JP5428208B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、負荷に負荷電流を供給するメイン半導体素子と、このメイン半導体素子と並列接続され、メイン半導体素子と共にカレントミラー回路を構成して負荷電流を検出するためのセンス半導体素子とを同一の半導体基板に備えた半導体装置に関する。 According to the present invention, a main semiconductor element that supplies a load current to a load, and a sense semiconductor element that is connected in parallel with the main semiconductor element and forms a current mirror circuit together with the main semiconductor element to detect the load current are the same. The present invention relates to a semiconductor device provided on a semiconductor substrate.
従来、この種の半導体装置においてメイン半導体素子およびセンス半導体素子には、両半導体素子のセル数の比に比例した電流が流れる。たとえば、メイン半導体素子を構成するセル(以下、メインセルという)の数が10000、センス半導体素子を構成するセル(以下、センスセルという)の数が10とすると、1000:1のカレントミラー比で電流が流れる。 Conventionally, in this type of semiconductor device, a current proportional to the ratio of the number of cells of both semiconductor elements flows through the main semiconductor element and the sense semiconductor element. For example, assuming that the number of cells constituting the main semiconductor element (hereinafter referred to as main cell) is 10,000 and the number of cells constituting the sense semiconductor element (hereinafter referred to as sense cell) is 10, the current mirror ratio is 1000: 1. Flows.
上記の構成では、メイン半導体素子に電流が多く流れるため、そのオン抵抗はセンス半導体素子のオン抵抗に比べて抵抗値が非常に小さい。このため、配線抵抗とオン抵抗の抵抗値比率は、メイン半導体素子とセンス半導体素子とで異なってしまう。たとえば、メイン半導体素子のオン抵抗、配線抵抗の抵抗値をそれぞれ110mΩ、40mΩとし、センス半導体素子のオン抵抗、配線抵抗の抵抗値をそれぞれ110Ω、40mΩとすると、メイン半導体素子の方がセンス半導体素子に比べて配線抵抗の抵抗値比率が高くなる。 In the above configuration, since a large amount of current flows through the main semiconductor element, its on-resistance has a very small resistance value compared to the on-resistance of the sense semiconductor element. For this reason, the resistance value ratio between the wiring resistance and the on-resistance differs between the main semiconductor element and the sense semiconductor element. For example, if the on-resistance and wiring resistance of the main semiconductor element are 110 mΩ and 40 mΩ, respectively, and the on-resistance and wiring resistance of the sense semiconductor element are 110 and 40 mΩ, respectively, the main semiconductor element is the sense semiconductor element. The resistance ratio of the wiring resistance is higher than
また、MOSトランジスタなどの半導体素子における配線には、通常、金属配線、たとえばAl配線が用いられる。Al配線とMOSトランジスタの温度特性は、たとえば、前者が約3000ppm/T、後者が約4500ppm/Tと異なっている。このため、上述の抵抗値比率の相違により、カレントミラー回路比の精度は、温度によって変化し、電流検出精度が悪化するという問題があった。 Further, metal wiring, for example, Al wiring, is usually used for wiring in a semiconductor element such as a MOS transistor. For example, the temperature characteristics of the Al wiring and the MOS transistor are different from about 3000 ppm / T in the former and about 4500 ppm / T in the latter. For this reason, due to the difference in the resistance value ratio described above, the accuracy of the current mirror circuit ratio varies depending on the temperature, and there is a problem that the current detection accuracy deteriorates.
そこで、その問題を解決する半導体装置として、特許文献1に記載の二重拡散型電界効果トランジスタ(DMOS,Double-diffused MOSFET)が提案されている。このDMOSは、負荷に負荷電流を供給するメインDMOSと、負荷電流を検出するセンスDMOSとを同一半導体基板内に形成している。メインおよびセンスDMOSは、ドレイン端子およびゲート端子を共用しており、カレントミラー回路を構成している。
Therefore, as a semiconductor device that solves the problem, a double-diffused field effect transistor (DMOS, Double-diffused MOSFET) described in
メインDMOSのソースには、ソース端子およびケルビン端子が接続され、センスDMOSのソースには、電流検出用のミラー端子が接続されている。センスDMOSのソースおよびミラー端子間には、抵抗が接続されている。この抵抗は、センスDMOSの外縁表面部に形成されたn−型の拡散層に電極を接続して構成されている。
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。
A source terminal and a Kelvin terminal are connected to the source of the main DMOS, and a mirror terminal for current detection is connected to the source of the sense DMOS. A resistor is connected between the source of the sense DMOS and the mirror terminal. This resistor is configured by connecting an electrode to an n− type diffusion layer formed on the outer peripheral surface portion of the sense DMOS.
Then, by setting the resistance component of the drain region and the temperature coefficient of resistance (change in resistance value with respect to temperature) to be the same, the dependence of the on-resistance ratio (current mirror ratio) on the gate voltage and channel temperature is reduced.
しかし、上記特許文献1に記載の半導体装置は、センスDMOSのソースおよびミラー端子間に接続された抵抗が、センスDMOSの外縁表面部に形成されたn−型の拡散層に電極を接続して構成されている構造であるため、抵抗を配置するための占有領域が素子外縁に必要となるので、半導体装置のサイズが横方向に拡大してしまうという問題がある。
However, in the semiconductor device described in
そこでこの発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、半導体装置のサイズを大きくすることなく、メインおよびセンスDMOS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を目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, and reduces the on-resistance ratio error between the main and sense DMOSs without increasing the size of the semiconductor device, thereby improving the current detection accuracy. With the goal.
この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1導電型の第1半導体層(4)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(5)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(7)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(6)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(8)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(10)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(2)と、を有する複数のセルから構成され、負荷(70)に負荷電流(IS)を供給するメイン半導体素子(20)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(30)と、を備えた半導体装置(1)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を構成する各セルよりも前記センス半導体素子を構成する各セルの方が大きいという技術的手段を用いる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a first conductive type first semiconductor layer (4) and a second conductive type formed on a surface layer portion of the first semiconductor layer. The second semiconductor layer (5), the third semiconductor layer (7) of the first conductivity type formed in the surface layer portion of the second semiconductor layer, and the surface layer portion of the second semiconductor layer. A fourth conductivity type fourth semiconductor layer (6) having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer, and a gate electrode (8) formed from a surface layer portion of the third semiconductor layer via a gate insulating film, The first electrode (10) electrically connected to the third and fourth semiconductor layers through the interlayer insulating film and the first electrode is configured to pass a current between the first electrode by a voltage applied to the gate electrode. It consists of a plurality of cells having two electrodes (2), and supplies a load current (IS) to a load (70) A main semiconductor element (20) connected in parallel with the main semiconductor element for detecting the load current, and forming a current mirror circuit together with the main semiconductor element, the number of cells constituting the main semiconductor element In a semiconductor device (1) comprising a sense semiconductor element (30) constituted by a small number of cells, the resistance value of the third semiconductor layer constituting the cell is greater than that of each cell constituting the main semiconductor element. The technical means that each cell constituting the sense semiconductor element is larger is used.
セルを構成する第3半導体層(7)の抵抗値(いわゆるソース抵抗)が、メイン半導体素子(20)を構成する各セルよりもセンス半導体素子(30)を構成する各セルの方が大きい。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半導体素子の外縁に設ける必要がない。
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。
The resistance value (so-called source resistance) of the third semiconductor layer (7) constituting the cell is larger in each cell constituting the sense semiconductor element (30) than in each cell constituting the main semiconductor element (20). That is, unlike the conventional case, it is not necessary to provide an occupied region for arranging the resistor at the outer edge of the sense semiconductor element.
Therefore, the error of the on-resistance ratio between the main and sense semiconductor elements can be reduced and the current detection accuracy can be increased without increasing the size of the semiconductor device (1).
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の半導体装置(1)において、セルを構成する前記第3半導体層(7)と前記第1電極(10)とが電気的に接続されている領域(11)の面積が、前記メイン半導体素子(20)を構成する各セルよりも前記センス半導体素子(30)を構成する各セルの方が小さいという技術的手段を用いる。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to the first aspect, the third semiconductor layer (7) and the first electrode (10) constituting the cell are electrically connected. The technical means is used in which each cell constituting the sense semiconductor element (30) has a smaller area (11) than the cells constituting the main semiconductor element (20).
第3半導体層(7)と第1電極(10)とが電気的に接続されている領域(11)、いわゆるコンタクト面積を小さくすると、第3半導体層の抵抗値を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。
When the region (11) where the third semiconductor layer (7) and the first electrode (10) are electrically connected, that is, the so-called contact area is reduced, the resistance value of the third semiconductor layer can be increased.
Therefore, by making the contact area with the first electrode of the third semiconductor layer in each cell of the sense semiconductor element (30) smaller than each cell of the main semiconductor element (20), each cell constituting the sense semiconductor element is arranged. The resistance value of the third semiconductor layer can be made larger than each cell constituting the main semiconductor element.
請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の半導体装置(1)において、隣接するセルを構成する前記ゲート電極(8)の表層部の平面形状がストライプ状であるという技術的手段を用いる。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to the first or second aspect, the planar shape of the surface layer portion of the gate electrode (8) constituting the adjacent cell is a stripe shape. Use technical means.
隣接するセルを構成するゲート電極(8)の表層部の平面形状がストライプ状であるため、セル内におけるしきい値電圧の変動が小さいので、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より一層小さくし、電流検出精度をより一層高めることができる。 Since the planar shape of the surface layer portion of the gate electrode (8) constituting the adjacent cell is a stripe shape, the fluctuation of the threshold voltage in the cell is small, so that the ON resistance ratio error between the main and sense semiconductor elements is reduced. The current detection accuracy can be further increased by further reducing the current detection accuracy.
請求項4に記載の発明では、請求項2に記載の半導体装置(1)において、各セルには、前記第4半導体層(6)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(7)と前記第1電極(10)とが電気的に接続されている領域(11)の面積が、前記メイン半導体素子(20)よりも前記センス半導体素子(30)の方が小さいという技術的手段を用いる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to the second aspect, a plurality of the fourth semiconductor layers (6) are formed in each cell, and the cells adjacent to each other are formed in each cell. The area of the region (11) in which the third semiconductor layer (7) and the first electrode (10) between the fourth semiconductor layers are electrically connected is larger than that of the main semiconductor element (20). The technical means that the element (30) is smaller is used.
セルにおいて隣接する第4半導体層(6)間の第3半導体層(7)と第1電極(10)とが電気的に接続されている領域(11)、いわゆるコンタクト面積を小さくすると、第3半導体層の抵抗値を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。
When the region (11) in which the third semiconductor layer (7) between the fourth semiconductor layers (6) adjacent to each other in the cell and the first electrode (10) are electrically connected, the so-called contact area is reduced, the third The resistance value of the semiconductor layer can be increased.
Therefore, in each cell of the sense semiconductor element (30), the contact area between the third semiconductor layer (7) and the first electrode (10) between the fourth semiconductor layers (6) is larger than that of each cell of the main semiconductor element (20). The resistance value of the third semiconductor layer of each cell constituting the sense semiconductor element can be made larger than that of each cell constituting the main semiconductor element.
請求項5に記載の発明では、請求項1または請求項2に記載の半導体装置(1)において、隣接するセルを構成する前記ゲート電極(8)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という技術的手段を用いる。
In the invention according to
セルの各辺を合わせてスペースを詰めることができるため、セルの集積度を高めることができる。 Since the space can be reduced by combining the sides of the cell, the degree of cell integration can be increased.
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の半導体装置(1)において、前記センス半導体素子(30)を構成する各セルにおける前記第3半導体層(7)と前記第1電極(10)とが電気的に接続されている領域(11)が、前記多角形である平面形状のセルの領域の外縁のうち角部に対応した領域を除く辺部に対応した領域に形成されてなるという技術的手段を用いる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to the fifth aspect, the third semiconductor layer (7) and the first electrode (10) in each cell constituting the sense semiconductor element (30). ) Are electrically connected to each other, and the region (11) is formed in a region corresponding to a side portion excluding a region corresponding to a corner portion of an outer edge of the polygonal planar cell region. The technical means is used.
セルの辺部において結晶面方位が高次の辺部の方が低次の辺部よりもしきい値電圧が高くなることが知られている。また、不純物を拡散して第2半導体層(5)を形成する際、横方向に拡散した不純物の濃度が、2次元効果により、セルの辺部よりも角部の方が薄くなる。このため、第2半導体層と、それに接する第3半導体層(7)とにより形成されるチャネル領域における不純物の濃度が、セルの辺部よりも角部の方が薄くなり、しきい値電圧がセルの辺部よりも角部の方が低くなることも知られている。 It is known that the threshold voltage is higher in the side portion of the cell where the crystal plane orientation is higher than in the lower side portion. Further, when forming the second semiconductor layer (5) by diffusing impurities, the concentration of the impurity diffused in the lateral direction becomes thinner at the corner than at the side of the cell due to the two-dimensional effect. For this reason, the impurity concentration in the channel region formed by the second semiconductor layer and the third semiconductor layer (7) in contact with the second semiconductor layer is lower at the corner than at the side of the cell, and the threshold voltage is reduced. It is also known that corners are lower than cell edges.
そこで、センス半導体素子(30)を構成する各セルにおける第3半導体層と第1電極(10)とが電気的に接続されている領域を、多角形である平面形状のセルの領域の外縁のうち角部に対応した領域を除く辺部に対応した領域、すなわち、しきい値電圧の高い領域(電流密度の小さい領域)に形成することにより、第3半導体層と第1電極(10)とが電気的に接続されている領域と、しきい値電圧の低い領域(電流密度の大きい領域)との間の距離を長くすることができるため、第3半導体層の抵抗値を大きくすることができる。
請求項7に記載の発明では、請求項5に記載の半導体装置(1)において、前記センス半導体素子(30)を構成する各セルにおける前記第3半導体層(7)と前記第1電極(10)とが電気的に接続されている領域(11)が、前記多角形である平面形状のセルの領域の外縁のうちしきい値電圧が低くなる結晶面方位の辺部に対応した領域を除く前記しきい値電圧が高くなる結晶面方位の辺部に対応した領域に形成されてなるという技術的手段を用いる。
Accordingly, the region where the third semiconductor layer and the first electrode (10) in each cell constituting the sense semiconductor element (30) are electrically connected is defined as the outer edge of the polygonal planar cell region. The third semiconductor layer and the first electrode (10) are formed in a region corresponding to the side portion excluding a region corresponding to the corner portion, that is, a region having a high threshold voltage (region having a low current density). Since the distance between the electrically connected region and the region with low threshold voltage (region with high current density) can be increased, the resistance value of the third semiconductor layer can be increased. it can.
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to the fifth aspect, the third semiconductor layer (7) and the first electrode (10) in each cell constituting the sense semiconductor element (30). ) Are electrically connected to the region (11) excluding the region corresponding to the side of the crystal plane orientation where the threshold voltage is low, among the outer edges of the polygonal planar cell region The technical means of forming in the area | region corresponding to the side part of the crystal plane orientation to which the said threshold voltage becomes high is used.
請求項8に記載の発明では、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(1)において、各セルにおいて前記第3半導体層(7)と第4半導体層(6)とが接触する部分の表面積の大きさが前記メイン半導体素子(20)と前記センス半導体素子(30)とで異なるという技術的手段を用いる。 According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to any one of the first to seventh aspects, the third semiconductor layer (7) and the fourth semiconductor layer (6) in each cell. The technical means that the size of the surface area of the portion in contact with is different between the main semiconductor element (20) and the sense semiconductor element (30) is used.
第3半導体層(7)と第4半導体層(6)とが接触する部分の表面積の大きさを変えることにより、第3半導体層と第1電極(10)とのコンタクト面積を変えることができるため、第3半導体層の抵抗値を変えることができる。
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表面積の大きさ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。
By changing the surface area of the portion where the third semiconductor layer (7) and the fourth semiconductor layer (6) are in contact, the contact area between the third semiconductor layer and the first electrode (10) can be changed. Therefore, the resistance value of the third semiconductor layer can be changed.
Therefore, the surface area of the portion where the third semiconductor layer (7) and the fourth semiconductor layer (6) of each cell constituting the sense semiconductor element are in contact with each cell of the main semiconductor element (20) is different. Thus, the resistance value of the third semiconductor layer of each cell constituting the sense semiconductor element (30) can be adjusted.
請求項9に記載の発明では、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(1)において、前記センス半導体素子(30)を構成する各セルの前記第3半導体層(7)の表層部上の一部に前記第1電極が形成されることで前記表層部上の残部に前記第1電極が形成されていない領域(12)が配置されてなるという技術的手段を用いる。 According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to any one of the first to eighth aspects, the third semiconductor layer (30) of each cell constituting the sense semiconductor element (30). 7) The technical means that the region (12) where the first electrode is not formed is arranged in the remaining part of the surface layer part by forming the first electrode on a part of the surface layer part of 7). Use.
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)を配置すると、その第3半導体層と第1電極とのコンタクト面積を小さくすることができるため、その第3半導体層の抵抗値を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。
If the region (12) where the first electrode (10) is not formed is arranged in the surface layer portion of the third semiconductor layer (7), the contact area between the third semiconductor layer and the first electrode can be reduced. The resistance value of the third semiconductor layer can be increased.
Accordingly, in each cell of the sense semiconductor element (30), each cell constituting the sense semiconductor element is arranged by disposing the region (12) where the first electrode (10) is not formed in the surface layer portion of the third semiconductor layer (7). The resistance value of the third semiconductor layer can be adjusted.
請求項10に記載の発明では、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(1)において、前記第3半導体層(7)よりも不純物濃度の低い第1導電型の第5半導体層(13)が、前記センス半導体素子(30)を構成する各セルの第3半導体層に形成されてなるという技術的手段を用いる。 According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor device (1) according to any one of the first to ninth aspects, the first conductivity type having a lower impurity concentration than the third semiconductor layer (7). The technical means that the fifth semiconductor layer (13) is formed in the third semiconductor layer of each cell constituting the sense semiconductor element (30) is used.
第3半導体層(7)よりも不純物濃度の低い第1導電型の第5半導体層(13)を、センス半導体素子(30)を構成する各セルの第3半導体層に形成することにより、第3半導体層の抵抗値の調整範囲を拡大することができる。 By forming the first conductivity type fifth semiconductor layer (13) having a lower impurity concentration than the third semiconductor layer (7) in the third semiconductor layer of each cell constituting the sense semiconductor element (30), The adjustment range of the resistance value of the three semiconductor layers can be expanded.
請求項11に記載の発明では、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(1)において、前記メイン半導体素子(20)およびセンス半導体素子(30)を構成する各セルの前記第2電極(2)が接続された複数層からなる裏面電極膜(D)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(D1)が配置されてなるという技術的手段を用いる。
In the invention according to
第2電極膜(D)のうち、センス半導体素子(30)に対応する範囲には第2電極膜の1層以上が形成されていない領域(D1)が配置されてなるため、センス半導体素子(30)を構成する各セルの第1電極(10)および第2電極膜間の抵抗値を大きくすることができる。
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。
In the second electrode film (D), a region (D1) where one or more layers of the second electrode film are not formed is arranged in a range corresponding to the sense semiconductor element (30). 30), the resistance value between the first electrode (10) and the second electrode film of each cell can be increased.
Therefore, the resistance value of the sense semiconductor element can be adjusted.
請求項12に記載の発明では、請求項1ないし請求項11のいずれか1つに記載の半導体装置(1)において、前記メイン半導体素子(20)を構成する各セルの前記第1電極(10)を接続してなるメイン側第1電極膜(21)と、前記センス半導体素子(30)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(31)とが前記半導体基板の表層部に形成されてなるという技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項13に記載の発明では、請求項12に記載の半導体装置(1)において、前記メイン側第1電極膜(21)に接続されたメイン側端子(S)と、前記センス側第1電極膜(31)に接続されたセンス側端子(M)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(K)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(50)に接続可能に構成されており、前記センス半導体素子(30)の配線抵抗値(Rc)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(Rd)とを加算した配線抵抗値(Rc+Rd)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(Rb)を前記メイン側端子の配線抵抗値(Ra+Rb)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という技術的手段を用いる。
In the invention according to
センス半導体素子の配線抵抗値(Rc)と、センス側端子(M)および電流検出回路(50)間の配線抵抗値(Rd)とを加算した配線抵抗値(Rc+Rd)が、メイン側端子(S)および電圧検出端子(K)間の配線抵抗値(Rb)をメイン側端子の配線抵抗値(Ra+Rb)から減算した配線抵抗値(Ra)とほぼ等しくなるように構成されてなるため、メインおよびセンス半導体素子間におけるオン抵抗比(カレントミラー比)の誤差を小さくすることができるので、電流検出精度を高めることができる。 A wiring resistance value (Rc + Rd) obtained by adding the wiring resistance value (Rc) of the sense semiconductor element and the wiring resistance value (Rd) between the sense side terminal (M) and the current detection circuit (50) is the main side terminal (S ) And the wiring resistance value (Rb) between the voltage detection terminals (K) and the wiring resistance value (Ra) obtained by subtracting the wiring resistance value (Ra + Rb) of the main terminal from the main and Since an error in the on-resistance ratio (current mirror ratio) between the sense semiconductor elements can be reduced, current detection accuracy can be increased.
請求項14に記載の発明では、請求項12または請求項13に記載の半導体装置(1)において、前記センス側第1電極膜(31)と電気的に接続されたセンス側端子(M)が、前記センス側第1電極膜と離間して配置されてなるという技術的手段を用いる。
In the invention described in
センス側第1電極膜(31)と電気的に接続されたセンス側端子(M)が、センス側第1電極膜と離間して配置されてなるため、センス側第1電極膜およびセンス側端子間に抵抗を付けることができる。
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。
Since the sense side terminal (M) electrically connected to the sense side first electrode film (31) is disposed apart from the sense side first electrode film, the sense side first electrode film and the sense side terminal You can put a resistance in between.
Therefore, the resistance value of the sense semiconductor element can be adjusted.
請求項15に記載の発明では、請求項14に記載の半導体装置(1)において、前記センス側第1電極膜(31)と前記センス側端子(M)とがポリシリコン抵抗(15)により接続されてなるという技術的手段を用いる。
In the invention according to
ポリシリコン抵抗の抵抗値は、ポリシリコン層にイオン注入する不純物の量によって決まるため、そのイオン注入量を制御することにより、センス半導体素子(30)の抵抗値を高精度で調整することができる。 Since the resistance value of the polysilicon resistor is determined by the amount of impurities implanted into the polysilicon layer, the resistance value of the sense semiconductor element (30) can be adjusted with high accuracy by controlling the ion implantation amount. .
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in each said parenthesis shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
<第1実施形態>
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。
<First Embodiment>
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a vertical MOS transistor element (VDMOS, Vertical Diffused Metal Oxide Semiconductor) will be described as a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 is a circuit diagram showing an application example of VDMOS.
(VDMOSの主要構成)
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。
(Main configuration of VDMOS)
As shown in FIG. 1, the
メインVDMOS20およびセンスVDMOS30は、ドレイン端子Dおよびゲート端子Gがそれぞれ共通接続されており、カレントミラー回路を構成している。この実施形態では、両VDMOSのオン抵抗比(カレントミラー比)は、約1,000に設定されている。したがって、両VDMOSを構成するセルのセル比も約1,000であり、セル数は、メインVDMOS20が、約20,000であり、センスVDMOS30が、20である。
The
メインVDMOS20のソース端子Sには、負荷70が接続されており、ドレイン端子Dには、電源(図示せず)が接続されている。また、ソース端子Sには、メインVDMOS20のソース電圧を検出するためのケルビン端子Kが接続されている。センスVDMOS30のソース電極には、ミラー端子Mが接続されている。ミラー端子Mはボンディングワイヤ16(図2)によって検出回路50のオペアンプ51の反転入力端子51aに接続されている。
A
ケルビン端子Kはボンディングワイヤ17によってオペアンプ51の非反転入力端子51bに接続されている。オペアンプ51の出力は、ゲート電圧を制御するための制御回路60に接続されており、制御回路60は、ゲート端子Gにゲート電圧を印加するためのゲート駆動回路80に接続されている。
The Kelvin terminal K is connected to the non-inverting input terminal 51 b of the
上記の回路では、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30が、ドレイン端子Dから流れ込む電流をそのオン抵抗比(カレントミラー比)に応じて分流し、ミラー端子M側に流れる電流IMからソース端子S側に流れる電流ISを検出する。抵抗R1の両端電圧(抵抗R1の電圧降下)からソース端子Sに流れる電流ISを検出し、その検出した電流値に基づいて制御回路60がゲート電圧を決定し、負荷電流ISを制御する。
In the above circuit, the
図2は、VDMOS1の平面説明図である。VDMOS1の表層部には、メインVDMOS20を構成する各メインセルの各ソース電極間を接続してなる配線層としてのメイン側ソース電極膜21が形成されている。メイン側ソース電極膜21には、パッド状のソース端子Sが接続されている。また、VDMOS1の表面角部には、センスVDMOS30を構成する各センスセルの各ソース電極間を接続してなる配線層としてのセンス側ソース電極膜31が形成されている。センス側ソース電極膜31には、パッド状のミラー端子(センス側ソース端子)Mが接続されている。
FIG. 2 is an explanatory plan view of the
VDMOS1の裏面には、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30を構成する各セルのドレイン電極間を共通接続してなるドレイン電極膜2(図3(b))が形成されている。ドレイン電極膜2にはドレイン端子D(図1)が接続されている。この実施形態では、メイン側ソース電極膜21、センス側ソース電極膜31およびドレイン電極膜2は、それぞれAl(アルミニウム)によりベタ状に形成されている。
On the back surface of the
メイン側ソース電極膜21およびセンス側ソース電極膜31の周囲には、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30を構成する各セルのゲート電極8(図3)間を共通接続してなるゲート電極膜(ゲートランナ)5が形成されている。ゲート電極膜5には、パッド状のゲート端子Gが接続されている。メイン側ソース電極膜21、センス側ソース電極膜31およびゲート電極膜5の境界には、電極膜が形成されていない絶縁領域1aが形成されている。
Around the main-side
メイン側ソース電極膜21には、メインVDMOS20の電圧を検出するためのパッド状のケルビン端子Kが接続されている。
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。
A pad-shaped Kelvin terminal K for detecting the voltage of the
In this embodiment, the source terminal S is disposed in the vicinity of one end in the longitudinal direction of the main-side
ドレイン端子Dからソース端子Sに流れるドレイン電流のメイン側ソース電極膜21上の経路(以下、ドレイン電流経路という)14が、メイン側ソース電極膜21に設定された始点P1および終点P2間の経路であるとする。始点P1およびケルビン端子K間のドレイン電流経路14におけるメイン側ソース電極膜21の配線抵抗値をRa、ケルビン端子Kおよびソース端子S間のドレイン電流経路14におけるメイン側ソース電極膜21の配線抵抗値をRbとする。
A path (hereinafter referred to as a drain current path) 14 of the drain current flowing from the drain terminal D to the source terminal S on the main-side
また、センス側ソース電極膜31の配線抵抗値をRc、センスVDMOS30において調整することにより付加された抵抗値を調整抵抗値Rs、ミラー端子Mおよびオペアンプ51の反転入力端子51a間の配線抵抗値をRdとする。
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。
In addition, the wiring resistance value of the sense side
The Kelvin terminal K is arranged according to the adjustment degree of the wiring resistance values Ra and Rb. When the wiring resistance value Rb is increased, the Kelvin terminal K is arranged at a position as far as possible from the source terminal S as shown in FIG.
メインVDMOS20およびセンスVDMOS30のオン抵抗比を等しくするためには、Ra=(Rc+Rd)に設定する必要がある。そこで、この実施形態では、センスVDMOS30に対して調整抵抗値Rsを加えることにより、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30のオン抵抗比の誤差を極力小さくする。以下、センスVDMOS30に調整抵抗値Rsを加えるための構成を説明する。
In order to equalize the on-resistance ratio of the
(セル構造)
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。
(Cell structure)
3A and 3B are explanatory views showing the structure of the main cell constituting the
図3(a)および図4(a)に示すように、メインセルMaおよびセンスセルSeを構成するゲート電極8の表層部における平面形状は、共にストライプ状を呈している。隣接するゲート電極8間には、ストライプ状を呈するN+型ソース層7が配置されており、そのN+型ソース層7の中には、複数のP+型ボディ層6がN+型ソース層7の延びる方向に沿って複数配置されている。隣接するゲート電極8の中心間が1つのセル(単位セル)を構成し、そのセルが幅方向に繰返し形成されている。
As shown in FIGS. 3A and 4A, the planar shapes of the surface layer portions of the
図3(b)および図4(b)に示すように、メインセルMaおよびセンスセルSeは、ドレイン電極2と、その表層部に形成されたN+型層3と、その表層部に形成されたN−型層4と、その表層部に形成されたチャネルP層5と、その表層部に形成されたN+型ソース層7と、チャネルP層5の表層部に選択的に形成されたP+型ボディ層6と、このP+型ボディ層6間におけるN+型ソース層7の表層部からN−型層4の内部にかけて形成されたトレンチ8aと、このトレンチ8aの内部にゲート酸化膜(図示せず)を介して形成されたゲート電極8とを備える。メインVDMOS20は、図3(b)に示すように、層間絶縁膜9を介して各メインセルMaの表層部を覆うように形成されたメイン側ソース電極膜21を備えており、センスVDMOS30は、図4(b)に示すように、層間絶縁膜9を介して各センスセルSeの表層部を覆うように形成されたセンス側ソース電極膜31を備える。
As shown in FIGS. 3B and 4B, the main cell Ma and the sense cell Se include the
図3(a)において符号11で囲まれた領域は、メイン側ソース電極膜21と、N+型ソース層7およびP+型ボディ層6とのコンタクト領域(電気的に接続されている領域)を示す。コンタクト領域11は、層間絶縁膜9に貫通形成されたコンタクトホール(図示せず)によって規定されている。メインセルMaのコンタクト領域11の平面形状は、ストライプ状を呈しており、N+型ソース層7およびP+型ボディ層6における各コンタクト幅は同じC1に設定されている。セルピッチはE1に設定されている。
In FIG. 3A, a region surrounded by
図4(a)および図5(a)に示すように、センスセルSeにおけるセンス側ソース電極膜31と、N+型ソース層7およびP+型ボディ層6とのコンタクト領域11は、メインセルMaのコンタクト領域11と形状が異なる。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)。
As shown in FIGS. 4A and 5A, the
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。なお、センスセルSeは、コンタクト領域11が異なる以外は、メインセルMaと同じ構造である。
That is, the contact area between the N + type
このように、センスセルSeにおけるN+型ソース層7のコンタクト面積がメインセルMaよりも小さいため、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。また、コンタクト幅C2を変えることにより、調整抵抗値Rsを調整することができる。
Thus, since the contact area of the N + type
図6は、メインVDMOS20およびセンスVDMOS30の単位面積当りのオン抵抗比を示す説明図である。図7は、センスVDMOSに調整抵抗を備えていないVDMOSのオン抵抗比を示す説明図である。
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。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the on-resistance ratio per unit area of the
In the VDMOS shown in FIG. 7, since there is no adjustment resistor in the sense VDMOS, the wiring resistance value Ra of the main VDMOS is not equal to the wiring resistance value (Rc + Rd) of the sense VDMOS.
しかし、図6に示すように、上記実施形態のVDMOS1によれば、センスVDMOS30において調整抵抗値Rsを加えることができるため、メインVDMOS20の配線抵抗値Ra=(センスVDMOS30の配線抵抗値(Rc+Rd)+調整抵抗値Rs)にすることができる。
However, as shown in FIG. 6, according to the
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。
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。
In other words, unlike the prior art, it is not necessary to provide an occupied area for arranging the resistor at the outer edge of the
Therefore, the error of the on-resistance ratio between the main and sense VDMOS can be reduced and the current detection accuracy can be increased without increasing the size of the
Further, since the contact area of the P +
(調整抵抗値Rsの調整方法1)
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。
(Adjustment resistance value Rs adjustment method 1)
Next, the
図8(a)に示すように、センスセルSeでは、各P+型ボディ層6それぞれにコンタクト領域11が独立して形成されており、隣接するP+型ボディ層6間では、コンタクト領域11同士が接続されていない構成になっている。N+型ソース層7とのコンタクト領域11は、相対向するP+型ボディ層6の端部から小面積で突出して形成されている。
As shown in FIG. 8A, in the sense cell Se, a
その突出部11a間の間隔L1を長くすると、N+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができ、間隔L1を短くすると、N+型ソース層7の抵抗値を小さくすることができる。つまり、センスセルSeにおいて、相対向するP+型ボディ層6に形成された突出部11a間の間隔L1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。
Increasing the distance L1 between the protruding
(調整抵抗値Rsの調整方法2)
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。
(Adjustment resistance value Rs adjustment method 2)
Next, the
センスセルSeのN+型ソース層7のうち、隣接するP+型ボディ層6間のN+型ソース層7の表層部に対応して形成されたセンス側ソース電極膜31には、センス側ソース電極膜31が形成されていない領域12が配置されている。
Of the N + type
つまり、上記領域12が配置されている分、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を小さくすることができるため、N+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。領域12の面積を大きくすると、N+型ソース層7の抵抗値が大きくなり、領域12の面積を小さくすると、N+型ソース層7の抵抗値が小さくなる。
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。
That is, since the contact area between the N + type
Therefore, the adjustment resistance value Rs of the
(調整抵抗値Rsの調整方法3)
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。
(Adjustment resistance value Rs adjustment method 3)
Next, the
N+型ソース層7またはP+型ボディ層6の大きさを、メインセルMaとセンスセルSeとで異ならせることにより、調整抵抗値Rsを調整する。たとえば、図9(a)に示すように、センスセルSeのP+型ボディ層6のうち、ゲート電極8が延びている方向(長手方向)に対応する長さL2を変える。
The adjustment resistance value Rs is adjusted by making the size of the N + type
つまり、P+型ボディ層6間に形成されているN+型ソース層7の配置間隔L3を変える。N+型ソース層7の長さL3を短くすると、N+型ソース層7のコンタクト領域が小さくなるため、N+型ソース層7の抵抗値が大きくなり、長さL3を長くすると、N+型ソース層7のコンタクト領域が大きくなるため、N+型ソース層7の抵抗値が小さくなる。
That is, the arrangement interval L3 of the N + type
したがって、センスセルSeにおけるゲート電極8が延びている方向に対応するP+型ボディ層6またはN+型ソース層7の長さ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。
Therefore, the adjustment resistance value Rs of the
また、図9(b)に示すように、P+型ボディ層6およびN+型ソース層7におけるコンタクト領域11の長さを変えることにより、センスVDMOS30の調整抵抗値Rsを微調整することもできる。
Further, as shown in FIG. 9B, the adjustment resistance value Rs of the
(調整抵抗値Rsの調整方法4)
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。
(Adjustment resistance value Rs adjustment method 4)
Next, the
センスセルSeのN+型ソース層7のうち、ゲート電極8に沿った部分と、コンタクト領域11とを除く部分に、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。N−層13に注入する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。
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。
An N−
That is, by forming the N−
(変更例)
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。
(Example of change)
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a modification of the first embodiment. As shown in FIG. 11A, the N−
また、図11(b)に示すように、(a)に示した構造において、コンタクト領域11をメインセルMaと同じにすることもできる。この構造によれば、メインセルMaとセンスセルSeとでコンタクト領域11を変更しなくても、センスVDMOS30における調整抵抗値Rsを付けることができる。
Further, as shown in FIG. 11B, in the structure shown in FIG. 11A, the
<第2実施形態>
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。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The VDMOS according to this embodiment is characterized in that the shape of the cell is a quadrangle. FIG. 12 is an explanatory plan view of the cell, (a) is an explanatory plan view of the main cell Ma, and (b) is an explanatory plan view of the sense cell Se.
図12(a)に示すように、メインセルMaは、ゲート電極8の表層部によって囲まれた領域の平面形状が四角形になっている。平面視四角形の枠状に形成されたゲート電極8の内側には、平面視四角形のN+型ソース層7が形成されており、その内側には、平面視四角形のP+型ボディ層6が形成されている。N+型ソース層7には、P+型ボディ層6を囲むように枠状のコンタクト領域11が形成されている。
As shown in FIG. 12A, in the main cell Ma, the planar shape of the region surrounded by the surface layer portion of the
図12(b)に示すように、センスセルSeは、メインセルMaと同じ構造の形状のゲート電極8、N+型ソース層7およびP+型ボディ層6を有する。N+型ソース層7とのコンタクト領域は、メインセルよりも縮小されている。この実施形態では、N+型ソース層7とのコンタクト領域11bは、センスセルSeの4つの辺部30aの中央部と対応する位置のP+型ボディ層6の端部から突出して形成されている。
As shown in FIG. 12B, the sense cell Se includes a
このように、センスセルSeにおけるN+型ソース層7とのコンタクト領域を縮小することにより、センスセルSeにおけるN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができるため、センスVDMOS30に調整抵抗値Rsを付けることができる。
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。
As described above, since the resistance value of the N + type
In other words, unlike the prior art, it is not necessary to provide an occupied area for arranging the resistor at the outer edge of the
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。
Therefore, the error of the on-resistance ratio between the main and sense VDMOS can be reduced and the current detection accuracy can be increased without increasing the size of the
Further, since the contact area of the P +
<第3実施形態>
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。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. The VDMOS according to this embodiment is characterized in that the contact region of the N + type
不純物を拡散してチャネルP層5(図4(b))を形成する際、横方向に拡散した不純物の濃度が、2次元効果により、セルの辺部よりも角部の方が薄くなる。このため、チャネルP層5と、それに接するN+型ソース層7とにより形成されるチャネル領域における不純物の濃度が、セルの辺部よりも角部の方が薄くなり、しきい値電圧がセルの辺部よりも角部の方が低くなることが知られている。
When the channel P layer 5 (FIG. 4B) is formed by diffusing impurities, the concentration of the impurity diffused in the lateral direction becomes thinner at the corners than at the sides of the cell due to the two-dimensional effect. For this reason, the impurity concentration in the channel region formed by the
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センスセルSeの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。
Therefore, the resistance value of the N + type
図13(a)に示す例では、コンタクト領域11は、四角形に形成されている。P+型ボディ層6のうち、センスセルSeの各辺部30a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。その入り込んだ部分のN+型ソース層7aが、コンタクト領域である。
In the example shown in FIG. 13A, the
以上のように、センスセルSeにおけるN+型ソース層7とのコンタクト領域が、しきい値電圧の高い領域にのみ形成されているため、各センスセルSeにおけるN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。
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。
As described above, since the contact region with the N + type
Similarly, since the
The main cell Ma and the sense cell Se may have a hexagonal shape, an octagonal shape, or the like in plan view. Further, the N + type
(変更例1)
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。
(Modification 1)
FIG. 13B is an explanatory plan view of a sense cell according to the first modification of the third embodiment. An N−
つまり、センスセルの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、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。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。
That is, by forming the N−
(変更例2)
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。
(Modification 2)
FIG. 14 is an explanatory plan view of a sense cell Se according to
また、コンタクト領域11の境界は、P+型ボディ層6とN+型ソース層7との境界に形成されており、P+型ボディ層6の短辺部では凹状に形成されている。その凹状に形成された境界11dにより、チャネル領域における電流経路が回り込んだ分、長くなる。
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。
The boundary of the
With this configuration, the resistance value of the sense cell Se can be increased in combination with the reduction of the contact region of the N + type
なお、P+型ボディ層6の長辺部にN+型ソース層7bを形成した構成でも上記と同等の効果を奏することができる。また、P+型ボディ層6の各辺部にN+型ソース層7bを形成してもよいし、その形成数は限定されない。
Note that the same effect as described above can be obtained even when the N + type
<第4実施形態>
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。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. The VDMOS according to this embodiment is characterized in that the planar shape of the cell is a hexagon. FIG. 15 is an explanatory plan view of the cell, (a) is an explanatory plan view of the main cell Ma, and (b) is an explanatory plan view of the sense cell Se.
メインセルMaおよびセンスセルSeは、ゲート電極8の表層部によって囲まれた領域の平面形状が六角形に形成されている。ゲート電極8の内側には六角形のN+型ソース層7が形成されており、その内側には六角形のP+型ボディ層6が形成されている。N+型ソース層7およびP+型ボディ層6は相似形である。
In the main cell Ma and the sense cell Se, the planar shape of the region surrounded by the surface layer portion of the
図15(a)に示すように、メインセルMaのコンタクト領域11は、P+型ボディ層6の全域を含み、かつ、その周縁の所定領域を含む大きさに形成されており、コンタクト領域11の形状は、P+型ボディ層6と相似形である。一方、センスセルSeにおけるN+型ソース層7とのコンタクト領域11は、メインセルよりも縮小されており、図15(b)に示す例では、コンタクト領域11に含まれるN+型ソース層7cが、P+型ボディ層6の周囲4箇所に形成されている。
As shown in FIG. 15A, the
これにより、各センスセルSeにおけるN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができるため、センスVDMOS30に調整抵抗値Rsを付けることができる。
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。
Thereby, since the resistance value of the N + type
In other words, unlike the prior art, it is not necessary to provide an occupied area for arranging the resistor at the outer edge of the
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ため、破壊され難くすることができる。
Therefore, the error of the on-resistance ratio between the main and sense VDMOS can be reduced and the current detection accuracy can be increased without increasing the size of the
Further, since the contact area of the P +
(変更例1)
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。
(Modification 1)
The VDMOS according to the first modification of the fourth embodiment is characterized in that, in the sense cell Se, the contact region of the N + type
セルの辺部では、結晶面方位が高次の辺部の方が低次の辺部よりも、しきい値電圧が高くなることが知られている。
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。
It is known that the threshold voltage of the side portion of the cell is higher in the side portion having a higher crystal plane orientation than in the lower side portion.
Therefore, the resistance value of the N + type
図16(a)に示す例では、センスセルSeは平面視正六角形に形成されており、六角形の内角は総て120°である。相対向する2つの辺部30aの結晶面方位は(100)面であり、それ以外の4つの辺部30bの結晶面方位は(023)面である。つまり、しきい値電圧は、辺部30aに対応する部分よりも辺部30bに対応する部分の方が高い。
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。
In the example shown in FIG. 16A, the sense cells Se are formed in a regular hexagonal shape in plan view, and the hexagonal interior angles are all 120 °. The crystal plane orientation of the two opposing
Therefore, the N + type
以上のように、センスセルSeにおけるN+型ソース層7とのコンタクト領域が、しきい値電圧の高い領域にのみ形成されているため、各センスセルSeにおけるN+型ソース層7の抵抗値を大きくすることができる。
As described above, since the contact region with the N + type
なお、センスセルSeの他の形状として、相対向する2つの角部の内角が90°で、他の4つの角部の内角が135°の六角形であり、90°を成す2組の辺が、結晶面方位(100)に沿った辺であり、残りの辺が結晶面方位(110)に沿った辺である形状もある。この場合は、内角135°を成す辺に対応する部位にのみ前記N+型ソース層7dを形成すれば、上記と同等の効果を奏することができる。
As another shape of the sense cell Se, two opposing corners are hexagons having an inner angle of 90 ° and the other four corners having an inner angle of 135 °. There is also a shape in which the side is along the crystal plane orientation (100) and the remaining side is the side along the crystal plane orientation (110). In this case, if the N + type
(変更例2)
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。
(Modification 2)
FIG. 16B is an explanatory plan view of the sense cell Se according to the
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。
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。
In addition, the resistance value of the N + type
That is, the adjustment range of the adjustment resistance value Rs can be expanded by forming the N−
(変更例3)
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。
(Modification 3)
FIG. 17A is an explanatory plan view of a sense cell Se according to
(変更例4)
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。
(Modification 4)
FIG. 17B is an explanatory plan view of the sense cell Se according to
<第5実施形態>
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。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The VDMOS according to this embodiment is characterized in that the
図18(a)に示すように、VDMOS1の裏面に形成されたドレイン電極膜2のうち、センスVDMOS30に対応する領域には、ドレイン電極膜2の形成されていない非形成領域2aが配置されている。これにより、図18(b)に示すように、ドレイン電極膜2からセンスセルSeに流れ込む電流は、N+型層3を横方向に通過し、迂回する経路となるため、その分、抵抗ΔRsが付加される。
As shown in FIG. 18A, in the
つまり、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の形成されていない非形成領域2aを配置することにより、センスVDMOS30の調整抵抗値Rsを調整することができる。また、非形成領域2aを大きくすると、抵抗ΔRsが大きくなるため、非形成領域2aの大きさによって抵抗ΔRsを微調整することができる。
That is, the adjustment resistance value Rs of the
また、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を全く形成しないのではなく、ドレイン電極膜2を構成する複数層のうち1層以上を選択的に形成しないようにすることもできる。たとえば、ドレイン電極膜2が、最下層から、Au(またはAg)、Ni、Ti、Alの順に積層されて形成されている場合は、電極酸化防止用のAu(またはAg)からなる層を形成しないようにする。また、Au(またはAg)および半田濡れ性の良いNiからなる層を形成しないようにする。さらに、非形成領域2aに調整抵抗Rsを調整するための抵抗を形成してもよい。
Also, the
<第6実施形態>
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。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The VDMOS according to this embodiment is characterized in that the mirror terminal M is disposed apart from the sense-side
図19(a)に示すように、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おり、ミラー端子Mおよびセンス側ソース電極膜31は、配線31aによって接続されている。これにより、配線31aの抵抗ΔRsが付加されるため、センスVDMOS30の調整抵抗値Rsを大きくすることができる。また、配線31aの長さおよび幅の少なくとも一方を変えることにより、抵抗ΔRsの大きさを変えることができるため、調整抵抗値Rsを微調整することができる。この実施形態では、配線31aは、Alにより形成されている。
As shown in FIG. 19A, the mirror terminal M is disposed away from the sense-side
図19(b)に示す例では、ミラー端子Mおよびセンス側ソース電極膜31は、ポリシリコン抵抗15によって接続されている。これにより、ポリシリコン抵抗15の抵抗ΔRsが付加されるため、センスVDMOS30の調整抵抗値Rsを大きくすることができる。また、ポリシリコン抵抗の抵抗値は、ポリシリコン層にイオン注入する不純物の量によって決まるため、そのイオン注入量を制御することにより、抵抗ΔRsの大きさを変えることができるため、調整抵抗値Rsを高精度で微調整することができる。
In the example shown in FIG. 19B, the mirror terminal M and the sense-side
<他の実施形態>
(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。
<Other embodiments>
(1) In each of the embodiments described above, the area ratio of the N + -
(2) In the above-described embodiments, the VDMOS has been described as an example of the semiconductor device according to the present invention. However, the present invention can also be applied to a lateral MOS transistor element (LDMOS, Lateral Double Diffused MOS). The gate electrode may be a planar type. Furthermore, the present invention can also be applied to a P-channel type MOS.
(3)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MOSを例に挙げて説明したが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT,Insulated Gate Bipolar Transistor)にもこの発明を適用することができる。この場合、VDMOS1のソース電極に対応する部分がエミッタ電極になり、ドレイン電極に対応する部分がコレクタ電極になる。
(3) In each of the above-described embodiments, the MOS device has been described as an example of the semiconductor device according to the present invention. However, the present invention can also be applied to an insulated gate bipolar transistor (IGBT). In this case, a portion corresponding to the source electrode of the
なお、特許請求の範囲などで記載した「ほぼ等しい」とは、完全に等しくなる場合の他、実質的に等しくなる場合も含むことを意味する。 In addition, “substantially equal” described in the claims and the like means including not only completely equal but also substantially equal.
1・・VDMOS(半導体装置)、5・・ゲート電極膜、11・・コンタクト領域、
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。
1 ... VDMOS (semiconductor device) 5 ...
20 .. Main VDMOS (main semiconductor element),
21..Main side source electrode film (main side first electrode film),
30..Sense VDMOS (sense semiconductor element),
31..Sense-side source electrode film (sense-side first electrode film),
50 .. Current detection circuit,
K ·· Kelvin terminal (voltage detection terminal),
M ·· mirror terminal (sense side terminal), Ma ·· main cell, Ra to Rd ·· wiring resistance,
Rs ... adjustment resistor, S ... source terminal (main side terminal), Se ... sense cell.
Claims (15)
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。 A first conductivity type first semiconductor layer; a second conductivity type second semiconductor layer formed on a surface layer portion of the first semiconductor layer; and a first conductivity type formed on a surface layer portion of the second semiconductor layer. A third semiconductor layer, a second conductive type fourth semiconductor layer selectively formed in a surface layer portion of the second semiconductor layer and having an impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer, and a gate insulating film A gate electrode formed from a surface layer portion of the third semiconductor layer, a first electrode electrically connected to the third and fourth semiconductor layers through an interlayer insulating film, and a voltage applied to the gate electrode A main semiconductor element configured to include a plurality of cells having a second electrode for passing a current between the first electrode and a load current to a load;
A sense semiconductor element that is connected in parallel with the main semiconductor element to detect the load current, forms a current mirror circuit together with the main semiconductor element, and includes fewer cells than the cells constituting the main semiconductor element When,
In a semiconductor device comprising:
A semiconductor device, wherein a resistance value of the third semiconductor layer constituting a cell is larger in the sense semiconductor element than in the main semiconductor element.
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。 Each cell is formed with a plurality of the fourth semiconductor layers,
In each cell, the area of the region where the third semiconductor layer and the first electrode between the adjacent fourth semiconductor layers are electrically connected is smaller in the sense semiconductor element than in the main semiconductor element. The semiconductor device according to claim 2.
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10のいずれか1つに記載の半導体装置。 A back electrode film composed of a plurality of layers connected to the second electrode of each cell constituting the main semiconductor element and the sense semiconductor element is formed on the back surface of the semiconductor substrate;
11. The region according to claim 1, wherein one or more layers of the back electrode film are not formed in a range corresponding to the sense semiconductor element in the back electrode film. The semiconductor device as described in any one.
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11のいずれか1つに記載の半導体装置。 A main-side first electrode film formed by connecting the first electrodes of the cells constituting the main semiconductor element;
Claims 1, characterized in that the sense side first electrode film formed by connecting the first electrode of each cell constituting the sense semiconductor element is being made form a surface portion of said semiconductor substrate 11. The semiconductor device according to any one of 11 above.
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12に記載の半導体装置。 A main-side terminal connected to the main-side first electrode film;
A sense side terminal connected to the sense side first electrode film;
A voltage detection terminal connected to a location different from the main side terminal in the main side first electrode film,
The sense side terminal and the voltage detection terminal are configured to be connectable to a current detection circuit for detecting a current flowing through the sense semiconductor element,
The wiring resistance value obtained by adding the wiring resistance value of the sense semiconductor element and the wiring resistance value between the sense side terminal and the current detection circuit is the wiring resistance value between the main side terminal and the voltage detection terminal. the semiconductor device according to claim 1 2, characterized in that is configured to be substantially equal to the wiring resistance value obtained by subtracting from the wiring resistance value of the terminal.
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