專利名稱：一種mos類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
通常以器件中能通過的最大電流和能承受的最大電壓來標(biāo)志功率器件的設(shè)計和制造水平。對MOS類功率器件(如MOSFET和IGBT)而言，其電流容量與其溝道寬度成正比， 所以通過的電流大就對應(yīng)著盡可能大的溝道寬度。為了增大器件的溝道寬度，在有限的芯片面積上，通常是把一個大器件分成一定數(shù)量的小器件并聯(lián)起來，其中每個小器件被稱為一個單元或元胞(cell)，這就是功率器件元胞概念的由來。隨著功率器件的發(fā)展，提出了各種不同類型的元胞結(jié)構(gòu)。原則上，元胞結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平以其在單位面積上實現(xiàn)溝道寬度的大小來衡量。目前，MOS類功率器件經(jīng)常采用的元胞結(jié)構(gòu)有如圖1所示的條形元胞條形阱結(jié)構(gòu)， 其中，標(biāo)號11表示接觸孔的寬度，12表示阱的寬度，13表示單位元胞的寬度。此外，MOS類功率器件也經(jīng)常采用方元胞方阱、六角元胞圓阱等結(jié)構(gòu)。這些常規(guī)的元胞結(jié)構(gòu)排布非常簡單，但卻不是最緊湊的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)不夠緊湊的缺點，提出了一種MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)，能夠使元胞結(jié)構(gòu)的排布緊湊，降低MOS類功率器件的正向?qū)▔航?。一種MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)，在所述元胞結(jié)構(gòu)的俯視平面上，沿曲條形布置兩條柵極，兩條柵極之間的距離是變化的，在所述柵極之間布置有阱，在所述阱中布置源區(qū)，兩條柵極之間還布置有接觸孔，所述接觸孔同時與所述源區(qū)和所述阱區(qū)相接觸。由于本發(fā)明元胞結(jié)構(gòu)的柵極為曲條形，兩條柵極之間的距離是變化的，所以能夠大大縮小阱的寬度，提高單位面積元胞的填充密度，從而增加MOS類功率器件的溝道寬度， 降低MOS類功率器件的溝道電阻，并最終降低MOS類功率器件的正向?qū)▔航怠?br>

圖1為現(xiàn)有條形元胞條形阱元胞結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖2為IGBT器件的導(dǎo)通電阻的組成分量示意圖；圖3為IGBT器件的柵極寬度a和阱寬度s的定義示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的MOS類功率器件元胞結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的MOS類功率器件元胞結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖6為目前常用的功率器件元胞結(jié)構(gòu)及其單位面積溝道寬度的比較。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)進行詳細描述。MOS類功率器件(例如MOSFET或IGBT)是重要的大功率開關(guān)器件，其正向?qū)▔?br> 3降是最重要的性能參數(shù)之一。在功率器件設(shè)計中，為了獲得小的正向?qū)▔航?，需要盡量減小導(dǎo)通電阻。下面首先以IGBT器件為例，對導(dǎo)通電阻的組成分量進行說明。如圖2所示，IGBT器件100的導(dǎo)通電阻主要包括溝道電阻R。h、相鄰兩個P阱間的電阻(也稱為JFET電阻) 、外延層電阻Repi、 以及柵極正下方在η-層上形成的表面電荷積累層電阻Ra，其中，溝道電阻R。h是MOS類功率器件導(dǎo)通電阻的重要組成部分，因此，器件設(shè)計中希望獲得盡量小的溝道電阻R。h，以獲得小的正向?qū)▔航?。由溝道電阻的公式R。h = L/[WX μ XCox(Vg-Vth)]可知，溝道電阻R。h的大小與溝道寬長比W/L成反比，其中，L和W分別為溝道的長度和寬度，μ為電子遷移率， Cox為單位面積柵氧化層電容，Vg和Vth分別為MOS類功率器件的柵極電壓和閾值電壓。由于在相同的工藝條件下，溝道長度L基本保持不變，所以，MOS類功率器件單位面積溝道寬度的大小就決定了溝道電阻的大小，溝道寬度W越大，溝道電阻R。h越小。另外，如圖2所示，對于MOS類功率器件，由于存在JFET效應(yīng)，所以JFET電阻&也是MOS類功率器件的導(dǎo)通電阻的重要組成部分。為了減小JFET電阻&，在器件設(shè)計中，通常使柵極寬度a大于阱寬度s，a和s的定義可如圖3所示。在對本發(fā)明提供的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)進行詳細描述之前，首先對目前常用的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)及其單位面積溝道寬度的比較進行簡單介紹，如表1所示。 通過簡單的計算可知，當(dāng)a > s時，在七種元胞結(jié)構(gòu)中，條形元胞條形阱元胞結(jié)構(gòu)的單位面積溝道寬度最大，其中，g表示與元胞結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，a為柵極寬度，s為阱寬度。接下來詳細描述本發(fā)明提供的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供一種MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)，其中，在所述元胞結(jié)構(gòu)的俯視平面上，沿曲條形布置兩條柵極，兩條柵極之間的距離是變化的，在所述柵極之間布置有阱，在所述阱中布置源區(qū)，兩條柵極之間還布置有接觸孔，所述接觸孔同時與所述源區(qū)和所述阱區(qū)相接觸。由于本發(fā)明元胞結(jié)構(gòu)的柵極為曲條形，兩條柵極之間的距離是變化的，所以能夠大大縮小阱的寬度，提高單位面積元胞的填充密度，從而增加MOS類功率器件的溝道寬度， 降低MOS類功率器件的溝道電阻，并最終降低MOS類功率器件的正向?qū)▔航?。?yōu)選地，如圖4所示，本發(fā)明提供的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)401中的兩條柵極相對于元胞的延伸方向鏡像對稱，其中，元胞結(jié)構(gòu)401的阱區(qū)如圖4中的標(biāo)號C所示。通過采用鏡像結(jié)構(gòu)，使得在滿足集成電路設(shè)計規(guī)則要求的情況下，既能夠使兩條柵極之間容納接觸孔，又能夠縮小兩條柵極之間不布置接觸孔處的阱的寬度。由于在器件設(shè)計中，阱區(qū)的設(shè)計寬度主要受版圖設(shè)計規(guī)則中最小接觸孔寬度和多晶硅到接觸孔的最小間距的影響，因此，與現(xiàn)有技術(shù)中的條形元胞條形阱結(jié)構(gòu)相比，圖4所示的元胞結(jié)構(gòu)401使得阱區(qū)的面積大大縮小，這樣就提高了單位面積元胞的填充密度，進而在消耗同樣芯片面積的前提下，采用本發(fā)明提供的元胞結(jié)構(gòu)時的溝道寬長比就比采用常規(guī)條形元胞條形阱結(jié)構(gòu)時的寬長比要大得多，因此，降低了 MOS類功率器件的溝道電阻，并最終降低了 MOS類功率器件的正向?qū)▔航怠?yōu)選地，本發(fā)明提供的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)中，柵極呈脈沖波形貌并且所述脈沖波形的彎曲處的彎曲角度可以為135度，如圖4所示。在呈脈沖波形貌的柵極的彎曲處采用135度的彎曲角度，使得本發(fā)明的元胞結(jié)構(gòu)不易發(fā)生局部雪崩擊穿。將圖1所示的條形元胞條形阱結(jié)構(gòu)與圖4所示的元胞結(jié)構(gòu)相比較可知，本發(fā)明提供的元胞結(jié)構(gòu)中柵極條的排布更加緊密，在消耗同樣芯片面積的前提下，采用本發(fā)明提供的元胞結(jié)構(gòu)時的柵極寬度要寬于采用條形元胞條形阱元胞結(jié)構(gòu)時的柵極寬度，例如，在芯片面積相同的情況下， 圖1中存在5個元胞，而圖4中存在6個元胞。而且，在不犧牲更多芯片面積的同時，圖4 所示的元胞結(jié)構(gòu)可以輕易地容納分布式背柵接觸孔。此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，在圖4所示的元胞結(jié)構(gòu)中，A處和B處的長度比例可以為 1 1或者其他比例。而且，圖4所示的元胞結(jié)構(gòu)中，柵極之間距離最大的位置處布置了兩個接觸孔，但這只是示例性的，并不限制本發(fā)明的范圍，例如，柵極之間距離最大的位置處可以布置更多或更少的接觸孔。優(yōu)選地，本發(fā)明提供的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)中，柵極呈正弦波形貌，如圖5 所示的元胞結(jié)構(gòu)501，這樣，本發(fā)明的元胞結(jié)構(gòu)不易發(fā)生局部雪崩擊穿。其中，圖5所示的元胞結(jié)構(gòu)中，兩條柵極也是相對于元胞的延伸方向鏡像對稱，并且元胞結(jié)構(gòu)501的阱區(qū)如圖5 中的標(biāo)號C所示。同樣地，將圖1所示的條形元胞條形阱元胞結(jié)構(gòu)與圖5所示的元胞結(jié)構(gòu)相比較可知，圖5所示的元胞結(jié)構(gòu)中柵極條的排布更加緊密，在消耗同樣芯片面積的前提下，采用圖5中的元胞結(jié)構(gòu)時的柵極寬度要寬于采用條形元胞條形阱結(jié)構(gòu)時的柵極寬度， 例如，在芯片面積相同的情況下，圖1中存在5個元胞而圖5中存在6個元胞。此外，雖然圖5中在柵極之間距離最大的位置處示出了兩個接觸孔，但這并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。當(dāng)然，還可以將圖4和圖5中的柵極形狀相結(jié)合，例如，使元胞結(jié)構(gòu)中的其中一條柵極呈脈沖波形貌且在所述脈沖波形的彎曲處的彎曲角度為135度，另一條柵極呈正弦波形貌，并且所述柵極之間距離最大的位置處為正弦波形的波峰或波谷。此外，所述接觸孔可以布置在所述柵極之間最大距離和最小距離之間的距離所對應(yīng)的位置處，也可以僅布置在對應(yīng)于所述柵極之間距離最大的位置處。以上僅通過優(yōu)選實施方式對本發(fā)明MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)進行了詳細描述， 應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進行各種變形和修改。
權(quán)利要求
1.一種MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)，在所述元胞結(jié)構(gòu)的俯視平面上，沿曲條形布置兩條柵極，兩條柵極之間的距離是變化的，在所述柵極之間布置有阱，在所述阱中布置源區(qū)， 兩條柵極之間還布置有接觸孔，所述接觸孔同時與所述源區(qū)和所述阱區(qū)相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元胞結(jié)構(gòu)，其中，所述兩條柵極相對于元胞的延伸方向鏡像對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的元胞結(jié)構(gòu)，其中，所述柵極呈脈沖波形貌，并且所述脈沖波形的彎曲處的彎曲角度為135度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的元胞結(jié)構(gòu)，其中，所述柵極呈正弦波形貌。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元胞結(jié)構(gòu)，其中，其中一條柵極呈脈沖波形貌且在所述脈沖波形的彎曲處的彎曲角度為135度，另一條柵極呈正弦波形貌，并且所述柵極之間距離最大的位置處為正弦波形的波峰或波谷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的元胞結(jié)構(gòu)，其中，所述接觸孔布置在所述柵極之間最大距離和最小距離之間的距離所對應(yīng)的位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的元胞結(jié)構(gòu)，其中，所述接觸孔布置在對應(yīng)于所述柵極之間距離最大的位置處。
全文摘要
本發(fā)明提供一種MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)，在所述元胞結(jié)構(gòu)的俯視平面上，沿曲條形布置兩條柵極，兩條柵極之間的距離是變化的，在所述柵極之間布置有阱，在所述阱中布置源區(qū)，兩條柵極之間還布置有接觸孔，所述接觸孔同時與所述源區(qū)和所述阱區(qū)相接觸。本發(fā)明針對現(xiàn)有MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)不夠緊湊的缺點，提出的MOS類功率器件的元胞結(jié)構(gòu)，能夠使元胞結(jié)構(gòu)的排布緊湊，降低MOS類功率器件的正向?qū)▔航怠?br> 文檔編號H01L29/06GK102487076SQ20101058962
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者吳海平, 賈榮本 申請人:比亞迪股份有限公司