2018 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of the guideline to improve SiC MOSFET performance based on the structural deformation analysis near the thermally-oxidized interface
| Project/Area Number |
18H03771
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 電子・電気材料 / パワーデバイス / SiC / MOSFET / 移動度 / ゲート絶縁膜 / イオン打ち込み |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
１．SiCの熱酸化反応後にはウェハ表面近傍の構造が大きく歪み，これをAr中でアニールすると緩和が観察された。比較のため，SiC表面に類似の歪みを与えるイオン打ち込みをArイオンとOイオンについて実施した。Arイオン打ち込みは高濃度の格子間原子を生じて歪みをもたらすが，その後のArアニール時の緩和過程が熱酸化の場合とは大きく異なる。一方のOイオン打ち込みの場合，アニール後に一旦急に歪みが増大した後，熱酸化の場合とArイオン打ち込みの場合の中間的な緩和挙動を示した。Oイオン打ち込みと熱酸化の両者とも，SiC表面に侵入した過剰なOが欠陥構造を形成，蓄積して歪みを誘起し，アニール時にはその構造の脱離によって緩和が進行するというモデルで解釈された。
２．SiCのNO窒化の与える効果の把握のため，NO窒化時間によりN導入量を段階的に変えて電子構造の変化を調べたところ，X線光電子分光による価電子帯解析やゲートリーク電流の解析によりSiO2とSiCのバンドオフセットが数百meVほど変化すること，またそれに伴いMOSキャパシタのフラットバンド電圧がシフトすることを発見した。最も合理的なのは，SiC表面をNが規則正しく置換することで生じる双極子による分極効果による解釈である。
３．SiC－NMOSFETについて，NOアニールによるN終端を用いた高移動度化技術を発展させるため，NOアニール後にH2Oを用いた低温での追加アニールの与える効果を検討した。H2Oによる界面でのSiO2追加成長量が1ML程度の僅かな反応だけで界面欠陥密度が最小化すると同時に移動度が最大化したため，NによるSiC表面のパッシベーション効果に加えてH2OによるC由来欠陥構造の除去効果が相加的にはたらくとして説明できる。1ML前後の成長量で両者はバランスしており，過剰な追加成長量の場合はNを脱離させて劣化してしまうと考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
界面歪み構造の解析について，動力学の解析から原因の推定まで順調に推移しており，並行して，界面への窒素導入処理と水蒸気酸化処理の効果の特長について区別しながら理解する作業が進行している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
昨年度には窒素によるパッシベーションは，単なる元素置換だけではなく，界面での大きな分極効果をもたらしているという新しい現象の発見があった。そのような界面分極のデバイス特性への影響は注目すべき新たな観点と考えられ，今後の研究では界面分極効果のプロセスによる変化の解明にも力点をおくことにしたい。
|
