社会実装が進むSiCパワー半導体と関連ウェハ技術の開発動向

摘要

パリ協定以降、地球温暖化対策の一環としてCO_2排出量制限を含む低炭素炭化社会の実現に向けた取り組みが始められてから久しいが、日本国内では今後、超スマート社会化に向けたエネルギーの高効率利用技術やエネルギーバリューチェーンの最適化技術の開発が加速される。SiC（炭化珪素）は低損失に大電力を制御することができる新しいワイドギャップパワー半導体材料として注目されてきたが、近年、高性能パワーコンディショナーとして実用化に成功した製品も出始め、認知度も増してきている。またシリコンでは実現できない25kV超級TGBTも報告され、SiCだけが唯一達することができる超高耐圧パワー素子による革新的電力変換器の実現にも期待が寄せられている。ウェハの材料となるSiC バルク単結晶は、1990年頃から昇華法を使った単結晶成長の開発が本格的に始まり、20年を経た現在、ようやく直径6inchの大口径ウェハが製造·販売されるまでに至った。昇華法はSiC粉末原料から種結晶へ昇華再結晶させる簡便なPVDプロセスではあるが、成長温度が2500°Cに達し、また二元素の気相成長であることから、歪みや欠陥の制御が難しい側面もある。その中でRAF（repeated a-face）成長法と呼ばれる革新的な低欠陥化技術も日本から生み出され、デバイスの信頼性確保に充分期待の持てる品質レベルとなりつつある。現在、国内のSiCパワーデバイスメーカーの製造ラインも6inch化が進み、新幹線などの高速鉄道やハイブリッド·電気自動車など、SiC搭載が理想な分野も開発が加速している。またウェハの大きさは8inch開発も始まったことが関連国際学会等で報告されており、シリコンに替わる新しいパワーエレクトロニクス産業の創成がいよいよ現実味を借びつつある。