JP2011091382A - 半導体装置、電力用回路、および、半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上の第1の導電層と、第1の導電層を覆う酸化物半導体層と、酸化物半導体層上の、第1の導電層と重畳しない領域の第2の導電層と、酸化物半導体層および第2の導電層を覆う絶縁層と、絶縁層上の、少なくとも第1の導電層および第2の導電層と重畳しない領域を含む領域の第3の導電層と、を有する半導体装置である。
【選択図】図1
Description
本実施の形態では、半導体装置およびその作製方法の一例について、図1および図2を参照して説明する。なお、以下では、半導体装置としてパワーMOS(MIS)FETを例に挙げて説明する。
図1には、半導体装置の構成の一例を示す。図1(A)は断面図、図1(B)は平面図に相当する。また、図1(A)は、図1(B)のA−B線における断面に対応している。なお、平面図においては、理解の容易のために一部の構成要素を省略している。
基板100としては、絶縁基板、半導体基板、金属基板などが採用される。また、これらの表面を絶縁材料などで被覆した基板を採用することもできる。なお、基板100は酸化物半導体層の加熱に耐えうる程度の耐熱性を有することが望ましい。
酸化物半導体層104を構成する半導体材料の一例としては、InMO3(ZnO)m(m>0)で表記されるものがある。ここで、Mは、ガリウム(Ga)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)などから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。例えば、MとしてGaが選択される場合には、Gaのみの場合の他に、GaとNiや、GaとFeなど、Ga以外の上記金属元素が選択される場合を含む。また、上記酸化物半導体において、Mとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてFe、Niその他の遷移金属元素、または該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書等においては、上記酸化物半導体のうち、Mとして少なくともガリウムを含むものをIn−Ga−Zn−O系酸化物半導体と呼ぶこととする。
ゲート絶縁層として機能する絶縁層110を構成する絶縁材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどから選択することが可能である。また、これらの材料の複合材料を採用しても良い。絶縁層110は、これらの絶縁材料を用いた層の単層構造としても良いし、積層構造としても良い。なお、一般にMOSFETとは、金属−酸化物−半導体による電界効果型トランジスタを言うが、開示する発明の半導体装置に用いる絶縁層を、酸化物に限定する必要はない。
導電層102は、例えば、ドレイン電極として機能し、導電層108は、ソース電極として機能し、導電層116は、ゲート電極として機能する。導電層112および導電層114は、外部配線等との電気的接続を実現するための端子として機能するが、これらは必須の構成要素ではない。
電子をキャリアとするn型半導体装置の場合、通常動作時には、ソース電極として機能する導電層108が負にバイアスされ、ドレイン電極として機能する導電層102が正にバイアスされる。
図1に示した半導体装置の作製工程について、図2を用いて説明する。
本実施の形態では、半導体装置およびその作製方法の別の一例について、図3および図4を参照して説明する。なお、本実施の形態において説明する半導体装置は、多くの点で先の実施の形態に係る半導体装置と共通している。このため、共通する部分については省略し、主として相違点について説明する。
図3には、半導体装置の構成の別の一例を示す。図3(A)は断面図、図3(B)は平面図に相当する。また、図3(A)は、図3(B)のC−D線における断面に対応している。
半導体装置の作製工程も、基本的には図2に示すものと同様である。以下、図4を参照して簡単に説明する。
本実施の形態では、半導体装置およびその作製方法の別の一例について、図5および図6を参照して説明する。なお、本実施の形態において説明する半導体装置は、多くの点で先の実施の形態に係る半導体装置と共通している。このため、共通する部分については省略し、主として相違点について説明する。
図5には、半導体装置の構成の別の一例を示す。図5(A)は断面図、図5(B)は平面図に相当する。また、図5(A)は、図5(B)のE−F線における断面に対応している。
作製工程は、導電層102を形成しない点、導電層108と同様の工程で導電層109を形成する点、を除き図2や図4に示すものと同様である。以下、図6を参照して簡単に説明する。
本実施の形態では、いわゆるパワーMOSFETと、薄膜トランジスタとを、同一の基板上に同様の工程で作製する方法の一例について、図7および図8を参照して説明する。なお、以下では、パワーMOSFETとして、図1に示す半導体装置を形成する場合を例に挙げて説明する。
本実施の形態では、開示する発明に係る半導体装置を用いた回路の一例について、図9および図10を参照して説明する。なお、以下では、電力用回路(電力変換用回路など)の一例であるDC−DCコンバータについて説明する。
本実施の形態では、開示する発明の半導体装置を用いて構成されるインバータを備えた太陽光発電システムの一例について、図11を参照して説明する。なお、ここでは、住宅等に設置される太陽光発電システムの構成の一例について示す。
102 導電層
104 酸化物半導体層
106 結晶領域
108 導電層
109 導電層
110 絶縁層
112 導電層
114 導電層
116 導電層
124 酸化物半導体層
126 結晶領域
204 酸化物半導体層
206 結晶領域
208 導電層
209 導電層
212 導電層
214 導電層
216 導電層
300 電源
302 リファレンス電圧生成回路
304 リファレンス電流生成回路
306 エラーアンプ
308 PWMバッファ
310 三角波生成回路
312 コイル
314 パワーMOSFET
316 ダイオード
318 コンデンサ
320 抵抗
322 抵抗
350 三角波
352 出力波形
354 パルス信号
400 太陽電池パネル
402 直流開閉器
404 インバータ
406 分電盤
408 交流開閉器
410 電気器具
412 トランス
414 配電線
Claims (15)
- 基板上の第1の導電層と、
前記第1の導電層を覆う酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の、前記第1の導電層と重畳しない領域の第2の導電層と、
前記酸化物半導体層および前記第2の導電層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層上の、少なくとも前記第1の導電層および前記第2の導電層と重畳しない領域を含む領域の第3の導電層と、
を有する半導体装置。 - 基板上の第1の導電層と、
前記第1の導電層を覆い、上方の表層部に結晶領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の、前記第1の導電層と重畳しない領域の第2の導電層と、
前記酸化物半導体層および前記第2の導電層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層上の、少なくとも前記第1の導電層および前記第2の導電層と重畳しない領域を含む領域の第3の導電層と、
を有する半導体装置。 - 基板上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の、第1の導電層と、
前記酸化物半導体層上の、前記第1の導電層と重畳しない領域の第2の導電層と、
前記酸化物半導体層、前記第1の導電層、および、前記第2の導電層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層上の、少なくとも前記第1の導電層および前記第2の導電層と重畳しない領域を含む領域の第3の導電層と、
を有する半導体装置。 - 基板上の、上方の表層部に結晶領域を有する酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の、第1の導電層と、
前記酸化物半導体層上の、前記第1の導電層と重畳しない領域の第2の導電層と、
前記酸化物半導体層、前記第1の導電層、および、前記第2の導電層を覆う絶縁層と、
前記絶縁層上の、少なくとも前記第1の導電層および前記第2の導電層と重畳しない領域を含む領域の第3の導電層と、
を有する半導体装置。 - 前記酸化物半導体層の前記結晶領域以外の領域は非晶質である、請求項2または請求項4に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体層の前記結晶領域は、In2Ga2ZnO7の結晶を含んでなる、請求項2または請求項4に記載の半導体装置。
- 前記酸化物半導体層は、In−Ga−Zn−O系の酸化物半導体材料を含んでなる、請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第3の導電層は、その一部が前記第2の導電層と重畳する、請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載の半導体装置。
- 前記第1の導電層はソース電極またはドレイン電極の一方として、前記第2の導電層はソース電極またはドレイン電極の他方として、前記第3の導電層はゲート電極として、それぞれ機能する、請求項1乃至請求項8のいずれか一に記載の半導体装置。
- 請求項1乃至請求項9のいずれか一に記載の半導体装置を有し、当該半導体装置の第3の導電層に入力されるパルス信号に応じてそのオン状態とオフ状態とを変化させ、これによって出力電圧を変化させる電力用回路。
- 基板上に、第1の導電層を形成し、
前記第1の導電層を覆うように、酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に熱を加えて、前記酸化物半導体層の上方の表層部に結晶領域を形成し、
前記酸化物半導体層上の前記第1の導電層と重畳しない領域に、第2の導電層を形成し、
前記酸化物半導体層および前記第2の導電層を覆うように、絶縁層を形成し、
前記絶縁層上の、少なくとも前記第1の導電層および前記第2の導電層と重畳しない領域を含む領域に、第3の導電層を形成する、
半導体装置の作製方法。 - 基板上に、酸化物半導体層を形成し、
前記酸化物半導体層に熱を加えて、前記酸化物半導体層の上方の表層部に結晶領域を形成し、
前記酸化物半導体層上に、第1の導電層を形成し、
前記酸化物半導体層上の前記第1の導電層と重畳しない領域に、第2の導電層を形成し、
前記酸化物半導体層、前記第1の導電層、および、前記第2の導電層を覆うように、絶縁層を形成し、
前記絶縁層上の、少なくとも前記第1の導電層および前記第2の導電層と重畳しない領域を含む領域に、第3の導電層を形成する、
半導体装置の作製方法。 - 前記結晶領域の形成は、前記酸化物半導体層が500℃以上となるように熱を加えることにより行う、請求項11または請求項12に記載の半導体装置の作製方法。
- 前記酸化物半導体層の形成は、In−Ga−Zn−O系のターゲットを用いたスパッタリング法により行う、請求項11乃至請求項13のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
- 前記第3の導電層は、その一部が前記第2の導電層と重畳するように形成される、請求項11乃至請求項14のいずれか一に記載の半導体装置の作製方法。
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