CN103678744A - 一种栅极电压均匀分布的大电流igbt版图 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图，属于半导体技术领域，该大电流IGBT版图包括元胞区、终端区、Gatebus、源极压焊点、栅极压焊点，终端区位于元胞区的周围，源极压焊点位于元胞区上，栅极压焊点位于源极压焊点中心，源极压焊点彼此之间和源极压焊点与栅极压焊点之间均有Gatebus；其中，元胞区与终端区衔接部分有一个以上不连续的Gatebus。本发明解决了原有版图设计方案中栅极开启电压分布不均的问题，保证了整个元胞区内元胞的充分开启，电流分布均匀；同时也加快了整体元胞区元胞的开启速度，提升了器件的开启速度。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图。
背景技术
IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor，即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET和GTR的多项优点同时又能满足高压大电流等大功率器件的需求，极大的扩展了功率半导体器件的应用领域。IGBT作为新型电力电子半导体器件的主要代表，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。
IGBT器件在版图的实现上，是由并联的元胞、终端、栅极压焊点、源极压焊点等组成，因此芯片的电流越大对应的芯片面积也就越大。除了元胞及终端的结构对器件的性能有很大影响之外，元胞与终端衔接，元胞栅极与栅极压焊点连接方式的设计都会对器件的性能产生很大影响，因此需要仔细设计布局以最优化芯片性能。
目前针对于芯片面积较大的大电流产品，如图1所示：栅极压焊点位于中心，四周有8个源极压焊点的版图布局方式。
IGBT器件的栅极材料通常是采用多晶硅制作的，由于芯片元胞区面积较大，位于栅极上的分布电阻也会较大，在一定栅极偏压下，距离栅极压焊点较远的的元胞不一定完全有效开启。如果开启不充分，就会造成局部栅极开启电压过高，电流不均匀等问题。为了解决这个问题，现有技术入gatebus将栅极电位引到远处，此法虽然一定程度上解决了栅极电压不均的问题，但如图1可以发现，位于芯片四角处的元胞由于距离gatebus较远，无法保证与中心区域同样的开启电压及开启速度，因此同样存在局部开启电压过高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图，解决了现有技术大电流IGBT版图中由无法同样开启电压、开启速度不一致和局部开启电压过高的问题
为解决上述技术问题，本发明提供了一种栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图，包括元胞区、终端区、Gatebus、源极压焊点、栅极压焊点，所述终端区位于所述元胞区的周围，所述源极压焊点位于所述元胞区上，所述栅极压焊点位于所述源极压焊点中心，所述源极压焊点彼此之间和所述源极压焊点与所述栅极压焊点之间均有所述Gatebus；其中，所述元胞区与所述终端区衔接部分有一个以上不连续的所述Gatebus。
进一步地，所述元胞区与所述终端区衔接部分的所述Gatebus有1-8个。
进一步地，所述元胞区与所述终端区衔接部分的所述Gatebus有4个。
进一步地，所述Gatebus中的金属部分的宽度为15um-30um。
本发明提供的一种栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图，解决了原有版图设计方案中栅极开启电压分布不均的问题，保证了整个元胞区内元胞的充分开启，电流分布均匀；同时也加快了整体元胞区元胞的开启速度，提升了器件的开启速度。
附图说明
图1为现有技术提供的一种大电流IGBT版图；
图2为本发明实施例提供的栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图；
具体实施方式
名词解释:
IGBT:绝缘栅双极型晶体管
元胞区：由一个个IGBT元胞并联成的区域，等同于有源区。
终端区：位于元胞区一周，保证器件耐压的部分。
Gatebus：为了降低栅电极材料分布电阻的影响，通常用多晶硅及金属将栅极压焊点电位引到离压焊点较远的元胞单元处，Gatebus即栅极压焊点下的poly延伸到源级压焊点之间的元胞区，poly其上有一层氧化层（栅氧），氧化层之上是金属铝(AL)，金属铝之上有钝化层(SIN)。金属铝通过氧化层刻开的孔与poly相连实现等电位。
参见图2，本发明实施例提供的栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图，该版图包括元胞区1、终端区2、Gatebus5、源极压焊点4及栅极压焊点3。终端区2位于元胞区1的周围，源极压焊点4位于元胞区1上，栅极压焊点3位于源极压焊点4中心。源极压焊点4彼此之间，源极压焊点4与栅极压焊点3之间均有Gatebus5；其中，元胞区1与终端区2衔接部分有一个以上不连续的Gatebus5。gatebus5可以在元胞区1的周围，其间断部位可以在元胞区1的周围任何地方均能实现本发明。由于有源区需与终端部分相连，因此加入周围一圈gatebus后必须断开一部分以保证有源区与终端的连接。
其中，元胞区1与终端区2衔接部分的Gatebus5有1-8个。
优选地，元胞区1与终端区2衔接部分的Gatebus5有4个。
Gatebus的宽度受工艺上金属最小限宽、金属之间的最小间距和芯片尺寸的大小限制。由于gatebus其上所承受的栅极电压与元胞区域上源极压焊点所承受的源级电压不同，因此一般要求两金属间间距最好应大于8um。金属最小宽度15um，一般gatebus金属部分宽度在30um左右，若芯片面积有限，则需尽可能的缩小gatebus的宽度。
本发明的优点：
1、保证了元胞区与终端区金属的连接；
2、保证了整个元胞区的金属是连接的；
3、由于gatebus的材料是金属，其电阻小于用于制造栅极的多晶硅材料，因此可以视为同一根gatebus上是等电位的。不同gatebus之间电压差只需要通过位于4处位置6的多晶硅材料传递，由于距离非常短，其分布电阻可以忽略，因此可以视为所有gatebus上都是等电位的。
该发明解决了原有版图设计方案中栅极开启电压分布不均的问题，保证了整个元胞区内元胞的充分开启，电流分布均匀；同时也加快了整体元胞区元胞的开启速度，提升了器件的开启速度；这对提高IGBT器件性能是至关重要的。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种栅极电压均匀分布的大电流IGBT版图，其特征在于，包括元胞区、终端区、Gatebus、源极压焊点、栅极压焊点，所述终端区位于所述元胞区的周围，所述源极压焊点位于所述元胞区上，所述栅极压焊点位于所述源极压焊点中心，所述源极压焊点彼此之间和所述源极压焊点与所述栅极压焊点之间均有所述Gatebus；所述元胞区与所述终端区衔接部分有一个以上不连续的所述Gatebus。
2.根据权利要求1所述的大电流IGBT版图，其特征在于，所述元胞区与所述终端区衔接部分的所述Gatebus有1-8个。
3.根据权利要求2所述的大电流IGBT版图，其特征在于，所述元胞区与所述终端区衔接部分的所述Gatebus有4个。
4.根据权利要求2或3所述的大电流IGBT版图，其特征在于，所述Gatebus中的金属部分的宽度为15um-30um。
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