SiC集積回路の研究状況

高電圧、高電力、高周波、高温特性を追求するS1Cディスクリートデバイスとは異なり、SiC集積回路の研究目標は、主にインテリジェント電力IC制御回路用の高温デジタル回路を得ることです。SiC集積回路は内部電界が非常に低いため、微小管欠陥の影響が大幅に軽減されます。これは、モノリシックSiC集積オペアンプチップが検証された最初のものであり、実際の完成品と決定された歩留まりは、微小管欠陥よりもはるかに高く、したがって、SiC歩留まりモデルとSiおよびCaAs材料に基づいていることは明らかです。このチップは、空乏NMOSFETテクノロジーに基づいています。主な理由は、逆チャネルSiC MOSFETの有効キャリア移動度が低すぎることです。SiCの表面移動度を向上させるには、SiCの熱酸化プロセスを改善し、最適化する必要があります。

パデュー大学はSiC集積回路の研究に多大な貢献をしてきました。1992年には、リバースチャネル6H-SIC NMOSFETをベースとしたモノリシックデジタル集積回路の開発に成功しました。このチップには、オン/オフゲート、オン/オフゲート、バイナリカウンタ、半加算器などの回路が搭載されており、25℃～300℃の温度範囲で正常に動作します。1995年には、バナジウム注入分離技術を用いて、最初のSiCプレーンMESFET ICが製造されました。注入するバナジウムの量を正確に制御することで、絶縁性SiCを実現しました。

デジタルロジック回路において、CMOS回路はNMOS回路よりも魅力的です。1996年9月、最初の6H-SIC CMOSデジタル集積回路が製造されました。このデバイスはN次注入と堆積酸化膜を採用していましたが、他のプロセス上の問題により、チップPMOSFETの閾値電圧が高すぎました。1997年3月、第2世代SiC CMOS回路の製造時に、Pトラップ注入と熱成長酸化膜の技術が採用されました。プロセス改善により得られたPMOSEFTの閾値電圧は約-4.5Vです。チップ上のすべての回路は、室温から300℃まで正常に動作し、5Vから15Vまでの単一電源で駆動されます。

基板ウェーハの品質向上に伴い、より高機能で高歩留まりの集積回路が製造されるようになるでしょう。しかし、SiC材料とプロセスの問題が根本的に解決されると、デバイスとパッケージの信頼性が高温SiC集積回路の性能を左右する主要な要因となるでしょう。