據(jù)南京發(fā)布近日消息，國家第三代半導(dǎo)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”。據(jù)悉這是我國在這一領(lǐng)域的首次突破。
source:江寧發(fā)布
公開資料顯示，碳化硅是第三代半導(dǎo)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(dǎo)熱率等優(yōu)良特性。碳化硅MOS主要有平面結(jié)構(gòu)和溝槽結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)。目前業(yè)內(nèi)應(yīng)用主要以平面型碳化硅MOSFET芯片為主。
平面碳化硅MOS結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是工藝簡單，元胞一致性較好、雪崩能量比較高；缺點(diǎn)是當(dāng)電流被限制在靠近P體區(qū)域的狹窄N區(qū)中，流過時(shí)會(huì)產(chǎn)生JFET效應(yīng)，增加通態(tài)電阻，且寄生電容較大。
溝槽型結(jié)構(gòu)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，沒有JFET效應(yīng)，溝道晶面可實(shí)現(xiàn)最佳的溝道遷移率，導(dǎo)通電阻比平面結(jié)構(gòu)明顯降低；缺點(diǎn)是由于要開溝槽，工藝更加復(fù)雜，且元胞的一致性較差，雪崩能量比較低。
“關(guān)鍵就在工藝上。”國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）技術(shù)總監(jiān)黃潤華介紹，碳化硅材料硬度非常高，改平面為溝槽，就意味著要在材料上“挖坑”，且不能“挖”得“坑坑洼洼”的。在制備過程中，刻蝕工藝的刻蝕精度、刻蝕損傷以及刻蝕表面殘留物均對(duì)碳化硅器件的研制和性能有致命影響。
對(duì)此，國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）組織核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)和全線配合團(tuán)隊(duì)，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(wěn)、準(zhǔn)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(dǎo)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)品開發(fā)，推出溝槽型的碳化硅功率器件，預(yù)計(jì)一年內(nèi)可在新能源汽車電驅(qū)動(dòng)、智能電網(wǎng)、光伏儲(chǔ)能等領(lǐng)域投入應(yīng)用。
該突破對(duì)我們的生活和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有何加持作用呢？黃潤華以新能源汽車舉例介紹，碳化硅功率器件本身相比硅器件具備省電優(yōu)勢(shì)，可提升續(xù)航能力約5%；應(yīng)用溝槽結(jié)構(gòu)后，可實(shí)現(xiàn)更低電阻的設(shè)計(jì)。在導(dǎo)通性能指標(biāo)不變的情況下，則可實(shí)現(xiàn)更高密度的芯片布局，從而降低芯片使用成本。
生產(chǎn)一代、研發(fā)一代、預(yù)研一代，目前國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心（南京）已啟動(dòng)碳化硅超級(jí)結(jié)器件研究，“這個(gè)結(jié)構(gòu)的性能，比溝槽型結(jié)構(gòu)更優(yōu)更強(qiáng)，目前還在研發(fā)?！秉S潤華透露。（來源：全球半導(dǎo)體觀察）
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