專(zhuān)利名稱(chēng)：一種功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其布圖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，更具體的說(shuō)，涉及一種集成于一單片硅片上的功 率場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其布圖設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在新式發(fā)電/節(jié)能技術(shù)及裝置的背后，高頻切換電源轉(zhuǎn)換器扮演極其重要的角 色。高頻切換電源轉(zhuǎn)換技術(shù)利用半導(dǎo)體功率組件以高頻切換的方式，結(jié)合各式能量轉(zhuǎn)換組 件如變壓器、儲(chǔ)能組件如電感、電容，以達(dá)到高效率、高功率密度的要求。功率FET常用于便攜和無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中，其應(yīng)用包括電池保護(hù)、負(fù)載管理和DC-DC轉(zhuǎn)換 等。對(duì)于這些應(yīng)用，功率FET最重要的特性便是其漏極-源極導(dǎo)通電阻R_n。Rdsw較小的 功率FET能夠延長(zhǎng)電池壽命，提高功率轉(zhuǎn)化效率。因此，具有較低功率損耗的功率晶體管，是達(dá)到較高的電源轉(zhuǎn)換效率的有效方法， 符合日益嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娫崔D(zhuǎn)換效率規(guī)范。對(duì)于單片集成式功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，例如 開(kāi)關(guān)型調(diào)節(jié)器，采用具有較低的導(dǎo)通電阻的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是減小導(dǎo)通損耗的有效途 徑。因此，特定導(dǎo)通電阻Rdsw是衡量場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)。導(dǎo)通電阻Rdmn為 功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管在一個(gè)給定的硅區(qū)域的導(dǎo)通電阻。功率FET的導(dǎo)通電阻Rdsm越小，則所 需要的硅面積越小，因此，制造成本也更低。根據(jù)上述功率FET的原理，可以得知，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻Rdsqn的減小可 以通過(guò)減小固有的溝道電阻或者增加場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道密度來(lái)實(shí)現(xiàn)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管固有 的溝道電阻，即場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件每單元(1微米)溝道寬度的溝道電阻主要決定于制造器 件所使用的硅工藝技術(shù)。對(duì)于一個(gè)給定的工藝技術(shù)，要降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管固有的溝道電阻 需要重新設(shè)計(jì)工藝流程或者器件結(jié)構(gòu)，因此這種實(shí)現(xiàn)方法是十分困難和復(fù)雜的，并且在實(shí) 際應(yīng)用中通常是不可行的。而對(duì)增加場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道密度的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)說(shuō)，溝道密度由在給定區(qū)域內(nèi)的 場(chǎng)效應(yīng)晶體管的所有有效溝道寬度來(lái)確定。采用這種方法，盡管固有的溝道電阻保持不變， 但是高密度的場(chǎng)效應(yīng)晶體管溝道密度同樣可以減小場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電阻Rdsqn。為獲得大溝道寬度，功率FET的設(shè)計(jì)使用了大量并行連接的單元晶格。雖然每個(gè) 單元晶格的溝道寬度很小，并行連接數(shù)千個(gè)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)單元晶格，就能得到具有足夠大溝 道寬度的晶體管了。由于FET的Rdsw與它的溝道寬度成反比，而載流容量與溝道寬度成正 比，這樣就制成了一個(gè)Rdsqn小且載流容量高的FET。因此，功率FET兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)特性便 是其“單元密度”(定義為單位面積中的單元個(gè)數(shù))以及“溝道密度”(定義為FET中單位 面積的溝道寬度)。參考

圖1，所示為一采用典型的布圖結(jié)構(gòu)的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其由并行排列的成 千上萬(wàn)的相同的單元晶格105組成。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖包含多層指狀形狀的指狀層 即柵極區(qū)域101。漏極區(qū)域103和源極區(qū)域102相互間隔，分布在柵極區(qū)域101的兩側(cè)。圖 1中的虛線(xiàn)框標(biāo)示了功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)單元晶格區(qū)域。其中的一個(gè)單元晶格如圖2所示。在圖1中，漏極103在兩個(gè)相連的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的指狀層之間，源極102同樣在兩 個(gè)相連的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的指狀層之間，源極102和漏極區(qū)域103相互依次排列。每一個(gè)單 元晶格105包括一指狀層(柵極區(qū)域101)，與之相鄰的漏極區(qū)域103的一半以及與之相鄰 的源極區(qū)域102的一半。并且，分別在源極區(qū)域和漏極區(qū)域設(shè)置接觸孔104，相鄰的兩個(gè)單 元晶格分別占據(jù)源極區(qū)域的接觸孔的一半和漏極區(qū)域的接觸孔的一半。在圖1和圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖結(jié)構(gòu)中，用斜紋標(biāo)示 的部分區(qū)域表示功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極區(qū)域101。在這種布圖結(jié)構(gòu)中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的每 一單元晶格中的源極區(qū)域102和漏極區(qū)域103呈矩形形狀，源極區(qū)域102和漏極區(qū)域103 沿著柵極平均分布。因此，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道密度如式(1)計(jì)算，
權(quán)利要求
1.一種功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由多個(gè)單元晶格并行排列組成，每一單元晶格包括柵極區(qū) 域、源極區(qū)域和漏極區(qū)域，其中，所述漏極區(qū)域和所述源極區(qū)域分別分布在所述柵極區(qū)域的 兩側(cè)，其特征在于，所述柵極區(qū)域呈彎折形狀，在第一端向漏極區(qū)域彎折，以在漏極區(qū)域形 成第一凹入?yún)^(qū)域、第一彎折區(qū)域和第一接觸區(qū)域；在第二端向源極區(qū)域彎折，以在源極區(qū)域 形成第二凹入?yún)^(qū)域、第二彎折區(qū)域和第二接觸區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，左右相鄰的兩個(gè)單元晶格 之間沿著左邊界或者右邊界呈鏡像位置關(guān)系；上下相鄰的兩個(gè)單元晶格之間沿著上邊界或 者下邊界呈鏡像位置關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，相鄰的上下兩個(gè)柵極區(qū)域 之間即源極區(qū)域和漏極區(qū)域內(nèi)，分別具有第一凹入?yún)^(qū)域和第二凹入?yún)^(qū)域組成的凹入?yún)^(qū)域， 第一彎折區(qū)域和第二彎折區(qū)域組成的彎折區(qū)域，和由第一接觸區(qū)域和第二接觸區(qū)域組成的 接觸區(qū)域，其中，凹入?yún)^(qū)域的間距不小于第一標(biāo)準(zhǔn)值，接觸區(qū)域的間距不小于第二標(biāo)準(zhǔn)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，在所述接觸區(qū)域內(nèi)，沿著上 邊界或者下邊界分別設(shè)置一接觸孔，所述兩個(gè)接觸孔均勻分布在上下兩個(gè)單元晶格之間； 并且，左右相鄰的兩個(gè)單元晶格的接觸區(qū)域內(nèi)的接觸孔呈鏡像設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的任一功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述柵極區(qū)域呈梯 形形狀或者多邊形形狀或者弧形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，覆蓋左右相鄰的單元晶格 中的源極區(qū)域內(nèi)的接觸孔設(shè)置一源極金屬層；覆蓋左右相鄰的單元晶格中的漏極區(qū)域內(nèi)的 接觸孔設(shè)置一漏極金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述漏極金屬層和源極金 屬層相互間隔排列，并且相互呈平行排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管為 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或者P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或者橫向雙 擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
9.一種功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖方法，該布圖方法包括以下步驟(1)設(shè)置多層呈彎折形狀的柵極區(qū)域，所述柵極區(qū)域具有凹入部分、彎折部分和凸起部 分；相鄰的兩層?xùn)艠O區(qū)域沿著水平軸線(xiàn)呈鏡像排列；所述每一層?xùn)艠O區(qū)域沿著多個(gè)垂直軸 線(xiàn)依次呈鏡像排列；(2)分別在所述每一層?xùn)艠O區(qū)域的兩側(cè)依次間隔設(shè)置源極區(qū)域和漏極區(qū)域；所述每一 層源極區(qū)域和漏極區(qū)域分別沿著水平軸線(xiàn)呈鏡像排列；所述每一層源極區(qū)域和漏極區(qū)域分別沿著垂直軸線(xiàn)呈鏡像排列；所述相鄰的兩層?xùn)艠O區(qū)域中凹入部分之間的區(qū)域形成凹入?yún)^(qū)域；所述相鄰的兩層?xùn)艠O 區(qū)域中凸起部分之間的區(qū)域形成接觸區(qū)域；所述相鄰的兩層?xùn)艠O區(qū)域中彎折部分之間的區(qū) 域形成彎折區(qū)域；(3)在每一接觸區(qū)域內(nèi)沿著垂直軸線(xiàn)設(shè)置兩個(gè)呈鏡像關(guān)系的接觸孔，并且所述兩個(gè)接 觸孔分別沿著水平軸線(xiàn)呈鏡像關(guān)系；(4)沿著垂直軸線(xiàn)的方向，覆蓋每一接觸區(qū)域的接觸孔設(shè)置一金屬層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖方法，其特征在于，所述凹入?yún)^(qū)域的間距不小于第一標(biāo)準(zhǔn)值； 所述接觸區(qū)域的間距不小于第二標(biāo)準(zhǔn)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖方法，其特征在于，覆蓋位于漏極 區(qū)域內(nèi)的接觸孔而設(shè)置的金屬層為漏極金屬層，覆蓋位于源極區(qū)域內(nèi)的接觸孔而設(shè)置的金 屬層為源極金屬層，所述漏極金屬層和源極金屬層依次間隔排列，并相互呈平行排列。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖方法，其特征在于，所述柵極區(qū)域 呈梯形形狀或者多邊形形狀或者弧形形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的布圖方法，其特征在于，所述功率場(chǎng)效 應(yīng)晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體 管，或者橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成于一單片硅片上的功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其布圖設(shè)計(jì)方法，所述功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管由多個(gè)單元晶格并行排列組成，每一單元晶格包括柵極區(qū)域、源極區(qū)域和漏極區(qū)域，其中，所述漏極區(qū)域和所述源極區(qū)域分別分布在所述柵極區(qū)域的兩側(cè)，其特征在于，所述柵極區(qū)域呈彎折形狀，在第一端向漏極區(qū)域彎折，以在漏極區(qū)域形成第一凹入?yún)^(qū)域、第一彎折區(qū)域和第一接觸區(qū)域；在第二端向源極區(qū)域彎折，以在源極區(qū)域形成第二凹入?yún)^(qū)域、第二彎折區(qū)域和第二接觸區(qū)域；所述的呈彎折形狀的柵極區(qū)域增加了有效溝道寬度，從而使得導(dǎo)通電阻RDSON減?。幌鄳?yīng)的漏極區(qū)域和源極區(qū)域不再是矩形形狀，而是在不同的區(qū)域具有不同的形狀，從而減小單元晶格的高度，進(jìn)一步減小了導(dǎo)通電阻RDSON；并且它還可以增加場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道密度，從而減小了導(dǎo)通電阻RDSON，其實(shí)現(xiàn)方法更加有利和實(shí)用。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102110691SQ20101058854
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者游步東 申請(qǐng)人:杭州矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)有限公司