我が国の炭化ケイ素産業は、計り知れない恩恵をもたらすかもしれない。

 
Since entering 2021, in the field of silicon carbide epitaxy, domestic and foreign companies have made good news one after another.  
2021年3月1日、日本の豊田通商株式会社は、表面ナノ制御技術「ダイナミックAGE」の開発に成功したことを正式に発表しました。この技術により、あらゆるサイズおよびサプライヤーのSiC基板のBPD（基底面転位）を1未満に低減することが可能です。  
    図1 トヨタのダイナミックエイジング技術  
偶然にも、2021年3月3日、漢天天成電子科技（厦門）有限公司は、炭化ケイ素超接合深溝エピタキシャル成長の重要な製造プロセスを突破したと発表した。  
    画像2 炭化ケイ素スーパージャンクション深溝エピタキシーの主要製造プロセス  
炭化ケイ素エピタキシャル成長は、炭化ケイ素産業チェーンの重要な一部です。炭化ケイ素エピタキシャル成長技術の開発が急速に進展している今、炭化ケイ素エピタキシャル成長のエコシステム全体にどのような影響を与えるのでしょうか。一つずつ見ていきましょう。  
           

これは国際的な炭化ケイ素エピタキシャル産業のパターンを変える可能性がある。

   
炭化ケイ素産業のサプライチェーンは、主にウェハー製造、エピタキシャル成長、デバイス製造、モジュールパッケージングとテスト、システム応用といったいくつかの重要な工程に分かれています。中でも、エピタキシャル成長は過去と未来をつなぐ重要な工程であり、極めて重要な役割を果たしています。  
    図3 炭化ケイ素産業チェーン既存のデバイスは基本的にエピタキシャル層上に実装されているため、エピタキシャル層の品質要件は非常に高い。また、電圧抵抗が向上し続けるにつれて、必要なエピタキシャル層の厚さも厚くなる。一般的に、電圧が約600Vの場合、必要なエピタキシャル層の厚さは約6ミクロンである。電圧が1200～1700Vの場合、必要なエピタキシャル層の厚さは10～15ミクロンに達する。電圧が10,000Vを超えると、100ミクロンを超えるエピタキシャル層の厚さが必要になる場合がある。エピタキシャル層の厚さが増加するにつれて、厚さと抵抗率の均一性、および欠陥密度を制御することがますます困難になる。  
現在、炭化ケイ素エピタキシャル成長の主流技術としては、斜めステップフロー技術やTCS技術などが挙げられる。  
いわゆるベベルカットステップフロー技術とは、炭化ケイ素基板を切断する際に約8°の角度で切断する技術である。このように切断された基板の表面は高いステップフロー密度を生成し、ウェハレベルの炭化ケイ素エピタキシャル成長を容易に実現できる。現在、斜めステップフロー技術は比較的成熟している。しかし、この技術にも2つの欠点がある。1つ目は、基底面転位をブロックできないこと、2つ目は、基板材料の無駄が生じることである。  
ステップフロー技術の限界を打破するため、塩素元素を含むシリコン源を反応チャンバーに添加する試みが行われ、継続的な改良を経てTCSなどの技術が開発されました。現在、炭化ケイ素エピタキシー技術は炭化ケイ素エピタキシー装置と高度に統合されています。2014年には、イタリアのLPE社がTCSなどの技術を初めて商用化しました。2017年には、AIXTRON社が装置をアップグレードし、この技術を商用装置に移植しました。  
Currently, silicon carbide epitaxial equipment is mainly monopolized by Italy's LPE Company, Germany's AIXTRON Company and Japan's Nuflare Company.  
    画像4 世界の炭化ケイ素産業の概況    
       

図5 既存の炭化ケイ素エピタキシャル成長装置の分析

炭化ケイ素エピタキシャル装置の年平均成長率は、2023年までに50%を超えることが予想される。        
      図6 炭化ケイ素エピタキシャル装置の市場見通し    
新興の炭化ケイ素エピタキシャル技術の台頭に伴い、この数十億ドル規模の産業は新たな再編の波を迎える可能性がある。  
             

それは我が国の炭化ケイ素基板材料産業を成熟させるかもしれない。

 
Silicon carbide is a typical representative of the third generation of semiconductor materials. According to different uses, it can be divided into jewelry-grade silicon carbide materials, N-type silicon carbide materials for power electronic devices and semi-insulating silicon carbide materials for power radio frequency devices. Although the market for jewelry-grade silicon carbide materials and semi-insulating silicon carbide materials has grown rapidly in recent years, N-type silicon carbide materials will be the absolute protagonist of the future market.  
宝飾品グレードの炭化ケイ素や半絶縁性炭化ケイ素材料と比較して、N型炭化ケイ素材料は結晶品質に対する要求水準が高い。この分野において、我が国の炭化ケイ素基板企業とCREEの国際的な一流企業との間には、依然として一定の差が存在する。  
トヨタが開発したダイナミックAGEなどの技術が我が国で大規模に適用されれば、N型炭化ケイ素基板材料の参入障壁は間違いなく大幅に低下するだろう。中国電子材料工業協会半導体材料分会の統計によると、我が国では30件以上の炭化ケイ素基板材料プロジェクトが立ち上げられ、投資額は30億元を超えている。しかし、欠陥などの技術的な理由により、N型炭化ケイ素基板の生産能力は遅れている。炭化ケイ素エピタキシャル技術が重要なブレークスルーを達成すれば、我が国の炭化ケイ素基板材料企業にとってまさに堰を切ったようなものとなるだろう。    
           

それは我が国の炭化ケイ素デバイス産業を促進するかもしれない

   
我が国は30件以上の炭化ケイ素基板プロジェクトに投資してきましたが、市場需要が最も高い6インチN型炭化ケイ素ウェハは依然として輸入に大きく依存しています。炭化ケイ素基板とエピタキシャル成長のコストは、現在、炭化ケイ素モジュールの総コストの50%以上を占めています。この問題が解決されなければ、我が国の炭化ケイ素産業が米国と十分に競争力を維持することは困難でしょう。  
市場調査会社Yoleは、炭化ケイ素パワーエレクトロニクス産業の発展には大きな可能性があり、ローム、ボンバルディア、クリー、SDK、STマイクロエレクトロニクス、インフィニオン・テクノロジーズ、リトルヒューズ、アスカトロンなどのメーカーが多額の投資を行っていると指摘した。Yoleは、SiCパワー半導体市場規模は2023年までに1.4億米ドルに達し、2016年から2023年までの年平均成長率（CAGR）は28%、2020年から2022年までのCAGRはさらに40%に上昇すると予測している。     

総じて言えば、将来は大きな可能性を秘めているが、国内の炭化ケイ素産業に携わる同業者には、引き続き前進するよう促すべきである。

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