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SiCパワーデバイス最新技術

SiCパワーデバイス最新技術

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概要

本書は、次世代自動車や電力システム技術の効率化に期待が高まるSiCパワー半導体について、最新の技術を含め解説しております。

ご案内

 SiCは単結晶成長が困難でしたが、近年のバルク結晶成長、エピタキシャル成長の研究開発でブレークスルーとなり、SiCパワーデバイスの実用化・普及拡大がいよいよ現実味を帯びてきました。
 また、パワーエレクトロニクス技術は、経済産業省 資源エネルギー庁による「Cool Earth-エネルギー革新技術計画」に記載されている21の重要技術課題の1つと取り上げられ、産官学のプロジェクトとしても活発化しています。
 SiCパワーデバイス技術は、中耐圧~高耐圧デバイスに応用が見込まれ、CO2削減、省エネ化に欠かせない次世代の電力システム・変換技術におけるキーテクノロジーとなることは間違いないと言っても過言ではないでしょう。
 本書では、そのような「SiCパワーデバイス」の最新技術を、さまざまなプロセス技術から装置技術、分析、特性向上、応用展開まで取り入れています。SiCパワーデバイスの信頼性向上、周辺技術の開発、新市場ビジネスにお役に立てる1冊となれば幸いです。

目次

第1章. SiCパワーデバイス技術動向・課題と今後の展開

  • 1. SiCの性質
  • 2. SiCパワーデバイスの優位性
  • 3. SiC材料開発の現状
  • 4. SiCパワーデバイス開発の現状
    • 4.1 パワーダイオード
    • 4.2 パワースイッチングデバイス

第2章. SiC単結晶成長技術 (昇華法) ~高品質化・大口径化~

  • 1. 昇華法によるSiCの単結晶成長
  • 2. 昇華法SiC単結晶の大口径化
  • 3. SiC単結晶の電気特性制御
  • 4. SiC単結晶基板中の結晶欠陥

第3章. SiC単結晶ウェーハの開発動向

  • 1. SiC単結晶成長技術の概要
  • 2. 昇華再結晶法におけるマクロおよびミクロ支配要因
  • 3. SiC単結晶ウェハの開発動向
  • 4. SiC単結晶インゴットのウェハ化加工技術
  • 5. SiC単結晶ウェハ上へのSiCエピタキシャル膜成長技術
  • 6. SiC単結晶ウェハの転位欠陥低減化

第4章. SiCバルク結晶の溶液成長技術

第1節 .SiC単結晶の溶液成長技術
  • 1. SiCの溶液成長の概要
    • 1.1 溶液成長の原理と特徴
      • 1.1.1 Si-C2元系溶液
      • 1.1.2 Si,C含有多元系溶液
    • 1.2 SiC溶液成長の手法
      • 1.2.1 溶媒移動結晶成長 (TSM: Traveling Solvent Method)
      • 1.2.2 徐冷法 (Slow Cooling technique)
      • 1.2.3 蒸気液相固相法 (VLS: Vapor Liquid Solid)
      • 1.2.4 種付け溶液成長法 (TSSG: Top Seeded Solution Growth)
  • 2. TSSG法によるSiC単結晶成長の具体例
    • 2.1 Si-Ti-C3元系溶液からのSiC単結晶育成と結晶品質
    • 2.2 溶液流動と成長速度
    • 2.3 長尺化と口径拡大
    • 2.4 液相エピタキシャル成長の可能性
      • 2.4.1 オフ基板
      • 2.4.2 ジャスト基板
第2節 .溶液成長の基礎と応用
  • 1. 溶液成長への期待
  • 2. 溶液成長の基礎
    • 2.1 溶液成長とは
    • 2.2 結晶成長の駆動力
    • 2.3 過飽和状態の実現
    • 2.4 なぜ溶液成長による結晶は高品質なのか?
  • 3. さまざまな溶液成長法
  • 4. SiC溶液成長の実際
    • 4.1 成長法
    • 4.2 溶媒の選定
    • 4.3 実際の成長 (3C-SiCを例に)
      • 4.3.1 3C-SiCの重要性
      • 4.3.2 成長過程における多形変化
      • 4.3.3 異種多形基板上への3C-SiC成長

第5章. SiC半導体基板の超平坦化加工/研磨スラリー技術

  • 1. SiC単結晶の性質
  • 2. メカノケミカルポリシングの考え方
  • 3. 装置構成
  • 4. SiC MCP加工技術
  • 5. MCP基板表面の酸素吸着原子状態
  • 6. コロイダルシリカ系スラリーのMCPによるSiC表面原子脱離モデル

第6章. SiCの異方性エッチング技術

  • 1. SiCの物性とエッチング
    • 1.1 SiCの物性
    • 1.2 SiCのエッチング方法
  • 2. SiCパワーデバイスエッチング加工
    • 2.1 SiCパワーデバイス用加工の問題点
  • 3. SiCエッチング用RIE装置
    • 3.1 ICPエッチング装置
    • 3.2 SiCエッチング用ICPエッチング装置
  • 4. SF6とO2を用いたICPによるSiCのRIEの特徴
    • 4.1 バイアスパワー依存性
    • 4.2 温度依存性
    • 4.3 ガス種依存性
    • 4.4 SiCパワーデバイスエッチング加工適用
    • 4.5 その他SiCエッチング加工適用

第7章. プラズマエッチングによるSiCの表面平滑化

  • 1. 多結晶SiCのプラズマエッチング
    • 1.1 NF3ガスによるSiCのプラズマエッチング
    • 1.2 NF3/O2 混合ガスによるSiCのプラズマエッチング
    • 1.3 反応容器の形状によるSiCエッチング速度のNF3 圧力依存性
  • 2. 単結晶SiCのプラズマエッチング
  • 3. プラズマエッチングによるSiC表面の平滑化の機構

第8章. SiCエピタキシャル成長技術の最新動向

  • 1. SiCエピ成長の特徴
    • 1.1 概要
    • 1.2 ステップフロー制御エピタキシー法
  • 2. 低オフ角基板上のエピ成長技術
    • 2.1 背景
    • 2.2 最近の進展
  • 3. 高速成長技術
    • 3.1 背景
    • 3.2 塩素系ガス添加による高速成長
    • 3.3 炉構造の工夫による高速成長

第9章. 4H-SiCエピ成長における拡張欠陥の挙動

  • 1.4H-SiC エピ膜中の代表的拡張欠陥
  • 2. エピ成長時の拡張欠陥の挙動
    • 2.1 貫通らせん転位
      • 2.1.1 μP
      • 2.1.2 TSD
    • 2.2 ポリタイプインクルージョン
      • 2.2.1 3C -SiC インクルージョン
      • 2.2.2 8H 型積層欠陥
    • 2.3 BPD

第10章. SiC向け半導体製造技術と装置

  • 1. パワーデバイス素子材料がSiからSiCへ
    • 1.1 SiCパワーデバイスプロセス
  • 2. SiC向けイオン注入装置
    • 2.1 SiCインプラ装置に求められる技術課題
      • 2.1.1 高温注入
      • 2.1.2 高エネルギー注入
      • 2.1.3 特殊イオン
    • 2.2 高スループットと多様な搬送バリエーション
  • 3. ポストアニール装置
    • 3.1 ポストアニール装置の特徴
    • 3.2 PFSシリーズ
  • 4. イオン注入及び活性化アニール評価
  • 5. コールドウォール型ゲート絶縁膜形成装置
    • 5.1 ゲート酸化膜の課題
    • 5.2 装置概要
    • 5.3 酸化および窒化試験結果
    • 5.4 まとめ

第11章. SiCパワーデバイス用酸化膜の形成方法

  • 1. SiO2およびSiONゲート酸化膜の形成方法
    • 1.1 熱酸化膜
    • 1.2 低温酸化ゲート酸化膜
      • 1.2.1 化学気相成長法
      • 1.2.2 プラズマ酸化法
      • 1.2.3 O3酸化法
      • 1.2.4 硝酸酸化法 (NAOS, Nitric Acid Oxidation of Si)
      • 1.2.5 過塩素酸酸化法
      • 1.2.6 電気化学的酸化法
      • 1.2.7 金属触媒酸化法
      • 1.2.8 イオン注入によるSiC表面のアモルファス化
  • 2. ゲート酸化膜の改質法
    • 2.1 H2アニール
    • 2.2 窒化によるMOS界面と酸化膜の改質
    • 2.3 PのMOS界面への導入
  • 3. ゲート酸化膜形成前の処理の効果
    • 3.1 H2プレアニール
    • 3.2 プレO3酸化によるSiC表面近傍のCに由来する欠陥除去
    • 3.3 プレ窒化処理によるSiC表面近傍のCに由来する欠陥除去
  • 4. High-k (高誘電) を用いたゲート酸化膜の高性能化
    • 4.1 Al2O3, AlON
    • 4.2 HfO2

第12章. SiCへの金属電極の形成方法

  • 1. ショットキー電極
    • 1.1 金属の仕事関数
    • 1.2 SiC中の不純物濃度
    • 1.3 結晶の面方位
    • 1.4 結晶欠陥による影響
      • 1.4.1 マイクロパイプ
      • 1.4.2 三角欠陥、キャロット、コメット
      • 1.4.3 ダウンフォール・ピット・突起
      • 1.4.4 積層欠陥
      • 1.4.5 転位
  • 2. オーミック電極
    • 2.1 n型領域へのオーミック電極形成
    • 2.2 p型領域へのオーミック電極形成
    • 2.3 n型・p型領域へのオーミック電極同時形成

第13章. パワーデバイス用金属電極/SiCの界面反応組織と信頼性

  • 1. 三元系状態図に基づく反応後の積層順序および組織形態
  • 2. Ni/SiCとTi/SiCの界面反応
    • 2.1 形成相と組織形態
    • 2.2 Ni/SiCの界面反応速度
    • 2.3 Ni/SiCの加熱・冷却サイクルによる組織変化と熱応力負荷
  • 3. Ni/Ti/SiCの界面反応

第14章. SiCパワーデバイス量産に向けたCVD技術

  • 1. CVD装置概略
  • 2. CVD装置の特徴
    • 2.1 VP508GFR
    • 2.2 VP2400HW
    • 2.3 AIX2800G4WW
    • 2.4 SB100 – Sublimation Equipment –

第15章. SiCパワーデバイス超高温熱処理装置

  • 1. 超高温熱処理
  • 2. SiCデバイス用縦型超高温熱処理装置
    • 2.1 装置構造
    • 2.2 装置構成部材としてのSiC
      • 2.2.1 焼結SiC
      • 2.2.1.1 Si含浸SiC
      • 2.2.1.2 多孔質SiC
      • 2.2.2 オールCVD SiC
    • 2.3 ガス系
    • 2.4 真空排気系
    • 2.5 安全対策
  • 3. クリーンな環境の構築
  • 4. 酸化特性

第16章. SiCパワーデバイス用SIT

  • 1. SiC-BGSITの素子構造
  • 2. SiC-BGSITの電気特性
    • 2.1 静特性
    • 2.2 電気特性のチャネル幅依存性
    • 2.3 スイッチング特性
    • 2.4 負荷短絡耐量・アバランシェ耐量
  • 3. ノーマリオフ型SiC-BGSIT

第17章. SiC結晶の評価について

  • 1. ラマン散乱
    • 1.1 ポリタイプ判定
    • 1.2 応力評価
    • 1.3 SiC結晶の伝導性評価
    • 1.4 極紫外励起ラマン散乱
  • 2. カソードルミネッセンス
  • 3. フォトルミネッセンス (PL) イメージング法
  • 4. 透過型電子顕微鏡 (Transmission Electron Microscopy:TEM)
    • 4.1 SiCエピ膜中の結晶欠陥評価
  • 5. 電子エネルギー損失分光法 (Electron Energy Loss Spectroscopy : EELS)
  • 6. 走査型キャパシタンス顕微鏡
    • 6.1 キャリア濃度分布のイメージング
    • 6.2 SiCデバイスの評価への応用

第18章. SiCパワーデバイスの欠陥解析・観察技術

  • 1. SiC結晶評価技術
    • 1.1 結晶欠陥観察技術
      • 1.1.1 KOHエッチング
    • 1.2 SiC半導体の物性評価技術
      • 1.2.1 フォトルミネッセンス法
      • 1.2.2 赤外反射分光法
      • 1.2.3 ラマン散乱分光法
      • 1.2.4 DLTS・ICTS法
  • 2. 素子接合界面評価技術
    • 2.1 金属/SiC界面
      • 2.1.1 オーミック接合の評価
    • 2.2 酸化膜/SiC界面
      • 2.2.1 容量-電圧・コンダクタンス-電圧法
      • 2.2.2 光電子分光法
      • 2.2.3 分光エリプソメトリ
      • 2.2.4 電子スピン共鳴法

第19章. SiCパワーデバイスにおける欠陥対策とデバイス特性の向上

  • 1. MOSFETの低チャネル移動度に関する取り組み
    • 1.1 欠陥メカニズム解明へのアプローチ
    • 1.2 MOS界面の欠陥対策
  • 2. 水素終端による界面欠陥修復
    • 2.1 第一原理計算によるMOS界面のモデリング
    • 2.2 欠陥修復プロセス
  • 3. 酸化膜品質の向上
  • 4. ダイオード特性と欠陥との関係

第20章. SiCパワーデバイスの高耐熱実装技術

  • 1. SiCパワーデバイスの高耐熱実装技術
    • 1.1 車載パワーモジュールの設計課題
    • 1.2 SiC高耐熱実装の目的と課題
    • 1.3 はんだ代替技術の信頼性問題
  • 2. 高耐熱実装構造の信頼性評価技術
    • 2.1 高信頼性・高耐熱実装コンセプト
    • 2.2 局所的な疲労に基づく熱疲労信頼性評価とその検証
    • 2.3 高耐熱薄膜接合層の強度評価

第21章. SiCパワーデバイスの応用展開

第1節 産業モータドライブへの応用展開
  • 1. モータドライブ技術とその歴史
  • 2. 産業用インバータにおけるパワーデバイスの貢献と弊害
  • 3. 次世代パワーデバイスへの期待
第2節 ハイブリッド電気自動車用SiCパワーデバイス
  • 1. ハイブリッド電気自動車システムの現状
  • 2. HV・EVにおけるSiCパワーデバイス導入に対する期待
  • 3. 現状の車載用SiCパワーデバイス開発の現状と課題
第3節 太陽光発電システムへの応用展開
  • 1. パワーコンディショナ (PCS) とは
  • 2. PCSの主な回路構成
    • 2.1 産業用
    • 2.2 家庭用
  • 3. SiCパワーデバイスのPCSへの展開可能性
    • 3.1 SiCパワーデバイス適用の意義
    • 3.2 低損失化の価値
    • 3.3 高周波スイッチングの価値
第4節 次世代高圧電力変換システムへの応用展開
  • 1. SiCデバイスの次世代高圧電力変換システムへの適用効果
    • 2.1MWマトリックスコンバータ
  • 3. DC/DCコンバータ
  • 4. 直流送電
    • 5.100kVA級SiCインバータ

執筆者

  • 木本 恒暢 : 京都大学
  • 大谷 昇 : 関西学院大学
  • 藤本 辰雄 : 新日本製鐵(株)
  • 楠 一彦 : 住友金属工業(株)
  • 亀井 一人 : 住友金属工業(株)
  • 矢代 将斉 : 住友金属工業(株)
  • 岡田 信宏 : 住友金属工業(株)
  • 宇治原 徹 : 名古屋大学
  • 江龍 修 : 名古屋工業大学大学院
  • 加藤 正史 : 名古屋工業大学大学院
  • 村上 彰一 : 住友精密工業(株)
  • 田坂 明政 : 同志社大学
  • 石田 夕起 : (独)産業技術総合研究所
  • 田中 保宣 : (独)産業技術総合研究所
  • 土田 秀一 : (財)電力中央研究所
  • 横尾 秀和 : (株)アルバック
  • 松本 健俊 : 大阪大学産業科学研究所
  • 小林 光 : 大阪大学産業科学研究所
  • 伊瀬 敏史 : 大阪大学
  • 丁 建華 : 東北大学
  • 須藤 祐司 : 東北大学
  • 小池 淳一 : 東北大学
  • 関口 貴子 : (独)産業技術総合研究所
  • 北畠 裕也 : AIXTRON AG(アイクストロン社)
  • 奥原 朝之 : 東横化学(株)
  • 三谷 武志 : (株)東レリサーチセンター
  • 迫 秀樹 : (株)東レリサーチセンター
  • 藤田 高弥 : (株)東レリサーチセンター
  • 土方 泰斗 : 埼玉大学大学院
  • 吉田 貞史 : (独)産業技術総合研究所
  • 奥野 英一 : (株)デンソー
  • 鶴田 和弘 : (株)デンソー
  • 山際 正憲 : 日産自動車(株)
  • 山田 健二 : (株)安川電機
  • 齋藤 真 : 芝浦工業大学

出版社

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お問い合わせ

本出版物に関するお問い合わせは tech-seminar.jpのお問い合わせからお願いいたします。
(出版社への直接のお問い合わせはご遠慮くださいませ。)

体裁・ページ数

B5判上製本 309ページ

ISBNコード

ISBN978-4-903413-84-6

発行年月

2010年5月

販売元

tech-seminar.jp

価格

60,000円 (税別) / 66,000円 (税込)

割引特典について

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