JP5509513B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は金属(M)−酸化膜(O)−半導体層(S)のゲート構造をもつMOS型電界効果トランジスタ(以下MOSFET)などの半導体装置、特に半導体基板の両面に設けられた電極間に電流が流れる縦型の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) having a gate structure of metal (M) -oxide film (O) -semiconductor layer (S), particularly between electrodes provided on both sides of a semiconductor substrate. The present invention relates to a vertical semiconductor device through which current flows.
一般に、電力用半導体装置には半導体基板の両面に設けられた電極間に電流を流す縦型の半導体装置が多用されている。
図8は従来の半導体装置の要部断面図である。この図はプレーナー型のnチャネル縦型MOSFETの活性部の要部断面図である。
この縦型MOSFETでは、ドレイン電極10が導電接合した低抵抗のn+ドレイン層1上に電圧支持層となる高抵抗n−ドリフト層2が配置され、そのn−ドリフト層2の上に選択的にpベース領域3が配置され、そのpベース領域3の表面層に選択的にn+ソース領域4が形成されている。n+ソース領域4とn−ドリフト層2にはさまれたpベース領域3の表面上にゲート絶縁膜6を介してゲート電極7aが設けられ、n+ソース領域4とpベース領域3との表面に共通に接触してソース電極9が設けられている。
In general, a vertical semiconductor device in which a current flows between electrodes provided on both surfaces of a semiconductor substrate is often used as a power semiconductor device.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a conventional semiconductor device. This figure is a cross-sectional view of the main part of the active part of a planar type n-channel vertical MOSFET.
In this vertical MOSFET, a high resistance n − drift layer 2 serving as a voltage support layer is disposed on a low resistance n + drain layer 1 to which a
ゲート電極7aは層間絶縁膜8により、n+ソース領域4およびpベース領域3と絶縁された状態になっている。図中の符号の7は、個々のゲート電極7aを総称して表したゲート電極(総称)である。
上記デバイス内のpベース領域3のソース電極9と接触する表面にソース電極9との接触抵抗を低減させ、あるいはラッチアップの耐量向上のためにp+コンタクト領域5が設けられている場合もある。
In some cases, the p + contact region 5 is provided on the surface of the
縦型MOSFETのオン抵抗を低減するためには、ゲート電極長Lg0およびコンタクト開口部長L0を短くしてセルピッチW0を微細化し、pベース領域3とn−ドリフト層2の接合面を平面接合に近い状態にして、空乏層12の先端を平坦化し、n−ドリフト層2の不純物濃度を高くしても所定の耐圧が得られるようにする。つまり、n−ドリフト層2の不純物濃度を高くしてオン抵抗の低減を図る訳である。
In order to reduce the on-resistance of the vertical MOSFET, the gate electrode length Lg0 and the contact opening length L0 are shortened to reduce the cell pitch W0, and the junction surface between the
特許文献1によれば、トレンチゲート型のIGBT(特許文献1ではトレンチゲート型のIEGTと称しているがIGBTの一種である)において、トレンチに挟まれたpベース領域にnエミッタ領域(特許文献1ではnソース領域)を形成する箇所と、形成しない箇所を設けることで、nエミッタ領域を形成しない箇所下のnドリフト層(特許文献1ではnベース領域)にpコレクタ領域(特許文献1ではpエミッタ領域)から注入された正孔を蓄積させてオン電圧の低減を図り、nエミッタ領域を形成しないゲート電極をエミッタ電極に接続することで、耐圧の向上と入力容量(ゲート容量)の低減を図ることが開示されている。
しかし、図8においては、ゲート電極長Lg0およびコンタクト開口部長L0を短くしてセルピッチW0を短く(微細化)すると、低オン抵抗化は確保できるが、コンタクト開口部長L0を短くした場合にはセルピッチW0に対するゲート電極長Lg0の割合は増加することになり、入力容量Ciss(ゲート−ソース間の静電容量Cgs+ゲート−ドレイン間静電容量Cgd)が増加する。セルピッチW0を短くした場合、pベース領域3で挟まれるn−ドリフト層2の表面層11を高濃度にしてJFET効果が現れにくくしたとしても、JFET効果は多少なりとも存在するため、その表面層11の幅をセルピッチW0を短くした割合ほどにはn−ドリフト層2の表面層11の幅を狭められない。そのため、ゲート電極長Lg0はセルピッチW0を短くした割合ほどには短くすることができず、セルピッチW0を短くすると、セルピッチW0に対するゲート電極長Lg0の割合は増加することになる。その結果、入力容量Cissが増大することになる。
However, in FIG. 8, if the gate electrode length Lg0 and the contact opening length L0 are shortened and the cell pitch W0 is shortened (miniaturized), a low on-resistance can be ensured, but if the contact opening length L0 is shortened, the cell pitch The ratio of the gate electrode length Lg0 to W0 increases, and the input capacitance Ciss (gate-source capacitance Cgs + gate-drain capacitance Cgd) increases. When the cell pitch W0 is shortened, even if the
入力容量Cissが増大すると、スイッチング動作時の遅れ時間(td(off)とtd(on))が増大し、そのため高周波動作の妨げになる。この遅れ時間とはターンオフ動作時の遅れ時間である。また、ドライブ損失(1/2(Ciss・Vg2))、スイッチング損失(遅れ期間中に発生するターンオン損失とターンオフ損失)が増加してしまう問題となる。MOSFETではn−ドリフト層2内に少数キャリアの蓄積がないため、遅れ時間は入力容量に強く依存する。
また、入力容量cissを減少させるために、チップサイズを小さくすると当然、オン抵抗が増大してしまう。
When the input capacitance Ciss increases, the delay time (td (off) and td (on)) during the switching operation increases, which hinders high-frequency operation. This delay time is a delay time during the turn-off operation. In addition, drive loss (1/2 (Ciss · Vg 2 )) and switching loss (turn-on loss and turn-off loss occurring during the delay period) increase. Since there is no minority carrier accumulation in the n − drift layer 2 in the MOSFET, the delay time strongly depends on the input capacitance.
In addition, when the chip size is reduced in order to reduce the input capacitance ciss, the on-resistance is naturally increased.
また、特許文献1に記されている半導体装置はトレンチゲート型のIGBTであり、プレーナゲート型のIGBTについては言及されていない。
また、IGBTにおいては、前記のスイッチング動作時の遅れ時間は主にn−ドリフト層2に蓄えられた過剰キャリアの消滅時間が支配的であり、入力容量cissの依存度は少ないため、入力容量Cissを低減しても遅れ時間の短縮効果は小さく、スイッチング損失の低減効果も小さい。
The semiconductor device described in
Further, in the IGBT, the delay time at the time of the switching operation is mainly dominated by the disappearance time of excess carriers stored in the n − drift layer 2, and the input capacitance ciss is less dependent. Even if it is reduced, the effect of shortening the delay time is small, and the effect of reducing the switching loss is also small.
この発明の目的は、前記の課題を解決して、低いオン抵抗を維持しながら入力容量の低減を図り、遅れ時間を短縮することでスイッチング損失の低減を図り、さらにドライブ損失の低減を図ることができる半導体装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to reduce the input capacitance while maintaining a low on-resistance, to reduce the switching loss by shortening the delay time, and to further reduce the drive loss. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of achieving the above.
前記の目的を達成するために、
第1導電型の第1半導体層(ドリフト層)の第1主面側の表面層に複数形成された第2導電型の第1半導体領域(ベース領域)と、
該第1半導体領域の表面層に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域(ソース領域)と、
該第2半導体領域と前記第1半導体層に挟まれた前記第1半導体領域上と前記第1半導体層上に跨るようにゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
該ゲート電極上を被覆する層間絶縁膜と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域に接し前記層間絶縁膜上に形成される第1主電極(ソース電極)と、
前記第1半導体層の第2主面側に配置される前記第1半導体層より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体層(ドレイン層)と、
該第2半導体層の裏面に形成される第2主電極(ドレイン電極)とを有する半導体装置において、
前記ゲート電極は、上部を被覆する層間絶縁膜によって前記第1主電極から絶縁され且つゲート信号が入力される第1ゲート電極と、該第1ゲート電極から電気的に分離されてなる第2ゲート電極とを有し、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極がくし歯状に対向しており、
前記第2ゲート電極が前記第1主電極と接続している構成とする。
To achieve the above objective,
A plurality of second-conductivity-type first semiconductor regions (base regions) formed in the surface layer on the first main surface side of the first-conductivity-type first semiconductor layer (drift layer);
A second semiconductor region (source region) of a first conductivity type selectively formed in a surface layer of the first semiconductor region;
A gate electrode formed via a gate insulating film so as to straddle the second semiconductor region and the first semiconductor region sandwiched between the first semiconductor layer and the first semiconductor layer;
An interlayer insulating film covering the gate electrode;
A first main electrode (source electrode) formed on the interlayer insulating film in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A second semiconductor layer (drain layer) of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer disposed on the second main surface side of the first semiconductor layer ;
In a semiconductor device having a second main electrode (drain electrode) formed on the back surface of the second semiconductor layer,
The gate electrode includes a first gate electrode that is insulated from the first main electrode by an interlayer insulating film covering the upper portion and receives a gate signal, and a second gate that is electrically isolated from the first gate electrode An electrode,
The first gate electrode and the second gate electrode are opposed in a comb shape ,
The second gate electrode is connected to the first main electrode .
また、前記第2ゲート電極が前記第1主電極の一部であるとともに前記層間絶縁膜とは離間してもよい。
第1導電型の第1半導体層の第1主面側の表面層に複数形成された第2導電型の第1半導体領域と、
該第1半導体領域の表面層に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、
該第2半導体領域と前記第1半導体層に挟まれた前記第1半導体領域上と前記第1半導体層上に跨るようにゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
該ゲート電極上を被覆する層間絶縁膜と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域に接し前記層間絶縁膜上に形成される第1主電極と、
前記第1半導体層の第2主面側に配置される前記第1半導体層より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体層と、
該第2半導体層の裏面に形成される第2主電極とを有する半導体装置において、
前記ゲート電極は、上部を被覆する層間絶縁膜によって前記第1主電極から絶縁され且つゲート信号が入力される第1ゲート電極と、該第1ゲート電極から電気的に分離されてなる第2ゲート電極とを有し、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極がくし歯状に対向しており、
前記第2ゲート電極がフローティング状態であるとともに全面が前記層間絶縁膜に覆われていてもよい。
また、前記第1半導体領域の中央線と、該第1半導体領域に隣接する前記第1半導体領域の中央線とで挟まれた領域を単位セルとし、前記第1ゲート電極を有する単位セル数1個に対して、前記第1主電極に短絡した前記第2ゲート電極数が2〜4個のいずれかであってもよい。
また、前記ゲート電極の平面パターンはストライプ状であり、前記第1ゲート電極のゲート電極長が前記第2ゲート電極のゲート電極長と等しくてもよい。
また、前記単位セルのセルピッチW1において、前記第1半導体領域の幅をMとし、隣り合う前記第1半導体領域間における前記第1半導体層の幅をNとすると、M+N=W1であり、且つM>Nであってもよい。
また、前記第2ゲート電極を有する単位セルにおいて、前記ゲート絶縁膜を挟んだ前記第2ゲート電極端部の直下が前記第1半導体領域であってもよい。
また、上部に少なくとも1つの前記第2ゲート電極を有する前記第1半導体領域の幅が、上部に前記第1ゲート電極のみを有する前記第1半導体領域の幅よりも短くてもよい。
また、前記第1半導体層と前記第1半導体領域で形成されるpn接合による前記半導体装置の耐圧が、平面接合による理想耐圧の90%以上であってもよい。
また、前記第1半導体層の厚さは30μm以上であってもよい。
また、前記第2半導体層が半導体基板であって、前記第1半導体層が前記半導体基板上に形成したエピタキシャル層であってもよい。
Also, it may be separated from the said interlayer insulating film with the second gate electrode is a part of the first main electrode.
A plurality of second conductivity type first semiconductor regions formed in a surface layer on the first main surface side of the first conductivity type first semiconductor layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on a surface layer of the first semiconductor region;
A gate electrode formed via a gate insulating film so as to straddle the second semiconductor region and the first semiconductor region sandwiched between the first semiconductor layer and the first semiconductor layer;
An interlayer insulating film covering the gate electrode;
A first main electrode formed on the interlayer insulating film in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A second semiconductor layer of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer disposed on the second main surface side of the first semiconductor layer;
In a semiconductor device having a second main electrode formed on the back surface of the second semiconductor layer,
The gate electrode includes a first gate electrode that is insulated from the first main electrode by an interlayer insulating film covering the upper portion and receives a gate signal, and a second gate that is electrically isolated from the first gate electrode An electrode,
The first gate electrode and the second gate electrode are opposed in a comb shape,
The second gate electrode is floated der Rutotomoni entirely be covered with the interlayer insulating film.
The number of unit cells having the first gate electrode is defined as a region sandwiched between the center line of the first semiconductor region and the center line of the first semiconductor region adjacent to the first semiconductor region. pieces respect, the second gate electrode number of poles shorted to the first main electrode may be any of 2-4.
The planar pattern of the gate electrode may be striped, and the gate electrode length of the first gate electrode may be equal to the gate electrode length of the second gate electrode.
Further, in the cell pitch W1 of the unit cell, if the width of the first semiconductor region is M and the width of the first semiconductor layer between the adjacent first semiconductor regions is N, M + N = W1, and M > N may be sufficient.
In the unit cell having the second gate electrode, the first semiconductor region may be directly under the second gate electrode end with the gate insulating film interposed therebetween.
The width of the first semiconductor region having at least one second gate electrode on the top may be shorter than the width of the first semiconductor region having only the first gate electrode on the top.
The breakdown voltage of the semiconductor device by a pn junction formed by the first semiconductor layer and the first semiconductor region may be 90% or more of an ideal breakdown voltage by a planar junction.
The first semiconductor layer may have a thickness of 30 μm or more.
The second semiconductor layer may be a semiconductor substrate, and the first semiconductor layer may be an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate.
この発明によれば、ゲート信号が入力されるゲート電極が配置されるベース領域間と、ベース領域間上にゲート信号が入力されない領域を設けることで、低いオン抵抗を維持しながら、入力容量を減少させることができる。
入力容量を減少させることで、スイッチング動作時の遅れ時間を短縮できて、スイッチング損失の減少とドライブ損失の低減が図れて、高周波動作をさせることができる縦型MOSFETを提供できる。
According to the present invention, the input capacitance is reduced while maintaining a low on-resistance by providing a region between the base regions where the gate electrode to which the gate signal is input is disposed and a region where the gate signal is not input between the base regions. Can be reduced.
By reducing the input capacitance, the delay time during the switching operation can be shortened, switching loss and drive loss can be reduced, and a vertical MOSFET capable of high-frequency operation can be provided.
実施の形態を以下の実施例にて説明する。尚、以下の図の説明では第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが逆であっても構わない。また図8と同一部位には同一の符号を付した。 Embodiments will be described in the following examples. In the following description of the drawings, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. The same parts as those in FIG.
図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の要部断面図である。この図はプレーナー型半導体のnチャネル縦型MOSFETの活性部及びゲート電極の要部断面図である。
このnチャネル縦型MOSFETは、n+ドレイン層1と、n+ドレイン層1上に形成されたn−ドリフト層2と、n−ドリフト層2の表面層に形成されたpベース領域3と、pベース領域3の表面層に形成されたn+ソース領域4と、n+ソース領域4とn−ドリフト層2に挟まれたpベース領域3上とこのn−ドリフト層2上に跨るようにゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極7と、n+ソース領域4と重なりn+ソース領域4より深くなるようにpベース領域3の表面層に形成されたp+コンタクト領域5と、ゲート電極7のうち一つ置きのゲート電極7aの表面を被覆しn+ソース領域の一部とp+コンタクト領域5が露出するように形成された層間絶縁膜8と、層間絶縁膜8上と層間絶縁膜8が被覆していないゲート電極7b(ゲート電極7aの隣に配置される)と露出したn+ソース領域4の一部上とp+コンタクト領域5上に跨って形成されたソース電極9と、n+ドレイン層1の裏面に形成されたドレイン電極10とで構成される。前記のpベース領域3、n+ソース領域4およびゲート電極7(ゲート電極7a,7bから成る総称)などの平面パターンはストライプ状をしている場合で図はパターンの長手方向に対して直角に切断した場合の要部断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. This figure is a sectional view of the main part of the active part and the gate electrode of an n-channel vertical MOSFET of a planar type semiconductor.
This n-channel vertical MOSFET includes an n + drain layer 1, an n − drift layer 2 formed on the n + drain layer 1,
前記の層間絶縁膜8で被覆されないゲート電極7bは、ゲート信号が入力される層間絶縁膜8が被覆されたゲート電極7aから電気的に切り離されてゲート信号が入らないようになっており、さらにソース電極9と接続することでこのゲート電極7bで生じる入力容量Cissを消滅させている。
尚ソース電極9とゲート電極7bの接続は、ゲート電極7b全面でもよいし、ゲート電極9bを層間絶縁膜8で被覆し、層間絶縁膜8の一部に開口部を形成して一部分でもよい。重要なのはゲート電極7aとゲート電極7bが電気的に切り離されている点である。
The
The
また、pベース領域3の中央線と隣接するpベース領域3の中央線で挟まれた領域がセル14である。そのセルの幅はpベース領域3端から隣接するpベース領域3端までの距離に等しくそれがセルピッチW1である。このセルピッチW1は15μm程度である。セルピッチW1が15μm程度と小さくpベース領域3幅(図5のM)が9μm程度であると接合面が平面接合に近い状態になり、空乏層12の先端が平坦化されて、理想耐圧に近い耐圧(平面接合での耐圧の90%以上)が得られる。
A region sandwiched between the center line of the
また、前記のn+ドレイン層1を高濃度のn半導体基板とし、その上にn型のエピタキシャル層を積層してn−ドリフト層2を形成してもよい。その他にn−ドリフト層2をn半導体基板として裏面にn型不純物を高濃度に拡散でn+ドレイン層1を形成してもよい。
前記で説明したように、多数あるセル13のうち一部のセル(図1では一つ置きのセル)に対してゲート電極7を絶縁する層間絶縁膜8を無くし、ゲート電極7bをゲート信号が入力される外部ゲート配線(層間絶縁膜8が被覆されたゲート電極7a)と分離し、かつこの層間絶縁膜8が無いゲート電極7bとソース電極9を短絡した構造とする。このような構造にすることで、pベース領域3とn−ドリフト層2の接合面が平面接合に近い形状となり、前記したように理想耐圧に近い耐圧が得られる。ゲート電極7aとゲート電極7bの分離は、例えばくし歯状に対向させればよい。
Further, the above n + drain layer 1 is a high-concentration of n semiconductor substrate, by laminating an n-type epitaxial layer of n thereon - may be formed
As described above, the
また層間絶縁膜8がないゲート電極7bをソース電極9と短絡することで、入力容量Cissを低減することができる。この入力容量Cissが減少することでスイッチング動作時の遅れ時間を短縮させることができ、この遅れ時間中に発生するターンオフ損失(スイッチング損失の一部)を低減でき、さらにドライブ損失の低減を図ることができて、高周波動作をさせることができる。この実施例では、ゲート電極7a上にだけ層間絶縁膜8が残るようにマスクを変更するだけでよいので、製造も容易である。
Also, the input capacitance Ciss can be reduced by short-circuiting the
また、このようにゲート電極7bがソース電極9と短絡したセル13ではチャネルが形成されずチャネル抵抗が増大する。しかし300V〜500V以上のnチャネル縦型MOSFETでは、チャネル抵抗がオン抵抗に占める割合は数%であり、オン抵抗の増大は微増である。そのため、低オン抵抗と低入力容量の両立を図ることができる。尚、前記の耐圧範囲ではn−ドリフト層の厚さは30μm程度以上である。
図2は、入力容量Cissとオン抵抗RDS(on)の関係を示す図である。この図は計算による入力容量Cissとオン抵抗RDS(on)を規格化して示す。図2には比較するために図8の従来素子も示した。図のa、b、c、d、eは短絡するゲート電極数(短絡電極数)がそれぞれ0、1、2、3、4であり、aは従来素子、b〜eは本発明素子である。尚、bは第1実施例であり、c〜eは図示しない変形例である。
図2から分かるように、短絡するセル数を増やすことでオン抵抗RDS(on)が殆ど変化せずに入力容量Cissを大幅に減少させることができる。ただし、オン抵抗RDS(on)はチャネル抵抗以外は変化しないものとして計算した。実際は短絡するセル数を増やすと電流通路として働かない無効領域が増大するので図の値よりオン抵抗は曲線Bのように増大すると予測される。
また、図の斜め45度の点線Dは、セルピッチW1を変えずにチップサイズを変化させた場合であり、チップサイズを小さくすると入力容量Cissが減少しオン抵抗RDS(on)は増大する。
尚、ゲート電極7bの全面を層間絶縁膜で覆った上で、ゲート電極7bをどことも接続しないフローティング状態としてもよい。この場合は、層間絶縁膜8を形成するためのマスクが従来技術と同じでよいので、製造が容易である。
Further, in the
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the input capacitance Ciss and the on-resistance RDS (on). This figure shows the calculated input capacitance Ciss and on-resistance RDS (on) normalized. FIG. 2 also shows the conventional element of FIG. 8 for comparison. In the figure, a, b, c, d, and e are the number of gate electrodes to be short-circuited (the number of short-circuit electrodes) are 0, 1, 2, 3, and 4, respectively, a is a conventional element, and b to e are elements of the present invention. . Note that b is the first embodiment, and c to e are modifications not shown.
As can be seen from FIG. 2, by increasing the number of cells to be short-circuited, the on-resistance RDS (on) hardly changes and the input capacitance Ciss can be greatly reduced. However, the on-resistance RDS (on) was calculated on the assumption that only the channel resistance changed. Actually, if the number of cells to be short-circuited is increased, the ineffective region that does not function as a current path increases.
In addition, a dotted line D of 45 degrees in the drawing is a case where the chip size is changed without changing the cell pitch W1, and when the chip size is reduced, the input capacitance Ciss decreases and the on-resistance RDS (on) increases.
The entire surface of the
図3は、この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面図である。図1との違いは、ゲート絶縁膜6を設けるだけで、ゲート電極7bを除去した又は形成しなかった点であり、効果は図1と同じでゲート電極7bを除去した又は形成しなかった領域で入力容量Cissが減少させられている。
この実施例では、ゲート電極7bを設けないことで、ゲート電極7aの配置間隔が広まったような位置関係となり、ソース電極9表面の平坦度が高められる。尚、ゲート電極7bを除去又は形成しなかった領域のゲート絶縁膜6上に層間絶縁膜8を設けてもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the
In this embodiment, by not providing the
図4は、この発明の第3実施例の半導体装置の要部断面図である。図1との違いは、pベース領域3の表面層に形成されるn+ソース領域4の内、ゲート電極7b側のn+ソース領域4を除去した点である。この場合も、効果は図1と同じである。
図3、図4のpベース領域3より表面部を拡大して示したのが、図5、図6である。この図ではp+コンタクト領域5やソース電極9は省略されている。図中のLgはゲート電極長、W1はセルピッチ、Lsは層間絶縁膜で被覆されていないゲート電極長、Mはpベース領域幅、Nはpベース領域間距離、L1はコンタクト開口部長、Kはゲート電極端から層間絶縁膜端までの距離、Tはゲート電極端からpベース領域端までの距離、Jは層間絶縁膜端からpベース領域端までの距離、Hはnソース領域間の距離である。これらの寸法は図5(図1の拡大図)、図6(図4の拡大図)で同じである。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that the n + source region 4 on the
FIGS. 5 and 6 show the surface portion of the
ここで、Lg=Ls=N+2T、L1=2J+K+H、M=2(T+K+J)+H、W1=M+N=Lg+Ls+Kである。
図6で示されるセルピッチW1を短縮する方法についてつぎに説明する。
Here, Lg = Ls = N + 2T, L1 = 2J + K + H, M = 2 (T + K + J) + H, and W1 = M + N = Lg + Ls + K.
Next, a method for shortening the cell pitch W1 shown in FIG. 6 will be described.
図7は、この発明の第4実施例の半導体装置の要部断面図である。図4(図6)との違いは、層間絶縁膜8で被覆されないゲート電極7bを被覆されたゲート電極7aに近付けた点である。こうすることで、図7のコンタクト開口部長L2が図6のコンタクト開口部長L1より短くなり、図7のpベース領域幅Qが図6のpベース領域幅Mより狭くなる。そのため、図7のセルピッチW2が図6のセルピッチW1より狭くなる。セルピッチW2が狭くなることで、接合が一層平坦接合に近づきn−ドリフト層2の不純物濃度を高くしても耐圧が確保できる。不純物濃度を高くすることで、図6よりもチャネル密度が増大しオン抵抗RDS(on)の低減を図ることができる。
FIG. 7 is a sectional view showing the principal part of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The difference from FIG. 4 (FIG. 6) is that the
尚、前記の第1〜第4実施例はnチャネル縦型MOSFETで説明したが、pチャネル縦型MOSFETにも当然適用できて、その効果は前記と同様である。
また、この発明をプレーナゲート型のIGBTにも適用できる。そのときの主な効果はドライブ損失の低減と平面接合に近いので耐圧の向上が図れる。
Although the first to fourth embodiments have been described using the n-channel vertical MOSFET, the present invention can naturally be applied to a p-channel vertical MOSFET, and the effect is the same as described above.
The present invention can also be applied to a planar gate type IGBT. The main effect at that time is reduction of drive loss and improvement of breakdown voltage because it is close to planar junction.
1 n+ドレイン層
2 n−ドリフト層
3 pベース領域
4 n+ソース領域
5 p+コンタクト領域
6 ゲート絶縁膜
7、7a、7b ゲート電極
8 層間絶縁膜
9 ソース電極
10 ドレイン電極
11 表面層
12 空乏層
13 中央線
14 セル
1 n + drain layer 2 n - drift layer 3 p base region 4 n + source region 5 p +
Claims (11)
該第1半導体領域の表面層に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、
該第2半導体領域と前記第1半導体層に挟まれた前記第1半導体領域上と前記第1半導体層上に跨るようにゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
該ゲート電極上を被覆する層間絶縁膜と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域に接し前記層間絶縁膜上に形成される第1主電極と、
前記第1半導体層の第2主面側に配置される前記第1半導体層より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体層と、
該第2半導体層の裏面に形成される第2主電極とを有する半導体装置において、
前記ゲート電極は、上部を被覆する層間絶縁膜によって前記第1主電極から絶縁され且つゲート信号が入力される第1ゲート電極と、該第1ゲート電極から電気的に分離されてなる第2ゲート電極とを有し、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極がくし歯状に対向し、
前記第2ゲート電極が前記第1主電極と接続していることを特徴とする半導体装置。 A plurality of second conductivity type first semiconductor regions formed in a surface layer on the first main surface side of the first conductivity type first semiconductor layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on a surface layer of the first semiconductor region;
A gate electrode formed via a gate insulating film so as to straddle the second semiconductor region and the first semiconductor region sandwiched between the first semiconductor layer and the first semiconductor layer;
An interlayer insulating film covering the gate electrode;
A first main electrode formed on the interlayer insulating film in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A second semiconductor layer of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer disposed on the second main surface side of the first semiconductor layer ;
In a semiconductor device having a second main electrode formed on the back surface of the second semiconductor layer,
The gate electrode includes a first gate electrode that is insulated from the first main electrode by an interlayer insulating film covering the upper portion and receives a gate signal, and a second gate that is electrically isolated from the first gate electrode An electrode,
The first gate electrode and the second gate electrode are opposed in a comb-tooth shape ,
The semiconductor device, wherein the second gate electrode is connected to the first main electrode .
該第1半導体領域の表面層に選択的に形成された第1導電型の第2半導体領域と、
該第2半導体領域と前記第1半導体層に挟まれた前記第1半導体領域上と前記第1半導体層上に跨るようにゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
該ゲート電極上を被覆する層間絶縁膜と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域に接し前記層間絶縁膜上に形成される第1主電極と、
前記第1半導体層の第2主面側に配置される前記第1半導体層より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体層と、
該第2半導体層の裏面に形成される第2主電極とを有する半導体装置において、
前記ゲート電極は、上部を被覆する層間絶縁膜によって前記第1主電極から絶縁され且つゲート信号が入力される第1ゲート電極と、該第1ゲート電極から電気的に分離されてなる第2ゲート電極とを有し、
前記第1ゲート電極と前記第2ゲート電極がくし歯状に対向し、
前記第2ゲート電極の全面が前記層間絶縁膜に覆われてフローティング状態であることを特徴とする半導体装置。 A plurality of second conductivity type first semiconductor regions formed in a surface layer on the first main surface side of the first conductivity type first semiconductor layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type selectively formed on a surface layer of the first semiconductor region;
A gate electrode formed via a gate insulating film so as to straddle the second semiconductor region and the first semiconductor region sandwiched between the first semiconductor layer and the first semiconductor layer;
An interlayer insulating film covering the gate electrode;
A first main electrode formed on the interlayer insulating film in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A second semiconductor layer of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer disposed on the second main surface side of the first semiconductor layer;
In a semiconductor device having a second main electrode formed on the back surface of the second semiconductor layer,
The gate electrode includes a first gate electrode that is insulated from the first main electrode by an interlayer insulating film covering the upper portion and receives a gate signal, and a second gate that is electrically isolated from the first gate electrode An electrode,
The first gate electrode and the second gate electrode are opposed in a comb-tooth shape,
A semiconductor device, wherein the entire surface of the second gate electrode is covered with the interlayer insulating film and is in a floating state .
前記第1ゲート電極を有する単位セル数1個に対して、前記第1主電極に短絡した前記第2ゲート電極数が2〜4個のいずれかであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。 A region sandwiched between the center line of the first semiconductor region and the center line of the first semiconductor region adjacent to the first semiconductor region is defined as a unit cell.
The number of the second gate electrodes short-circuited to the first main electrode is one of 2 to 4 for one unit cell having the first gate electrode. The semiconductor device according to any one of the above .
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is a semiconductor substrate, and the first semiconductor layer is an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate .
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