JP2009302182A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 センスセルSeのP+型ボディ層6におけるコンタクト幅はメインセルMaと同じC1であるが、N+型ソース層7におけるコンタクト幅C2が、メインセルMaのコンタクト幅C1よりも狭くなっている(C2<C1)。つまり、センスセルSeのN+型ソース層7とセンス側ソース電極膜31とのコンタクト面積が、メインセルMaのN+型ソース層7とメイン側ソース電極膜21とのコンタクト面積よりも小さくなっている。このため、センスVDMOS30における調整抵抗値RsとしてのN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。
【選択図】 図5
Description
そして、ドレイン領域の抵抗成分と抵抗の温度係数(温度に対する抵抗値の変化)を同じに設定することにより、オン抵抗比(カレントミラー比)のゲート電圧およびチャネル温度依存性を小さくする。
したがって、半導体装置(1)のサイズを大きくすることなく、メインおよびセンス半導体素子間におけるオン抵抗比の誤差を小さくし、電流検出精度を高めることができる。
したがって、センス半導体素子(30)の各セルにおける第3半導体層の第1電極とのコンタクト面積をメイン半導体素子(20)の各セルよりも小さくすることにより、センス半導体素子を構成する各セルの第3半導体層の抵抗値をメイン半導体素子を構成する各セルよりも大きくすることができる。
したがって、センス半導体素子(30)の各セルにおいて第4半導体層(6)間の第3半導体層(7)と第1電極(10)とのコンタクト面積をメイン半導体素子(20)の各セルよりも小さくすることにより、センス半導体素子を構成する各セルの第3半導体層の抵抗値をメイン半導体素子を構成する各セルよりも大きくすることができる。
したがって、センス半導体素子を構成する各セルの第3半導体層(7)と第4半導体層(6)とが接触する部分の形状をメイン半導体素子(20)の各セルと異ならせることにより、センス半導体素子(30)を構成する各セルの第3半導体層の抵抗値を調整することができる。
したがって、センス半導体素子(30)の各セルにおいて第3半導体層(7)の表層部において第1電極(10)を形成しない領域(12)を配置することにより、センス半導体素子を構成する各セルの第3半導体層の抵抗値を調整することができる。
したがって、センス半導体素子の抵抗値を調整することができる。
したがって、センス半導体素子の抵抗値を調整することができる。
この発明に係る第1実施形態について図を参照して説明する。以下の各実施形態では、この発明に係る半導体装置として、縦型MOSトランジスタ素子(VDMOS,Vertical Diffused Metal Oxide Semiconductor)を説明する。図1は、VDMOSの適用例を示す回路図である。
図1に示すように、VDMOS1は、負荷70に負荷電流ISを供給するためのメインVDMOS20と、負荷電流ISを検出するためのセンスVDMOS30とが備えられている。メインVDMOS20およびセンスVDMOS30は、同一の半導体基板(たとえば、SOI基板)に形成されており、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30は、それぞれVDMOSとして機能する複数のセルから構成されている。図1に示す例では、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30は、それぞれNチャネル型VDMOSである。
この実施形態では、ソース端子Sは、矩形状に形成されたメイン側ソース電極膜21の長手方向一端近傍に配置されており、ケルビン端子Kは、メイン側ソース電極膜21の長手方向他端の一方の角部近傍に配置されている。
ケルビン端子Kは、配線抵抗値Ra,Rbの調整度合いに応じて配置され、配線抵抗値Rbを大きくする場合は、図2に示すように、ソース端子Sから極力離れた位置に配置される。
図3は、メインVDMOS20を構成するメインセルの構造を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。図4は、センスVDMOS30を構成するセンスセルの構造を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。図5は、センスセルの構造を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。
図7に示すVDMOSでは、センスVDMOSにおいて調整抵抗が存在しないため、メインVDMOSの配線抵抗値Ra≠センスVDMOSの配線抵抗値(Rc+Rd)である。
したがって、VDMOS1のサイズを大きくすることなく、メインおよびセンスVDMOS間におけるオン抵抗比の誤差を小さくし、電流検出精度を高めることができる。
また、P+型ボディ層6のコンタクト面積が、N+型ソース層7のコンタクト面積よりも大きいため、寄生トランジスタが動作し難くなるので、破壊され難くすることができる。
次に、調整抵抗値Rsの調整方法1について図を参照して説明する。図8(a)は、センスセルSeの平面説明図である。
次に、調整抵抗値Rsの調整方法2について図を参照して説明する。図8(b)は、センスセルSeの平面説明図である。
したがって、領域12の面積を変えることにより、センスVDMOS30の調整抵抗値Rsを微調整することができる。
次に、調整抵抗値Rsの調整方法3について図を参照して説明する。図9は、センスセルSeの平面説明図である。
次に、調整抵抗値Rsの調整方法4について図を参照して説明する。図10は、センスセルSeの説明図であり、(a)は平面説明図、(b)は(a)のA−A矢視断面図である。
つまり、センスセルSeのN+型ソース層7にN−層13を形成することにより、センスVDMOS30における調整抵抗値Rsの調整範囲を拡大することができる。
図11は第1実施形態の変更例を示す説明図である。図11(a)に示すように、ゲート電極8に沿った部分にもN−層13を拡大して形成することもできる。この構造によれば、センスVDMOS30における調整抵抗値Rsの調整範囲をさらに拡大することができる。
次に、この発明の第2実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るVDMOSは、セルの形状が四角形であることを特徴とする。図12は、セルの平面説明図であり、(a)はメインセルMaの平面説明図、(b)はセンスセルSeの平面説明図である。
つまり、従来のように、抵抗を配置するための占有領域をセンスVDMOS30の外縁に設ける必要がない。
また、P+型ボディ層6のコンタクト面積が、N+型ソース層7のコンタクト面積よりも大きいため、寄生トランジスタが動作し難くなるため、破壊され難くすることができる。なお、メインセルMaおよびセンスセルSeは、平面視の形状が六角形、八角形などでもよい。また、コンタクト領域11bは、所定の辺部30aに対応する部位にのみ形成してもよい。
次に、この発明の第3実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るVDMOSは、センスセルにおいてしきい値電圧の高い部位にのみN+型ソース層7のコンタクト領域を設けたことを特徴とする。図13(a)は、センスセルSeの平面説明図である。
同様に、図12(b)に示したセンスセルSeのコンタクト領域11bも、しきい値電圧の高い辺部に対応した領域にのみ形成されているため、コンタクト領域の縮小と相俟ってN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。
なお、メインセルMaおよびセンスセルSeは、平面視の形状が六角形、八角形などでもよい。また、N+型ソース層7aは、所定の辺部30aに対応する部位にのみ形成してもよい。
図13(b)は第3実施形態の変更例1に係るセンスセルの平面説明図である。センスセルSeのN+型ソース層7のうち、コンタクト領域11に対応するN+型ソース層7aを除く部分に、N+型ソース層7よりも不純物濃度の低いN−層13が形成されている。このように、センス側ソース電極膜31とのコンタクト位置を変更することにより、チャネルからソースコンタクトまでの距離が長くなるため、N+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。また、N−層13の不純物濃度の上昇に対応してN+型ソース層7の抵抗値が高くなる。
図14は第3実施形態の変更例2に係るセンスセルSeの平面説明図である。平面視正方形のメインセルMaに対して、センスセルSeは平面視長方形に形成されており、P+型ボディ層6のうち、センスセルSeの対向する短辺部の中央部に対応する部位からN+型ソース層7がP+型ボディ層6の内部に入り込んでいる。
このように構成することにより、N+型ソース層7のコンタクト領域の縮小と相俟ってセンスセルSeの抵抗値を大きくすることができる。
次に、この発明の第4実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るVDMOSは、セルの平面形状が六角形であることを特徴とする。図15は、セルの平面説明図であり、(a)はメインセルMaの平面説明図、(b)はセンスセルSeの平面説明図である。
つまり、従来のように、抵抗を配置するための占有領域をセンスVDMOS30の外縁に設ける必要がない。
また、P+型ボディ層6のコンタクト面積が、N+型ソース層7のコンタクト面積よりも大きいため、寄生トランジスタが動作し難くなるため、破壊され難くすることができる。
第4実施形態の変更例1に係るVDMOSは、センスセルSeにおいて、しきい値電圧の高い部位にのみN+型ソース層7のコンタクト領域を設けたことを特徴とする。図16(a)は、センスセルSeの平面説明図である。
そこで、センスセルSeにおけるN+型ソース層7のうち、しきい値電圧の高い辺部に対応した領域のみにコンタクト領域を形成することにより、N+型ソース層7の抵抗値を大きくする。
そこで、コンタクト領域11に含まれるN+型ソース層7dが、4つの辺部30bのうち、1組の対向する2つの辺部30bに対応する部位にのみ形成されている。
図16(b)は第4実施形態の変更例2に係るセンスセルSeの平面説明図である。センスセルSeのN+型ソース層7のうち、コンタクト領域11に対応するN+型ソース層7dを除く部分に、N+型ソース層7よりも不純物濃度の低いN−層13が形成されている。これにより、N+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。
つまり、センスセルSeのN+型ソース層7のチャネル領域にN−層13を形成することにより、調整抵抗値Rsの調整範囲を拡大することができる。
図17(a)は第4実施形態の変更例3に係るセンスセルSeの平面説明図である。センスセルSeはメインセルMaとは異なる形状の六角形に形成されており、N+型ソース層7のコンタクト領域の面積がメインセルよりも縮小されている。また、センスセルSeは縦長に形成されており、センス側ソース電極膜31とコンタクトするN+型ソース層7eとチャネル領域との間隔L6が、センスセルSeのどの領域においても均等になるように形成されている。これにより、N+型ソース層7の各領域における抵抗値を均一化することができる。
図17(b)は第4実施形態の変更例4に係るセンスセルSeの平面説明図である。センスセルSeは、平面視六角形に形成されており、対向する1組の長い辺部30bの結晶面方位が(100)面であり、残りの4つの短い辺部30aの結晶面方位が(111)面になっている。つまり、しきい値電圧の低い辺部30bを延ばして長辺とすることにより、しきい値電圧の低い領域を、センス側ソース電極膜31とコンタクトするN+型ソース層7eから離すことができるため、N+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。
次に、この発明の第5実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るVDMOSは、ドレイン電極膜2のうち、センスVDMOS30に対応する領域にドレイン電極膜2を形成しないことを特徴とする。図18(a)は、ドレイン電極膜2の平面説明図であり、(b)はセンスセルSeの断面図である。
次に、この発明の第6実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係るVDMOSは、ミラー端子Mがセンス側ソース電極膜31と離間して配置されてなることを特徴とする。図19は、ミラー端子Mおよびセンス側ソース電極膜31の配置関係を示す平面説明図である。
(1)前述の各実施形態において、センスセルSeのチャネル領域におけるN+型ソース層7およびP+型ボディ層6の面積比率はメインセルMaと同じに形成し、センスセルSeのN+型ソース層7の面積をメインセルMaよりも広くすることにより、センスセルSeのN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることもできる。
(2)前述の各実施形態では、この発明に係る半導体装置としてVDMOSを例に挙げて説明したが、横型MOSトランジスタ素子(LDMOS,Lateral Double Diffused MOS)にもこの発明を適用することができる。また、ゲート電極は、プレーナ型でもよい。さらに、Pチャネル型のMOSにも適用することができる。
20・・メインVDMOS(メイン半導体素子)、
21・・メイン側ソース電極膜(メイン側第1電極膜)、
30・・センスVDMOS(センス半導体素子)、
31・・センス側ソース電極膜(センス側第1電極膜)、
50・・電流検出回路、
K・・ケルビン端子(電圧検出端子)、
M・・ミラー端子(センス側端子)、Ma・・メインセル、Ra〜Rd・・配線抵抗、
Rs・・調整抵抗、S・・ソース端子(メイン側端子)、Se・・センスセル。
Claims (14)
- 第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の表層部に形成された第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の表層部に形成された第1導電型の第3半導体層と、前記第2半導体層の表層部に選択的に形成され、前記第2半導体層よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4半導体層と、ゲート絶縁膜を介して前記第3半導体層の表層部から形成されたゲート電極と、層間絶縁膜を介して前記第3および第4半導体層と電気的に接続された第1電極と、前記ゲート電極に印加する電圧によって前記第1電極との間で電流を流す第2電極と、を有する複数のセルから構成され、負荷に負荷電流を供給するメイン半導体素子と、
前記負荷電流を検出するために前記メイン半導体素子と並列接続され、前記メイン半導体素子と共にカレントミラー回路を構成し、前記メイン半導体素子を構成するセルの数よりも少ないセルにより構成されたセンス半導体素子と、
を備えた半導体装置において、
セルを構成する前記第3半導体層の抵抗値が、前記メイン半導体素子よりも前記センス半導体素子の方が大きいことを特徴とする半導体装置。 - セルを構成する前記第3半導体層と前記第1電極とが電気的に接続されている領域の面積が、前記メイン半導体素子よりも前記センス半導体素子の方が小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 隣接するセルを構成する前記ゲート電極の表層部の平面形状がストライプ状であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 各セルには、前記第4半導体層がそれぞれ複数ずつ形成されており、
各セルにおいて隣接する前記第4半導体層間の前記第3半導体層と前記第1電極とが電気的に接続されている領域の面積が、前記メイン半導体素子よりも前記センス半導体素子の方が小さいことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 隣接するセルを構成する前記ゲート電極の表層部によって囲まれた領域の平面形状が多角形であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記センス半導体素子を構成する各セルにおける前記第3半導体層と前記第1電極とが電気的に接続されている領域が、しきい値電圧の高い領域に形成されてなることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 各セルの前記第3半導体層または第4半導体層の大きさが前記メイン半導体素子と前記センス半導体素子とで異なることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記センス半導体素子を構成する各セルの前記第3半導体層の表層部に対応して形成された前記第1電極には、前記第1電極が形成されていない領域が配置されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第3半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の第5半導体層が、前記センス半導体素子を構成する各セルの第3半導体層に形成されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記メイン半導体素子およびセンス半導体素子を構成する各セルの前記第2電極が接続された複数層からなる裏面電極膜が前記半導体基板の裏面に形成されており、
前記裏面電極膜のうち、前記センス半導体素子に対応する範囲には前記裏面電極膜の1層以上が形成されていない領域が配置されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記メイン半導体素子を構成する各セルの前記第1電極を接続してなるメイン側第1電極膜と、
前記センス半導体素子を構成する各セルの前記第1電極を接続してなるセンス側第1電極膜とが前記半導体基板の表層部に形成されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記メイン側第1電極膜に接続されたメイン側端子と、
前記センス側第1電極膜に接続されたセンス側端子と、
前記メイン側第1電極膜において前記メイン側端子とは異なる箇所に接続された電圧検出端子と、を備えており、
前記センス側端子および電圧検出端子が、前記センス半導体素子に流れる電流を検出するための電流検出回路に接続可能に構成されており、
前記センス半導体素子の配線抵抗値と、前記センス側端子および前記電流検出回路間の配線抵抗値とを加算した配線抵抗値が、前記メイン側端子および電圧検出端子間の配線抵抗値を前記メイン側端子の配線抵抗値から減算した配線抵抗値とほぼ等しくなるように構成されてなることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 - 前記センス側第1電極膜と電気的に接続されたセンス側端子が、前記センス側第1電極膜と離間して配置されてなることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の半導体装置。
- 前記センス側第1電極膜と前記センス側端子とがポリシリコン抵抗により接続されてなることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
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