【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.04】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23AT0234

利用課題名 / Title

ベータ型酸化ガリウムMOSSBD開発

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

パワーデバイス,MOSキャパシタ,High-k,TiO2,エレクトロデバイス/ Electronic device,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,ALD

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

大塚 文雄

所属名 / Affiliation

（株）ノベルクリスタルテクノロジー

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

山崎 将嗣

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-031：原子層堆積装置_1[FlexAL]

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ベータ型酸化ガリウム上に形成されたトレンチMOS型ショットキーバリアダイオードにおいては、MOSキャパシタ絶縁膜はSiO₂ベースのCVD膜で形成されており、これにより1200V以上の耐圧が実現されている（参考文献1）。しかしながらベータ型酸化ガリウムでは6MV/cmを超える破壊電界強度を実現することができるが、破壊耐圧がSiO₂膜で決定されており、本来実現されるはずの高耐圧が達成されていない。一方で、より高い耐圧を実現するため、High-k材料をMOSキャパシタに適用する試みがなされている（参考文献2）。今回High-k材料を酸化ガリウム高耐圧デバイスに適用するためのフィージビリティースタディとして、プレーナー型MOSキャパシタ構造において、キャパシタ絶縁膜にTiO₂膜をALD(Atomic Layer Deposition)により形成し、順方向特性、および逆方向特性を評価した。

実験 / Experimental

２インチのベータ型酸化ガリウムウェハおよびレファレンスとしての2インチのSiウェハをSPM洗浄後、これらのウェハ上に産総研ナノプロセシング施設にて51nmの膜厚のTiO₂膜をALDにて形成した。その後、ウェハを劈開により分割し、PDA(Post Deposition Anneal)を温度分流にて実施した後、表面アノード電極、および裏面カソード電極を形成した。電気評価としては、CVによる誘電率の評価、および順方向、逆方向のIV特性を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

Siウエハ上に形成したMOSキャパシタのCV特性から得られたTiO₂の比誘電率は55であった。TiO₂の伝導帯はGa₂O₃のそれより低いため、酸化ガリウム基板上のMOSキャパシタには順方向電流が生じ、PDAなしの場合は、印加電圧に対してほぼ２乗で電流値が増加した。一方、PDAありの場合は、ショットキーバリアダイオードと同様に印加電圧に対して１乗で電流が増加する理想的な整流特性が得られた。逆方向リーク電流はSiO₂絶縁膜のMOSキャパシタよりより増加したが、破壊電圧としては1200Vを超える耐圧が得られ、SiO₂ベースのMOSキャパシタと同等以上の耐圧を実現した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

参考文献1：Applied Physics Express 15 016501(2022)
参考文献2：Applied Physics Express 16 071002(2023)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件