機能性酸化物の触媒効果を利用した炭化シリコンの低温酸化

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14258
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 浅野 種正 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (50126306)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 炭化シリコン / SiC / 熱酸化 / 触媒酸化 / ゲート酸化 / 酸化物触媒 / ペロブスカイト酸化物

研究実績の概要

・チタン酸ストロンチウムマグネシウムSrTi_{1－x}Mg_{x}O_{3－d}を酸化触媒材料とし，電気炉内に半導体ウェーハと酸化触媒を配置して加熱することによる酸化特性の変化を調査した．
・熱酸化特性が正確に調査されているシリコンウェーハを被験試料として触媒酸化の効果を調査した結果，上記触媒材料の組成xを増加すると酸化が増速されることがわかり，触媒効果による酸素原子の生成が増速酸化の機構であることが裏付けられた．組成xの最大値は0.5程度であることがわかった．これは，チタンを置換するマグネシウム量の限界に関する知見と一致する．
・x=0.5の触媒を用いた場合，シリコンの熱酸化モデルにおける線形速度定数の活性化エネルギーが1.76eVから1.00eVに，パラボリック速度定数が2.22eVから1.90eVに低下できることがわかった．これらの結果から，酸化触媒による酸化は，酸化物/シリコン界面での酸化反応を大きく促進していることがわかった．
・炭化シリコン(4H SiC)についても触媒酸化によって酸化を増速できることがわかった．
・x=0.6の触媒を用いて4H SiCの熱酸化モデルにおける線形速度定数の活性化エネルギーが2.1eVから1.5eVに低減できることがわかった．その結果，摂氏800度での酸化速度を従来技術に比べて100倍近く増大できることがわかった．
・摂氏850度での酸化でゲート酸化膜を形成して電気特性を調査した結果，1150度での酸化よりもやや低い界面準位密度をもつことがわかった．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

・触媒酸化の基本特性を定量的に調査できただけでなく，次年度に予定していた電気特性の調査にまで研究を進めることができた．
・新たな提案である三温度法についても，試験装置を構築中である．

今後の研究の推進方策

当初計画にしたがって研究を実施する予定である．

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced oxidation of Si using low-temperature oxidation catalyst SrTi_{1－x}Mg_xO_{3－d} (2016)
  • 著者名/発表者名: Li Li, Akihiro Ikeda, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 ページ: 06GJ05-1 - 5
  • DOI: http://doi.org/10.7567/JJAP.55.06GJ05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature oxidation of 4H-SiC using oxidation catalyst SrTi_{1－x}Mg_xO_{3－d} (2016)
  • 著者名/発表者名: Li Li, Akihiro Ikeda, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 ページ: 108001-1 - 3
  • DOI: http://doi.org/10.7567/JJAP.55.108001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced thermal oxidation using SrTi_{1－x}Mg_xO_{3－d} catalyst and its application to 4H-SiC, (2016)
  • 著者名/発表者名: Li Li, Akihiro Ikeda, Tanemasa Asano
  • 雑誌名: Workshop Digest of Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices 巻: - ページ: 442-445
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Enhanced Thermal Oxidation of 4H-SiC Using SrTi_{1－x}Mg_xO_{3－d} Catalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Li Li
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-09-27 – 2016-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced Oxidation of 4H-SiC Using SrTi_{1－x}Mg_xO_{3－d} Catalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ikeda
  • 学会等名: European Conference on Silicon Carbide & Related Materials
  • 発表場所: Halkidiki, Greece
  • 年月日: 2016-09-26 – 2016-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced thermal oxidation using SrTi_{1－x}Mg_xO_{3－d} catalyst and its application to 4H-SiC (2016)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Ikeda
  • 学会等名: Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices
  • 発表場所: Hakodate, Japan
  • 年月日: 2016-07-04 – 2016-07-06
  • 国際学会
• [備考] 九州大学・研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/index.html