パワーデバイスSiC結晶欠陥の基礎知識とその観察・評価技術

SiCパワーデバイスの高性能化・高信頼化には、SiC基板およびエピタキシャル層に含まれる結晶欠陥の理解と評価が不可欠です。 　本セミナーでは、SiCの結晶構造、多形、代表的な結晶欠陥の種類と物理的性質を基礎から整理し、マイクロパイプ、貫通転位、基底面転位、積層欠陥などがデバイス特性や歩留まりに与える影響を解説します。また、X線トポグラフィ、フォトルミネッセンス、KOHエッチング、偏光観察、電子顕微鏡などの評価手法について、観察できる欠陥種、長所と限界、実務上の使い分けを紹介します。さらに、6インチ・8インチウエハを対象とした全面評価、マルチモーダル解析、画像処理・自動検出、標準化に向けた最近の取り組みも取り上げ、欠陥評価をプロセス改善や品質管理につなげるための考え方を示します。

1. SiCパワーデバイスと結晶品質の重要性
   1. SiC材料の特徴とパワーデバイス応用
      1. Siと比較したSiCの材料物性
         • バンドギャップ
         • 絶縁破壊電界
         • 熱伝導率など
      2. SiCパワーデバイスの実用化と高信頼化における結晶品質の役割
   2. SiCウェハの大口径化と品質評価の課題
      1. 6インチ・8インチウェハ評価で重要となる欠陥管理
      2. 欠陥密度だけでなく、欠陥の種類・構造・分布を見る必要性
2. SiCの結晶構造と多形 (ポリタイプ)
   1. SiC結晶構造の基礎
      1. Si面、C面、c軸、基底面、オフ角の考え方
      2. エピタキシャル成長におけるステップフロー成長とオフ角の役割
   2. 多形 (ポリタイプ) と結晶欠陥
      1. 4H、6H、3Cなどの構造的特徴
      2. 積層順序の乱れと積層欠陥の関係
3. SiC結晶欠陥の種類と物理的性質
   1. 点欠陥・線欠陥・面欠陥・体積欠陥の分類
      1. 点欠陥、不純物、空孔など
      2. 転位、積層欠陥、インクルージョン、ボイド等
   2. 代表的なSiC結晶欠陥
      1. マイクロパイプ
      2. 貫通螺旋転位 (TSD) 、貫通刃状転位 (TED) 、貫通混合転位 (TMD)
      3. 基底面転位 (BPD)
      4. 積層欠陥 (Stacking fault)
4. 結晶欠陥がデバイス特性に与える影響
   1. 耐圧・リーク電流・歩留まりへの影響
      1. マイクロパイプおよび貫通転位と耐圧不良
      2. TSD/TED/TMDとリーク電流・局所不良の関係
   2. バイポーラ劣化と積層欠陥
      1. BPDを起点とする積層欠陥拡張
      2. デバイス動作中の欠陥拡張と信頼性低下
5. 結晶成長・エピタキシャル成長と欠陥伝播
   1. 基板欠陥のエピ層への伝播と変換
      1. BPDからTEDへの変換
      2. 貫通転位・混合転位のエピ層中での見え方
   2. 結晶成長条件と欠陥低減
      1. 昇華法・溶液成長法における欠陥形成の考え方
      2. 欠陥低減技術と大口径化における課題
6. SiC結晶欠陥の観察・評価技術
   1. エッチング・光学顕微鏡・電子顕微鏡による評価
      1. KOHエッチングによるエッチピット評価
      2. 光学顕微鏡、SEM、TEM/STEMによる局所構造評価
   2. 光学的評価技術
      1. フォトルミネッセンス (PL) による発光欠陥・積層欠陥評価
      2. 偏光観察・複屈折観察による転位・応力場評価
   3. X線トポグラフィによる非破壊評価
      1. 放射光X線トポグラフィの原理と観察例
      2. 実験室X線トポグラフィの特徴と量産評価への展開
7. マルチモーダル解析とウエハ全面評価
   1. 複数手法を組み合わせた欠陥同定
      1. X線トポグラフィ、PL、偏光観察の相補性
      2. 同一箇所観察による欠陥構造推定
   2. ウエハ全面欠陥マップの活用
      1. 6インチ・8インチウェハの全面評価
      2. 欠陥マップとデバイス特性・歩留まりの対応付け
8. 欠陥制御に向けた最近の研究例
   1. 積層欠陥拡張の抑制
      1. 積層欠陥拡張メカニズム
      2. イオン注入等を用いた欠陥拡張抑制の考え方
   2. 結晶成長による欠陥制御技術の現状
• 質疑応答