三菱電機，SiC薄膜チャネルを利用して低ON抵抗を実現したパワー・モジュールを試作 ――Nano tech 2005
2005年2月23日～25日，東京ビッグサイト（東京都江東区）において，ナノテクノロジに関するカンファレンスおよび展示会「Nano tech 2005」が開催された（写真1）．MOSFETのチャネル（エピタキシャル層）にSiC（Silicon Carbide）を利用し，十数nmの厚みで平たん化することで低ON抵抗を実現した三菱電機のパワー・モジュールや，ナノインプリント技術を用いて微細パターンを施した日立製作所のウェハなどが展示された．
[写真1] Nano tech 2005
2005年2月23日～25日，東京ビッグサイトにおいて，ナノテクノロジに関するカンファレンスおよび展示会「Nano tech 2005」が開催された．来場者数は総計39,069名．
●チャネルをnmレベルの薄膜で平たん化して低ON抵抗を実現
三菱電機は，SiCデバイス素子化技術として，MOSFETとショットキー・バリア・ダイオードを用いたパワー・モジュールのデモンストレーションを行った．SiCはシリコン（Si）と比べて融点が高く，イオン注入の速度が速い．そのため，イオン注入を行うと，チャネル表面に凹凸ができる．これを平たん化するために，チャネル部分にSiCの薄膜を形成した．一般にチャネルが厚くなればON抵抗を小さくできるが，その一方で耐圧は下がってしまう．今回試作したMOSFETではSiCの薄膜を十数nmとし，1.2kV/1Aの耐圧と12.9mΩ/cm^2のON抵抗を実現した．
デモンストレーションでは，本技術で試作したMOSFETとショットキー・バリア・ダイオードを用いて3相モータを駆動させた（写真2）．3相インバータは6個のMOSFETと6個のショットキー・バリア・ダイオードで構成されている．また，コンバータには6個のショットキー・バリア・ダイオードを用いた．なお，デモンストレーションではパワー・モジュールは200Vの耐圧とした．
(a) 3相モータを駆動する
(b) デモンストレーションに使用したパワー・モジュール
[写真2] SiCデバイスを用いたパワー・モジュールのデモンストレーションのようす
(a)は200Vの3相モータを駆動するデモンストレーションのようす．(b)は，デモンストレーションに用いられた，パワー・モジュール．上側の青い線で囲んだ部分がインバータ（6個のMOSFETと6個のダイオード），下側の赤い線で囲んだ部分がコンバータ（6個のダイオード）．
また同社は，半導体の微細パターン形成用プロセス技術「RELACS（Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink）」のパネル展示を行った（写真3）．本技術は，レジスト・パターンの形成後，レジスト内に存在する酸成分を利用することで，トレンチ幅を100nm以下にするプロセス技術である．具体的には，通常のパターン形成後，専用の加工補助材料（AZ R200）を塗布し，熱処理を施す．すると，レジスト内の酸が拡散して加工補助材料と架橋反応（分子間の結合）を起こし，元のパターンの内側に熱硬化した樹脂層が形成される．最後に，パターンを洗浄して一連のプロセスが終了する．
本プロセス技術は三菱電機の半導体部門（現ルネサス テクノロジ）とAZエレクトロニックマテリアルズが共同で開発した．プロセスの開発は三菱電機が，材料関係はAZエレクトロニックマテリアルズが担当した．量産レベルで，70nmプロセスまで対応できる．すでに，本プロセス技術を使ってルネサス テクノロジのLSIが製造されているという．
(a) 加工補助材料（AZ R200） (b) RELACSプロセス
[写真3] 専用加工補助材料とRELACSプロセス
加熱温度でトレンチ幅の制御を行う．試作段階では50nm程度までトレンチ幅を微細化した．同社によると，今後はこうした微細パターンが量産レベルの品質（歩留まり）であるかどうかを確認する試験が重要になってくるという．
●ナノインプリント技術が実用に
日立製作所は，ナノインプリント技術を用いて凹凸パターンを形成したSiウェハや樹脂シートなどを展示した（写真4）．ナノインプリント技術とは，微細な凹凸のある金型を樹脂などに押し当ててパターン形成などを行う加工技術である．本技術を用いると，数十nmの凹凸パターンの形成が可能になるという．同社は，加熱加圧方式のナノインプリント装置を開発している．例えば，凸パターンでは高さが1μm，凸部の直径が180nm，凸間のピッチが360nmのパターンを形成できる．また，このナノインプリント装置は，最大300mm（12インチ）のウェハに対応する．
同社は，この技術を応用した「ナノピラーシート」を発売する．ナノピラーシートは，シリコンやガラスなどの基板の上にアクリル（PMMA）やポリスチレン（PS）などの樹脂を載せ，この樹脂をナノインプリント技術を使って柱状（ピラー）に加工する．柱の高さは200nm～1μm，柱の直径は250nm～1μm．まず，産業技術総合研究所や北海道大学と共同で開発した「ナノピラー細胞培養シート」のサンプル出荷を2005年5月から開始する．
[写真4] ナノインプリント・シート
ナノインプリント技術については，バイオ・チップやストレージ・メディア，LSIなどへの応用が考えられている．
●カーボン・ナノチューブを利用した燃料電池
NECは，カーボン・ナノチューブの1種であるカーボン・ナノホーンを利用したノート・パソコン向け燃料電池を展示した（写真5）．カーボン・ナノホーンを電極として使用している．本燃料電池はメタノールを燃料として発電を行う，いわゆるダイレクト・メタノール方式を用いている．メタノールが白金触媒で水素イオンと電子に分解され，カーボン・ナノホーンを介して電子がマイナス電極に流れ，電気が発生する．カーボン・ナノホーンは形状が複雑であるため表面積が広く，効率良く電気を発生できるという．
燃料カートリッジの容量は250ccで，30％のメタノール水溶液が入っている．最大出力密度は70mW/cm^2．カートリッジ1本当たりの動作時間は約10時間．実用化は2007年の消防法や毒物劇物取扱法などの規制緩和以降の予定．それまでに，動作時間を約20時間に引き上げたいという．
[写真5] カーボン・ナノホーンを用いた燃料電池搭載のノート・パソコン
パソコンの後ろの部分が燃料カートリッジ．下の部分が電池．
