来源：半导体工艺知识站
原创：SEMIKnowledgeHub
链接：功率器件钝化层 |终端区电场与钝化
关键信息摘录如下：
1、高压下，边缘比中心失效？（为什么呢？笔者存疑；继续往下看）
2、三个问题：
2.1、边缘为什么先击穿？
PN结边角电场激增；具体为边-形成柱面，角-形成球面；曲率半径越小，电势线越密集，峰值电场越高；
当峰值电场＞临界电场Ec（硅中约4010ND^(1/8)，单位V/cm，掺杂浓度ND单位cm-3）时，发生击穿；
临界电场派生的临界电荷Qc？单位cm-2，等于临界电场Ec*硅介电常数，再除以单位电荷，硅中约1E12-2.6E12/cm2；
临界电荷Qc，指雪崩击穿前耗尽层区被平衡的电荷上限，核心为电荷平衡（即耗尽区的一个电子要对应一个空穴，这个是终端设计的精髓所在）；
JTE/VLD等终端（靠剂量调（这个“调”用的也很精髓，水多了加面，面多了加水，哈哈）电场的设计），最优剂量约1.5E12-2.5E12/cm2；
2.2、工程上靠哪些结构把边缘电场摊（这个摊用的绝妙）开？
设计目标：终端结构把主结边缘的电场峰值摊平，让其低于临界电场Ec；
实现路径：两类终端，按需取用；
低压浅结的分立器件多选场板；几百伏到几千伏多用JTE或JTE叠场板；几千伏以上的高压IGBT与二极管，VLD的宽容差与窄宽度更有优势；横向集成器件离不开 RESURF。终端之外还要看最外侧到划片边缘的区域，沟道截止环把横向耗尽区终止在可控位置，避免向划片损伤区与封装污染区扩展。终端是无源区，越宽越能摊开电场，有效有源区的比例却随之下降，设计本质上是在耐压裕度、表面电荷容差、工艺复杂度与无源面积之间折中。
a、场限环/JTE/VLD等，用横向扩展的耗尽区或渐变掺杂重塑半导体内部电场；
2.2.1、场限环：
终端结构：浮空P环，不接电极；
结构参数：环数量（由目标耐压、结深、漂移区掺杂、终端宽度与场氧电荷等决定；单个环可将击穿电压提升10%-80%；随环数增加，击穿电压增加但很快饱和（7环提升至85%，继续增加可至97%左右）），环间距（由内向外递增）；
物理机理：反偏时，主结耗尽区逐级触及各环，形成多个较低的电场峰；
优点：可与主结同步形成，无需增加工艺步骤，可靠性高；
缺点：占用面积大，对终端表面与氧化层电荷高度敏感；
2.2.2、结终端扩展JTE：
终端结构：主结边缘一圈剂量受控的浅P-延伸区；
结构参数：JTE剂量，优值约：1E12-2E12/cm2（剂量偏低，电场峰值在主结，而剂量偏高则电场防止移至JTE末端），对应临界电荷Qc；JTE区数量（单区JTE剂量容差窄，仅约1E12/cm2；而双区JTE采用阶梯式点恶化分布将表面电场进一步铺平，明显放宽了剂量容差）；
物理机理：反偏时，JTE区在体内电场达到临界电场前完全耗尽，把电压沿延伸区宽度横向铺上，表面电场低于体内，最终击穿电压逼近理想平面结；
优点：击穿电压高；
缺点：对剂量敏感，剂量容差小；
2.2.3、横向变掺杂VLD：
终端结构：一排尺寸渐变的小注入窗口配合高温推进，把杂质横向展开形成自主结向外连续递减的分布，获得近乎均匀的表面电场；
结构参数：JTE剂量，优值约：1E12-2E12/cm2（剂量偏低，电场峰值在主结，而剂量偏高则电场防止移至JTE末端），对应临界电荷Qc；JTE区数量（单区JTE剂量容差窄，仅约1E12/cm2；而双区JTE采用阶梯式点恶化分布将表面电场进一步铺平，明显放宽了剂量容差）；
物理机理：反偏时，JTE区在体内电场达到临界电场前完全耗尽，把电压沿延伸区宽度横向铺上，表面电场低于体内，最终击穿电压逼近理想平面结；
优点：击穿电压高，剂量容差比单区JTE宽约2.8倍，终端宽度明显小于场板结构；
缺点：文中为提及；
b、场板等，采用上方电极经介质电容耦合改变半导体表面电场，场氧等即是场板的耦合介质，也是其他结构公用的表面基底；
2.2.4、场氧：
终端结构：即是场板的耦合介质，也是上层钝化的表面基底；
结构参数：厚度（0.6-1.4um；LOCOS鸟嘴会改变局部电场）；生长方式（热氧化层的界面电荷远低于沉积氧化层，终端底层优选热氧化层）；
物理机理：耦合介质，钝化膜组成；
优点：降低界面电荷；
缺点：文中为提及；
2.2.5、场板：
终端结构：把主结电极延伸至场氧上方，通过电容耦合迫使下方耗尽层外扩；
结构参数：介电常数（耦合强度由介质介电常数和厚度之比决定）、场氧厚度（太薄，峰值电场被推进氧化层，在场板边缘发生氧化层击穿；太厚，则场板离半导体太远，几乎不起作用）；结深度（对浅结高压器件，场板的展开效果优于场环）；
物理机理：通过电容耦合迫使下方耗尽层外扩，把峰值电场从主结边缘移至场板边缘；
优点：电容耦合调制电场；
缺点：文中为提及；
2.2.6、半绝缘多晶硅：
终端结构：在终端表面沉积含氧多晶硅薄膜；
结构参数：电阻性场板，
物理机理：等效一个连续分布的电阻性场板，在均匀化表面电场的同时屏蔽外来电荷；
优点：均匀化表面电场，屏蔽外来电荷；
缺点：电阻性电流会让高dV/dt下的动态击穿电压明显退化，高速开关场合需谨慎；
2.3、当这些结构依赖介质与界面来实现时，器件在高压湿热下从哪里退化（这个蛮关键的，失败是成功之母！）？
2.3.1、终端钝化：
钝化影响终端结构，既要参与电场设计、把边缘电场摊平，又要充当阻挡层、挡住会破坏这套设计的可动离子与水汽。具体如下：
a：表面电荷，SiO₂ 中的固定电荷、可动离子与界面态会在轻掺杂表面感生反型层或积累层，形成表面漏电沟道并改写边缘电场；
b、场板耦合，介质厚度与介电常数设定场板对表面电场的影响；
c、峰值电场的位置，钝化层固定电荷的符号与密度决定峰值出现在主结边缘还是 JTE、场板末端，可动电荷还会随偏压和时间漂移，使峰值位置缓慢迁移。
d、湿气路径，水汽多沿钝化叠层缺陷、层间界面、芯片边缘与金属侧壁侵入，可动 Na⁺ 还能沿金属线扩散后横向爬到终端，这条路径决定终端钝化能否挡住外来物；
2.3.2、终端考核：
终端设计得再精细，长期稳定性往往取决于终端表面的介质与界面。Si 终端失效集中在两类外来物，可动的 Na⁺ 与无处不在的水汽，二者常在高温、高湿、高反偏下一起发作；
a、Na+迁移；
Na⁺在室温下已可缓慢漂移，反偏高场叠加高温时能在数分钟内从氧化层体内漂到SiO₂与Si界面，堆积出正电荷层，使下方轻掺杂表面局部反型，结果是终端击穿电压下降、表面漏电上升；
压制Na⁺的标准手段是PSG与BPSG，磷氧网络以静电方式俘获并中和 Na⁺，工程经验是 2% 到 4% 的磷含量即足以有效阻挡；
b、湿气沿钝化层与界面进入终端
水汽进入终端后先在表面形成吸附水膜，抬高表面电导、形成漏电沟道，再在高场下驱动电化学反应，腐蚀铝金属化与氮化硅；
c、HTRB 与 H3TRB
常温下测漏电、击穿与外观都合格，并不能证明可动离子与湿气这两条路径过关，它们要在HTRB与H3TRB这类长期应力下才暴露；
高温反偏（HTRB）让器件在接近最高额定结温的150°C 到175 °C下承受80% 到100% 的额定阻断电压，通常持续1000小时，考查漏电漂移与参数退化。高温高湿反偏（H3TRB）在85°C、85%相对湿度下加反偏，专门检验终端钝化与封装防潮在湿气加电场下的稳定性；
终端失效的定位通常从反向I–V漂移入手，先确认异常出现在反向特性而非正向参数，再借助热点定位找到漏电集中的位置，必要时辅以截面分析与离子分布表征。终端与钝化层的问题，往往先表现为反向特性的漂移；
3、总结：
3.1、边角处小的曲率半径把等势线挤密，峰值电场先到临界电场Ec，发生击穿；
3.2、终端结构（场环、JTE、VLD、场板等，理念为电荷平衡）试图将边缘耐压回复至理想平面结；
3.3、终端长期可靠（高压高湿下）工作，靠的是钝化和界面；钝化叠层既参与电场设计，又要挡住会扰动电场分布的可动离子和水汽；
3.4、几何图形给出起点，终端结构把耐压拉回来，钝化与界面决定它能不能守住；
3.5、SiC临界电场高约一个量级，终端承受的场强更极端，可用的钝化策略也随之不同（文中未展开，估计是这个系列的后续）；
推荐理由：该篇对终端结构做了一个较为全面的总结，很见功底；笔者揣测应该还有很多料（比较口语化，能感觉到是很多case的凝练结果；文末提到知识星球，难道这个球真有料？！），推荐大家伙一起深究，深追！！！全文完。
