京大等三家开发成功SiC外延膜量产技术

   京都大学、东京电子、罗姆等宣布，使用“量产型SiC（碳化硅）外延膜生长试制装置”，确立对SiC晶圆进行大批量统一处理的技术已经有了眉目。由此具备耐高温、耐高压、低损耗、大电流及高导热系数等特征的功率半导体朝着实用化迈出了一大步。目前，三家已经开始使用该装置进行功率半导体的试制，面向混合动力车的马达控制用半导体等环境恶劣但需要高可靠度的用途，“各厂商供应工程样品，并获得了好评”。 

    此次开发的是SiC外延生长薄膜的量产技术。具体来说，是把市售的直径为3英寸、厚度为1cm左右的SiC底板削薄后，在上面形成具有高均匀度的SiC外延生长薄膜，再实施氮（N）掺杂。通过在300mm晶圆制造装置内排列多个3～4英寸的SiC晶圆，进行统一处理，还可实现量产。“通过利用东京电子的仿真系统，分析1600～1700℃的高温下气体的流动状况并进行控制，能够实现SiC膜均匀成形技术”。 

    SiC底板的切割方面，三家以与结晶面成4度的角度切割SiC底板，形成高品质薄膜。过去，以8度的角度切割底板较为常见，以更小的角度进行切割时，“极难形成均匀的膜”（京都大学工学研究系电子工学专业教授木本恒畅），此次这一问题得到了克服。这样，在使用6英寸等更大的晶圆时，可以从昂贵的底板上切割出更多的晶圆。 

    虽然形成有SiC外延生长膜的SiC晶圆可以买到，但是由于“供货商只有一家美国风险公司，品质上也存在质量不均匀问题”，因此三家决定自行开发。 

    200℃高温下漏电流仍然较小 

    使用上述晶圆开发半导体元件的业务主要由罗姆负责（参阅本站报道）。目前试制完成的有SiC肖特基势垒二极管（SBD）、SiCDMOSFET，以及由二者组成的SiC逆变器模块等。SiCSBD与以往使用Si的高速二极管相比，拥有即使在200℃的高温下也很少发生热失控和漏电流增大现象，且半导体芯片面积较小的特点。“SiC元件能够以5mm见方的芯片处理100～200A的大电流。Si是做不到的”（罗姆研究开发本部长高须秀视）。 

    SiCDMOSFET也具有在200℃以上的温度下漏电流小，正向电阻的温度依赖性小等特点。SiDMOS则存在着在150℃以上的温度下漏电流激增，正向电阻随温度升高增大的问题。 

    另外，SiC逆变器模块与使用Si芯片的模块相比，芯片面积仅为后者的1/6，放热也仅为后者的1/2。因此可以大幅度缩小使用Si芯片所需的大型散热片，或是驱动更大的马达。