マイクロ波プラズマ高品質ゲート絶縁膜を用いた超高耐圧SiC電力用トランジスタ

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360156
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 寺本 章伸 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教授 (80359554)
• 研究分担者: 大見 忠弘 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20016463) ; 森本 明大 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助手 (10359557)
• キーワード: マイクロ波励起プラズマ / シリコンカーバイト(SiC) / 絶縁膜 / MOS / 残留炭素 / 低温プロセス

研究概要

マイクロ波励起高密度プラズマシステムにおいて、プラズマ励起ガスをKrとしてO^*ラジカルを形成し、さらに炭素をSiO_2膜から除去するプロセスを用い、1000℃以下のプロセス温度でSiC基板上に高品質なゲート絶縁膜を実現した。
シリコン基板上においては、あらゆる面方位のシリコンに対して、低温(400℃以下)で界面準位密度が小さく固定電荷密度も低いSiO_2膜を形成できるO^*ラジカル酸化を用いてSiC上に酸化膜を形成するとSiO_2膜中に10^<19>[atom/cm^3]炭素が残留し、10^<12>[cm^<-2>]台という界面準位・固定電荷が発生し、シリコンの場合と同様には高品質のSiO_2膜を形成することはできなかった。そこで、10[nm]以下のSiO_2膜を形成した後、1000℃でアニール処理を行い、その後、所望の膜厚だけマイクロ波励起高密度プラズマに二段シャワープレートを挿入したCVD装置により、SiO_2膜を堆積することにより、固定電荷・界面準位密度をともに1桁低減することが可能となった。さらに全く炭素を含有しないSiO_2膜の形成方法として、マイクロ波励起高密度プラズマに二段シャワープレートを挿入したCVD装置により、SiC上にポリシリコンを堆積し、ポリシリコンをO^*ラジカル酸化することによりSiO_2膜を形成した。本方法でも直接SiCをO^*ラジカル酸化した場合に比べて固定電荷・界面準位密度を1桁低減することができた。
上記、両方法ともに更なる高品質化が必要であるが、1000℃以下の温度において、高品質なSiO_2膜を形成できる可能性を示し、現状のSiCを用いた半導体デバイス製造に対して本方法が有効であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Tanaka, Z.Chuanjie, Y.Hayakawa, M.Hirayama, A.Teramoto, S.Sugawa, T.Ohmi: "High Quality Silicon Nitride Film Formed by Microwave-Excited Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition with Dual Gas Shower Head"2003 International Conference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS. 736-737 (2003)
• [文献書誌] M.Komura, M.Higuchi, W.Cheng, I.Ohshima, A.Teramoto, M.Hirayama, S.Sugawa, T.Ohmi: "Very High Reliability of Ultrathin Silicon Nitride Gate Dielectric Film for Sub-lOOnm Generation"2003 International Conference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS. 452-453 (2003)
• [文献書誌] F.Imaizumi, T.Hayashi, K.Ishii, A.Teramoto, M.Hirayama, S.Sugawa, T.Ohmi: "High Performance Poly-Si Device with Thin Gate Oxide Film Grown by Plasma Oxidation Technology"2003 International Conference on SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS. 724-725 (2003)
• [文献書誌] 石井克治, 今泉文伸, 林朋彦, 寺本章伸, 平山昌樹, 須川成利, 大見忠弘: "ラジカル酸化によるPoly-Si TFTの構成の課に関する研究"TECHNICAL REPORT OF IEICE. SDM2003-162. 9-11 (2003)