终端结构简介

终端结构简介好的终端设计能有效提高器件的耐压、可靠性和降低器件漏电。终端按基本结构可分为两大类型：延伸型和截断型。延伸型终端延伸型终端主要是通过在主结外围设置一些特殊结构来降低或分担主结处的高电场，从而起到提高击穿电压的作用。延伸型的终端结构主要有：场板(FieldPlate，FP)、场限环(FieldLimitRing，FLR)、结终端扩展(JunctionTerminationExtension，JTE)、横向变掺杂(VariationofLateralDoping，VLD)、RESURF

等。1.场板(FieldPlate，FP)场板可以单独使用降低结电场峰值，提高击穿电压。另一方面，也可以减少杂质电荷对器件稳定性的影响，此时场板不能作为耐压结构。若要做耐压结构，需要调整场板的长度，使场板外侧的电场峰值小于P型掺杂区外侧底部的电场峰值。在图1.7(a)中，场板覆盖在结边缘处的场氧上。1)当场板上没有施加偏压时，场板不起作用，N区的耗尽层与柱面结类似。2)

当场板上施加相对于漏极的正向偏压时，场板会吸引N-区的电子向表面移动，从而导致耗尽层向着P区收缩，这会增加P区外侧的电场强度，从而使击穿电压降低。3)当场板施加相对于漏极的负向偏压时，会起到相反的作用，使得耗尽层向外扩张，减小了P区外侧的电场，从而提高了击穿电压。如果场板上施加的电压合适，此终端结构能够将柱面结电压提升到平行平面结电压，但是这种方法需要额外的封装引线，并且需要设计场板偏置电路，这在功率器件中是不现实的。一种有效的方法是将P区与场板相连，如图1.7(b)所示。在这种情况下，场板的电势是与P区相等的负偏压，使得耗尽层向外扩展，在一定程度上可以提高击穿电压。但同时会在硅表面靠近场板边沿处引入一个高电场，如果设计的不合理也会导致此处提前击穿而降低击穿电压。场板由于简单有效，直到现在仍然广泛应用，并且出现了电阻场板、多级场板、多段场板等新的技术，而场板与其他终端结构的搭配使用，在提高终端效率、减小表面电荷影响、增加器件稳定性也有帮助。2.场限环

(FieldLimitRing，FLR)在MOSFET结构中，场限环的应用最为普遍，主要是其工艺非常简单，效果却非常明显。浮空场限环最早被提出。场限环可以与主结一起扩散形成，不需要增加额外工艺步骤及掩膜，针对不同耐压情况，可以使用不同的场限环个数来设计，但需要仔细设计环宽和环间距。一般情况下，击穿电压随着环的个数增加而增大，但是当环个数增加到一定程度后再增加环个数对电压的提升效果越来越不明显，并且会浪费芯片面积。3.结终端扩展

(JunctionTerminationExtension，JTE)JTE是在主结的外侧设置一个轻掺杂的P型区，可认为是一种电荷调整的技术，通过调整离子注入的剂量控制JTE掺杂区的电荷，从而设计出最大化的击穿电压。当掺杂浓度较低时，对主结外围的电场影响较小，高电场区还是会发生在主结底部；如果注入剂量过大，则会使得JTE区起到主结的作用，高电场转移到JTE区的外围。4.横向变掺杂(VariationofLateralDoping，VLD)VLD有2种形成方式：1)是在主结外围设置一系列不同掺杂剂量的离子注入，使得退火后从主结向外掺杂浓度逐渐变化；2)是根据开孔大小不同对注入硅片中离子数目的影响，精确设计一系列不同宽度的掺杂开窗。VLD也可认为是对终端区电荷的调整。在达到最大耐压时，JTE与VLD区域必须全部耗尽才能起到应有的作用。JTE区域的电荷在工艺过程中会随着离子注入和退火在表面生长钝化氧化层发生分凝而产生不同，另外不同的工艺过程会引入各种杂质电荷，特别是在氧化层中的固定电荷会不同程度的影响JTE区域中的电场分布，使芯片的击穿电压不稳定，而芯片封装过程中钝化层中引入的可动离子更加剧了这种不稳定。相对来说VLD对杂质电荷及固定电荷的控制要比JTE好很多。但二者这种对电荷的敏感若没有较好的表面钝化及电荷处理技术，在实际生产中难以得到较高的成品率。5.3D-RESURF终端结构3D-RESURF终端结构，是在多浮空场限环终端结构的基础上，在环与环之间增加P型与N型交替掺杂的结构得到，其结构如图1.8所示。这些P型与N型交替排列的结构会在图中的Z轴方向产生一个RESURF效应，使电场在表面的分布发生改变，类似于超结作用机理：通过控制界面电荷对雪崩击穿的影响，可以有效提高击穿电压，同时减小了表面电场，提高芯片的可靠性。超结的工艺相对较难实现，但是由于RESURF区的厚度较薄，离子注入相对容易控制，因此相对于纵向超结来说更容易实现。截断型终端截断型终端则是采用刻蚀、划片或者打线后边缘腐蚀磨角等手段将PN结截断，并采用特殊表面钝化工艺实现击穿电压的改善。截断型终端的应用也非常广泛，以深槽终端、斜角边缘终端、腐蚀终端为主，截断型与延伸型的结合也对提升耐压有良好的效果。截断型终端中曲面槽以湿法腐蚀并填充介质形成，如下图所示。可以看出，深槽终端主要是在主结外围刻蚀一个深度很大的沟槽，将主结截断，并在其中填充相应介质作钝化处理，消除主结外围的电场集中，从而增加击穿电压。沟槽中填充的介质主要是低介电常数绝缘材料，如SiO2，低介电常数的材料比硅能承受更大的峰值电场，从而提高了击穿电压。沟槽的深度必须要能达到纵向耗尽层的宽度。功率MOS器件的终端为了降低元胞扩展的耗尽层的曲率，采用场限环、场板等结构把电场的峰值从芯片的表面引入体内，以实现提高击穿电压的目的；同时，为了防止介质层中正电荷对沟道表面电荷分布的影响，阻止表面反型沟道的产生，在最外侧采用沟道截止环的结构；不同终端结构性能对比

由于设计的耐压不同，外延参数的选取也不同，因此不同终端的对比需要从2个方面来进行：面积和终端耐