東工大,半導体の少数キャリア寿命を正確に測定

東京工業大学は,ストライプ状に形成したpn接合ダイオードの電流-電圧特性を測定することにより,パワーデバイス用シリコンウエハーの少数キャリア寿命を抽出する新しい評価方法を確立した(ニュースリリース)。

省エネルギー化を進めるためには,パワーデバイスを用いてインバータなどの電力制御システムを高効率化することが必須となる。鉄道や電気自動車など高電圧が用いられる社会インフラ分野ではSi-IGBTが用いられており,今後さらなる高性能化が要求されている。

今回,Si-IGBTの最適製造プロセスの選択を可能とする少数キャリア寿命の電気的評価手法を提案した。Si-IGBTで要求される少数キャリア寿命は長く,耐圧に必要なウエハーの厚さでは,ショックレーのダイオード方程式を用いて導出することは難しい。

そこで,ストライプ状にpn接合ダイオードを形成し,その電流-電圧特性を測定することで,少数キャリア寿命を抽出するテストパターン(Test Element Group,TEG)を構築した。この構造では先に記したように少数キャリアはウエハー裏面に到達しにくくなるが,pn接合ダイオードの測定からストライプの間隔依存性を解析することにより,少数キャリア寿命を得ることができる。

デバイスシミュレーターを用いた数値計算では,電流-電圧特性に明瞭なストライプの間隔依存性が見られた。特性に変化がなくなる十分広い間隔をWp,maxパラメータと定義したところ,設定した少数キャリア寿命との関係式を得ることに成功した。

こうした知見により,次世代のSi-IGBTに用いるゲート絶縁膜形成プロセスの評価を行なった。比較した製造プロセスは,1,050℃で13分間と1,100℃で5分間の2工程。また,用いるウエハーの少数キャリア寿命を知るため,ゲート絶縁膜形成プロセスのない試料を参照にした。

この手法でpn接合ダイオードの測定と得られたWp,maxパラメータによる解析を行なった結果,ダイオード試作のみのウエハーでは少数キャリア寿命が60μ秒だったのに対し,1,050℃で13分間の酸化工程では33μ秒,1,100℃で5分間の酸化工程は18μ秒と劣化することが分かった。以上の結果から1,050℃で13分間の酸化工程がより適している試作プロセスであることを明らかにした。

この手法の利点として,Si-IGBTと同じウエハーに作りこむことができるため,実デバイスに近い少数キャリア寿命の評価が可能となる点が挙げられるという。また,ワイドバンドギャップ半導体で研究されている超高電圧のデバイス評価にも展開が可能だとしいている。

キーワード:

関連記事

  • 【解説】北海道発の光電融合パッケージ技術、半導体競争力強化の鍵となるか

    技術研究組合 最先端半導体技術センター(LSTC)が進める光電融合型パッケージ技術の研究開発は、日本の半導体戦略において重要な転換点を示している。ポスト5G時代におけるデータ通信量の爆発的増大と電力消費の課題に対し、電気…

    2026.05.05
  • 浜松ホトニクス、内部加工型レーザダイシング技術で文科大臣表彰を受賞

    浜松ホトニクス、内部加工型レーザダイシング技術で文科大臣表彰を受賞

    浜松ホトニクスは、令和8年度「科学技術分野の文部科学大臣表彰(科学技術賞・開発部門)」において、「内部加工型レーザダイシング技術の開発」で受賞したと発表した(ニュースリリース)。 同表彰は、社会経済や国民生活の発展に寄与…

    2026.04.17
  • LSTC、光電融合を加速する半導体パッケージ技術開発に着手

    技術研究組合 最先端半導体技術センター(LSTC)は、NEDOの「ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業」において、「光電融合を加速する半導体パッケージング技術開発と先端後工程拠点形成」が採択されたと発表した(ニ…

    2026.04.14
  • OFC2026、AI需要が牽引する光電融合技術の最前線、過熱の中で見える次の課題

    OFC26(会期:2026年3月15日~19日/ロサンゼルス・コンベンションセンター)は会期2日目(現地時間3月18日)を迎え、展示会場とカンファレンスは引き続き強い熱気に包まれていた。初日のレポートでも触れた通り、生成…

    2026.03.19
  • AIインフラを支える光技術が集結、OFC 2026開幕―光電融合と巨大投資が示す新局面

    光通信分野で世界最大級の国際イベント「OFC 2026」が米国ロサンゼルス・コンベンションセンターで開幕した。会期は2026年3月19日(米国時間)までで、カンファレンスは15日から行なわれているが、展示会は17日にスタ…

    2026.03.18

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア