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JP2004349384A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2004349384A
JP2004349384A JP2003143286A JP2003143286A JP2004349384A JP 2004349384 A JP2004349384 A JP 2004349384A JP 2003143286 A JP2003143286 A JP 2003143286A JP 2003143286 A JP2003143286 A JP 2003143286A JP 2004349384 A JP2004349384 A JP 2004349384A
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mosfet
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JP2003143286A
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Toshiki Taniguchi
豪紀 谷口
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】ゲート電極パッドの回りに要する面積が少なく、MOSFET形成領域の面積が広く、縦型MOSFETの形成数を増加させて半導体装置の低オン抵抗化を図った半導体装置を提供する。
【解決手段】複数のMOSFET25が形成されてなる方形状のN型の半導体基板21と、MOSFET25の各ポリシリコンゲート電極31が接続されたゲート電極パッド38と、MOSFET形成領域24上を覆うように設けられたソース配線37と、半導体基板21の周縁部に沿って設けられた基準電位配線39と、ソース配線37の周縁部に沿うように設けられると共に、ソース配線37に接続するよう半導体基板21上部に形成されたP型領域32を備えるもので、ゲート電極パッド38が、方形状をなし、MOSFET形成領域24の方形状に切り欠いた部分の外方であって、かつ基準電位配線39よりも内方側となる半導体基板21の隅角部分に、隣接する2辺がソース配線37の周縁部分に対向するよう設けられている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に複数の縦型MOSFETを設けてなる半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の通り、半導体基板上に複数の縦型MOSFETを配置し、各ソース電極、ゲート電極をそれぞれ並列接続し、ソース配線、ゲート電極パッドに接続すると共に、半導体基板の下面部分にドレイン電極を設けて1つの半導体装置として形成したものがある。そして、このような半導体装置は、例えばゲート電極パッド近傍の構成が図5及び図6にそれぞれ要部の平面図、要部の縦断面図を示すようなものとなっている。
【0003】
以下、図5及び図6において、1は方形状をなす半導体基板で、この半導体基板1上には、例えばLS/LG=6μm、すなわち6μmのデザインルールで形成された縦型MOSFET2が複数設けられている。半導体基板1は、N型基板3上にN型エピタキシャル層4を形成してなるもので、縦型MOSFET2が形成されているMOSFET形成領域5の内方部分に、ゲート電極パッド形成領域6が設けられた構成となっている。そして、半導体基板1のN型エピタキシャル層4上部の基板周縁部分には、基板周縁に沿ってN型領域7が設けられている。
【0004】
また、N型エピタキシャル層4の上部には、MOSFET形成領域5内のソース領域を形成する部分と、ゲート電極パッド形成領域6を囲む部分、さらにN型領域7より内方側の基板周縁に沿った部分にP型領域8が設けられており、MOSFET形成領域5内のP型領域8内上部にはN型ソース領域9が設けられている。またMOSFET形成領域5のN型エピタキシャル層4とP型領域8、N型ソース領域9の上には、ゲート絶縁膜10が設けられ、さらに、ゲート絶縁膜10の上には、例えば幅LGが6μmのポリシリコンゲート電極11が設けられている。なお、半導体基板1上面における隣接するN型ソース領域9間の開口幅LSは6μmとなっている。
【0005】
一方、ゲート電極パッド形成領域6部分には、これを囲むP型領域8及び基板周縁部分のP型領域8の内上部に、P型領域12がMOSFET2のソースと接続して耐圧安定化を図るよう設けられており、またゲート電極パッド形成領域6のN型エピタキシャル層4及びこれを囲むP型領域8、P型領域12の上面上、さらに基板周縁に沿って設けられたP型領域8とP型領域12の上面上には、シリコン酸化膜13が設けられている。また、このゲート電極パッド形成領域6のシリコン酸化膜13の上には、ポリシリコンで形成され、各MOSFET2のポリシリコンゲート電極11が図示しない配線によって接続されたゲート電極部14が設けられている。
【0006】
さらに、各MOSFET2のポリシリコンゲート電極11の上面部及び側部と、ゲート電極部14の上面部及び側部、基板周縁に設けられたシリコン酸化膜13の上面部及び側部には、これらを覆うように絶縁膜15が設けられている。またゲート電極部14の上面部の絶縁膜15には、ゲート電極部14の上面が露出する導通開口16が形成されている。
【0007】
また、各縦型MOSFET2の上方、及びMOSFET形成領域5のゲート電極パッド形成領域6を囲む部分とN型領域7より内方側の基板周縁に沿った部分のP型領域8の上方を覆うと共に、ゲート電極部14の上面部及び側部に設けられた絶縁膜15の一部分を覆うようにして、Al製のソース配線17が設けられている。さらに、導通開口16を埋め込むようにしてゲート電極部14の上面部に成層された絶縁膜15上に、例えば一辺が300μmの方形状のAl製ゲート電極パッド18が設けられている。またさらに、基板周縁部分のN型領域7上には、例えば幅が30μmの表面電位安定化のためのAl製基準電位配線19が設けられている。
【0008】
しかしながら上記の従来技術においては、ゲート電極パッド18の回りに要する面積が大きくなってしまい、MOSFET形成領域5の面積が少なくなってしまう。このため、MOSFET形成領域5に形成する縦型MOSFET2の形成数が減り、複数のMOSFET2を並列接続して構成される半導体装置としてのオン抵抗が高いものとなって、装置のオン特性を向上させることが難しいものとなっていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところはゲート電極パッドの回りに要する面積を少なくしてMOSFET形成領域の面積を広げるようにし、縦型MOSFETの形成数を増加させ、半導体装置の低オン抵抗化を図り、オン抵抗特性を向上させた半導体装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、複数のMOSFETが形成されてなる第1導電型半導体基板と、前記MOSFETの各ゲート電極が接続されたゲート電極パッドと、前記MOSFETの形成領域上を覆うように設けられたソース配線と、前記半導体基板の周縁部に沿って設けられた基準電位配線と、前記ソース配線の周縁部に沿うように設けられると共に、前記ソース配線に接続するよう前記半導体基板上部に形成された第2導電型領域を備える半導体装置において、前記ゲート電極パッドが、前記MOSFETの形成領域外であって、かつ前記基準電位配線よりも内方側となる前記半導体基板の端部分に設けられていることを特徴とするものであり、
さらに、前記基準電位配線は、前記ゲート電極パッドに沿った部分の配線幅が、それ以外の部分の配線幅よりも狭幅に形成されていることを特徴とするものであり、
さらに、前記半導体基板と前記ゲート電極パッドとは方形状をなすもので、前記ゲート電極パッドは、前記半導体基板の隅角部分に設けられていることを特徴とするものであり、
さらに、前記ゲート電極パッドは、隣接する2辺が前記ソース配線の周縁部に対向し、残りの2辺が前記基準電位配線に対向するよう設けられていることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0012】
先ず第1の実施形態を図1乃至図3により説明する。図1は要部の平面図であり、図2は要部の縦断面図であり、図3はオン抵抗を示す特性図である。
【0013】
図1乃至図3において、21は方形状をなす半導体基板で、この半導体基板21は、例えばAs(ひ素)が添加された所定の固有抵抗値を有するN型シリコン基板22上に、例えばP(りん)が添加された所定の固有抵抗値を有するN型エピタキシャル層23を成層して形成されている。そして、半導体基板21上には、その内方側部分に、例えば1つの隅角部分を方形状に切り欠くようにしてMOSFET形成領域24が設けられており、このMOSFET形成領域24には、複数の縦型MOSFET25が、例えばLS/LG=6μm、すなわちソース開口長及びゲート長がそれぞれ6μmのデザインルールで形成されている。また半導体基板21には、そのN型エピタキシャル層23上部の基板周縁部分に、N型領域26が基板周縁に沿って縁取るように設けられている。
【0014】
またさらに、半導体基板21には、隅角部分が方形状に切り欠かれているMOSFET形成領域24の他に、MOSFET形成領域24が方形状に切り欠かれている隅角部分に、MOSFET形成領域24よりも外方側で、N型領域26よりも内方側となる部分に、略方形状をなすゲート電極パッド形成領域27が設けられている。なお、ゲート電極パッド形成領域27は、その隣接する2辺が略等間隔を置いてMOSFET形成領域24の切り欠いた部分の縁部分に対向し、残りの2辺が同様に略等間隔を置いて半導体基板21の対応する隅角部分の2つの辺に平行となるように設けられている。
【0015】
また、N型エピタキシャル層23の上部には、MOSFET形成領域24内のMOSFET25のソース領域を形成する部分と、ゲート電極パッド形成領域27の2辺に対向するMOSFET形成領域24の切り欠いた部分の縁部分、さらにゲート電極パッド形成領域27の残りの2辺に対応していないN型領域26より内方側の基板周縁に沿った部分に、P型領域28が設けられている。さらに、MOSFET形成領域24内のソース領域を形成する部分に形成されたP型領域28内上部には、縦型MOSFET25のN型ソース領域29が設けられている。
【0016】
また、MOSFET形成領域24のN型エピタキシャル層23とP型領域28、N型ソース領域29の上に、例えば厚さ25nmの熱酸化膜でなるゲート絶縁膜30が設けられ、さらに、ゲート絶縁膜30の上には、例えば幅LGが6μmのポリシリコンゲート電極31が、CVD法等を用いてポリシリコンを500nmの厚さに堆積させることによって設けられている。なお、半導体基板21上面における隣接するN型ソース領域29間の開口幅LSは6μmとなっている。
【0017】
またさらに、ゲート電極パッド形成領域27の2辺に対向するMOSFET形成領域24の縁部分に設けられたP型領域28と、ゲート電極パッド形成領域27の残りの2辺に対応していない基板周縁に沿った部分に設けられたP型領域28の内上部に、例えばイオン注入法によりボロン(B)を40keVで打込み、不純物濃度が2×1015/cmであるP型領域32が設けられている。なお、このP型領域32にMOSFET25のソースが接続するよう設けられて、耐圧安定化が図られる。またゲート電極パッド形成領域27部分には、N型エピタキシャル層23及びこれを囲むP型領域28の上面の一部、P型領域32の上面の一部、さらに、基板周縁に沿って設けられたN型領域26の上面の一部上に、シリコン酸化膜33が設けられている。
【0018】
そして、ゲート電極パッド形成領域27のシリコン酸化膜33の上には、ポリシリコンで形成され、各MOSFET25のポリシリコンゲート電極31が接続されたゲート電極部34が設けられている。またゲート電極部34の上面部及び側部と、各MOSFET25のポリシリコンゲート電極31の上面部及び側部、シリコン酸化膜33の側部には、これらを覆うように絶縁膜35が設けられている。さらにゲート電極部34の上面部に設けられた絶縁膜35には、ゲート電極部34の上面が露出する導通開口36が形成されている。
【0019】
また、上記の通り各形成されたMOSFET形成領域24の上、すなわち、各縦型MOSFET25の上方と、MOSFET形成領域24のゲート電極パッド形成領域27の2辺に対向するMOSFET形成領域24の縁部分に設けられたP型領域28の上方と、ゲート電極部34の上面部及び側部に設けられた絶縁膜35の一部分とを覆うように、Al製のソース配線37が設けられている。さらに、導通開口36を埋め込むようにしてゲート電極部34の上面部に成層された絶縁膜35上には、例えば一辺が300μmの方形状のAl製ゲート電極パッド38がゲート電極部34に導通するように設けられている。またさらに、基板周縁部分のN型領域26上と、ゲート電極部34の周縁上面部及び側部に設けられた絶縁膜35の上には、これらを覆うように、例えば幅が30μmの表面電位安定化のためのAl製基準電位配線39が設けられている。
【0020】
このように構成することで、ゲート電極パッド38の近傍でMOSFET形成領域24を拡大することができ、これにより、MOSFET形成領域24に形成できるMOSFET25の形成数を増やすことができ、複数のMOSFET25でなる半導体装置のオン抵抗を低下させることができる。例えばLS/LG=6μmの6μmのデザインルールでMOSFET25を形成し、ゲート電極パッド38を1辺が300μmとしたものでは、従来のものよりも、約24000μmだけMOSFET形成領域24の面積を増加させることができ、MOSFET25を約200セル増やすことができる。この結果、図3に発明1で示すように、従来は80mΩであったオン抵抗を、76mΩと低いものとすることができ、オン抵抗特性を5%向上させることができる。
【0021】
次に、第2の実施形態を図4により説明する。図4は要部の平面図である。なお、本実施形態は、基板周縁部分に設ける表面電位安定化のための基準電位配線のパターンにおいて、上記第1の実施形態と構成を異にするのみで、他の構成を略同じとするものであるため、第1の実施形態と同一部分には、図4に示していない部分についても同一符号を付して説明を省略し、第1の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【0022】
図4において、41は方形状をなす半導体基板で、この半導体基板41は、N型シリコン基板22上にN型エピタキシャル層23を成層して形成されている。そして、半導体基板41上には、その内方側部分に、例えば1つの隅角部分を方形状に切り欠くようにしてMOSFET形成領域42が設けられており、このMOSFET形成領域42には、複数の縦型MOSFET25が、例えばLS/LG=6μmデザインルールで形成されている。また半導体基板41には、そのN型エピタキシャル層23上部の基板周縁部分に、N型領域43が基板周縁に沿って縁取るように設けられている。
【0023】
またさらに、半導体基板41には、隅角部分が方形状に切り欠かれているMOSFET形成領域42の他に、MOSFET形成領域42が方形状に切り欠かれている隅角部分に、MOSFET形成領域42よりも外方側で、N型領域43よりも内方側となる部分に、略方形状をなすゲート電極パッド形成領域27が設けられている。なお、ゲート電極パッド形成領域27は、その隣接する2辺が略等間隔を置いてMOSFET形成領域42の切り欠いた部分の縁部分に対向し、残りの2辺が同様に略等間隔を置いて半導体基板41の対応する隅角部分の2つの辺に平行となるように設けられている。なおまた、基板周縁部分に設けられたN型領域43は、図示しないがゲート電極パッド形成領域27の2辺に対応する部分の幅が、他の基板周縁を縁取っている部分よりも狭幅に形成されている。
【0024】
また、N型エピタキシャル層23の上部には、MOSFET形成領域42内のMOSFET25のソース領域を形成する部分と、ゲート電極パッド形成領域27の2辺に対向するMOSFET形成領域42の切り欠いた部分の縁部分、さらにゲート電極パッド形成領域27の残りの2辺に対応していないN型領域43より内方側の基板周縁に沿った部分に、P型領域28が設けられている。さらに、MOSFET形成領域42内のソース領域形成部分のP型領域28内上部には、縦型MOSFET25のN型ソース領域29が設けられている。
【0025】
また、MOSFET形成領域42のN型エピタキシャル層23とP型領域28、N型ソース領域29の上にゲート絶縁膜30が設けられ、ゲート絶縁膜30の上には、例えば幅LGが6μmのポリシリコンゲート電極31が設けられている。なお、半導体基板21上面における隣接するN型ソース領域29間の開口幅LSは6μmとなっている。
【0026】
またさらに、ゲート電極パッド形成領域27の2辺に対向するMOSFET形成領域42の縁部分に設けられたP型領域28と、ゲート電極パッド形成領域27の残りの2辺に対応していない基板周縁に沿った部分に設けられたP型領域28の内上部に、例えばイオン注入法によりボロン(B)を40keVで打込み、不純物濃度が2×1015/cmであるP型領域44が設けられている。なお、このP型領域44にMOSFET25のソースが接続するよう設けられて、耐圧安定化が図られる。またゲート電極パッド形成領域27部分には、N型エピタキシャル層23及びこれを囲むP型領域28の上面の一部、P型領域44の上面の一部、さらに、基板周縁に沿って設けられたN型領域43の上面の一部上に、シリコン酸化膜33が設けられている。
【0027】
そして、ゲート電極パッド形成領域27のシリコン酸化膜33の上には、ポリシリコンで形成され、各MOSFET25のポリシリコンゲート電極31が接続されたゲート電極部34が設けられている。またゲート電極部34の上面部及び側部と、各MOSFET25のポリシリコンゲート電極31の上面部及び側部、シリコン酸化膜33の側部には、これらを覆うように絶縁膜35が設けられている。さらにゲート電極部34の上面部に設けられた絶縁膜35には、ゲート電極部34の上面が露出する導通開口36が形成されている。
【0028】
また、上記の通り各形成されたMOSFET形成領域42の上、すなわち、各縦型MOSFET25の上方と、MOSFET形成領域42のゲート電極パッド形成領域27の2辺に対向するMOSFET形成領域42の縁部分に設けられたP型領域28の上方と、ゲート電極部34の上面部及び側部に設けられた絶縁膜35の一部分とを覆うように、Al製のソース配線45が設けられている。さらに、導通開口36を埋め込むようにしてゲート電極部34の上面部の絶縁膜35上には、例えば一辺が300μmの方形状のAl製ゲート電極パッド38がゲート電極部34に導通するように設けられている。
【0029】
またさらに、基板周縁部分のN型領域43上と、ゲート電極部34の周縁上面部及び側部に設けられた絶縁膜35の上には、これらを覆うように、例えばゲート電極パッド形成領域27の2辺に対応していない基板周縁に沿った部分の幅を30μm、ゲート電極パッド形成領域27の2辺に対応する部分の幅を15μmと半減させて、表面電位安定化のためのAl製基準電位配線46が設けられている。なお、N型領域43については、基準電位配線46の幅寸法に対応して、その形成寸法が決められ、N型エピタキシャル層23の上部に基板周縁を縁取るよう形成される。
【0030】
このように構成することで、ゲート電極パッド38の近傍でMOSFET形成領域42を、さらに拡大することができ、これにより、MOSFET形成領域42に形成できるMOSFET25の形成数を増やすことができ、複数のMOSFET25でなる半導体装置のオン抵抗を低下させることができる。例えばLS/LG=6μmの6μmのデザインルールでMOSFET25を形成し、ゲート電極パッド38を1辺が300μmとしたものでは、従来のものよりも、約30000μmだけMOSFET形成領域42の面積を増加させることができ、MOSFET25を約250セル増やすことができる。この結果、図3に発明2で示すように、従来は80mΩであったオン抵抗を、75mΩと低いものとすることができ、オン抵抗特性を6%向上させることができる。
【0031】
なお、上記の各実施形態では、ゲート電極パッド38を半導体基板21,41の隅角部分に設けるようにしたが、半導体基板21,41の周縁部分に、1辺が沿うよう設けるようにしても、上記の各実施形態で得られるほどではないが、オン抵抗特性を向上させることができる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ゲート電極パッドの回りに要する面積を少なくなり、MOSFET形成領域の面積が増大して縦型MOSFETの形成数が増加し、半導体装置のオン抵抗を低下させることができ、オン抵抗特性を向上させることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す要部の平面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態における要部の縦断面図である。
【図3】本発明の実施形態におけるオン抵抗を示す特性図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を示す要部の平面図である。
【図5】従来技術を示す要部の平面図である。
【図6】従来技術における要部の縦断面図である。
【符号の説明】
21,41…半導体基板
24,42…MOSFET形成領域
25…MOSFET
31…ポリシリコンゲート電極
32,44…P型領域
37,45…ソース配線
38…ゲート電極パッド
39,46…基準電位配線

Claims (4)

  1. 複数のMOSFETが形成されてなる第1導電型半導体基板と、前記MOSFETの各ゲート電極が接続されたゲート電極パッドと、前記MOSFETの形成領域上を覆うように設けられたソース配線と、前記半導体基板の周縁部に沿って設けられた基準電位配線と、前記ソース配線の周縁部に沿うように設けられると共に、前記ソース配線に接続するよう前記半導体基板上部に形成された第2導電型領域を備える半導体装置において、前記ゲート電極パッドが、前記MOSFETの形成領域外であって、かつ前記基準電位配線よりも内方側となる前記半導体基板の端部分に設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記基準電位配線は、前記ゲート電極パッドに沿った部分の配線幅が、それ以外の部分の配線幅よりも狭幅に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記半導体基板と前記ゲート電極パッドとは方形状をなすもので、前記ゲート電極パッドは、前記半導体基板の隅角部分に設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記ゲート電極パッドは、隣接する2辺が前記ソース配線の周縁部に対向し、残りの2辺が前記基準電位配線に対向するよう設けられていることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
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