高移動度側壁チャネルの活用による高性能・低損失炭化珪素MOSデバイスの作製

利用高迁移率侧壁沟道制造高性能、低损耗碳化硅MOS器件

• 批准号: 10J03889
• 负责人: 南園 悠一郎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J03889/
• 关键词: 炭化ケイ素; 結晶面方位; 金属・酸化膜・半導体; トランジスタ; 電界効果トランジスタ; ガスエッチング; イオン注入; ドライエッチング; 炭化珪素(SiC); MOSFET; 結晶面方立; 窒化アニール

炭化ケイ素を用いた金属―酸化物―半導体電界効果トランジスタ(SiC MOSFET)はSiCのパワーデバイス用半導体材料としての優れた物性とユニポーラデバイスとしての高い周波数応答性から、高耐圧・低損失・高周波数のパワーデバイスとして研究開発が進められてきた。その高性能化への課題として、高いチャネル抵抗がある。酸化膜―半導体界面に多量の欠陥準位が存在し、誘起されたキャリアがトラップされ伝導に寄与できないことが原因である。チャネル抵抗は簡単なMOSFETの電流電圧式ではチャネル移動度に反比例するため、チャネル移動の大小がMOSFETの性能の指標となる。SiC MOSは、酸化膜を形成する結晶面方位によって酸化膜界面の準位密度が異なる事が知られており、(11-20)面、(000-1)面、(03-38)面などが酸化膜の形成条件によっては一般に使われている(0001)面よりも高いチャネル移動度が得られることが報告されている。また、(0001)面では一酸化窒素(NO)や一酸化二窒素(N_2O)などの窒素を含むガスを用いた熱処理によって界面が改善されることが知られているが、(0001)面以外への窒化処理の報告はごく限られている。本研究では、低いチャネル抵抗が報告されている(11-20)面・(000-1)面に対して2種類の窒化処理を行い、その効果を(0001)面と比較した。(0001)・(000-1)・(11-20)面上にSiC MOSFETを作製し、その特性を評価した。(0001)・(000-1)面においてNO処理の方がN_2O処理よりも得られたチャネル移動度が大きく、(0001)面ではN20処理では29cm^2/Vsであったチャネル移動度がNO処理によって37cm^2/Vsまで改善した。窒化処理後の酸化膜厚の増加分とチャネル移動度の関係から、N20の熱分解によって発生した酸素によって窒化処理中も熱酸化が進み、界面が劣化したのではないかと考えられる。(11-20)面ではNO・N_20処理によるチャネル移動度の顕著な差は生じなかった。これは、チャネル移動度に影響する浅い界面準位が窒化処理に影響されないからではないかと考えられる。

Carbonization of ケ alkyl を with た た metal-acidate-semiconductor electrical effect トラ を ジスタ(SiC) MOSFET) は SiC の パ ワ ー デ バ イ ス with semiconductor materials と し て の optimal れ た property と ユ ニ ポ ー ラ デ バ イ ス と し て の high い cycle for 応 a sexual か ら, high resistance to 圧, low loss, high frequency count の パ ワ ー デ バ イ ス と し て research open 発 が into め ら れ て き た. The topics of そ そ high-performance へ <e:1> are と て and high <s:1> チャネ and がある resistance. Acidification membrane - semiconductor interface に の owes abundant 陥 must exist が し, induced さ れ た キ ャ リ ア が ト ラ ッ プ さ れ 伝 guide に send で き な い こ と が reason で あ る. チ ャ ネ ル resistance は Jane 単 な MOSFET の electrical 圧 type で は チ ャ ネ ル mobile degrees に inverse す る た め, チ ャ ネ ル mobile の size が MOSFET の performance indicators と の な る. SiC MOS は, acidification を membrane formation す る crystal surface bearing に よ っ て acidification membrane interface の quasi a density が different な る matter が know ら れ て お り, (11-20) face, (000-1), (03-38) surface な ど が の acidification membrane forming conditions に よ っ て は に commonly make わ れ て い る (0001) surface よ り も high い チ ャ ネ ル が mobile degrees have ら れ る Youdaoplaceholder0 とが report されて されて る る. ま た, (0001) surface で は a (NO) や acidification acidification smothering element 2 smothering element (N_2O) な ど の smothering contains を む ガ ス を with い た hot 処 Richard に よ っ て interface が improve さ れ る こ と が know ら れ て い る が, (0001) surface outside へ の smothering the 処 Richard の report は ご く limit ら れ て い る. This study で は, low い チ ャ ネ ル resistance が report さ れ て い る (11-20), plane (000-1), surface に し seaborne て 2 kinds の smothering 処 principle line を い, そ の unseen fruit を と (0001) face compares し た. (0001), (000-1), (11-20) surface に SiC し the MOSFET を cropping, そ の features を review 価 し た. (0001) (000-1) surface に お い て NO 処 Richard の party が N_2O 処 Richard よ り も have ら れ た チ ャ ネ ル mobile degrees が big き く, (0001) surface で は N20 処 Richard で は 29 cm ^ 2 / Vs で あ っ た チ ャ ネ ル mobile degrees が NO 処 Richard に よ っ て 37 cm ^ 2 / Vs ま で improve し た. Smothering the 処 Richard の after acidification film thickness の raised points と チ ャ ネ ル mobile degrees の masato is か ら, N20 の pyrolysis に よ っ て 発 raw し た acid element に よ っ て smothering the 処 も hot in acidification が into み, interface が degradation し た の で は な い か と exam え ら れ る. (11-20) the で で NO · N_20 is treated with によるチャネ, the motion is 顕 and the な difference is で じな った った った. こ れ は, チ ャ ネ ル mobile degrees に influence す る shallow い interface must a が smothering spheroidized 処 reason に さ れ な い か ら で は な い か と exam え ら れ る.

项目成果

Effects of NO Annealing on 4H-SiC MOSFETs with Deposited and Thermally Grown Oxides Fabricated on Various Crystal Faces

NO 退火对在不同晶面上制造的沉积和热生长氧化物的 4H-SiC MOSFET 的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: Yuichiro Nanen;Jun Suda;Tsunenobu Kimoto
• 通讯作者: Tsunenobu Kimoto

Effects of Nitridation on 4H-SiC MOSFETs Fabricated on Various Crystal Faces

• DOI: 10.1109/ted.2012.2236333
• 发表时间: 2013-03-01
• 期刊: IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
• 影响因子: 3.1
• 作者: Nanen, Yuichiro;Kato, Muneharu;Kimoto, Tsunenobu
• 通讯作者: Kimoto, Tsunenobu

ドライエッチング後の表面処理がSiC/SiO_2界面に与える影響

干法刻蚀后表面处理对SiC/SiO_2界面的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: Y. Nanen;M. Kato;J. Suda;T. Kimoto;南園悠一郎;Yuichiro Nanen;南園悠一郎
• 通讯作者: 南園悠一郎

ダメージ導入プロセスとその後の表面処理がSiC/SiO_2構造に与える影響

损伤引入工艺及后续表面处理对SiC/SiO_2结构的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: Y. Nanen;M. Kato;J. Suda;T. Kimoto;南園悠一郎
• 通讯作者: 南園悠一郎

4H-SiC MOSFETの熱酸化膜と堆積酸化膜に対するNOアニールの効果

NO退火对4H-SiC MOSFET热氧化膜和沉积氧化膜的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: 南園悠一郎;須田淳;木本恒暢
• 通讯作者: 木本恒暢