JP3136885B2 - パワーmosfet - Google Patents

パワーmosfet

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JP3136885B2 JP06010984A JP1098494A JP3136885B2 JP 3136885 B2 JP3136885 B2 JP 3136885B2 JP 06010984 A JP06010984 A JP 06010984A JP 1098494 A JP1098494 A JP 1098494A JP 3136885 B2 JP3136885 B2 JP 3136885B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、横型のパワーMOSF
ET(以下、LDMOSと略記する)に関するもので、
特にオン抵抗を低減する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図13は、従来の一般的なLDMOSの
断面図である。なお、ソース電極12とドレイン電極1
3の部分は斜視図状に示している。図13において、P
型基板1の一主面内にN+型埋め込み層2が形成されて
おり、P型基板1の一主面上にP型エピタキシャル層3
が形成されている。P型エピタキシャル層3内にN型ド
レイン領域4が形成されている。N型ドレイン領域4内
にはP型ベース領域5および高濃度N+型ドレイン取り
出し領域7が形成され、かつ高濃度N+型ドレイン取り
出し領域7はN+型埋め込み層2に到達して形成されて
いる。P型ベース領域5内には高濃度N+型ソース領域
6が形成されており、隣合ったP型ベース領域5間のN
型ドレイン領域4の上と、P型ベース領域5の一部の上
には、ゲート絶縁膜9を介してゲート電極10が形成さ
れている。また、高濃度N+型ドレイン取り出し領域7
内には高濃度N+型ドレイン領域8が形成されている。
そして、第一層層間絶縁膜11によってゲート電極10
と絶縁され、高濃度N+型ソース領域6に接続されたソ
ース電極12と、第一層層間絶縁膜11によってゲート
電極10と絶縁され、高濃度N+型ドレイン領域8に接
続されたドレイン電極13が形成されている。図13の
装置において、ドレイン電極13とソース電極12との
間に電圧が印加された状態で、ゲート電極10に電圧が
印加されると、電流は高濃度N+型ドレイン領域8から
高濃度N+型ドレイン取り出し領域7を通り、N+型埋め
込み層2を経由してN型ドレイン領域4を縦方向に流
れ、P型ベース領域5のチャネル領域を通って高濃度N
+型ソース領域6へと流れる。この従来例においては、
ソース電極12、ゲート電極10、ドレイン電極13の
各電極が半導体基板の同一主面上にあるので、複数の出
力トランジスタを1チップ化できるという効果がある。
【0003】次に、図14は、他の従来例であり、本出
願人による先行出願(特願平2−57578号:特開平
3−257969号)に記載のものである。図14にお
いて、(a)は断面図、(b)は平面図である。図14
において、P型基板1の一主面内にN+型埋め込み層2
が形成されており、該P型基板1の一主面上にP型エピ
タキシャル層3が形成されている。該P型エピタキシャ
ル層3内にN型ドレイン領域4が形成されている。該N
型ドレイン領域4内にP型ベース領域5および高濃度N
+型ドレイン領域8が形成されている。該P型ベース領
域5内には高濃度N+型ソース領域6が形成されてお
り、隣合ったP型ベース領域5間のN型ドレイン領域4
の上と、P型ベース領域5の一部の上には、ゲート絶縁
膜9を介してゲート電極10が形成されている。そし
て、第一層層間絶縁膜11によりゲート電極10と絶縁
されてソース電極12およびドレイン電極13が形成さ
れている。さらに、ソース電極12と第二層層間絶縁膜
14によって絶縁された第二層ドレイン電極15が形成
されており、また、図14(b)の平面図に示すよう
に、ソースセル領域Sがドレインセル領域Dの回りに6
角形状に配置されている。この従来例においては、ソー
ス電極12とドレイン電極13を二層構造とすることに
より、ソース開口部とドレイン開口部をセル形状に形成
することができ、かつ6角形状配置を採用しているので
素子の高集積化が可能であり、オン抵抗を低減できると
いう効果がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、第1の従来例
においては、ドレイン電極13をストライプ形状に形成
しているので配線抵抗が大きい。また、ドレイン取り出
し領域7から離れたソースセル領域においては、長い距
離を通ってN+型埋め込み層2中を電流が流れるので、
該埋め込み層の抵抗が大きく、オン抵抗の低減には限界
があった。また、第2の従来例においては、ソースセル
領域とドレインセル領域の個数比が2:1であり、チャ
ネル抵抗を低減させるのが困難であるため、オン抵抗を
低減させるのに限界があった。上記のように、従来のL
DMOSにおいては、オン抵抗を低減させるのに限界が
あり、より一層のオン抵抗低減技術が求められていた。
本発明は、さらにオン抵抗を低減することのできるLD
MOSを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。まず、請求項1に記載の発明において
は、いわゆる横型のMOSFETの構造を有するセルが
同一チップ上に複数個配置されたパワーMOSFETに
おいて、ソース電極とドレイン電極が上下に重なった部
分を有する、いわゆる2層配線構造を有し、半導体基体
領域の第一主面側とは反対側の第二主面側に形成された
低抵抗領域と、該低抵抗領域とドレイン電極とを低抵抗
で導通させる導通領域と、を有し、上記セルの平面的な
配置パタンは、ゲート電極に設けられたソース開口部に
対応するソースセル領域とドレイン開口部に対応するド
レインセル領域とが規則的に所定のピッチで配置されて
おり、一つのセルを形成する複数個のソースセル領域の
中央部に1個のドレインセル領域が配置され、かつ、一
つのセルのドレインセル領域と他のセルのドレインセル
領域との間にソースセル領域が2列以上設けられるよう
に構成している。
【0006】次に、請求項2に記載の発明においては、
請求項1において、低抵抗領域を、高濃度の第1導電型
の埋め込み層で形成したものである。なお、この構成
は、例えば後記図1または図9の実施例に相当する。次
に、請求項3に記載の発明においては、請求項1におい
て、低抵抗領域を、低抵抗シリサイド層で形成したもの
である。なお、この構成は、例えば後記図8の実施例に
相当する。次に、請求項4に記載の発明においては、請
求項1乃至請求項3のいずれかにおいて、導通領域を、
拡散によって設けた高濃度の第1導電型の取り出し領域
で形成したものである。なお、この構成は、例えば後記
図1または図8の実施例に相当する。次に、請求項5に
記載の発明においては、請求項1乃至請求項3のいずれ
かににおいて、導通領域を、トレンチの中に低抵抗材料
を設けた低抵抗導電層で形成したものである。なお、こ
の構成は、例えば後記図9の実施例に相当する。
【0007】次に、請求項6に記載の発明においては、
請求項1乃至請求項5のいずれかににおいて、セルの配
置パタンを、所定間隔でメッシュ状に配列された複数個
のソースセル領域のうち、少なくとも間に2列のソース
セル領域を隔てた所定間隔の位置にある複数個のソース
セル領域の範囲をドレインセル領域に置換したパタンに
したものである。なお、この構成は、例えば後記図1ま
たは図2の実施例に相当する。次に、請求項7に記載の
発明においては、請求項1乃至請求項5のいずれかにに
おいて、上記セルの配置パタンを、一つのセルを形成す
る複数のソースセル領域が正多角形の各頂点に配置さ
れ、上記正多角形の中心部分に一回り小さな同じ正多角
形の1個のドレインセル領域が設けられるように構成し
たものである。なお、この構成は、例えば後記図10の
実施例に相当する。次に、請求項8に記載の発明におい
ては、請求項1乃至請求項5のいずれかににおいて、上
記セルの配置パタンを、一つのセルを形成する複数のソ
ースセル領域が正多角形の各頂点に配置され、上記正多
角形の中心部分に一回り小さな同じ正多角形の1個のド
レインセル領域が設けられ、さらに上記各ソースセル領
域で形成した正多角形の外側に、一回り大きな同じ正多
角形の各頂点にそれぞれソースセル領域を配置するよう
に構成したものである。なお、この構成は、例えば後記
図11の実施例に相当する。次に、請求項9に記載に発
明においては、請求項1乃至請求項5のいずれかににお
いて、上記セルの配置パタンを、一つのセルを形成する
複数のソースセル領域が正多角形の各頂点と各辺の中心
位置とに配置され、その中心部分に一回り小さな同じ正
多角形のドレインセル領域が設けられるように構成した
ものである。なお、この構成は、例えば後記図12の実
施例に相当する。
【0008】
【作用】本発明においては、請求項1に記載の構成をと
ることにより、ドレインセル領域に対してソースセル領
域の個数を増してチャネルの集積度を向上させ、また、
半導体基体領域の第一主面側とは反対側の第二主面側に
低抵抗領域を形成し、この低抵抗領域とドレイン電極と
を低抵抗で導通させる導通領域を設けることにより、ド
レインセル領域から離れたソースセル領域側は上記低抵
抗領域と導通領域とを介した経路で電流を流すように構
成している。すなわち、ドレインセル領域間に設けるソ
ースセル領域の列数を2列以上とし、ドレインセル領域
からのソースセル領域の位置に応じてチャネル経由また
は低抵抗領域経由の電流経路を介して電流が流れるよう
に構成したことにより、ドレイン・ソース間の抵抗経路
の並列接続数が増加するため、オン抵抗を大幅に低減す
ることが可能になる。
【0009】また、請求項3のように、低抵抗領域を、
低抵抗シリサイド層で形成すると、請求項2の埋め込み
層よりも低抵抗にできるが、製造工程は埋め込み層の方
が容易である。また、請求項4においては、導通領域
を、拡散によって設けた高濃度の第1導電型の取り出し
領域で形成したものである。また、請求項5のように、
導通領域を、トレンチの中に低抵抗材料を設けた低抵抗
導電層で形成したものでは、請求項4のような拡散で設
けた取り出し領域よりも抵抗を低減することが可能なの
で、素子の低オン抵抗化がはかれる。また、トレンチで
ドレイン取り出し領域を形成しているので、拡散が不必
要になり、そのためドレインセル領域Dの領域を縮小す
ることが可能で素子の集積度を向上させ、低オン抵抗化
が可能となる。
【0010】次に、請求項6〜請求項9は、セルの配置
パタンに関するものである。まず、請求項6において
は、セルの配置パタンを、メッシュ状に配列したもので
あり、例えば、後記図1(b)に示すように、4列の正
方形メッシュ状に所定のピッチで配置されたソースセル
領域Sの中心の2×2個配列の部分に、4個のソースセ
ル領域とそれらの間隔部分に替わって1個のドレインセ
ル領域Dが配置された形状となる。したがって最終的な
パタンとしては、1つのドレインセル領域Dの廻りを1
列のソースセル領域Sが取り巻き、各ドレインセル領域
相互間には2列のソースセル領域が存在する形状とな
る。このパタン配置を基本として、繰り返しソースセル
領域Sとドレインセル領域Dが配置されている。また、
後記図2の例では、6列の正方形メッシュ状に所定のピ
ッチで配置されたソースセル領域Sの中心の2×2個配
列の部分に、4個のソースセル領域とそれらの間隔部分
に替わって1個のドレインセル領域Dが配置されてい
る。したがって最終的なパタンとしては、1つのドレイ
ンセル領域Dの廻りを2列のソースセル領域Sが取り巻
き、各ドレインセル領域相互間には4列のソースセル領
域が存在する形状となる。その他、5列の正方形メッシ
ュ状に所定のピッチで配置されたソースセル領域Sの中
心の3×3個配列の部分に、9個のソースセル領域とそ
れらの間隔部分に替わって1個のドレインセル領域Dを
配置するパタン等、種々のパタンがあり得る。
【0011】また、請求項7〜請求項9のように、各ソ
ースセル領域を正多角形の頂点におき、その中心部分に
一回り小さな正多角形のドレインセル領域を設けた場合
には、円形のドレインセル領域よりも角の部分だけドレ
インセル領域の面積を増大させることが出来るので、集
積度を向上させることが出来る。特に、図10のよう
に、ソースセル領域の正多角形の各辺の中心部方向にド
レインセル領域の正多角形の各頂点が位置するように設
けたり、図11のように、外側のソースセル領域の正多
角形の各辺の中心部方向に内側のソースセル領域の正多
角形の各頂点が位置するように設けることにより、さら
に集積度を上げることが出来る。また、一つのソースセ
ル領域と他のソースセル領域との距離には、JFET抵
抗と集積度によって定まる最適な距離があり、必要以上
に大きくすることはできないが、請求項9のように、一
つのセルを形成する複数のソースセル領域を正多角形の
各頂点と各辺の中心位置とに配置した場合には、ソース
セル領域相互間の距離をあまり大きくすることなしにド
レインセル領域の面積を大きくすることが出来る。
【0012】
【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1の実施例図であり、(a)は断面
図、(b)は平面パタン配置図を示す。まず、図1
(a)において、P型基板1の一主面内にN+型埋め込
み層2が形成されており、該P型基板1の一主面上にP
型エピタキシャル層3が形成されている。該P型エピタ
キシャル層3内にN型ドレイン領域4が形成されてい
る。N型ドレイン領域4内にはP型ベース領域5および
高濃度N+型ドレイン取り出し領域7が形成され、かつ
高濃度N+型ドレイン取り出し領域7はN+型埋め込み層
2に到達して形成されている。P型ベース領域5内には
高濃度N+型ソース領域6が形成されており、隣合った
P型ベース領域5間のN型ドレイン領域4の上と、P型
ベース領域5の一部の上には、ゲート絶縁膜9を介して
ゲート電極10が形成されている。また、高濃度N+型
ドレイン取り出し領域7内には高濃度N+型ドレイン領
域8が形成されている。なお、高濃度N+型ソース領域
6の平面形状は、例えば中心に孔の開いた円形(ドーナ
ツ型)をしている。さらに第一層層間絶縁膜11によっ
てゲート電極10と絶縁されてソース電極12およびド
レイン電極13が形成されている。また、ソース電極1
2と第二層層間絶縁膜14によって絶縁されて第二層ド
レイン電極15が形成されている。上記のように、ソー
ス電極12とドレイン電極13とは上下に重なった部分
を有する、いわゆる2層配線構造を有している。
【0013】次に、図1(b)は、ソースおよびドレイ
ンの各セル領域の平面配置を示した図である。なお、セ
ル領域とは、全面に形成されたゲート電極10に開けた
ソース領域とドレイン領域用の開口部に対応する領域で
ある。ただし、実際上の開口部は、ソース電極12およ
びドレイン電極13とゲート電極10との接触を避ける
ために設けた第1層間絶縁膜11の開口部(ゲート電極
10に設けた開口部よりもやや狭い)となる。図1
(b)に示すように、4列の正方形メッシュ状に所定の
ピッチで配置されたソースセル領域Sの中心の2×2個
配列の部分に、4個のソースセル領域とそれらの間隔部
分に替わって1個のドレインセル領域Dが配置されてい
る。したがって最終的なパタンとしては、1つのドレイ
ンセル領域Dの廻りを1列のソースセル領域Sが取り巻
き、ドレインセル領域間には2列のソースセル領域が存
在する形状となる。このパタン配置を基本として、繰り
返しソースセル領域Sとドレインセル領域Dが配置され
ている。なお、図1(b)においては、ソースセル領域
の幅と間隔とが同じ場合を示しているが、必ずしも同じ
である必要はない。ただし、セル領域間の間隔には後述
するごとき制限がある 次に作用を説明する。第二層ドレイン電極15とソース
電極12との間に正電圧が印加された状態で、ゲート電
極10にしきい値以上の電圧が印加されると、ゲート電
極10直下のP型ベース領域5の表面がN型に反転して
チャネルが形成される。ソースセル領域Sのうちドレイ
ンセル領域Dに対向した側では高濃度N+型ドレイン領
域8から電流がN型ドレイン領域4内に拡がり、上記チ
ャネルを経由して高濃度N+型ソース領域6に電流が流
れる。一方、ソースセル領域Sうちドレインセル領域D
に対向しない側では、高濃度N+型ドレイン領域8から
高濃度N+型ドレイン取り出し領域7に縦方向に電流が
流れ、引き続きN+型埋め込み層2を横方向に流れ、さ
らにN型ドレイン領域4を縦方向に流れて前記チャネル
を経由して高濃度N+型ソース領域6に電流が流れる。
上記のように、ドレインセル領域間に設けるソースセル
領域の列数を2列以上とし、ドレインセル領域Dからの
ソースセル領域Sの位置に応じてチャネル経由またはN
+型埋め込み層2経由の電流経路を介して電流が流れる
ように構成したことにより、ドレイン・ソース間の抵抗
経路の並列接続数が増加するため、オン抵抗を大幅に低
減することが可能になる(詳細は図3〜図7で後述)。
なお、上記のようにドレインセル領域Dからのソースセ
ル領域Sの位置に応じて複数の経路で電流が流れるよう
にするには、ドレインセル領域間に設けるソースセル領
域の列数を2列以上にする必要がある。すなわち、列数
が1の場合には、ソースセル領域のうちドレインセル領
域に対向しない側は、次のドレインセル領域に対向する
ことになるので、上記のごとき作用は生じない。また、
図1(b)では、ソースセル領域Sおよびドレインセル
領域Dを正方形で表記しているが、セルのコーナ部では
拡散の濃度がセルの直線部分より薄くなるので、特に低
ゲート電圧で駆動する場合に電流の流れが不均一になる
場合があり得る。そのような場合には、セルのコーナ部
の角を切るか若しくは曲線形状にする、すなわち、セル
の形状を多角形もしくは円形または角を丸くした形状に
形成することにより、拡散の濃度プロファイルを均一化
でき電流分布を改善することができる。
【0014】本実施例においては、埋め込み層2とドレ
イン電極13とを拡散によって形成された高濃度N+型
ドレイン取り出し領域7によって電気的に低抵抗で接続
しており、そのためには深い拡散が必要である。このと
き同時に横方向にも高濃度N+型ドレイン取り出し領域
7が拡がってしまうので、ドレイン開口部面積(すなわ
ちドレインセル領域Dの面積)を大きくする必要があ
る。そのため、図1(b)に示すように、ソースセル領
域Sの2×2=4個分の面積と間隔部分の面積とを加え
た面積(ソースセル領域Sの幅と間隔とを同値とすれ
ば、Sの9個分の面積)をドレインセル領域Dとして、
ドレイン開口部面積を広くしている。また、隣合ったソ
ースセル領域S間の距離は、JFET抵抗(P型ベース
領域5相互間の抵抗)が大きくなるので必要以上には近
づけられない。例えば図1(b)の場合にはソースセル
領域Sの幅の半分程度が限界である。また、ソースセル
領域Sとドレインセル領域Dの距離は耐圧が低下しない
範囲内で近づけることが可能であり、ドレインセル領域
Dの大きさをソースセル領域Sの2×2個配置領域と同
等面積より大きめに形成すれば、高濃度イオンを深くま
で注入拡散できるため、高濃度N+型ドレイン取り出し
領域7部の抵抗を低減できる。例えばソースセル領域S
とドレインセル領域Dとの距離は、図1(b)の半分程
度(ソースセル領域Sの幅と間隔とが等しい場合には、
その半分程度)まで近付けることが出来る。
【0015】次に、図2は、本発明の第2の実施例図で
あり、ソースおよびドレインの各セル領域の平面配置図
を示す。第2の実施例は、第1の実施例と同様の断面構
造を有しているが、そのパタン配置が異なる。図2にお
いては6列の正方形メッシュ状に所定のピッチで配置さ
れたソースセル領域Sの中心の2×2個配列の部分に、
4個のソースセル領域とそれらの間隔部分に替わって1
個のドレインセル領域Dが配置されている。したがって
最終的なパタンとしては、1つのドレインセル領域Dの
廻りを2列のソースセル領域Sが取り巻き、ドレインセ
ル領域間には4列のソースセル領域が存在する形状とな
る。このパタン配置を基本として、繰り返しソースセル
領域Sとドレインセル領域Dが配置されている。
【0016】次に、第1および第2の実施例において、
繰り返し基本パタン配置のオン抵抗について考察する。
図3は、第1の実施例におけるオン抵抗を示す等価抵抗
回路図である。図3において、矢印xはソースセル領域
Sのうちドレインセル領域Dに対向した側の電流経路の
抵抗であり、Rx1はチャネル抵抗とチャネルから高濃度
N+型ドレイン取り出し領域7までの拡がり抵抗との和
である。また、矢印yはソースセル領域Sのうちドレイ
ンセル領域Dに対向しない側の電流経路の抵抗であり、
y1はチャネルおよび蓄積層およびJFET、そしてエ
ピタキシャル領域3の抵抗の和であり、Ru1はN+型埋
め込み層2の抵抗、Rtは高濃度N+型ドレイン取り出し
領域7の抵抗である。また、図4は、第2の実施例にお
けるオン抵抗を示す等価抵抗回路図である。図4におい
て、Rz1はドレインセル領域Dに対向しない二つ目のソ
ースセル領域Sの電流経路の抵抗であり、チャネル抵抗
および蓄積層抵抗およびJFET抵抗、そしてエピタキ
シャル領域3の抵抗の和である。またRu2はN+型埋め
込み層2の抵抗である。その他、図3と同符号は同一物
を示す。
【0017】図5は、N+型埋め込み層2のシート抵抗
とオン抵抗の関係を、本発明第1の実施例、本発明第2
の実施例および前記第2の従来例について示した図であ
る。なお、実線は第1の実施例、破線は第2の実施例、
一点鎖線は第2の従来例の特性を、それぞれ示す。図5
の計算においては、ゲート酸化膜厚は500Å、しきい
値電圧は1.7V、ゲート印加電圧は12V、エピタキ
シャル層3の比抵抗は0.4Ωcm、エピタキシャル層
3の厚さは4μmである。またソースセル領域Sのピッ
チは11μm、ドレインセル領域Dの一個当りの取り出
し抵抗は5Ωとして計算している。図5に示すように、
本発明においては、従来で最もオン抵抗の低かった前記
第2の従来例の値よりも、大幅にオン抵抗を低下させる
ことが出来る。上記の理由は、高濃度N+型ドレイン取
り出し領域7を設けたことによってN+型埋め込み層2
の抵抗を下げると同時に、前記のごときパタン配置を採
用することによってチャネルの集積度向上が可能とな
り、ドレイン・ソース間の抵抗経路の並列接続数が増加
するため、オン抵抗を大幅に低減することが可能となっ
たものである。
【0018】また、第2の実施例のパタン配置では、第
1の実施例のパタン配置に比べてチャネルの集積度が向
上しており、チャネル抵抗は第1の実施例よりも低減で
きる。しかし、第2の実施例の場合には、第1の実施例
に比べて埋め込み層2を通る電流経路が増加するので、
該埋め込み層2の抵抗が増加してしまう。そのため、図
5にも示すように、埋め込み層2のシート抵抗が高い場
合には第1の実施例の方が素子のオン抵抗を低減でき
る。また、第1および第2の実施例においては、ドレイ
ンセル領域間のソースセル領域の配置列をそれぞれ2列
のメッシュ、4列のメッシュで構成しているが、図5か
らわかるように、N+型埋め込み層2のシート抵抗を下
げれば下げるほど、メッシュを構成するソースセル領域
Sの列の数を増やしてチャネル抵抗を下げた方がオン抵
抗を下げる上では有利である。すなわちドレイン側の抵
抗(N+型埋め込み層2の抵抗+ドレイン取り出し領域
7の抵抗)が小さくなるほど、ドレインセル領域Dの面
積に対するソースセル領域Sの面積の割合を増加させた
方がチャネル抵抗が下がり全体の抵抗を低減できる。逆
に、シート抵抗が或る一定値以上の場合は、ソースセル
領域Sの列の数を増やしてチャネル抵抗を下げても、か
えってソースセル領域Sとドレイン取り出し領域7まで
の距離が増加することによる抵抗増加の影響により、素
子全体のオン抵抗は増加してしまう。よってシート抵抗
が或る一定値以上の場合はソースセル領域Sの列の数を
減らして、なるべくソースセル領域Sとドレイン取り出
し領域7までの距離を短く保っている方が、素子全体の
オン抵抗を下げることができる。したがってN+型埋め
込み層2のシート抵抗やドレイン取り出し領域7の抵抗
に応じて、メッシュを構成するソースセル領域Sの列数
は制限される。
【0019】ここで、各ドレインセル領域D相互間に設
けられるソースセル領域Sの列数の制限について説明す
る。図6に示すように、ドレインセル領域Dに近い方か
ら1、2、…、nとソースセル領域Sの列に番号を付
け、ドレインセル領域Dはソースセル領域の2×2個+
間隔分とした場合に、n番目の列でドレインセル領域D
を取り囲むソースセル領域Sの数は、12+8(n−
1)個となる。また、この場合の等価抵抗回路図は図7
に示すようになる。図7において、R1、R2、…、Rn
はそれぞれ1列、2列、…、n列上のソースセル領域の
全抵抗、Ru1、Ru2、Runはそれぞれ埋め込み層2の各
列からの経路分の抵抗である。そして、ソースセル領域
Sの一個当たりのチャネル、蓄積層、JFETおよびエ
ピタキシャル層3の抵抗の総和は、例えば前記図5の計
算の場合は471Ωであるから、n列上のソースセル領
域の全抵抗Rnは下記(数1)式で示される。 Rn=471/〔12+8(n−1)〕 …(数1) 一方、n列上からドレイン取り出し点までの埋め込み層
2の抵抗の和、すなわちΣRui=Ru1+Ru2+…+Run
は、ドレインセル領域Dの一辺の長さを例えば13μm
とすれば、下記(数2)式で示される。
【0020】
【数2】
【0021】上記の埋め込み層のシート抵抗RSを50
Ωとして(数1)式と(数2)式とを3<n<5の範囲
について計算すると下記(表1)のようになる。
【0022】
【表1】
【0023】前記のように、(数2)式で示されるn列
上からドレイン取り出し点までの埋め込み層2の抵抗の
和ΣRuiが(数1)式で示されるn列上のソースセル領
域の全抵抗Rnよりも大きくなると、ソースセル領域の
面積割合を増加させる意味が無くなる。したがって、シ
ート抵抗等の各数値の変化幅を考慮すると、上記表1の
結果から、5程度がnの上限となることが分かる。そし
てドレインセル領域間のソースセル領域の列は、n×2
であるから、ソースセル領域の列数は10列が上限とな
る。すなわち、パターン配置におけるドレインセル領域
相互間のソースセル領域の列数は、2〜10の範囲で選
択すれば良いことが分かる。上記の計算結果は、シート
抵抗等の各数値を上記の値にした場合の計算例である
が、ほぼ一般的に成立する範囲の値であり、したがって
一般的にソースセル領域の列数は、2〜10の範囲にす
ることが望ましい。
【0024】また、第1または第2の実施例において
は、ソースセル領域Sが4列配置(4×4個)または6
列配置(6×6個)の中に、ソースセル領域Sの2×2
個相当(+間隔部分)の領域にドレインセル領域Dを配
置したが、ソースセル領域Sを5列配置(5×5個)と
し、その中にソースセル領域Sの3×3個相当(+間隔
部分)の領域にドレインセル領域Dを配置(ドレインセ
ル領域間のソースセル領域の列数は2列)することもで
きる。すなわち、ソースセル領域Sの列数や、ソースセ
ル領域Sで囲まれたドレインセル領域Dの大きさは、高
濃度N+型ドレイン取り出し領域7の必要とされる大き
さに応じて適宜選択することができる。また、ソースセ
ル領域Sのメッシュ配置は、四角形状の格子配置に限る
ことなく、正六角形状や正八角形状のメッシュ配置でも
かまわない。
【0025】次に、図8は、本発明の第3の実施例の断
面図である。図8の実施例においては、低抵抗シリサイ
ド層16がP型基板1の一主面に形成されている。この
ようにN+型埋め込み層2の代わりに、埋め込み層より
も抵抗の低い低抵抗シリサイド層16を用いることによ
り、その部分の抵抗を低減することが可能で、素子の低
オン抵抗化がはかれる。なお、低抵抗シリサイド層16
の形成には、あらかじめP型基板1に低抵抗シリサイド
層16を形成したのち、第2のP型基板3′とウエハボ
ンディングし、その後、所定の厚さになるまで第2のP
型基板3′の表面を研磨する方法等によって形成でき
る。
【0026】次に、図9は、本発明の第4の実施例であ
る。図9の実施例においては、N型ドレイン領域4内に
トレンチを形成し、該トレンチ内に例えば低抵抗の多結
晶シリコンやアルミニウムといった低抵抗導電膜17を
形成することにより、ドレイン電極13とN+型埋め込
み層2とを導通させている。この実施例においては、N
+型のドレイン取り出し領域よりも抵抗を低減すること
が可能なので、素子の低オン抵抗化がはかれる。また、
トレンチでドレイン取り出し領域を形成しているので、
高濃度N+型ドレイン取り出し領域7のような拡散が不
必要になり、そのためドレインセル領域Dの領域を縮小
することが可能で素子の集積度を向上させ、低オン抵抗
化が可能となる。なお、第3の実施例と第4の実施例と
を組み合わせた構成、すなわち、図9のN+型埋め込み
層2の代わりに図8の低抵抗シリサイド層16を設けた
構成とすることもできる。
【0027】次に、図10は、本発明の第5の実施例図
であり、セル配置パタンの平面図を示す。図10におい
ては、円形のソースセル領域Sが正六角形の各頂点に配
置され、その中心部分に一回り小さな正六角形のドレイ
ンセル領域Dが設けられている。上記のように、正六角
形状に配置されたソースセル領域Sの中心位置にドレイ
ンセル領域Dを配置する場合、ドレイン形状を本実施例
のように正六角形で構成することにより、素子のドレイ
ン・ソース間耐圧を低下させないために必要なソースセ
ル領域Sとドレインセル領域Dとの距離を保ちつつ、ド
レインセル領域Dの面積を充分とることが可能な最密パ
タン配置を実現することが出来る。この実施例では、ド
レイン領域形状を六角形にしたことにより、円形にした
場合に比べて角の分だけ面積を大きくすることが出来
る。特に、ドレインセル領域Dの各頂点が各ソースセル
領域Sで形成した正多角形の各辺の中心部方向に位置す
るように設けることにより、集積度を大きくすることが
出来る。
【0028】次に、図11は、本発明の第6の実施例図
であり、セル配置パタンの平面図を示す。図11におい
ては、正六角形のドレインセル領域Dの回りに円形のソ
ースセル領域Sが正六角形状に配置されており、さらに
その外側にもう一重ソースセル領域Sの正六角形が配置
されている。この実施例ではソースセル領域Sの集積度
を高くすることにより、N+型埋め込み層2のシート抵
抗が低い場合に素子のさらなる低オン抵抗化が可能とな
る。また、図11に示すように、外側の正多角形の各辺
の中心部方向に内側の正多角形の各頂点が位置するよう
に設けることにより、集積度を大きくすることが出来
る。
【0029】次に、図12は、本発明の第7の実施例図
であり、セル配置パタンの平面図を示す。図12におい
ては、正六角形のドレインセル領域Dの回りに円形のソ
ースセル領域Sが正六角形状に12個配置されている。
すなわち、正六角形の各頂点と各辺の中点にソースセル
領域Sが設けられている。一つのソースセル領域Sと他
のソースセル領域Sとの距離には、JFET抵抗と集積
度によって定まる最適な距離があり、必要以上に大きく
することができない。したがって前記第5および第6の
実施例の場合には、ドレインセル領域を一定値以上に大
きくすることが困難となる。その点、本実施例の場合に
は、正多角形の辺の中心点にもソースセル領域を配置す
ることにより、ドレインセル領域Dを比較的大きくとれ
るので、深い高濃度N+型ドレイン取り出し領域7の形
成が容易となる。
【0030】なお、上記の実施例においては、配置パタ
ンが正方形メッシュ状および正六角形の場合を例示した
が、他の正多角形や円形でも同様に構成することが出来
る。ただし、形状によっては多少、面積効率が低下する
場合がある。また、ソースセル領域Sの形状は、配置パ
タンが正方形メッシュ状の場合は、図1、図2に示した
ように、正方形が面積効率が良い。配置パタンが正六角
形の場合には、図10〜図12に示したように、ソース
セル領域Sの形状は円形の場合が周囲との対称性がよい
が、正六角形でも同様である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、LDMOSにおいて、二層構造の電極構造と、半導
体基体領域の第一主面側とは反対側の第二主面側に形成
された低抵抗領域と、該低抵抗領域と上記ドレイン電極
とを低抵抗で導通させる導通領域と、を設け、かつ、一
つのセルのドレインセル領域と他のセルのドレインセル
領域との間にソースセル領域が2列以上設けられたセル
の配置パタンを用いたことにより、チャネルの集積度を
格段に向上させ、素子のオン抵抗を飛躍的に低減するこ
とができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例図であり、(a)は断面
図、(b)は配置パタンを示す平面図。
【図2】本発明の第2の実施例の配置パタンを示す平面
図。
【図3】第1の実施例におけるオン抵抗を示す等価抵抗
回路図。
【図4】第2の実施例におけるオン抵抗を示す等価抵抗
回路図。
【図5】N+型埋め込み層2のシート抵抗とオン抵抗の
関係を、本発明第1の実施例、本発明第2の実施例およ
び第2の従来例について示した特性図。
【図6】ドレインセル領域D間のソースセル領域Sの列
数の制限について説明するための配置パタンを示す平面
図。
【図7】図6における等価抵抗回路図。
【図8】本発明の第3の実施例の断面図。
【図9】本発明の第4の実施例の断面図。
【図10】本発明の第5の実施例の配置パタンを示す平
面図。
【図11】本発明の第6の実施例の配置パタンを示す平
面図。
【図12】本発明の第7の実施例の配置パタンを示す平
面図。
【図13】第1の従来例の断面図。
【図14】第2の従来例を示す図であり、(a)は断面
図、(b)は配置パタンを示す平面図。
【符号の説明】
1…P型基板 10…ゲー
ト電極 2…N+型埋め込み層 11…第一
層層間絶縁膜 3…P型エピタキシャル層 12…ソー
ス電極 3′…第2のP型基板 13…ドレ
イン電極 4…N型ドレイン領域 14…第二
層層間絶縁膜 5…P型ベース領域 15…第二
層ドレイン電極 6…高濃度N+型ソース領域 16…低抵
抗シリサイド層 7…高濃度N+型ドレイン取り出し領域 17…低抵
抗導電層 8…高濃度N+型ドレイン領域 S…ソー
スセル領域 9…ゲート絶縁膜 D…ドレ
インセル領域
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 29/76 H01L 29/772 H01L 21/336 H01L 27/088

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ドレイン領域となる第1導電型の半導体基
    体領域の第一主面側にゲート絶縁膜を介して形成された
    ゲート電極と、該ゲート電極に設けられたソース開口部
    からの二重拡散によって形成された第2導電型のベース
    領域および該ベース領域内に形成された高濃度の第1導
    電型のソース領域と、同じく上記ゲート電極に設けられ
    たドレイン開口部から前記半導体基体領域に電気的に導
    通をとるために形成された高濃度の第1導電型のドレイ
    ン領域とを備え、上記ゲート、ソース、ドレインの各電
    極がすべて上記第一主面側に設けられた、いわゆる横型
    のMOSFETの構造を有するセルが同一チップ上に複
    数個配置されたパワーMOSFETにおいて、 上記ソース電極と上記ドレイン電極が上下に重なった部
    分を有する、いわゆる2層配線構造を有し、 上記半導体基体領域の第一主面側とは反対側の第二主面
    側に形成された低抵抗領域と、該低抵抗領域と上記ドレ
    イン電極とを低抵抗で導通させる導通領域と、を有し、 上記セルの平面的な配置パタンは、上記ソース開口部に
    対応するソースセル領域と上記ドレイン開口部に対応す
    るドレインセル領域とが規則的に所定のピッチで配置さ
    れており、一つのセルを形成する複数個のソースセル領
    域の中央部に1個のドレインセル領域が配置され、か
    つ、一つのセルのドレインセル領域と他のセルのドレイ
    ンセル領域との間にソースセル領域が2列以上設けられ
    た構成を有する、ことを特徴とするパワーMOSFE
    T。
  2. 【請求項2】請求項1に記載のパワーMOSFETにお
    いて、 上記低抵抗領域は、高濃度の第1導電型の埋め込み層で
    形成されたものである、ことを特徴とするパワーMOS
    FET。
  3. 【請求項3】請求項1に記載のパワーMOSFETにお
    いて、 上記低抵抗領域は、低抵抗シリサイド層で形成されたも
    のである、ことを特徴とするパワーMOSFET。
  4. 【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
    パワーMOSFETにおいて、 上記導通領域は、拡散によって形成した高濃度の第1
    電型の領域で形成したものである、ことを特徴とするパ
    ワーMOSFET。
  5. 【請求項5】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
    パワーMOSFETにおいて、 上記導通領域は、トレンチの中に低抵抗材料を設けた低
    抵抗導電層で形成したものである、ことを特徴とするパ
    ワーMOSFET。
  6. 【請求項6】請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の
    パワーMOSFETにおいて、 上記セルの配置パタンは、所定間隔でメッシュ状に配列
    された複数個のソースセル領域のうち、少なくとも間に
    2列のソースセル領域を隔てた所定間隔の位置にある複
    数個のソースセル領域の範囲をドレインセル領域に置換
    したパタンである、ことを特徴とするパワーMOSFE
    T。
  7. 【請求項7】請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の
    パワーMOSFETにおいて、 上記セルの配置パタンは、一つのセルを形成する複数の
    ソースセル領域が正多角形の各頂点に配置され、上記正
    多角形の中心部分に一回り小さな同じ正多角形の1個の
    ドレインセル領域が設けられたものである、ことを特徴
    とするパワーMOSFET。
  8. 【請求項8】請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の
    パワーMOSFETにおいて、 上記セルの配置パタンは、一つのセルを形成する複数の
    ソースセル領域が正多角形の各頂点に配置され、上記正
    多角形の中心部分に一回り小さな同じ正多角形の1個の
    ドレインセル領域が設けられ、さらに上記各ソースセル
    領域で形成した正多角形の外側に、一回り大きな同じ正
    多角形の各頂点にそれぞれソースセル領域を配置したも
    のである、ことを特徴とするパワーMOSFET。
  9. 【請求項9】請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の
    パワーMOSFETにおいて、 上記セルの配置パタンは、一つのセルを形成する複数の
    ソースセル領域が正多角形の各頂点と各辺の中心位置と
    に配置され、その中心部分に一回り小さな同じ正多角形
    のドレインセル領域が設けられたものである、ことを特
    徴とするパワーMOSFET。
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