專利名稱：功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種功率金氧半場效應(yīng)晶體管(Power M0SFET)的布局結(jié)構(gòu)，尤指一種借助于柵極結(jié)構(gòu)的布局，得以在相同面積下增加功率晶體管通道寬度的布局結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換器(DC-DC)、低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、切換式穩(wěn)壓器(switching Regulator)及充電器(charger)等的電壓轉(zhuǎn)換電路時(shí)，其所使用的功率金氧半場效應(yīng)晶體管(Power M0SFET)考慮到壓差電壓(dropoutvoltage)、漏極至源極電阻(Rdson)及輸出電流(output current)等特性，需要較大的尺寸(size)來實(shí)現(xiàn)。參考圖1A，圖IA為傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局示意圖。功率金氧半場效應(yīng)晶體管1有條狀的柵極結(jié)構(gòu)14，位于一基底100上。在柵極結(jié)構(gòu)14兩側(cè)的基底100中， 分別布局有一或多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)10、12，接觸結(jié)構(gòu)10、12分別作為功率金氧半場效應(yīng)晶體管1 的漏極結(jié)構(gòu)與源極結(jié)構(gòu)。如圖IA所示，在此布局中，功率金氧半場效應(yīng)晶體管1的通道寬度為W，而通道長度為L。配合圖1A，參考圖1B。圖IB為另一傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局示意圖。 功率金氧半場效應(yīng)晶體管1’可以借助于增加條狀的柵極結(jié)構(gòu)16與一或多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)18而增大尺寸。功率金氧半場效應(yīng)晶體管1’具有二條柵極結(jié)構(gòu)14、16，位于一基底102上。柵極結(jié)構(gòu)14、16兩側(cè)的基底102分別布局有一或多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)10、12、18，其中，接觸結(jié)構(gòu)10、 18分別作為功率金氧半場效應(yīng)晶體管1’的漏極結(jié)構(gòu)與源極結(jié)構(gòu)，而接觸結(jié)構(gòu)12則作為共同接點(diǎn)。前述中，功率金氧半場效應(yīng)晶體管1’可視為由二個(gè)功率金氧半場效應(yīng)晶體管1串聯(lián)所組成。前述中，傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管利用增加條狀的柵極結(jié)構(gòu)與一或多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)的布局方式增大尺寸，以增強(qiáng)輸出電流能力。然而，此種布局方式所需使用的布局面積相對較大，而造成傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管布局的積集度不佳，制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明揭示一種功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其在相同布局面積下，相較于傳統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)具有更大的輸出電流能力，同時(shí)，具有較小的壓差電壓 (dropout voltage)與較小的漏極至源極電阻(Rdson)。依據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，包括一第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于一基底之中，且具有一第一邊與一第二邊；一第一接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第一邊；及一第二接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第二邊。如此，相較于相同布局面積下的傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管，本實(shí)施例的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)利用蜿蜒形狀的柵極結(jié)構(gòu)，在相同面積下，能夠增加功率金氧半場效應(yīng)晶體管有效的通道寬度(channel width)，以讓輸出電流能力變大，以及壓差電壓(dropoutvoltage)與漏極至源極電阻(Rdson)變小。


圖IA為傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局示意圖；圖IB為另一傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局示意圖；圖2A為本發(fā)明第一實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B為本發(fā)明第二實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A為本發(fā)明第三實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖；圖;3B為本發(fā)明第四實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖；及圖4為本發(fā)明第五實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件附圖標(biāo)記說明公知功率金氧半場效應(yīng)晶體管1、1’接觸結(jié)構(gòu)10、12柵極結(jié)構(gòu)14、16、18基底 100、102通道寬度W通道長度L本發(fā)明功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)2、2’、3、3’、4第一接觸結(jié)構(gòu)20第二接觸結(jié)構(gòu)22第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M基底 200、300第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第一邊MO第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第二邊M2彎折區(qū)24a、24b、24c、24d凹口 241、243、251、253接觸物 20a、22a、26a第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25第三接觸結(jié)構(gòu)沈第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第三邊250第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第四邊252蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)34、35、42彎折區(qū)340、440彎折單元；3402、4402蜿蜒分部WO、Wl、W2接觸結(jié)構(gòu)30、32、36耦接結(jié)構(gòu)40
具體實(shí)施例方式為了有效解決傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管在大尺寸下相對需要較大的布局面積所造成制造成本增加的問題。本發(fā)明提供一種功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其將功率金氧半場效應(yīng)晶體管中的柵極結(jié)構(gòu)利用蜿蜒形式(如Z字形、S字形、方波形...等) 布局在基板上。借助于蛇行形式的布局結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的功率金氧半場效應(yīng)晶體管比較一般傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管，其在相同布局面積下，可以增加通道有效寬度(Channel Width)。依據(jù)公式(1)，功率金氧半場效應(yīng)晶體管的輸出電流Id與有效通道寬度W成正比例，因此，在相同布局面積下，本發(fā)明的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的輸出電流能力也會增強(qiáng)。另外，具較大輸出電流能力的功率金氧半場效應(yīng)晶體管，其在正常工作下，具有較小的壓差電壓(dropout voltage)與較小的漏極至源極電阻(Rdson)。Id = 1/2 β 0ff/L (Vcs-Vth)2-------------------------------(1)以下例舉一些實(shí)施例作為本發(fā)明的說明，但本發(fā)明不僅限于所舉實(shí)施例。又，所舉實(shí)施例也可以相互做結(jié)合，無需限制在各別的實(shí)施例。參考圖2A，圖2A為本發(fā)明第一實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖。功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)2包括一第一接觸結(jié)構(gòu)20、一第二接觸結(jié)構(gòu)22及一第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)24。 其中，第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M設(shè)置于一基底200之中，且具有一第一邊240與一第二邊M2。 第一接觸結(jié)構(gòu)20設(shè)置于基底200之中，且位于第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的第一邊M0。第二接觸結(jié)構(gòu)22設(shè)置于基底200之中，且位于第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的第二邊M2。復(fù)參考圖2A。功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)2中的第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M由多個(gè)彎折區(qū)Ma、Mb、Mc、Md...串聯(lián)組成，且相鄰的彎折區(qū)Ma、Mb、Mc、Md…以相反方向設(shè)置。同時(shí)，第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M具有一通道長度L與一通道有效寬度W，其中，第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的蜿蜒總長度代表該通道有效寬度W，即為作用寬度(functional width)。
如圖2A所示，第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的通道有效寬度W為各蜿蜒分部Wl、W2…的長度總合。如此，在相同布局面積下，本發(fā)明的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)2比較一般傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，可以增加功率金氧半場效應(yīng)晶體管的通道有效寬度(Channel Width)。因功率金氧半場效應(yīng)晶體管的通道有效寬度(Channel Width)的增加，進(jìn)而增強(qiáng)輸出電流能力，并在正常工作時(shí)，產(chǎn)生較小的壓差電壓(dropout voltage) 與較小的漏極至源極電阻(Rdson)，增加整體工作效率。再次參考圖2A。第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的第一邊240形成一或多個(gè)凹口 Ml。并且，第一接觸結(jié)構(gòu)20具有一或多個(gè)接觸物20a，且該接觸物20a被布局對應(yīng)位于凹口 241的凹陷位置處。另外，第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的第二邊242同樣形成一或多個(gè)凹口 M3。并且， 第二接觸結(jié)構(gòu)22具有一或多個(gè)接觸物22a，且該接觸物2 被布局對應(yīng)位于凹口 243的凹陷位置處。前述中，接觸物20a、2h布局設(shè)置的位置可以相互替換，另外，接觸物20a、22a 為一源極接觸物或一漏極接觸物，以分別作為功率金氧半場效應(yīng)晶體管的漏極結(jié)構(gòu)與源極結(jié)構(gòu)。配合圖2A，請參考圖2B。圖2B為本發(fā)明第二實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖。為了增加功率金氧半場效應(yīng)晶體管的尺寸，功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)2’除了包括第一實(shí)施例的第一接觸結(jié)構(gòu)20、第二接觸結(jié)構(gòu)22及第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)對之外，更包括一第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25與一第三接觸結(jié)構(gòu)26。如圖2B所示。第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25與第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M反向?qū)ΨQ且相鄰設(shè)置于該基底200之中，其中第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25具有一第三邊250與一第四邊252，且第三邊250形成一或多個(gè)凹口 251，第四邊252形成一或多個(gè)凹口 253。第二接觸結(jié)構(gòu)22位于第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25的第三邊250的凹口 251與第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)M的第二邊M2的凹口 243之間。另外，第三接觸結(jié)構(gòu)沈設(shè)置于基底200之中，且位于第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25的第四邊252，其中，第三接觸結(jié)構(gòu)沈具有一或多個(gè)接觸物^a，且該接觸物26a被布局對應(yīng)位于第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)25的第四邊252的凹口 253。前述中，接觸物20a、26a為一源極接觸物或一漏極接觸物，以分別作為功率金氧半場效應(yīng)晶體管的漏極結(jié)構(gòu)與源極結(jié)構(gòu)，而接觸物2 則作為共同接點(diǎn)。前述中，功率金氧半場效應(yīng)晶體管2’可視為由二個(gè)功率金氧半場效應(yīng)晶體管2串聯(lián)所組成。配合圖2A，參考圖3A。圖3A為本發(fā)明第三實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖。為了增加功率金氧半場效應(yīng)晶體管的通道有效寬度W，在功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)3中， 設(shè)置于一基底300的蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)34由一或多個(gè)彎折區(qū)340串聯(lián)組成。其中，每一個(gè)彎折區(qū)340由多個(gè)彎折單元3402串聯(lián)組成，如圖3A所示，蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)34的通道有效寬度W 為各蜿蜒分部W0、W1、W2…的長度總合。如此，第三實(shí)施例的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)3所產(chǎn)生的通道有效寬度W將會大于第一實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)2。配合圖3A，參考圖;3B。圖為本發(fā)明第四實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖。為了增加功率金氧半場效應(yīng)晶體管的尺寸，功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)3’除了包括第三實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)的外，更包括另一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)35。如圖;3B所示。蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)34與蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)35反向?qū)ΨQ且相鄰設(shè)置于基底 300之中，蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)34與蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)35的一邊布局設(shè)置有多個(gè)共享的接觸結(jié)構(gòu)30。 同時(shí)，蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)34的另一邊則布局設(shè)置有多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)32，以及，蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)35的另一邊則布局設(shè)置有多個(gè)接觸結(jié)構(gòu)36。前述中，接觸結(jié)構(gòu)32、36分別作為功率金氧半場效應(yīng)晶體管的漏極結(jié)構(gòu)與源極結(jié)構(gòu)，而接觸結(jié)構(gòu)30則作為共同接點(diǎn)。同時(shí)，功率金氧半場效應(yīng)晶體管3’可視為由二個(gè)功率金氧半場效應(yīng)晶體管3串聯(lián)所組成。參考圖4。圖4為本發(fā)明第五實(shí)施例的布局結(jié)構(gòu)示意圖。功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)4包括多個(gè)蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)42以及一或多個(gè)耦接結(jié)構(gòu)40，其中，該耦接結(jié)構(gòu)40 連接于每一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)42。如圖4所示，每一個(gè)蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)42由一或多個(gè)彎折區(qū)440 串聯(lián)組成，且每一個(gè)彎折區(qū)440由多個(gè)彎折單元4402串聯(lián)組成。綜上所述，相較于相同布局面積下的傳統(tǒng)功率金氧半場效應(yīng)晶體管，本發(fā)明各種實(shí)施例的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)利用蜿蜒形狀的柵極結(jié)構(gòu)，以增加通道有效寬度(channel width)，進(jìn)而達(dá)到輸出電流能力變大的目的，同時(shí)，讓工作中的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的壓差電壓(dropout voltage)與漏極至源極電阻(Rdson)變小，提升整體工作效率。但是，以上所述，僅為本發(fā)明最佳的一的具體實(shí)施例的詳細(xì)說明與附圖，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修改皆可涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1 一種功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于一基底之中，且具有一第一邊與一第二邊；一第一接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第一邊；及一第二接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第二邊。
2.如權(quán)利要求1所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的蜿蜒總長度為一通道有效寬度。
3.如權(quán)利要求2所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第一邊形成一或多個(gè)凹口。
4.如權(quán)利要求3所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一接觸結(jié)構(gòu)具有一或多個(gè)接觸物，且該接觸物位于該凹口。
5.如權(quán)利要求4所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該接觸物為一源極接觸物或一漏極接觸物。
6.如權(quán)利要求2所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第二邊形成一或多個(gè)凹口。
7.如權(quán)利要求6所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第二接觸結(jié)構(gòu)具有一或多個(gè)接觸物，且該接觸物位于該凹口。
8.如權(quán)利要求7所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該接觸物為一源極接觸物或一漏極接觸物。
9.如權(quán)利要求2所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)由多個(gè)彎折區(qū)串聯(lián)組成，且相鄰的彎折區(qū)以相反方向設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，該彎折區(qū)具有一或多個(gè)彎折單元。
11.如權(quán)利要求2所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，更包括一第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)，反向?qū)ΨQ且相鄰設(shè)置于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)，該第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于該基底之中，具有一第三邊與一第四邊，其中該第二接觸結(jié)構(gòu)位于該第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第三邊與該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第二邊之間；及一第三接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的該第四邊。
12.如權(quán)利要求11所述的功率金氧半場效應(yīng)晶體管的布局結(jié)構(gòu)，其特征在于，更具有一或多個(gè)耦接結(jié)構(gòu)，該耦接結(jié)構(gòu)連接于相鄰的該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)與該第二蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種功率金氧半場效應(yīng)晶體管(Power MOSFET)的布局結(jié)構(gòu)包括一第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)，設(shè)置于一基底之中，且具有一第一邊與一第二邊；一第一接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第一邊；及一第二接觸結(jié)構(gòu)，設(shè)置于該基底之中，且位于該第一蜿蜒柵極結(jié)構(gòu)的第二邊。
文檔編號H01L29/78GK102386228SQ20101027622
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者周建平, 陳國強(qiáng), 陳宴毅 申請人:富晶電子股份有限公司