先端ゲートスタックプロセスによる高信頼性ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴの開発

シリコンカーバイド（SiC）は、従来のシリコン半導体に代わるパワーデバイス材料として注目を集めている。近年、SiC基板の製造技術や結晶成長技術が進歩し、SiCショットキーバリアダイオードの実用化が進んでいる。一方、スイッチングデバイスとしては、回路応用の観点から、normally-off特性を有したMOSFETの普及が強く望まれている。しかし、SiC-MOSデバイスでは、絶縁特性、界面電気特性ならびに長期信頼性に優れたゲート絶縁膜の作製技術が確立されていない。従って、物性解析に基づいた新規絶縁膜形成技術や界面特性改善技術の構築が急務となっている。本研究では、SiC-MOSデバイスの高性能化を目的として、平成28年度では以下の研究を実施すると共に、研究成果発表を行った。①熱酸化SiC-MOS界面の発光性構造欠陥をカソードルミネッセンス法によって評価し、界面欠陥は不活性ガスや希釈水素中での1000℃の高温熱処置に対しても安定であるが、高温NO処理で低減可能であることを確認した。②有毒な高温NO処理に代わるSiC-MOS界面窒化手法として超高温窒素（N2）処理を提案し、後熱処理に伴うSiC-MOS界面の追い酸化を抑制しつつ、高濃度の窒素導入が可能であることを示した。さらに、界面電気特性評価から、環境負荷の少ない簡易的な後熱処理工程で、従来のNO窒化と同様の効果が得られることを実証した。③界面窒化を越える特性改善手法として、SiC-MOS界面への微量Ba添加の効果検証を行った。その結果、原子層程度の極微量なBaがSiO2/SiC界面に存在することでSiCの酸化反応が低温条件下でも進行し、同時に界面欠陥が減少することを確認した。また、SiC-MOSFETを試作し高い電界効果移動を確認した。

シリコンカーバイド（SiC）は、従来のシリコン半導体に代わるパワーデバイス材料として注目を集めている。近年、SiC基板の製造技術や結晶成長技術が進歩し、SiCショットキーバリアダイオードの実用化が進んでいる。一方、スイッチングデバイスとしては、回路応用の観点から、normally-off特性を有したMOSFETの普及が強く望まれている。しかし、SiC-MOSデバイスでは、絶縁特性、界面電気特性ならびに長期信頼性に優れたゲート絶縁膜の作製技術が確立されていない。従って、物性解析に基づいた新規絶縁膜形成技術や界面特性改善技術の構築が急務となっている。本研究では、SiC-MOSデバイスの高性能化を目的として、平成28年度では以下の研究を実施すると共に、研究成果発表を行った。①熱酸化SiC-MOS界面の発光性構造欠陥をカソードルミネッセンス法によって評価し、界面欠陥は不活性ガスや希釈水素中での1000℃の高温熱処置に対しても安定であるが、高温NO処理で低減可能であることを確認した。②有毒な高温NO処理に代わるSiC-MOS界面窒化手法として超高温窒素（N2）処理を提案し、後熱処理に伴うSiC-MOS界面の追い酸化を抑制しつつ、高濃度の窒素導入が可能であることを示した。さらに、界面電気特性評価から、環境負荷の少ない簡易的な後熱処理工程で、従来のNO窒化と同様の効果が得られることを実証した。③界面窒化を越える特性改善手法として、SiC-MOS界面への微量Ba添加の効果検証を行った。その結果、原子層程度の極微量なBaがSiO2/SiC界面に存在することでSiCの酸化反応が低温条件下でも進行し、同時に界面欠陥が減少することを確認した。また、SiC-MOSFETを試作し高い電界効果移動を確認した。