SiC功率半导体元件的“真命天子”，沟道MOSFET即将实用化

在2013年10月举办的“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，但大家对于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材料的二极管和晶体管等产品。

但过去投产的SiC MOSFET，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于压缩SiC MOSFET的成本。因为达到相同的载流量，沟道型的芯片面积要小于平面型。也就是说，1枚SiC基板可以制造出更多的芯片，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SiC MOSFET。预定于2015年左右投入实用。除此之外，还展示了150mm（6英寸）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优势的晶体管最佳选择”（多位SiC功率元件技术人员）。

沟道型的研发速度加快

致力于研发沟道型SiC MOSFET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2013年9月29日～10月4日举办的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芯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”（该公司研究人员）。

近10家公司提供6英寸产品

在ICSCRM 2013上，除了沟道型MOSFET的研究成果之外，关于150mm（6英寸）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英寸）口径为主。随着6英寸产品的普及，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英寸）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持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英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、韩国SKC等众多基板企业都已经宣布投产6英寸产品。汇总各公司的计划来看，在2015年之前，供应6英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持6英寸基板。随着各公司把6英寸产品纳入视野，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。（记者：根津 祯，《日经电子》）