学理に基づく高品質SiC/酸化膜界面の形成とロバストデバイスへの展開

基于理论和稳健器件开发的高质量 SiC/氧化膜界面的形成

• 批准号: 21H04563
• 负责人: 木本 恒暢
• 金额: $ 27.46万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04563/
• 关键词: 炭化珪素; MOS界面; 酸化膜; MOSFET; チャネル移動度

SiC(炭化珪素)は優れた物性を有する広禁制帯幅半導体であり、現行のSi半導体の材料限界を桁違いに打破する高耐電圧・低損失トランジスタや、厳環境で安定に動作する集積回路を実現できる。本研究では、代表者が提案する独自手法により形成したSiC MOS界面を用いて、高性能トランジスタの実証を目指した。得られた具体的な成果は以下の通りである。(1) SiCの酸化を徹底的に排除して形成した高品質SiC/SiO2界面（MOS界面）の伝導帯端近傍の界面準位密度を独自の容量-電圧(C-V)特性解析法により精密に評価した。この結果、新規手法では、従来技術（熱酸化とNOガス処理）に比べて界面準位密度を1/2～1/5に低減できていることを明らかにした。また、この高品質MOS界面を得るためには、酸化膜形成前に高温（1300℃）での水素ガス処理が有効であることを見出した。(2) 上記の独自手法により形成したゲート酸化膜を有するSiCのnチャネルMOSFET（MOS界面を利用したトランジスタ）を作製し、特性を評価した。作製したMOSFETは良好な特性を示し、従来手法で作製したSiC MOSFETに比べて2倍という高いチャネル移動度（80 cm2/Vs）を得た。また、新規手法で作製したMOSFETのサブスレッショルド特性は非常に急峻であり、MOS界面における低い界面準位密度を反映している。(3) 新規手法により形成した酸化膜（SiO2膜）の絶縁性を評価したところ、酸化膜電界が約5 MV/cmまではほとんどリーク電流が観測されず、11 MV/cm以上という非常に高い絶縁破壊電界を得た。このように、独自手法により形成したSiC MOS構造は非常に高品質であり、将来のSiC MOSデバイスの高性能化に大きく貢献すると考えられる。

SiC(carbon carbide) has excellent physical properties, wide range semiconductor, and the current Si semiconductor material limit, high voltage resistance, low loss, stable operation in the environment. This study aims to demonstrate the unique approach to the formation of SiC MOS interfaces with high performance. Get specific results below. (1)SiC acidification is completely eliminated to form a high-quality SiC/SiO2 interface (MOS interface), and the interface level density near the conduction end is accurately evaluated by a separate capacity-voltage (C-V) characteristic analysis method. As a result, the new method of treatment (thermal acidification and NO treatment) is 1/2~1/5 lower than the standard density of the interface. High temperature (1300℃) water treatment before acid film formation (2)Note that the formation of silicon oxide film has been studied independently. The MOSFET has good characteristics and high mobility (80 cm2/Vs). The MOSFET's interface characteristics are very high, and the MOS interface is low. (3)The new method is to form an acidified film (SiO2 film) and evaluate its insulation. The acidified film has an electrical boundary of about 5 MV/cm. The current measured is above 11 MV/cm. The SiC MOS structure formed by this method is of very high quality and contributes greatly to the high performance of SiC MOS devices in the future.