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 (carbonized cylindrical) has excellent physical properties, and there are restrictions on wide-width semiconductors and current material limits for Si semiconductors. It is a high-voltage, low-loss, high-voltage, stable, and environmentally friendly integrated circuit. This research is based on the original proposal of the representative, the SiC MOS interface, and the high-performance SiC MOS interface. The specific results obtained are as follows. (1) The acidification of SiC is a thorough elimination of the formation of a high-quality SiC/SiO2 interface (MOS interface), and the interface level density near the conductor terminal is based on a unique capacity-voltage (C-V) characteristic analysis method and a precise evaluation. As a result, the new method and technology (thermal acidification and NO ガス treatment) have reduced the interface density by 1/2 to 1/5 and reduced the densities. The high-quality MOS interface and the high-temperature (1300°C) hydrochloric acid treatment before the acidification film is formed are effective. (2) The above-mentioned original technique is used to form acidified film and there is SiC のn チャネルMO SFET (MOS Interface Utilization System) is manufactured and its characteristics are evaluated. The SiC MOSFET has excellent characteristics and has a high mobility (80 cm2/Vs) that is 2 times higher than that of the SiC MOSFET.また, the new regulation method is used to produce the MOSFET, the characteristics are very sharp, the MOS interface is low, the interface level density is low, and the interface level density is reflected. (3) The new method of forming an acidified film (SiO2 film) has excellent properties, and the electrical boundary of the acidified film is about 5 MV/cm is the best way to measure the electric current, and if it is above 11 MV/cm, it is very high and the electric current is extremely high.このように、Original technique によりformed したSiC MOS structure はVery high quality であり、Future のSiC MOS's high performance has been greatly contributed to the improvement of MOS's performance.