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SiC接合型電界効果トランジスタ及びSiC相補型接合型電界効果トランジスタ NEW

国内特許コード P200016878
整理番号 5906
掲載日 2020年5月12日
出願番号 特願2018-036440
公開番号 特開2019-091873
出願日 平成30年3月1日(2018.3.1)
公開日 令和元年6月13日(2019.6.13)
優先権データ
  • 特願2017-221295 (2017.11.16) JP
発明者
  • 木本 恒暢
  • 金子 光顕
  • 中島 誠志
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 SiC接合型電界効果トランジスタ及びSiC相補型接合型電界効果トランジスタ NEW
発明の概要 【課題】広い温度範囲において、安定した動作が可能で、かつ、相補型JFETの作製が容易な、SiC接合型電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】SiC接合型電界効果トランジスタは、SiC基板10の主面に、互いに離間して形成された第1導電型のソース領域11及びドレイン領域12と、ソース領域の下方に形成された第1導電型の埋込チャネル領域13と、SiC基板の主面であって、少なくもソース領域及び埋込チャネル領域を含む領域の両側に形成された一対の第2導電型のゲート領域14a、14bとを備え、埋込チャネル領域とドレイン領域とは、一対のゲート領域より下方に形成された第1導電型の埋込不純物領域15によって接続されている。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

炭素珪素(SiC)は、絶縁破壊電界強度がシリコン(Si)に比べて約10倍高いため、Siの限界を超える高耐圧パワーデバイスが開発されている。

一方、現在の半導体集積回路は、主にシリコン(Si)で作製されているが、産業分野においては、自動車や航空機のエンジン制御、自動車タイヤのモニター、宇宙用エレクトロニクスなど、Siでは実現不可能な200℃以上の高温において動作する集積回路が渇望されている。

SiCは、バンドギャップがSiに比べて約3倍高いため、500℃以上の高温環境下で動作する集積回路が作製可能である。

SiC基板を用いて作製した集積回路として、例えば、非特許文献1には、相補型MOSFETで構成された集積回路が開示されている。また、特許文献1には、nチャネルJFETとpチャネルJFETとを半絶縁性のSiC層で絶縁分離した相補型JFETが開示されている。

産業上の利用分野

本発明は、炭素珪素(SiC)基板を用いて形成されたSiC接合型電界効果トランジスタ(以下、「SiCJFET」という)、及び、このSiC JFETで構成されたnチャネルJFET及びpチャネルJFETを備えたSiC相補型接合型電界効果トランジスタ(以下、「SiC相補型JFET]という)に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
SiC基板の主面に、互いに離間して形成された第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域の下方に形成された第1導電型の埋込チャネル領域と、
前記SiC基板の主面であって、少なくも前記ソース領域及び前記埋込チャネル領域を含む領域の両側に形成された一対の第2導電型のゲート領域と、
を備え、
前記埋込チャネル領域と、前記ドレイン領域とは、前記一対のゲート領域より下方に形成された第1導電型の埋込不純物領域によって接続されている、SiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項2】
前記埋込チャネル領域の不純物濃度は、前記ソース領域及び前記埋込不純物領域の不純物濃度よりも低濃度に設定されている、請求項1に記載のSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項3】
前記SiC接合型電界効果トランジスタは、ノーマリオフ型のトランジスタであって、
前記埋込チャネル領域の不純物濃度をN(cm-3)、前記一対のゲート領域に挟まれた前記埋込チャネル領域の厚さをD(cm)としたとき、N(D/2)<1.5×10
cm-1を満たす、請求項2に記載のSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項4】
前記ソース領域、前記ドレイン領域、前記埋込チャネル領域、前記ゲート領域、及び前記埋込不純物領域は、それぞれ、イオン注入層で構成されている、請求項1に記載のSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項5】
SiC基板に、nチャネル接合型電界効果トランジスタと、pチャネル接合型電界効果トランジスタとが形成されたSiC相補型接合型電界効果トランジスタであって、
前記nチャネル接合型電界効果トランジスタ及びpチャネル接合型電界効果トランジスタは、それぞれ、請求項1~4の何れかに記載のSiC接合型電界効果トランジスタで構成されている、SiC相補型接合型電界効果トランジスタ。

【請求項6】
前記nチャネル接合型電界効果トランジスタにおける前記埋込不純物領域の不純物濃度は、前記pチャネル接合型電界効果トランジスタにおける前記埋込不純物領域の不純物濃度よりも小さく設定されており、
前記nチャネル接合型電界効果トランジスタ及び前記pチャネル接合型電界効果トランジスタの各トランジスにおいて、前記埋込チャネル領域の前記一対のゲート領域が対向する方向と垂直な方向のチャネル幅は、略同じ長さに設定されている、請求項5に記載のSiC相補型接合型電界効果トランジスタ。

【請求項7】
SiC基板の主面に形成された第1導電型のチャネル領域と、
前記SiC基板の主面であって、前記チャネル領域を挟んで、互いに対向して形成された第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、
前記SiC基板の主面であって、前記チャネル領域を挟んで、前記ソース領域及びドレイン領域が対向する方向と垂直な方向に形成された一対の第2導電型のゲート領域と、
を備えたSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項8】
SiC基板に、nチャネル接合型電界効果トランジスタと、pチャネル接合型電界効果トランジスタとが形成されたSiC相補型接合型電界効果トランジスタであって、
前記nチャネル接合型電界効果トランジスタ及びpチャネル接合型電界効果トランジスタは、それぞれ、請求項7に記載のSiC接合型電界効果トランジスタで構成されている、SiC相補型接合型電界効果トランジスタ。

【請求項9】
前記nチャネル接合型電界効果トランジスタにおける前記チャネル領域の深さ方向におけるチャネル幅は、前記pチャネル接合型電界効果トランジスタにおける前記チャネル領域の深さ方向におけるチャネル幅よりも短く設定されている、請求項8に記載のSiC相補型接合型電界効果トランジスタ。

【請求項10】
SiC基板の主面に、互いに離間して形成された第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域の下方に形成された第1導電型の埋込チャネル領域と、
前記SiC基板の主面であって、少なくも前記ソース領域及び前記埋込チャネル領域を含む領域の片側に形成された第2導電型のゲート領域と、
を備え、
前記埋込チャネル領域と、前記ドレイン領域とは、前記ゲート領域より下方に形成された第1導電型の埋込不純物領域によって接続されている、SiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項11】
SiC基板の主面に形成された第1導電型のチャネル領域と、
前記SiC基板の主面であって、前記チャネル領域を挟んで、互いに対向して形成された第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、
前記SiC基板の主面であって、前記チャネル領域の片側に、前記ソース領域及びドレイン領域が対向する方向と垂直な方向に形成された第2導電型のゲート領域と、
を備えたSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項12】
SiC基板の主面に形成された第1導電型のチャネル領域と、
前記SiC基板の主面であって、前記チャネル領域を挟んで、互いに対向して形成された第1導電型のソース領域及びドレイン領域と、
前記SiC基板の主面であって、前記ソース領域及びドレイン領域が対向する方向と垂直な方向に形成された一対の第2導電型のゲート領域と、
を備え、
前記一対のゲート領域は、それぞれ、対向する側の端部が、平面視において、前記チャネル領域と重なって形成されている、SiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項13】
前記一対のゲート領域の深さは、前記チャネル領域の深さよりも深い、請求項12に記載のSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項14】
前記SiC基板の主面であって、前記ソース領域、ドレイン領域、及び前記チャネル領域を取り囲むように、第2導電型のゲートアクセス領域がリング状に形成されており、
前記一対のゲート領域は、それぞれ、前記ゲートアクセス領域と接続されている、請求項12に記載のSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項15】
前記SiC基板の主面であって、前記一対のゲート領域との間に、平面視において、前記チャネル領域と重なる複数のゲート領域が、等間隔に形成されている、請求項12に記載のSiC接合型電界効果トランジスタ。

【請求項16】
SiC基板に、nチャネル接合型電界効果トランジスタと、pチャネル接合型電界効果トランジスタとが形成されたSiC相補型接合型電界効果トランジスタであって、
前記nチャネル接合型電界効果トランジスタ及びpチャネル接合型電界効果トランジスタは、それぞれ、請求項12~15の何れかに記載のSiC接合型電界効果トランジスタで構成されている、SiC相補型接合型電界効果トランジスタ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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