近日，国家第三代半导体技术创新中心（南京）成功攻克沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造的关键技术，这也是我国在这一领域的首次突破，对于碳化硅应用拓展具有重大意义。

沟槽型碳化硅MOSFET芯片是第三代半导体材料碳化硅（SiC）在功率半导体领域的重要应用之一。沟槽型碳化硅MOSFET芯片因其卓越的性能，如更低的导通损耗、更好的开关性能和更高的晶圆密度，一直被视为半导体技术的前沿。

沟槽型碳化硅MOSFET芯片相比传统的平面型碳化硅MOSFET芯片，沟槽型碳化硅MOSFET芯片通过将栅极埋入基体中形成垂直沟道，实现了更低的导通损耗、更好的开关性能以及更高的晶圆密度。这种设计可以显著降低芯片使用成本，提升器件性能。

沟槽型碳化硅MOSFET芯片的技术特点与优势

1、低导通损耗：沟槽结构使得沟道迁移率更高，导通电阻更低，从而降低了导通损耗。

2、快速开关性能：由于寄生电容小，沟槽型碳化硅MOSFET具有更快的开关速度，适用于高频和高效率的应用场景。

3、高密度集成：沟槽设计允许更小的元胞尺寸，提高了晶圆上的芯片数量，进一步降低了成本。

4、高可靠性：通过优化结构设计，沟槽型碳化硅MOSFET能够提升器件的耐压能力和长期可靠性。

沟槽型碳化硅MOSFET芯片在多个领域具有广泛应用前景，比如：

1、新能源汽车：在新能源汽车的电驱动系统中，沟槽型碳化硅MOSFET可以显著提升系统效率和续航能力。

2、光伏储能：在光伏储能系统中，沟槽型碳化硅MOSFET可以实现高效的能量转换和储存。

3、智能电网：在智能电网的电力传输和分配过程中，沟槽型碳化硅MOSFET能够降低能耗，提高电网的稳定性和可靠性。

沟槽型碳化硅MOSFET芯片的技术难度

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。

由于碳化硅材料的高硬度和制备过程中的复杂性，沟槽型碳化硅MOSFET芯片的制造工艺一直是一个难题。

这些难点主要集中在材料特性、工艺复杂性以及性能优化等方面。

1、材料特性挑战

碳化硅材料以其高硬度著称，这使得在碳化硅基体上制造沟槽变得极为困难。正如国家第三代半导体技术创新中心（南京）技术总监黄润华所介绍，改平面为沟槽，就意味着要在硬度极高的材料上“挖坑”，且要求沟槽表面平整度高，不能“挖”得“坑坑洼洼”。材料刻蚀难题：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。因此，如何在不损伤材料性能的前提下，实现高精度的沟槽刻蚀，是沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造中的一大难题。

2、工艺复杂性

沟槽型碳化硅MOSFET芯片的制造工艺流程相比平面型更为复杂。除了基本的清洗、氧化、淀积等步骤外，还需要进行高精度的沟槽刻蚀、栅极制作、源漏区制作等工艺步骤。这些步骤之间的相互影响和制约关系使得整个工艺流程难以控制。

工艺稳定性与一致性：由于沟槽型碳化硅MOSFET芯片的结构特殊性，其对工艺的稳定性和一致性要求极高。任何微小的工艺波动都可能导致器件性能的显著变化。因此，如何保证工艺的稳定性和一致性，是沟槽型碳化硅MOSFET芯片制造中的另一个重要难点。

虽然沟槽型碳化硅MOSFET芯片制作困难，目前市场不成熟，但是应用前景广阔，未来不可限量。据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，与平面型碳化硅MOSFET相比，沟槽型产品在导通性能上提升了约30%，这一技术突破预计将在一年内应用于新能源汽车电驱动、智能电网、光伏储能等领域。

随着新能源汽车、智能电网、光伏储能等领域的快速发展，沟槽型碳化硅MOSFET芯片的市场需求持续增长。据市场调研机构预测，碳化硅功率器件市场规模在未来几年内将保持高速增长。同时，国内外众多企业和机构正致力于沟槽型碳化硅MOSFET芯片的研发和量产，以满足市场需求并推动技术进步。