2017 Fiscal Year Research-status Report
過酷環境で動作する窒化物半導体集積エレクトロニクスの検討
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17K06383
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
岡田 浩 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30324495)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 集積回路 / イオン注入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化学的・機械的に安定な性質を有する GaN などの窒化物半導体は、過酷な環境で動作する半導体デバイス材料として有望である。 窒化物半導体のセンサやトランジスタを GaN 基板上にモノリシックに集積する技術が確立されれば、過酷環境でのセンシング技術に大きな貢献が期待できるが、集積回路技術の具体的な検討が不十分であった。本研究では窒化物半導体上の集積回路に向けたプロセスの検討を行った。
研究の初年度では、まず１点目として、ポリシリコンゲート形成技術の検討を行なった。化学気相堆積法(CVD法)によるポリシリコン堆積と、ドライエッチング技術を適用し、窒化物電界効果トランジスタ(FET)および金属/酸化物/半導体ダイオード(MOSダイオード)を作製した。ポリシリコンの導電性評価や、FETの電流ー電圧特性評価から、窒化物半導体集積回路技術に適用可能であることを実証した。
さらに、２点目の検討としてGaNへのイオン注入技術によるFETのしきい値制御の検討を行なった。ドナー型不純物であるSiをイオン注入時の注入量を変化させて添加したMOSダイオードの容量－電圧特性を評価し、その解析から見積もった不純物濃度が系統的に変化し、集積回路作製に有望であることを見出した。注入量に対する活性化率は、注入量の関数となっている可能性があり、イオン注入ダメージや、注入後の熱処理の影響が考えられ、詳細な検討を進める上での指針を得ることができた。
３点目の検討として、表面波プラズマを用いた原子支援化学気相堆積法による絶縁膜堆積技術を検討し、基本条件検討として、シリコン上に形成したSiO2のMOSダイオード構造において、10の10乗(1/cm2/eV)台の低い界面準位密度を持つ良好な界面が得られることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度に計画していたイオン注入条件の検討や、ポリシリコン形成やイオン注入、原子支援気相堆積による絶縁膜形成の検討などを進めており、計画に沿った検討を行えている。これらの検討に用いる窒化物半導体基板は外部から購入したものを用いているが、不純物密度や結晶欠陥の密度が低い、良好な基板は高価である為、検討が行える範囲で購入できるものを用いて検討を進めている。結晶成長に由来する欠陥と、イオン注入などプロセス由来の欠陥を切り分けは困難で、より定量的な検討を進めるには至らなかったが、その一方で、入手可能な高品質基板として求めるクォリティーを探索し、具体的な入手方法を検討するなど、次の成果に繋げる検討を進められた。初年度に検討した基本技術を適用していくことで、着実に成果を挙げられると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の推進方策に特に変更はない。窒化物半導体集積回路については、研究者間でもその重要性が認識されてきており、他機関の動向の収集をして本研究課題を合理的に進められるように努めるとともに、本研究の成果が科学研究の成果として次につながる有益なものとなるよう他機関との連携も意識して進めていきたい。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた窒化ガリウム基板について、試験基板を使った検討を積み重ねた上で、よりクォリティの高い基板を購入して、詳細な検討をすることが、研究全体の成果を高めるのに有効であることが分かった。初年度の使用額を抑えて翌年度以降の研究で基板購入を進めることにした。これによる研究計画に変更はありません。
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