JP6942511B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、トランジスタ構造および定電圧ダイオードを1チップ内に有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a transistor structure and a constant voltage diode in one chip.

従来、各種制御回路にIC(Integrated Circuit)を保護するための素子が組み込まれている。たとえば、特許文献1および2は、そのようなIC保護用の素子として、ダイオードを開示している。 Conventionally, elements for protecting ICs (Integrated Circuits) are incorporated in various control circuits. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a diode as such an IC protection element.

特開2012−154119号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-154119 特開2014−17701号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-17701

ICが制御するセンサ、携帯機器用のディスプレイやカメラ等の機能の増加に伴い、ICの消費電流が増加傾向にある。そのため、ICの保護素子としてダイオードを使用していては、ICの消費電流に合わせて保護素子のチップサイズを大きくしなければならず、機器の小型化という要求に応えることが難しい。
一方、トランジスタは、ダイオードに比べて小型でも低消費電力を達成できるため、ダイオードの代替素子としての可能性を秘めている。しかしながら、トランジスタ単体では、ICを保護するために要求される逆電圧防止および過電圧保護の特性を発現することが困難である。
As the functions of sensors controlled by ICs, displays for mobile devices, cameras, and the like increase, the current consumption of ICs tends to increase. Therefore, when a diode is used as the protection element of the IC, the chip size of the protection element must be increased according to the current consumption of the IC, and it is difficult to meet the demand for miniaturization of the device.
On the other hand, a transistor has a potential as a substitute element for a diode because it can achieve low power consumption even if it is smaller than a diode. However, it is difficult for the transistor alone to exhibit the reverse voltage prevention and overvoltage protection characteristics required to protect the IC.

本発明の目的は、トランジスタおよび定電圧ダイオードが1チップ化されてなる半導体装置であって、低消費電力であり、かつIC等の外部デバイスに関する逆電圧防止および過電圧保護を発現できる半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a transistor and a constant voltage diode are integrated into one chip, which has low power consumption and can exhibit reverse voltage prevention and overvoltage protection for an external device such as an IC. It is to be.

本発明の一実施形態に係る半導体装置は、p型ソース領域、p型ドレイン領域、前記p型ソース領域と前記p型ドレイン領域との間のn型ボディ領域、および前記n型ボディ領域に対向するゲート電極を含むトランジスタ構造を有する半導体層と、前記半導体層に設けられた定電圧ダイオードであって、前記p型ソース領域に接続されたn型部および前記ゲート電極に接続されたp型部を有する定電圧ダイオードとを含み、前記トランジスタ構造および前記定電圧ダイオードが1チップ化されている。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention faces the p-type source region, the p-type drain region, the n-type body region between the p-type source region and the p-type drain region, and the n-type body region. A semiconductor layer having a transistor structure including a gate electrode and a constant voltage diode provided in the semiconductor layer, an n-type portion connected to the p-type source region and a p-type portion connected to the gate electrode. The transistor structure and the constant voltage diode are integrated into one chip, including the constant voltage diode having the above.

この半導体装置のトランジスタ構造は、ソースに対して負となる電圧をゲート電極に印加するか、ソースに正の電圧(ゲートをグランド(0V)とする)を印加することによって、ゲート電極の直下のn型ボディ領域に正孔を誘起させてオン状態になるpチャネル型のMISFETを含む。
たとえば、ゲート電極をグランド電位に接地した状態でp型ドレイン領域が正(+)、p型ソース領域が負(−)となる電圧を印加すると、トランジスタ構造に内蔵される寄生ダイオード(p型ドレイン領域とn型ボディ領域とのpn接合部からなるpnダイオード)に順方向バイアスが印加されることになる。これにより、当該寄生ダイオードを介してドレイン側からソース側に電流が流れる。ドレイン側からソース側に電流が流れることで、ソースがゲートに対して正の電位となり(つまり、ゲートがソースに対して負となる)、これによりゲート電極の直下のn型ボディ領域に正孔が誘起されてトランジスタがオン状態になる。したがって、IC等の外部デバイスに接続して使用する際、ダイオードに比べて損失が少なく低消費電力であるトランジスタ構造に順方向電流を流すことができるので、小型なチップを採用することができる。その結果、電子機器等において省スペース化を図ることができる。
The transistor structure of this semiconductor device is directly under the gate electrode by applying a negative voltage to the source or a positive voltage (the gate is ground (0V)) to the source. It contains a p-channel type MISFET that induces holes in the n-type body region to turn it on.
For example, when a voltage is applied in which the p-type drain region is positive (+) and the p-type source region is negative (-) while the gate electrode is grounded to the ground potential, a parasitic diode (p-type drain) built into the transistor structure is applied. A forward bias is applied to the pn diode) consisting of the pn junction between the region and the n-type body region. As a result, a current flows from the drain side to the source side via the parasitic diode. The flow of current from the drain side to the source side causes the source to have a positive potential with respect to the gate (that is, the gate has a negative potential with respect to the source), which causes holes in the n-type body region directly below the gate electrode. Is induced and the transistor is turned on. Therefore, when used by connecting to an external device such as an IC, a forward current can be passed through a transistor structure having less loss and lower power consumption than a diode, so that a small chip can be adopted. As a result, space can be saved in electronic devices and the like.

一方、ICによって制御される負荷が誘導性であるときには、負荷に流れる電流を遮断すると、負荷に逆起電力が発生する。この逆起電力に起因して、p型ソース領域側が正(+)となる電圧が、p型ソース領域−p型ドレイン領域間にかかる場合がある。このような場合には、寄生ダイオードに逆方向バイアスが印加されることになるので、ICの内部回路に電流が流れず、ICを保護することができる。この際、定電圧ダイオードのp型部とn型部とのpn接合部にも逆方向バイアスが印加されることになる。したがって、当該負荷の逆起電力が大きい場合や、静電気、サージ電圧等の大電圧が印加されたときには、定電圧ダイオードがツェナー降伏し、逆電流が定電圧ダイオードを介してゲート側(グランド電位側)に流れるので、大電流がICへ流れることを防止することができる。 On the other hand, when the load controlled by the IC is inductive, if the current flowing through the load is cut off, a counter electromotive force is generated in the load. Due to this counter electromotive force, a voltage that makes the p-type source region side positive (+) may be applied between the p-type source region and the p-type drain region. In such a case, since a reverse bias is applied to the parasitic diode, no current flows through the internal circuit of the IC, and the IC can be protected. At this time, a reverse bias is also applied to the pn junction between the p-type portion and the n-type portion of the constant voltage diode. Therefore, when the countercurrent force of the load is large or when a large voltage such as static electricity or surge voltage is applied, the constant voltage diode Zener breakdowns and the reverse current passes through the constant voltage diode on the gate side (ground potential side). ), Therefore, it is possible to prevent a large current from flowing to the IC.

以上より、電子機器等のICの保護素子として本発明の一実施形態に係る半導体装置を使用すれば、低消費電力でありながら、IC等の外部デバイスに関する逆電圧防止および過電圧保護を発現することもできるので、保護素子としての保護機能を維持することができる。しかも、トランジスタ構造と定電圧ダイオードが1チップ化されているので、これらが別々のチップとして機器に搭載される場合に比べて、さらなる省スペース化を図ることができる。 From the above, if the semiconductor device according to the embodiment of the present invention is used as a protection element for an IC such as an electronic device, reverse voltage prevention and overvoltage protection for an external device such as an IC can be realized while having low power consumption. Therefore, the protective function as a protective element can be maintained. Moreover, since the transistor structure and the constant voltage diode are integrated into one chip, further space saving can be achieved as compared with the case where these are mounted as separate chips in the device.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記半導体層は、前記トランジスタ構造を含むアクティブ領域と、前記アクティブ領域を取り囲む外周領域とを含み、前記定電圧ダイオードは、前記外周領域に沿って配置された外周ダイオードを含んでいてもよい。
この構成によれば、定電圧ダイオードのp型部とn型部との接合面積を増やすことができるので、定電圧ダイオードの抵抗値を低減でき、消費電力を低減することができる。その結果、定電圧ダイオードでの損失を低減でき、熱破壊を防止することができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the semiconductor layer includes an active region including the transistor structure and an outer peripheral region surrounding the active region, and the zener diode is arranged along the outer peripheral region. The outer peripheral diode may be included.
According to this configuration, the junction area between the p-type portion and the n-type portion of the constant voltage diode can be increased, so that the resistance value of the constant voltage diode can be reduced and the power consumption can be reduced. As a result, the loss in the constant voltage diode can be reduced and thermal destruction can be prevented.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記外周ダイオードでは、前記p型部および前記n型部が、それぞれ、前記アクティブ領域を取り囲む形状で形成されていてもよい。
この構成によれば、定電圧ダイオードのp型部とn型部とのpn接合部がアクティブ領域を取り囲む一体構造となるので、定電圧ダイオードでの損失をより低減することができる。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, in the outer peripheral diode, the p-type portion and the n-type portion may be formed in a shape surrounding the active region, respectively.
According to this configuration, since the pn junction between the p-type portion and the n-type portion of the constant voltage diode has an integrated structure surrounding the active region, the loss in the constant voltage diode can be further reduced.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記p型部および前記n型部が、互いに同じ幅を有していてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記外周ダイオードでは、前記n型部が前記p型部よりも内側に配置されていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記定電圧ダイオードは、前記半導体層上に積層されたポリシリコンからなっていてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the p-type portion and the n-type portion may have the same width as each other.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, in the outer peripheral diode, the n-type portion may be arranged inside the p-type portion.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the zener diode may be made of polysilicon laminated on the semiconductor layer.

この構成によれば、ゲート電極の材料として一般的なポリシリコンで定電圧ダイオードを構成することにより、ゲート電極と定電圧ダイオードとを同じ工程で形成することができる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記トランジスタ構造は、前記ゲート電極が前記半導体層に形成されたゲートトレンチに埋め込まれたポリシリコンからなるトレンチゲート構造を含んでいてもよい。
According to this configuration, the gate electrode and the constant voltage diode can be formed in the same process by configuring the constant voltage diode with polysilicon, which is generally used as the material of the gate electrode.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the transistor structure may include a trench gate structure made of polysilicon in which the gate electrode is embedded in a gate trench formed in the semiconductor layer.

本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記定電圧ダイオードは、前記半導体層内に配置された不純物領域からなっていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、前記定電圧ダイオードの降伏電圧が、8V以下であってもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体装置では、0.6mm×0.4mm以下の縦横のチップサイズを有していてもよい。
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the zener diode may consist of an impurity region arranged in the semiconductor layer.
In the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the yield voltage of the constant voltage diode may be 8 V or less.
The semiconductor device according to the embodiment of the present invention may have a vertical and horizontal chip size of 0.6 mm × 0.4 mm or less.

このサイズの半導体装置であれば、当該半導体装置が搭載される電子機器の小型化を図ることができる。 With a semiconductor device of this size, it is possible to reduce the size of the electronic device on which the semiconductor device is mounted.

図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な底面図である。FIG. 2 is a schematic bottom view of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 図3は、図1の半導体素子の模式的な平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of the semiconductor element of FIG. 図4は、図3のIV−IV切断面における断面を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the IV-IV cut surface of FIG. 図5は、定電圧ダイオードの平面形状を説明するための模式図である。FIG. 5 is a schematic view for explaining the planar shape of the constant voltage diode. 図6は、図1の半導体装置が接続された保護回路の一部を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a part of a protection circuit to which the semiconductor device of FIG. 1 is connected. 図7は、MOSFETとショットキーバリアダイオード(SBD)の消費電力を比較するための図である。FIG. 7 is a diagram for comparing the power consumption of the MOSFET and the Schottky barrier diode (SBD). 図8は、外周ダイオードとパッドダイオードの有効面積の違いを説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the difference in the effective area between the outer peripheral diode and the pad diode. 図9は、外周ダイオードとパッドダイオードの消費電力を比較するための図である。FIG. 9 is a diagram for comparing the power consumption of the outer peripheral diode and the pad diode. 図10Aおよび図10Bは、定電圧ダイオードとESD保護ダイオードの構造上の差異を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining the structural difference between the zener diode and the ESD protection diode. 図11は、外周ダイオードのスペース削減後のMOSFETの消費電力の低減効果を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of reducing the power consumption of the MOSFET after reducing the space of the outer peripheral diode. 図12は、定電圧ダイオードとESD保護ダイオードの降伏電圧を比較するための図である。FIG. 12 is a diagram for comparing the yield voltage of the constant voltage diode and the ESD protection diode. 図13は、図4の半導体素子の他の形態を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing another form of the semiconductor element of FIG. 図14は、図4の半導体素子の他の形態を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing another form of the semiconductor device of FIG. 図15は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 図16は、図15の半導体装置の正面図である。FIG. 16 is a front view of the semiconductor device of FIG. 図17は、図15の半導体装置の背面図である。FIG. 17 is a rear view of the semiconductor device of FIG. 図18は、図15の半導体装置の平面図である。FIG. 18 is a plan view of the semiconductor device of FIG. 図19は、図15の半導体装置の底面図である。FIG. 19 is a bottom view of the semiconductor device of FIG. 図20は、図15の半導体装置の右側面図である。FIG. 20 is a right side view of the semiconductor device of FIG. 図21は、図15の半導体装置の左側面図である。FIG. 21 is a left side view of the semiconductor device of FIG. 図22は、図18のXXII−XXII切断面における断面を示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a cross section of the cut surface of XXII-XXII of FIG. 図23は、図15の半導体装置と参考形態に係る半導体装置とのチップサイズを比較するための図である。FIG. 23 is a diagram for comparing the chip sizes of the semiconductor device of FIG. 15 and the semiconductor device according to the reference embodiment.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の模式的な平面図である。図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の模式的な底面図である。なお、図1では、半導体装置1の構造を理解し易いように、パッケージ内部を透視して示している。
半導体装置1は、いわゆる面実装が可能な比較的小型の半導体装置として構成されている。半導体装置1の大きさの一例を挙げると、縦方向の寸法Lが0.6mm程度、幅方向の寸法Wが0.4mm程度、厚さ方向の寸法が0.36mm程度である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic bottom view of the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention. In FIG. 1, the inside of the package is seen through so that the structure of the semiconductor device 1 can be easily understood.
The semiconductor device 1 is configured as a so-called surface mountable relatively small semiconductor device. As an example of the size of the semiconductor device 1, the dimension L in the vertical direction is about 0.6 mm, the dimension W in the width direction is about 0.4 mm, and the dimension in the thickness direction is about 0.36 mm.

半導体装置1は、半導体素子2、主リード3、第1副リード4、第2副リード5、第1ワイヤ6、第2ワイヤ7および樹脂パッケージ8を含む。
半導体素子2は、いわゆるトランジスタとして構成されている。半導体素子2の表面には、ゲートメタル9およびソースメタル10が形成されている。なお、図1および図2では図示しないが、半導体素子2の裏面には、ドレイン電極11(後述)が形成されている。
The semiconductor device 1 includes a semiconductor element 2, a main lead 3, a first sub-lead 4, a second sub-lead 5, a first wire 6, a second wire 7, and a resin package 8.
The semiconductor element 2 is configured as a so-called transistor. A gate metal 9 and a source metal 10 are formed on the surface of the semiconductor element 2. Although not shown in FIGS. 1 and 2, a drain electrode 11 (described later) is formed on the back surface of the semiconductor element 2.

主リード3は、樹脂パッケージ8の長手方向一端部に配置されている。その反対側の長手方向他端部において、樹脂パッケージ8の両角部には、それぞれ、第1副リード4および第2副リード5が配置されている。
主リード3は、半導体素子2を裏面側から支持しており、ドレイン電極11(後述)と電気的に接続されている。主リード3は、平面視において、略四角形のメイン部12と、当該メイン部12の端面から選択的に突出した複数の突出部13とを含む。
The main reed 3 is arranged at one end in the longitudinal direction of the resin package 8. At the other end in the longitudinal direction on the opposite side, the first sub-lead 4 and the second sub-lead 5 are arranged at both corners of the resin package 8, respectively.
The main reed 3 supports the semiconductor element 2 from the back surface side and is electrically connected to the drain electrode 11 (described later). The main lead 3 includes a substantially quadrangular main portion 12 and a plurality of projecting portions 13 that selectively project from the end faces of the main portion 12 in a plan view.

メイン部12は、その表面14に半導体素子2がボンディングされ、その裏面15は、樹脂パッケージ8の外面から露出している。図1から明らかなように、メイン部12の表面14と裏面15の大きさを比べると、表面14が裏面15よりも大きくなっている。たとえば、裏面15は、その外縁が半導体素子2を取り囲むように半導体素子2よりも若干大きいサイズで構成され、表面14は、当該裏面15よりもさらに大きいサイズで構成されている。つまり、メイン部12は、裏面15を構成する半導体素子2の支持領域が選択的に厚く形成されており、この領域の一部が裏面15として樹脂パッケージ8の外面から露出している。裏面15は、半導体装置1のドレイン端子として使用される。 The semiconductor element 2 is bonded to the front surface 14 of the main portion 12, and the back surface 15 of the main portion 12 is exposed from the outer surface of the resin package 8. As is clear from FIG. 1, when the sizes of the front surface 14 and the back surface 15 of the main portion 12 are compared, the front surface 14 is larger than the back surface 15. For example, the back surface 15 is configured to have a size slightly larger than the semiconductor element 2 so that its outer edge surrounds the semiconductor element 2, and the front surface 14 is configured to have a size even larger than the back surface 15. That is, in the main portion 12, the support region of the semiconductor element 2 constituting the back surface 15 is selectively formed to be thick, and a part of this region is exposed from the outer surface of the resin package 8 as the back surface 15. The back surface 15 is used as a drain terminal of the semiconductor device 1.

突出部13は、たとえば、メイン部12において第1副リード4および第2副リード5の反対側の端面、および当該端面の側方の両端面から突出している。つまり、この実施形態では、メイン部12において第1副リード4および第2副リード5に対向する端面を除く全ての端面から突出部13が突出している。各突出部13は、樹脂パッケージ8の外面から露出している。 The projecting portion 13 projects from, for example, the opposite end faces of the first sub-lead 4 and the second sub-lead 5 in the main portion 12 and the side end faces of the end faces. That is, in this embodiment, the protruding portion 13 projects from all the end faces of the main portion 12 except the end faces facing the first sub-lead 4 and the second sub-lead 5. Each protrusion 13 is exposed from the outer surface of the resin package 8.

第1副リード4は、平面視において、四角形に形成されている。第1副リード4の表面16には、第1ワイヤ6が接続されている。第1ワイヤ6は、ゲートメタル9に接続されている。これにより、第1副リード4は、第1ワイヤ6を介してゲートメタル9に電気的に接続されている。第1副リード4は、メイン部12と同様に、裏面17を構成する領域が選択的に厚く形成されており、この領域の一部が裏面17として樹脂パッケージ8の外面から露出している。また、第1副リード4の2つの側面18,18は、樹脂パッケージ8の角部を形成するように樹脂パッケージ8の外面から露出している。樹脂パッケージ8の外面から露出する裏面17および側面18,18は、半導体装置1のゲート端子として使用される。 The first sub-lead 4 is formed in a quadrangular shape in a plan view. The first wire 6 is connected to the surface 16 of the first sub-lead 4. The first wire 6 is connected to the gate metal 9. As a result, the first sub-lead 4 is electrically connected to the gate metal 9 via the first wire 6. Similar to the main portion 12, the first sub-lead 4 is selectively formed to have a thick region forming the back surface 17, and a part of this region is exposed from the outer surface of the resin package 8 as the back surface 17. Further, the two side surfaces 18 and 18 of the first sub-lead 4 are exposed from the outer surface of the resin package 8 so as to form the corners of the resin package 8. The back surface 17 and the side surfaces 18 and 18 exposed from the outer surface of the resin package 8 are used as gate terminals of the semiconductor device 1.

第2副リード5は、平面視において、四角形に形成されている。第2副リード5の表面19には、第2ワイヤ7が接続されている。第2ワイヤ7は、ソースメタル10に接続されている。これにより、第2副リード5は、第2ワイヤ7を介してソースメタル10に電気的に接続されている。第2副リード5は、メイン部12と同様に、裏面20を構成する領域が選択的に厚く形成されており、この領域の一部が裏面20として樹脂パッケージ8の外面から露出している。また、第2副リード5の2つの側面21,21は、樹脂パッケージ8の角部を形成するように樹脂パッケージ8の外面から露出している。樹脂パッケージ8の外面から露出する裏面20および側面21,21は、半導体装置1のソース端子として使用される。 The second sub-lead 5 is formed in a quadrangular shape in a plan view. A second wire 7 is connected to the surface 19 of the second sub-lead 5. The second wire 7 is connected to the source metal 10. As a result, the second sub-lead 5 is electrically connected to the source metal 10 via the second wire 7. Similar to the main portion 12, the second sub-lead 5 is selectively formed to have a thick region forming the back surface 20, and a part of this region is exposed from the outer surface of the resin package 8 as the back surface 20. Further, the two side surfaces 21 and 21 of the second secondary lead 5 are exposed from the outer surface of the resin package 8 so as to form the corners of the resin package 8. The back surface 20 and the side surfaces 21 and 21 exposed from the outer surface of the resin package 8 are used as source terminals of the semiconductor device 1.

そして、主リード3、第1副リード4および第2副リード5は、たとえばCuからなる金属板に対してエッチング等のパターニングを施すことによって一括して形成することができる。
樹脂パッケージ8は、半導体素子2と、主リード3、第1副リード4および第2副リード5の一部ずつと、第1ワイヤ6と、第2ワイヤ7とを覆っており、たとえば黒色のエポキシ樹脂からなる。
The main reed 3, the first sub-lead 4, and the second sub-lead 5 can be collectively formed by, for example, patterning a metal plate made of Cu by etching or the like.
The resin package 8 covers the semiconductor element 2, a part of each of the main lead 3, the first sub-lead 4, and the second sub-lead 5, the first wire 6, and the second wire 7, for example, black. It consists of epoxy resin.

図3は、図1の半導体素子2の模式的な平面図である。図4は、図3のIV−IV切断面における断面を示す図である。図5は、定電圧ダイオード29の平面形状を説明するための模式図である。
半導体素子2は、トレンチゲート構造のp型チャネルMISFETを備える素子であって、半導体層22、p型ドレイン領域23、n型ボディ領域24、p型ソース領域25、n型ボディコンタクト領域26、ゲート絶縁膜27、ゲート電極28、定電圧ダイオード29、層間絶縁膜30、ゲートメタル9、ソースメタル10およびドレイン電極11を含む。
FIG. 3 is a schematic plan view of the semiconductor element 2 of FIG. FIG. 4 is a diagram showing a cross section of the IV-IV cut surface of FIG. FIG. 5 is a schematic view for explaining the planar shape of the zener diode 29.
The semiconductor element 2 is an element provided with a p-type channel MISFET having a trench gate structure, and is a semiconductor layer 22, a p - type drain region 23, an n-type body region 24, a p + type source region 25, and an n + type body contact region. 26, a gate insulating film 27, a gate electrode 28, a constant voltage diode 29, an interlayer insulating film 30, a gate metal 9, a source metal 10 and a drain electrode 11.

半導体層22は、たとえば、p型基板31と、当該p型基板31上に半導体結晶を成長させることによって形成されたp型エピタキシャル層32とを含んでいてもよい。p型基板31およびp型エピタキシャル層32は、この実施形態ではシリコン(Si)からなるが、その他の半導体(たとえば、SiC、GaN等)からなっていてもよい。p型基板31に関して、その厚さは40μm〜250μm程度であってもよいし、そのp型不純物濃度は1×1021cm−3〜1×1022cm−3程度であってもよい。一方、p型エピタキシャル層32に関して、その厚さは3μm〜8μm程度であってもよいし、そのp型不純物濃度は1×1016cm−3〜1×1017cm−3程度であってもよい。また、半導体層22には、主にトランジスタ構造が配置されるアクティブ領域40と、当該アクティブ領域40を取り囲む外周領域41が設定されている。 The semiconductor layer 22 may include, for example, a p + type substrate 31 and a p − type epitaxial layer 32 formed by growing a semiconductor crystal on the p + type substrate 31. The p + type substrate 31 and the p type epitaxial layer 32 are made of silicon (Si) in this embodiment, but may be made of other semiconductors (for example, SiC, GaN, etc.). regard p + -type substrate 31, the thickness thereof may be about 40Myuemu~250myuemu, the p-type impurity concentration may be about 1 × 10 21 cm -3 ~1 × 10 22 cm -3. On the other hand, the thickness of the p- type epitaxial layer 32 may be about 3 μm to 8 μm, and the p-type impurity concentration is about 1 × 10 16 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3. May be good. Further, the semiconductor layer 22 is set with an active region 40 in which a transistor structure is mainly arranged and an outer peripheral region 41 surrounding the active region 40.

型ドレイン領域23は、アクティブ領域40においてp型エピタキシャル層32の大部分を占める不純物領域である。後述するように、この実施形態では、n型ボディ領域24、p型ソース領域25およびn型ボディコンタクト領域26といった不純物領域がp型エピタキシャル層32に選択的に形成されているが、これらの不純物領域24〜26を除くp型の領域がp型ドレイン領域23であってよい。したがって、p型ドレイン領域23は、1×1016cm−3〜1×1017cm−3のp型不純物濃度を有していてもよい。 The p - type drain region 23 is an impurity region that occupies most of the p- type epitaxial layer 32 in the active region 40. As will be described later, in this embodiment, impurity regions such as the n-type body region 24, the p + -type source region 25, and the n + -type body contact region 26 are selectively formed in the p- type epitaxial layer 32. The p- type region excluding these impurity regions 24 to 26 may be the p - type drain region 23. Therefore, the p - type drain region 23 may have a p-type impurity concentration of 1 × 10 16 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3.

n型ボディ領域24は、アクティブ領域40においてp型エピタキシャル層32の表面部に選択的に形成された不純物領域である。これにより、半導体素子2には、p型ドレイン領域23とn型ボディ領域24とのpn接合部からなるpnダイオード(寄生ダイオード51)が内蔵されている。また、n型ボディ領域24は、2×1016cm−3〜2×1017cm−3のn型不純物濃度を有していてもよい。 The n-type body region 24 is an impurity region selectively formed on the surface portion of the p-type epitaxial layer 32 in the active region 40. As a result, the semiconductor element 2 contains a pn diode (parasitic diode 51) including a pn junction between the p-type drain region 23 and the n-type body region 24. Further, the n-type body region 24 may have an n-type impurity concentration of 2 × 10 16 cm -3 to 2 × 10 17 cm -3.

型ソース領域25は、n型ボディ領域24の表面部に形成された不純物領域である。また、p型ソース領域25は、1×1021cm−3〜5×1021cm−3のp型不純物濃度を有していてもよい。
型ボディコンタクト領域26は、p型エピタキシャル層32の表面からp型ソース領域25を通過してn型ボディ領域24に達する不純物領域である。これにより、n型ボディ領域24は、n型ボディコンタクト領域26を介して、p型エピタキシャル層32の表面側から電気的に接続可能となっている。また、n型ボディコンタクト領域26は、1×1021cm−3〜5×1021cm−3のn型不純物濃度を有していてもよい。
The p + type source region 25 is an impurity region formed on the surface of the n-type body region 24. Further, the p + type source region 25 may have a p-type impurity concentration of 1 × 10 21 cm -3 to 5 × 10 21 cm -3.
n + -type body contact region 26, p - through the p + -type source region 25 from the surface of the type epitaxial layer 32 is an impurity region reaching n-type body region 24. As a result, the n-type body region 24 can be electrically connected from the surface side of the p- type epitaxial layer 32 via the n + type body contact region 26. Further, the n + type body contact region 26 may have an n-type impurity concentration of 1 × 10 21 cm -3 to 5 × 10 21 cm -3.

そして、半導体層22には、半導体層22の表面からp型ソース領域25およびn型ボディ領域24を貫通してp型ドレイン領域23に達するゲートトレンチ59が形成されている。ゲートトレンチ59は、p型エピタキシャル層32の表面部において格子状に形成されていてもよいし、ストライプ状に形成されていてもよい。これにより、複数のn型ボディ領域24は、平面視において行列状、ストライプ状に配列されていてもよい。n型ボディ領域24においては、ゲートトレンチ59の側面部にチャネル領域33が形成されている。 The semiconductor layer 22 is formed with a gate trench 59 that penetrates the p + type source region 25 and the n-type body region 24 from the surface of the semiconductor layer 22 and reaches the p − type drain region 23. The gate trench 59, p - may be formed in a lattice shape in the surface portion of the type epitaxial layer 32, it may be formed in a stripe shape. As a result, the plurality of n-type body regions 24 may be arranged in a matrix or stripe in a plan view. In the n-type body region 24, a channel region 33 is formed on a side surface portion of the gate trench 59.

ゲート絶縁膜27は、たとえば酸化シリコン(SiO)からなり、ゲートトレンチ59の内面に形成されている。ゲート絶縁膜27は、アクティブ領域40に加えて、外周領域41にも延びて形成されている。つまり、アクティブ領域40および外周領域41には、同一工程で形成された絶縁膜が形成されている。この実施形態では外周領域41上の絶縁膜もゲート絶縁膜27と称しているが、当該ゲート絶縁膜27はトランジスタ構造のスイッチングに寄与するものではないので、他の名称で呼んでもよい。 The gate insulating film 27 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) and is formed on the inner surface of the gate trench 59. The gate insulating film 27 is formed so as to extend to the outer peripheral region 41 in addition to the active region 40. That is, an insulating film formed in the same process is formed in the active region 40 and the outer peripheral region 41. In this embodiment, the insulating film on the outer peripheral region 41 is also referred to as the gate insulating film 27, but since the gate insulating film 27 does not contribute to the switching of the transistor structure, it may be referred to by another name.

ゲート電極28は、たとえばポリシリコンからなり、ゲート絶縁膜27を介してゲートトレンチ59に埋め込まれている。ゲート電極28は、ゲート絶縁膜27を介してチャネル領域33に対向している。
定電圧ダイオード29は、この実施形態ではポリシリコンからなり、ゲート絶縁膜27上に形成されている。定電圧ダイオード29は、ゲート電極28と同じ工程で形成することができる。定電圧ダイオード29は、図5に示すように、外周領域41に沿って半導体素子2の周縁部に形成された外周ダイオードとして構成されている。外周ダイオードとしての定電圧ダイオード29は、その全体が外周領域41内に配置されていてもよいし、図4および図5に示すように、その一部が外周領域41内に配置され、残りがアクティブ領域40に配置されていてもよい。つまり、定電圧ダイオード29は、アクティブ領域40と外周領域41との間に跨って形成されていてもよい。
The gate electrode 28 is made of polysilicon, for example, and is embedded in the gate trench 59 via the gate insulating film 27. The gate electrode 28 faces the channel region 33 via the gate insulating film 27.
The zener diode 29 is made of polysilicon in this embodiment and is formed on the gate insulating film 27. The constant voltage diode 29 can be formed in the same process as the gate electrode 28. As shown in FIG. 5, the constant voltage diode 29 is configured as an outer peripheral diode formed on the peripheral edge of the semiconductor element 2 along the outer peripheral region 41. The entire constant voltage diode 29 as the outer peripheral diode may be arranged in the outer peripheral region 41, or as shown in FIGS. 4 and 5, a part thereof is arranged in the outer peripheral region 41 and the rest is arranged in the outer peripheral region 41. It may be arranged in the active region 40. That is, the constant voltage diode 29 may be formed so as to straddle between the active region 40 and the outer peripheral region 41.

定電圧ダイオード29は、p型部34およびn型部35を含む。p型部34およびn型部35は、それぞれ、ポリシリコン膜内の不純物領域によって構成されており、定電圧ダイオード29は、互いに隣接する一対のp型部34およびn型部35で構成されている。p型部34およびn型部35は、それぞれ、アクティブ領域40を取り囲む環状に形成されている。これにより、これらの間のpn接合部36は、アクティブ領域40を取り囲む環状の一体構造となっている。また、この実施形態では、p型部34およびn型部35は、それぞれ、互いに同じ幅Wおよび幅Wを有していてもよい。また、配置形態に関して、n型部35がp型部34よりも内側に配置されていてもよい。後述するように、p型部34がゲートメタル9に接続されることから、p型部34を外側にしておくことで、半導体素子2の周縁部に引き回されたゲートフィンガー42(後述)との接続構造を簡易にすることができる。たとえば、ゲートフィンガー42から直下にコンタクトを延ばすだけでよい。 The zener diode 29 includes a p-type portion 34 and an n-type portion 35. The p-type portion 34 and the n-type portion 35 are each composed of impurity regions in the polysilicon film, and the zener diode 29 is composed of a pair of p-type portions 34 and n-type portions 35 adjacent to each other. There is. The p-type portion 34 and the n-type portion 35 are each formed in an annular shape surrounding the active region 40. As a result, the pn junction 36 between them has an annular integral structure surrounding the active region 40. Further, in this embodiment, the p-type portion 34 and the n-type portion 35 may have the same width W 1 and width W 2 , respectively. Further, regarding the arrangement form, the n-type portion 35 may be arranged inside the p-type portion 34. As will be described later, since the p-type portion 34 is connected to the gate metal 9, by keeping the p-type portion 34 on the outside, the gate finger 42 (described later) routed to the peripheral portion of the semiconductor element 2 and the gate finger 42 (described later). The connection structure of can be simplified. For example, it is only necessary to extend the contact directly below the gate finger 42.

定電圧ダイオード29の降伏電圧Vzは、たとえば10V以下、好ましくは、6.8V〜8Vに設定されている。この範囲の降伏電圧Vzは、たとえば、p型部34のp型不純物濃度およびn型部35のn型不純物濃度を適宜設定することによって実現できる。たとえば、p型部34のp型不純物濃度を1×1016cm−3〜1×1017cm−3とし、n型部35のn型不純物濃度を1×1021cm−3〜5×1021cm−3とすることによって実現できる。 The yield voltage Vz of the constant voltage diode 29 is set to, for example, 10 V or less, preferably 6.8 V to 8 V. The yield voltage Vz in this range can be realized, for example, by appropriately setting the p-type impurity concentration of the p-type portion 34 and the n-type impurity concentration of the n-type portion 35. For example, the p-type impurity concentration of the p-type portion 34 is 1 × 10 16 cm -3 to 1 × 10 17 cm -3, and the n-type impurity concentration of the n-type portion 35 is 1 × 10 21 cm -3 to 5 × 10. This can be achieved by setting the size to 21 cm- 3.

層間絶縁膜30は、たとえば酸化シリコン(SiO)からなり、ゲート電極28および定電圧ダイオード29を覆うように、p型エピタキシャル層32上に形成されている。層間絶縁膜30には、p型ソース領域25およびn型ボディコンタクト領域26を露出させるコンタクトホール37、定電圧ダイオード29のp型部34を露出させるコンタクトホール38、および定電圧ダイオード29のn型部35を露出させるコンタクトホール39が形成されている。 The interlayer insulating film 30 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), and is formed on the p- type epitaxial layer 32 so as to cover the gate electrode 28 and the constant voltage diode 29. The interlayer insulating film 30 includes a contact hole 37 that exposes the p + type source region 25 and the n + type body contact region 26, a contact hole 38 that exposes the p-type portion 34 of the constant voltage diode 29, and a constant voltage diode 29. A contact hole 39 that exposes the n-type portion 35 is formed.

ゲートメタル9およびソースメタル10は、層間絶縁膜30上に形成された電極膜で構成されている。ゲートメタル9およびソースメタル10は、層間絶縁膜30上に電極膜の材料(たとえば、Alを含む金属)をスパッタ法等によって堆積させた後、当該電極膜に対してエッチング等のパターニングを施すことによって形成することができる。つまり、ゲートメタル9およびソースメタル10は、同じ工程で形成されてもよい。 The gate metal 9 and the source metal 10 are composed of an electrode film formed on the interlayer insulating film 30. For the gate metal 9 and the source metal 10, the electrode film material (for example, a metal containing Al) is deposited on the interlayer insulating film 30 by a sputtering method or the like, and then the electrode film is patterned by etching or the like. Can be formed by. That is, the gate metal 9 and the source metal 10 may be formed in the same process.

ゲートメタル9は、ゲートフィンガー42と、ゲートパッド43とを含む。
ゲートフィンガー42は、図3に示すように、平面視において、半導体素子2の周縁部に沿って略四角環状に形成されており、ゲートフィンガー42に取り囲まれた領域に、アクティブ領域40が設定されている。ゲートフィンガー42は、コンタクトホール38を介して定電圧ダイオード29のp型部34に接続されている。また、ゲートフィンガー42は、層間絶縁膜30に形成されたコンタクトホール(図示せず)を介して、ゲート電極28にも接続されている。
The gate metal 9 includes a gate finger 42 and a gate pad 43.
As shown in FIG. 3, the gate finger 42 is formed in a substantially square ring along the peripheral edge of the semiconductor element 2 in a plan view, and an active region 40 is set in a region surrounded by the gate finger 42. ing. The gate finger 42 is connected to the p-shaped portion 34 of the constant voltage diode 29 via the contact hole 38. The gate finger 42 is also connected to the gate electrode 28 via a contact hole (not shown) formed in the interlayer insulating film 30.

ゲートパッド43は、ゲートフィンガー42の一つの角部に設けられている。ゲートパッド43は、ゲートフィンガー42と一体的に連なるように形成されている。ゲートパッド43には、前述の第1ワイヤ6が接続される。
ソースメタル10は、ゲートフィンガー42およびゲートパッド43に取り囲まれた領域内に配置されている。このソースメタル10と、ゲートフィンガー42およびゲートパッド43とは、電極膜のエッチングによって形成された除去領域44によって隔てられている。ソースメタル10は、コンタクトホール37を介してp型ソース領域25およびn型ボディコンタクト領域26に接続されると共に、コンタクトホール39を介して定電圧ダイオード29のn型部35に接続されている。
The gate pad 43 is provided at one corner of the gate finger 42. The gate pad 43 is formed so as to be integrally connected to the gate finger 42. The first wire 6 described above is connected to the gate pad 43.
The source metal 10 is arranged in the area surrounded by the gate finger 42 and the gate pad 43. The source metal 10 and the gate finger 42 and the gate pad 43 are separated by a removal region 44 formed by etching the electrode film. The source metal 10 is connected to the p + type source region 25 and the n + type body contact region 26 via the contact hole 37, and is connected to the n-type portion 35 of the constant voltage diode 29 via the contact hole 39. There is.

ドレイン電極11は、たとえばゲートメタル9およびソースメタル10と同じ材料からなり、p型基板31の裏面全面に形成されていてもよい。
以上説明した半導体装置1は、たとえば携帯電話、スマートフォン、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の電子機器全般に搭載されるIC(Integrated Circuit)の保護素子として好適に使用することができ、特に、比較的小型の半導体装置であることから、小型化が促進される携帯電話、スマートフォンに最適である。
The drain electrode 11 is made of, for example, the same material as the gate metal 9 and the source metal 10, and may be formed on the entire back surface of the p + type substrate 31.
The semiconductor device 1 described above can be suitably used as a protective element for an IC (Integrated Circuit) mounted on all electronic devices such as mobile phones, smartphones, digital cameras, and video cameras, and is particularly small in size. Since it is a semiconductor device of the above, it is most suitable for mobile phones and smartphones where miniaturization is promoted.

次に、図6を参照して半導体装置1による回路保護の動作を説明する。図6は、図1の半導体装置1が接続された保護回路の一部を示す図である。なお、図6の保護回路図は、
半導体装置1の一使用例に過ぎず、半導体装置1の接続形態は図6の構成に限らない。
図6に示す保護回路45は、IC46および半導体装置1を含む。
IC46は、たとえば、スマートフォンの電源管理IC、送受信制御IC等、各種汎用ICであってよい。IC46は、たとえば、電源端子47(Vcc)、出力端子48(OUT)およびグランド端子49(GND)を有している。電源端子47は電源50に接続され、グランド端子49はグランド電位に接地されている。
Next, the operation of circuit protection by the semiconductor device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing a part of a protection circuit to which the semiconductor device 1 of FIG. 1 is connected. The protection circuit diagram of FIG. 6 is shown in FIG.
This is merely an example of use of the semiconductor device 1, and the connection form of the semiconductor device 1 is not limited to the configuration shown in FIG.
The protection circuit 45 shown in FIG. 6 includes an IC 46 and a semiconductor device 1.
The IC 46 may be various general-purpose ICs such as a power management IC for smartphones and a transmission / reception control IC. The IC 46 has, for example, a power supply terminal 47 (Vcc), an output terminal 48 (OUT), and a ground terminal 49 (GND). The power supply terminal 47 is connected to the power supply 50, and the ground terminal 49 is grounded to the ground potential.

半導体装置1のドレイン端子D(図2の主リード3)は、IC46の出力端子48に接続され、ソース端子S(図2の第2副リード5)は、半導体装置1の出力端子OUTとして負荷(図示せず)に接続されている。また、半導体装置1のゲート端子G(図2の第1副リード4)は、グランド電位に接地されている。
図6によれば、保護回路45において、ドレイン端子Dが正(+)、ソース端子Sが負(−)となる電圧が印加されることになる。つまり、p型ドレイン領域23が正(+)、p型ソース領域25が負(−)となる電圧を印加されることになるから、半導体素子2に内蔵される寄生ダイオード51に順方向バイアスが印加されることになる。これにより、当該寄生ダイオード51を介してドレイン端子D側からソース端子S側に電流が流れる。ドレイン端子D側からソース端子S側に電流が流れることで、ソースがゲートに対して正の電位となり(つまり、ゲートがソースに対して負となる)、これによりゲート電極28の直下のn型のチャネル領域33(図4参照)に正孔が誘起されてトランジスタがオン状態になる。
The drain terminal D (main reed 3 in FIG. 2) of the semiconductor device 1 is connected to the output terminal 48 of the IC 46, and the source terminal S (second sub reed 5 in FIG. 2) is loaded as the output terminal OUT of the semiconductor device 1. It is connected to (not shown). Further, the gate terminal G (first sub-reed 4 in FIG. 2) of the semiconductor device 1 is grounded to the ground potential.
According to FIG. 6, in the protection circuit 45, a voltage is applied in which the drain terminal D is positive (+) and the source terminal S is negative (−). That is, since a voltage is applied in which the p − type drain region 23 is positive (+) and the p + type source region 25 is negative (−), the voltage is forward to the parasitic diode 51 built in the semiconductor element 2. A bias will be applied. As a result, a current flows from the drain terminal D side to the source terminal S side via the parasitic diode 51. When a current flows from the drain terminal D side to the source terminal S side, the source becomes a positive potential with respect to the gate (that is, the gate becomes negative with respect to the source), whereby the n-type directly under the gate electrode 28 is formed. Holes are induced in the channel region 33 (see FIG. 4) of the above, and the transistor is turned on.

ここで、図7は、MOSFETとショットキーバリアダイオード(SBD)の消費電力を比較するための図である。図7において、(1)、(2)および(3)の実線は、それぞれ、1006サイズ(縦×横=1.0mm×0.6mm)のショットキーバリアダイオード、2512サイズ(縦×横=2.5mm×1.2mm)のショットキーバリアダイオードおよび0604サイズ(縦×横=0.6mm×0.4mm)のpチャネル型MOSFETの電流と消費電力との関係を示している。図7に示すように、(1)および(2)のショットキーバリアダイオードでは、増加傾向にあるICの消費電流に合わせて消費電力を抑えるために1006サイズから2512サイズへと大型化する必要があるのに対し、MOSFETは、2512サイズに比べてかなり小型な0604サイズでも低消費電力である。 Here, FIG. 7 is a diagram for comparing the power consumption of the MOSFET and the Schottky barrier diode (SBD). In FIG. 7, the solid lines of (1), (2) and (3) are 1006 size (length x width = 1.0 mm x 0.6 mm) Schottky barrier diodes and 2512 size (length x width = 2), respectively. The relationship between the current and power consumption of a Schottky barrier diode (0.5 mm × 1.2 mm) and a p-channel MOSFET of 0604 size (length × width = 0.6 mm × 0.4 mm) is shown. As shown in FIG. 7, the Schottky barrier diodes (1) and (2) need to be increased in size from 1006 size to 2512 size in order to suppress power consumption in accordance with the increasing current consumption of ICs. On the other hand, the MOSFET has low power consumption even in the 0604 size, which is considerably smaller than the 2512 size.

したがって、半導体装置1をIC46に接続して使用すれば、ダイオードに比べて損失が少なく低消費電力であるトランジスタ構造に順方向電流を流すことができるので、小型なチップを採用することができる。その結果、電子機器等のIC46の保護素子として半導体装置1を使用すれば省スペース化を図ることができる。
一方、IC46によって制御される負荷が誘導性であるときには、負荷に流れる電流を遮断すると、負荷に逆起電力が発生する。この逆起電力に起因して、p型ソース領域25側が正(+)となる電圧が、p型ソース領域25−p型ドレイン領域23間にかかる場合がある。このような場合には、寄生ダイオード51に逆方向バイアスが印加されることになるので、IC46の内部回路に電流が流れず、IC46を保護することができる。この際、定電圧ダイオード29のpn接合部36にも逆方向バイアスが印加されることになる。したがって、当該負荷の逆起電力が大きい場合や、静電気、サージ電圧等の大電圧が印加されたときには、定電圧ダイオード29がツェナー降伏し、逆電流が定電圧ダイオード29を介してゲート側(グランド電位側)に流れるので、大電流がIC46へ流れることを防止することができる。
Therefore, if the semiconductor device 1 is connected to the IC 46 and used, a forward current can be passed through the transistor structure having less loss and lower power consumption than the diode, so that a small chip can be adopted. As a result, space saving can be achieved by using the semiconductor device 1 as a protective element for the IC 46 of an electronic device or the like.
On the other hand, when the load controlled by the IC 46 is inductive, if the current flowing through the load is cut off, a counter electromotive force is generated in the load. Due to this counter electromotive force, a voltage at which the p + type source region 25 side becomes positive (+) may be applied between the p + type source region 25 − p type drain region 23. In such a case, since a reverse bias is applied to the parasitic diode 51, no current flows through the internal circuit of the IC 46, and the IC 46 can be protected. At this time, a reverse bias is also applied to the pn junction 36 of the constant voltage diode 29. Therefore, when the countercurrent force of the load is large or when a large voltage such as static electricity or surge voltage is applied, the constant voltage diode 29 Zener breakdowns and the reverse current passes through the constant voltage diode 29 on the gate side (ground). Since it flows to the potential side), it is possible to prevent a large current from flowing to the IC46.

以上より、電子機器等のIC46の保護素子として半導体装置1を使用すれば、低消費電力でありながら、IC46に関する逆電圧防止および過電圧保護を発現することもできるので、保護素子としての保護機能を維持することができる。しかも、トランジスタ構造と定電圧ダイオード29が1チップ化されているので、これらが別々のチップとして搭載する場合に比べて、さらなる省スペース化を図ることができる。 From the above, if the semiconductor device 1 is used as a protection element for an IC 46 of an electronic device or the like, it is possible to exhibit reverse voltage prevention and overvoltage protection related to the IC 46 while consuming low power consumption. Can be maintained. Moreover, since the transistor structure and the constant voltage diode 29 are integrated into one chip, further space saving can be achieved as compared with the case where these are mounted as separate chips.

一方で、図7で示したように、ダイオードは小型になるほど消費電力が大きくなるので、小型化した半導体装置1においては、定電圧ダイオード29の消費電力(損失)を考慮することが好ましい。
ここで、図8および図9を参照して、この実施形態に係る半導体装置1における定電圧ダイオード29の損失低減について説明する。図8は、外周ダイオードとパッドダイオードの有効面積の違いを説明するための図である。図9は、外周ダイオードとパッドダイオードの消費電力を比較するための図である。なお、図8では、このセクションで説明するために必要な半導体素子2の平面構成を強調して示しているため、図1と大きさや形状等が一致していない。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the smaller the diode, the larger the power consumption. Therefore, in the miniaturized semiconductor device 1, it is preferable to consider the power consumption (loss) of the constant voltage diode 29.
Here, the loss reduction of the constant voltage diode 29 in the semiconductor device 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a diagram for explaining the difference in the effective area between the outer peripheral diode and the pad diode. FIG. 9 is a diagram for comparing the power consumption of the outer peripheral diode and the pad diode. Note that FIG. 8 emphasizes the planar configuration of the semiconductor element 2 necessary for the description in this section, and therefore the size, shape, and the like do not match those of FIG.

図8に示すように、紙面左側の半導体素子61では定電圧ダイオード29がゲートパッド43の外周に形成されたパッドダイオードとして構成されている一方、紙面右側の半導体素子2は、前述した外周ダイオードとして構成されている。この場合、半導体素子2やゲートパッド43等のサイズにも依るが、定電圧ダイオード29が外周ダイオードとして構成されていれば、たとえば、パッドダイオードとして構成されている場合に比べて、pn接合部36(図4および図5参照)の面積が50%増える。その結果、pn接合部36のジャンクション抵抗を低減できるので、図9に示すように、消費電力を101mWから84mWへ低減することができる。すなわち、定電圧ダイオード29での損失を低減できるので、定電圧ダイオード29の熱破壊を防止でき、半導体装置1の信頼性を高めることができる。なお、図9で示した消費電力の具体的な数値は、損失低減の効果を説明するために挙げた一例である。 As shown in FIG. 8, in the semiconductor element 61 on the left side of the paper surface, the constant voltage diode 29 is configured as a pad diode formed on the outer periphery of the gate pad 43, while the semiconductor element 2 on the right side of the paper surface is used as the above-mentioned outer peripheral diode. It is configured. In this case, although it depends on the size of the semiconductor element 2 and the gate pad 43, if the constant voltage diode 29 is configured as an outer peripheral diode, the pn junction 36 is compared with the case where it is configured as a pad diode, for example. The area (see FIGS. 4 and 5) is increased by 50%. As a result, the junction resistance of the pn junction 36 can be reduced, so that the power consumption can be reduced from 101 mW to 84 mW as shown in FIG. That is, since the loss in the constant voltage diode 29 can be reduced, the thermal destruction of the constant voltage diode 29 can be prevented, and the reliability of the semiconductor device 1 can be improved. The specific numerical value of the power consumption shown in FIG. 9 is an example given to explain the effect of loss reduction.

定電圧ダイオード29の損失を低減できる反面、アクティブ領域40を取り囲むように定電圧ダイオード29が配置されるので、トランジスタ構造のセルの配置領域が、パッドダイオードを採用する場合に比べて制限される。たとえば、pn接合部の面積を50%増加させると、アクティブ領域40の面積に関して20%の減少が見込まれる。
しかしながら、図8におけるアクティブ領域40の面積減少量の見込み値は、図10Aの参考構造として示されたESD保護ダイオードのように、トランジスタ構造を保護するために双方向ツェナーダイオード52を搭載する半導体素子の構造を前提にするものである。この構造では、双方向ツェナーダイオード52が複数のp型部53およびn型部54の繰り返し構造を有するため、比較的幅広なダイオード配置スペースが必要になる。
While the loss of the constant voltage diode 29 can be reduced, since the constant voltage diode 29 is arranged so as to surround the active region 40, the arrangement area of the cell of the transistor structure is limited as compared with the case where the pad diode is adopted. For example, increasing the area of the pn junction by 50% is expected to reduce the area of the active region 40 by 20%.
However, the estimated value of the area reduction amount of the active region 40 in FIG. 8 is a semiconductor device equipped with a bidirectional Zener diode 52 in order to protect the transistor structure, such as the ESD protection diode shown as the reference structure in FIG. 10A. It is based on the structure of. In this structure, since the bidirectional Zener diode 52 has a repeating structure of a plurality of p-type portions 53 and n-type portions 54, a relatively wide diode arrangement space is required.

これに対し、この実施形態の定電圧ダイオード29は、図10Bに示すように、互いに隣接する一対のp型部34およびn型部35で構成されていることから、ダイオード配置スペースを狭くでき、その削減分のスペースをトランジスタ構造のセル配置スペースに充当することができる。その結果、図11に示すように、トランジスタ(MOSFET)の消費電力を、たとえば17%低減でき、トランジスタの低消費電力も維持することができる。さらに、一対のp型部34およびn型部35で構成された定電圧ダイオード29とすることで、双方向ツェナーダイオード52に比べて、降伏電圧Vzを下げることができている。 On the other hand, as shown in FIG. 10B, the constant voltage diode 29 of this embodiment is composed of a pair of p-type portions 34 and n-type portions 35 adjacent to each other, so that the diode arrangement space can be narrowed. The reduced space can be allocated to the cell arrangement space of the transistor structure. As a result, as shown in FIG. 11, the power consumption of the transistor (MOSFET) can be reduced by, for example, 17%, and the low power consumption of the transistor can be maintained. Further, by using the constant voltage diode 29 composed of a pair of p-type portions 34 and n-type portions 35, the breakdown voltage Vz can be lowered as compared with the bidirectional Zener diode 52.

なお、本発明の一実施形態に係る定電圧ダイオードは、一例として、図13の半導体素子62のように、p型エピタキシャル層32内に配置された一対のp型不純物領域55およびn型不純物領域56で構成された定電圧ダイオード58であってもよい。図13において、n型不純物領域56の表面部に形成されたn型不純物領域57は、n型不純物領域56にコンタクトをとるための不純物領域である。 The constant voltage diode according to the embodiment of the present invention is, for example, a pair of p + type impurity regions 55 and n type arranged in the p − type epitaxial layer 32 as in the semiconductor element 62 of FIG. The constant voltage diode 58 composed of the impurity region 56 may be used. In FIG. 13, the n + type impurity region 57 formed on the surface of the n-type impurity region 56 is an impurity region for contacting the n-type impurity region 56.

また、定電圧ダイオード29は、図14に示すように、外周領域41に沿って交互に配置されたp型部34およびn型部35の繰り返し構造からなる構成であってもよい。この場合は、互いに分離された複数のp型部34および複数のn型部35のそれぞれに、ソース側およびゲート側からコンタクトをとる必要がある。
また、半導体素子2のトランジスタの構造は、トレンチゲート構造に限らず、トレンチプレーナゲート構造であってもよい。
Further, as shown in FIG. 14, the constant voltage diode 29 may have a configuration in which p-type portions 34 and n-type portions 35 are alternately arranged along the outer peripheral region 41. In this case, it is necessary to contact the plurality of p-type portions 34 and the plurality of n-type portions 35 separated from each other from the source side and the gate side, respectively.
Further, the structure of the transistor of the semiconductor element 2 is not limited to the trench gate structure, and may be a trench planar gate structure.

次に、半導体装置の他の実施形態について説明する。図15は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置71の斜視図である。図16は、半導体装置71の正面図である。図17は、半導体装置71の背面図である。図18は、半導体装置71の平面図である。図19は、半導体装置71の底面図である。図20は、半導体装置71の右側面図である。図21は、半導体装置71の左側面図である。図22は、図18のXXII−XXII切断面における断面を示す図である。 Next, other embodiments of the semiconductor device will be described. FIG. 15 is a perspective view of the semiconductor device 71 according to another embodiment of the present invention. FIG. 16 is a front view of the semiconductor device 71. FIG. 17 is a rear view of the semiconductor device 71. FIG. 18 is a plan view of the semiconductor device 71. FIG. 19 is a bottom view of the semiconductor device 71. FIG. 20 is a right side view of the semiconductor device 71. FIG. 21 is a left side view of the semiconductor device 71. FIG. 22 is a diagram showing a cross section of the cut surface of XXII-XXII of FIG.

半導体装置71は、WL−CSP(Wafer Level−Chip Size Package:ウエハレベルチップサイズパッケージ)のパッケージ構造を有している。すなわち、半導体装置71は、前述の半導体素子2がチップサイズレベルのパッケージとして構成されたものであり、前述の半導体層22の一例としての平面視長方形状の半導体基板72を有しており、当該半導体基板72の外形サイズとほぼ同じサイズで構成されている。 The semiconductor device 71 has a WL-CSP (Wafer Level-Chip Size Package) package structure. That is, the semiconductor device 71 has the above-mentioned semiconductor element 2 configured as a chip size level package, and has a plan-view rectangular semiconductor substrate 72 as an example of the above-mentioned semiconductor layer 22. The size is almost the same as the outer size of the semiconductor substrate 72.

たとえば、図15に示すように、半導体装置71の長さLは0.50mm未満(好ましくは、0.40mm以上)であり、幅Wは0.40mm未満(好ましくは、0.30mm以上)であり、厚さDは0.15mm未満(好ましくは、0.10mm以上)である。
たとえば、半導体装置71の長さLが0.50mmであり幅Wが0.40mmである場合、半導体装置71の平面面積は0.20mmである。また、半導体装置71の長さLが0.40mmであり幅Wが0.30mmである場合、半導体装置71の平面面積は0.12mmである。つまり、半導体装置71は、0403サイズの非常に小型なパッケージ構造を有している。
For example, as shown in FIG. 15, the length L of the semiconductor device 71 is less than 0.50 mm (preferably 0.40 mm or more), and the width W is less than 0.40 mm (preferably 0.30 mm or more). Yes, the thickness D is less than 0.15 mm (preferably 0.10 mm or more).
For example, when the length L of the semiconductor device 71 is 0.50 mm and the width W is 0.40 mm, the plane area of the semiconductor device 71 is 0.20 mm 2 . Further, when the length L of the semiconductor device 71 is 0.40 mm and the width W is 0.30 mm, the plane area of the semiconductor device 71 is 0.12 mm 2 . That is, the semiconductor device 71 has a very small package structure of 0403 size.

また、半導体装置71の厚さが0.15mm未満であることで、半導体装置71が傾いて実装されても、半導体装置71の側面の通常位置からの出っ張り量を小さくすることができる。これにより、半導体装置71が高密度実装された場合でも、隣接する半導体装置との接触を抑止することができる。
半導体装置71がWL−CSPのパッケージ構造を有することから、以下において、半導体装置71および半導体基板72の形状、サイズ、他の構成要素の配置位置等を説明したときに、当該説明の主体は、他方に置き換えてもよい。たとえば、平面視四角形状の半導体基板72は、平面視四角形状の半導体装置71と置き換えてもよいし、半導体基板72の周縁部にパッドが配置されているという説明は、半導体装置71の周縁部にパッドが配置されているという説明に置き換えてもよい。
Further, since the thickness of the semiconductor device 71 is less than 0.15 mm, even if the semiconductor device 71 is mounted at an angle, the amount of protrusion of the side surface of the semiconductor device 71 from the normal position can be reduced. As a result, even when the semiconductor device 71 is mounted at high density, contact with the adjacent semiconductor device can be suppressed.
Since the semiconductor device 71 has a WL-CSP package structure, when the shapes and sizes of the semiconductor device 71 and the semiconductor substrate 72, the arrangement positions of other components, and the like are described below, the subject of the description is It may be replaced with the other. For example, the plane-viewing quadrangular semiconductor substrate 72 may be replaced with the plan-viewing quadrangular semiconductor device 71, and the description that the pad is arranged on the peripheral edge of the semiconductor substrate 72 is described in the peripheral portion of the semiconductor device 71. It may be replaced with the explanation that the pad is arranged in.

直方体形状の半導体基板72は、表面72Aと、表面72Aの反対側の裏面72Bと、表面72Aと裏面72Bとの間の4つの側面72C,72D,72E,72Fとを有し、表面72Aおよび側面72C〜72Fは、表面絶縁膜(図示せず)で覆われていてもよい。半導体基板72の4つの側面72C〜72Fのうち、側面72C,72Eが半導体基板72の長辺121に沿う側面であり、側面72D,72Fが半導体基板72の短辺122に沿う側面である。隣接する側面72C〜72Fの各交差部には、半導体基板72の角部74CD,74DE,74EF,74FCが形成されている。 The rectangular parallelepiped semiconductor substrate 72 has a front surface 72A, a back surface 72B on the opposite side of the front surface 72A, and four side surfaces 72C, 72D, 72E, 72F between the front surface 72A and the back surface 72B, and the front surface 72A and the side surface. 72C to 72F may be covered with a surface insulating film (not shown). Of the four side surfaces 72C to 72F of the semiconductor substrate 72, the side surfaces 72C and 72E are side surfaces along the long side 121 of the semiconductor substrate 72, and the side surfaces 72D and 72F are side surfaces along the short side 122 of the semiconductor substrate 72. Corner portions 74CD, 74DE, 74EF, 74FC of the semiconductor substrate 72 are formed at the intersections of the adjacent side surfaces 72C to 72F.

半導体基板72の表面72Aにおいて、長辺121側の一つの側面72Cに沿う第1周縁部75には、ドレインパッド77(第1パッド)が配置されている。ドレインパッド77は、第1周縁部75の両端角部74CD,74FCから間隔を空けた中央部に形成されており、ドレインパッド77と各角部74CD,74FCとの間には、一定間隔(たとえば、0.1mm〜0.15mm程度)の領域が設けられている。 On the surface 72A of the semiconductor substrate 72, a drain pad 77 (first pad) is arranged on the first peripheral edge portion 75 along one side surface 72C on the long side 121 side. The drain pad 77 is formed at a central portion spaced from both end corner portions 74CD and 74FC of the first peripheral edge portion 75, and is formed at a fixed interval (for example, between the drain pad 77 and each corner portion 74CD and 74FC). , About 0.1 mm to 0.15 mm) is provided.

一方、第1周縁部75に対向する半導体基板72の第2周縁部76の一端角部74EFには、ソースパッド78(第2パッド)が配置され、第2周縁部76の他端角部74DEには、ゲートパッド79(第3パッド)が配置されている。
次に、ドレインパッド77、ソースパッド78およびゲートパッド79のレイアウトおよび形状について説明する。
On the other hand, a source pad 78 (second pad) is arranged at one end corner portion 74EF of the second peripheral edge portion 76 of the semiconductor substrate 72 facing the first peripheral edge portion 75, and the other end corner portion 74DE of the second peripheral edge portion 76 is arranged. A gate pad 79 (third pad) is arranged in the.
Next, the layout and shape of the drain pad 77, the source pad 78, and the gate pad 79 will be described.

ドレインパッド77は、図18に示すように、第2周縁部76の一端角部74EFの頂点V1を中心とし、半導体基板72の短辺122の長さ(図15の幅W)を半径とする第1円弧80と、第2周縁部76の他端角部74DEの頂点V2を中心とし、半導体基板72の短辺122の長さ(図15の幅W)を半径とする第2円弧81とを半導体基板72の表面72Aに描いたとき、第1円弧80の外側領域であって、かつ第2円弧81の外側領域に配置されている。そして、ドレインパッド77は、当該外側領域において、第1円弧80と第2円弧81との交点82から第1円弧80および第2円弧81それぞれに対して引いた1対の接線を二辺とする三角形状に形成されている。 As shown in FIG. 18, the drain pad 77 has the apex V1 of one end corner portion 74EF of the second peripheral edge portion 76 as the center, and the length of the short side 122 of the semiconductor substrate 72 (width W in FIG. 15) as the radius. The first arc 80 and the second arc 81 centered on the apex V2 of the other end corner 74DE of the second peripheral edge 76 and having the length of the short side 122 of the semiconductor substrate 72 (width W in FIG. 15) as the radius. Is drawn on the surface 72A of the semiconductor substrate 72, it is located in the outer region of the first arc 80 and in the outer region of the second arc 81. The drain pad 77 has two sides of a pair of tangents drawn from the intersection 82 of the first arc 80 and the second arc 81 with respect to each of the first arc 80 and the second arc 81 in the outer region. It is formed in a triangular shape.

一方、ソースパッド78は、第1円弧80と同一の中心を有する扇形状に形成されている。ソースパッド78の半径R1は、たとえば、0.07mm〜0.13mm(好ましくは、0.10mm以上)である。たとえば、半径R1が0.07mmである場合、ソースパッド78の面積は3.85×10−3mmであり、半径R1が0.10mmである場合、ソースパッド78の面積は7.85×10−3mmである。 On the other hand, the source pad 78 is formed in a fan shape having the same center as the first arc 80. The radius R1 of the source pad 78 is, for example, 0.07 mm to 0.13 mm (preferably 0.10 mm or more). For example, when the radius R1 is 0.07 mm, the area of the source pad 78 is 3.85 × 10 -3 mm 2 , and when the radius R1 is 0.10 mm, the area of the source pad 78 is 7.85 ×. It is 10 -3 mm 2 .

また、ゲートパッド79は、第2円弧81と同一の中心を有する扇形状に形成されている。ゲートパッド79の半径R2は、たとえば、0.07mm〜0.13mm(好ましくは、0.10mm以上)である。たとえば、半径R2が0.07mmである場合、ゲートパッド79の面積は3.85×10−3mmであり、半径R2が0.10mmである場合、ゲートパッド79の面積は7.85×10−3mmである。 Further, the gate pad 79 is formed in a fan shape having the same center as the second arc 81. The radius R2 of the gate pad 79 is, for example, 0.07 mm to 0.13 mm (preferably 0.10 mm or more). For example, when the radius R2 is 0.07 mm, the area of the gate pad 79 is 3.85 × 10 -3 mm 2 , and when the radius R2 is 0.10 mm, the area of the gate pad 79 is 7.85 ×. It is 10 -3 mm 2 .

また、ドレインパッド77、ソースパッド78およびゲートパッド79と、半導体基板72との間には、それぞれ、ドレイン配線膜83、ソース配線膜84およびゲート配線膜85が設けられている。これらは、たとえば、AlCu等の金属層からなり、必要に応じて、その表裏面にバリア層(たとえば、Ti、TiN等)が形成されていてもよい。また、ドレイン配線膜83、ソース配線膜84およびゲート配線膜85は、それぞれ、前述のp型ドレイン領域23、p型ソース領域25およびゲート電極28に電気的に接続されていてもよい。 Further, a drain wiring film 83, a source wiring film 84, and a gate wiring film 85 are provided between the drain pad 77, the source pad 78, and the gate pad 79 and the semiconductor substrate 72, respectively. These are made of, for example, a metal layer such as AlCu, and a barrier layer (for example, Ti, TiN, etc.) may be formed on the front and back surfaces thereof, if necessary. Further, the drain wiring film 83, the source wiring film 84, and the gate wiring film 85 may be electrically connected to the above-mentioned p − type drain region 23, p + type source region 25, and gate electrode 28, respectively.

ゲート配線膜85は、図18に示すように、ゲートパッド79よりも大きい相似形の平面視扇形状に形成されている。
ソース配線膜84は、図18に示すように、半導体基板72の第2周縁部76側の略半分の領域を覆うように形成されている。具体的には、ゲート配線膜85を避けるように、ゲート配線膜85に対して長手方向における側面72F側に形成されるとともに、幅方向における側面72C側に形成されている。したがって、平面視扇形状のゲート配線膜85は、その円弧部分がソース配線膜84と隣り合っている。
As shown in FIG. 18, the gate wiring film 85 is formed in a similar plan view fan shape larger than the gate pad 79.
As shown in FIG. 18, the source wiring film 84 is formed so as to cover substantially half of the region on the second peripheral edge portion 76 side of the semiconductor substrate 72. Specifically, it is formed on the side surface 72F side in the longitudinal direction and on the side surface 72C side in the width direction with respect to the gate wiring film 85 so as to avoid the gate wiring film 85. Therefore, the arc portion of the plan view fan-shaped gate wiring film 85 is adjacent to the source wiring film 84.

ドレイン配線膜83は、図18に示すように、半導体基板72の第1周縁部75側の略半分の領域を覆うように形成されている。これにより、ソース配線膜84およびドレイン配線膜83は、互いにほぼ同じ面積の配線膜で形成されており、ソース側の配線抵抗とドレイン側の配線抵抗とをほぼ同じにすることができる。
次に、前述のドレインパッド77、ソースパッド78およびゲートパッド79のレイアウトおよび形状によって、半導体装置71の実装面積をどの程度減らすことができるかを、図23を参照して説明する。
As shown in FIG. 18, the drain wiring film 83 is formed so as to cover substantially half of the region on the first peripheral edge portion 75 side of the semiconductor substrate 72. As a result, the source wiring film 84 and the drain wiring film 83 are formed of wiring films having substantially the same area as each other, and the wiring resistance on the source side and the wiring resistance on the drain side can be made substantially the same.
Next, how much the mounting area of the semiconductor device 71 can be reduced by the layout and shape of the drain pad 77, the source pad 78, and the gate pad 79 described above will be described with reference to FIG. 23.

図23は、半導体装置71と参考形態に係る半導体装置100とのチップサイズを比較するための図である。図23では、明瞭化のため、図15〜図22に示した参照符号のうち、比較に必要な参照符号のみを示し、その他の参照符号は省略している。
まず、参考形態の半導体装置100のように、ソースパッド78およびゲートパッド79が、半導体基板72の短辺122において隣り合って配置される場合、半導体装置100のパッケージサイズは、たとえば、長さL=0.6mm、幅W=0.4mmとなる。これは、短辺方向のソース−ゲート間の短絡を避けるため、ソースパッド78とゲートパッド79との間の距離として、少なくともピッチP=0.2mmを確保するためである。また、ドレインパッド77が、短辺122の一端角部から他端角部に至る形状で形成されている。そのため、パッドレイアウトを変更しないでパッケージサイズを小さくすると、ソース−ゲート間のピッチPが0.2mmを下回り、実装時に、ソース−ゲート間の短絡という問題が生じる。一方、ソースパッド78およびゲートパッド79を長辺121において隣り合うように配置しても、パッド間の短絡の問題を解消することが難しい。なぜなら、このパッドレイアウトでは、参照符号「77´」および破線で示すように、ドレインパッド77が長辺121の一端角部から他端角部に至る形状となる。そのため、パッケージサイズの減少に伴い、ソース−ドレイン間、またはゲート−ドレイン間の短絡の問題が生じる。
FIG. 23 is a diagram for comparing the chip sizes of the semiconductor device 71 and the semiconductor device 100 according to the reference embodiment. In FIG. 23, among the reference codes shown in FIGS. 15 to 22, only the reference codes necessary for comparison are shown, and the other reference codes are omitted for the sake of clarity.
First, when the source pad 78 and the gate pad 79 are arranged next to each other on the short side 122 of the semiconductor substrate 72 as in the semiconductor device 100 of the reference embodiment, the package size of the semiconductor device 100 is, for example, the length L. = 0.6 mm, width W = 0.4 mm. This is to secure at least a pitch P = 0.2 mm as the distance between the source pad 78 and the gate pad 79 in order to avoid a short circuit between the source and the gate in the short side direction. Further, the drain pad 77 is formed in a shape extending from one end corner portion to the other end corner portion of the short side 122. Therefore, if the package size is reduced without changing the pad layout, the pitch P between the source and the gate is less than 0.2 mm, which causes a problem of a short circuit between the source and the gate at the time of mounting. On the other hand, even if the source pad 78 and the gate pad 79 are arranged so as to be adjacent to each other on the long side 121, it is difficult to solve the problem of short circuit between the pads. This is because, in this pad layout, the drain pad 77 has a shape extending from one end corner to the other end corner of the long side 121 as shown by the reference code “77 ′” and the broken line. Therefore, as the package size decreases, the problem of short circuit between the source and the drain or between the gate and the drain arises.

これに対し、前述の半導体装置71の構成では、ソースパッド78およびゲートパッド79が長辺121において隣り合うように配置されている。さらに、ドレインパッド77が、半導体基板72の長辺121の中央部に配置されており、ドレインパッド77と長辺121の両端角部74CD,74FCとの間には、一定間隔の領域が設けられている。これにより、ドレインパッド77とソースパッド78との距離(ピッチP1)、およびドレインパッド77とゲートパッド79との距離(ピッチP2)を、参考形態の半導体装置100に比べて長くすることができる。したがって、半導体装置71のパッケージサイズを、たとえば、長さL=0.44mm、幅W=0.32mmと小型化しても、ピッチP1およびピッチP2を、半導体装置100におけるソース−ゲート間のピッチPと同等の0.2mmに維持することができる。すなわち、パッド間に確保する距離は、半導体装置71のパッケージの短辺122の0.20/0.32=62.5%以上にある。少なくとも、パッケージの短辺122が0.40mmの場合、パッド間に確保する距離は、半導体装置71のパッケージの短辺122の0.20/0.40=50%以上にある。また、半導体装置71のパッケージサイズが1.41×10−1mmであり、パッド半径R1、R2が0.10mmの場合、パッド面積が7.85×10−3mmであるため、ソースパッド78およびゲートパッド79の面積(パッド面積)は、パッケージサイズの5%以上にある。そのため、実装時の短絡を避けながら、半導体装置100よりも半導体基板のサイズを小さくすることができる。これにより、小型化された半導体装置を提供することができる。 On the other hand, in the configuration of the semiconductor device 71 described above, the source pad 78 and the gate pad 79 are arranged so as to be adjacent to each other on the long side 121. Further, the drain pad 77 is arranged at the center of the long side 121 of the semiconductor substrate 72, and a fixed interval region is provided between the drain pad 77 and both end corners 74CD and 74FC of the long side 121. ing. As a result, the distance between the drain pad 77 and the source pad 78 (pitch P1) and the distance between the drain pad 77 and the gate pad 79 (pitch P2) can be made longer than those of the semiconductor device 100 of the reference embodiment. Therefore, even if the package size of the semiconductor device 71 is reduced to, for example, a length L = 0.44 mm and a width W = 0.32 mm, the pitch P1 and the pitch P2 are the pitch P between the source and the gate in the semiconductor device 100. Can be maintained at 0.2 mm, which is equivalent to. That is, the distance secured between the pads is 0.20 / 0.32 = 62.5% or more of the short side 122 of the package of the semiconductor device 71. At least, when the short side 122 of the package is 0.40 mm, the distance secured between the pads is 0.20 / 0.40 = 50% or more of the short side 122 of the package of the semiconductor device 71. Further, when the package size of the semiconductor device 71 is 1.41 × 10 -1 mm 2 and the pad radiuses R1 and R2 are 0.10 mm , the pad area is 7.85 × 10 -3 mm 2 , so that the source The area (pad area) of the pad 78 and the gate pad 79 is 5% or more of the package size. Therefore, the size of the semiconductor substrate can be made smaller than that of the semiconductor device 100 while avoiding a short circuit at the time of mounting. This makes it possible to provide a miniaturized semiconductor device.

また、半導体装置71では、図18に示すように、ドレインパッド77が、それぞれ短辺122の長さを半径とする第1円弧80および第2円弧81の外側領域に配置されている。そのため、ピッチP1およびピッチP2として、少なくとも半導体装置71の短辺122の長さとソースパッド78およびゲートパッド79の大きさ(幅)との差に相当する長さを確保することができる。さらに、ドレインパッド77が、第1円弧80と第2円弧81との交点82から第1円弧80および第2円弧81それぞれに対して引いた1対の接線を二辺とする三角形状に形成されている。これにより、半導体装置71を小型化しながらも、ドレインパッド77に十分な接合面積を確保することができる。そのため、半導体装置71の実装時の固着強度の低下を抑えることもできる。 Further, in the semiconductor device 71, as shown in FIG. 18, the drain pads 77 are arranged in the outer regions of the first arc 80 and the second arc 81 having the length of the short side 122 as the radius, respectively. Therefore, as the pitch P1 and the pitch P2, it is possible to secure at least a length corresponding to the difference between the length of the short side 122 of the semiconductor device 71 and the size (width) of the source pad 78 and the gate pad 79. Further, the drain pad 77 is formed in a triangular shape having a pair of tangents drawn from the intersection 82 of the first arc 80 and the second arc 81 with respect to each of the first arc 80 and the second arc 81 as two sides. ing. As a result, it is possible to secure a sufficient bonding area for the drain pad 77 while reducing the size of the semiconductor device 71. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the fixing strength at the time of mounting the semiconductor device 71.

半導体装置71の実装時の固着強度の確保に関して、さらに、ソースパッド78およびゲートパッド79が、それぞれ、第1円弧80および第2円弧81と同一の中心を有する扇形状に形成されている。これにより、ピッチP1およびピッチP2として0.2mmの長さを確保しながら、ソースパッド78およびゲートパッド79に十分な接合面積を確保することができる。 Regarding ensuring the fixing strength at the time of mounting the semiconductor device 71, the source pad 78 and the gate pad 79 are further formed in a fan shape having the same center as the first arc 80 and the second arc 81, respectively. As a result, it is possible to secure a sufficient joining area for the source pad 78 and the gate pad 79 while ensuring a length of 0.2 mm as the pitch P1 and the pitch P2.

以上、半導体装置71によれば、隣り合うパッド間のピッチおよびパッドの接合面積を十分確保しながら、参考形態の半導体装置100に比べて、実装面積を約40%程度も低減することができる。 以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、図15〜図22に示したパッケージ形態の場合には、半導体基板72には、表面72Aに沿う横方向にソース領域およびドレイン領域が間隔を空けて配置された横型のMISFETが形成されていてもよい。
As described above, according to the semiconductor device 71, the mounting area can be reduced by about 40% as compared with the semiconductor device 100 of the reference form while sufficiently securing the pitch between adjacent pads and the bonding area of the pads. Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
For example, in the case of the package form shown in FIGS. 15 to 22, a horizontal MISFET in which the source region and the drain region are arranged at intervals in the lateral direction along the surface 72A is formed on the semiconductor substrate 72. You may.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.

1 半導体装置
2 半導体素子
22 半導体層
23 p型ドレイン領域
24 n型ボディ領域
25 p型ソース領域
28 ゲート電極
29 定電圧ダイオード
31 p型基板
32 p型エピタキシャル層
34 p型部
35 n型部
36 pn接合部
40 アクティブ領域
41 外周領域
51 寄生ダイオード
55 p型不純物領域
56 n型不純物領域
57 n型不純物領域
58 定電圧ダイオード
59 ゲートトレンチ
62 半導体素子
71 半導体装置
72 半導体基板
1 Semiconductor device 2 Semiconductor element 22 Semiconductor layer 23 p - type drain region 24 n-type body region 25 p + type source region 28 Gate electrode 29 Constant voltage diode 31 p + type substrate 32 p - type epitaxial layer 34 p-type part 35 n Mold part 36 pn junction 40 Active area 41 Outer peripheral area 51 Parasitic diode 55 p + type impurity area 56 n type impurity area 57 n + type impurity area 58 Constant voltage diode 59 Gate trench 62 Semiconductor element 71 Semiconductor device 72 Semiconductor substrate

Claims (11)

p型ソース領域、p型ドレイン領域、前記p型ソース領域と前記p型ドレイン領域との間のn型ボディ領域、および前記n型ボディ領域に対向するゲート電極を含むトランジスタ構造を有する半導体層と、
前記半導体層に設けられた定電圧ダイオードであって、それぞれが前記定電圧ダイオードの端部を形成する互いに隣接する一対のp型部およびn型部で構成されており、前記n型部に前記p型ソース領域が接続され、前記p型部に前記ゲート電極が接続された定電圧ダイオードとを含み、
前記トランジスタ構造および前記定電圧ダイオードが1チップ化されている、半導体装置。
A semiconductor layer having a transistor structure including a p-type source region, a p-type drain region, an n-type body region between the p-type source region and the p-type drain region, and a gate electrode facing the n-type body region. ,
A constant voltage diode provided on the semiconductor layer, each of which is composed of a pair of p-type portions and n-type portions adjacent to each other forming an end portion of the constant voltage diode, and the n-type portion is formed by the n-type portion. A zener diode in which a p-type source region is connected and the gate electrode is connected to the p-type portion is included.
A semiconductor device in which the transistor structure and the constant voltage diode are integrated into a single chip.
前記半導体層は、前記トランジスタ構造を含むアクティブ領域と、前記アクティブ領域を取り囲む外周領域とを含み、
前記定電圧ダイオードは、前記外周領域に沿って配置された外周ダイオードを含む、請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor layer includes an active region including the transistor structure and an outer peripheral region surrounding the active region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the zener diode includes an outer peripheral diode arranged along the outer peripheral region.
前記外周ダイオードでは、前記p型部および前記n型部が、それぞれ、前記アクティブ領域を取り囲む形状で形成されている、請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein in the outer peripheral diode, the p-type portion and the n-type portion are each formed in a shape surrounding the active region. 前記p型部および前記n型部が、互いに同じ幅を有している、請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the p-type portion and the n-type portion have the same width as each other. 前記外周ダイオードでは、前記n型部が前記p型部よりも内側に配置されている、請求項3または4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 or 4, wherein in the outer peripheral diode, the n-type portion is arranged inside the p-type portion. 前記外周ダイオードは、前記外周領域に沿って交互に配置された前記p型部および前記n型部の繰り返し構造を含み、 The outer peripheral diode includes a repeating structure of the p-type portion and the n-type portion alternately arranged along the outer peripheral region.
互いに分離された複数の前記p型部および複数の前記n型部のそれぞれに、前記ゲート電極および前記p型ソース領域が接続されている、請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the gate electrode and the p-type source region are connected to each of the plurality of p-type portions and the plurality of n-type portions separated from each other.
前記定電圧ダイオードは、前記半導体層上に積層されたポリシリコンからなる、請求項1〜のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the zener diode is made of polysilicon laminated on the semiconductor layer. 前記トランジスタ構造は、前記ゲート電極が前記半導体層に形成されたゲートトレンチに埋め込まれたポリシリコンからなるトレンチゲート構造を含む、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7 , wherein the transistor structure includes a trench gate structure in which the gate electrode is made of polysilicon embedded in a gate trench formed in the semiconductor layer. 前記定電圧ダイオードは、前記半導体層内に配置された不純物領域からなる、請求項1〜のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the zener diode comprises an impurity region arranged in the semiconductor layer. 前記定電圧ダイオードの降伏電圧が、8V以下である、請求項1〜のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the yield voltage of the constant voltage diode is 8 V or less. 0.6mm×0.4mm以下の縦横のチップサイズを有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10 , which has a vertical and horizontal chip size of 0.6 mm × 0.4 mm or less.
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