface of the semiconductor layer. A high-concentration one-conductivity type impurity region that is exposed from a side surface of the semiconductor layer at an end portion of the semiconductor layer and that is provided at a depth reaching the semiconductor substrate from the one main surface, and provided on the element region A first electrode connected to an input portion or an output portion of the element region; and provided on one main surface of the semiconductor layer and in contact with the one-conductivity type impurity region; and to an output portion or an input portion of the element region. A second electrode to be connected, and a third electrode provided on one main surface of the semiconductor layer and connected to the element region, wherein a part of the one conductivity type impurity region is below the pad portion of the third electrode. It is solved by being placed in It is.
本発明に依れば、第1に、基板の一主面側に第1電極、第2電極および第3電極が設けられ、基板の水平方向に電流経路が形成される構造の半導体装置において、第2電極にコンタクトし、基板内の電流経路の引き上げ領域となる一導電型不純物領域(n型不純物領域)を広く確保できる。つまり、電流の引き出し領域における集中を回避して、電流経路の抵抗低減を実現できる。 According to the present invention, first, in a semiconductor device having a structure in which a first electrode, a second electrode, and a third electrode are provided on one main surface side of a substrate, and a current path is formed in a horizontal direction of the substrate. A single conductivity type impurity region (n-type impurity region) that is in contact with the second electrode and serves as a region for raising a current path in the substrate can be secured widely. In other words, it is possible to reduce the current path resistance while avoiding concentration in the current extraction region.
またn型不純物領域を、電流経路としては無効領域であった第3電極のパッド部下方まで拡張して配置することにより、n型不純物領域を広げる構造であっても、チップサイズおよび、素子領域面積を従来どおり維持できる。 Further, even if the n-type impurity region is extended to the lower portion of the pad portion of the third electrode, which is an ineffective region as a current path, the chip size and the element region can be increased even if the n-type impurity region is widened. The area can be maintained as before.
アップドレイン構造の場合には、ソース電極やゲート電極のパッド部が配置されるチップの一主面側に、ドレイン電極を設ける必要があり、チップサイズの小型化が進まない問題がある。一方で、ゲート電極のパッド部の下方の基板においては、例えばMOSFETのセル等を配置することはできず、特にMOSFETの動作には寄与しない無効領域となっていた。 In the case of an up-drain structure, it is necessary to provide a drain electrode on one main surface side of a chip on which a pad portion of a source electrode or a gate electrode is disposed, and there is a problem that the chip size cannot be reduced. On the other hand, on the substrate below the pad portion of the gate electrode, for example, a MOSFET cell or the like cannot be arranged, and this is an invalid region that does not particularly contribute to the operation of the MOSFET.
例えば従来構造のMOSFETの場合、第3電極のパッド部(ゲート電極のパッド部128)下方は、一般に基板SB上に素子領域のMOSFETのゲート電極に接続するポリシリコン層が配置され、基板SB表面(n−型半導体層表面)にはいずれの不純物拡散領域も配置されない(または基板とは逆導電型(p型)の不純物領域(例えばガードリング等))が配置されており、電流経路として寄与しない領域であった。 For example, in the case of a MOSFET having a conventional structure, a polysilicon layer connected to the gate electrode of the MOSFET in the element region is generally disposed on the substrate SB below the third electrode pad portion (gate electrode pad portion 128). No impurity diffusion region is disposed on the (n − type semiconductor layer surface) (or an impurity region having a conductivity type opposite to that of the substrate (p-type) (for example, a guard ring)) and contributes as a current path. It was an area that did not.
しかし、本実施形態では、ゲート電極のパッド部下方に、電流の引き上げ領域となるn型不純物領域を配置することで、チップサイズを拡大することなく、または素子領域を縮小することなく、電流経路の抵抗を低減することができる。 However, in the present embodiment, an n-type impurity region serving as a current pulling region is disposed below the pad portion of the gate electrode, so that the current path can be reduced without increasing the chip size or reducing the element region. The resistance can be reduced.
本発明の実施の形態を図1から図3を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
本発明の半導体装置は、高濃度一導電型半導体基板と、一導電型半導体層と、素子領域と、一導電型不純物領域と、第1電極と、第2電極と、第3電極とから構成され、素子領域には、ディスクリート半導体の素子が形成される。 The semiconductor device of the present invention includes a high-concentration one-conductivity type semiconductor substrate, a one-conductivity type semiconductor layer, an element region, a one-conductivity type impurity region, a first electrode, a second electrode, and a third electrode. In the element region, a discrete semiconductor element is formed.
ここで、本実施形態のディスクリート半導体の素子とは個別若しくは単機能あるいはこれらの複合素子の総称とする。一例として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect T ransistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、接合型電界効果型トランジスタ(J−FET)、バイポーラトランジスタ、ダイオードなどである。さらに本実施形態のディスクリート半導体には、例えばMOSFETとSBD(Schottky Barrier Diode)などの異なるディスクリート半導体の素子領域を、同一基板(チップ)に集積化した複合素子も含むものとする。 Here, the discrete semiconductor element of the present embodiment is an individual name, a single function, or a generic name of these composite elements. Examples include MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), junction field effect transistors (J-FETs), bipolar transistors, and diodes. Furthermore, the discrete semiconductor of this embodiment includes a composite element in which element regions of different discrete semiconductors such as MOSFETs and SBDs (Schottky Barrier Diodes) are integrated on the same substrate (chip).
まず図1から図6を参照し、本発明の実施形態としてMOSFETの場合について説明する。 First, the case of a MOSFET will be described as an embodiment of the present invention with reference to FIGS.
図1は、本実施形態のMOSFET100を示す平面概略図である。図2(A)から(C)は、それぞれ、図1のa−a線、b−b線、c−c線付近の拡大図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a
図1を参照して、半導体基板(半導体チップ)10の第1主面Sf1側に、所望の不純物を拡散するなどして多数のMOSFETのセルが配置された素子領域20を設ける。本実施形態の素子領域20とは、p型不純物領域であるMOSFETのチャネル層の形成領域とする。
Referring to FIG. 1, on the first main surface Sf1 side of a semiconductor substrate (semiconductor chip) 10, an
素子領域上には開口部を有する絶縁膜(不図示)を設け、電極層を配置する。電極層は素子領域20の入出力部と接続する。
An insulating film (not shown) having an opening is provided on the element region, and an electrode layer is disposed. The electrode layer is connected to the input / output part of the
電極層は、第1電極17、第2電極18、第3電極19からなる。第1電極17はソース電極であり、第2電極18はドレイン電極であり、第3電極19は、ゲート配線電極である。
The electrode layer includes a
ソース電極17は素子領域20上を覆う1つの平板状の電極層(金属層)で構成され、素子領域20のソース領域とコンタクトする。
The
半導体基板10の例えば最外周の電極層(金属層)によりドレイン電極18が構成され、ドレイン電極18はその下方に配置されたn型不純物領域22とコンタクトする。ドレイン電極18は例えばドレインパッド部18pを始端として半導体基板10の端部Eに沿って延在し、ソース電極17の外側を連続して囲み、ドレインパッド部18pに至る。
A
ゲート配線電極19は、ソース電極17とドレイン電極18の間に配置される。
The
ソース電極17、ドレイン電極18、ゲート配線電極19には、例えばそれぞれ丸印の如く外部接続電極26が設けられる。外部接続電極26は例えばバンプ電極であり、ドレイン電極18およびゲート配線電極19においてはそれぞれドレインパッド部18p、ゲートパッド部19pに設けられる。外部接続電極26を介して、ソース端子S、ドレイン端子Dと接続し、またゲート端子Gに接続する。
The
尚、図1では計4個のバンプ電極を示しているが、その数および配置は図示したものに限らない。 1 shows a total of four bump electrodes, the number and arrangement thereof are not limited to those shown in the figure.
図2を参照してより詳細に説明する。尚図2においては外部接続電極26を一点鎖線で示した。尚、図2(A)及び図2(B)と、図2(C)とは紙面の都合上縮尺が異なるが、半導体基板10の端部Eは実際は同一辺上に存在する。また図2(A)、図2(B)、図2(C)各図は、それぞれ部分的に抽出した図であり、二点鎖線でつないだ部分は実際には同じ構成要素として連続している(図1参照)。
This will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 2, the
ゲート配線電極19は、素子領域20のゲート電極(ここでは不図示)と接続し、幅W11が10μm程度の帯状にパターンニングされる(図2(A)(B))。ゲート配線電極19は、基板10上に延在するポリシリコン層13cと一部重畳し、これに沿って設けられる。
The
またゲート配線電極19はその幅W12が例えば300μm程度のパッド部(ゲートパッド部)19pを有する(図2(C))。
The
ここで、幅とは半導体基板(半導体チップ)10の端部Eからチップ中心方向に向かう幅をいい、以下同様である。また、端部Eとは、ダイシングにより半導体チップサイズに分割した際に露出する基板(半導体チップ)10の側面である。 Here, the width refers to the width from the end E of the semiconductor substrate (semiconductor chip) 10 toward the center of the chip, and so on. Further, the end portion E is a side surface of the substrate (semiconductor chip) 10 that is exposed when divided into semiconductor chip sizes by dicing.
ドレイン電極18は幅W21が例えば350μm程度のパッド部(ドレインパッド部)18pを有し(図2(B))、それ以外は、幅W22が10μm程度の帯状にパターンニングされる(図2(A)(C))。
The
半導体基板10端部Eには、半導体基板10の全周に渡って高濃度のn型不純物領域22が設けられる。
A high concentration n-
n型不純物領域22は、素子領域20端部のp型不純物領域の外側から一定の距離(幅W3)で離間した位置から半導体基板10の端部Eまで達し、半導体基板10の最外周に沿う連続した領域である。
The n-
素子領域20端部のp型不純物領域とは、ここではガードリング21である。つまりガードリング21の外側から幅W3で離間してn型不純物領域22を配置する。幅W3は、MOSFETに要求される耐圧に応じて設定され、ここでは例えば20μm程度である。ガードリング21は、ゲート配線電極19と重畳してこの下方に設けられ(図2(A)(B))、ゲートパッド部19p付近では、ソース電極17下方にも配置される。またガードリング21は、ゲートパッド部19p付近でその幅が広くなり、ゲートパッド部19p直下では凹状にパターンニングされる(図2(C))。尚、ガードリング21からn型不純物領域22までの幅W3は実際には図2(A)(B)(C)において同等である。
Here, the p-type impurity region at the end of the
尚、ガードリング21を設けなくてもよく、その場合は、p型不純物領域であるチャネル層の端部から幅W3で離間してn型不純物領域22を配置する。
Note that the
すなわちn型不純物領域22は外周が矩形の半導体基板10の端部Eと一致し、内周はガードリング21に沿ったパターンを有する。そして、n型不純物領域22は、ドレイン電極18と一部重畳してコンタクトし、ドレイン電極18に沿って配置され、ドレインパッド電極18p下方では、略全面に配置される。すなわち、少なくとも外部接続電極26(バンプ電極)の固着領域下方の全面には、n型不純物領域22が配置される(図2(B))。
In other words, the n-
また、n型不純物領域22は、一部がゲートパッド部19pの下方に配置される。すなわち、n型不純物領域22は、ゲートパッド部19pの下方においてチップ中心方向に突出した拡張部22aを有する(図2(C))。これにより、電流経路の抵抗値を低減できるものであり、これについては断面図を参照して後述する。
A part of the n-
ゲートパッド部19p下方では、拡張部22aを含めたn型不純物領域22の内周から半導体基板10の端部Eまでの幅W4は、例えば350μmである。尚、拡張部22aにおいてもガードリング21端部から一定の幅W3で離間される。
Below the
ゲートパッド部19pを含むゲート配線電極19の下方には、不純物がドープされたポリシリコン層13cが配置される。ポリシリコン層13cは、一部がソース電極17下方まで延在され、素子領域20のゲート電極(不図示)と接続する(図2(A)(B))。ポリシリコン層13cは、ゲートパッド部19pの下方にも配置されるが、ここに例えば、MOSFETの保護ダイオードが構成される場合もある。
A
ゲート配線電極19とポリシリコン層13c、およびドレイン電極18とn型不純物領域22は、それぞれ破線で示すコンタクトホールCHを介してコンタクトする。尚、ゲートパッド部19p下方のn型不純物領域22の拡張部22aは、ゲート配線電極19とは絶縁されている。
The
図3は、図1のa−a線断面図である。 3 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG.
半導体基板10は、n+型シリコン半導体基板1上にn−型半導体層(例えば、不純物濃度が1×1016cm−3程度のn−型エピタキシャル層)2を設けた構成である。第1主面Sf1となるn−型半導体層2表面にはp型の不純物領域であるチャネル層4が設けられ、チャネル層4下方の半導体基板10はドレイン領域となる。
The
MOSFETのセルは、n型の半導体基板10の第1主面Sf1に設けられたp型のチャネル層4内に設けられる。
The MOSFET cell is provided in the p-
トレンチ7は、チャネル層4を貫通してn−型半導体層2まで到達させる。トレンチ7は、一般的には第1主面Sf1の平面パターンにおいて格子状またはストライプ状にパターニングする。
The
トレンチ7の内壁にはゲート酸化膜11を設ける。ゲート酸化膜11の膜厚は、MOSFETの駆動電圧に応じて数百Å程度とする。また、トレンチ7内部には導電材料を埋設してゲート電極13を設ける。導電材料は例えばポリシリコンであり、そのポリシリコンには、低抵抗化を図るために例えばn型不純物が導入されている。
A
ソース領域15は、トレンチ7に隣接したチャネル層4表面に高濃度のn型不純物を注入した拡散領域である。また、隣接するソース領域15間のチャネル層4表面には、高濃度のp型不純物の拡散領域であるボディ領域14を設け、基板の電位を安定化させる。これにより隣接するトレンチ7で囲まれた部分がMOSトランジスタの1つのセルとなり、これが多数個集まってMOSFETの素子領域20を構成している。
The
素子領域20の外周端には、高濃度のp型不純物を拡散したガードリング21が設けられる。ガードリング21は、素子領域20に逆方向バイアスを印加した場合に、チャネル層4からn−型半導体層2に広がる空乏層の端部の曲率を緩和する。
A
ゲート電極13上は層間絶縁膜16で被覆される。ソース電極17はアルミニウム(Al)等の金属層を所望の形状にパターンニングした金属電極である。ソース電極17は素子領域20上を覆って半導体基板10の第1主面Sf1側に設けられ、層間絶縁膜16間のコンタクトホールを介してソース領域15およびボディ領域14と接続する。
The
ゲート電極13は、ポリシリコン層13cとして素子領域20外の基板10上に引き出され、ポリシリコン層13cは、その上に設けられたゲート配線電極19とコンタクトする。
The
ゲート配線電極19より基板10の端部E側にはドレイン電極18が配置されている。ドレイン電極18は、半導体基板10の最外周の金属層である。
A
ドレイン電極18下方には、第1主面Sf1からn+型半導体基板1に達するn型不純物領域22が設けられる。n型不純物領域22は、ガードリング21端部から、一定の幅W3で離間して半導体基板10の端部Eまで設けられた拡散領域であり、半導体基板10(の端部E)の側面から露出する。n型不純物領域22の不純物濃度は、例えば1×1018cm−3程度である。
Below the
本実施形態では、高濃度のn型不純物領域22が半導体基板10の端部Eに達しており、基板表面の反転防止効果も有する。
In the present embodiment, the high-concentration n-
ドレイン電極18の外周は、半導体基板10の端部Eより内側であり、n型不純物領域22の一部はドレイン電極18からも露出するように配置される。絶縁膜23およびソルダーレジスト25により表面は被覆されているが、図3では右端のスクライブラインはソルダーレジスト25に保護されておらず、必ずしも被覆されているとは限らない。
The outer periphery of the
基板10の裏面には、基板10を水平方向に流れる電流の抵抗を更に低減するため、金属層30が設けられる。
A
基板10の第1主面Sf1の最表面は樹脂層(例えばソルダーレジスト)25で被覆される。
The outermost surface of the first main surface Sf1 of the
図4は、図1のb−b線断面図である。図3と同一の構成要素は同一符号で示し、その説明を省略する。 4 is a cross-sectional view taken along line bb of FIG. The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
素子領域20のゲート電極13は、素子領域20外で基板10表面に引き出され、ゲート配線電極19とコンタクトする。
The
ドレインパッド部18の表面を覆う絶縁膜(例えば窒化膜)23の開口部に、下地電極としてUBM(Under Bump Metal)24を設け、UBM24上に外部接続電極26を設ける。外部接続電極26は、ここでは半田によるバンプ電極である。
A UBM (Under Bump Metal) 24 is provided as a base electrode in an opening of an insulating film (for example, a nitride film) 23 covering the surface of the
この断面においてもガードリング21からn型不純物領域22までの幅W3は一定である。
Also in this cross section, the width W3 from the
n型不純物領域22は、ドレインパッド部18p下方の略全面、すなわち少なくとも、外部接続電極26が固着するUBM24の下方全面に設けられる。基板10を流れる電流は、最終的にドレインパッド部18pから引き上げられるので、電流の集中をできる限り解消するため、ドレインパッド部18p下方全面に導電路となるn型不純物領域22が配置される。
The n-
尚、コンタクト抵抗低減のため、n型不純物領域22表面に更に高濃度(不純物濃度は1×1019cm−3程度)のコンタクト部を設けても良い。特に、n型不純物領域22を深く拡散した場合は表面濃度低下の懸念があり、その場合は別工程で基板10表面の不純物濃度を高めるとよい。
In order to reduce contact resistance, a contact portion having a higher concentration (impurity concentration of about 1 × 10 19 cm −3 ) may be provided on the surface of the n-
基板10の第1主面Sf1の最表面は、外部接続電極26部分およびチップの端部E(すくライブライン上)を除いて、樹脂層(例えばソルダーレジスト)25で被覆される。
The outermost surface of the first main surface Sf1 of the
尚、図4においては説明の便宜上、外部接続電極26をチップの端部E付近に図示しているが、実際にはこの位置よりチップの内側に配置される。
In FIG. 4, for convenience of explanation, the
図5は、図1のc−c線断面図である。図3及び図4と同一の構成要素は同一符号で示し、その説明を省略する。 5 is a cross-sectional view taken along line cc of FIG. The same components as those in FIG. 3 and FIG.
ゲート配線電極19の一部は、素子領域20外でゲートパッド部19pとなる。ゲートパッド部19pは表面を覆う絶縁膜(例えば窒化膜)23の開口部に、下地電極としてUBM24が設けられ、UBM24上に外部接続電極26が設けられる。外部接続電極26は、ここでは半田によるバンプ電極である。
A part of the
ゲートパッド部19p下方には、第1主面Sf1からn+型半導体基板1に達するn型不純物領域22が設けられる。n型不純物領域22は、ガードリング21端部から、一定の幅W3で離間して半導体基板10の端部Eまで設けられ、半導体基板10(の端部E)の側面から露出する。尚、図5の断面においてはガードリング21の幅が他の領域より広くなっている(図2参照)。
An n-
ゲートパッド部19p下方のn型不純物領域22は、ドレイン電極18下方に設けられるn型不純物領域22をゲートパッド部19p下方まで延在した拡張部22aである。拡張部22a(n型不純物領域22)は、ゲートパッド部19pとは絶縁膜11’によって絶縁されている。
The n-
MOSFETのゲート電極13と接続するポリシリコン層13cは、その上に設けられたゲート配線電極19(ゲートパッド部19p)とコンタクトする。ゲートパッド部19p下方のポリシリコン層13cに、保護ダイオードが形成される場合もある
ゲートパッド部19pより基板10の端部E側にはドレイン電極18が配置されている。ドレイン電極18は、半導体基板10の最外周の金属層であり、その一部がn型不純物領域22と重畳してこれとコンタクトする。
The
図6を参照して、本実施形態の構造を例えば図7に示すような従来構造と比較して説明する。図6(A)は、本実施形態の拡張部22aを設けた場合の概要図であり、図6(B)は、図7(A)のように、ドレイン電極126下方にのみn型不純物領域119を設けた場合の概要図である。
With reference to FIG. 6, the structure of the present embodiment will be described in comparison with a conventional structure as shown in FIG. FIG. 6A is a schematic diagram when the
本実施形態のMOSFETは、基板10の表面に対して水平方向に電流経路が形成されるいわゆるアップドレイン構造であり、基板10内の電流の引き出し領域として、ドレイン電極18と接続するn型不純物領域22を設ける。
The MOSFET of this embodiment has a so-called up drain structure in which a current path is formed in a horizontal direction with respect to the surface of the
n型不純物領域22の不純物濃度はn−型半導体層2より高濃度であり、n+型半導体基板1まで達する。n型不純物領域22は、基板10を流れる電流を低抵抗でドレイン電極18まで引き上げる導電路となり、ソース電極17−ソース領域15−チャネル層4−n−型半導体層2−n+型半導体基板1−n型不純物領域22−ドレイン電極18間に電流経路が形成される。
The impurity concentration of the n-
つまり、n型不純物領域22が広い方が、低抵抗の電流経路を広く確保でき、より抵抗を低減することができる。そこで、本実施形態では、ゲートパッド部19p下方にn型不純物領域22の拡張部22aを設けることとした。これにより、基板10内部においても低抵抗領域を広げることができる。
That is, a wider n-
従来では、図6(B)の如く、ドレイン電極126直下のみに設けられたn型不純物領域119に電流が集中し、ドレイン電極126の到達直前で抵抗が増加する問題があったが、本実施形態によれば図6(A)の如く、拡張部22aによって電流が分散するため、ドレイン電極18に到達する以前の電流集中を緩和できる。これにより、抵抗を低減することができる。
Conventionally, as shown in FIG. 6B, there is a problem that current concentrates on an n-
n型不純物領域22の拡張部22aは、ゲートパッド部19p下方にのみ設けられ、それ以外のゲート配線電極19下方には設けられない(図3、図4参照)。ゲートパッド部19p下方は広い領域ではあるが、従来構造においては例えばガードリングなどのp型不純物領域が配置されるか、あるいはいずれの不純物領域も配置されることはなく、電流経路としては無効領域であった。
The
本実施形態では、この領域にn型不純物領域22の拡張部22aを配置することにより、チップサイズを拡大することなく、または素子領域20の面積を低減することなく、電流経路の抵抗を低減することができる。
In the present embodiment, the
尚、ゲートパッド部19p下方においてもガードリング21端部から、所定の幅W3を確保して拡張部22aを配置するので、耐圧を劣化させる問題はない。
In addition, since the
また、本実施形態では、基板10の端部Eまで達するn型不純物領域22と、これと重畳するドレイン電極18とによって、アニュラー領域とシールドメタルの機能を有することができる。すなわち、導電路となるn型不純物領域22を基板10の側面から露出するように基板10の最も端部Eに設け、n型不純物領域22上にドレイン電極18を配置する。これにより、MOSFETに逆方向バイアスを印加した際に、n−型半導体層2に広がった空乏層は、高濃度のn型不純物領域22で終端させることができる。すなわち、n型不純物領域22はアニュラー領域としても機能させることができ、ドレイン電極18は、従来のシールドメタルとしても機能させることができる。
In the present embodiment, the n-
これにより、本実施形態ではアニュラー領域およびシールドメタルを別途設ける必要がなく、素子領域外周のチップの周辺領域を効率的に利用して、必要な構成を備えることができるので、素子領域20の拡大あるいはチップの小型化を実現することができる。 Accordingly, in this embodiment, it is not necessary to separately provide an annular region and a shield metal, and the peripheral region of the chip on the outer periphery of the device region can be efficiently used to provide a necessary configuration. Alternatively, the chip can be downsized.
以上、本実施形態ではMOSFETを例に説明したが、これに限らず、ダイオード、バイポーラトランジスタであっても同様に実施できる。 As described above, in the present embodiment, the MOSFET has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a diode or a bipolar transistor can be similarly implemented.
1 n+型シリコン半導体基板
2 n−型半導体層
4 チャネル層
7 トレンチ
10 半導体基板(半導体チップ)
11 ゲート絶縁膜
13 ゲート電極
13c ポリシリコン層
14 ボディ領域
15 ソース領域
16 層間絶縁膜
17 ソース電極
18 ドレイン電極
18p ドレインパッド部
19 ゲート配線電極
19p ゲートパッド部
20 素子領域
21 ガードリング
22 n型不純物領域
22a 拡張部
23 絶縁膜
24 下地電極
25 樹脂層
26 外部接続電極
110 半導体基板
111 n−型半導体層
112 p型不純物層
113 ボディ領域
114 ソース領域
115 トレンチ
116 ゲート絶縁膜
117 ゲート電極
118 層間絶縁膜
119 n型不純物領域
120 ソース電極
126 ドレイン電極
128 パッド部
E (チップ)端部
S ソース端子
D ドレイン端子
G ゲート端子
1 n + type silicon semiconductor substrate 2 n−
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該半導体基板上に設けられた一導電型半導体層と、
該半導体層の一主面に設けられたディスクリート半導体の素子領域と、
該半導体層の端部で該半導体層の側面から露出し、前記一主面から前記半導体基板に達する深さに設けられた高濃度の一導電型不純物領域と、
前記素子領域上に設けられ、該素子領域の入力部または出力部に接続する第1電極と、
前記半導体層の一主面に設けられて前記一導電型不純物領域と接続し、前記素子領域の出力部または入力部に接続する第2電極と、
前記半導体層の一主面に設けられ前記素子領域に接続する第3電極と、を具備し、
前記一導電型不純物領域の一部が、前記第3電極のパッド部下方に配置されることを特徴とする半導体装置。 A high concentration one conductivity type semiconductor substrate;
A one-conductivity-type semiconductor layer provided on the semiconductor substrate;
An element region of a discrete semiconductor provided on one main surface of the semiconductor layer;
A high-concentration one-conductivity type impurity region provided at a depth that is exposed from the side surface of the semiconductor layer at an end of the semiconductor layer and reaches the semiconductor substrate from the one main surface;
A first electrode provided on the element region and connected to an input portion or an output portion of the element region;
A second electrode provided on one main surface of the semiconductor layer, connected to the one-conductivity type impurity region, and connected to an output portion or an input portion of the element region;
A third electrode provided on one main surface of the semiconductor layer and connected to the element region,
A part of the one conductivity type impurity region is disposed below the pad portion of the third electrode.
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-
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- 2007-09-27 JP JP2007252210A patent/JP2009088004A/en active Pending
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