[发明专利]一种可多次外延的超结功率MOSFET结构及使用方法

说明书

本发明公开了一种可多次外延的超结功率MOSFET结构及使用方法，涉及半导体场效应晶体管技术领域，包括N型衬底和外壳，衬底置于外壳的内部，N型衬底的顶端固定连接有第一外延层，第一外延层的顶端固定连接有第二外延层，第一外延层的顶端开凿有两个沟槽，第二外延层的中部开凿有两个通槽；本发明通过设置N型衬底，其表面借助外延工艺形成第一外延层，在第一外延层的顶端进行刻蚀，形成两个沟槽，第二外延层表面的中部形成栅氧化层，在栅氧化层的表面形成多晶硅栅极，这样双层外延甚至可多层外延的设计，可大大提高MOSFET的击穿电压和性能，双层或多层之间有理想的电阻率匹配，能提高叠加的多个外延层的界面特性。

技术领域

本发明涉及半导体场效应晶体管技术领域，具体涉及一种可多次外延的超结功率MOSFET结构及使用方法。

背景技术

金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，从名字表面的角度来看MOSFET的命名，事实上会让人得到错误的印象。因为MOSFET里代表“metal”的第一个字母M在当下大部分同类的元件里是不存在的。早期MOSFET的栅极(gate electrode)使用金属作为其材料，但随著半导体技术的进步，随后MOSFET栅极使用多晶硅取代了金属。在处理器中，多晶硅栅已经不是主流技术，从英特尔采用45纳米线宽的P1266处理器开始，栅极开始重新使用金属，MOSFET在概念上属于“绝缘栅极场效晶体管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET)，而IGFET的栅极绝缘层有可能是其他物质而非MOSFET使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效晶体管元件时比较喜欢用IGFET，但是这些IGFET多半指的是MOSFET。

根据中国专利提供的“超结MOSFET结构”(专利号：CN201720346165.3)，该专利中记载了“S1：提供一N型重掺杂衬底，在N型重掺杂衬底上形成N型轻掺杂外延层，对N型轻掺杂外延层进行刻蚀，形成一对元胞区沟槽及至少一个终端区沟槽，在元胞区沟槽内形成元胞区P柱，在终端区沟槽内形成终端区P柱；S2：在N型轻掺杂外延层上生长出一层氧化绝缘基础层，利用一块掩膜板，并在位于元胞区内的硬掩板层中形成若干暴露出N型轻掺杂外延层的开口，利用掩膜板做遮挡，刻蚀掉元胞区的氧化绝缘基础层，留下终端区的氧化绝缘基础层；S3：在并对应一对元胞区P柱之间的N型轻掺杂外延层表面形成栅氧化层，在栅氧化层的表面形成多晶硅栅极S4：在位于元胞区的N型轻掺杂外延层的上部进行B注入和扩散，形成P型体区S5：在位于元胞区的N型轻掺杂外延层202上部形成N型体区接触区；S6：对终端区的氧化绝缘基础层进行生长增厚处理形成终端区氧化绝缘层；”然后该方案在使用过程中仍然存在以下缺陷：

1、上述的超结MOSFET采用P型体区采用自对准注入，对称性比传统的带光刻版注入对称性要高，提高了P元胞区P柱的厚度，但二次外延成单层外延层，无法使得外延层结构具有理想的电阻率匹配，所以不能实现两个叠加的外延层或者多个外延层的界面特性，从而整体上仅小幅度改良器件的击穿电压和性能；

2、由于超结MOSFET器件结构小、精细且质量轻，在未安装入电路时，其运输环境很容易影响其内部结构，尤其是伸出的电极柱，容易弯曲、产生刮痕等，影响内部电阻、导电率等参数，在后续接入电路后，超结MOSFET的三个电极柱需要与其他器件连接，仅靠电极柱的连接，在后续长期的工作中，设备电路等的震动影响下，容易使得连接处松散、接触不良甚至脱离、掉落；

3、现有的超结MOSFET虽然放热少，但在长期的工作中，尤其处于高温环境，内部难免会堆积热量，如果增设贴合导热的散热结构，在少量散热时，遮挡贴附结构会影响结构自身的散热，会导致热量堆积，在大量放热时，如果是分离式的散热机构，导热效率低，无法实现快速冷却散热；