JP2005175357A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコンよりも禁制帯幅が広い半導体である4HタイプのN+型炭化珪素の第一の基板領域1とN−型炭化珪素の第一のドレイン領域2とを部分として有する半導体基体上に形成された、N+型の第一のソース領域4、第一のドレイン領域2、N−型の第一のチャネル領域5、第一のゲート絶縁膜6、P型の多結晶炭化珪素からなる第一のゲート電極7とを構成要素とするMOSFET100をスイッチ素子として有し、SiO2からなる層間絶縁膜10上に形成されたP型の多結晶炭化珪素からなるアノード領域11とN型の多結晶炭化珪素からなるカソード領域12とを構成要素とするPNダイオード200を保護素子として有する半導体装置を構成する。
【選択図】 図1
Description
図1は本発明による半導体素子の第1の実施の形態を示している。本実施の形態においては、シリコンよりも禁制帯幅が広い半導体である炭化珪素を半導体基体として用いる半導体装置を一例として説明する。
図2は本発明による半導体素子の第2の実施の形態の一例を示している。図2は実施の形態1の図1に対応した断面図である。本実施の形態においては、図1と同様の動作をする部分の説明は省略し、異なる構成の部分とその特徴について詳しく説明する。
図4は本発明による半導体素子の第3の実施の形態を示している。図4は実施の形態1の図1に対応した断面図である。本実施の形態においては、図1と同様の動作をする部分の説明は省略し、異なる構成の部分とその特徴について詳しく説明する。
図7は本発明による半導体素子の第4の実施の形態を示している。図7は実施の形態1の図1に対応した断面図である。本実施の形態においては、図1と同様の動作をする部分の説明は省略し、異なる構成の部分とその特徴について詳しく説明する。
ΔEc=χ1−χ2 …(1)
また、図9はシリコン及び炭化珪素の両者を接触させ、シリコンと炭化珪素のヘテロ接合を形成したエネルギーバンド構造である。シリコン及び炭化珪素の両者を接触後も、エネルギー障壁ΔEcは接触前と同様に存在するため、シリコン側の接合界面には幅W1の電子の蓄積層が形成され、一方で炭化珪素側の接合界面には幅W2の空乏層が形成されると考えられる。ここで、両接合界面に生じる拡散電位をVD、シリコン側の拡散電位成分をV1、炭化珪素側の拡散電位成分をV2とすると、qVD(ここに、qは素電荷である)は両者のフェルミ準位のエネルギー差であるから、その関係は式(2)から式(4)のように示される。
VD=(δ1+ΔEc−δ2)/q …(2)
VD=V1+V2 …(3)
W2=√((2×ε0×ε2×V2)/(q×N2)) …(4)
ここでε0は真空の誘電率、ε2は炭化珪素の比誘電率、N2は炭化珪素のイオン化不純物濃度を表し、√( )は( )中の値の平方根を表す。なおこれらの式は、バンド不連続のモデルとしてAndersonの電子親和力に基づいており、理想的状態でさらに歪みの効果は考慮していない。
さらに本発明の主旨を逸脱しない範囲での変形を含むことは言うまでもない。
Claims (15)
- シリコンよりも禁制帯幅が広い半導体基体の一部を構成要素とし3つ以上の端子を有するスイッチ素子と、前記スイッチ素子を保護するための保護素子とを同一基板上に有する半導体装置において、前記保護素子は絶縁膜上に形成されており、シリコンよりも禁制帯幅が広い半導体材料を構成要素とすることを特徴とする半導体装置。
- 前記絶縁膜が少なくとも酸化物もしくは窒化物を構成要素としていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記半導体材料が多結晶炭化珪素であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。
- 前記保護素子が1つもしくは複数のPNダイオードを含むように構成されていることを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体装置。
- 前記保護素子が1つもしくは複数のショットキーバリアダイオードを含むように構成されていることを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体装置。
- 前記保護素子が1つもしくは複数のヘテロ接合ダイオードを含むように構成されていることを特徴とする請求項1、2または3記載の半導体装置。
- PNダイオードと、ショットキーバリアダイオード、ヘテロ接合ダイオードのうちの少なくとも1つとの並列接続回路を含むように構成され、電流−電圧特性における勾配変化最大点の位置が周囲の温度の変化に応じて変化することを特徴とする半導体装置。
- 前記保護素子が、PNダイオードと、ショットキーバリアダイオード、ヘテロ接合ダイオードのうちの少なくとも1つとの並列接続回路を含むように構成されていることを特徴とする請求項1、2、3、4、5または6に記載の半導体装置。
- 前記スイッチ素子の駆動電極が前記保護素子の構成要素である半導体材料と同種の半導体材料からなることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6または8記載の半導体装置。
- 前記スイッチ素子が、前記半導体基体に形成された第一導電型の第一のドレイン領域と、前記第一のドレイン領域の一主面に接する第二導電型のウェル領域と、前記ウェル領域に接する第一導電型の第一のソース領域と、前記第一のソース領域、前記ウェル領域及び前記第一のドレイン領域に第一のゲート絶縁膜を介して接するように前記駆動電極として形成された第二導電型の第一のゲート電極とを構成要素とすることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
- 前記スイッチ素子が、前記半導体基体に形成された第一導電型の第二のドレイン領域と、前記第二のドレイン領域の一主面に接する前記第二のドレイン領域とは禁制帯幅が異なった第二のソース領域と、前記第二のソース領域と前記第二のドレイン領域との接合部に第二のゲート絶縁膜を介して接するように前記駆動電極として形成された第二導電型の第二のゲート電極とを構成要素とすることを特徴とする請求項9記載の半導体装置。
- 前記保護素子が前記スイッチ素子の導通経路の近傍に形成されていることを特徴とする請求項9、10、11または12記載の半導体装置。
- 前記半導体基体が炭化珪素からなることを特徴とする、請求項7を除く請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体装置。
- 請求項7を除く請求項1ないし13のいずれかに記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、前記半導体材料が前記絶縁膜を形成した後に、前記絶縁膜上に堆積して製造されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記半導体材料の上に所定のマスク材料を形成し、前記保護素子と前記駆動電極とを同時にパターニングすることを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造方法。
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