超结MOS是英文Super Junction的直译，英飞凌注册商标为Cool MOS，所以国内的厂家都命名为超结MOS，它是在普通平面MOS基础上使用新型超结结构设计的MOS管。这种技术通过在垂直沟槽结构中外延N-层建立深入的p型区，形成更大的PN结，在器件返偏时，能形成很厚的PN耗尽层，以达到高的隔离电压。超结MOS管主要在500V、600V、650V及800V以上高电压场合使用。

超结MOS的工艺包括：

多层外延工艺（Multi-EPI）和深沟槽工艺（Deep-Trench）。这两种工艺都旨在实现超结MOSFET的优异性能，但各有其特点和优势。

1. 多层外延工艺（Multi-EPI）

概述：
多层外延工艺是开发较早且较为成熟的工艺。它基于平面硅生长技术，通过多次掺杂、热推进和生长多层掺杂不同的外延层，形成多个PN结，从而实现超结MOS的结构。

多层外延工艺主要集中在欧美品牌以及韩国品牌，比如SEMIHOW，英飞凌等。

优点：

• 高电压承受能力：相比传统的Super Junction技术，Multi-EPI的SJ技术能够实现更高的电压承受能力。

• 低导通电阻：多层外延工艺通过优化掺杂浓度和结构设计，能够显著降低导通电阻。

• 优良的可靠性：由于整个外延过程是基于平整界面生长，外延位错缺陷会比较少，因此在漏电、高温可靠性、长期可靠性等方面具有很好的优势。

• 生产成本降低：虽然工艺复杂，但相比其他技术，它能在一定程度上降低生产成本。

缺点：

• 制备工艺复杂：多层外延工艺需要多次掺杂和生长步骤，增加了工艺难度和成本。

• 光刻控制困难：多次光刻和掩膜步骤可能导致精度控制上的挑战。

2. 深沟槽工艺（Deep-Trench）

概述：
深沟槽工艺是一种相对简单的实现超结技术的方法。它首先通过外延设备生长一层外延层，然后通过深槽刻蚀设备刻出深宽比很高的沟槽，再通过外延方式将沟槽填充起来，形成P柱结构。

深沟槽工艺主要集中在中国大陆品牌，以华虹晶圆为主的产品，目前也有少量多层外延工艺的产品在研发并推出市场。

优点：

• 工艺简单：由于只需要一次掩刻和填充，工艺步骤相对较少，成本较低。

• 提高可靠性：减少晶体缺陷，从而提高产品的可靠性和稳定性。

• 动态特性良好：在某些应用中，其动态特性可能优于多层外延工艺。

缺点：

• 形貌控制难：硅在深槽过程中，侧边与底部蚀刻形貌很难控制到很平滑，可能影响器件性能。

• 空洞问题：晶体外延填充过程中容易导致沟槽底部形成不规则的空洞，影响长期高温工作时的可靠性。

• 动态特性相对差：由于界面接近突变结，动态特性可能不如多层外延工艺。

超结MOS的主要作用包括：

1. 降低导通电阻：相较于传统VDMOS，相同电流、电压规格的超结MOSFET的导通电阻仅为传统VDMOS的一半左右。这得益于其特殊的芯片内部结构设计，使得在相同的芯片面积下，超结MOS的内阻更低。

2. 提高开关速度：超结MOSFET的开通和关断速度较传统VDMOS快30%以上，这有助于降低动态损耗，提高电源系统的效率。

3. 减小芯片体积：由于超结MOS的内阻低，可以在保证性能的同时减小芯片面积，从而有利于设计更小体积的电源电路，降低产品成本。

4. 降低发热：较低的导通电阻和开关速度意味着更低的损耗，进而减少了发热量，这对于对温度要求高的产品如充电头等尤为重要。

5. 提升效率：使用超结MOSFET后，电源效率可以上升1～2个百分点，这对于提高整体能源利用效率具有重要意义。

6. 易于集成封装：超结MOSFET可以与驱动IC一起进行集成封装，进一步降低产品体积和成本。

7. 适用领域广泛：超结MOSFET以其优异的性能被广泛应用于电源、电机控制、照明等领域，特别适合于中低功率水平下的高速运行需求。

总结

超结MOS作为一种创新的半导体器件技术，通过其独特的超结结构设计，在降低导通电阻、提高开关速度、减小芯片体积、降低发热和提升效率等方面展现出显著优势。这些特点使得超结MOS在高压、高频、高效率的电力电子应用中具有广阔的前景。