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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
Materials Science Forum, 457-460(Part2), p.1405 - 1408, 2004/06
(001)立方晶炭化ケイ素(3C-SiC)ホモエピタキシャル膜上に作製した金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の電気特性とチャンネル方向([-110]方向に垂直,水平)の関係を調べた。その結果、両方のMOSFETともにしきい値電圧は-0.5V、チャンネル移動度は215から230cm
/Vsと同様であることが見いだされた。このチャンネル移動度の値はこれまでに六方晶SiCでは達成されていない優れた値である。サブシュレショールド領域でのドレイン電流の値を調べたところ、[-110]に垂直のMOSFETは10
Aオーダーであるのに対し、[-110]に平行なMOSFETは10
Aオーダーと二桁も高いことが明らかとなった。これは、3C-SiC基板を[-110]方向にアンジュレーションをつけたSi基板にエピタキシャル成長するが、成長後にもその際の欠陥が残留し、伝導に影響するため[-110]に沿うように電流が流れる場合はリークが大きくなるためと考えられる。
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
Japanese Journal of Applied Physics, Part 2, 42(6B), p.L625 - L627, 2003/06
被引用回数：39 パーセンタイル：77.43(Physics, Applied)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1650
C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。
吉川 正人; 児島 一聡; 大島 武; 伊藤 久義; 岡田 漱平; 石田 夕起*
Materials Science Forum, 338-342, p.1129 - 1132, 2000/00
3C-SiC半導体を用いた金属-酸化膜-半導体(MOS)トランジスタを実用化するためには、その酸化膜と半導体の界面の電荷トラップ準位の低減が重要な課題となっている。そこでゲート酸化膜作製後に水蒸気中で酸化膜を熱処理することで、界面の電荷トラップが低減されるかどうかを調べた。その結果、3C-SiC MOS構造の界面に対しては、大きな変化が認められなかった。このことは6H-SiC MOS構造の水蒸気アニーリングの結果とは大きく異なった。このことから、界面構造の違いがMOS特性に大きな影響を与えていることがわかった。
児島 一聡; 吉川 正人; 大島 武; 伊藤 久義; 岡田 漱平
Materials Science Forum, 338-342, p.1239 - 1242, 2000/00
今回、p型3C-SiCについてAu/p-型3C-SiCショットキー接合を作製し、その特性について調べた。3C-SiCのショットキー接合に関して、n型については良好なショットキー特性が得られている。一方、p型については結晶性の劣化により良好なショットキー特性が得られていなかった。p型3C-SiCは縦型減圧CVD装置を用いて作製した。成長条件は、水素、シラン、プロパン流量がそれぞれ2.0slm,0.5sccm,0.52sccm,反応管内圧力100Torr、基板温度1300
で行った。また、p型のドーパントとしてAlを成長中にドープした。この結晶を用いて、Auをショットキー電極としてAu/p型3C-SiCショットキー接合を形成し、その特性を調べた。電流-電圧特性を調べたところ、p型3C-SiCで初めて良好なショットキー特性が得られ、得られた最大の逆方向耐電圧は42Vであった。また、Au/p型3C-SiCショットキー接合の障壁高さを電流-電圧特性測定、キャパシタンス測定、XPS測定から見積もったところ、それぞれ1.12
0.12eV,1.110.16eV,1.400.15eVと見積もられた。これらの値はすでに見積もられているn型3C-SiCのAuショットキー障壁高さから予測される値と一致しており、このことからp型3C-SiCについてAuショットキー障壁高さを実験的に初めて求めることができた。
大島 武; 伊藤 久義; 上殿 明良*; 鈴木 良一*; 石田 夕起*; 高橋 徹夫*; 吉川 正人; 児島 一聡; 大平 俊行*; 梨山 勇; et al.
電子技術総合研究所彙報, 62(10-11), p.469 - 476, 1999/00
イオン注入により立方晶炭化ケイ素(3C-SiC)中に発生する欠陥と熱処理による欠陥の回復を電子スピン共鳴(ESR)、陽電子消滅測定(PAS)及びフォトルミネッセンス測定(PL)により調べた。3C-SiCへ200keV-Al
及びNを1
10
110
/cmのドーズ量で室温から1200までの温度で注入した。注入後の熱処理はAr中で1400まで行った。ESR及びPL測定の結果、800以上の高温注入を行うことで照射欠陥を著しく低減できることがわかった。また、室温注入試料中の空孔型欠陥の熱処理による振る舞いをPAS測定により調べた。その結果、1400までの熱処理温度領域が空孔型欠陥の複合化、クラスタ化といった5つの領域に分けられることがわかった。
河裾 厚男; 森下 憲雄; 大島 武; 岡田 漱平; 伊藤 久義; 吉川 正人; 梨山 勇; 吉田 貞史*; 奥村 元*
Applied Physics A, 67(2), p.209 - 212, 1998/00
被引用回数：42 パーセンタイル：82.87(Materials Science, Multidisciplinary)陽電子寿命及び電子スピン共鳴測定が、1MeV電子線照射した3C-SiCについて行われた。陽電子寿命と電子スピン共鳴の強度比較より、我々は、マイナス1価にチャージしたシリコン原子空孔の同定に成功した。シリコン原子空孔における陽電子寿命が、188psと初めて決定された。この値は、Brauer等によって与えられた理論値と良く一致している。マイナス1価のシリコン原子空孔による捕獲係数も算出された。
大島 武; 上殿 明良*; 伊藤 久義; 阿部 功二*; 鈴木 良一*; 大平 俊平*; 青木 康; 谷川 庄一郎*; 吉川 正人; 三角 智久*; et al.
Mater. Sci. Forum, 264-268, p.745 - 748, 1998/00
イオン注入により発生する照射欠陥とその熱アニールによる回復についての情報を得るために、陽電子消滅測定を行った。試料はCVC法により作成した立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)を用い、イオン注入は室温で、200keV-N
を110/cm行った。注入後の熱アニール処理は~1400Cまで行い、それぞれの温度でアルゴン中で20分間行った。陽電子消滅測定の結果、室温~1000Cまでは空孔型欠陥のサイズが増加し、空孔クラスターを形成するが、1000C以上では空孔型欠陥のサイズは減少し、1200C以上では消滅していくことが分かった。また、照射によりダメージを受けた領域の回復は結晶の奥の方から始まり、アニール温度の上昇に従って表面へ移動してくることも明らかになった。
伊藤 久義; 大島 武; 青木 康; 安部 功二*; 吉川 正人; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*; 上殿 明良*; 谷川 庄一郎*
Journal of Applied Physics, 82(11), p.5339 - 5347, 1997/12
被引用回数：13 パーセンタイル：57.46(Physics, Applied)室温から1200Cの広い温度範囲での窒素(N
)及びアルミニウム(Al)のイオン注入により立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)半導体に導入される欠陥を電子スピン共鳴(ESR)、光励起発光分析(PL)、陽電子消滅(PAS)法を用いて評価した。高温注入は常磁性欠陥を減少させ注入層の結晶性を改善すると同時に、空孔クラスターの形成を誘起することが明らかになった。これらの結果は高温注入時における点欠陥の移動と結合反応によって説明することができる。さらに高温注入による欠陥の形成と消失挙動は注入温度、注入量、注入イオン種に依存することが見い出された。また、高温注入により3C-SiCに導入された欠陥のアニール挙動をESR,PL,PASを用いて調べるとともに、ホール測定、二次イオン質量分析により注入不純物のアニールによる電気的活性化や深さ方向濃度分布変化についての知見を得た。
上殿 明良*; 伊藤 久義; 大島 武; 鈴木 良一*; 大平 俊平*; 谷川 庄一郎*; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 三角 智久*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 36(11), p.6650 - 6660, 1997/11
被引用回数：16 パーセンタイル：63.3(Physics, Applied)立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)へチッ素(200keV)及びアルミニウム(200keV)のイオン注入を行い、発生する欠陥を単エネルギー陽電子を用いて調べた。また、注入された3C-SiCを熱アニールすることで、欠陥がどのように振舞うかも調べた。その結果、室温注入後はおもにシリコン単一空孔と炭素空孔が結合した、ダイバーカンシーが発生することがわかった。また、それらの空孔欠陥はその後の熱処理でサイズが大きくなり、1000C付近のアニールでは空孔クラスターを形成すること、またさらに高温でアニールするとクラスターは分解し始めることがわかった。これらの振舞いは、これまで調べた炭素空孔、シリコン空孔の熱アニールの振舞いで説明できた。また、ダメージ層の回復は結晶の深部より始まり、アニール温度の上昇とともに表面の方へ向かってくることも明らかになった。
伊藤 久義; 上殿 明良*; 大島 武; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 谷川 庄一郎*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Applied Physics A, 65(3), p.315 - 323, 1997/00
被引用回数：16 パーセンタイル：63.3(Materials Science, Multidisciplinary)立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)半導体に200keVの加速エネルギーで窒素(N)及びアルミニウムイオン(Al)を注入温度範囲:室温~1200C、注入範囲:10~10
/cmでイオン注入し、生成される欠陥を単色陽電子ビームを用いた陽電子消滅測定法を用いて調べた。消滅
線エネルギースペクトルのドップラー広がりを解析した結果、高温注入により3C-SiC中に空孔クラスターが形成されることが明らかになった。空孔クラスターのサイズは注入量及び注入温度を上昇させると増大することを見いだした。高温注入による空孔のクラスター化については、注入時の空孔の結合反応によって説明できる。注入試料を1400Cでアニールしたところ、低注入(10/cm)試料は形成された空孔型欠陥は除去できるが、高注入(10/cm)では空孔クラスターが残存することがわかった。陽電子拡散長の解析より、アニールにより陽電子散乱中心が形成されることがわかった。
吉川 正人; 根本 規生*; 伊藤 久義; 奥村 元*; 三沢 俊司*; 吉田 貞史*; 梨山 勇
Mater. Sci. Eng., B, 47(3), p.218 - 223, 1997/00
被引用回数：1 パーセンタイル：11.83(Materials Science, Multidisciplinary)3C-SiC MOS構造に
Co線を照射したときに発生する界面準位量と固定電荷量の熱アニールによる減少挙動を高周波C-V法を用いて調べた。400Cまでの等時アニールを行うと、界面準位量及び固定電荷量は減少した。界面準位の減少量については、3C-SiC/SiO界面のエネルギー準位に依存して変化することがわかった。これらの減少挙動を化学反応速度式からみちびいた等時アニール式を用いて解析した所、界面準位量の減少は3種類の、固定電荷量は2種類の異なった活性化エネルギーの組合わせによって説明できることがわかった。Si MOS構造の照射によって発生する界面準位や固定電荷の熱アニールでは、このような複数の活性化エネルギーが認められないため、3C-SiC MOS構造の熱アニール挙動は、Si MOS構造のそれとは大きく異なっていると考えられる。
伊藤 久義; 河裾 厚男; 大島 武; 吉川 正人; 梨山 勇; 谷川 庄一郎*; 三沢 俊司*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Physica Status Solidi (A), 162, p.173 - 198, 1997/00
被引用回数：132 パーセンタイル：97.83(Materials Science, Multidisciplinary)立方晶炭化ケイ素(3C-SiC)半導体における点欠陥の構造及びアニール挙動を明確にするために、化学気相成長法によりSi上にエピタキシャル成長させて作製した3C-SiC単結晶試料に1MeV電子線並びに2MeV陽子線等の高速粒子を照射し、照射試料の電子スピン共鳴(ESR)、光励起発光(PL)、陽電子消滅(PAS)測定を行った。この結果、Si単一空孔、C単一空孔/空孔-格子間原子対等の複数の3C-SiC固有の欠陥構造の同定に成功するとともに、それらのアニール挙動を明らかにした。さらに、これらの点欠陥が3C-SiCの電気特性や光学特性に与える影響を、ホール測定及びPL測定結果を基に議論するとともに、現在までに報告された研究結果とも対比して論術する。
上殿 明良*; 伊藤 久義; 大島 武; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*; 守屋 剛*; 河野 孝央*; et al.
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 35(12A), p.5986 - 5990, 1996/12
200keVでチッ素N又はアルミニウムAlを注入した3C-SiCの空孔型欠陥に関して陽電子消滅法を用いて調べた。陽電子のエネルギー(入射)とSパラメータ関係より欠陥サイズの試料中での深さ方向の情報を得た。測定の結果、注入温度が高いほど空孔型欠陥のサイズが大きくなることが分かった。また、注入後の熱アニールの効果については、室温注入した試料は、熱アニール(1400C)を行うと、さらにサイズの大きな空孔型欠陥が生じるが、800C注入+熱アニール(1400C)はそれほど空孔のサイズは大きくならずにいることが分かった。これらの結果は、注入温度が高温ほど、注入中に生じた単一空孔が移動し、複空孔や空孔クラスターを形成すること及び、注入時のダメージが大きい、室温注入では熱アニールによって空孔が動き、大きな空孔クラスターを形成することを示唆している。
大島 武; 吉川 正人; 伊藤 久義; 高橋 徹夫*; 奥村 元*; 吉田 貞史*; 梨山 勇
Silicon Carbide and Related Materials 1995 (Institute of Physics Conf. Series,No. 142), 0, p.801 - 804, 1996/00
シリコン基板上にCVDにより成長させた3C-SiC(立方晶シリコンカーバイド)を用いてディプレッション型のMOSFET(金属-酸化膜-半導体 電解効果トランジスタ)を作製した。作製したMOSFETを用いてガンマ線によって生成される界面準位に関する研究を行った。照射量の増加により界面準位が増加し、840kGyで~210
cm
発生すること及び、100kGyまでは照射量に対し2/3で増加するが、それ以上では1/3になることが分かった。また840kGy照射後も試料はトランジスタ動作を示し、SiCの優れた耐放射線性が確認された。また界面準位について詳しい考察を行うために、照射された試料の等時アニールを行った。その結果、界面準位は3つの異なる成分より成り立っていること及びその活性化エネルギーは0.35eV、0.1eVであることが分かった。0.35eVについては酸化膜中の水の拡散エネルギーと同程度であり、界面準位が酸化膜中の水により発生している可能性が示唆された。
吉川 正人; 伊藤 久義; 大島 武; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Silicon Carbide and Related Materials 1995 (Institute of Physics Conf. Series,No. 142), p.741 - 744, 1996/00
6H-SiC MOS構造の照射効果を高周波C-V法を用いて調べた。COガンマ線照射により、C-V特性が負方向にシフトすることから、6H-SiC MOS構造界面近傍に正の固定電荷が蓄積することがわかった。またこの固定電荷の蓄積は、照射中に印加されるゲートバイアスの極性に影響され、正バイアスでは固定電荷が顕著に蓄積するが負バイアスではまったく蓄積しないことがわかった。これらの結果は、Si MOS構造や3C-SiC MOS構造の照射効果と類似している。これらのことから、6H-SiC MOS構造においても、照射によって発生した正の電荷(正孔又は水素イオン)が酸化膜中を泳動し、界面近傍の固定電荷のプリカーサと反応して固定電荷が発生しているとするメカニズムが考えられた。
線照射3C-SiC MOS構造の固定電荷蓄積量に及ぼす熱アニール効果根本 規生*; 吉川 正人; 梨山 勇; 吉田 貞史*; 大西 一功*
平成5年度 (第37回)日本大学理工学部学術講演会講演論文集; 材料・物性, p.149 - 150, 1993/00
立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)単結晶を用いてMOS構造を作製し、その線照射によって蓄積する固定電荷(
N
)の熱アニール挙動を室温から400Cの温度範囲で等時アニール法で調べた。その結果、400CでもN
が完全にはアニールされないことがわかった。化学反応速度式を用いてNのアニール挙動を解析すると、1次反応により消滅する活性化エネルギー0.32eVの成分と400Cでは消滅しない成分に分けられた。等時アニールされるNの活性化エネルギーは絶縁膜中をホッピング伝導するイオン、あるいは膜中の水素や水の拡散のそれに近い値であり、アニールのメカニズムとして水素関連の化合物の拡散が示唆された。残りのアニールされないNは3C-Sic/SiO界面の残留カーボンに関連した欠陥かもしれない。
伊藤 久義; 吉川 正人; 梨山 勇; L.Wei*; 谷川 庄一郎*; 三沢 俊司*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Mater. Sci. Forum, 117-118, p.501 - 506, 1993/00
化学気相成長(CVD)法によりSi基板上にエピタキシャル成長させて作製した単結晶3C-SiCに対し、1MeV電子線照射前後における欠陥を、低速陽電子を用いた陽電子消滅測定により評価した。この結果、消滅ガンマ線のエネルギースペクトルを表すSパラメータが、210e/cm以下の照射量領域で、照射量とともに減少し、スペクトルのドップラー幅が広がることが見い出された。さらに、この低照射量領域の電子線照射により、陽電子の有効拡散長が照射前と比較し増加することが解った。これらの結果は、エピタキシャル成長3C-SiC結晶中に空孔型欠陥が残存し、この欠陥が低照射量電子線照射によって減少することを示唆している。
吉川 正人; 森田 洋右; 伊藤 久義; 梨山 勇*; 三沢 俊二*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Amorphous and Crystalline Silicon Carbide IV, p.393 - 398, 1992/00
3C-SiC MOS構造の照射効果を高周波C-V特性を用いて研究した。その結果、3C-SiC/SiO界面に界面準位が発生し酸化膜中に固定電荷が蓄積した。これらの量は照射中にMOS構造のゲートに印加されるバイアス極性に依存し、無バイアス及び正バイアスでは、吸収線量の2/3乗に比例して増加した。また負バイアスではまったく増加が認められなかった。この関係はSi-MOS構造の実験結果とよく一致するが、その発生量及び蓄積量はSi-MOS構造のそれよりもはるかに少なかった。
吉川 正人; 伊藤 久義; 森田 洋右; 梨山 勇*; 三沢 俊司*; 奥村 元*; 吉田 貞史*
Journal of Applied Physics, 70(3), p.1309 - 1312, 1991/08
被引用回数：38 パーセンタイル：85.12(Physics, Applied)3C-SiC MOS構造の照射効果を高周波C-V特性を用いて研究した。その結果、3C-SiC/SiO界面に界面準位が発生し、酸化膜中に固定電荷が蓄積した。これらの量は照射中にMOS構造のゲートに印加されるバイアスの極性に依存し、無バイアス及び正バイアスでは、吸収線量の2/3乗に比例して増加した。この関係はSiMOS構造の実験結果とよく一致するが、その発生量及び蓄積量はSiMOS構造のそれらと比べてはるかに少なかった。
線照射効果吉川 正人; 森田 洋右; 伊藤 久義; 三沢 俊司*; 梨山 勇*; 吉田 貞史*
EIM-90-130, p.47 - 55, 1990/12
ドライ酸化膜を持つ3C-SiC MOSキャパシタの照射効果を高周波C-V特性を用いて評価した。照射によってC-Vカーブは負バイアス側へシフトし、傾きが変化した。この挙動はSi MOSキャパシタの照射効果と同じであった。C-V特性の解析から、3C-SiC/SiO界面及びSiO膜中に照射でトラップサイトが発生することがわかった。この発生量は照射中の正のゲートバイアスで促進され、また酸化プロセスに大きく依存した。Si MOS構造の照射で発生するトラップ量の吸収線量依存性との比較から、3C-SiC MOS構造はトラップ発生がおこりにくく、耐放射線性にすぐれることがわかった。
