【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.14】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0055

利用課題名 / Title

炭化珪素基板の新規生産技術開発、デバイス試作とその特性評価

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion

キーワード / Keywords

パワーエレクトロニクス, 化合物半導体,SiC,パワーエレクトロニクス/ Power electronics,CVD,高品質プロセス材料/技術/ High quality process materials/technique,ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

長澤 弘幸

所属名 / Affiliation

株式会社ＣＵＳＩＣ

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-326：Zygo Nexview

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

4H-SiCウエハを用いたパワー半導体デバイスの市場拡大は目覚ましく、2030年まで30%を超えるCAGRでの市場拡大が予測されている。すでに8インチ口径のウエハ生産も始まっているが、SiCウエハ製造コスト低減が鈍化しており、その製造方法の抜本的な見直しが必要とされている。そこで、改良Lely法によるインゴット成長とそのスライス工程からなる従来のSiCウエハ製造法とは異なる多枚数近接昇華（MCSS）法を提案し、その品質とコスト低減効果を検証した。MCSS法では被結晶成長基板（S:Seed）と原料基板（P:Source）を対向させてPhysical Vapor Transport（PVT）を引き起こす。そのPVTは均一な温度雰囲気下において発現するため、同時に多枚数の大口径SiCウエハの成長が可能となり、インゴットのスライス工程が省かれることで製造コストが劇的に低減する。

実験 / Experimental

MCSSにおけるPVTの駆動力はSeed表面の平衡蒸気圧（P_seed）とSource表面の平衡蒸気圧（P_source）の差（ΔP）である。Fig.1に示す通り、単結晶からなるSeedに比べSource表面の結晶粒径（d_source）を小さくするほど等温下におけるΔPが増加し、SourceからSeedへのPVTが促進される。そので、Fig.2に示す通りSeedとSourceを交互に対向させたSample Stackを作製し、Fig.3に示す温度プロファイルと雰囲気にてMCSS成長を実施した。ただし、Sourceとしては、CVD多結晶SiCからなるSource-Cと焼結SiCからなるSource-Aの2種類を用いた。

結果と考察 / Results and Discussion

MCSS成長の結果、Seed上におけるSiCの結晶成長速度(r_g)には温度とSourceの種類に対して明確な依存性が認めれた。Fig.4に示す通り、r_gはSource-Cに比べてSource-Aが高い値を示すとともに、2000℃以上で増加傾向を示し、2200℃では10 µm/hourを超える値を示した。また、Sourceの重量減少に対するSeedの重量増加、すなわち原料の使用効率（η）は85%以上を示す。このように高いηはSeed-Source間の閉鎖空間でのPVTに由来するMCSS特有の現象であり、原料コストの大幅な低減の可能性を示唆する結果である。また、Source-AがSource-Cよりも高いr_gをもたらすのは、気孔率の違い（すなわち、実質的にSiCが昇華する面積の違い）に由来すると考えられる。Fig.5が示す通り、Zygo nexviewを用いた観察の結果、成長後のSeed表面には明瞭なStep & Terrace構造が認められ、StepFlowモードでの結晶成長が実現していることが確認できた。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1 Differential vapor pressure (ΔP) between Seed and Source

Fig.2 Structure of sample stack for MCSS

Fig.3 Temperature profile of MCSS

Fig.4 Change in SiC growth rate as function of temperature

Fig.5 Zygo image of grown layer on Seed

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

謝辞：本実験のSA処理を実施いただいた有限会社ドライケミカルズ社に感謝いたします。参考文献： 長澤： 日本国特許6720436号 「炭化ケイ素の製造法」

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 長澤弘幸、多枚数近接昇華（MCSS）法を用いた4インチSiCウエハ上のエピタキシャル成長、 第11回先進パワー半導体分科会講演会（高崎） 2024年11月26日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：2件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：1件