一種橫向功率器件版圖結構的製作方法
2023-05-21 00:44:31
專利名稱：一種橫向功率器件版圖結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體功率器件技術領域，涉及橫向高壓功率半導體器件的版圖結構。
背景技術：
在集成電路設計中，器件的版圖結構時常成為決定集成電路性能好壞的關鍵。布局緊湊、合理的版圖能夠增加集成電路的穩定性，防止晶片失效。而差的版圖結構不僅會引起晶片面積的巨大浪費，而且將使集成電路發生閂鎖效應，器件產生局部熱點等，致使晶片壽命短，成品率低。 橫向功率器件以其寬電壓應用範圍，便於集成的優勢廣泛用於功率集成電路(Power IC，PIC)中，對於橫向功率器件的版圖常採用叉指結構。圖l給出了傳統橫向功率器件版圖結構示意圖，其中1為源電極，2為柵電極，3為輕摻雜漂移區，4為漏電極。從圖上可以看出，其由一系列相互交叉的源電極和漏電極叉指條構成，目前，叉指型版圖結構是用於橫向功率器件的常用版圖結構。圖2給出了叉指型版圖的一種具體連接，其中1為源電極，3為輕摻雜漂移區，4為漏電極，柵電極在圖中並未標出。 叉指型式的版圖結構雖然具有廣泛的應用，但還是有些不足。首先，叉指型版圖的多晶矽柵電極較長，器件在導通和關斷時會出現不同區域導通和關斷不均勻的現象，導致器件開啟和關斷的局部不統一，為器件工作的穩定性帶來了隱患。其次，這種版圖形式單一，矽片面積使用率上有著一定的不足。最後，漏電極4一般所加電壓較高，會在器件邊緣終端處引起曲率效應，電場聚集，器件易於擊穿，對於曲率部分的考慮引起器件設計複雜度增加，晶片成本增加。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有叉指型版圖結構的開啟和關斷的局部不統一、面積使用率不足，曲率終端部分設計複雜等問題，提供一種橫向功率器件版圖結構，具有布局緊湊，無需額外的曲率終端設計，比導通電阻低、寄生電容小、開關速度快和電流能力強等優點，可應用於LDM0S、 LIGBT等橫向功率器件版圖結構中。
本發明技術方案是 —種橫向功率器件版圖結構，如圖3 11所示，包括源電極1、柵電極2、輕摻雜漂移區3和漏電極4 ;所述橫向功率器件在橫向截面上形成元胞化排列結構。每個元胞具有相同的結構，由內向外依次是漏電極4、輕摻雜漂移區3、柵電極2和源電極1 ，且漏電極4被輕摻雜漂移區3所包圍，輕摻雜漂移區3被柵電極2所包圍，柵電極2被源電極1所包圍。每個元胞的源電極(D、柵電極(2)、輕摻雜漂移區(3)和漏電極(4)以及整個元胞的橫截面形狀相同，為圓形或正n邊形，其中n > 3。 上述技術方案中，相鄰兩個元胞共用源電極，每個元胞擁有自己獨立的柵電極、漂移區、漏電極。
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本發明提供的橫向功率器件版圖結構中，可在每個元胞的輕摻雜漂移區3與漏電極4之間加入緩衝層5，如圖5、圖8、圖ll所示。 為了使本發明技術更加清楚明白，現在以正方形元胞排列對本發明進行詳細闡述。 在所述正方形的橫向功率器件元胞中，漏電極處於元胞中央，所述漏電極為正方形，其完全被漂移區包圍，所述漂移區位於柵電極與漏電極間，源電極包圍柵電極。所述結構為封閉正方形結構，從外到裡依次為源電極、柵電極、漂移區、漏電極。其中漏電極在內，最外層源電極包圍了上述所有區域。 在所述正方形的橫向功率器件版圖結構中，其橫向功率器件由多個正方形元胞排列而成，相鄰兩個正方形元胞共用源電極，每個正方形元胞擁有自己獨立的柵電極、漂移區、漏電極，其與相鄰四個正方形元胞共用源電極，其柵電極位於源電極旁，可給器件提供更大的寬長比，器件導通時，增加電流密度，減小橫向功率器件的比導通電阻。其漏電極位於最中央，被輕摻雜漂移區包圍。所述橫向功率器件版圖結構擁有小的柵漏寄生電容，所述電容為密勒電容，因此本發明所提供的橫向功率器件版圖結構擁有小的密勒電容，使得器件頻率特性更佳。除此，本發明所提供的橫向功率器件採用元胞排列以後，其版圖與工藝上不需要考慮曲率終端結構設計，使得器件版圖結構設計簡單。 本發明所產生的有益效果為由於源電極1位於元胞最外側，緊靠源電極1的柵電極2擁有較大周長，能為器件較供較大的溝道寬度，增加器件的電流密度。相比常規的叉指型橫向功率器件版圖結構，相同面積情況下，等效溝道寬度約增加約1倍，其比導通電阻降低到常規叉指狀結構的二分之一。同時漏電極4四邊均被柵電極2所包圍，常規叉指型版圖結構其漏電極4兩邊有柵電極2，使得本發明所提供的橫向功率器件版圖結構等效的柵漏寄生電容減小了一半。因為器件的開關速度與漏電極電容與寬度之比(CD/W)有關，所以本發明所提供的橫向功率器件版圖其開關速度相比於叉指型版圖結構有大幅度提高。最後，本發明的橫向功率器件版圖結構具有非常緊湊的布局，其漏電極4所加電壓為高電壓，
完全被漂移區所包圍，使得本發明所設計的版圖勿須額外曲率終端設計，避免了叉指狀結構曲率終端結構設計的複雜性。本發明所提供的橫向功率器件版圖結構可應用於L匿0S、LIGBT等橫向功率器件版圖結構中。
圖1是常規叉子型橫向功率器件版圖結構。 圖2是常規叉子型橫向功率器件版圖的一種具體連接。 圖3是本發明提供的正方形元胞。 圖4是本發明提供的源電極共用的正方形元胞版圖結構。 圖5是本發明提供的帶有緩衝層的源電極共用的正方形元胞版圖結構。 圖6是本發明提供的六邊形元胞。 圖7是本發明提供的源電極共用的六邊形元胞版圖結構。 圖8是本發明提供的帶有緩衝層的源電極共用的六邊形元胞版圖結構。 圖9是本發明提供的三角形元胞。 圖10是本發明提供的源電極共用的三角形元胞版圖結構。
圖11是本發明提供的帶有緩衝層的源電極共用的三角形元胞版圖結構。
其中1為源電極，2為柵電極，3為輕摻雜漂移區，4為漏電極，5為緩衝層。
具體實施例方式
為了使本發明所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結
合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。 本發明提供一種橫向功率器件版圖結構，其對橫向功率器件採用元胞排列方式。所述的元胞排列方式相比常規叉指型版圖結構提供更小的比導通電阻，且其柵漏密勒電容大為減少，能大大提高器件的開關頻率。此外，本發明所提供的橫向功率器件版圖結構由於高壓漏電極被漂移區完全包圍，其不需要增加曲率終端，減小了設計的複雜度。所述元胞排列可採用圓形或整n邊形排列結構，其中n > 3。相鄰兩個元胞共用源電極，每個元胞擁有自己獨立的柵電極、漂移區、漏電極。另外，可在每個元胞的輕摻雜漂移區3與漏電極4之間加入緩衝層5，如圖5、圖8、圖ll所示。 圖1給出了常規叉子型橫向功率器件版圖結構；圖2給出了常規叉子型橫向功率器件版圖的一種具體連接。其中l為源電極，2為柵電極，3為輕摻雜漂移區，承擔器件高耐壓，4為漏電極。叉子型版圖的多晶矽柵電極較長，器件在導通和關斷時會出現不同區域導通和關斷不均勻的現象，導致器件局部開啟和關斷不統一，為器件工作的穩定性帶來了隱患。這種版圖形式單一，矽片面積使用率上有著一定的不足。漏電極4一般所加電壓較高，會在器件邊緣終端處引起曲率效應，電場集中，器件易於擊穿，對於曲率部分的考慮引起器件終端設計複雜度增加，晶片成本增加。 圖3給出了本發明的正方形元胞版圖結構。其中l為源電極，2為柵電極，3為輕摻雜漂移區，4為漏電極。漏電極4可位於元胞中心，從裡面到外依次為輕摻雜漂移區3、柵電極2、源電極1。由於源電極1位於最外層，緊靠其旁邊的柵電極2擁有較大周長，使得橫向功率器件溝道寬度較大，因此器件可提供大的電流能力，小的比導通電阻。漏電極4在器件中心，使得器件具有小的柵漏密勒電容，提高了器件的開關頻率。 圖4給出了正方形元胞版圖結構，漏電極4位於元胞中心，每個元胞擁有一個柵電極2、輕摻雜漂移區3、漏電極4，每個元胞與周圍相鄰四個元胞共用源電極1。
圖5給出帶有緩衝層的正方形元胞版圖結構，其中5為緩衝層，所述緩衝層5位於輕摻雜漂移區3與漏電極4之間。 圖6-圖8給出六邊形元胞及其元胞排列版圖結構。相比於正方形元胞結構，六邊形元胞提供更為緊湊的元胞排列，更均勻的電流分布。所以，六邊形元胞結構有更小的比導通電阻與開關速度。緩衝層5同樣可以集成在六邊形元胞中，所述緩衝層5同樣位於輕摻雜漂移區3與漏電極4之間。 圖9-圖11給出三角形元胞及其元胞排列版圖結構。 綜上所述，本發明提供了一種橫向功率器件版圖結構，對於橫向功率器件提供元胞化布局，所述元胞包括三角形，正方形與六邊形元胞結構等。相比於常規叉指型橫向功率器件版圖結構，其比導通電阻低，開關速度高，寄生電容小。本發明所提供的橫向功率器件版圖結構可應用於LDM0S、 LIGBT等橫向功率器件版圖結構中。
權利要求
一種橫向功率器件版圖結構，包括源電極(1)、柵電極(2)、輕摻雜漂移區(3)和漏電極(4)；其特徵在於所述橫向功率器件在橫向截面上形成元胞化排列結構；每個元胞具有相同的結構，由內向外依次是漏電極(4)、輕摻雜漂移區(3)、柵電極(2)和源電極(1)，且漏電極(4)被輕摻雜漂移區(3)所包圍，輕摻雜漂移區(3)被柵電極(2)所包圍，柵電極(2)被源電極(1)所包圍；每個元胞的源電極(1)、柵電極(2)、輕摻雜漂移區(3)和漏電極(4)以及整個元胞的橫截面形狀相同，為圓形或正n邊形，其中n≥3。
2. 根據權利要求1所述的橫向功率器件版圖結構，其特徵在於相鄰兩個元胞共用源電極，每個元胞擁有自己獨立的柵電極、漂移區、漏電極。
3. 根據權利要求1所述的橫向功率器件版圖結構，其特徵在於每個元胞的輕摻雜漂移區(3)與漏電極(4)之間具有緩衝層(5)。
全文摘要
一種橫向功率器件版圖結構，屬於半導體功率器件技術領域。所述橫向功率器件在橫向截面上形成元胞化排列結構；每個元胞具有相同的結構，由內向外依次是漏電極、輕摻雜漂移區、柵電極和源電極，且漏電極被輕摻雜漂移區所包圍，輕摻雜漂移區被柵電極所包圍，柵電極被源電極所包圍；每個元胞的源電極、柵電極、輕摻雜漂移區和漏電極以及整個元胞的橫截面形狀相同，為圓形或正n邊形，其中n≥3。本發明布局緊湊，無需額外的曲率終端設計，具有比導通電阻低、寄生電容小、開關速度快和電流能力強等優點，可應用於LDMOS、LIGBT等橫向功率器件版圖結構中。
文檔編號H01L29/739GK101771084SQ20101002814
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月20日 優先權日2010年1月20日
發明者喬明, 傅達平, 葉俊, 張波, 段雙亮, 羅波, 胡曦, 蔣苓利 申請人:電子科技大學