JP2006086548A - Field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界効果トランジスタに係り、特にオン抵抗を低く抑えることのできる電界効果トランジスタに関する。 The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor that can keep on-resistance low.
従来における電界効果トランジスタとして、例えば、特開平9−74193号公報(特許文献1)に記載されたものが知られている。図7は、特許文献1に記載された電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。 As a conventional field effect transistor, for example, the one described in JP-A-9-74193 (Patent Document 1) is known. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the field effect transistor described in Patent Document 1.
同図に示すように、この電界効果トランジスタは、高濃度N+ 型SiC(炭化珪素)からなるワイドバンドギャップ半導体基板201上に、N- 型SiCからなるエピタキシャル領域202が形成され、該エピタキシャル領域202上にP- 型SiCからなるエピタキシャル領域203が形成されている。
As shown in the figure, in this field effect transistor, an
そして、エピタキシャル領域203の表層部における所定領域には、N+ 型ソース領域205、及びP+ 型ボディコンタクト領域204が形成される。また、エピタキシャル領域203内には溝208が、エピタキシャル領域203を貫通しエピタキシャル領域202に達するように形成されている。
An N +
更に、溝208の側壁にはN- 型SiCからなるチャネル領域206が形成されている。また、層間絶縁膜212によりゲート電極209と絶縁されて、ソース領域205、及びボディコンタクト領域204に接続されたソース電極211が形成され、ワイドバンドギャップ半導体基板201の裏面にドレイン電極210が形成されている。
Further, a
この電界効果トランジスタにおいては、ドレイン電極210とソース電極211との間に電圧が印加された状態で、ゲート電極209に電圧が印加されると、ゲート電極209に対向したチャネル領域206の表層に、N型蓄積層型のチャネルが形成され、ドレイン電極210からソース電極211に電流が流れる。
前述した特許文献1に記載されたSiC蓄積型電界効果トランジスタでは、ゲート絶縁膜207と、N- 型蓄積チャネル形成領域206との界面に不完全な結晶構造が存在する。このため、ゲート電極209に電圧を印加して形成したチャネル領域206表層の蓄積チャネルに多量の界面準位が存在し、これらが電子トラップとして働くためチャネル移動度を大きくすることができずオン抵抗が高いという問題がある。
In the SiC storage field effect transistor described in Patent Document 1 described above, an incomplete crystal structure exists at the interface between the gate
また、耐圧に関しては、ドレイン電極210に高電圧が印加されたとき、溝208の底部のゲート絶縁膜207に高電圧が加えられる。そして、この絶縁膜207が破壊されると、大量の漏れ電流が発生するため、ワイドキャップ半導体であるSiC本来の、高い耐絶縁破壊電界を活かした高耐圧を実現することができないという問題があった。
Regarding the breakdown voltage, when a high voltage is applied to the
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高耐圧でオン抵抗の低い電界効果トランジスタを提供することにある。特にワイドギャップ半導体装置を対象とし、ノーマリーオフの電圧駆動型で、高いチャネル移動度を有する低オン抵抗の電界効果トランジスタを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor having a high breakdown voltage and a low on-resistance. In particular, an object is to provide a field-effect transistor having a low on-resistance having a high channel mobility, which is a normally-off voltage-driven type, targeting a wide gap semiconductor device.
上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、珪素よりもバンドギャップの広いワイドバンドギャップ半導体の基板上に、該ワイドバンドギャップ半導体のエピタキシャル領域を積層して構成される半導体基板と、前記半導体基板の一方の表面の所定部位に形成される溝部と、前記溝部の内面に形成される第1導電型のゲート半導体領域と、該ゲート半導体領域の外側となる前記エピタキシャル領域に形成される第2導電型の埋込チャネル領域と、この埋込チャネル領域の外側に形成される第1導電型のボディ半導体領域と、からなるチャネル領域と、前記埋込チャネル領域の上側に形成されるソース領域と、前記ソース領域に形成されるソース電極と、前記ゲート半導体領域の内側に、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、前記半導体基板の他方の表面に形成されるドレイン電極と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a semiconductor substrate configured by stacking an epitaxial region of a wide band gap semiconductor on a substrate of a wide band gap semiconductor having a wider band gap than silicon. And a groove formed in a predetermined part of one surface of the semiconductor substrate, a first conductivity type gate semiconductor region formed in the inner surface of the groove, and formed in the epitaxial region outside the gate semiconductor region A channel region formed of a second conductivity type buried channel region and a first conductivity type body semiconductor region formed outside the buried channel region; and formed above the buried channel region. A source electrode formed in the source region, and a gate electrode formed inside the gate semiconductor region through a gate insulating film. When, and having a drain electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate.
請求項2に記載の発明は、珪素よりもバンドギャップの広いワイドバンドギャップ半導体の基板上に、該ワイドバンドギャップ半導体のエピタキシャル領域を積層して構成される半導体基板と、前記半導体基板の一方の表面の所定部位に形成される溝部と、前記溝部の内面に形成される第1導電型のゲート半導体領域と、該ゲート半導体領域の外側となる前記エピタキシャル領域に形成される第2導電型の埋込チャネル領域と、からなるチャネル領域と、前記埋込チャネル領域の上側に形成されるソース領域と、前記ソース領域に形成されるソース電極と、前記ゲート半導体領域の内側に、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、前記半導体基板の他方の表面に形成されるドレイン電極と、を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate configured by laminating an epitaxial region of a wide band gap semiconductor on a wide band gap semiconductor substrate having a wider band gap than silicon, and one of the semiconductor substrates. A groove formed in a predetermined portion of the surface; a first conductivity type gate semiconductor region formed on the inner surface of the groove; and a second conductivity type buried in the epitaxial region outside the gate semiconductor region. A buried channel region, a source region formed above the buried channel region, a source electrode formed in the source region, and a gate insulating film inside the gate semiconductor region. And a drain electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate.
請求項3に記載の発明は、前記第1導電型のゲート半導体領域を、CVDエピタキシャル成長により形成することを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that the first conductive type gate semiconductor region is formed by CVD epitaxial growth.
請求項4に記載の発明は、前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素半導体であることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is characterized in that the wide band gap semiconductor is a silicon carbide semiconductor.
請求項5に記載の発明は、前記第1導電型は、P型またはN型のうちの一方であり、前記第2導電型は、P型またはN型のうちの他方であることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that the first conductivity type is one of P-type and N-type, and the second conductivity type is the other of P-type and N-type. To do.
請求項1の発明によれば、ゲート電圧を印加しないときは、ゲート半導体領域と埋込チャネル領域の接合に生じる第1の空乏層が、ボディ半導体領域と埋込チャネル領域の接合に生じる第2の空乏層に接触し、これにより埋込チャネル領域を完全に空乏化させ、一方でゲートに電圧を印加することで埋込チャネル領域内に蓄積チャネルを形成することができる。従って、ドレイン・ソース間のオン抵抗を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, when no gate voltage is applied, the first depletion layer generated at the junction of the gate semiconductor region and the buried channel region is the second depletion layer generated at the junction of the body semiconductor region and the buried channel region. Thus, the buried channel region can be completely depleted, and a storage channel can be formed in the buried channel region by applying a voltage to the gate. Accordingly, the on-resistance between the drain and the source can be reduced.
請求項2の発明によれば、ゲート電圧を印加しないときは、ゲート半導体領域と埋込チャネル領域の接合に生じる空乏層により、埋込チャネル領域を完全に空乏化させ、一方でゲート電圧を印加することで、埋込チャネル領域内に蓄積チャネルを形成することができる。その結果、ドレイン・ソース間のオン抵抗を低減することができる。 According to the invention of claim 2, when the gate voltage is not applied, the buried channel region is completely depleted by the depletion layer generated at the junction between the gate semiconductor region and the buried channel region, while the gate voltage is applied. Thus, a storage channel can be formed in the buried channel region. As a result, the on-resistance between the drain and the source can be reduced.
また、ドレイン電極とソース電極との間に高電圧が印加された場合、溝に沿って形成される第1導電型のゲート半導体領域から延びる空乏層によって、ゲート絶縁膜にかかる電界がシールドされるので、ゲート絶縁膜の耐圧で決まらない、ワイドバンドギャップ半導体の高い絶縁破壊電界に対応する高耐圧を実現することができる。 In addition, when a high voltage is applied between the drain electrode and the source electrode, an electric field applied to the gate insulating film is shielded by a depletion layer extending from the first conductivity type gate semiconductor region formed along the trench. Therefore, it is possible to realize a high withstand voltage corresponding to the high breakdown electric field of the wide band gap semiconductor, which is not determined by the withstand voltage of the gate insulating film.
請求項3の発明によれば、溝に沿った第1導電型のゲート半導体領域をCVDエピタキシャル成長により形成することができるので、ゲート半導体領域は結晶欠陥が少なく品質の良い領域とすることができる。その結果、ゲート半導体領域の表面に形成されるゲート絶縁膜の品質を向上できる、あるいは、オン時におけるリーク電流も小さくなる等の利点がある。 According to the invention of claim 3, since the first conductive type gate semiconductor region along the groove can be formed by CVD epitaxial growth, the gate semiconductor region can be a high quality region with few crystal defects. As a result, there is an advantage that the quality of the gate insulating film formed on the surface of the gate semiconductor region can be improved or the leakage current at the time of ON is reduced.
請求項4の発明では、ワイドバンドギャップ半導体として、炭化珪素半導体(SiC)を用いることにより、PN接合のビルトイン電圧が大きく、ゲート電極に電圧が印加されていない状態で電流が非導通状態となるような設計を容易に行うことができる。 In the invention of claim 4, by using silicon carbide semiconductor (SiC) as the wide band gap semiconductor, the built-in voltage of the PN junction is large, and the current becomes non-conductive when no voltage is applied to the gate electrode. Such a design can be easily performed.
請求項5の発明では、第1導電型及び第2導電型を、P型及びN型とすることにより、融通性に富む。 In the fifth aspect of the invention, the first conductivity type and the second conductivity type are P-type and N-type, so that flexibility is high.
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本発明の電界効果トランジスタの実施形態においては、第1導電型をP型とし、第2導電型をN型とするが、第1導電型をN型、第2導電型をP型としてもよい。また、本実施形態ではゲート絶縁膜上にポリシリコン電極を形成するMIS型電界効果トランジスタを例に説明するが、ゲート電極にショットキーメタルを用いたMESFET型としてもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the field effect transistor of the present invention, the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type, but the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type. Also good. In this embodiment, an MIS field effect transistor in which a polysilicon electrode is formed on a gate insulating film will be described as an example. However, a MESFET type using a Schottky metal for the gate electrode may be used.
また、本実施形態では取り上げないが、本発明はIGBT、MISサイリスタ等の電圧駆動型電界効果トランジスタ素子にも適用できる。更に、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形も含むことは言うまでもない。 Although not taken up in this embodiment, the present invention can also be applied to voltage-driven field effect transistor elements such as IGBTs and MIS thyristors. Furthermore, it goes without saying that modifications within the scope of the present invention are included.
[第1実施例]
図1は、本発明の第1実施例に係るSiC電界効果トランジスタの単位セルの断面図である。図示のように、ドレイン領域となるN+ 型SiC基板211上に、N- 型SiCエピタキシャル領域221が積層されたウエハにおいて、エピタキシャル領域221の表層部における所定領域には、N+ 型ソース領域242およびP+ 型ボディコンタクト領域350がそれぞれ形成されている。更に、N- 型エピタキシャル領域221の一主面の所定の領域には溝360が形成されており、この溝360に沿ってP- 型ゲート半導体領域253が形成される。
[First embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a unit cell of a SiC field effect transistor according to a first embodiment of the present invention. As shown in the drawing, in a wafer in which an N− type SiC
また、エピタキシャル領域221の表層部における所定領域には、ボディコンタクト領域350を含んだ所定深さを有するP- 型のボディ半導体領域254が形成される。ここで、ゲート半導体領域253とボディ半導体領域254の間のエピタキシャル領域221の部分には、N- 型埋込チャネル領域262が形成される。これら、ゲート半導体領域253、埋込チャネル領域262、及びボディ半導体領域254から構成される領域を、チャネル領域382とする。
A P − type
なお、ゲート半導体領域253、埋込チャネル領域262及びボディ半導体領域254の厚さ及びキャリア濃度は、N- 型埋込チャネル領域262に存在する伝導キャリアがゲート半導体領域253及びボディ半導体領域254との静電ポテンシャルにより空乏化されるように設計されている。
Note that the thicknesses and carrier concentrations of the
更に詳しくは、ゲート半導体領域253と埋込チャネル領域262の接合に生じる第1の空乏層が、ボディ半導体領域254と埋込チャネル領域262の結合に生じる第2の空乏層に接触し、これにより埋込チャネル領域262が完全に空乏化されるように設計されている。
More specifically, the first depletion layer generated at the junction between the
また、P- 型ゲート半導体領域253の表面には、ゲート絶縁膜272を介してゲート電極282が形成される。また、ソース領域242の上面にはソース電極302が形成される。更に、ボディコンタクト領域350の上面にはボディコンタクト電極311が形成される。そして、N+ 型SiC基板211の裏面にはドレイン電極292が形成されている。
A
次に、本実施例の電界効果トランジスタの製造方法の一例を、図2(a)〜(c)、図3(d)〜(f)に示す断面図を参照しながら説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the field effect transistor of this example will be described with reference to the cross-sectional views shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c) and FIGS. 3 (d) to 3 (f).
まず、図2(a)の工程では、N+ 型SiC基板211の上に例えば不純物濃度が1E14〜1E18/cm3、厚さが1〜100μmのN- 型SiCエピタキシャル領域221を形成する。
First, in the step of FIG. 2 (a), the impurity concentration of, for example, on the N + -
図2(b)の工程では、N- 型エピタキシャル領域221の一主面の所定の領域に、例えば0.1〜5μmの深さの溝360を形成する。
In the step of FIG. 2B, a
図2(c)の工程では、溝360に沿ってCVD法によりSiCをホモエピタキシャル成長させ、P- 型ゲート半導体領域253を形成する。
In the step of FIG. 2C, SiC is homoepitaxially grown along the
なお、P- 型ゲート半導体領域は、例えば、ほう素等をイオン注入して形成してもよい。 The P − type gate semiconductor region may be formed by ion implantation of boron or the like, for example.
図3(d)の工程では、N- 型エピタキシャル領域221の表層部の所定の領域に例えば燐イオンを注入し、N+ 型ソース領域242を形成する。N型不純物となる不純物としては燐の他に窒素、ヒ素などを用いてもよい。
3D, for example, phosphorus ions are implanted into a predetermined region of the surface layer portion of the N −
図3(e)の工程では、N- 型エピタキシャル領域221の表層部所定の領域に、例えば、ほう素イオンを注入し、P+ 型ボディコンタクト領域350及びP- 型ボディ半導体領域254を形成する。また、ゲート半導体領域253とボディ半導体領域254の間のエピタキシャル領域221の部分をN- 型埋込チャネル領域262とする。
In the step of FIG. 3E, for example, boron ions are implanted into a predetermined region of the surface layer portion of the N −
ここで、ゲート半導体領域253、埋込チャネル領域262及びボディ半導体領域254の厚さ及びキャリア濃度は、ゲート半導体領域253と埋込チャネル領域262の接合に生じる第1の空乏層が、ボディ半導体領域254と埋込チャネル領域262の接合に生じる第2の空乏層に接触し、これにより埋込チャネル領域262が完全に空乏化されるように設計される。
Here, the thickness and carrier concentration of the
なお、イオン注入を行った後、例えば1000〜1700℃での熱処理を行い、注入した不純物を活性化する。こうして、ゲート半導体領域253、埋込チャネル領域262、及びボディ半導体領域254からなる、チャネル領域382が完成する。
In addition, after performing ion implantation, the heat processing at 1000-1700 degreeC is performed, for example, and the implanted impurity is activated. Thus, a
図3(f)の工程では、P- 型ゲート半導体領域253表面にゲート絶縁膜272を例えば900〜1300℃での熱酸化により形成する。その後、例えばポリシリコンによりゲート電極282を形成する。
In the step of FIG. 3F, a
この後、特に図示しないが、ソース領域242の上面にソース電極302を形成し、また、ボディコンタクト領域350の上面にボディコンタクト電極311を形成する。そして、N+ 基板211の裏面にはドレイン電極292を形成する。こうして、図1に示した電界効果トランジスタが完成する。
Thereafter, although not particularly illustrated, the
なお、本実施例においては、ソース電極302及びボディコンタクト電極311は、少なくともN+ 型ソース領域242およびボディ半導体領域350の表面の一部に形成されていればよい。また、溝360の底面は曲面で形成したが曲面でなくてもよい。溝の断面形状はV字型溝のように底面が無い形状であってもよい。
In this embodiment, the
次に、本実施例に係る電界効果トランジスタの動作について説明する。ゲート電極282に電圧が印加されていない状態では、ゲート半導体領域253と埋込チャネル領域262の接合部からなるビルトイン電圧に対応して広がる第1の空乏層が、ボディ半導体領域254と埋込チャネル領域262の接合部からビルトイン電圧に対応して広がる第2の空乏層に接触し、これにより埋込チャネル領域262をピンチオフ状態とすることができる。
Next, the operation of the field effect transistor according to this embodiment will be described. In a state where no voltage is applied to the
その結果、ソースSとドレインD間の電流を遮断することができ、ノーマリーオフとなる。また、ワイドバンドギヤップ半導体基板としてSiCからなるものを用いたときには、PN接合のビルトイン電圧が大きく、このようなゲート電極に電圧が印加されていない状態で電流が非導通状態となるような設計を容易に行うことができる。 As a result, the current between the source S and the drain D can be cut off, and normally off. In addition, when a wide bandgap semiconductor substrate made of SiC is used, the design is such that the built-in voltage of the PN junction is large and the current is non-conductive when no voltage is applied to the gate electrode. It can be done easily.
次に、ゲート電極282に対して負のバイアスを供給すると、埋込チャネル領域262内に、N+ 型ソース領域242からN- 型ドリフト領域(エピタキシャル領域)221方向へ延びる蓄積型のチャネル領域が形成され、オン状態にスイッチングされる。このとき、電子は、N+ 型ソース領域242から埋込チャネル領域262内に形成される蓄積チャネルを経由し、N- 型エピタキシャル領域221に流れる。そして、N- 型エピタキシャル領域221に達すると、電子は、N+ 型SiC基板211へ垂直に流れる。
Next, when a negative bias is supplied to the
このように、ゲート電極282に負の電圧を印加することにより、埋込チャネル領域262内に蓄積チャネルを誘起させ、ソース電極302とドレイン電極292との間にキャリアが流れる。
In this manner, by applying a negative voltage to the
その結果、ノーマリーオフの電圧駆動型で、高いチャネル移動度を有する電界効果トランジスタが得られる。特に、埋込チャネル領域262内に形成される蓄積チャネルは、ゲート絶縁膜272とゲート半導体領域253の界面に存在する不完全な結晶構造の影響を受けないため、チャネル移動度を大きくすることができる。これらの結果チャネル抵抗を飛躍的に低減でき、ドレイン・ソース間のオン抵抗を低減することができる。
As a result, a normally-off voltage-driven field effect transistor having high channel mobility can be obtained. In particular, the accumulation channel formed in the buried
また、ドレイン電極292とソース電極302との間に高電圧が印加された場合、溝360にそって形成されるP- 型ゲート半導体領域253から延びる空乏層によってゲート絶縁膜272にかかる電界がシールドされるから、ゲート絶縁膜272の耐圧で決まらない、ワイドバンドギャップ半導体の高い絶縁破壊電界に対応する高耐圧を実現することができる。
When a high voltage is applied between the
[第2実施例]
図4は、本発明の第2実施例に係るSiC電界効果トランジスタの単位セルの断面図である。同図に示すように、ドレイン領域となるN+ 型SiC基板212上に、N- 型SiCエピタキシャル領域222が積層されたウエハにおいて、エピタキシャル領域222の表層部における所定領域には、N+ 型ソース領域243が形成されている。更に、N- 型エピタキシャル領域222の一主面の所定の領域には溝361が形成されており、この溝361にそってP- 型ゲート半導体領域255が形成されている。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view of a unit cell of an SiC field effect transistor according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, in a wafer in which an N− type
エピタキシャル領域222の一主面の所定の領域には、溝362が形成されており、また、この溝362内は絶縁膜370が埋め込まれている。ここで、ゲート半導体領域255と絶縁膜370の間のエピタキシャル領域222の部分には、N- 型埋込チャネル領域263が形成される。これらゲート半導体領域255、及び埋込チャネル領域263から構成される領域を、チャネル領域383とする。
A
なお、ゲート半導体領域255及び埋込チャネル領域263の厚さおよびキャリア濃度は、ゲート半導体領域255と埋込チャネル領域263の接合部からビルトイン電圧に対応して広がる空乏層により、埋込チャネル領域263が完全に空乏化されるように設計されている。
Note that the thickness and carrier concentration of the
また、P- 型ゲート半導体領域255の表面には、ゲート絶縁膜273を介してゲート電極283が形成される。ソース領域243上にはソース電極303が形成される。そして、N+ 基板212の裏面には、ドレイン電極293が形成されている。
A
次に、本実施例の電界効果トランジスタの製造方法の一例を、図5(a)〜(c)、図6(d)〜(f)に示す断面図を参照しながら説明する。 Next, an example of a method for manufacturing the field effect transistor of this embodiment will be described with reference to the cross-sectional views shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c) and FIGS. 6 (d) to 6 (f).
まず、図5(a)の工程では、N+ 型SiC基板212の上に、例えば不純物濃度が1E14〜1E18/cm3、厚さが1〜100μmのN- 型SiCエピタキシャル領域222を形成する。
First, in the process of FIG. 5A, an N −
図5(b)の工程では、N- 型エピタキシャル領域222の一主面の所定の領域に、例えば0.1〜5μmの深さの溝361を形成する。
In the step of FIG. 5B, a
図5(c)の工程では、溝361に沿ってCVD法によりSiCをホモエピタキシャル成長させ、P- 型ゲート半導体領域255を形成する。
In the step of FIG. 5C, SiC is homoepitaxially grown along the
なお、P- 型ゲート半導体領域は、例えば、ほう素等をイオン注入して形成してもよい。 The P − type gate semiconductor region may be formed by ion implantation of boron or the like, for example.
図6(d)の工程では、N- 型エピタキシャル領域222の表層部の所定の領域に例えば燐イオンを注入し、N+ 型ソース領域243を形成する。N型不純物となる不純物としては燐の他に窒素、ヒ素などを用いてもよい。
In the step shown in FIG. 6D, for example, phosphorus ions are implanted into a predetermined region of the surface layer portion of the N −
なお、イオン注入を行った後、例えば1000〜1700℃での熱処理を行い、注入した不純物を活性化する。 In addition, after performing ion implantation, the heat processing at 1000-1700 degreeC is performed, for example, and the implanted impurity is activated.
図6(e)の工程では、N- 型エピタキシャル領域222の一主面の所定の領域に、例えば0.1〜5μmの深さの溝362を形成する。
In the step of FIG. 6E, a
図6(f)の工程では、例えばLPCVD法を用いて厚みが0.1〜5μmの二酸化シリコンを堆積し、溝362を埋め込む。その後、例えばCMP法を用いて二酸化シリコン膜を機械的化学研磨し、二酸化シリコン膜370を溝内部に残す。ここで、ゲート半導体領域255と二酸化シリコン膜370の間のエピタキシャル領域222の部分には、N- 型埋込チャネル領域263が形成される。
In the step shown in FIG. 6F, silicon dioxide having a thickness of 0.1 to 5 μm is deposited by using, for example, the LPCVD method, and the
こうして、ゲート半導体領域255及び埋込チャネル領域263からなるチャネル領域383が完成する。なお、ゲート半導体領域255及び埋込チャネル領域263の厚さおよびキャリア濃度は、ゲート半導体領域255と埋込チャネル領域263が完全に空乏化されるように設計される。
Thus, a
その後、P- 型ゲート半導体領域255表面にゲート絶縁膜273を例えば900〜1300℃での熱酸化により形成する。そして、例えばポリシリコンによりゲート電極283を形成する。
Thereafter, a
この後、特に図示しないが、ソース領域243の上面にソース電極303を形成する。また、N+ 型SiC基板212の裏面にはドレイン電極293を形成する。こうして、図4に示した電界効果トランジスタが完成する。
Thereafter, although not particularly illustrated, the
なお、本実施例においては、ソース電極303は、少なくともN+ 型ソース領域243の表面の一部に形成されていればよい。また、溝361の底面は曲面で形成したが曲面でなくてもよい。溝の断面形状はV字型溝のように底面が無い形状であってもよい。
In this embodiment, the
次に、この電界効果トランジスタの動作を説明する。ゲート電極283に電圧が印加されていない状態では、ゲート半導体領域255と埋込チャネル領域263の接合部からビルトイン電圧に対応して広がる空乏層により、埋込チャネル領域263をピンチオフ状態にできる。その結果、ソースSとドレインD間の電流を遮断することができノーマリーオフとなる。
Next, the operation of this field effect transistor will be described. In a state where no voltage is applied to the
また、ワイドバンドギヤップ半導体基板としてSiCからなるものを用いたときには、PN接合のビルトイン電圧が大きく、このようなゲート電極に電圧が印加されていない状態で電流が非導通状態となるような設計を容易に行うことができる。 In addition, when a wide bandgap semiconductor substrate made of SiC is used, the design is such that the built-in voltage of the PN junction is large and the current becomes non-conductive when no voltage is applied to the gate electrode. It can be done easily.
次に、ゲート電極283に対して負のバイアスを供給すると、埋込チャネル領域263内に、N+ 型ソース領域243からN- 型ドリフト領域(エピタキシャル領域)222方向へ延びる蓄積型のチャネル領域が形成され、オン状態にスイッチングされる。このとき、電子は、N+ 型ソース領域243から埋込チャネル領域263内に形成される蓄積チャネルを経由し、N- 型エピタキシャル領域222に流れる。そして、N- 型エピタキシャル領域222に達すると、電子は、N+ 型SiC基板212へ垂直に流れる。
Next, when a negative bias is supplied to the
このように、ゲート電極283に負の電圧を印加することにより、埋込チャネル領域263内に蓄積チャネルを誘起させ、ソース電極303とドレイン電極293との間にキャリアが流れる。
In this way, by applying a negative voltage to the
その結果、ノーマリーオフの電圧駆動型で、高いチャネル移動度を有する電界効果トランジスタが得られる。特に、埋込チャネル領域263内に形成される蓄積チャネルは、ゲート絶縁膜273とゲート半導体領域255の界面に存在する不完全な結晶構造の影響を受けないため、チャネル移動度を大きくすることができる。これらの結果チャネル抵抗を飛躍的に低減でき、ドレイン・ソース間のオン抵抗を低減することができる。
As a result, a normally-off voltage-driven field effect transistor having high channel mobility can be obtained. In particular, the accumulation channel formed in the buried
また、ドレイン電極とソース電極との間に高電圧が印加された場合、溝361に沿って形成されるP- 型ゲート半導体領域255から延びる空乏層によってゲート絶縁膜273にかかる電界がシールドされるから、ゲート絶縁膜273の耐圧で決まらない、ワイドバンドギャップ半導体の高い絶縁破壊電界に対応する高耐圧を実現することができる。
When a high voltage is applied between the drain electrode and the source electrode, the electric field applied to the
高耐圧でオン抵抗の低い電界効果トランジスタを提供する上で極めて有用である。 This is extremely useful in providing a field effect transistor having a high breakdown voltage and a low on-resistance.
211,212 N+ 型SiC基板
221,222 N- 型SiCエピタキシャル領域
242,243 N+ 型ソース領域
253,255 P- 型ゲート半導体領域
254 P- 型ボディ半導体領域
262,263 N- 型埋込チャネル領域
272,273 ゲート絶縁膜
282,283 ゲート電極
292,293 ドレイン電極
302,303 ソース電極
311 ボディコンタクト電極
350 ボディコンタクト領域
360,361,362 溝
370 SiO2 絶縁層
382,383 チャネル領域
211, 212 N +
Claims (5)
前記半導体基板の一方の表面の所定部位に形成される溝部と、
前記溝部の内面に形成される第1導電型のゲート半導体領域と、該ゲート半導体領域の外側となる前記エピタキシャル領域に形成される第2導電型の埋込チャネル領域と、この埋込チャネル領域の外側に形成される第1導電型のボディ半導体領域と、からなるチャネル領域と、
前記埋込チャネル領域の上側に形成されるソース領域と、
前記ソース領域に形成されるソース電極と、
前記ゲート半導体領域の内側に、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
前記半導体基板の他方の表面に形成されるドレイン電極と、
を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 A semiconductor substrate configured by stacking an epitaxial region of the wide band gap semiconductor on a wide band gap semiconductor substrate having a wider band gap than silicon; and
A groove formed in a predetermined portion of one surface of the semiconductor substrate;
A first conductivity type gate semiconductor region formed on the inner surface of the groove, a second conductivity type buried channel region formed in the epitaxial region outside the gate semiconductor region, and the buried channel region; A channel region composed of a body semiconductor region of a first conductivity type formed on the outside;
A source region formed above the buried channel region;
A source electrode formed in the source region;
A gate electrode formed inside the gate semiconductor region via a gate insulating film;
A drain electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate;
A field effect transistor comprising:
前記半導体基板の一方の表面の所定部位に形成される溝部と、
前記溝部の内面に形成される第1導電型のゲート半導体領域と、該ゲート半導体領域の外側となる前記エピタキシャル領域に形成される第2導電型の埋込チャネル領域と、からなるチャネル領域と、
前記埋込チャネル領域の上側に形成されるソース領域と、
前記ソース領域に形成されるソース電極と、
前記ゲート半導体領域の内側に、ゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極と、
前記半導体基板の他方の表面に形成されるドレイン電極と、
を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 A semiconductor substrate configured by stacking an epitaxial region of the wide band gap semiconductor on a wide band gap semiconductor substrate having a wider band gap than silicon; and
A groove formed in a predetermined portion of one surface of the semiconductor substrate;
A channel region composed of a first conductivity type gate semiconductor region formed on the inner surface of the groove, and a second conductivity type buried channel region formed in the epitaxial region outside the gate semiconductor region;
A source region formed above the buried channel region;
A source electrode formed in the source region;
A gate electrode formed inside the gate semiconductor region via a gate insulating film;
A drain electrode formed on the other surface of the semiconductor substrate;
A field effect transistor comprising:
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