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公開番号2022069302
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-11
出願番号2020178409
出願日2020-10-23
発明の名称半導体装置
出願人株式会社FLOSFIA
代理人
主分類H01L 29/872 20060101AFI20220428BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】特にパワーデバイスに有用な、耐圧向上しつつ電極の密着性が改善された半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体層と、該半導体層上に配置されている電極層とを備え、前記電極層が、第1の電極層と、第1の電極層上に配置されている第2の電極層とを少なくとも含む半導体装置であって、前記第2の電極層の外端部が前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置しており、前記半導体層が、前記半導体層とは電気抵抗率が異なる電界緩和領域を有し、且つ、前記電界緩和領域が、前記第2の電極層のうち前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置する部分の少なくとも一部と平面視で重なっている半導体装置。
【選択図】図1


特許請求の範囲【請求項1】
半導体層と、該半導体層上に配置されている電極層とを備え、前記電極層が、第1の電極層と、該第1の電極層上に配置されている第2の電極層とを少なくとも含む半導体装置であって、
前記第2の電極層の外端部が前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置しており、前記半導体層が、前記半導体層とは電気抵抗率が異なる電界緩和領域を有し、且つ、前記電界緩和領域が、前記第2の電極層のうち前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置する部分の少なくとも一部と平面視で重なっていることを特徴とする半導体装置。
続きを表示(約 650 文字)【請求項2】
前記半導体層が、結晶性酸化物半導体を主成分として含む請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記結晶性酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含む請求項2記載の半導体装置。
【請求項4】
前記結晶性酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む請求項2または3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造またはβガリア構造を有する請求項2~4のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1の電極層の仕事関数が、前記第2の電極層の仕事関数よりも大きい請求項1~5のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項7】
前記電界緩和領域と、前記第2の電極層の外端部とが平面視で重なっている請求項1~6のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項8】
前記半導体層が、前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置する前記半導体層表面の少なくとも一部に凹凸部を有している請求項1~7のいずれかに記載の半導体装装置。
【請求項9】
前記半導体層が、前記第2の電極層の外端部に位置する前記半導体層表面の少なくとも一部に凹凸部を有している請求項1~8のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項10】
前記凹凸部がトレンチを含む、請求項8または9記載の半導体装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、パワーデバイス等として有用な半導体装置に関する。
続きを表示(約 4,400 文字)【背景技術】
【0002】
酸化ガリウム(Ga



)は、室温において4.8-5.3eVという広いバンドギャップを持ち、可視光及び紫外光をほとんど吸収しない透明半導体である。そのため、特に、深紫外光線領域で動作する光・電子デバイスや透明エレクトロニクスにおいて使用するための有望な材料であり、近年においては、酸化ガリウム(Ga



)を基にした、光検知器、発光ダイオード(LED)及びトランジスタの開発が行われている(非特許文献1参照)。当該酸化ガリウムは特許文献4によると、インジウムやアルミニウムをそれぞれ、あるいは組み合わせて混晶とすることによりバンドギャップ制御することが可能であり、InAlGaO系半導体として極めて魅力的な材料系統を構成している。ここでInAlGaO系半導体とはIn

Al

Ga



(0≦X≦2、0≦Y≦2、0≦Z≦2、X+Y+Z=1.5~2.5)を示し、酸化ガリウムを内包する同一材料系統として俯瞰することができる。
【0003】
また、酸化ガリウム(Ga



)には、α、β、γ、σ、εの5つの結晶構造が存在し、一般的に最も安定な構造は、β-Ga



である。しかしながら、β-Ga



はβガリア構造であるので、一般に電子材料等で利用する結晶系とは異なり、半導体装置への利用は必ずしも好適ではない。また、β-Ga



薄膜の成長は高い基板温度や高い真空度を必要とするので、製造コストも増大するといった問題もある。また、非特許文献2にも記載されているように、β-Ga



では、高濃度(例えば1×10
19
/cm

以上)のドーパント(Si)でさえも、イオン注入後、800℃~1100℃の高温にてアニール処理を施さなければドナーとして使えなかった。
一方、α-Ga



は、既に汎用されているサファイア基板と同じ結晶構造を有するため、光・電子デバイスへの利用には好適であり、さらに、β-Ga



よりも広いバンドギャップをもつため、パワーデバイスに特に有用であり、そのため、α-Ga



を半導体として用いた半導体装置が待ち望まれている状況である。
【0004】
特許文献1および2には、β-Ga



を半導体として用い、これに適合したオーミック特性が得られる電極として、Ti層およびAu層からなる2層、Ti層、Al層およびAu層からなる3層、またはTi層、Al層、Ni層およびAu層からなる4層を用いた半導体装置が記載されている。
また、特許文献3には、β-Ga



を半導体として用い、これに適合したショットキー特性が得られる電極として、Au、Pt、あるいはNiおよびAuの積層体のいずれかを用いた半導体装置が記載されている。
しかしながら、特許文献1~3の記載の電極を、α-Ga



を半導体として用いた半導体装置に適用した場合、ショットキー電極やオーミック電極として機能しなかったり、金属電極が半導体膜から剥離することにより、半導体特性が損なわれたりするなどの問題があった。さらに、特許文献1~3に記載の電極構成は、電極端部付近からリーク電流が発生したり、実装時等に電極端部から剥離が生じたりしてしまうなど、半導体装置として実用上満足できるようなものを得ることができていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2005-260101号公報
特開2009-81468号公報
特開2013-12760号公報
国際公開第2014/050793号
【非特許文献】
【0006】
Jun Liang Zhao et al, “UV and Visible Electroluminescence From a Sn:Ga2O3/n+-Si Heterojunction by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition”,IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 58, NO.5 MAY 2011
Kohei Sasaki et al, “Si-Ion Implantation Doping in β-Ga2O3 an d Its Application to Fabrication of Low-Resistance Ohmic Contacts”, Applied Physics Express 6 (2013) 086502
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、逆方向耐圧を向上しつつ電極の密着性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、半導体層と、該半導体層上に配置されている電極層とを備え、前記電極層が、第1の電極層と、第1の電極層上に配置されている第2の電極層とを少なくとも含む半導体装置であって、
前記第2の電極層の外端部が前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置しており、前記半導体層が、前記半導体層とは電気抵抗率が異なる電界緩和領域を有し、且つ、前記電界緩和領域が、前記第2の電極層のうち前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置する部分の少なくとも一部と平面視で重なっている半導体装置が、逆方向耐圧を向上させつつ、電極の密着性を向上させることができ、実装性に優れたものであることものであることを見出し、このようにして得られた半導体装置が、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 半導体層と、該半導体層上に配置されている電極層とを備え、前記電極層が、第1の電極層と、該第1の電極層上に配置されている第2の電極層とを少なくとも含む半導体装置であって、
前記第2の電極層の外端部が前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置しており、前記半導体層が、前記半導体層とは電気抵抗率が異なる電界緩和領域を有し、且つ、前記電界緩和領域が、前記第2の電極層のうち前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置する部分の少なくとも一部と平面視で重なっていることを特徴とする半導体装置。
[2] 前記半導体層が、結晶性酸化物半導体を主成分として含む前記[1]記載の半導体装置。
[3] 前記結晶性酸化物半導体が、アルミニウム、インジウムおよびガリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含む前記[2]記載の半導体装置。
[4] 前記結晶性酸化物半導体が、少なくともガリウムを含む前記[2]または[3]に記載の半導体装置。
[5] 前記結晶性酸化物半導体が、コランダム構造またはβガリア構造を有する前記[2]~[4]のいずれかに記載の半導体装置。
[6] 前記第1の電極層の仕事関数が、前記第2の電極層の仕事関数よりも大きい前記[1]~[5]のいずれかに記載の半導体装置。
[7] 前記電界緩和領域と、前記第2の電極層の外端部とが平面視で重なっている前記[1]~[6]のいずれかに記載の半導体装置。
[8] 前記半導体層が、前記第1の電極層の外端部よりも外側に位置する前記半導体層表面の少なくとも一部に凹凸部を有している前記[1]~[7]のいずれかに記載の半導体装装置。
[9] 前記半導体層が、前記第2の電極層の外端部に位置する前記半導体層表面の少なくとも一部に凹凸部を有している前記[1]~[8]のいずれかに記載の半導体装置。
[10] 前記凹凸部がトレンチを含む、前記[8]または[9]記載の半導体装置。
[11] 前記第2の電極層の外端部と前記半導体層との界面を覆うパッシベーション膜をさらに有する前記[1]~[10]のいずれかに記載の半導体装置。
[12] 前記半導体層と前記電極層との間に絶縁体層が設けられている前記[1]~[8]のいずれかに記載の半導体装置。
[13] 前記電界緩和領域の少なくとも一部が、前記絶縁体層の内端部と平面視で重なっている前記[12]記載の半導体装置。
[14] 前記第2の電極層と前記絶縁体層とが接触する界面において、前記絶縁体層が凹凸部を有している前記[12]または[13]に記載の半導体装置。
[15] 前記絶縁体層の前記凹凸部がトレンチを含む、前記[14]記載の半導体装置。
[16] 前記電界緩和領域が、前記トレンチと平面視で重なる部分を有する前記[15]記載の半導体装置。
[17] 前記第2の電極層の外端部と前記絶縁体層との界面を覆うパッシベーション膜をさらに有する前記[12]~[16]のいずれかに記載の半導体装置。
[18] ダイオードまたはトランジスタである前記[1]~[17]のいずれかに記載の半導体装置。
[19] パワーデバイスである前記[1]~[18]のいずかに記載の半導体装置。
[20] 前記[1]~[19]のいずれかに記載の半導体装置を用いた電力変換装置。
[21] 前記[1]~[19]のいずれかに記載の半導体装置を用いた制御システム。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、半導体装置の逆方向耐圧を向上しつつ、電極の密着性を優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
(【0011】以降は省略されています)

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