SiC MOSFETの高移動度動作を可能にする革新的な酸化膜の低温形成技術の開発

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4H-シリコンカーバイド（SiC）を用いた金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）は，電気自動車のインバータなど低損失なパワーデバイスとして期待されている．しかし，既存のプロセスで作製した素子は，酸化物/4H-SiC界面の界面準位密度（Dit）が高いためにチャネル移動度が低く，4H-SiCの持つポテンシャルを十分に発揮できていない．そこで本特別研究員は，酸化アルミニウム（Al2O3）層堆積のための新手法「金属薄膜酸化（MLO）法」を初年度において開発し，Al2O3/4H-SiC界面のDit低減に成功した．本年度においては，本手法を用いてMOSFETを作製し高移動度の実証，および電気伝導機構の解明に取り組んだ．3種類のゲート絶縁膜; (i)熱酸化で形成したSiO2，(ii)従来手法である原子層堆積（ALD）法で作製したAl2O3，(iii)MLO法で作製したAl2O3を用いてカウンタードープ型MOSFETを作製し，特性を評価し比較した．それぞれのMOSFETから得られたピーク電界効果移動度は50，64，80 cm2/Vsであり，Ditの小さいMLO-Al2O3を用いた場合に顕著に高い値であった．電気伝導機構を明らかにすべく，カウンタードープMOSFETの電界効果移動度を決定づけるパラメータである「自由電子移動度」と「自由電子密度増加率」を独立に評価した．その結果，Dit低減の効果は主に自由電子密度増加率の増大に寄与することが明らかになった．また，電界効果移動度に与えるDitの影響はカウンタードープ条件により変化することをシミュレーションにより明らかにし，高い電界効果移動度が得られるドープ条件の設計指針を示した．