JP5092244B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

本発明に関連する従来例として、従来技術による半導体装置である炭化珪素系電界効果トランジスタが下記特許文献1に記載されている。   As a conventional example related to the present invention, a silicon carbide field effect transistor which is a semiconductor device according to the prior art is described in Patent Document 1 below.

この従来例では、N+型炭化珪素基板上にN−型炭化珪素エピタキシャル領域が形成された半導体基体の一主面に、N−型多結晶シリコン領域とN+型多結晶シリコン領域とが接するように形成されており、前記N−型炭化珪素エピタキシャル領域と、前記N−型多結晶シリコン領域およびN+型多結晶シリコン領域とはヘテロ接合をしている。また、N−型炭化珪素エピタキシャル領域とN+型多結晶シリコン領域との接合部に隣接して、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成されている。N−型多結晶シリコン領域はソース電極に接続され、N+型炭化珪素基板の裏面にはドレイン電極が形成されている。   In this conventional example, an N− type polycrystalline silicon region and an N + type polycrystalline silicon region are in contact with one main surface of a semiconductor substrate in which an N− type silicon carbide epitaxial region is formed on an N + type silicon carbide substrate. The N− type silicon carbide epitaxial region, the N− type polycrystalline silicon region, and the N + type polycrystalline silicon region are in a heterojunction. A gate electrode is formed through a gate insulating film adjacent to the junction between the N− type silicon carbide epitaxial region and the N + type polycrystalline silicon region. The N− type polycrystalline silicon region is connected to the source electrode, and a drain electrode is formed on the back surface of the N + type silicon carbide substrate.

上記のような構成の炭化珪素系電界効果トランジスタは、ソース電極を接地し、ドレイン電極に所定の正の電位を印加した状態で、ゲート電極の電位を制御することで、スイッチとして機能する。つまり、ゲート電極を接地した状態では、N−型多結晶シリコン領域並びにN+型多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合には逆バイアスが印加され、ドレイン電極とソース電極との間に電流は流れない。しかし、ゲート電極に所定の正電圧が印加された状態では、N+型多結晶シリコン領域とエピタキシャル領域とのヘテロ接合面にゲート電界が作用し、ゲート絶縁膜界面のヘテロ接合面がなすエネルギー障壁の厚さが薄くなるため、ドレイン電極とソース電極との間に電流が流れる。この半導体装置においては、電流の遮断・導通の制御チャネルとしてヘテロ接合部を用いるため、チャネル長がヘテロ障壁の厚み程度で機能することから、低抵抗の導通特性が得られる。
特開2003−318398号公報
The silicon carbide field effect transistor configured as described above functions as a switch by controlling the potential of the gate electrode while the source electrode is grounded and a predetermined positive potential is applied to the drain electrode. That is, in a state where the gate electrode is grounded, a reverse bias is applied to the heterojunction of the N− type polycrystalline silicon region and the N + type polycrystalline silicon region and the epitaxial region, and a current flows between the drain electrode and the source electrode. Not flowing. However, when a predetermined positive voltage is applied to the gate electrode, the gate electric field acts on the heterojunction surface between the N + type polycrystalline silicon region and the epitaxial region, and the energy barrier formed by the heterojunction surface at the gate insulating film interface Since the thickness is reduced, a current flows between the drain electrode and the source electrode. In this semiconductor device, since the heterojunction is used as a current cutoff / conduction control channel, the channel length functions at the thickness of the heterobarrier, so that low resistance conduction characteristics can be obtained.
JP 2003-318398 A

上記従来技術において、N−型多結晶シリコン領域下のN−型炭化珪素エピタキシャル領域中にP型電界緩和領域を形成することで、ドレイン電極に正の高電圧が印加された場合のヘテロ接合面および電流駆動ポイントの電界を緩和し、耐圧を向上させることが出来る。   In the above prior art, a heterojunction surface when a positive high voltage is applied to the drain electrode by forming a P-type electric field relaxation region in the N-type silicon carbide epitaxial region under the N-type polycrystalline silicon region In addition, the electric field at the current driving point can be relaxed and the breakdown voltage can be improved.

しかし、上記構成ではN−型多結晶シリコン領域とP型電界緩和領域はP−N接合となる。この場合、ドレイン電極とソース電極間はN−P−N接合となるため、P型電界緩和領域とN−型炭化珪素エピタキシャル層のP−N接合をダイオードとして用いることは出来ない。   However, in the above configuration, the N-type polycrystalline silicon region and the P-type electric field relaxation region form a PN junction. In this case, since the N-PN junction is formed between the drain electrode and the source electrode, the P-N junction between the P-type field relaxation region and the N-type silicon carbide epitaxial layer cannot be used as a diode.

また、P型電界緩和領域はフローティング状態であるため、P型電界緩和領域に正孔が流れ込んだ場合に電位が上昇し、N型多結晶シリコン領域、P型電界緩和領域、N−型炭化珪素エピタキシャル領域をそれぞれエミッタ、ベース、コレクタとする寄生バイポーラトランジスタがオンし大電流が流れ、素子が破壊する可能性がある。   Further, since the P-type electric field relaxation region is in a floating state, the potential rises when holes flow into the P-type electric field relaxation region, and the N-type polycrystalline silicon region, the P-type electric field relaxation region, and the N-type silicon carbide. There is a possibility that a parasitic bipolar transistor having an epitaxial region as an emitter, a base, and a collector is turned on, a large current flows, and the element is destroyed.

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、電流破壊を起こしにくい半導体装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device that is less susceptible to current breakdown.

第一導電型の半導体基体の一主面上に、前記半導体基体と異なるバンドギャップ幅を有する半導体材料からなる第一および第二ヘテロ半導体領域が形成され、前記第二ヘテロ半導体領域は第二導電型であり、前記半導体基体と前記第一ヘテロ半導体領域との界面であるヘテロ接合面にゲート絶縁膜を介してゲート電極が配置され、前記第一および第二ヘテロ半導体領域に接続するソース電極が形成されている半導体装置において、前記第一ヘテロ半導体領域と前記半導体基体と前記ゲート絶縁膜とが互いに接する位置から所定距離離れて前記半導体基体中に第二導電型の電界緩和領域が形成され、電界緩和領域内に第二導電型のパンチスルー防止領域が形成され、パンチスルー防止領域の不純物濃度は電界緩和領域の不純物濃度以上であり、パンチスルー防止領域とソース電極とが、第二ヘテロ半導体領域を介してオーミック接続し、半導体基体と第二ヘテロ半導体領域との界面である第二ヘテロ接合面は、パンチスルー防止領域内に位置していることを特徴とする半導体装置を構成する。 First and second hetero semiconductor regions made of a semiconductor material having a band gap width different from that of the semiconductor substrate are formed on one main surface of the first conductivity type semiconductor substrate. A gate electrode is disposed through a gate insulating film on a heterojunction surface which is an interface between the semiconductor substrate and the first hetero semiconductor region, and a source electrode connected to the first and second hetero semiconductor regions is In the formed semiconductor device, an electric field relaxation region of a second conductivity type is formed in the semiconductor substrate at a predetermined distance from a position where the first hetero semiconductor region, the semiconductor substrate, and the gate insulating film are in contact with each other, A punch-through prevention region of the second conductivity type is formed in the electric field relaxation region, and the impurity concentration of the punch-through prevention region is equal to or higher than the impurity concentration of the electric field relaxation region, The n-through prevention region and the source electrode are ohmically connected via the second hetero semiconductor region, and the second heterojunction surface, which is an interface between the semiconductor substrate and the second hetero semiconductor region, is located in the punch through prevention region. it constitutes a semiconductor device according to claim you are.

本発明によれば、第二導電型の電界緩和領域とソース電極とを第二導電型の第二ヘテロ半導体領域を介して接続することで、前記電界緩和領域とソース電極を低抵抗にオーミック接続することが可能となり、前記電界緩和領域に流れ込むキャリアをソース電極に引き抜くことで、寄生バイポーラ効果を抑制することが可能となり、その結果として、電流破壊を起こしにくい半導体装置を提供することが出来る。   According to the present invention, the electric field relaxation region of the second conductivity type and the source electrode are connected via the second hetero semiconductor region of the second conductivity type, so that the electric field relaxation region and the source electrode are ohmic-connected to a low resistance. By drawing out carriers flowing into the electric field relaxation region to the source electrode, the parasitic bipolar effect can be suppressed. As a result, a semiconductor device that is less likely to cause current breakdown can be provided.

以下の実施の形態例においては、半導体基体材料を炭化珪素(SiC)とし、ヘテロ半導体を多結晶シリコンとし、第一導電型をN型、第二導電型をP型とした半導体装置を一例として説明する。   In the following embodiments, a semiconductor device in which the semiconductor substrate material is silicon carbide (SiC), the hetero semiconductor is polycrystalline silicon, the first conductivity type is N-type, and the second conductivity type is P-type is taken as an example. explain.

[第1の実施の形態例]
本発明の第1の実施の形態例を、図1〜3に基づいて説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、N型多結晶シリコン領域(図中、N型ポリシリコン領域と表示)とP型炭化珪素領域とのヘテロ接合面付近のエネルギーバンド図である。N型多結晶シリコン領域の電子およびP型炭化珪素領域の正孔は、エネルギー障壁に阻まれ、自由に行き来することは出来ない。   FIG. 1 is an energy band diagram in the vicinity of a heterojunction surface between an N-type polycrystalline silicon region (shown as an N-type polysilicon region in the figure) and a P-type silicon carbide region. The electrons in the N-type polycrystalline silicon region and the holes in the P-type silicon carbide region are blocked by the energy barrier and cannot freely go back and forth.

図2は、P型多結晶シリコン領域(図中、P型ポリシリコン領域と表示)とP型炭化珪素領域とのヘテロ接合面付近のエネルギーバンド図である。P型炭化珪素領域の不純物濃度を十分高濃度にすることでエネルギー障壁は薄くなり、P型多結晶シリコン領域およびP型炭化珪素領域の正孔はエネルギー障壁をトンネルすることが出来、互いの領域を自由に行き来することが出来る。すなわち、P型多結晶シリコン領域とP型炭化珪素領域とはオーミック接触している。   FIG. 2 is an energy band diagram in the vicinity of a heterojunction surface between a P-type polycrystalline silicon region (shown as a P-type polysilicon region in the figure) and a P-type silicon carbide region. By making the impurity concentration of the P-type silicon carbide region sufficiently high, the energy barrier becomes thin, and the holes in the P-type polycrystalline silicon region and the P-type silicon carbide region can tunnel the energy barrier, Can come and go freely. That is, the P-type polycrystalline silicon region and the P-type silicon carbide region are in ohmic contact.

また、ソース電極とP型多結晶シリコン領域をオーミック接続することは、P型多結晶シリコン領域中の不純物濃度を十分高濃度にすることで可能であり、シリコンLSIやパワーデバイスなどで一般的に用いられている技術である。   Further, the ohmic connection between the source electrode and the P-type polycrystalline silicon region can be achieved by setting the impurity concentration in the P-type polycrystalline silicon region to a sufficiently high concentration, which is generally used in silicon LSIs and power devices. This is the technology used.

以上の原理により、P型多結晶シリコン領域を介することで、ソース電極とP型炭化珪素領域をオーミック接続することが可能である。   Based on the above principle, the source electrode and the P-type silicon carbide region can be ohmically connected through the P-type polycrystalline silicon region.

図3は、本実施の形態例である半導体装置を示す図である。この図は、単位セルを示す断面図であり、実際には、このような単位セルが多数並列接続されている。   FIG. 3 is a diagram showing a semiconductor device according to this embodiment. This figure is a cross-sectional view showing a unit cell. In fact, a large number of such unit cells are connected in parallel.

ドレイン領域となる第一導電型であるN+型炭化珪素基板1上にN−型炭化珪素エピタキシャル領域2が積層され、第一導電型の半導体基体が構成されている。N−型炭化珪素エピタキシャル領域2中の所定領域には第二導電型であるP型の電界緩和領域10が形成されている。   An N− type silicon carbide epitaxial region 2 is laminated on an N + type silicon carbide substrate 1 which is a first conductivity type serving as a drain region, thereby forming a first conductivity type semiconductor substrate. In a predetermined region in N − type silicon carbide epitaxial region 2, a P-type electric field relaxation region 10 that is a second conductivity type is formed.

前記半導体基体の一主面であるエピタキシャル領域2表面の所定領域上には、第一ヘテロ半導体領域であるN型多結晶シリコン領域4および第二ヘテロ半導体領域であるP型多結晶シリコン領域3が形成されている。多結晶シリコン層(N型多結晶シリコン領域4およびP型多結晶シリコン領域3)は炭化珪素と異なるバンドギャップ幅を有し、エピタキシャル領域2と(電界緩和領域10を含めて)ヘテロ接合しており、その接合面にはエネルギー障壁が存在している。   An N-type polycrystalline silicon region 4 as a first hetero semiconductor region and a P-type polycrystalline silicon region 3 as a second hetero semiconductor region are formed on a predetermined region of the surface of the epitaxial region 2 which is one main surface of the semiconductor substrate. Is formed. The polycrystalline silicon layers (N-type polycrystalline silicon region 4 and P-type polycrystalline silicon region 3) have a band gap width different from that of silicon carbide, and are heterojunction with epitaxial region 2 (including electric field relaxation region 10). In addition, an energy barrier exists at the joint surface.

また、エピタキシャル領域2とN型多結晶シリコン領域4との界面である第一ヘテロ接合面に隣接しゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が配置されている。   A gate electrode 6 is disposed adjacent to the first heterojunction surface which is an interface between the epitaxial region 2 and the N-type polycrystalline silicon region 4 via a gate insulating film 5.

図3に示したように、第一ヘテロ半導体領域であるN型多結晶シリコン領域4と、半導体基体の一部分であるエピタキシャル領域2と、ゲート絶縁膜5とが互いに接する位置から所定距離離れて電界緩和領域10が形成されている。   As shown in FIG. 3, the N-type polycrystalline silicon region 4 that is the first hetero semiconductor region, the epitaxial region 2 that is a part of the semiconductor substrate, and the gate insulating film 5 are separated from each other by a predetermined distance from the electric field. Relaxation region 10 is formed.

多結晶シリコン領域3、4およびゲート電極6の上には層間絶縁膜7が形成されている。N型多結晶シリコン領域4およびP型多結晶シリコン領域3はソース電極8に接続する。N+型炭化珪素基板1の裏面には、ドレイン電極9が形成されている。   An interlayer insulating film 7 is formed on the polycrystalline silicon regions 3 and 4 and the gate electrode 6. N-type polycrystalline silicon region 4 and P-type polycrystalline silicon region 3 are connected to source electrode 8. A drain electrode 9 is formed on the back surface of N + type silicon carbide substrate 1.

本実施の形態例においては、構成要素である多結晶シリコン領域の一部(3で示した部分)をP型にすることで、上述の説明から分かるように、ソース電極8とP型電界緩和領域10とを、第二ヘテロ半導体領域であるP型多結晶シリコン領域3を介して、容易にオーミック接続することが可能である。   In the present embodiment, the source electrode 8 and the P-type electric field relaxation are realized by making a part of the polycrystalline silicon region as a component (part indicated by 3) P-type, as can be seen from the above description. The region 10 can be easily ohmic-connected through the P-type polycrystalline silicon region 3 which is the second hetero semiconductor region.

本実施の形態例においては、P型電界緩和領域10とソース電極8をP型多結晶シリコン領域3を介してオーミック接続することで、ソース電極8をアノード、ドレイン電極9をカソードとしたダイオードを内蔵することが出来る。   In the present embodiment, the P-type electric field relaxation region 10 and the source electrode 8 are ohmically connected via the P-type polycrystalline silicon region 3 to provide a diode having the source electrode 8 as an anode and the drain electrode 9 as a cathode. Can be built in.

また、P型電界緩和領域10に流れ込む正孔をソース電極8に引き抜くことで、N型多結晶シリコン領域4、P型電界緩和領域10、N−型炭化珪素エピタキシャル領域2を、それぞれ、エミッタ、ベース、コレクタとする寄生バイポーラトランジスタ効果を抑制し、寄生バイポーラトランジスタがオンし大電流が流れて素子が破壊することを抑制することが出来る。すなわち、本実施の形態例は、電流破壊を起こしにくい半導体装置である。   Further, by pulling out holes flowing into the P-type electric field relaxation region 10 to the source electrode 8, the N-type polycrystalline silicon region 4, the P-type electric field relaxation region 10, and the N-type silicon carbide epitaxial region 2 are respectively formed as an emitter, The effect of the parasitic bipolar transistor as the base and collector can be suppressed, and the parasitic bipolar transistor can be turned on and a large current can be prevented from flowing and the device from being destroyed. That is, the present embodiment is a semiconductor device that is less likely to cause current breakdown.

[第2の実施の形態例]
図4は、第2の実施の形態例である半導体装置を示す図である。この図は、単位セルを示す断面図であり、実際には、このような単位セルが多数並列接続されている。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a semiconductor device according to the second embodiment. This figure is a cross-sectional view showing a unit cell. In fact, a large number of such unit cells are connected in parallel.

本実施の形態例が第1の実施の形態例と異なる点は、P型電界緩和領域12内にP型パンチスルー防止領域11が形成され、P型電界緩和領域12がP型パンチスルー防止領域11を介してP型多結晶シリコン領域3と接続されている点である。   The present embodiment is different from the first embodiment in that a P-type punch-through prevention region 11 is formed in the P-type electric field relaxation region 12, and the P-type electric field relaxation region 12 is a P-type punch-through prevention region. 11 is connected to the P-type polycrystalline silicon region 3 through 11.

ヘテロ接合面での不純物濃度を高濃度化すること(P型パンチスルー防止領域11の不純物濃度を、たとえば、P型電界緩和領域12の不純物濃度以上とすること)で、ヘテロ接合面でのオーミック接続をより低抵抗にすることが出来る。また、N−型炭化珪素エピタキシャル領域2とのP−N接合面で、P型電界緩和領域12の不純物濃度をより低濃度にすることで電界緩和領域端部での電界集中をさらに抑制することが出来る。   By increasing the impurity concentration at the heterojunction surface (making the impurity concentration of the P-type punch-through prevention region 11 equal to or higher than the impurity concentration of the P-type electric field relaxation region 12, for example), the ohmic contact at the heterojunction surface is achieved. Connection can be made lower resistance. Further, the concentration of the electric field at the end of the electric field relaxation region is further suppressed by lowering the impurity concentration of the P type electric field relaxation region 12 at the PN junction surface with the N-type silicon carbide epitaxial region 2. I can do it.

本実施の形態例においては、P型パンチスルー防止領域11とソース電極8とをP型多結晶シリコン領域3を介してより低抵抗にオーミック接続することで、ソース電極8をアノード、ドレイン電極9をカソードとしたより低損失なダイオードを内蔵することが出来る。   In the present embodiment, the P-type punch-through prevention region 11 and the source electrode 8 are ohmically connected to the lower resistance through the P-type polycrystalline silicon region 3 so that the source electrode 8 serves as the anode and drain electrode 9. It is possible to incorporate a lower-loss diode with a cathode as the cathode.

また、P型電界緩和領域12に流れ込む正孔をソース電極8により低抵抗に引き抜くことで、N型多結晶シリコン領域4、P型電界緩和領域12、N−型炭化珪素エピタキシャル領域2をそれぞれエミッタ、ベース、コレクタとする寄生バイポーラトランジスタ効果を抑制し、寄生バイポーラトランジスタがオンし大電流が流れて素子が破壊することを抑制することが出来る。すなわち、本実施の形態例は、電流破壊を起こしにくい半導体装置である。   Further, the holes flowing into the P-type electric field relaxation region 12 are pulled out to a low resistance by the source electrode 8, whereby the N-type polycrystalline silicon region 4, the P-type electric field relaxation region 12, and the N-type silicon carbide epitaxial region 2 are respectively emitters. The parasitic bipolar transistor effect of the base and the collector can be suppressed, and the parasitic bipolar transistor can be turned on and a large current can be prevented from flowing and the device from being destroyed. That is, the present embodiment is a semiconductor device that is less likely to cause current breakdown.

[第3の実施の形態例]
図5は、第3実施の形態例である半導体装置を示す図である。この図は、単位セルを示す断面図であり、実際には、このような単位セルが多数並列接続されている。
[Third embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device according to the third embodiment. This figure is a cross-sectional view showing a unit cell. In fact, a large number of such unit cells are connected in parallel.

本実施の形態例が第2の実施の形態例と異なる点は、前記半導体基体と前記第二ヘテロ半導体領域であるP型多結晶シリコン領域3との界面である第二ヘテロ接合面が、P型パンチスルー防止領域11内に位置している点である。このような構成にすることで、P型電界緩和領域12が空乏化した場合でも、P型パンチスルー防止領域11とP型多結晶シリコン領域3とのオーミック接触面積が変化せず、安定したオーミック接続を得ることが出来る。   This embodiment is different from the second embodiment in that the second heterojunction surface which is the interface between the semiconductor substrate and the P-type polycrystalline silicon region 3 which is the second hetero semiconductor region is P This is a point located in the die punch-through prevention region 11. With such a configuration, even when the P-type field relaxation region 12 is depleted, the ohmic contact area between the P-type punch-through prevention region 11 and the P-type polycrystalline silicon region 3 does not change, and a stable ohmic contact is achieved. A connection can be obtained.

本実施の形態例によれば、P型パンチスルー防止領域11とソース電極8をP型多結晶シリコン領域3を介してより安定的にオーミック接続することで、ソース電極8をアノード、ドレイン電極9をカソードとした内蔵ダイオードの動作をより安定化することが出来る。   According to the present embodiment, the P-type punch-through prevention region 11 and the source electrode 8 are more stably ohmic-connected through the P-type polycrystalline silicon region 3 so that the source electrode 8 is the anode and drain electrode 9. The operation of the built-in diode with the cathode as the cathode can be further stabilized.

また、P型電界緩和領域12に流れ込む正孔をソース電極8に安定的に引き抜くことで、N型多結晶シリコン領域4、P型電界緩和領域12、N−型炭化珪素エピタキシャル領域2をそれぞれエミッタ、ベース、コレクタとする寄生バイポーラトランジスタ効果を抑制し、寄生バイポーラトランジスタがオンし大電流が流れて素子が破壊することを抑制することが出来る。すなわち、本実施の形態例は、電流破壊を起こしにくい半導体装置である。   Further, the holes flowing into the P-type electric field relaxation region 12 are stably extracted to the source electrode 8, whereby the N-type polycrystalline silicon region 4, the P-type electric field relaxation region 12, and the N − -type silicon carbide epitaxial region 2 are respectively emitters. The parasitic bipolar transistor effect of the base and the collector can be suppressed, and the parasitic bipolar transistor can be turned on and a large current can be prevented from flowing and the device from being destroyed. That is, the present embodiment is a semiconductor device that is less likely to cause current breakdown.

上記の実施の形態例においては、P型電界緩和領域とソース電極とをP型多結晶シリコン層を介して接続することで、P型電界緩和領域とソース電極を低抵抗にオーミック接続することが出来る。   In the above embodiment, the P-type electric field relaxation region and the source electrode can be ohmically connected to each other with a low resistance by connecting the P-type electric field relaxation region and the source electrode via the P-type polycrystalline silicon layer. I can do it.

その結果、ソース電極をアノード、ドレイン電極をカソードとしたダイオードを内蔵することが出来る。これにより、インバータ回路における転流ダイオードを同一基板内の別領域、または別基板に形成する必要がなくなり、インバータ回路の小型化およびコストの削減が可能である。   As a result, a diode having a source electrode as an anode and a drain electrode as a cathode can be incorporated. This eliminates the need for commutation diodes in the inverter circuit to be formed in different regions or different substrates within the same substrate, thereby enabling downsizing and cost reduction of the inverter circuit.

また、P型電界緩和領域に流れ込む正孔をソース電極に引き抜くことで、N型多結晶シリコン領域、P型電界緩和領域、N−型炭化珪素エピタキシャル領域をそれぞれエミッタ、ベース、コレクタとする寄生バイポーラトランジスタ効果を抑制し、素子の破壊耐性を向上させることが出来る。   Further, by pulling out holes flowing into the P-type electric field relaxation region to the source electrode, parasitic bipolar using the N-type polycrystalline silicon region, the P-type electric field relaxation region, and the N-type silicon carbide epitaxial region as the emitter, base, and collector, respectively. The transistor effect can be suppressed and the breakdown resistance of the device can be improved.

上記の実施の形態例においては、第一導電型がN型、第二導電型がP型であったが、第一導電型がP型、第二導電型がN型である場合にも、本発明の効果は上記の場合と同様に得られる。   In the above embodiment, the first conductivity type is N type and the second conductivity type is P type. However, when the first conductivity type is P type and the second conductivity type is N type, The effects of the present invention can be obtained in the same manner as described above.

また、前記半導体基体の材料としては、炭化珪素のみならず、窒化ガリウムまたはダイヤモンドを用いてもよい。   Further, as the material of the semiconductor substrate, not only silicon carbide but also gallium nitride or diamond may be used.

また、前記第一および第二ヘテロ半導体領域は、多結晶シリコンのみならず、単結晶シリコン、、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、多結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムからなっていてもよい。   The first and second hetero semiconductor regions may be made of not only polycrystalline silicon but also single crystal silicon, amorphous silicon, single crystal silicon germanium, polycrystalline silicon germanium, or amorphous silicon germanium.

また、前記第一および第二ヘテロ半導体領域は、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、単結晶ガリウム砒素、多結晶ガリウム砒素またはアモルファスガリウム砒素からなっていてもよい。   The first and second hetero semiconductor regions may be made of single crystal germanium, polycrystalline germanium, amorphous germanium, single crystal gallium arsenide, polycrystalline gallium arsenide, or amorphous gallium arsenide.

本発明の第1の実施の形態例を説明するエネルギーバンド図である。It is an energy band figure explaining the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施の形態例を説明するエネルギーバンド図である。It is an energy band figure explaining the 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施の形態例を説明する素子部断面構造図である。1 is a cross-sectional structure diagram of an element portion for explaining a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態例を説明する素子部断面構造図である。It is an element part cross-section figure explaining the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施の形態例を説明する素子部断面構造図である。It is an element part cross-section figure explaining the example of 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:N+型炭化珪素基板、2:N−型炭化珪素エピタキシャル領域、3:P型多結晶シリコン領域、4:N型多結晶シリコン領域、5:ゲート絶縁膜、6:ゲート電極、7:層間絶縁膜、8:ソース電極、9:ドレイン電極、10:電界緩和領域、11:P型パンチスルー防止領域、12:P型電界緩和領域。   1: N + type silicon carbide substrate, 2: N− type silicon carbide epitaxial region, 3: P type polycrystalline silicon region, 4: N type polycrystalline silicon region, 5: Gate insulating film, 6: Gate electrode, 7: Interlayer Insulating film, 8: source electrode, 9: drain electrode, 10: electric field relaxation region, 11: P-type punch-through prevention region, 12: P-type electric field relaxation region.

Claims (5)

第一導電型の半導体基体と、
前記半導体基体の一主面の所定領域に形成され、前記半導体基体と異なるバンドギャップ幅を有する半導体材料からなる第一ヘテロ半導体領域と、
前記半導体基体の前記主面の所定領域上に形成され、前記半導体基体と異なるバンドギャップ幅を有する半導体材料からなり、第二導電型を持つ第二ヘテロ半導体領域と、
前記半導体基体と前記第一ヘテロ半導体領域との界面である第一ヘテロ接合面に隣接しゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、
前記第一および第二ヘテロ半導体領域に接続するソース電極と、
前記半導体基体に接続するドレイン電極とを備える半導体装置において、
前記第一ヘテロ半導体領域と前記半導体基体と前記ゲート絶縁膜とが互いに接する位置から所定距離離れて前記半導体基体中に第二導電型の電界緩和領域が形成され、
前記電界緩和領域内に第二導電型のパンチスルー防止領域が形成され、
前記パンチスルー防止領域の不純物濃度は前記電界緩和領域の不純物濃度以上であり、
前記パンチスルー防止領域と前記ソース電極とが、前記第二ヘテロ半導体領域を介してオーミック接続し
前記半導体基体と前記第二ヘテロ半導体領域との界面である第二ヘテロ接合面は、前記パンチスルー防止領域内に位置していることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first hetero semiconductor region formed in a predetermined region on one main surface of the semiconductor substrate and made of a semiconductor material having a band gap width different from that of the semiconductor substrate;
A second hetero semiconductor region having a second conductivity type, formed on a predetermined region of the main surface of the semiconductor substrate, made of a semiconductor material having a band gap different from that of the semiconductor substrate;
A gate electrode disposed via a gate insulating film adjacent to a first heterojunction surface which is an interface between the semiconductor substrate and the first hetero semiconductor region;
A source electrode connected to the first and second hetero semiconductor regions;
In a semiconductor device comprising a drain electrode connected to the semiconductor substrate,
A second conductivity type electric field relaxation region is formed in the semiconductor substrate at a predetermined distance from a position where the first hetero semiconductor region, the semiconductor substrate, and the gate insulating film are in contact with each other;
A punch-through prevention region of the second conductivity type is formed in the electric field relaxation region,
The impurity concentration of the punch-through prevention region is not less than the impurity concentration of the electric field relaxation region,
The punch-through prevention region and the source electrode are ohmic-connected through the second hetero semiconductor region ,
A semiconductor device, wherein a second heterojunction surface which is an interface between the semiconductor substrate and the second hetero semiconductor region is located in the punch-through prevention region .
前記第一ヘテロ半導体領域は第一導電型を持つことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first hetero semiconductor region has a first conductivity type. 前記半導体基体は、炭化珪素、窒化ガリウムまたはダイヤモンドからなることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate is a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that gallium nitride or diamond. 前記第一および第二ヘテロ半導体領域は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、多結晶シリコンゲルマニウムまたはアモルファスシリコンゲルマニウムからなることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 Said first and second hetero semiconductor region is a single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, single crystal silicon germanium, any one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of polycrystalline silicon germanium or amorphous silicon germanium A semiconductor device according to 1. 前記第一および第二ヘテロ半導体領域は、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、単結晶ガリウム砒素、多結晶ガリウム砒素またはアモルファスガリウム砒素からなることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 It said first and second hetero semiconductor regions, a single-crystal germanium, polycrystalline germanium, amorphous germanium, monocrystalline gallium arsenide, any one of claims 1 to 3, characterized in that it consists of polycrystalline gallium arsenide, or amorphous gallium arsenide A semiconductor device according to 1.
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