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Impact of post-nitridation annealing in CO$$_{2}$$ ambient on threshold voltage stability in 4H-SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors

4H-SiC金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタのしきい値電圧の安定性に及ぼすCO$$_{2}$$雰囲気中でのポスト窒化アニールの影響

細井 卓治*; 大迫 桃恵*; Moges, K.*; 伊藤 滉二*; 木本 恒暢*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆 ; 志村 考功*; 渡部 平司*

Hosoi, Takuji*; Osako, Momoe*; Moges, K.*; Ito, Koji*; Kimoto, Tsunenobu*; Sometani, Mitsuru*; Okamoto, Mitsuo*; Yoshigoe, Akitaka; Shimura, Takayoshi*; Watanabe, Heiji*

SiO$$_{2}$$/SiC構造に対するNOアニールとCO$$_{2}$$雰囲気でのポスト窒化アニール(PNA)の組み合わせが、SiCベースの金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の高いチャネル移動度と優れた閾値電圧安定性を得るために有効であることを実証した。NOアニールにより取り込まれたSiO$$_{2}$$/SiC界面のSiO$$_{2}$$側のN原子が電荷捕獲サイトの起源と考えられるが、1300$$^{circ}$$CのCO$$_{2}$$-PNAによりSiCを酸化することなくこれらの選択的除去が可能であることがわかった。また、CO$$_{2}$$-PNAにはSiO$$_{2}$$中の酸素空孔を補償する効果もあり、結果として正負の電圧温度ストレスに対する高い耐性が得られた。

The combination of NO annealing and subsequent post-nitridation annealing (PNA) in CO$$_{2}$$ ambient for SiO$$_{2}$$/SiC structures has been demonstrated to be effective in obtaining both high channel mobility and superior threshold voltage stability in SiC-based metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs). N atoms on the SiO$$_{2}$$ side of the SiO$$_{2}$$/SiC interface incorporated by NO annealing, which are plausible cause of charge trapping sites, could be selectively removed by CO$$_{2}$$-PNA at 1300$$^{circ}$$C without oxidizing the SiC. CO$$_{2}$$-PNA was also effective in compensating oxygen vacancies in SiO$$_{2}$$, resulting high immunity against both positive and negative bias-temperature stresses.

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分野:Physics, Applied

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