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

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。

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。