超結(jié)MOS是英文Super Junction的直譯，英飛凌注冊(cè)商標(biāo)為Cool MOS，所以國(guó)內(nèi)的廠家都命名為超結(jié)MOS，它是在普通平面MOS基礎(chǔ)上使用新型超結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的MOS管。這種技術(shù)通過(guò)在垂直溝槽結(jié)構(gòu)中外延N-層建立深入的p型區(qū)，形成更大的PN結(jié)，在器件返偏時(shí)，能形成很厚的PN耗盡層，以達(dá)到高的隔離電壓。超結(jié)MOS管主要在500V、600V、650V及800V以上高電壓場(chǎng)合使用。

超結(jié)MOS的工藝包括：

多層外延工藝（Multi-EPI）和深溝槽工藝（Deep-Trench）。這兩種工藝都旨在實(shí)現(xiàn)超結(jié)MOSFET的優(yōu)異性能，但各有其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1. 多層外延工藝（Multi-EPI）

概述：
多層外延工藝是開發(fā)較早且較為成熟的工藝。它基于平面硅生長(zhǎng)技術(shù)，通過(guò)多次摻雜、熱推進(jìn)和生長(zhǎng)多層摻雜不同的外延層，形成多個(gè)PN結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)超結(jié)MOS的結(jié)構(gòu)。

多層外延工藝主要集中在歐美品牌以及韓國(guó)品牌，比如SEMIHOW，英飛凌等。

優(yōu)點(diǎn)：

• 高電壓承受能力：相比傳統(tǒng)的Super Junction技術(shù)，Multi-EPI的SJ技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電壓承受能力。

• 低導(dǎo)通電阻：多層外延工藝通過(guò)優(yōu)化摻雜濃度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠顯著降低導(dǎo)通電阻。

• 優(yōu)良的可靠性：由于整個(gè)外延過(guò)程是基于平整界面生長(zhǎng)，外延位錯(cuò)缺陷會(huì)比較少，因此在漏電、高溫可靠性、長(zhǎng)期可靠性等方面具有很好的優(yōu)勢(shì)。

• 生產(chǎn)成本降低：雖然工藝復(fù)雜，但相比其他技術(shù)，它能在一定程度上降低生產(chǎn)成本。

缺點(diǎn)：

• 制備工藝復(fù)雜：多層外延工藝需要多次摻雜和生長(zhǎng)步驟，增加了工藝難度和成本。

• 光刻控制困難：多次光刻和掩膜步驟可能導(dǎo)致精度控制上的挑戰(zhàn)。

2. 深溝槽工藝（Deep-Trench）

概述：
深溝槽工藝是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)超結(jié)技術(shù)的方法。它首先通過(guò)外延設(shè)備生長(zhǎng)一層外延層，然后通過(guò)深槽刻蝕設(shè)備刻出深寬比很高的溝槽，再通過(guò)外延方式將溝槽填充起來(lái)，形成P柱結(jié)構(gòu)。

深溝槽工藝主要集中在中國(guó)大陸品牌，以華虹晶圓為主的產(chǎn)品，目前也有少量多層外延工藝的產(chǎn)品在研發(fā)并推出市場(chǎng)。

優(yōu)點(diǎn)：

• 工藝簡(jiǎn)單：由于只需要一次掩刻和填充，工藝步驟相對(duì)較少，成本較低。

• 提高可靠性：減少晶體缺陷，從而提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

• 動(dòng)態(tài)特性良好：在某些應(yīng)用中，其動(dòng)態(tài)特性可能優(yōu)于多層外延工藝。

缺點(diǎn)：

• 形貌控制難：硅在深槽過(guò)程中，側(cè)邊與底部蝕刻形貌很難控制到很平滑，可能影響器件性能。

• 空洞問(wèn)題：晶體外延填充過(guò)程中容易導(dǎo)致溝槽底部形成不規(guī)則的空洞，影響長(zhǎng)期高溫工作時(shí)的可靠性。

• 動(dòng)態(tài)特性相對(duì)差：由于界面接近突變結(jié)，動(dòng)態(tài)特性可能不如多層外延工藝。

超結(jié)MOS的主要作用包括：

1. 降低導(dǎo)通電阻：相較于傳統(tǒng)VDMOS，相同電流、電壓規(guī)格的超結(jié)MOSFET的導(dǎo)通電阻僅為傳統(tǒng)VDMOS的一半左右。這得益于其特殊的芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得在相同的芯片面積下，超結(jié)MOS的內(nèi)阻更低。

2. 提高開關(guān)速度：超結(jié)MOSFET的開通和關(guān)斷速度較傳統(tǒng)VDMOS快30%以上，這有助于降低動(dòng)態(tài)損耗，提高電源系統(tǒng)的效率。

3. 減小芯片體積：由于超結(jié)MOS的內(nèi)阻低，可以在保證性能的同時(shí)減小芯片面積，從而有利于設(shè)計(jì)更小體積的電源電路，降低產(chǎn)品成本。

4. 降低發(fā)熱：較低的導(dǎo)通電阻和開關(guān)速度意味著更低的損耗，進(jìn)而減少了發(fā)熱量，這對(duì)于對(duì)溫度要求高的產(chǎn)品如充電頭等尤為重要。

5. 提升效率：使用超結(jié)MOSFET后，電源效率可以上升1～2個(gè)百分點(diǎn)，這對(duì)于提高整體能源利用效率具有重要意義。

6. 易于集成封裝：超結(jié)MOSFET可以與驅(qū)動(dòng)IC一起進(jìn)行集成封裝，進(jìn)一步降低產(chǎn)品體積和成本。

7. 適用領(lǐng)域廣泛：超結(jié)MOSFET以其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于電源、電機(jī)控制、照明等領(lǐng)域，特別適合于中低功率水平下的高速運(yùn)行需求。

總結(jié)

超結(jié)MOS作為一種創(chuàng)新的半導(dǎo)體器件技術(shù)，通過(guò)其獨(dú)特的超結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在降低導(dǎo)通電阻、提高開關(guān)速度、減小芯片體積、降低發(fā)熱和提升效率等方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。這些特點(diǎn)使得超結(jié)MOS在高壓、高頻、高效率的電力電子應(yīng)用中具有廣闊的前景。