JP5015361B2 - 半導体素子および半導体装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しながら、本発明による半導体素子の第1の実施形態を説明する。図1(a)は本実施形態の半導体素子100の断面を模式的に示している。図1(a)には、一点鎖線の右側および左側にそれぞれ位置する2つの半導体素子100の断面が示されている。これらは、ユニットセル100uを構成しており、市販される半導体装置は、複数のユニットセルを含む。
30keV:3.0×1013cm-2
70keV:6.0×1013cm-2
150keV:1.5×1014cm-2
350keV:4.0×1013cm-2
N=2×1018
d=30
以下、本発明による半導体素子の第2の実施形態を説明する。図7は本発明による半導体素子の第2の実施形態を示す模式的断面図である。半導体素子100Aは図1(a)に示す半導体素子100とほぼ同じ構造を備えているが、不純物領域104が第1ボディ領域103aから下方にはみ出している点が異なる。つまり、不純物領域104の底面104uは、第1ボディ領域103aの底面103auよりも深くに位置している。また、不純物領域104は、第2ボディ領域103bと接触している。
101 半導体基板
102 ドリフト領域
102’ 第1炭化珪素半導体層
102j JFET領域
103a 第1ボディ領域
103b 第2ボディ領域
104 不純物領域
105 コンタクト領域
106 第2炭化珪素半導体層
106c チャネル領域
107 ゲート絶縁膜
108 ゲート電極
109 第1オーミック電極
110 第2オーミック電極
111 層間絶縁膜
112 上部配線電極
113 裏面配線電極
Claims (8)
- 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に位置する第1導電型の第1炭化珪素半導体層と、
前記第1炭化珪素半導体層内に位置する第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域内に位置する第1導電型の不純物領域と、
前記第1炭化珪素半導体層上であって、前記ボディ領域および前記不純物領域の少なくとも一部にそれぞれ接して配置された第1導電型の第2炭化珪素半導体層と、
前記第2炭化珪素半導体層上のゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上のゲート電極と、
前記不純物領域と電気的に接続された第1オーミック電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2オーミック電極と
を備え、
前記第2導電型のボディ領域は、前記第1炭化珪素半導体層の表面に接する第1ボディ領域と、前記第2導電型のボディ領域の底面に接する第2ボディ領域とを含み、
前記第1ボディ領域の平均不純物濃度は、前記第2ボディ領域の平均不純物濃度の2倍以上であり、
前記不純物領域の底面は、前記第1ボディ領域の底面より深くに位置している、半導体素子。 - 前記第1オーミック電極を基準とする前記第2オーミック電極および前記ゲート電極に印加される電位はそれぞれVdsおよびVgsであり、ゲート閾値電圧はVthであり、
Vgs≧Vthの場合、前記第2炭化珪素半導体層を介して前記第2オーミック電極から前記第1オーミック電極へ電流が流れ、
0ボルト≦Vgs<Vthの場合、Vdsが0ボルトよりも小さくなるにつれて、前記ボディ領域から前記第1炭化珪素半導体層へ電流が流れ始める前に前記第1オーミック電極から前記第2炭化珪素半導体層を介して前記第2オーミック電極へ電流が流れる、請求項1に記載の半導体素子。 - 前記半導体基板、前記第1炭化珪素半導体層、前記ボディ領域、前記不純物領域、前記第2炭化珪素半導体層、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記第1オーミック電極、および前記第2オーミック電極は、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタを構成しており、
前記第1オーミック電極の電位を基準とする前記第2オーミック電極の電位をVds、
前記第1オーミック電極の電位を基準とする前記ゲート電極の電位をVgs、
前記金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタのゲート閾値電圧をVth、
前記第2オーミック電極から前記第1オーミック電極へ流れる電流の向きを順方向、
前記第1オーミック電極から前記第2オーミック電極へ流れる電流の向きを逆方向と定義すると、
Vgs≧Vthの場合、
前記金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタは、前記第2炭化珪素半導体層を介して前記第2オーミック電極と前記第1オーミック電極との間を導通し、
0ボルト≦Vgs<Vthの場合、
前記金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタは、前記順方向に電流を流さず、Vds<0ボルトのとき、前記第1オーミック電極から前記第2炭化珪素半導体層を介して前記第2オーミック電極へ前記逆方向に電流を流すダイオードとして機能し、
前記ダイオードの立ち上がり電圧の絶対値は、前記ボディ領域と前記第1炭化珪素半導体層とにより構成されるボディダイオードの立ち上がり電圧の絶対値よりも小さい、請求項1に記載の半導体素子。 - 前記第1ボディ領域の平均不純物濃度が1×1018cm-3以上、1×1020cm-3以下であり、前記第2ボディ領域の平均不純物濃度が1×1017cm-3以上、1×1019cm-3以下である、請求項1から3のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記第2炭化珪素半導体層は、前記不純物領域、および前記第1炭化珪素半導体層のうち前記第1ボディ領域に隣接する領域と電気的に接続され、前記第1ボディ領域上に配置されている、請求項1から4のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記第2炭化珪素半導体層はエピタキシャル成長により形成されている請求項5に記載の半導体素子。
- 前記第1ボディ領域および前記第2ボディ領域は、それぞれ、前記半導体基板の主面と垂直な方向に少なくとも15nmおよび100nmの厚さを有している、請求項1から6のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記半導体基板の主面に垂直な方向から見た場合、前記第1ボディ領域の外周と前記第2ボディ領域の外周とは一致している、請求項1から7のいずれかに記載の半導体素子。
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