講演題目

SiCパワーデバイス開発と評価技術

渡部 平司(阪大)

要旨

　近年のパワーデバイス開発ではSiCショットキーバリアダイオード（SBD）に続き、ノーマリオフ特性を有したMOS型電界効果トランジスタ（SiC-MOSFET）普及への期待が高まっている。SiCデバイスでは、従来のSiと同様に熱酸化によってSiO2絶縁膜を形成可能であり、これをMOSFETのゲート絶縁膜として利用している。SiC基板を構成する大部分の炭素は高温酸化時に気相中に熱脱離するが、その一部がSiO2/SiC界面に偏析し、MOSFETのチャネル移動度劣化やゲート絶縁膜の耐圧低下、さらにはトランジスタの閾値電圧変動を引き起こすと考えられている。この様に、SiC表面の熱酸化過程やSiO2/SiC界面物性の理解とその制御は、SiC-MOSパワーデバイス開発において最重要課題である。しかし、SiO2ネットワークの形成と炭素脱離が同時に進行するSiC混晶材料の酸化反応は非常に複雑であり、反応素過程やSiC-MOS界面の原子構造と電気特性との関係について詳細な理解には至っていない。従って、今後のSiCパワーデバイス開発では、各種の物理分析技術やMOSデバイスの電気特性評価技術を駆使し、特性改善に向けた総合的な取り組みが必要である。
　本講演では、光電子分光法や原子間力顕微鏡を用いたSiC表面の熱酸化過程の評価に加え、SiC-MOSデバイスの電気特性劣化との相関を調べた結果について紹介する。またSiO2/SiC界面のエネルギーバンド構造解析から、基板面方位やゲート絶縁膜形成工程の違いによるMOSデバイスの信頼性劣化現象についても議論したい。さらに、SiC-MOSFETに見られる閾値電圧変動について、その原因を明らかにすると共に、堆積絶縁膜を用いた高信頼SiC-MOSFET実現を目指した研究開発事例を紹介する。