2014 Fiscal Year Research-status Report
ワイドギャップ半導体ＭＩＳ構造における絨毯爆撃状絶縁破壊痕形成モデルの新構築
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26870043
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 創志 東北大学, 国際集積エレクトロニクス研究開発センター, 助教 (80649749)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | キーワード / SiC / 絶縁破壊 / TDDB / 破壊痕 / 信頼性物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、ワイドバンドギャップ半導体材料としてSiC基板を用い、SiC/SiO2/Al MOSキャパシタ(ゲート酸化膜厚40nm)における絶縁破壊痕形成メカニズムの解明に取り組んだ。上記MOSキャパシタの経時劣化絶縁破壊(TDDB)試験によるゲート絶縁破壊後に生じた破壊痕について、断面TEM-EDX分析により破壊痕表面の組成を明らかにし、その形成メカニズムを熱力学的に考察した。この内容について論文投稿を行ったが、採択には至らず、再投稿の準備を行っている。また、上記キャパシタのTDDB試験を行った結果、Hard BreakdownとSoft Breakdownが見られた現象について考察した。Si CMOSデバイスでは、Soft Breakdownは酸化膜厚3.9nm以下で見られた現象とは対照的である。測定系の時定数を変えるために直列抵抗を挿入した時の結果の考察を加えて、2015年3月応用物理学会 春季学術講演会で講演した。測定系に直列抵抗を挿入した状態で上記キャパシタのTDDB試験を行うと、直列抵抗を挿入せずにTDDB試験を行った場合と比較して、破壊痕が形成される面積が大幅に小さくなる結果を、走査電子顕微鏡を用いた観察結果から確かめた。これらの結果を、国際学術会議である22nd International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuitsへの投稿を行い、採択された。現在は、エミッション顕微鏡を用いて、上記MOSキャパシタの絶縁破壊後の導電パスの形成箇所についての検討を行っている。今後の研究において、絶縁破壊現象において最終的に形成される導電パスと絶縁破壊痕との形成メカニズムの違いを明らかにしていく予定である。
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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
SiCを基板、Alを電極として用いたMOSキャパシタの絶縁破壊痕についてその表面を分析し、絶縁破壊時に瞬時に起こる発熱・冷却現象が寄与するモデルを確立した。また、測定系の時定数により破壊痕形状が変化すること発見し、絶縁破壊痕形成メカニズムの一端を解明するに至った。また、電気測定結果と測定中の光学顕微鏡像を1対1対応させるシステムの構築を開始した。本研究の基盤となる、SiC/SiO2/Alの系に関する絶縁破壊痕形成メカニズムの調査と次年度の研究への準備は順調に進んでおり、おおむね順調な進捗である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次の４点に注目して研究を推進する。１．絶縁破壊試験中の電気測定結果と光学顕微鏡観察像を1対1対応させるシステムを構築し、破壊痕がいつ形成されるのか解明を目指す。２．SiC基板の欠陥が絶縁破壊痕の形成にどのような影響を及ぼすのか解明を目指す。３．最終的な破壊パスはどのように形成されるのか解明を目指す。４．電極材料を、より融点の高いPoly-Siに変更した場合、どのような現象が起こるのか解明を目指す。
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| Causes of Carryover |
購入予定物品であったCV測定ボードについては、本研究での導入は見送った。これは、既存設備によるI-V測定と、その現象の物理解析を行うことがより優先度が高いと判断したためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
絶縁破壊現象と破壊後サンプルの物理分析を重点的に行う。
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