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公開番号2024118149
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-30
出願番号2023024413
出願日2023-02-20
発明の名称ワイドバンドギャップ半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240823BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】MOS電界効果トランジスタの特性変動を抑制可能なワイドバンドギャップ半導体装置を提供する。
【解決手段】ワイドバンドギャップ半導体装置は、第1主面と、第1主面の反対側に位置する第2主面とを有し、シリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体層と、ワイドバンドギャップ半導体層に設けられたMOS電界効果トランジスタと、を備える。MOS電界効果トランジスタは、ワイドバンドギャップ半導体層と接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、ワイドバンドギャップ半導体層に設けられた第1導電型のソース領域と、ソース領域と接するソース電極と、を有する。MOS電界効果トランジスタは、ゲート電極とソース電極とが電気的に分離されている第1トランジスタと、ゲート電極とソース電極とが電気的に接続されている第2トランジスタと、を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有し、シリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体層と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられたＭＯＳ電界効果トランジスタと、を備え、
前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、
前記ワイドバンドギャップ半導体層と接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられた第１導電型のソース領域と、
前記ソース領域と接するソース電極と、を有し、
前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、
前記ゲート電極と前記ソース電極とが電気的に分離されている第１トランジスタと、
前記ゲート電極と前記ソース電極とが電気的に接続されている第２トランジスタと、を含む、
ワイドバンドギャップ半導体装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、
前記第２主面側に設けられたドレイン電極と、
前記ソース電極から前記ドレイン電極に向かう方向が順方向となる内蔵ダイオードと、を有し、
前記第２トランジスタの閾値電圧は、前記内蔵ダイオードに電流が流れ始める電圧よりも低い、請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項３】
前記第２トランジスタの閾値電圧は、前記第１トランジスタの閾値電圧よりも低い請求項１又は２に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項４】
前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、
前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられ、前記ゲート絶縁膜と向かい合い、かつ前記ソース領域に隣接する第２導電型のウェル領域と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられ、前記ウェル領域と隣接する第１導電型のドリフト領域と、をさらに有し、
前記ソース電極は前記ウェル領域に電気的に接続しており、
前記内蔵ダイオードは、前記ウェル領域と前記ドリフト領域との接合部に形成される、請求項２に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項５】
前記ウェル領域は、
前記第１トランジスタの前記ゲート絶縁膜と向かい合う第１ウェル領域と、
前記第２トランジスタの前記ゲート絶縁膜と向かい合う第２ウェル領域と、を含み、
前記第２ウェル領域の第２導電型の不純物濃度は、前記第１ウェル領域の第２導電型の不純物濃度よりも低い、請求項４に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項６】
前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、
前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられ、前記ソース電極と前記ウェル領域とに接する第２導電型のコンタクト領域をさらに有し、
前記コンタクト領域の第２導電型の不純物濃度は、前記ウェル領域の第２導電型の不純物濃度よりも高い、請求項４又は５に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第１主面側に設けられ、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの境界部に配置された第２導電型の分離領域をさらに有し、
前記分離領域の第２導電型の不純物濃度は、前記ウェル領域の第２導電型の不純物濃度よりも高い、請求項４又は５に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項８】
前記分離領域と前記ソース電極との間に前記ソース領域は配置されていない、請求項７に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項９】
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第１主面側に設けられ、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの境界部に配置された第２導電型の分離領域をさらに有し、
前記分離領域と前記ソース電極との間に前記ソース領域は配置されていない、請求項４又は５に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。
【請求項１０】
前記ワイドバンドギャップ半導体層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成されている、請求項１、２、４、５のいずれか１項に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ワイドバンドギャップ半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、ショットキーバリアダイオードを内蔵した炭化ケイ素ＭＯＳ電界効果トランジスタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２００７／０９９６８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイドバンドギャップ半導体層に設けられたＰＮ接合ダイオードは、順方向に電流が流れると強く発光する場合がある。この発光により、ＭＯＳ電界効果トランジスタの閾値電圧等の特性が変動する可能性がある。ショットキーバリアダイオードは、発光しないが、リーク電流が大きく熱暴走する可能性がある。本開示は、ＭＯＳ電界効果トランジスタの特性変動を抑制可能なワイドバンドギャップ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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るワイドバンドギャップ半導体装置は、第１主面と、前記第１主面の反対側に位置する第２主面とを有し、シリコンよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体層と、前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられたＭＯＳ電界効果トランジスタと、を備える。前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、前記ワイドバンドギャップ半導体層と接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、前記ワイドバンドギャップ半導体層に設けられた第１導電型のソース領域と、前記ソース領域と接するソース電極と、を有する。前記ＭＯＳ電界効果トランジスタは、前記ゲート電極と前記ソース電極とが電気的に分離されている第１トランジスタと、前記ゲート電極と前記ソース電極とが電気的に接続されている第２トランジスタと、を含む。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一態様によれば、ＭＯＳ電界効果トランジスタの特性変動を抑制可能なワイドバンドギャップ半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す平面図である。
図２は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す断面図である。
図３は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す回路図である。
図４は、本開示の実施形態１に係るＧａＮ半導体装置において、ドレイン電極に対してソース電極に正電圧が印加されたときの電圧電流特性を模式的に示すグラフである。
図５は、本開示の実施形態１の変形例１に係るＧａＮ半導体装置の構成を示す断面図である。
図６は、本開示の実施形態１の変形例２に係るＧａＮ半導体装置の構成を示す断面図である。
図７は、本開示の実施形態２に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す断面図である。
図８は、本開示の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置の構成（構成例１）を示す断面図である。
図９は、本開示の実施形態３に係るＧａＮ半導体装置の構成（構成例２）を示す断面図である。
図１０は、本開示の実施形態４に係るＧａＮ半導体装置の構成例を示す断面図である。
図１１は、本開示の実施形態５に係るＧａＮ半導体装置の構成（構成例１）を示す平面図である。
図１２は、本開示の実施形態５に係るＧａＮ半導体装置の構成（構成例２）を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本開示の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【０００９】
以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに平行な方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向を水平方向ともいう。Ｚ軸方向は、ＧａＮ基板１０の表面１０ａの法線方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【００１０】
以下の説明では、Ｚ軸の矢印方向を「上」と称し、Ｚ軸の矢印の反対方向を「下」と称する場合がある。「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。「上」及び「下」は、領域、層、膜及び基板等における相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、紙面を１８０度回転すれば「上」が「下」に、「下」が「上」になることは勿論である。
（【００１１】以降は省略されています）

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