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JP2005311052A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2005311052A JP2004125600A JP2004125600A JP2005311052A JP 2005311052 A JP2005311052 A JP 2005311052A JP 2004125600 A JP2004125600 A JP 2004125600A JP 2004125600 A JP2004125600 A JP 2004125600A JP 2005311052 A JP2005311052 A JP 2005311052A
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直樹 熊谷
Yuichi Harada
祐一 原田
Yoshihiro Ikura
巧裕 伊倉
Morio Iwamizu
守生 岩水
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Abstract

【課題】高ESD耐量を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】点在させたpコンタクト領域13を介してソース電極18とpエピタキシャル層2を電気的に接続し、pエピタキシャル層2の縦方向抵抗Repi1を高め、ソース領域5からソース電極18、点在させたpコンタクト領域13、pエピタキシャル層2、p基板1を経由して流れる電流55、57の経路抵抗を高めることで、被保護素子であるMOSFETに流れる電流53を抑制し、保護素子であるVZDの電流52を増大させることでMOSFETのESD耐量を高める。
【選択図】 図1
A semiconductor device having high ESD tolerance is provided.
A source electrode is electrically connected to a p epitaxial layer through interspersed p contact regions, and a longitudinal resistance Repi1 of the p epitaxial layer is increased. By increasing the path resistance of the currents 55 and 57 that flow through the interspersed p contact regions 13, the p epitaxial layer 2, and the p substrate 1, the current 53 that flows in the MOSFET that is the protected element is suppressed, and the protective element By increasing the current 52 of VZD, the ESD tolerance of the MOSFET is increased.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、半導体素子や回路を静電気による過電圧破壊から保護する半導体保護素子を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor protection element that protects semiconductor elements and circuits from overvoltage breakdown due to static electricity.

パワーICに求められている特性の一つにESD(Electro Static Discharge)破壊耐量がある。特に自動車分野等では、電荷を帯びた人や物が接触するので、このESD破壊耐量は非常に重要である。
このESD破壊耐量を向上させるために、ESD電圧が印加されたときに、スイッチング素子自体に形成される寄生サイリスタを動作させる方法が報告されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。また、スイッチング素子と並列にツェナーダイオードなどの半導体保護素子を同一半導体基板に形成する方法がある。この半導体保護素子を形成してESD破壊耐量を向上する方法について説明する。
図10は、従来の半導体装置の要部平面図である。被保護素子であるMOSFETと半導体保護素子である縦型ツェナーダイオード(以下、VZDと称す)と回路部が集積形成された半導体チップ31を銅ベース20に固着する。MOSFETのソース電極18の一部であるソースパッド21と銅ベース20の一部である外部導出端子20bをワイヤ36で接続し、ドレイン/カソード電極17と外部導出端子20aをワイヤ35で接続し、ゲートパッド34と外部導出端子20cをワイヤ37で接続する。銅ベース20と外部導出端子20a、20cはモールド樹脂で固定する。ESD試験回路を構成する場合、外部導出端子20b、20cはGND(グランド)と接続し、外部導出端子20aはESD試験回路を構成する主回路インダクタ39と接続する。
One of the characteristics required for power ICs is ESD (Electro Static Discharge) breakdown resistance. Particularly in the automobile field and the like, charged people and objects come into contact with each other, so this ESD breakdown resistance is very important.
In order to improve the ESD breakdown tolerance, a method of operating a parasitic thyristor formed in the switching element itself when an ESD voltage is applied has been reported (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). There is also a method of forming a semiconductor protection element such as a Zener diode in parallel with the switching element on the same semiconductor substrate. A method for improving the ESD breakdown tolerance by forming this semiconductor protective element will be described.
FIG. 10 is a plan view of an essential part of a conventional semiconductor device. A semiconductor chip 31 in which a MOSFET, which is a protected element, a vertical Zener diode (hereinafter referred to as VZD), which is a semiconductor protective element, and a circuit portion are integrated is fixed to the copper base 20. The source pad 21 which is a part of the source electrode 18 of the MOSFET and the external lead-out terminal 20b which is a part of the copper base 20 are connected by a wire 36, the drain / cathode electrode 17 and the external lead-out terminal 20a are connected by a wire 35, The gate pad 34 and the external lead-out terminal 20 c are connected by a wire 37. The copper base 20 and the external lead-out terminals 20a and 20c are fixed with mold resin. When configuring an ESD test circuit, the external lead terminals 20b and 20c are connected to GND (ground), and the external lead terminal 20a is connected to a main circuit inductor 39 constituting the ESD test circuit.

ワイヤ36、銅ベース20、主回路インダクタ39のそれぞれのインダクタンスはLmos、Lvzd、Ldである。
図11は、従来の半導体装置の要部断面図である。この半導体装置は、半導体保護素子であるVZDと被保護素子であるMOSFETを同一半導体基板に集積したものである。VZDをMOSFETと電気的に並列接続することで、MOSFETのESD破壊を防止し、半導体装置のESD破壊耐量を改善させる。
被保護素子であるMOSFETにおいて、300μm程度の厚いp基板1(不純物濃度が1×1018cm-3〜1×1019cm-3のオーダー)上にpエピタキシャル層2(不純物濃度が1×1015cm-3程度、厚みが15μm程度)を形成し、このpエピタキシャル層2の表面層にnウェル領域3(不純物濃度が1×1015cm-3〜1×1016cm-3程度、厚みが2μm〜5μm程度)を形成し、このnウェル領域3の表面層にpウェル領域4(不純物濃度が1×1015cm-3〜1×1017cm-3、厚みが1μm〜2μm程度)を形成する。
The inductances of the wire 36, the copper base 20, and the main circuit inductor 39 are Lmos, Lvzd, and Ld, respectively.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a conventional semiconductor device. In this semiconductor device, VZD as a semiconductor protective element and MOSFET as a protected element are integrated on the same semiconductor substrate. By electrically connecting the VZD and the MOSFET in parallel, the ESD breakdown of the MOSFET is prevented and the ESD breakdown tolerance of the semiconductor device is improved.
In a MOSFET which is a protected element, a p epitaxial layer 2 (impurity concentration of 1 × 10 6) is formed on a p-type substrate 1 (impurity concentration of the order of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) having a thickness of about 300 μm. about 15 cm -3, thickness to form a about 15 [mu] m), n-well region 3 (impurity concentration 1 × 10 15 cm -3 ~1 × 10 16 cm -3 about the surface layer of the p epitaxial layer 2, the thickness Are formed on the surface layer of the n-well region 3 (impurity concentration is 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 , thickness is about 1 μm to 2 μm). Form.

pウェル領域4の表面層にnソース領域5(不純物濃度が1×1018cm-3〜1×1019cm-3のオーダー)とnオフセット領域6(不純物濃度が1×1017cm-3〜1×1018cm-3のオーダー)を形成し、nオフセット領域6の表面層にnドレイン領域7(不純物濃度が1×1018cm-3〜1×1019cm-3のオーダー)を形成し、nソース領域5上、nドレイン領域7上にソース電極18とドレイン/カソード電極17を形成する。nオフセット領域6上にはLOCOS酸化膜8を形成する。nソース領域5とnオフセット領域6に挟まれたpウェル領域4上に数十nm厚みのゲート酸化膜14を介してポリシリコンのゲート電極15を形成する。pエピタキシャル層2の表面層に高濃度のpコンタクト領域13を形成し、pウェル領域4の表面層にpコンタクト領域11を形成し、nソース領域5上とpコンタクト領域13上およびpコンタクト領域11上にソース電極18を延在させる。nウェル領域3の表面層にnコンタクト領域12を形成し、nコンタクト領域12上にドレイン/カソード電極17を延在させる。p基板1の裏面に裏面電極19を形成し、裏面電極19と銅ベース20を固着する。 An n source region 5 (impurity concentration is on the order of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) and an n offset region 6 (impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 ) are formed on the surface layer of the p well region 4. ˜1 × 10 18 cm −3 ) and an n drain region 7 (impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) is formed on the surface layer of the n offset region 6. The source electrode 18 and the drain / cathode electrode 17 are formed on the n source region 5 and the n drain region 7. A LOCOS oxide film 8 is formed on the n offset region 6. A polysilicon gate electrode 15 is formed on the p well region 4 sandwiched between the n source region 5 and the n offset region 6 through a gate oxide film 14 having a thickness of several tens of nm. A high-concentration p-contact region 13 is formed on the surface layer of the p epitaxial layer 2, a p-contact region 11 is formed on the surface layer of the p-well region 4, and the n-source region 5, the p-contact region 13, and the p-contact region A source electrode 18 is extended on the substrate 11. An n contact region 12 is formed on the surface layer of the n well region 3, and a drain / cathode electrode 17 is extended on the n contact region 12. A back electrode 19 is formed on the back surface of the p substrate 1, and the back electrode 19 and the copper base 20 are fixed.

一方、半導体保護素子であるVZDにおいて、pエピタキシャル層2の表面層に深いnカソード領域9を形成し、nカソード領域9の表面層に高濃度のnコンタクト領域10を形成し、nコンタクト領域10上にドレイン/カソード電極17を延在させる。p基板1とpエピタキシャル層2とnカソード領域9でVZDが形成される。pコンタクト領域13は、pエピタキシャル層2の電位を安定させるため必要である。また、pエピタキシャル層2がVZDのアノード領域となる。
ESD試験時には、ソース電極18はワイヤ36を介してGNDと接続し、ゲート電極15は図示しないゲートパッド34を介してワイヤ37でGNDと接続し、ドレイン/カソード電極17は図示しないワイヤ39とESD試験回路40を構成する主回路インダクタ35と接続し、銅ベース20はGNDと接続する。
On the other hand, in VZD which is a semiconductor protection element, a deep n cathode region 9 is formed in the surface layer of the p epitaxial layer 2, a high concentration n contact region 10 is formed in the surface layer of the n cathode region 9, and the n contact region 10 A drain / cathode electrode 17 is extended thereon. VZD is formed by p substrate 1, p epitaxial layer 2 and n cathode region 9. The p contact region 13 is necessary for stabilizing the potential of the p epitaxial layer 2. Also, the p epitaxial layer 2 becomes the anode region of VZD.
During the ESD test, the source electrode 18 is connected to GND via a wire 36, the gate electrode 15 is connected to GND via a wire pad 34 (not shown), and the drain / cathode electrode 17 is connected to the wire 39 (not shown) with an ESD. The copper base 20 is connected to the GND while the main circuit inductor 35 constituting the test circuit 40 is connected.

前記のpエピタキシャル層2の電位を安定させる働きをするpコンタクト領域13の面積は広く、このpコンタクト領域13直下のpエピタキシャル層2の縦方向抵抗Repi0は、通常1Ω程度に設計される。
VZDのブレークダウン電圧値は、少なくとも並列接続されたMOSFETのブレークダウン電圧値よりも低くなるように設計する。
図12は、図11のMOSFETとVZDの等価回路およびESD試験回路を示す図である。ESD試験回路は、Contact Discharge Modeを模擬したESD試験のための回路である。
VZDのカソードとMOSFETのドレインを接続し、MOSFETのソースと、pエピタキシャル層の縦方向抵抗であるRepi0およびインダクタンスLmosのワイヤ36(ソース配線)と接続する。Repi0とVZDのアノードは接続し、さらにインダクタンスLvzdの銅ベース20と接続し、ワイヤ36は図示しない外部導出端子20bを介してGNDと接続し、銅ベース20は図示しない外部導出端子20bを介してGNDと接続する。
The area of the p contact region 13 that serves to stabilize the potential of the p epitaxial layer 2 is large, and the vertical resistance Repi0 of the p epitaxial layer 2 immediately below the p contact region 13 is normally designed to be about 1Ω.
The breakdown voltage value of VZD is designed to be at least lower than the breakdown voltage value of the MOSFETs connected in parallel.
FIG. 12 is a diagram showing an equivalent circuit of the MOSFET and VZD of FIG. 11 and an ESD test circuit. The ESD test circuit is a circuit for an ESD test that simulates the Contact Discharge Mode.
The cathode of the VZD and the drain of the MOSFET are connected, and the source of the MOSFET is connected to the wire 36 (source wiring) of Repi0 and the inductance Lmos which are the longitudinal resistances of the p epitaxial layer. The anodes of Repi0 and VZD are connected, further connected to the copper base 20 of inductance Lvzd, the wire 36 is connected to GND via an external lead terminal 20b (not shown), and the copper base 20 is connected via an external lead terminal 20b (not shown). Connect to GND.

MOSFETのゲートはゲート抵抗Rgと接続し、RgはインダクタンスLgのワイヤ37を介してGNDと接続する。VZDのカソードおよびMOSFETのドレインはESD試験回路40のインダクタンスLdの主回路インダクタ39と接続する。ESD試験回路40は、主回路インダクタ39と制限抵抗ResdとスイッチSWとESD電圧に充電された主回路コンデンサCesdで構成され、CesdはGNDと接続する。スイッチSWを閉じることで、VZDとMOSFETにESD電圧が印加される。
図11、図12を用いてESD試験時の様子を説明する。ESDのような急峻なdV/dtの過電圧がMOSFETのドレイン−ソース間に印加されると、この急峻なdV/dtによりMOSFETに電流54(この電流は変位電流(Idis=C×dV/dt C:MOSFETのnオフセット領域6とpウェル領域4のpn接合容量)である)がnソース領域5に向かって流れる。このとき、ゲート容量(ゲート電極15とpウェル領域4の間の容量)を介して電流54が流れて、ゲート電極15の電位をソース電極18に対してプラスに上昇させ、ゲート電極15直下のpウェル領域4にチャネルを形成する。そのため、ドレイン/カソード電極17からの電流53はチャネルを通って電流55としてnソース領域5に流れる。この電流55はソース電極18に流入し、電流56と電流57に分流する。電流56はワイヤ36を通ってGNDへ流れる。電流57はpコンタクト領域13を通りpエピタキシャル層2へ流入し、p基板1、裏面電極19を通って銅ベース20へ流れて行く。
The gate of the MOSFET is connected to a gate resistor Rg, and Rg is connected to GND via a wire 37 having an inductance Lg. The cathode of VZD and the drain of MOSFET are connected to the main circuit inductor 39 of the inductance Ld of the ESD test circuit 40. The ESD test circuit 40 includes a main circuit inductor 39, a limiting resistor Resd, a switch SW, and a main circuit capacitor Cesd charged to an ESD voltage, and Cesd is connected to GND. By closing the switch SW, an ESD voltage is applied to the VZD and the MOSFET.
The state during the ESD test will be described with reference to FIGS. When a steep dV / dt overvoltage such as ESD is applied between the drain and the source of the MOSFET, the steep dV / dt causes a current 54 (this current is a displacement current (Idis = C × dV / dt C : N offset region 6 of MOSFET and pn junction capacitance of p well region 4) flows toward n source region 5. At this time, a current 54 flows through the gate capacitance (capacitance between the gate electrode 15 and the p-well region 4), and the potential of the gate electrode 15 is increased positively with respect to the source electrode 18, and A channel is formed in the p-well region 4. Therefore, the current 53 from the drain / cathode electrode 17 flows to the n source region 5 as the current 55 through the channel. This current 55 flows into the source electrode 18 and is divided into a current 56 and a current 57. Current 56 flows through wire 36 to GND. The current 57 flows into the p epitaxial layer 2 through the p contact region 13, and flows into the copper base 20 through the p substrate 1 and the back electrode 19.

電流53が増大するとドレイン/カソード電極17の電位が上昇し、VZDのnカソード領域9にツェナー電圧を超えるとツェナー電流(電流52)が流れてVZDが動作する。VZDが動作すると、ESD試験回路40からの電流51は、MOSFETに流れる電流53とVZDに流れる電流52に分流して流れ、MOSFETのドレイン・ソース間にはVZDのツェナー電圧が印加されて電圧の上昇が小さくなるため、MOSFETに流れる電流53の増大は抑制され、電流51の増大分はVZDに流れる。
そのため、MOSFETはスナップバック現象、または、アバランシェ現象に入らず、MOSFETはESD破壊を起こさない。
特開2001−320047号公報 図1 特開2002−94063号公報 図1
When the current 53 increases, the potential of the drain / cathode electrode 17 rises. When the Zener voltage is exceeded in the n cathode region 9 of VZD, a Zener current (current 52) flows and the VZD operates. When the VZD operates, the current 51 from the ESD test circuit 40 is shunted into a current 53 flowing through the MOSFET and a current 52 flowing through the VZD, and a VZD Zener voltage is applied between the drain and source of the MOSFET to Since the increase is small, the increase in current 53 flowing in the MOSFET is suppressed, and the increase in current 51 flows in VZD.
Therefore, the MOSFET does not enter a snapback phenomenon or an avalanche phenomenon, and the MOSFET does not cause ESD breakdown.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-320047 FIG. Japanese Patent Laid-Open No. 2002-94063 FIG.

しかし、図11において、Repi0が1Ω程度と小さいと、電流57が大きくなり、そのため、MOSFETに流れる電流53が大きくなり、図13で示すように、MOSFETはスナップバックに突入する。MOSFETがスナップバックすると、MOSFETに流れる電流53は急増し、MOSFETはESD破壊を起こす。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、高ESD耐量を有する半導体装置を提供することである。
However, in FIG. 11, when Repi0 is as small as about 1Ω, the current 57 becomes large, so that the current 53 flowing through the MOSFET becomes large, and the MOSFET enters the snapback as shown in FIG. When the MOSFET snaps back, the current 53 flowing through the MOSFET increases rapidly, and the MOSFET causes ESD breakdown.
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a semiconductor device having a high ESD tolerance.

前記の目的を達成するために、半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、該半導体層の表面層に形成したコンタクト領域を介して電気的に接続し、該コンタクト領域を点在させることで前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させる構成とする。
また、半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、該半導体層の表面層に形成したコンタクト領域を介して電気的に接続し、前記スイッチング素子下の半導体基板の比抵抗を前記半導体保護素子を形成する半導体基板の部分の比抵抗より高くすることで、前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させる構成とする。
To achieve the above object, a semiconductor substrate, a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate, a lateral switching element formed on the semiconductor layer, and the semiconductor layer and the semiconductor substrate separated from the switching element. And a vertical semiconductor protective element that protects the switching element from overvoltage, a contact region in which the low potential electrode of the switching element and the semiconductor layer are formed on a surface layer of the semiconductor layer In this configuration, the resistance of the current path flowing from the low-potential electrode to the semiconductor substrate is increased by interposing the contact regions and interposing the contact regions.
A semiconductor substrate; a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate; a lateral switching element formed on the semiconductor layer; and formed on the semiconductor layer and the semiconductor substrate apart from the switching element. In a semiconductor device having a vertical semiconductor protection element for protecting a switching element, the low potential electrode of the switching element and the semiconductor layer are electrically connected via a contact region formed on a surface layer of the semiconductor layer And a resistance of a current path flowing from the low potential electrode to the semiconductor substrate is increased by making a specific resistance of the semiconductor substrate under the switching element higher than a specific resistance of a portion of the semiconductor substrate forming the semiconductor protection element. And

また、半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、該半導体層の表面層に形成したコンタクト領域を介して電気的に接続し、前記半導体基板と該半導体基板の裏面電極とが絶縁膜を介して固着し、該絶縁膜が前記半導体保護素子形成箇所で開口し、該開口部で半導体基板と前記裏面電極を電気的に接触させることで、前記低電位電極から前記裏面電極に流れる電流経路の抵抗を増大させる構成とする。
さらに、これらにおいて、スイッチング素子は、第1導電形の半導体基板の第1主面の表面層に形成された第1導電形のエピタキシャル層と、該エピタキシャル層の表面層に形成された第2導電形の第1ウェル領域と、該第1ウェル領域の表面層に形成された第1導電形の第2ウェル領域と、該第2ウェル領域の表面層に形成された第2導電形のソース領域と、該ソース領域と離して前記第ウェル領域の表面層に形成される第2導電形のオフセット領域と、該オフセット領域の表面層に形成される第2導電形のドレイン領域と、前記ソース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記第2ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、からなる横型のMOSFETであり、半導体保護素子が、前記エピタキシャル層に前記第1ウェル領域と離して形成され、前記半導体基板近傍に達する第2導電形のカソード領域と、前記エピタキシャル層とからなる縦型のツェナーダイオードであり、前記半導体層の表面層に前記第1ウェル領域と離して形成される第1導電形のコンタクト領域と、該コンタクト領域上と前記ソース領域上に形成した低電位電極であるソース電極と、前記ドレイン領域上と前記カソード上に共通に形成したドレイン/カソード電極と、前記半導体基板の裏面上に形成した裏面電極と、該裏面電極と固着する導電体とを有する半導体装置とする。
A semiconductor substrate; a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate; a lateral switching element formed on the semiconductor layer; and formed on the semiconductor layer and the semiconductor substrate apart from the switching element. In a semiconductor device having a vertical semiconductor protection element for protecting a switching element, the low potential electrode of the switching element and the semiconductor layer are electrically connected via a contact region formed on a surface layer of the semiconductor layer The semiconductor substrate and the back electrode of the semiconductor substrate are fixed via an insulating film, and the insulating film opens at the semiconductor protection element formation portion, and the semiconductor substrate and the back electrode are electrically connected through the opening. By making contact, the resistance of the current path flowing from the low potential electrode to the back electrode is increased.
Further, in these, the switching element includes a first conductivity type epitaxial layer formed on the surface layer of the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type formed on the surface layer of the epitaxial layer. First well region, a first conductivity type second well region formed in the surface layer of the first well region, and a second conductivity type source region formed in the surface layer of the second well region A second conductivity type offset region formed in the surface layer of the first well region apart from the source region, a second conductivity type drain region formed in the surface layer of the offset region, and the source region And a gate electrode formed through a gate insulating film on the second well region sandwiched between the offset regions, and a semiconductor protection element is formed on the epitaxial layer in the first layer A vertical Zener diode formed apart from the well region and having a second conductivity type cathode region reaching the vicinity of the semiconductor substrate and the epitaxial layer, and the first well region is formed on the surface layer of the semiconductor layer. A first conductivity type contact region formed separately from the source region, a source electrode which is a low potential electrode formed on the contact region and the source region, and a drain formed in common on the drain region and the cathode / A semiconductor device having a cathode electrode, a back electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate, and a conductor fixed to the back electrode.

また、前記コンタクト領域を直下の半導体層に投影した領域の半導体層の縦方向抵抗が2Ω以上であるとよい。
また、前記コンタクト領域を直下の半導体層に投影した領域の半導体層の縦方向抵抗が10Ω以上であるとよい。
また、前記半導体基板と前記裏面電極の間に前記絶縁膜を挟む構成の前記半導体装置において、前記半導体基板を20μm以下と薄くすることで、前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させるとよい。
また、前記抵抗性導電膜が、ポリシリコンであるとよい。
また、前記導電体と前記ソース電極とを接続するソース配線のインダクタンスの値と前記裏面電極が固着する箇所とソース配線が固着する箇所の間の前記導電体のインダクタンスの値の比が10以上であるとよい。
In addition, the vertical resistance of the semiconductor layer in the region where the contact region is projected onto the semiconductor layer directly below may be 2Ω or more.
Further, it is preferable that the longitudinal resistance of the semiconductor layer in a region where the contact region is projected onto the semiconductor layer directly below is 10Ω or more.
Further, in the semiconductor device configured to sandwich the insulating film between the semiconductor substrate and the back electrode, the resistance of a current path flowing from the low potential electrode to the semiconductor substrate can be reduced by thinning the semiconductor substrate to 20 μm or less. Increase it.
The resistive conductive film may be polysilicon.
The ratio of the inductance value of the source wire connecting the conductor and the source electrode to the inductance value of the conductor between the portion where the back electrode is fixed and the portion where the source wire is fixed is 10 or more. There should be.

この発明において、pコンタクト領域の面積を小さくして、pエピタキシャル層の縦方向抵抗を増大させることで、ESD時にMOSFETに流れる電流を抑制して、ESD破壊を防止して、ESD耐量を向上させることができる。
また、MOSFET下のp基板の縦方向抵抗を増大させることで、ESD耐量を向上できる。
また、VZD下のみのp基板に裏面電極を接触させ、p基板の横方向抵抗を利用することで、MOSFETに流れる電流を抑制して、ESD耐量を向上できる。
また、ソース電極とpコンタクト領域を抵抗性導電膜を介して接続することで、MOSFETに流れる電流を抑制して、ESD耐量を向上できる。
In this invention, by reducing the area of the p contact region and increasing the longitudinal resistance of the p epitaxial layer, the current flowing through the MOSFET during ESD is suppressed, ESD breakdown is prevented, and the ESD tolerance is improved. be able to.
Moreover, ESD tolerance can be improved by increasing the vertical resistance of the p-substrate under the MOSFET.
Further, by making the back electrode in contact with the p substrate only under the VZD and utilizing the lateral resistance of the p substrate, the current flowing through the MOSFET can be suppressed and the ESD tolerance can be improved.
In addition, by connecting the source electrode and the p-contact region via a resistive conductive film, the current flowing through the MOSFET can be suppressed and the ESD tolerance can be improved.

この発明の実施の形態は、pエピタキシャル層の電位を安定させるために、ソース電極とpエピタキシャル層をpコンタクト領域を介して電気的に接続する。ソース領域からソース電極、pエピタキシャル層、p基板を経由して流れる電流の経路抵抗を高めることで、被保護素子であるMOSFETのESD破壊を防止することにある。以下の説明で従来素子と同一の部位には同一の符号を付した。   In the embodiment of the present invention, in order to stabilize the potential of the p epitaxial layer, the source electrode and the p epitaxial layer are electrically connected through the p contact region. It is to prevent ESD breakdown of a MOSFET as a protected element by increasing the path resistance of a current flowing from the source region through the source electrode, the p epitaxial layer, and the p substrate. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same parts as those of the conventional element.

図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部断面図、同図(b)は図10のソースパッド21に相当する要部平面図である。ここでは、被保護素子であるMOSFETを同一半導体基板に集積した要部断面図を示す。
被保護素子であるMOSFETにおいて、300μm程度の厚いp基板1(不純物濃度が1×1018cm-3〜1×1019cm-3のオーダー)上にpエピタキシャル層2(不純物濃度が1×1015cm-3程度、厚みが15μm程度)を形成し、このpエピタキシャル層2の表面層にnウェル領域3(不純物濃度が1×1015cm-3〜1×1016cm-3程度、厚みが2μm〜5μm程度)を形成し、このnウェル領域3の表面層にpウェル領域4(不純物濃度が1×1015cm-3〜1×1017cm-3、厚みが1μm〜2μm程度)を形成する。
1A and 1B are configuration diagrams of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view of the main part, and FIG. 1B is a plan view of the main part corresponding to the source pad 21 in FIG. It is. Here, a cross-sectional view of a main part in which MOSFETs as protected elements are integrated on the same semiconductor substrate is shown.
In a MOSFET which is a protected element, a p epitaxial layer 2 (impurity concentration of 1 × 10 6) is formed on a p-type substrate 1 (impurity concentration of the order of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) having a thickness of about 300 μm. about 15 cm -3, thickness to form a about 15 [mu] m), n-well region 3 (impurity concentration 1 × 10 15 cm -3 ~1 × 10 16 cm -3 about the surface layer of the p epitaxial layer 2, the thickness Are formed on the surface layer of the n-well region 3 (impurity concentration is 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 , thickness is about 1 μm to 2 μm). Form.

pウェル領域4の表面層にnソース領域5(不純物濃度が1×1018cm-3〜1×1019cm-3のオーダー)とnオフセット領域6(不純物濃度が1×1017cm-3〜1×1018cm-3のオーダー)を形成し、nオフセット領域6の表面層にnドレイン領域7(不純物濃度が1×1018cm-3〜1×1019cm-3のオーダー)を形成し、nソース領域5上、nドレイン領域7上にソース電極18とドレイン/カソード電極17を形成する。nオフセット領域6上にLOCOS酸化膜8を形成する。nソース領域5とnオフセット領域6に挟まれたpウェル領域4上に数十nm厚みのゲート酸化膜14を介してポリシリコンのゲート電極15を形成する。pエピタキシャル層2の表面層に高濃度のpコンタクト領域13を形成し、pウェル領域4の表面層にpコンタクト領域11を形成し、nソース領域5上とpコンタクト領域13上およびpコンタクト領域11上にソース電極18を延在させる。nウェル領域3の表面層にnコンタクト領域12を形成し、nコンタクト領域12上にドレイン/カソード電極17を延在させる。p基板1の裏面に裏面電極19を形成し、裏面電極19と銅ベース20を固着する。 An n source region 5 (impurity concentration is on the order of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) and an n offset region 6 (impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 ) are formed on the surface layer of the p well region 4. ˜1 × 10 18 cm −3 ) and an n drain region 7 (impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 ) is formed on the surface layer of the n offset region 6. The source electrode 18 and the drain / cathode electrode 17 are formed on the n source region 5 and the n drain region 7. LOCOS oxide film 8 is formed on n offset region 6. A polysilicon gate electrode 15 is formed on the p well region 4 sandwiched between the n source region 5 and the n offset region 6 through a gate oxide film 14 having a thickness of several tens of nm. A high-concentration p-contact region 13 is formed on the surface layer of the p epitaxial layer 2, a p-contact region 11 is formed on the surface layer of the p-well region 4, and the n-source region 5, the p-contact region 13, and the p-contact region A source electrode 18 is extended on the substrate 11. An n contact region 12 is formed on the surface layer of the n well region 3, and a drain / cathode electrode 17 is extended on the n contact region 12. A back electrode 19 is formed on the back surface of the p substrate 1, and the back electrode 19 and the copper base 20 are fixed.

一方、半導体保護素子であるVZDにおいて、pエピタキシャル層2の表面層に深いnカソード領域9を形成し、nカソード領域9の表面層に高濃度のnコンタクト領域10を形成し、nコンタクト領域10上にドレイン/カソード電極17を延在させる。p基板1とpエピタキシャル層2とnカソード領域9でVZDが形成される。pコンタクト領域13は、pエピタキシャル層2の電位を安定させるため必要である。また、pエピタキシャル層2がVZDのアノード領域となる。
ESD試験時には、ソース電極18はワイヤ36を介してGNDと接続し、ゲート電極15は図示しないゲートパッド34を介してワイヤ37でGNDと接続し、ドレイン/カソード電極17は図示しないワイヤでESD試験回路40を構成する主回路インダクタ39と接続し、銅ベース20はGNDと接続する。
On the other hand, in VZD which is a semiconductor protection element, a deep n cathode region 9 is formed in the surface layer of the p epitaxial layer 2, a high concentration n contact region 10 is formed in the surface layer of the n cathode region 9, and the n contact region 10 A drain / cathode electrode 17 is extended thereon. VZD is formed by p substrate 1, p epitaxial layer 2 and n cathode region 9. The p contact region 13 is necessary for stabilizing the potential of the p epitaxial layer 2. Also, the p epitaxial layer 2 becomes the anode region of VZD.
During the ESD test, the source electrode 18 is connected to GND via a wire 36, the gate electrode 15 is connected to GND via a wire pad 37 (not shown), and the drain / cathode electrode 17 is connected to GND via a wire (not shown). The copper base 20 is connected to the GND while the main circuit inductor 39 constituting the circuit 40 is connected.

前記のpエピタキシャル層2の厚さが15μm程度と薄く、pコンタクト領域13から流入した電流57は横方向に広がらずにp基板1へ流れて行く。そのため、pコンタクト領域2の面積をS1とすると、pエピタキシャル層2の縦方向抵抗Repi1はpエピタキシャル層2の比抵抗×(pエピタキシャル層の厚さ/S1)で決まる。つまり、pコンタクト領域13を同図(b)のように点在させることで、その面積S1を従来の10分の1とすることで、Repi1を10Ω程度と大きくすることができる。
縦方向抵抗Repi1を大きくすることで、MOSFETに流れる電流53を抑制して、MOSFETがスナップバックすることを防止することができる。
図2は、図1の半導体装置の等価回路およびESD試験回路を示す図である。図12との違いは、1ΩのRepi0が10ΩのRepi1に変更されている点である。
The thickness of the p epitaxial layer 2 is as thin as about 15 μm, and the current 57 flowing from the p contact region 13 flows to the p substrate 1 without spreading in the lateral direction. Therefore, when the area of the p contact region 2 is S1, the longitudinal resistance Repi1 of the p epitaxial layer 2 is determined by the specific resistance of the p epitaxial layer 2 × (p epitaxial layer thickness / S1). That is, by making the p contact regions 13 interspersed as shown in FIG. 5B, the area S1 is reduced to one-tenth of the conventional one, so that the Repi1 can be increased to about 10Ω.
By increasing the vertical resistance Repi1, it is possible to suppress the current 53 flowing through the MOSFET and prevent the MOSFET from snapping back.
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit and an ESD test circuit of the semiconductor device of FIG. The difference from FIG. 12 is that 1Ω of Repi0 is changed to 10Ω of Repi1.

図3は、図2の等価回路を用いて回路シミュレーションした波形を示す図である。p基板1の比抵抗ρを0.05Ωcm、素子厚みを500μmで素子サイズを1mm2 (ここでの素子サイズとはMOSFEおよびVZDの面積である)、Repi1を10Ωとした場合である。Repi1を10Ωと大きくすることで、MOSFETのスナップバックを防止することができる。
図4は、Repi1をパラメータして、ESD破壊電圧とLmos/Lvzdの関係を示す。縦軸のESD VoltageはESD破壊電圧のことである。Repi1を大きくすると、ESD破壊電圧がLmos/Lvzdに大きく依存するようになる。
Repi1を1Ωより大きくし、Lmos/Lvzdを大きくすると、VZDに流れる電流52の割合が大きくなり、MOSFETに流れる電流53が小さくなるため、ESD破壊電圧は高くなる。Lmos/Lvzdを10以上として、集積回路で実用上必要とされるESD破壊電圧である5kV以上とするためには、Repi1は2Ω以上とするとよい。また、Lmos/Lvzdが40以上とし、Repi1を10Ω以上とするとESD破壊電圧は25kV以上となり、大きなESD耐量を必要とする自動車にも適用可能となる。
FIG. 3 is a diagram showing waveforms obtained by circuit simulation using the equivalent circuit of FIG. This is a case where the specific resistance ρ of the p substrate 1 is 0.05 Ωcm, the device thickness is 500 μm, the device size is 1 mm 2 (the device size here is the area of MOSFE and VZD), and the Repi 1 is 10 Ω. By increasing Repi1 to 10Ω, snapback of the MOSFET can be prevented.
FIG. 4 shows the relationship between the ESD breakdown voltage and Lmos / Lvzd with Rep1 as a parameter. The ESD Voltage on the vertical axis is the ESD breakdown voltage. When Repi1 is increased, the ESD breakdown voltage greatly depends on Lmos / Lvzd.
When Repi1 is made larger than 1Ω and Lmos / Lvzd is made larger, the ratio of the current 52 flowing through VZD increases, and the current 53 flowing through the MOSFET decreases, so that the ESD breakdown voltage increases. In order to set Lmos / Lvzd to 10 or more and set it to 5 kV or more which is an ESD breakdown voltage practically required in an integrated circuit, it is preferable to set Rep1 to 2 Ω or more. Further, when Lmos / Lvzd is 40 or more and Repi1 is 10Ω or more, the ESD breakdown voltage is 25 kV or more, which can be applied to an automobile that requires a large ESD tolerance.

尚、図10のように、Lvzdが銅ベース20のインダクタンスで、Lmosがソース配線(ワイヤ36)のインダクタンスの場合はLmos/Lvzdは20から100程度となる。ソース配線を導体で行った場合はLmos/Lvzdは10程度となる。   As shown in FIG. 10, when Lvzd is the inductance of the copper base 20 and Lmos is the inductance of the source wiring (wire 36), Lmos / Lvzd is about 20 to 100. When the source wiring is made of a conductor, Lmos / Lvzd is about 10.

図5は、この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面図である。ここでは、MOSFETとVZDを同一半導体基板に集積した要部断面図を示す。
図1との違いは、pコンタクト領域13下およびMOSFET下のp基板1と裏面電極19との接触抵抗をさらに大きくして、p基板1の縦方向抵抗Rsub1を大きくすることで、MOSFETのスナップバックをさらに起こりにくくした点である。
接触抵抗を増大させる方法として、例えば、p基板1の裏面からArなどの重いイオンによるダメージインプラを行うことである。このダメージインプラを全面に行うとVZDのアバランシェ動作抵抗も悪化させてしまうので、好ましくない。また、pコンタクト領域13下およびMOSFET下のp基板1の裏面にYAGレーザーを照射することで、表面層をアモルファス化して接触抵抗を大きくすることもできる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Here, a cross-sectional view of a main part in which MOSFET and VZD are integrated on the same semiconductor substrate is shown.
The difference from FIG. 1 is that the contact resistance between the p substrate 1 and the back electrode 19 under the p contact region 13 and under the MOSFET is further increased, and the vertical resistance Rsub1 of the p substrate 1 is increased, so that the MOSFET snaps. This is the point that makes back more difficult to occur.
As a method for increasing the contact resistance, for example, damage implantation with heavy ions such as Ar is performed from the back surface of the p substrate 1. If this damage implantation is performed on the entire surface, the avalanche operating resistance of the VZD is also deteriorated. Further, by irradiating the back surface of the p substrate 1 under the p contact region 13 and the MOSFET with a YAG laser, the surface layer can be made amorphous to increase the contact resistance.

また、p基板1の裏面にノンドープのポリシリコンを形成し、VZD箇所のポリシリコンをフォトエッチングで除去し、全面に裏面電極19を形成することで、pコンタクト領域13下およびMOSFET下のp基板1と裏面電極19間の抵抗を大きくして同様の効果を得ることができる。   Further, non-doped polysilicon is formed on the back surface of the p substrate 1, polysilicon at VZD locations is removed by photoetching, and a back electrode 19 is formed on the entire surface, so that the p substrate under the p contact region 13 and under the MOSFET. A similar effect can be obtained by increasing the resistance between 1 and the back electrode 19.

図6は、この発明の第3実施例の半導体装置の要部断面図である。ここでは、MOSFETとVZDを同一半導体基板に集積した要部断面図を示す。
図1との違いは、裏面電極19をVZD下のみ電気的に接触させた点である。こうすることで、p基板1の横方向抵抗Rsub2がRepi1に加わり、電流57が流れる経路の抵抗をさらに増大できて、MOSFETに流れる電流53が一層抑制できる。その結果、ESD破壊が一層起こりにくくできる。
この場合は、Rsub2が大きい場合にはRepi0は従来のように1Ω程度でも効果がある。また、例えば、p基板1にArなどの重いイオンによるダメージインプラなど行うとさらに抵抗が増大し、電流57がさらに抑制される。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Here, a cross-sectional view of a main part in which MOSFET and VZD are integrated on the same semiconductor substrate is shown.
The difference from FIG. 1 is that the back electrode 19 is in electrical contact only under VZD. By doing so, the lateral resistance Rsub2 of the p-substrate 1 is added to Rep1, the resistance of the path through which the current 57 flows can be further increased, and the current 53 flowing through the MOSFET can be further suppressed. As a result, ESD destruction can be made more difficult to occur.
In this case, when Rsub2 is large, Repi0 is effective even at about 1Ω as in the prior art. Further, for example, if damage implantation with heavy ions such as Ar is performed on the p substrate 1, the resistance further increases and the current 57 is further suppressed.

図7は、この発明の第4実施例の半導体装置の要部断面図である。ここでは、、MOSFETとVZDを同一半導体基板に集積した要部断面図を示す。
図6との違いは、p基板1の厚さを薄くした点である。横方向抵抗を大きくするためのp基板1の厚さは薄い程よい。しかし、p基板1上にpエピタキシャル層2を形成するときの拡散プロフィルのダレがあるため、薄くし過ぎるとp基板1の表面濃度が低下してオーミックコンタクトが得られない。そのため、p基板1の厚さは10μm以上を必要とする。また、p基板1が厚いと横方向抵抗が小さくなるため、p基板1の厚さを20μm以下とするとよい。
このようにp基板1の厚さを薄くすることで、p基板1の横方向抵抗Rsub3が大きくなり、電流57が流れる経路の抵抗を増大できて、MOSFETに流れる電流53が一層抑制できる。その結果、ESD破壊が一層起こりにくくできる。
FIG. 7 is a sectional view showing the principal part of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. Here, a cross-sectional view of a main part in which MOSFET and VZD are integrated on the same semiconductor substrate is shown.
The difference from FIG. 6 is that the thickness of the p-substrate 1 is reduced. The smaller the thickness of the p-substrate 1 for increasing the lateral resistance, the better. However, since there is a sagging of the diffusion profile when the p epitaxial layer 2 is formed on the p substrate 1, if the thickness is too thin, the surface concentration of the p substrate 1 is lowered and an ohmic contact cannot be obtained. Therefore, the thickness of the p substrate 1 needs to be 10 μm or more. In addition, since the lateral resistance decreases when the p substrate 1 is thick, the thickness of the p substrate 1 is preferably 20 μm or less.
By reducing the thickness of the p substrate 1 in this way, the lateral resistance Rsub3 of the p substrate 1 is increased, the resistance of the path through which the current 57 flows can be increased, and the current 53 flowing through the MOSFET can be further suppressed. As a result, ESD destruction can be made more difficult to occur.

図8は、この発明の第5実施例の半導体装置の要部断面図である。ここでは、MOSFETとVZDを同一半導体基板に集積した要部断面図を示す。
図1との違いは、pコンタクト領域13とnソース領域5の接続を、例えば、ポリシリコンのような抵抗性導電膜25で接続した点である。pコンタクト領域13上にAlのような導電膜27を形成し、この導電膜27とソース電極18との間を抵抗性導電膜25で接続する。抵抗性導電膜25上と導電膜27上に絶縁膜26を形成し、その上にソース電極18を形成する。
この場合も電流57の経路の抵抗を大きくするため、図1よりスナップバックしにくくなる。また、Repi1の抵抗が1Ω程度と小さい場合でも抵抗性導電膜25の抵抗が大きい場合は、電流57が抑制されてESD破壊防止に効果がある。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the principal part of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. Here, a cross-sectional view of a main part in which MOSFET and VZD are integrated on the same semiconductor substrate is shown.
The difference from FIG. 1 is that the p contact region 13 and the n source region 5 are connected by a resistive conductive film 25 such as polysilicon. A conductive film 27 such as Al is formed on the p contact region 13, and the conductive film 27 and the source electrode 18 are connected by a resistive conductive film 25. An insulating film 26 is formed on the resistive conductive film 25 and the conductive film 27, and a source electrode 18 is formed thereon.
Also in this case, since the resistance of the path of the current 57 is increased, snapback is less likely than in FIG. Even when the resistance of Repi1 is as small as about 1Ω, if the resistance of the resistive conductive film 25 is large, the current 57 is suppressed, which is effective in preventing ESD breakdown.

また、第1から第4実施例とこの第5実施例を組み合わせると、さらに効果が大きくなる。   Further, when the first to fourth embodiments and the fifth embodiment are combined, the effect is further increased.

図9は、この発明の第6実施例の半導体装置の要部断面図である。ここでは、、MOSFETとVZDを同一半導体基板に集積した要部断面図を示す。
図1との違いは、nソース領域5のみpウェル領域4の表面層に形成している点である。このような構造のMOSFETにも本発明を適用すると同様の効果が得られる。
前記の実施例のMOSFETはダブルリサーフ構造の場合を示したが、nウェル領域3(場合によってはpウェル領域4を含めて)を形成しない40V程度の低耐圧のMOSFETの場合でも同様の効果が得られる。
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. Here, a cross-sectional view of a main part in which MOSFET and VZD are integrated on the same semiconductor substrate is shown.
The difference from FIG. 1 is that only the n source region 5 is formed on the surface layer of the p well region 4. The same effect can be obtained when the present invention is applied to a MOSFET having such a structure.
Although the MOSFET of the above-described embodiment shows the case of the double resurf structure, the same effect can be obtained even in the case of a low breakdown voltage MOSFET of about 40 V that does not form the n-well region 3 (including the p-well region 4 in some cases). Is obtained.

この発明の第1実施例の半導体装置の構成図であり、(a)は要部断面図、(b)は図10のソースパッド21に相当する要部平面図BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the semiconductor device of 1st Example of this invention, (a) is principal part sectional drawing, (b) is a principal part top view equivalent to the source pad 21 of FIG. 図1の半導体装置の等価回路およびESD試験回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit and ESD test circuit of the semiconductor device of FIG. 図2の等価回路を用いて回路シミュレーションした波形を示す図The figure which shows the waveform which carried out the circuit simulation using the equivalent circuit of FIG. Repi1をパラメータとして、ESD破壊電圧とLmos/Lvzdの比の関係を示す図The figure which shows the relationship between the ESD breakdown voltage and the ratio of Lmos / Lvzd using Repi1 as a parameter この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 2nd Example of this invention この発明の第3実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 3rd Example of this invention. この発明の第4実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 4th Example of this invention. この発明の第5実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 5th Example of this invention この発明の第6実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 6th Example of this invention 従来の半導体装置の要部平面図Plan view of main part of conventional semiconductor device 従来の半導体装置の要部断面図Sectional view of the main part of a conventional semiconductor device 図11のMOSFETとVZDの等価回路およびESD試験回路を示す図The figure which shows the equivalent circuit and ESD test circuit of MOSFET and VZD of FIG. 図12の等価回路を用いて回路シミュレーションした波形を示す図The figure which shows the waveform which carried out the circuit simulation using the equivalent circuit of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 p基板
2 pエピタキシャル層
3 nウェル領域
4 pウェル領域
5 nソース領域
6 nオフセット領域
7 nドレイン領域
8 LOCOS酸化膜
9 nカソード領域
10 nコンタクト領域(nカソード領域)
11 pコンタクト領域(pウェル領域)
12 nコンタクト領域(nウェル領域)
13 pコンタクト領域(pエピタキシャル層)
14 ゲート酸化膜 15 ゲート電極
16 絶縁膜
17 ドレイン/カソード電極
18 ソース電極
19 裏面電極
20 銅ベース
21 ソースパッド
22 絶縁膜(p基板と裏面電極間に形成)
23 開口部
25 抵抗性導電膜
26 絶縁膜(ソース電極と抵抗性導電膜、導電膜の間に形成)
27 導電膜
31 半導体チップ
32 MOSFETとVZD形成箇所
33 回路部
34 ゲートパッド
35 ワイヤ(ドレイン配線)
36 ワイヤ(ソース配線)
37 ワイヤ(ゲート配線)
38 モールド樹脂
39 主回路インダクタ
40 ESD試験回路
51〜58 電流
Lmos ソース配線(ワイヤ36)のインダクタンス
Lvzd 銅ベースのインダクタンス
Rg ゲート電極の抵抗
Lg ゲート配線(ワイヤ37)のインダキタンス
Repi0 従来の半導体装置のエピタキシャル層の縦方向抵抗
Repi1 本発明の半導体装置のエピタキシャル層の縦方向抵抗
Rsub1 p基板の縦方向抵抗
Rsub2、Rsub3 p基板の横方向抵抗
S0 従来の半導体装置のpコンタクト領域の面積
S1 本発明の半導体装置のpコンタクト領域の面積
Ld 主回路インダクタのインダクタンス
Resd 主回路抵抗
Cesd 主回路コンデンサ
SW スイッチ
GND グランド
1 p substrate 2 p epitaxial layer 3 n well region 4 p well region 5 n source region 6 n offset region 7 n drain region 8 LOCOS oxide film 9 n cathode region 10 n contact region (n cathode region)
11 p contact region (p well region)
12 n contact region (n well region)
13 p contact region (p epitaxial layer)
14 Gate oxide film 15 Gate electrode 16 Insulating film 17 Drain / cathode electrode 18 Source electrode 19 Back electrode 20 Copper base 21 Source pad 22 Insulating film (formed between p substrate and back electrode)
23 Opening 25 Resistive conductive film 26 Insulating film (formed between source electrode, resistive conductive film and conductive film)
27 conductive film 31 semiconductor chip 32 MOSFET and VZD formation location 33 circuit portion 34 gate pad 35 wire (drain wiring)
36 wires (source wiring)
37 wires (gate wiring)
38 Mold resin 39 Main circuit inductor 40 ESD test circuit 51 to 58 Current Lmos Source wiring (wire 36) inductance Lvzd Copper base inductance Rg Gate electrode resistance Lg Gate wiring (wire 37) inductance Repi0 Conventional semiconductor device epitaxial Layer vertical resistance Repi1 Epitaxial layer vertical resistance Rsub1 of the semiconductor device of the present invention P substrate vertical resistance Rsub2, Rsub3 p substrate lateral resistance S0 Area S1 of the p contact region of the conventional semiconductor device Semiconductor of the present invention Area of device p-contact region Ld Inductance of main circuit inductor Resd Main circuit resistance Cesd Main circuit capacitor SW Switch GND Ground

Claims (9)

半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、
前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、該半導体層の表面層に形成したコンタクト領域を介して電気的に接続し、該コンタクト領域を点在させることで前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate; a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate; a lateral switching element formed on the semiconductor layer; and the switching element formed on the semiconductor layer and the semiconductor substrate apart from the switching element. In a semiconductor device having a vertical semiconductor protection element that protects
The low-potential electrode of the switching element and the semiconductor layer are electrically connected via a contact region formed on the surface layer of the semiconductor layer, and the contact region is interspersed to form a semiconductor substrate. A semiconductor device characterized by increasing a resistance of a flowing current path.
半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、
前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、該半導体層の表面層に形成したコンタクト領域を介して電気的に接続し、前記スイッチング素子下の半導体基板の比抵抗を前記半導体保護素子を形成する半導体基板の部分の比抵抗より高くすることで、前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate; a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate; a lateral switching element formed on the semiconductor layer; and the switching element formed on the semiconductor layer and the semiconductor substrate apart from the switching element. In a semiconductor device having a vertical semiconductor protection element that protects
The low potential electrode of the switching element and the semiconductor layer are electrically connected via a contact region formed on the surface layer of the semiconductor layer, and the specific resistance of the semiconductor substrate under the switching element is formed to form the semiconductor protection element. A semiconductor device characterized in that the resistance of a current path flowing from the low potential electrode to the semiconductor substrate is increased by making it higher than a specific resistance of a portion of the semiconductor substrate to be processed.
半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、
前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、該半導体層の表面層に形成したコンタクト領域を介して電気的に接続し、前記半導体基板と該半導体基板の裏面電極とが絶縁膜を介して固着し、該絶縁膜が前記半導体保護素子形成箇所で開口し、該開口部で半導体基板と前記裏面電極を電気的に接触させることで、前記低電位電極から前記裏面電極に流れる電流経路の抵抗を増大させることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate; a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate; a lateral switching element formed on the semiconductor layer; and the switching element formed on the semiconductor layer and the semiconductor substrate apart from the switching element. In a semiconductor device having a vertical semiconductor protection element that protects
The low potential electrode of the switching element and the semiconductor layer are electrically connected via a contact region formed on the surface layer of the semiconductor layer, and the semiconductor substrate and the back electrode of the semiconductor substrate are interposed via an insulating film. The resistance of the current path that flows from the low-potential electrode to the back electrode is secured by opening the insulating film at the semiconductor protection element forming portion and electrically contacting the semiconductor substrate and the back electrode at the opening. A semiconductor device characterized in that the semiconductor device is increased.
半導体基板と、該半導体基板上に形成した半導体層と、該半導体層に形成された横型のスイッチング素子と、該スイッチング素子と離して前記半導体層と前記半導体基板に形成され、過電圧から前記スイッチング素子を保護する縦型の半導体保護素子と、を有する半導体装置において、
前記スイッチング素子の低電位電極と前記半導体層を、抵抗性導電膜を介して電気的に接続することで、前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate; a semiconductor layer formed on the semiconductor substrate; a lateral switching element formed on the semiconductor layer; and the switching element formed on the semiconductor layer and the semiconductor substrate apart from the switching element. In a semiconductor device having a vertical semiconductor protection element that protects
A semiconductor characterized by increasing the resistance of a current path flowing from the low potential electrode to the semiconductor substrate by electrically connecting the low potential electrode of the switching element and the semiconductor layer through a resistive conductive film. apparatus.
前記のスイッチング素子が、第1導電形の半導体基板の第1主面の表面層に形成された第1導電形のエピタキシャル層と、該エピタキシャル層の表面層に形成された第2導電形の第1ウェル領域と、該第1ウェル領域の表面層に形成された第1導電形の第2ウェル領域と、該第2ウェル領域の表面層に形成された第2導電形のソース領域と、該ソース領域と離して前記第ウェル領域の表面層に形成される第2導電形のオフセット領域と、該オフセット領域の表面層に形成される第2導電形のドレイン領域と、前記ソース領域と前記オフセット領域に挟まれた前記第2ウェル領域上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、からなる横型のMOSFETであり、 前記半導体保護素子が、エピタキシャル層に前記第1ウェル領域と離して形成され、前記半導体基板近傍に達する第2導電形のカソード領域と、前記エピタキシャル層とからなる縦型のツェナーダイオードであり、
前記半導体層の表面層に前記第1ウェル領域と離して形成される第1導電形のコンタクト領域と、該コンタクト領域上と前記ソース領域上に形成した低電位側電極であるソース電極と、
前記ドレイン領域上と前記カソード上に共通に形成したドレイン/カソード電極と、
前記半導体基板の裏面上に形成した裏面電極と、該裏面電極と固着する導電体と、
を有する半導体装置であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
The switching element includes a first conductivity type epitaxial layer formed on a surface layer of a first main surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and a second conductivity type second layer formed on the surface layer of the epitaxial layer. A first well region; a second well region of a first conductivity type formed in a surface layer of the first well region; a source region of a second conductivity type formed in a surface layer of the second well region; A second conductivity type offset region formed in the surface layer of the first well region apart from the source region, a second conductivity type drain region formed in the surface layer of the offset region, the source region and the offset A lateral MOSFET comprising a gate electrode formed on a second well region sandwiched between regions via a gate insulating film, wherein the semiconductor protection element is separated from the first well region in an epitaxial layer. A vertical Zener diode formed and formed of a cathode region of a second conductivity type reaching the vicinity of the semiconductor substrate and the epitaxial layer;
A contact region of a first conductivity type formed on the surface layer of the semiconductor layer apart from the first well region; a source electrode which is a low potential side electrode formed on the contact region and the source region;
A drain / cathode electrode formed in common on the drain region and the cathode;
A back electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate, a conductor fixed to the back electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device includes:
前記コンタクト領域を直下の半導体層に投影した領域の半導体層の縦方向抵抗が2Ω以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a longitudinal resistance of the semiconductor layer in a region obtained by projecting the contact region onto the semiconductor layer immediately below is 2Ω or more. 前記半導体基板を20μm以下と薄くすることで、前記低電位電極から半導体基板に流れる電流経路の抵抗を増大させることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein resistance of a current path flowing from the low potential electrode to the semiconductor substrate is increased by thinning the semiconductor substrate to 20 μm or less. 前記抵抗性導電膜が、ポリシリコンであることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the resistive conductive film is polysilicon. 前記導電体と前記ソース電極とを接続するソース配線のインダクタンスの値と前記裏面電極が固着する箇所とソース配線が固着する箇所の間の前記導電体のインダクタンスの値の比が10以上であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 The ratio between the inductance value of the source wiring connecting the conductor and the source electrode and the inductance value of the conductor between the portion where the back electrode is fixed and the portion where the source wiring is fixed is 10 or more. The semiconductor device according to claim 5.
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