レゾナックと東北大、廃棄シリコンとCO2によるSiCパワー半導体材料製造の本格検討を開始

廃棄シリコンの再資源化研究をレゾナックと東北大が推進

レゾナックと東北大学は、2024年から行ってきたシリコンウェハの製造過程で発生する廃棄物であるシリコンスラッジ(ウェハの切削くず)と、二酸化炭素(CO₂)を原料としたSiC粉末を、パワー半導体向けSiC単結晶材料の成長用原料として応用することを目的とした基礎検討を完了し、実際の応用に向けた本格検討を開始したことを発表した。

持続可能な社会の実現に向けて、廃棄物の再資源化や製造業におけるCO₂の排出維削減などが求められている。半導体やシリコン系太陽電池産業においても、シリコンウェハを切り出す際にシリコンスラッジが生じるが、基本的には産業廃棄物として処分されており、その再資源化による環境負荷低減が求められるようになっている。

次世代パワー半導体として期待されるSiCの製造課題

東北大は、CO₂をシリコンスラッジと反応させることでSiCを合成する研究を進めてきており、シリコンスラッジとCO₂の再資源化を目指してきた。一方、レゾナックはSiC単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させたSiCエピタキシャルウェハ(SiCエピウェハ)の製造・販売を行ってきた。

SiCエピウェハをベースとしたパワー半導体はSiウェハベースのパワー半導体と比べて、電力損失は熱の発生が少なく、高耐圧や高温耐性といった特徴を有することから、システムの省エネルギー化を実現する次世代パワー半導体として期待されているものの、SiCの合成には高温・高電力が必要で、製造工程における環境負荷の低減が課題とされてきた。

基礎研究から実応用に向けた検討へ移行

両者が2024年から進めてきたのは、シリコンスラッジとCO₂を原料としたSiC粉末を、パワー半導体に用いるSiC単結晶の成長用原料として応用するための基礎研究。具体的には、マイクロ波によるシリコンスラッジとCO₂の加熱によるSiC粉末の合成と、そのSiC粉末をSiC単結晶基板へと応用展開しようというもの。今回、研究を通じて得られた結晶の特性把握など基礎検討が完了したことを踏まえ、応用に向けた本格検討を進めることに至ったとしている。

なお、同技術が実用化すれば、SiC粉末100トンあたりのCO₂削減効果が110トン相当に達することが見積もられており、省エネルギー化およびCO₂削減を可能とするSiCパワーデバイスの一層の普及推進につながることが期待されるとレゾナックでは説明している。