我國首次突破溝槽型碳化硅MOSFET芯片制造技術(shù)

9 月 3 日消息，“南京發(fā)布”官方公眾號于 9 月 1 日發(fā)布博文，報道稱(chēng)國家第三代半導體技術(shù)創(chuàng )新中心（南京）歷時(shí) 4 年自主研發(fā)，成功攻關(guān)溝槽型碳化硅 MOSFET 芯片制造關(guān)鍵技術(shù)，打破平面型碳化硅 MOSFET 芯片性能“天花板”，實(shí)現我國在該領(lǐng)域的首次突破。

項目背景

碳化硅是第三代半導體材料的主要代表之一，具有寬禁帶、高臨界擊穿電場(chǎng)、高電子飽和遷移速率和高導熱率等優(yōu)良特性。

碳化硅 MOS 主要有平面結構和溝槽結構兩種結構，目前業(yè)內應用主要以平面型碳化硅 MOSFET 芯片為主。

平面碳化硅 MOS 結構的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，元胞一致性較好、雪崩能量比較高；缺點(diǎn)是當電流被限制在靠近 P 體區域的狹窄 N 區中，流過(guò)時(shí)會(huì )產(chǎn)生 JFET 效應，增加通態(tài)電阻，且寄生電容較大。

平面型與溝槽型碳化硅 MOSFET 技術(shù)對比

溝槽型結構是將柵極埋入基體中，形成垂直溝道，特點(diǎn)是可以增加元胞密度，沒(méi)有 JFET 效應，溝道晶面可實(shí)現最佳的溝道遷移率，導通電阻比平面結構明顯降低；缺點(diǎn)是由于要開(kāi)溝槽，工藝更加復雜，且元胞的一致性較差，雪崩能量比較低。

而溝槽柵結構的設計比平面柵結構具有明顯的性能優(yōu)勢，可實(shí)現更低的導通損耗、更好的開(kāi)關(guān)性能、更高的晶圓密度，從而大大降低芯片使用成本，卻一直以來(lái)受限于制造工藝，溝槽型碳化硅 MOSFET 芯片產(chǎn)品遲遲未能問(wèn)世、應用。

項目介紹

國家第三代半導體技術(shù)創(chuàng )新中心（南京）技術(shù)總監黃潤華介紹稱(chēng)“關(guān)鍵就在工藝上”，碳化硅材料硬度非常高，改平面為溝槽，就意味著(zhù)要在材料上“挖坑”，且不能“挖”得“坑坑洼洼”的。

國家第三代半導體技術(shù)創(chuàng )新中心（南京）。圖源：江寧發(fā)布。

在制備過(guò)程中，刻蝕工藝的刻蝕精度、刻蝕損傷以及刻蝕表面殘留物均對碳化硅器件的研制和性能有致命的影響。

國家第三代半導體技術(shù)創(chuàng )新中心（南京）組織核心研發(fā)團隊和全線(xiàn)配合團隊，歷時(shí) 4 年，不斷嘗試新工藝，最終建立全新工藝流程，突破“挖坑”難、穩、準等難點(diǎn)，成功制造出溝槽型碳化硅 MOSFET 芯片。

較平面型提升導通性能 30% 左右，目前中心正在進(jìn)行溝槽型碳化硅 MOSFET 芯片產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，推出溝槽型的碳化硅功率器件，預計一年內可在新能源汽車(chē)電驅動(dòng)、智能電網(wǎng)、光伏儲能等領(lǐng)域投入應用。

項目意義

對老百姓生活有何影響？黃潤華以新能源汽車(chē)舉例介紹，碳化硅功率器件本身相比硅器件具備省電優(yōu)勢，可提升續航能力約 5%；應用溝槽結構后，可實(shí)現更低電阻的設計。

在導通性能指標不變的情況下，則可實(shí)現更高密度的芯片布局，從而降低芯片使用成本。