[發明專利]一種功率器件版圖中金屬連線的設計方法

有效

• 申請號: 202011421030.1
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112541320B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 曾令宇
• 申請（專利權）人: 深圳英集芯科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/394
• 分類號: G06F30/394;H01L23/528;H01L27/02
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 盧澤明

本發明提供一種功率器件版圖中金屬連線的設計方法，功率器件包括至少三層金屬，該設計方法中，次頂金屬層Mt?1會在表示相反信號的頂金屬層Mt下方形成一個類似于Slot的分布結構，使次頂金屬層Mt?1所表示的信號既有X方向上的連接導通又有Y方向上的連接導通，在頂金屬層Mt的下方，第三金屬層Mt?2上的電流直接通過接觸孔Vt和接觸孔Vt?1連接導通到頂金屬層Mt上，加強次頂金屬層Mt?1在版圖中的連接導通能力，縮小了次頂金屬層Mt?1和頂金屬層Mt在版圖連線中的導電能力差距，從而使整個版圖中的電流密度分布更加均勻，導通電阻減小，功耗降低，效率提高。

【技術領域】

本發明涉及集成電路器件技術，尤其涉及一種功率器件版圖中金屬連線的設計方法。

【背景技術】

在集成電路版圖設計中，功率器件的版圖設計是一個重要環節，功率器件版圖設計的優劣往往決定著集成電路的性能好壞，是決定集成電路設計成敗的關鍵性因素。評價功率器件版圖設計好壞的主要指標包括版圖面積利用率、噪聲隔離、導通電阻(Rdson)大小、額定電流通過功率器件時電流通路上金屬線寬是否滿足電流要求、以及在整個功率器件版圖中的電流密度分布是否均勻等，這些因素將影響功率器件效率高低甚至決定功率器件能否順利工作。

在集成電路設計過程中，當電路設計工程師選擇使用特定工藝下的功率器件并確定了器件相關參數后，其本征電阻值也相應確定。接下來的版圖設計環節需要完成的是在版圖設計軟件中使用各層金屬(Metal)以及它們之間的相互連接孔(Contact/Via/Vt)將功率器件的源端(Source)和漏端(Drain)從器件層(OD)連接到最頂層相應輸入信號(VIN)、輸出信號(VOUT)的焊盤(PAD)上完成電氣連接，并保證整個電流通路上的任意一點都能滿足電流密度要求，確保工作時不會因電流過大被燒毀，同時保證連接線以及連接孔的寄生電阻盡可能小，即IR-drop盡可能小，從而達到降低整體功耗改善效率的目的。

實際設計項目中，用于連接功率器件的金屬層次數量，是根據特定項目的特定工藝而定，但是可普遍劃分為頂金屬層(Top?metal，Mt)和除頂層以外的普通金屬層(Mt-1、Mt-2---Mt-n)。頂金屬層(Mt)一般使用厚金屬，具體厚度視工藝而定，其特點是電氣導通性能強；普通金屬層(Mt-1、Mt-2---Mt-n)各層厚度往往比頂金屬層(Mt)小得多，因此電氣導通性能也比頂金屬層(Mt)弱。

如圖1和圖2所示，在傳統的功率器件版圖設計中，頂金屬層(Top?metal，Mt)直接連接到焊盤(PAD)上，其特點是寬度和厚度都很大，電流導通性能強，能通過大電流的同時保證小電阻，降低寄生電阻(IR-drop)，輸入信號(VIN)、輸出信號(VOUT)的兩個信號呈“叉指”排布；次頂層金屬(Mt-1)相比于頂層金屬(Mt)，寬度和厚度往往都小得多，電流導通性能也相對較弱，輸入信號(VIN)、輸出信號(VOUT)兩個信號也呈“叉指”排布。這兩層金屬在相對位置上垂直交叉，并在相交互部分通過連接孔(或稱接觸孔，均采用符號Vt表示)連接實現電氣導通。從上到下的第二金屬層(或稱次頂金屬層，均采用符號Mt-1表示)和第三金屬層(Mt-2)重疊并行同樣通過連接孔(Vt-1)連接。這樣就會存在一個問題，當頂金屬層(Mt)很寬，且信號為輸入信號(VIN)時，次頂金屬層(Mt-1)流過的相反信號輸出信號(VOUT)連線會形成一個較大跨度的“弱連接”區域，這樣就會造成，普通金屬的電氣導通性能比頂金屬層(Mt)弱得多，因此這會導致最終流經功率器件陣列(Device?Array)中的每一個溝道的電流密度越發不均，影響功率器件整體工作性能。

所以，在功率器件版圖設計中，為了使功率器件能獲得最佳的工作效能，各層金屬往往需要同時配合使用，但是它們在配合使用的過程中，不同的連接方法也會使最終結果有所差異，因此設計師迫切需要設計一種用于功率器件版圖各層金屬互連的最優化方法。

【發明內容】

本發明提供一種旨在減小“弱連接”對功率器件性能帶來的影響，改善功率器件電流密度分布，同時較好的減小功率器件金屬連線電阻，降低功耗、改善效率的功率器件版圖中金屬連線的設計方法。