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笔记：SiC Trench MOSFET工艺及发展趋势

博主2025-09-29第三代半导体13

SiC Trench MOSFET（沟槽型碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管）是新一代功率半导体器件的核心技术之一。它通过将栅极嵌入硅 carbide 衬底形成垂直沟道，显著提升了器件的开关性能和功率密度，尤其适合新能源汽车、光伏逆变器等高效高功率应用场景。

下面这个表格梳理了其核心工艺、难点和发展趋势，帮你先建立一个整体印象。

维度	核心要点
? 工艺简介	1. 沟槽刻蚀：通过感应耦合等离子体(ICP)等技术在SiC晶圆上刻蚀垂直沟槽。 2. 栅氧生长：在沟槽内表面生长栅极氧化层(SiO2)，界面质量至关重要。 3. 离子注入与退火：进行p型基区、p+屏蔽区、n+源区等多重离子注入，并在超高温(>1700°C)下退火以激活掺杂剂。 4. 电极与互连：沉积多晶硅形成栅极，最后制作源极和漏极金属接触。
⚔️ 工艺难点	1. 栅氧可靠性：沟槽底部栅氧易因电场集中而击穿。 2. 沟槽刻蚀：SiC材料硬度高、化学惰性强，刻蚀工艺面临刻蚀表面粗糙度大、刻蚀形貌差、侧壁垂直度低等难题。 3. 离子注入与退火：SiC掺杂原子激活需极高温度(>1700°C)，此过程易导致硅蒸发和表面粗糙。 4. 沟道迁移率：SiC与SiO2界面存在高密度缺陷，导致沟道迁移率远低于理论值。
? 后续发展趋势	1. 结构创新：采用分步外延生长厚栅氧、P+屏蔽层等设计保护栅氧。 2. 工艺优化：开发SF6/BCl3/O2/Ar等新型刻蚀气体以改善形貌；采用超临界流体低温退火、选择优质晶面成膜等提升界面质量。 3. 材料创新：探索3C-SiC/4H-SiC混合外延层等新材料以兼顾高迁移率与高击穿场强。 4. 技术路线演进：平面技术仍在优化，沟槽技术正通过提升沟槽电流利用率等方式不断成熟，未来将与平面技术并存互补。

? 技术发展与展望

SiC Trench MOSFET 技术正处于快速发展和不断成熟的阶段。

目前，为了兼顾可靠性与性能，平面型SiC MOSFET因其技术成熟、可靠性高，在市场中仍占据重要地位。一些厂商（如安森美）通过优化平面技术，使其性能已接近早期沟槽器件的水平。
长远来看，随着栅氧可靠性和刻蚀工艺等关键难题被逐一攻克，沟槽技术因其更优的性能密度，依然是未来的明确发展方向。业界正在通过设计P+屏蔽层、优化沟槽形貌等多种方案来保护栅氧，提升其长期可靠性。

? 总结

总的来说，SiC Trench MOSFET 工艺复杂，挑战主要集中在栅氧可靠性、沟槽刻蚀、高温退火和界面迁移率上。但随着新结构、新工艺和新材料的不断涌现，这些瓶颈正被逐步突破。当前阶段，平面和沟槽技术会根据自己的优势在不同应用场景中发挥作用；而未来，沟槽技术无疑将成为推动碳化硅功率器件向更高性能、更高效率迈进的关键力量。

希望以上介绍能帮助你全面了解SiC Trench MOSFET技术。如果你对某个具体工艺细节或应用场景特别感兴趣，我很乐意与你进行更深入的探讨。

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