JPH0687506B2 - パワーmosfet - Google Patents

パワーmosfet

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JPH0687506B2
JPH0687506B2 JP63066327A JP6632788A JPH0687506B2 JP H0687506 B2 JPH0687506 B2 JP H0687506B2 JP 63066327 A JP63066327 A JP 63066327A JP 6632788 A JP6632788 A JP 6632788A JP H0687506 B2 JPH0687506 B2 JP H0687506B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明はパワーMOSFETの耐圧向上とオン抵抗低減に関す
るものである。
(ロ)従来の技術 縦型DSA(Diffosion Self Alignment)構造のパワーMOS
FETは一平面上に多数の素子(セル)を等間隔に並べる
ことにより高耐圧化と大電流化が図られ、高電圧高速ス
イッチング用として使用されている(特開昭61−80859,
H01L29/78)。
斯る構造のパワーMOSFETは、底部に高濃度N+型層を有す
るN-型シリコン基体をドレインとして、その表面上にソ
ース電極用の開孔部を有するゲート電極(ポリSiゲー
ト)が配置され、このゲート電極下にチャンネル領域を
作るようにP型層とN+型層(ソース領域)を形成したも
ので、ゲートへの電圧印加によってチャンネル領域を通
るドレイン電流IDSを制御するものである。
従来のパワーMOSFETにおいては、各MOSセルのチャンネ
ル領域(1)の輪郭は第6図に示すように四角形(又は
六角形)となって等間隔で縦横方向に配列され、四角形
の中心からソース電極を取出し、ゲート電極からは、そ
の上の絶縁膜のスルーホールを通してゲート電極を取出
す様になっている。尚、(2)はゲート電極の輪郭、
(3)はP型領域、(4)はソース領域である。
このようなパワーMOSFETのチャンネル領域(1)形成に
あたっては、ゲート電極(2)を利用したセルフアライ
ン技術によりP型層(3)とN+型層(4)を形成する
が、ゲート電極(2)によるセル(5)形状が四角形状を
成すことにより、チャンネル領域(1)のコーナー部
(6)への不純物拡散が他の部分(辺部)への拡散に比
べて少なく、従ってコーナー部(6)のチャンネル部は
凸型の球面形状のPN接合を形成し、逆バイアス時の電界
強度が他よりも大きくなる。その為、セル(5)のコーナ
ー部(6)で電界集中を発生し、この部分における耐圧
がパワーMOSFETの耐圧を決定していた。そのうち、不純
物濃度が薄くなるのでコーナー部(6)が他よりも早く
オンし、リークが発生したり、動作上電流分布が不均一
となる為低VGS(off)化の妨げになっていた。
(ハ)発明が解決しようとする課題 この様に、従来のパワーMOSFETにはセル(5)コーナー部
(6)で耐圧が劣化する欠点があった。また、コーナー
部(6)のPN接合の曲率を緩和する為チャンネル領域
(1)の拡散深さを浅くすることができず、従ってセル
(5)の微細化が難しい欠点があった。更には微細化が難
しい為、チャンネル幅GW(セルの周囲長の総和)を増大
してオン抵抗RDS(on)を下げることも困難である欠点
があった。
(ニ)課題を解決するための手段 本発明は斯上した欠点に鑑み、セル(17)で囲まれた領域
にチャンネル領域(18)のコーナー部(20)と重畳する
第2のチャンネル領域(19)を設け、且つ第2のチャン
ネル領域(19)表面にもソース領域(22)とソース電極
を設けて第2のセル(23)とすることにより、微細化した
オン抵抗RDS(on)を低減せしめたパワーMOSFETを提供
するものである。
(ホ)作用 本発明によれば、チャンネル領域(18)のコーナー部
(20)に第2のチャンネル領域(19)が重畳するので、
セル(17)から第2のセル(23)までP型の拡散領域が連続
して形成され、この部分での電界集中が緩和できる。そ
の為パワーMOSFETの耐圧を維持しつつチャンネル領域
(18)を浅く形成してセル(17)を微細化し、チャンネル
幅GWを増大できる。また、第2のチャンネル領域(19)
も第2のセル(23)として活用するので、その分だけチャ
ンネル幅GWを更に増大できる。また、チャンネルのコー
ナー部(20)はドレイン電流IDSが流れないので、リー
ク電流を防止し、低VGS(off)化が容易である。
(ヘ)実施例 以下、本発明の第1の実施例を図面を参照しながら詳細
に説明する。
第1図及び第2図は本発明のパワーMOSFETの平面図及び
AA線断面図を示す。(11)は裏面にドレイン電極が設け
られる低比抵抗のN+型シリコン半導体基板、(12)は基
板(11)表面に設けられ共通のドレイン領域となる高比
抵抗のN型エピタキシャル層、(13)はP型拡散領域、
(14)はN+型拡散領域(ソース領域)、(15)はゲート
電極、(16)は酸化膜、(17)はゲート電極(15)の開孔
部を示すゲートセル、(18)はP型拡散領域(13)とN+
型ソース領域(14)とで規定するチャンネル領域で図中
の点線がその輪郭を示す。ゲート電極(15)が規定する
ゲートセル(17)形状は1例として四角形状を成し、等間
隔で縦横に配列され、セル(17)の中央からP型拡散層
(13)とソース領域(14)の両方にオーミックコンタク
トする図示せぬソース電極が酸化膜(16)によってゲー
ト電極(15)と絶縁されて取出される。ゲート電極(1
5)はポリシリコン、ソース電極はアルミニウムから成
る。
そして、ゲートセル(17)に囲まれた部分、即ちセル(17)
ピッチとは半ピッチだけずれた位置に、本願の特徴とす
る第2のチャンネル領域(19)がチャンネル領域(18)
のコーナー部(20)と四隅で重畳するように設けてい
る。第2のチャンネル領域(19)はセル(17)の間に形成
したP型拡散領域(21)とN+型ソース領域(22)とで規
定され、表面のゲート電極(15)を開孔してソース電極
を配設することにより、ここを第2のセル(23)としてMO
SFETの動作に活用する。第2のセル(23)の形状・寸法は
問わないが、セル(17)と同形状・同寸法とすれば最も効
率的である。結果、表面はセル(17)と第2のセル(23)が
タイル状に配列されたパターンとなる。
チャンネル領域(18)と第2のチャンネル領域(19)と
が重畳した部分の断面構造は第3図の如くになる。第3
図は第1図のBB線断面図を示す。同図から明らかな様
に、セル(17)と第2のセル(23)両方向からの不純物拡散
(横方向拡散)によりチャンネル領域(18)から第2の
チャンネル領域(19)までP型の拡散領域が連続し、こ
の部分はMOSFET動作に寄与しない、つまりドレイン・ソ
ース間電流が流れない領域となる。尚、チャンネル領域
(18)と第2のチャンネル領域(19)はゲート電極(1
5)を利用したセルフアライン技術によりボロン(B)
をイオン注入することで同時に形成され、前記重畳部分
上のゲート電極(15)が電気的接続の為に除去できない
ことから、両者はゲート電極(15)側端部からの横方向
拡散によってのみ重畳する。
斯る構成によれば、チャンネル領域(18)のコーナー部
(20)に第2のチャンネル領域(19)が重畳するので、
表面付近のPN接合の一部が実質的に消滅し、チャンネル
領域(18)から第2のチャンネル領域(19)まで途切れ
ること無くPN接合が連続する。その際、重畳部分のPN接
合の形状は、チャンネル領域(18)のコーナー部(20)
が形成する凸型の球面形状と第2のチャンネル領域(1
9)のコーナー部分が形成する凸型の球面形状とが相対
向して重畳した形状となる。
この様な形状のPN接合に逆方向電圧(ゲート電圧)を加
えると、空乏層は第4図の様に拡がる。即ち、チャンネ
ル領域(18)と第2のチャンネル領域(19)が形成する
PN接合からエピタキシャル層(12)側へ前記逆方向電圧
の大きさに応じた一定の厚みで拡がるものである。とこ
ろが、前記重畳部分では対向するPN接合の両方からPN接
合の曲率に沿って拡がる為、空乏層(24)はより平坦に
拡がり易くなる。すると、PN接合に加わる電界は図中矢
印で示す如くになり、前記重畳部分からはPN接合面に対
して直角方向に加わることができずに分散してしまう。
その為、PN接合の湾曲部分に加わる電界強度が弱まり、
PN接合への電界集中を緩和することができる。
従って本願発明によれば、セル(17)のコーナー部分(2
0)における電界集中を緩和し、この部分での耐圧劣化
を防止してセル(17)全体の耐圧を向上することができ
る。その為、チャンネル領域(18)を浅くすることでセ
(17)の微細化が図れる。
本願はまた、第2のチャンネル領域(19)を形成するP
型拡散領域(21)表面にもN+型ソース領域(22)とソー
ス電極を設け、この領域をも第2のセル(23)として活用
するので、セル(17)周囲のチャンネルの他に第2のセル
(23)周囲のチャンネルもMOSFET動作に寄与させることが
できる。その為、第2のセル(23)が形成するチャンネル
幅GWの分だけ全体のチャンネル幅GWが増大し、単位面積
当りのドレイン電流IDS容量が増すので、パワーMOSFET
のオン抵抗RDS(on)を減少できる。
第5図に本願の第2の実施例を示す。本実施例は前記セ
ルの微細化を強力に押し進めたもので、チャンネル領域
(18)と第2のチャンネル領域(19)との重畳部分を残
したままセル(17)と第2のセル(23)を縮小したものであ
る。結果、セル(17)と第2のセル(23)のコーナー部分に
一定線幅の突出部(25)が残り、突出部(25)と突出部
(25)とが近接して対向するパターンとなる。チャンネ
ル領域(18)はゲート電極(15)をマスクとしたセルフ
アライン技術により形成される為、セル(17)の辺部の他
に突出部(25)の側面に沿っても形成され、突出部(2
5)先端でチャンネル領域(18)と第2のチャンネル領
域(19)とが重畳する。
斯る構成によれば、突出部(25)側部にもチャンネルが
形成されるので、第1の実施例より更にチャンネル幅GW
を増加できる。その為、より一層オン抵抗RDS(on)を
低減したパワーMOSFETを提供できる。尚、突出部(25)
はセル(17)又は第2のセル(23)どちらか一方だけに設け
ても良い。
(ト)発明の効果 以上説明した如く、本発明によればチャンネル領域(1
8)のコーナー部(20)における電界集中を緩和してセ
ル(17)を微細化し、更には第2のセル(23)もMOSFET動作
に活用するので、チャンネル幅GWを増大し、オン抵抗R
DS(on)を大幅に低減したパワーMOSFETを提供できる利
点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を説明する為の平面図、
第2図は第1図のAA線断面図、第3図は第1図のBB線断
面図、第4図は拡大断面図、第5図は本発明の第2の実
施例を説明する為の平面図、第6図は従来例を説明する
為の平面図である。 (12)はN型エピタキシャル層、(15)はゲート電極、
(17)はゲートセル、(18)はチャンネル領域、(19)は
第2のチャンネル領域、(20)はコーナー部、(23)は第
2のセルである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のセルが縦横に配列された縦型パワー
    MOSFETにおいて、前記セルのコーナー部で囲まれた領域
    に前記セルのチャンネル領域のコーナー部分と重畳する
    第2のチャンネル領域を設け、且つ前記第2のチャンネ
    ル領域表面にもソース領域とソース電極を設けてこれを
    第2のセルとしたことを特徴とするパワーMOSFET。
  2. 【請求項2】前記セルは四角形であることを特徴とする
    請求項第1項に記載のパワーMOSFET。
  3. 【請求項3】前記第2のチャンネル領域は前記セルのチ
    ャンネル領域形成と同時に作り込んだことを特徴とする
    請求項第1項に記載のパワーMOSFET。
  4. 【請求項4】前記セル又は第2のセルのコーナー部に前
    記第2のセル又はセルの方向へ突出する突出部を設け、
    前記突出部に沿う様にチャンネル領域を設けたことを特
    徴とする請求項第1項に記載のパワーMOSFET。
  5. 【請求項5】前記突出部を前記セルのコーナー部と前記
    第2のセルのコーナー部の両方に対向するように設けた
    ことを特徴とする請求項第4項に記載のパワーMOSFET。
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