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2010 年度 実績報告書

高性能SiCパワーエレクトロニクス実現に向けた理想MOSFET作製プロセスの創成

研究課題

研究課題/領域番号 19676001
研究機関大阪大学

研究代表者

渡部 平司  大阪大学, 工学研究科, 教授 (90379115)

キーワード薄膜界面 / パワーエレクトロニクス / MOSデバイス
研究概要

本研究では、SiC半導体が有する優れた材料物性を最大限に活用した、理想MOSFETの作製技術を確し立することを目的としている。平成22年度では、当該研究予算を活用して、既存の表面分析装置に超高真空仕様の表面処理チャンバーを増設することで、SiCやSiC-MOS構造、或いはSiC表面上の各種堆積膜の、その場光電子分光解析が可能な複合システムを構築し、SiC-MOSデバイス高性能化に向けたプロセス設計指針を得るための界面反応評価実験をスタートした。一方、SiC-MOSデバイス用の高誘電率ゲート絶縁膜として提案している窒素添加アルミナ(AlON)について、トランジスタの閾値シフト等の信頼性劣化ならびに絶縁特性の観点から窒素濃度の最適化に関する詳細な実験を完了し、適切な窒素添加プロセスによってMOSデバイスへのストレス印加時の欠陥生成を抑制できることを示した。また昨年度から継続している放射光光電子分光測定によるSiO_2/SiCエネルギーバンド構造の評価については、カーボン面に形成したMOSデバイスの解析に加えて、熱酸化の進行に伴うMOS界面での欠陥生成、後熱処理や水素導入に伴うエネルギーバンド構造の変化について検討した。その結果、界面欠陥によってバンド構造は変調されるものの、カーボン面では本質的に伝導帯オフセットが小さく、信頼性低下が避けられないことが明らかとなった。本結果は、カーボン面の熱酸化SiC-MOS構造では、信頼性を確保することが困難であることを意味する。さらにSiC-MOSキャパシタの電気特性評価から、酸化膜中及びMOS界面に残存するカーボン不純物が、その後のデバイス製造工程での紫外線照射より活性化し、顕著な特性劣化を引き起こすことが明らかとなった。これらの実験結果は、当該研究課題にて提案する高誘電率絶縁膜を有した積層ゲートスタック構造の優位性を示すものである。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Surface Cleaning and Etching of 4H-SiC(0001) Using High-density Atmospheric Pressure Hydrogen Plasma2011

    • 著者名/発表者名
      H.Watanabe, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology

      巻: 11 ページ: 2802-2808

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy Band Structure of SiO_2/4H-SiC Interfaces and its Modulation Induced by Intrinsic and Extrinsic Interface Charge Transfer2011

    • 著者名/発表者名
      H.Watanabe, et al.
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: (in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction of Charge Trapping Sites in Al_2O_3/SiO_2 Stacked Gate Dielectrics by Incorporating Nitrogen for Highly Reliable 4H-SiC MIS Devices2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hosoi, et al.
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: (in press)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of Surface Morphology of Thermally Grown SiO_2 Dielectrics on 4H-SiC(0001) Substrates2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hosoi, et al.
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: (in press)

    • 査読あり
  • [学会発表] Energy Band Structure of Thermally Grown SiO_2/4H-SiC Interfaces and its Modulation Induced by Post-oxidation Treatments2010

    • 著者名/発表者名
      T.Kirino, et al.
    • 学会等名
      41st IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
    • 発表場所
      San Diego, CA
    • 年月日
      2010-12-02
  • [学会発表] Impact of Nitrogen Incorporation into Al_2O_3 Gate Dielectrics on Flatband Voltage Stability in 4H-SiC MIS Devices2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hosoi, et al.
    • 学会等名
      Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • 発表場所
      阪大中ノ島センター 大阪
    • 年月日
      2010-11-24
  • [学会発表] Modulation on Thermally Grown SiO_2/4H-SiC Energy Band Structure Depending on Surface Orientation2010

    • 著者名/発表者名
      T.Kirino, et al.
    • 学会等名
      Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • 発表場所
      阪大中ノ島センター 大阪
    • 年月日
      2010-11-24
  • [学会発表] 断面TEM及びAFMによる4H-SiC熱酸化膜の表面・界面構造評価2010

    • 著者名/発表者名
      上西悠介, 他
    • 学会等名
      第71回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2010-09-14
  • [学会発表] SiO_2/4H-SiC界面構造伝導帯オフセットの相関2010

    • 著者名/発表者名
      桐野嵩史, 他
    • 学会等名
      第71回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2010-09-14
  • [学会発表] SiC熱酸化膜の信頼性低下を引き起こす外的要因の検討2010

    • 著者名/発表者名
      上西悠介, 他
    • 学会等名
      第71回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2010-09-14
  • [学会発表] Energy band structure of SiO_2/4H-SiC interfaces and its modulation induced by intrinsic and extrinsic interface charge transfer2010

    • 著者名/発表者名
      H.Watanabe, et al.
    • 学会等名
      The 8th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2010
    • 発表場所
      Oslo, Norway
    • 年月日
      2010-09-01
  • [学会発表] Reduction of charge trapping sites in Al_2O_3/SiO_2 stacked gate dielectrics by incorporating nitrogen for highly reliable 4H-SiC MIS devices diodes2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hosoi, et al.
    • 学会等名
      The 8th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2010
    • 発表場所
      Oslo, Norway
    • 年月日
      2010-08-31
  • [学会発表] Investigation of surface and interface morphology of thermally grown SiO_2 dielectrics on 4H-SiC(0001) substrates2010

    • 著者名/発表者名
      T.Hosoi, et al.
    • 学会等名
      The 8th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2010
    • 発表場所
      Oslo, Norway
    • 年月日
      2010-08-30
  • [学会発表] Conductive AFM study on local dielectric degradation of thermal oxides in 4H-SiC MOS devices2010

    • 著者名/発表者名
      Y.Uenishi, et al.
    • 学会等名
      International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials 2010
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2010-06-01

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公開日: 2012-07-19  

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