高性能ＳｉＣ　ＭＯＳＦＥＴの実現に向けた界面物性及びキャリア散乱機構の基礎研究

实现高性能SiC MOSFET的界面特性和载流子散射机制的基础研究

基本信息

批准号：
15J04823
负责人：
小林拓真
金额：
$ 1.79万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04823/
关键词：
炭化珪素二酸化珪素金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ界面欠陥界面準位リン処理 MOS構造 MOSFET サブスレッショルド特性界面準位密度炭化珪素 (SiC)二酸化珪素 (SiO2)MOS界面界面準位密度 (Dit)チャネル移動度

项目摘要

パワースイッチングデバイスの本命であるSiC MOSFETは、現状その根幹に問題を抱えている。それはチャネル抵抗が高いことである。高いチャネル抵抗は、MOS界面の高密度欠陥に起因すると指摘された。しかし欠陥の起源は明らかでなく、その飛躍的な低減法は見出されていない。欠陥の起源は酸化過程で界面に残留するC由来だと広く認知され、Cを検出するための化学分析が各機関により精力的に行われた。しかし化学分析の定量下限の問題により、C検出は困難を極めた。本研究では、酸素分圧の極端に低い高純度Ar雰囲気でSiO2/SiC試料を熱処理し、界面CをSiO2中に拡散させることで、SIMS分析によって明確に検出することに成功した。さらに、P処理を行うことでC欠陥が除去されることを実験的に確認したため、そのメカニズムを計算科学に基づいて解明することを目指した。先行研究により、P処理を行うことでSiO2中にPが導入され、PSGが形成すると知られていたが、その微視的構造は不明であった。そこで本研究ではまず、第一原理Simulated Annealing計算により、PSGの安定構造を決定した。結果、PSG中のPは4配位でOと結合しネットワークを形成するが、その内の1つのOは1配位で格子間に位置する特異な構造 (-O3PO構造) をとることを確認した。続いて、PSG/SiC系における酸化反応機構について調べた。SiCの酸化反応は理想的にはSiC+3/2O2→SiO2+COに基づいて進行するため、COの界面近傍からの脱離が促進されれば、界面に残留するCが減少すると考えられる。そこでPSG中のCOの挙動に着目した種々の静的な構造最適化計算を行った。結果、PSG/SiC系では界面近傍の-O3POがCOを吸着する効果を示すことを明らかにし、計算科学の立場からP処理による界面C欠陥除去のメカニズムを説明した。

SiC MOSFET是最流行的功率开关器件，目前其核心存在问题。即，沟道电阻高。有人指出，高沟道电阻是由于MOS界面缺陷密度高造成的。然而，缺陷的根源尚不清楚，也没有找到显着减少缺陷的方法。人们普遍认为缺陷源于氧化过程中残留在界面的碳，各个组织积极进行化学分析以检测碳。然而，由于化学分析的定量下限，C的检测极其困难。在这项研究中，我们在氧分压极低的高纯度Ar气氛中对SiO2/SiC样品进行热处理，通过将界面C扩散到SiO2中，我们成功地通过SIMS分析清楚地检测到了它。此外，由于我们通过实验证实了 P 处理可以消除 C 缺陷，因此我们旨在基于计算科学来阐明其机制。以往的研究表明，P处理将P引入SiO2中并形成PSG，但其微观结构尚不清楚。因此，在本研究中，我们首先通过第一原理模拟退火计算确定了PSG的稳定结构。结果证实，PSG中的P通过与O以4配位键合形成网络，但其中一个O具有独特的结构（-O3PO结构），其中它位于具有1位的间隙空间中。 - 协调。接下来，我们研究了 PSG/SiC 体系中的氧化反应机理。由于SiC的氧化反应理想地以SiC+3/2O2→SiO2+CO为基础进行，因此认为如果促进界面附近CO的脱附，则残留在界面处的C量将会减少。因此，我们针对 PSG 中 CO 的行为进行了各种静态结构优化计算。结果表明，界面附近的-O3PO在PSG/SiC体系中表现出吸附CO的作用，并从计算科学的角度解释了P处理去除界面C缺陷的机理。