研究開発された技術紹介

自動車・家電・産業用モータ等に、現在シリコンパワー半導体がインバータとして使われているが発熱損失が大きい。次世代SIC(炭化珪素)は、低損失性、耐電圧が共に10倍優れているが、素子製造工程における熱処理が従来より千℃も高い2千℃近くを必要とする。本研究では、炉に代えて熱源温度1万℃の大気圧熱プラズマをSIC基板を直接噴射して急速加熱する省電力熱処理装置を開発し、社会の省エネルギー化に貢献する

大気圧熱プラズマを熱源としてSiC基板への熱処理を行う方法を実用化する
(新技術)
SiC基板の熱処理(アニール)を、10,000℃以上の大気圧熱プラズマを熱源として行う
(新技術の特徴)
消費電力を抑えることが可能になるとともに、高速加熱・急速冷却が可能になる

・大気圧プラズマ熱処理装置の開発
‐プラズマトーチ、プラズマ電源、モーションステージ、ステージ駆動装置を試作した
・大気圧プラズマ熱処理装置と非接触温度測定装置
‐非接触基板温度測定装置の開発─レーザー光干渉温度測定装置の試作、温度測定電子回路と温度シミュレーションソフト開発を行った
・装置の組み立てと評価及び試運転等を行った
‐大気圧プラズマ熱処理装置と非接触基板温度測定装置の組み立て及び試運転等を行った

・大気圧プラズマ熱処理装置
・非接触基板温度測定装置
・SiC基板からのSiC半導体デバイスの生産サービス

・トータルの生産性については、目標の4インチ基板60枚以上/時間に対し、10秒程度で最高到達温度に達することができたため、大気圧プラズマ熱処理装置の開発及びそれを用いた熱処理(アニール)について実現の目途が立ったと言える
・レーザー光干渉による温度測定装置に組み込む正確な屈折率データを得ることができず、補完研究の課題とした

・SiC半導体デバイスの製造コスト削減が可能
‐SiC基板の熱処理(アニール)の際に、大気圧熱プラズマを熱源として利用することで、熱処理(アニール)の際にかかる消費電力を抑えることが可能になる
‐生産に特別な装置を必要としているため、生産にコストがかかっていたSiC半導体デバイスの生産コストが下がり、SiC半導体デバイスを安価で提供することが可能になるため、市場競争力の強化に貢献する
‐シリコンデバイスに比べ、電力損失が大幅に少ないSiC半導体デバイスは、将来的な市場の拡大が期待されている
・各種用途における環境負荷の削減に貢献
‐SiC半導体デバイスを各種機器に用いることで、長時間連続して使用した際のエネルギー消費が抑えられるため、電力損失と環境負荷の抑制が期待できる
‐半導体デバイスを活用する各種用途において、その他環境コストの削減に貢献する

以下の内容をもとに3年間の補完研究に取り組み、4年後の装置の製品化を目指している
・(補完研究1年目)電極材質によるSiCデバイスへの金属汚染の確認、ウエハ面内温度のバラツキ抑制
・(補完研究2年目)プラズマトーチのライフ延長とメンテナンス性向上、SiC基板用クリーン搬送機開発、レーザー光干渉温度測定装置の正確な屈折率データ抽出
・(補完研究3年目)1つの大型DC電源によるマルチトーチ化

→　最終的に費用対効果等を検討の結果、事業化を中止