SiC元件“真命天子” 沟道MOSFET即将实用化

高品质的150mm口径SiC基板已经实现。我们将利用这种基板，在2015年投产“沟道型”SiCMOSFET’。

在‘CEATEC JAPAN 2013’上，电装展示了SiC的相关技术(图1)。其中包括了两大‘惊喜’。一是电装宣布SiC功率元件将在2015年实用化。在此之前，SiC功率元件的成果虽然频繁出现在学会和展会等场合，但大家对於实用化的时间表都讳莫如深。

二是名为‘沟道型’的新一代SiC MOSFET的实用化。作为功率半导体材料，SiC与一般的Si相比，能够制造出损耗更低的功率元件。相关研发十分活跃，市面上已经出现了SiC材料的二极体和电晶体等产品。

但过去投产的SiCMOSFET，是在元件表面设置栅极的‘平面型’，在栅极部分挖沟的沟道型尚未投产。沟道型的导通电阻能够缩小到平面型的几分之一。因此能够进一步降低损耗。

降低导通电阻还有助於压缩SiC MOSFET的成本。因为达到相同的载流量，沟道型的晶片面积要小於平面型。也就是说，1枚SiC基板可以制造出更多的晶片，从而压缩成本。

图1：电装即将把沟道型SiC MOSFET投入实用

电装在‘CEATEC JAPAN 2013’上展出了该公司开发的沟道型SiCMOSFET。预定於2015年左右投入实用。除此之外，还展示了150mm(6寸)口径的SiC基板。

因为具备这些特点，沟道型如今成为了‘发挥SiC优势的电晶体最佳选择’。沟道型的研发速度加快

致力於研发沟道型SiCMOSFET的不只是电装，许多半导体企业都已经开始在大力研发。这一点在SiC相关国际学会‘ICSCRM2013’上可见一斑。在该学会上，有关沟道型SiC MOSFET最新成果的发表接连不断(图2)。其中，罗姆明确提到了投产时间。该公司表示将在2014年上半年，投产在栅极、源极上都设置沟槽的‘双沟道型’SiC MOSFET。

图2：各公司全力开发沟道型SiC MOSFET

在SiC相关国际学会‘ICSCRM 2013’上，沟道型SiC MOSFET研发成果的发表络绎不绝。降低电容、提高生产效率都得到了实现。

会上还发表了提高沟道型SiC MOSFET性能，以及提高生产效率压缩成本的研究成果。比方说，三菱电机成功降低了沟道型MOSFET的栅极-漏极之间的电容。电容越小，开关损失越低。MOSFET晶片一般会设置多个叫做‘单元’的微小MOSFET构造，该公司通过使其中的部分单元接地，降低了导致电容增加的偏压。

住友电气工业把目标对准了提高沟道型MOSFET的生产效率。沟道型MOSFET在制造上面临的课题是无法按照设想制造沟槽。为此，该公司准备把沟槽的形状改换为一般的沟道型，借此提高生产效率。

从元件的截面来看，一般沟道型的沟槽呈‘凹字’形，但这一次，该公司将其改为了V字形。这种V字沟槽‘容易通过热化学蚀刻成型，与一般的沟道型相比，更容易提高成品率’。近10家公司提供6寸产品

在ICSCRM 2013上，除了沟道型MOSFET的研究成果之外，关於150mm(6寸)口径基板的提案也接连不断(图3)。量产SiC功率元件使用的SiC基板目前以100mm(4寸)口径为主。随着6寸产品的普及，生产效率有望提高，从而降低SiC功率元件的成本。

图3：SiC迎来150mm基板的东风

各SiC基板企业在‘ICSCRM 2013’上纷纷展出150mm(6寸)口径的SiC基板(a)。在SiC基板上层积外延层的外延服务也开始支援150mm。昭和电工已于2013年10月推出了这项服务(b)。

现在，已经投产6寸产品并开始供应样品的主要基板企业只有美国科锐、新日铁住金等少数几家公司。为了改变这种格局，美国道康宁、美国贰陆(II-VI)、德国Si-Crystal等欧美企业，以及中国SICC、南韩SKC等众多基板企业都已经宣布投产6寸产品。汇总各公司的计划来看，在2015年之前，供应6寸产品的企业将增加到近10家左右。除此之外，昭和电工还表明，在SiC基板上层积外延层的外延服务也将支援6寸基板。随着各公司把6寸产品纳入视野，基板企业之间的价格竞争将日趋激烈，功率元件企业将有望以更低的成本，采购到需要的基板。