功率器件常用结终端结构
1、功率二极管的结终端结构
1.1 功率pin二极管
p型场限环的掺杂浓度低于主结的p+区掺杂浓度，可使此处空间电荷区更宽，于是在给定的反向电压下，p环内的电场强度会降低。
负斜角结构适用于深结、圆芯的高压整流二极管，其他三种结终端结构都适合于浅结、方芯的快恢复功率二极管。
图1功率二极管常用的结终端结构
1.2 功率肖特基二极管
结终端结构通常采用图2a所示的金属场板，边缘用热生长的二氧化硅作为钝化层。采用这种金属场板结终端结构，会在金属层末端A点处产生高电场强度，不仅会降低击穿电压，而且会降低肖特基势垒，导致漏电流增大。 如果肖特基接触的金属延伸在氧化层上，可以降低A点的电场强度，但同时要防止B点提前出现击穿。可采用硅局部氧化（LOCOS）工艺来改进金属场板结构。
图2c所示的结终端结构，它是通过离子注入工艺在肖特基金属接触边缘处引入p+场限环。但拐角处需要足够的圆化，以免形成球面结。
图2肖特基功率二极管的结终端结构
2、MOS型浅结器件的结终端结构
2.1 普通MOS的终端结构
常用场限环结终端结构。500V以上高压MOS可采用场板与场限环复合结终端结构。采用多晶硅和金属铝层双重场板，多晶硅场板主要用来改善主结电场集中，铝场板可以提高场板边缘的击穿电压。采用了p+场限环（分压环）和n+截止环（等位环）。后者可以有效防止耗尽区扩展，使漏源间电场在表面上均匀分布，避免局部集中；同时可以收集表面沾污的正离子，提高表面稳定性。
2.2 超结MOS的结终端结构
对于超结器件，由于p柱区和n柱区之间要保持电荷平衡，必须完全耗尽才能实现平坦的电场强度分布；同时有源区采用高掺杂浓度以获得低导通电阻，终端区采用较低的掺杂浓度以获得高耐压，使得柱区的掺杂浓度从有源区到终端区逐渐降低，于是横向电场强度变得不规则，降低了器件的可靠性。所以，终端设计需要同时考虑有源区和终端区的纵横向电场强度。
超结通常采用多次外延与刻槽回填工艺形成，因此超结器件的终端也可以分为延伸型与截断型。
图3超结MOSFET的两种延伸型结终端结构
图4超结MOS的截断型终端结构
延伸型结终端结构是采用多次外延法将有源区外侧p柱与n柱的交替结构向外延伸到芯片边缘。与有源区的超结不同，终端的p柱区宽度更大些（如有源区的p柱区宽度为5μm，终端的p柱区宽度为10μm）。终端p柱区加宽，可以使全耗尽情况下净电荷为负；p柱的非均匀分布可以有效降低结终端区电场的扭曲，此外还可以使用多级场板。如图3a。
采用刻槽回填法制造超结，也可以形成p柱、n柱交替出现的延伸型结终端结构。但在热氧化过程中，由于表面附近存在杂质分凝，会使p柱表面宽度变窄、n柱表面宽度变宽。当加上反压时，此处会提前击穿而形成热斑。为此，可在表面注入一个p区，使n柱与p柱恢复平行，击穿电压得以提高，如图3b。
图4所示的截断型结终端结构是针对沟槽回填法形成超结器件设计的。在n-外延层上先刻蚀好沟槽，再利用LPCVD在槽内淀积一层重掺杂硼的多晶硅后进行高温扩散，于是在沟槽侧壁处形成了p柱区；最后在沟槽中填充低介电常数、高临界击穿电场强度的苯并环丁烯（BCB）介质。终端的p区与有源区的p柱区同时形成，并且硼剂量可以精确控制，只是有源区的槽宽为5μm，结终端区沟槽宽约为70μm。此外，源极金属延伸到终端区深槽上方会形成场板。仿真结果显示，采用该结终端结构可以实现1300V以上的体击穿电压。
3、晶闸管的结终端结构
3.1 台面终端结构
图5晶闸管常用的台面结终端结构剖面
低压晶闸管常用正负斜角结终端；超高压晶闸管常用双正斜角或双负斜角结终端。对于焊接式晶闸管，由于采用烧结工艺形成阳极接触，在阳极欧姆接触形成后，采用磨角工艺形成正负斜角，工艺简单，成品率较高。对于压接式晶闸管，由于芯片两侧的电极是通过蒸铝形成的，因而常用双正斜角或双负斜角。管芯磨角后，经腐蚀去除掉表面的机械损伤层，然后用很薄的聚酰亚胺膜钝化腐蚀过的斜面，最后外面涂覆硅胶进行保护。
台面结终端结构设计关键是斜角的大小及结终端截止的位置。采用双斜角结终端时，通常还会在最外侧设计一个包围整个器件的特别短路区，可以将在周边区域内流动的任何位移电流分流至阴极。
3.2 平面结终端结构
（1）场限环结终端结构
具有正、反向阻断能力的方芯晶闸管可采用图6所示场限环结构。上面的J2结外侧设置了场限环和沟道截止环，下面的J1结与p深扩散区连通，相当于结终端延伸。可以在连通的p扩散区进行划片。
图6方芯晶闸管采用FLR结终端结构剖面
（2）横向变掺杂结构
在n-衬底上先淀积一薄层铝杂质源，然后刻蚀掉部分杂质源（图7a中，d表示表面预留的杂质源尺寸），在高温下进行扩散。由于硅片表面预留的杂质源剂量不同，高温推进后的结深就不同，由此得到结深缓变的横向变掺杂结构。
图7横向变掺杂结终端结构剖面、掺杂浓度分布及制作流程
采用该结构可实现不同的耐压效果。当电阻率分别为500Ω·cm、270Ω·cm及90Ω·cm时，VLD区的宽度WV与n-区空间电荷层最大宽度WD之比（WV/WD）分别可达2.08、3.33及7.91，对应的终端击穿电压可达9.1kV、6.1kV及3.4kV，分别为理想体击穿电压的89%、95%及100%。这说明当击穿电压较低时，VLD 结终端结构的耐压效率较高；当击穿电压较高时，其耐压效率会下降。
深结横向变掺杂结终端结构设计的关键是杂质剂量的控制。预留的杂质剂量由尺寸d决定，从内到外逐渐减小，最小尺寸受制于光刻精度的限制；同时p薄层的厚度也很关键。 由于铝扩散比较特殊，其表面掺杂浓度远低于铝在扩散温度下的固溶度。采用这种扩散方法形成深结的VLD结构工艺难度很大。采用铝离子注入来实现，可以大大降低其工艺难度。
GCT用的VLD结终端如图8所示。 有源区采用波状p基区结构，可以改善其反偏安全工作区。终端区设计为VLD结构，可以优化器件的高温性能。波状p基区是在n+阴极区的掩蔽下，通过铝注入形成的。利用n+阴极区掩蔽在结终端区很容易实现p基区的横向变掺杂，从而解决了选择性铝扩散问题。该结终端结构设计的关键是n+掩蔽区的尺寸及间距，其间距决定了杂质源剂量。
图8 GCT采用的VLD结终端剖面
4、HVIC的结终端结构
4.1 HVIC的击穿类型
雪崩击穿和穿通击穿两种类型，由两者中击穿电压较小者决定。
雪崩击穿类型有四种：沟道结表面雪崩击穿I、 隔离结表面雪崩击穿Ⅱ、沟道扩散区弯曲处雪崩击穿Ⅲ 及栅极覆盖引起的n-n+结的雪崩击穿Ⅳ，如图9a。可采用场板或场限环结构，也可采用RESURF技术，使击穿点转移到体内；为了降低沟道pn结弯曲处的电场强度，可加大p阱区或n+漏区的结深（>4～5μm），以减小pn结或nn+结的曲率，同时增加栅极与n+漏区的距离，使得栅极不要终止在n+漏区表面，避免n-n+结的雪崩击穿。
图9 HVIC中可能存在的雪崩击穿和传通击穿
穿通击穿有三种类型：沟道穿通1、n+漏区与隔离区之间的穿通2， p阱源区与p衬底之间的穿通3，如图9b所示。沟道穿通在满足阈值电压要求的前提下，尽可能增加沟道长度。为了防止n+漏区与隔离区之间的穿通，可通过增加n+漏区与隔离区之间的距离来避免，同时必须考虑芯片的尺寸；为了p阱区与p衬底之间的穿通，可通过增加p基区与衬底之间的距离来实现，但这会导致p隔离区深度增加，若外延层较薄，可以在p衬底与n-外延层之间增加一个n+埋层，以提高穿通电压。
4.2 HVIC的结终端结构
图10 PIC中横向高压器件的结终端结构
结终端结构有场板（如斜场板、多级场板、金属场板、电阻场板及浮空场板等）、场限环及横向变掺杂技术。还可采用降低表面电场（RESURF）技术与衬底结终端技术。图10a所示为常用的多级浮置场板（MFFP）结构，其中采用了n-n+双埋层以实现与衬底之间的高压隔离。图10b所示为采用介质隔离的场板-场限环复合结终端结构，在主结和场限环上方均覆盖有场板。此外，沟槽型（或截断型）结终端结构，占用的表面积较小，非常适合PIC中的横向高压器件使用。