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JPH07118541B2 - Power MOS type field effect transistor - Google Patents
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JPH07118541B2 - Power MOS type field effect transistor - Google Patents

Power MOS type field effect transistor

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JPH07118541B2
JPH07118541B2 JP61182228A JP18222886A JPH07118541B2 JP H07118541 B2 JPH07118541 B2 JP H07118541B2 JP 61182228 A JP61182228 A JP 61182228A JP 18222886 A JP18222886 A JP 18222886A JP H07118541 B2 JPH07118541 B2 JP H07118541B2
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勇 川島
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/64Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
    • H10D30/66Vertical DMOS [VDMOS] FETs

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スイッチング機器等に利用される電力用MOS
型電界効果トランジスタ(パワーMOSFETと記す)に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power MOS used in a switching device or the like.
Type field effect transistor (referred to as power MOSFET).

従来の技術 パワーMOSFETは、従来から電力用素子として幅広く用い
られているバイポーラトランジスタに比べ、高速でかつ
破壊耐量が大きいこと等で、理想的なスイッチング素子
として幅広い分野で利用されている。
2. Description of the Related Art A power MOSFET is used in a wide range of fields as an ideal switching element because it is faster and has a higher breakdown resistance than a bipolar transistor which has been widely used as a power element in the past.

従来のパワーMOSFETの基本セルは、第3図に示すような
断面構造であり、図示するパワーMOSFETがNチャンネル
形であるものとして以下に詳しく説明する。
The basic cell of the conventional power MOSFET has a sectional structure as shown in FIG. 3, and will be described in detail below assuming that the illustrated power MOSFET is an N-channel type.

このパワーMOSFETは、ドレイン領域となる低不純物濃度
のN形シリコン基板1の中の多数箇所にチャンネル領域
形成用のP形拡散領域2が分離されて形成され、このP
形拡散領域2の中の二部分にN形のソース領域3が形成
され、シリコン基板1部分を挟んで相対するソース領域
3間のシリコン基板1表面にゲート酸化膜4が形成さ
れ、このゲート酸化膜4の上にゲート電極5が形成さ
れ、さらにゲート電極5の上に層間絶縁膜6が形成さ
れ、ソース領域3およびP形拡散領域2の双方に接続さ
れる関係でソース電極7がほぼ表面全域に形成され、シ
リコン基板1の裏面にドレイン電極8が形成された構造
となっている。
In this power MOSFET, P-type diffusion regions 2 for forming a channel region are separately formed in a large number of places in an N-type silicon substrate 1 having a low impurity concentration which serves as a drain region.
An N type source region 3 is formed in two parts of the shape diffusion region 2, and a gate oxide film 4 is formed on the surface of the silicon substrate 1 between the source regions 3 facing each other with the silicon substrate 1 part interposed therebetween. The gate electrode 5 is formed on the film 4, the interlayer insulating film 6 is further formed on the gate electrode 5, and the source electrode 7 is almost on the surface in the relationship of being connected to both the source region 3 and the P-type diffusion region 2. The drain electrode 8 is formed on the entire surface and is formed on the back surface of the silicon substrate 1.

この構造のパワーMOSFETではゲート電極5にプラスの電
圧が印加され、P形拡散領域2とゲート酸化膜4との界
面にチャンネルができると、電子はソース領域3からこ
のチャンネルを通ってドレイン領域の表面部分に達し、
ここから裏面に設けたドレイン電極8に向かって流れ
る。
In the power MOSFET having this structure, when a positive voltage is applied to the gate electrode 5 and a channel is formed at the interface between the P-type diffusion region 2 and the gate oxide film 4, electrons pass from the source region 3 to the drain region through the channel. Reaching the surface,
It flows from here toward the drain electrode 8 provided on the back surface.

第4図にパワーMOSFETをチップ表面から見た概略図を示
す。実際のチップは第3図に示した微細な基本セルが数
千個集積された構造となっている。
FIG. 4 shows a schematic view of the power MOSFET viewed from the chip surface. An actual chip has a structure in which thousands of the fine basic cells shown in FIG. 3 are integrated.

このパワーMOSFETでは、ゲート電極5が点線で示すスト
ライプ形状部分とこれらの一端を共通接続する共通接続
部分とからなり、さらに、共通接続部分の一部分にゲー
ト電極用のワイヤーボンディングパッド領域9が形成さ
れた櫛形の形状をなし、また、ソース電極7がシリコン
基板上のほぼ表面全域に形成され、その一部分にソース
電極用のボンディングパッド領域10を有する形状となっ
ている。なお、ソース電極7とゲート電極5との間には
層間絶縁膜が形成されている。
In this power MOSFET, the gate electrode 5 is composed of a stripe-shaped portion indicated by a dotted line and a common connection portion commonly connecting one ends thereof, and a wire bonding pad region 9 for a gate electrode is formed in a part of the common connection portion. In addition, the source electrode 7 is formed on almost the entire surface of the silicon substrate and has a bonding pad region 10 for the source electrode in a part thereof. An interlayer insulating film is formed between the source electrode 7 and the gate electrode 5.

以上説明してきた様に、従来のパワーMOSFETではチップ
の大部分にわたって、ソース電極とゲート電極が層間絶
縁膜を介してオーバーラップした構造となっている。
As described above, the conventional power MOSFET has a structure in which the source electrode and the gate electrode overlap with each other across the interlayer insulating film over most of the chip.

発明が解決しようとする問題点 この様な構造のパワーMOSFETでは、ソース電極とゲート
電極およびその間に挟まれた層間絶縁膜によりコンデン
サが形成され、ゲート・ソース間の容量が増大する。こ
のため、入力電力の増大やスイッチングスピードの低下
をもたらす問題があった。
Problems to be Solved by the Invention In the power MOSFET having such a structure, a capacitor is formed by the source electrode, the gate electrode, and the interlayer insulating film sandwiched therebetween, and the capacitance between the gate and the source increases. Therefore, there are problems that the input power increases and the switching speed decreases.

本発明はこのような問題を解決するもので、ゲート・ソ
ース間の容量を低減し、入力電力の低減やスイッチング
スピードの向上を図ることを目的とするものである。
The present invention solves such a problem, and an object thereof is to reduce the capacitance between the gate and the source, to reduce the input power and to improve the switching speed.

問題点を解決するための手段 本発明のパワーMOSFETは上記の問題を排除するものであ
って、ドレイン領域を形成する一導電形の半導体基板の
多数箇所に前記半導体基板とは逆導電形のチャンネル領
域形成用の拡散領域が形成され、同拡散領域内の二部分
に一導電形のソース領域が形成され、前記ドレイン領域
を挟んで相対するソース間の前記半導体基板表面にゲー
ト絶縁膜が形成され、同ゲート絶縁膜上にゲート電極が
ストライプ形状に形成され、同ゲート電極上に層間絶縁
膜が形成され、前記ソース領域および前記拡散領域の双
方に接続される関係でソース電極がストライプ形状に形
成され、前記半導体基板の裏面にドレイン電極が形成さ
れるとともに、前記ゲート電極と前記ソース電極がスト
ライプ形状の領域では互いにオーバーラップせず、前記
ソース電極のストライプ形状の一端を共通接続する共通
接続部分で前記ソース電極を前記層間絶縁膜を挟んで前
記ゲート電極とオーバーラップさせてこの部分でソース
電極の面積を広げた構造のものである。
Means for Solving the Problems The power MOSFET of the present invention eliminates the above-mentioned problems, and a channel of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed in a large number of places of a semiconductor substrate of one conductivity type forming a drain region. A diffusion region for forming a region is formed, a source region of one conductivity type is formed in two parts in the diffusion region, and a gate insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate between the sources facing each other with the drain region interposed therebetween. , A gate electrode is formed in a stripe shape on the gate insulating film, an interlayer insulating film is formed on the gate electrode, and the source electrode is formed in a stripe shape so as to be connected to both the source region and the diffusion region. A drain electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate, and the gate electrode and the source electrode overlap each other in a stripe-shaped region. In the structure in which the source electrode is overlapped with the gate electrode with the interlayer insulating film sandwiched in a common connection portion commonly connecting one end of the stripe shape of the source electrode, and the area of the source electrode is widened in this portion. Is.

作用 この構造によれば、ゲート電極とソース電極とのオーバ
ーラップ部分の面積を大幅に減少させるため、ゲート・
ソース間容量を大幅に低減させることができるととも
に、層間絶縁膜のピンホール等によるゲート・ソース間
の短絡不良を減少させることができる。しかも大きな電
流が流れるソース電極の共通接続部分ではソース電極の
面積が広いため、ソース電極の電気抵抗の増大を緩和さ
せることができる。
Function According to this structure, the area of the overlapping portion between the gate electrode and the source electrode is significantly reduced,
The source-to-source capacitance can be significantly reduced, and the gate-source short-circuit defects due to pinholes in the interlayer insulating film can be reduced. Moreover, since the area of the source electrode is large in the common connection portion of the source electrodes through which a large current flows, an increase in the electric resistance of the source electrode can be alleviated.

実施例 本発明のパワーMOSFETの実施例について、第1図に示し
た基本セルの構造断面斜視図および第2図に示したチッ
プの概略の平面図を参照して説明する。
EXAMPLE An example of the power MOSFET of the present invention will be described with reference to the structural sectional perspective view of the basic cell shown in FIG. 1 and the schematic plan view of the chip shown in FIG.

第1図に示したNチャンネルパワーMOSFETは、ドレイン
領域を形成する低不純物濃度のN形シリコン基板1の中
の多数箇所にチャンネル領域形成用のP形拡散領域2が
分離されて形成され、このP形拡散領域2の中の二部分
にN形のソース領域3が形成されている。そして、シリ
コン基板1部分を挟んで相対するソース領域3間のシリ
コン基板表面にゲート酸化膜4が形成されている。この
ゲート酸化膜4の上にポリシリコンのゲート電極5がス
トライプ状に形成され、このゲート電極5の上に層間絶
縁膜6が形成されている。さらに、ソース領域3および
P形拡散領域2の双方に接続される関係でソース電極7
がストライプ状に形成され、シリコン基板1の裏面にド
レイン電極8が形成された構造である。
In the N-channel power MOSFET shown in FIG. 1, P-type diffusion regions 2 for forming a channel region are separately formed at a large number of places in a low impurity concentration N-type silicon substrate 1 forming a drain region. An N type source region 3 is formed in two parts of the P type diffusion region 2. Then, a gate oxide film 4 is formed on the surface of the silicon substrate between the source regions 3 facing each other with the silicon substrate 1 portion interposed therebetween. A gate electrode 5 of polysilicon is formed in a stripe shape on the gate oxide film 4, and an interlayer insulating film 6 is formed on the gate electrode 5. Further, the source electrode 7 is connected to both the source region 3 and the P-type diffusion region 2.
Are formed in a stripe shape, and the drain electrode 8 is formed on the back surface of the silicon substrate 1.

チップ表面から見たゲート電極5とソース電極7の形状
は、第2図に示すようにストライプ形状部分とこれらの
一端を共通接続する共通接続部分とからなるくし形の形
状をなし、共通接続部分は互いに反対側に位置し、ゲー
ト電極5とソース電極7のストライプ形状部分、ゲート
電極の共通接続部分、ゲート電極用のボンディングパッ
ド領域9およびソース電極用のボンディングパッド領域
10ではゲート電極5とソース電極7とをオーバーラップ
させず、ソース電極7の共通接続部分でのみ層間絶縁膜
を挟んでゲート電極のストライプ状部分をオーバーラッ
プさせた形である。
The shape of the gate electrode 5 and the source electrode 7 as seen from the surface of the chip is a comb shape composed of a stripe-shaped portion and a common connecting portion commonly connecting one end of these as shown in FIG. Are located on opposite sides of each other, and the stripe-shaped portion of the gate electrode 5 and the source electrode 7, the common connection portion of the gate electrodes, the bonding pad region 9 for the gate electrode and the bonding pad region for the source electrode.
In No. 10, the gate electrode 5 and the source electrode 7 are not overlapped, and the stripe-shaped portions of the gate electrode are overlapped with the interlayer insulating film sandwiched only at the common connection portion of the source electrodes 7.

なお、ゲート電極5は層間絶縁膜の下にあって、ゲート
電極用のボンディングパッド領域9の上のみ層間絶縁膜
を除去してゲート電極5が露出した構造となっている。
The gate electrode 5 is under the interlayer insulating film, and the interlayer insulating film is removed only on the bonding pad region 9 for the gate electrode to expose the gate electrode 5.

すなわち、ゲート電極5とソース電極7とがオーバーラ
ップしない領域を大部分とし、分割された各ソース電極
を流れた電流が集まってくるソース電極の共通接続部分
でのみソース電極7をゲート電極5にオーバーラップさ
せた構造とし、この領域でソース電極の面積を広くし
て、ソース電極の抵抗の低減化を図っている。
That is, most of the region where the gate electrode 5 and the source electrode 7 do not overlap each other is used, and the source electrode 7 is connected to the gate electrode 5 only at the common connection portion of the source electrodes where the currents flowing through the divided source electrodes are collected. The overlapped structure is used, and the area of the source electrode is widened in this region to reduce the resistance of the source electrode.

なお、実施例ではソース電極もソース電極もくし形の形
状で説明したが、これに限られたわけでなく両者が魚骨
形状のものであってもよいし、くし形と魚骨形状を組み
合わせたものであってもよい。
In the embodiments, both the source electrode and the source electrode have been described as comb-shaped, but the invention is not limited to this, and both may be fish-bone shaped, or a comb-shaped and fish-bone shaped combination. It may be one.

発明の効果 本発明では、パワーMOSFETのゲート電極とソース電極と
のオーバーラップ面積を大幅に減少させることにより、
ゲート・ソース間の容量および入力電力を従来よりも大
幅に低減させることができる。この結果、ゲート電極の
充放電時間が短縮化されパワーMOSFETのスイッチングス
ピードを早める効果が奏される。また、層間絶縁膜のピ
ンホール等で発生していたゲート・ソース間のショート
不良が大幅に低減し、歩留りが向上するという効果も得
られる。
Effect of the Invention In the present invention, by significantly reducing the overlap area between the gate electrode and the source electrode of the power MOSFET,
The capacitance between the gate and the source and the input power can be significantly reduced as compared with the conventional case. As a result, the charging / discharging time of the gate electrode is shortened and the switching speed of the power MOSFET is accelerated. In addition, the short-circuit defect between the gate and the source, which has been caused by a pinhole or the like in the interlayer insulating film, can be significantly reduced, and the yield can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のパワーMOSFETの基本セルの実施例を示
す構造断面斜視図、第2図は本発明のパワーMOSFETの実
施例を示すチップの概略の平面図、第3図は従来のパワ
ーMOSFETの基本セルの構造断面斜視図、第4図は従来の
パワーMOSFETのチップの概略の平面図である。 1……シリコン基板、2……チャンネル形成用P形拡散
領域、3……ソース領域、4……ゲート酸化膜、5……
ゲート電極、6……層間絶縁膜、7……ソース電極、8
……ドレイン電極、9……ゲート電極用のワイヤーボン
ディングパッド領域、10……ソース電極用のワイヤーボ
ンディングパッド領域。
1 is a structural sectional perspective view showing an embodiment of a basic cell of a power MOSFET of the present invention, FIG. 2 is a schematic plan view of a chip showing an embodiment of a power MOSFET of the present invention, and FIG. 3 is a conventional power FIG. 4 is a perspective view of the structure of a basic cell of a MOSFET, and FIG. 4 is a schematic plan view of a chip of a conventional power MOSFET. 1 ... Silicon substrate, 2 ... P-type diffusion region for channel formation, 3 ... Source region, 4 ... Gate oxide film, 5 ...
Gate electrode, 6 ... Interlayer insulating film, 7 ... Source electrode, 8
...... Drain electrode, 9 ...... Wire bonding pad area for gate electrode, 10 ...... Wire bonding pad area for source electrode.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ドレイン領域を形成する一導電形の半導体
基板の多数箇所に前記半導体基板とは逆導電形のチャン
ネル領域形成用の拡散領域が形成され、同拡散領域内の
二部分に一導電形のソース領域が形成され、前記ドレイ
ン領域を挟んで相対するソース間の前記半導体基板表面
上にゲート絶縁膜が形成され、同ゲート絶縁膜上にゲー
ト電極がストライプ形状に形成され、同ゲート電極上に
層間絶縁膜が形成され、前記ソース領域および前記拡散
領域の双方に接続される関係でソース電極がストライプ
形状に形成され、前記半導体基板の裏面にドレイン電極
が形成されるとともに、前記ゲート電極と前記ソース電
極がストライプ形状の領域では互いにオーバーラップせ
ず、前記ソース電極のストライプ形状の一端を共通接続
する共通接続部分で前記ソース電極を前記層間絶縁膜を
挟んで前記ゲート電極とオーバーラップさせていること
を特徴とする電力用MOS型電界効果トランジスタ。
1. A diffusion region for forming a channel region having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate is formed in a large number of locations of a conductivity type semiconductor substrate forming a drain region, and a conductivity region is formed in two portions in the diffusion region. -Shaped source region is formed, a gate insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate between the sources facing each other with the drain region interposed therebetween, and a gate electrode is formed in a stripe shape on the gate insulating film. An interlayer insulating film is formed thereon, a source electrode is formed in a stripe shape so as to be connected to both the source region and the diffusion region, a drain electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate, and the gate electrode is formed. And a common connection portion in which the source electrodes do not overlap each other in the stripe-shaped region and commonly connect one end of the source electrodes in the stripe shape. MOS field effect transistor for power, characterized in that said has a source electrode is the gate electrode overlap sandwiching the interlayer insulating film.
【請求項2】ゲート電極がポリシリコンにより形成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載の
電力用MOS型電界効果トランジスタ。
2. The power MOS field effect transistor according to claim 1, wherein the gate electrode is made of polysilicon.
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