P型静电感应晶体管的版图设计

P型静电感应晶体管的版图设计
器件的版图设计就是在一块掩膜板上根据器件的工艺顺序和横向结构设计出确定器件各个结构的图形和尺寸的图案。

对于静电感应晶体管，主要包括其源区、栅区和金属电极的形状、大小和位置。

此外器件的沟道可以设计成网状，也可以设计成条状结构，网状结构的器件利于大电流工作，而条状结构则适合高频工作[9,10]，本实验采条状沟道。

设计器件的版图首先得确定器件有源区的形状，采用矩形、圆形或是其他多边形。

矩形结构简单，可以增大电流容量，但该结构器件的耐高压性能差；圆形和多边形结构虽然耐高压性能好，但是这两种结构的结构较为复杂，而且对晶圆利用率比较低[9,10]，本实验采用矩形有源区设计。

本实验对源电极采用源金属大面积覆盖的“扩展源电极”的设计方式。

从工厂生产出的硅片实际已经包含了外延层，因此本实验对器件的的版图介绍从有源区生长开始。

下面按照器件的工艺顺序依次给出各流程的版图。

4.1
L栅源窗口同时刻蚀版
1
如图4.1所示为该光刻板的版图布局。

在外延层上淀积生长氧化层后利用该版图和对应的光刻技术将外延层表面的相应刻蚀掉，从而打开栅区和源区的注入窗口。

图4.1 栅源同时光刻板图的全局图（左）和局部放大图（右）
版图的有源区呈矩形，栅区和源区交错排列。

源条的宽度1.5m μ，长度140m μ，栅条的宽度1.4m μ，长度160m μ，栅条与源条相距3.05m μ，源条和栅墙相距10m μ，栅墙的宽度是12m μ，下端栅墙距电极区10m μ，栅墙宽度为1500m μ。

采用栅源窗口同时刻蚀，保证了栅源窗口的间距，单方面克服了器件制作的工艺误差。

4.2 2L 、3L 栅区和源区注入版
利用光刻板打开栅区和源区窗口后，就可以分别利用离子注入的工艺生成栅区和源区。

由于栅源区的离子注入的粒子极性，注入剂量和注入时间等参数存在很大的差异，所以它们的注入工艺是先后分开的。

2L 栅区的注入光刻版图如图4.2所示。

图4.2 栅区光刻版图的全局图（左）和局部放大图（右）
栅区光刻板用于曝光打开栅区窗口，为了便于磷杂质充分注入，打开光刻胶窗口的宽度要大于1L 光刻板打开氧化层的窗口宽度，这样做也可以减少因为对版偏差而引入的离子注入误差。

所以将栅区扩散窗口，即栅条两边各外扩0.5m μ，栅墙两边也各外扩0.5m μ，则2L 版的栅条宽度是2.4m μ，栅条间距6.6m μ，栅墙宽度13m μ，栅条长度161m μ 。

3L 源区的注入光刻版图如图4.3所示。

和栅区光刻板一样，源区光刻板是用于曝光打开源区注入窗口，该掩膜版打开源区窗口的宽度也大于1L 光刻版打
开氧化层的宽度。

同样将源条上下两边各外扩0.5m μ，则该版图的源条宽度变为
2.5m μ，源条间距是6.5m μ，源条长度141m μ。

图4.3 源区光刻版图的全局图（左）和局部放大图（右）
4.3 4L 栅源金属接触版
图4.4是栅源金属接触版的版图。

栅源金属接触是指硅片上的栅区和源区与金属之间的连接。

此版利用光刻打开的窗口有源条窗口，上端的横向栅墙和纵向
图4.4 栅源金属接触版的全局图（左）和局部放大图（右）
栅墙，没有栅条和下端的横向栅墙。

相对于1L 版，接触版刻蚀窗口的各端尺寸内缩0.5m μ，这想做是为了防止因金属铝的扩散进入有源区。

接触版的源条刻蚀宽度是0.5m μ，长度139m μ，各刻蚀栅条的间距是8.5m μ，刻蚀栅墙宽度是11m μ，源条和墙条的间距是11m μ。

4.4 5L 金属反刻蚀版
金属反刻蚀就是刻蚀掉硅片表面栅墙和源区相连的金属层，从而将栅墙和源区的金属层分开。

如图4.5为金属反刻蚀版的全局图。

图4.5金属反刻蚀版全局图
金属反刻蚀版呈梳子交错嵌入状，纤细的栅墙汇聚到硅片上端，大面积金属覆盖的源区则汇聚到硅片的下端。

为了更好的分隔栅墙与源区的金属层，将4L 版栅墙两边各内缩0.5m μ，则栅墙宽度变为10m μ，长度是1500m μ，源条金属墙的宽度是140m μ，长度也是1500m μ，源条金属墙和栅条金属的墙间距是12m μ。

4.5 6L 栅源金属电极引线孔版
分隔开栅墙和源极的金属层后，就可以生长金属引线。

如图4.6为栅源金属
电极引线孔的刻蚀版图。

生长金属引线就是为了将连接栅区和源区的金属层集中化后引出电极接工作电压。

图中上面三个刻蚀窗口是栅区接触孔，面积是2130130m μ⨯，引线孔之间的横向距离是356m μ，下面的三个刻蚀窗口是源区接触孔，面积也是2130130m μ⨯，间距也为356m μ，而栅源接触孔之间纵向垂直距离是1600m μ。

图4.6 栅源金属电极引线孔版图
本章节介绍的版图是将很多个p 型沟道SIT 集成在一各硅片上。

在拿到已经生长外延层的硅片后，利用这些版图，按照器件制作的工艺步骤，即可制成p 型沟道SIT 的芯片。