一种功率场效应晶体管及其布图方法技术

本发明专利技术涉及一种集成于一单片硅片上的功率场效应晶体管及其布图设计方法，所述功率场效应晶体管由多个单元晶格并行排列组成，每一单元晶格包括栅极区域、源极区域和漏极区域，其中，所述漏极区域和所述源极区域分别分布在所述栅极区域的两侧，其特征在于，所述栅极区域呈弯折形状，在第一端向漏极区域弯折，以在漏极区域形成第一凹入区域、第一弯折区域和第一接触区域；在第二端向源极区域弯折，以在源极区域形成第二凹入区域、第二弯折区域和第二接触区域；所述的呈弯折形状的栅极区域增加了有效沟道宽度，从而使得导通电阻RDSON减小；相应的漏极区域和源极区域不再是矩形形状，而是在不同的区域具有不同的形状，从而减小单元晶格的高度，进一步减小了导通电阻RDSON；并且它还可以增加场效应晶体管的沟道密度，从而减小了导通电阻RDSON，其实现方法更加有利和实用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种场效应晶体管，更具体的说，涉及一种集成于一单片硅片上的功 率场效应晶体管及其布图设计方法。
技术介绍
在新式发电/节能技术及装置的背后，高频切换电源转换器扮演极其重要的角 色。高频切换电源转换技术利用半导体功率组件以高频切换的方式，结合各式能量转换组 件如变压器、储能组件如电感、电容，以达到高效率、高功率密度的要求。功率FET常用于便携和无线产品中，其应用包括电池保护、负载管理和DC-DC转换 等。对于这些应用，功率FET最重要的特性便是其漏极-源极导通电阻R_n。Rdsw较小的 功率FET能够延长电池寿命，提高功率转化效率。因此，具有较低功率损耗的功率晶体管，是达到较高的电源转换效率的有效方法， 符合日益严谨的电源转换效率规范。对于单片集成式功率场效应晶体管的应用来说，例如 开关型调节器，采用具有较低的导通电阻的功率场效应晶体管是减小导通损耗的有效途 径。因此，特定导通电阻Rdsw是衡量场效应晶体管性能的一个关键设计。导通电阻Rdmn为 功率场效应晶体管在一个给定的硅区域的导通电阻。功率FET的导通电阻Rdsm越小，则所 需要的硅面积越小，因此，制造成本也更低。根据上述功率FET的原理，可以得知，功率场效应晶体管的导通电阻Rdsqn的减小可 以通过减小固有的沟道电阻或者增加场效应晶体管的沟道密度来实现。场效应晶体管固有 的沟道电阻，即场效应晶体管器件每单元(1微米)沟道宽度的沟道电阻主要决定于制造器 件所使用的硅工艺技术。对于一个给定的工艺技术，要降低场效应晶体管固有的沟道电阻 需要重新设计工艺流程或者器件结构，因此这种实现方法是十分困难和复杂的，并且在实 际应用中通常是不可行的。而对增加场效应晶体管的沟道密度的实现方法来说，沟道密度由在给定区域内的 场效应晶体管的所有有效沟道宽度来确定。采用这种方法，尽管固有的沟道电阻保持不变， 但是高密度的场效应晶体管沟道密度同样可以减小场效应晶体管的导通电阻Rdsqn。为获得大沟道宽度，功率FET的设计使用了大量并行连接的单元晶格。虽然每个 单元晶格的沟道宽度很小，并行连接数千个到数百万个单元晶格，就能得到具有足够大沟 道宽度的晶体管了。由于FET的Rdsw与它的沟道宽度成反比，而载流容量与沟道宽度成正 比，这样就制成了一个Rdsqn小且载流容量高的FET。因此，功率FET两个重要的设计特性便 是其“单元密度”(定义为单位面积中的单元个数)以及“沟道密度”(定义为FET中单位 面积的沟道宽度)。参考附图说明图1，所示为一采用典型的布图结构的功率场效应晶体管，其由并行排列的成 千上万的相同的单元晶格105组成。功率场效应晶体管的布图包含多层指状形状的指状层 即栅极区域101。漏极区域103和源极区域102相互间隔，分布在栅极区域101的两侧。图 1中的虚线框标示了功率场效应晶体管的一个单元晶格区域。其中的一个单元晶格如图2所示。在图1中，漏极103在两个相连的场效应晶体管的指状层之间，源极102同样在两 个相连的场效应晶体管的指状层之间，源极102和漏极区域103相互依次排列。每一个单 元晶格105包括一指状层(栅极区域101)，与之相邻的漏极区域103的一半以及与之相邻 的源极区域102的一半。并且，分别在源极区域和漏极区域设置接触孔104，相邻的两个单 元晶格分别占据源极区域的接触孔的一半和漏极区域的接触孔的一半。在图1和图2所示的现有技术中的功率场效应晶体管的布图结构中，用斜纹标示 的部分区域表示功率场效应晶体管的栅极区域101。在这种布图结构中，场效应晶体管的每 一单元晶格中的源极区域102和漏极区域103呈矩形形状，源极区域102和漏极区域103 沿着栅极平均分布。因此，场效应晶体管的沟道密度如式(1)计算，权利要求1.一种功率场效应晶体管，由多个单元晶格并行排列组成，每一单元晶格包括栅极区 域、源极区域和漏极区域，其中，所述漏极区域和所述源极区域分别分布在所述栅极区域的 两侧，其特征在于，所述栅极区域呈弯折形状，在第一端向漏极区域弯折，以在漏极区域形 成第一凹入区域、第一弯折区域和第一接触区域；在第二端向源极区域弯折，以在源极区域 形成第二凹入区域、第二弯折区域和第二接触区域。2.根据权利要求1所述的功率场效应晶体管，其特征在于，左右相邻的两个单元晶格 之间沿着左边界或者右边界呈镜像位置关系；上下相邻的两个单元晶格之间沿着上边界或 者下边界呈镜像位置关系。3.根据权利要求2所述的功率场效应晶体管，其特征在于，相邻的上下两个栅极区域 之间即源极区域和漏极区域内，分别具有第一凹入区域和第二凹入区域组成的凹入区域， 第一弯折区域和第二弯折区域组成的弯折区域，和由第一接触区域和第二接触区域组成的 接触区域，其中，凹入区域的间距不小于第一标准值，接触区域的间距不小于第二标准值。4.根据权利要求3所述的功率场效应晶体管，其特征在于，在所述接触区域内，沿着上 边界或者下边界分别设置一接触孔，所述两个接触孔均勻分布在上下两个单元晶格之间； 并且，左右相邻的两个单元晶格的接触区域内的接触孔呈镜像设置。5.根据权利要求1或3所述的任一功率场效应晶体管，其特征在于，所述栅极区域呈梯 形形状或者多边形形状或者弧形形状。6.根据权利要求5所述的功率场效应晶体管，其特征在于，覆盖左右相邻的单元晶格 中的源极区域内的接触孔设置一源极金属层；覆盖左右相邻的单元晶格中的漏极区域内的 接触孔设置一漏极金属层。7.根据权利要求6所述的功率场效应晶体管，其特征在于，所述漏极金属层和源极金 属层相互间隔排列，并且相互呈平行排列。8.根据权利要求7所述的功率场效应晶体管，其特征在于，所述功率场效应晶体管为 N型金属氧化物半导体场效应晶体管或者P型金属氧化物半导体场效应晶体管或者横向双 扩散金属氧化物半导体晶体管。9.一种功率场效应晶体管的布图方法，该布图方法包括以下步骤(1)设置多层呈弯折形状的栅极区域，所述栅极区域具有凹入部分、弯折部分和凸起部 分；相邻的两层栅极区域沿着水平轴线呈镜像排列；所述每一层栅极区域沿着多个垂直轴 线依次呈镜像排列；(2)分别在所述每一层栅极区域的两侧依次间隔设置源极区域和漏极区域；所述每一 层源极区域和漏极区域分别沿着水平轴线呈镜像排列；所述每一层源极区域和漏极区域分别沿着垂直轴线呈镜像排列；所述相邻的两层栅极区域中凹入部分之间的区域形成凹入区域；所述相邻的两层栅极 区域中凸起部分之间的区域形成接触区域；所述相邻的两层栅极区域中弯折部分之间的区 域形成弯折区域；(3)在每一接触区域内沿着垂直轴线设置两个呈镜像关系的接触孔，并且所述两个接 触孔分别沿着水平轴线呈镜像关系；(4)沿着垂直轴线的方向，覆盖每一接触区域的接触孔设置一金属层。10.根据权利要求9所述的功率场效应晶体管的布图方法，其特征在于，所述凹入区域的间距不小于第一标准值； 所述接触区域的间距不小于第二标准值。11.根据权利要求9所述的功率场效应晶体管的布图方法，其特征在于，覆盖位于漏极 区域内的接触孔而设置的金属层为漏极金属层，覆盖位于源极区域内的接触孔而设置的金 属层为源极金属层，所述漏极金属层和源极金属层依次间隔排列，并相互呈平行排列。12.根据权利要求9所述的功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种功率场效应晶体管，由多个单元晶格并行排列组成，每一单元晶格包括栅极区域、源极区域和漏极区域，其中，所述漏极区域和所述源极区域分别分布在所述栅极区域的两侧，其特征在于，所述栅极区域呈弯折形状，在第一端向漏极区域弯折，以在漏极区域形成第一凹入区域、第一弯折区域和第一接触区域；在第二端向源极区域弯折，以在源极区域形成第二凹入区域、第二弯折区域和第二接触区域。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游步东，
申请(专利权)人：杭州矽力杰半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：86