一種八邊形網格狀mosfet功率管版圖結構的製作方法
2023-04-25 09:37:11
一種八邊形網格狀mosfet功率管版圖結構的製作方法
【專利摘要】大尺寸MOSFET通常在集成電路中作為功率器件使用，常見的叉指MOSFET功率管版圖結構面積效率較低，且存在導通電阻大，寄生電容大，版圖設計規則難以滿足等缺點。針對這個問題，本發明公開了一種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構，通過使用八邊形多晶矽條組成的網格把有源區分成方格陣列，實現了各個方向上相鄰MOSFET的源/漏共用，提高了面積利用率，同時利用相鄰八邊形斜邊組成的區域巧妙的解決了MOSFET中背柵接觸的問題。本發明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管的基本單元由有源區、源區接觸孔、漏區接觸孔、背柵接觸孔、多晶矽條和金屬繞線組成，而整體MOSFET的版圖結構是由多個基本單元拼接實現的。
【專利說明】—種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構
【技術領域】
[0001]本發明屬於集成電路版圖設計領域，主要涉及一種大尺寸MOSFET功率管的版圖拓撲結構，特指一種用八邊形網格狀的MOSFET功率管的版圖實現方式。
【背景技術】
[0002]在開關電源、低壓降穩壓器等集成電路中，大尺寸的電晶體經常被用作大電流開關或大功率器件。為了與低功率或者小信號器件加以區分，專門為這類應用而設計的器件稱為功率管，主要有雙極型電晶體和場效應電晶體兩種。與雙極型電晶體相比，場效應電晶體具有所需驅動功率小、器件功率容量大以及工藝兼容性好等優點，應用十分廣泛。
[0003]作為功率器件使用的MOSFET通常需要較大的尺寸。以用作開關的MOSFET功率管為例加以分析，MOSFET的輸入為容性網絡，驅動器件時必須對輸入電容進行充、放電，驅動的是電容負載。因此，驅動MOSFET的實質就是驅動電路產生脈衝信號源，對其柵極電容進行充、放電，並使其在規定的柵極電荷或相應的柵極閾值電壓下開通或關斷的控制過程。由於功率管導通時必然存在一定的導通電阻，這會帶來一定的導通損耗，從而影響電源的轉換效率。為了獲得較高的轉換效率，則必須採用低導通電阻的開關管，要獲得低的導通電阻就必須採用大尺寸的功率管。而事實上，MOSFET功率管在做其它功能使用時，也同樣存在上述的問題。
[0004]MOSFET版圖的面積效率十分重要。使用大尺寸的MOSFET功率管，雖然在理論上降低了功率管的導通電阻，但是在版圖製作過程中MOSFET功率管將佔用非常大的晶片面積，金屬連線和焊線電阻對最終導通電阻值影響很大，同時也會引入較大的寄生電容，嚴重影響MOSFET功率管的響應速度。常規叉指結構的MOSFET功率管版圖，如圖1所示，其性能固然有所提高，但不得不犧牲更大的面積來解決源/漏接觸以及背柵接觸的問題，增加了晶片的成本。
【發明內容】
[0005]如前文所述，圖1所示的常規叉指MOSFET功率管結構，晶片面積利用率較低，寄生電容和電阻較大。針對這個問題，本發明公開了一種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構，其結構示意圖如圖2所示，其主要技術思想體現為:
1、通過使用八邊形多晶矽條組成的網格把有源區分成方格陣列，實現了相鄰MOSFET的源/漏共用，提高了面積利用率；
2、八邊形多晶矽條組成的方格陣列中，小正方形的網格區域可以作為背柵接觸使用，且僅需要使用通孔與其正上方連接源區接觸孔的金屬繞線連接，巧妙的解決了叉指結構中背柵接觸與源/漏距離較大問題，不增加額外的布線開銷，進一步提高了面積利用率。
[0006]針對圖1的叉指MOSFET功率管的結構，八邊形網格結構的MOSFET功率管主要技術優勢體現在如下幾個方面:
1、八邊形網格結構，因其源/漏的共用以及背柵接觸問題的巧妙解決，較大的提高了版圖面積利用率，且寄生電容和電阻有所降低，使得MOSFET功率管的工作性能獲得較大的提聞;
2、八邊形網格狀結構中所有圖形均為0°、45°、90°或135°放置，不存在其它角度的圖形，因此不存在版圖格點錯誤；
3、八邊形網格結構面積的減小有效降低了晶片成本；
4、八邊形網格結構較叉指結構相比具有更好的版圖填充性，其效果使得MOSFET功率管的跨導提高，MOSFET功率管工作效率更高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1叉指結構MOSFET功率管示意圖；
圖2本發明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管的版圖示意圖；
圖3圖2所示的新型結構中，有源區覆蓋多晶矽條方式的示意圖；
圖4以PMOS管為例，N阱排布、P+注入和N+注入的方式示意圖；
圖5本發明公開的八邊形網格狀MOSFET基本單元的版圖概要步驟；
圖6本發明公開的八邊形網格狀MOSFET版圖結構與叉指狀版圖結構的面積效率對比。
【具體實施方式】
[0008]以下結合附圖，詳細說明本發明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構。
[0009]八邊形網格狀MOSFET功率管的基本單元由有源區、多晶矽條、源區接觸孔、漏區接觸孔、背柵接觸孔和金屬繞線組成，功率MOSFET的版圖結構由基本單元拼接實現。其中，多晶矽條是一個直邊較長，斜邊較短的八邊形結構，將四個這樣的八邊形多晶矽條對稱拼接且相鄰直邊重合，在其中心形成一個面積較小正方形區域；有源區覆蓋每個八邊形內的區域和小正方形內的區域，以及八邊形多晶矽條的直邊，但不覆蓋多晶八邊形多晶矽條的斜邊，有源區的注入方式如圖3所示；將源區接觸孔放置於四個八邊形有源區中的兩個對角區域內，漏區接觸孔放置於另外兩個對角區域內；金屬繞線如同「W」的形狀布置，使用金屬繞線連接源區接觸孔並作為MOSFET的源極，金屬繞線連接漏區接觸孔作為MOSFET的漏極；背柵接觸孔需放置在小正方形有源區的區域內，且所有放置背柵接觸孔的小正方形區域都是被連接源區接觸孔的金屬繞線覆蓋的區域；以PMOS功率管為例，對於典型的N阱CMOS工藝來說，PMOS管需要製作在N阱中，同時要有P+的注入。其中的一個基本單元，N阱排布和P+的注入方式如圖4所示，小正方形內的有源區作為PMOS管的阱接觸，且小正方形區域內需要N+注入，而正是這樣一個阱接觸的巧妙實現，使得基本單元能夠大面積的重複調用，無需額外的阱接觸空間，有效的提高了面積利用率，並且這些排列緊密的阱接觸在很大程度上避免了閂鎖效應的發生。
[0010]圖5給出了本發明公開的八邊形網格狀MOSFET基本單元的版圖生成過程中的概要步驟。圖5A為完成八邊形多晶矽條放置及源/漏/背柵注入後的圖形，圖5B為完成金屬繞線後的圖形，圖5C為完成各接觸孔後的圖形。
[0011]在實現八邊形網格狀MOSFET基本單元的基礎上，利用基本單元圖形的重複性，將多個八邊形網格狀MOSFET基本單元拼接起來，使其直邊重疊，且任意直邊的兩側分別為源注入區和漏注入區，可以實現可擴展的大尺寸MOSFET。
[0012]對比叉指狀M0SFET，八邊形網格狀結構的面積利用率大幅度提高。圖6為在某CMOS工藝下，本發明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構與叉指狀版圖結構的面積效率對比。對於1000μπι/0.35μπι的M0SFET，叉指結構A採用10組每組10個10 μ m/0.35 μ m MOSFET的結構，組間放置背柵接觸，其面積開銷為3100 μ m2 ;叉指結構B採用10組每組20個5μπι/0.35μπι MOSFET的結構，組間放置背柵接觸，其面積開銷為3300 μ m2 ;八邊形結構A採用直邊3 μ m，斜邊I μ m的八邊形，其面積開銷為1650 μ m2 ;八邊形結構B採用直邊2 μ m，斜邊為0.5 μ m的八邊形，其面積開銷為1250 μ m2。可見，八邊形網格狀MOSFET版圖結構大幅度的提高了版圖的面積效率。
[0013]綜上所述，鑑於常規MOSFET功率管版圖結構面積利用率低的問題，本發明公開了一種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構，通過使用八邊形多晶矽條組成的網格把有源區分成方格陣列，實現了相鄰MOSFET的源/漏共用，同時也巧妙的解決了大尺寸MOSFET中背柵接觸的問題，從而極大的減小了版圖面積，提高了 MOSFET功率管的性能，降低了晶片的成本。
【權利要求】
1.一種功率MOSFET版圖的結構，包括: 八邊形網格狀MOSFET功率管的版圖結構由基本單元的重複拼接來實現，基本單元由有源區、多晶矽條、源區接觸孔、漏區接觸孔、背柵接觸孔和金屬繞線組成。
2.根據權利要求1所述的基本單元組成，多晶矽條的特徵在於: 多晶矽條是一個直邊較長，斜邊較短的八邊形結構，將四個這樣的八邊形多晶矽條對稱拼接且相鄰直邊重合，其中心形成一個面積較小的正方形區域。
3.根據權利要求1所述的基本單元組成，根據權利要求2所述的多晶矽條結構，有源區的特徵在於: 有源區覆蓋每個八邊形內的區域、權利要求2所述的小正方形內的區域，以及八邊形多晶矽條的直邊，但不覆蓋八邊形多晶矽條的斜邊。
4.根據權利要求1所述的基本單元組成，根據權利要求2所述的多晶矽條結構，根據權利要求3所述的有源區構成方式，源區接觸孔、漏區接觸孔的特徵在於: 源區接觸孔放在四個八邊形有源區中的兩個對角八邊形區域內，漏區接觸孔放在另外兩個對角區域內。
5.根據權利要求1所述的基本單元組成及MOSFET的版圖結構，根據權利要求2所述的多晶矽條結構，根據權利要求3所述的有源區構成方式，根據權利要求4所述的源區接觸孔、漏區接觸孔的排布方式，金屬繞線的特徵在於: 金屬繞線是由金屬線如同「W」的形狀構成，金屬繞線連接所有的源區接觸孔作為MOSFET的源極，金屬繞線連接所有漏區接觸孔作為MOSFET的漏極。
6.根據權利要求1所述的基本單元組成及MOSFET的版圖結構，根據權利要求2所述的多晶矽條結構，根據權利要求3所述的有源區構成方式，根據權利要求4所述的源區接觸孔、漏區接觸孔的排布方式，根據權利要求5金屬繞線的連接方式，背柵接觸孔的特徵在於: 在連接源區接觸孔的金屬繞線覆蓋的小正方形區域內，放置背柵接觸孔。
7.根據權利要求1所述的基本單元組成及MOSFET的版圖結構，根據權利要求2所述的多晶矽條結構，根據權利要求3所述的有源區構成方式，根據權利要求4所述的源區接觸孔、漏區接觸孔的排布方式，根據權利要求5金屬繞線的連接方式，根據權利要求6背柵接觸孔的排布方式，N+注入和P+注入的特徵在於: 在典型的CMOS工藝中，若背柵接觸區域內為N+注入，那麼背柵接觸將作為PMOS管的阱接觸，除背柵接觸區域以外的其它區域需進行P+注入；相反，若背柵接觸區域內為P+注入，那麼背柵接觸將作為NMOS管的襯底接觸，除背柵接觸區域以外的其它區域進行N+注入。
【文檔編號】H01L29/78GK104409459SQ201410585226
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】王志鵬 申請人:長沙景嘉微電子股份有限公司