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公開番号2025044129
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-01
出願番号2024114772
出願日2024-07-18
発明の名称放射線強化半導体パワーデバイス
出願人ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
代理人個人,個人,個人
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250325BHJP()
要約【課題】追加のオン状態抵抗損失を最小化および/または低減する一方、高電圧を阻止する必要性のバランスをとる放射線強化半導体デバイスを提供すること。
【解決手段】半導体デバイスの高濃度にドーピングされた基材と、実質的に均一なドーピング濃度および厚さを有するドリフト層とを含む放射線強化半導体デバイスが提供される。ドリフト層のドーピング濃度および厚さは、半導体デバイスが最高電圧定格で動作するとき、ドリフト層中の電界プロファイルがドリフト層の厚さの80%未満に延在して、デバイスの放射線強化の性質を実現するようなものである。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
高濃度にドーピングされた基材と、
前記高濃度にドーピングされた基材上に配設されるドリフト層であって、ドーピング濃度および厚さを有するドリフト層と、を備え、
前記ドリフト層の前記ドーピング濃度および前記厚さは、半導体デバイスが所定の目標動作電圧で動作するとき、前記ドリフト層中の電界プロファイルが前記ドリフト層の前記厚さの８０％未満に延在するようなものである、半導体デバイス。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記電界プロファイルは実質的に三角形である、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記半導体デバイスが前記所定の目標動作電圧で動作するとき、前記ドリフト層中の前記電界プロファイルが前記ドリフト層の前記厚さの６０％未満に延在する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記半導体デバイスが前記所定の目標動作電圧で動作するとき、前記ドリフト層中の前記電界プロファイルが前記ドリフト層の前記厚さの５０％未満に延在する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記半導体デバイスが前記所定の目標動作電圧で動作するとき、前記ドリフト層中の前記電界プロファイルが前記ドリフト層の前記厚さの３０％未満に延在する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記半導体デバイスが前記所定の目標動作電圧で動作するとき、前記ドリフト層中の前記電界プロファイルが前記ドリフト層の前記厚さの２０％未満に延在する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記半導体デバイスが前記所定の目標動作電圧で動作するとき、前記ドリフト層中の前記電界プロファイルが前記ドリフト層の前記厚さの４５％未満に延在する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記半導体デバイスはユニポーラ放射線強化半導体デバイスである、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記半導体デバイスは炭化ケイ素ダイオードまたは金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記所定の目標動作電圧は１．２ｋＶである、請求項１に記載の半導体デバイス。
（【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、航空宇宙局（ＮＡＳＡ）から授与された政府支援契約第８０ＮＳＳＣ２１Ｋ０７６６号を用いて行われた。政府は、本発明にある種の権利を有する。
続きを表示（約 2,900 文字）【０００２】
これらの教示は、一般的に半導体パワーデバイスに関し、より具体的には、放射線強化半導体パワーデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイスは、様々な用途で使用することができる。炭化ケイ素（ＳｉＣ）パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）などといったこれらの半導体デバイスは、大電力用途などの業務用の利点を提供する。ＳｉＣベースのパワー電子装置の大きいバンドギャップに起因して、これらのデバイスは、これらの用途における放射線の影響に対してより耐性があると考えられる。しかし、ＳｉＣ半導体パワーデバイスは、少なくとも１回のイベントの影響、特に１回のイベントの焼損を受けやすく、放射線への不耐性に起因して高い阻止電圧で故障を起こしやすいことがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
様々なニーズは、特に図と一緒に検討すると、以下の詳細な説明に記載される放射線強化半導体パワーデバイスの提供を通じて、少なくとも部分的に満足される。本記載の態様の十分で実現可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられるが、添付図面を参照して本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
当技術分野で知られている従来型半導体デバイスを図示する図である。
当技術分野で知られている、降伏電圧で動作する従来型半導体デバイスのグラフである。
知られている半導体デバイスのドリフトドーピングの関数としてのドリフト層抵抗のグラフである。
知られている半導体デバイスのドリフトドーピングの関数としてのドリフト層厚さのグラフである。
第１の従来技術の半導体デバイスを図示する図である。
降伏電圧で動作する第１の従来技術の半導体デバイスのグラフである。
第２の従来技術の半導体デバイスを図示する図である。
降伏電圧で動作する第２の従来技術の半導体デバイスのグラフである。
第３の従来技術の半導体デバイスを図示する図である。
一実施形態に従った放射線強化半導体パワーデバイスを図示する図である。
降伏電圧で動作する図５Ａの放射線強化半導体パワーデバイスを描くグラフである。
図５Ａの放射線強化半導体パワーデバイスと比較したときの知られている半導体デバイスのドリフトドーピングの関数としてのドリフト層抵抗を描くグラフである。
図５Ａの放射線強化半導体パワーデバイスと比較したときの知られている半導体デバイスのドリフトドーピングの関数としてのドリフト層厚さを描くグラフである。
一実施形態に従った、放射線強化半導体パワーデバイスを形成する方法を描く図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図中の要素は、簡略および明瞭にするために図示され、必ずしも原寸に比例していない。たとえば、図中の要素の一部の寸法および／または相対的な位置は、本教示の様々な実施形態の理解を改善するのを助けるために、他の要素に対して誇張される場合がある。また、市販の実施形態中で有用または必要な一般的だがよく理解される要素は、本教示のこれらの様々な実施形態の見づらさの少ない図を容易にするために、しばしば描かれていない。ある種の行為および／またはステップは、特定の発生順で記載または描かれる場合がある一方で、当業者なら、そのような順序に関する特殊性が実際には必要ないことを理解されよう。
【０００７】
異なる特定の意味が本明細書で特段に記載されている場合を除いて、本明細書で使用される用語および表現は、上で記載されたような当業者によるそのような用語および表現に従ったような通常の技術的意味を有する。本明細書で使用する「または（ｏｒ）」という言葉は、別段の指示がない限り、接続的な構文ではなくむしろ、離接的な構文を有すると解釈するべきである。「結合した（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「固定した（ｆｉｘｅｄ）」、「取り付けた（ａｔｔａｃｈｅｄｔｏ）」などという用語は、本明細書において別段の指示がない限り、１つまたは複数の中間構成要素または特徴を通した、直接的な結合、固定、または取付けと、間接的な結合、固定、または取付けとの両方のことを言う。
【０００８】
単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈に別途指示がない限り、複数形への言及を含む。
【０００９】
本明細書および請求項を通してここで使用する近似する言葉は、それが関係する基本機能の変化をもたらすことなく、許容範囲で変動できる任意の量的表現を修飾するために適用される。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」、「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などといった用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定するものではない。少なくとも一部の事例では、近似する言葉は、数値を測定するための機器の精度、または、構成要素および／もしくはシステムを構築もしくは製造するための方法もしくは機械の精度に対応することができる。たとえば、近似する言葉は、１０パーセントのマージン内であると言う場合がある。
【００１０】
図１Ａに示されるような従来型半導体デバイス１０は、典型的には、ｐ型層１２、ドリフトまたは空乏層として機能するエピタキシャル層１４、および基材１６を含む。従来型半導体デバイス１０は、エピタキシャル層１４と基材１６との間の接合１８、およびエピタキシャル層１４とｐ型層１２との間の接合１９をやはり含む。従来型半導体デバイス１０は、ソース領域１７およびドレイン領域１５を追加で含むことができる。さらに、従来型半導体デバイス１０は、ゲート誘電体層１３およびゲート電極１１を含むことができる。従来型半導体デバイス１０は、高い阻止電圧を提供することができ、したがって、上で議論したような大電力用途で有用となることができる。しかし、従来型半導体デバイス１０は、放射線への不耐性に起因して高い阻止電圧で故障を起こしやすく、放射線イベントに耐えるのに失敗する可能性がある。当技術分野で知られているように、例示的な放射線イベントは、半導体デバイスがその最高電圧定格近くで動作する間に、重イオン、ベータ線、ガンマ線、または中性子によってたたかれると生じる場合がある。これらのイオンに関連する高エネルギーは、それから半導体デバイスを遮蔽するのが難しく、多くの電子－正孔対が残る。これらの放射線イベントは、１回のイベントの影響および／または１回のイベントの焼損として特徴づけることができる。最終的に、これらの放射線イベントは、いくつかの事例でデバイス故障をもたらす可能性がある。現在の技術はこれに対する解決策を提供するが、そうする際に、下で議論されるようなさらなる課題および難題が生じる。
（【００１１】以降は省略されています）

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