[發明專利]一種MOS類功率器件的元胞結構

無效

• 申請號: 201010589626.2
• 申請日: 2010-12-03
• 公開（公告）號: CN102487076A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: 賈榮本;吳海平
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/06;H01L29/739;H01L29/78
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 南毅寧;周建秋

技術領域

本發明涉及半導體領域，尤其涉及一種MOS類功率器件的元胞結構。?

背景技術

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志功率器件的設計和制造水平。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量的小器件并聯起來，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。隨著功率器件的發展，提出了各種不同類型的元胞結構。原則上，元胞結構的設計水平以其在單位面積上實現溝道寬度的大小來衡量。?

目前，MOS類功率器件經常采用的元胞結構有如圖1所示的條形元胞條形阱結構，其中，標號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類功率器件也經常采用方元胞方阱、六角元胞圓阱等結構。這些常規的元胞結構排布非常簡單，但卻不是最緊湊的結構。?

發明內容

本發明針對現有MOS類功率器件的元胞結構不夠緊湊的缺點，提出了一種MOS類功率器件的元胞結構，能夠使元胞結構的排布緊湊，降低MOS類功率器件的正向導通壓降。?

一種MOS類功率器件的元胞結構，在所述元胞結構的俯視平面上，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，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和所述阱區相接觸。?

由于本發明元胞結構的柵極為曲條形，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類功率器件的正向導通壓降。?

附圖說明

圖1為現有條形元胞條形阱元胞結構的俯視圖；?

圖2為IGBT器件的導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為根據本發明一種實施方式的MOS類功率器件元胞結構的俯視圖；?

圖5為根據本發明另一實施方式的MOS類功率器件元胞結構的俯視圖；?

圖6為目前常用的功率器件元胞結構及其單位面積溝道寬度的比較。?

具體實施方式

下面結合附圖對本發明MOS類功率器件的元胞結構進行詳細描述。?

MOS類功率器件(例如MOSFET或IGBT)是重要的大功率開關器件，其正向導通壓降是最重要的性能參數之一。?

在功率器件設計中，為了獲得小的正向導通壓降，需要盡量減小導通電阻。下面首先以IGBT器件為例，對導通電阻的組成分量進行說明。如圖2所示，IGBT器件100的導通電阻主要包括溝道電阻R_ch、相鄰兩個p阱間的電阻(也稱為JFET電阻)R_j、外延層電阻R_epi、以及柵極正下方在n-層上形成的表面電荷積累層電阻R_a，其中，溝道電阻R_ch是MOS類功率器件導通電阻的重要組成部分，因此，器件設計中希望獲得盡量小的溝道電阻R_ch，以獲得小的正向導通壓降。由溝道電阻的公式R_ch＝L/[W×μ×C_ox(V_g-V_th)]可知，?溝道電阻R_ch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，C_ox為單位面積柵氧化層電容，V_g和V_th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_ch越小。另外，如圖2所示，對于MOS類功率器件，由于存在JFET效應，所以JFET電阻R_j也是MOS類功率器件的導通電阻的重要組成部分。為了減小JFET電阻R_j，在器件設計中，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。?