NEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）は、産学連携に取り組む若手研究者を支援する「官民による若手研究者発掘支援事業（若サポ）^※1」を実施しています。本事業の一環で、国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学未来材料・システム研究所の原田俊太准教授は、Mipox株式会社と共に非破壊・低コストで半導体結晶ウエハー内部の結晶欠陥（転位^※2）を可視化し、製品の耐圧特性を劣化させる欠陥（キラー欠陥）を自動検査するシステムの共同研究を行い、転位をカウントするシステムの構築と、ウエハー全体の転位やひずみ^※3の分布を直感的に分かりやすく表示するヒートマップ表示機能の開発に成功しました。
炭化ケイ素（SiC）や窒化ガリウム（GaN）などのパワー半導体^※4デバイスは、家電製品から次世代自動車、鉄道、送配電機器まで幅広く搭載されている電力変換器の効率向上や小型化を実現できると期待されていますが、パワー半導体基板を製造する際には多くの転位が含まれることがあります。これらはキラー欠陥となり得るため、検査によって欠陥の領域や密度を的確に把握する必要がありますが、製品品質の確保とコストの観点から、高精度・高効率の欠陥検査技術が求められています。従来の技術では、転位部分を機械的に抽出できず、観察された像の定量的な評価が困難でした。本成果によりグレースケールのコントラストで形成された転位の位置情報を抽出して計数し、転位の数密度や分布の様子をカラースケールで可視化し定量化することが可能になりました。本成果は、パワー半導体ウエハーの検査コストを低減するとともに、利便性や業務効率の向上に大きく貢献します。
そのうえで、Mipox（株）は同社の製品であるSiC結晶転位高感度可視化装置「XS-1 Sirius」にこれら二つの成果をベースとした機能（転位カウント・ヒートマップ表示）を実装しました。これにより、ウエハーに含まれる転位の数を95％以上の検出率で測定することに成功しました^※5。また、これらの新機能を撮像とマルチタスクで処理させることで検査時間を短縮し、ウエハーの全面検査において3インチウエハーで約4分、4インチで約7分、6インチ約15分という高速検査能力を実現しました。

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【用語説明】

※1　官民による若手研究者発掘支援事業（若サポ）
事業名：共同研究フェーズ（環境・エネルギー分野）
半導体製造の生産性を向上させるキラー欠陥自動検査システムの開発
事業期間：2020年度～2022年度
事業概要：https://wakasapo.nedo.go.jp/about/

※2　転位
結晶欠陥の一種で、結晶格子内で線状の原子変位を伴う格子欠陥のことです。転位線と滑りの方向が垂直な転位を刃状転位、平行な転位をらせん転位と言います。

※3　ひずみ
固体中に力などが加わることなどによって生じるわずかな変形のことです。

※4　パワー半導体
電力の制御や変換を行う半導体の総称で、特に高電圧・大電流を扱うことのできる半導体です。近年では電力の無駄を極力少なくし、省エネ・省電力化に貢献するパワー半導体の需要がより高まっています。

※5　ウエハーに含まれる転位の数を95％以上の検出率で測定することに成功
A. Kawata, K. Murayama, S. Sumitani and S. Harada, Design of automatic detection algorithm for dislocation contrasts in birefringence images of SiC wafers, Jpn. J. Appl. Phys. 60(Sb) (2021).

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