点欠陥・界面準位の低減による超高性能炭化珪素バイポーラトランジスタの実現

通过减少点缺陷和界面态实现超高性能碳化硅双极晶体管

• 批准号: 13J06044
• 负责人: 奥田 貴史
• 金额: $ 1.73万
• 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: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J06044/
• 关键词: 炭化珪素（SiC）; バイポーラトランジスタ; キャリア寿命; 表面パッシベーション; 点欠陥; デバイス評価; 伝導度変調; 電流増幅率; 炭化ケイ素; DLTS法; 熱酸化; 水素熱処理; 炭化珪素(SiC); p型SiCエピタキシャル層; 水素パッシベーション; 熱的安定性; バイポーラデバイス

本年度は、4H-SiCの表面再結合速度の低減を目指し、キャリア寿命を測定することで表面再結合の影響を調べた。露出したSiCの表面再結合速度は1000-5000 cm/sと非常に高く、キャリア寿命を大きく制限している。本研究ではn型基板上に成長させた4H-SiCエピタキシャル層を用い、表面パッシベーション膜としてSiO2を堆積させた。その後、オキシ塩化リン（POCl3）雰囲気下で1000℃ 10分間の熱処理、続けて窒素雰囲気下で1000℃ 30分間の熱処理を行った。その結果、測定されたキャリア寿命は3 usに向上し、エピ層のバルク寿命とほぼ一致する値となった。すなわち、表面再結合速度が十分に低減されたことを示している。数値解析により見積もった表面再結合速度はおよそ100-500 cm/s程度であり、大幅な表面再結合速度の低減に成功した。さらに、様々な温度（800-1100℃）でPOCl3熱処理を行い、キャリア寿命の変化とともにSiO2/SiCの界面準位について調べた。その結果、キャリア寿命の向上と界面準位の低減に明瞭な相関を確認し、界面準位低減によって表面再結合を抑制できていることが分かった。次に、デバイス作製プロセスにおける点欠陥の生成について調べた。BJTの作製には反応性イオンエッチング（RIE）を用いるが、エッチングされた面に多量の点欠陥が発生することを本年度明らかにした。加速されたイオンがボンバードメントを起こし、点欠陥が生成したと考えている。同時に、これらを低減する手法として、熱酸化（1150℃）にくわえて高温Ar熱処理（1550℃）を行い、生成した点欠陥を大幅に減少できることを見出した。この知見を活かし、点欠陥低減プロセスを実際にBJTの作製へ適用し、リーク電流の少ないBJTの作製に成功した。

は this year, 4 h - SiC の low surface recombination velocity の を reduction refers し, キ ャ リ ア life を determination す る こ と で surface recombination の influence を adjustable べ た. Show し た SiC の surface recombination velocity は 1000-5000 - cm/s と に く, very high キ ャ リ ア life を big き limitations く し て い る. This study で は n-type substrate に growth さ せ た 4 h - SiC エ ピ タ キ シ ャ ル を い, surface layer パ ッ シ ベ ー シ ョ ン membrane と し て SiO2 を accumulation さ せ た. , after そ の オ キ シ salt chemical リ ン (POCl3) 雰 囲 気 で under 1000 ℃ by 10 hot 処 の, 続 け て smothering element 雰 囲 気 で under 1000 ℃ for 30 points hot line 処 reason を っ の た. そ の result, determining さ れ た キ ャ リ ア life は 3 us に し upward, エ ピ layer の バ ル ク life と ほ ぼ consistent す る numerical と な っ た. Youdaoplaceholder0, the surface rebonding speed が is very に and very low, された る とを, which shows て て る る. The numerical analytical に よ り see product も っ た surface recombination velocity は お よ そ degree of 100-500 - cm/s で あ り, sharp な low surface recombination velocity の し successfully losing に た. さ ら に, others 々 な temperature (800-1100 ℃) で POCl3 hot line を い 処 and キ ャ リ ア の life - the と と も に SiO2 / SiC の interface must a に つ い て adjustable べ た. そ の results, キ ャ リ ア life の と interface must up a の low cut に clear な phase masato を confirm し, interface must a low cut に よ っ て surface recombination を inhibit で き て い る こ と が points か っ た. The に and デバ ス ス are used to create プロセスにおける points that are short of 陥 陥 to generate the に に て て て べた べた べた べた べた べた べた. The BJT の cropping に は anti 応 sex イ オ ン エ ッ チ ン グ (RIE) を い る が, エ ッ チ ン グ さ れ た surface に quantity の more owe 陥 が 発 raw す る こ と を Ming this year ら か に し た. Accelerate さ れ た イ オ ン が ボ ン バ ー ド メ ン ト を up こ し, owe 陥 が generated し た と exam え て い る. に, at the same time こ れ ら を low cut す る gimmick と し て, acidification of the heat (1150 ℃) に く わ え て high-temperature Ar heat (1550 ℃) line を い 処 and generate し た point owe 陥 を に substantially reduce で き る こ と を shows し た. こ の knowledge を live か し, low point owe 陥 reduction プ ロ セ ス を be interstate に BJT の cropping へ し, リ ー ク less current の な い BJT の cropping に successful し た.

项目成果

Temperature Dependence of Hall Scattering Factor in p-Type 4H-SiC with Various Doping Concentrations

不同掺杂浓度的 p 型 4H-SiC 中霍尔散射因子的温度依赖性

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Asada;T. Okuda;T. Kimoto;and J. Suda
• 通讯作者: and J. Suda

Improvement of Carrier Lifetimes in Lightly-Doped p-Type 4H-SiC Epitaxial Layers by Combination of Thermal Oxidation and Hydrogen Passivation

通过热氧化和氢钝化相结合提高轻掺杂 p 型 4H-SiC 外延层中的载流子寿命

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Okuda;T. Miyazawa;H. Tsuchida;T. Kimoto;and J. Suda
• 通讯作者: and J. Suda

ESR study on Hydrogen Passivation of Intrinsic Defects in P-type and Semi-insulating 4H-SiC

P型半绝缘4H-SiC本征缺陷氢钝化的ESR研究

• 发表时间: 2015
• 作者: K. Murakami;S. Tanai;T. Okuda;J. Suda;T. Kimoto;and T. Umeda
• 通讯作者: and T. Umeda

Improvement of Carrier Lifetimes in Highly Al-Doped p-Type 4H-SiC Epitaxial Layers by Hydrogen Passivation

• DOI: 10.7567/apex.6.121301
• 发表时间: 2013-11
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: T. Okuda;T. Kimoto;J. Suda

Cause for the Mobility Drop in SiC MOSFETs with Heavily-Doped p-Bodies

具有重掺杂 p 体的 SiC MOSFET 迁移率下降的原因

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Kobayashi;S. Nakazawa;T. Okuda;J. Suda;and T. Kimoto
• 通讯作者: and T. Kimoto