成果報告書詳細
管理番号20150000000617
タイトル平成22年度-平成26年度成果報告書 低炭素社会を実現する新材料パワー半導体プロジェクト
公開日2015/9/2
報告書年度2010 - 2014
委託先名技術研究組合次世代パワーエレクトロニクス研究開発機構
プロジェクト番号P10022
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約開発項目 「低炭素社会を実現する新材料パワー半導体プロジェクト」 
平成22年度-平成26年度 成果報告書
高品質・大口径SiC結晶成長技術開発/革新的SiC結晶成長技術開発
高品質・大口径SiC結晶成長技術開発(昇華法)では、高品質化のキー技術であるRAF法の高度化による高品質種結晶の実現と、長尺安定成長技術の確立により、6インチ×52mmで転位密度863個/cm2の高品質6インチウェハを実現し、最終目標を達成した。
革新的結晶成長技術開発では、ガス成長法により、昇華法の5倍の成長速度1.6mm/h、寸法4インチ×43mmでRAF法種結晶と同等の結晶品質を有する単結晶を実現して優位性を示し、最終目標を達成した。また、低コスト化が期待される溶液法では、φ50mm×21.5mmのバルク単結晶を得るとともに、昇華法では不可能であったp型35mΩcmの超低抵抗率を達成し優位性を示して最終目標を達成した。
大口径SiCウェハ加工技術
6インチ一貫加工プロセスを構築し、トータル加工時間9.7時間(従来3日)、潜傷フリーの高速高品質加工を実証し、最終目標を達成した。
SiCエピタキシャル膜成長技術
大口径対応技術開発では、6インチ3枚配置で高均一(厚さ:±2.8%、濃度均一性:±4%)低表面欠陥密度(0.4個/cm2)の最終目標を42μm/hという世界最高の成長速度で達成した。
高速・厚膜成長技術開発では、成長速度100μm/h 以上で高均一低エピ欠陥の最終目標を達成した。
SiC高耐圧スイッチングデバイス製造技術
新規耐圧構造デバイス開発では、トレンチ型SiC-MOSFETでトップレベルの耐圧3.8 kV、特性オン抵抗8.3 mΩcm2を実現、更にSJ構造により理論限界を超える耐圧向上効果を実証(国際会議ISPSD2014でBest Papers Award受賞)し、最終目標を達成した。
高耐圧大容量デバイス/変換器技術開発では、デバイス構造最適化で大容量低抵抗MOSFETを実現し、MVA級のフルSiCインバータを試作して、Si-IGBTに対する55%の損失低減と65%の体積削減を実証した。更に、鉄道車両に搭載して30%の損失低減を実現した。以上により最終目標を達成した。
共通基盤評価技術
エピウェハの表面欠陥を同定、MOSゲート寿命との相関を統計的に解析し、低寿命品を選別できることを示し、自主設定の最終目標を達成した。
応用技術調査検討
技術のベンチマークを実施して到達レベルの明確化とプロジェクト目標の適切な見直しを行い、SiCのニーズの明確と公道走行車デモを実施して実用化を加速した。
英文要約Title: Novel Semiconductor Power Electronics Project Realizing Low Carbon Emission Society (FY2010-2014) Final Report
High quality and 6” diameter SiC crystal growth; By realizing of high quality seed crystal using RAF method, the ingot of 52mm in length and total dislocation density of 863cm-2 was achieved. In the 6” ingot mass production technology development, the reproducibility of high quality ingots was confirmed. In the gas supplying growth method, high speed of 1.6mm/h and continuous growth of 4”×43mm ingot was achieved. The quality of the growth crystal was equal to the seed crystal. In the solution growth method, the 2”×21.5mm crystal was obtained by adding aluminum and nitrogen simultaneously. It was shown that the p-type low resistivity of 35mΩcm was realized.
Development of processing technology of 6” diameter SiC wafer; In the ingot cutting, the developed multi-wire cutting machine with the high wire sending speed of 2500m/s achieved cutting the 6” ingot in about 9 hours, the four times faster than the prior art. In the wrapping technology, the B4C abrasive was successfully used to verify the cost effectiveness. In the CMP, the conditions in which the latent scratches were almost zero with high removal rate of greater than 5um/h was achieved. Total processing time from ingot cutting to CMP finishing was 9.7hours. This rate is 6 times faster than conventional method.
SiC epitaxial film growth technology development; Corresponding to 6” diameter, for both surfaces of Si and C, the guideline of the growth condition for the aimed uniformity and the low surface defect densities was clarified. To realize the high speed growth of thick epitaxial film, the newly designed 4” proof reactor was introduced and the mirror surface with 2.2% thickness fluctuation and low surface defect density was realized at the growth rate of over 100um/h.
High voltage switching device technology; The trench MOSFET was developed with breakdown voltage of 3.8kV and on-state resistance of 8.3 mΩcm was realized. The full SiC power-module of 3kV-MVA class was realized and the 55% reduction of power consumption with 65% volume reduction compared with conventional Si-IGBT.
Evaluation technology development as common basic technology; In the developed integrated evaluation platform, the quantitative index of smoothness was introduced and the correlation with lifetime was statistically analyzed. The screening was shown possible beforehand.
Searching activity of application field of SiC technology; The technology bench mark was updated. For the application strategy, the SiC-car running was demonstrated, which was equipped by full-SiC-invertor and revealed 5% energy reduction and quiet cabin.
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