積層欠陥（スタッキングフォルト）とは

積層欠陥（スタッキングフォルト）とは、原子面の積み重なりの順序がある面を境に乱れた面状の欠陥で、シリコンでは{111}面の ABCABC… という順序の一部が抜けたり挟まったりしたものです。熱酸化で注入された格子間シリコンが集まってできる酸化誘起積層欠陥（OSF）が代表例です。SiCでは通電中に積層欠陥が広がってオン電圧が上がるバイポーラ劣化が大きな課題です。

ダイヤモンド構造では、積層欠陥の部分だけが局所的に六方晶と同じ積み重なり方になっています。 このずれに必要なエネルギー（積層欠陥エネルギー）が小さい材料ほど積層欠陥ができやすく、 シリコンに比べて SiC や一部の化合物半導体で積層欠陥や双晶が問題になりやすいのはこのためです。

熱酸化では、シリコンが酸素と反応して SiO₂ に変わり、酸化膜1 nm あたり約0.44 nm のシリコンが消費されます。 SiO₂ はもとのシリコンより体積が大きいため、界面では一部のシリコン原子が酸化膜に取り込まれずに押し出され、 格子間シリコンとして結晶側へ注入されます。

注入された格子間シリコンは、表面近くにある微小な欠陥や金属汚染を核として集まり、外因性の積層欠陥として成長します。 酸化の時間が長いほど OSF は大きくなり、逆に酸化しない高温の雰囲気では縮んで消えていきます。

OSF を使った評価

OSF は核がないとできないため、核の量、つまり結晶の微小欠陥や工程の汚染の指標になります。 ウェハを1,100℃前後で1時間程度ウェット酸化し、酸化膜を除去してから選択エッチングで浮かび上がらせ、 表面のピットを数える方法が使われます。CZ 結晶ではこの OSF がリング状に現れることがあり、 その位置がGrown-in欠陥の種類の境界を示します。

SiC の MOSFET の内蔵ダイオードや PiN ダイオードに順方向の電流を流すと、 電子と正孔の再結合で放出されるエネルギーによって、ベーサル面転位（BPD）の部分転位が動き出します。 その後ろに積層欠陥が三角形や帯状に広がり、積層欠陥の領域はキャリアの流れを妨げるため、 オン電圧が時間とともに上がっていきます。これがバイポーラ劣化です。

基板の品質についてはSiCウェハ、転位の基本は転位の解説を参照してください。

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