九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1702007A

Ｂ Ｌ 番 号 ： 15（様式第 5 号）

SiC 中 に 形 成 さ れ た 結 晶 欠 陥 の 評 価 （ Ⅲ ）Characterization of crystallographic defects formed in silicon carbide crystals
山下 任, 周防 裕政, 小松 直佳, 林 将平, 着本 享, 山口 博隆

Tamotsu Yamashita, Hiromasa Suo, Naoyoshi Komatsu,
Shohei Hayashi, Susumu Tsukimoto, Hirotaka Yamaguchi
産業技術総合研究所

先進パワーエレクトロニクス研究センター

Advanced Power electronics Research Center,
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
※１
※２

※３
※４

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す（ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記
してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル
利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
4H-SiC PiN ダ イ オ ー ド の 通 電 劣 化 特 性 を 簡 便 に 評 価 す べ く 、透 明 導 電 性 酸 化 膜 を ア ノ ー
ド 電 極 に 用 い た PiN ダ イ オ ー ド を 試 作 し 、評 価 し た 。 そ の 結 果 、金 属 ア ノ ー ド 電 極 の 場合と同様の積層欠陥の拡張を、電極剥離を行わずに観察出来ることが確認された。
4H-SiC PiN diodes with transparent conductive oxide electrode were fabricated and evaluatedfor the simplification of forward current degradation test. The expansion of stacking faults
under the test, which is the same phenomena as metal electrode, was observed without removalof the electrode.

２．背景と目的
本年度は、市販品及び内製の 4H-SiC ウェーハに対して、X 線トポグラフィーにより、基板ウェーハ、エピタキシャル層、あるいはデバイス構造表面の欠陥を観察し、デバイスの性能や信頼性に大きく影響すると考えられる転位、積層欠陥等の結晶欠陥の解明を中心に研究を進めてきた。バルク結晶中の結晶欠陥評価[1]、エピ膜中の巨視的な欠陥の起源や形態[2]等で知見が得られた他、特に、MOSFETのボディーダイオードの順方向劣化を引き起こす基底面転位に関して、バーガースベクトル、コア構造、貫通刃状転位転換深さ、等の有用な知見が多数得られ、順方向劣化機構の解明が大きく進展した[3,4]。このほか、欠陥評価の国際標準規格[5]改訂版策定のためのデータの整理や、市場におけるウェーハの動向調査による情報の蓄積を前年度に続いて進めてきた。本年度得られた結果の中から、第Ⅰ期、第Ⅱ期に、バルク結晶およびエピタキシャル膜中の欠陥についての利用結果を報告した。本報
告では、透明電極を形成した 4H-SiC PiN ダイオードに発生した積層欠陥の観察結果を報告する。
透明導電性酸化物電極を用いた 4H-SiC PiN diode における順方向通電劣化の評価
はじめに
SiC デバイスの順方向通電劣化試験は、実デバイスと同様の素子（電極）構造を作製して実施されるが、通電後の結晶欠陥形成の観察のためには、電極の剥離工程が必要となる。そこで、電極剥離を行わずに各種手法（PL、X 線トポグラフ）による結晶欠陥観察を行うべく、透明導電性酸化物電極を用いた素子を試作し、評価を行った。
３. 実験
実験に用いた PiN diode の構造を図 1 に示した。n 型 4º オフ 4H-SiC 基板上の 10μm 厚エピタキシャル層(濃度 1x1016cm-3)に、アノード層として Al のイオン注入を行うことにより作製した。順方向通電により拡張する積層欠陥の評価を、通電後のアノード電極剥離をせずに行うため、アノード電極に ITO(indium tin oxide)

透明導電性酸化膜を用いた。PiN diode 構造への順方向通電を行い、PL イメージン̅̅̅̅28)による評価を実施した。
グおよび X 線トポグラフィ(g=11ITO contactp+n-1×1020cm-310 μm

Drift layer

Substrate

1×1016cm-3n+350 μm
6×1018cm-3

Cathode metal (Ni)

図 1：ITO 成膜 PiN diode４．結果
図 2 に、ITO アノード電極を有する SiC PiN diode 構造(1mm□)への順方向通電により拡張した(a)積層欠陥の PL(420 nm BPF)像、および(b)積層欠陥起点周辺の X 線トポグラフの例を示す。いずれも、電極を剥離せず、ITO 電極越しに欠陥が観察出来ることが確認された。特に図 1(b)に示す X線トポグラフからは、基板中の基底面転位(BPD)から、エピ中貫通刃状転位(TED)への転換点の近傍から、積層欠陥の部分転位のコントラストが生じている様子が観察され、金属アノード電極の場合と同様の欠陥拡張構造[6]を有していることが示唆された。

(a)

g(b)

BPD

Partialdislocation

0.4μm

TED0.2μm̅̅̅̅28)
図 2：順方向通電後の（a）PL 420nm BPF 像、（b）X 線トポグラフ(g=11５．今後の課題
この観察により確認された拡張欠陥について、TEM 観察等の物理解析をさらに進め、拡張起点位置を明らかにする必要がある。
６．参考文献[1]周防他、Materials Science Forum,897 (2017) 3-6.
[2]山下他、Journal of Crystal Growth, 476 (2017) 99-106.
[3]林他、Applied Physics Express 10, 081201 (2017)[4]林他、Japanese Journal of Applied Physics, 57 04FR07, (2018)[5]半導体信頼性技術小委員会、SiC ウェーハの結晶欠陥の非破壊検査方法（JEITA EDR-4712/100）[6] 林他、先進パワー半導体分科会第 3 回講演会, P-46(2016).
７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）

８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
SiC、PiN diode、X 線トポグラフ
９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2017 年度実施課題は 2019 年度末が期限となります）。
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。

①

論文（査読付）発表の報告（報告時期：2019 年 02 月）