CN101771084A

CN101771084A - 一种横向功率器件版图结构

Info

Publication number: CN101771084A
Application number: CN201010028145A
Authority: CN
Inventors: 乔明; 胡曦; 罗波; 叶俊; 蒋苓利; 傅达平; 段双亮; 张波
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: CN101771084B

Abstract

一种横向功率器件版图结构，属于半导体功率器件技术领域。所述横向功率器件在横向截面上形成元胞化排列结构；每个元胞具有相同的结构，由内向外依次是漏电极、轻掺杂漂移区、栅电极和源电极，且漏电极被轻掺杂漂移区所包围，轻掺杂漂移区被栅电极所包围，栅电极被源电极所包围；每个元胞的源电极、栅电极、轻掺杂漂移区和漏电极以及整个元胞的横截面形状相同，为圆形或正n边形，其中n≥3。本发明布局紧凑，无需额外的曲率终端设计，具有比导通电阻低、寄生电容小、开关速度快和电流能力强等优点，可应用于LDMOS、LIGBT等横向功率器件版图结构中。

Description

一种横向功率器件版图结构

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及横向高压功率半导体器件的版图结构。

背景技术

在集成电路设计中，器件的版图结构时常成为决定集成电路性能好坏的关键。布局紧凑、合理的版图能够增加集成电路的稳定性，防止芯片失效。而差的版图结构不仅会引起芯片面积的巨大浪费，而且将使集成电路发生闩锁效应，器件产生局部热点等，致使芯片寿命短，成品率低。

横向功率器件以其宽电压应用范围，便于集成的优势广泛用于功率集成电路(Power IC，PIC)中，对于横向功率器件的版图常采用叉指结构。图1给出了传统横向功率器件版图结构示意图，其中1为源电极，2为栅电极，3为轻掺杂漂移区，4为漏电极。从图上可以看出，其由一系列相互交叉的源电极和漏电极叉指条构成，目前，叉指型版图结构是用于横向功率器件的常用版图结构。图2给出了叉指型版图的一种具体连接，其中1为源电极，3为轻掺杂漂移区，4为漏电极，栅电极在图中并未标出。

叉指型式的版图结构虽然具有广泛的应用，但还是有些不足。首先，叉指型版图的多晶硅栅电极较长，器件在导通和关断时会出现不同区域导通和关断不均匀的现象，导致器件开启和关断的局部不统一，为器件工作的稳定性带来了隐患。其次，这种版图形式单一，硅片面积使用率上有着一定的不足。最后，漏电极4一般所加电压较高，会在器件边缘终端处引起曲率效应，电场聚集，器件易于击穿，对于曲率部分的考虑引起器件设计复杂度增加，芯片成本增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有叉指型版图结构的开启和关断的局部不统一、面积使用率不足，曲率终端部分设计复杂等问题，提供一种横向功率器件版图结构，具有布局紧凑，无需额外的曲率终端设计，比导通电阻低、寄生电容小、开关速度快和电流能力强等优点，可应用于LDMOS、LIGBT等横向功率器件版图结构中。

本发明技术方案是：

一种横向功率器件版图结构，如图3～11所示，包括源电极1、栅电极2、轻掺杂漂移区3和漏电极4；所述横向功率器件在横向截面上形成元胞化排列结构。每个元胞具有相同的结构，由内向外依次是漏电极4、轻掺杂漂移区3、栅电极2和源电极1，且漏电极4被轻掺杂漂移区3所包围，轻掺杂漂移区3被栅电极2所包围，栅电极2被源电极1所包围。每个元胞的源电极(1)、栅电极(2)、轻掺杂漂移区(3)和漏电极(4)以及整个元胞的横截面形状相同，为圆形或正n边形，其中n≥3。

上述技术方案中，相邻两个元胞共用源电极，每个元胞拥有自己独立的栅电极、漂移区、漏电极。

本发明提供的横向功率器件版图结构中，可在每个元胞的轻掺杂漂移区3与漏电极4之间加入缓冲层5，如图5、图8、图11所示。

为了使本发明技术更加清楚明白，现在以正方形元胞排列对本发明进行详细阐述。

在所述正方形的横向功率器件元胞中，漏电极处于元胞中央，所述漏电极为正方形，其完全被漂移区包围，所述漂移区位于栅电极与漏电极间，源电极包围栅电极。所述结构为封闭正方形结构，从外到里依次为源电极、栅电极、漂移区、漏电极。其中漏电极在内，最外层源电极包围了上述所有区域。

在所述正方形的横向功率器件版图结构中，其横向功率器件由多个正方形元胞排列而成，相邻两个正方形元胞共用源电极，每个正方形元胞拥有自己独立的栅电极、漂移区、漏电极，其与相邻四个正方形元胞共用源电极，其栅电极位于源电极旁，可给器件提供更大的宽长比，器件导通时，增加电流密度，减小横向功率器件的比导通电阻。其漏电极位于最中央，被轻掺杂漂移区包围。所述横向功率器件版图结构拥有小的栅漏寄生电容，所述电容为密勒电容，因此本发明所提供的横向功率器件版图结构拥有小的密勒电容，使得器件频率特性更佳。除此，本发明所提供的横向功率器件采用元胞排列以后，其版图与工艺上不需要考虑曲率终端结构设计，使得器件版图结构设计简单。

本发明所产生的有益效果为：由于源电极1位于元胞最外侧，紧靠源电极1的栅电极2拥有较大周长，能为器件较供较大的沟道宽度，增加器件的电流密度。相比常规的叉指型横向功率器件版图结构，相同面积情况下，等效沟道宽度约增加约1倍，其比导通电阻降低到常规叉指状结构的二分之一。同时漏电极4四边均被栅电极2所包围，常规叉指型版图结构其漏电极4两边有栅电极2，使得本发明所提供的横向功率器件版图结构等效的栅漏寄生电容减小了一半。因为器件的开关速度与漏电极电容与宽度之比(C_D/W)有关，所以本发明所提供的横向功率器件版图其开关速度相比于叉指型版图结构有大幅度提高。最后，本发明的横向功率器件版图结构具有非常紧凑的布局，其漏电极4所加电压为高电压，完全被漂移区所包围，使得本发明所设计的版图勿须额外曲率终端设计，避免了叉指状结构曲率终端结构设计的复杂性。本发明所提供的横向功率器件版图结构可应用于LDMOS、LIGBT等横向功率器件版图结构中。

附图说明

图1是常规叉子型横向功率器件版图结构。

图2是常规叉子型横向功率器件版图的一种具体连接。

图3是本发明提供的正方形元胞。

图4是本发明提供的源电极共用的正方形元胞版图结构。

图5是本发明提供的带有缓冲层的源电极共用的正方形元胞版图结构。

图6是本发明提供的六边形元胞。

图7是本发明提供的源电极共用的六边形元胞版图结构。

图8是本发明提供的带有缓冲层的源电极共用的六边形元胞版图结构。

图9是本发明提供的三角形元胞。

图10是本发明提供的源电极共用的三角形元胞版图结构。

图11是本发明提供的带有缓冲层的源电极共用的三角形元胞版图结构。

其中1为源电极，2为栅电极，3为轻掺杂漂移区，4为漏电极，5为缓冲层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种横向功率器件版图结构，其对横向功率器件采用元胞排列方式。所述的元胞排列方式相比常规叉指型版图结构提供更小的比导通电阻，且其栅漏密勒电容大为减少，能大大提高器件的开关频率。此外，本发明所提供的横向功率器件版图结构由于高压漏电极被漂移区完全包围，其不需要增加曲率终端，减小了设计的复杂度。所述元胞排列可采用圆形或整n边形排列结构，其中n≥3。相邻两个元胞共用源电极，每个元胞拥有自己独立的栅电极、漂移区、漏电极。另外，可在每个元胞的轻掺杂漂移区3与漏电极4之间加入缓冲层5，如图5、图8、图11所示。

图1给出了常规叉子型横向功率器件版图结构；图2给出了常规叉子型横向功率器件版图的一种具体连接。其中1为源电极，2为栅电极，3为轻掺杂漂移区，承担器件高耐压，4为漏电极。叉子型版图的多晶硅栅电极较长，器件在导通和关断时会出现不同区域导通和关断不均匀的现象，导致器件局部开启和关断不统一，为器件工作的稳定性带来了隐患。这种版图形式单一，硅片面积使用率上有着一定的不足。漏电极4一般所加电压较高，会在器件边缘终端处引起曲率效应，电场集中，器件易于击穿，对于曲率部分的考虑引起器件终端设计复杂度增加，芯片成本增加。

图3给出了本发明的正方形元胞版图结构。其中1为源电极，2为栅电极，3为轻掺杂漂移区，4为漏电极。漏电极4可位于元胞中心，从里面到外依次为轻掺杂漂移区3、栅电极2、源电极1。由于源电极1位于最外层，紧靠其旁边的栅电极2拥有较大周长，使得横向功率器件沟道宽度较大，因此器件可提供大的电流能力，小的比导通电阻。漏电极4在器件中心，使得器件具有小的栅漏密勒电容，提高了器件的开关频率。

图4给出了正方形元胞版图结构，漏电极4位于元胞中心，每个元胞拥有一个栅电极2、轻掺杂漂移区3、漏电极4，每个元胞与周围相邻四个元胞共用源电极1。

图5给出带有缓冲层的正方形元胞版图结构，其中5为缓冲层，所述缓冲层5位于轻掺杂漂移区3与漏电极4之间。

图6-图8给出六边形元胞及其元胞排列版图结构。相比于正方形元胞结构，六边形元胞提供更为紧凑的元胞排列，更均匀的电流分布。所以，六边形元胞结构有更小的比导通电阻与开关速度。缓冲层5同样可以集成在六边形元胞中，所述缓冲层5同样位于轻掺杂漂移区3与漏电极4之间。

图9-图11给出三角形元胞及其元胞排列版图结构。

综上所述，本发明提供了一种横向功率器件版图结构，对于横向功率器件提供元胞化布局，所述元胞包括三角形，正方形与六边形元胞结构等。相比于常规叉指型横向功率器件版图结构，其比导通电阻低，开关速度高，寄生电容小。本发明所提供的横向功率器件版图结构可应用于LDMOS、LIGBT等横向功率器件版图结构中。

Claims

1.一种横向功率器件版图结构，包括源电极(1)、栅电极(2)、轻掺杂漂移区(3)和漏电极(4)；其特征在于：所述横向功率器件在横向截面上形成元胞化排列结构；每个元胞具有相同的结构，由内向外依次是漏电极(4)、轻掺杂漂移区(3)、栅电极(2)和源电极(1)，且漏电极(4)被轻掺杂漂移区(3)所包围，轻掺杂漂移区(3)被栅电极(2)所包围，栅电极(2)被源电极(1)所包围；每个元胞的源电极(1)、栅电极(2)、轻掺杂漂移区(3)和漏电极(4)以及整个元胞的横截面形状相同，为圆形或正n边形，其中n≥3。

2.根据权利要求1所述的横向功率器件版图结构，其特征在于：相邻两个元胞共用源电极，每个元胞拥有自己独立的栅电极、漂移区、漏电极。

3.根据权利要求1所述的横向功率器件版图结构，其特征在于：每个元胞的轻掺杂漂移区(3)与漏电极(4)之间具有缓冲层(5)。