[发明专利]一种八边形网格状MOSFET功率管版图结构

说明书

技术领域

本发明属于集成电路版图设计领域，主要涉及一种大尺寸MOSFET功率管的版图拓扑结构，特指一种用八边形网格状的MOSFET功率管的版图实现方式。

背景技术

在开关电源、低压降稳压器等集成电路中，大尺寸的晶体管经常被用作大电流开关或大功率器件。为了与低功率或者小信号器件加以区分，专门为这类应用而设计的器件称为功率管，主要有双极型晶体管和场效应晶体管两种。与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有所需驱动功率小、器件功率容量大以及工艺兼容性好等优点，应用十分广泛。

作为功率器件使用的MOSFET通常需要较大的尺寸。以用作开关的MOSFET功率管为例加以分析，MOSFET的输入为容性网络，驱动器件时必须对输入电容进行充、放电，驱动的是电容负载。因此，驱动MOSFET的实质就是驱动电路产生脉冲信号源，对其栅极电容进行充、放电，并使其在规定的栅极电荷或相应的栅极阈值电压下开通或关断的控制过程。由于功率管导通时必然存在一定的导通电阻，这会带来一定的导通损耗，从而影响电源的转换效率。为了获得较高的转换效率，则必须采用低导通电阻的开关管，要获得低的导通电阻就必须采用大尺寸的功率管。而事实上，MOSFET功率管在做其它功能使用时，也同样存在上述的问题。

MOSFET版图的面积效率十分重要。使用大尺寸的MOSFET功率管，虽然在理论上降低了功率管的导通电阻，但是在版图制作过程中MOSFET功率管将占用非常大的芯片面积，金属连线和焊线电阻对最终导通电阻值影响很大，同时也会引入较大的寄生电容，严重影响MOSFET功率管的响应速度。常规叉指结构的MOSFET功率管(版图如图1所示)，其性能固然有所提高，但不得不牺牲更大的面积来解决源/漏接触以及背栅接触的问题，增加了芯片的成本。

发明内容

如前文所述，图1所示的常规叉指MOSFET功率管结构，芯片面积利用率较低，寄生电容和电阻较大。针对这个问题，本发明公开了一种八边形网格状MOSFET功率管版图结构，其结构示意图如图2所示，其主要技术思想体现为：

1.通过使用八边形多晶硅条组成的网格把有源区分成方格阵列，实现了相邻MOSFET的源/漏共用，提高了面积利用率；

2.八边形多晶硅条组成的方格阵列中，小正方形的网格区域可以作为背栅接触使用，且仅需要使用通孔与其正上方连接源区接触孔的金属绕线连接，巧妙的解决了叉指结构中背栅接触与源/漏距离较大问题，不增加额外的布线开销，进一步提高了面积利用率。

针对图1的叉指MOSFET功率管的结构，八边形网格结构的MOSFET功率管主要技术优势体现在如下几个方面：

1.八边形网格结构，因其源/漏的共用以及背栅接触问题的巧妙解决，较大的提高了版图面积利用率，且寄生电容和电阻有所降低，使得MOSFET功率管的工作性能获得较大的提高；

2.八边形网格状结构中所有图形均为0°、45°、90°或135°放置，不存在其它角度的图形，因此不存在版图格点错误；

3.八边形网格结构面积的减小有效降低了芯片成本；

4.八边形网格结构较叉指结构相比具有更好的版图填充性，其效果使得MOSFET功率管的跨导提高，MOSFET功率管工作效率更高。

附图说明

图1叉指结构MOSFET功率管示意图；

图2本发明公开的八边形网格状MOSFET功率管的版图示意图；

图3图2所示的新型结构中，有源区覆盖多晶硅条方式的示意图；

图4以PMOS管为例，N阱排布、P+注入和N+注入的方式示意图；

图5本发明公开的八边形网格状MOSFET基本单元的版图概要步骤；

图6本发明公开的八边形网格状MOSFET版图结构与叉指状版图结构的面积效率对比。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明公开的八边形网格状MOSFET功率管版图结构。