一種igbt版圖的製作方法

2023-06-11 20:03:41

專利名稱：一種igbt版圖的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體技術領域，尤其涉及一種IGBT版圖。
背景技術：
絕緣柵雙極電晶體IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)是新型的大功率器件，它集MOSFET柵極電壓控制特性和雙極型電晶體低導通電阻特性於一身，改善了器件耐壓和導通電阻相互牽制的情況，具有高電壓、大電流、高頻率、功率集成密度高、輸入阻抗大、導通電阻小、開關損耗低等優點。在變頻家電、工業控制、電動及混合動力汽車、新能源、智能電網等領域獲得了廣泛的應用空間。IGBT在版圖的實現上，是由有源區、終端區、柵壓焊點、源壓焊點等構成。有源區由元胞並聯形成，終端區圍繞有源區四周，柵壓焊點和源壓焊點分別與元胞的柵極和源極相連。除了元胞和終端結構設計對IGBT器件性能有十分重要的影響外，IGBT版圖布局，如柵壓焊點、源壓焊點的位置，排列方式，與元胞柵極、源極的連接方式，元胞和終端銜接，拐角的處理等等都會對器件的參數、良率及可靠性產生很大的影響。目前，通常採用的版圖布局是如日本專利特開平9-139496 (
公開日1997年5月27日)中提供的版圖。如圖1所示，包括由元胞並聯形成的有源區01和有源區外圍一圈的終端區02。在有源區01內，柵極壓焊點03位於版圖某一側的中間，源極壓焊點05位於有源區內，gate finger04位於有源區01內，gate finger04與柵極壓焊點03連接且都位於柵氧化層上面，其上覆蓋有絕緣層。這種版圖的缺點是，由於gate finger04位於有源區內，這樣在gate finger04的外側例如靠近有源區的邊緣區域仍可能存在元胞，由於gatefinger和源電極金屬層同時形成,不能交疊，因此，gate finger以外的元胞處的電流需要繞行gate fiinger到達源極壓焊點，比gate finger以內的元胞處的電流路徑要大,這會增加器件開態電阻。
發明內容有鑑於此，本實用新型提供了一種IGBT版圖以克服現有技術中gate finger以外的電流需要繞行gate finger到達源極壓焊點，電流路徑大，導致器件開態電阻增大的問題。為了解決該技術問題，本實用新型採用的技術方案如下:本實用新型提供了一種IGBT版圖，包括有源區、終端區、柵極壓焊點和源極壓焊點，其中，所述終端區位於所述有源區的外圍，所述柵極壓焊點和源極壓焊點位於所述有源區的內部，該IGBT還包括柵極總線，所述柵極總線位於所述有源區的至少三條邊的外側且位於所述有源區與所述終端區之間，所述柵極總線與所述柵極壓焊點電連接。優選地，所述有源區和所述終端區之間均設置柵極總線。優選地，所述柵極壓焊點位於所述有源區內的預定位置，所述源極壓焊點位於所述柵極壓焊點以外的所述有源區內，所述源極壓焊點與所述柵極壓焊點之間的距離為5飛00 μ m,且所述源極壓焊點與所述柵極總線之間的距離為5飛00 μ m。[0009]優選地，所述有源區的至少三條邊包括所述柵極壓焊點所在的有源區內的預定位置處所對應的有源區的兩條邊和一條與任意一條所述兩條邊連接的邊。本實用新型通過在有源區的邊的外側且位於有源區和終端區之間設置了柵極總線，該柵極總線與柵極壓焊點電連接，這樣通過柵極總線將柵極電壓傳導到有源區各處的元胞處，因柵極總線由金屬材料製成，電阻小，所以產生的壓降較小，因而能夠保證有源區內各處的元胞同時開啟，從而達到電流分布均勻的效果。同時，因柵極總線位於有源區的外邊緣，所有的元胞均在柵極總線以內，這樣就解決了現有技術中gate finger以外的電流需要繞行gate finger到達源極壓焊點，引起電流路徑增大，導致器件開態電阻增大的問題。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其它的附圖。圖1是現有技術中的IGBT版圖布局圖；圖2 Ca)至圖2 (b)是本實用新型實施例一中的IGBT版圖布局圖；圖3是本實用新型實施例二中的IGBT版圖布局圖。
具體實施方式
相關術語解釋有源區:器件的工作區域，由多個IGBT元胞並聯形成；終端區:圍繞有源區一周，保證器件耐壓的區域；壓焊點(PAD):在晶片表面鈍化層上開的窗口，封裝時在其上焊接金屬絲，與管腳相連，引出電位；柵極總線:為了降低多晶矽柵極串聯電阻，通常用多晶矽及金屬將柵極電位引到離柵極壓焊點較遠處，一般位於晶片有源區外側一周；gate finger:為了降低多晶矽柵極串聯電阻，通常用多晶矽及金屬將柵極電位引到離柵極壓焊點較遠處，一般位於有源區內。下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。IGBT在版圖的實現上，是由有源區、終端區、柵極壓焊點、源極壓焊點等構成。有源區由元胞並聯形成，終端區圍繞有源區四周，柵極壓焊點和源極壓焊點分別與元胞的柵極和源極相連。除了元胞和終端結構設計對IGBT器件性能有十分重要的影響外，IGBT版圖布局，如柵極壓焊點、源極壓焊點的位置，排列方式，與元胞柵極、源極的連接方式，元胞和終端銜接，拐角的處理等等都會對器件的參數、良率及可靠性產生很大的影響。因此，需要研究設計布局以最優化晶片性能。[0024]實施例一請參閱圖2 (a)。圖2 (a)是本實施例一中的IGBT版圖布局圖。該IGBT版圖包括有源區01、終端區02、柵極壓焊點03以及源極壓焊點05，其中，終端區02位於有源區01的外側，柵極壓焊點03和源極壓焊點05位於有源區01的內部，該IGBT版圖還包括三條柵極總線04 (包括04-1,04-2和04-3)，該柵極總線04 (包括04-1,04-2和04-3)位於有源區01的至少三條邊的外側且位於有源區01和終端區02之間。該柵極總線04(包括04-1、04-2和04-3)與柵極壓焊點03電連接。如果將IGBT版圖分為三個區域:有源區、終端區、有源區和終端區的銜接區的話，柵極總線位於有源區和終端區的銜接區域。柵極總線04 (包括04-1、04_2和04_3)由金屬材料製成，電阻較小，從柵極壓焊點03引出的柵極電壓經由該柵極總線04 (包括04-1、04-2和04_3)傳導到有源區各個元胞處的柵極電壓基本均等。對於中低壓，特別是2500V以下的功率器件版圖布局，對於較小面積版圖而言，能夠使晶片有源區各處的元胞同時開啟，從而使電流分布均勻。此處所說的較小面積通常在60mm2以下，最好在40mm2以下。本實施例中還可以在有源區和終端區之間均設置柵極總線，如圖2 (b)所示。圖2 (b)中的附圖標記與圖2 (a)中的相同，其不同僅在於圖2 (b)中在有源區01和終端區02之間設置了四條柵極總線04(包括04-1、04-2、04-3和04_4)，這樣能夠進一步確保晶片有源區內各處的元胞同時開啟，從而達到電流分布均勻。因柵極總線設置在有源區的外圍邊與終端區之間，有源區內所有的元胞都位於柵極總線以內，所以，元胞處的電流能夠通過源金屬層直接流入源電極。解決了現有技術中，gate finger外的元胞處的電流需要繞行gate finger才能流入源電極。相較於現有技術，本實用新型沒有增大電流的路徑，因而沒有增加器件的開態電阻。實施例一解決了現有技術中增大電流路徑因而是器件的開態電阻增大的問題，但是，因本實施例中的源極壓焊點僅為一個較小的源極壓焊點。這樣容易產生電流集中，進而產生熱效應，降低器件的使用壽命。實施例二請參閱圖3。圖3為實施例二的IGBT版圖布局示意圖。該圖中的附圖標記表示的部件與圖2 (a)中的完全相同，其不同點僅在於柵極壓焊點03和源極壓焊點05的位置、形狀及其大小。在此著重描述柵極壓焊點的位置和源極壓焊點的位置、形狀和大小。在本實施例中，柵極壓焊點03位於有源區內的一預定位置。如果將有源區區域4等分，該預定位置位於有源區內的其中任意一個1/4區域內，且該預定位置鄰近柵極總線04，如圖3所示，柵極壓焊點03位於有源區的左下方的1/4區域，且該區域鄰近柵極總線04-1和04-2。這樣的布局能夠預留出更大的面積用於布置源極壓焊點05。在本實施例中，源極壓焊點05設置在有源區內除柵極壓焊點03以外的其它位置。所述源極壓焊點05的面積要儘可能地大，以分散電流，減弱熱集中現象。同時，源極壓焊點05所承受的源極電壓和柵極壓焊點03、柵極總線04上所承受的柵極電壓不同，因此，要保證源極壓焊點05與柵極壓焊點03、柵極總線04不能交疊，因此，它們之間要保持一定的間距。間距大小受工藝上金屬之間的最小間距限制，一般要求源極壓焊點05與柵極壓焊點03之間的間距、源極壓焊點05和柵極總線04之間的間距均在5飛00 μ m之間。這樣既能保證源極壓焊點05與柵極壓焊點03、柵極總線04之間不交疊，又保證了源極壓焊點05的面積儘可能地大，使電流更分散，熱集中效應越小。本實施例中設置有柵極總線的有源區的三條邊，通常為柵極壓焊點所在有源區的預定位置處所對應的兩條邊，加上任意一條與這兩條邊連接的邊，這樣能夠保證傳導到有源區內各處的元胞的柵極電壓基本相等，又能使柵極總線佔用有源區的面積最小。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神和範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬範圍。
權利要求1.一種IGBT版圖，包括有源區、終端區、柵極壓焊點和源極壓焊點，其中，所述終端區位於所述有源區的外圍，所述柵極壓焊點和源極壓焊點位於所述有源區的內部，其特徵在於，還包括柵極總線，所述柵極總線位於所述有源區的至少三條邊的外側且位於所述有源區與所述終端區之間，所述柵極總線與所述柵極壓焊點電連接。
2.根據權利要求1所述的IGBT版圖，其特徵在於，所述有源區和所述終端區之間均設置柵極總線。
3.根據權利要求1或2所述的IGBT版圖，其特徵在於，所述柵極壓焊點位於所述有源區內的預定位置，所述源極壓焊點位於所述柵極壓焊點以外的所述有源區內，所述源極壓焊點與所述柵極壓焊點之間的距離為5飛OO μ m,且所述源極壓焊點與所述柵極總線之間的距離為5 500 μ m。
4.根據權利要求3所述的IGBT版圖，其特徵在於，所述有源區的至少三條邊包括所述柵極壓焊點所在的有源區內的預定位置處所對應的有源區的兩條邊和一條與任意一條所述兩條邊連接的邊。
專利摘要本實用新型提供了一種IGBT版圖，包括有源區、終端區、柵極壓焊點和源極壓焊點，其中，所述終端區位於所述有源區的外圍，所述柵極壓焊點和源極壓焊點位於所述有源區的內部，該IGBT版圖還包括柵極總線，所述柵極總線位於所述有源區的至少三條邊的外側且位於所述有源區與所述終端區之間，所述柵極總線與所述柵極壓焊點電連接。通過柵極總線將柵極電壓傳導到各個元胞處，能夠保證各處的元胞同時開啟，從而達到電流分布均勻。同時，克服了現有技術中電流路徑增大，導致器件開態電阻增大的問題。
文檔編號H01L23/482GK203026511SQ20122058711
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者喻巧群, 朱陽軍, 左小珍, 趙佳, 田曉麗 申請人:中國科學院微電子研究所, 上海聯星電子有限公司, 江蘇中科君芯科技有限公司