[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2000269518A - 電力用半導体素子及び半導体層の形成方法 - Google Patents

電力用半導体素子及び半導体層の形成方法

Info

Publication number
JP2000269518A
JP2000269518A JP7328299A JP7328299A JP2000269518A JP 2000269518 A JP2000269518 A JP 2000269518A JP 7328299 A JP7328299 A JP 7328299A JP 7328299 A JP7328299 A JP 7328299A JP 2000269518 A JP2000269518 A JP 2000269518A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
type
layer
resistance semiconductor
conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7328299A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Shinohe
孝 四戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7328299A priority Critical patent/JP2000269518A/ja
Publication of JP2000269518A publication Critical patent/JP2000269518A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H01L29/0634Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電誘導型トランジスタの高いターンオフゲ
インと低いオン抵抗を両立させること、およびショット
キーダイオードのリーク電流を抑え低いオン抵抗を実現
すること。 【解決手段】 静電誘導型トランジスタのゲート領域4
間にP型層とN型層が交互に配置された補助領域16を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体素子
及び半導体層の形成方法に係わり、特にターンオフゲイ
ンとオン抵抗を改善した静電誘導型トランジスタ、およ
びリーク電流とオン抵抗を改善したショットキーダイオ
ードに関する。
【0002】
【従来の技術】図22は、従来の接合型静電誘導型トラ
ンジスタ(SIT)の素子構造を示す断面図を含む斜視
図である。この素子の基本構造は、N型ドレイン層
1、N型ベース層2、N型ソース層3、P型ゲー
ト層4、ドレイン電極5、ソース電極6、ゲート電極7
からなる接合型SITである。
【0003】この従来例の素子構造では、ゲート電極7
の電位をソース電極6の電位に対して正にすると導通状
態となり、負にすると非導通状態となる。非導通状態で
はP 型ゲート層4とN型ベース層2とからなる接合
が逆バイアスされて空乏層が伸び、N型ソース層3直
下のポテンシャルを高めてN型ソース層3からの電子
注入を阻止している。このような素子構造でターンオフ
ゲインを高めるには、P型ゲート層4の間隔を狭めて
型ソース層3直下のポテンシャルを高くする必要が
あった。
【0004】しかし、P型ゲート層4の間は高抵抗の
型ベース層2で形成されているために、P型ゲー
ト層4の間隔を狭めると導通状態で電子が通過する部分
の抵抗が高くなってオン抵抗が増大するという問題が起
こり、ターンオフゲインを十分に高くすることはできな
かった。
【0005】また、ゲート電極7の電位をソース電極6
の電位と等しくした場合に素子が非導通状態を保つ、い
わゆるノーマリオフ特性を実現するには、P型ゲート
層4の間隔をビルトインポテンシャルによる空乏層が結
合するほど縮めるか、P型ゲート層4の間にメッシュ
状のP型層や一面のP型層を追加する手段が採用され
ることがあるが、これらの場合においてもP型ゲート
層4の間は高抵抗のN 型ベース層2で形成されている
ためにオン抵抗の増大は免れなかった。
【0006】図23は、従来のMOS型静電誘導型トラ
ンジスタ(SIT)の素子構造を示す断面図を含む斜視
図である。この素子の基本構造は、N型ドレイン層
1、N 型ベース層2、N型ソース層3、ドレイン電
極5、ソース電極6、ゲート電極7、ゲート絶縁膜8か
らなるMOS型SITである。
【0007】この従来例の素子構造では、ゲート電極7
の電位をソース電極6の電位に対して正にすると導通状
態となり、負にすると非導通状態となる。非導通状態で
はゲート絶縁膜8とN型ベース層2との界面からN
型ベース層2へ空乏層が伸び、N型ソース層3直下の
ポテンシャルを高めてN型ソース層3からの電子注入
を阻止している。この素子構造では、導通状態でゲート
絶縁膜8とN型ベース層2との界面に電子濃度の高い
蓄積層が形成されるために、前記の接合型SITのよう
にゲート電極7間の抵抗が問題となるようなことはな
い。
【0008】しかし、この素子構造では前記の接合型S
ITよりも空乏層の伸びが小さいため、ゲート電極7の
間隔をより狭めてN型ソース層3直下のポテンシャル
を高くする必要があった。製造プロセスの観点からはゲ
ート電極7間の距離だけでなくゲート電極7の幅にも最
小値があり、ゲート電極7間の距離を縮めることで素子
領域の中でゲート電極7の占める面積が増大し、結局オ
ン抵抗が増大するという問題が生じる。
【0009】図24は、従来の接合バリア制御ショット
キーダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含
む斜視図である。この素子の基本構造は、N型カソー
ド層9、N型カソード層10、P型層11、N
カソード層9にオーミック接触しているカソード電極1
2、P型層11にはオーミック接触しN型カソード
層10にはショットキー接触しているアノード電極13
からなる接合バリア制御SBDである。
【0010】この従来例の素子構造でカソード電極12
の電位がアノード電極13の電位より高い非導通状態で
は、P型層11とN型カソード層10とからなる接
合が逆バイアスされて空乏層が伸び、P型層11の間
のポテンシャルを高めて電子の流れを阻止している。そ
の結果、オン抵抗を低減するためにバリアハイトの低い
金属をアノード電極13に用いた場合でも、リーク電流
を小さく抑えることが可能となる。このような素子構造
で更にリーク電流を小さく抑えるためには、P 型層1
1の間隔を狭めてその間のポテンシャルを高くする必要
があった。
【0011】しかし、P型層11の間は高抵抗のN
型カソード層10で形成されているために、P型層1
1の間隔を狭めると導通状態で電子が通過する部分の抵
抗が高くなってオン抵抗が増大するという問題が起こ
り、リーク電流を十分に小さくすることはできなかっ
た。
【0012】図25は、従来のMOSバリア制御ショッ
トキーダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を
含む斜視図である。この素子の基本構造は、N型カソ
ード層9、N型カソード層10、N型カソード層9
にオーミック接触しているカソード電極12、絶縁膜1
4を介して形成されている電極15にはオーミック接触
しN型カソード層10にはショットキー接触している
アノード電極13からなるMOSバリア制御SBDであ
る。
【0013】この従来例の素子構造では、この従来例の
素子構造でカソード電極12の電位がアノード電極13
の電位より高い非導通状態では、絶縁膜14とN型カ
ソード層10との界面からN型カソード層10へ空乏
層が伸び、電極15間のポテンシャルを高めて電子の流
れを阻止している。この素子構造では、導通状態で絶縁
膜14とN型カソード層10との界面に電子濃度の高
い蓄積層が形成されるために、前記の接合バリア制御S
BDのように電極15間の抵抗が問題となるようなこと
はない。
【0014】しかし、この素子構造では前記の接合バリ
ア制御SBDよりも空乏層の伸びが小さいため、電極1
5の間隔をより狭めて電極15間のポテンシャルを高く
する必要があった。製造プロセスの観点からは電極15
間の距離だけでなく電極15の幅にも最小値があり、電
極15間の距離を縮めることで素子領域の中で電極15
の占める面積が増大し、結局オン抵抗が増大するという
問題が生じる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を考
慮してなされたもので、高いターンオフゲインと低いオ
ン抵抗を両立した静電誘導型トランジスタ、およびリー
ク電流を抑え低いオン抵抗を実現したショットキーダイ
オードを提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明(請求項1)に係わる電力用半導体素子は、
第1導電型高抵抗半導体層と、その第1の主面に所定距
離離して形成された第2導電型低抵抗半導体層と、前記
第1の主面の前記第2導電型低抵抗半導体層に挟まれた
領域に形成された第1の第1導電型低抵抗半導体層と、
前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面に形成され
た第2の第1導電型低抵抗半導体層と、前記第2の第1
導電型低抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、
前記第1の第1導電型低抵抗半導体層上に形成された第
2の主電極と、前記第2導電型低抵抗半導体層上に形成
されたゲート電極とからなり、くり返し方向のキャリア
積分量が概略5×1012cm−2以下の第1導電型半
導体層と第2導電型半導体層が交互に隣接してなる補助
領域が前記第1導電型高抵抗半導体層の少なくとも前記
第2導電型低抵抗半導体層に挟まれた領域に形成され、
前記補助領域の第2導電型半導体層は前記第2導電型低
抵抗半導体層と接続されていることを特徴とする。
【0017】ここで、第1導電型半導体層と第2導電型
半導体層が交互に隣接してなる補助領域の効果について
は、例えばT. Fujihira, Jpn. J.
Appl. Phys. Vol.36 (199
7) pp.6254−6262 に開示されている。
すなわち、補助領域の第1導電型半導体層と第2導電型
半導体層のくり返し方向のキャリア積分量が概略5×1
12cm−2以下でほぼ同一になるように設計すれ
ば、これらの層の間に逆方向電圧が印可された場合にこ
れらの層は完全に空乏化するというものである。
【0018】この原理によれば、例えば第1導電型半導
体層の濃度を前記第1導電型高抵抗半導体層の濃度の1
00倍に設定しても、幅を狭くしてキャリア積分量が5
×1012cm−2以下になるように調整すれば、補助
領域ではブレークダウンが起こらないことになる。従っ
て、このような補助領域を第2導電型低抵抗半導体層に
挟まれた領域に形成すれば、この部分の抵抗を著しく低
減することが可能となる。
【0019】また、この補助領域は濃度と幅を変えなく
ても厚さ(半導体素子の厚み方向の補助領域の寸法)に
比例して耐圧が増加するという性質を持っているので、
オン抵抗は耐圧に直線的に比例する。
【0020】一方、補助領域のない場合には、第1導電
型高抵抗半導体層の濃度を減らしながら厚さを増加させ
ないと耐圧が増加しないので、オン抵抗は耐圧の2乗に
比例して著しく増加する。従って、補助領域を第1導電
型高抵抗半導体層の部分にまで延長することによって、
この部分での抵抗を著しく低減することが可能となる。
【0021】また、補助領域の第2導電型半導体層は第
2導電型低抵抗半導体層と接続されてゲート電極とほぼ
等電位に設定されており、補助領域の第1導電型半導体
層は第1の第1導電型半導体層と接続されて第2の主電
極とほぼ等電位に設定されている。従って、ゲート電極
に第2の主電極に対して負の電圧が印可されると補助領
域の幅の狭い第1導電型半導体層内には速やかに空乏層
が広がり、高いターンオフゲインを得ることができる。
【0022】また、本発明(請求項2)に係わる電力用
半導体素子は、第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
の主面に所定距離離して絶縁膜を介して形成されたゲー
ト電極と、前記第1の主面の前記ゲート電極に挟まれた
領域に形成された第1の第1導電型低抵抗半導体層と、
前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面に形成され
た第2の第1導電型低抵抗半導体層と、前記第2の第1
導電型低抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、
前記第1の第1導電型低抵抗半導体層上に形成された第
2の主電極とからなり、くり返し方向のキャリア積分量
が概略5×10 12cm−2以下の第1導電型半導体層
と第2導電型半導体層が交互に隣接してなる補助領域が
前記第1導電型高抵抗半導体層の少なくとも前記ゲート
電極に挟まれた領域に形成されていることを特徴とす
る。
【0023】本発明(請求項2)に係わる電力用半導体
素子では、上記の発明(請求項1)では電流制御型ゲー
トであったものを電圧制御型ゲートにすることができ、
より低パワーで駆動することが可能となる。
【0024】この素子構造では、ゲート電極に第2の主
電極に対し負の電圧を印可すると、絶縁膜と第1導電型
高抵抗半導体層との界面から第1導電型高抵抗半導体層
へ空乏層が伸び、第1の第1導電型低抵抗半導体層直下
のポテンシャルを高めて電子注入を阻止する。この際
に、補助領域の第2導電型半導体層はこの空乏層のポテ
ンシャルに固定され、第1の主電極の電位が高くなるに
つれて、補助領域の幅の狭い第1導電型半導体層内には
速やかに空乏層が広がり、高いターンオフゲインを得る
ことができる。電圧制御型ゲートではゲート電極に第2
の主電極に対し負の電圧を印可した時に伸びる空乏層幅
が小さいため、補助領域を導入することによるターンオ
フゲインの向上効果はより大きくなる。
【0025】また、本発明(請求項3)に係わる電力用
半導体素子は、第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
の主面に所定距離離して形成された第2導電型低抵抗半
導体層と、前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面
に形成された第1導電型低抵抗半導体層と、前記第1導
電型低抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、前
記第1の主面に形成され前記第2導電型低抵抗半導体層
とオーミック接触し前記第2導電型低抵抗半導体層に挟
まれた領域ではショットキー接触する第2の主電極とか
らなり、くり返し方向のキャリア積分量が概略5×10
12cm−2以下の第1導電型半導体層と第2導電型半
導体層が交互に隣接してなる補助領域が前記第1導電型
高抵抗半導体層の少なくとも前記第2導電型低抵抗半導
体層に挟まれた領域に形成され、前記補助領域の第2導
電型半導体層は前記第2導電型低抵抗半導体層と接続さ
れていることを特徴とする。
【0026】本発明(請求項3)に係わる電力用半導体
素子では、上記の発明(請求項1)と同様に補助領域を
第2導電型低抵抗半導体層に挟まれた領域に形成するこ
とにより、この部分の抵抗を著しく低減することが可能
となる。また、補助領域の第2導電型半導体層は第2導
電型低抵抗半導体層と接続されて第2の主電極とほぼ等
電位に設定されており、補助領域の第1導電型半導体層
は第1導電型高抵抗半導体層に接続されて第1の主電極
とほぼ等電位に設定され第2の主電極とはショットキー
バリアによって障壁が設けられている。第1の主電極の
電位が高くなるにつれて補助領域の第1導電型半導体層
と第2導電型半導体層との間に逆バイアスが印可され、
幅の狭い第1導電型半導体層内に速やかに空乏層が広が
り、リーク電流を低減することができる。
【0027】また、本発明(請求項4)に係わる電力用
半導体素子は、第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
の主面に所定距離離して絶縁膜を介して形成された電極
と、前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面に形成
された第1導電型低抵抗半導体層と、前記第1導電型低
抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、前記第1
の主面に形成され前記電極とオーミック接触し前記電極
に挟まれた領域ではショットキー接触する第2の主電極
とからなり、くり返し方向のキャリア積分量が概略5×
1012cm−2以下の第1導電型半導体層と第2導電
型半導体層が交互に隣接してなる補助領域が前記第1導
電型高抵抗半導体層の少なくとも前記ゲート電極に挟ま
れた領域に形成されていることを特徴とする。
【0028】本発明(請求項4)に係わる電力用半導体
素子では、第1の主電極の電位が高くなると、絶縁膜と
第1導電型高抵抗半導体層との界面から第1導電型高抵
抗半導体層へ空乏層が伸び、電極間のポテンシャルを高
めて電子の流れを阻止する。この際に、補助領域の第2
導電型半導体層はこの空乏層のポテンシャルに固定さ
れ、第1の主電極の電位が高くなるにつれて、補助領域
の幅の狭い第1導電型半導体層内には速やかに空乏層が
広がり、リーク電流を低減することができる。MOSバ
リア制御SBDでは空乏層の伸びが小さいため、補助領
域を導入することによるリーク電流の低減効果はより大
きくなる。
【0029】また、上記の発明(請求項1または3)に
おいて、前記補助領域のうち、前記第2導電型低抵抗半
導体層に挟まれた部分を構成する第1導電型半導体層の
幅を、それよりも深く形成された部分を構成する第1導
電型半導体層の幅よりも小さく設定することが望ましい
(第6発明)。
【0030】かかる構成の電力用半導体素子では、補助
領域の第1導電型半導体層の幅が狭くなるので、第2導
電型低抵抗半導体層に挟まれた部分の抵抗を更に低減で
き、しかも非導通状態で空乏化しやすく、ターンオフゲ
インの向上(またはリーク電流の低減)という効果も同
時に実現することができる。
【0031】補助領域の第1導電型半導体層の幅を小さ
くしていくと、補助領域を形成する第1導電型半導体層
と第2導電型半導体層からなる接合のビルトインポテン
シャルにより、導通状態でも第1導電型半導体層中に空
乏層が伸びて実質的に第1導電型キャリアが流れる幅が
縮小し、オン抵抗が逆に増加するという問題が生じる。
【0032】しかし、ゲート電極に第2の主電極に対し
て正の電圧が印可される(または第2の主電極に第1の
主電極に対して正の電圧が印可される)導通状態では、
補助領域を形成する第1導電型半導体層と第2導電型半
導体層との間に順バイアスがかかるので、第1導電型半
導体層中に伸びていた空乏層が消失して、十分に小さな
オン抵抗を実現することができる。
【0033】第2導電型低抵抗半導体層よりも深く形成
された部分の補助領域の第1導電型半導体層の幅は、ビ
ルトインポテンシャルによる空乏層が問題とならない程
度の幅に設定しておけば、第2導電型低抵抗半導体層か
ら離れて補助領域の第2導電型半導体層がゲート電極
(または第2の主電極)と等電位になっていなくてもオ
ン抵抗が増加するという問題は生じない。
【0034】また、上記の発明(請求項2または4)に
おいて、前記補助領域のうち、前記ゲート電極または前
記電極に挟まれた部分を構成する第1導電型半導体層の
幅を、それよりも深く形成された部分を構成する第1導
電型半導体層の幅よりも小さく設定することが望ましい
(第7発明)。
【0035】かかる構成の電力用半導体素子では、補助
領域の第1導電型半導体層の幅が狭くなるので非導通状
態で空乏化しやすく、ターンオフゲインの向上(または
リーク電流の低減)が実現される。この素子構造では、
ゲート電極に第2の主電極に対して正の電圧が印可され
る(または第2の主電極に第1の主電極に対して正の電
圧が印可される)導通状態では、絶縁膜と半導体の界面
に高濃度の第1導電型キャリア層ができるので、十分に
小さなオン抵抗を実現することができる。
【0036】上記の発明(第6発明)とは異なり、この
素子構造では補助領域の第1導電型半導体層と第2導電
型半導体層との間に順バイアスがかからない。しかし、
ゲート電極(または電極)よりも浅く形成された部分の
補助領域の第1導電型半導体層と絶縁膜との界面には高
濃度の第1導電型蓄積層ができるので、ゲート電極(ま
たは電極)よりも深く形成された部分の補助領域の第1
導電型半導体層の幅を、ビルトインポテンシャルによる
空乏層が問題とならない程度の幅に設定しておけば、オ
ン抵抗が増加するという問題は生じない。
【0037】また、上記の発明(請求項1、2、及び第
6発明、第7発明)において、前記ゲート電極の電位を
前記第2の主電極と等電位とした時に、前記補助領域の
第1導電型半導体層の少なくとも一部分が空乏化して、
前記第1の第1導電型低抵抗半導体層から前記第2の第
1導電型低抵抗半導体層への第1導電型キャリアの流れ
を阻止するように、前記補助領域の第1導電型半導体層
の濃度と幅を設定することが望ましい(第8発明)。
【0038】かかる構成の電力用半導体素子では、補助
領域の第1導電型半導体層の少なくとも一部分がビルト
インポテンシャルにより空乏化することにより、第2導
電型低抵抗半導体層(または絶縁膜)から空乏層が伸び
ていない場合でも、第1の第1導電型低抵抗半導体層か
らの電子注入が阻止され、ノーマリオフ特性が実現され
る。
【0039】また、上記の発明(請求項3、4、及び第
6発明、第7発明)において、前記第1の主電極の電位
を前記第2の主電極の電位より高くした時に、前記補助
領域の第1導電型半導体層の少なくとも一部分が空乏化
して、前記第2の第1導電型低抵抗半導体層から前記第
2の主電極への第1導電型キャリアの流れを阻止するよ
うに、前記補助領域の第1導電型半導体層の濃度と幅を
設定することが望ましい(第9発明)。
【0040】かかる構成の電力用半導体素子では、補助
領域の第1導電型半導体層の少なくとも一部分がビルト
インポテンシャルにより空乏化することにより、第2導
電型低抵抗半導体層(または絶縁膜)から空乏層が伸び
ていない場合でも、前記第2の第1導電型低抵抗半導体
層から前記第2の主電極への第1導電型キャリアの流れ
が阻止され、リーク電流を十分に小さくすることができ
る。
【0041】また、上記の各本発明において、前記補助
領域は前記第1の主面全体に形成され、前記電力用半導
体素子構造の端部に接合終端構造を形成するにあたり、
空乏層の伸びを抑える第3の第1導電型低抵抗半導体層
はこの補助領域の表面部に形成されることが望ましい
(第10発明) かかる構成の電力用半導体素子では、補助領域をウェハ
全面に亙って形成しても高耐圧を得ることができる。こ
のため、次に述べる本発明(請求項5)のエピタキシャ
ル成長方法、あるいは他のプロセスにより補助領域をパ
ターニングなしにウェハ全面に形成し、その後に通常の
方法で素子構造を形成することにより容易に上記各本発
明の素子構造を実現することが可能となる。
【0042】また、本発明(請求項5)に係わる半導体
層の形成方法は、第1導電型高抵抗半導体層は予め所定
の角度をつけて研磨され、当該研磨により前記第1導電
型高抵抗半導体層の第1の主面に形成されたテラス上
に、くり返し方向のキャリア積分量が概略5×1012
cm−2以下の第1導電型半導体層と第2導電型半導体
層が交互に隣接してなる補助領域をエピタキシャル成長
で形成するにあたり、前記第1の主面に形成されたステ
ップからステップフローにより単結晶が成長する際に、
テラスのちょうど1/2まで単結晶が成長するまでは第
2導電型不純物を添加し、その後テラス全体に単結晶が
成長するまでは第1導電型不純物を添加し、このサイク
ルを繰り返すことにより前記補助領域を形成することを
特徴とする。
【0043】かかる構成の半導体層の形成方法では、研
磨の角度に対応した幅のテラスが形成され、その1/2
が補助領域の第1導電型半導体層および第2導電型半導
体層の幅となるので、角度の選び方によって、通常のパ
ターニングでは不可能なほど微細な幅を持つ補助領域を
実現することができる。この方法は、第2導電型低抵抗
半導体層または絶縁膜を介して形成されたゲート電極
(または電極)に挟まれた部分の、幅の狭い第1導電型
半導体層を持つ補助領域を形成するのに特に適した方法
である。
【0044】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら実施形
態を説明する。以下の実施例では、第1導電型をN型、
第2導電型をP型とした場合を示している。
【0045】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる接合型静電誘導トランジスタ(SI
T)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。以
下、図1〜図4に対応する第1〜第4の実施形態では、
図20に示した従来の接合型SITと対応する部分は同
じ記号を用いて詳細な説明は省略する。
【0046】本実施形態の接合型SITの素子構造で
は、P型ゲート層4に挟まれた領域にP型層とN型層
が交互に配置されてなる補助領域16が形成されてお
り、補助領域16のP型層はP型ゲート層4に接続さ
れている。この補助領域のP型層、N型層の濃度×幅か
ら算出されるキャリア積分量が概略5×1012cm
−2以下でほぼ一致するように、それぞれの層の濃度と
幅が設定される。例えば、幅が5μmであれば濃度を3
×1015cm−3、幅が1μmであれば濃度を2×1
16cm−3と選ぶことができる。
【0047】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層の濃度をN型ベース層2の濃度より高く設定できる
ため、従来の接合型SITの問題点であったP型ゲー
ト層4に挟まれた領域の抵抗成分を著しく低減すること
が可能となる。また、補助領域16のP型層はP型ゲ
ート層4と接続されてゲート電極7とほぼ等電位に設定
されており、補助領域16のN型層はN型ソース層3
と接続されてソース電極6とほぼ等電位に設定されてい
る。
【0048】従って、ゲート電極7にソース電極6に対
して負の電圧が印可されると補助領域16の幅の狭いN
型層内には速やかに空乏層が広がり、高いターンオフゲ
インを得ることができる。更に、補助領域16のN型層
の幅を縮めて0.05μm程度とし、濃度を5×10
17cm−3程度に選ぶことにより、補助領域16のN
型層とP型層とからなるPN接合のビルトインポテンシ
ャルによって補助領域16のN型層は空乏層で覆われ
る。
【0049】このようにするとゲート電極7とソース電
極6が等電位であってもN型ソース層3からの電子注
入は起こらず、ノーマリオフを実現することができる。
これによってシステムが停止した場合に電流を遮断した
状態に保つことができ、安全性の向上を図ることができ
る。この場合でも、ゲート電極7にソース電極6に対し
て正の電圧を印可すれば、補助領域16のN型層とP型
層からなるPN接合は順バイアスされ、N型層を覆って
いたビルトインポテンシャルによる空乏層は消滅し、十
分に低いオン抵抗を実現することができる。
【0050】(第2の実施形態)図2は、本発明の第2
の実施形態に係わる接合型静電誘導トランジスタ(SI
T)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。本実
施形態の接合型SITの素子構造では、補助領域16が
型ゲート層4より深くまで形成されており、P
ゲート層4に挟まれた部分を構成する補助領域16のN
型層の幅を、それよりも深く形成された部分を構成する
補助領域17のN型層の幅よりも小さく設定している。
【0051】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層の幅が狭くなるので、P型ゲート層4に挟まれた部
分の抵抗を更に低減でき、しかも非導通状態で空乏化し
やすくターンオフゲインの向上という効果も同時に実現
することができる。この場合にも、補助領域16のN型
層の幅を0.05μm程度まで縮めてノーマリオフとす
ることができる。
【0052】P型ゲート層4よりも深く形成された部
分を構成する補助領域17のN型層の幅は、P型ゲー
ト層4に挟まれた部分を構成する補助領域16のN型層
の幅と同じに設定してもよいが、この実施形態では大き
く設定している。P型ゲート層4よりも深く形成され
た部分を構成する補助領域17のP型層またはN型層
は、それぞれの層の抵抗により、それぞれP型ゲート
層4またはN型ソース層3とは等電位にならない。こ
のような場合には、ゲート電極7にソース電極6に対し
て正の電圧を印可しても、補助領域17下部のN型層内
部に広がっているビルトインポテンシャルによる空乏層
を十分に消滅させることができない。
【0053】このような事態を避けるため、この実施形
態ではP型ゲート層4よりも深く形成された部分を構
成する補助領域17のN型層の幅を、P型ゲート層4
に挟まれた部分を構成する補助領域16のN型層の幅よ
りも大きく設定している。この素子構造は、エピタキシ
ャル成長とイオン注入によるP型不純物、N型不純物の
選択ドーピングを繰り返す製造プロセスを採用する上で
も好適である。
【0054】すなわち、エピタキシャル成長では半導体
基板を高温にする必要があるが、その際に下地に既に形
成されている補助領域のP型不純物、N型不純物が拡散
して広がり、それらの幅が変わってしまう。特に補助領
域のN型不純物の幅を小さく設定すると、最悪の場合に
はP型不純物の拡散によってN型層が消滅してしまうこ
ともありうる。従って、先にエピタキシャル成長される
半導体基板の深い部分に形成される補助領域17のN型
層の幅を大きく設定しておけば、製造プロセスによるN
型層の幅の変動があったとしても安定して補助領域17
を形成することができる。
【0055】(第3の実施形態)図3は、本発明の第3
の実施形態に係わる接合型静電誘導トランジスタ(SI
T)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。本実
施形態の接合型SITの素子構造では、補助領域17が
型ドレイン層1上まで到達している。
【0056】本実施形態によれば、補助領域17は濃度
と幅を変えなくても厚さ(半導体素子の厚み方向の補助
領域の寸法)に比例して耐圧が増加するという性質を持
っているので、補助領域17が無い場合や補助領域17
がN型ベース層2の途中までしか形成されていない場
合に比べて、オン抵抗を低減することが可能となる。
【0057】(第4の実施形態)図4は、本発明の第4
の実施形態に係わる接合型静電誘導トランジスタ(SI
T)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。本実
施形態の接合型SITの素子構造では、補助領域16の
表面付近にP型層18が形成されている。
【0058】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層とN型ソース層3とはP型層18により分離され
ているので、電子は補助領域16のN型層へ流入するこ
とができずノーマリオフ特性を示す。このような場合で
も、ゲート電極7にソース電極6に対して正の電圧を印
可すれば、N型ソース層3とP型層18からなるP
N接合が順バイアスされて、電子はN型ソース層3か
らP型層18を通過して補助領域16のN型層に注入
される。但し、このP型層18の濃度を上げすぎる
と、この部分での抵抗が大きくなるのでオン抵抗に悪影
響を及ぼす。補助領域16のN型層の幅を例えば1μm
〜サブμm程度の通常の製造プロセスで可能な範囲に設
定し、ノーマリオフに必要な最小限の濃度に設定するの
が望ましい。
【0059】(第5の実施形態)図5は、本発明の第5
の実施形態に係わるMOS型静電誘導トランジスタ(S
IT)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。以
下、図5〜図8に対応する第5〜第8の実施形態では、
図21に示した従来のMOS型SITと対応する部分は
同じ記号を用いて詳細な説明は省略する。
【0060】実施形態のMOS型SITの素子構造で
は、ゲート電極7に挟まれた領域にP型層とN型層が交
互に配置されてなる補助領域16が形成されている。補
助領域16はゲート電極7の底部よりは浅く、N型ソ
ース層3との間にはN型層19が形成されている。こ
の実施形態においても補助領域16のP型層、N型層の
濃度と幅は第1の実施形態と同様に選ぶことができる。
【0061】本実施形態によれば、第1から第4の実施
形態の素子構造では電流制御型ゲートであったものを電
圧制御型ゲートにすることができ、より低パワーで駆動
することが可能となる。この素子構造では、ゲート電極
7にソース電極6に対し負の電圧を印可すると、ゲート
絶縁膜8とN型層19との界面からN型層19へ空
乏層が伸び、N型ソース層3直下のポテンシャルを高
めて電子注入を阻止する。この際に、補助領域16のP
型層はこの空乏層のポテンシャルに固定され、ドレイン
電極5の電位が高くなるにつれて、補助領域の幅の狭い
N型層内には速やかに空乏層が広がり、高いターンオフ
ゲインを得ることができる。電圧制御制御型ゲートでは
ゲート電極7にソース電極6に対し負の電圧を印可した
時に伸びる空乏層幅が小さいため、補助領域16を導入
することによるターンオフゲインの向上効果はより大き
くなる。
【0062】(第6の実施形態)図6は、本発明の第6
の実施形態に係わるMOS型静電誘導トランジスタ(S
IT)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。本
実施形態のMOS型SITの素子構造では、補助領域1
6がゲート電極7より深くまで形成されており、ゲート
電極7に挟まれた部分を構成する補助領域16のN型層
の幅を、それよりも深く形成された部分を構成する補助
領域17のN型層の幅よりも小さく設定している。
【0063】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層の幅が狭くなるので、ゲート電極7に挟まれた部分の
抵抗を更に低減でき、しかも非導通状態で空乏化しやす
くターンオフゲインの向上という効果も同時に実現する
ことができる。この場合にも、補助領域16のN型層の
幅を0.05μm程度まで縮めてノーマリオフとするこ
とができる。ゲート電極7よりも深く形成された部分を
構成する補助領域17のN型層の幅は、ゲート電極7に
挟まれた部分を構成する補助領域16のN型層の幅と同
じに設定してもよいが、この実施形態では大きく設定し
ている。第2の実施例とは異なり、この素子構造では補
助領域16,17のN型層とP型層との間に順バイアス
がかからない。しかし、補助領域16とゲート絶縁膜8
の界面には高濃度の電子蓄積層ができるので、補助領域
17のN型層の幅をビルトインポテンシャルによる空乏
層が問題とならない程度の幅に設定しておけば、オン抵
抗が増加するという問題は生じない。
【0064】(第7の実施形態)図7は、本発明の第7
の実施形態に係わるMOS型静電誘導トランジスタ(S
IT)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。本
実施形態のMOS型SITの素子構造では、補助領域1
7がN型ドレイン層1上まで到達している。
【0065】本実施形態によれば、補助領域17は濃度
と幅を変えなくても厚さ(半導体素子の厚み方向の補助
領域の寸法)に比例して耐圧が増加するという性質を持
っているので、補助領域17が無い場合や補助領域17
がN型ベース層2の途中までしか形成されていない場
合に比べて、オン抵抗を低減することが可能となる。
【0066】(第8の実施形態)図8は、本発明の第8
の実施形態に係わるMOS型静電誘導トランジスタ(S
IT)の素子構造を示す断面図を含む斜視図である。本
実施形態のMOS型SITの素子構造では、補助領域1
6の表面付近にソース電極6と接続されたP型層20が
形成されている。
【0067】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層とN型ソース層3とはP型層20により分離されて
いるので、電子は補助領域16のN型層へ流入すること
ができずノーマリオフ特性を示す。このような場合で
も、ゲート電極7にソース電極6に対して正の電圧を印
可すれば、ゲート絶縁膜8とP型層20との界面に反転
層ができて、電子はN型ソース層3から反転層を通過
して補助領域16のN型層に注入される。この素子構造
は通常のMOS型FETに補助領域を追加したものと同
一であるので、このP型層20の濃度は反転層のできる
しきい値が適正な範囲に入るように選ぶ必要がある。
【0068】(第9の実施形態)図9は、本発明の第9
の実施形態に係わる接合バリア制御ショットキーダイオ
ード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む斜視図で
ある。以下、図9〜図13に対応する第9〜第13の実
施形態では、図22に示した従来の接合バリア制御SB
Dと対応する部分は同じ記号を用いて詳細な説明は省略
する。
【0069】本実施形態の接合バリア制御SBDの素子
構造では、P型層11に挟まれた領域にP型層とN型
層が交互に配置されてなる補助領域16が形成されてお
り、補助領域16のP型層はP型層11に接続されて
いる。この実施形態においても補助領域16のP型層、
N型層の濃度と幅は第1の実施形態と同様に選ぶことが
できる。
【0070】本実施形態によれば、第1の実施形態と同
様に補助領域16をP型層11に挟まれた領域に形成す
ることにより、この部分の抵抗を著しく低減することが
可能となる。また、補助領域16のP型層はP型層1
1と接続されてアノード電極13とほぼ等電位に設定さ
れており、補助領域16のN型層はN型カソード層1
0に接続されてカソード電極12とほぼ等電位に設定さ
れアノード電極13とはショットキーバリアによって障
壁が設けられている。カソード電極12の電位が高くな
るにつれて補助領域16のN型層とP型層との間に逆バ
イアスが印可され、幅の狭いN型層内に速やかに空乏層
が広がり、リーク電流を低減することができる。更に、
補助領域16のN型層の幅を縮めて0.05μm程度と
し、濃度を5×1017cm−3程度に選ぶことによ
り、補助領域16のN型層とP型層とからなるPN接合
のビルトインポテンシャルによって補助領域16のN型
層は空乏層で覆われる。このようにするとアノード電極
13にバリアハイトの低い金属を用いても、電子の流れ
を阻止するバリアが生じてリーク電流を低減することが
できる。この場合でも、アノード電極13にカソード電
極12に対して正の電圧を印可すれば、補助領域16の
N型層とP型層からなるPN接合は順バイアスされ、N
型層を覆っていたビルトインポテンシャルによる空乏層
は消滅し、十分に低いオン抵抗を実現することができ
る。
【0071】(第10の実施形態)図10は、本発明の
第10の実施形態に係わる接合バリア制御ショットキー
ダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む斜
視図である。本実施形態の接合バリア制御SBDの素子
構造では、補助領域16がP型層11より深くまで形
成されており、P型層11に挟まれた部分を構成する
補助領域16のN型層の幅を、それよりも深く形成され
た部分を構成する補助領域17のN型層の幅よりも小さ
く設定している。
【0072】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層の幅が狭くなるので、P型層11に挟まれた部分の
抵抗を更に低減でき、しかも非導通状態で空乏化しやす
くリーク電流の低減という効果も同時に実現することが
できる。この場合にも、補助領域16のN型層の幅を
0.05μm程度まで縮めてビルトインポテンシャルに
よるバリアを形成することができる。P型層11より
も深く形成された部分を構成する補助領域17のN型層
の幅は、P型層11に挟まれた部分を構成する補助領
域16のN型層の幅と同じに設定してもよいが、この実
施形態では大きく設定している。この理由は第2の実施
形態で説明したものと同様である。
【0073】(第11の実施形態)図11は、本発明の
第11の実施形態に係わる接合バリア制御ショットキー
ダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図である。
本実施形態の接合バリア制御SBDの素子構造では、補
助領域17がN型カソード層9上まで到達している。
【0074】本実施形態によれば、補助領域17は濃度
と幅を変えなくても厚さ(半導体素子の厚み方向の補助
領域の寸法)に比例して耐圧が増加するという性質を持
っているので、補助領域17が無い場合や補助領域17
がN型カソード層10の途中までしか形成されていな
い場合に比べて、オン抵抗を低減することが可能とな
る。
【0075】(第12の実施形態)図12は、本発明の
第12の実施形態に係わる接合バリア制御ショットキー
ダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む斜
視図である。本実施形態の接合バリア制御SBDの素子
構造では、補助領域16の表面付近にP型層18が形
成されている。
【0076】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層とアノード電極13とはショットキーバリアに加えて
型層18により障壁が設けられているので、電子の
流れが阻止されリーク電流を低減することができる。こ
のような場合でも、アノード電極13にカソード電極1
2に対して正の電圧を印可すれば、補助領域16のN型
層とP型層18からなるPN接合が順バイアスされ
て、電子はN型層からP 型層18を通過して順バイア
スされたショットキーバリアハイトを越えてアノード電
極13へと流れ出る。但し、このP型層18の濃度を
上げすぎると、この部分での抵抗が大きくなるのでオン
抵抗に悪影響を及ぼす。実用的なリーク電流に収まる必
要最小限の濃度に設定するのが望ましい。
【0077】(第13の実施形態)図13は、本発明の
第13の実施形態に係わる接合バリア制御ショットキー
ダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む斜
視図である。本実施形態の接合バリア制御SBDの素子
構造では、補助領域16の表面付近に補助領域16のN
型層よりも濃度の低いN型層19が形成されている。
【0078】本実施形態によれば、P型層11からの
空乏層がより広く伸びてN型層19内のポテンシャル
が高くなり、電子の流れが阻止されリーク電流を低減す
ることができる。
【0079】(第14の実施形態)図14は、本発明の
第14の実施形態に係わるMOSバリア制御ショットキ
ーダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む
斜視図である。以下、図14〜図17に対応する第14
〜第17の実施形態では、図23に示した従来のMOS
バリア制御SBDと対応する部分は同じ記号を用いて詳
細な説明は省略する。
【0080】本実施形態のMOSバリア制御SBDの素
子構造では、電極15に挟まれた領域にP型層とN型層
が交互に配置されてなる補助領域16が形成されてい
る。補助領域16は電極15の底部よりは浅く、アノー
ド電極13との間にはN型層19が形成されている。
この実施形態においても補助領域16のP型層、N型層
の濃度と幅は第1の実施形態と同様に選ぶことができ
る。
【0081】本実施形態によれば、カソード電極12の
電位が高くなると、絶縁膜14とN 型層19との界面
からN型層19へ空乏層が伸び、電極15間のポテン
シャルを高めて電子の流れを阻止する。この際に、補助
領域16のP型層はこの空乏層のポテンシャルに固定さ
れ、カソード電極12の電位が高くなるにつれて、補助
領域16の幅の狭いN型層内には速やかに空乏層が広が
り、リーク電流を低減することができる。MOSバリア
制御SBDでは空乏層の伸びが小さいため、補助領域を
導入することによるリーク電流の低減効果はより大きく
なる。
【0082】(第15の実施形態)図15は、本発明の
第15の実施形態に係わるMOSバリア制御ショットキ
ーダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む
斜視図である。本実施形態のMOSバリア制御SBDの
素子構造では、補助領域16が電極15より深くまで形
成されており、電極15に挟まれた部分を構成する補助
領域16のN型層の幅を、それよりも深く形成された部
分を構成する補助領域17のN型層の幅よりも小さく設
定している。
【0083】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層の幅が狭くなるので、電極15に挟まれた部分の抵抗
を更に低減でき、しかも非導通状態で空乏化しやすくリ
ーク電流の低減という効果も同時に実現することができ
る。この場合にも、補助領域16のN型層の幅を0.0
5μm程度まで縮めてビルトインポテンシャルによるバ
リアを形成することができる。電極15よりも深く形成
された部分を構成する補助領域17のN型層の幅は、電
極15に挟まれた部分を構成する補助領域16のN型層
の幅と同じに設定してもよいが、この実施形態では大き
く設定している。この理由は第6の実施形態で説明した
ものと同じである。
【0084】(第16の実施形態)図16は、本発明の
第16の実施形態に係わるMOSバリア制御ショットキ
ーダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む
斜視図である。本実施形態のMOSバリア制御SBDの
素子構造では、補助領域17がN型カソード層9上ま
で到達している。
【0085】本実施形態によれば、補助領域17は濃度
と幅を変えなくても厚さ(半導体素子の厚み方向の補助
領域の寸法)に比例して耐圧が増加するという性質を持
っているので、補助領域17が無い場合や補助領域17
がN型カソード層10の途中までしか形成されていな
い場合に比べて、オン抵抗を低減することが可能とな
る。
【0086】(第17の実施形態)図17は、本発明の
第17の実施形態に係わるMOSバリア制御ショットキ
ーダイオード(SBD)の素子構造を示す断面図を含む
斜視図である。本実施形態のMOSバリア制御SBDの
素子構造では、アノード電極13の接触表面付近にP
型層18が形成されている。
【0087】本実施形態によれば、補助領域16のN型
層とアノード電極13とはショットキーバリアに加えて
型層18により障壁が設けられているので、電子の
流れが阻止されリーク電流を低減することができる。こ
のような場合でも、アノード電極13にカソード電極1
2に対して正の電圧を印可すれば、補助領域16のN型
層、その上のN型層19とP型層18からなるPN
接合が順バイアスされて、電子はN型層からN型層1
9、P型層18を通過して順バイアスされたショット
キーバリアハイトを越えてアノード電極13へと流れ出
る。但し、このP型層18の濃度を上げすぎると、こ
の部分での抵抗が大きくなるのでオン抵抗に悪影響を及
ぼす。実用的なリーク電流に収まる必要最小限の濃度に
設定するのが望ましい。
【0088】(第18の実施形態)図18、図19は、
本発明の第18の実施形態に係わる電力用半導体素子の
製造方法を示す図である。本実施形態の電力用半導体素
子では、結晶基板(具体的には、N型ベース層2、N
型ドレイン層1、N型カソード層10、N型カソ
ード層9など)は予め所定のオフ角度θをつけて研磨さ
れ(図18A)、それによって結晶表面に形成されたテ
ラス上に補助領域16(または17)をエピタキシャル
成長で形成するにあたり、結晶表面に形成されたステッ
プからステップフローにより単結晶が成長する際に、テ
ラスのちょうど1/2まで単結晶が成長するまではP型
不純物を添加し(図18B)、その後テラス全体に単結
晶が成長するまではN型不純物を添加し(図19A)、
このサイクルを繰り返すことにより補助領域16(また
は17)を形成する(図19B)。
【0089】本実施形態によれば、研磨のオフ角度θに
対応した幅2W(=d/tanθ、dはステップの高
さ)のテラスが形成され、その1/2が補助領域16
(または17)のN型層およびP型層の幅Wとなるの
で、角度θの選び方によって、通常のパターニングでは
不可能なほど微細な幅Wを持つ補助領域16(または1
7)を実現することができる。この方法は、補助領域1
6の幅の狭いN型層を形成するのに特に適した方法であ
る。例えば、ステップの高さがd=1.5Åの結晶の場
合には、オフ角度をθ=0.086°以上とすることに
よって、ノーマリオフに必要なW=0.05μm以下を
実現することができる。
【0090】(第19の実施形態)図20、図21は、
本発明の第19の実施形態に係わる接合型静電誘導トラ
ンジスタ(SIT)の素子構造を示す断面図を含む斜視
図である。図20は図1の紙面に平行な面内で接合終端
部まで含んだ図であり、図21は、図1の紙面に垂直な
面内で接合終端部まで含んだ図である。接合終端部は、
空乏化して電界を緩和するためのP層(RESURF
層)21、空乏層の広がりを止めるN型層(チャネル
ストッパ層)22、酸化膜やSIPOS膜(酸素ドープ
多結晶シリコン)などのパシベーション膜23からな
る。補助領域16はウェハ表面全体に形成され、その中
に素子構造と接合終端構造が形成されている。この素子
構造ではN型ベース層2が残っているが、補助領域1
6がNドレイン層1上に直接形成されていてもよい。
【0091】本実施形態によれば、補助領域16をウェ
ハ全面に亙って形成しても高耐圧を得ることができる。
このため、第18の実施例で説明したエピタキシャル成
長方法、あるいは他のプロセスにより補助領域16をウ
ェハ全面に形成し、その後に通常の方法で素子構造を形
成することにより容易にこれまで説明した補助構造を有
する素子構造を実現することが可能となる。
【0092】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。例えば、補助領域16,
17は、基本素子構造断面図の紙面に垂直な方向に繰り
返すように配置したが、平行であっても角度がついてい
てもよい。また、補助領域16、17を構成するN型
層、P型層は板状としたが、ますの目状、蜂の巣状など
他の幾何学的形状であってもよい。また、それぞれの基
本素子構造についても、種々変形したものに補助領域を
追加して用いることができる。
【0093】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ゲート領域に挟まれた領域に形成された補助領域がオフ
時にはピンチオフと同様の効果を発揮し、オン時には低
抵抗伝導層として働くために、ターンオフゲインが大き
く、オン抵抗の小さな静電誘導型トランジスタを実現す
ることができる。また、ショットキーダイオードにおい
ても、補助領域を用いることにより低リーク電流と低オ
ン抵抗を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係わる接合型静電誘
導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図2】本発明の第2の実施形態に係わる接合型静電誘
導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図3】本発明の第3の実施形態に係わる接合型静電誘
導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図4】本発明の第4の実施形態に係わる接合型静電誘
導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図5】本発明の第5の実施形態に係わるMOS型静電
誘導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視
図。
【図6】本発明の第6の実施形態に係わるMOS型静電
誘導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視
図。
【図7】本発明の第7の実施形態に係わるMOS型静電
誘導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視
図。
【図8】本発明の第8の実施形態に係わるMOS型静電
誘導トランジスタの素子構造を示す断面図を含む斜視
図。
【図9】本発明の第9の実施形態に係わる接合バリア制
御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面図を含
む斜視図。
【図10】本発明の第10の実施形態に係わる接合バリ
ア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面図
を含む斜視図。
【図11】本発明の第11の実施形態に係わる接合バリ
ア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面図
を含む斜視図。
【図12】本発明の第12の実施形態に係わる接合バリ
ア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面図
を含む斜視図。
【図13】本発明の第13の実施形態に係わる接合バリ
ア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面図
を含む斜視図。
【図14】本発明の第14の実施形態に係わるMOSバ
リア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面
図を含む斜視図。
【図15】本発明の第15の実施形態に係わるMOSバ
リア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面
図を含む斜視図。
【図16】本発明の第16の実施形態に係わるMOSバ
リア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面
図を含む斜視図。
【図17】本発明の第17の実施形態に係わるMOSバ
リア制御ショットキーダイオードの素子構造を示す断面
図を含む斜視図。
【図18】本発明の第18の実施形態に係わる電力用半
導体素子の製造方法を示す図。
【図19】本発明の第18の実施形態に係わる電力用半
導体素子の製造方法を示す図。
【図20】本発明の第19の実施形態に係わる電力用半
導体素子の素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図21】本発明の第19の実施形態に係わる電力用半
導体素子の素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図22】従来の接合型静電誘導トランジスタの素子構
造を示す断面図を含む斜視図。
【図23】従来のMOS型静電誘導トランジスタの素子
構造を示す断面図を含む斜視図。
【図24】従来の接合バリア制御ショットキーダイオー
ドの素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【図25】従来のMOSバリア制御ショットキーダイオ
ードの素子構造を示す断面図を含む斜視図。
【符号の説明】
1…N型ドレイン層 2…N型ベース層 3…N型ソース層 4…P型ゲート層 5…ドレイン電極 6…ソース電極 7…ゲート電極 8…ゲート絶縁膜 9…N型カソード層 10…N型カソード層 11…P型層 12…カソード電極(オーミック電極) 13…アノード電極(ショットキー電極) 14…絶縁膜 15…電極 16…補助領域 17…補助領域 18…P型層 19…N型層 20…P型層 21…P型層(RESURF層) 22…N型層(チャネルストッパ層) 23…パシベーション膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
    の主面に所定距離離して形成された第2導電型低抵抗半
    導体層と、前記第1の主面の前記第2導電型低抵抗半導
    体層に挟まれた領域に形成された第1の第1導電型低抵
    抗半導体層と、前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の
    主面に形成された第2の第1導電型低抵抗半導体層と、
    前記第2の第1導電型低抵抗半導体層上に形成された第
    1の主電極と、前記第1の第1導電型低抵抗半導体層上
    に形成された第2の主電極と、前記第2導電型低抵抗半
    導体層上に形成されたゲート電極とからなり、くり返し
    方向のキャリア積分量が概略5×1012cm−2以下
    の第1導電型半導体層と第2導電型半導体層が交互に隣
    接してなる補助領域が前記第1導電型高抵抗半導体層の
    少なくとも前記第2導電型低抵抗半導体層に挟まれた領
    域に形成され、前記補助領域の第2導電型半導体層は前
    記第2導電型低抵抗半導体層と接続されていることを特
    徴とする電力用半導体素子。
  2. 【請求項2】 第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
    の主面に所定距離離して絶縁膜を介して形成されたゲー
    ト電極と、前記第1の主面の前記ゲート電極に挟まれた
    領域に形成された第1の第1導電型低抵抗半導体層と、
    前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面に形成され
    た第2の第1導電型低抵抗半導体層と、前記第2の第1
    導電型低抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、
    前記第1の第1導電型低抵抗半導体層上に形成された第
    2の主電極とからなり、くり返し方向のキャリア積分量
    が概略5×1012cm−2以下の第1導電型半導体層
    と第2導電型半導体層が交互に隣接してなる補助領域が
    前記第1導電型高抵抗半導体層の少なくとも前記ゲート
    電極に挟まれた領域に形成されていることを特徴とする
    電力用半導体素子。
  3. 【請求項3】 第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
    の主面に所定距離離して形成された第2導電型低抵抗半
    導体層と、前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面
    に形成された第1導電型低抵抗半導体層と、前記第1導
    電型低抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、前
    記第1の主面に形成され前記第2導電型低抵抗半導体層
    とオーミック接触し前記第2導電型低抵抗半導体層に挟
    まれた領域ではショットキー接触する第2の主電極とか
    らなり、くり返し方向のキャリア積分量が概略5×10
    12cm−2以下の第1導電型半導体層と第2導電型半
    導体層が交互に隣接してなる補助領域が前記第1導電型
    高抵抗半導体層の少なくとも前記第2導電型低抵抗半導
    体層に挟まれた領域に形成され、前記補助領域の第2導
    電型半導体層は前記第2導電型低抵抗半導体層と接続さ
    れていることを特徴とする電力用半導体素子。
  4. 【請求項4】 第1導電型高抵抗半導体層と、その第1
    の主面に所定距離離して絶縁膜を介して形成された電極
    と、前記第1導電型高抵抗半導体層の第2の主面に形成
    された第1導電型低抵抗半導体層と、前記第1導電型低
    抵抗半導体層上に形成された第1の主電極と、前記第1
    の主面に形成され前記電極とオーミック接触し前記電極
    に挟まれた領域ではショットキー接触する第2の主電極
    とからなり、くり返し方向のキャリア積分量が概略5×
    1012cm−2以下の第1導電型半導体層と第2導電
    型半導体層が交互に隣接してなる補助領域が前記第1導
    電型高抵抗半導体層の少なくとも前記ゲート電極に挟ま
    れた領域に形成されていることを特徴とする電力用半導
    体素子。
  5. 【請求項5】 第1導電型高抵抗半導体層は予め所定の
    角度をつけて研磨され、当該研磨により前記第1導電型
    高抵抗半導体層の第1の主面に形成されたテラス上に、
    くり返し方向のキャリア積分量が概略5×1012cm
    −2以下の第1導電型半導体層と第2導電型半導体層が
    交互に隣接してなる補助領域をエピタキシャル成長で形
    成するにあたり、前記第1の主面に形成されたステップ
    からステップフローにより単結晶が成長する際に、テラ
    スのちょうど1/2まで単結晶が成長するまでは第2導
    電型不純物を添加し、その後テラス全体に単結晶が成長
    するまでは第1導電型不純物を添加し、このサイクルを
    繰り返すことにより前記補助領域を形成することを特徴
    とする半導体層の形成方法。
JP7328299A 1999-03-18 1999-03-18 電力用半導体素子及び半導体層の形成方法 Pending JP2000269518A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7328299A JP2000269518A (ja) 1999-03-18 1999-03-18 電力用半導体素子及び半導体層の形成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7328299A JP2000269518A (ja) 1999-03-18 1999-03-18 電力用半導体素子及び半導体層の形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000269518A true JP2000269518A (ja) 2000-09-29

Family

ID=13513647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7328299A Pending JP2000269518A (ja) 1999-03-18 1999-03-18 電力用半導体素子及び半導体層の形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000269518A (ja)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196602A (ja) * 2000-01-12 2001-07-19 Hitachi Ltd 静電誘導トランジスタ
JP2003209123A (ja) * 2002-01-11 2003-07-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法
WO2004010489A1 (ja) * 2002-07-24 2004-01-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法
US6844592B2 (en) 2002-03-18 2005-01-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device with super junction region
US6849900B2 (en) 2003-04-16 2005-02-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2005057050A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法
US6982459B2 (en) 2000-12-18 2006-01-03 Denso Corporation Semiconductor device having a vertical type semiconductor element
JP2009194065A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Denso Corp 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2009259896A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Denso Corp 炭化珪素半導体装置の製造方法
US8193564B2 (en) 2008-02-13 2012-06-05 Denso Corporation Silicon carbide semiconductor device including deep layer
JP2015099921A (ja) * 2013-11-18 2015-05-28 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag 横チャネル領域を有する接合型電界効果トランジスタセル
JP2015216270A (ja) * 2014-05-12 2015-12-03 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US9548399B2 (en) 2013-11-18 2017-01-17 Infineon Technologies Ag Junction field effect transistor cell with lateral channel region
CN106887464A (zh) * 2017-01-04 2017-06-23 上海华虹宏力半导体制造有限公司 超结器件及其制造方法
CN108574001A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 丰田合成株式会社 半导体装置

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001196602A (ja) * 2000-01-12 2001-07-19 Hitachi Ltd 静電誘導トランジスタ
US6982459B2 (en) 2000-12-18 2006-01-03 Denso Corporation Semiconductor device having a vertical type semiconductor element
JP2003209123A (ja) * 2002-01-11 2003-07-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法
US6844592B2 (en) 2002-03-18 2005-01-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device with super junction region
USRE47641E1 (en) 2002-03-18 2019-10-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device with super junction region
US7750377B2 (en) 2002-07-24 2010-07-06 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Vertical junction field effect transistors, and methods of producing the vertical junction field effect transistors
WO2004010489A1 (ja) * 2002-07-24 2004-01-29 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法
JP2004063507A (ja) * 2002-07-24 2004-02-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 縦型接合型電界効果トランジスタ、及び縦型接合型電界効果トランジスタの製造方法
US7282760B2 (en) 2002-07-24 2007-10-16 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Vertical junction field effect transistors, and methods of producing the vertical junction field effect transistors
CN100349270C (zh) * 2002-07-24 2007-11-14 住友电气工业株式会社 纵向结型场效应晶体管及其制造方法
US6849900B2 (en) 2003-04-16 2005-02-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2005057050A (ja) * 2003-08-04 2005-03-03 Renesas Technology Corp 半導体装置およびその製造方法
US7981747B2 (en) 2003-08-04 2011-07-19 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and a method of manufacturing the same
US8193564B2 (en) 2008-02-13 2012-06-05 Denso Corporation Silicon carbide semiconductor device including deep layer
JP2009194065A (ja) * 2008-02-13 2009-08-27 Denso Corp 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
JP2009259896A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Denso Corp 炭化珪素半導体装置の製造方法
JP4640436B2 (ja) * 2008-04-14 2011-03-02 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置の製造方法
US9425327B2 (en) 2013-11-18 2016-08-23 Infineon Technologies Ag Junction field effect transistor cell with lateral channel region
US9548399B2 (en) 2013-11-18 2017-01-17 Infineon Technologies Ag Junction field effect transistor cell with lateral channel region
JP2015099921A (ja) * 2013-11-18 2015-05-28 インフィネオン テクノロジーズ アーゲーInfineon Technologies Ag 横チャネル領域を有する接合型電界効果トランジスタセル
JP2015216270A (ja) * 2014-05-12 2015-12-03 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US10109749B2 (en) 2014-05-12 2018-10-23 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
CN106887464A (zh) * 2017-01-04 2017-06-23 上海华虹宏力半导体制造有限公司 超结器件及其制造方法
CN106887464B (zh) * 2017-01-04 2019-12-06 上海华虹宏力半导体制造有限公司 超结器件及其制造方法
CN108574001A (zh) * 2017-03-13 2018-09-25 丰田合成株式会社 半导体装置
JP2018152455A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 豊田合成株式会社 半導体装置
CN108574001B (zh) * 2017-03-13 2021-02-19 丰田合成株式会社 半导体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102216528B1 (ko) 주입된 측벽들을 가진 게이트 트렌치들을 갖는 전력 반도체 디바이스들 및 관련 방법들
JP4250144B2 (ja) 高ドープのチャネル伝導領域を持つ半導体装置とその製造方法
US6091086A (en) Reverse blocking IGBT
US9064923B2 (en) Bipolar semiconductor component with a fully depletable channel zone
JP4351745B2 (ja) 半導体装置
TWI534902B (zh) 功率半導體裝置及形成功率半導體裝置之方法
JP2519369B2 (ja) 半導体装置
JP2019071313A (ja) 半導体装置
JP2001015752A (ja) 超接合半導体素子およびその製造方法
JP5191885B2 (ja) 半導体装置及び製造方法
JP2000269518A (ja) 電力用半導体素子及び半導体層の形成方法
JP2004335990A (ja) Mis型半導体装置
US6147381A (en) Field effect-controllable semiconductor component
US20120126317A1 (en) Accufet with integrated clamping circuit
JP4483001B2 (ja) 半導体素子
JP3409244B2 (ja) 半導体装置
CN113130650B (zh) 功率半导体器件及其制备工艺
WO2023112547A1 (ja) 半導体装置
JPS61222260A (ja) 導電変調型mosfet
JP7213398B2 (ja) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
EP3682479A1 (en) Feeder design with high current capability
US6753588B2 (en) Semiconductor rectifier
JP2005512329A (ja) 整流ダイオード
KR101994728B1 (ko) 전력 반도체 소자
JP5114832B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法