ワイドギャップ半導体SiCを用いた高耐圧・超高効率・高速パワーMOSFET

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555094
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 木本 恒暢 京都大学, 工学研究科, 助教授 (80225078)
• 研究分担者: 須田 淳 京都大学, 工学研究科, 講師 (00293887) ; 松波 弘之 京都大学, 工学研究科, 教授 (50026035)
• キーワード: シリコンカーバイド / パワーデバイス / MOSFET / 酸化膜 / 半導体界面 / チャネル移動度

研究概要

本研究では、高い絶縁破壊電界を有するワイドギャップ半導体Sic(シリコンカーバイド)を用いたMOS界面の高品質化、微細加工プロセスと高耐圧横型M0SFETの作製を行った。以下に本年度に得られた主な成果をまとめる。
1.SiC MOS界面の高品質化
高い温度で熱酸化を行うことにより、6H-SiC(0001)面で78cm^2/Vs、4H-SiC(0001)面で22cm^2/Vsという従来と比べて約2倍の高いチャネル移動度を達成した。また、4H-SiC(1120)面および(0338)面では30〜40cm^2/Vsのチャネル移動度が得られ、やはり(0001)面よりMOS界面特性が優れていることが分かった。
2.微細加工プロセス
プラズマCVDで形成した厚いSiO_2膜をドライエッチングによりパターニングする技術を確立し、これをイオン注入用マスクに使用することによつて、チャネル長1μm(従来は5μm)のSiC M0SFETを作製することに成功した。
3.高耐圧横型SiC MOSFETの作製
デバイスシミュレーションを駆使してRESURF型のSiC MOSFETの構造設計を行った。次に、エピタキシャル成長とイオン注入技術などの要素技術を集約してRESURF MOSFETを作製し、特性を評価した。耐圧1000V、オン抵抗0.1Ωcm^2という優れた特性を得た。この特性は、SiパワーMOSFETの理論限界を突破しており、Sicの有用性を実験的に実証することができた。

研究成果

• [文献書誌] T.Kimoto: "Shallow states at SiCO_2/4H-SiC interface on (1120) and (0001) faces"Applied Physics Letters. 81. 301-303 (2002)
• [文献書誌] T.Kimoto: "Interface properties in metal-oxide-semiconductor structures on n-type4H-SiC(0338)"Applied Physics Letters. 81. 4772-4774 (2002)
• [文献書誌] T.Kimoto: "4H-SiC MOSFET on (0338) face"Materials Science Forum. 389-393. 1065-1068 (2002)
• [文献書誌] T.Kimoto: "Avalanche phenomena in 4H-SiC pn diodes fabricated by Al and B implantation"IEEE Transaction Electron Devices. 49. 1505-1510 (2002)
• [文献書誌] T.Kimoto: "High-energy (MeV) Al and B ion implantations into 4H-SiC and fabrication of pin diodes"Journal of Applied Physics. 91. 4242-4248 (2002)
• [文献書誌] T.Kimoto: "High-voltage 4H-SiC Schottky barrier diodes fabricated on (0338) with closed micropipes"Japanese Journal Applied Physics. 42. L31-L61 (2003)