新洁能发明高可靠性功率MOSFET结构方案

金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（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，是一种功率半导体器件。MOSFET依照其“通道”（工作载流子）的极性不同，可分为“N型”与“P型”的两种类型，通常又称为NMOSFET与PMOSFET。

如上图，为传统栅极多晶硅的结构示意图，其中，第二类沟槽4环绕第一类沟槽3设置并在第一类沟槽延伸的方向上，且第一类沟槽内的第一屏蔽栅多晶硅8与第二类沟槽内的第二屏蔽栅多晶硅16不相连，这导致了在第一类沟槽内必须有额外的通孔将源极电位引入第一屏蔽栅多晶硅。

但是这种设计方法会使得器件内部击穿电压不均匀，在第一类沟槽内不设有栅极导电多晶硅的位置，器件的击穿特性会显著不同，导致器件可靠性下降，同时还浪费芯片面积，增加了生产成本。

为此，新洁能在2021年7月15日申请了一项名为“一种高可靠性功率MOSFET及其制造方法”的发明专利（申请号：202110801633.2），申请人为无锡新洁能股份有限公司。

根据该专利中目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项方案吧。

如上图，为该专利中发明的一种高可靠性功率MOSFET，其主体结构为半导体基板，半导体基板的下层为第一导电类型衬底1，该方案中采用N型衬底，上层为第一导电类型外延层2，同样采用N型外延层，在第一导电类型外延层的表面设有多条第一类沟槽3与第二类沟槽4，第一类沟槽互相平行且间隔均匀地分布，第二类沟槽环绕第一类沟槽设置。

在第一类沟槽延伸的方向上，第一类沟槽与第二类沟槽连接，在第一类沟槽垂直的方向上，第一类沟槽与第二类沟槽互相平行，第一类沟槽所在的区域为有源区。第二类沟槽与其外围区域为终端区，其相邻且互相平行的第一类沟槽之间的区域为过渡区，在有源区与过渡区的表面设有第二导电类型体区5，该方案中使用P型体区，同时，在有源区内的第二导电类型体区的表面设有第一导电类型源区6，该方案中使用N型源区。

在该专利中，也公布了这种高可靠性功率MOSFET的制作方法，主要会利用淀积导电多晶硅填充第一、第二类沟槽，利用刻蚀导电多晶硅形成第一屏蔽栅多晶硅与第二屏蔽栅多晶硅。通过在第一导电类型外延层的表面，以及第一类沟槽与第二类沟槽的侧壁形成二氧化硅构成的栅氧层。

以上就是新洁能发明的高可靠性功率MOSFET结构方案，通过将第二类沟槽内的第二屏蔽栅多晶硅与源极金属电连接，使得第一类沟槽内的第一屏蔽栅多晶硅也获得源极电位，这种版图设计使得设计人员不必浪费有源区的面积来使得第一屏蔽栅多晶硅获得源极电位，从而可保证较大面积的电流通路，并可有效降低导通电阻。