專利名稱：一種八邊形網格狀mosfet功率管版圖結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于集成電路版圖設計領域，主要涉及一種大尺寸MOSFET功率管的版圖拓撲結構，特指一種用八邊形網格狀的MOSFET功率管的版圖實現(xiàn)方式。
背景技術：
在開關電源、低壓降穩(wěn)壓器等集成電路中，大尺寸的晶體管經常被用作大電流開關或大功率器件。為了與低功率或者小信號器件加以區(qū)分，專門為這類應用而設計的器件稱為功率管，主要有雙極型晶體管和場效應晶體管兩種。與雙極型晶體管相比，場效應晶體管具有所需驅動功率小、器件功率容量大以及工藝兼容性好等優(yōu)點，應用十分廣泛。作為功率器件使用的MOSFET通常需要較大的尺寸。以用作開關的MOSFET功率管為例加以分析，MOSFET的輸入為容性網絡，驅動器件時必須對輸入電容進行充、放電，驅動的是電容負載。因此，驅動MOSFET的實質就是驅動電路產生脈沖信號源，對其柵極電容進行充、放電，并使其在規(guī)定的柵極電荷或相應的柵極閾值電壓下開通或關斷的控制過程。由于功率管導通時必然存在一定的導通電阻，這會帶來一定的導通損耗，從而影響電源的轉換效率。為了獲得較高的轉換效率，則必須采用低導通電阻的開關管，要獲得低的導通電阻就必須采用大尺寸的功率管。而事實上，MOSFET功率管在做其它功能使用時，也同樣存在上述的問題。MOSFET版圖的面積效率十分重要。使用大尺寸的MOSFET功率管，雖然在理論上降低了功率管的導通電阻，但是在版圖制作過程中MOSFET功率管將占用非常大的芯片面積， 金屬連線和焊線電阻對最終導通電阻值影響很大，同時也會引入較大的寄生電容，嚴重影響MOSFET功率管的響應速度。常規(guī)叉指結構的MOSFET功率管(版圖如圖1所示)，其性能固然有所提高，但不得不犧牲更大的面積來解決源/漏接觸以及背柵接觸的問題，增加了芯片的成本。

發(fā)明內容
如前文所述，圖1所示的常規(guī)叉指MOSFET功率管結構，芯片面積利用率較低，寄生電容和電阻較大。針對這個問題，本發(fā)明公開了一種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構，其結構示意圖如圖2所示，其主要技術思想體現(xiàn)為1.通過使用八邊形多晶硅條組成的網格把有源區(qū)分成方格陣列，實現(xiàn)了相鄰 MOSFET的源/漏共用，提高了面積利用率；2.八邊形多晶硅條組成的方格陣列中，小正方形的網格區(qū)域可以作為背柵接觸使用，且僅需要使用通孔與其正上方連接源區(qū)接觸孔的金屬繞線連接，巧妙的解決了叉指結構中背柵接觸與源/漏距離較大問題，不增加額外的布線開銷，進一步提高了面積利用率。針對圖1的叉指MOSFET功率管的結構，八邊形網格結構的MOSFET功率管主要技術優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面1.八邊形網格結構，因其源/漏的共用以及背柵接觸問題的巧妙解決，較大的提高了版圖面積利用率，且寄生電容和電阻有所降低，使得MOSFET功率管的工作性能獲得較大的提高；2.八邊形網格狀結構中所有圖形均為0°、45°、90°或135°放置，不存在其它角度的圖形，因此不存在版圖格點錯誤；3.八邊形網格結構面積的減小有效降低了芯片成本；4.八邊形網格結構較叉指結構相比具有更好的版圖填充性，其效果使得MOSFET 功率管的跨導提高，MOSFET功率管工作效率更高。


圖1叉指結構MOSFET功率管示意圖；圖2本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管的版圖示意圖；圖3圖2所示的新型結構中，有源區(qū)覆蓋多晶硅條方式的示意圖；圖4以PMOS管為例，N阱排布、P+注入和N+注入的方式示意圖；圖5本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET基本單元的版圖概要步驟；圖6本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET版圖結構與叉指狀版圖結構的面積效率對比。
具體實施例方式以下結合附圖，詳細說明本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構。八邊形網格狀MOSFET功率管的基本單元由有源區(qū)、多晶硅條、源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔、背柵接觸孔和金屬繞線組成，功率MOSFET的版圖結構由基本單元拼接實現(xiàn)。其中，多晶硅條是一個直邊較長，斜邊較短的八邊形結構，將四個這樣的八邊形多晶硅條對稱拼接且相鄰直邊重合，在其中心形成一個面積較小正方形區(qū)域；有源區(qū)覆蓋每個八邊形內的區(qū)域和小正方形內的區(qū)域，以及八邊形多晶硅條的直邊，但不覆蓋多晶八邊形多晶硅條的斜邊，有源區(qū)的注入方式如圖3所示；將源區(qū)接觸孔放置于四個八邊形有源區(qū)中的兩個對角區(qū)域內，漏區(qū)接觸孔放置于另外兩個對角區(qū)域內；金屬繞線如同“W”的形狀布置，使用金屬繞線連接源區(qū)接觸孔并作為MOSFET的源極，金屬繞線連接漏區(qū)接觸孔作為MOSFET的漏極；背柵接觸孔需放置在小正方形有源區(qū)的區(qū)域內，且所有放置背柵接觸孔的小正方形區(qū)域都是被連接源區(qū)接觸孔的金屬繞線覆蓋的區(qū)域；以PMOS功率管為例，對于典型的N阱 CMOS工藝來說，PMOS管需要制作在N阱中，同時要有P+的注入。其中的一個基本單元，N 阱排布和P+的注入方式如圖4所示，小正方形內的有源區(qū)作為PMOS管的阱接觸，且小正方形區(qū)域內需要N+注入，而正是這樣一個阱接觸的巧妙實現(xiàn)，使得基本單元能夠大面積的重復調用，無需額外的阱接觸空間，有效的提高了面積利用率，并且這些排列緊密的阱接觸在很大程度上避免了閂鎖效應的發(fā)生。圖5給出了本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET基本單元的版圖生成過程中的概要步驟。圖5A圖為完成八邊形多晶硅條放置及源/漏/背柵注入后的圖形，圖5B為完成金屬繞線后的圖形，圖5C為完成各接觸孔后的圖形。在實現(xiàn)八邊形網格狀MOSFET基本單元的基礎上，利用基本單元圖形的重復性，將多個八邊形網格狀MOSFET基本單元拼接起來，使其直邊重疊，且任意直邊的兩側分別為源注入?yún)^(qū)和漏注入?yún)^(qū)，可以實現(xiàn)可擴展的大尺寸M0SFET。對比叉指狀M0SFET，八邊形網格狀結構的面積利用率大幅度提高。圖6為在某CMOS工藝下，本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構與叉指狀版圖結構的面積效率對比。對于1000μπι/0. 35μπι的M0SFET，叉指結構A采用10組每組10個 10 μ m/0. 35 μ m MOS的結構，組間放置背柵接觸，其面積開銷為3100 μ m2 ；叉指結構B采用 10組每組20個5 μ m/0. 35 μ m MOS的結構，組間放置背柵接觸，其面積開銷為3300 μ m2 ；八邊形結構A采用直邊3 μ m，斜邊1 μ m的八邊形，其面積開銷為1650 μ m2 ；八邊形結構B采用直邊2 μ m,斜邊為0. 5 μ m的八邊形，其面積開銷為1250 μ m2?？梢姡诉呅尉W格狀MOSFET 版圖結構大幅度的提高了版圖的面積效率。綜上所述，鑒于常規(guī)MOSFET功率管版圖結構面積利用率低的問題，本發(fā)明公開了一種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構，通過使用八邊形多晶硅條組成的網格把有源區(qū)分成方格陣列，實現(xiàn)了相鄰MOSFET的源/漏共用，同時也巧妙的解決了大尺寸MOSFET中背柵接觸的問題，從而極大的減小了版圖面積，提高了 MOSFET功率管的性能，降低了芯片的成本。
權利要求
1.一種功率MOSFET版圖的結構，包括八邊形網格狀MOSFET功率管的版圖結構由基本單元的重復拼接來實現(xiàn)，基本單元由有源區(qū)、多晶硅條、源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔、背柵接觸孔和金屬繞線組成；
2.根據(jù)權利要求1所述的基本單元組成，多晶硅條的特征在于多晶硅條是一個直邊較長，斜邊較短的八邊形結構，將四個這樣的八邊形多晶硅條對稱拼接且相鄰直邊重合，其中心形成一個面積較小的正方形區(qū)域；
3.根據(jù)權利要求1所述的基本單元組成，根據(jù)權利要求2所述的多晶硅條結構，有源區(qū)的特征在于有源區(qū)覆蓋每個八邊形內的區(qū)域、權利要求2所述的小正方形內的區(qū)域，以及八邊形多晶硅條的直邊，但不覆蓋八邊形多晶硅條的斜邊；
4.根據(jù)權利要求1所述的基本單元組成，根據(jù)權利要求2所述的多晶硅條結構，根據(jù)權利要求3所述的有源區(qū)構成方式，源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔的特征在于源區(qū)接觸孔放在四個八邊形有源區(qū)中的兩個對角八邊形區(qū)域內，漏區(qū)接觸孔放在另外兩個對角區(qū)域內；
5.根據(jù)權利要求1所述的基本單元組成及MOSFET的版圖結構，根據(jù)權利要求2所述的多晶硅條結構，根據(jù)權利要求3所述的有源區(qū)構成方式，根據(jù)權利要求4所述的源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔的排布方式，金屬繞線的特征在于金屬繞線是由金屬線如同“W”的形狀構成，金屬繞線連接所有的源區(qū)接觸孔作為 MOSFET的源極，金屬繞線連接所有漏區(qū)接觸孔作為MOSFET的漏極；
6.根據(jù)權利要求1所述的基本單元組成及MOSFET的版圖結構，根據(jù)權利要求2所述的多晶硅條結構，根據(jù)權利要求3所述的有源區(qū)構成方式，根據(jù)權利要求4所述的源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔的排布方式，根據(jù)權利要求5金屬繞線的連接方式，背柵接觸孔的特征在于在連接源區(qū)接觸孔的金屬繞線覆蓋的小正方形區(qū)域內，放置背柵接觸孔；
7.根據(jù)權利要求1所述的基本單元組成及MOSFET的版圖結構，根據(jù)權利要求2所述的多晶硅條結構，根據(jù)權利要求3所述的有源區(qū)構成方式，根據(jù)權利要求4所述的源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔的排布方式，根據(jù)權利要求5金屬繞線的連接方式，根據(jù)權利要求6背柵接觸孔的排布方式，N+注入和P+注入的特征在于在典型的CMOS工藝中，若背柵接觸區(qū)域內為N+注入，那么背柵接觸將作為PMOS管的阱接觸，除背柵接觸區(qū)域以外的其它區(qū)域需進行P+注入；相反，若背柵接觸區(qū)域內為P+注入，那么背柵接觸將作為NMOS管的襯底接觸，除背柵接觸區(qū)域以外的其它區(qū)域進行N+注入。
全文摘要
大尺寸MOSFET通常在集成電路中作為功率器件使用，常見的叉指MOSFET功率管版圖結構面積效率較低，且存在導通電阻大，寄生電容大，版圖設計規(guī)則難以滿足等缺點。針對這個問題，本發(fā)明公開了一種八邊形網格狀MOSFET功率管版圖結構，通過使用八邊形多晶硅條組成的網格把有源區(qū)分成方格陣列，實現(xiàn)了各個方向上相鄰MOSFET的源/漏共用，提高了面積利用率，同時利用相鄰八邊形斜邊組成的區(qū)域巧妙的解決了MOSFET中背柵接觸的問題。本發(fā)明公開的八邊形網格狀MOSFET功率管的基本單元由有源區(qū)、源區(qū)接觸孔、漏區(qū)接觸孔、背柵接觸孔、多晶硅條和金屬繞線組成，而整體MOSFET的版圖結構是由多個基本單元拼接實現(xiàn)的。
文檔編號H01L29/08GK102339850SQ20101022911
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權日2010年7月19日
發(fā)明者劉祥遠, 唐濤, 張民選, 李少青, 王志鵬, 趙振宇, 郭陽, 陳吉華, 韓龍, 馬卓 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學