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JP5407182B2 - High voltage vertical MOSFET - Google Patents
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Description

本発明は、プレーナ型高耐圧MOS型電界効果トランジスタ(以下MOSFET)と称する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device called a planar type high voltage MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET).

高耐圧の縦型MOSFETは、一般的にスイッチング電源装置,インバータ装置,モーター制御装置などの電力変換回路において10kHz〜1MHz程度の周波数で動作する回路の高電位側に接続される。図6は、そのような一般的な高耐圧の縦型MOSFETの斜視断面図である。この高耐圧縦型MOSFETは図示しない高濃度のドレイン層となる半導体基板上にエピタキシャル形成される低濃度のnドリフト層1から上を示している。このnドリフト層1の表面層にはpベース領域2と、このpベース領域2の表面層に長辺に沿って平行にそれぞれ2本づつ形成されるnソース領域3が作り込まれる。このnソース領域3表面と前記nドリフト層1表面とに挟まれるpベース領域2の長辺に沿った表面はチャネル4となる。ここで言うチャネルとはゲート電極に閾値以上のゲート電圧が加えられたときにpベース領域2の表面に形成される反転層の領域である。このチャネル4表面にはゲート酸化膜(SiO膜)5を介してゲート電極(導電性Poly−Si)6が形成される。ソース電極(Al−Si)8は前記pベース領域2表面とnソース領域3表面(図6の一点鎖線の枠内のソース電極コンタクト領域9)とに共通に接触し、前記ゲート電極6上では層間絶縁膜(PSG)7を介して被覆される。さらに、図6ではこれらのゲート酸化膜5、ゲート電極6、ソース電極8の下部に隠れる表面パターンを明示するためにそれら5、6、7を一部除去している。 The high breakdown voltage vertical MOSFET is generally connected to the high potential side of a circuit that operates at a frequency of about 10 kHz to 1 MHz in a power conversion circuit such as a switching power supply device, an inverter device, or a motor control device. FIG. 6 is a perspective sectional view of such a general high breakdown voltage vertical MOSFET. This high breakdown voltage vertical MOSFET is shown above from a low concentration n drift layer 1 epitaxially formed on a semiconductor substrate which is a high concentration drain layer (not shown). In the surface layer of the n drift layer 1, a p base region 2 and n + source regions 3 formed in parallel on the surface layer of the p base region 2 along the long side are formed. It is. A surface along the long side of the p base region 2 sandwiched between the surface of the n + source region 3 and the surface of the n drift layer 1 becomes a channel 4. The channel mentioned here is a region of the inversion layer formed on the surface of the p base region 2 when a gate voltage higher than a threshold is applied to the gate electrode. A gate electrode (conductive Poly-Si) 6 is formed on the surface of the channel 4 via a gate oxide film (SiO 2 film) 5. The source electrode (Al—Si) 8 is in common contact with the surface of the p base region 2 and the surface of the n + source region 3 (source electrode contact region 9 in the frame of the one-dot chain line in FIG. 6), and the gate electrode 6 The upper layer is covered with an interlayer insulating film (PSG) 7. Further, in FIG. 6, in order to clearly show the surface pattern hidden under the gate oxide film 5, the gate electrode 6, and the source electrode 8, the parts 5, 6, and 7 are partially removed.

図6に示す高耐圧縦型MOSFETは、そのオン抵抗性能とスイッチング性能を改善するためには、図6に示すpベース領域2の短辺の幅Lp+pベース領域間の間隔Lnからなるセルピッチをできる限り小さくしてチャネル密度を高くしている。pベース領域2を基板表面の主電流の流れる活性領域表面層に相互に平行な稠密パターンに配置するように設計することも有効である。さらに、pベース領域2とドリフト層1の間のpn主接合を平面接合に近づけて平面接合に近い発生耐圧を得られるようにして高耐圧を確保している。また、前記pベース領域2の間隔Lnを狭くして、ゲート電極6とnドリフト層1表面との間の絶縁膜に生じる帰還容量Crssが小さくなり、スイッチング性能を向上させている。しかし、前記pベース領域の間隔LnにはJFET効果によって前記Lnが空乏化するほど狭くし過ぎると、たとえば、Lnを1.5μm以下にすると、オン抵抗が次第に大きくなるという問題が発生することもよく知られている。
前述のように、高耐圧縦型MOSFETはオン抵抗性能とスイッチング性能を改善するために、pベース領域を稠密に平面配置した結果、チャネル密度が高くなりゲイン特性Gmが増加する一方で、pベース領域の間隔Lnが短くされるので、帰還容量Crssが減少する。
High-voltage vertical MOSFET shown in FIG. 6, the in order to improve the on-resistance performance and switching performance, p 6 - width Lp + p of the short side of the base region 2 - consisting distance Ln between the base region cell pitch Is made as small as possible to increase the channel density. It is also effective to design the p - base region 2 so as to be arranged in a dense pattern parallel to the active region surface layer through which the main current flows on the substrate surface. Further, the pn main junction between the p base region 2 and the drift layer 1 is brought close to the planar junction so that a generated breakdown voltage close to the planar junction can be obtained to ensure a high breakdown voltage. Further, the interval Ln between the p base regions 2 is narrowed to reduce the feedback capacitance Crss generated in the insulating film between the gate electrode 6 and the surface of the n drift layer 1, thereby improving the switching performance. However, if the distance Ln between the p - base regions is too narrow to deplete due to the JFET effect, for example, if Ln is 1.5 μm or less, the on-resistance gradually increases. Is well known.
As described above, in order to improve the on-resistance performance and the switching performance, the high breakdown voltage vertical MOSFET has a p - base region densely arranged in a plane, resulting in an increase in channel density and an increase in gain characteristic Gm. - the spacing Ln of the base region is short, the feedback capacitance Crss is reduced.

これに関し、高耐圧縦型MOSFETのトランジョン周波数

Figure 0005407182
を用いて説明すると以下のように言える。トランジョン周波数
Figure 0005407182
は一般的に、
Figure 0005407182
In this regard, the transition frequency of the high breakdown voltage vertical MOSFET
Figure 0005407182
It can be said as follows if it explains using. Transition frequency
Figure 0005407182
Is generally
Figure 0005407182

にて表すことができる。前記pベース領域2を前述のように稠密に平面配置すると、すなわち、Gmが大きくなり、Crssが小さくなるので、式1から高耐圧縦型MOSFETのトランジョン周波数

Figure 0005407182
は高くなる。
一方、前述のような高耐圧縦型MOSFETについての公知技術について、pベース領域を前述のように稠密に平面配置にして、耐圧とオン抵抗とのトレードオフ関係を改善し、高耐圧、低オン抵抗でしかも高速スイッチングを可能にする技術については、既に公開されている(特許文献1、2)。
また、IGBTをマルチエミッタショート構造にすることにより、IGBTのラッチアップ電流を高くすることについての技術報告がされている(非特許文献1)。
特開2002−368215号公報 特開2003−8014号公報 H.YILMAZ,IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.NO.8 AUGUST 1985 「CELL GEOMETRY EFFECT ON IGT LATCH−UP」(FIG2(d)) Can be expressed as When the p - base region 2 is densely arranged in the plane as described above, that is, Gm increases and Crss decreases, from Equation 1, the transition frequency of the high voltage vertical MOSFET
Figure 0005407182
Becomes higher.
On the other hand, with respect to the publicly known technology for the high breakdown voltage vertical MOSFET as described above, the p - base region is densely arranged in the plane as described above to improve the trade-off relationship between breakdown voltage and on-resistance. A technique that enables on-resistance and high-speed switching has already been disclosed (Patent Documents 1 and 2).
In addition, there has been a technical report about increasing the latch-up current of the IGBT by making the IGBT a multi-emitter short structure (Non-Patent Document 1).
JP 2002-368215 A JP 2003-8014 A H. YILMAZ, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. NO. 8 AUGUST 1985 "CELL GEOMETRY EFFECT ON IGT LATCH-UP" (FIG2 (d))

しかしながら、前述のような高耐圧縦型MOSFETでは、チャネル密度を高くしていくと、トランジョン周波数

Figure 0005407182
が極端に高くなるので、一般的な電力変換回路に適用した場合、スイッチング動作過程における波形リンギングの増大、発振現象によるデバイス破壊などの異常動作がおき易くなるという問題が生じる。
本発明の目的は、オン抵抗性能とスイッチング性能を改善するために、高耐圧の縦型MOSFETのチャネル密度を高くした場合でも、これら性能を低下させずに、所要のゲイン特性が得られ、波形リンギングや発振現象などの異常動作の発生を抑制することができ、さらに寄生トランジスタの動作を抑制してアバランシェ耐量を向上させ、デバイス破壊の起き難い高耐圧縦型MOSFETを提供することにある。 However, in the high breakdown voltage vertical MOSFET as described above, when the channel density is increased, the transition frequency is increased.
Figure 0005407182
Therefore, when it is applied to a general power conversion circuit, there arises a problem that abnormal operation such as increased waveform ringing in the switching operation process and device destruction due to oscillation phenomenon easily occurs.
The object of the present invention is to improve the on-resistance performance and switching performance, even when the channel density of a high breakdown voltage vertical MOSFET is increased, the required gain characteristics can be obtained without reducing these performances, and the waveform An object of the present invention is to provide a high-breakdown-voltage vertical MOSFET that can suppress the occurrence of abnormal operation such as ringing and oscillation phenomenon, further suppresses the operation of a parasitic transistor, improves the avalanche resistance, and hardly causes device breakdown.

特許請求の範囲記載の発明によれば、半導体基板が第一導電型で低不純物濃度のドリフト層と、該ドリフト層の主表面に所定の間隔で平行に複数設けられるストライプ状の第二導電型のベース領域と、該ベース領域内の表面層の長辺に沿って配置される高不純物濃度の第一導電型ソース領域とを備え、前記ドリフト層表面および前記ソース領域表面の間に挟まれる前記ベース領域の長辺に沿った表面にチャネルを有し、該チャネルの表面上にはそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、さらに前記ベース領域のうち前記チャネルを除く表面部分と前記ソース領域表面には、前記ベース領域と前記ソース領域とを短絡させるように共通に接触する主電極を有する高耐圧縦型MOSFETにおいて、前記ソース領域が前記チャネルとは部分的に接しチャネル全域では接しないパターンにされており、前記ベース領域の短辺幅Lpと前記ベース領域間隔の幅Lnの和であるセルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下、Ln≦7μmを基準にして、Ln/Lp>1/3.5を満たす関係を有し、前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺にそれぞれ平行な部分と、該平行な部分を相互に接続するパターン屈曲部を有するストライプ形状を有し、前記長辺に沿った前記チャネルとは、該チャネルに平行な部分で接している高耐圧縦型MOSFETとする。
According to the invention described in the appended claims, and the drift layer of the semiconductor substrate is lightly doped with a first conductivity type, the second conductive stripes which are parallel to plurality at predetermined intervals on the main surface of the drift layer A mold base region and a high impurity concentration first conductivity type source region disposed along the long side of the surface layer in the base region, and sandwiched between the drift layer surface and the source region surface The base region has a channel on the surface along the long side, the gate surface is provided with a gate electrode on the surface of the channel, respectively, and the surface portion of the base region excluding the channel and the base region In the high breakdown voltage vertical MOSFET having a main electrode in common contact so as to short-circuit the base region and the source region on the surface of the source region, the source region is the channel Min to contact channels throughout are in a pattern not in contact, wherein the short side width Lp of the base region is the sum of the width Ln of the base region spacing cell pitch (Lp + Ln) is 20μm or less, based on the Ln ≦ 7 [mu] m , Ln / Lp> 1 / 3.5, a portion of the surface pattern of the source region that is parallel to the long side of the base region, and a pattern bent portion that connects the parallel portions to each other The high-breakdown-voltage vertical MOSFET having a stripe shape having a vertical axis and in contact with the channel along the long side at a portion parallel to the channel .

記屈曲部が直角であってもよい
記屈曲部が直角より大きい角度であってもよい
半導体基板が第一導電型で低不純物濃度のドリフト層と、該ドリフト層の主表面に所定の間隔で平行に複数設けられるストライプ状の第二導電型のベース領域と、該ベース領域内の表面層の長辺に沿って配置される高不純物濃度の第一導電型ソース領域とを備え、オン抵抗全体に対する前記ドリフト層の抵抗成分比率が50%以上であって、前記ドリフト層表面および前記ソース領域表面の間に挟まれる前記ベース領域の長辺に沿った表面にチャネルを有し、該チャネルの抵抗成分比率が20%であり、該チャネルの表面上にはそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、さらに前記ベース領域のうち前記チャネルを除く表面部分と前記ソース領域表面には、前記ベース領域と前記ソース領域とを短絡させるように共通に接触する主電極を有する高耐圧縦型MOSFETにおいて、前記ソース領域が前記チャネルとは部分的に接しチャネル全域では接しないパターンにされており、前記ベース領域の短辺幅Lpと前記ベース領域間隔の幅Lnの和であるセルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下、Ln≦7μmを基準にして、Ln/Lp>1/3.5を満たす関係を有し、前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺に平行なパターンであって、一定の間隔で長辺に沿った前記チャネルにそれぞれに交互に接するように、一定の間隔のソース領域を交互にそれぞれの長辺側に移動させたパターンを有する高耐圧縦型MOSFETとする
半導体基板が第一導電型で低不純物濃度のドリフト層と、該ドリフト層の主表面に所定の間隔で平行に複数設けられるストライプ状の第二導電型のベース領域と、該ベース領域内の表面層の長辺に沿って配置される高不純物濃度の第一導電型ソース領域とを備え、オン抵抗全体に対する前記ドリフト層の抵抗成分比率が50%以上であって、前記ドリフト層表面および前記ソース領域表面の間に挟まれる前記ベース領域の長辺に沿った表面にチャネルを有し、該チャネルの抵抗成分比率が20%以下であり、該チャネルの表面上にはそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、さらに前記ベース領域のうち前記チャネルを除く表面部分と前記ソース領域表面には、前記ベース領域と前記ソース領域とを短絡させるように共通に接触する主電極を有する高耐圧縦型MOSFETにおいて、
前記ソース領域が前記チャネルとは部分的に接しチャネル全域では接しないパターンにされており、前記ベース領域の長辺方向に沿って前記チャネルと前記ソース領域とが接しない領域の距離Ls−bが、前記チャネルと前記ソース領域とが接する領域の距離Ls−aよりも長い高耐圧縦型MOSFETとする。
さらに、前記ベース領域の短辺幅Lpと前記ベース領域間隔の幅Lnの和であるセルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下、Ln≦7μmを基準にして、Ln/Lp>1/3.5を満たす関係を有してもよい。
前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の二つの長辺にそれぞれ平行な二本のストライプ形状を交互に一定の間隔で間歇的とする非連続の平行パターンを有し、前記チャネルとは、前記非連続の平行パターン部分で接してもよい。
前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺にそれぞれ平行な部分と、該平行な部分を相互に接続する接続部を有し、前記ソース領域は、前記長辺に沿った前記チャネルと、該チャネルに平行な部分で接してもよい。
前記接続部が、前記ベース領域の長辺にそれぞれ平行な部分から屈曲した屈曲部を有してもよい。
前記屈曲部が直角であってもよい。
前記屈曲部が直角より大きい角度であってもよい。
前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺に平行なパターンであって、一定の間隔で前記長辺に沿った前記チャネルにそれぞれに交互に接するように、一定の間隔のソース領域を交互にそれぞれの長辺側に移動させたパターンを有してもよい。
前記距離Ls−bは、電流が流れる方向のチャネルの距離Lchの10倍以上でもよい。
Before Symbol bent portion may be I right angle der.
Before Symbol bent portion may be I right angle greater than the angle der.
A semiconductor substrate having a first conductivity type and a low impurity concentration drift layer, a plurality of stripe-shaped second conductivity type base regions provided in parallel to the main surface of the drift layer at predetermined intervals, and a surface in the base region A high impurity concentration first conductivity type source region disposed along the long side of the layer, the resistance component ratio of the drift layer to the entire on-resistance being 50% or more, and the drift layer surface and the source The channel has a channel along the long side of the base region sandwiched between the region surfaces, the resistance component ratio of the channel is 20%, and a gate insulating film is formed on the surface of the channel via a gate insulating film. A main electrode that has an electrode and is in common contact with the surface portion of the base region excluding the channel and the surface of the source region so as to short-circuit the base region and the source region; In the high breakdown voltage vertical MOSFET having the above structure, the source region has a pattern which is partially in contact with the channel and not in the entire channel, and is the sum of the short side width Lp of the base region and the width Ln of the base region interval. The cell pitch (Lp + Ln) is 20 μm or less, Ln ≦ 7 μm is used as a reference, and Ln / Lp> 1 / 3.5 is satisfied, and the surface pattern of the source region is parallel to the long side of the base region a a pattern, so as to contact alternately to each of the channels along the long side at regular intervals, high that having a respective pattern is moved on the long side alternating source regions of constant spacing A breakdown voltage vertical MOSFET is used .
A semiconductor substrate having a first conductivity type and a low impurity concentration drift layer, a plurality of stripe-shaped second conductivity type base regions provided in parallel to the main surface of the drift layer at predetermined intervals, and a surface in the base region A high impurity concentration first conductivity type source region disposed along the long side of the layer, the resistance component ratio of the drift layer to the entire on-resistance being 50% or more, and the drift layer surface and the source A channel is formed on the surface along the long side of the base region sandwiched between the surface of the regions, and the resistance component ratio of the channel is 20% or less, and a gate insulating film is interposed on the surface of the channel, respectively. A gate electrode is provided, and the surface portion of the base region excluding the channel and the surface of the source region are in common contact with each other so as to short-circuit the base region and the source region. In the high voltage vertical MOSFET having electrodes,
The source region has a pattern that is partially in contact with the channel and not in the entire channel, and the distance Ls−b between the channel and the source region is not in contact with the long side direction of the base region. The high breakdown voltage vertical MOSFET is longer than the distance Ls-a between the region where the channel and the source region are in contact.
Further, the relationship that the cell pitch (Lp + Ln), which is the sum of the short side width Lp of the base region and the width Ln of the base region interval, is 20 μm or less and satisfies Ln / Lp> 1 / 3.5 on the basis of Ln ≦ 7 μm. You may have.
The surface pattern of the source region has a discontinuous parallel pattern in which two stripe shapes each parallel to two long sides of the base region are alternately spaced at regular intervals, and the channel is You may contact | connect in the said discontinuous parallel pattern part.
The surface pattern of the source region has a portion that is parallel to the long side of the base region, and a connecting portion that connects the parallel portions to each other, and the source region includes the channel along the long side. , And may be in contact with a portion parallel to the channel.
The connecting portion may have a bent portion that is bent from a portion parallel to the long side of the base region.
The bent portion may be a right angle.
The bent portion may have an angle larger than a right angle.
The source region having a constant interval is formed so that the surface pattern of the source region is a pattern parallel to the long side of the base region, and alternately touches the channel along the long side at a constant interval. You may have the pattern moved to each long side alternately.
The distance Ls-b may be 10 times or more the channel distance Lch in the direction in which the current flows.

上記課題解決のため本発明は、オン抵抗の上昇と帰還容量の増加を抑制するように、実効的なチャネル密度を制御しながら低下させるために高耐圧縦型MOSFETのチャネルの一部に接し、全辺には接しないソース領域の表面パターン形状を有する高耐圧縦型MOSFETとする。具体的には、ソース領域を形成する際に、部分的にマスキングを行いソース領域を形成しない部分を作る。このソース領域形成において、ソース領域を作る部分、すなわち、個々のnソース領域の長辺方向の距離Ls−aとソース拡散層の無い部分、すなわち、個々の切り取られたnソース領域間の長辺方向の距離Ls−bを所定の割合に設定することにより、セルピッチ(Lp+Ln)に関係なくチャネル幅を変えることができる。これにより所要のゲイン特性Gmが実現できる。また、前記Ls−bを前記Ls−aより大きくすることで、ソース電極(Al−Si)に対するベース領域の接触面積を大きくして、アバランシェ降伏動作時の寄生バイポーラトランジスタに流れ込むアバランシェ電流を低減して、アバランシェ耐量を向上させるものである。 In order to solve the above problem, the present invention is in contact with a part of the channel of the high breakdown voltage vertical MOSFET in order to reduce the effective channel density while controlling the increase in the on-resistance and the increase in the feedback capacitance, A high breakdown voltage vertical MOSFET having a surface pattern shape of the source region not in contact with all sides is formed. Specifically, when forming the source region, masking is partially performed to form a portion where the source region is not formed. In the formation of the source region, the portion forming the source region, that is, the distance Ls-a in the long side direction of each n + source region and the portion without the source diffusion layer, that is, between each cut n + source region By setting the distance Ls−b in the long side direction to a predetermined ratio, the channel width can be changed regardless of the cell pitch (Lp + Ln). Thereby, a required gain characteristic Gm can be realized. Also, by making Ls-b larger than Ls-a, the contact area of the base region with the source electrode (Al-Si) is increased, and the avalanche current flowing into the parasitic bipolar transistor during the avalanche breakdown operation is reduced. Thus, the avalanche resistance is improved.

本発明によれば、オン抵抗性能とスイッチング性能を改善するために、高耐圧の縦型MOSFETのチャネル密度を高くした場合でも、これら性能を低下させずに、所要のゲイン特性が得られ、波形リンギングや発振現象などの異常動作の発生を抑制することができ、さらに寄生トランジスタの動作を抑制してアバランシェ耐量を向上させ、デバイス破壊の起き難い高耐圧縦型MOSFETを提供することができる。   According to the present invention, in order to improve the on-resistance performance and the switching performance, even when the channel density of the high breakdown voltage vertical MOSFET is increased, the required gain characteristics can be obtained without reducing these performances, and the waveform The occurrence of abnormal operations such as ringing and oscillation phenomenon can be suppressed, and further, the operation of the parasitic transistor can be suppressed to improve the avalanche resistance, thereby providing a high breakdown voltage vertical MOSFET that is unlikely to cause device breakdown.

以下、本発明の高耐圧縦型MOSFETにかかる一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図1〜図5は、それぞれ、本発明のnチャネル高耐圧縦型MOSFETにかかるそれぞれ異なるソース領域の表面パターンを示す斜視断面図である。
〔実施例1〕
Hereinafter, an embodiment according to a high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.
1 to 5 are perspective sectional views showing surface patterns of different source regions according to the n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention.
[Example 1]

図1は実施例1にかかるnチャネル高耐圧縦型MOSFETの斜視断面図である。この図1も前記図6と同様に、ドレイン層が省かれている。前記図6と異なる点はnソース領域3aの表面パターン部分である。前記図6ではnソース領域3の表面パターンは、pベース領域2の表面層に長辺に沿って平行にそれぞれ2本づつ連続的なストライプ状に形成されていたが、実施例1では図1に示すように、2本のストライプをそれぞれ一定の間隔で間歇的に、両ストライプ間では相互に互い違いになるように切り取った非連続な形状にされている。残っている個々のnソース領域3aの長辺方向の距離をLs−aとし、個々の切り取られた、nソース領域3a間の長辺方向の距離をLs−bとする。さらに、実施例1では2本のストライプに対して、残っている個々のnソース領域3aと個々の切り取られた、nソース領域3a間の領域とが、前述のように、交互配置となる表面パターンにされていることが特徴である。このようなnソース領域3aの表面パターンとすることにより、セルピッチ(Ln+Lp)を小さくしたまま、電流の流れる有効なチャネルの幅(電流の流れる方向と直角の方向の距離)を適宜変えれば、一チップあたりの全チャネル幅を制御することができ、ゲイン特性を制御することができるのである。
実施例1では、このような非連続なnソース領域3aの表面パターンとすることにより、セルピッチを変えることなく、切り取り領域のない従来の連続的なストライプ状nソース領域3に比べてゲインGmを小さくすることができるので、前述のトランジョン周波数fが低くなり、波形リンギングや発振現象などの異常動作の発生を抑制することができる。
1 is a perspective sectional view of an n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET according to Embodiment 1. FIG. As in FIG. 6, the drain layer is also omitted in FIG. The difference from FIG. 6 is the surface pattern portion of the n + source region 3a. In FIG. 6, the surface pattern of the n + source region 3 is formed in a continuous stripe shape in parallel with each other along the long side on the surface layer of the p base region 2. As shown in FIG. 1, two stripes are intermittently formed at regular intervals, and the two stripes are cut out so as to alternate with each other. The distance in the long side direction of each remaining n + source region 3a is Ls-a, and the distance in the long side direction between the individual n + source regions 3a is Ls-b. Further, in the first embodiment, the remaining individual n + source regions 3a and the cut regions between the n + source regions 3a are alternately arranged with respect to the two stripes as described above. It is characterized by having a surface pattern. By adopting such a surface pattern of the n + source region 3a, if the width of the effective channel through which the current flows (distance in the direction perpendicular to the direction of current flow) is appropriately changed while the cell pitch (Ln + Lp) is kept small, The total channel width per chip can be controlled, and the gain characteristics can be controlled.
In the first embodiment, such a surface pattern of the non-continuous n + source region 3a provides a gain compared to the conventional continuous striped n + source region 3 having no cut region without changing the cell pitch. it is possible to reduce the Gm, Trang John frequency f T of the aforementioned low, it is possible to suppress the occurrence of abnormal operation such as waveform ringing or oscillation phenomenon.

一方、ゲインGmが小さくなることにより、オン抵抗の増大が懸念される。しかし、本発明にかかる高耐圧MOSFETではオン抵抗に占めるドリフト層1の抵抗成分が50%以上と大きく、チャネルの抵抗成分は20%以下と小さいことを前提としている。従って、nソース領域の表面パターンを適宜に制御することにより、チャネル部分の抵抗成分が多少増加しても、オン抵抗全体からすれば、チャネル部分の抵抗成分の増加を実用的には問題ない程度に充分に抑制することができるのである。
実施例1を含む本発明の高耐圧縦型MOSFETにかかる具体的なnソース領域の表面パターンの形状を設計する際の考え方について説明する。
本発明の高耐圧縦型MOSFETは、そのオン抵抗性能とスイッチング性能を改善するために、pベース領域2の短辺の幅Lpとpベース領域間の間隔Lnからなるセルピッチ(Lp+Ln)は、JFET効果によるオン抵抗の増加が現われる間隔を下限として、できる限り小さくしてチャネル密度を高くすることができる。たとえば、セルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下となる範囲で、pベース領域間の間隔Lnを7μm以下にすることを基準にして、LnとLpの比、Ln/Lpを1/3.5より大きく、すなわち、Ln/Lp>1/3.5となるpベース領域2の短辺の幅Lpを決めることが好ましい。
On the other hand, there is a concern about an increase in on-resistance as the gain Gm decreases. However, the high breakdown voltage MOSFET according to the present invention is premised on that the resistance component of the drift layer 1 occupying the on-resistance is as large as 50% or more and the resistance component of the channel is as small as 20% or less. Therefore, by appropriately controlling the surface pattern of the n + source region, even if the resistance component of the channel portion slightly increases, there is no practical problem in increasing the resistance component of the channel portion in terms of the overall on-resistance. It can be suppressed sufficiently.
The concept for designing the shape of the surface pattern of the n + source region according to the high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention including Example 1 will be described.
In order to improve the on-resistance performance and switching performance of the high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention, the cell pitch (Lp + Ln) comprising the width Lp of the short side of the p base region 2 and the interval Ln between the p base regions is The channel density can be increased by making the interval as small as possible the increase in the on-resistance due to the JFET effect as small as possible. For example, in the range where the cell pitch (Lp + Ln) is 20 μm or less, the ratio Ln to Lp, Ln / Lp is larger than 1 / 3.5, with the distance Ln between the p - base regions being 7 μm or less. That is, it is preferable to determine the width Lp of the short side of the p base region 2 that satisfies Ln / Lp> 1 / 3.5.

たとえば、pベース領域間の間隔Lnを7μmとすると、セルピッチ20μmから7μmを引くと、残り13μmとなるから、pベース領域2の短辺の幅Lpは13μm以下となる。従ってLp≦13μmであって、Ln/Lp>1/3.5を満たす範囲で、ソースコンタクト領域として必要な面積やnソース領域を形成するフォトリソグラフィー能力を考慮してLp値、たとえば、Lp=10μmを決めればよい。
さらに、前記ソース領域の表面パターンが前記チャネル表面とは部分的に接し全域では接しないパターンについて、図1に示す実施例1では、チャネルとソース領域とが接しない領域の長手方向の距離Ls−bが、チャネルの、電流が流れる方向の距離であるチャネル長Lchの10倍以上、すなわち、Ls−b>10×Lchであって、かつ、Ls−bがLs−aより大きく、すなわち、Ls−b/Ls−a>1とされることが好ましい。10倍未満またはLs−bがLs−aより小さい場合では、ゲインGmの低減への影響が小さく、トランジョン周波数fの低減が小さく発明の効果が大きくないためである。
また、Ls−b/Ls−a>1とすることにより、pベース領域2の表面面積が大きくなり、ソース電極に対するpベース領域2の接触面積を大きくすることができる。その結果、アバランシェ降伏時に寄生バイポーラトランジスタ(nドリフト層1−pベース領域2−nソース領域3a)のpベース領域に流れ込む電流を少なくして、トランジスタ動作を抑制することができ、アバランシェ耐量を向上させ、デバイス破壊を少なくすることができる。
〔実施例2〕
For example, if the interval Ln between the p base regions is 7 μm, if 7 μm is subtracted from the cell pitch 20 μm, the remaining 13 μm is obtained, so the width Lp of the short side of the p base region 2 is 13 μm or less. Accordingly, Lp ≦ 13 μm and Lp value, for example, Lp, in consideration of the area necessary for the source contact region and the photolithography ability to form the n + source region in a range satisfying Ln / Lp> 1 / 3.5. = 10 μm may be determined.
Further, regarding the pattern in which the surface pattern of the source region is partially in contact with the channel surface and not in the entire region, in Example 1 shown in FIG. 1, the distance Ls− in the longitudinal direction of the region where the channel and the source region do not contact b is not less than 10 times the channel length Lch, which is the distance of the channel in the direction of current flow, that is, Ls−b> 10 × Lch, and Ls−b is greater than Ls−a, that is, Ls It is preferable that -b / Ls-a> 1. In the case 10 times or less than Ls-b is Ls-a smaller, less impact on the reduction of the gain Gm, because the effect of reducing Trang John frequency f T is small invention is not large.
Further, by setting Ls−b / Ls−a> 1, the surface area of the p base region 2 is increased, and the contact area of the p base region 2 with respect to the source electrode can be increased. As a result, the current flowing into the p base region of the parasitic bipolar transistor (n drift layer 1 −p base region 2 −n + source region 3 a) at the time of avalanche breakdown can be reduced, and the transistor operation can be suppressed. Avalanche resistance can be improved and device destruction can be reduced.
[Example 2]

図2は実施例2にかかるnチャネル高耐圧縦型MOSFETの斜視断面図である。図2では図1とは異なるnソース領域の表面パターンを示している。図2では、図1のように、nソース領域3aが非連続パターンとなって、従来の図6nソース領域3に比べてnソース領域3aの面積が小さくなる上に、さらに、個々のnソース領域3aが小さくなることに起因してパターンずれやレジスト剥がれなどのフォトプロセストラブルによるソース電極8との接触面積が減少する懸念がある。図2はこの懸念に対する対策となるnソース領域3bパターンにされることが特徴である。前記懸念に対応するために、nソース領域3bを、前記図1のように、それぞれ一定の間隔で間歇的に切り取った非連続な長方形ではないパターンにしたものである。すなわち、前記図1のnソース領域3aの長方形の短辺方向に凸形状部分を追加して設けることにより、図1で説明したような非連続nソース領域3aの長手方向のパターンの無い部分の間隔はそのままにして、前記フォトプロセストラブルによるnソース領域3aの減少を防止するパターンにしたことが特徴である。このようなパターンとすることにより、一方のチャネルに接するソース領域の長辺に沿った距離をLs−a、この一方のチャネルに接しない(他方のチャネルに接する)距離をLs−bとする。Ls−aとLs−bとの関係は前記実施例1と同じである。 FIG. 2 is a perspective sectional view of an n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET according to the second embodiment. FIG. 2 shows an n + source region surface pattern different from that in FIG. In Figure 2, as shown in FIG. 1, n + source region 3a becomes discontinuous pattern, on the area of the n + source region 3a becomes smaller than the conventional Figure 6n + source region 3, further individual There is a concern that the contact area with the source electrode 8 may decrease due to a photo process trouble such as pattern shift or resist peeling due to the decrease of the n + source region 3a. FIG. 2 is characterized by an n + source region 3b pattern that is a countermeasure against this concern. In order to deal with the concern, the n + source region 3b is formed into a non-continuous rectangular pattern that is intermittently cut at regular intervals as shown in FIG. That is, by providing an additional convex portion in the rectangular short side direction of the n + source region 3a in FIG. 1, there is no pattern in the longitudinal direction of the non-continuous n + source region 3a as described in FIG. It is characterized in that the interval between the portions is left as it is, and the pattern prevents the decrease of the n + source region 3a due to the photo process trouble. With such a pattern, the distance along the long side of the source region in contact with one channel is Ls-a, and the distance not in contact with this one channel (in contact with the other channel) is Ls-b. The relationship between Ls-a and Ls-b is the same as in the first embodiment.

実施例2では、このような非連続なnソース領域3bの表面パターンとすることにより、セルピッチを変えることなく、切り取り領域のない従来の連続的なストライプ状nソース領域3に比べてゲインGmを小さくすることができるので、前述のトランジョン周波数fが低くなり、波形リンギングや発振現象などの異常動作の発生を抑制することができる。
また、実施例1と同様に、トランジスタ動作を抑制することができるので、アバランシェ耐量を向上させ、デバイス破壊を少なくすることができる。
〔実施例3、4〕
In the second embodiment, such a surface pattern of the non-continuous n + source region 3b provides a gain compared to the conventional continuous stripe n + source region 3 having no cut-out region without changing the cell pitch. it is possible to reduce the Gm, Trang John frequency f T of the aforementioned low, it is possible to suppress the occurrence of abnormal operation such as waveform ringing or oscillation phenomenon.
Moreover, since the transistor operation can be suppressed as in the first embodiment, the avalanche resistance can be improved and the device breakdown can be reduced.
[Examples 3 and 4]

図3、図4はそれぞれ、実施例3、4にかかるnチャネル高耐圧縦型MOSFETの斜視断面図である。図3、図4では前記図1、図2とは異なるnソース領域3c、3dの表面パターンを示している。図3、図4では、前記図1に示す2本の非連続なnソース領域3aが相互に互い違いに配置された表面パターンを一本のストライプパターンとなるように、2本のストライプパターンを非連続部分で接続したパターンである。図3は、図1のソースパターンの非連続部分で、ストライプに直角な方向に屈曲する領域で接続させたパターンであり、図4は、同様に、直角よりも大きい角度で屈曲させた領域で交互に接続させたパターンである。このようなパターンとすることにより、一方のチャネルに接するソース領域3c、3dの長辺に沿った距離をLs−a、この一方のチャネルに接しない(他方のチャネルに接する)距離をLs−bとする。Ls−aとLs−bとの関係は前記実施例1と同じである。
実施例3、4でも、このようなnソース領域3c、3dの表面パターンとすることにより、セルピッチを変えることなく、従来のチャネルの全域で接触するnソース領域3に比べてゲインGmを小さくすることができるので、前述のトランジョン周波数fが低くなり、波形リンギングや発振現象などの異常動作の発生を抑制することができる。
3 and 4 are perspective sectional views of n-channel high voltage vertical MOSFETs according to Examples 3 and 4, respectively. 3 and 4 show surface patterns of n + source regions 3c and 3d different from those in FIGS. 3 and 4, two stripe patterns are formed so that the surface pattern in which the two non-continuous n + source regions 3a shown in FIG. 1 are alternately arranged becomes one stripe pattern. It is a pattern connected at non-continuous parts. FIG. 3 is a discontinuous portion of the source pattern of FIG. 1 and is a pattern connected in a region bent in a direction perpendicular to the stripe, and FIG. 4 is also a region bent at an angle larger than the right angle. It is a pattern connected alternately. With such a pattern, the distance along the long side of the source regions 3c and 3d that are in contact with one channel is Ls-a, and the distance that is not in contact with this one channel (is in contact with the other channel) is Ls-b. And The relationship between Ls-a and Ls-b is the same as in the first embodiment.
In the third and fourth embodiments, such a surface pattern of the n + source regions 3c and 3d makes it possible to obtain a gain Gm as compared with the n + source region 3 that is in contact with the entire area of the conventional channel without changing the cell pitch. it is possible to reduce, Trang John frequency f T of the aforementioned low, it is possible to suppress the occurrence of abnormal operation such as waveform ringing or oscillation phenomenon.

また、実施例3、4では、前記実施例1のソース領域3aに比べて、ソース領域3c、3dの面積が連続しているので、実施例1で問題となるような個々のソース領域3a面積が小さいことによるフォトプロセストラブルが少なくなる特徴がある。
また、実施例1と同様の理由で、トランジスタ動作を抑制することができるので、アバランシェ耐量を向上させ、デバイス破壊を少なくすることができる。
〔実施例5〕
In the third and fourth embodiments, the areas of the source regions 3c and 3d are continuous as compared with the source region 3a of the first embodiment. The feature is that the photo process trouble due to the small is reduced.
Further, since the transistor operation can be suppressed for the same reason as in the first embodiment, the avalanche resistance can be improved, and the device breakdown can be reduced.
Example 5

図5は実施例5にかかるnチャネル高耐圧縦型MOSFETの斜視断面図である。図5では前記図1、3、4、5とは異なるnソース領域3eの表面パターンを示している。図5ではベース領域2の長辺に平行に形成される一本のソース領域を一定の間隔で少なくとも一方の長辺側にソース領域が分離しない程度の距離だけ移動させてベース領域の両長辺に沿って形成されるチャネルに交互に接するようにした表面パターンとすることを特徴としている。このようなパターンとすることにより、一方のチャネルに接するソース領域3eの長辺に沿った距離をLs−a、この一方のチャネルに接しない(他方のチャネルに接する)距離をLs−bとする。Ls−aとLs−bとの関係は前記実施例1と同じである。
実施例5においても、このようなnソース領域3eの表面パターンとすることにより、セルピッチを変えることなく、従来のチャネルの全域で接触するnソース領域3に比べてゲインGmを小さくすることができるので、前述のトランジョン周波数fが低くなり、波形リンギングや発振現象などの異常動作の発生を抑制することができる。
また、実施例5では、前記実施例1のソース領域3aに比べて、ソース領域3eの面積が大きいので、実施例1で問題となるような個々のソース領域3a面積が小さいことによるフォトプロセストラブルが少なくなる特徴がある。また、実施例1と同様の理由で、トランジスタ動作を抑制することができるので、アバランシェ耐量を向上させ、デバイス破壊を少なくすることができる。
FIG. 5 is a perspective sectional view of an n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET according to the fifth embodiment. FIG. 5 shows a surface pattern of the n + source region 3e different from those in FIGS. In FIG. 5, a single source region formed parallel to the long side of the base region 2 is moved at a fixed distance to at least one long side by a distance that does not separate the source region. It is characterized in that it is a surface pattern that is alternately in contact with the channels formed along the surface. By adopting such a pattern, the distance along the long side of the source region 3e in contact with one channel is Ls-a, and the distance not in contact with this one channel (in contact with the other channel) is Ls-b. . The relationship between Ls-a and Ls-b is the same as in the first embodiment.
Also in the fifth embodiment, by using such a surface pattern of the n + source region 3e, the gain Gm can be reduced as compared with the n + source region 3 that is in contact with the entire area of the conventional channel without changing the cell pitch. since it is, Trang John frequency f T of the aforementioned low, it is possible to suppress the occurrence of abnormal operation such as waveform ringing or oscillation phenomenon.
Further, in the fifth embodiment, since the area of the source region 3e is larger than that of the source region 3a of the first embodiment, the photo process trouble due to the small area of the individual source regions 3a, which is a problem in the first embodiment. There is a feature that decreases. Further, since the transistor operation can be suppressed for the same reason as in the first embodiment, the avalanche resistance can be improved, and the device breakdown can be reduced.

また、実施例2〜5では、前記実施例1のソース領域3aに比べて、短辺方向に幅広部分があるので、マスクパターンに製造ズレがあってもソース電極と個々のソース領域の接触が確実に行える。   Further, in Examples 2 to 5, since there is a wider portion in the short side direction than the source region 3a of Example 1, contact between the source electrode and each source region is made even if there is a manufacturing deviation in the mask pattern. It can be done reliably.

本発明のnチャネル高耐圧縦型MOSFETにかかるソース領域を示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing the source region concerning n channel high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention. 本発明のnチャネル高耐圧縦型MOSFETにかかる異なるソース領域を示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing a different source region concerning the n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention. 本発明のnチャネル高耐圧縦型MOSFETにかかる異なるソース領域を示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing a different source region concerning the n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention. 本発明のnチャネル高耐圧縦型MOSFETにかかる異なるソース領域を示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing a different source region concerning the n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention. 本発明のnチャネル高耐圧縦型MOSFETにかかる異なるソース領域を示す斜視断面図である。It is a perspective sectional view showing a different source region concerning the n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET of the present invention. 従来のnチャネル高耐圧縦型MOSFETの斜視断面図である。It is a perspective sectional view of a conventional n-channel high breakdown voltage vertical MOSFET.

符号の説明Explanation of symbols

1 ドリフト層、nドリフト層
2 ベース領域、pベース領域
3、3a、3b、3c、3d、3e ソース領域、nソース領域
4 チャネル
5 ゲート酸化膜、SiO
6 ゲート電極、導電性Poly−Si
7 層間絶縁膜、PSG
8 ソース電極、Al−Si
9 ソース電極コンタクト領域9
Lch チャネル長
Lp ベース領域の短辺幅
Ln ベース領域間の間隔
Ls−a 個々のnソース領域の長辺方向の距離
Ls−b 個々の切り取られたnソース領域間の長辺方向の距離。
1 drift layer, n drift layer 2 base region, p base region 3, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e source region, n + source region 4 channel 5 gate oxide film, SiO 2 film 6 gate electrode, conductivity Poly-Si
7 Interlayer insulation film, PSG
8 Source electrode, Al-Si
9 Source electrode contact region 9
Lch channel length Lp short side width of base region Ln spacing between base regions Ls-a distance in the long side direction of individual n + source region Ls-b distance in long side direction of individual cut n + source region .

Claims (13)

半導体基板が第一導電型で低不純物濃度のドリフト層と、該ドリフト層の主表面に所定の間隔で平行に複数設けられるストライプ状の第二導電型のベース領域と、該ベース領域内の表面層の長辺に沿って配置される高不純物濃度の第一導電型ソース領域とを備え、オン抵抗全体に対する前記ドリフト層の抵抗成分比率が50%以上であって、前記ドリフト層表面および前記ソース領域表面の間に挟まれる前記ベース領域の長辺に沿った表面にチャネルを有し、該チャネルの抵抗成分比率が20%であり、該チャネルの表面上にはそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、さらに前記ベース領域のうち前記チャネルを除く表面部分と前記ソース領域表面には、前記ベース領域と前記ソース領域とを短絡させるように共通に接触する主電極を有する高耐圧縦型MOSFETにおいて、
前記ソース領域が前記チャネルとは部分的に接しチャネル全域では接しないパターンにされており、
前記ベース領域の短辺幅Lpと前記ベース領域間隔の幅Lnの和であるセルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下、Ln≦7μmを基準にして、Ln/Lp>1/3.5を満たす関係を有し、
前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺にそれぞれ平行な部分と、該平行な部分を相互に接続するパターン屈曲部を有するストライプ形状を有し、前記長辺に沿った前記チャネルとは、該チャネルに平行な部分で接していることを特徴とする高耐圧縦型MOSFET。
A semiconductor substrate having a first conductivity type and a low impurity concentration drift layer, a plurality of stripe-shaped second conductivity type base regions provided in parallel to the main surface of the drift layer at predetermined intervals, and a surface in the base region A high impurity concentration first conductivity type source region disposed along the long side of the layer, the resistance component ratio of the drift layer to the entire on-resistance being 50% or more, and the drift layer surface and the source The channel has a channel along the long side of the base region sandwiched between the region surfaces, the resistance component ratio of the channel is 20%, and a gate insulating film is formed on the surface of the channel via a gate insulating film. A main electrode that has an electrode and is in common contact with the surface portion of the base region excluding the channel and the surface of the source region so as to short-circuit the base region and the source region; In the high voltage vertical MOSFET having,
The source region is in a pattern that is partially in contact with the channel and not in the entire channel ,
The cell pitch (Lp + Ln), which is the sum of the short side width Lp of the base region and the width Ln of the base region interval, is 20 μm or less, and satisfies a relationship satisfying Ln / Lp> 1 / 3.5 based on Ln ≦ 7 μm. And
The surface pattern of the source region has a stripe shape having a portion parallel to the long side of the base region, and a pattern bending portion connecting the parallel portions to each other, and the channel along the long side Is a high breakdown voltage vertical MOSFET, which is in contact with a portion parallel to the channel .
前記屈曲部が直角であることを特徴とする請求項1に記載の高耐圧縦型MOSFET。 2. The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 1, wherein the bent portion is a right angle . 前記屈曲部が直角より大きい角度であることを特徴とする請求項1に記載の高耐圧縦型MOSFET。 2. The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 1, wherein the bent portion has an angle larger than a right angle . 半導体基板が第一導電型で低不純物濃度のドリフト層と、該ドリフト層の主表面に所定の間隔で平行に複数設けられるストライプ状の第二導電型のベース領域と、該ベース領域内の表面層の長辺に沿って配置される高不純物濃度の第一導電型ソース領域とを備え、オン抵抗全体に対する前記ドリフト層の抵抗成分比率が50%以上であって、前記ドリフト層表面および前記ソース領域表面の間に挟まれる前記ベース領域の長辺に沿った表面にチャネルを有し、該チャネルの抵抗成分比率が20%であり、該チャネルの表面上にはそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、さらに前記ベース領域のうち前記チャネルを除く表面部分と前記ソース領域表面には、前記ベース領域と前記ソース領域とを短絡させるように共通に接触する主電極を有する高耐圧縦型MOSFETにおいて、
前記ソース領域が前記チャネルとは部分的に接しチャネル全域では接しないパターンにされており、
前記ベース領域の短辺幅Lpと前記ベース領域間隔の幅Lnの和であるセルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下、Ln≦7μmを基準にして、Ln/Lp>1/3.5を満たす関係を有し、
前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺に平行なパターンであって、一定の間隔で前記長辺に沿った前記チャネルにそれぞれに交互に接するように、一定の間隔のソース領域を交互にそれぞれの長辺側に移動させたパターンを有することを特徴とする高耐圧縦型MOSFET。
A semiconductor substrate having a first conductivity type and a low impurity concentration drift layer, a plurality of stripe-shaped second conductivity type base regions provided in parallel to the main surface of the drift layer at predetermined intervals, and a surface in the base region A high impurity concentration first conductivity type source region disposed along the long side of the layer, the resistance component ratio of the drift layer to the entire on-resistance being 50% or more, and the drift layer surface and the source The channel has a channel along the long side of the base region sandwiched between the region surfaces, the resistance component ratio of the channel is 20%, and a gate insulating film is formed on the surface of the channel via a gate insulating film. A main electrode that has an electrode and is in common contact with the surface portion of the base region excluding the channel and the surface of the source region so as to short-circuit the base region and the source region; In the high voltage vertical MOSFET having,
The source region is in a pattern that is partially in contact with the channel and not in the entire channel,
The cell pitch (Lp + Ln), which is the sum of the short side width Lp of the base region and the width Ln of the base region interval, is 20 μm or less, and satisfies a relationship satisfying Ln / Lp> 1 / 3.5 based on Ln ≦ 7 μm. And
The source region having a constant interval is formed so that the surface pattern of the source region is a pattern parallel to the long side of the base region, and alternately touches the channel along the long side at a constant interval. A high breakdown voltage vertical MOSFET having a pattern that is alternately moved to the long side .
半導体基板が第一導電型で低不純物濃度のドリフト層と、
該ドリフト層の主表面に所定の間隔で平行に複数設けられるストライプ状の第二導電型のベース領域と、
該ベース領域内の表面層の長辺に沿って配置される高不純物濃度の第一導電型ソース領域とを備え、
オン抵抗全体に対する前記ドリフト層の抵抗成分比率が50%以上であって、
前記ドリフト層表面および前記ソース領域表面の間に挟まれる前記ベース領域の長辺に沿った表面にチャネルを有し、
該チャネルの抵抗成分比率が20%以下であり、
該チャネルの表面上にはそれぞれゲート絶縁膜を介してゲート電極を有し、
さらに前記ベース領域のうち前記チャネルを除く表面部分と前記ソース領域表面には、前記ベース領域と前記ソース領域とを短絡させるように共通に接触する主電極を有する高耐圧縦型MOSFETにおいて、
前記ソース領域が前記チャネルとは部分的に接しチャネル全域では接しないパターンにされており、
前記ベース領域の長辺方向に沿って前記チャネルと前記ソース領域とが接しない領域の距離Ls−bが、前記チャネルと前記ソース領域とが接する領域の距離Ls−aよりも長いことを特徴とする高耐圧縦型MOSFET。
A semiconductor substrate having a first conductivity type and a low impurity concentration drift layer;
A plurality of stripe-shaped second conductivity type base regions provided in parallel at predetermined intervals on the main surface of the drift layer;
A high impurity concentration first conductivity type source region disposed along the long side of the surface layer in the base region,
The resistance component ratio of the drift layer to the entire on-resistance is 50% or more,
Having a channel on the surface along the long side of the base region sandwiched between the drift layer surface and the source region surface;
The resistance component ratio of the channel is 20% or less,
On the surface of the channel, each has a gate electrode through a gate insulating film,
Further, in the high breakdown voltage vertical MOSFET having a main electrode that is in common contact with the surface portion of the base region excluding the channel and the source region surface so as to short-circuit the base region and the source region,
The source region is in a pattern that is partially in contact with the channel and not in the entire channel,
A distance Ls-b of a region where the channel and the source region are not in contact with each other along a long side direction of the base region is longer than a distance Ls-a of a region where the channel and the source region are in contact with each other. the high-voltage vertical MOSFET to be.
前記ベース領域の短辺幅Lpと前記ベース領域間隔の幅Lnの和であるセルピッチ(Lp+Ln)が20μm以下、Ln≦7μmを基準にして、Ln/Lp>1/3.5を満たす関係を有することを特徴とする請求項5に記載の高耐圧縦型MOSFET。 The cell pitch (Lp + Ln), which is the sum of the short side width Lp of the base region and the width Ln of the base region interval, has a relationship satisfying Ln / Lp> 1 / 3.5 with reference to 20 μm or less and Ln ≦ 7 μm. The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 5 . 前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の二つの長辺にそれぞれ平行な二本のストライプ形状を交互に一定の間隔で間歇的とする非連続の平行パターンを有し、前記チャネルとは、前記非連続の平行パターン部分で接することを特徴とする請求項6に記載の高耐圧縦型MOSFET。 The surface pattern of the source region has a discontinuous parallel pattern in which two stripe shapes each parallel to two long sides of the base region are alternately spaced at regular intervals, and the channel is The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 6, wherein the high-voltage vertical MOSFET contacts with the discontinuous parallel pattern portion . 前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺にそれぞれ平行な部分と、該平行な部分を相互に接続する接続部を有し、The surface pattern of the source region has a portion that is parallel to the long side of the base region, and a connecting portion that connects the parallel portions to each other,
前記ソース領域は、前記長辺に沿った前記チャネルと、該チャネルに平行な部分で接することを特徴とする請求項6に記載の高耐圧縦型MOSFET。The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 6, wherein the source region is in contact with the channel along the long side at a portion parallel to the channel.
前記接続部が、前記ベース領域の長辺にそれぞれ平行な部分から屈曲した屈曲部を有することを特徴とする請求項8に記載の高耐圧縦型MOSFET。9. The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 8, wherein the connection portion has a bent portion bent from a portion parallel to the long side of the base region. 前記屈曲部が直角であることを特徴とする請求項9に記載の高耐圧縦型MOSFET。The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 9, wherein the bent portion is a right angle. 前記屈曲部が直角より大きい角度であることを特徴とする請求項9に記載の高耐圧縦型MOSFET。The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 9, wherein the bent portion has an angle larger than a right angle. 前記ソース領域の表面パターンが、前記ベース領域の長辺に平行なパターンであって、一定の間隔で前記長辺に沿った前記チャネルにそれぞれに交互に接するように、一定の間隔のソース領域を交互にそれぞれの長辺側に移動させたパターンを有することを特徴とする請求項6に記載の高耐圧縦型MOSFET。The source region having a constant interval is formed so that the surface pattern of the source region is a pattern parallel to the long side of the base region, and alternately touches the channel along the long side at a constant interval. 7. The high breakdown voltage vertical MOSFET according to claim 6, wherein the high withstand voltage vertical MOSFET has a pattern which is alternately moved to each long side. 前記距離Ls−bは、電流が流れる方向の前記チャネルの距離Lchの10倍以上であることを特徴とする請求項5〜12のいずれか一項に記載の高耐圧縦型MOSFET。The high withstand voltage vertical MOSFET according to any one of claims 5 to 12, wherein the distance Ls-b is 10 times or more the distance Lch of the channel in the direction in which a current flows.
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