京大等三家開發成功SiC外延膜量產技術

   京都大學、東京電子、羅姆等宣布，使用“量產型SiC（碳化硅）外延膜生長試制裝置”，確立對SiC晶圓進行大批量統一處理的技術已經有了眉目。由此具備耐高溫、耐高壓、低損耗、大電流及高導熱系數等特征的功率半導體朝著實用化邁出了一大步。目前，三家已經開始使用該裝置進行功率半導體的試制，面向混合動力車的馬達控制用半導體等環境惡劣但需要高可靠度的用途，“各廠商供應工程樣品，并獲得了好評”。 

    此次開發的是SiC外延生長薄膜的量產技術。具體來說，是把市售的直徑為3英寸、厚度為1cm左右的SiC底板削薄后，在上面形成具有高均勻度的SiC外延生長薄膜，再實施氮（N）摻雜。通過在300mm晶圓制造裝置內排列多個3～4英寸的SiC晶圓，進行統一處理，還可實現量產。“通過利用東京電子的仿真系統，分析1600～1700℃的高溫下氣體的流動狀況并進行控制，能夠實現SiC膜均勻成形技術”。 

    SiC底板的切割方面，三家以與結晶面成4度的角度切割SiC底板，形成高品質薄膜。過去，以8度的角度切割底板較為常見，以更小的角度進行切割時，“極難形成均勻的膜”（京都大學工學研究系電子工學專業教授木本恒暢），此次這一問題得到了克服。這樣，在使用6英寸等更大的晶圓時，可以從昂貴的底板上切割出更多的晶圓。 

    雖然形成有SiC外延生長膜的SiC晶圓可以買到，但是由于“供貨商只有一家美國風險公司，品質上也存在質量不均勻問題”，因此三家決定自行開發。 

    200℃高溫下漏電流仍然較小 

    使用上述晶圓開發半導體元件的業務主要由羅姆負責（參閱本站報道）。目前試制完成的有SiC肖特基勢壘二極管（SBD）、SiCDMOSFET，以及由二者組成的SiC逆變器模塊等。SiCSBD與以往使用Si的高速二極管相比，擁有即使在200℃的高溫下也很少發生熱失控和漏電流增大現象，且半導體芯片面積較小的特點。“SiC元件能夠以5mm見方的芯片處理100～200A的大電流。Si是做不到的”（羅姆研究開發本部長高須秀視）。 

    SiCDMOSFET也具有在200℃以上的溫度下漏電流小，正向電阻的溫度依賴性小等特點。SiDMOS則存在著在150℃以上的溫度下漏電流激增，正向電阻隨溫度升高增大的問題。 

    另外，SiC逆變器模塊與使用Si芯片的模塊相比，芯片面積僅為后者的1/6，放熱也僅為后者的1/2。因此可以大幅度縮小使用Si芯片所需的大型散熱片，或是驅動更大的馬達。