終端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

終端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介好的終端設(shè)計(jì)能有效提高器件的耐壓、可靠性和降低器件漏電。終端按基本結(jié)構(gòu)可分為兩大類(lèi)型：延伸型和截?cái)嘈?。延伸型終端延伸型終端主要是通過(guò)在主結(jié)外圍設(shè)置一些特殊結(jié)構(gòu)來(lái)降低或分擔(dān)主結(jié)處的高電場(chǎng)，從而起到提高擊穿電壓的作用。延伸型的終端結(jié)構(gòu)主要有：場(chǎng)板(FieldPlate，F(xiàn)P)、場(chǎng)限環(huán)(FieldLimitRing，F(xiàn)LR)、結(jié)終端擴(kuò)展(JunctionTerminationExtension，JTE)、橫向變摻雜(VariationofLateralDoping，VLD)、RESURF

等。1.場(chǎng)板(FieldPlate，F(xiàn)P)場(chǎng)板可以單獨(dú)使用降低結(jié)電場(chǎng)峰值，提高擊穿電壓。另一方面，也可以減少雜質(zhì)電荷對(duì)器件穩(wěn)定性的影響，此時(shí)場(chǎng)板不能作為耐壓結(jié)構(gòu)。若要做耐壓結(jié)構(gòu)，需要調(diào)整場(chǎng)板的長(zhǎng)度，使場(chǎng)板外側(cè)的電場(chǎng)峰值小于P型摻雜區(qū)外側(cè)底部的電場(chǎng)峰值。在圖1.7(a)中，場(chǎng)板覆蓋在結(jié)邊緣處的場(chǎng)氧上。1)當(dāng)場(chǎng)板上沒(méi)有施加偏壓時(shí)，場(chǎng)板不起作用，N區(qū)的耗盡層與柱面結(jié)類(lèi)似。2)

當(dāng)場(chǎng)板上施加相對(duì)于漏極的正向偏壓時(shí)，場(chǎng)板會(huì)吸引N-區(qū)的電子向表面移動(dòng)，從而導(dǎo)致耗盡層向著P區(qū)收縮，這會(huì)增加P區(qū)外側(cè)的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而使擊穿電壓降低。3)當(dāng)場(chǎng)板施加相對(duì)于漏極的負(fù)向偏壓時(shí)，會(huì)起到相反的作用，使得耗盡層向外擴(kuò)張，減小了P區(qū)外側(cè)的電場(chǎng)，從而提高了擊穿電壓。如果場(chǎng)板上施加的電壓合適，此終端結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒅娼Y(jié)電壓提升到平行平面結(jié)電壓，但是這種方法需要額外的封裝引線(xiàn)，并且需要設(shè)計(jì)場(chǎng)板偏置電路，這在功率器件中是不現(xiàn)實(shí)的。一種有效的方法是將P區(qū)與場(chǎng)板相連，如圖1.7(b)所示。在這種情況下，場(chǎng)板的電勢(shì)是與P區(qū)相等的負(fù)偏壓，使得耗盡層向外擴(kuò)展，在一定程度上可以提高擊穿電壓。但同時(shí)會(huì)在硅表面靠近場(chǎng)板邊沿處引入一個(gè)高電場(chǎng)，如果設(shè)計(jì)的不合理也會(huì)導(dǎo)致此處提前擊穿而降低擊穿電壓。場(chǎng)板由于簡(jiǎn)單有效，直到現(xiàn)在仍然廣泛應(yīng)用，并且出現(xiàn)了電阻場(chǎng)板、多級(jí)場(chǎng)板、多段場(chǎng)板等新的技術(shù)，而場(chǎng)板與其他終端結(jié)構(gòu)的搭配使用，在提高終端效率、減小表面電荷影響、增加器件穩(wěn)定性也有幫助。2.場(chǎng)限環(huán)

(FieldLimitRing，F(xiàn)LR)在MOSFET結(jié)構(gòu)中，場(chǎng)限環(huán)的應(yīng)用最為普遍，主要是其工藝非常簡(jiǎn)單，效果卻非常明顯。浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)最早被提出。場(chǎng)限環(huán)可以與主結(jié)一起擴(kuò)散形成，不需要增加額外工藝步驟及掩膜，針對(duì)不同耐壓情況，可以使用不同的場(chǎng)限環(huán)個(gè)數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，但需要仔細(xì)設(shè)計(jì)環(huán)寬和環(huán)間距。一般情況下，擊穿電壓隨著環(huán)的個(gè)數(shù)增加而增大，但是當(dāng)環(huán)個(gè)數(shù)增加到一定程度后再增加環(huán)個(gè)數(shù)對(duì)電壓的提升效果越來(lái)越不明顯，并且會(huì)浪費(fèi)芯片面積。3.結(jié)終端擴(kuò)展

(JunctionTerminationExtension，JTE)JTE是在主結(jié)的外側(cè)設(shè)置一個(gè)輕摻雜的P型區(qū)，可認(rèn)為是一種電荷調(diào)整的技術(shù)，通過(guò)調(diào)整離子注入的劑量控制JTE摻雜區(qū)的電荷，從而設(shè)計(jì)出最大化的擊穿電壓。當(dāng)摻雜濃度較低時(shí)，對(duì)主結(jié)外圍的電場(chǎng)影響較小，高電場(chǎng)區(qū)還是會(huì)發(fā)生在主結(jié)底部；如果注入劑量過(guò)大，則會(huì)使得JTE區(qū)起到主結(jié)的作用，高電場(chǎng)轉(zhuǎn)移到JTE區(qū)的外圍。4.橫向變摻雜(VariationofLateralDoping，VLD)VLD有2種形成方式：1)是在主結(jié)外圍設(shè)置一系列不同摻雜劑量的離子注入，使得退火后從主結(jié)向外摻雜濃度逐漸變化；2)是根據(jù)開(kāi)孔大小不同對(duì)注入硅片中離子數(shù)目的影響，精確設(shè)計(jì)一系列不同寬度的摻雜開(kāi)窗。VLD也可認(rèn)為是對(duì)終端區(qū)電荷的調(diào)整。在達(dá)到最大耐壓時(shí)，JTE與VLD區(qū)域必須全部耗盡才能起到應(yīng)有的作用。JTE區(qū)域的電荷在工藝過(guò)程中會(huì)隨著離子注入和退火在表面生長(zhǎng)鈍化氧化層發(fā)生分凝而產(chǎn)生不同，另外不同的工藝過(guò)程會(huì)引入各種雜質(zhì)電荷，特別是在氧化層中的固定電荷會(huì)不同程度的影響JTE區(qū)域中的電場(chǎng)分布，使芯片的擊穿電壓不穩(wěn)定，而芯片封裝過(guò)程中鈍化層中引入的可動(dòng)離子更加劇了這種不穩(wěn)定。相對(duì)來(lái)說(shuō)VLD對(duì)雜質(zhì)電荷及固定電荷的控制要比JTE好很多。但二者這種對(duì)電荷的敏感若沒(méi)有較好的表面鈍化及電荷處理技術(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中難以得到較高的成品率。5.3D-RESURF終端結(jié)構(gòu)3D-RESURF終端結(jié)構(gòu)，是在多浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)終端結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在環(huán)與環(huán)之間增加P型與N型交替摻雜的結(jié)構(gòu)得到，其結(jié)構(gòu)如圖1.8所示。這些P型與N型交替排列的結(jié)構(gòu)會(huì)在圖中的Z軸方向產(chǎn)生一個(gè)RESURF效應(yīng)，使電場(chǎng)在表面的分布發(fā)生改變，類(lèi)似于超結(jié)作用機(jī)理：通過(guò)控制界面電荷對(duì)雪崩擊穿的影響，可以有效提高擊穿電壓，同時(shí)減小了表面電場(chǎng)，提高芯片的可靠性。超結(jié)的工藝相對(duì)較難實(shí)現(xiàn)，但是由于RESURF區(qū)的厚度較薄，離子注入相對(duì)容易控制，因此相對(duì)于縱向超結(jié)來(lái)說(shuō)更容易實(shí)現(xiàn)。截?cái)嘈徒K端截?cái)嘈徒K端則是采用刻蝕、劃片或者打線(xiàn)后邊緣腐蝕磨角等手段將PN結(jié)截?cái)?，并采用特殊表面鈍化工藝實(shí)現(xiàn)擊穿電壓的改善。截?cái)嘈徒K端的應(yīng)用也非常廣泛，以深槽終端、斜角邊緣終端、腐蝕終端為主，截?cái)嘈团c延伸型的結(jié)合也對(duì)提升耐壓有良好的效果。截?cái)嘈徒K端中曲面槽以濕法腐蝕并填充介質(zhì)形成，如下圖所示。可以看出，深槽終端主要是在主結(jié)外圍刻蝕一個(gè)深度很大的溝槽，將主結(jié)截?cái)?，并在其中填充相?yīng)介質(zhì)作鈍化處理，消除主結(jié)外圍的電場(chǎng)集中，從而增加擊穿電壓。溝槽中填充的介質(zhì)主要是低介電常數(shù)絕緣材料，如SiO2，低介電常數(shù)的材料比硅能承受更大的峰值電場(chǎng)，從而提高了擊穿電壓。溝槽的深度必須要能達(dá)到縱向耗盡層的寬度。功率MOS器件的終端為了降低元胞擴(kuò)展的耗盡層的曲率，采用場(chǎng)限環(huán)、場(chǎng)板等結(jié)構(gòu)把電場(chǎng)的峰值從芯片的表面引入體內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)提高擊穿電壓的目的；同時(shí)，為了防止介質(zhì)層中正電荷對(duì)溝道表面電荷分布的影響，阻止表面反型溝道的產(chǎn)生，在最外側(cè)采用溝道截止環(huán)的結(jié)構(gòu)；不同終端結(jié)構(gòu)性能對(duì)比

由于設(shè)計(jì)的耐壓不同，外延參數(shù)的選取也不同，因此不同終端的對(duì)比需要從2個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：面積和終端耐