Impact of nitridation on the reliability of 4H-SiC(110) MOS devices

4H-SiC(110)MOSデバイス信頼性への窒化の影響

中沼 貴澄*; 小林 拓真*; 細井 卓治*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆 ; 志村 考功*; 渡部 平司*

Nakanuma, Takato*; Kobayashi, Takuma*; Hosoi, Takuji*; Sometani, Mitsuru*; Okamoto, Mitsuo*; Yoshigoe, Akitaka; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

NO窒化SiC(110)(a面)MOSデバイスのリーク電流およびフラットバンド電圧(VFB)安定性を系統的に調査した。NO窒化は界面特性改善に有効であるが、Fowler-Nordheim(F-N)電流の立ち上がり電界を1MVcm程度低下させ、顕著なリーク電流をもたらした。また、放射光X線光電子分光による測定の結果、窒化処理によってSiO/SiC界面の伝導帯オフセットが低減していることがわかり、リーク電流増大の起源が明らかになった。さらに、正および負バイアスストレス試験により、窒化a面MOSデバイスでは、電子および正孔注入に対してVFBが不安定であることが明確に示された。

The leakage current and flat-band voltage (VFB) instability of NO-nitrided SiC (110) (a-face) MOS devices were systematically investigated. Although NO nitridation is effective in improving the interface properties, we found that it reduces the onset field of Fowler-Nordheim (F-N) current by about 1 MVcm, leading to pronounced leakage current. Synchrotron X-ray photoelectron spectroscopy revealed that the nitridation reduces the conduction band offset at the SiO/SiC interface, corroborating the above finding. Furthermore, systematical positive and negative bias stress tests clearly indicated the VFB instability of nitrided a-face MOS devices against electron and hole injection.