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絶縁物/半導体界面の評価方法及び評価装置

国内特許コード P130008591
整理番号 S2011-1015-N0
掲載日 2013年2月27日
出願番号 特願2011-175232
公開番号 特開2013-038340
登録番号 特許第5881037号
出願日 平成23年8月10日(2011.8.10)
公開日 平成25年2月21日(2013.2.21)
登録日 平成28年2月12日(2016.2.12)
発明者
  • 木本 恒暢
  • 吉岡 裕典
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 絶縁物/半導体界面の評価方法及び評価装置
発明の概要 【課題】MISあるいはMOS界面の欠陥密度(界面準位密度)を簡便かつ高い精度で求める。
【解決手段】絶縁物/半導体界面における界面欠陥に起因する容量CITが無視できる程度の高周波におけるC-V特性を元に、酸化膜容量の影響を排除した半導体容量(CD+CIT)を計算するステップと、1/(CD+CIT2を低周波(準静電的)C-V特性から計算される表面ポテンシャルψsに対してプロットするステップと、ψs-1/(CD+CIT2プロットの外挿値が原点を通るように定数項を定めることにより、表面ポテンシャルψsの絶対値を確定するステップと、を有することを特徴とする絶縁物/半導体界面の評価方法。
【選択図】図8
従来技術、競合技術の概要


絶縁膜/半導体界面(MIS界面、MOS界面)の電子物性は、MOSFET、TFT、CCD、太陽電池など多くの主要な半導体デバイスの性能を左右する重要な特性である。特に、次世代パワー半導体として期待される炭化珪素(SiC)の分野では、パワーMOSFETの高性能化が最も重要な課題の一つであるが、酸化膜/SiC界面に多くの欠陥(界面準位)が存在し、MOS界面のチャネル移動度が極めて低いことが問題となっている。



酸化膜/SiC界面の評価では、エネルギーバンド端に近づくにつれて界面準位密度が指数関数的に増大することが見出され、このエネルギー的に浅い界面準位が、チャネル移動度の低下をもたらしていることが分かっている。



したがって、このエネルギー的に浅い界面準位を正確に評価する手法(エネルギー位置と界面準位密度との両方を正確に求める手法)の確立が急務となっている。



絶縁膜/半導体界面の界面準位密度の評価法については、Siの分野で20~40年前に確立されて以来、ほとんど進展がないと言って過言ではない。これらの評価法には、以下のものがある。



1)MISあるいはMOS構造(MISあるいはMOSキャパシタ)の高周波(0.1-1MHz)特性と理論特性の差分から界面準位密度を求めるターマン法。
2)高周波(0.1-1MHz)および低周波(準静電的,QS)のC-V特性から求めるhigh-low法。
3)MOS構造のコンダクタンスの周波数依存性を元に解析するコンダクタンス法。



上記1)から3)までの3種類の評価方法が一般的であり、これらは半導体に関する多くの教科書にも記載されている。例えば、当該分野の代表的な教科書である下記非特許文献1などに記載されている。

産業上の利用分野


本発明は、絶縁物/半導体界面の評価技術に関し、特に、絶縁膜/SiC半導体界面欠陥の評価技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
100MHz程度の高周波におけるC-V特性を元に、酸化膜容量の影響を排除した半導体容量(CD+CIT~CD)を計算する第1ステップと、
1/(CD+CIT2を、低周波(準静電的)C-V特性から計算される表面ポテンシャルψsに対してプロットする第2ステップと、
ψs-1/(CD+CIT2プロットの外挿値が原点を通るように定数項を定めることにより、表面ポテンシャルψsの絶対値を確定する第3ステップと
を有することを特徴とする絶縁物/半導体界面の評価方法。
ここで、CDは、半導体の容量であり、CITは、界面順位に起因する容量であり、CはMOSキャパシタの容量である。

【請求項2】
前記第1ステップにおいては、



を用い、
前記第2ステップにおいては、



を用い、
前記第3ステップにおいては、



を用いることを特徴とする請求項1に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法。
ここで、COXは、酸化膜の容量であり、Vはゲート電圧であり、CQSは、準静電的な容量であり、Aは、積分定数であり、Cdepletionは、空乏層の容量であり、Sはゲート電極の面積であり、εSiCは、SiCの誘電率であり、eは、素電荷であり、Nは、SiCのドーピング濃度である。

【請求項3】
確定した前記表面ポテンシャルψsを用いて、酸化膜容量を差し引いた容量(CD+CIT)とψsとの関係を絶縁物/半導体界面における界面欠陥に起因する容量CITが無視できる程度の高周波および低周波で求める第4ステップと、
前記1/(CD+CIT2-ψsプロットから求めたドーピング密度Nを用いて半導体容量CDの理論特性とに基づいて、低周波(CD+CIT)特性と理論特性CD(理論)との差分が界面準位に起因する容量CITとなることを利用して、当該CIT値から界面準位密度DITを求める第5ステップと
を有することを特徴とする請求項1に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法。

【請求項4】
前記第4ステップにおいては、



を用い、
前記第5ステップにおいては、



を用いることを特徴とする請求項3に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法。
ここで、CD,theoryはCの理論値であり、kはボルツマン定数であり、Tは温度、(C+CIT)QSは、半導体の容量と界面順位に起因する容量との和(準制電的な容量)である。

【請求項5】
前記理論特性CD(理論)の代わりに、十分周波数の高いCD+CIT特性を用いて求めることを特徴とする請求項3又は4に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法。

【請求項6】
前記半導体は、SiCであり、
前記高周波は、100MHz程度の超高周波であることを特徴とする請求項5に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法。

【請求項7】
請求項1又2に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法で求めた表面ポテンシャルψsを、請求項3から5までのいずれか1項に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法における前記第4のステップの表面ポテンシャルψsとして用いることを特徴とする絶縁物/半導体界面の評価方法。

【請求項8】
請求項1から7までのいずれか1項に記載の絶縁物/半導体界面の評価方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。

【請求項9】
絶縁物/半導体界面における界面欠陥に起因する容量CITが無視できる程度の高周波におけるC-V特性を元に、酸化膜容量の影響を排除した半導体容量(CD+CIT)を計算する半導体容量(CD+CIT)演算部と、
1/(CD+CIT2を低周波(準静電的)C-V特性から計算される表面ポテンシャルψsに対してプロットする1/(CD+CIT2-ψsプロット部と、
1/(CD+CIT2-ψsプロットの外挿値が原点を通るように定数項を定めることにより、表面ポテンシャルψsの絶対値を確定する積分定数A演算部と
を有することを特徴とする絶縁物/半導体界面の評価装置。

【請求項10】
確定した前記表面ポテンシャルψsを用いて、酸化膜容量を差し引いた容量(CD+CIT)とψsとの関係を絶縁物/半導体界面における界面欠陥に起因する容量CITが無視できる程度の高周波および低周波で求めるMOSキャパシタのV-ψプロット部と、
前記1/(CD+CIT2-ψsプロットから求めたドーピング密度Nを用いて半導体容量Csの理論特性とに基づいて、低周波(CD+CIT)特性と理論特性CD(理論)との差分が界面準位に起因する容量CITとなることを利用して、当該CIT値から界面準位密度DITを求めるDIT演算部と
を有することを特徴とする請求項9に記載の絶縁物/半導体界面の評価装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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