2017 Fiscal Year Annual Research Report
Quasi-quantitative characterization of defect density in SiC substrate after thermal oxidation by photo-assited capacitance measurement
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16K14227
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
喜多 浩之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00343145)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 / 表面・界面物性 / 半導体物性 / 電子デバイス・機器 / 光照射 / 炭化ケイ素 / 界面準位密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ワイドギャップ半導体のMOS界面近傍の酸化膜中に存在する欠陥準位は捕獲及び放出の時定数が長いため，通常のゲート電圧の掃引を用いた評価手法では見落とされ易い。このような準位へ捕獲された電荷を一旦放出させる方法として，反転側のゲートバイアスを印加したままでバンドギャップを超えるエネルギーとなる波長の光照射を行って少数キャリアを導入することが有効である。この効果を利用して，4H-SiCのMOSキャパシタに反転側バイアス下で365nmの単色光の照射を行い，光遮断後に蓄積側へとゲートバイアスを掃引した後に再び反転側へと戻し，この間のキャパシタンス特性（C-V特性）のヒステリシスに注目した。フラットバンド状態付近では多数キャリアの蓄積が始まっており，ここで観察されるヒステリシス幅は遅い準位の総量と相関すると考えられ，それらの総量を半定量的に計測できる。実際にこの手法を用いることによって，4H-SiCのMOSキャパシタのドライ酸化と水蒸気酸化では遅い準位の総量に大きな違いがあり，ドライ酸化後に水蒸気中のアニールを加えるだけで劇的に準位密度が減少することが見出された。また，NOアニールにより窒素パッシベーションを行った界面でも捕獲準位が低減するが，さらに水蒸気アニールも追加して適用することでこれらの準位を最小化できることも実証した。
照射光をバンドギャップよりも小さなエネルギーに変えて上記の測定を行うと，そのエネルギーより浅いエネルギー深さの準位にからの電荷の放出が生じる。このエネルギー依存性から捕獲準位密度を推定した。反転状態を生じていないため，この波長域に敏感に応答するのはミッドギャップ近傍の準位である。この手法を4H-SiCのMOSキャパシタに適用することにより，ミッドギャップ近傍の欠陥準位密度の低減がドライ酸化の場合よりも水蒸気酸化によって顕著に生じることが判明した。
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