【手続補正書】
【提出日】平成16年6月30日(2004.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
図７（Ａ）に示す如く、エピタキシャル層５２の表面領域のなかでトレンチ５７に囲まれた領域がチャネル領域５８であり、矢印Ｈをチャネル厚み、矢印Ｌをチャネル長とする。また、ドレイン取り出し領域として用いるＮ＋型の基板５１の裏面には、例えば、Ａｌ層６０がオーミックコンタクトしており、このＡｌ層６０を介してドレイン電極Ｄが形成されている。一方、エピタキシャル層５２表面にはＡｌ層６１がソース領域５４と固定電位絶縁電極５５にオーミックコンタクトし、固定電位絶縁電極５５の電位はソース電極Ｓの電位に固定されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
次に、半導体素子のＯＦＦ時からＯＮ時へと転じる状態について説明する。先ず、ゲート電極Ｇに接地状態から正の電圧を印加する。このとき、ゲート領域５９からは自由キャリア（正孔）が導入されるが、上述の如く、自由キャリア（正孔）はイオン化アクセプタにひかれて絶縁膜５６界面に流れ込む。そして、チャネル領域５８の絶縁膜５６界面に自由キャリア（正孔）が充填されることで、Ｐ＋型のポリシリコン領域内のイオン化アクセプタと自由キャリア（正孔）のみで対となり電界を形成する。そのことで、チャネル領域５８での絶縁膜５６と最も遠い領域、つまり、チャネル領域５８中央領域から、自由キャリア（電子）が存在するようになり、中性領域が出現する。その結果、チャネル領域５８の空乏層が減退し、中央領域からチャネルが開き、ソース領域５４からドレイン領域５３へ自由キャリア（電子）が移動し、主電流が流れる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
つまり、自由キャリア（正孔）は、トレンチ５７壁面を通路として瞬時に行き渡り、固定電位絶縁電極５５からチャネル領域５８へと広がる空乏層は後退し、チャネルが開くのである。更に、ゲート電極Ｇに所定値以上の電圧が印加されると、ゲート領域５９とチャネル領域５８ならびにドレイン領域５３の形成するＰＮ接合が順バイアスとなる。そして、自由キャリア（正孔）がチャネル領域５８ならびにドレイン領域５３に直接注入される。その結果、チャネル領域５８ならびにドレイン領域５３に自由キャリア（正孔）が多く分布することで伝導度変調が起こり、主電流は低いオン抵抗で流れるようになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来における半導体装置では、ゲート領域５９から自由キャリア（正孔）を流入および流出を行うことで従来の半導体装置を動作させており、電流駆動型の半導体装置であった。しかしながら、電流駆動型の半導体装置の場合、駆動回路での電力損失等が困難である等の問題により駆動が困難であるため、今日の半導体市場では、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電圧駆動型の半導体装置が求められていた。そのため、従来での半導体装置は低電圧駆動、低ＯＮ抵抗等のメリットはあるが、電流駆動であるため、顧客の要請を満足し難いという問題があった。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の半導体装置では、好適には、前記ＯＮ動作は前記ゲート電極に正電圧を印加し、且つ前記可変電位絶縁電極周囲に形成される前記絶縁膜と隣接する前記チャネルに一導電型の導通路を形成することを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
しかしながら、上述の如く、ソース領域４及びチャネル領域８から成るＮ型領域と可変電位絶縁電極５であるＰ型領域とは、ＯＦＦ状態ではゲート電極Ｇを接地状態としソース電極Ｓと実質同電位にするか、またはゲート電極Ｇをソース電極Ｓに対して負電位としている。そのため、可変電位絶縁電極５周辺のチャネル領域８では、Ｐ＋型のポリシリコンとＮ−型のエピタキシャル層２との仕事関数差により、可変電位絶縁電極５を囲むように空乏層が広がる。つまり、可変電位絶縁電極５を形成するトレンチ７間の幅、つまり、チャネル幅Ｈを調整することで、両側の可変電位絶縁電極５から延びる空乏層によりチャネル領域８は埋め尽くされることとなる。詳細は後述するが、この空乏層で埋め尽くされたチャネル領域８は、擬似的なＰ型領域となっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
ここで、図３を参照とし、特許請求の範囲で記載した擬似的なＰ型領域について以下に説明する。図３（Ａ）はＯＦＦ時のチャネル領域８でのエネルギーバンド図を示しており、図３（Ｂ）はＯＦＦ時のチャネル領域８に形成された空乏層を模式的に表した図である。可変電位絶縁電極５であるＰ＋型のポリシリコン領域とチャネル領域８であるＮ−型のエピタキシャル層２領域とは絶縁膜６を介して対峙している。そして、ゲート電極Ｇを接地状態とすることでソース電極Ｓと実質同電位とし、またはゲート電極Ｇをソース電極Ｓに対して負電位としている。そのことで、トレンチ７周辺部には、両者の仕事関数差により空乏層が形成され、さらに空乏層内にわずかに存在する少数の自由キャリア（正孔）によりＰ型領域となる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
具体的には、Ｐ＋型のポリシリコン領域とＮ−型のエピタキシャル層２領域とを同電位にすると、図３（Ａ）に示す如くエネルギーバンド図が形成される。先ず、Ｐ＋型のポリシリコン領域において、絶縁膜６界面では価電子帯が負の傾斜により形成されており、自由キャリア（正孔）に対しては絶縁膜６の界面はポテンシャルエネルギーが高いことを示している。つまり、Ｐ＋型のポリシリコン領域の自由キャリア（正孔）は絶縁膜６界面に存在することができず、絶縁膜６から離れる方向に追いやられる。その結果、Ｐ＋型のポリシリコン領域の絶縁膜６界面にはイオン化アクセプタから成る負電荷が取り残される状態となる。そして、Ｐ＋型のポリシリコン領域の絶縁膜６界面にイオン化アクセプタから成る負電荷が存在する。そのことで、Ｎ−型のエピタキシャル層２領域では、このイオン化アクセプタから成る負電荷と対となるイオン化ドナーから成る正電荷が必要となる。そのため、チャネル領域８は絶縁膜６界面から空乏層化していくこととなる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
具体的には、図４は電圧−電流特性図であり、本発明である実線で示した伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴ、一点鎖線で示したＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−Ｇａｔｅ−Ｂｉｐｏｌａｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）および二点鎖線で示したＭＯＳＦＥＴについて示す。そして、ＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴは電圧駆動型の半導体素子であり、本発明である伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴは主に電圧駆動型であり、電流駆動型の特性も併せ持つ半導体素子である。例えば、図示の如く、従来での電圧駆動型の半導体素子の場合、使用目的、用途等の問題もあるが一点鎖線と二点鎖線との交点である電圧を基準としていた。ドレイン−ソース間の電圧が０からその交点の示す電圧まではＭＯＳＦＥＴを利用し、その交点の示す電圧以上ではＩＧＢＴを利用していた。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
しかしながら、本発明である伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴは主に電圧駆動型であり、且つ低電圧駆動であることが図示されている。そして、第２の効果で詳細に説明するが、極めてＯＮ時に低抵抗であり、電流駆動型の特性も併せ持つため、低電圧で大電流を得ることができる。例えば、同程度の能力特性を有するＭＯＳＦＥＴと比較すると、ＭＯＳＦＥＴの駆動電圧が１０Ｖ程度であるのに対し、本発明の伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴの駆動電圧は１Ｖ程度である。つまり、本発明では、チャネル領域８を擬似的なＰ型領域あるいはＮ型領域へと変化させることで、低電圧駆動であるという効果を実現できる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
具体的には、図５（Ａ）は図４に実線で表示した伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴの電圧−電流特性を求める実験データであり、図５（Ｂ）は図４に二点鎖線で表示したＭＯＳＦＥＴの電圧−電流特性を求める実験データである。図５（Ａ）に示す如く、伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴでは、１．０Ａの電流が流れる際におおよそ１３７ｍＶのＯＮ電圧を有している。そのため、伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴでのＯＮ動作時の抵抗値は０．１３７Ω程度である。一方、図５（Ｂ）に示す如く、ＭＯＳＦＥＴでは、１．０Ａの電流が流れる際におおよそ８．０９ＶのＯＮ電圧を有している。そのため、ＭＯＳＦＥＴでのＯＮ動作時の抵抗値は８．０９Ω程度である。この実験データからも、本発明の伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴは、ＯＮ時での抵抗が低抵抗であることがわかる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
しかしながら、本発明の半導体素子では、上述したように、Ａｌ層１５を介して可変電位絶縁電極５およびゲート領域９がオーミックコンタクトし、可変電位絶縁電極５はゲート電極Ｇに印加される電圧により電圧が変動する。図２に示すように、ゲート領域９とドレイン領域３とで形成されるＰＮ接合領域と絶縁膜６を介して可変電位絶縁電極５とチャネル領域８とが対峙する領域とは並列回路を成している。つまり、可変電位絶縁電極５には、ある一定値まではゲート電極Ｇに印加される電圧により電圧が印加されるが、ＰＮ接合での順方向バイアス値以上では、その値以上の電圧は印加されないこととなる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
具体的には、図５（Ａ）に示す如く、本発明の伝導度変調型ＭＯＳＦＥＴは、主電流の大きさに関係なく、ある一定値以上の駆動電圧が印加されても流れる主電流の大きさは一定値で上限が設けられていることがわかる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
【発明の効果】
上述したように、第１に、本発明の半導体装置では、ゲート端子を介してゲート電極に正電圧または負電圧（または接地状態）を印加することで、半導体装置のＯＮ動作あるいはＯＦＦ動作を成す。そして、ゲート電極を接続状態、または負電位とすることで、Ｎ型のチャネル領域を擬似的なＰ型領域とすることでＯＦＦ動作を成す。一方、ゲート電極に正電圧を印加することで、チャネル領域を擬似的なＰ型領域からＮ型領域へと戻す。つまり、本発明では、チャネル領域はＯＦＦ時およびＯＮ時直後は擬似的なＰ型領域であるが、その後Ｎ型領域となる。そのことで、Ｎ−型領域のチャネル領域に高濃度のＮ型の導電路を形成し、ソース領域とドレイン領域とを導通させる。その結果、本発明では、低電圧でチャネル領域に導通路を形成できるので、低電圧駆動を実現できる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
第２に、本発明の半導体装置では、可変電位絶縁電極およびゲート領域とは同一のＡｌ層がオーミックコンタクトしているため、可変電位絶縁電極はゲート電極に印加される電圧により電圧が変動する。そして、可変電位絶縁電極周囲を覆おう絶縁膜と隣接するチャネル領域に導通路を形成することで、ソース領域とドレイン領域とを導通させ、ＯＮ動作させる。このとき、ゲート領域から自由キャリア（正孔）をドリフト領域であるドレイン領域に注入し、ドレイン領域で伝導度変調を起こすことに特徴を有する。そのことで、本発明では、ドレイン領域での寄生抵抗を大幅に抑制することができるので、半導体素子全体としてもＯＮ時での低抵抗動作を実現できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
第３に、本発明の半導体装置では、可変電位絶縁電極には、一定値以上の電圧は印加されないことに特徴を有する。つまり、ゲート領域とドレイン領域とで形成されるＰＮ接合領域と、絶縁膜を介して可変電位絶縁電極部とチャネル領域が対峙する領域は並列回路を成している。そして、可変電位絶縁電極に印加される電圧はこのＰＮ接合での順方向バイアスにより制御され、可変電位絶縁電極にはＰＮ接合の順方向バイアス以上は印加されない構造となっている。そのことで、可変電位絶縁電極には一定電圧以上の電圧は印加されず、チャネル領域に形成される導通路幅にも一定の制限がかかる。その結果、導通路を介してソース領域とドレイン領域とを流れる主電流は、一定の電流容量以上流れることはない。そして、本発明の半導体素子では、ヒューズ等の保護回路と併用することなく、突入電流保護機能を実現できる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004022700.tif 000001
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004022700.tif 000002
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004022700.tif 000003
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2004022700.tif 000004
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004022700.tif 000005