JP2009088006A - Insulation gate-type semiconductor device - Google Patents

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Tetsuya Yoshida
哲哉 吉田
Keita Odajima
慶汰 小田島
Hiroki Eto
弘樹 江藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such problem that the reduction of resistance in a current route is limited in an insulation gate-type semiconductor device wherein two element regions are integrated while one substrate is being used as a common drain region, because current flowing between the two element regions detours deep to a semiconductor substrate with low resistance or to a metal layer provided on its backside. <P>SOLUTION: An embedded metal layer reaching an n<SP>+</SP>-type semiconductor substrate is provided in an n<SP>-</SP>-type semiconductor layer beneath a shield metal layer between two element regions. A part of current detouring around the bottom of the substrate flows shallow around the bottom of the n<SP>-</SP>-type semiconductor layer, so that the current route is partly made short and total resistance of the current route of a device can be reduced. Only an annular region is arranged in a border area between the two element regions to terminate a depletion layer. Thus, a low-resistance layer can be arranged under the annular region, contributing to the reduction of on-state resistance of the device. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁ゲート型半導体装置に関し、特に1チップに2つの素子領域を配置する構造において抵抗低減を実現した絶縁ゲート型半導体装置に関する。   The present invention relates to an insulated gate semiconductor device, and more particularly to an insulated gate semiconductor device that realizes resistance reduction in a structure in which two element regions are arranged on one chip.

二次電池の充放電のバッテリーマネージメントを行う保護回路装置などに用いられるスイッチング素子として、1つのチップに2つのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の素子領域を配置し、双方向の電流経路の切り替えを可能とした絶縁ゲート型半導体装置が知られている(例えば特許文献1参照。)。   As switching elements used in protection circuit devices that perform battery management for charging and discharging secondary batteries, two MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are arranged in one chip, and bidirectional current paths are created. An insulated gate semiconductor device that can be switched is known (for example, see Patent Document 1).

図5は、従来の絶縁ゲート型半導体装置の一例として、1チップに2つの素子領域を集積化したMOSFETを示す図である。図5(A)が平面図であり、図5(B)が図5(A)のc−c線断面図である。   FIG. 5 is a diagram showing a MOSFET in which two element regions are integrated on one chip as an example of a conventional insulated gate semiconductor device. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line cc of FIG. 5A.

MOSFET150は、第1素子領域131、第2素子領域132を1チップに集積化したものである。   The MOSFET 150 is obtained by integrating the first element region 131 and the second element region 132 on one chip.

第1素子領域131および第2素子領域132は、n+型半導体基板130aにn−型半導体層130bが積層された1つの基板(半導体チップ)130に設けられる。すなわち、それぞれの素子領域131、132を構成するMOSFETのセルが基板130に設けられ、2つの素子領域131、132はドレイン領域を共有している。   The first element region 131 and the second element region 132 are provided on one substrate (semiconductor chip) 130 in which an n− type semiconductor layer 130b is stacked on an n + type semiconductor substrate 130a. That is, MOSFET cells constituting the respective element regions 131 and 132 are provided on the substrate 130, and the two element regions 131 and 132 share a drain region.

第1素子領域131、第2素子領域132はチップの中心線X−Xに対して例えば線対称に配置され、第1ゲート配線電極133、第2ゲート配線電極134はそれぞれ第1ソース電極135、第2ソース電極136の外側を囲んで設けられる。また基板30の周端部及び第1素子領域131と第2素子領域132の境界には基板30内に広がる空乏層のストッパー領域となる高濃度のn型不純物領域137が設けられ、その上にシールドメタル層138が配置される。シールドメタル層138は、第1素子領域131および第2素子領域132のそれぞれの周囲に配置され、第1素子領域131と第2素子領域132の境界では2つの素子領域で共有している。   The first element region 131 and the second element region 132 are arranged, for example, symmetrically with respect to the center line XX of the chip, and the first gate wiring electrode 133 and the second gate wiring electrode 134 are the first source electrode 135, The second source electrode 136 is provided so as to surround the outside. A high-concentration n-type impurity region 137 serving as a stopper region for a depletion layer extending in the substrate 30 is provided on the peripheral edge of the substrate 30 and at the boundary between the first element region 131 and the second element region 132, and on that, A shield metal layer 138 is disposed. The shield metal layer 138 is disposed around each of the first element region 131 and the second element region 132, and is shared by the two element regions at the boundary between the first element region 131 and the second element region 132.

素子領域131、132は、同一の構成であり、p型チャネル層141にトレンチ142を設け、トレンチ142は内壁をゲート絶縁膜143で被覆して、ゲート電極144を埋設する。トレンチ142間にはn型のソース領域145とp型のボディ領域147を設け、ゲート電極144上を層間絶縁膜146で被覆して第1ソース電極135(136)を設ける。また例えばフリップチップ構造の場合には、基板130の裏面には電流経路の抵抗を低減するための金属層140が設けられている。
特開2002−118258号公報
The element regions 131 and 132 have the same configuration, and a trench 142 is provided in the p-type channel layer 141. The trench 142 has an inner wall covered with a gate insulating film 143, and a gate electrode 144 is embedded. An n-type source region 145 and a p-type body region 147 are provided between the trenches 142, and the gate electrode 144 is covered with an interlayer insulating film 146 to provide a first source electrode 135 (136). For example, in the case of a flip chip structure, a metal layer 140 for reducing the resistance of the current path is provided on the back surface of the substrate 130.
JP 2002-118258 A

図6を参照して、上記の第1素子領域131および第2素子領域132のドレイン領域は共通であり、導通時には一方の素子領域から他方の素子領域に向かうドレイン領域に電流経路が形成される。   Referring to FIG. 6, the drain regions of the first element region 131 and the second element region 132 are common, and a current path is formed in the drain region from one element region to the other element region when conducting. .

より詳細には、高抵抗なn−型半導体層130bを避け、低抵抗のn+型半導体基板130aまたは裏面の金属層140を主な経路として基板130の主面に対して水平方向に電流が流れる。   More specifically, current flows in a horizontal direction with respect to the main surface of the substrate 130 by using the low resistance n + -type semiconductor substrate 130a or the metal layer 140 on the back surface as a main path while avoiding the high-resistance n− type semiconductor layer 130b. .

しかし、n+型半導体基板130aの垂直方向の厚みは100μm〜300μm程度であり、金属層140またはその近傍のn+型半導体基板130aをその経路とすると電流は深く迂回することになり、抵抗低減に限界があった。   However, the thickness in the vertical direction of the n + type semiconductor substrate 130a is about 100 μm to 300 μm, and if the metal layer 140 or the n + type semiconductor substrate 130a in the vicinity thereof is used as the path, the current is deeply detoured, which limits the resistance reduction. was there.

本発明はかかる課題に鑑みてなされ、一導電型半導体基板と、該一導電型半導体基板上に設けられた一導電型半導体層と、該一導電型半導体層の一主面に設けられた第1の絶縁ゲート型半導体素子領域と、前記一導電型半導体層の一主面に設けられた第2の絶縁ゲート型半導体素子領域と、前記第1および第2の絶縁ゲート型半導体素子領域間の前記一導電型半導体層に埋め込まれた金属層と、を具備す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 includes a one-conductivity-type semiconductor substrate, a one-conductivity-type semiconductor layer provided on the one-conductivity-type semiconductor substrate, and a first surface provided on one main surface of the one-conductivity-type semiconductor layer. 1 insulated gate type semiconductor element region, a second insulated gate type semiconductor element region provided on one main surface of the one conductivity type semiconductor layer, and the first and second insulated gate type semiconductor element regions And a metal layer embedded in the one-conductivity type semiconductor layer.

本発明によれば、第1の絶縁ゲート型半導体素子領域と第2の絶縁ゲート型半導体素子領域間のn−型半導体層に埋め込まれた金属層により、n−半導体層底部(n+型半導体基板の表面)に低抵抗領域を形成できる。これにより、基板の裏面付近まで深く迂回していた電流の一部が、n−型半導体層下方の比較的浅い領域を流れることとなり、電流経路の一部が短くなる。従って電流経路のトータルとしての抵抗が低減でき、絶縁ゲート型半導体装置のオン抵抗が低減できる。   According to the present invention, the metal layer embedded in the n − type semiconductor layer between the first insulated gate semiconductor device region and the second insulated gate semiconductor device region allows the bottom of the n − semiconductor layer (n + type semiconductor substrate). The low resistance region can be formed on the surface). As a result, a part of the current that is deeply detoured to the vicinity of the back surface of the substrate flows in a relatively shallow region below the n − type semiconductor layer, and a part of the current path is shortened. Therefore, the total resistance of the current path can be reduced, and the on-resistance of the insulated gate semiconductor device can be reduced.

特に、第1の絶縁ゲート型半導体素子領域と第2の絶縁ゲート型半導体素子領域の境界近くに存在するトランジスタセルを基点とした電流経路の抵抗低減に効果的である。   In particular, it is effective in reducing the resistance of the current path starting from a transistor cell existing near the boundary between the first insulated gate semiconductor element region and the second insulated gate semiconductor element region.

また、チップの中心線に沿って金属層を配置するのみでよいので、所望の幅で、すなわち素子領域のパターンを変更することなく、装置のオン抵抗低減に寄与できる。   Further, since it is only necessary to dispose the metal layer along the center line of the chip, it is possible to contribute to reduction of the on-resistance of the device with a desired width, that is, without changing the pattern of the element region.

本発明の絶縁ゲート型半導体装置の実施の形態を、図1から図4を参照して、nチャネル型MOSFETの場合を例に説明する。   An embodiment of an insulated gate semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4, taking an n-channel MOSFET as an example.

本発明のMOSFET100は、一導電型半導体基板1と、一導電型半導体層2と、第1のMOSFET素子領域100aと、第2のMOSFET素子領域100bと、金属層とから構成される。   The MOSFET 100 of the present invention includes a one-conductivity-type semiconductor substrate 1, a one-conductivity-type semiconductor layer 2, a first MOSFET element region 100a, a second MOSFET element region 100b, and a metal layer.

図1は、MOSFET100を示す平面図である。   FIG. 1 is a plan view showing the MOSFET 100.

本実施形態のMOSFET100は、1つの半導体チップを構成する基板10に、第1のMOSFET素子領域(以下第1素子領域)100aと、第2のMOSFET素子領域(以下第2素子領域)100bとを集積化したものである。   In the MOSFET 100 of this embodiment, a first MOSFET element region (hereinafter referred to as a first element region) 100a and a second MOSFET element region (hereinafter referred to as a second element region) 100b are formed on a substrate 10 constituting one semiconductor chip. It is an integrated one.

第1素子領域100aと、第2素子領域100bとは基板(チップ)10の中心線X−Xに対して例えば線対称に配置される。   The first element region 100 a and the second element region 100 b are arranged, for example, symmetrically with respect to the center line XX of the substrate (chip) 10.

第1素子領域100aの表面には、第1素子領域100aのソース領域(不図示)と接続する第1ソース電極17aが設けられ、第1ソース電極17aの外周に第1ゲート配線電極18aが設けられる。第1ゲート配線電極18aの一部にはゲートパッド部18apが設けられる。第1ゲート配線電極18aの下方には、第1素子領域100aのゲート電極(不図示)と接続するポリシリコン層などの導電層(不図示)が設けられる。   A first source electrode 17a connected to a source region (not shown) of the first element region 100a is provided on the surface of the first element region 100a, and a first gate wiring electrode 18a is provided on the outer periphery of the first source electrode 17a. It is done. A gate pad portion 18ap is provided in a part of the first gate wiring electrode 18a. A conductive layer (not shown) such as a polysilicon layer connected to the gate electrode (not shown) in the first element region 100a is provided below the first gate wiring electrode 18a.

第2素子領域100bの表面には、第2素子領域100bのソース領域(不図示)と接続する第2ソース電極17bが設けられ、第2ソース電極17bの外周に第2ゲート配線電極18bが設けられる。第2ゲート配線電極18bの一部にはゲートパッド部18bpが設けられる。第2ゲート配線電極18bの下方には、第2素子領域100bのゲート電極(不図示)と接続するポリシリコン層などの導電層(不図示)が設けられる。   A second source electrode 17b connected to a source region (not shown) of the second element region 100b is provided on the surface of the second element region 100b, and a second gate wiring electrode 18b is provided on the outer periphery of the second source electrode 17b. It is done. A gate pad portion 18bp is provided in a part of the second gate wiring electrode 18b. A conductive layer (not shown) such as a polysilicon layer connected to the gate electrode (not shown) of the second element region 100b is provided below the second gate wiring electrode 18b.

基板10端部の全周に渡り、シールドメタル層52が設けられる。シールドメタル層52は、例えば第1ソース電極17a、第1ゲート配線電極18a(第2素子領域100b側も同様)と同じ金属層(例えばAl層)により形成される。シールドメタル層52は、いずれの電位も印加されないフローティング状態である。   A shield metal layer 52 is provided over the entire periphery of the end portion of the substrate 10. The shield metal layer 52 is formed of, for example, the same metal layer (for example, an Al layer) as the first source electrode 17a and the first gate wiring electrode 18a (the same applies to the second element region 100b side). The shield metal layer 52 is in a floating state to which no potential is applied.

シールドメタル層52は、基板10の中央となる第1素子領域100aおよび第2素子領域100bの境界にも配置され、当該領域においては2つの素子領域100a、100bで共有されている。   The shield metal layer 52 is also disposed at the boundary between the first element region 100a and the second element region 100b, which is the center of the substrate 10, and is shared by the two element regions 100a and 100b.

この境界のシールドメタル層52下方のn−型半導体層(後述)には、破線の如く金属層50が埋め込まれる。   A metal layer 50 is buried in an n − type semiconductor layer (described later) below the shield metal layer 52 at the boundary, as indicated by a broken line.

図2は、図1のa−a線の断面図である。   2 is a cross-sectional view taken along line aa in FIG.

第1素子領域100a、第2素子領域100bは、第1主面Sf1と第2主面Sf2を有する同一の半導体基板10に設けられる。これにより、第1素子領域100aおよび第2素子領域100bは、ドレイン領域が共通となっている。   The first element region 100a and the second element region 100b are provided on the same semiconductor substrate 10 having the first main surface Sf1 and the second main surface Sf2. Accordingly, the first element region 100a and the second element region 100b have a common drain region.

第1素子領域100aの構成は以下の通りである。尚、第2素子領域100bについても同一構成であるので、説明は省略する。   The configuration of the first element region 100a is as follows. Since the second element region 100b has the same configuration, the description thereof is omitted.

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n−型エピタキシャル層)2を積層したものである。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を設ける。   The semiconductor substrate 10 is obtained by laminating an n− type semiconductor layer (for example, an n− type epitaxial layer) 2 on an n + type silicon semiconductor substrate 1. A channel layer 4 which is a p-type impurity region is provided on the surface of the n − type semiconductor layer 2 which becomes the first main surface Sf1.

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 trench 7 passes through the channel layer 4 and reaches the n − type semiconductor layer 2. The trench 7 is generally patterned in a lattice shape or a stripe shape in the plane pattern of the first main surface Sf1.

トレンチ7の内壁にはゲート絶縁膜(例えば酸化膜)11を設ける。ゲート絶縁膜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 gate insulating film (for example, an oxide film) 11 is provided on the inner wall of the trench 7. The film thickness of the gate insulating film 11 is about several hundreds of squares depending on the MOSFET driving voltage. In addition, a conductive material is buried in the trench 7 to provide the gate electrode 13. The conductive material is, for example, polysilicon, and n-type impurities, for example, are introduced into the polysilicon in order to reduce the resistance.

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n型不純物を注入したn+型不純物領域である。また、隣接するソース領域15間のチャネル層4表面には、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MOSFETのトランジスタの1つのセルとなり、これが多数個集まってMOSFETの第1素子領域100aを構成している。第1素子領域100aの外周には、高濃度のp型不純物領域であるガードリング21が設けられる。   The source region 15 is an n + type impurity region in which an n type impurity is implanted into the surface of the channel layer 4 adjacent to the trench 7. Further, a body region 14 which is a diffusion region of a p + type impurity is provided on the surface of the channel layer 4 between the adjacent source regions 15 to stabilize the substrate potential. As a result, a portion surrounded by the adjacent trenches 7 becomes one cell of the MOSFET transistor, and a large number of these cells gather to constitute the first element region 100a of the MOSFET. A guard ring 21 that is a high-concentration p-type impurity region is provided on the outer periphery of the first element region 100a.

尚本実施形態では便宜上、ガードリング21の内側までの領域を第1素子領域100a(第2素子領域100b)として説明する。   In this embodiment, for the sake of convenience, the region up to the inside of the guard ring 21 will be described as the first element region 100a (second element region 100b).

ゲート電極13は層間絶縁膜16で被覆される。第1ソース電極17aは第1素子領域100a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。第1ソース電極17aはアルミニウム(Al)等をスパッタして所望の形状にパターンニングした金属電極である。   The gate electrode 13 is covered with an interlayer insulating film 16. The first source electrode 17a is provided on the first main surface Sf1 side of the semiconductor substrate 10 so as to cover the first element region 100a, and is connected to the source region 15 and the body region 14 through a contact hole between the interlayer insulating films 16. . The first source electrode 17a is a metal electrode that is patterned into a desired shape by sputtering aluminum (Al) or the like.

ゲート電極13は、導電層13cにより半導体基板10上に引き出され、半導体基板10の周囲を取り巻く第1ゲート配線電極18aまで延在され、ゲートパッド部に接続する(図1参照)。第1ソース電極17a上は窒化膜23が設けられる。   The gate electrode 13 is drawn on the semiconductor substrate 10 by the conductive layer 13c, extends to the first gate wiring electrode 18a surrounding the semiconductor substrate 10, and is connected to the gate pad portion (see FIG. 1). A nitride film 23 is provided on the first source electrode 17a.

半導体基板10の第2主面Sf2側には、裏面金属層30が設けられる。裏面金属層30は半導体基板10を流れる電流の抵抗低減に寄与する。   A back metal layer 30 is provided on the second main surface Sf2 side of the semiconductor substrate 10. The back metal layer 30 contributes to reducing the resistance of the current flowing through the semiconductor substrate 10.

更に、第1素子領域100aおよび第2素子領域100b間のn−型半導体層2に、金属層50が埋め込まれる。金属層(以下埋め込み金属層)50は、チップの中心線(X−X線)に配置されたシールドメタル層52と重畳し、これの下方に配置される。埋め込み金属層50の底部は、n+型半導体基板1まで達する。埋め込み金属層52は、n−型半導体層2に形成したトレンチに、アルミニウム等の金属層を埋設して形成される。   Further, the metal layer 50 is embedded in the n − type semiconductor layer 2 between the first element region 100a and the second element region 100b. A metal layer (hereinafter referred to as a buried metal layer) 50 overlaps with the shield metal layer 52 disposed on the center line (XX line) of the chip, and is disposed below the shield metal layer 52. The bottom of the buried metal layer 50 reaches the n + type semiconductor substrate 1. The buried metal layer 52 is formed by embedding a metal layer such as aluminum in a trench formed in the n − type semiconductor layer 2.

更に、埋め込み金属層52周囲のn−型半導体層2表面には、高濃度のn型不純物を拡散したn型不純物領域(アニュラー領域)51を設ける。アニュラー領域51は、第1素子領域100aおよび第2素子領域100bから広がる空乏層を終端させる。   Further, an n-type impurity region (annular region) 51 in which high-concentration n-type impurities are diffused is provided on the surface of the n − type semiconductor layer 2 around the buried metal layer 52. The annular region 51 terminates a depletion layer extending from the first element region 100a and the second element region 100b.

図3は、上記のMOSFET100を、双方向の電流経路を切り替えるスイッチング素子に採用する場合の一例を示す等価回路図である。   FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing an example when the MOSFET 100 is used as a switching element that switches a bidirectional current path.

MOSFET100は、第1素子領域100aに形成される第1MOSFET100a’と、第2素子領域100bに形成される第2MOSFET100b’を、ドレインを共通として直列接続した構成であり、ドレイン端子は外部に導出しない。   The MOSFET 100 has a configuration in which a first MOSFET 100a 'formed in the first element region 100a and a second MOSFET 100b' formed in the second element region 100b are connected in series with a common drain, and the drain terminal is not led out to the outside.

つまり第1および第2ゲート配線電極にそれぞれ接続する第1ゲート端子G1、第2ゲート端子G2と、第1および第2ソース電極にそれぞれ接続する第1ソース端子S1、第2ソース端子S2を外部に導出した4端子素子である。   That is, the first gate terminal G1 and the second gate terminal G2 connected to the first and second gate wiring electrodes, respectively, and the first source terminal S1 and the second source terminal S2 connected to the first and second source electrodes, respectively, are externally connected. 4 terminal element derived from

MOSFET100は、第1ゲート端子G1、第2ゲート端子G2にそれぞれゲート信号を印可して両MOSFET100a’、100b’を制御する。そして、第1ソース端子S1、第2ソース端子S2に印加する電位差に応じて電流経路を切り替える。   The MOSFET 100 controls the MOSFETs 100a 'and 100b' by applying gate signals to the first gate terminal G1 and the second gate terminal G2, respectively. Then, the current path is switched according to the potential difference applied to the first source terminal S1 and the second source terminal S2.

第1MOSFET100a’および第2MOSFET100b’はそれぞれ寄生ダイオードを有している。例えば、制御信号により第1MOSFET100a’をオフし、第2MOSFET100b’をオンする。そして第1ソース端子S1を第2ソース端子S2より高電位にすることで、第1MOSFET100a’の寄生ダイオードと第2MOSFETによりd1方向の電流経路を形成する。   Each of the first MOSFET 100a 'and the second MOSFET 100b' has a parasitic diode. For example, the first MOSFET 100a 'is turned off and the second MOSFET 100b' is turned on by the control signal. Then, by setting the first source terminal S1 to a higher potential than the second source terminal S2, a current path in the d1 direction is formed by the parasitic diode of the first MOSFET 100a 'and the second MOSFET.

一方、制御信号により第2MOSFET100b’をオフし、第1MOSFET100a’をオンする。そして第1ソース端子S1を第2ソース端子S2より低電位にすることで、第2MOSFET100b’の寄生ダイオードと第1MOSFETによりd2方向の電流経路を形成する。   On the other hand, the second MOSFET 100b 'is turned off by the control signal, and the first MOSFET 100a' is turned on. Then, by setting the first source terminal S1 to a potential lower than that of the second source terminal S2, a current path in the d2 direction is formed by the parasitic diode of the second MOSFET 100b 'and the first MOSFET.

図4は、本実施形態のMOSFET100の導通時の電流経路の概略を示す断面図である。図4は図1のb−b線断面図である。尚、第1素子領域100aおよび第2素子領域100bの詳細は省略する。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a current path when the MOSFET 100 of the present embodiment is conductive. 4 is a cross-sectional view taken along line bb of FIG. Details of the first element region 100a and the second element region 100b are omitted.

図4を参照して、シールドメタル層52とアニュラー領域51は、第1素子領域100aと第2素子領域100bを囲む半導体基板10の端部にも設けられる。しかし、埋め込み金属層50は、第1素子領域100aと第2素子領域100b間のシールドメタル層52下方にのみ設けられる。   Referring to FIG. 4, shield metal layer 52 and annular region 51 are also provided at the end of semiconductor substrate 10 surrounding first element region 100a and second element region 100b. However, the buried metal layer 50 is provided only below the shield metal layer 52 between the first element region 100a and the second element region 100b.

本実施形態では、MOSFET100の導通時には第1ソース電極17aおよび第1素子領域100aから、n−型半導体層2、n+型半導体基板1、裏面金属層30を経由して第2素子領域100bおよび第2ソース電極17bに至る電流経路が形成される(電流の流れる方向はいずれでもよい)。   In the present embodiment, when the MOSFET 100 is conductive, the second element region 100b and the first element region 100b are connected from the first source electrode 17a and the first element region 100a via the n− type semiconductor layer 2, the n + type semiconductor substrate 1, and the back surface metal layer 30. A current path to the two source electrodes 17b is formed (the direction in which the current flows may be any).

このとき、埋め込み金属層50によって電流経路の抵抗値を低減することができる。すなわち、電流は主に、抵抗値の低い半導体基板10の第2主面Sf2側(裏面金属層30およびその近傍のn+型半導体基板1)に沿って深く迂回するように流れる。本実施形態ではこれに加えて、埋め込み金属層50によりn−型半導体層2の底部に沿った領域にも電流が流れる。従って、深く迂回していた電流のうち一部の経路が浅く、短くなるため、電流経路の全体として抵抗を低減できる。   At this time, the resistance value of the current path can be reduced by the embedded metal layer 50. That is, the current mainly flows so as to make a deep detour along the second main surface Sf2 side (the back surface metal layer 30 and the n + type semiconductor substrate 1 in the vicinity thereof) of the semiconductor substrate 10 having a low resistance value. In the present embodiment, in addition to this, a current also flows in a region along the bottom of the n − type semiconductor layer 2 due to the buried metal layer 50. Accordingly, since some of the current that has been deeply bypassed is shallow and short, the resistance of the entire current path can be reduced.

特に、第1素子領域100aと第2素子領域100bの境界近くに存在するセルを基点とした電流経路の抵抗低減に効果的である。   In particular, it is effective in reducing the resistance of the current path with the cell existing near the boundary between the first element region 100a and the second element region 100b as a base point.

第1素子領域100aおよび第2素子領域100bの境界領域は、空乏層を終端させるアニュラー領域51が配置されていればよく、その内側であれば低抵抗の埋め込み層50を配置することができる。   The boundary region between the first element region 100a and the second element region 100b only needs to be provided with the annular region 51 that terminates the depletion layer, and the low resistance buried layer 50 can be disposed within the boundary region 51.

また、MOSFET100のチップの中心線に沿って埋め込み金属層50を配置するのみでよいので、素子領域のパターンを変更することなく、MOSFET100のオン抵抗低減に寄与できる。   Further, since it is only necessary to dispose the buried metal layer 50 along the center line of the chip of the MOSFET 100, it is possible to contribute to the reduction of the on-resistance of the MOSFET 100 without changing the pattern of the element region.

更に、電流経路を短縮する低抵抗層を不純物の拡散領域で形成した場合よりもさらに抵抗を低減することができる。   Further, the resistance can be further reduced as compared with the case where the low resistance layer for shortening the current path is formed in the impurity diffusion region.

尚、本実施形態ではnチャネル型MOSFETの場合を例に説明したが、導電型を逆にしたpチャネル型MOSFETであっても同様に実施でき、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the case of an n-channel MOSFET has been described as an example. However, a p-channel MOSFET having a reversed conductivity type can be implemented in the same manner and the same effect can be obtained.

本発明の実施形態の絶縁ゲート型半導体装置を説明する平面図である。It is a top view explaining the insulated gate semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the insulated gate semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の絶縁ゲート型半導体装置を説明する等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram explaining the insulated gate semiconductor device of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the insulated gate semiconductor device of embodiment of this invention. 従来の絶縁ゲート型半導体装置を説明する(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional drawing explaining the conventional insulated gate semiconductor device. 従来の絶縁ゲート型半導体装置を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the conventional insulated gate semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

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 導電層
14 ボディ領域
15 ソース領域
16 層間絶縁膜
17a 第1ソース電極
17b 第2ソース電極
18a 第1ゲート配線電極
18b 第2ゲート配線電極
18ap、18bp ゲートパッド部
23 窒化膜
30 (裏面)金属層
50 (埋め込み)金属層
51 アニュラー領域
52 シールドメタル層
100 MOSFET
100a 第1(絶縁ゲート型半導体)素子領域
100b 第2(絶縁ゲート型半導体)素子領域
100a’ 第1MOSFET
100b’ 第2MOSFET
130 基板
130a n+型シリコン半導体基板
130b n−型半導体層
131 第1素子領域
132 第2素子領域
133 第1ゲート配線電極
134 第2ゲート配線電極
135 第1ソース電極
136 第2ソース電極
137 n型不純物領域
138 シールドメタル層
140 金属層
141 チャネル層
142 トレンチ
143 ゲート絶縁膜
144 ゲート電極
145 ソース領域
146 層間絶縁膜
Sf1 第1主面
Sf2 第2主面
S1、S2 ソース端子
G1、G2 ゲート端子
1 n + type silicon semiconductor substrate 2 n− type semiconductor layer 4 channel layer 7 trench 10 semiconductor substrate (semiconductor chip)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gate insulating film 13 Gate electrode 13c Conductive layer 14 Body region 15 Source region 16 Interlayer insulating film 17a First source electrode 17b Second source electrode 18a First gate wiring electrode 18b Second gate wiring electrode 18ap, 18bp Gate pad part 23 Nitride Film 30 (Back) Metal layer 50 (Embedded) Metal layer 51 Annular region 52 Shield metal layer 100 MOSFET
100a First (insulated gate type semiconductor) element region 100b Second (insulated gate type semiconductor) element region 100a ′ First MOSFET
100b 'second MOSFET
130 substrate 130a n + type silicon semiconductor substrate 130b n− type semiconductor layer 131 first element region 132 second element region 133 first gate line electrode 134 second gate line electrode 135 first source electrode 136 second source electrode 137 n type impurity Region 138 Shield metal layer 140 Metal layer 141 Channel layer 142 Trench 143 Gate insulating film 144 Gate electrode 145 Source region 146 Interlayer insulating film Sf1 First main surface Sf2 Second main surface S1, S2 Source terminal G1, G2 Gate terminal

Claims (5)

一導電型半導体基板と、
該一導電型半導体基板上に設けられた一導電型半導体層と、
該一導電型半導体層の一主面に設けられた第1の絶縁ゲート型半導体素子領域と、
前記一導電型半導体層の一主面に設けられた第2の絶縁ゲート型半導体素子領域と、
前記第1および第2の絶縁ゲート型半導体素子領域間の前記一導電型半導体層に埋め込まれた金属層と、
を具備することを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
One conductivity type semiconductor substrate;
A one conductivity type semiconductor layer provided on the one conductivity type semiconductor substrate;
A first insulated gate semiconductor element region provided on one main surface of the one conductivity type semiconductor layer;
A second insulated gate semiconductor element region provided on one main surface of the one conductivity type semiconductor layer;
A metal layer embedded in the one conductivity type semiconductor layer between the first and second insulated gate semiconductor element regions;
An insulated gate semiconductor device comprising:
前記金属層は、前記一導電型半導体基板に達することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置。   2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer reaches the one conductivity type semiconductor substrate. 前記金属層の表面に、いずれの電位も印加されない他の金属層を設けることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置。   2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein another metal layer to which no potential is applied is provided on the surface of the metal layer. 前記他の金属層は、前記一導電型半導体層の周辺に延在することを特徴とする請求項3に記載の絶縁ゲート型半導体装置。   4. The insulated gate semiconductor device according to claim 3, wherein the other metal layer extends around the one conductivity type semiconductor layer. 前記金属層の周囲の前記一導電型半導体層表面に高濃度の一導電型不純物領域を設けることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置。   2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein a high-concentration one-conductivity type impurity region is provided on a surface of the one-conduction type semiconductor layer around the metal layer.
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