CN102024847B - 一种高压功率器件结构 - Google Patents

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Abstract

一种高压功率器件结构，属于半导体功率器件技术领域。所述高压功率器件结构的重复单元结构包括2N个器件元胞、第一金属电极和第二金属电极；第一金属电极为条状结构，具有X个金属引出端；2N个器件元胞平均分成两排，分别位于第一金属电极两侧；第二金属电极为矩形框状结构，将第一金属电极和2N个器件元胞包围在框内；第二金属电极具有Y个金属引出端；其中X≥1，Y≥2。本发明通过改变金属电极的形状和引出方式，缩短两个金属电极之间电流在金属连线上的流通路径，减小金属连线引入的电阻，从而达到进一步减小高压功率器件的导通电阻和减小芯片损耗的目的；且器件的版图布局方式很容易实现，不会增加额外的步骤与成本。

Description

一种高压功率器件结构
技术领域
本发明属于半导体功率器件技术领域，涉及功率器件结构，尤其是高压功率器件源漏电极结构。
背景技术
在高压功率器件本身的优化已经到了一定的极限时，版图布局会严重影响器件的功效。传统的叉指状版图布局，有利于节省版图面积、降低芯片成本。为了方便，传统叉指状版图布局的源、漏电极分别从整体器件的两端引出，如图1所示。多数情况下，器件的源极和漏极的金属电阻常常被忽略，然而叉指状的高压功率器件布局结构会导致器件实际的导通电阻比理论值偏大，这主要是由器件表面的金属连线电阻引起的，这样整体器件的性能就没有达到一个最优值。对于图1所示的叉指状高压功率器件结构，如果器件很长，漏极和源极的金属连线就会很长，而且由于金属连线在器件结构中时常被用作金属场板，以改善高压功率器件的击穿电压，源极和漏极的金属宽度会受到一定的限制，越长的叉指状功率管，金属连线引入的电阻就会越大，整个高压功率器件的导通电阻也就会越大。
在图1所示的传统叉指状高压功率器件结构中，其中的一指器件可平均分成2n个小器件元胞，假设每个器件元胞的电流为i，每个器件上漏极和源极金属导线的电阻分别为rD和rS，容易做到rD＝rS＝r。传统叉指状高压功率器件结构的一指器件的等效电路图如图2所示，每个小器件就是一个电流为i的电流源，共有2n个这样的电流源，分别为i1、i2、i3、...、i2n，其中i1、i2、i3、...、i2n相等，值为i。则一指器件源、漏极间的金属上压降为[2n2+3n]·i·r，源、漏极间的金属电阻为[n+1.5]·r，由于n较大，源、漏极间的金属电阻近似为n·r。
发明内容
本发明提供一种高压功率器件结构，通过改变金属电极的形状和引出方式，在不增加版图布局的难度，也不增加芯片成本的前提下，缩短两个金属电极之间电流在金属连线上的流通路径，减小金属连线引入的电阻，从而达到进一步减小高压功率器件的导通电阻和减小芯片损耗的目的。
本发明技术方案为：
一种高压功率器件结构，包括多个重复单元结构。所述每个重复单元结构如图3所示，包括2N个器件元胞、第一金属电极和第二金属电极。所述第一金属电极为条状结构，具有X个金属引出端，X个金属引出端分布于第一金属电极上。所述2N个器件元胞平均分成两排，分别位于第一金属电极两侧。所述第二金属电极为矩形框状结构，将第一金属电极和2N个器件元胞包围在框内。所述第二金属电极具有Y个金属引出端，Y个金属引出端分布于第二金属电极上；其中X≥1，Y≥2。
上述技术方案中，当第一金属电极为阳极时，第二金属电极为阴极；当第一金属电极为阴极时，第二金属电极为阳极。或者说，当第一金属电极为源极时，第二金属电极为漏极；当第一金属电极为漏极时，第二金属电极为源极。
本发明与传统叉指状版图布局的高压功率器件不同之处在于，通过改变金属电极的形状和引出方式，在不增加版图布局的难度，也不增加芯片成本的前提下，缩短两个金属电极之间电流在金属连线上的流通路径，减小金属连线引入的电阻，从而达到进一步减小高压功率器件的导通电阻和减小芯片损耗的目的。理论分析表明，本发明所提供的一种高压功率器件结构可以使金属连线所引入的电阻减小75％；而且器件的版图布局方式很容易实现，不会增加额外的步骤与成本。
附图说明
图1是传统叉指状高压功率器件结构。
图2是传统叉指状高压功率器件结构中的一指结构的等效电路图。
图3是本发明所提供的高压功率器件结构中一个重复单元的结构示意图。
图4是本发明所提供的高压功率器件结构中一个重复单元的结构的等效电路图。
图5是本发明所提供的高压功率器件结构的变形技术方案的结构示意图。
具体实施方式
一种高压功率器件结构，包括多个重复单元结构。所述每个重复单元结构如图3所示，包括2N个器件元胞、第一金属电极和第二金属电极。所述第一金属电极为条状结构，具有X个金属引出端，X个金属引出端分布于第一金属电极上。所述2N个器件元胞平均分成两排，分别位于第一金属电极两侧。所述第二金属电极为矩形框状结构，将第一金属电极和2N个器件元胞包围在框内。所述第二金属电极具有Y个金属引出端，Y个金属引出端分布于第二金属电极上；其中X≥1，Y≥2。
上述技术方案中，当第一金属电极为阳极时，第二金属电极为阴极；当第一金属电极为阴极时，第二金属电极为阳极。或者说，当第一金属电极为源极时，第二金属电极为漏极；当第一金属电极为漏极时，第二金属电极为源极。
图3为本发明提供的高压功率器件结构的一种特例。该器件的重复单元结构包括2N个器件元胞、第一金属电极和第二金属电极。所述第一金属电极为条状结构，具有1个金属引出端，所述金属引出端位于第一金属电极中间位置。所述2N个器件元胞平均分成两排，分别位于第一金属电极两侧。所述第二金属电极为矩形框状结构，将第一金属电极和2N个器件元胞包围在框内。所述第二金属电极具有2个金属引出端，2个金属引出端分布于第二金属电极上。该重复单元结构的等效电路如图4所示，设所有器件元胞相同，电流能力为i，与每个元胞相连的金属电极的电阻分别为rD和rS，且rD＝rS＝r。每个元胞等同于一个电流能力为i的电流源，共有2n个这样的电流源。则两个金属电极之间的压降为[n2/2+3n/2]·i·r，两个金属电极极间的金属电阻为[n/4+0.75]·r，由于n较大，可近似为n/4·r，所以本发明提供的高压功率器件结构可以使器件的金属连线电阻较传统的降低75％。
本发明中功率器件的漏极(或源极)连接可以从整体器件的中间引出，也可以根据不同的器件长度，从器件中的不同位置多处引出，进一步减小金属所引入的电阻，图5所示的就是一种可以进一步减小金属连线电阻的高压功率器件结构。

Claims (3)

1.一种高压功率器件结构，包括多个重复单元结构；所述每个重复单元结构包括2N个器件元胞、第一金属电极和第二金属电极；其特征在于：所述第一金属电极为条状结构，具有X个金属引出端，X个金属引出端分布于第一金属电极上；所述2N个器件元胞平均分成两排，分别位于第一金属电极两侧；所述第二金属电极为矩形框状结构，将第一金属电极和2N个器件元胞包围在框内；所述第二金属电极具有Y个金属引出端，Y个金属引出端分布于第二金属电极上；其中X≥1，Y≥2。
2.根据权利要求1所述的高压功率器件结构，其特征在于，当第一金属电极为阳极时，第二金属电极为阴极；当第一金属电极为阴极时，第二金属电极为阳极。
3.根据权利要求1所述的高压功率器件结构，其特征在于，当第一金属电极为源极时，第二金属电极为漏极；当第一金属电极为漏极时，第二金属电极为源极。
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Assignee: Wuxi Chipown Microelectronics Co., Ltd.

Assignor: University of Electronic Science and Technology of China

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Denomination of invention: High-voltage power device structure

License type: Exclusive License

Record date: 20120726

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