HVIC结终端结构优化设计

1.HVIC的击穿类型

HVIC的击穿有雪崩击穿和穿通击穿两种类型，其击穿电压由雪崩击穿电压和穿通击穿电压中较小者决定。可能存在的雪崩击穿类型有四种，即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7-24a所示。为了降低表面处的电场强度，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，以避免n^-n⁺结的雪崩击穿。

图7-24 HVIC中可能存在的雪崩击穿和穿通击穿

此外，还可能存在三种穿通击穿类型，即沟道穿通（标注1处）、n⁺漏区与隔离区之间的穿通（标注2处），以及p阱源区与p衬底之间的穿通（标注3处），如图7-24b所示。沟道穿通受沟道长度和掺杂浓度的限制，并与阈值电压有关。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。

可见，在HVIC芯片中，通过合理地选用和设计结终端结构，可降低其中的高电场，以获得较高的击穿电压。

2.HVIC的结终端结构(www.xing528.com)

HVIC的结终端结构有场板（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（VLD）技术。此外，还可采用第6章中介绍的降低表面电场（RESURF）技术与衬底结终端技术。

图7-25a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7-25b所示为采用介质隔离的场板-场限环复合结终端结构^[38]，在主结和场限环上方均覆盖有场板。采用该结构能够实现约88%的平行平面结击穿，比单独使用场限环或场板时都要高。

此外，前面介绍的沟槽型（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。

图7-25 PIC中横向高压器件的结终端结构