JP2009088198A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ゲート幅を増大することができながら、ゲート電極への局所的な応力の集中を回避することができる、半導体装置を提供する。
【解決手段】P型のボディ領域4には、トレンチ5が形成されている。ボディ領域4の表層部には、トレンチ5の側方に、N型のソース領域8が形成されている。また、ソース領域8を厚さ方向に貫通して、P型のボディコンタクト領域9が形成されている。ボディコンタクト領域9は、平面視において、千鳥配列状に配置されている。そして、トレンチ5は、平面視において、列方向Yに整列するボディコンタクト領域9がなす列に対して、列方向と直交する行方向Xにおける両側に設けられている。各トレンチ5は、列方向Yに延び、隣り合うトレンチ5間およびボディコンタクト領域9との間にそれぞれ一定間隔Dが生じるように、複数の弧状部11を連結した蛇行状をなしている。
【選択図】図1
【解決手段】P型のボディ領域4には、トレンチ5が形成されている。ボディ領域4の表層部には、トレンチ5の側方に、N型のソース領域8が形成されている。また、ソース領域8を厚さ方向に貫通して、P型のボディコンタクト領域9が形成されている。ボディコンタクト領域9は、平面視において、千鳥配列状に配置されている。そして、トレンチ5は、平面視において、列方向Yに整列するボディコンタクト領域9がなす列に対して、列方向と直交する行方向Xにおける両側に設けられている。各トレンチ5は、列方向Yに延び、隣り合うトレンチ5間およびボディコンタクト領域9との間にそれぞれ一定間隔Dが生じるように、複数の弧状部11を連結した蛇行状をなしている。
【選択図】図1
Description
本発明は、トレンチゲート構造の縦型MOSFETを備える半導体装置に関する。
たとえば、トレンチゲート構造のVDMOSFET(Vertical Double diffused Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)は、低オン抵抗特性を有するパワーMOSFETとして知られている。
たとえば、トレンチゲート構造のNチャネルVDMOSFETを備える半導体装置では、N+型(高濃度N型)基板上に、N型のエピタキシャル層が積層されている。エピタキシャル層の表層部には、P型のボディ領域が形成されている。ボディ領域には、その表面から掘り下がったトレンチが形成されている。トレンチには、ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極が埋設されている。また、ボディ領域の表層部には、N+型のソース領域と、このソース領域を厚さ方向に貫通するP+型(高濃度P型)のボディコンタクト領域とが形成されている。ソース領域およびボディコンタクト領域を接地し、N+型基板の裏面に形成されたドレイン電極に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極の電位を制御することにより、ボディ領域におけるゲート絶縁膜(トレンチ)との界面近傍にチャネルを形成して、ソース領域とドレイン電極との間に電流を流すことができる。
たとえば、トレンチゲート構造のNチャネルVDMOSFETを備える半導体装置では、N+型(高濃度N型)基板上に、N型のエピタキシャル層が積層されている。エピタキシャル層の表層部には、P型のボディ領域が形成されている。ボディ領域には、その表面から掘り下がったトレンチが形成されている。トレンチには、ゲート絶縁膜を介して、ゲート電極が埋設されている。また、ボディ領域の表層部には、N+型のソース領域と、このソース領域を厚さ方向に貫通するP+型(高濃度P型)のボディコンタクト領域とが形成されている。ソース領域およびボディコンタクト領域を接地し、N+型基板の裏面に形成されたドレイン電極に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極の電位を制御することにより、ボディ領域におけるゲート絶縁膜(トレンチ)との界面近傍にチャネルを形成して、ソース領域とドレイン電極との間に電流を流すことができる。
この種のVDMOSFETにおいて、トレンチ(ゲート電極)のレイアウトを工夫することにより、ユニットセル面積あたりのチャネル面積を拡大し、オン抵抗の低減を図ることが検討されている。
図4は、従来の半導体装置におけるゲート電極およびボディコンタクト領域のレイアウトを示す図解的な平面図である。
図4は、従来の半導体装置におけるゲート電極およびボディコンタクト領域のレイアウトを示す図解的な平面図である。
従来の半導体装置では、複数のボディコンタクト領域41が平面視で千鳥配列状に形成されている。ゲート電極42は、所定方向Y(以下、この項において「列方向Y」という。)に整列する複数のボディコンタクト領域41がなす列に対して、列方向Yと直交する行方向Xにおける両側に設けられている。各ゲート電極42は、列方向Yに延びており、行方向Xに隣り合うゲート電極42との間およびボディコンタクト領域41との間に、行方向Xにボディコンタクト領域41の行方向Xの幅と等しい間隔Dが生じるように、行方向Xの両側に交互に繰り返し直角に屈曲している。
この構成によれば、ボディコンタクト領域を平面視で行列状に形成し、列方向に整列するボディコンタクト領域がなす各列間に直線状に延びるゲート電極を形成した構成と比較して、ゲート電極が屈曲している分、1つのユニットセルにおけるゲート幅(平面視におけるゲートの全長)が大きく、ユニットセル面積あたりのチャネル面積が大きい。よって、オン抵抗の低減を図ることができる。
特開2007−42892号公報
ところが、図4に示す構造では、ゲート電極42が直角に屈曲することによる角部を有しているので、半導体装置にストレスが加わると、その角部に応力が集中し、ゲート電極42の断線を生じるおそれがあった。
そこで、本発明の目的は、ゲート幅を増大することができながら、ゲート電極への局所的な応力の集中を回避することができる、半導体装置を提供することにある。
そこで、本発明の目的は、ゲート幅を増大することができながら、ゲート電極への局所的な応力の集中を回避することができる、半導体装置を提供することにある。
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、第1導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の表面から掘り下がったトレンチと、前記トレンチに埋設されたゲート電極と、前記ボディ領域の表層部における前記トレンチの側方に形成された第2導電型のソース領域と、前記ソース領域を厚さ方向に貫通し、前記ボディ領域に接する第1導電型のボディコンタクト領域とを含み、前記ボディコンタクト領域は、平面視において、千鳥配列状に形成されており、前記トレンチは、平面視において、所定の列方向に整列する前記ボディコンタクト領域がなす列に対して、前記列方向と直交する行方向における両側に設けられ、前記列方向に延び、隣り合う前記トレンチ間および前記ボディコンタクト領域との間にそれぞれ前記行方向に所定間隔が生じるように、複数の弧状部を連結した蛇行状をなしている、半導体装置である。
この構成によれば、ゲート電極が埋設されるトレンチは、第1導電型のボディ領域の表面から掘り下がって形成されている。ボディ領域の表層部には、トレンチの側方に、第2導電型のソース領域が形成されている。また、ソース領域を厚さ方向に貫通して、第1導電型のボディコンタクト領域が形成されている。ボディコンタクト領域は、平面視において、千鳥配列状に配置されている。そして、トレンチは、平面視において、所定の列方向に整列するボディコンタクト領域がなす列に対して、列方向と直交する行方向における両側に設けられている。各トレンチは、列方向に延び、隣り合うトレンチ間およびボディコンタクト領域との間にそれぞれ行方向に所定間隔が生じるように、複数の弧状部を連結した蛇行状をなしている。
これにより、ボディコンタクト領域を平面視で行列状に形成し、列方向に整列するボディコンタクト領域がなす各列間に直線状に延びるゲート電極を形成した構成と比較して、ゲート電極が蛇行している分、1つのユニットセルにおけるゲート幅(平面視におけるゲートの全長)を大きくすることができ、ユニットセル面積あたりのチャネル面積を増大させることができる。その結果、オン抵抗の低減を図ることができる。また、トレンチが角部を有していないので、半導体装置にストレスが加わったときに、トレンチに埋設されたゲート電極に局所的な応力集中が生じるのを回避することができる。
請求項2記載の発明は、第1導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の表面から掘り下がったトレンチと、前記トレンチに埋設されたゲート電極と、前記ボディ領域の表層部における前記トレンチの側方に形成された第2導電型のソース領域と、前記ソース領域を厚さ方向に貫通し、前記ボディ領域に接する第1導電型のボディコンタクト領域とを含み、前記ボディコンタクト領域は、平面視において、千鳥配列状に形成されており、前記トレンチは、平面視において、所定の列方向に整列する前記ボディコンタクト領域がなす列に対して、前記列方向と直交する行方向における両側に設けられ、前記列方向に延び、隣り合う前記トレンチ間および前記ボディコンタクト領域との間にそれぞれ前記行方向に所定間隔が生じるように、複数の屈曲部を連結した蛇行状をなし、前記屈曲部は、90度よりも大きな内角で屈曲している、半導体装置である。
この構成によれば、ゲート電極が埋設されるトレンチは、第1導電型のボディ領域の表面から掘り下がって形成されている。ボディ領域の表層部には、トレンチの側方に、第2導電型のソース領域が形成されている。また、ソース領域を厚さ方向に貫通して、第1導電型のボディコンタクト領域が形成されている。ボディコンタクト領域は、平面視において、千鳥配列状に配置されている。そして、トレンチは、平面視において、所定の列方向に整列するボディコンタクト領域がなす列に対して、列方向と直交する行方向における両側に設けられている。各トレンチは、列方向に延び、隣り合うトレンチ間およびボディコンタクト領域との間にそれぞれ行方向に所定間隔が生じるように、複数の屈曲部を連結した蛇行状をなしている。
これにより、ボディコンタクト領域を平面視で行列状に形成し、列方向に整列するボディコンタクト領域がなす各列間に直線状に延びるゲート電極を形成した構成と比較して、ゲート電極が蛇行している分、1つのユニットセルにおけるゲート幅(平面視におけるゲートの全長)を大きくすることができ、ユニットセル面積あたりのチャネル面積を増大させることができる。その結果、オン抵抗の低減を図ることができる。また、トレンチの屈曲部が90度よりも大きな内角で屈曲しているので、半導体装置にストレスが加わったときに、トレンチに埋設されたゲート電極に局所的な応力集中が生じるのを回避することができる。
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におけるゲート電極およびボディコンタクト領域のレイアウトを示す図解的な平面図である。図2は、図1に示す切断線II−IIにおける半導体装置の図解的な断面図である。
図2に示すように、半導体装置1は、シリコンからなるN+型の半導体基板2を備えている。半導体基板2上には、シリコンからなるN型のエピタキシャル層3が形成されている。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置におけるゲート電極およびボディコンタクト領域のレイアウトを示す図解的な平面図である。図2は、図1に示す切断線II−IIにおける半導体装置の図解的な断面図である。
図2に示すように、半導体装置1は、シリコンからなるN+型の半導体基板2を備えている。半導体基板2上には、シリコンからなるN型のエピタキシャル層3が形成されている。
エピタキシャル層3の表層部には、P型のボディ領域4が形成されている。また、エピタキシャル層3には、トレンチ5がその表面から掘り下がって形成されている。トレンチ5は、ボディ領域4を貫通し、その最深部がボディ領域4の下方のエピタキシャル層3に達している。トレンチ5内には、その内面全域を覆うように、ゲート絶縁膜6が形成されている。そして、ゲート絶縁膜6の内側をN型不純物が高濃度にドーピングされたポリシリコンで埋め尽くすことにより、トレンチ5内にゲート電極7が埋設されている。
また、ボディ領域4の表層部には、トレンチ5の側方に、N+型のソース領域8が形成されている。また、ソース領域8を貫通して、P+型のボディコンタクト領域9がソース領域8を貫通して形成されている。
半導体基板2の裏面には、ドレイン電極10が形成されている。
ソース領域8およびボディコンタクト領域9を接地し、ドレイン電極10に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極7の電位を制御することにより、ボディ領域4におけるゲート絶縁膜6(トレンチ5)との界面近傍にチャネルを形成して、ソース領域8とドレイン電極10との間に電流を流すことができる。
半導体基板2の裏面には、ドレイン電極10が形成されている。
ソース領域8およびボディコンタクト領域9を接地し、ドレイン電極10に適当な大きさの正電圧を印加しつつ、ゲート電極7の電位を制御することにより、ボディ領域4におけるゲート絶縁膜6(トレンチ5)との界面近傍にチャネルを形成して、ソース領域8とドレイン電極10との間に電流を流すことができる。
図1に示すように、ボディコンタクト領域9は、平面視において、正方形状をなし、千鳥配列状に配置されている。より具体的には、ボディコンタクト領域9は、複数列をなし、各列において列方向Yに一定のピッチで配置されている。そして、列方向Yと直交する行方向Xに互いに隣り合う2列において、一方の列をなすボディコンタクト領域9と他方の列をなすボディコンタクト領域9とは、半ピッチ(列方向にボディコンタクト領域9が配置されるピッチの半分)ずれる位置関係を有している。
そして、トレンチ5(ゲート電極7)は、平面視において、列方向Yに整列するボディコンタクト領域がなす列に対して、行方向Xにおける両側に設けられている。各トレンチ5は、列方向Yに延び、隣り合うトレンチ5間およびボディコンタクト領域9との間において、それぞれ行方向Xに一定間隔Dが生じるように、複数の弧状部11を連結した蛇行状をなしている。
これにより、ボディコンタクト領域を平面視で行列状に形成し、列方向に整列するボディコンタクト領域がなす各列間に直線状に延びるゲート電極を形成した構成と比較して、ゲート電極7が蛇行している分、1つのユニットセルにおけるゲート幅(平面視におけるゲートの全長)を大きくすることができ、ユニットセル面積あたりのチャネル面積を増大させることができる。その結果、オン抵抗の低減を図ることができる。また、トレンチ5が角部を有していないので、半導体装置1にストレスが加わったときに、トレンチ5に埋設されたゲート電極7に局所的な応力集中が生じるのを回避することができる。
図3は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置におけるゲート電極およびボディコンタクト領域のレイアウトを示す図解的な平面図である。図3において、図1に示す各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号を付して示している。
この半導体装置31では、トレンチ32は、平面視で列方向Yに延び、隣り合うトレンチ32間およびボディコンタクト領域9との間において、それぞれ行方向に一定間隔Dが生じるように、複数の屈曲部33を連結した蛇行状をなしている。各屈曲部33は、トレンチ32の列方向Yに延びる部分に対して内角120度で行方向Xの一方側に屈曲し、列方向Yに延び、その列方向Yに延びる部分に対して内角120度で行方向Xの他方側に屈曲した形状を有している。
この半導体装置31では、トレンチ32は、平面視で列方向Yに延び、隣り合うトレンチ32間およびボディコンタクト領域9との間において、それぞれ行方向に一定間隔Dが生じるように、複数の屈曲部33を連結した蛇行状をなしている。各屈曲部33は、トレンチ32の列方向Yに延びる部分に対して内角120度で行方向Xの一方側に屈曲し、列方向Yに延び、その列方向Yに延びる部分に対して内角120度で行方向Xの他方側に屈曲した形状を有している。
これにより、ボディコンタクト領域を平面視で行列状に形成し、列方向に整列するボディコンタクト領域がなす各列間に直線状に延びるゲート電極を形成した構成と比較して、ゲート電極7が蛇行している分、1つのユニットセルにおけるゲート幅(平面視におけるゲートの全長)を大きくすることができ、ユニットセル面積あたりのチャネル面積を増大させることができる。その結果、図1に示す構成と同様に、オン抵抗の低減を図ることができる。また、トレンチ32の屈曲部33が90度よりも大きな内角で屈曲しているので、半導体装置31にストレスが加わったときに、トレンチ32に埋設されたゲート電極34に局所的な応力集中が生じるのを回避することができる。
以上、本発明の2つの実施形態を説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。たとえば、各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。すなわち、P型の部分がN型であり、N型の部分がP型であってもよい。
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。
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。
1 半導体装置
4 ボディ領域
5 トレンチ
7 ゲート電極
8 ソース領域
9 ボディコンタクト領域
11 弧状部
31 半導体装置
32 トレンチ
33 屈曲部
34 ゲート電極
D 一定間隔
X 行方向
Y 列方向
4 ボディ領域
5 トレンチ
7 ゲート電極
8 ソース領域
9 ボディコンタクト領域
11 弧状部
31 半導体装置
32 トレンチ
33 屈曲部
34 ゲート電極
D 一定間隔
X 行方向
Y 列方向
Claims (2)
- 第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面から掘り下がったトレンチと、
前記トレンチに埋設されたゲート電極と、
前記ボディ領域の表層部における前記トレンチの側方に形成された第2導電型のソース領域と、
前記ソース領域を厚さ方向に貫通し、前記ボディ領域に接する第1導電型のボディコンタクト領域とを含み、
前記ボディコンタクト領域は、平面視において、千鳥配列状に形成されており、
前記トレンチは、平面視において、所定の列方向に整列する前記ボディコンタクト領域がなす列に対して、前記列方向と直交する行方向における両側に設けられ、前記列方向に延び、隣り合う前記トレンチ間および前記ボディコンタクト領域との間にそれぞれ前記行方向に所定間隔が生じるように、複数の弧状部を連結した蛇行状をなしている、半導体装置。 - 第1導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域の表面から掘り下がったトレンチと、
前記トレンチに埋設されたゲート電極と、
前記ボディ領域の表層部における前記トレンチの側方に形成された第2導電型のソース領域と、
前記ソース領域を厚さ方向に貫通し、前記ボディ領域に接する第1導電型のボディコンタクト領域とを含み、
前記ボディコンタクト領域は、平面視において、千鳥配列状に形成されており、
前記トレンチは、平面視において、所定の列方向に整列する前記ボディコンタクト領域がなす列に対して、前記列方向と直交する行方向における両側に設けられ、前記列方向に延び、隣り合う前記トレンチ間および前記ボディコンタクト領域との間にそれぞれ前記行方向に所定間隔が生じるように、複数の屈曲部を連結した蛇行状をなし、
前記屈曲部は、90度よりも大きな内角で屈曲している、半導体装置。
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