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功率MOSFET是功率电子系统中一个关键的元器件,它决定着控制系统的效率与成本。世界上至少50%的电力系统是由功率半导体器件作为控制。其在消费电子、工业电子、医疗电子、航空航天与交通运输业等方面具有重要的影响。碳排放给环境带来的负面影响与日俱增,对功率电子系统的效率与性能提出了更高的要求。沟槽型功率场效应管(U-MOSFET)因其具有芯片面积小、导通电阻低、开关速度快等性能优势而广受市场青睐。U-MOSFET器件的优化设计、准确的失效分析、高可靠性等是学术界与工业界研究的重点。本论文将主要对一款失效的60V U-MOSFET芯片进行失效分析,并完成60VU-MOSFET芯片的高可靠性设计。具体研究内容如下：(1)对失效的60V U-MOSFET芯片的流片测试数据进行数值统计分析,得出芯片导通电阻指标失效,初步定位60V U-MOSFET芯片失效在于芯片版图设计与元胞设计。(2)分析60V U-MOSFET失效芯片版图,结合版图理论,排除由于版图原因导致失效。对元胞TEM图进行分析,建立元胞物理模型,对导通电阻进行物理方程推导,并结合数值仿真验证,得出60V U-MOSFET芯片失效原因来自于栅极沟槽两边的Pbody区在沟槽底部发生穿通,导致外延电阻局部增大,从而引起器件导通电阻失效。(3)在完成60V U-MOSFET芯片失效分析后,对60V U-MOSFET芯片的元胞与终端进行重新优化设计,通过理论与仿真分别得到了导通电阻54353Ω、阈值电压2.947V、耐压81.2V的60V U-MOSFET元胞,和击穿电压68V的终端结构。并通过将芯片硅体内击穿点限制在元胞与终端交界的Pbody区,有效解决电压从元胞向终端过渡引起的振荡。(4)对重新设计的60V U-MOSFET芯片进行版图绘制,并进行流片。通过对裸片与封装测试数据的数值统计分析,最终得到阈值电压2.959V、60V电压下漏电流140.649nA、导通电阻2.77mQ,250/μA电流下击穿电压69.111V、栅极正向漏电流18.509nA、栅极反向漏电流10.305nA的60V U-MOSFET芯片。成功完成60V U-MOSFET芯片从仿真到流片的研发设计。