【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.04】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23TU0035
利用課題名 / Title
SiCポリタイプの同時横方向エピタキシャル成長技術を用いた新規SiCデバイスの実用化
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,CVD,スパッタリング/ Sputtering,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,エレクトロデバイス/ Electronic device,先端半導体（超高集積回路）/ Advanced Semiconductor (Very Large Scale Integration),表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control
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)
櫻庭 政夫
所属名 / Affiliation
東北大学電気通信研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
渡邉 幸宗（セイコーエプソン株式会社）,大脇 寛成（セイコーエプソン株式会社）,長澤 弘幸（株式会社ＣＵＳＩＣ）,佐藤 茂雄（東北大学電気通信研究所）
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-101：酸化炉
TU-154：住友精密TEOS PECVD
TU-160：自動搬送 芝浦スパッタ装置（加熱型）
TU-161：自動搬送 芝浦スパッタ装置（冷却型）
TU-206：アルバックICP-RIE#2
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年の大口径高品質4H-SiCウェハ製造技術の着実な進展に支えられ、新しいパワー半導体デバイス用の4H-SiCウェハプラットフォームが構築されている。その延長線上において、過酷な高温環境でも長期安定性を有するSiCパワートランジスタ実用化への期待が高まっており、適度なバンドギャップ（2.4 eV）と大きな電子親和力を合わせ持つ3C-SiCのMOSFETとの親和性の高さが見直されつつある。このような中で、本研究課題では、4H-SiCと格子整合し、双晶を含まない3C-SiCのエピタキシャル層形成を可能とする同時横方向エピタキシャル成長（SLE）技術を用いて、大口径4H-SiCウェハの高い結晶品質を引き継いだ高品質3C-SiCを表面層に有するポリタイプヘテロ構造ウェハ（SLEウェハ）の実現とともに、それを用いたMOSダイオードやMOSFETを製作する実験を進めた。
実験 / Experimental
高温熱処理（TU-101）、絶縁膜堆積（TU-154）、プラズマエッチング（TU-206）、金属堆積（TU-160、TU-161）等の各種デバイス製作プロセスを実施することにより、SLEウェハ上にMOSダイオードやMOSFETを製作した。
結果と考察 / Results and Discussion
第1に、絶縁膜（熱酸化膜）を形成したSLEウェハ表面の界面準位密度を走査型非線形誘電率顕微鏡法（SNDM法）によって計測した。その結果、3C-SiC表面の密度は4H-SiC表面の200分の1以下となり、SLE法によって界面準位密度を大幅に低減できることを実証した。第2に、SLEウェハ上にアルミゲートMOSダイオードを製作し、その微分容量－電圧特性評価を進めた結果、ゲート電圧印加時の蓄積層・空乏層・反転層形成を確認することに成功した。第3に、SLEウェハの3C-SiC部と4H-SiC部をチャネルとする横型MOSFETの製作プロセスの構築とともに、実際にSLEウェハを用いてMOSFET製作を進めた。そして、電気特性評価の結果、pMOSFETとnMOSFETのいずれにおいても、トランジスタ動作することを確認することができた。以上のような成果から、4H-SiCプラットフォームへのSLE技術による3C-SiCの導入の可能性が示され、次世代SiCパワー半導体集積回路の重要な要素技術になることが期待できる。
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)
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.
- Hiroyuki Nagasawa, Yasuo Cho, Maho Abe, Takenori Tanno, Michimasa Musya, Masao Sakuraba, Yusuke Sato and Shigeo Sato, “SNDM study of MOS interface state densities on 3C-SiC and 4H-SiC stacked structure” (Oral Presentation), International Conference on Silicon Carbide and Related Materials (ICSCRM2023, September 19-22, 2023, Sorrento, Italy), Session: Process 2: MOS II.
- 長康雄、長澤弘幸、櫻庭政夫、佐藤茂雄、「3C-SiC/4H-SiC積層構造MOS界面のSNDM 評価」（口頭発表）、第84回応用物理秋季学術講演会（2023年9月19～23日、熊本）, 講演番号: 21p-B201-6.
- 櫻庭政夫, 佐藤茂雄, 長康雄, 「結晶構造が異なるSiC同士のシームレスな積層に成功 ─パワー半導体の電力損失を大幅に削減できる見通しを得る─」, 東北大学、プレスリリース・研究成果, 2023年9月28日 14:00, https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/09/press20230928-05-power.html .
- （株）CUSIC, 新着情報, 「プレスリリースについて 「結晶構造が異なるSiC同士のシームレスな積層に成功」 ─ パワー半導体の電力損失を大幅に削減できる見通しを得る ─」, 2023年9月28日, http://cusic.co.jp/archives/390 .
- Yasuo Cho, Hiroyuki Nagasawa, Masao Sakuraba and Shigeo Sato, “SNDM Study on Cubic and Hexagonal Epitaxially Stacked SiC MOS Interfaces” (Poster Presentation), 2023 MRS Fall Meeting & Exhibit (Nov. 26-Dec. 1, 2023, Boston, USA), Symp.: CH01: Advanced Characterization Methods of Energy Material Applications, Nov. 28, 2023.
- 長澤弘幸, 阿部真帆, 丹野健徳, 武者倫正, 櫻庭政夫, 佐藤茂雄, 末光眞希, 「SLE 法における3C SiC/4H SiC 積層構造の制御（Control of 3CSiC/4H SiC Stacking Structure in Simultaneous Lateral Epitaxy）」（ポスター発表）, 応用物理学会・先進パワー半導体分科会第10回講演会（2023年11月30日～12月1日, 金沢）, ポスター講演番号：IIA.
- H. Nagasawa, Y. Cho, M. Abe, T. Tanno, M. Musya, M. Sakuraba, Y. Sato, S. Sato, “SNDM study of MOS interface state densities on 3C-SiC and 4H-SiC stacked structure” (Short Oral & Poster Presentation), 14th International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics (Dec. 14-15, 2023, Sendai, Japan), Abs. No. P-09.
- 長澤弘幸，武者倫正, 阿部真帆, 丹野健徳, 櫻庭政夫, 佐藤茂雄, 「3C-SiCと4H-SiCの 交互エピタキシャル積層構造の形成」（口頭発表）, 第71回応用物理学会春季学術講演会 （2024年3月23日、東京都市大）, 講演番号：23a-52A-1.
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