专利名称：功率金氧半场效应晶体管的布局结构的制作方法
技术领域：
一种功率金氧半场效应晶体管(Power M0SFET)的布局结构，尤指一种借助于栅极结构的布局，得以在相同面积下增加功率晶体管通道宽度的布局结构。
背景技术：
在设计电源转换器(DC-DC)、低压差(LDO)稳压器、切换式稳压器(switching Regulator)及充电器(charger)等的电压转换电路时，其所使用的功率金氧半场效应晶体管(Power M0SFET)考虑到压差电压(dropoutvoltage)、漏极至源极电阻(Rdson)及输出电流(output current)等特性，需要较大的尺寸(size)来实现。参考图1A，图IA为传统功率金氧半场效应晶体管的布局示意图。功率金氧半场效应晶体管1有条状的栅极结构14，位于一基底100上。在栅极结构14两侧的基底100中， 分别布局有一或多个接触结构10、12，接触结构10、12分别作为功率金氧半场效应晶体管1 的漏极结构与源极结构。如图IA所示，在此布局中，功率金氧半场效应晶体管1的通道宽度为W，而通道长度为L。配合图1A，参考图1B。图IB为另一传统功率金氧半场效应晶体管的布局示意图。 功率金氧半场效应晶体管1’可以借助于增加条状的栅极结构16与一或多个接触结构18而增大尺寸。功率金氧半场效应晶体管1’具有二条栅极结构14、16，位于一基底102上。栅极结构14、16两侧的基底102分别布局有一或多个接触结构10、12、18，其中，接触结构10、 18分别作为功率金氧半场效应晶体管1’的漏极结构与源极结构，而接触结构12则作为共同接点。前述中，功率金氧半场效应晶体管1’可视为由二个功率金氧半场效应晶体管1串联所组成。前述中，传统功率金氧半场效应晶体管利用增加条状的栅极结构与一或多个接触结构的布局方式增大尺寸，以增强输出电流能力。然而，此种布局方式所需使用的布局面积相对较大，而造成传统功率金氧半场效应晶体管布局的积集度不佳，制造成本增加。
发明内容
有鉴于此，本发明揭示一种功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其在相同布局面积下，相较于传统布局结构具有更大的输出电流能力，同时，具有较小的压差电压 (dropout voltage)与较小的漏极至源极电阻(Rdson)。依据一实施例，本发明的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，包括一第一蜿蜒栅极结构，设置于一基底之中，且具有一第一边与一第二边；一第一接触结构，设置于该基底之中，且位于该第一蜿蜒栅极结构的第一边；及一第二接触结构，设置于该基底之中，且位于该第一蜿蜒栅极结构的第二边。如此，相较于相同布局面积下的传统功率金氧半场效应晶体管，本实施例的功率金氧半场效应晶体管的布局结构利用蜿蜒形状的栅极结构，在相同面积下，能够增加功率金氧半场效应晶体管有效的通道宽度(channel width)，以让输出电流能力变大，以及压差电压(dropoutvoltage)与漏极至源极电阻(Rdson)变小。
图IA为传统功率金氧半场效应晶体管的布局示意图；图IB为另一传统功率金氧半场效应晶体管的布局示意图；图2A为本发明第一实施例的布局结构示意图；图2B为本发明第二实施例的布局结构示意图；图3A为本发明第三实施例的布局结构示意图；图;3B为本发明第四实施例的布局结构示意图；及图4为本发明第五实施例的布局结构示意图。主要元件附图标记说明公知功率金氧半场效应晶体管1、1’接触结构10、12栅极结构14、16、18基底 100、102通道宽度W通道长度L本发明功率金氧半场效应晶体管的布局结构2、2’、3、3’、4第一接触结构20第二接触结构22第一蜿蜒栅极结构M基底 200、300第一蜿蜒栅极结构的第一边MO第一蜿蜒栅极结构的第二边M2弯折区24a、24b、24c、24d凹口 241、243、251、253接触物 20a、22a、26a第二蜿蜒栅极结构25第三接触结构沈第二蜿蜒栅极结构的第三边250第二蜿蜒栅极结构的第四边252蜿蜒栅极结构34、35、42弯折区340、440弯折单元；3402、4402蜿蜒分部WO、Wl、W2接触结构30、32、36耦接结构40
具体实施例方式为了有效解决传统功率金氧半场效应晶体管在大尺寸下相对需要较大的布局面积所造成制造成本增加的问题。本发明提供一种功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其将功率金氧半场效应晶体管中的栅极结构利用蜿蜒形式(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结构，本发明的功率金氧半场效应晶体管比较一般传统功率金氧半场效应晶体管，其在相同布局面积下，可以增加通道有效宽度(Channel Width)。依据公式(1)，功率金氧半场效应晶体管的输出电流Id与有效通道宽度W成正比例，因此，在相同布局面积下，本发明的功率金氧半场效应晶体管的输出电流能力也会增强。另外，具较大输出电流能力的功率金氧半场效应晶体管，其在正常工作下，具有较小的压差电压(dropout voltage)与较小的漏极至源极电阻(Rdson)。Id = 1/2 β 0ff/L (Vcs-Vth)2-------------------------------(1)以下例举一些实施例作为本发明的说明，但本发明不仅限于所举实施例。又，所举实施例也可以相互做结合，无需限制在各别的实施例。参考图2A，图2A为本发明第一实施例的布局结构示意图。功率金氧半场效应晶体管的布局结构2包括一第一接触结构20、一第二接触结构22及一第一蜿蜒栅极结构24。 其中，第一蜿蜒栅极结构M设置于一基底200之中，且具有一第一边240与一第二边M2。 第一接触结构20设置于基底200之中，且位于第一蜿蜒栅极结构M的第一边M0。第二接触结构22设置于基底200之中，且位于第一蜿蜒栅极结构M的第二边M2。复参考图2A。功率金氧半场效应晶体管的布局结构2中的第一蜿蜒栅极结构M由多个弯折区Ma、Mb、Mc、Md...串联组成，且相邻的弯折区Ma、Mb、Mc、Md…以相反方向设置。同时，第一蜿蜒栅极结构M具有一通道长度L与一通道有效宽度W，其中，第一蜿蜒栅极结构M的蜿蜒总长度代表该通道有效宽度W，即为作用宽度(functional width)。
如图2A所示，第一蜿蜒栅极结构M的通道有效宽度W为各蜿蜒分部Wl、W2…的长度总合。如此，在相同布局面积下，本发明的功率金氧半场效应晶体管的布局结构2比较一般传统功率金氧半场效应晶体管的布局结构，可以增加功率金氧半场效应晶体管的通道有效宽度(Channel Width)。因功率金氧半场效应晶体管的通道有效宽度(Channel Width)的增加，进而增强输出电流能力，并在正常工作时，产生较小的压差电压(dropout voltage) 与较小的漏极至源极电阻(Rdson)，增加整体工作效率。再次参考图2A。第一蜿蜒栅极结构M的第一边240形成一或多个凹口 Ml。并且，第一接触结构20具有一或多个接触物20a，且该接触物20a被布局对应位于凹口 241的凹陷位置处。另外，第一蜿蜒栅极结构M的第二边242同样形成一或多个凹口 M3。并且， 第二接触结构22具有一或多个接触物22a，且该接触物2 被布局对应位于凹口 243的凹陷位置处。前述中，接触物20a、2h布局设置的位置可以相互替换，另外，接触物20a、22a 为一源极接触物或一漏极接触物，以分别作为功率金氧半场效应晶体管的漏极结构与源极结构。配合图2A，请参考图2B。图2B为本发明第二实施例的布局结构示意图。为了增加功率金氧半场效应晶体管的尺寸，功率金氧半场效应晶体管的布局结构2’除了包括第一实施例的第一接触结构20、第二接触结构22及第一蜿蜒栅极结构对之外，更包括一第二蜿蜒栅极结构25与一第三接触结构26。如图2B所示。第二蜿蜒栅极结构25与第一蜿蜒栅极结构M反向对称且相邻设置于该基底200之中，其中第二蜿蜒栅极结构25具有一第三边250与一第四边252，且第三边250形成一或多个凹口 251，第四边252形成一或多个凹口 253。第二接触结构22位于第二蜿蜒栅极结构25的第三边250的凹口 251与第一蜿蜒栅极结构M的第二边M2的凹口 243之间。另外，第三接触结构沈设置于基底200之中，且位于第二蜿蜒栅极结构25的第四边252，其中，第三接触结构沈具有一或多个接触物^a，且该接触物26a被布局对应位于第二蜿蜒栅极结构25的第四边252的凹口 253。前述中，接触物20a、26a为一源极接触物或一漏极接触物，以分别作为功率金氧半场效应晶体管的漏极结构与源极结构，而接触物2 则作为共同接点。前述中，功率金氧半场效应晶体管2’可视为由二个功率金氧半场效应晶体管2串联所组成。配合图2A，参考图3A。图3A为本发明第三实施例的布局结构示意图。为了增加功率金氧半场效应晶体管的通道有效宽度W，在功率金氧半场效应晶体管的布局结构3中， 设置于一基底300的蜿蜒栅极结构34由一或多个弯折区340串联组成。其中，每一个弯折区340由多个弯折单元3402串联组成，如图3A所示，蜿蜒栅极结构34的通道有效宽度W 为各蜿蜒分部W0、W1、W2…的长度总合。如此，第三实施例的功率金氧半场效应晶体管的布局结构3所产生的通道有效宽度W将会大于第一实施例的布局结构2。配合图3A，参考图;3B。图为本发明第四实施例的布局结构示意图。为了增加功率金氧半场效应晶体管的尺寸，功率金氧半场效应晶体管的布局结构3’除了包括第三实施例的布局结构的外，更包括另一蜿蜒栅极结构35。如图;3B所示。蜿蜒栅极结构34与蜿蜒栅极结构35反向对称且相邻设置于基底 300之中，蜿蜒栅极结构34与蜿蜒栅极结构35的一边布局设置有多个共享的接触结构30。 同时，蜿蜒栅极结构34的另一边则布局设置有多个接触结构32，以及，蜿蜒栅极结构35的另一边则布局设置有多个接触结构36。前述中，接触结构32、36分别作为功率金氧半场效应晶体管的漏极结构与源极结构，而接触结构30则作为共同接点。同时，功率金氧半场效应晶体管3’可视为由二个功率金氧半场效应晶体管3串联所组成。参考图4。图4为本发明第五实施例的布局结构示意图。功率金氧半场效应晶体管的布局结构4包括多个蜿蜒栅极结构42以及一或多个耦接结构40，其中，该耦接结构40 连接于每一蜿蜒栅极结构42。如图4所示，每一个蜿蜒栅极结构42由一或多个弯折区440 串联组成，且每一个弯折区440由多个弯折单元4402串联组成。综上所述，相较于相同布局面积下的传统功率金氧半场效应晶体管，本发明各种实施例的功率金氧半场效应晶体管的布局结构利用蜿蜒形状的栅极结构，以增加通道有效宽度(channel width)，进而达到输出电流能力变大的目的，同时，让工作中的功率金氧半场效应晶体管的压差电压(dropout voltage)与漏极至源极电阻(Rdson)变小，提升整体工作效率。但是，以上所述，仅为本发明最佳的一的具体实施例的详细说明与附图，任何本领域普通技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修改皆可涵盖在本发明权利要求保护范围内。
权利要求
1 一种功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，包括一第一蜿蜒栅极结构，设置于一基底之中，且具有一第一边与一第二边；一第一接触结构，设置于该基底之中，且位于该第一蜿蜒栅极结构的第一边；及一第二接触结构，设置于该基底之中，且位于该第一蜿蜒栅极结构的第二边。
2.如权利要求1所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该第一蜿蜒栅极结构的蜿蜒总长度为一通道有效宽度。
3.如权利要求2所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该第一蜿蜒栅极结构的第一边形成一或多个凹口。
4.如权利要求3所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该第一接触结构具有一或多个接触物，且该接触物位于该凹口。
5.如权利要求4所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该接触物为一源极接触物或一漏极接触物。
6.如权利要求2所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该第一蜿蜒栅极结构的第二边形成一或多个凹口。
7.如权利要求6所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该第二接触结构具有一或多个接触物，且该接触物位于该凹口。
8.如权利要求7所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该接触物为一源极接触物或一漏极接触物。
9.如权利要求2所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该第一蜿蜒栅极结构由多个弯折区串联组成，且相邻的弯折区以相反方向设置。
10.如权利要求9所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，该弯折区具有一或多个弯折单元。
11.如权利要求2所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，更包括一第二蜿蜒栅极结构，反向对称且相邻设置于该第一蜿蜒栅极结构，该第二蜿蜒栅极结构设置于该基底之中，具有一第三边与一第四边，其中该第二接触结构位于该第二蜿蜒栅极结构的第三边与该第一蜿蜒栅极结构的第二边之间；及一第三接触结构，设置于该基底之中，且位于该第二蜿蜒栅极结构的该第四边。
12.如权利要求11所述的功率金氧半场效应晶体管的布局结构，其特征在于，更具有一或多个耦接结构，该耦接结构连接于相邻的该第一蜿蜒栅极结构与该第二蜿蜒栅极结构。
全文摘要
一种功率金氧半场效应晶体管(Power MOSFET)的布局结构包括一第一蜿蜒栅极结构，设置于一基底之中，且具有一第一边与一第二边；一第一接触结构，设置于该基底之中，且位于该第一蜿蜒栅极结构的第一边；及一第二接触结构，设置于该基底之中，且位于该第一蜿蜒栅极结构的第二边。
文档编号H01L29/78GK102386228SQ20101027622
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者周建平, 陈国强, 陈宴毅 申请人:富晶电子股份有限公司