CN111128958A - 金属层布局结构及功率器件 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种金属层布局结构及功率器件，所述金属层布局结构包括全部或部分层叠设置的第一金属层及第二金属层，第一金属层包括第一连接区，第二金属层包括第二连接区，第一连接区和第二连接区层叠设置，且第一连接区和第二连接区之间设有绝缘层，所述绝缘层上设有若干穿孔，所述穿孔内设有电性连接第一金属层和第二金属层的导电件，所述穿孔及导电件的分布密度沿电流传输方向全部或部分逐渐增大。本发明通过降低金属层连接区的穿孔及导电件分布密度，优化了金属层连接区的电流密度，提高了器件在流经大电流时的可靠性，提高了器件的使用寿命。

Description

金属层布局结构及功率器件

技术领域

本发明属于功率器件技术领域，具体涉及一种金属层布局结构及功率器件。

背景技术

在大功率电源管理芯片中，其功率管通常需要流过非常大的电流，为避免功率管和金属布线损毁，除了要使功率管的尺寸足够大和金属布线宽度足够宽以能够承受如此大的电流外，还必须设法使电流尽可能地均匀地流过每个功率管和金属布线及穿孔，如果金属层设计不当，使得局部电流密度过大，仍然会损毁功率管或者显著降低功率管的使用寿命。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种金属层布局结构及功率器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属层布局结构及功率器件，以改善金属层连接区的电流密度，提高器件可靠性。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种金属层布局结构，所述金属层布局结构包括全部或部分层叠设置的第一金属层及第二金属层，第一金属层包括第一连接区，第二金属层包括第二连接区，第一连接区和第二连接区层叠设置，且第一连接区和第二连接区之间设有绝缘层，所述绝缘层上设有若干穿孔，所述穿孔内设有电性连接第一金属层和第二金属层的导电件，所述穿孔及导电件的分布密度沿电流传输方向全部或部分逐渐增大。

一实施例中，所述第一金属层上设有若干第一电极布线层，第二金属层上设有若干第二电极布线层，所述导电件用于电性连接对应的第一电极布线层和第二电极布线层。

一实施例中，所述第一电极布线层包括第一源极布线层及第一漏极布线层，第二电极布线层包括第二源极布线层和第二漏极布线层，所述导电件用于电性连接第一源极布线层与第二源极布线层和/或第一漏极布线层与第二漏极布线层。

一实施例中，所述第一源极布线层和第一漏极布线层之间设有第一多晶硅层，和/或，第二源极布线层和第二漏极布线层之间设有第二多晶硅层。

一实施例中，所述穿孔及导电件的分布密度沿电流传输方向先逐渐增大，再保持不变。

一实施例中，所述穿孔及导电件个数沿电流传输方向全部或部分逐渐增加。

一实施例中，所述穿孔及导电件个数沿电流传输方向先逐渐增加，再保持不变。

本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种功率器件，所述功率器件包括上述的金属层布局结构。

一实施例中，所述第一金属层和/或第二金属层上设有若干焊垫。

一实施例中，所述功率器件还包括与第一金属层和或第二金属层电性连接的第三金属层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过降低金属层连接区的穿孔及导电件分布密度，优化了金属层连接区的电流密度，提高了器件在流经大电流时的可靠性，提高了器件的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明对比例中功率管内第三金属层的结构示意图；

图2为本发明对比例中功率管内第二金属层的结构示意图；

图3为本发明对比例中功率管内第一金属层的结构示意图；

图4a为本发明对比例中第一金属层上穿孔及导电件的布局结构示意图；

图4b为本发明对比例中第二金属层上穿孔及导电件的布局结构示意图；

图5为本发明对比例中第一金属层和第二金属层的布局结构示意图；

图6为本发明对比例中第一金属层和第二金属层连接区的布局结构示意图；

图7为本发明对比例中金属层布局结构的连接区处的电流密度仿真图；

图8为本发明实施例1中第一金属层和第二金属层的布局结构示意图；

图9为本发明实施例2中第一金属层和第二金属层的布局结构示意图；

图10为本发明实施例2中金属层布局结构的连接区处的电流密度仿真图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种金属层布局结构，包括全部或部分层叠设置的第一金属层及第二金属层，第一金属层包括第一连接区，第二金属层包括第二连接区，第一连接区和第二连接区层叠设置，且第一连接区和第二连接区之间设有绝缘层，绝缘层上设有若干穿孔，穿孔内设有电性连接第一金属层和第二金属层的导电件，穿孔及导电件的分布密度沿电流传输方向全部或部分逐渐增大。

本发明还公开了一种功率器件，该功率器件包括上述的金属层布局结构。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

对比例：

参图1至图3所示，本实施例中以三层金属层的功率管为例进行说明，其包括第一金属层10、第二金属层20及第三金属层30，第一金属层10上设有第一电极布线层，第二金属层20上设有第二电极布线层，第三金属层30上设有第三电极布线层，其中，第一电极布线层包括第一源极布线层11和第一漏极布线层12，第二电极布线层包括第二源极布线层21和第二漏极布线层22，第三电极布线层包括第三源极布线层31和第三漏极布线层32。另外，第二源极布线层21和第二漏极布线层22之间设有第二多晶硅(poly)层23，第三源极布线层31和第三漏极布线层32之间设有第三多晶硅(poly)层33。

第一金属层10和第二金属层20层叠设置，第二金属层20和第三金属层30层叠设置，本实施例中以第一金属层10和第二金属层20的层叠结构为例对金属层布局结构进行详细说明。第一金属层10在第二源极布线层21的端部设有衔接区A，第二金属层20通过该衔接区A将电流传输至第一金属层10上。

优选地，第一金属层10上还设有若干焊垫，以实现金属层与外部结构的电性连接。

参图1至图3并结合图4a、4b所示，第一金属层10包括第一连接区101，第二金属层20包括第二连接区201，第一连接区101和第二连接区201层叠设置，且第一连接区101和第二连接区201之间设有绝缘层(未图示)，绝缘层上设有若干穿孔，穿孔内设有电性连接第一金属层10和第二金属层20的导电件40，通过导电件40实现第一源极布线层11与第二源极布线层21、及第一漏极布线层12与第二漏极布线层22之间的电性连接，从而实现电流从第二金属层20至第一金属层10上的传输。

参图5、图6所示，本实施例中绝缘层上的穿孔及穿孔内的导电件均匀分布于第一金属层10和第二金属层20之间，由于第二金属层20的电流往左汇集到连接区后再通过衔接区A流到第一金属层10上，如果在衔接区A的穿孔及导电件分布密度过大，就会导致汇集在连接区的第二金属层上的电流都大部分在衔接区A引出至第一金属层10上，从而使连接处第一金属层10的电流密度非常大，甚至超出工艺的最大电流密度。

参图7所示为本实施例中连接区处的电流密度仿真图，可以发现，在第一金属层和第二金属层连接区的电流密度非常大，已经超出工艺的最大值。

实施例1：

本实施例中同样以三层金属层的功率管为例进行说明，第一金属层10、第二金属层20、第三金属层30的结构与对比例中完全相同，此处不再进行赘述。

本实施例中同样以第一金属层10和第二金属层20的层叠结构为例对金属层布局结构进行详细说明。

参图8所示，本实施例中第一金属层10上的第一连接区101和第二金属层20上的第二连接区201层叠设置，且第一连接区101和第二连接区201之间设有绝缘层(未图示)，绝缘层上设有若干穿孔，穿孔内设有电性连接第一金属层和第二金属层的导电件40。

其中，本实施例中的穿孔及穿孔内的导电件40的分布密度沿电流传输方向逐渐增大，例如，本实施例中穿孔及导电件的数量沿电流传输方向逐渐增多。

本实施例中在连接区降低穿孔及导电件分布密度，然后往左逐渐增大穿孔及导电件分布密度。这样在衔接区A仅少部分汇集到此的第二金属层20上的电流引出至第一金属层10上，另一部分第二金属层20上电流继续往左流，并逐渐被左侧的衔接区吸收并引出至第一金属层10上，这就极大降低了连接区第一金属层的电流密度，提高了第一金属层的可靠性。

实施例2：

本实施例中同样以三层金属层的功率管为例进行说明，第一金属层10、第二金属层20、第三金属层30的结构与对比例中完全相同，此处不再进行赘述。

本实施例中同样以第一金属层10和第二金属层20的层叠结构为例对金属层布局结构进行详细说明。

参图9所示，本实施例中第一金属层10上的第一连接区101和第二金属层20上的第二连接区201层叠设置，且第一连接区101和第二连接区201之间设有绝缘层(未图示)，绝缘层上设有若干穿孔，穿孔内设有电性连接第一金属层和第二金属层的导电件40。

其中，本实施例中连接区被划分为若干区域，从右向左依次为第一连接区域2011、第二连接区域2012、第三连接区域2013及第四连接区域2014，第一连接区域2011、第二连接区域2012、第三连接区域2013及第四连接区域2014上分别设有若干穿孔及导电件40，且四个区域(第一连接区域2011、第二连接区域2012、第三连接区域2013及第四连接区域2014)中穿孔及导电件40的分布密度逐渐增大。

针对第一连接区和第二连接区的层叠区域部分，第二金属层的电流密度在第一金属层和第二金属层的衔接处达到最大，随后迅速减小到非常低的值，接着沿着电流传输方向电流密度逐渐增大。

结合图10所示为本实施例中连接区处的电流密度仿真图，可以发现，在第一金属层和第二金属层连接区的电流密度得到了显著的改善。

应当理解的是，上述实施例中以具体的穿孔及导电件分布进行说明，在其他实施例中，穿孔及导电件的分布可以为其他规则或不规则布局结构，凡是采用在连接区降低穿孔及导电件的分布密度的技术方案均属于本发明所保护的范围。

另外，上述各实施例中以三层金属层结构的功率管为例进行说明，在其他实施例中，本发明并不限于三层金属层布局结构，同样适用于两层或更多层的金属层布局结构；同样，本发明也不限于功率管，对于其他的功率器件及其他半导体器件同样适用，凡是采用降低穿孔和导电件分布密度降低两层或多层金属层连接区的电流密度的技术方案均属于本发明所保护的范围。

上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明通过降低金属层连接区的穿孔及导电件分布密度，优化了金属层连接区的电流密度，提高了器件在流经大电流时的可靠性，提高了器件的使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种金属层布局结构，其特征在于，所述金属层布局结构包括全部或部分层叠设置的第一金属层及第二金属层，第一金属层包括第一连接区，第二金属层包括第二连接区，第一连接区和第二连接区层叠设置，且第一连接区和第二连接区之间设有绝缘层，所述绝缘层上设有若干穿孔，所述穿孔内设有电性连接第一金属层和第二金属层的导电件，所述穿孔及导电件的分布密度沿电流传输方向全部或部分逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的金属层布局结构，其特征在于，所述第一金属层上设有若干第一电极布线层，第二金属层上设有若干第二电极布线层，所述导电件用于电性连接对应的第一电极布线层和第二电极布线层。

3.根据权利要求2所述的金属层布局结构，其特征在于，所述第一电极布线层包括第一源极布线层及第一漏极布线层，第二电极布线层包括第二源极布线层和第二漏极布线层，所述导电件用于电性连接第一源极布线层与第二源极布线层和/或第一漏极布线层与第二漏极布线层。

4.根据权利要求3所述的金属层布局结构，其特征在于，所述第一源极布线层和第一漏极布线层之间设有第一多晶硅层，和/或，第二源极布线层和第二漏极布线层之间设有第二多晶硅层。

5.根据权利要求1所述的金属层布局结构，其特征在于，所述穿孔及导电件的分布密度沿电流传输方向先逐渐增大，再保持不变。

6.根据权利要求1所述的金属层布局结构，其特征在于，所述穿孔及导电件个数沿电流传输方向全部或部分逐渐增加。

7.根据权利要求6所述的金属层布局结构，其特征在于，所述穿孔及导电件个数沿电流传输方向先逐渐增加，再保持不变。

8.一种功率器件，其特征在于，所述功率器件包括权利要求1～7中任一项所述的金属层布局结构。

9.根据权利要求8所述的功率器件，其特征在于，所述第一金属层和/或第二金属层上设有若干焊垫。

10.根据权利要求8所述的功率器件，其特征在于，所述功率器件还包括与第一金属层和或第二金属层电性连接的第三金属层。

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