JPH1174511A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH1174511A
JPH1174511A JP9230734A JP23073497A JPH1174511A JP H1174511 A JPH1174511 A JP H1174511A JP 9230734 A JP9230734 A JP 9230734A JP 23073497 A JP23073497 A JP 23073497A JP H1174511 A JPH1174511 A JP H1174511A
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shaped gate
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gate electrode
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Abstract

(57)【要約】 【課題】パワーMOSFETの特性上重要な課題であ
る、オン抵抗をさらに低減することの出来る半導体装置
を提供する。 【解決手段】平面形状において多角形の複数のソース領
域101がセル状に配置され、各ソースセル103間に
U字型ゲート電極100が網目状に配置されたU字型ゲ
ートMOSFETであって、相互に隣合う複数個のソー
スセルの各角部に跨って共通のベースコンタクト領域1
02を設けた構成の半導体装置。単位面積当たりのチャ
ネル幅を大きくすることが出来るので、同一面積の素子
で比較すれば、素子全体としてのチャネル面積が大きく
なり、それによってオン抵抗をさらに低減することが出
来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特にU字型ゲートMOSFET(以下UMOSFE
Tと呼ぶ)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8は従来の技術のUMOSFETのパ
ターン配置を示す平面図、図9は図8中に示したD−
D’断面図である。まず、図8に示すパターン配置を説
明する。U字型ゲート電極200が網目状に配置されて
いる。このU字型ゲート電極200で囲まれた四角形の
各区画内には高濃度n型ソース領域201がU字型ゲー
ト電極200に接するように形成され、その中心に高濃
度p型ベースコンタクト領域202が形成される。この
U字型ゲート電極200に囲まれた各領域をソースセル
203と呼ぶことにする。
【0003】また、図9の断面図に示すように、U字型
ゲート電極200は、高濃度n型ソース領域201およ
びp型ベース領域204を貫通するように設けられたU
字型溝の中に、酸化膜205、207によって外部と絶
縁された多結晶シリコン206によって構成されてい
る。
【0004】以下、図9に基づいて、上記従来のUMO
SFETの動作を説明する。ソース電極208を0電位
に、ドレイン電極211を正電位にする。この状態でU
字型ゲート電極200にしきい値以上の正電位を印加す
ると、p型ベース領域204のU字型ゲート電極200
近傍に反転層が形成される。そして電流がドレイン電極
211から高濃度n型半導体基板210、低濃度n型エ
ピタキシャル層209、上記の形成された反転層、およ
び高濃度n型ソース領域201を経由して、ソース電極
208まで流れる。これがUMOSFETがオンする場
合である。
【0005】一方、UMOSFETがオフする場合は、
U字型ゲート電極200にしきい値以下の電位を印加す
る。すると反転層が形成されず、オフ状態になる。この
ようなUMOSFETの構造では、ゲート電極が平面状
に形成されたMOSFETの持つJFET抵抗が存在し
ないことから素子の微細化が可能であり、ひいてはオン
抵抗を低減することができる。なお、上記の例は、ドレ
イン電極がソース電極と反対の面側にある縦型UMOS
FETについて説明したが、ドレイン電極がソース電極
と同一の面側にある横型UMOSFETについても同様
に考えることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のごとき
従来装置においては、図8の平面構造から判るように、
各ソースセル203において、高濃度n型ソース領域2
01の真中に高濃度p型ベースコンタクト領域202が
あり、コンタクト抵抗を増大させないためには、この面
積を小さくすることが困難である。そのため各ソースセ
ルの大きさを小さくするには限度があり、そのため微細
化が制限されて、オン抵抗の低減にも制限がある、とい
う問題があった。
【0007】本発明は、上記のごとき従来の技術の問題
を解決するためになされたものであり、パワーMOSF
ETの特性上重要な課題である、オン抵抗をさらに低減
することの出来る半導体装置を提供することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
な構成をとる。すなわち、請求項1においては、平面形
状において多角形の複数のソース領域が所定の間隔でセ
ル状に配置され、各ソースセル間に前記U字型ゲート電
極が網目状に配置されたU字型ゲートMOSFETにつ
いて、相互に隣合う複数個のソースセルの角部に跨って
ベースコンタクト領域を形成したものである。
【0009】上記の相互に隣合う複数個のソースセルの
角部に跨ってベースコンタクト領域を形成するとは、例
えば、後記図1に示すように、相互に隣合う四角形の4
個のソースセルの角部に跨って共通の1個のベースコン
タクト領域を設けることである。なお、図1の一番端の
部分においては、2個のソースセルに跨って共通の1個
のベースコンタクト領域が設けられる場合もある。ま
た、ソースセルの平面形状は三角形や六角形等、他の多
角形でもよい。また、基本的には1個のソースセルにつ
いて1個所にベースコンタクト領域を設ければよいの
で、図1においては、ソースセル4個について1個のベ
ースコンタクト領域を設けており、1個のソースセルに
ついて重複してベースコンタクト領域を設けてはいな
い。ただし、隣接する全てのソースセルの角部に跨って
重複して設けることもできる。上記の構成は、例えば後
記第1の実施の形態に相当する。
【0010】また、請求項2においては、上記と同様の
U字型ゲートMOSFETであって、多角形の各ソース
セルの各角部にベースコンタクト領域を形成したもので
ある。各ソースセルの各角部にベースコンタクト領域を
形成するとは、例えば後記図5に示すように、ベースコ
ンタクト領域が全てのソースセルの四つの角部分にのみ
形成され、U字型ゲート電極が完全に網目状に形成され
たものである。なお、ソースセルの形状に応じて角の数
は異なってくる。上記の構成は、例えば後記第2の実施
の形態に相当する。
【0011】また、請求項3においては、本発明をソー
ス電極とドレイン電極が半導体基板の同一の面側に形成
された横型UMOSFETに適用したものである。上記
の構成は、例えば後記図3および図4に相当する。
【0012】また、請求項4においては、U字型ゲート
電極の側面は、半導体材料の結晶方位が{100}面に
なるように形成したものである。
【0013】上記のように構成したことにより、本発明
の構造では、複数個のソースセルの各角部に共通のベー
スコンタクト領域を設けるので、単位面積当たりのチャ
ネル幅を大きくすることが出来る。そのため、同一面積
の素子で比較すれば、素子全体としてのチャネル幅が大
きくなり、それによってオン抵抗をさらに低減すること
が出来る。
【0014】また、ソースセルの角部付近は、製造技術
上、円弧状となるので、U字型ゲート電極の側面を{1
00}面になるように形成した四角形のソースセルの場
合、その角部付近では電子の移動度が小さくなり、チャ
ネルの電流経路としてはあまり有効ではない。本発明で
はこの部分にコンタクト領域を設けるので、チャネルと
して効果の少ない部分を有効に活用することが出来、そ
れによって各ソースセルをさらに微細化することが出来
る。
【0015】また、本発明の構造では、ベースコンタク
ト領域がU字型ゲート電極近傍に形成されていることか
ら、サージ電圧印加時にベース抵抗が低減されるので、
サージ電圧が印加された場合にベース領域の電位が上昇
しにくく、したがって寄生バイポーラトランジスタがオ
ンしにくい構造であるため、耐サージ性が向上する。
【0016】また、U字型ゲート電極の側面が{10
0}面になるようにU字型ゲート電極を形成することに
より、電子の移動度が大きい方向にチャネル電流が流れ
るようにU字型ゲート電極を形成することができ、それ
によってオン抵抗を低くすることが出来る。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、UMOSFETの単位
面積当たりのチャネル幅が増大することにより、素子全
体としてのオン抵抗を低減することが出来る。また、ソ
ースセルが四角形でU字型ゲート電極の側面が{10
0}面の場合、電流経路としてあまり有効でない領域を
ベースコンタクト領域として用いることで面積を有効利
用することが出来るので、さらに素子の微細化が可能と
なる。また、高濃度p型ベースコンタクト領域がU字型
ゲート電極近傍に形成されていることから、寄生バイポ
ーラトランジスタがオンしにくい構造であるため、サー
ジ耐量を向上させることができる、等の効果が得られ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
であるUMOSFETのパターン配置を示す平面図、図
2は図1中に示されたA−A’−A”面での断面図であ
る。なお、この実施の形態は請求項1に相当する。
【0019】まず図1に示す平面図について説明する。
四角形のソースセル103が図示のように正方形状に所
定間隔で規則正しく配置されている。隣り合うソースセ
ル103の間にはU字型ゲート電極100が形成されて
いる。また、高濃度p型ベースコンタクト領域102は
隣合うソースセル103の角部に跨って形成されてい
る。すなわち、四角形の4個のソースセルの角部に跨っ
て共通の1個のベースコンタクト領域が設けられてい
る。なお、図1の一番端の部分においては、2個のソー
スセルに跨って共通の1個のベースコンタクト領域が設
けられる場合もある。また、三角形や六角形等のソース
セルの場合にも同様に、相互に隣合う複数のソースセル
の角部に跨って共通のベースコンタクト領域を設ければ
よい。また、基本的には1個のソースセルについて1個
所にベースコンタクト領域を設ければよいので、図1に
おいては、ソースセル4個について1個のベースコンタ
クト領域を設けており、1個のソースセルについて重複
してベースコンタクト領域を設けてはいない。ただし、
隣接する全てのソースセルの角部に跨って重複して設け
ることもできる。
【0020】次に、図2に示す断面図について説明す
る。高濃度n型半導体基板110の第1主面表面に低濃
度n型エピタキシャル層109が形成される。この低濃
度n型エピタキシャル層109表面にはp型ベース領域
104が形成され、p型ベース領域104の表面には高
濃度n型ソース領域101および高濃度p型ベースコン
タクト領域102が形成される。また、高濃度n型ソー
ス領域101とp型ベース領域104を貫通するように
U字型溝が形成され、U字型溝の底面および側面に酸化
膜105が形成され、さらにU字型溝内には多結晶シリ
コン106(他の導電物質でも可)が埋め込まれてい
る。そして多結晶シリコン106の上面には酸化膜10
7が形成されている。これらの酸化膜105、107お
よび多結晶シリコン106によってU字型ゲート電極1
00が形成される。また、n型ソース領域101とp型
ベースコンタクト領域102にはソース電極108が接
続される。また、高濃度n型半導体基板110の第2主
面(裏面側)にはドレイン電極111が形成される。
【0021】上記の構成により以下のような効果があ
る。まず、第1の効果は、従来の技術のように各ソース
セルの中心部に高濃度p型ベースコンタクト領域を形成
する場合よりも単位面積当たりのチャネル幅を大きくす
ることが出来ることである。
【0022】その詳細を以下に説明する。まず、前記図
8に示した従来のパターン配置図において、高濃度p型
ベースコンタクト領域202の幅をa、高濃度n型ソー
ス領域201の幅をb、U字型ゲート電極200の幅を
cとすると、ソースセル1個当たりのチャネル幅W1
面積S1(ソースセルとU字型ゲート電極の面積の和)
はそれぞれ下記のように示される。
【0023】チャネル幅W1=4(a+2b) 面積S1=(a+2b+c)2 したがって単位面積当たりのチャネル幅と面積との比
(W1/S1)は、下記(数1)式に示すようになる。 W1/S1=4(a+2b)/(a+2b+c)2 …(数1) 一方、図1に示した本発明の第1の実施の形態のパター
ン配置において、上記のサイズを対応させると、ソース
セル4個当たりのチャネル幅W2、面積S2は、それぞれ
下記のようになる。
【0024】チャネル幅W2=4(c+8b−a) 面積S2=4(2b+c)2 したがって、単位面積当たりのチャネル幅と面積との比
(W2/S2)は、下記(数2)式に示すようになる。
【0025】 W2/S2=(c+8b−a)/(2b+c)2 …(数2) 上記(数1)式と(数2)式において、例えば、a=
1.5μm、b=1.5μm、c=1.0μmの場合にお
ける単位面積当たりのチャネル幅は、 従来のパターン:0.595μm 本発明のパターン:0.719μm となる。両者を比較すると、 〔(0.719−0.595)/0.595〕×100%
=20.8% となり、本発明においては、単位面積当たりのチャネル
幅が従来に比べて約20%増加することになる。したが
って、同一面積で比較すれば、素子全体のオン抵抗を上
記の分だけ低減することが出来る。
【0026】第2の効果は、本発明のパターン配置では
面積を有効に利用することが出来ることである。通常U
MOSFETでは、オン抵抗を低くするために、電子の
移動度が大きい方向にチャネル電流が流れるようにU字
型ゲート電極を形成する。つまりU字型ゲート電極の側
面が{100}面になるようにU字型ゲート電極を形成
する。しかし、ソースセル角部は製造上、円弧状になる
ため、電子の移動度が小さくなってしまう。つまりこの
領域はチャネルの電流経路としてはあまり有効ではな
い。本発明ではこの部分にコンタクト領域を設けるの
で、チャネルとして効果の少ない部分を有効に活用する
ことが出来、それによって各ソースセルをさらに微細化
することが出来る。
【0027】さらに第3の効果は、本発明により耐サー
ジ性の向上が可能になることである。図2の構造では、
ドレイン電極111−高濃度n型半導体基板110−低
濃度n型エピタキシャル層109−p型ベース領域10
4−高濃度n型ソース領域101で形成される寄生バイ
ポーラトランジスタが存在する。そしてp型ベース領域
104の電位がこの寄生バイポーラトランジスタのベー
ス電位となる。したがってドレイン領域にサージが印加
された場合、ベース抵抗が大きいと寄生バイポーラトラ
ンジスタがオンしてしまい、大電流が流れ、素子が破壊
されてしまう可能性がある。
【0028】図7は、サージが印加された場合における
本発明と従来装置との比較を示す図であり、(a)は本
発明のUMOSFETの断面図(後記図6に相当)、
(b)は従来のUMOSFETの断面図(図9に相当)
を示す。
【0029】どちらの場合もドレイン領域にサージが印
加された場合、U字型ゲート電極近傍には蓄積層が形成
される。(b)に示す従来装置の場合には、サージ電流
はこの蓄積層を通り、p型ベース領域209を経由して
高濃度p型ベースコンタクト領域202、ソース電極2
08へ流れる。一方、(a)に示す本発明の場合には、
高濃度p型ベースコンタクト領域122がU字型ゲート
電極120に接しており、サージ電流はp型ベース領域
内に形成された蓄積層から高濃度p型ベースコンタクト
領域122を通ってソース電極128へ流れる。したが
ってベース領域の電位は、ベース領域の抵抗分が加算さ
れる(b)の場合よりも(a)の場合の方が低くなり、
すなわち寄生バイポーラトランジスタがオンしにくくな
るので、素子が破壊されにくい。
【0030】なお、図7(a)においては、図示の都合
上、後述する本発明第2の実施の形態を示す図6に相当
する図を用いているが、図2の場合においても上記と同
様である。すなわち、図2においては、断面の位置の都
合上、高濃度p型ベースコンタクト領域102がU字型
ゲート電極100から離れた位置に示されているが、図
1から判るように、実際上は高濃度p型ベースコンタク
ト領域102がU字型ゲート電極100の近傍に配置さ
れており、作用効果は上記した図6の場合と同様であ
る。
【0031】また、上記のように本発明第1の実施の形
態では、ソース電極とドレイン電極が半導体基板の反対
の面側に形成された縦型UMOSFETについて説明し
たが、図3および図4に示すようなソース電極とドレイ
ン電極が半導体基板の同一の面側に形成された横型UM
OSFETについても同様の効果がある。
【0032】以下、図3と図4について簡単に説明す
る。図3は本発明を適用した横型のUMOSFETの平
面図、図4は図3のB−B’−B”−B"'断面図であ
る。図3においては、ドレインセルが設けられている点
のみが図1と異なり、他は同じである。また、図4にお
いては、低濃度n型ドレイン領域112、高濃度n型埋
込み領域113、p型半導体基板114、ドレイン電極
115、高濃度n型ドレイン引き出し領域116、高濃
度n型ドレインコンタクト領域117の部分以外は図2
とほぼ同様である。
【0033】次に、図5は本発明第2の実施の形態のパ
ターン配置を示す平面図、図6は図5中のC−C’−
C”断面図である。第1の実施の形態の構成と異なる点
は、高濃度p型ベースコンタクト領域122が全てのソ
ースセルの四角部分にのみ形成されており、U字型ゲー
ト電極120が完全に網目状に形成されている点であ
る。なお、図5および図6において、各符号は下記のも
のを示す。すなわち、120はU字型ゲート電極、12
1は高濃度n型ソース領域、122は高濃度p型ベース
コンタクト領域、123はソースセル、124はp型ベ
ース領域、125はゲート酸化膜、126は多結晶シリ
コン層、127は酸化膜、128はソース電極、129
は低濃度n型ドレイン領域、130は高濃度n型半導体
基板、131はドレイン電極である。
【0034】なお、図5においては、ソースセルが四角
形であり、その四つの角にベースコンタクト領域を設け
た場合を例示したが、ソースセルの形状が三角形や六角
形の場合にもその各角に設ければよい。
【0035】この本発明第2の実施の形態も、第1の実
施の形態と同様に、従来の技術と比較して単位面積当た
りのチャネル幅を大きくとることができるとともに、ソ
ースセルが四角形でU字型ゲート電極の側面が{10
0}面の場合は、電子の移動度の低い領域をベースコン
タクト領域として用いており、面積を有効に用いている
ことから、オン抵抗の低減が可能である。また高濃度p
型ベースコンタクト領域がU字型ゲート電極に接するよ
うに形成されていることから、ベース抵抗を低減するこ
とができ、サージ耐量を向上させることができる。
【0036】また、上記本発明第2の実施の形態におい
ても、本発明第1の実施の形態の場合と同じく、横型U
MOSFETに適用しても同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施の形態のパターン配置を示す
平面図。
【図2】図1におけるA−A’−A”断面図。
【図3】横型UMOSFETに第1の実施の形態を適用
した場合のパターン配置を示す平面図。
【図4】図3のB−B’−B”−B"'断面図。
【図5】本発明第2の実施の形態のパターン配置を示す
平面図。
【図6】図5のC−C’−C”断面図。
【図7】サージ電圧印加時のU字型ゲート電極近傍の電
流経路を示す断面図。
【図8】従来技術におけるパターン配置を示す平面図。
【図9】図8のD−D’断面図。
【符号の説明】
100…U字型ゲート電極 101…高濃度n
型ソース領域 102…高濃度p型ベースコンタクト領域 103…ソースセル 104…p型ベー
ス領域 105…ゲート酸化膜 106…多結晶シ
リコン層 107…酸化膜 108…ソース電
極 109…低濃度n型ドレイン領域 110…高濃度n
型半導体基板 111…ドレイン電極 112…低濃度n
型ドレイン領域 113…高濃度n型埋込み領域 114…p型半導
体基板 115…ドレイン電極 116…高濃度n
型ドレイン引き出し領域 117…高濃度n型ドレインコンタクト領域 120…U字型ゲート電極 121…高濃度n
型ソース領域 122…高濃度p型ベースコンタクト領域 123…ソースセル 124…p型ベー
ス領域 125…ゲート酸化膜 126…多結晶シ
リコン層 127…酸化膜 128…ソース電
極 129…低濃度n型ドレイン領域 130…高濃度n
型半導体基板 131…ドレイン電極 200…U字型ゲ
ート電極 201…高濃度n型ソース領域 202…高濃度p
型ベースコンタクト領域 203…ソースセル 204…p型ベー
ス領域 205…ゲート酸化膜 206…多結晶シ
リコン層 207…酸化膜 208…ソース電
極 209…低濃度n型ドレイン領域 210…高濃度n
型半導体基板 211…ドレイン電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型のドレイン領域となる半導体基
    体と、前記半導体基体の第1主面表面に形成された第2
    導電型のベース領域と、前記ベース領域表面に形成され
    た第1導電型のソース領域および第2導電型のベースコ
    ンタクト領域と、前記ソース領域と前記ベース領域を貫
    通して形成されたU字型溝の底面および側面に酸化膜が
    形成され、かつ前記U字型溝に導電物質を埋め込んで形
    成されたU字型ゲート電極と、前記ソース領域と前記ベ
    ースコンタクト領域とに接続されたソース電極と、前記
    半導体基体に接続されたドレイン電極と、を有し、か
    つ、平面形状において多角形のソース領域が所定の間隔
    でセル状に配置され、各ソースセル間に前記U字型ゲー
    ト電極が網目状に配置されたU字型ゲートMOSFET
    であって、 前記ベースコンタクト領域が、相互に隣合う複数個のソ
    ースセルの角部に跨って形成されたことを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】第1導電型のドレイン領域となる半導体基
    体と、前記半導体基体の第1主面表面に形成された第2
    導電型のベース領域と、前記ベース領域表面に形成され
    た第1導電型のソース領域および第2導電型のベースコ
    ンタクト領域と、前記ソース領域と前記ベース領域を貫
    通して形成されたU字型溝の底面および側面に酸化膜が
    形成され、かつ前記U字型溝に導電物質を埋め込んで形
    成されたU字型ゲート電極と、前記ソース領域と前記ベ
    ースコンタクト領域とに接続されたソース電極と、前記
    半導体基体に接続されたドレイン電極と、を有し、か
    つ、平面形状において多角形のソース領域が所定の間隔
    でセル状に配置され、各ソースセル間に前記U字型ゲー
    ト電極が網目状に配置されたU字型ゲートMOSFET
    であって、 前記各ソースセルの各角部に前記ベースコンタクト領域
    を形成したことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】前記U字型ゲートMOSFETは、ソース
    電極とドレイン電極が半導体基板の同一の面側に形成さ
    れた横型UMOSFETであることを特徴とする請求項
    1または請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記U字型ゲート電極の側面は半導体材料
    の結晶方位が{100}面になるように形成されたこと
    を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の半
    導体装置。
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