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

2011 年度 研究成果報告書

• 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: パワーエレクトロニクス / MOSデバイス

研究概要

シリコンカーバイド(SiC)は電気エネルギーの高効率利用に重要なパワーデバイス用の半導体材料として期待されている。本研究では、次世代のSiCスイッチングデバイスを構成する金属/酸化物/半導体(MOS)構造の界面物性を詳細に解析し、これらの知見に基づいてSiC-MOSデバイスの特性改善技術を提案し、その優位性を実証することに成功した。さらに、従来の熱酸化膜に代わる絶縁膜材料としてSiCパワーデバイスに最適化した高誘電率ゲート絶縁膜を実現し、トランジスタレベルでの性能実証に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Synchrotron Radiation Photoelectron Spectroscopy Study of Thermally Grown Oxides on 4H-SiC(0001) Si-Face and(000-1) C-Face Substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Hosoi, T. Kirino, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, and T. Shimura
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 697 ページ: 717-720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Interface Defect Passivation on Conduction Band Offset at SiO_2/ 4H-SiC Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, T. Kirino, A. Chanthaphan, Y. Uenishi, D. Ikeguchi, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 721 ページ: 717-720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of UV Irradiation on Thermally Grown 4H-SiC MOS Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Ikeguchi, T. Kirino, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 765 ページ: 717-720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gate Stack Technologies for SiC Power MOSFETs (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Hosoi, T. Kirino, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, D. Ikeguchi, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, and T. Shimura
  • 雑誌名: ECS Trans 巻: 41[ 3] ページ: 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron x-ray photoelectron spectroscopy study on thermally grown SiO_2/ 4H-SiC(0001) interface and its correlation with electrical properties (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Hosoi, T. Kirino, Y. Kagei, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, and T. Shimura
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 99 ページ: 021907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of Stacked AlON/ SiO_2 Gate Dielectrics for SiC Power Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Kirino, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi and T. Shimura
  • 雑誌名: ECS Trans 巻: 35[ 2] ページ: 265
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Cleaning and Etching of 4H-SiC(0001) Using High-Density Atmospheric Pressure Hydrogen Plasma (2011)
  • 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 巻: 11 ページ: 2802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of Surface and Interface Morphology of Thermally Grown SiO_2 Dielectrics on 4H-SiC(0001) Substrates (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, K. Konzono, Y. Uenishi, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Shimura, H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 342 ページ: 679-680
  • 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 Transfer (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Kirino, Y. Kagei, J. Harries, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 386 ページ: 679-680
  • 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 Devices (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Kagei, T. Kirino, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Shimura, H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 496 ページ: 679-680
  • 査読あり
• [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, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 991 ページ: 645-648
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of Dielectric Breakdown Spot in Thermal Oxides on 4H-SiC(001) 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, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 821 ページ: 645-648
  • 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, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 507 ページ: 645-648
  • 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, and T. Nakamura
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 525 ページ: 615-617
  • 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, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: 541 ページ: 615-617
  • 査読あり
• [学会発表] Insight into Bias-temperature Instability of 4H-SiC MOS Devices with Thermally Grown SiO_2 Dielectrics (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Chanthaphan, T. Kirino, Y. Uenishi, D. Ikeguchi, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 2012 MRS Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA
  • 年月日: 2012-04-11
• [学会発表] Gate Stack Technologies for SiC Power MOSFETs(Invited) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Hosoi, T. Kirino, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, D. Ikeguchi, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, and T. Shimura
  • 学会等名: 220th ECS Meeting
  • 発表場所: Boston, MA
  • 年月日: 2011-10-10
• [学会発表] Impact of Interface Defect Passivation on Conduction Band Offset at SiO_2/ 4H-SiC Interface (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, T. Kirino, A. Chanthaphan, Y. Uenishi, D. Ikeguchi, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Cleveland, OH
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Synchrotron Radiation Photoelectron Spectroscopy Study of Thermally Grown Oxides on 4H-SiC(0001) Si-face and(000-1) C-face Substrates(Invited) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Hosoi, T. Kirino, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, and T. Shimura
  • 学会等名: International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Cleveland, OH
  • 年月日: 2011-09-14
• [学会発表] Impact of Stacked AlON/ SiO_2 Gate Dielectrics for SiC Power Devices(Invited) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Kirino, Y. Uenishi, A. Chanthaphan, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoiand T. Shimura
  • 学会等名: 219th ECS Meeting
  • 発表場所: Montreal, QC, Canada
  • 年月日: 2011-05-03
• [学会発表] Energy Band Structure of Thermally Grown SiO_2/ 4H-SiC Interfaces and its Modulation Induced by Post-oxidation Treatments (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kirino, Y. Kagei, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 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] Energy Band Structure of SiO_2/ 4H-SiC Interfaces and its Modulation Induced by Intrinsic and Extrinsic Interface Charge Transfer (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe, T. Kirino, Y. Kagei, J. Harries, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, and T. Shimura
  • 学会等名: 8th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 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 (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Kagei, T. Kirino, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Shimura, H. Watanabe
  • 学会等名: 8th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Oslo, Norway
  • 年月日: 2010-08-31
• [学会発表] Improved electrical properties of SiC-MOS interfaces by thermal oxidation of plasma nitrided 4H-SiC(0001) surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Kagei, T. Kirino, Y. Watanabe, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: International Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Nurnberg, Germany
  • 年月日: 2009-10-13
• [学会発表] Direct Observation of Dielectric Breakdown Spot in Thermal Oxides on 4H-SiC(0001) Using Conductive Atomic Force Microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Kozono, Y. Kagei, T. Kirino, S. Mitani, Y. Nakano, Y. Nakamura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: International Conference on Silicon Carbide and Related Material
  • 発表場所: Nurnberg, Germany
  • 年月日: 2009-10-13
• [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, M. Harada, Y. Kagei, Y. Watanabe, T. Shimura, S. Mitani, Y. Nakano, T. Nakamura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 7th European Conference on Silicon Carbide and Related Materials
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2008-09-11
• [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, Y. Watanabe, M. Harada, Y. Kagei, T. Kirino, T. Hosoi, T. Shimura, S. Mitani, N. Nakano, and T. Nakamura
  • 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
• [図書] 半導体SiC技術と応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 渡部平司
  • 総ページ数: 293-297
  • 出版者: 日刊工業新聞社
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/
• [産業財産権] 半導体装置およびその製造方法 (2012)
  • 発明者名: 渡部平司、志村考功、細井卓治、箕谷周平、中野佑紀、中村亮太、中村孝
  • 権利者名: ローム(株)
  • 産業財産権番号: 特許権、特願2012-039059
  • 出願年月日: 2012-02-24
• [産業財産権] 半導体装置 (2009)
  • 発明者名: 渡部平司、志村考功、細井卓治、桐野嵩史、箕谷周平、中野佑紀
  • 権利者名: ローム(株)
  • 産業財産権番号: 特許権、特願2009-206374
  • 出願年月日: 2009-09-07
• [産業財産権] 半導体装置 (2009)
  • 発明者名: 渡部平司、志村考功、細井卓治、桐野嵩史、箕谷周平、中野佑紀
  • 権利者名: ローム(株)
  • 産業財産権番号: 特許権、特願2009-206373
  • 出願年月日: 2009-09-07
• [産業財産権] 半導体装置の製造方法および半導体装置 (2009)
  • 発明者名: 渡部平司、志村考功、細井卓治、桐野嵩史、箕谷周平、中野佑紀
  • 権利者名: ローム(株)
  • 産業財産権番号: 特許権、特願2009-206372
  • 出願年月日: 2009-09-07