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

2009 年度 自己評価報告書

• 研究課題/領域番号: 19676001
• 研究種目: 若手研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 渡部 平司 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90379115)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: 界面 / パワーエレクトロニクス / MOSデバイス

研究概要

本研究課題は、人類が直面する環境・エネルギー問題の解決に向けた、電気エネルギーの有効利用を可能にする理想SiCパワーデバイスの創成を目的としている。SiC半導体は従来のSiに比べて優れた特性を有し、次世代パワーデバイス用材料として注目されている。またMetal-Oxide-Semiconductor(MOS)型電界効果トランジスタ(FET)は、典型的なノーマリオフ動作のスイッチングデバイスであり、安全性や回路構成の観点からもその実用化が期待されている。
SiC-MOSデバイスを構成する絶縁膜には、従来のSiデバイスと同様、基板表面を酸化して形成したSiO2を用いている。しかし、SiC半導体は化学的・機械的に非常に安定な材料であり、MOSデバイス作製の第一段階であるSiC基板の表面清浄化や平坦化技術が未だ確立していない。またSiC上の熱酸化SiO_2中には多量のカーボン不純物が残存し、MOS界面に濃縮されたカーボンは電気特性や絶縁耐圧を著しく劣化させる。従って、SiCの優れた物性から予測されるデバイス性能を実現するには至っておらず、理想SiC-MOS構造の作製技術を確立し、特性に優れたパワーデバイスを実現することが、電気エネルギーの有効利用の観点から急務となっている。
本研究では理想SiC-MOSデバイスの創成を可能にする技術として、(1)大気圧高密度プラズマを用いたSiC半導体表面の平滑化・清浄化技術、(2)超薄SiO_2/SiC構造の作製とプラズマ応用による界面電気特性改善法の開発、(3)高誘電率(High-k)絶縁膜との積層構造SiC-MOSデバイスの作製技術を確立し、(4)高性能SiC-MOSFETを完成させる。さらに(5)絶縁破壊現象のナノスケール観測によってSiC-MOSデバイスの信頼性劣化モデルの構築を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Improved characteristics of 4H-SiC MISFET with AlON/nitrided SiO_2 stacked gate dielectrics (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Kagei, T. Kirino, Y. Watanabe, K. Kozono, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, H. Watanabe
  • 雑誌名: Materials Science Forum 645-648 ページ: 991-994
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of dielectric breakdown spot in thermal oxides on 4H-SiC(0001) using conductive atomic force microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Kozono, T. Hosoi, Y. Kagei, T. Kirino, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Shimura, H. Watanabe
  • 雑誌名: Materials Science Forum 645-648 ページ: 821-824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved electrical properties of SiC-MOS interfaces by thermal oxidation of plasma nitrided 4H-SiC(0001) surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kagei, T. Kirino, Y. Watanabe, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura, H. Watanabe
  • 雑誌名: Materials Science Forum 645-648 ページ: 507-510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of a treatment combining nitrogen plasma exposure and forming gas annealing on defect passivation of SiO_2/SiC interfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, Y. Watanabe, M. Harada, Y. Kagei, T. Kirino, T. Hosoi, T. Shimura, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura
  • 雑誌名: Materials Science Forum 615-617 ページ: 525-528
  • 査読あり
• [雑誌論文] AlON/SiO_2 stacked gate dielectrics for 4H-SiC MIS devices (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, M. Harada, Y. Kagei, Y. Watanabe, T. Shimura, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, H Watanabe
  • 雑誌名: Materials Science Forum 615-617 ページ: 541-544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface cleaning and etching of 4H-SiC(0001) using high-density atmospheric pressure hydrogen plasma
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, H. Ohmi, H. Kakiuchi, T. Hosoi, T. Shimura, K. Yasutake
  • 雑誌名: Journal of Nanoscience and Nanotechnology (accepted)
  • 査読あり
• [学会発表] プラズマ窒化技術とAlON/SiO_2積層絶縁膜によるSiC-MOSデバイスの高機能化 (招待講演), SiC及び関連ワイドギャップ半導体研究会 (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡部平司
  • 学会等名: 第18回講演会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2009-12-18
• [学会発表] Advanced gate stack technology for SiC-MOS power devices (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: 2^<nd> International Symposium on Atomiscally Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2009-11-26
• [学会発表] Improved characteristics of 4H-SiC MISFET with AlON/nitrided SiO_2 stacked gate dielectrics (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi
  • 学会等名: International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Nurnberg, Germany
  • 年月日: 2009-10-12
• [学会発表] AlON/SiO_2 stacked gate dielectrics for 4H-SiC MIS devices (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi
  • 学会等名: 7th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2008-09-11
• [学会発表] Impact of a treatment combining nitrogen plasma exposure and forming gas annealing on defect passivation of SiO_2/SiC interfaces (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: 7th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2008-09-10
• [備考]
  • URL: http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/