功率半导体器件是电力电子系统中完成电力变换的核心器件。功率场效应管在消费电子及工业电子产业皆有重要的应用地位,尤其是电动车、车用电子以及智慧城市的发展,带动功率场效应管需求明显激增。UMOSFET(Ultimate trench U-shape Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistors)因其具有芯片占用面积较小、导通电阻较低、开关速度快等性能优势而受到广泛应用。UMOSFET器件面临的主要技术挑战之一是在保证足够高击穿电压的前提下,降低器件的导通电阻。这也成为当今功率UMOSFET技术前进的主要发展方向。本文针对这一技术挑战展开了相关研究,具体研究内容如下:(1)功率UMOSFET的结构与工艺参数对其导通电阻、阈值电压、击穿电压等关键性能指标影响显著。本文通过理论分析和仿真对UMOSFET的导通电阻、阈值电压、击穿电压等关键参数进行了优化设计。(2)研究了元胞结构外延层厚度及掺杂浓度、器件沟槽深度、栅氧化层厚度、Pbody区域注入对器件性能的影响及其优化设计。设计了60V UMOSFET器件及其JTE边端,通过采用JTE边端替代传统的场环场板边端,在芯片中得到了更大的元胞区域面积,使芯片整体的导通电阻得到降低,器件性能对比优化之前得到进一步提高,并完成芯片总体版图的绘制,给出了几种芯片版图绘制的类型及方法。(3)设计了60V UMOSFET芯片的新结构元胞,设计了带P-pillar区的UMOSFET元胞,并对新加入的P-pillar区域进行仿真优化调节,提升了传统UMOSFET器件的性能,改善了传统UMOSFET器件电压电阻比例关系。