The Electrical characteristics of metal-oxide-semiconductor field effect transistors fabricated on cubic silicon carbide

立方晶炭化ケイ素上に作製した金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタの電気特性

大島 武; Lee, K. K.; 石田 夕起*; 児島 一聡*; 田中 保宣*; 高橋 徹夫*; 吉川 正人; 奥村 元*; 荒井 和雄*; 神谷 富裕

Oshima, Takeshi; Lee, K. K.; Ishida, Yuki*; Kojima, Kazutoshi*; Tanaka, Yasunori*; Takahashi, Tetsuo*; Yoshikawa, Masahito; Okumura, Hajime*; Arai, Kazuo*; Kamiya, Tomihiro

炭化ケイ素(SiC)半導体は、大電力・高周波素子への応用が期待されているが、結晶成長や素子作製技術が確立しておらず、実用化への課題となっている。特に、金属-酸化膜-半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)のチャンネル移動度の向上は実用化に不可欠となっている。これまで、結晶作製技術の問題より六方晶SiCが主な研究対象であったが、近年、立方晶SiC(3C-SiC)の厚膜化が可能となり、その厚膜を基板とすることでホモエピタキシャル成長を行うことが可能となった。本研究では、化学気相法により1650Cでホモエピタキシャル成長させた立方晶SiC上にMOSFETを作製した。MOSFETのソース,ドレイン領域は800Cでのイオン注入及び1650Cで3分間のAr熱処理することで作製し、ゲート酸化膜は1100Cでの水素燃焼酸化により形成した。電気特性よりチャンネル移動度を見積もったところ260 cm/Vsという非常に優れた値が得られた。また、酸化膜耐電圧を計測したところ絶縁破壊開始電界が8.5MV/cmというほぼ理想値を得た。

The n-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) were fabricated on cubic silicon carbide (3C-SiC) epitaxial layers grown on 3C-SiC substrates. The gate oxide of the MOSFETs was formed using pyrogenic oxidation at 1100C. The 3C-SiC MOSFETs showed enhancement type behaviors after annealing at 200C for 30 min in argon atmosphere. The maximum value of the effective channel mobility of the 3C-SiC MOSFETs was 260 cm/Vs. The leakage current of gate oxide was of a few tens of nA/cm at an electric field range below 8.5 MV/cm, and breakdown began around 8.5 MV/cm.