功率管

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种功率管。

背景技术

在集成电路中，工作时有大功率特性的管子均可以称为功率管，例如在放大电路中担任末级输出的管子。现有集成电路工艺中，多数已经能够将大功率的功率管集成在集成电路芯片中并进行整体封装。

由于功率管一般来说功率远大于芯片中的其它器件，因此功率管的结构需要特别设计以适应其独特的要求，特别时功率管在工作时流过的大电流对器件的各层布局布线提出了很高的要求，在整个电流通路上，都能满足电流要求一直是功率管的设计难点。

现有设计的大功率管中，每个单根的源极和漏极的电流能力受限，且功率管的阻抗也偏大。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种功率管，增强了功率管源极和漏极对电流的导通能力，降低了功率管阻抗，提高了功率管性能。

根据本发明提供的一种功率管，包括：位于半导体衬底上方的第一有源区、第二有源区、与第一有源区连接的第一电极，以及与第二有源区连接的第二电极，第一电极和第二电极位于同一金属层，其中，功率管还包括引脚电极，引脚电极位于第一电极和第二电极之上；引脚电极包括第一引脚电极和第二引脚电极，第一引脚电极通过位于第一电极上的通孔与第一电极的第一端连接，第二引脚电极通过位于第二电极上的通孔与所述第二电极的第一端连接；第一电极的第一端的宽度小于第一电极的第二端的宽度，第二电极的第一端的宽度小于第二电极的第二端的宽度。

优选地，第一电极的第一端的长度与其上覆盖的引脚电极的宽度正相关，第二电极的第一端的长度与其上覆盖的引脚电极的宽度正相关。

优选地，第一引脚电极上设置有输出引脚，第二引脚电极上设置有输入引脚。

优选地，输入引脚和输出引脚的数量为多个。

优选地，第一引脚电极和第二引脚电极被设置为直角梯形形状，且第一引脚电极和第二引脚电极呈中心对称分布。

优选地，第一引脚电极和第二引脚电极被设置为矩形形状，且第一引脚电极和第二引脚电极呈中心对称分布。

优选地，第一电极和第二电极的数量为多个，且多个第一电极和多个第二电极交替排列，用以实现电流交互；每个第一电极的第一端与每个第二电极的第二端位于同一侧，每个第一电极的第二端与每个第二电极的第一端位于同一侧。

优选地，第一电极和第二电极均为单层的金属结构。

优选地，第一电极和第二电极均为至少两层的金属叠层结构。

优选地，第一电极和第二电极被设置成“凸”字形结构或刀型结构。

优选地，第一电极和第二电极上通孔的数量为多个。

优选地，第一电极和第二电极的邻近处形成形状互补的矩形锯齿形状。

本发明的有益效果是：本发明在功率管中设置覆盖在第一电极和第二电极之上的引脚电极，通过引脚电极与第一电极和第二电极配合实现功率管的电流能力，可以使得有引脚电极覆盖的第一电极部分和第二电极部分的金属宽度相对窄一些，在提高了整个功率管的电流能力的同时，也降低了功率管阻抗。

第一电极、第二电极和引脚电极的形状设计和布局设计，可以降低布局尺寸，节省设计成本。

第一电极、第二电极设计多个通孔和引脚电极上设计多个输入/输出引脚，有利于实现功率管的源级和漏极与电路中其它器件之间电流流入/流出的均匀性。

第一电极与第二电极的单层金属结构设计，在保证功率管可以实现基本功能的同时，也能够使功率管具有较为简单的结构，进而节省资源。

第一电极与第二电极的多层金属叠层结构设计，提高了功率管源极和漏极的电流能力上限。

第一电极与第二电极邻近处的互补矩形锯齿形状设计，提高了电流均匀性，也有利于功率管的散热。

应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出本发明第一实施例提供的功率管的俯视图；

图2示出图1中功率管沿AA＇方向的截面图；

图3示出本发明第二实施例提供的功率管的俯视图。

各图中附图标记为：

100-衬底；1-第一电极；2-第二电极；3-引脚电极；31-第一引脚电极；32-第二引脚电极；4-通孔；51-输入引脚；52-输出引脚。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图1示出本发明实施例提供的功率管的俯视图，图2示出图1中功率管沿AA＇方向的截面图，图3示出本发明第二实施例提供的功率管的俯视图。

如图1所示，本实施例中，功率管包括位于半导体衬底100上方的第一有源区、第二有源区、第一电极1、第二电极2和引脚电极3。

其中，第一有源区和第二有源区为交错排列的条形阵列形式。第一有源区与第一电极1连接，第二有源区和第二电极2连接。

集成电路工艺领域熟知，上述第一有源区和第二有源区在通常情况下为单个功率器件的源区或漏区中的任一个，功率MOS管的栅极通常通过多晶硅栅极引线另行引出，源区和漏区分别通过金属孔与上层金属(电极)实现电连接。

第一电极1和第二电极2属于同一金属层，且第一电极1和第二电极2之间间隔有一定距离。

在一个优选的实施方式中，第一电极1和第二电极2的数量为多个。且该多个第一电极1和多个第二电极2均位于同一金属层，以及多个第一电极1和多个第二电极2交替排列。通过此种方式，可以增加第一电极1和第二电极2邻近处的面积，进而实现第一电极1和第二电极2之间更好的电流交互。

进一步地，第一电极1和第二电极2可以为紧邻有源区的金属层，且在集成电路的制造工艺中，金属层通常不止一层，通过在各层金属之间打孔，实现相邻金属层之间的电学连接。

在一个可能的实施方式中，第一电极1与第二电极2为单层金属结构设计，此种实施方式在保证功率管可以实现基本功能的同时，也能够使功率管具有较为简单的结构，进而节省资源。在另一个可能的实施方式中，如图2所示，第一电极1和第二电极2均为至少两层的金属叠层结构，且第一电极1和第二电极2的每一层金属叠层均通过通孔4实现电连接。通过此种方式，增强了同一电极之间电流的流通能力，提高了功率管源极和漏极的电流能力上限。

进一步地，通孔4的横截面形状可以是圆形的，也可以是矩形的，本发明对此不做限定。

引脚电极3位于第一电极1和第二电极2之上，包括第一引脚电极31和第二引脚电极32。第一引脚电极31通过设置在第一电极1上的通孔4与第一电极1连接，第二引脚电极32通过设置在第二电极2上的通孔4与第二电极2连接。

在一个优选的实时方式中，每一个第一电极1和第二电极2上通孔4的数量均为多个，通过此种方式，可以增强不同金属层之间电流的流通特性。

根据引脚电极3覆盖每个第一电极1和第二电极2的长度的不同，相应的每个源极和漏极对应的第一电极1和第二电极2的金属片的宽度也不相同。其中，每个第一电极1或第二电极2上有引脚电极3覆盖且与引脚电极3连接的一端的宽度小于没有引脚电极3覆盖或有引脚电极3覆盖但不与引脚电极3连接的一端。这是因为，当第一电极1或第二电极2上有引脚电极3覆盖且与引脚电极3连接时，电流可以经由引脚电极3通过通孔4直接流进/流出第一电极1或第二电极2，此时即使第一电极1或第二电极2相对窄一些，也不会影响功率管的电流能力，同时还可以节省设计成本，降低布局尺寸；当第一电极1或第二电极2上没有引脚电极3覆盖或有引脚电极3覆盖但不与引脚电极3连接时，功率管中的电流需要靠第一电极1和第二电极2来实现流通，此时第一电极1和第二电极2要设计的尽量宽一些以此来满足功率管的电流能力。通过此种方式，本发明在增强了功率管源极和漏极的电流能力的同时，降低了功率管的阻抗，提高了功率管性能。

第一电极1和第二电极2均包括第一端和第二端，在第一电极1和第二电极2上，仅有第一端通过通孔4与引脚电极3连接。进一步地，第一电极1的第一端的宽度小于第一电极1的第二端的宽度，和第二电极2的第一端的宽度小于第二电极2第二端的宽度，且第一电极1的第一端的长度和第二电极2第一端的长度与其上覆盖的引脚电极3的宽度正相关。在一个可能的实施方式中，参阅图1，第一电极1和第二电极2上覆盖的引脚电极3被设置为直角梯形的形状，如图1所示，此时靠近引脚电极3上较窄的一端的第一电极1或第二电极2的第一端的长度小于靠近引脚电极3上较宽的一端的第一电极1或第二电极2的第一端的长度。在另一个可能的实施例中，第一电极1和第二电极2上引脚电极3被设置为矩形的形状，如图3所示，此时每个第一电极1的第一端的长度相同，每个第二电极2的第一端的长度也相同。

需要说明的是，第一电极1和第二电极2上引脚电极3还可以是其它形状，只要此时相应的第一电极1和第二电极2满足上述要求即可。

进一步地，为提高功率管的抗静电能力，在实际设计中应根据功率管所要承载的最大电流及功率管的总引脚数，以及每层金属单位线宽能承载的电流能力确定第一电极1的第一端和第二电极2的第一端的最小宽度。

可选地，如图1和图3所示，第一电极1和第二电极2为“凸”字形设计(参考图1)，或为刀型设计(参考图3)。同时，第一电极1的第一端与第二电极2的第二端位于同一侧，第一电极1的第二端与第二电极2的第一端位于同一侧。通过此种方式，可以增强功率管源极和漏极之间的电流交互能力，节省布局面积。

在其他可能的实施方式中，第一电极1和第二电极2的还可以是其他的一端宽一端窄的形状设计，只要可以实现上述相同功能，均应在本发明的保护范围之内。另一方面，基于上述通孔4的设计，第一电极1和第二电极2的形状设计，以及引脚电极3的形状设计，其所引申的各种组合搭配也均应在本发明的保护范围之内。

在一个优选的实施方式中，相邻的第一电极1与第二电极2之间的邻近处形成形状互补的矩形锯齿形状，通过此种方式，提高了电流均匀性，也有利于功率管的散热。

进一步地，在第一引脚电极31上设置有输出引脚52，在第二引脚电极32上设置有输入引脚51，输入引脚51和输出引脚52分别用以实现功率管的源级和漏极与电路中其它器件之间的电连接。

在一个优选的实时方式中，第一引脚电极31上输出引脚52的数量为多个，以及第二引脚电极32上输入引脚51的数量为多个，通过此种方式，有利于电流均匀的流入/流出。

在本发明实施例公开的功率管中，当该功率管处于导通状态时，电路电流从输入引脚51流入，通过第二引脚电极32流入与第二引脚电极32连接的第二电极2中，再由第二电极2流向第一电极1，由第一电极1经通孔4流向第一引脚电极31，最后由位于第一引脚电极31上的输出引脚52流出。

电流在整个功率管中流通时，由于引脚电极3与第一电极1和第二电极2的配合作用，以及第一电极1和第二电极2相应的宽窄设计，和多层叠层结构设计，在提高了整个功率管的电流能力的同时，也降低了功率管阻抗。

需要说明的是，本文中所描述的第一电极、第二电极以及引脚电极均为金属板制成，因此，第一电极、第二电极以及引脚电极可相应指代各自对应的金属板。

应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。