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。
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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- |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
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| 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 |
