JPH11284187A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH11284187A
JPH11284187A JP10018798A JP10018798A JPH11284187A JP H11284187 A JPH11284187 A JP H11284187A JP 10018798 A JP10018798 A JP 10018798A JP 10018798 A JP10018798 A JP 10018798A JP H11284187 A JPH11284187 A JP H11284187A
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JP
Japan
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ldmos
resistance
semiconductor device
trench
region
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JP10018798A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Ishiguro
毅 石黒
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Motorola KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lateral double diffusion MOSFET of low on resistance. SOLUTION: A lateral double diffusion MOSFET 100 comprises a substrate comprising a main surface 34, a gate electrode 32 provided in a recess 31 formed in a specified region of the main surface 34, a source electrode, a drain electrode, a base 36, and a channel formed near the gate electrode 32 among the base 36.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置に関
し、さらに詳細には横型二重拡散MOSFETに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to semiconductor devices, and more particularly to a lateral double-diffused MOSFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界効果トランジスタ(MOSFET)は、電
流が垂直方向に流れるか、素子表面方向に流れるかによ
り大別でき、前者を縦型素子、後者を横型素子と呼ぶ。
縦型素子は、主電極の一方が半導体素子の裏面にあり、
単位面積当たりの通電能力に優れているため、特に高電
力を扱う個別素子として用いられることが多い。これに
対し横型素子はすべての電極が一表面に配列できるため
集積化に適しており、集積回路の構成素子として用いら
れることが多い。横型素子として横型二重拡散MOSFET
(LDMOSFET)が知られている。
2. Description of the Related Art Field-effect transistors (MOSFETs) can be roughly classified according to whether a current flows in a vertical direction or in a surface direction of the element. The former is called a vertical element and the latter is called a horizontal element.
In vertical devices, one of the main electrodes is on the back of the semiconductor device,
Since it has excellent current-carrying capacity per unit area, it is often used as an individual element that handles particularly high power. On the other hand, a horizontal element is suitable for integration since all electrodes can be arranged on one surface, and is often used as a component element of an integrated circuit. Lateral double diffused MOSFET as lateral element
(LDMOSFET) are known.

【0003】図1に、従来技術による横型二重拡散MOSF
ET50の平面図10を示す。
FIG. 1 shows a conventional lateral double-diffused MOSF.
The plan view 10 of the ET 50 is shown.

【0004】図2に、図1のX-X間における断面図20
を示す。LDMOS50は、その表面にp型拡散層26とn型
ソース拡散層を自己整合(セルフアラインメント)技術
により二重拡散し、ゲート電極22の直下のp型拡散層
26の表面にチャネル23を形成したものである。チャ
ネル23の一方端からドレイン拡散層の一方端までの領
域を広義のドリフト領域と呼ぶ。広義のドリフト領域
は、本来n型であるのでゲートにプラスが印加された場
合には蓄積領域となり(以下「ドリフト(蓄積)領域」
と呼ぶ)、p型拡散層26が反転したn型チャネル領域2
3よりもさらに抵抗が低くなる。一般に、ドリフト長が
長くなるにしたがってオン抵抗が増加し、ゲート幅およ
びドリフト(蓄積)領域幅が広がるにしたがってオン抵
抗は小さくなる。ここでドリフト長とは、チャネル23
の一方端からドレイン拡散層端までのn型ウェルの長さ
(図2参照)をいい、ゲート幅およびドリフト(蓄積)
領域幅とは、フィールド間(図示せず)の幅w(図4参
照)をいう。
FIG. 2 is a sectional view 20 taken along the line XX in FIG.
Is shown. In the LDMOS 50, the p-type diffusion layer 26 and the n-type source diffusion layer are double-diffused on the surface by a self-alignment (self-alignment) technique, and the channel 23 is formed on the surface of the p-type diffusion layer 26 immediately below the gate electrode 22. Things. A region from one end of the channel 23 to one end of the drain diffusion layer is called a drift region in a broad sense. Since the drift region in a broad sense is essentially an n-type, it becomes an accumulation region when a positive voltage is applied to the gate (hereinafter, a “drift (accumulation) region”).
), The n-type channel region 2 where the p-type diffusion layer 26 is inverted.
The resistance becomes lower than that of 3. Generally, as the drift length increases, the on-resistance increases, and as the gate width and the drift (accumulation) region width increase, the on-resistance decreases. Here, the drift length refers to the channel 23
Of the n-type well from one end to the end of the drain diffusion layer (see FIG. 2), gate width and drift (accumulation)
The region width refers to a width w (see FIG. 4) between fields (not shown).

【0005】n型ソース拡散層とn型ドレイン拡散層はい
ずれも、基板表面にイオン注入したのち熱拡散すること
により形成され、それぞれソース電極とドレイン電極と
に接続されている。
Both the n-type source diffusion layer and the n-type drain diffusion layer are formed by implanting ions into the substrate surface and then thermally diffusing them, and are connected to the source and drain electrodes, respectively.

【0006】図2は、ゲート22とドレイン拡散層がオ
ーバラップした場合の構造を示すが、高耐圧化のために
ドレインとゲートをオフセットさせる場合もある(図示
せず)。この構造においては、ドリフト(蓄積)領域は
前述のとおり抵抗が低くなるが、上部にゲートを有しな
いドリフト領域では蓄積が生じないため逆に抵抗は高く
なる。
FIG. 2 shows a structure in the case where the gate 22 and the drain diffusion layer overlap each other. However, the drain and the gate may be offset to increase the breakdown voltage (not shown). In this structure, the resistance of the drift (accumulation) region is low as described above, but the resistance is high in the drift region having no gate on the top because no accumulation occurs.

【0007】LDMOSは、自己整合技術によりチャネル構
造が容易に形成できるため、交互コンダクタンス、電力
の増大と共に高速動作を実現するのに適しているため、
インテリジェントパワーICに使われることが多い。
The LDMOS is suitable for realizing a high-speed operation with an increase in alternate conductance and power because the channel structure can be easily formed by a self-alignment technique.
Often used for intelligent power ICs.

【0008】[0008]

【解決すべき課題】LDMOSは、一般的に、インテリジェ
ントパワーICにおいて使用する場合には、ジュール発熱
損を低減するうえで導通時の抵抗(オン抵抗)をいかに
低減するかが重要な課題である。
[Problem to be Solved] In general, when an LDMOS is used in an intelligent power IC, it is important to reduce the resistance (on-resistance) during conduction in order to reduce the Joule heat loss. .

【0009】これまでは低オン抵抗化のために、不純物
分布の最適化、ゲート電極配置の工夫、単位素子サイズ
のシュリンクなどが行なわれてきた。
Hitherto, to reduce the on-resistance, optimization of impurity distribution, improvement of gate electrode arrangement, shrinkage of unit element size, and the like have been performed.

【0010】しかし従来のLDMOSではチャネルを二次元
平面にしか形成していないため、これらの方法では限界
があるという問題点があった。
However, in the conventional LDMOS, since the channel is formed only in a two-dimensional plane, there is a problem that these methods have limitations.

【0011】したがって、本発明の一目的は、チャネル
を三次元的に構成しチャネル密度を高め、単位面積あた
りのオン抵抗を小さくしたLDMOSを提供することであ
る。
It is, therefore, an object of the present invention to provide an LDMOS in which a channel is formed three-dimensionally, the channel density is increased, and the on-resistance per unit area is reduced.

【0012】さらに本発明の一目的は、LDMOSのウェハ
を上から見たときのゲート配置が同一の場合であって
も、チャネル幅およびドリフト(蓄積)領域幅を大きく
することにより、単位面積あたりのオン抵抗を小さくし
たLDMOSを提供することである。
Another object of the present invention is to increase the channel width and the drift (accumulation) region width even when the gate arrangement when the LDMOS wafer is viewed from above is the same, so that the unit area per unit area is increased. An object of the present invention is to provide an LDMOS with a reduced on-resistance.

【0013】さらに本発明の一目的は、低オン抵抗化の
ための従来技術をすべてを併用できる低オン抵抗LDMOS
を提供することである。
A further object of the present invention is to provide a low on-resistance LDMOS which can use all conventional techniques for reducing on-resistance.
It is to provide.

【0014】さらに本発明の一目的は、インテリジェン
トパワーICのLDMOS部の面積の縮小と素子サイズの縮小
によりチップコストを低減することである。
Another object of the present invention is to reduce the chip cost by reducing the area of the LDMOS section and the element size of the intelligent power IC.

【0015】さらに本発明の一目的は、LDMOSの出力損
失を低減することである。
Another object of the present invention is to reduce the output loss of an LDMOS.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】前記のおよびその他の目
的は、横型二重拡散MOSFET(100)であって、主面
(34)を有するn型ウェル,主面(34)上の所定領
域に所定間隔をおいて形成された窪み(31)上に設け
られたゲート(32),p型ベース(36),p型ベース
(36)のゲート(32)近傍に形成されたチャネル
(33)およびドリフト(蓄積)領域(35)を有する
ことを特徴とする横型二重拡散MOSFETによって実現され
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The above and other objects are to provide a lateral double-diffused MOSFET (100) having an n-type well having a main surface (34) and a predetermined region on the main surface (34). A gate (32) provided on the recess (31) formed at a predetermined interval, a p-type base (36), a channel (33) formed near the gate (32) of the p-type base (36), and This is realized by a lateral double-diffused MOSFET having a drift (accumulation) region (35).

【0017】[0017]

【実施例】図3は、本願の一実施例による、ドレインメ
タル,ソースメタル,トレンチ31,ゲート電極32お
よびドリフト(蓄積)領域35を有するLDMOS100の
断面図を示す。図2と比べて、図3は凹状のトレンチ3
1およびゲート電極32が形成されている点に注目すべ
きである。また、図2のチャネル23およびドリフト
(蓄積)領域25が、基板の主面23に沿って二次元平
面的に形成されているのに対し、本願のチャネル33お
よびドリフト(蓄積)領域35は、三次元立体的に形成
されている点に注目すべきである。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an LDMOS 100 having a drain metal, a source metal, a trench 31, a gate electrode 32, and a drift (accumulation) region 35 according to an embodiment of the present invention. Compared to FIG. 2, FIG.
It should be noted that 1 and the gate electrode 32 are formed. Further, while the channel 23 and the drift (accumulation) region 25 of FIG. 2 are formed in a two-dimensional plane along the main surface 23 of the substrate, the channel 33 and the drift (accumulation) region 35 of the present invention are It should be noted that it is formed three-dimensionally.

【0018】図4は、本願の一実施例によるLDMOS10
0のゲート電極32の平面図40を示す。以下、本願の
一実施例によるLDMOS100のゲート電極32付近を拡
大した図面を用いて詳細に説明する。本願は、基板の主
面34上の所定領域に所定の間隔をおいてはしご状にト
レンチ31を形成し、それに沿ってゲート電極32を設
ける。トレンチ31は当業者に周知のいかなる技術を用
いて設けても良い。以下、一実施例としてトレンチ31
の形状が長方形の場合を例に説明するが、その形状は長
方形に限らず、正方形、球状、長方形で角が球面状の形
状などどのような形状であっても良い。さらに、選択酸
化法(LOCOS:local oxidation of silicon)等によっ
て、主面34を波状としても良い。従って、本願の請求
項において用いる窪みの語は広く当業者に周知の技術を
用いて設けられるトレンチおよび化学的、機械的方法に
より形成されるあらゆる溝および窪みを含むものであ
る。また、トレンチ31の長さ、幅、深さは、特に限定
されるわけではない。ゲート電極32の形状も凹状に限
定されず、上下逆向きの凸状や□状などどのような形状
であっても良い。トレンチ31およびゲート作成後に、
当業者に周知の方法により、n型ソース拡散層とn型ドレ
イン拡散層を、基板主面34にイオン注入したのち熱拡
散することによりLDMOS100を形成する。
FIG. 4 shows an LDMOS 10 according to an embodiment of the present invention.
0 shows a plan view 40 of the gate electrode 32. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to an enlarged view of the vicinity of the gate electrode 32 of the LDMOS 100 according to one embodiment of the present application. In the present application, a ladder-like trench 31 is formed in a predetermined region on a main surface 34 of a substrate at a predetermined interval, and a gate electrode 32 is provided along the ladder-like trench 31. Trench 31 may be provided using any technique known to those skilled in the art. Hereinafter, the trench 31 will be described as an example.
Is described as an example, but the shape is not limited to a rectangle, and may be any shape such as a square, a sphere, a rectangle, and a spherical corner. Furthermore, the main surface 34 may be made wavy by a selective oxidation method (LOCOS: local oxidation of silicon) or the like. Accordingly, the term depression as used in the claims of this application is intended to include trenches and any grooves and depressions formed by chemical and mechanical methods, which are provided using techniques widely known to those skilled in the art. Further, the length, width, and depth of the trench 31 are not particularly limited. The shape of the gate electrode 32 is not limited to the concave shape, but may be any shape such as a vertically inverted convex shape or a square shape. After forming the trench 31 and the gate,
The LDMOS 100 is formed by ion-implanting the n-type source diffusion layer and the n-type drain diffusion layer into the substrate main surface 34 and then thermally diffusing the same by a method known to those skilled in the art.

【0019】図5には、図4のD-D間における断面図5
0を示す。トレンチ31の深さは特に限定されるわけで
はないが、好適には、ゲート電極32の底面がLDMOS1
00の主面34(図7参照)より深く、p型拡散層36
の底面まで(図6参照)である。
FIG. 5 is a sectional view taken along the line DD in FIG.
Indicates 0. Although the depth of the trench 31 is not particularly limited, preferably, the bottom surface of the gate electrode 32 is
The p-type diffusion layer 36 is deeper than the main surface 34 (see FIG. 7)
(See FIG. 6).

【0020】図6には、図4のA-A間における断面図6
0を示す。トレンチ31がLDMOS100の主面34上の
所定領域に凹状に形成され、ゲート電極32はそのトレ
ンチ31に沿って凹状に形成される。チャネル33はト
レンチ31の側面部近傍のp型拡散層36に縦方向に形
成され、ドリフト(蓄積)領域35はチャネル33の一
方端からドレイン拡散層端までのトレンチ31の側面部
および底面部近傍のn型ウェルに、縦方向および横方向
に形成される。
FIG. 6 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
Indicates 0. A trench 31 is formed in a predetermined region on the main surface 34 of the LDMOS 100 in a concave shape, and the gate electrode 32 is formed in a concave shape along the trench 31. The channel 33 is formed vertically in the p-type diffusion layer 36 near the side surface of the trench 31, and the drift (accumulation) region 35 is near the side surface and bottom surface of the trench 31 from one end of the channel 33 to the end of the drain diffusion layer. Are formed in the vertical and horizontal directions in the n-type well.

【0021】図7には、図4のB-B間における断面図7
0を示す。B-B間にはトレンチはなく、従来例のLDMOSの
ゲート電極の断面図と同様である。従って、この場合、
チャネル33およびドリフト(蓄積)領域35は、ゲー
ト電極の下のp型拡散層36およびn型ウェルにそれぞれ
横方向に二次元平面的に形成される。
FIG. 7 is a sectional view taken along the line BB in FIG.
Indicates 0. There is no trench between BB and it is the same as the sectional view of the gate electrode of the conventional LDMOS. Therefore, in this case,
The channel 33 and the drift (accumulation) region 35 are formed two-dimensionally in the lateral direction in the p-type diffusion layer 36 and the n-type well below the gate electrode.

【0022】図8には、図4のC-C間における断面図8
0を示す。この場合、チャネル33はトレンチ側面部近
傍のp型拡散層36に縦方向に形成され、ドリフト(蓄
積)領域35はトレンチ31の側面部近傍のn型ウェル
に、縦方向に形成される。このように、チャネル33お
よびドリフト(蓄積)領域35はトレンチ31を設ける
ことにより、トレンチ31を囲むように三次元立体的に
形成することができる。
FIG. 8 is a sectional view taken along the line CC in FIG.
Indicates 0. In this case, the channel 33 is formed vertically in the p-type diffusion layer 36 near the trench side surface, and the drift (accumulation) region 35 is formed in the n-type well near the side surface of the trench 31 in the vertical direction. Thus, by providing the trench 31, the channel 33 and the drift (accumulation) region 35 can be three-dimensionally formed so as to surround the trench 31.

【0023】動作について以下説明する。The operation will be described below.

【0024】本願は、チャネル33およびドリフト(蓄
積)領域35を三次元立体的に形成するため、LDMOS1
00の動作について問題がないかを以下に検証する。
In the present application, the channel 33 and the drift (accumulation) region 35 are formed three-dimensionally, so that the LDMOS 1
It is verified below whether or not there is a problem with the operation of 00.

【0025】図9には、従来技術によるLDMOS50の動
作を示すグラフである。このグラフはドレイン電圧(Vd
rain)を変化させた場合のドレイン電流(Idrain)を示
す。このグラフはゲート電圧(Vgate)を上から12ボ
ルト,10ボルトと順に2ボルトずつ減少させた場合を
示す。
FIG. 9 is a graph showing the operation of the LDMOS 50 according to the prior art. This graph shows the drain voltage (Vd
rain) is shown when the drain current (Idrain) is changed. This graph shows a case where the gate voltage (Vgate) is reduced by 2 volts in order from 12 volts and 10 volts from the top.

【0026】図10は、本願の一実施例によるLDMOS1
00の動作を示すグラフである。このグラフは図4のA-
A間、即ち図6の場合のドレイン電圧(Vdrain)を変化
させた場合のドレイン電流(Idrain)を示したグラフで
ある。このグラフは図9と同様に、ゲート電圧を上から
12ボルト,10ボルトと順に2ボルトずつ減少させた
場合を示す。図10のグラフが示すとおり、ゲート電極
32を凹状に形成し、チャネル33が三次元立体的に形
成しても、従来技術によるLDMOS50と比べドレイン電
流の値が相違するのみでLDMOS100の動作自体に問題
がないことが確認された。
FIG. 10 shows an LDMOS 1 according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the operation of the 00. This graph is shown in FIG.
7 is a graph showing a drain current (Idrain) when the drain voltage (Vdrain) is changed between A, that is, in the case of FIG. 6. This graph shows a case where the gate voltage is reduced in order of 12 volts and 10 volts from the top in steps of 2 volts, similarly to FIG. As shown in the graph of FIG. 10, even if the gate electrode 32 is formed in a concave shape and the channel 33 is formed in a three-dimensional three-dimensional manner, the operation of the LDMOS 100 itself differs only in the value of the drain current as compared with the LDMOS 50 according to the related art. It was confirmed that there was no problem.

【0027】図9と図10を比較すると、前者の場合
は、例えば、Vgate=12v,Vdrain=12vの場合では、I
drainは約1.2mA/umであるのに対し、後者の場合は、
Idrainは約0.36mA/umである。これよりトレンチ3
1を有しない領域の方がドレイン電流が流れやすいこと
が判る。これは、トレンチ31を設けることにより、ド
リフト(蓄積)領域長が増加し、それにより直列抵抗と
して作用するのでオン抵抗が増加してしまうためであ
る。
Comparing FIG. 9 with FIG. 10, in the former case, for example, when Vgate = 12v and Vdrain = 12v, I
drain is about 1.2 mA / um, whereas in the latter case,
Idrain is about 0.36 mA / um. From this trench 3
It can be seen that the drain current flows more easily in the region having no 1. This is because the provision of the trench 31 increases the length of the drift (accumulation) region, thereby acting as a series resistance, thereby increasing the on-resistance.

【0028】次にトレンチ31の形状の違い即ち、チャ
ネル長やドリフト(蓄積)領域長の違いによる単位面積
あたりのLDMOSのオン抵抗の変化について以下検証す
る。
Next, the change in the on-resistance of the LDMOS per unit area due to the difference in the shape of the trench 31, that is, the difference in the channel length and the drift (accumulation) region length will be examined below.

【0029】図11は、従来技術によるLDMOS50の断
面図を示す。チャネル23およびドリフト(蓄積)領域
25はゲート電極の下のp型拡散層36およびn型ウェル
にそれぞれ横方向に二次元平面的に形成される。
FIG. 11 shows a sectional view of an LDMOS 50 according to the prior art. The channel 23 and the drift (accumulation) region 25 are formed two-dimensionally in the lateral direction in the p-type diffusion layer 36 and the n-type well below the gate electrode.

【0030】図12は、本願の一実施例によるLDMOS1
00の断面図を示す。この場合のチャネル33およびド
リフト(蓄積)領域35は、トレンチ31の側面部およ
び底面部近傍を囲むようにp型拡散層36およびn型ウェ
ルにそれぞれ形成される。
FIG. 12 shows an LDMOS 1 according to an embodiment of the present invention.
00 shows a sectional view. In this case, the channel 33 and the drift (accumulation) region 35 are formed in the p-type diffusion layer 36 and the n-type well so as to surround the vicinity of the side surface and the bottom surface of the trench 31, respectively.

【0031】図13は、本願の一実施例によるLDMOS1
00であって、トレンチ31の幅のみを図12の実施例
に比べ狭くした場合のLDMOS100の断面図を示す。こ
の場合のチャネル33およびドリフト(蓄積)領域35
は、トレンチ31の側面部および底面部近傍を囲むよう
にp型拡散層36およびn型ウェルにそれぞれ形成され
る。
FIG. 13 shows an LDMOS 1 according to an embodiment of the present invention.
12 is a sectional view of the LDMOS 100 when only the width of the trench 31 is smaller than that of the embodiment of FIG. In this case, the channel 33 and the drift (accumulation) region 35
Are formed in the p-type diffusion layer 36 and the n-type well so as to surround the vicinity of the side surface and the bottom surface of the trench 31, respectively.

【0032】図14は、本願の一実施例によるLDMOS1
00であって、トレンチ31の深さのみを図12の実施
例に比べ浅くした場合のLDMOS100の断面図を示す。
この場合のチャネル33およびドリフト(蓄積)領域3
5は、トレンチ31の側面部および底面部近傍を囲むよ
うにp型拡散層36およびn型ウェルにそれぞれ形成され
る。
FIG. 14 shows an LDMOS 1 according to an embodiment of the present invention.
12 is a sectional view of the LDMOS 100 when only the depth of the trench 31 is smaller than that of the embodiment of FIG.
In this case, the channel 33 and the drift (accumulation) region 3
5 is formed in the p-type diffusion layer 36 and the n-type well so as to surround the vicinity of the side surface and the bottom surface of the trench 31, respectively.

【0033】図15は、図11ないし図14の各LDMOS
の単位面積あたりのオン抵抗(RonA)を表したグラフで
ある。これによると、従来技術によるLDMOS50のオン
抵抗が最も低く、次に図14のトレンチ31の浅い場
合、図13のトレンチ31の狭い場合と続き、最もオン
抵抗の高い場合は図12の例であった。これより、単に
トレンチ31を形成するだけではオン抵抗が大きくなっ
てしまうことが判る。
FIG. 15 shows each LDMOS of FIGS.
3 is a graph showing the on-resistance per unit area (RonA). According to this, the on-resistance of the LDMOS 50 according to the prior art is the lowest, followed by the shallow trench 31 of FIG. 14, the narrow trench 31 of FIG. 13, and the case of the highest on-resistance is the example of FIG. Was. This indicates that simply forming the trench 31 increases the on-resistance.

【0034】次にゲート幅wおよびドリフト(蓄積)領
域幅(図4参照)を考慮にいれた場合の効果を以下に検
証する。
Next, the effect when the gate width w and the drift (accumulation) region width (see FIG. 4) are taken into consideration will be verified below.

【0035】図16は、本願の一実施例によるLDMOS1
00のオン抵抗(Ron)の効果を表したグラフである。
本願の一実施例によるLDMOS100のオン抵抗を求める
場合、変数がLDMOS100の3次元的なチャネル33お
よびドリフト(蓄積)領域35のため容易に検証できな
い。そこで標準的なトレンチを例に、従来のLDMOS50
のオン抵抗を1とした場合の、本願のLDMOS100のオ
ン抵抗を係数kを用いて表した。トレンチ31を有しな
い領域のゲート幅のオン抵抗を単位幅としてRcと称し、
トレンチ31の側面部の抵抗をRsw、トレンチ31の底
面部の抵抗をRtとそれぞれ称する。一実施例として、ト
レンチ31の深さと幅を同一とし、かつチャネル幅の5
0%をトレンチ31とした場合、即ち、Rcの幅=Rswの
深さ=Rtの幅の場合について以下説明する。
FIG. 16 shows an LDMOS 1 according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the effect of the on-resistance (Ron) of 00.
When obtaining the on-resistance of the LDMOS 100 according to the embodiment of the present application, the variables cannot be easily verified because the three-dimensional channel 33 and the drift (accumulation) region 35 of the LDMOS 100 are used. So, taking a standard trench as an example, the conventional LDMOS50
The on-resistance of the LDMOS 100 of the present application when the on-resistance of the LDMOS is set to 1 is expressed using a coefficient k. The on-resistance of the gate width in a region not having the trench 31 is referred to as Rc as a unit width,
The resistance of the side surface of the trench 31 is called Rsw, and the resistance of the bottom surface of the trench 31 is called Rt. In one embodiment, the depth and width of the trench 31 are the same and the channel width is 5
The case where 0% is the trench 31, that is, the case where the width of Rc = the depth of Rsw = the width of Rt will be described below.

【0036】ドリフト(蓄積)領域長とオン抵抗の相関
関係と図9および図10並びに図15の実験の結果か
ら、RcとRswとRtの関係は以下の式であらわすことがで
きる。
From the correlation between the drift (accumulation) region length and the on-resistance and the results of the experiments shown in FIGS. 9, 10, and 15, the relationship between Rc, Rsw, and Rt can be expressed by the following equation.

【0037】Rc≦Rsw≦Rt 2Rt=k×2Rc ここで、kはトレンチ31のオン抵抗の係数とする。Rc ≦ Rsw ≦ Rt 2Rt = k × 2Rc Here, k is a coefficient of the ON resistance of the trench 31.

【0038】図16の実線は、RswとRcとが同一の場合
を示す。破線は、RswとRtとが同一の場合を示す。Rc≦R
sw≦Rtの関係から、本願のLDMOS100のオン抵抗(Ro
n)の取りうる係数の範囲を斜線領域で示される。k=1
の場合、即ち、Rc=Rsw=Rtの場合、従来のLDMOS50の
オン抵抗を1とすると、LDMOS100のオン抵抗(Ron)
を50%に小さくすることができる。k=2の場合、即
ち、RtがRcの2倍のオン抵抗を有する場合では、従来の
LDMOSの全オン抵抗に比べ約40%強〜20%の全オン
抵抗を下げることができる。このように図16の全オン
抵抗の指数が1(従来技術によるLDMOS50のオン抵
抗)以下の網線領域が、本願のLDMOS100のオン抵抗
(Ron)が低減化された領域である。トレンチ31のオ
ン抵抗の係数kがこの領域に入るように、LDMOS100の
トレンチ31の形状および配置を定めることにより、チ
ャネル幅およびドリフト(蓄積)領域幅を有効に増大さ
せることができ、オン抵抗を小さくすることができるこ
とが明かとなった。換言すれば、ゲート全面にトレンチ
を設けた場合は、ドリフト長が増加が増加するのみで、
結果としてオン抵抗は大きくなるが、トレンチ31を所
定の間隔をもってはしご状に設けることにより、たとえ
チャネル長やドリフト長が増加してもチャネル幅および
ドリフト(蓄積)領域幅を有効に増大させることができ
るので、オン抵抗を小さくすることができる。従って、
トレンチ31に配置や形状は、図16の全オン抵抗の指
数が1以下の網線領域になる限り自由に形成することが
できる。
The solid line in FIG. 16 shows the case where Rsw and Rc are the same. The dashed line indicates the case where Rsw and Rt are the same. Rc ≦ R
From the relationship sw ≦ Rt, the on-resistance (Ro
The range of possible coefficients for n) is indicated by the shaded area. k = 1
In other words, when Rc = Rsw = Rt, assuming that the on-resistance of the conventional LDMOS 50 is 1, the on-resistance (Ron) of the LDMOS 100
Can be reduced to 50%. When k = 2, that is, when Rt has twice the on-resistance of Rc, the conventional
The total on-resistance of about 40% to 20% of the total on-resistance of the LDMOS can be reduced. Thus, the shaded region where the index of the total on-resistance in FIG. 16 is 1 (the on-resistance of the LDMOS 50 according to the related art) or less is the region where the on-resistance (Ron) of the LDMOS 100 of the present invention is reduced. By determining the shape and arrangement of the trench 31 of the LDMOS 100 so that the coefficient k of the on-resistance of the trench 31 falls within this region, the channel width and the drift (accumulation) region width can be effectively increased, and the on-resistance is reduced. It became clear that it could be made smaller. In other words, when a trench is provided on the entire surface of the gate, only the drift length increases,
As a result, the on-resistance increases, but by providing the trenches 31 in a ladder shape at predetermined intervals, the channel width and the drift (accumulation) region width can be effectively increased even if the channel length and the drift length increase. Therefore, the on-resistance can be reduced. Therefore,
The arrangement and shape of the trench 31 can be freely formed as long as the index of the total on-resistance in FIG.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。
The present invention has the following effects.

【0040】本発明は、LDMOS部の平面図におけるゲー
ト配置が同一の場合であっても、チャネル幅およびドリ
フト(蓄積)領域幅を大きくすることができるので、単
位面積あたりのオン抵抗を小さくすることができる。
According to the present invention, even if the gate arrangement in the plan view of the LDMOS portion is the same, the channel width and the drift (accumulation) region width can be increased, so that the on-resistance per unit area is reduced. be able to.

【0041】本発明は、トレンチ31をLDMOS100の
主面上の所定領域に所定の間隔をもってはしご状に設け
ることにより、トレンチ底面部および側面部をもチャネ
ルとすることにより、チャネル密度を最大2倍にするこ
とができる。その結果、単位面積あたりのオン抵抗を最
高約1/2程度まで小さくすることができる。
According to the present invention, the trench density is doubled at the maximum by providing the trenches 31 in a ladder shape at predetermined intervals on the main surface of the LDMOS 100 at predetermined intervals so that the bottom and side surfaces of the trenches are also channels. Can be As a result, the on-resistance per unit area can be reduced to a maximum of about 1/2.

【0042】しかも本発明は、低オン抵抗化のための従
来技術をすべて併用することができる。
In addition, the present invention can use all the conventional techniques for reducing the on-resistance.

【0043】さらに、オン抵抗が下がることによって、
インテリジェントパワーICのLDMOS部の面積の縮小およ
びそれにともなう素子サイズの縮小によりチップコスト
の低減が可能である。
Further, as the on-resistance decreases,
The chip cost can be reduced by reducing the area of the LDMOS section of the intelligent power IC and the corresponding reduction in element size.

【0044】さらに、オン抵抗が下がることによって、
出力損失の低減が可能である。
Further, as the on-resistance decreases,
Output loss can be reduced.

【0045】また、インテリジェントパワーICのLDMOS
部の面積が縮小されると、メタル配線部の抵抗分も減少
するので、全体のオン抵抗がさらに小さくできるという
相乗効果を有する。
The LDMOS of intelligent power IC
When the area of the portion is reduced, the resistance of the metal wiring portion is also reduced, so that there is a synergistic effect that the overall on-resistance can be further reduced.

【0046】ここでは特定の実施例について本発明の構
造を説明してきたが、当該技術分野に通じたものであれ
ば本発明の構造を変形、変更することができるであろ
う。しかしながら、本発明の構造はここで開示された特
定の実施例に限定されるものではない。例えば、実施例
ではLDMOSを例に説明したが、低オン抵抗化が要求され
る他の半導体装置にも利用可能であり、本願のデバイス
はLDMOSに限定するものではない。また、実施例ではゲ
ートとドレインをオーバーラップさせた構造の場合を例
に説明したが、ゲートとドレインをオフセットさせた構
造においても、本願は有効である。即ち、ドリフト領域
で上にゲートが存在しない領域では、蓄積が起こらない
ため抵抗が高くなるものの、ドリフト領域の長さと濃度
およびトレンチの間隔を適正に設定することにより電界
強度が分散され高耐圧が得られ、かつオン抵抗を下げ得
ることも可能だからである。また、素子の耐圧、トレン
チの形状、幅、深さ、比率等についても特定を意図する
ものではない。そのような変形、変更されたものも本発
明の技術思想の範疇であり、特許請求の範囲に含まれる
ものである。
Although the structure of the invention has been described herein with reference to specific embodiments, those skilled in the art will be able to modify and modify the structure of the invention. However, the structure of the present invention is not limited to the specific embodiments disclosed herein. For example, although the embodiment has been described by taking the LDMOS as an example, the present invention can be applied to other semiconductor devices requiring low on-resistance, and the device of the present invention is not limited to the LDMOS. Further, in the embodiment, the case of the structure in which the gate and the drain overlap is described as an example, but the present invention is also effective in a structure in which the gate and the drain are offset. That is, in the drift region where no gate is present, the resistance does not increase because the accumulation does not occur. This is because it is also possible to reduce the on-resistance. Further, it is not intended to specify the breakdown voltage of the element, the shape of the trench, the width, the depth, the ratio, and the like. Such modifications and changes are also within the scope of the technical idea of the present invention, and are included in the scope of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来技術によるLDMOSFET50の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a conventional LDMOSFET 50. FIG.

【図2】図1のX-X間における断面図20である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line X-X in FIG.

【図3】本願の一実施例によるLDMOS100の断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an LDMOS 100 according to one embodiment of the present application.

【図4】本願の一実施例によるLDMOS100のゲート電
極32の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a gate electrode 32 of the LDMOS 100 according to one embodiment of the present application.

【図5】図4のD-D間における断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line D-D in FIG. 4;

【図6】図4のA-A間における断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 4;

【図7】図4のB-B間における断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 4;

【図8】図4のC-C間における断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 4;

【図9】従来技術によるLDMOS50の動作を示したグラ
フである。
FIG. 9 is a graph showing an operation of the LDMOS 50 according to the related art.

【図10】本願の一実施例によるLDMOS100の動作を
示したグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the operation of the LDMOS 100 according to one embodiment of the present application.

【図11】従来技術によるLDMOS50の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of an LDMOS 50 according to the related art.

【図12】本願の一実施例によるLDMOS100の断面図
である。
FIG. 12 is a sectional view of an LDMOS 100 according to an embodiment of the present application.

【図13】本願の一実施例によるLDMOS100であっ
て、トレンチ31の幅のみを狭くした場合のLDMOS10
0の断面図である。
FIG. 13 is an LDMOS 100 according to an embodiment of the present application, in which only the width of the trench 31 is reduced.
0 is a sectional view.

【図14】本願の一実施例によるLDMOS100であっ
て、トレンチ31の深さのみを浅くした場合のLDMOS1
00の断面図である。
FIG. 14 is an LDMOS 100 according to an embodiment of the present application, in which only the depth of the trench 31 is reduced.
It is sectional drawing of 00.

【図15】図11ないし図14の各LDMOSのオン抵抗を
表したグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the on-resistance of each LDMOS of FIGS. 11 to 14;

【図16】本願の一実施例によるLDMOS100のオン抵
抗の効果を表したグラフである。
FIG. 16 is a graph showing the effect of the on-resistance of the LDMOS 100 according to one embodiment of the present application.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 トレンチ 22,32 ゲート電極 23,33 チャネル 25,35 ドリフト(蓄積)領域 26,36p型拡散層 50,100 横型二重拡散MOSFET 31 Trench 22, 32 Gate electrode 23, 33 Channel 25, 35 Drift (accumulation) region 26, 36p-type diffusion layer 50, 100 Lateral double-diffusion MOSFET

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体装置(100)であって:主面
(34)を有する基板;前記主面(34)の所定領域に
形成された窪み(31)内に設けられたゲート電極(3
2);ソース電極;ドレイン電極;ベース(36);お
よび前記ベース(36)のうち前記ゲート電極(32)
近傍に形成されるチャネル;を有することを特徴とする
半導体装置。
1. A semiconductor device (100) comprising: a substrate having a main surface (34); a gate electrode (3) provided in a depression (31) formed in a predetermined region of the main surface (34).
2) a source electrode; a drain electrode; a base (36); and the gate electrode (32) of the base (36).
A semiconductor device, comprising: a channel formed in the vicinity.
【請求項2】 前記ゲート電極(32)近傍に、前記チ
ャネル(33)に接して形成されたドリフト領域(3
5)をさらに有することを特徴とする請求項1記載の半
導体装置。
2. A drift region (3) formed in contact with the channel (33) in the vicinity of the gate electrode (32).
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: (5).
【請求項3】 半導体装置(100)であって、三次元
立体的に形成されるチャネル(33)を有することを特
徴とする半導体装置。
3. A semiconductor device (100) having a channel (33) formed three-dimensionally and three-dimensionally.
【請求項4】 半導体装置(100)であって、前記半
導体装置(100)の主面(34)の所定領域に形成さ
れた窪み(31)内に設けられたゲート電極を有するこ
とを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor device (100) having a gate electrode provided in a depression (31) formed in a predetermined region of a main surface (34) of the semiconductor device (100). Semiconductor device.
【請求項5】 ゲート電極(32)が前記主面(3
4)の所定領域に所定間隔をおいて複数形成された窪み
(31)内に設けられることを特徴とする請求項1ない
し4記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is provided on said main surface.
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is provided in a plurality of recesses formed at predetermined intervals in said predetermined region.
【請求項6】 前記半導体装置(100)が横型二重拡
散MOSFETであることを特徴とする請求項1ないし5記載
の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is a lateral double diffusion MOSFET.
【請求項7】 半導体装置(100)のゲート電極(3
2)であって、該ゲート電極(32)は前記半導体装置
(100)の主面(34)の所定領域に形成された窪み
(31)内に設けられたゲート電極。
7. A gate electrode (3) of a semiconductor device (100).
2) wherein the gate electrode (32) is provided in a depression (31) formed in a predetermined region of the main surface (34) of the semiconductor device (100).
【請求項8】 半導体装置(100)の製造方法であっ
て:主面(34)を有する基板を用意する段階;前記基
板の主面(34)上の所定領域に窪み(31)を形成す
る段階;前記窪み(31)にゲート電極(32)を設け
る段階;前記基板にベース(36)を用意する段階;お
よび前記ゲート電極(32)近傍のベース(36)にチ
ャネル(33)を設ける段階;を有することを特徴とす
る半導体装置(100)の製造方法。
8. A method of manufacturing a semiconductor device (100), comprising: providing a substrate having a main surface (34); forming a depression (31) in a predetermined region on the main surface (34) of the substrate. Providing a gate electrode (32) in the depression (31); providing a base (36) on the substrate; and providing a channel (33) in the base (36) near the gate electrode (32). A method for manufacturing a semiconductor device (100).
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