点欠陥・界面準位の低減による超高性能炭化珪素バイポーラトランジスタの実現

通过减少点缺陷和界面态实现超高性能碳化硅双极晶体管

基本信息

批准号：
13J06044
负责人：
奥田貴史
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J06044/
关键词：
炭化珪素（SiC）バイポーラトランジスタキャリア寿命表面パッシベーション点欠陥デバイス評価伝導度変調電流増幅率炭化ケイ素 DLTS法熱酸化水素熱処理炭化珪素(SiC)p型SiCエピタキシャル層水素パッシベーション熱的安定性バイポーラデバイス

项目摘要

本年度は、4H-SiCの表面再結合速度の低減を目指し、キャリア寿命を測定することで表面再結合の影響を調べた。露出したSiCの表面再結合速度は1000-5000 cm/sと非常に高く、キャリア寿命を大きく制限している。本研究ではn型基板上に成長させた4H-SiCエピタキシャル層を用い、表面パッシベーション膜としてSiO2を堆積させた。その後、オキシ塩化リン（POCl3）雰囲気下で1000℃ 10分間の熱処理、続けて窒素雰囲気下で1000℃ 30分間の熱処理を行った。その結果、測定されたキャリア寿命は3 usに向上し、エピ層のバルク寿命とほぼ一致する値となった。すなわち、表面再結合速度が十分に低減されたことを示している。数値解析により見積もった表面再結合速度はおよそ100-500 cm/s程度であり、大幅な表面再結合速度の低減に成功した。さらに、様々な温度（800-1100℃）でPOCl3熱処理を行い、キャリア寿命の変化とともにSiO2/SiCの界面準位について調べた。その結果、キャリア寿命の向上と界面準位の低減に明瞭な相関を確認し、界面準位低減によって表面再結合を抑制できていることが分かった。次に、デバイス作製プロセスにおける点欠陥の生成について調べた。BJTの作製には反応性イオンエッチング（RIE）を用いるが、エッチングされた面に多量の点欠陥が発生することを本年度明らかにした。加速されたイオンがボンバードメントを起こし、点欠陥が生成したと考えている。同時に、これらを低減する手法として、熱酸化（1150℃）にくわえて高温Ar熱処理（1550℃）を行い、生成した点欠陥を大幅に減少できることを見出した。この知見を活かし、点欠陥低減プロセスを実際にBJTの作製へ適用し、リーク電流の少ないBJTの作製に成功した。

今年，我们通过测量载体寿命来降低4H-SIC的表面重组率，研究了表面重组的影响。暴露的SIC的表面重组速率非常高，在1000-5000 cm/s处，这极大地限制了载体寿命。在这项研究中，SIO2使用在N型底物上生长的4H-SIC外延层作为表面钝化膜沉积。此后，将混合物在1000°C下进行热处理10分钟，在氧化氯化物（POCL3）气氛下进行10分钟，然后在1000°C下进行热处理30分钟。结果，测得的载体寿命已提高到3 US，从而导致值几乎与Epilayer的庞大寿命一致。也就是说，这表明表面重组率已经充分降低。通过数值分析估计的表面重组率约为100-500 cm/s，并且表面重组率显着降低。此外，在各种温度（800-1100°C）下进行了POCL3热处理，以研究SIO2/SIC的界面状态以及载体寿命的变化。结果，在改善载体寿命和降低界面状态之间证实了明显的相关性，发现表面重组可以通过减少界面状态来抑制表面重组。接下来，研究了设备制造过程中点缺陷的产生。尽管用反应性离子蚀刻（RIE）用于制造BJT，但今年据揭示了蚀刻表面发生了大量的点缺陷。据信，加速离子已经轰炸并创建了点缺陷。同时，作为减少这些方法的一种方法，发现除热氧化（1150°C）外，还进行了高温AR热处理（1550°C），并且可以显着降低结果点缺陷。利用这些知识，我们应用了降低点减少过程来实际制造BJT，并成功地制造了泄漏电流低的BJT。