JP2002289880A - 半導体デバイス - Google Patents

半導体デバイス

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JP2002289880A
JP2002289880A JP2001093426A JP2001093426A JP2002289880A JP 2002289880 A JP2002289880 A JP 2002289880A JP 2001093426 A JP2001093426 A JP 2001093426A JP 2001093426 A JP2001093426 A JP 2001093426A JP 2002289880 A JP2002289880 A JP 2002289880A
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陽一郎 樽井
Masayuki Imaizumi
昌之 今泉
Hiroshi Sugimoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体領域を覆う酸化膜との界面において、
漏れ電流や降伏点の発生源となる欠陥、準位の発生を防
止し、半導体領域から予測される素子特性を実現できる
半導体デバイスを提供する。 【解決手段】 半導体の積層構造において、2つ以上の
領域が接合する面に接するようにして動作領域となる半
導体領域を覆うエピタキシャル成長層7を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、情報処理デバイ
スやパワーデバイスをはじめとする半導体デバイス、特
にpn接合のような異種伝導型領域からなる接合表面の
電気特性の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】情報処理量の増大による情報処理デバイ
スの微細化・高集積化や省エネルギーの観点からのパワ
ーデバイスの低損失化・高耐圧化に対する要求が高まっ
ている。素子構成上、いずれにおいても接合界面での電
界値は微細化や高耐圧化が重要な技術であり、接合面で
の清浄化技術もその重要性を増している。
【0003】これらのデバイスは、pn接合と絶縁体と
半導体との界面とが基本構成となる。従来の半導体デバ
イスは、イオン注入や不純物拡散により形成される、異
なる伝導型からなる接合とその界面上に形成される絶縁
膜とから構成されてきた。
【0004】図5は例えば刊行物「”Extended Abstrac
t of 18th Symposium on Future Electron Devices”、
132〜126頁、1999年10月」に示された、従来の半
導体デバイスの構成を示す断面図である。図において、
101はSiCn型基板(SiCのn型基板)、102は
SiCn型耐圧層、103はイオン注入と活性化アニー
ルにより形成されたp型領域、104はイオン注入と活
性化アニールにより形成された保護リング領域、110
はシリコン酸化膜、111はn型電極、112はp型電
極である。
【0005】このような構成においては、p型電極11
2とn型電極111との間にp型電極112側が負とな
るような逆方向電圧を印加した場合、p型領域103の
端109に電界が集中する。そのため、リング領域10
4を導入することにより高電界領域をp型領域端109
だけでなくリング領域104にも広げて保持させること
によって最大電界値を低くすることができ、耐圧を高
め、かつ逆方向漏れ電流を小さくすることができる。
【0006】なお、リング領域としては図5に示したよ
うにp型領域端109とは電気的に接続されていない場
合の他、図6に示すようなp型領域端109と電気的に
接続された構成のリング領域114とすることもでき、
同様に耐圧を高め、かつ逆方向漏れ電流を小さくするこ
とができる。
【0007】このような構成では半導体デバイスの表面
は絶縁膜であるシリコン酸化膜110で覆われている。
酸化膜110と半導体領域102、103、104、あ
るいは114との界面108にかかる電界はp型領域端
109よりは小さいとはいえ、動作状況によってはMV
/cm(メガボルト/センチメートル)に達することにな
る。
【0008】また、半導体と絶縁膜との界面にはいかに
うまく成膜を行なっても、応力やストレスの影響で欠
陥、準位が存在して、界面108に存在する準位が漏れ
電流の発生源や降伏点になってしまい、半導体領域から
予測される降伏特性が得られない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の従
来の半導体デバイスでは、半導体領域を覆う酸化膜との
界面において、漏れ電流や降伏点の発生源となる欠陥、
準位があるため良好な半導体デバイス特性を得ることが
困難であるという問題があった。
【0010】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、動作領域となる半導体領域を高
純度のエピタキシャル成長層で覆うことにより、欠陥、
準位の発生を防止し、半導体領域から予測される素子特
性を実現できる半導体デバイスを提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、半導体の積層構造において、2つ以上の領域が
接合する面に接するようにして動作領域となる半導体領
域を覆うエピタキシャル成長層を設けたことを特徴とす
る半導体デバイスにある。
【0012】また、基板と異なる種類の領域の周囲にこ
れと分離して保護領域が設けられていることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体デバイスにある。
【0013】また、基板と異なる種類の領域がこれに接
続されて続く接合延長領域を設けたことを特徴とする請
求項1に記載の半導体デバイスにある。
【0014】また、前記エピタキシャル成長層が、動作
領域との間で発生する高電界領域を該エピタキシャル成
長層に沿って広げるように層厚および電気特性が選択さ
れたものであることを特徴とする請求項1に記載の半導
体デバイスにある。
【0015】また、前記2つ以上の領域の接合がダイオ
ードのpn接合であることを特徴とする請求項1ないし
4のいずれかに記載の半導体デバイスにある。
【0016】また、前記2つ以上の領域の接合が電界効
果トランジスタのpn接合であることを特徴とする請求
項1に記載の半導体デバイスにある。
【0017】また、前記半導体の積層構造の上下両端に
ソース電極とドレイン電極をそれぞれ設け、前記半導体
の積層構造上面に設けられた前記エピタキシャル成長層
上に酸化膜を介してゲート電極を設けたことを特徴とす
る請求項6に記載の半導体デバイスにある。
【0018】また、SiCを含む半導体材料で形成され
たことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載
の半導体デバイスにある。
【0019】この発明に係る半導体デバイスにおいて
は、絶縁膜/半導体界面の準位の低減を図るために、動
作領域となる半導体領域を絶縁膜の代わりに、高純度の
エピタキシャル成長層で覆うことにより、特性劣化の原
因となる欠陥、準位を低減する。
【0020】これにより、動作領域となる半導体領域を
高純度のエピタキシャル成長層で覆うことにより、特性
劣化の原因となる欠陥、準位を低減し、半導体領域から
予測される素子特性を実現することを可能にする。
【0021】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1はこの発明の
一実施の形態による半導体デバイスの構成を示す断面図
である。図1において、1はSiCn型基板、2はSi
Cn型耐圧層、3はイオン注入と活性化アニールにより
形成されたp型領域、4はイオン注入と活性化アニール
により形成された保護リング領域、7はSiC高純度エ
ピタキシャル成長膜、10はシリコン酸化膜、11はn
型電極、12はp型電極である。
【0022】この構成においては、p型電極12とn型
電極11との間にp型電極12側が負となるような逆方
向電圧を印加した場合、p型領域3の端9に電界が集中
する。そのため、リング領域4を導入してあることによ
って高電界領域をp型領域端9だけでなくリング領域4
にも広げて保持させることによって最大電界値を低くす
ることができ、耐圧を高め、かつ逆方向漏れ電流を小さ
くすることができる。
【0023】この構成では、半導体デバイスの表面は高
純度エピタキシャル成長膜7を介して絶縁膜であるシリ
コン酸化膜10で覆われている。高純度エピタキシャル
成長膜7を導入したことで酸化膜10と半導体領域との
界面8にかかる電界は十分小さく、高純度エピタキシャ
ル成長膜7と動作領域2、3、4との界面6での電界値
が高くなっても、半導体領域間の界面の欠陥、準位は十
分小さいため、漏れ電流の発生源や降伏点になる可能性
は極めて少なく、動作領域2、3、4から予測される素
子特性が実現できる。
【0024】実施の形態2.図2はこの発明の別の実施
の形態による半導体デバイスの構成を示す断面図であ
る。図において、上記実施の形態と同一もしくは相当部
分は同一符号で示し説明を省略する。14はイオン注入
と活性化アニールにより形成された接合延長領域であ
る。
【0025】この構成においても、p型電極12とn型
電極11との間にp型電極12側が負となるような逆方
向電圧を印加した場合、p型領域3の端9に電界が集中
する。そのため、接合延長領域14を導入してあること
によって高電界領域をp型領域端9だけでなく接合延長
領域14にも広げて保持させることによって最大電界値
を低くすることができ、耐圧を高め、かつ逆方向漏れ電
流を小さくすることができる。
【0026】この構成では、同様に半導体デバイスの表
面は高純度エピタキシャル成長膜7を介して絶縁膜であ
るシリコン酸化膜10で覆われている。高純度エピタキ
シャル成長膜7を導入したことで酸化膜10と半導体領
域との界面8にかかる電界は十分小さく、高純度エピタ
キシャル成長膜7と動作領域2、3、14との界面6で
の電界値が高くなっても、半導体領域間の界面の欠陥、
準位は十分小さいため、漏れ電流の発生源や降伏点にな
る可能性は極めて少なく、動作領域2、3、14から予
測される素子特性が実現できる。
【0027】実施の形態3.図3はこの発明のさらに別
の実施の形態による半導体デバイスの構成を示す断面図
である。図において、上記実施の形態と同一もしくは相
当部分は同一符号で示し説明を省略する。
【0028】図2に示す実施の形態2では接合延長領域
14をイオン注入と活性化アニールにより形成した場合
を説明したが、図3に示す構成のように、接合延長領域
14なしで高純度エピタキシャル成長膜7の層厚や電気
特性を適当に選ぶことにより、高電界領域がp型領域端
9だけでなくその右方にも広げて保持させることによっ
て最大電界値を低くすることができ、耐圧を高め、かつ
逆方向漏れ電流を小さくすることができる。
【0029】酸化膜10と半導体領域との界面8にかか
る電界は十分小さく、高純度エピタキシャル成長膜7と
動作領域2、3との界面6での電界値が高くなっても、
半導体領域間の界面の欠陥、準位は十分小さいため、漏
れ電流の発生源や降伏点になる可能性は極めて少なくす
ることができ、動作領域2、3、7から予測される素子
特性が実現できる。
【0030】実施の形態4.図4はこの発明のさらに別
の実施の形態による半導体デバイスの構成を示す断面図
である。図において、1はSiCn型基板、2はSiC
n型耐圧層、3はイオン注入と活性化アニールにより形
成されたp型ボディ領域、5はイオン注入と活性化アニ
ールにより形成されたn型ソース領域、7aはSiC高
純度エピタキシャル成長膜、10はシリコン酸化膜、1
1aはドレイン電極、12aはソース電極、13はゲー
ト電極である。
【0031】この構成においては、ゲート電極13への
印加電圧の値により、成長膜7a中のキャリアの量を制
御することができ、ソース電極12aとドレイン電極1
1aとの間にソース電極12a側が正となるような電圧
を印加した場合には素子としてオン状態、ソース電極1
2aとドレイン領域11aとの間にソース電極12側が
負となるような電圧を印加した場合には素子としてオフ
状態となる。
【0032】オフ状態では、p型ボディ領域3aの端9
aに電界が集中するが、高純度エピタキシャル成長膜7
aを介して絶縁膜であるシリコン酸化膜10で覆われて
いるため、酸化膜10と半導体領域との界面8aにかか
る電界は十分小さく、高純度エピタキシャル成長膜7a
と動作領域2、3a、5との界面6aでの電界値が高く
なっても、半導体領域間の界面の欠陥、準位は十分小さ
いため、漏れ電流の発生源や降伏点になる可能性は極め
て少なく、動作領域2、3a、5から予測されるオフ特
性が実現できる。
【0033】なお、上記各実施の形態では半導体材料と
してSiCの場合について説明したが、この発明はこれ
に限定されることはなく、他の材料の場合にも同様の効
果が期待できる。
【0034】また、上記実施の形態1ないし3は例えば
ダイオードのpn接合、実施の形態4は例えば電解効果
トランジスタのpn接合に係わるものである。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体の積層構造において、2つ以上の領域が接合する面に
接するようにして動作領域となる半導体領域を覆うエピ
タキシャル成長層を設けたので、漏れ電流や降伏点の発
生源となる欠陥、準位の発生を防止し、半導体領域から
予測される素子特性を実現することが可能となる。
【0036】また、基板と異なる種類の領域の周囲にこ
れと分離して保護領域が設けられているので、高電界領
域を広げて保持させ最大電界値を低く抑えることがで
き、これにより耐圧を高め、かつ逆方向漏れ電流を小さ
くすることができる。
【0037】また、基板と異なる種類の領域がこれに接
続されて続く接合延長領域を設けているので、高電界領
域を広げて保持させ最大電界値を低く抑えることがで
き、これにより耐圧を高め、かつ逆方向漏れ電流を小さ
くすることができる。
【0038】また、前記エピタキシャル成長層が、動作
領域との間で発生する高電界領域を該エピタキシャル成
長層に沿って広げるように層厚および電気特性が選択さ
れたものとしたので、高電界領域を広げて保持させ最大
電界値を低く抑えることができ、これにより耐圧を高
め、かつ逆方向漏れ電流を小さくすることができる。
【0039】また、前記2つ以上の領域の接合がダイオ
ードのpn接合であることとしたので、上記特徴を有す
るダイオードが提供できる。
【0040】また、前記2つ以上の領域の接合が電界効
果トランジスタのpn接合であることとしたので、上記
特徴を有する電界効果トランジスタが提供できる。
【0041】また、前記半導体の積層構造の上下両端に
ソース電極とドレイン電極をそれぞれ設け、前記半導体
の積層構造上面に設けられた前記エピタキシャル成長層
上に酸化膜を介してゲート電極を設けたので、前記特徴
を有する電界効果トランジスタが提供できる。
【0042】また、前記各半導体デバイスがSiCを含
む半導体材料で形成されているので、SiCを含む材料
による前記各種半導体デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による半導体デバイ
スの構成を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態2による半導体デバイ
スの構成を示す断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態3による半導体デバイ
スの構成を示す断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態4による半導体デバイ
スの構成を示す断面図である。
【図5】 従来の半導体デバイスの構成を示す断面図で
ある。
【図6】 従来の半導体デバイスの別の構成を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 SiCn型基板、2 SiCn型耐圧層、3 p型
領域、3a p型ボディ領域、4 保護リング領域、5
n型ソース領域、7,7a SiC高純度エピタキシ
ャル成長膜、10 シリコン酸化膜、11 n型電極、
11a ドレイン電極、12 p型電極、12a ソー
ス電極、13 ゲート電極、14 接合延長領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/91 F (72)発明者 今泉 昌之 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 杉本 博司 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体の積層構造において、2つ以上の
    領域が接合する面に接するようにして動作領域となる半
    導体領域を覆うエピタキシャル成長層を設けたことを特
    徴とする半導体デバイス。
  2. 【請求項2】 基板と異なる種類の領域の周囲にこれと
    分離して保護領域が設けられていることを特徴とする請
    求項1に記載の半導体デバイス。
  3. 【請求項3】 基板と異なる種類の領域がこれに接続さ
    れて続く接合延長領域を設けたことを特徴とする請求項
    1に記載の半導体デバイス。
  4. 【請求項4】 前記エピタキシャル成長層が、動作領域
    との間で発生する高電界領域を該エピタキシャル成長層
    に沿って広げるように層厚および電気特性が選択された
    ものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体デ
    バイス。
  5. 【請求項5】 前記2つ以上の領域の接合がダイオード
    のpn接合であることを特徴とする請求項1ないし4の
    いずれかに記載の半導体デバイス。
  6. 【請求項6】 前記2つ以上の領域の接合が電界効果ト
    ランジスタのpn接合であることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体デバイス。
  7. 【請求項7】 前記半導体の積層構造の上下両端にソー
    ス電極とドレイン電極をそれぞれ設け、前記半導体の積
    層構造上面に設けられた前記エピタキシャル成長層上に
    酸化膜を介してゲート電極を設けたことを特徴とする請
    求項6に記載の半導体デバイス。
  8. 【請求項8】 SiCを含む半導体材料で形成されたこ
    とを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の半
    導体デバイス。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10510952A (ja) * 1994-12-22 1998-10-20 エービービー リサーチ リミテッド 絶縁されたゲートを有する半導体デバイス
JPH10511812A (ja) * 1995-01-03 1998-11-10 エービービー リサーチ リミテッド パッシベーション層を有する半導体デバイス

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