2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on Limiting Factors of Electron Mobility in SiC MOS Inversion Channel with Improved Quality Interface
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15H03969
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
喜多 浩之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (00343145)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気・電子材料 / 半導体物性 / パワーデバイス / 電界効果移動度 / デバイスプロセス / 熱酸化膜 / 炭化ケイ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H27までの検討では，従来プロセスよりもMOS界面欠陥準位の密度を低減することでMOSFET移動度の向上を確認できつつも，依然として移動度を強く制約する因子があることが明らとなった。そこで，H28は従来より移動度向上に有効との指摘のある水蒸気を酸化剤に用いた酸化手法に着目し，移動度向上因子を探索した。その結果，水蒸気酸化の界面では乾燥酸素を用いた酸化とは界面近傍に成長するSiO2構造が異なることを見出した。SiC界面近傍の数nmの領域ではSiO2の構造は必然的に歪むことは赤外分光測定で明確なのだが，特に水蒸気酸化の方が歪みが小さく，また構造の均質性も向上することが判明した。また同分光法で界面近傍に残留するCO構造を定量化すると，乾燥酸素による酸化では温度に依存して残留するCOが検出されるのに対し，水蒸気酸化では全く検出されなかった。これらのことは，水蒸気による酸化反応には界面近傍の数nmの領域でのSiO2構造を改善し，膜中に生じる電子トラップの密度を低減する効果があると考えられる。
一方，SiCの水蒸気酸化の動力学を調査したところ，酸化雰囲気中の酸素と水蒸気の濃度比によって酸化速度が大きく変化し，4H-SiC Si面上の酸化では乾燥酸素のみ，水蒸気のみのどちらの場合よりも，酸素と水蒸気の両者を共存させた雰囲気下で数倍の酸化速度が発現した。特にこの反応は活性化エネルギーが小さく低温で支配的になる。そこで，まず通常の乾燥酸素での熱酸化によって十分な酸化膜厚を確保した後に，水蒸気と酸素を共存させて800℃という低温のアニール処理を追加するプロセスを実施したところ，アニールによて～1nm程度の厚さの界面反応が進行するだけで，MOSFETの移動度が数倍に向上した。次年度はこの効果について，物理構造と電気的な欠陥準位の増減の両面から解析し，移動度の制約因子の解明を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
H27までに試作したMOSFETでは低実効電界側での移動度の制約が非常に大きいままであったのに対し，H28では界面特性向上のプロセスの指針を見出したことで低実効電界側での移動度向上の目途が立ち，H30ではこの特性変化の解析を進めることで，当初目的であった移動度制約因子の解明の大きなきっかけが得られる見込みがある。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28までに，移動度向上に必要となるプロセス開発，移動度制約因子解明を進めると同時に欠陥準位評価技術の開発を平行して進めてきた。特に光応答を用いる方法はトラップ密度や分布の解析に有望である可能性が見出されており，これを並行して推進することで本研究においてもトラップの効果を定量的に考慮できる可能性を検討する。
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