エピタキシャル成長とは　約1200℃のガスでウエハーに単結晶の薄い膜を重ねる

エピタキシャル成長は、単結晶の基板の上に、基板と同じ向きに原子が並んだ薄い膜を育てる技術です。「エピ」と略されます。膜を育てたウエハーをエピタキシャルウエハーと呼び、磨いただけのウエハーとは別の製品として売られています。

ガスから結晶を積み上げる

SUMCOの説明では、磨いたウエハーを1枚ずつ処理するエピタキシャル炉に入れ、約1200℃に熱します。そこに四塩化ケイ素（SiCl4）や三塩化シラン（SiHCl3）のガスを流すと、ガスが分解してできたシリコンが、下地の結晶の並びをなぞるように積み重なります。

膜にはホウ素やリンなどを混ぜられます。このため、下のウエハーと電気抵抗の違う層を上に作ることができます。信越半導体の白河工場の説明では、エピタキシャルウエハーの膜の厚さは約10マイクロメートルで、欠陥が少なく、抵抗の値がそろっているのが特徴です。

なぜ膜を重ねるのか

CZ法で作った結晶には、るつぼから入った酸素などが含まれます。SUMCOは、エピタキシャルウエハーを、結晶の完全さが求められる場合や、抵抗の違う層を重ねた構造が要る場合に使うと説明しています。

似た目的の製品に、高温の水素やアルゴンの中で熱し、表面の酸素を抜くアニールウエハーがあります。膜を重ねる前に、回路の一部となる層を埋め込んでおく製品もあります。

ウエハーの表面を整える主な製品（SUMCOの説明から）

製品	作り方	使う場面
エピタキシャルウエハー	約1200℃でガスから単結晶の膜を育てる	結晶の完全さ、抵抗の違う層が要る
アニールウエハー	水素やアルゴンの中で高温で熱する	表面の酸素を除き、結晶を整える
埋め込み層付きエピ	露光・イオン注入・熱拡散の後に膜を育てる	ICの埋め込み層が要る

SiCでも要の工程

電力の変換に使うSiC（炭化ケイ素）のパワー半導体では、SiCの基板の上に、不純物の濃さと厚さを細かく調えたSiCのエピタキシャル層を作ります。レゾナックはSiCのエピタキシャルウエハーを製品として持ち、層の欠陥が少ないほど素子の歩留まりと信頼性が上がるというのが同社の説明です。用途には、太陽光発電のコンバーターや、電気自動車・鉄道・産業機械のインバーターを挙げています。

関連する用語

• CZ法：エピの下地となるシリコンの単結晶を作る方法。
• SOIウエハー：シリコンの層の下に酸化膜を挟んだウエハー。
• SiC：シリコンと炭素の化合物。高い電圧に強い半導体の材料です。

SUMCOの製品一覧では、エピタキシャルウエハーは、磨いたウエハー、アニールウエハー、SOIウエハーなどと並ぶ6種類の製品の1つです。