JP3855386B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特にU字型ゲートMOSFET(以下UMOSFETと呼ぶ)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は従来の技術のUMOSFETのパターン配置を示す平面図、図9は図8中に示したD−D’断面図である。
まず、図8に示すパターン配置を説明する。U字型ゲート電極200が網目状に配置されている。このU字型ゲート電極200で囲まれた四角形の各区画内には高濃度n型ソース領域201がU字型ゲート電極200に接するように形成され、その中心に高濃度p型ベースコンタクト領域202が形成される。このU字型ゲート電極200に囲まれた各領域をソースセル203と呼ぶことにする。
【0003】
また、図9の断面図に示すように、U字型ゲート電極200は、高濃度n型ソース領域201およびp型ベース領域204を貫通するように設けられたU字型溝の中に、酸化膜205、207によって外部と絶縁された多結晶シリコン206によって構成されている。
【0004】
以下、図9に基づいて、上記従来のUMOSFETの動作を説明する。ソース電極208を0電位に、ドレイン電極211を正電位にする。この状態でU字型ゲート電極200にしきい値以上の正電位を印加すると、p型ベース領域204のU字型ゲート電極200近傍に反転層が形成される。そして電流がドレイン電極211から高濃度n型半導体基板210、低濃度n型エピタキシャル層209、上記の形成された反転層、および高濃度n型ソース領域201を経由して、ソース電極208まで流れる。これがUMOSFETがオンする場合である。
【0005】
一方、UMOSFETがオフする場合は、U字型ゲート電極200にしきい値以下の電位を印加する。すると反転層が形成されず、オフ状態になる。
このようなUMOSFETの構造では、ゲート電極が平面状に形成されたMOSFETの持つJFET抵抗が存在しないことから素子の微細化が可能であり、ひいてはオン抵抗を低減することができる。
なお、上記の例は、ドレイン電極がソース電極と反対の面側にある縦型UMOSFETについて説明したが、ドレイン電極がソース電極と同一の面側にある横型UMOSFETについても同様に考えることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のごとき従来装置においては、図8の平面構造から判るように、各ソースセル203において、高濃度n型ソース領域201の真中に高濃度p型ベースコンタクト領域202があり、コンタクト抵抗を増大させないためには、この面積を小さくすることが困難である。そのため各ソースセルの大きさを小さくするには限度があり、そのため微細化が制限されて、オン抵抗の低減にも制限がある、という問題があった。
【0007】
本発明は、上記のごとき従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、パワーMOSFETの特性上重要な課題である、オン抵抗をさらに低減することの出来る半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記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な構成をとる。すなわち、請求項1においては、平面形状において多角形の複数のソース領域が所定の間隔でセル状に配置され、前記所定の間隔でセル状に配置された各ソース領域間に前記U字型ゲート電極が網目状に配置されたU字型ゲートMOSFETについて、前記ベースコンタクト領域が、相互に隣合う複数個のソース領域の角部に跨って形成され、かつ、前記U字型ゲート電極は前記ベースコンタクト領域が形成された部分を除いて網目状に配置されるように構成したものである。
【0009】
上記の相互に隣合う複数個のソース領域の角部に跨ってベースコンタクト領域を形成するとは、例えば、後記図1に示すように、相互に隣合う四角形の4個のソース領域の角部に跨って共通の1個のベースコンタクト領域を設けることである。なお、図1の一番端の部分においては、2個のソース領域に跨って共通の1個のベースコンタクト領域が設けられる場合もある。また、ソース領域の平面形状は三角形や六角形等、他の多角形でもよい。また、基本的には1個のソース領域について1個所にベースコンタクト領域を設ければよいので、図1においては、ソース領域4個について1個のベースコンタクト領域を設けており、1個のソース領域について重複してベースコンタクト領域を設けてはいない。ただし、隣接する全てのソース領域の角部に跨って重複して設けることもできる。
上記の構成は、例えば後記第1の実施の形態に相当する。
【0010】
また、請求項2においては、上記と同様のU字型ゲートMOSFETであって、多角形の各ソース領域の各角部のみにベースコンタクト領域を形成したものである。各ソース領域の各角部のみにベースコンタクト領域を形成するとは、例えば後記図5に示すように、ベースコンタクト領域が全てのソース領域の四つの角部分にのみ形成され、U字型ゲート電極が完全に網目状に形成されたものである。なお、ソース領域の形状に応じて角の数は異なってくる。
上記の構成は、例えば後記第2の実施の形態に相当する。
【0011】
また、請求項3においては、本発明をソース電極とドレイン電極が半導体基板の同一の面側に形成された横型UMOSFETに適用したものである。
上記の構成は、例えば後記図3および図4に相当する。
【0012】
また、請求項4においては、U字型ゲート電極の側面は、半導体材料の結晶方位が{100}面になるように形成したものである。
【0013】
上記のように構成したことにより、本発明の構造では、複数個のソースセルの各角部に共通のベースコンタクト領域を設けるので、単位面積当たりのチャネル幅を大きくすることが出来る。そのため、同一面積の素子で比較すれば、素子全体としてのチャネル幅が大きくなり、それによってオン抵抗をさらに低減することが出来る。
【0014】
また、ソースセルの角部付近は、製造技術上、円弧状となるので、U字型ゲート電極の側面を{100}面になるように形成した四角形のソースセルの場合、その角部付近では電子の移動度が小さくなり、チャネルの電流経路としてはあまり有効ではない。本発明ではこの部分にコンタクト領域を設けるので、チャネルとして効果の少ない部分を有効に活用することが出来、それによって各ソースセルをさらに微細化することが出来る。
【0015】
また、本発明の構造では、ベースコンタクト領域がU字型ゲート電極近傍に形成されていることから、サージ電圧印加時にベース抵抗が低減されるので、サージ電圧が印加された場合にベース領域の電位が上昇しにくく、したがって寄生バイポーラトランジスタがオンしにくい構造であるため、耐サージ性が向上する。
【0016】
また、U字型ゲート電極の側面が{100}面になるようにU字型ゲート電極を形成することにより、電子の移動度が大きい方向にチャネル電流が流れるようにU字型ゲート電極を形成することができ、それによってオン抵抗を低くすることが出来る。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、UMOSFETの単位面積当たりのチャネル幅が増大することにより、素子全体としてのオン抵抗を低減することが出来る。
また、ソースセルが四角形でU字型ゲート電極の側面が{100}面の場合、電流経路としてあまり有効でない領域をベースコンタクト領域として用いることで面積を有効利用することが出来るので、さらに素子の微細化が可能となる。
また、高濃度p型ベースコンタクト領域がU字型ゲート電極近傍に形成されていることから、寄生バイポーラトランジスタがオンしにくい構造であるため、サージ耐量を向上させることができる、等の効果が得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態であるUMOSFETのパターン配置を示す平面図、図2は図1中に示されたA−A’−A”面での断面図である。なお、この実施の形態は請求項1に相当する。
【0019】
まず図1に示す平面図について説明する。四角形のソースセル103が図示のように正方形状に所定間隔で規則正しく配置されている。隣り合うソースセル103の間にはU字型ゲート電極100が形成されている。また、高濃度p型ベースコンタクト領域102は隣合うソースセル103の角部に跨って形成されている。すなわち、四角形の4個のソースセルの角部に跨って共通の1個のベースコンタクト領域が設けられている。なお、図1の一番端の部分においては、2個のソースセルに跨って共通の1個のベースコンタクト領域が設けられる場合もある。また、三角形や六角形等のソースセルの場合にも同様に、相互に隣合う複数のソースセルの角部に跨って共通のベースコンタクト領域を設ければよい。また、基本的には1個のソースセルについて1個所にベースコンタクト領域を設ければよいので、図1においては、ソースセル4個について1個のベースコンタクト領域を設けており、1個のソースセルについて重複してベースコンタクト領域を設けてはいない。ただし、隣接する全てのソースセルの角部に跨って重複して設けることもできる。
【0020】
次に、図2に示す断面図について説明する。高濃度n型半導体基板110の第1主面表面に低濃度n型エピタキシャル層109が形成される。この低濃度n型エピタキシャル層109表面にはp型ベース領域104が形成され、p型ベース領域104の表面には高濃度n型ソース領域101および高濃度p型ベースコンタクト領域102が形成される。また、高濃度n型ソース領域101とp型ベース領域104を貫通するようにU字型溝が形成され、U字型溝の底面および側面に酸化膜105が形成され、さらにU字型溝内には多結晶シリコン106(他の導電物質でも可)が埋め込まれている。そして多結晶シリコン106の上面には酸化膜107が形成されている。これらの酸化膜105、107および多結晶シリコン106によってU字型ゲート電極100が形成される。また、n型ソース領域101とp型ベースコンタクト領域102にはソース電極108が接続される。また、高濃度n型半導体基板110の第2主面(裏面側)にはドレイン電極111が形成される。
【0021】
上記の構成により以下のような効果がある。
まず、第1の効果は、従来の技術のように各ソースセルの中心部に高濃度p型ベースコンタクト領域を形成する場合よりも単位面積当たりのチャネル幅を大きくすることが出来ることである。
【0022】
その詳細を以下に説明する。まず、前記図8に示した従来のパターン配置図において、高濃度p型ベースコンタクト領域202の幅をa、高濃度n型ソース領域201の幅をb、U字型ゲート電極200の幅をcとすると、ソースセル1個当たりのチャネル幅W1、面積S1(ソースセルとU字型ゲート電極の面積の和)はそれぞれ下記のように示される。
【0023】
チャネル幅W1=4(a+2b)
面積S1=(a+2b+c)2
したがって単位面積当たりのチャネル幅と面積との比(W1/S1)は、下記(数1)式に示すようになる。
W1/S1=4(a+2b)/(a+2b+c)2 …(数1)
一方、図1に示した本発明の第1の実施の形態のパターン配置において、上記のサイズを対応させると、ソースセル4個当たりのチャネル幅W2、面積S2は、それぞれ下記のようになる。
【0024】
チャネル幅W2=4(c+8b−a)
面積S2=4(2b+c)2
したがって、単位面積当たりのチャネル幅と面積との比(W2/S2)は、下記(数2)式に示すようになる。
【0025】
W2/S2=(c+8b−a)/(2b+c)2 …(数2)
上記(数1)式と(数2)式において、例えば、a=1.5μm、b=1.5μm、c=1.0μmの場合における単位面積当たりのチャネル幅は、
従来のパターン:0.595μm
本発明のパターン:0.719μm
となる。両者を比較すると、
〔(0.719−0.595)/0.595〕×100%=20.8%
となり、本発明においては、単位面積当たりのチャネル幅が従来に比べて約20%増加することになる。したがって、同一面積で比較すれば、素子全体のオン抵抗を上記の分だけ低減することが出来る。
【0026】
第2の効果は、本発明のパターン配置では面積を有効に利用することが出来ることである。通常UMOSFETでは、オン抵抗を低くするために、電子の移動度が大きい方向にチャネル電流が流れるようにU字型ゲート電極を形成する。つまりU字型ゲート電極の側面が{100}面になるようにU字型ゲート電極を形成する。しかし、ソースセル角部は製造上、円弧状になるため、電子の移動度が小さくなってしまう。つまりこの領域はチャネルの電流経路としてはあまり有効ではない。本発明ではこの部分にコンタクト領域を設けるので、チャネルとして効果の少ない部分を有効に活用することが出来、それによって各ソースセルをさらに微細化することが出来る。
【0027】
さらに第3の効果は、本発明により耐サージ性の向上が可能になることである。図2の構造では、ドレイン電極111−高濃度n型半導体基板110−低濃度n型エピタキシャル層109−p型ベース領域104−高濃度n型ソース領域101で形成される寄生バイポーラトランジスタが存在する。そしてp型ベース領域104の電位がこの寄生バイポーラトランジスタのベース電位となる。したがってドレイン領域にサージが印加された場合、ベース抵抗が大きいと寄生バイポーラトランジスタがオンしてしまい、大電流が流れ、素子が破壊されてしまう可能性がある。
【0028】
図7は、サージが印加された場合における本発明と従来装置との比較を示す図であり、(a)は本発明のUMOSFETの断面図(後記図6に相当)、(b)は従来のUMOSFETの断面図(図9に相当)を示す。
【0029】
どちらの場合もドレイン領域にサージが印加された場合、U字型ゲート電極近傍には蓄積層が形成される。(b)に示す従来装置の場合には、サージ電流はこの蓄積層を通り、p型ベース領域209を経由して高濃度p型ベースコンタクト領域202、ソース電極208へ流れる。一方、(a)に示す本発明の場合には、高濃度p型ベースコンタクト領域122がU字型ゲート電極120に接しており、サージ電流はp型ベース領域内に形成された蓄積層から高濃度p型ベースコンタクト領域122を通ってソース電極128へ流れる。したがってベース領域の電位は、ベース領域の抵抗分が加算される(b)の場合よりも(a)の場合の方が低くなり、すなわち寄生バイポーラトランジスタがオンしにくくなるので、素子が破壊されにくい。
【0030】
なお、図7(a)においては、図示の都合上、後述する本発明第2の実施の形態を示す図6に相当する図を用いているが、図2の場合においても上記と同様である。すなわち、図2においては、断面の位置の都合上、高濃度p型ベースコンタクト領域102がU字型ゲート電極100から離れた位置に示されているが、図1から判るように、実際上は高濃度p型ベースコンタクト領域102がU字型ゲート電極100の近傍に配置されており、作用効果は上記した図6の場合と同様である。
【0031】
また、上記のように本発明第1の実施の形態では、ソース電極とドレイン電極が半導体基板の反対の面側に形成された縦型UMOSFETについて説明したが、図3および図4に示すようなソース電極とドレイン電極が半導体基板の同一の面側に形成された横型UMOSFETについても同様の効果がある。
【0032】
以下、図3と図4について簡単に説明する。
図3は本発明を適用した横型のUMOSFETの平面図、図4は図3のB−B’−B”−B"'断面図である。図3においては、ドレインセルが設けられている点のみが図1と異なり、他は同じである。また、図4においては、低濃度n型ドレイン領域112、高濃度n型埋込み領域113、p型半導体基板114、ドレイン電極115、高濃度n型ドレイン引き出し領域116、高濃度n型ドレインコンタクト領域117の部分以外は図2とほぼ同様である。
【0033】
次に、図5は本発明第2の実施の形態のパターン配置を示す平面図、図6は図5中のC−C’−C”断面図である。第1の実施の形態の構成と異なる点は、高濃度p型ベースコンタクト領域122が全てのソースセルの四角部分にのみ形成されており、U字型ゲート電極120が完全に網目状に形成されている点である。なお、図5および図6において、各符号は下記のものを示す。すなわち、120はU字型ゲート電極、121は高濃度n型ソース領域、122は高濃度p型ベースコンタクト領域、123はソースセル、124はp型ベース領域、125はゲート酸化膜、126は多結晶シリコン層、127は酸化膜、128はソース電極、129は低濃度n型ドレイン領域、130は高濃度n型半導体基板、131はドレイン電極である。
【0034】
なお、図5においては、ソースセルが四角形であり、その四つの角にベースコンタクト領域を設けた場合を例示したが、ソースセルの形状が三角形や六角形の場合にもその各角に設ければよい。
【0035】
この本発明第2の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、従来の技術と比較して単位面積当たりのチャネル幅を大きくとることができるとともに、ソースセルが四角形でU字型ゲート電極の側面が{100}面の場合は、電子の移動度の低い領域をベースコンタクト領域として用いており、面積を有効に用いていることから、オン抵抗の低減が可能である。また高濃度p型ベースコンタクト領域がU字型ゲート電極に接するように形成されていることから、ベース抵抗を低減することができ、サージ耐量を向上させることができる。
【0036】
また、上記本発明第2の実施の形態においても、本発明第1の実施の形態の場合と同じく、横型UMOSFETに適用しても同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施の形態のパターン配置を示す平面図。
【図2】図1におけるA−A’−A”断面図。
【図3】横型UMOSFETに第1の実施の形態を適用した場合のパターン配置を示す平面図。
【図4】図3のB−B’−B”−B"'断面図。
【図5】本発明第2の実施の形態のパターン配置を示す平面図。
【図6】図5のC−C’−C”断面図。
【図7】サージ電圧印加時のU字型ゲート電極近傍の電流経路を示す断面図。
【図8】従来技術におけるパターン配置を示す平面図。
【図9】図8のD−D’断面図。
【符号の説明】
100…U字型ゲート電極 101…高濃度n型ソース領域
102…高濃度p型ベースコンタクト領域
103…ソースセル 104…p型ベース領域
105…ゲート酸化膜 106…多結晶シリコン層
107…酸化膜 108…ソース電極
109…低濃度n型ドレイン領域 110…高濃度n型半導体基板
111…ドレイン電極 112…低濃度n型ドレイン領域
113…高濃度n型埋込み領域 114…p型半導体基板
115…ドレイン電極 116…高濃度n型ドレイン引き出し領域117…高濃度n型ドレインコンタクト領域
120…U字型ゲート電極 121…高濃度n型ソース領域
122…高濃度p型ベースコンタクト領域
123…ソースセル 124…p型ベース領域
125…ゲート酸化膜 126…多結晶シリコン層
127…酸化膜 128…ソース電極
129…低濃度n型ドレイン領域 130…高濃度n型半導体基板
131…ドレイン電極 200…U字型ゲート電極
201…高濃度n型ソース領域 202…高濃度p型ベースコンタクト領域203…ソースセル 204…p型ベース領域
205…ゲート酸化膜 206…多結晶シリコン層
207…酸化膜 208…ソース電極
209…低濃度n型ドレイン領域 210…高濃度n型半導体基板
211…ドレイン電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a U-shaped gate MOSFET (hereinafter referred to as UMOSFET).
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a plan view showing a pattern arrangement of a conventional UMOSFET, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ shown in FIG.
First, the pattern arrangement shown in FIG. 8 will be described. U-shaped
[0003]
Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 9, the U-shaped
[0004]
The operation of the conventional UMOSFET will be described below with reference to FIG. The
[0005]
On the other hand, when the UMOSFET is turned off, a potential lower than the threshold value is applied to the
In such a UMOSFET structure, since the JFET resistance of a MOSFET having a gate electrode formed in a planar shape does not exist, it is possible to miniaturize the element and thus reduce the on-resistance.
In the above example, the vertical UMOSFET whose drain electrode is on the side opposite to the source electrode has been described. However, a horizontal UMOSFET whose drain electrode is on the same side as the source electrode can be considered similarly.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional device as described above, as can be seen from the planar structure of FIG. 8, each
[0007]
The present invention has been made to solve the problems of the conventional techniques as described above, and provides a semiconductor device capable of further reducing the on-resistance, which is an important issue in the characteristics of the power MOSFET. Objective.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention adopts a configuration as described in the claims. That is, in
[0009]
And forming a base contact region over the corner portion of the plurality of source regions adjacent to the above one another, for example, as shown in later Figure 1, the corners of the four source regions of the rectangle adjacent to each other One common base contact region is provided across. 1 may be provided with a common base contact region straddling two source regions . The planar shape of the source region may be another polygon such as a triangle or a hexagon. Basically, it is only necessary to provide a base contact region at one location for one source region . In FIG. 1, one base contact region is provided for four source regions . The base contact region is not provided overlapping the region . However, it can be provided so as to overlap across the corners of all adjacent source regions .
The above configuration corresponds to, for example, a first embodiment described later.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a U-shaped gate MOSFET similar to the above, wherein a base contact region is formed only at each corner of each polygonal source region . The base contact region is formed only at each corner of each source region . For example, as shown in FIG. 5 to be described later, the base contact region is formed only at the four corners of all the source regions , and the U-shaped gate electrode is formed. It is completely formed in a mesh shape. Note that the number of corners varies depending on the shape of the source region .
The above configuration corresponds to, for example, a second embodiment described later.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, the present invention is applied to a lateral UMOSFET in which a source electrode and a drain electrode are formed on the same surface side of a semiconductor substrate.
The above configuration corresponds to, for example, FIGS. 3 and 4 to be described later.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, the side surface of the U-shaped gate electrode is formed so that the crystal orientation of the semiconductor material is the {100} plane.
[0013]
With the configuration as described above, in the structure of the present invention, since a common base contact region is provided at each corner of a plurality of source cells, the channel width per unit area can be increased. Therefore, when compared with elements having the same area, the channel width of the entire element is increased, thereby further reducing the on-resistance.
[0014]
Also, since the vicinity of the corner of the source cell has an arc shape in terms of manufacturing technology, in the case of a square source cell in which the side surface of the U-shaped gate electrode is formed to be a {100} plane, Electron mobility is reduced, which is not very effective as a channel current path. In the present invention, since a contact region is provided in this portion, a portion having little effect as a channel can be used effectively, and thereby each source cell can be further miniaturized.
[0015]
In the structure of the present invention, since the base contact region is formed in the vicinity of the U-shaped gate electrode, the base resistance is reduced when a surge voltage is applied. Therefore, when the surge voltage is applied, the potential of the base region is reduced. Therefore, surge resistance is improved because the parasitic bipolar transistor is difficult to turn on.
[0016]
Further, by forming the U-shaped gate electrode so that the side surface of the U-shaped gate electrode is the {100} plane, the U-shaped gate electrode is formed so that the channel current flows in the direction in which the electron mobility is large. This can reduce the on-resistance.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the channel width per unit area of the UMOSFET increases, the on-resistance of the entire device can be reduced.
In addition, when the source cell is a square and the side surface of the U-shaped gate electrode is a {100} plane, the area can be effectively used by using a region that is not very effective as a current path as a base contact region. Miniaturization is possible.
In addition, since the high-concentration p-type base contact region is formed in the vicinity of the U-shaped gate electrode, the parasitic bipolar transistor is difficult to turn on, so that the surge withstand capability can be improved. It is done.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a plan view showing a pattern arrangement of a UMOSFET according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the plane AA′-A ″ shown in FIG. This embodiment corresponds to the first aspect.
[0019]
First, the plan view shown in FIG. 1 will be described.
[0020]
Next, the sectional view shown in FIG. 2 will be described. A low concentration n-
[0021]
The above configuration has the following effects.
First, the first effect is that the channel width per unit area can be made larger than in the case where a high-concentration p-type base contact region is formed at the center of each source cell as in the prior art.
[0022]
Details thereof will be described below. First, in the conventional pattern layout shown in FIG. 8, the width of the high concentration p-type
[0023]
Channel width W 1 = 4 (a + 2b)
Area S 1 = (a + 2b + c) 2
Therefore, the ratio (W 1 / S 1 ) between the channel width per unit area and the area is as shown in the following (Equation 1).
W 1 / S 1 = 4 (a + 2b) / (a + 2b + c) 2 (Equation 1)
On the other hand, in the pattern arrangement of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, when the above sizes are made to correspond, the channel width W 2 and the area S 2 per four source cells are as follows: Become.
[0024]
Channel width W 2 = 4 (c + 8b−a)
Area S 2 = 4 (2b + c) 2
Therefore, the ratio (W 2 / S 2 ) between the channel width per unit area and the area is as shown in the following (Equation 2).
[0025]
W 2 / S 2 = (c + 8b−a) / (2b + c) 2 (Equation 2)
In the above formulas (1) and (2), for example, the channel width per unit area when a = 1.5 μm, b = 1.5 μm, and c = 1.0 μm is
Conventional pattern: 0.595 μm
Pattern of the present invention: 0.719 μm
It becomes. Comparing the two,
[(0.719−0.595) /0.595] × 100% = 20.8%
Thus, in the present invention, the channel width per unit area is increased by about 20% compared to the conventional case. Therefore, if the comparison is made with the same area, the on-resistance of the entire element can be reduced by the amount described above.
[0026]
The second effect is that the area can be used effectively in the pattern arrangement of the present invention. In a normal UMOSFET, in order to reduce the on-resistance, a U-shaped gate electrode is formed so that a channel current flows in a direction in which the electron mobility is large. That is, the U-shaped gate electrode is formed so that the side surface of the U-shaped gate electrode is a {100} plane. However, since the corner portion of the source cell has an arc shape in manufacturing, the mobility of electrons becomes small. That is, this region is not very effective as a channel current path. In the present invention, since a contact region is provided in this portion, a portion having little effect as a channel can be used effectively, and thereby each source cell can be further miniaturized.
[0027]
A third effect is that surge resistance can be improved by the present invention. In the structure of FIG. 2, there is a parasitic bipolar transistor formed by
[0028]
FIG. 7 is a diagram showing a comparison between the present invention and a conventional device when a surge is applied. FIG. 7A is a sectional view of the UMOSFET of the present invention (corresponding to FIG. 6 described later), and FIG. A cross-sectional view (corresponding to FIG. 9) of the UMOSFET is shown.
[0029]
In either case, when a surge is applied to the drain region, an accumulation layer is formed in the vicinity of the U-shaped gate electrode. In the case of the conventional device shown in (b), the surge current flows through this accumulation layer, and flows to the high-concentration p-type
[0030]
In FIG. 7 (a), for the sake of illustration, a diagram corresponding to FIG. 6 showing a second embodiment of the present invention to be described later is used, but the same applies to FIG. . That is, in FIG. 2, the high-concentration p-type
[0031]
Further, in the first embodiment of the present invention as described above, the vertical UMOSFET in which the source electrode and the drain electrode are formed on the opposite surface side of the semiconductor substrate has been described, but as shown in FIGS. The same effect can be obtained for a lateral UMOSFET in which a source electrode and a drain electrode are formed on the same surface side of a semiconductor substrate.
[0032]
Hereinafter, FIGS. 3 and 4 will be briefly described.
3 is a plan view of a lateral UMOSFET to which the present invention is applied, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB′-B ″ -B ″ ′ of FIG. 3 is different from FIG. 1 only in that a drain cell is provided, and the others are the same. In FIG. 4, the low-concentration n-
[0033]
Next, FIG. 5 is a plan view showing a pattern arrangement according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line CC′-C ″ in FIG. 5. Configuration of the first embodiment The difference is that the high-concentration p-type
[0034]
In FIG. 5, the case where the source cell is a quadrangle and the base contact regions are provided at the four corners is illustrated. However, even when the source cell has a triangular or hexagonal shape, the source cell is provided at each corner. That's fine.
[0035]
Similarly to the first embodiment, the second embodiment of the present invention can have a larger channel width per unit area than the conventional technique, and the source cell is square and U-shaped. When the side surface of the gate electrode is a {100} plane, a region with low electron mobility is used as the base contact region, and the area is effectively used, so that the on-resistance can be reduced. Further, since the high-concentration p-type base contact region is formed so as to be in contact with the U-shaped gate electrode, the base resistance can be reduced and the surge resistance can be improved.
[0036]
Also in the second embodiment of the present invention, the same effect can be obtained when applied to a lateral UMOSFET as in the case of the first embodiment of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a pattern arrangement according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA′-A ″ in FIG. 1;
FIG. 3 is a plan view showing a pattern arrangement when the first embodiment is applied to a lateral UMOSFET.
4 is a cross-sectional view taken along the line BB′-B ″ -B ″ ′ of FIG. 3;
FIG. 5 is a plan view showing a pattern arrangement according to a second embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along the line CC′-C ″ of FIG. 5;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a current path in the vicinity of a U-shaped gate electrode when a surge voltage is applied.
FIG. 8 is a plan view showing a pattern arrangement in the prior art.
9 is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ベースコンタクト領域が、相互に隣合う複数個のソース領域の角部に跨って形成され、かつ、前記U字型ゲート電極は前記ベースコンタクト領域が形成された部分を除いて網目状に配置されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate serving as a drain region of the first conductivity type, a second conductivity type base region formed on the surface of the first main surface of the semiconductor substrate, and a source region of the first conductivity type formed on the surface of the base region And an oxide film is formed on the bottom and side surfaces of the second conductive type base contact region, the source region and the U-shaped groove formed through the base region, and a conductive material is applied to the U-shaped groove. A U-shaped gate electrode formed by being embedded; a source electrode connected to the source region and the base contact region; and a drain electrode connected to the semiconductor substrate; a source region of the rectangular are arranged in cell shape at predetermined intervals, the U-shaped U-shaped gate electrode are arranged in a net-like gate MOSF between the source region disposed in the cell shape in the predetermined distance A T,
The base contact region is formed across corners of a plurality of adjacent source regions , and the U-shaped gate electrode is arranged in a mesh pattern except for a portion where the base contact region is formed. wherein a is.
前記各ソース領域の各角部のみに前記ベースコンタクト領域を形成したことを特徴とする半導体装置。A semiconductor substrate serving as a drain region of the first conductivity type, a second conductivity type base region formed on the surface of the first main surface of the semiconductor substrate, and a source region of the first conductivity type formed on the surface of the base region And an oxide film is formed on the bottom and side surfaces of the second conductive type base contact region, the source region and the U-shaped groove formed through the base region, and a conductive material is applied to the U-shaped groove. A U-shaped gate electrode formed by being embedded; a source electrode connected to the source region and the base contact region; and a drain electrode connected to the semiconductor substrate; a source region of the rectangular are arranged in cell shape at predetermined intervals, the U-shaped U-shaped gate electrode are arranged in a net-like gate MOSF between the source region disposed in the cell shape in the predetermined distance A T,
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein the base contact region is formed only at each corner of each source region .
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