本技術(shù)涉及半導(dǎo)體，特別涉及一種具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，將這一方法縮小或放大后同樣適用于集成電路、功率器件或光電芯片等場景，尤其適用于sot23封裝，小功率器件或器件密集排布的集成電路高頻應(yīng)用場景。

背景技術(shù)：

1、晶體管版圖設(shè)計(jì)是晶體管制造中的關(guān)鍵步驟，正因?yàn)榫w管作為集成電路的基本元素，所以晶體管版圖設(shè)計(jì)也是集成電路制造中的關(guān)鍵步驟，指根據(jù)電路對器件的技術(shù)要求，在半導(dǎo)體硅片上設(shè)計(jì)各個功能區(qū)塊的物理布局。這一過程直接影響到芯片的性能、功耗、面積和可靠性。把晶體管版圖作為基本元素，與特定工藝的電路元器件在硅片上的幾何圖形組合，依據(jù)相應(yīng)的工藝順序制造，如曝光、蝕刻等，構(gòu)成了集成電路制造工藝步驟。常見的雙極型晶體管是通過一定的工藝，與晶體管版圖設(shè)計(jì)配套組成完整的生產(chǎn)過程，制作出npn或pnp型晶體管。晶體管在結(jié)構(gòu)上被分為三個區(qū)域，分別為發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)，其中基區(qū)位于集電區(qū)與發(fā)射區(qū)之間。發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)分別引出成為發(fā)射極e、基極b、集電極c。

2、傳統(tǒng)雙極型晶體管的版圖設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示，傳統(tǒng)雙極型晶體管縱向設(shè)計(jì)示意圖如圖2所示。

3、傳統(tǒng)雙極型晶體管設(shè)計(jì)如圖1及圖2所示：

4、隔離區(qū)4內(nèi)的最外層為集電區(qū)1，所述集電區(qū)1向內(nèi)向上包圍基區(qū)2，所述基區(qū)2呈矩形且與所述集電區(qū)1外部的隔離區(qū)4不直接接觸。所述基區(qū)2向內(nèi)向上包圍發(fā)射區(qū)3，所述發(fā)射區(qū)3呈矩形且與所述基區(qū)2外部的集電區(qū)1不直接接觸。

5、在傳統(tǒng)雙極型晶體管版圖中，基區(qū)多采用矩形或圓形設(shè)計(jì)，發(fā)射區(qū)也隨之呈現(xiàn)出較為單一的幾何形狀。而矩形基區(qū)尖角處易產(chǎn)生電場集中，形成晶體管的性能隱患，致使器件可靠性下降；圓形基區(qū)的晶體管版圖結(jié)構(gòu)在實(shí)際制造中，圓形邊緣的光刻對準(zhǔn)精度控制難度較高，同時會令器件參數(shù)匹配效率降低，導(dǎo)致性能難以提高的同時，還會造成芯片面積浪費(fèi)。傳統(tǒng)雙集型晶體管應(yīng)用于某些特殊環(huán)境，例如高功率、大電流工作時，容易造成局部過熱從而導(dǎo)致性能下降或失效。因此傳統(tǒng)雙極型晶體管版圖結(jié)構(gòu)存在：電流/電場分布不均勻、熱集中效應(yīng)顯著等缺陷。

6、有鑒于此，特提出本技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于提供一種具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，以解決傳統(tǒng)雙極型晶體管版圖設(shè)計(jì)方法引起的電流/電場分布不均勻、熱集中效應(yīng)顯著等問題，同時在集成組合便利性、結(jié)電容的平衡性、微小封裝的便利性及受熱狀態(tài)穩(wěn)定性等方面具有優(yōu)勢。

2、本技術(shù)的構(gòu)思是：設(shè)計(jì)具有正六邊形外形特征的基區(qū)，通過六邊形幾何特性(對稱性及各向同性熱膨脹特性)，解決傳統(tǒng)雙極型晶體管版圖設(shè)計(jì)方法中矩形或圓形結(jié)構(gòu)的固有缺陷，提升集成電路器件密度、電氣性能及散熱能力，便于技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)封裝工藝簡化、電學(xué)參數(shù)均衡與長期可靠性提升。

3、為此，提出一種具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，如圖3、圖4、圖5所示。具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖包括：鈍化層8、隔離區(qū)9、埋層10、金屬層11、襯底12，位于所述隔離區(qū)9內(nèi)的集電區(qū)1，被所述集電區(qū)1向內(nèi)向上包圍的具有正六邊形外形特征的基區(qū)2，被所述正六邊形基區(qū)2向內(nèi)向上包圍的發(fā)射區(qū)3和高濃度基區(qū)7，發(fā)射區(qū)3、基區(qū)2和集電區(qū)1引出的電極分別為發(fā)射極(e)6、基極(b)5和集電極(c)4。

4、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，所述基區(qū)2呈正六邊形。

5、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，所述發(fā)射區(qū)3和高濃度基區(qū)7為滿足晶體管性能需求，按幾何規(guī)則呈叉指狀排布。

6、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，根據(jù)所述發(fā)射區(qū)3和所述高濃度基區(qū)7排布，所述正六邊形基區(qū)的晶體管版圖結(jié)構(gòu)存在多基極和多發(fā)射極設(shè)計(jì)。

7、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，所述高濃度基區(qū)7、發(fā)射區(qū)3以及位于基區(qū)2正上方的集電區(qū)1處打有接觸孔，所述金屬層11通過接觸孔或襯底12分別引出發(fā)射極(e)6、基極(b)5和集電極(c)4。

8、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，所述發(fā)射極(e)6、基極(b)5和集電極(c)4的焊位(焊盤)分布尤其適用于sot23封裝，同時也適用其他封裝形式。

9、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，對所述晶體管版圖進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，無需調(diào)整其版圖布局，存在具有相同性質(zhì)的旋轉(zhuǎn)版圖的引線封裝方案。

10、對于所述具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖設(shè)計(jì)方法，所述集電區(qū)1與基區(qū)2摻雜類型不同，與發(fā)射區(qū)3摻雜類型相同。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的有益效果為：

12、(1)電流分布、電場均勻性優(yōu)化。正六邊形的幾何對稱性優(yōu)于矩形，能夠?qū)崿F(xiàn)更均勻的電流分布，減少邊緣處的電流密度集中，避免集邊效應(yīng)；正六邊形的頂點(diǎn)角度(120°)有助于平滑電場分布，降低局部電場尖峰，從而提升擊穿電壓和耐壓能力。

13、(2)結(jié)間電容均衡優(yōu)化。通過在正六邊形基區(qū)基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)合正六邊形發(fā)射集的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：合理分配了發(fā)射集周長面積比，大大提高了單位發(fā)射集周長電流容量，減小電流集邊效應(yīng)的影響，提升了晶體管可承受的電流、功率性能；縮小了發(fā)射區(qū)間的間距，在一定程度上減少了收集結(jié)面積，平衡、緩和晶體管工作過程中的結(jié)間電容，為晶體管提供了穩(wěn)定的工作性能。

14、(3)熱管理效率優(yōu)化。六邊形的蜂窩狀結(jié)構(gòu)可類比自然界的高效散熱設(shè)計(jì)，如蜂巢，熱量從中心向多方向擴(kuò)散，無論版圖如何旋轉(zhuǎn)，器件發(fā)熱區(qū)域的熱分布狀態(tài)均不產(chǎn)生變化，同時提供了大而平坦的有效收集結(jié)面，大大提高了晶體管收集結(jié)的散熱效率，均勻的熱分布允許更高的功率密度，適合高頻大功率器件。

15、(4)在不改變外形幾何尺寸的條件下，方便地有軸對稱構(gòu)形，對于密集排布的集成電路晶體管之間的布線優(yōu)化及簡化有明顯優(yōu)勢。此外，在產(chǎn)品定型后對單一晶體管的布線進(jìn)行改進(jìn)，也不會影響到整體布線，具有很好的便捷性。

16、具體地，圖6為具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖做軸鏡像旋轉(zhuǎn)示意圖。如圖6-a所示，當(dāng)具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖做縱軸鏡像旋轉(zhuǎn)后，其版圖布局無需調(diào)整；如圖6-b所示，當(dāng)具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖做橫軸鏡像旋轉(zhuǎn)后，其版圖布局無需調(diào)整；如圖6-c所示，當(dāng)具有正六邊形基區(qū)外形特征的晶體管版圖做先橫軸再縱軸鏡像旋轉(zhuǎn)后，其版圖布局無需調(diào)整。綜上所述，本技術(shù)極大方便了密集設(shè)計(jì)的ic布線及后續(xù)的技術(shù)改進(jìn)。

17、(5)版圖面積利用率優(yōu)化。六邊形基區(qū)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)與其他六邊形單元緊密排列，提升集成密集度，適用于高密度集成電路。

18、(6)生產(chǎn)、封裝便捷性優(yōu)化。通過在設(shè)計(jì)過程中，引入防呆元素，便于生產(chǎn)鏈相關(guān)聯(lián)廠家進(jìn)行良好定位、高效高質(zhì)完成生產(chǎn)工作；六邊形中心對稱，允許0°、60°、120°、180°等多角度旋轉(zhuǎn)安裝，兼容不同封裝方向需求，且發(fā)射極e、基極b和集電極c的焊位(焊盤)分布便于sot23及其他封裝形式。

19、(7)光刻過程中正六邊形基區(qū)外形特征的版圖的桶型失真及枕形失真影響都較小，晶圓中心區(qū)及邊緣的差別變小，根據(jù)正六邊形基區(qū)外形特征的版圖制作的微細(xì)線寬器件的良率得以提高，對于目前我國精細(xì)光刻技術(shù)的不足有一定彌補(bǔ)作用。

20、(8)抗潮氣性能優(yōu)化。通過設(shè)置鈍化層覆蓋金屬層，可有效阻斷濕氣侵入路徑。

21、(9)密集設(shè)計(jì)中，所有器件單位容熱強(qiáng)度便于統(tǒng)一，對于功率部分，只需按發(fā)熱功率等比例擴(kuò)大器件尺寸，卻不影響整個ic版圖熱分布的均勻性。