2014 Fiscal Year Research-status Report
新規界面原子導入による高移動度SiC MOSFET作製技術の確立
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26820136
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
岡本 大 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進パワーエレクトロニクス研究センター, 研究員 (50612181)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | シリコンカーバイド / 炭化珪素 / 界面準位 / MOSFET / チャネル移動度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シリコンカーバイド(SiC)を用いた電力変換素子は、低炭素社会を目指していくための必須技術である。本研究では、大電力を高速かつ高効率で変換・制御するSiCパワーエレクトロニクスの実現に向けての最大の課題である、SiO2酸化膜とSiCとの界面に存在する高密度の界面欠陥を低減するために、新規界面導入元素を用いて良質な界面構造を実現することを目的としている。
平成26年度においては、SiO2/SiC界面における高密度の界面準位を低減する全く新しい手段として、SiO2/SiC界面にボロン（Ｂ）を導入する手法を検討した。平面拡散源(PDS)を用いてSiO2中にＢを拡散し、ＭＯＳキャパシタおよびＭＯＳＦＥＴを作製し、その特性を調べた。その結果、伝導帯付近の界面準位密度が従来の窒化法よりも１桁程度低減することができ、当グループで以前報告したリン（Ｐ）を界面に導入する場合と同程度の低い界面準位密度が得られることが初めて明らかとなった。また、ＭＯＳＦＥＴの電界効果移動度の最大値はSi面上で102 cm2/Vsという、非常に高い値が得られた。従来は、窒素やリンなどの５族の元素を導入することで、チャネル領域がｎ型ドープされたため高チャネル移動度が得られるのではないかという報告がほとんどであったが、３族のＢで界面準位が低減できることは、従来のｎ型ドープ説では説明できない結果であり、別観点での材料開発が必要であることを示唆している。
Ｂ導入法をデバイス製造に直接用いるのには課題があるが、産業界で標準となっている窒化法ではSi面上で50 cm2/Vs程度までしか得られないことを考えると、このような高チャネル移動度が得られたことは意義深いことであるといえる。今後はメカニズムを解明していくことが重要であると考えられるため、平成27年度においてこれらの実験を行っていく予定である。
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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
平成26年度中にＢ導入が界面準位低減に有効であることを発見し、優れた電界効果移動度を示すことができた。これらはもともとは最終年度の目標としていたものであり、順調に研究は進められているといえる。また、３族のボロンで界面準位を低減できたことは、５族を用いることが主流であったMOS界面研究に対して、一石を投じる大きな意味を持つ結果である。権威ある学会誌および国際会議においてもすでに発表を行うことができており、１年目から順調に業績を残すこともできている。一方で、当分野の学術的な発展を考えると、Ｂにより高チャネル移動度が得られるという事実だけではなく、界面準位がなぜ低減できるのかということを示すことが重要である。Ｂを導入した場合の界面準位低減メカニズム解析については、今後さらに研究を進めていく必要があるといえる。平成26年度中に行なう予定であった研究計画は、一部計画変更はあったものの、おおむね遂行できたと考えられる。よって、(2)おおむね順調に進展していると評価した次第である。
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| Strategy for Future Research Activity |
従来知られていなかったＢ導入法というオリジナルな手法で高いチャネル移動度が得られたので、これらの結果を基に、さらに研究を進展させていく。具体的には、新たな原料を用いてＢ導入の濃度などを最適化し、さらに高いチャネル移動度を得ることを目指していく。また、低温での電気特性評価や物理化学分析手法などを駆使し、Ｂ導入のメカニズムを解析する。当研究グループが従来取り組んできたＰ導入法との比較も行う。これらの結果を基に、どのような観点でSiO2/SiC界面の開発を行っていけば良いのかを明らかにし、将来のSiCパワーデバイスの開発に役立てられるような開発指針を示したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
未使用額が生じた要因は、研究の進捗状況に合わせ、予算執行計画を変更したことに伴うものである。平成26年度は、主にデバイス作製に必要なメタルマスク、レチクルなどの消耗品を揃えることと、当所で行うことのできないＳＩＭＳ測定の外注などに予算を使用させていただいた。また、予想以上の成果が得られたため、米国での国際会議への旅費および英文校閲や論文投稿料にも使用させていただいた。一方で、本研究遂行に必要なTDRC測定に用いる測定器は高額であり、当所へ導入することは得策ではないと判断し、他大学の装置を借りて行うことに計画を変更した。これにより物品費の節約ができたため未使用額が生じた。来年度はこの未使用額を用いてデバイス試作回数を増やし、成果を出すことにつなげていきたいと考えている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度においては、デバイス試作回数を増やし、物理分析をさらに進めていく。そのために、デバイス作製に必要なレチクルなどの消耗品を購入するとともに、SiO2/SiC界面の厳密な不純物密度を求めるためのＳＩＭＳ測定の外注分析を行う。SiO2/SiC界面へ導入されるＢの濃度を精密に制御するために、新たな原材料を用いた手法を試みる予定であり、それに必要な部材を追加で購入することを計画している。研究の進捗状況や成果を発表し、関連する研究分野の動向を調査するために、応用物理学会など国内で開催される会議と、海外で開催される会議へ出席をするために旅費を使用させていただきたいと考えている。また、本研究の成果及び関連した研究の成果を海外の学会誌に投稿して公表するために、英語論文の校閲にかかる費用と、学会誌投稿料も見込んでいる。
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