JP2877395B2 - ｓｉｃを用いたトランジスタ - Google Patents
ｓｉｃを用いたトランジスタInfo
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- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
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- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はSiCを用いたトランジスタに関する。
（ロ）従来の技術 SiCは熱的、化学的に強く、また耐放射線性に富んで
いるので宇宙空間などの苛酷な環境下で使用できる耐環
境デバイスの材料として注目を集めている。耐環境デバ
イスの代表として信号のスイッチングや増幅ができるト
ランジスタが挙げられる。
いるので宇宙空間などの苛酷な環境下で使用できる耐環
境デバイスの材料として注目を集めている。耐環境デバ
イスの代表として信号のスイッチングや増幅ができるト
ランジスタが挙げられる。
SiCを用いたトランジスタについては、例えば、月刊
“Semiconductor Wrold."1986,11.P.40〜P.48に掲載さ
れた「SiCの半導体への応用とその最新動向」と題する
論文に詳しく説明されている。具体的にはバイポーラト
ランジスタが第５図に、ユニポーラトランジスタが第６
図に示されている。
“Semiconductor Wrold."1986,11.P.40〜P.48に掲載さ
れた「SiCの半導体への応用とその最新動向」と題する
論文に詳しく説明されている。具体的にはバイポーラト
ランジスタが第５図に、ユニポーラトランジスタが第６
図に示されている。
第５図に示されたバイポーラトランジスタは、ｎ型の
6H-SiC基板20と、この基板20表面に設けられたｐ型の6H
-SiC基板21と、このｐ型層21上に形成されたｎ型の6H-S
iC基板22と、からなり、ｎ型の4H-SiC基板20の裏面にコ
レクタ電極Ｃを設け、ｐ型の6H-SiC21に接したベース電
極Ｂを設け、またｎ型の6H-SiC22にエミッタ電極Ｅを設
けて形成されている。
6H-SiC基板20と、この基板20表面に設けられたｐ型の6H
-SiC基板21と、このｐ型層21上に形成されたｎ型の6H-S
iC基板22と、からなり、ｎ型の4H-SiC基板20の裏面にコ
レクタ電極Ｃを設け、ｐ型の6H-SiC21に接したベース電
極Ｂを設け、またｎ型の6H-SiC22にエミッタ電極Ｅを設
けて形成されている。
また第６図に示されたユニポーラトランジスタは、ｐ
型のSi基板23と、このSi基板23上に設けられたｐ型の3C
-SiCエピタキシャル層24と、このエピタキシャル層24上
に形成されたｎ型3C-SiCからなる動作層25と、この動作
層25に対して離間して設けられた多結晶シリコンからな
るソース26、ドレイン27と、このソース26、ドレイン27
との間に酸化シリコン膜28を介して設けられたゲート電
極29と、から構成されている。
型のSi基板23と、このSi基板23上に設けられたｐ型の3C
-SiCエピタキシャル層24と、このエピタキシャル層24上
に形成されたｎ型3C-SiCからなる動作層25と、この動作
層25に対して離間して設けられた多結晶シリコンからな
るソース26、ドレイン27と、このソース26、ドレイン27
との間に酸化シリコン膜28を介して設けられたゲート電
極29と、から構成されている。
このようにSiCを主構成要素とする各種のトランジス
タはSiやGaAsを用いたものに比べて禁制帯幅が広く、耐
環境性に優れてはいるものの、6H-SiCを用いたバイポー
ラトランジスタの場合、6H-SiCの電子移動度が330cm2/V
・Ｓ程度と低く、高速動作には不適である。また3C-SiC
の電子移動度は1000cm2/V・Ｓ程度と大きいが、現在の
ところ、3C-SiCそのもののバルク基板が形成できず、第
６図に示したように単結晶Si基板上にエピタキシャル成
長させる方法しか採用できず、その結果、方法が採られ
ているが、Siの格子定数5.43Åと3C-SiCのそれ4.36Åと
の不整合が問題となり、Si基板表面には表面状態が一定
で結晶性の安定した3C-SiC層を成長させることは極めて
困難とされている。
タはSiやGaAsを用いたものに比べて禁制帯幅が広く、耐
環境性に優れてはいるものの、6H-SiCを用いたバイポー
ラトランジスタの場合、6H-SiCの電子移動度が330cm2/V
・Ｓ程度と低く、高速動作には不適である。また3C-SiC
の電子移動度は1000cm2/V・Ｓ程度と大きいが、現在の
ところ、3C-SiCそのもののバルク基板が形成できず、第
６図に示したように単結晶Si基板上にエピタキシャル成
長させる方法しか採用できず、その結果、方法が採られ
ているが、Siの格子定数5.43Åと3C-SiCのそれ4.36Åと
の不整合が問題となり、Si基板表面には表面状態が一定
で結晶性の安定した3C-SiC層を成長させることは極めて
困難とされている。
（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は斯点に鑑みて為されたものであって、以上の
問題点を解決し、特性が優れ、かつ耐環境性に富んだSi
Cを用いたトランジスタを得ることを課題としている。
問題点を解決し、特性が優れ、かつ耐環境性に富んだSi
Cを用いたトランジスタを得ることを課題としている。
（ニ）課題を解決するための手段 本発明トランジスタは、一導電型4H-SiC基板と、該基
板表面にエピタキシャル成長された逆導電型4H-SiC層
と、該逆導電型4H-SiC層上にエピタキシャル成長された
一導電型4H-SiC層と、からなり、上記一導電型4H-SiCを
コレクタとし、逆導電型4H-SiC層をベースとし、一導電
型4H-SiC層をエミッタとしており、また本発明トランジ
スタは、一導電型4H-SiC基板と、該基板表面にエピタキ
シャル成長された逆導電型4H-SiC層と、該逆導電型4H-S
iC層上にエピタキシャル成長された一導電型4H-SiC層
と、該一導電型4H-SiC層表面に形成された絶縁膜とから
なり、この絶縁膜の表面の一部に設けられたゲート電極
と、このゲート電極を挟んだ位置に上記一導電型4H-SiC
層に接して設けられたソース、ドレイン電極と、からな
っている。
板表面にエピタキシャル成長された逆導電型4H-SiC層
と、該逆導電型4H-SiC層上にエピタキシャル成長された
一導電型4H-SiC層と、からなり、上記一導電型4H-SiCを
コレクタとし、逆導電型4H-SiC層をベースとし、一導電
型4H-SiC層をエミッタとしており、また本発明トランジ
スタは、一導電型4H-SiC基板と、該基板表面にエピタキ
シャル成長された逆導電型4H-SiC層と、該逆導電型4H-S
iC層上にエピタキシャル成長された一導電型4H-SiC層
と、該一導電型4H-SiC層表面に形成された絶縁膜とから
なり、この絶縁膜の表面の一部に設けられたゲート電極
と、このゲート電極を挟んだ位置に上記一導電型4H-SiC
層に接して設けられたソース、ドレイン電極と、からな
っている。
（ホ）作用 4H-SiCの電子移動度は700cm2/V・Ｓ程度で、6H-SiCの
それの２倍以上であるので高速動作が可能となり、また
4H-SiC基板の表面上に4H-SiCエピタキシャル層を成長さ
せているので、格子不整合も解消し、結晶性が安定し
た、特性の優れたSiCトランジスタが得られる。
それの２倍以上であるので高速動作が可能となり、また
4H-SiC基板の表面上に4H-SiCエピタキシャル層を成長さ
せているので、格子不整合も解消し、結晶性が安定し
た、特性の優れたSiCトランジスタが得られる。
（ヘ）実施例 第１図に本発明トランジスタの一実施例を示す。この
図において、１はｎ型の4H-SiC基板で、約100μｍの厚
みを有し、不純物として窒素（Ｎ）を５×1018／cm3程
度の濃度で含んでいて、バイポーラトランジスタのコレ
クタ領域を構成している。２はこの4H-SiC基板１表面に
エピタキシャル成長された4H-SiCからなるベース領域
で、５×1018／cm3程度のAlを含んでｐ型を呈し、その
厚みは約0.1μｍである。尚、このベース領域２は1700
℃、３分間のLPE法によって全面成長後、フォトエング
レービング技術、プラズマエッチング技術などにより選
択加工して形成される。３はこのベース領域２上にエピ
タキシャル形成されたエミッタ領域で、4H-SiCからな
り、不純物窒素（Ｎ）を１×1018／cm3程度の濃度で含
んでいてｎ型を呈する。このエミッタ領域３は1700℃、
30分間のLPE法によって約1.0μｍの厚みに形成される。
４はコレクタ領域１に接したコレクタ電極、５はベース
領域２に接したベース電極、６はエミッタ領域３に接し
たエミッタ電極で、これらの電極４、５、６を露出した
状態で素子表面を厚さ0.3μｍの酸化シリコン（SiC2）
膜７で覆っている。第２図にこのようにして形成された
バイポーラトランジスタの特性図であって、直流電流増
幅率は20以上を示している。
図において、１はｎ型の4H-SiC基板で、約100μｍの厚
みを有し、不純物として窒素（Ｎ）を５×1018／cm3程
度の濃度で含んでいて、バイポーラトランジスタのコレ
クタ領域を構成している。２はこの4H-SiC基板１表面に
エピタキシャル成長された4H-SiCからなるベース領域
で、５×1018／cm3程度のAlを含んでｐ型を呈し、その
厚みは約0.1μｍである。尚、このベース領域２は1700
℃、３分間のLPE法によって全面成長後、フォトエング
レービング技術、プラズマエッチング技術などにより選
択加工して形成される。３はこのベース領域２上にエピ
タキシャル形成されたエミッタ領域で、4H-SiCからな
り、不純物窒素（Ｎ）を１×1018／cm3程度の濃度で含
んでいてｎ型を呈する。このエミッタ領域３は1700℃、
30分間のLPE法によって約1.0μｍの厚みに形成される。
４はコレクタ領域１に接したコレクタ電極、５はベース
領域２に接したベース電極、６はエミッタ領域３に接し
たエミッタ電極で、これらの電極４、５、６を露出した
状態で素子表面を厚さ0.3μｍの酸化シリコン（SiC2）
膜７で覆っている。第２図にこのようにして形成された
バイポーラトランジスタの特性図であって、直流電流増
幅率は20以上を示している。
第３図に本発明をユニポーラトランジスタに適用した
場合の実施例を示す。10は厚さ100μｍ程度のｎ型の4H-
SiC基板で、不純物として窒素を約１×1016／cm3含んで
いる。11はこの基板10表面に4H-SiCをエピタキシャル成
長させて形成されたｐ型のバッファ層で、不純物として
Alを１×1013／cm3程度の濃度で含み、その厚みは約１
μｍである。12はこのバッファ層11上にエピタキシャル
法によって形成された4H-SiCの動作層で、厚み約0.1μ
ｍで窒素を３×1017／cm3程度含んでｎ型を呈してい
る。13はこの動作層12表面に形成された厚さ0.2μｍの
酸化シリコン膜で、ゲート絶縁膜を構成している。14は
このゲート絶縁膜13表面に形成されたAl/Ti系の合金か
らなるゲート電極、15、16はこのゲート電極14を挟んで
上記動作層13に接して形成されたソース、ドレイン電極
で、両電極15、16とも、Au/Ni系合金にて構成されてい
る。このようにして形成されたユニポーラトランジスタ
の動作特性は第４図に示されており、順方向アドミッタ
ンスは約10mSであった。
場合の実施例を示す。10は厚さ100μｍ程度のｎ型の4H-
SiC基板で、不純物として窒素を約１×1016／cm3含んで
いる。11はこの基板10表面に4H-SiCをエピタキシャル成
長させて形成されたｐ型のバッファ層で、不純物として
Alを１×1013／cm3程度の濃度で含み、その厚みは約１
μｍである。12はこのバッファ層11上にエピタキシャル
法によって形成された4H-SiCの動作層で、厚み約0.1μ
ｍで窒素を３×1017／cm3程度含んでｎ型を呈してい
る。13はこの動作層12表面に形成された厚さ0.2μｍの
酸化シリコン膜で、ゲート絶縁膜を構成している。14は
このゲート絶縁膜13表面に形成されたAl/Ti系の合金か
らなるゲート電極、15、16はこのゲート電極14を挟んで
上記動作層13に接して形成されたソース、ドレイン電極
で、両電極15、16とも、Au/Ni系合金にて構成されてい
る。このようにして形成されたユニポーラトランジスタ
の動作特性は第４図に示されており、順方向アドミッタ
ンスは約10mSであった。
（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかなように、4H-SiCを用
いてバイポーラトランジスタやユニポーラトランジスタ
を構成しているので、耐環境特性に優れていると共に、
高速動作も可能であり、また基板とその表面上に成長さ
せるエピタキシャル層との整合性にも問題なく、特性の
安定したトランジスタが得られる。
いてバイポーラトランジスタやユニポーラトランジスタ
を構成しているので、耐環境特性に優れていると共に、
高速動作も可能であり、また基板とその表面上に成長さ
せるエピタキシャル層との整合性にも問題なく、特性の
安定したトランジスタが得られる。
第１図は本発明トランジスタの構成を示す断面図、第２
図はその動作特性図、第３図は本発明トランジスタの他
の実施例を示す断面図、第４図はその動作特性図、第５
図、第６図は従来構造を示す断面図である。 １……4H-SiC基板、２……ベース領域、３……エミッタ
領域、７……酸化シリコン膜、10……4H-SiC基板、11…
…バッファ層、12……動作層、13……酸化シリコン膜。
図はその動作特性図、第３図は本発明トランジスタの他
の実施例を示す断面図、第４図はその動作特性図、第５
図、第６図は従来構造を示す断面図である。 １……4H-SiC基板、２……ベース領域、３……エミッタ
領域、７……酸化シリコン膜、10……4H-SiC基板、11…
…バッファ層、12……動作層、13……酸化シリコン膜。
フロントページの続き (72)発明者 古賀 和幸 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−204519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−140756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−81765（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/68 - 29/737 H01L 21/33 - 21/331 ＪＯＩＳ
Claims (2)
- 【請求項１】一導電型4H-SiC基板と、該基板表面にエピ
タキシャル成長された逆導電性4H-SiC層と、該逆導電型
4H-SiC層上にエピタキシャル成長された一導電型4H-SiC
層と、からなり、上記一導電型4H-SiCをコレクタとし、
逆導電型4H-SiC層をベースとし、一導電型4H-SiC層をエ
ミッタとするSiCを用いたトランジスタ。 - 【請求項２】一導電型4H-SiC基板と、該基板表面にエピ
タキシャル成長された逆導電型4H-SiC層と、該逆導電型
4H-SiC層上にエピタキシャル成長された一導電型4H-SiC
層と、該一導電型4H-SiC層表面に形成された絶縁膜とか
らなり、この絶縁膜の表面の一部に設けられたゲート電
極と、このゲート電極を挟んだ位置に上記一導電型4H-S
iC層に接して設けられたソース、ドレイン電極と、から
なるSiCを用いたトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1311090A JP2877395B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | ｓｉｃを用いたトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1311090A JP2877395B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | ｓｉｃを用いたトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03171772A JPH03171772A (ja) | 1991-07-25 |
| JP2877395B2 true JP2877395B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=18013013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1311090A Expired - Fee Related JP2877395B2 (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | ｓｉｃを用いたトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2877395B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW565630B (en) * | 1999-09-07 | 2003-12-11 | Sixon Inc | SiC wafer, SiC semiconductor device and method for manufacturing SiC wafer |
| JP2005167035A (ja) | 2003-12-03 | 2005-06-23 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 炭化珪素半導体素子およびその製造方法 |
| JP4777699B2 (ja) * | 2005-06-13 | 2011-09-21 | 本田技研工業株式会社 | バイポーラ型半導体装置およびその製造方法 |
| US7345310B2 (en) * | 2005-12-22 | 2008-03-18 | Cree, Inc. | Silicon carbide bipolar junction transistors having a silicon carbide passivation layer on the base region thereof |
-
1989
- 1989-11-30 JP JP1311090A patent/JP2877395B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03171772A (ja) | 1991-07-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |