2019 Fiscal Year Annual Research Report

SiC MOS界面準位の低減および新チャネル構造MOSFETの動作実証

Research Project

Project/Area Number	19J23422
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	立木馨大京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2019-04-25 – 2022-03-31
Keywords	SiC MOSFET / 界面準位 / パッシベーション / interface state density
Outline of Annual Research Achievements	これまで、SiC MOS界面準位低減を低減し、チャネル移動度を向上させるために様々な手法が発見されてきたが、現在は一酸化窒素(NO)雰囲気における高温熱処理が、SiC MOS界面準位低減の標準手法として広く用いられている。しかし、得られたチャネル移動度は決して高くなく、SiC MOSFETをより低損失化するためには、更なる界面準位の低減が求められている。また、NO雰囲気における高温熱処理を施したMOSゲート酸化膜は、高温環境下にてゲートに大きな負バイアスを印加した場合、しきい値が負方向へ大きくシフトしてしまい、デバイスの信頼性を大きく損ねる可能性が指摘されている。更に、NOは毒性が強いガスであるため、なるべく使用を控えることが望ましい。当該年度では、NO雰囲気ではなく、純窒素(N2)雰囲気下での高温熱処によるMOS界面準位の低減を目指した。N2雰囲気における高温熱処理を施し作製したn型およびp型MOSキャパシタのC-V特性の周波数分散から界面準位密度を評価したところ、伝導帯端近傍の界面準位低減効果はNO処理を施した場合には及ばないが、同程度まで低減された。一方価電子帯端近傍の界面準位に関しては、NO処理以上の低減効果が得られ、その値は現在まで報告されてきた伝導帯端近傍の界面準位密度の中で最低の値である。伝導帯端に加え、価電子帯端近傍の界面準位の低減にも大きな効果があることを見出した本研究は、研究課題であるSiC MOSFETのパワーデバイスとしての性能の向上だけではなく、現在実現されていないSiCを使ったCMOS論理回路の実用化につながる大きな成果である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当該年度では、現在SiC MOSFETの標準パッシベーション手法として用いられている一酸化窒素(NO)雰囲気における高温熱処理には及ばないものの、同程度まで伝導帯近傍の界面準位の低減に成功し、価電子帯近傍においてはNO処理以上に界面準位の低減に成功した。当初は伝導帯端近傍の界面準位の低減のみに注力する予定であったが、価電子帯近傍で大幅に界面準位を低減したこの結果は、SiC MOSFETがパワーデバイスのみならず、CMOS論理回路としての応用へ一歩前進する有望な結果となった。
Strategy for Future Research Activity	界面準位が減ったものの、チャネル移動度が必ず向上するとは限らないので、今後はまず、窒素雰囲気における高温熱処理を施したMOSFETを作製し、その評価を行う。また、これとは別に新たな界面準位低減手法の模索も行っていく。当該年度では得られた界面準位密度が低いMOS構造に対して、SIMS分析やXPS分析を繰り返し行っていくことで、界面準位低減を決定づける鍵となるミクロな構造を調査し、これにより界面準位低減手法の確立を目指す。