我国首次突破沟槽型碳化硅 MOSFET 芯片制造技术

 9 月 3 日消息，“南京发布”官方公众号于 9 月 1 日发布博文，报道称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”，实现我国在该领域的首次突破。

项目背景

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。

平面型与沟槽型碳化硅 MOSFET 技术对比

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。

而沟槽栅结构的设计比平面栅结构具有明显的性能优势，可实现更低的导通损耗、更好的开关性能、更高的晶圆密度，从而大大降低芯片使用成本，却一直以来受限于制造工艺，沟槽型碳化硅 MOSFET 芯片产品迟迟未能问世、应用。

项目介绍

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称“关键就在工艺上”，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。

国家第三代半导体技术创新中心（南京）。图源：江宁发布。

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的影响。

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。

项目意义

对老百姓生活有何影响？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。