国内沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造关键技术有新突破

化合物半导体市场 2024-09-02 17:47 864浏览 0评论 0点赞

工程师必看：B2900隐藏的15个超频测试模式 TOLG 技术采用超紧凑的海鸥翼式引脚设计

据南京发布近日消息，国家第三代半导体技术创新中心（南京）历时4年自主研发，成功攻关沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造关键技术，打破平面型碳化硅MOSFET芯片性能“天花板”。据悉这是我国在这一领域的首次突破。

source:江宁发布

公开资料显示，碳化硅是第三代半导体材料的主要代表之一，具有宽禁带、高临界击穿电场、高电子饱和迁移速率和高导热率等优良特性。碳化硅MOS主要有平面结构和沟槽结构两种结构。目前业内应用主要以平面型碳化硅MOSFET芯片为主。

平面碳化硅MOS结构的特点是工艺简单，元胞一致性较好、雪崩能量比较高；缺点是当电流被限制在靠近P体区域的狭窄N区中，流过时会产生JFET效应，增加通态电阻，且寄生电容较大。

沟槽型结构是将栅极埋入基体中，形成垂直沟道，特点是可以增加元胞密度，没有JFET效应，沟道晶面可实现最佳的沟道迁移率，导通电阻比平面结构明显降低；缺点是由于要开沟槽，工艺更加复杂，且元胞的一致性较差，雪崩能量比较低。

“关键就在工艺上。”国家第三代半导体技术创新中心（南京）技术总监黄润华介绍，碳化硅材料硬度非常高，改平面为沟槽，就意味着要在材料上“挖坑”，且不能“挖”得“坑坑洼洼”的。在制备过程中，刻蚀工艺的刻蚀精度、刻蚀损伤以及刻蚀表面残留物均对碳化硅器件的研制和性能有致命影响。

对此，国家第三代半导体技术创新中心（南京）组织核心研发团队和全线配合团队，历时4年，不断尝试新工艺，最终建立全新工艺流程，突破“挖坑”难、稳、准等难点，成功制造出沟槽型碳化硅MOSFET芯片，较平面型提升导通性能30%左右，目前中心正在进行沟槽型碳化硅MOSFET芯片产品开发，推出沟槽型的碳化硅功率器件，预计一年内可在新能源汽车电驱动、智能电网、光伏储能等领域投入应用。

该突破对我们的生活和半导体产业有何加持作用呢？黄润华以新能源汽车举例介绍，碳化硅功率器件本身相比硅器件具备省电优势，可提升续航能力约5%；应用沟槽结构后，可实现更低电阻的设计。在导通性能指标不变的情况下，则可实现更高密度的芯片布局，从而降低芯片使用成本。

生产一代、研发一代、预研一代，目前国家第三代半导体技术创新中心（南京）已启动碳化硅超级结器件研究，“这个结构的性能，比沟槽型结构更优更强，目前还在研发。”黄润华透露。