JP2001203370A - Power semiconductor element - Google Patents

Power semiconductor element

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JP2001203370A
JP2001203370A JP2000008969A JP2000008969A JP2001203370A JP 2001203370 A JP2001203370 A JP 2001203370A JP 2000008969 A JP2000008969 A JP 2000008969A JP 2000008969 A JP2000008969 A JP 2000008969A JP 2001203370 A JP2001203370 A JP 2001203370A
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研一 弘津
Makoto Harada
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor element allowing required voltage for turning the element to the off state to be lowered to realize a low loss as a power switching element. SOLUTION: The power semiconductor element comprises a first conductivity type source region (1), source electrode (11), gate region (2) and a first conductivity type channel region (9) adjacent to the source region and the gate region on one main surface, a first conductivity type drain region (3), and a second conductivity type interrupt region (20) adjacent the source electrode extending toward the channel region on the other main surface.

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、電力送電における
直流交流変換、インバータ等に用いられる高電流、高電
圧のスイッチング動作をする電力用半導体素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device which performs high-current and high-voltage switching operations used in DC-AC conversion, inverters and the like in power transmission.

【0002】[0002]

【従来の技術】インバータ等のスイッチングに用いられ
る接合型電界効果トランジスタ(JFET:Junction Field E
ffect Transistor)は、高電流および高電圧に耐えるこ
とが要求される。図10は、通常の横型JFETを示す
図である。ソース領域101には接地電位、またドレイ
ン領域103には正電位が印加される。ゲート領域10
2の下方にはpn接合が形成されており、素子をオフ状
態とする場合に、この接合部は逆バイアスの状態となる
ようにゲート電極112には負電圧が印加される。ソー
ス領域101の電子はドレイン領域103の正電位に引
き付けられて、ゲート領域102の下のチャネル領域1
09を通り、ドレイン領域103に到達する。
2. Description of the Related Art A junction field effect transistor (JFET: Junction Field E) used for switching an inverter or the like.
ffect Transistor) is required to withstand high current and high voltage. FIG. 10 is a diagram showing a normal lateral JFET. A ground potential is applied to the source region 101, and a positive potential is applied to the drain region 103. Gate region 10
2, a pn junction is formed, and when the element is turned off, a negative voltage is applied to the gate electrode 112 so that the junction is in a reverse bias state. The electrons in the source region 101 are attracted to the positive potential of the drain region 103, and the channel region 1 under the gate region 102
09 and reaches the drain region 103.

【0003】上記の横型JFETでは、図10に示すよ
うに、ソース、ゲートおよびドレイン電極が同一平面に
あるため、ドレイン電極と他の電極とが空気を介して近
接することになる。空気の耐圧はせいぜい3kV/mm
であるため、電流が流れていないOFF状態でドレイン
電極と他の電極との間に3kV以上の電圧がかかるとき
には、ドレイン電極と他の電極とを1mm以上離す必要
があった。このため、ソース領域101からドレイン領
域103に至るチャネル領域109の長さが長くなり、
わずかな電流しか流すことができず、一般にパワートラ
ンジスタと呼ばれるものに要求される高電流を流すこと
ができなかった。
In the above-mentioned lateral JFET, as shown in FIG. 10, since the source, gate and drain electrodes are on the same plane, the drain electrode and another electrode come close to each other via air. The pressure resistance of air is at most 3 kV / mm
Therefore, when a voltage of 3 kV or more is applied between the drain electrode and the other electrode in an OFF state where no current flows, it is necessary to separate the drain electrode from the other electrode by 1 mm or more. For this reason, the length of the channel region 109 from the source region 101 to the drain region 103 becomes longer,
Only a small amount of current can be passed, and a high current required for what is generally called a power transistor cannot be passed.

【0004】図11は、上記の横型JFETの短所を改
善するために提案され実用化されている縦型JFET、
別名静電誘導型トランジスタ(以下、SIT(Static I
nduction Transistor)と記す)を示す図である。SIT
では、複数のゲート領域102は高濃度のp型不純物が
注入されたp+領域が形成されており、その周囲には低
濃度のn型不純物が添加されたn-領域が形成されてい
る。n-領域のn型不純物濃度が低いために、常に空乏
層が広がっており、チャネル領域は消失している。この
ため、上記の横型JFETで起きるピンチオフによるド
レイン電流の飽和現象は生じない。ソース、ゲート、ド
レイン各領域の電位の印加方法は、図10に示した横型
JFETと同じである。ソース領域1の電子はゲート領
域の電位障壁を超えて、ドレイン電位に引き付けられて
空乏層をドリフトする。ドレイン電位を高い正の電位に
すると、ゲート領域の電子に対する電位障壁は小さくな
りドリフト電流を大きくすることが可能となり、ドレイ
ン電位を高くしてもドレイン電流の飽和現象は生じな
い。ドレイン電流の制御は、通常、ゲート電位とドレイ
ン電位とによって行われる。図11に示すSITをスイ
ッチング用に用いると、大電流を得るためには電子に電
位障壁を超えさせるために電圧を高くしなければなら
ず、わずかであっても損失が発生することは避けられな
かった。
FIG. 11 shows a vertical JFET proposed and put to practical use in order to improve the above-mentioned disadvantages of the horizontal JFET.
Also known as an electrostatic induction transistor (hereinafter referred to as SIT (Static I
nduction Transistor). SIT
In this embodiment, a plurality of gate regions 102 are formed with p + regions into which high-concentration p-type impurities are implanted, and around them are formed n regions with low-concentration n-type impurities. the n - is low n-type impurity concentration in the region, constantly expanding the depletion layer, the channel region is lost. For this reason, the saturation phenomenon of the drain current due to the pinch-off that occurs in the lateral JFET does not occur. The method of applying the potential to each of the source, gate, and drain regions is the same as that of the lateral JFET shown in FIG. The electrons in the source region 1 cross the potential barrier of the gate region and are attracted to the drain potential and drift in the depletion layer. When the drain potential is set to a high positive potential, the potential barrier for electrons in the gate region is reduced, and the drift current can be increased. Even if the drain potential is increased, the drain current does not saturate. Control of the drain current is usually performed by the gate potential and the drain potential. When the SIT shown in FIG. 11 is used for switching, in order to obtain a large current, the voltage must be increased in order to cause electrons to exceed a potential barrier, and even a small loss can be avoided. Did not.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】そこで、スイッチング
動作に伴って発生する損失を極限まで低減すること、お
よび簡明な構造により製造が容易になることを目的とし
て、図12に示す構造の電力用半導体素子の提案が、本
発明者らによって提案された(特願平11-366799号)。
この構造においては、ゲート電位をソース電位に対して
ゼロまたは正にして、ON状態とする。また、ゲート電
位をソース電位に対して負電圧とすることによりOFF
状態とする。この図12に示す構造により、きわめて低
損失で高速の高電圧スイッチングが可能となる。
Therefore, in order to reduce the loss caused by the switching operation to the utmost and to make the manufacturing easy with a simple structure, a power semiconductor having the structure shown in FIG. The present inventors have proposed a device (Japanese Patent Application No. 11-366799).
In this structure, the gate potential is set to zero or positive with respect to the source potential to turn on. Also, the gate potential is turned off by setting the gate potential to a negative voltage with respect to the source potential.
State. With the structure shown in FIG. 12, high-speed high-voltage switching with extremely low loss is possible.

【0006】しかしながら、図12に示す縦型JFET
では低損失は実現できるものの、OFF状態にするのに
必要な空乏層を得るためには、ゲート/ソース間に負の
高電圧を印加する必要があった。これは、図12に示す
縦型JFETがゲート領域とソース領域との間のチャネ
ル領域の電界が高くなりにくい構造を有しているからで
ある。この負電圧の絶対値は10V以上に達するので、
より一層の低損失を実現するために、空乏層を形成する
のに必要な電圧を低くする要求が出されていた。
However, the vertical JFET shown in FIG.
Thus, although a low loss can be realized, it was necessary to apply a high negative voltage between the gate and the source in order to obtain a depletion layer necessary for turning off. This is because the vertical JFET shown in FIG. 12 has a structure in which the electric field in the channel region between the gate region and the source region is not easily increased. Since the absolute value of this negative voltage reaches 10 V or more,
In order to realize even lower loss, there has been a demand for lowering the voltage required for forming a depletion layer.

【0007】そこで、本発明は、大電力用のスイッチン
グ素子として、より一層の低損失を実現するために、O
FF状態にするのに必要な電圧を低くすることが可能な
電力用半導体素子を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a switching element for high power, which realizes an even lower loss by using a switching element.
It is an object of the present invention to provide a power semiconductor device capable of lowering a voltage required for setting an FF state.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1の電力
用半導体素子は、半導体基板の一の主表面の側に設けら
れた第1導電型のソース領域と、ソース領域の上に該ソ
ース領域と接して設けられたソース電極と、一の主表面
の側に設けられた第2導電型のゲート領域と、ソース領
域およびゲート領域に接する第1導電型のチャネル領域
と、半導体基板の他の主表面に設けられた第1導電型の
ドレイン領域と、ソース電極に接して、チャネル領域に
向かって延びている第2導電型の割込み領域とを備え
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a power semiconductor device comprising: a first conductivity type source region provided on one main surface of a semiconductor substrate; A source electrode provided in contact with the source region, a gate region of the second conductivity type provided on one main surface side, a channel region of the first conductivity type in contact with the source region and the gate region, A drain region of the first conductivity type provided on the other main surface; and an interruption region of the second conductivity type in contact with the source electrode and extending toward the channel region.

【0009】この構造により、ゲート領域のソース領域
に近い部分からソース領域に向かうチャネル領域の電界
を上昇させることができる。このため、ゲート領域/チ
ャネル領域の界面からチャネル領域へ延びる空乏層は、
ソース領域に向かって広がりやすくなる。この結果、ソ
ース/ゲート間に大きな負電圧を印加しなくても、OF
F状態を実現することができ、大電力用のスイッチング
素子として、より一層の低損失を実現することが可能と
なる。
With this structure, the electric field in the channel region from the portion of the gate region close to the source region toward the source region can be increased. For this reason, the depletion layer extending from the gate region / channel region interface to the channel region is:
It becomes easier to spread toward the source region. As a result, even if a large negative voltage is not applied between the source and the gate, the OF
The F state can be realized, and further low loss can be realized as a switching element for high power.

【0010】請求項2の電力用半導体素子では、請求項
1の素子において、ゲート領域は、チャネル領域の両側
に設けられている。
According to a second aspect of the present invention, in the power semiconductor device of the first aspect, the gate regions are provided on both sides of the channel region.

【0011】この構造により、チャネル領域の両側のゲ
ート領域との界面から、従来より低い逆バイアス電圧に
より空乏層をチャネル領域に延ばして、より確実にOF
F状態を実現することができる。
According to this structure, the depletion layer is extended from the interface between the gate region on both sides of the channel region to the channel region with a lower reverse bias voltage than in the prior art, so that the OF region is more reliably formed.
The F state can be realized.

【0012】請求項3の電力用半導体素子では、請求項
1または2の素子において、割込み領域は、ソース領域
を突き抜けて前記チャネル領域の中に延びている。
According to a third aspect of the present invention, in the power semiconductor device of the first or second aspect, the interrupt region extends through the source region and into the channel region.

【0013】この構造により、ソース電極の電位がゲー
ト領域に近づくように延びており、ゲート領域からこの
割込み領域先端部へのチャネル領域中の電界を高めるこ
とができる。この結果、チャネル領域における空乏層の
形成を容易化して低い負電圧の印加によりOFF状態を
実現することができる。また、OFF状態での耐圧性能
を向上させることができる。
With this structure, the electric potential of the source electrode extends so as to approach the gate region, and the electric field in the channel region from the gate region to the tip of the interrupt region can be increased. As a result, the formation of a depletion layer in the channel region is facilitated, and the OFF state can be realized by applying a low negative voltage. Further, the withstand voltage performance in the OFF state can be improved.

【0014】請求項4の電力用半導体素子では、請求項
1〜3のいずれかの素子において、割込み領域は、間に
第1導電型の領域を挟んで2以上の領域に分かれてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the power semiconductor device according to any one of the first to third aspects, the interrupt region is divided into two or more regions with a region of the first conductivity type interposed therebetween.

【0015】上記の構造により、空乏層はより一層、ゲ
ート領域/チャネル領域界面からソース電極側に向かっ
て広がりやすくなり、絶対値の低い負電圧でOFF状態
を実現することができる。上記の2以上の領域は平板状
であってもよいし、柱状であってもよい。
With the above structure, the depletion layer is more likely to spread from the gate region / channel region interface toward the source electrode, and the OFF state can be realized with a negative voltage having a low absolute value. The two or more regions may be flat or columnar.

【0016】請求項5の電力用半導体素子では、請求項
1〜4のいずれかの素子において、ゲート領域およびソ
ース領域に接する、チャネル領域中の領域であって、チ
ャネル領域よりも濃度の低い第1導電型の空乏層促進領
域を備えている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the power semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, a region in the channel region, which is in contact with the gate region and the source region, has a lower concentration than the channel region. A depletion layer promoting region of one conductivity type is provided.

【0017】空乏層は、ゲート領域/チャネル領域の界
面から、ゲート領域の第2導電型の不純物濃度とチャネ
ル領域の第1導電型の不純物濃度との比にほぼ比例して
チャネル領域側に長く延びる。すなわち、不純物濃度の
低い側に不純物濃度の比にほぼ比例して長く延びる。こ
のため、上記空乏層促進領域を設けることにより、低い
逆バイアス電圧により、空乏層をより長く延ばして形成
して、両側のゲート領域から延びる空乏層を合体させて
OFF状態を実現することが可能となる。すなわち、よ
り小さな絶対値の負電圧により両側の空乏層を合体懸架
させて、電荷担体の通過を遮断することが可能となる。
The depletion layer extends from the interface between the gate region and the channel region toward the channel region in substantially proportion to the ratio of the impurity concentration of the second conductivity type in the gate region to the impurity concentration of the first conductivity type in the channel region. Extend. That is, it extends to the side where the impurity concentration is low, almost in proportion to the ratio of the impurity concentration. For this reason, by providing the depletion layer promoting region, it is possible to form the depletion layer by extending the depletion layer longer with a low reverse bias voltage and to combine the depletion layers extending from the gate regions on both sides to realize the OFF state. Becomes In other words, the depletion layers on both sides are unitedly suspended by a negative voltage having a smaller absolute value, so that the passage of charge carriers can be blocked.

【0018】請求項6の電力用半導体素子では、請求項
1〜5のいずれかの素子において、半導体基板がSiC
となっている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the power semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the semiconductor substrate is made of SiC.
It has become.

【0019】上記の構成において、耐圧が高く大電流の
スイッチングを行うことができる。この結果、高耐圧で
低損失の大電力用の高速スイッチング素子として用いる
ことが可能となる。
In the above configuration, switching of a large current having a high withstand voltage can be performed. As a result, it can be used as a high-voltage high-speed switching element with high withstand voltage and low loss.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】つぎに、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0021】(実施の形態1)図1は、本発明の実施の
形態1におけるFETを示す構成断面図である。ソース
電極11およびゲート電極12は、半導体基板の一方の
主表面に、またドレイン電極13は他方の主表面に設け
られている。ソース領域1はソース電極11に、ゲート
領域2はゲート電極12に、またドレイン領域3はドレ
イン電極13に、それぞれ接して形成される。チャネル
領域9は、ソース領域1およびゲート領域2に接して設
けられ、キャリアのON状態およびOFF状態をゲート
領域とソース領域との電位によって制御する。ON状態
にするには、ゲート電極に対してソース電極と同じゼロ
電圧または正電圧を印加して、ソース領域1の電子を移
動させ、より高電位のドレイン領域3に向かわせる。ド
リフト領域4は、チャネル領域9からドレイン領域3に
向かうキャリアである電子の通路となる。ドリフト領域
4の幅は、p型導電領域の限定領域で限定されていても
よいし、図1に示すように限定領域が無くてもよい。こ
の電力用半導体素子は、ON−OFFのスイッチングを
行うことにより、直流をパルス化して昇降圧等を行いや
すくするのに用いられる。図1の電力用半導体素子が有
する大きな特徴は、ソース電極11に接してソース領域
1を突き抜けてチャネル領域9の中まで出ている割込み
領域20を備えていることである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an FET according to Embodiment 1 of the present invention. The source electrode 11 and the gate electrode 12 are provided on one main surface of the semiconductor substrate, and the drain electrode 13 is provided on the other main surface. The source region 1 is formed in contact with the source electrode 11, the gate region 2 is formed in contact with the gate electrode 12, and the drain region 3 is formed in contact with the drain electrode 13. The channel region 9 is provided in contact with the source region 1 and the gate region 2, and controls the ON state and the OFF state of the carrier by the potential of the gate region and the source region. To make the gate electrode ON, the same zero voltage or positive voltage as that of the source electrode is applied to the gate electrode to move the electrons in the source region 1 to the higher potential drain region 3. The drift region 4 serves as a path for electrons as carriers from the channel region 9 to the drain region 3. The width of the drift region 4 may be limited by the limited region of the p-type conductive region, or may not have the limited region as shown in FIG. This power semiconductor device is used to make DC / DC pulses easier to perform step-up / step-down by performing ON-OFF switching. A major feature of the power semiconductor device of FIG. 1 is that it has an interrupt region 20 that is in contact with the source electrode 11, penetrates the source region 1, and extends into the channel region 9.

【0022】次に、図1に示す電力用半導体素子の製造
方法について説明する。まず、図2に示すように、n+
型半導体基板31上に、n型半導体層32、n+型半導
体層33を順次積層する。その後、上記の割込み領域2
0に相当する位置に割込み領域形成ホールを開口した
後、プラズマCVD装置等を用いて、その割込み領域形
成ホール内にp+型半導体を堆積する。このp+型半導体
層の堆積は、コンタクトホール内にプラグを形成する要
領で、半導体とp型不純物とを一緒にして形成すること
ができる。次に、図3に示すように、RIE(Reactive
Ion Etching)により、ソース領域1を形成するために、
他の部分をエッチングして除く。その後、図4に示すよ
うに、p型不純物イオンをイオン注入して、ゲート領域
2を形成する。この後、電極としてNiを積層すると、
図1に示す電力用半導体素子が完成する。この実施の形
態1における電極は、ゲート電極も含めてオーミック接
触が形成されるように設けるが、各領域の不純物濃度は
高いのでオーミック接触の形成は容易である。
Next, a method of manufacturing the power semiconductor device shown in FIG. 1 will be described. First, as shown in FIG. 2, n +
An n-type semiconductor layer 32 and an n + -type semiconductor layer 33 are sequentially stacked on a type semiconductor substrate 31. Then, the above interrupt area 2
After opening the interrupt region forming hole at a position corresponding to 0, a p + type semiconductor is deposited in the interrupt region forming hole using a plasma CVD device or the like. This p + -type semiconductor layer can be formed by combining a semiconductor and a p-type impurity in the same manner as forming a plug in a contact hole. Next, as shown in FIG.
Ion Etching) to form the source region 1
Etch away other parts. Thereafter, as shown in FIG. 4, p-type impurity ions are implanted to form a gate region 2. Thereafter, when Ni is laminated as an electrode,
The power semiconductor device shown in FIG. 1 is completed. The electrodes in the first embodiment are provided so as to form an ohmic contact including the gate electrode. However, since the impurity concentration of each region is high, the formation of the ohmic contact is easy.

【0023】次に、ソース電極11とゲート電極12と
の間に逆バイアス電圧を印加してOFF状態にするとき
の空乏層のでき方について説明する。図1において、ソ
ース電極11に比較してゲート電極12に負電圧を印加
すると、逆バイアス電圧がゲート領域/チャネル領域界
面にかけられる。このとき、ゲート領域/チャネル領域
界面において、不純物濃度が低いチャネル領域9の側に
空乏層が成長する。ゲート電極12に接するp導電型の
割込み領域20の存在のために、図5に示すように、こ
の空乏層21は、ソース電極側に低い電圧で延び広がり
やすくなる。このため、チャネル領域の両側から延びる
2つの空乏層21は、従来よりも低い電圧で、割込み領
域20の先端部のチャネル領域9の幅中央付近で合体し
て、電子に対する障壁を形成する。電子は、p型導電領
域との境界部ではポテンシャル障壁を感じるので、空乏
層同士が合体することは必須ではなく、割込み領域20
と空乏層21とが接触すれば、電子の移動は遮断され
る。この結果、従来よりも絶対値が小さい負電圧により
OFF状態を実現することができ、大電力用のスイッチ
ング素子として、より一層低い損失を達成することが可
能となる。
Next, how to form a depletion layer when a reverse bias voltage is applied between the source electrode 11 and the gate electrode 12 to turn off the source electrode 11 will be described. In FIG. 1, when a negative voltage is applied to the gate electrode 12 as compared with the source electrode 11, a reverse bias voltage is applied to the gate region / channel region interface. At this time, a depletion layer grows on the side of the channel region 9 having a low impurity concentration at the gate region / channel region interface. Due to the presence of the p-conduction type interrupt region 20 in contact with the gate electrode 12, as shown in FIG. 5, the depletion layer 21 tends to extend toward the source electrode side at a low voltage and spread. For this reason, the two depletion layers 21 extending from both sides of the channel region are united near the center of the width of the channel region 9 at the tip of the interrupt region 20 at a lower voltage than in the related art to form a barrier against electrons. Since electrons sense a potential barrier at the boundary with the p-type conductive region, it is not essential that the depletion layers unite with each other.
When the depletion layer 21 comes into contact with the depletion layer 21, the movement of electrons is blocked. As a result, the OFF state can be realized by a negative voltage having a smaller absolute value than in the related art, and a further lower loss can be achieved as a high-power switching element.

【0024】図1に示すJFETに用いられた半導体基
板は、SiC基板に結晶成長により厚さを増したSiC
層を積層したものとした。ただし、半導体基板の素材
は、SiCに限定されるものではなく、Si、GaAs
等を用いてもよい。
The semiconductor substrate used for the JFET shown in FIG. 1 is a SiC substrate having a thickness increased by crystal growth on a SiC substrate.
The layers were laminated. However, the material of the semiconductor substrate is not limited to SiC, but may be Si, GaAs.
Etc. may be used.

【0025】(実施の形態2)図6は、実施の形態2に
おける電力用半導体素子を示す断面図である。実施の形
態1における電力用半導体素子との大きな相違は、割込
み領域20が複数個配置されていることにある。図6に
示す半導体素子の製造方法は、図1で説明した方法と基
本的に同じである。ソース電極とゲート電極との間に逆
バイアス電圧を印加したとき、割込み領域20の存在の
ために、図7に示すように、空乏層21が従来よりも低
い逆バイアス電圧により空乏層21がソース領域の割込
み領域20に向かって延びやすい。この結果、従来より
も低い電圧でOFF状態を実現することができ、大電力
用スイッチング素子として、より一層の低損失を実現す
ることが可能となる。
(Second Embodiment) FIG. 6 is a sectional view showing a power semiconductor device according to a second embodiment. A major difference from the power semiconductor device in the first embodiment is that a plurality of interrupt regions 20 are arranged. The method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6 is basically the same as the method described with reference to FIG. When a reverse bias voltage is applied between the source electrode and the gate electrode, the depletion layer 21 is reduced by the reverse bias voltage lower than in the prior art, as shown in FIG. It tends to extend toward the interrupt area 20 of the area. As a result, the OFF state can be realized with a voltage lower than that of the related art, and it is possible to further reduce the loss as a high-power switching element.

【0026】(実施の形態3)実施の形態3の電力用半
導体素子では、チャネル領域9に向かって延びる空乏層
の形成を容易にするために、不純物濃度の低いn-層2
2(空乏層促進領域)をゲート領域2と接して配置する
(図8)。また、割込み領域20は、その先端部はゲー
ト領域の真横を越え、ドリフト領域に達する位置まで延
びている。この構造の電力用半導体素子に逆バイアス電
圧を印加すると、非常に低い逆バイアス電圧でゲート領
域/空乏層促進領域の界面から空乏層が空乏層促進領域
(n-層)22の中に延びる。このため、非常に低い逆
バイアス電圧により、図9に示すような空乏層が形成さ
れ、OFF状態を実現することができる。その結果、大
電力用スイッチング素子として、より一層の低損失を確
保することが可能となる。
(Embodiment 3) In the power semiconductor device of Embodiment 3, in order to facilitate formation of a depletion layer extending toward channel region 9, n layer 2 having a low impurity concentration is used.
2 (depletion layer promoting region) is arranged in contact with gate region 2 (FIG. 8). Further, the leading end of the interrupt region 20 extends right beside the gate region and extends to a position reaching the drift region. When a reverse bias voltage is applied to the power semiconductor element having this structure, the depletion layer extends from the interface between the gate region and the depletion layer promotion region into the depletion layer promotion region (n layer) 22 at a very low reverse bias voltage. Therefore, a depletion layer as shown in FIG. 9 is formed by a very low reverse bias voltage, and an OFF state can be realized. As a result, it is possible to further reduce the loss as a high power switching element.

【0027】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された実施の形態は、あ
くまで例示であって、本発明の範囲はこれら実施の形態
に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求
の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが
意図されている。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. Absent. The scope of the present invention is indicated by the description of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明のFETにより、従来よりも絶対
値の小さい逆バイアス電圧によりOFF状態を実現する
ことができ、大電力用スイッチング素子として、より一
層の低損失の電力用半導体素子を提供することが可能と
なる。
According to the FET of the present invention, an OFF state can be realized by a reverse bias voltage having an absolute value smaller than that of a conventional one, and a power semiconductor element with much lower loss is provided as a high power switching element. It is possible to do.

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

【図1】 実施の形態1における電力用半導体素子の断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a power semiconductor device according to a first embodiment.

【図2】 図1の電力用半導体素子の製造において、割
込み領域を形成した段階の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a stage in which an interrupt region has been formed in the manufacture of the power semiconductor device of FIG. 1;

【図3】 図2の段階からソース領域とチャネル領域を
形成するためにエッチングを行った後の段階を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a stage after performing etching to form a source region and a channel region from the stage in FIG. 2;

【図4】 不純物を注入してゲート領域を形成した段階
の断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view at a stage where impurities are implanted to form a gate region.

【図5】 図1の電力用半導体素子に逆バイアス電圧を
印加して形成された空乏層を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a depletion layer formed by applying a reverse bias voltage to the power semiconductor device of FIG. 1;

【図6】 実施の形態2における電力用半導体素子の断
面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a power semiconductor device according to a second embodiment.

【図7】 図6の電力用半導体素子に逆バイアス電圧を
印加して形成された空乏層を示す図である。
7 is a diagram illustrating a depletion layer formed by applying a reverse bias voltage to the power semiconductor device of FIG. 6;

【図8】 実施の形態3における電力用半導体素子の断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a power semiconductor device according to a third embodiment.

【図9】 図8の電力用半導体素子に逆バイアス電圧を
印加して形成された空乏層を示す図である。
9 is a diagram illustrating a depletion layer formed by applying a reverse bias voltage to the power semiconductor device of FIG. 8;

【図10】 従来の横型JFETの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional lateral JFET.

【図11】 従来の縦型JFETであるSITの断面図
である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of an SIT which is a conventional vertical JFET.

【図12】 従来の縦型JFET(電力用半導体素子)
の断面図である。
FIG. 12: Conventional vertical JFET (power semiconductor element)
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ソース領域、2 ゲート領域、3 ドレイン領域、
4 ドリフト領域、21 OFF状態にするとき形成さ
れる空乏層、9 チャネル領域、11 ソース電極、1
2 ゲート電極、13 ドレイン電極、20 割込み領
域、21 空乏層、22 n-型半導体領域(空乏層促
進領域)、31 半導体基板、32 n型半導体層、3
3 n+型半導体層。
1 source region, 2 gate region, 3 drain region,
4 Drift region, 21 Depletion layer formed when turned off, 9 Channel region, 11 Source electrode, 1
2 gate electrode, 13 drain electrode, 20 interrupt region, 21 depletion layer, 22 n type semiconductor region (depletion layer promoting region), 31 semiconductor substrate, 32 n-type semiconductor layer, 3
3 n + type semiconductor layer.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の一の主表面の側に設けられ
た第1導電型のソース領域と、 前記ソース領域の上に該ソース領域と接して設けられた
ソース電極と、 前記一の主表面の側に設けられた第2導電型のゲート領
域と、 前記ソース領域および前記ゲート領域に接する第1導電
型のチャネル領域と、 前記半導体基板の他の主表面に設けられた第1導電型の
ドレイン領域と、 前記ソース電極に接して、前記チャネル領域に向かって
延びている第2導電型の割込み領域とを備える、電力用
半導体素子。
A first conductive type source region provided on one main surface side of the semiconductor substrate; a source electrode provided on the source region in contact with the source region; A second conductivity type gate region provided on the surface side; a first conductivity type channel region in contact with the source region and the gate region; and a first conductivity type provided on another main surface of the semiconductor substrate. And a drain region of a second conductivity type, which is in contact with the source electrode and extends toward the channel region.
【請求項2】 前記ゲート領域は、前記チャネル領域の
両側に設けられている、請求項1に記載の電力用半導体
素子。
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein said gate region is provided on both sides of said channel region.
【請求項3】 前記割込み領域は、前記ソース領域を突
き抜けて前記チャネル領域の中に延びている、請求項1
または2に記載の電力用半導体素子。
3. The interrupt region extends through the source region and into the channel region.
Or a power semiconductor device according to item 2.
【請求項4】 前記割込み領域は、間に第1導電型の領
域を挟んで、2以上の領域に分かれている、請求項1〜
3のいずれかに記載の電力用半導体素子。
4. The interrupt area is divided into two or more areas with a first conductivity type area interposed therebetween.
4. The power semiconductor device according to any one of 3.
【請求項5】 前記ゲート領域および前記ソース領域に
接する、前記チャネル領域中の領域であって、前記チャ
ネル領域の第1導電型の不純物濃度よりも低い濃度の第
1導電型の空乏層促進領域を備える、請求項1〜4のい
ずれかに記載の電力用半導体素子。
5. A depletion layer promoting region of a first conductivity type, which is in contact with the gate region and the source region and is in the channel region and has a lower concentration than an impurity concentration of the first conductivity type of the channel region. The power semiconductor device according to claim 1, further comprising:
【請求項6】 前記半導体基板がSiCである、請求項
1〜5のいずれかに記載の電力用半導体素子。
6. The power semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is made of SiC.
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