SiC元件“真命天子” 溝道MOSFET即將實(shí)用化

高品質(zhì)的150mm口徑SiC基板已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。我們將利用這種基板，在2015年投產(chǎn)“溝道型”SiCMOSFET’。

在‘CEATEC JAPAN 2013’上，電裝展示了SiC的相關(guān)技術(shù)(圖1)。其中包括了兩大‘驚喜’。一是電裝宣布SiC功率元件將在2015年實(shí)用化。在此之前，SiC功率元件的成果雖然頻繁出現(xiàn)在學(xué)會和展會等場合，但大家對於實(shí)用化的時(shí)間表都諱莫如深。

二是名為‘溝道型’的新一代SiC MOSFET的實(shí)用化。作為功率半導(dǎo)體材料，SiC與一般的Si相比，能夠制造出損耗更低的功率元件。相關(guān)研發(fā)十分活躍，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了SiC材料的二極體和電晶體等產(chǎn)品。

但過去投產(chǎn)的SiCMOSFET，是在元件表面設(shè)置柵極的‘平面型’，在柵極部分挖溝的溝道型尚未投產(chǎn)。溝道型的導(dǎo)通電阻能夠縮小到平面型的幾分之一。因此能夠進(jìn)一步降低損耗。

降低導(dǎo)通電阻還有助於壓縮SiC MOSFET的成本。因?yàn)檫_(dá)到相同的載流量，溝道型的晶片面積要小於平面型。也就是說，1枚SiC基板可以制造出更多的晶片，從而壓縮成本。

圖1：電裝即將把溝道型SiC MOSFET投入實(shí)用

電裝在‘CEATEC JAPAN 2013’上展出了該公司開發(fā)的溝道型SiCMOSFET。預(yù)定於2015年左右投入實(shí)用。除此之外，還展示了150mm(6寸)口徑的SiC基板。

因?yàn)榫邆溥@些特點(diǎn)，溝道型如今成為了‘發(fā)揮SiC優(yōu)勢的電晶體最佳選擇’。溝道型的研發(fā)速度加快

致力於研發(fā)溝道型SiCMOSFET的不只是電裝，許多半導(dǎo)體企業(yè)都已經(jīng)開始在大力研發(fā)。這一點(diǎn)在SiC相關(guān)國際學(xué)會‘ICSCRM2013’上可見一斑。在該學(xué)會上，有關(guān)溝道型SiC MOSFET最新成果的發(fā)表接連不斷(圖2)。其中，羅姆明確提到了投產(chǎn)時(shí)間。該公司表示將在2014年上半年，投產(chǎn)在柵極、源極上都設(shè)置溝槽的‘雙溝道型’SiC MOSFET。

圖2：各公司全力開發(fā)溝道型SiC MOSFET

在SiC相關(guān)國際學(xué)會‘ICSCRM 2013’上，溝道型SiC MOSFET研發(fā)成果的發(fā)表絡(luò)繹不絕。降低電容、提高生產(chǎn)效率都得到了實(shí)現(xiàn)。

會上還發(fā)表了提高溝道型SiC MOSFET性能，以及提高生產(chǎn)效率壓縮成本的研究成果。比方說，三菱電機(jī)成功降低了溝道型MOSFET的柵極-漏極之間的電容。電容越小，開關(guān)損失越低。MOSFET晶片一般會設(shè)置多個(gè)叫做‘單元’的微小MOSFET構(gòu)造，該公司通過使其中的部分單元接地，降低了導(dǎo)致電容增加的偏壓。

住友電氣工業(yè)把目標(biāo)對準(zhǔn)了提高溝道型MOSFET的生產(chǎn)效率。溝道型MOSFET在制造上面臨的課題是無法按照設(shè)想制造溝槽。為此，該公司準(zhǔn)備把溝槽的形狀改換為一般的溝道型，借此提高生產(chǎn)效率。

從元件的截面來看，一般溝道型的溝槽呈‘凹字’形，但這一次，該公司將其改為了V字形。這種V字溝槽‘容易通過熱化學(xué)蝕刻成型，與一般的溝道型相比，更容易提高成品率’。近10家公司提供6寸產(chǎn)品

在ICSCRM 2013上，除了溝道型MOSFET的研究成果之外，關(guān)於150mm(6寸)口徑基板的提案也接連不斷(圖3)。量產(chǎn)SiC功率元件使用的SiC基板目前以100mm(4寸)口徑為主。隨著6寸產(chǎn)品的普及，生產(chǎn)效率有望提高，從而降低SiC功率元件的成本。