【環　境】レゾナックと東北大学　廃棄物等からＳｉＣパワー半導体材料製造の本格検討開始

レゾナックと東北大学は、シリコンウェハーの製造過程で発生する廃棄物（シリコンスラッジ）と二酸化炭素（ＣＯ２）を原料とした炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末を、パワー半導体に用いるＳｉＣ単結晶材料の成長用原料として応用するための基礎検討段階が完了したため、このたび応用に向けた本格検討を開始した。

両者は２０２４年より基礎検討を行ってきた。この技術が実用化すれば、ＳｉＣパワー半導体は、製品として省エネルギー化に貢献するだけでなく、製造工程においても、ＣＯ２排出削減、シリコンスラッジおよびＣＯ２の再資源化が実現し、ライフサイクル全体で環境負荷を低減することが可能になる。

昨今、自然災害など気候変動が与える影響は益々深刻化している。このような状況を受け、各国が温室効果ガス排出規制を強化するなど、ＣＯ２の削減や有効活用は世界的な課題となっている。特に製造業においては、生産過程でのＣＯ２排出削減が急務である一方、廃棄物の再資源化も強く求められている。なかでも半導体や太陽光発電パネルに不可欠なシリコンウェハーは、切り出しの際に生じるシリコンスラッジが産業廃棄物として大量に廃棄され、その再資源化が求められている。

こうした課題に対し、東北大学はＣＯ２をシリコンスラッジと反応させてＳｉＣを合成する研究を進めている。この技術はＣＯ２を固体と反応させる「鉱物化」によるカーボンリサイクル技術を応用することで、シリコンスラッジとＣＯ２を再資源化し、有価なＳｉＣ原料を創出する。従来の高エネルギー消費型プロセスに替わる低環境負荷技術として期待されている。

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ー（ＳｉＣエピウェハー）を製造している。ＳｉＣエピウェハーは、電動車（ｘＥＶ）や産業機器などに用いられるパワー半導体デバイスの重要な材料で、従来のシリコン（Ｓｉ）ウェハーと比較して、電力変換時の電力損失や熱の発生が少なく、省エネルギー化に寄与する。しかし、ＳｉＣの合成には、高温・高電力を要し、製造工程における環境負荷の低減が課題となっている。

この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大きく寄与することが期待される。今後、東北大学の持つ「鉱物化」技術により作成されたＳｉＣ粉末を、レゾナックの“ベスト・イン・クラス”ＳｉＣエピウェハーへ応用することで、パワー半導体のライフサイクルを通した環境負荷低減を実現し、持続可能なグローバル社会に貢献する。

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