2021 Fiscal Year Research-status Report
過酷環境エレクトロニクスにむけた窒化物半導体集積回路プロセス技術の開発
| Project/Area Number |
20K04579
|
|---|
| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
|---|
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)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 特任教授 (80149898) [Withdrawn]
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 窒化物半導体デバイス / モノリシック集積回路 / 電極形成 / 絶縁膜堆積技術 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
研究２年目は、研究計画に従い絶縁体/窒化物半導体構造の形成評価と検証を進めた。独自に開発している技術である基底状態の原子種支援化学気相堆積法 (ASECVD 法) による絶縁膜堆積において、X線光電子分光評価からシリコンの熱酸化膜と同等のシリコン酸化膜(SiO2)の絶縁膜形成ができていることが実証された。また、堆積絶縁膜の電気的特性向上に向けて、堆積条件の詳細な検討を行った。原料供給レートや圧力、堆積反応に必要な基底状態原子種の生成のためのマイクロ波導波路の設定の影響を調査する成膜・評価を行うとともに、原料供給や堆積中の熱処理効果に加えて堆積後熱処理効果を検討した。堆積したSiO2膜において3 MV/cmの電界印加でも10の-9乗 A/cm2 を下回る優れた絶縁性を有し、容量ー電圧(C-V)特性評価においても周波数分散が極めて小さく、ヒステリススも少ない良好な絶縁膜が得る形成条件を明らかにした。
また、３年目の集積回路検討のための予備検討を進めた。大きな電流を流す回路で重要になる寄生抵抗の低減に向けて、窒化物半導体のオーミック電極で用いられるTiAl系電極で発生する寄生抵抗の要因を実測評価にもとづいて分析するとともに、その改善方法を検討した。窒化物半導体のオーミック電極で用いられるTiAl系の電極では、合金加熱処理により電極自身の抵抗が無視できなくなることを明らかにした。
さらに、窒化物半導体を用いた集積回路展開に向けて、これまでに得てきた窒化物半導体モノリシックインバータ回路の作製技術の知見も加味して具体的な集積回路の設計を進め、技術的に確立されたシリコンを用いて検証を進めるマスク設計ならびにプロセスの検討を開始した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
良好な絶縁特性を有する絶縁膜を形成する技術は、トランジスタや集積回路の動作および長期安定性、高温での耐久性に直結するため、本研究課題において重要なポイントである。独自開発の新規手法であるSiO2絶縁膜堆積技術において、良好な絶縁特性を有する絶縁膜を得るための要諦となる条件がこれまで確立されていなかったが、研究の２年目で堆積レートや圧力、プラズマ発生のマイクロ波の条件、熱処理条件を検討し、再現性よく絶縁特性の優れた堆積膜を得る条件が明らかになった点は大きな成果であった。
また、集積回路化に重要な電極の検討は、小規模素子を扱う実験室レベルでは見過ごされがちな点であるが、大きな電流を通電するデバイスや集積回路において回路の性能を左右する要点であり、その要因解析から寄生抵抗の理解を深め、具体的な寄生抵抗低減の具体的な指針を得ることができた点も、３年目で計画する回路の良好な動作に繋がる知見を得ることができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
おおむね順調に進められており、窒化物半導体集積回路のプロセスの有益な知見が重ねることができている。３年目はこれらの知見を集約して具体的に回路を試作評価を行う。過酷環境エレクトロニクス応用のための実証データ取得の環境構築についても進め、研究の優位性を示すデータ取得を目指す。
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍により実験室の使用が制限されたため、材料費などの支出が減少し、学会のオンライン開催などで旅費支出がなくなったため、経費を次年度に有効活用するよう計画を見直した。
|
