JP2001094099A - Silicon carbide semiconductor device and fabrication method thereof - Google Patents

Silicon carbide semiconductor device and fabrication method thereof

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JP2001094099A JP26753499A JP26753499A JP2001094099A JP 2001094099 A JP2001094099 A JP 2001094099A JP 26753499 A JP26753499 A JP 26753499A JP 26753499 A JP26753499 A JP 26753499A JP 2001094099 A JP2001094099 A JP 2001094099A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease ON resistance furthermore in a storage mode MOSFET. SOLUTION: A mechanism for holding charges is provided between a gate electrode 8 and a surface channel layer 5. More specifically, a floating gate 12 is provided between the gate electrode 8 and the surface channel layer 5 to form a two layer gate structure. The floating gate 12 is injected with electrons in order to offset the relation between the gate potential and the field on the surface of a semiconductor. Since the charge holding mechanism can have a negative potential even if the gate potential is equal to or higher than zero, an MOSFET having ON resistance equivalent to that of a depletion type device can be obtained while keeping normally off characteristics.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素半導体装
置及びその製造方法に関し、特に絶縁ゲート型電界効果
トランジスタ、とりわけ大電力用のパワーMOSFET
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to an insulated gate field effect transistor, especially a power MOSFET for high power.
It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、蓄積モードで動作するプレーナ型
のMOSFETとして、特開平11−308510号公
報に示されるものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a planar type MOSFET which operates in a storage mode, a MOSFET disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-308510 is known.

【0003】このプレーナ型MOSFETの断面図を図
16に示す。この図に基づいてプレーナ型MOSFET
の構造について説明する。
FIG. 16 is a sectional view of this planar type MOSFET. Based on this diagram, a planar MOSFET
Will be described.

【0004】n+ 型炭化珪素半導体基板(以下、n+
基板という)1は上面を主表面1aとし、主表面の反対
面である下面を裏面1bとしている。このn+ 型半導体
基板1の主表面上には、基板1よりも低いドーパント濃
度を有するn- 型炭化珪素エピタキシャル層(以下、n
- 型エピ層という)2が積層されている。
An n + -type silicon carbide semiconductor substrate (hereinafter referred to as an n + -type substrate) 1 has an upper surface as a main surface 1a and a lower surface opposite to the main surface as a back surface 1b. On the main surface of this n + type semiconductor substrate 1, an n type silicon carbide epitaxial layer (hereinafter referred to as n
- that type epi layer) 2 are laminated.

【0005】n- 型エピ層2の表層部における所定領域
には、所定深さを有するp- 型炭化珪素ベース領域3a
およびp- 型炭化珪素ベース領域3b(以下、p-型ベ
ース領域3a、3bという)が離間して形成されてい
る。また、p- 型ベース領域3aの表層部における所定
領域には、p- 型ベース領域3aよりも浅いn+ 型ソー
ス領域4aが、また、p- 型ベース領域3bの表層部に
おける所定領域には、p - 型ベース領域3bよりも浅い
+ 型ソース領域4bがそれぞれ形成されている。
[0005] n-Region in the surface layer portion of the mold epi layer 2
Has a predetermined depth p--Type silicon carbide base region 3a
And p--Type silicon carbide base region 3b (hereinafter, p-Type
Source regions 3a and 3b) are formed apart from each other.
You. Also, p-Predetermined at the surface portion of the mold base region 3a
The region contains p-N shallower than mold base region 3a+Mold saw
Region 4a also has p-On the surface of the mold base region 3b
The predetermined area in the -Shallower than mold base region 3b
n+The mold source regions 4b are respectively formed.

【0006】さらに、n+ 型ソース領域4aとn+ 型ソ
ース領域4bとの間におけるn- 型エピ層2およびp-
型ベース領域3a、3bの表面部にはn- 型SiC層5
が延設されている。つまり、p- 型ベース領域3a、3
bの表面部においてソース領域4a、4bとn- 型エピ
層2とを繋ぐようにn- 型SiC層5が配置されてい
る。このn- 型SiC層5は、エピタキシャル成長にて
形成されたものであり、エピタキシャル膜の結晶が4
H、6H、3Cのものを用いる。尚、エピタキシャル層
は下地の基板に関係なく各種の結晶を形成できるもので
ある。デバイスの動作時にデバイス表面においてチャネ
ル形成層として機能する。以下、n- 型SiC層5を表
面チャネル層という。
Further, the n type epi layer 2 and the p layer between the n + type source region 4a and the n + type source region 4b are provided.
N -type SiC layer 5 is provided on the surface of base regions 3a and 3b.
Is extended. That is, the p -type base regions 3a, 3a
An n -type SiC layer 5 is arranged so as to connect the source regions 4a and 4b and the n -type epi layer 2 on the surface of the surface b. This n -type SiC layer 5 is formed by epitaxial growth, and the crystal of the epitaxial film is
H, 6H and 3C are used. The epitaxial layer can form various crystals regardless of the underlying substrate. When the device operates, it functions as a channel forming layer on the device surface. Hereinafter, n -type SiC layer 5 is referred to as a surface channel layer.

【0007】表面チャネル層5のドーパント濃度は、1
×1015cm-3〜1×1017cm-3程度の低濃度となっ
ており、かつ、n- 型エピ層2及びp- 型ベース領域3
a、3bのドーパント濃度以下となっている。これによ
り、低オン抵抗化が図られている。
The dopant concentration of the surface channel layer 5 is 1
It has a low concentration of about × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 , and has an n -type epi layer 2 and a p -type base region 3.
a, 3b or less. Thereby, low on-resistance is achieved.

【0008】また、p- 型ベース領域3a、3b、n+
型ソース領域4a、4bの表面部には凹部6a、6bが
形成されている。
Further, the p - type base regions 3a, 3b, n +
Concave portions 6a and 6b are formed in the surface portions of the mold source regions 4a and 4b.

【0009】表面チャネル層5の上面およびn+ 型ソー
ス領域4a、4bの上面にはゲート絶縁膜(シリコン酸
化膜)7が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜7の
上にはゲート電極8が形成されている。ゲート電極8は
絶縁膜9にて覆われている。絶縁膜9としてLTO(L
ow Temperature Oxide)膜が用い
られている。その上にはソース電極10が形成され、ソ
ース電極10はn+ 型ソース領域4a、4bおよびp-
型ベース領域3a、3bと接している。また、n+ 型基
板1の裏面には、ドレイン電極層11が形成されてい
る。
A gate insulating film (silicon oxide film) 7 is formed on the upper surface of the surface channel layer 5 and the upper surfaces of the n + type source regions 4a and 4b. Further, a gate electrode 8 is formed on the gate insulating film 7. Gate electrode 8 is covered with insulating film 9. LTO (L
(Operating Temperature Oxide) film. A source electrode 10 is formed thereon, and the source electrode 10 has n + type source regions 4a, 4b and p
It is in contact with the mold base regions 3a, 3b. Further, a drain electrode layer 11 is formed on the back surface of the n + type substrate 1.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のMOSFE
Tでは、蓄積モードで動作させることにより、オン抵抗
の低減が図られている。しかしながら、さらなるオン抵
抗の低減が望まれている。
SUMMARY OF THE INVENTION The above conventional MOSFE
At T, the on-resistance is reduced by operating in the accumulation mode. However, further reduction in on-resistance is desired.

【0011】本発明は上記点に鑑みて成され、蓄積モー
ドのMOSFETにおいて、さらなるオン抵抗の低減を
図ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to further reduce the on-resistance in a storage mode MOSFET.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を果たすべく、蓄積モードのMOSFETについて検討
を行ったところ、表面チャネル層を高濃度にしてしきい
値電圧を下げるほど、オン電流が大きくなること、すな
わちオン抵抗を低減することができることを見出した。
図17に、表面チャネル層の濃度とオン電流との関係を
示す。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have studied a MOSFET in an accumulation mode. As a result, the higher the surface channel layer concentration and the lower the threshold voltage, the lower the on-state current. Is increased, that is, the on-resistance can be reduced.
FIG. 17 shows the relationship between the concentration of the surface channel layer and the ON current.

【0013】この図に示されるように、しきい値電圧が
低くなればなるほど、オン電流が大きくなっており、特
に負のデプレッション型のMOSにすることにより、顕
著にオン電流が大きくなるということが判った。
As shown in this figure, the lower the threshold voltage is, the larger the on-current is. Particularly, the on-current is significantly increased by using a negative depletion type MOS. I understood.

【0014】しかしながら、デプレッション型のMOS
FETは、ノーマリオンの特性であるため、フェイルセ
ーフの観点から好ましくない。そこで、本発明者らは、
デプレッション型のMOSFETと同等のオン電流が得
られ、かつノーマリオンの特性を有するMOSFETと
することについてさらに検討を行った。
However, the depletion type MOS
The FET has normally-on characteristics and is therefore not preferable from the viewpoint of fail-safe. Thus, the present inventors
Further investigation was made on obtaining a MOSFET having an ON current equivalent to that of a depletion-type MOSFET and having normally-on characteristics.

【0015】デプレッション型のMOSFETはノーマ
リオンの特性であるため、表面チャネル層上に負電圧を
印加することによってスイッチングを行うことができ
る。
Since the depletion-type MOSFET has normally-on characteristics, switching can be performed by applying a negative voltage to the surface channel layer.

【0016】つまり、ゲート電極に電圧を印加していな
い状態(ゲート電圧零)の時に、表面チャネル層上に負
電圧が印加されるようにすれば、しきい値が正の(ノー
マリオフの特性の)エンハンスメント型のMOSFET
とすることができる。
That is, if a negative voltage is applied to the surface channel layer when no voltage is applied to the gate electrode (gate voltage is zero), the threshold value becomes positive (normally off characteristic). ) Enhancement type MOSFET
It can be.

【0017】そこで、上記目的を達成するため、請求項
1又は2に記載の発明においては、ゲート電極(8)と
表面チャネル層(5)との間に電荷が保持できる機構を
有していること特徴としている。具体的には、請求項3
に示すように、電荷が保持できる機構に電荷が注入され
るようにし、ゲート電位と半導体表面の電界の関係にオ
フセットをかける。
Therefore, in order to achieve the above object, the invention according to claim 1 or 2 has a mechanism capable of retaining charges between the gate electrode (8) and the surface channel layer (5). It is characterized by: Specifically, claim 3
As shown in (1), the charge is injected into a mechanism capable of holding the charge, and the relationship between the gate potential and the electric field on the semiconductor surface is offset.

【0018】このように、電荷保持機構を設けることに
より、ゲート電位が零以上で使用しても電荷保持機構が
負の電位となるようにできるため、ノーマリオフの特性
としつつ、デプレッション型と同等のオン抵抗を有する
炭化珪素半導体装置とすることができる。
As described above, by providing the charge holding mechanism, the charge holding mechanism can be set to a negative potential even when the gate potential is used at zero or more. A silicon carbide semiconductor device having on-resistance can be obtained.

【0019】例えば、請求項4に示すように、ゲート絶
縁膜をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複合膜で構成
し、該シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の界面に電荷を
保持することができる。この場合、従来の製造工程に対
して、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜
の複合膜で形成する変更のみで対応できるため、わずか
な工程上の負荷で電荷保持機構を実現可能である。
For example, the gate insulating film may be composed of a composite film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and charge may be held at an interface between the silicon oxide film and the silicon nitride film. In this case, since the conventional manufacturing process can be dealt with only by changing the gate insulating film to a composite film of the silicon oxide film and the silicon nitride film, the charge holding mechanism can be realized with a small load on the process. .

【0020】また、請求項5に示すように、ゲート絶縁
膜を第1のゲート絶縁膜(7a、57a)と第2のゲー
ト絶縁膜(7b、57b)とを有して構成し、該第1、
第2のゲート絶縁膜の間に導電性のフローティングゲー
ト(12、60)を配置し、該フローティングゲートに
電荷を保持することができる。このようなフローティン
グゲートによる電荷保持機構は、高い信頼性で電荷を保
持することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, the gate insulating film includes a first gate insulating film (7a, 57a) and a second gate insulating film (7b, 57b). 1,
A conductive floating gate (12, 60) is provided between the second gate insulating films, and the floating gate can hold charges. Such a charge holding mechanism using a floating gate can hold charges with high reliability.

【0021】請求項6に記載の発明においては、半導体
基板は、チャネル領域を形成してMOS動作を行うMO
S動作領域と、該MOS動作領域とは異なる位置に設け
られた書き込み領域とを有しており、フローティングゲ
ートは、MOS動作領域から書き込み領域まで延設さ
れ、該書き込み領域において、電荷が注入されるように
なっていることを特徴としている。
According to the sixth aspect of the present invention, the semiconductor substrate forms an MOS operation by forming a channel region.
An S operation region and a write region provided at a position different from the MOS operation region. The floating gate extends from the MOS operation region to the write region. In the write region, charges are injected. It is characterized by having become.

【0022】このように、MOSFET全体を使って書
き込みを行なうのではなくて領域を限定することで、書
き込み量の制御が容易となりまた大きな書き込み量を得
ることができる。また書き込み端子を設けることで、も
し書き込み時に電荷注入部においてゲート絶縁膜がダメ
ージを受けても、そのダメージ領域がMOS動作領域と
は異なる位置となるため、ダメージ領域の影響を受けず
通常のMOS動作が可能となる。
As described above, by limiting the area instead of performing writing using the entire MOSFET, it is easy to control the writing amount and a large writing amount can be obtained. Also, by providing the write terminal, even if the gate insulating film is damaged in the charge injection portion at the time of writing, the damaged region is located at a position different from the MOS operation region, so that the normal MOS is not affected by the damaged region. Operation becomes possible.

【0023】例えば、請求項7に示すように、書き込み
領域には、MOS動作領域から書き込み領域までゲート
電極を延設し、半導体基板の表面部において、該書き込
み領域におけるゲート電極及びフローティングゲートの
両側に書き込み用ソース及び書き込み用ドレインを形成
し、書き込み用ソースと書き込み用ドレインのそれぞれ
に書き込み用端子を接続した構成とすれば良い。
For example, in the writing area, a gate electrode extends from the MOS operation area to the writing area, and on the surface of the semiconductor substrate, both sides of the gate electrode and the floating gate in the writing area. A writing source and a writing drain may be formed in the device, and a writing terminal may be connected to each of the writing source and the writing drain.

【0024】このような構成においては、ホットキャリ
アを用いて電荷注入を行なうことができる。このよう
に、ホットキャリア注入を用いることで、書き込みを高
速で行なうことができる。
In such a configuration, charge injection can be performed using hot carriers. As described above, by using hot carrier injection, writing can be performed at high speed.

【0025】また、請求項8に示すように、書き込み領
域には、フローティングゲート上に、MOS動作領域に
おけるゲート電極とは電気的に接続されていない書き込
み用ゲートを形成し、ゲートに書き込み用端子を接続し
た構成としても良い。
Further, in the writing region, a writing gate which is not electrically connected to the gate electrode in the MOS operation region is formed on the floating gate, and the writing terminal is formed on the gate. May be connected.

【0026】また、請求項10に示すように、書き込み
領域には、MOS動作領域から書き込み領域まで延設さ
れたゲート電極を設け、前記フローティングゲートの下
側に配置されたベース領域若しくはウェル領域と電気的
に接続されていない第2導電型の書き込み用ドレインを
備えると共に、書き込み用ドレインに接続された書き込
み用端子を備える構成としてもよい。
According to a tenth aspect of the present invention, a gate electrode extending from the MOS operation region to the write region is provided in the write region, and a gate region or a well region disposed below the floating gate is provided. A configuration may be employed in which a second-conduction-type writing drain that is not electrically connected is provided, and a writing terminal that is connected to the writing drain is provided.

【0027】これらのような構成においては、FN電流
を用いて電荷注入を行なうことができる。このように、
FN電流を用いることで、書き込み領域や書き込み端子
を簡略化し、小型化をはかることができる。
In such a configuration, charge injection can be performed using the FN current. in this way,
By using the FN current, a writing region and a writing terminal can be simplified and downsizing can be achieved.

【0028】請求項9に記載の発明においては、書き込
み用ソースは、ソース領域と兼用されていることを特徴
としている。
According to a ninth aspect of the present invention, the writing source is also used as a source region.

【0029】このように、書き込み領域の一部を他の領
域と共通化することにより、装置の小型化を図ることが
できる。
As described above, by making a part of the writing area common to other areas, the size of the apparatus can be reduced.

【0030】請求項11に記載の発明においては、書き
込み領域において、第1のゲート絶縁膜もしくは第2の
ゲート絶縁膜が部分的に薄膜化されていることを特徴と
している。
[0030] The invention according to claim 11 is characterized in that the first gate insulating film or the second gate insulating film is partially thinned in the writing region.

【0031】このように、第1、第2の絶縁膜を部分的
に薄膜化することで、書き込み端子を設けることなく書
き込み領域を設定することができる。そして、MOSF
ET全体を使って書き込みを行なうのではなくて領域を
限定することで、書き込み量の制御が容易となりまた大
きな書き込み量を得ることができる。また書き込み端子
がないことより小型化を図ることができる。
As described above, by partially reducing the thickness of the first and second insulating films, a writing area can be set without providing a writing terminal. And MOSF
By limiting the area instead of performing writing using the entire ET, control of the writing amount is facilitated and a large writing amount can be obtained. Further, since there is no writing terminal, downsizing can be achieved.

【0032】請求項12に記載の発明においては、表面
チャネル層は、電荷が保持できる機構に電荷が保持され
ていない状態においては、ゲート電極に電圧が印加され
ない条件においてもソース電極とドレイン電極の間の電
気的導通が可能となっていることを特徴としている。
In the twelfth aspect of the present invention, the surface channel layer has a structure in which, when no charge is held by the mechanism capable of holding the charge, even if the voltage is not applied to the gate electrode. It is characterized in that electrical conduction between them is possible.

【0033】このように、電荷保持機構によるゲート電
圧のオフセットがなければデプレッション型のMOSF
ETとなる場合において、特に高い電流能力を得ること
ができ、好適である。
As described above, if there is no offset of the gate voltage by the charge holding mechanism, the depletion type MOSF
In the case of ET, a particularly high current capability can be obtained, which is preferable.

【0034】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
The reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【0036】図1に本実施形態におけるMOSFETの
断面構成を示す。以下、図1に基づいて本実施形態のM
OSFETの構成について説明する。但し、本実施形態
のMOSFETのうち、図16に示す従来のMOSFE
Tと同様若しくは均等の構成については、図16と同じ
符号を付し、異なる部分についてのみ説明を行う。
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a MOSFET according to the present embodiment. Hereinafter, M of this embodiment will be described with reference to FIG.
The structure of the OSFET will be described. However, among the MOSFETs of this embodiment, the conventional MOSFET shown in FIG.
Components similar to or equivalent to those in T are denoted by the same reference numerals as in FIG. 16, and only different portions will be described.

【0037】図1に示すように、本実施形態におけるM
OSFETにおいては、表面チャネル層5の上に第1の
絶縁膜としてのシリコン酸化膜7aを介してフローティ
ングゲート12が形成され、このフローティングゲート
12の上に第2の絶縁膜としてのシリコン酸化膜7bを
介してゲート電極8が形成された構成となっている。つ
まり、本MOSFETでは、2層ゲート構造を採用して
いる。このフローティングゲート12には、負電荷を有
する電子が注入されている。また、表面チャネル層5
は、従来よりも高濃度とされており、例えば、ドーパン
ト濃度が、1×1016cm-3〜1×1018cm-3程度と
なっている。なお、好適なドーパント濃度は表面チャネ
ル層5の厚さに依存し、表面チャネル層5が薄い場合に
おいては厚い場合と比べてより高いドーパント濃度とす
ることが好適となる。
As shown in FIG. 1, M in the present embodiment
In the OSFET, a floating gate 12 is formed on a surface channel layer 5 via a silicon oxide film 7a as a first insulating film, and a silicon oxide film 7b as a second insulating film is formed on the floating gate 12. , And the gate electrode 8 is formed therethrough. That is, this MOSFET employs a two-layer gate structure. Electrons having negative charges are injected into the floating gate 12. In addition, the surface channel layer 5
Is higher than the conventional one, and for example, the dopant concentration is about 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 . Note that a suitable dopant concentration depends on the thickness of the surface channel layer 5, and it is preferable that the dopant concentration be higher when the surface channel layer 5 is thinner than when the surface channel layer 5 is thicker.

【0038】このように構成されたMOSFETにおい
ては、ゲート電極8と表面チャネル層5との間に電荷保
持機構としてのフローティングゲート12を備えること
により、フローティングゲート12を介して表面チャネ
ル層5の表面の電界を変化させるようになっている。
In the MOSFET configured as described above, the floating gate 12 as a charge holding mechanism is provided between the gate electrode 8 and the surface channel layer 5 so that the surface of the surface channel layer 5 is Is changed.

【0039】つまり、表面チャネル層5の上にフローテ
ィングゲート12が備えられているため、ソース、ドレ
イン間のチャネルがフローティングゲート電位で形成さ
れるようになっている。従って、この点においてゲート
電位でチャネルが形成される図16に示す従来のものと
は異なる。
That is, since the floating gate 12 is provided on the surface channel layer 5, the channel between the source and the drain is formed at the floating gate potential. Therefore, this point is different from the conventional one shown in FIG. 16 in which the channel is formed by the gate potential.

【0040】なお、シリコン酸化膜7a及びシリコン酸
化膜7bの膜厚の合計は、図16に示す従来のMOSF
ETの酸化膜7の膜厚に相応したものとなっており、本
実施形態のMOSと従来のMOSFETのゲート電位が
同じ時において、従来のMOSFETと同様の動作状態
になる程度、つまり同等の電界がかかる程度にされてい
る。
The total thickness of the silicon oxide films 7a and 7b is equal to that of the conventional MOSF shown in FIG.
The thickness corresponds to the thickness of the oxide film 7 of the ET. When the gate potential of the MOS of the present embodiment is the same as that of the conventional MOSFET, the same operating state as that of the conventional MOSFET is obtained. Is about to take.

【0041】そして、フローティングゲート12に電子
を注入している。これにより、フローティングゲート電
位が所望の値に設定されており、ゲート電圧と半導体表
面の電界の関係にオフセットがかけられている。
Then, electrons are injected into the floating gate 12. As a result, the floating gate potential is set to a desired value, and the relationship between the gate voltage and the electric field on the semiconductor surface is offset.

【0042】この電界のオフセットは、以下のように設
定されている。
The offset of the electric field is set as follows.

【0043】フローティングゲート電位は、表面チャネ
ル層5側の電位が零であるとすると、以下の式で表わさ
れる。
The floating gate potential is expressed by the following equation, assuming that the potential on the surface channel layer 5 side is zero.

【0044】[0044]

【数1】Vfg=(C2・Vg+Q)/(C1+C2) ただし、Vfgはフローティングゲート電位、Vgはゲー
ト電位、C1はフローティングゲート12と半導体間の
容量、C2はフローティングゲート12とゲート電極8
の間の容量、Qはフローティングゲート12内の電荷で
ある。
Vfg = (C2Vg + Q) / (C1 + C2) where Vfg is the floating gate potential, Vg is the gate potential, C1 is the capacitance between the floating gate 12 and the semiconductor, C2 is the floating gate 12 and the gate electrode 8.
Is a charge in the floating gate 12.

【0045】従って、フローティングゲート12内の電
荷Qを任意に設定することで、フローティングゲート電
位Vfgとゲート電位Vgの関係にオフセットをつけるこ
とが可能となる。
Therefore, by arbitrarily setting the charge Q in the floating gate 12, it is possible to offset the relationship between the floating gate potential Vfg and the gate potential Vg.

【0046】このため、上述したように、フローティン
グゲート12に負電荷としての電子を注入することによ
り、ゲート電位が零以上で使用される場合に、フローテ
ィングゲート12が負の電位も取れるようにできる。
Therefore, as described above, by injecting electrons as a negative charge into the floating gate 12, the floating gate 12 can take a negative potential when the gate potential is used at zero or more. .

【0047】図2に、フローティングゲート12に電子
が注入される前後におけるゲート電極8の電位(以下、
単にゲート電位という)とフローティングゲート電位と
の関係を示し、ゲート電位と表面チャネル層5に印加さ
れる電位(つまりフローティングゲート電位)との関係
について説明する。
FIG. 2 shows the potential of the gate electrode 8 before and after the electrons are injected into the floating gate 12 (hereinafter referred to as “potential”).
The relationship between the gate potential and the floating gate potential will be described, and the relationship between the gate potential and the potential applied to the surface channel layer 5 (that is, the floating gate potential) will be described.

【0048】この図は、電荷注入前において、ゲート電
位に対してフローティングゲート電位が2/3となるよ
うに、シリコン酸化膜7a、7bの膜厚等を設定した場
合を示している。
This figure shows a case where the thicknesses of the silicon oxide films 7a and 7b are set so that the floating gate potential becomes 2/3 of the gate potential before the charge injection.

【0049】この図に示すように、フローティングゲー
ト12に電子を注入すると、フローティングゲート電位
とゲート電位との関係がシフトされる。このため、ゲー
ト電位を正としてのみ使用する場合においても、フロー
ティングゲート12が負の電位にもなるようにできる。
このように、ゲート電位が正の電位であっても、フロー
ティングゲート電位を負の電位とすることができ、表面
チャネル層5に負電圧が印加されるようにできる。
As shown in this figure, when electrons are injected into the floating gate 12, the relationship between the floating gate potential and the gate potential is shifted. Therefore, even when only the gate potential is used as positive, the floating gate 12 can be set to a negative potential.
As described above, even if the gate potential is a positive potential, the floating gate potential can be set to a negative potential, and a negative voltage can be applied to the surface channel layer 5.

【0050】このようにフローティングゲート12を備
えた場合におけるゲート電位、フローティングゲート電
位、及びドレイン電流の関係を図3に示す。
FIG. 3 shows the relationship between the gate potential, the floating gate potential, and the drain current when the floating gate 12 is provided.

【0051】この図に示すように、チャネルをオフする
のに負の電圧が必要なほど表面チャネル層5を高濃度化
しており、フローティングゲート電位が負の電位となら
なければドレイン電流が零、つまりチャネルがオフしな
いようになっている。しかしながら、Q<0の電荷をフ
ローティングゲート12内に存在させているため、ゲー
ト電位が零以上であっても、フローティングゲート電位
を負の電位にでき、ゲート電位Vg=0Vにおいてチャ
ネルをオフすることができる。
As shown in this figure, the surface channel layer 5 is so concentrated that a negative voltage is required to turn off the channel. If the floating gate potential does not become a negative potential, the drain current becomes zero. That is, the channel is not turned off. However, since the charge of Q <0 is present in the floating gate 12, the floating gate potential can be made negative even when the gate potential is zero or more, and the channel is turned off at the gate potential Vg = 0V. Can be.

【0052】次に、本実施形態におけるMOSFETの
作用(動作)説明を行う。
Next, the operation (operation) of the MOSFET in this embodiment will be described.

【0053】本MOSFETはノーマリオフ型の蓄積モ
ードで動作するものであって、ゲート電極8に電圧を印
加しない場合、フローティングゲート12により負の電
位が表面チャネル層5に印加される。このため、表面チ
ャネル層5においてキャリアは、p- 型ベース領域3
a、3bと表面チャネル層5との間の静電ポテンシャル
の差によって形成される空乏層と、フローティングゲー
ト12の負の電位によって表面チャネル層5表面に形成
される空乏層とによってチャネルがオフされる。
The present MOSFET operates in a normally-off storage mode. When no voltage is applied to the gate electrode 8, a negative potential is applied to the surface channel layer 5 by the floating gate 12. Therefore, carriers in the surface channel layer 5 are p type base regions 3.
The channel is turned off by a depletion layer formed by the difference in electrostatic potential between a, 3b and surface channel layer 5, and a depletion layer formed on the surface of surface channel layer 5 by the negative potential of floating gate 12. You.

【0054】続いて、ゲート電極8に電圧を印加するこ
とにより、フローティングゲート12の電位を上昇させ
る。これにより、表面チャネル層5表面の空乏層が減少
し、シリコン酸化膜7aと表面チャネル層5との間の界
面においてn+ 型ソース領域4a、4bからn- 型ドリ
フト領域2方向へ延びるチャネル領域が形成され、オン
状態にスイッチングされる。
Subsequently, by applying a voltage to the gate electrode 8, the potential of the floating gate 12 is raised. As a result, the depletion layer on the surface of the surface channel layer 5 is reduced, and the channel region extending from the n + -type source regions 4a and 4b toward the n -- type drift region 2 at the interface between the silicon oxide film 7a and the surface channel layer 5 Are formed and switched to the ON state.

【0055】このとき、電子は、n+ 型ソース領域4
a、4bから表面チャネル層5を経由し表面チャネル層
5からn- 型エピ層2に流れる。そして、n- 型エピ層
2(ドリフト領域)に達すると、電子は、n+ 型基板1
(n+ ドレイン)へ垂直に流れる。
At this time, electrons are supplied to the n + type source region 4.
a, 4b pass through the surface channel layer 5 and flow from the surface channel layer 5 to the n -type epi layer 2. Then, when reaching the n type epi layer 2 (drift region), the electrons are transferred to the n + type substrate 1
It flows vertically to (n + drain).

【0056】このように、電子が注入されたフローティ
ングゲート12が無ければデプレッション型として動作
するMOSFETが、フローティングゲート12の負の
電位によって、実質上、ゲート電位が零である場合にチ
ャネルがオフできるノーマリオフ特性のエンハンスメン
ト型のMOSFETとして動作する。
As described above, the MOSFET which operates as a depletion type without the floating gate 12 into which electrons are injected can turn off the channel by the negative potential of the floating gate 12 when the gate potential is substantially zero. It operates as an enhancement-type MOSFET with normally-off characteristics.

【0057】これにより、図17で示したように、フロ
ーティングゲート12が無い場合にデプレッション型と
なるMOSFETと同等のオン抵抗となり、オン抵抗の
さらなる低減を図ることができる。また、これにより装
置の大電力化やチップの小型化を図ることもできる。な
お、このようにフローティングゲート12に電荷を保持
することにより、高い信頼性で電荷保持を可能にするこ
とができる。
As a result, as shown in FIG. 17, when the floating gate 12 is not provided, the on-resistance is equivalent to that of a depletion-type MOSFET, and the on-resistance can be further reduced. In addition, this can increase the power of the device and the size of the chip. In addition, by holding charges in the floating gate 12 in this manner, charge can be held with high reliability.

【0058】次に、本実施形態におけるMOSFETの
製造工程を、図4〜図6を用いて説明する。なお、半導
体領域については、従来公報(特開平11−30851
0号公報)と同様であるため、異なる部分についてのみ
説明する。
Next, a manufacturing process of the MOSFET according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. The semiconductor region is described in the related art (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
No. 0 publication), only different parts will be described.

【0059】〔図4(a)に示す工程〕まず、4H、も
しくは6HのSiC基板、すなわちn+ 型基板1を用意
する。ここで、n+ 型基板1はその厚さが400μmで
あり、主表面1aが(0001)Si面、又は、(11
2−0)a面である。この基板1の主表面1aに厚さ5
μmのn- 型エピ層2をエピタキシャル成長する。本例
では、n- 型エピ層2は下地の基板1と同様の結晶が得
られ、n型4Hまたは6Hまたは3C−SiC層とな
る。
[Step shown in FIG. 4A] First, a 4H or 6H SiC substrate, that is, an n + type substrate 1 is prepared. Here, the n + type substrate 1 has a thickness of 400 μm, and the main surface 1a has a (0001) Si plane or (11)
2-0) The a-plane. The main surface 1a of the substrate 1 has a thickness of 5
A μm n -type epi layer 2 is epitaxially grown. In this example, the same crystal as that of the underlying substrate 1 is obtained as the n -type epi layer 2, which becomes an n-type 4H or 6H or 3C—SiC layer.

【0060】〔図4(b)に示す工程〕n- 型エピ層2
の上の所定領域にLTO膜20を配置し、これをマスク
としてB+ (若しくはアルミニウム)をイオン注入し
て、p- 型ベース領域3a、3bを形成する。このとき
のイオン注入条件は、温度が700℃で、ドーズ量が1
×1016cm-2としている。
[Step shown in FIG. 4B] n - type epi layer 2
The LTO film 20 is arranged in a predetermined region above, and B + (or aluminum) is ion-implanted using the LTO film 20 as a mask to form p -type base regions 3a and 3b. The ion implantation conditions at this time are a temperature of 700 ° C. and a dose of 1
× 10 16 cm -2 .

【0061】〔図4(c)に示す工程〕LTO膜20を
除去した後、p- 型ベース領域3a、3bを含むn-
エピ層2上に表面チャネル層5を化学気相成長法(CV
D法)によりエピタキシャル成長させる。このときのソ
ースガスとしてはSiH4、C38、H2、N2を用い
る。ここで、N2は表面チャネル層5をn型化するため
に用いる。
[Step shown in FIG. 4C] After removing the LTO film 20, a surface channel layer 5 is formed on the n -type epi layer 2 including the p -type base regions 3a and 3b by a chemical vapor deposition method ( CV
D method). At this time, SiH 4 , C 3 H 8 , H 2 , and N 2 are used as a source gas. Here, N 2 is used to make the surface channel layer 5 n-type.

【0062】〔図5(a)に示す工程〕表面チャネル層
5の上の所定領域にLTO膜21を配置し、これをマス
クとしてN+ をイオン注入し、n+ 型ソース領域4a、
4bを形成する。このときのイオン注入条件は、700
℃、ドーズ量は1×1015cm-2としている。
[Step shown in FIG. 5 (a)] An LTO film 21 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5, and using this as a mask, N + ions are implanted to form an n + source region 4a,
4b is formed. The ion implantation condition at this time is 700
C. and the dose is 1 × 10 15 cm −2 .

【0063】〔図5(b)に示す工程〕そして、LTO
膜21を除去した後、フォトレジスト法を用いて表面チ
ャネル層5の上の所定領域にLTO膜22を配置し、こ
れをマスクとしてRIEによりp- 型ベース領域3a、
3b上の表面チャネル層5を部分的にエッチング除去す
る。
[Steps shown in FIG. 5 (b)]
After removing the film 21, an LTO film 22 is disposed in a predetermined region on the surface channel layer 5 by using a photoresist method, and the p - type base region 3 a is formed by RIE using the LTO film 22 as a mask.
The surface channel layer 5 on 3b is partially etched away.

【0064】〔図5(c)に示す工程〕LTO膜22を
除去した後、基板の上にウェット酸化によりゲート酸化
膜7aを形成する。このとき、雰囲気温度は1080℃
とする。
[Step shown in FIG. 5C] After removing the LTO film 22, a gate oxide film 7a is formed on the substrate by wet oxidation. At this time, the ambient temperature is 1080 ° C.
And

【0065】次に、ゲート酸化膜7aの上にフローティ
ングゲート12を形成するために、1st−polyS
i20をLPCVDにより堆積する。
Next, in order to form the floating gate 12 on the gate oxide film 7a, 1st-polyS
i20 is deposited by LPCVD.

【0066】続いて、1st−polySi20を酸化
してゲート酸化膜7bを形成したのち、このゲート酸化
膜7bの上にゲート電極8を形成するために、2nd−
polySi21をLPCVDにより堆積する。
Subsequently, after oxidizing the 1st-polySi 20 to form a gate oxide film 7b, to form a gate electrode 8 on the gate oxide film 7b, 2nd-polySi 20 is formed.
PolySi 21 is deposited by LPCVD.

【0067】〔図6(a)に示す工程〕そして、フトリ
ソグラフィ工程を経て、2nd−polySi21、シ
リコン酸化膜7b、1st−porySi20をパター
ニングする。これにより、ゲート電極8、フローティン
グゲート12が形成される。
[Step shown in FIG. 6 (a)] Then, the second-polySi 21, the silicon oxide film 7b, and the first-poly Si 20 are patterned through the lithography step. Thereby, the gate electrode 8 and the floating gate 12 are formed.

【0068】続いて、熱酸化により、ゲート電極8、フ
ローティングゲート12の表面を酸化膜で覆う。その
後、LTOよりなる層間絶縁膜9を形成しゲート絶縁膜
7を覆う。
Subsequently, the surfaces of the gate electrode 8 and the floating gate 12 are covered with an oxide film by thermal oxidation. Thereafter, an interlayer insulating film 9 made of LTO is formed to cover the gate insulating film 7.

【0069】〔図6(c)に示す工程〕そして、層間絶
縁膜9及び酸化膜にコンタクトホールを形成したのち、
室温での金属スパッタリングによりソース電極10及び
ドレイン電極11を配置する。また、成膜後に1000
℃のアニールを行う。
[Step shown in FIG. 6C] Then, after forming a contact hole in the interlayer insulating film 9 and the oxide film,
The source electrode 10 and the drain electrode 11 are arranged by metal sputtering at room temperature. After the film formation, 1000
Anneal at ℃.

【0070】この後、フローティングゲート12への電
荷注入を行う。この電荷注入の該略図を図7に示し、こ
の図に基づいて電荷注入について説明する。
Thereafter, charge injection into the floating gate 12 is performed. The schematic diagram of the charge injection is shown in FIG. 7, and the charge injection will be described with reference to FIG.

【0071】電荷の注入は、フローティングゲート12
と半導体(表面チャネル層5やソース領域4a、4b)
間もしくはフローティングゲート12とゲート電極8の
間に電荷の移動が発生するだけの電位をゲート電極8に
印加することによって行う。これは、フローティングゲ
ート12と半導体との間と、フローティングゲート12
とゲート電極8との間のいずれが電流を流し易いかによ
って選択している。つまり、シリコン酸化膜7a、7b
の膜質(膜厚分布や欠陥等)によって電流の流れ易さが
決定されるため、電荷注入を行い易いようにシリコン酸
化膜7a、7bの膜質を予め設定することも可能であ
る。
The charge is injected into the floating gate 12
And semiconductor (surface channel layer 5 and source regions 4a and 4b)
This is performed by applying a potential to the gate electrode 8 such that charge transfer occurs between the gate electrodes 8 or between the floating gate 12 and the gate electrode 8. This is between the floating gate 12 and the semiconductor and the floating gate 12
The selection is made depending on which one between the gate electrode 8 and the gate electrode 8 is easy to pass a current. That is, the silicon oxide films 7a, 7b
The ease of current flow is determined by the film quality (thickness distribution, defects, etc.), so that the film quality of the silicon oxide films 7a and 7b can be set in advance so as to facilitate charge injection.

【0072】そして、フローティングゲート12と半導
体との間の方が、フローティングゲート12とゲート電
極8との間と比べて電流が流れやすい場合、図7(a)
に示すように、ソース電極10、ドレイン電極11をア
ース状態としてゲート電極8に正の電圧を印加する。こ
れにより、フローティングゲート12に負電荷として電
子が注入される。また、フローティングゲート12とゲ
ート電極8との間の方が、フローティングゲート12と
半導体との間と比べて電流が流れやすい場合、図7
(b)に示すように、ソース電極10、ドレイン電極1
1をアース状態としてゲート電極12に負の電圧を印加
する。これにより、フローティングゲート12に負電荷
として電子が注入される。
In the case where a current flows more easily between the floating gate 12 and the semiconductor than between the floating gate 12 and the gate electrode 8, FIG.
As shown in (1), a positive voltage is applied to the gate electrode 8 with the source electrode 10 and the drain electrode 11 grounded. As a result, electrons are injected into the floating gate 12 as negative charges. In the case where a current flows more easily between the floating gate 12 and the gate electrode 8 than between the floating gate 12 and the semiconductor, FIG.
As shown in (b), the source electrode 10 and the drain electrode 1
1 is grounded, and a negative voltage is applied to the gate electrode 12. As a result, electrons are injected into the floating gate 12 as negative charges.

【0073】このようして、図1に示すMOSFETが
完成する。
Thus, the MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

【0074】(第2実施形態)図8に、本実施形態にお
けるMOSFETの断面構成を示す。なお、本実施形態
では、第1実施形態のMOSFETのゲート構造を変更
したものであるため、その変更部分についてのみ説明す
る。
(Second Embodiment) FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of a MOSFET according to this embodiment. In this embodiment, since the gate structure of the MOSFET of the first embodiment is changed, only the changed portion will be described.

【0075】図8に示すように、本実施形態のMOSF
ETは、表面チャネル層5の上に、第1の絶縁膜として
のシリコン酸化膜7aを介して、シリコン窒化膜13が
形成されている。そして、このシリコン窒化膜13の上
にゲート電極8が形成されている。このように、ゲート
電極8と表面チャネル層5との間に、シリコン酸化膜7
aとシリコン窒化膜13からなる複合膜が配置されるよ
うにしている。
As shown in FIG. 8, the MOSF of this embodiment is
In the ET, a silicon nitride film 13 is formed on a surface channel layer 5 via a silicon oxide film 7a as a first insulating film. Then, a gate electrode 8 is formed on the silicon nitride film 13. Thus, the silicon oxide film 7 is provided between the gate electrode 8 and the surface channel layer 5.
a and a composite film composed of the silicon nitride film 13.

【0076】このような構成においては、シリコン窒化
膜13とシリコン酸化膜7aとの界面において電荷をト
ラップすることができる。このため、この界面にトラッ
プされた電荷が、第1実施形態のフローティングゲート
12と同様の役割を果たし、ゲート電極8の電圧をオフ
セットすることができる。これにより、第1実施形態と
同様の効果が得られる。
In such a configuration, charges can be trapped at the interface between silicon nitride film 13 and silicon oxide film 7a. Therefore, the charge trapped at this interface plays a role similar to that of the floating gate 12 of the first embodiment, and can offset the voltage of the gate electrode 8. Thereby, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0077】なお、本実施形態におけるMOSFET
は、図16に示す従来のMOSFETに対して、シリコ
ン窒化膜13を形成する工程を増加させるのみであるた
め、わずかな工程上の負荷で電荷保持機構を実現するこ
とができる。
The MOSFET according to the present embodiment
Only increases the number of steps for forming the silicon nitride film 13 with respect to the conventional MOSFET shown in FIG. 16, so that the charge holding mechanism can be realized with a small load on the steps.

【0078】(第3実施形態)図9に、本実施形態にお
けるMOSFETの断面構成を示す。本実施形態は、第
1実施形態に対して、フローティングゲートに電荷を注
入するに当たって、電荷注入が行われる領域を規定した
ものである。
(Third Embodiment) FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of a MOSFET according to the third embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in that a region where charge injection is performed is defined when a charge is injected into a floating gate.

【0079】図9に示すように、本実施形態のMOSF
ETは、MOS作動領域の他に電荷注入を行う書き込み
領域を形成している。なお、書き込み領域は、MOS作
動領域とは他断面に設けられており、例えば、複数のM
OSFETを敷き詰めてMOS作動領域を形成したとす
ると、その敷き詰められた領域から離れた位置に別途設
けられている。
As shown in FIG. 9, the MOSF of this embodiment is
The ET forms a writing region for performing charge injection in addition to the MOS operation region. The write area is provided on a section different from that of the MOS operation area.
Assuming that the MOS FET is formed by laying the OSFETs, it is separately provided at a position away from the laid region.

【0080】書き込み領域は、いわゆるEPROMと同
じ構造となっており、フローティングゲート12a及び
ゲート電極(コントロールゲート)8aの2層構造の両
側に、ソース領域4c及びドレイン領域14が備えら
れ、このソース領域4cとドレイン領域14との間にチ
ャネル領域となる表面チャネル層5cが備えられた構成
となっている。なお、ソース領域4cはソース領域4b
が延設されたものであり、ソース電極10に接続されて
いる。このように、ソース領域4cとソース領域4bを
兼用化することにより、装置の小型化を図っている。ま
た、ドレイン領域14は、ドレイン電極15が接続され
ている。
The write area has the same structure as that of a so-called EPROM. A source area 4c and a drain area 14 are provided on both sides of a two-layer structure of a floating gate 12a and a gate electrode (control gate) 8a. A surface channel layer 5c serving as a channel region is provided between the drain channel 4c and the drain region 14. Note that the source region 4c is the source region 4b
Are extended, and are connected to the source electrode 10. As described above, by using the source region 4c and the source region 4b in common, the size of the device is reduced. The drain region 15 is connected to the drain electrode 15.

【0081】そして、MOS作動領域と書き込み領域に
おけるゲート電極8、8aがつながった構成となってい
ると共に、MOS作動領域と書き込み領域におけるフロ
ーティングゲート12、12aがつながった構成となっ
ている(図中の点線部参照)。
Then, the structure is such that the gate electrodes 8 and 8a in the MOS operation region and the write region are connected, and the structure is such that the floating gates 12 and 12a in the MOS operation region and the write region are connected (in the figure). Dotted line).

【0082】このような構成においては、図10に示す
ように書き込み領域にて電荷注入を行う。すなわち、ソ
ース電極10及びドレイン電極11をアース状態にする
と共に、ゲート電極8aに正電位V1、ドレイン電極に
正電位V2をそれぞれ印加する。これにより、ホットキ
ャリアを発生させ、フローティングゲート12aにホッ
トエレクトロンを注入することができる。
In such a configuration, charge injection is performed in the write region as shown in FIG. That is, the source electrode 10 and the drain electrode 11 are grounded, and the positive potential V1 is applied to the gate electrode 8a and the positive potential V2 is applied to the drain electrode. As a result, hot carriers can be generated and hot electrons can be injected into the floating gate 12a.

【0083】これにより、フローティングゲート12a
に負電荷が注入されると、フローティングゲート12が
フローティングゲート12aと接続されているため、フ
ローティングゲート12の電位はゲート電極8の電位が
零であっても負となる。これにより、MOS動作領域を
第1実施形態と同様に動作させることができ、第1実施
形態と同様の効果を得ることができる。
As a result, the floating gate 12a
Is injected into the floating gate 12, the floating gate 12 is connected to the floating gate 12a, so that the potential of the floating gate 12 becomes negative even if the potential of the gate electrode 8 is zero. Thereby, the MOS operation region can be operated in the same manner as in the first embodiment, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0084】そして、ホットキャリアを用いることで、
書き込みを高速で行うことができる。また、MOS動作
領域以外の領域で書き込みが行われるため、書き込み時
にフローティングゲート12aの下のシリコン酸化膜7
aがダメージを受けたとしても、MOS動作領域とは関
係ない部分であるため、MOS動作に影響を与えること
はない。なお、MOS動作時には、ドレイン電極15は
オープン状態とするため、ドレイン領域14の電界によ
る影響は無視して良い。
Then, by using a hot carrier,
Writing can be performed at high speed. Also, since writing is performed in an area other than the MOS operation area, the silicon oxide film 7 under the floating gate 12a is written at the time of writing.
Even if a is damaged, it does not affect the MOS operation because it is not related to the MOS operation area. In the MOS operation, the effect of the electric field of the drain region 14 can be neglected because the drain electrode 15 is kept open.

【0085】なお、本実施形態におけるMOSFETの
製造は、第1実施形態における図6(a)の工程のフォ
トリソグラフィ工程のマスクを変更すればよいだけであ
るため、説明を省略する。
Note that the manufacture of the MOSFET according to the present embodiment only requires changing the mask in the photolithography step of the step of FIG. 6A in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0086】(第4実施形態)図11に、本実施形態に
おけるMOSFETの断面構成を示す。本実施形態は、
第1実施形態に対して、フローティングゲートに電荷を
注入するに当たって、電荷注入が行われる領域を規定し
たものである。
(Fourth Embodiment) FIG. 11 shows a cross-sectional configuration of a MOSFET according to this embodiment. In this embodiment,
As compared with the first embodiment, when a charge is injected into the floating gate, a region where the charge is injected is defined.

【0087】図11に示すように、本実施形態のMOS
FETは、MOS作動領域の他に電荷注入を行う書き込
み領域を形成している。なお、書き込み領域は、MOS
作動領域とは他断面に設けられており、例えば、複数の
MOSFETを敷き詰めてMOS作動領域を形成したと
すると、その敷き詰められた領域から離れた位置に別途
設けられている。
As shown in FIG. 11, the MOS of the present embodiment is
The FET forms a write region for performing charge injection in addition to the MOS operation region. The write area is MOS
The active region is provided on another cross section. For example, if a plurality of MOSFETs are spread to form a MOS active region, the MOS active region is separately provided at a position away from the spread region.

【0088】書き込み領域は、フローティングゲート1
2a及びゲート電極(コントロールゲート)8aの2層
構造で構成されており、ソース領域4bから延設された
ソース領域4cの上に2層構造が形成された構成となっ
ている。
The write area is the floating gate 1
It has a two-layer structure of 2a and a gate electrode (control gate) 8a, and has a two-layer structure formed on a source region 4c extending from the source region 4b.

【0089】また、MOS作動領域と書き込み領域にお
けるフローティングゲート12、12aがつながった構
成となっている(図中の点線部参照)。ただし、MOS
作動領域と書き込み領域におけるゲート電極8、8aは
つながった構成とされていない。
Further, the floating gates 12 and 12a in the MOS operation region and the write region are connected (see the dotted line in the figure). However, MOS
The gate electrodes 8 and 8a in the operation region and the writing region are not connected.

【0090】このような構成においては、図12に示す
ように書き込み領域にて電荷注入を行う。すなわち、ゲ
ート電極8とソース電極10及びドレイン電極11をア
ース状態にするとともに、ゲート電極8aに負電位−V
を印加する。
In such a configuration, charge injection is performed in the write area as shown in FIG. That is, the gate electrode 8, the source electrode 10, and the drain electrode 11 are grounded, and the negative potential −V
Is applied.

【0091】通常、書き込み領域のゲート電極8aとフ
ローティングゲート12aとの間の容量は、MOS動作
領域のゲート電極8とフローティングゲート12との間
の容量や、フローティングゲート12と半導体(本実施
形態では表面チャネル層5やソース領域4a、4b)と
の間の容量と比べて非常に小さいため、フローティング
ゲート12の電位は書き込み領域のゲート電極8aの電
位にほとんど影響されず、ゲート電極8と半導体の電
位、つまりアース状態となる(ただし、書き込みされた
電荷分だけ電位は変動する)。このため、書き込み領域
のゲート電極8aとフローティングゲート12aとの間
の電界が最大となり、書き込み領域のみ電荷注入が行わ
れるようにできるとともに、FN電流により大量に書き
込みが行われるようにできる。
Normally, the capacitance between the gate electrode 8a in the writing region and the floating gate 12a is determined by the capacitance between the gate electrode 8 and the floating gate 12 in the MOS operation region, or between the floating gate 12 and the semiconductor (in this embodiment, Since the capacitance is very small compared to the capacitance between the surface channel layer 5 and the source regions 4a and 4b), the potential of the floating gate 12 is hardly affected by the potential of the gate electrode 8a in the write region, and A potential, that is, a ground state (however, the potential fluctuates by an amount corresponding to the written charge). For this reason, the electric field between the gate electrode 8a and the floating gate 12a in the writing region is maximized, so that charge injection can be performed only in the writing region and a large amount of writing can be performed by the FN current.

【0092】このように、上記構成とすることにより、
大量に書き込みが行われるようにすることができると共
に、第3実施形態と同様に、MOS動作領域以外の領域
で書き込みを行えるため、書き込み時にフローティング
ゲート12aの上のシリコン酸化膜7bがダメージを受
けたとしても、MOS動作に影響を与えることはない。
また、FN電流を用いているため、書き込み領域や各領
域とのコンタクトとしての書き込み端子を簡略化するこ
とができ、装置の小型化を図ることができる。
As described above, with the above configuration,
Since a large amount of writing can be performed and writing can be performed in a region other than the MOS operation region as in the third embodiment, the silicon oxide film 7b on the floating gate 12a is damaged at the time of writing. Even if it does, it does not affect the MOS operation.
Further, since the FN current is used, a writing region and a writing terminal as a contact with each region can be simplified, and the size of the device can be reduced.

【0093】なお、本実施形態におけるMOSFETの
製造は、第1実施形態における図6(a)の工程のフォ
トリソグラフィ工程のマスクとして、2nd−poly
Siのエッチング時にゲート電極8とゲート電極8aが
分割されるマスクを用い、その他については第3実施形
態と同様にすればよいだけであるため、説明を省略す
る。
The MOSFET according to the present embodiment is manufactured by using a 2nd-poly as a mask in the photolithography step of the step of FIG. 6A in the first embodiment.
Since a mask that divides the gate electrode 8 and the gate electrode 8a at the time of etching of Si is used, and other operations may be the same as those in the third embodiment, the description will be omitted.

【0094】また、本実施形態では、書き込み領域にお
けるフローティングゲート12の下部をソース領域4
c、つまりn+型層で構成しているが、表面チャネル層
5を延設する等によってn-型層で構成してもよく、ベ
ース領域3bを延設する等によりp型層で構成したりし
てもよい。
In the present embodiment, the lower part of the floating gate 12 in the write area is placed in the source area 4.
c, that is, an n + -type layer, but may be an n -type layer by extending the surface channel layer 5 or the like, or a p-type layer by extending the base region 3b. Or you may.

【0095】(第5実施形態)図13に、本実施形態に
おけるMOSFETの断面構成を示す。本実施形態は、
第1実施形態に対して、フローティングゲートに電荷を
注入するに当たって、電荷注入が行われる領域を規定し
たものである。
(Fifth Embodiment) FIG. 13 shows a sectional configuration of a MOSFET according to the present embodiment. In this embodiment,
As compared with the first embodiment, when a charge is injected into the floating gate, a region where the charge is injected is defined.

【0096】図13に示すように、本実施形態のMOS
FETは、ゲート電極8及びフローティングゲート12
を表面チャネル層5から離れた領域まで延設し、この延
設された部分に電荷注入が行われるように、この領域に
おけるフローティングゲート12の下部にシリコン酸化
膜7aより薄いトンネル膜16を設けた構成としてい
る。
As shown in FIG. 13, the MOS of the present embodiment is
The FET has a gate electrode 8 and a floating gate 12
Is extended to a region distant from the surface channel layer 5, and a tunnel film 16 thinner than the silicon oxide film 7a is provided below the floating gate 12 in this region so that charges are injected into this extended portion. It has a configuration.

【0097】このように、書き込み窓としてシリコン酸
化膜7aを部分的に薄膜化したトンネル膜16を設ける
ことにより、このトンネル膜16から電荷が注入され易
くすることができ、電荷が注入される領域を規定するこ
とができる。また、このように書き込みを行う場所を規
定することにより、書き込み量の制御が容易となり、ま
た大きな書き込み量を得ることができる。また、このよ
うな構成においては、別途書き込み端子を設ける必要が
ないため、装置を簡略化でき、小型化を図ることができ
る。
As described above, by providing the tunnel film 16 in which the silicon oxide film 7a is partially thinned as the writing window, the charge can be easily injected from the tunnel film 16, and the region into which the charge is injected can be formed. Can be defined. Further, by defining the place where the writing is performed, the writing amount can be easily controlled and a large writing amount can be obtained. Further, in such a configuration, since it is not necessary to provide a separate writing terminal, the device can be simplified and the size can be reduced.

【0098】なお、本実施形態におけるMOSFET
は、第1実施形態における図6(a)においてシリコン
酸化膜7aを形成したのち、シリコン酸化膜7aのうち
のトンネル膜形成領域を一旦エッチング除去し、再度熱
酸化することでトンネル膜16を形成すれば、その後は
第1実施形態と同様の工程を施すことにより製造され
る。
The MOSFET according to the present embodiment
After forming the silicon oxide film 7a in FIG. 6A in the first embodiment, the tunnel film forming region of the silicon oxide film 7a is once removed by etching and thermally oxidized again to form the tunnel film 16. After that, it is manufactured by performing the same steps as in the first embodiment.

【0099】また、本実施形態では、シリコン酸化膜7
aを薄膜化したが、電荷の注入方法によってはシリコン
酸化膜7bを薄膜化してもよい。
In this embodiment, the silicon oxide film 7
Although a is made thinner, the silicon oxide film 7b may be made thinner depending on the charge injection method.

【0100】(第6実施形態)図14に、本実施形態に
おけるMOSFETの断面構成を示す。本実施形態は、
第1実施形態に対して、フローティングゲートに電荷を
注入するに当たって、電荷注入が行われる領域を規定し
たものである。
(Sixth Embodiment) FIG. 14 shows a cross-sectional configuration of a MOSFET according to this embodiment. In this embodiment,
As compared with the first embodiment, when a charge is injected into the floating gate, a region where the charge is injected is defined.

【0101】図14に示すように、本実施形態のMOS
FETは、MOS作動領域の他に電荷注入を行う書き込
み領域を形成している。なお、書き込み領域は、MOS
作動領域とは他断面に設けられており、例えば、複数の
MOSFETを敷き詰めてMOS作動領域を形成したと
すると、その敷き詰められた領域から離れた位置に別途
設けられている。
As shown in FIG. 14, the MOS of the present embodiment is
The FET forms a write region for performing charge injection in addition to the MOS operation region. The write area is MOS
The active region is provided on another cross section. For example, when a plurality of MOSFETs are spread to form a MOS active region, they are separately provided at a position away from the spread region.

【0102】書き込み領域は、フローティングゲート1
2a及びゲート電極(コントロールゲート)8aの2層
構造で構成されており、ベース領域3a、3bと共に形
成したp-型層3c及びこのp-型層3cの表層部に形成
された書き込み用のドレインとしてのp+型層17の上
部に2層構造が形成された構成となっている。なお、p
+型層17にはドレイン電極18が接続されている。
The write area is the floating gate 1
2a and a gate electrode (control gate) 8a. The p - type layer 3c is formed together with the base regions 3a and 3b, and the drain for writing is formed on the surface of the p - type layer 3c. And a two-layer structure is formed on the upper part of the p + -type layer 17. Note that p
The drain electrode 18 is connected to the + type layer 17.

【0103】また、MOS作動領域と書き込み領域にお
けるフローティングゲート12、12aがつながった構
成となっており、MOS作動領域と書き込み領域におけ
るゲート電極8、8aはつながった構成となっている
(図中の点線部参照)。
The floating gates 12 and 12a in the MOS operation region and the writing region are connected, and the gate electrodes 8 and 8a in the MOS operation region and the writing region are connected (see FIG. (See the dotted line).

【0104】このような構成においては、ゲート電極8
とソース電極10及びドレイン電極11をアース状態に
するとともに、ドレイン電極18に負の電位を印加す
る。
In such a configuration, the gate electrode 8
And the source electrode 10 and the drain electrode 11 are grounded, and a negative potential is applied to the drain electrode 18.

【0105】これにより、p+型層17側からフローテ
ィングゲート12aに電荷を注入することができる。こ
のように、本実施形態の構成によっても第4実施形態と
同様の効果を得ることができる。
Thus, charges can be injected into floating gate 12a from p + type layer 17 side. Thus, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained by the configuration of the present embodiment.

【0106】本実施形態におけるMOSFETは、p-
型層3cをベース領域3a、3bを形成する際に同時に
形成し、本図では示していないがベース領域3a、3b
をソース電極10とコンタクトを取るためにベース領域
3a、3bの表層部に形成するp+型のコンタクト層を
形成する際にp+型層17を同時に形成すれば、第1実
施形態に対して製造工程の増加なく製造される。なお、
書き込み領域における2層ゲート構造は、第4実施形態
と同様に、図6(a)に示す工程のフォトリソグラフィ
工程におけるマスクを変更すれば、MOS動作領域と同
時に形成される(第7実施形態)図15に本実施形態に
おけるMOSFETの断面構成を示す。本実施形態は、
ラテラル型のMOSトランジスタに本発明の一実施形態
を適用したものである。
The MOSFET according to the present embodiment has p
The mold layer 3c is formed at the same time when the base regions 3a and 3b are formed, and although not shown in the figure, the base regions 3a and 3b
When the p + -type layer 17 is formed at the same time as forming the p + -type contact layer formed on the surface layer of the base regions 3a and 3b in order to make contact with the source electrode 10, It is manufactured without increasing the number of manufacturing steps. In addition,
As in the fourth embodiment, the two-layer gate structure in the write region is formed simultaneously with the MOS operation region by changing the mask in the photolithography step shown in FIG. 6A (seventh embodiment). FIG. 15 shows a cross-sectional configuration of the MOSFET according to the present embodiment. In this embodiment,
In this embodiment, an embodiment of the present invention is applied to a lateral MOS transistor.

【0107】図15に示すように、n-型の半導体基板
51の表層部にp-型層53が形成されており、このp
型層53の表層部にn+型のソース領域54a、ドレイ
ン領域54bが離間して形成され、さらにソース領域5
4aとドレイン領域54bとの間をつなぐように表面チ
ャネル層55が形成されている。
As shown in FIG. 15, ap -type layer 53 is formed on the surface of an n -type semiconductor substrate 51.
An n + -type source region 54a and a drain region 54b are formed in the surface layer of the mold layer 53 at a distance from each other.
Surface channel layer 55 is formed so as to connect between drain region 4a and drain region 54b.

【0108】そして、表面チャネル層55の上部に第1
の絶縁膜としてのシリコン酸化膜57aを介してフロー
ティングゲート60が形成され、さらにフローティング
ゲート60の上に第2の絶縁膜としてのシリコン酸化膜
57bを介してゲート電極58が形成されている。
Then, the first layer is formed on the surface channel layer 55.
A floating gate 60 is formed via a silicon oxide film 57a as an insulating film, and a gate electrode 58 is formed on the floating gate 60 via a silicon oxide film 57b as a second insulating film.

【0109】そして、ゲート電極58及びフローティン
グゲート60を含む基板表面全面に層間絶縁膜59が形
成されており、層間絶縁膜59に形成された各コンタク
トホールを通じて、ソース領域54a、ドレイン領域5
4b、ゲート電極58、及びp-型層53が各電極に接
続されている。
An interlayer insulating film 59 is formed on the entire surface of the substrate including the gate electrode 58 and the floating gate 60, and the source region 54a and the drain region 5 are formed through contact holes formed in the interlayer insulating film 59.
4b, the gate electrode 58, and the p type layer 53 are connected to each electrode.

【0110】このように構成されたMOSトランジスタ
においても、第1実施形態と同様の方法によってフロー
ティングゲート60に電荷を注入することで、フローテ
ィングゲート12を介して表面チャネル層5の表面の電
界を変化させるようにし、オン抵抗の低減を図ることが
でき、電流能力を向上できると共に高速動作を可能にす
ることができる。
In the MOS transistor thus configured, the electric field on the surface of the surface channel layer 5 is changed via the floating gate 12 by injecting charges into the floating gate 60 in the same manner as in the first embodiment. As a result, on-resistance can be reduced, current capability can be improved, and high-speed operation can be performed.

【0111】(他の実施形態)上記実施形態では、表面
チャネル層5が従来よりも高濃度となるようにした場合
について説明したが、従来よりも厚い層で形成される場
合についても、MOSFETは上記実施形態と同様の動
作を行い、同様にオン抵抗の低減を図ることができる。
(Other Embodiments) In the above embodiment, the case where the surface channel layer 5 has a higher concentration than the conventional one has been described. The same operation as in the above embodiment is performed, and the on-resistance can be similarly reduced.

【0112】また、第7実施形態では、ラテラル型のM
OSトランジスタにおいて、第1実施形態と同様の構造
を採用した例を示したが第2〜第6実施形態と同様の構
成を採用することも可能である。
In the seventh embodiment, a lateral type M
Although an example in which the same structure as that of the first embodiment is employed in the OS transistor has been described, the same structure as that of the second to sixth embodiments may be employed.

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

【図1】本発明の第1実施形態における縦型パワーMO
SFETの断面図である。
FIG. 1 is a vertical power MO according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of SFET.

【図2】フローティングゲート12に電荷を注入する前
後におけるゲート電位とフローティングゲート電位との
関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a gate potential and a floating gate potential before and after charge injection into a floating gate 12.

【図3】ゲート電位及びフローティングゲート電位とド
レイン電流の関係を示した図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a gate potential, a floating gate potential, and a drain current.

【図4】図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 1;

【図5】図4に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing step of the vertical power MOSFET following FIG. 4;

【図6】図5に続く縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 6 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET following FIG. 5;

【図7】第1実施形態におけるMOSFETの電荷注入
方法を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a charge injection method for the MOSFET according to the first embodiment.

【図8】本発明の第2実施形態におけるMOSFETの
断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a MOSFET according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施形態におけるMOSFETの
断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a MOSFET according to a third embodiment of the present invention.

【図10】第3実施形態におけるMOSFETの電荷注
入方法を示した図である。
FIG. 10 is a diagram showing a charge injection method for a MOSFET according to a third embodiment.

【図11】本発明の第4実施形態におけるMOSFET
の断面図である。
FIG. 11 is a MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG.

【図12】第4実施形態におけるMOSFETの電荷注
入方法を示した図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a charge injection method for a MOSFET according to a fourth embodiment.

【図13】本発明の第5実施形態におけるMOSFET
の断面図である。
FIG. 13 shows a MOSFET according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG.

【図14】本発明の第6実施形態におけるMOSFET
の断面図である。
FIG. 14 is a MOSFET according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG.

【図15】本発明の第7実施形態におけるMOSFET
の断面図である。
FIG. 15 shows a MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG.

【図16】従来におけるMOSFETの断面図である。FIG. 16 is a sectional view of a conventional MOSFET.

【図17】表面チャネル層5を有するMOSFETのゲ
ート電位とドレイン電流との関係を示した図である。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a gate potential and a drain current of a MOSFET having a surface channel layer 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n+ 型基板、2…n- 型エピタキシャル層、3a、
3b…p- 型ベース領域、4a、4b…n+ 型ソース領
域、5…表面チャネル層(n- 型SiC層)、7…ゲー
ト絶縁膜、8…ゲート電極、9…絶縁膜、10…ソース
電極、 11…ドレイン電極層、12…フローティング
ゲート。
1 ... n + type substrate, 2 ... n - type epitaxial layer, 3a,
3b: p - type base region, 4a, 4b: n + type source region, 5: surface channel layer (n - type SiC layer), 7: gate insulating film, 8: gate electrode, 9: insulating film, 10: source Electrode, 11 ... Drain electrode layer, 12 ... Floating gate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 光浩 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 ラジェシュ クマール 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 5F001 AA01 AB02 AB08 AD13 AD15 AD22 AD24 AF10 5F101 BA01 BB02 BB05 BD03 BD05 BD14 BD16 BF10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Mitsuhiro Kataoka 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Rajesh Kumar 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Denso Corporation F term (reference) 5F001 AA01 AB02 AB08 AD13 AD15 AD22 AD24 AF10 5F101 BA01 BB02 BB05 BD03 BD05 BD14 BD16 BF10

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面及び主表面と反対面である裏面を
有し、炭化珪素よりなる第1導電型の半導体基板(1)
と、 前記半導体基板の主表面上に形成され、前記半導体基板
よりも高抵抗な炭化珪素よりなる第1導電型の半導体層
(2)と、 前記半導体層の表層部の所定領域に形成され、所定深さ
を有する第2導電型のベース領域(3a、3b)と、 前記ベース領域の表層部の所定領域に形成され、該ベー
ス領域の深さよりも浅い第1導電型のソース領域(4
a、4b)と、 前記ベース領域の表面部及び前記半導体層の表面部にお
いて、前記ソース領域と前記半導体層とを繋ぐように形
成され、チャネル領域を形成する炭化珪素よりなる第1
導電型の表面チャネル層(5)と、 前記表面チャネル層の表面に形成されたゲート絶縁膜
(7a、7b)と、 前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(8)
と、 前記ベース領域及び前記ソース領域に接触するように形
成されたソース電極(10)と、 前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極(1
1)とを備え、 前記ゲート電極と前記表面チャネル層との間に電荷が保
持できる機構を有することを特徴とする炭化珪素半導体
装置。
A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a back surface opposite to the main surface and made of silicon carbide.
A first conductivity type semiconductor layer (2) formed on the main surface of the semiconductor substrate and made of silicon carbide having a higher resistance than the semiconductor substrate; and formed in a predetermined region of a surface layer portion of the semiconductor layer; A second conductivity type base region (3a, 3b) having a predetermined depth; and a first conductivity type source region (4) formed in a predetermined region of a surface layer of the base region and shallower than the base region.
a, 4b), a first portion made of silicon carbide formed on the surface portion of the base region and the surface portion of the semiconductor layer so as to connect the source region and the semiconductor layer and forming a channel region.
A conductive type surface channel layer (5); gate insulating films (7a, 7b) formed on the surface of the surface channel layer; and a gate electrode (8) formed on the gate insulating film.
A source electrode (10) formed to contact the base region and the source region; and a drain electrode (1) formed on the back surface of the semiconductor substrate.
1) a silicon carbide semiconductor device comprising: a mechanism capable of retaining charges between the gate electrode and the surface channel layer.
【請求項2】 主表面及び主表面と反対面である裏面を
有し、炭化珪素よりなる半導体基板(51)と、 前記半導体基板の表層部の所定領域に形成され、所定深
さを有する第2導電型のウェル領域(53)と、 前記ウェル領域の表層部の所定領域に形成され、該ウェ
ル領域の深さよりも浅い第1導電型のソース領域(54
a)とドレイン領域(54b)と、 前記ウェル領域の表面部において、前記ソース領域(5
4a)と前記ドレイン領域(54b)とを繋ぐように形
成された、チャネル領域を形成する炭化珪素よりなる第
1導電型の表面チャネル層(55)と、 前記表面チャネル層の表面に形成されたゲート絶縁膜
(57a、57b)と、前記ゲート絶縁膜の上に形成さ
れたゲート電極(58)と、 前記ソース領域(54a)に形成されたソース電極と、 前記ドレイン領域に形成されたドレイン電極と、 前記ウェル領域に形成された基板電極とを備え、 前記ゲート電極と前記表面チャネル層との間に電荷が保
持できる機構を有することを特徴とする炭化珪素半導体
装置。
2. A semiconductor substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface, the semiconductor substrate being made of silicon carbide, and a semiconductor substrate formed in a predetermined region of a surface layer of the semiconductor substrate and having a predetermined depth. A two-conductivity-type well region (53); and a first-conductivity-type source region (54) formed in a predetermined region of the surface layer of the well region and shallower than the depth of the well region.
a), the drain region (54b), and the source region (5) at the surface of the well region.
4a) a first conductivity type surface channel layer (55) made of silicon carbide forming a channel region, which is formed to connect the drain region (54b) and the drain region (54b); A gate insulating film (57a, 57b), a gate electrode (58) formed on the gate insulating film, a source electrode formed on the source region (54a), and a drain electrode formed on the drain region And a substrate electrode formed in the well region, wherein the silicon carbide semiconductor device has a mechanism capable of retaining charges between the gate electrode and the surface channel layer.
【請求項3】 前記電荷が保持できる機構には、電荷が
注入されていることを特徴とする請求項1又は2に記載
の炭化珪素半導体装置。
3. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein a charge is injected into the mechanism capable of holding the charge.
【請求項4】 前記ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜とシ
リコン窒化膜の複合膜で構成されており、該シリコン酸
化膜とシリコン窒化膜の界面に前記電荷が保持できるよ
うになっていること特徴とする前記請求項1乃至3のい
ずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。
4. The gate insulating film is composed of a composite film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, and the charge can be held at an interface between the silicon oxide film and the silicon nitride film. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記ゲート絶縁膜は、第1のゲート絶縁
膜(7a、57a)と第2のゲート絶縁膜(7b、57
b)とを有して構成されており、 該第1、第2のゲート絶縁膜の間には導電性のフローテ
ィングゲート(12、60)が配置され、該フローティ
ングゲートに前記電荷が保持できるようになっているこ
とを特徴とする前記請求項1乃至3のいずれか1つに記
載の炭化珪素半導体装置。
5. The gate insulating film comprises a first gate insulating film (7a, 57a) and a second gate insulating film (7b, 57).
b), and a conductive floating gate (12, 60) is arranged between the first and second gate insulating films so that the floating gate can hold the electric charge. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記半導体基板は、前記チャネル領域を
形成してMOS動作を行うMOS動作領域と、該MOS
動作領域とは異なる位置に設けられた書き込み領域とを
有しており、 前記フローティングゲートは、前記MOS動作領域から
前記書き込み領域まで延設され、該書き込み領域におい
て、前記電荷が注入されるようになっていることを特徴
とする請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。
6. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is formed with a MOS operation region for performing a MOS operation by forming said channel region.
A write region provided at a position different from the operation region, wherein the floating gate is extended from the MOS operation region to the write region, and the charge is injected into the write region. The silicon carbide semiconductor device according to claim 5, wherein:
【請求項7】 前記書き込み領域には、 前記MOS動作領域から書き込み領域まで延設された前
記ゲート電極と、 前記半導体基板の表面部に形成され、該書き込み領域に
おける前記ゲート電極及び前記フローティングゲートの
両側に配置された書き込み用ソース及び書き込み用ドレ
インと、 前記書き込み用ソースと前記書き込み用ドレインのそれ
ぞれに接続された書き込み用端子と、が備えられている
ことを特徴とする請求項6に記載の炭化珪素半導体装
置。
7. The write region includes: a gate electrode extending from the MOS operation region to a write region; and a gate electrode formed on a surface portion of the semiconductor substrate, the gate electrode and the floating gate in the write region. The writing source and the writing drain disposed on both sides, and a writing terminal connected to each of the writing source and the writing drain are provided. Silicon carbide semiconductor device.
【請求項8】 前記書き込み領域には、 前記フローティングゲート上に形成され、前記MOS動
作領域における前記ゲート電極とは電気的に接続されて
いない、書き込み用ゲートと、 前記書き込み用ゲートに接続された書き込み用端子と、
が備えられていることを特徴とする請求項6に記載の炭
化珪素半導体装置。
8. A write gate formed on the floating gate in the write region and not electrically connected to the gate electrode in the MOS operation region, the write gate being connected to the write gate. A writing terminal;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 6, further comprising:
【請求項9】 前記書き込み用ソースは、前記ソース領
域と兼用されていることを特徴とする請求項7に記載の
炭化珪素半導体装置。
9. The silicon carbide semiconductor device according to claim 7, wherein said write source is also used as said source region.
【請求項10】 前記書き込み領域には、前記MOS動
作領域から書き込み領域まで延設された前記ゲート電極
と、前記フローティングゲートの下側に配置された前記
ベース領域若しくは前記ウェル領域と電気的に接続され
ていない第2導電型の書き込み用ドレインと、前記書き
込み用ドレインに接続された書き込み用端子と、が備え
られていることを特徴とする請求項6に記載の炭化珪素
半導体装置。
10. The writing region is electrically connected to the gate electrode extending from the MOS operation region to the writing region, and to the base region or the well region disposed below the floating gate. 7. The silicon carbide semiconductor device according to claim 6, further comprising: a second-conductivity-type writing drain that is not provided; and a writing terminal connected to the writing drain. 8.
【請求項11】 前記書き込み領域において、前記第1
のゲート絶縁膜もしくは前記第2のゲート絶縁膜が部分
的に薄膜化されていることを特徴とする請求項6乃至1
0のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。
11. The method according to claim 1, wherein in the writing area,
2. The gate insulating film according to claim 1, wherein said second gate insulating film is partially thinned.
0. The silicon carbide semiconductor device according to any one of 0.
【請求項12】 前記表面チャネル層は、前記電荷が保
持できる機構に電荷が保持されていない状態において
は、前記ゲート電極に電圧が印加されない条件において
も前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の電気的導通
が可能となっていることを特徴とする前記請求項1乃至
11のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。
12. The device according to claim 1, wherein the surface channel layer has an electric charge between the source electrode and the drain electrode even when no voltage is applied to the gate electrode in a state where the electric charge is not retained in the mechanism capable of retaining the electric charge. The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein electrical conduction is enabled.
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