2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research on Silicon Carbide Harsh Environment Electronics
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17H03253
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
黒木 伸一郎 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 教授 (70400281)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大島 武 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (50354949)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 極限環境エレクトロニクス / シリコンカーバイド / CMOS集積回路 / MOSFET / 耐放射線 / 耐高温動作 / 廃炉技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高周波駆動：＞100 MHz、耐放射線性（ガンマ線）：＞ 2 MGy (200 Mrad)をもつ4H-SiC 集積回路のためのMOSFETsの実現を目指している。この動作に必要なデバイス・プロセス・材料研究を行い、順次4H-SiC回路として実現する。4H-SiC MOSFETsの100 MHzの高周波動作を実現するためには3つの要素を同時に達成しなくてはならない：１．セルフアライン・プロセスによるゲート-ソース、ゲート-ドレイン間の寄生容量低減、２．4H-SiC MOSFETsの短チャネル化（サブミクロン・ デバイス化）、３．反転層キャリア移動度の向上。またCMOS集積回路のために、これらの要素をnMOSFETsとpMOSFETsの両方で実現する必要がある。 これらに対応して、2018年度は、主に次の研究を推進した。高周波動作を実現するための、セルフアライン・プロセス埋め込みゲート構造によるセルフアラインMOSFETsをnMOSFETsとpMOSFETsの両方で実現し、また更なる短チャネル化とチャネル・エクステンション構造による短チャネル効果抑制を行った. セルフアライン・プロセス埋め込みゲート構造では、4H-SiC pMOSFETsの寄生容量の従来の1/10まで低減することに成功した。しかし提案するセルフアライン・プロセス埋め込みゲート構造ではトランジスタのしきい値電圧が理論式から大きくずれることが判明した。これはソース・ドレイン領域への不純物イオン注入プロセスにおいて、チャネリング現象が発生していることが原因と分かった。ラザフォード後方散乱実験（RBS)を行い、4H-SiC結晶基板でのチャネリング現象を明らかにし、この結果を用いることで、イオン注入プロセスにおける基板表面での不純物分布の高精度制御に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
セルフアライン・プロセス埋め込みゲート構造によるセルフアラインMOSFETsの有効性を、nMOSFETsとpMOSFETsの両方で示した。イオン注入プロセスでの不純物分布の高精度制御を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
埋込ゲート構造によるセルフアライン4H-SiC MOSFETsに、界面制御した酸化膜を導入することで、セルフアライン・プロセスで、短チャネル、高移動度をもつデバイスを実現し、100 MHz以上の高周波駆動を目指す。昨年度に引き続き、(1) 高周波動作を実現するための、セルフアライン・プロセス埋め込みゲート構造によ るセルフアラインMOSFETs、および短チャネル化とチャネル・エクステンション構造による短チャネル効果抑制、(2) チャネル移動度向上の研究として異種元素導入によるゲート絶縁膜/SiC界面制御、の研究を進める。特にこれらを組み合わせて短チャネル化とゲート絶縁膜/SiC界面制御による電流駆動能力の向上を行う。 4H-SiC nMOSFETsと4H-SiC pMOSFETsを同一基板上に作製しデバイスのCMOS化を進める。高周波駆動評価のために、論理インバータを多段で組んだリングオシレータ 回路を作製し、評価を行う。セルフアライン4H-SiC MOSFETsへのCo60ガンマ線照射実験は、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構（量研機構）量子ビーム 科学研究部門 高崎量子応用研究所のCo60ガンマ線照射施設を用いて行う。また極高温動作実験を実施する。
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Research Products
(22 results)
