新手法の酸化膜形成でSiC-MOSFETの性能が10倍に：30年来の課題に光明（1/4 ページ）

[村尾麻悠子，EE Times Japan]

　SiCパワー半導体で30年来の課題となっていた欠陥の低減が、大きく前進しようとしている。京都大学と東京工業大学（東工大）は2020年8月20日、SiCパワー半導体における欠陥を従来よりも1桁低減し、約10倍の高性能化に成功したと発表した。

　代表的な次世代パワー半導体であるSiCパワー半導体は、既にエアコンや太陽電池、自動車、鉄道といった分野に採用され、確実に市場規模は成長している。富士経済が2020年6月に発表した調査によると、2019年のSiCパワー半導体の世界市場は436億円で、2030年には2009億円になると予測されている。

　一方で、京都大学大学院 工学研究科 教授の木本恒暢氏は「SiCパワー半導体は大きな課題を抱えたまま、走っている」と述べる。

30年来の課題

　最も大きな課題の一つが、SiC-MOSFETにおいて、SiCと酸化膜（SiO₂）の接合界面に多数存在する欠陥だ。

　SiC-MOSFETでは、SiCを熱酸化（酸素雰囲気で高温に加熱）して表面にSiO₂膜を形成している。これはSi-MOSFETで一般的に用いられている手法で、極めて良質なSiO₂膜が出来上がる。SiCでも、同じように熱酸化によってSiO₂膜を形成できることがメリットだと捉えられてきた。

　だが、SiCの熱酸化ではSiのように高品質なSiO₂膜が生成されず、SiC／SiO₂の界面には、Si／SiO₂の100倍もの欠陥が発生してしまう。欠陥によって電子の移動度が小さくなる、つまり抵抗が高くなり、SiC本来の特性を出せなくなる。しかも、どうしてもこの欠陥の正体が分からない。

　「それでもSiパワー半導体よりは優れた特性を出せている」という理由でSiCパワー半導体の採用が進んではいるものの、SiCパワー半導体業界は30年以上、この課題を抱えたままだった。

Si-MOSFET／SiC-MOSFETにおける酸化膜の生成方法。SiC-MOSFETでは、酸化膜生成後に猛毒のNOガスで界面を処理することで、欠陥のレベルが「少しマシ」になるという 出典：京都大学／東京工業大学（クリックで拡大）

SiC-MOSFETでは、SiCと酸化膜の界面に多数の欠陥が存在する。これが、SiC-MOSFETの性能を制限している 出典：京都大学／東京工業大学（クリックで拡大）