Tanner L-Edit在功率器件设计中如何应用

时间： 2024-06-18 来源：贝思科尔微信公众号

像GaN、SiC,、第三代半导体、车用功率器件等功率器件是处理高电压、大电流的半导体分立器件，常用在电子电力系统中进行变压、变频、变流及功率管理等。功率器件和芯片都是半导体技术的产物，从设计、生产制造到封装应用都有相似之处。与传统芯片相比，功率器件总体结构简单、光罩层数更少，其设计挑战常常来自工艺开发及器件结构设计。

从版图上看，功率器件与传统芯片的最大区别是功率器件的版图中需要近似曲线的图形结构。如图1中是功率器件的版图局部，可以看到源极、漏极两端都有近似半圆的曲线结构；图2是CMOS版图示例，可以看到其图形都是横平竖直或45度斜向的图形组合。这是因为功率器件为了能安全可靠的工作在大电流、高电压的情况下，其版图图形中的转角区域、终端结构上通常需要类似的曲线图形结构。

图1：功率器件版图局部

图2：CMOS版图示例

Tanner L-Edit是行业中不多见的可以支持曲线图形绘制、编辑、布尔运算以及逻辑派生的版图工具，可以高效准确地应对功率器件版图设计中的挑战。

例如图3中管脚Pad的基本图形（图3上）我们可以用矩形绘制完成，在其内角、外角处需要做圆角的钝化处理（图3下）。Tanner L-Edit中有一组内建的钝化处理工具，可以选取指定的角分别设定内角、外角的钝化半径实现自动处理。如图3中仅针对Pad本身的四个角分别设定了不同的内、外角钝化半径实现处理，对下方长直走线上的角并未处理。

图3：管脚Pad图形

阵列图形也是功率器件中常见的结构，除了基本的二维阵列功能，Tanner L-Edit新版本中还提供了指定横、纵向偏移值生成“一维”阵列的功能。版图设计中出现定向重复摆放时便可使用“一维”阵列快速生成。

除了阵列功能以外，Tanner L-Edit针对重复图形的规律摆放还隐藏了继承上一步操作的能力。例如图4中的蜂巢结构，复制好的“蜂巢”通过自动抓取特征点及参考点的功能组合实现对准摆放后，再次复制出新的蜂巢，新蜂巢将按之前的操作规律自动摆在相应的位置。这一功能适用于选定的单一图形及框选的多个图形，因此复杂庞大的“蜂巢”结构只需要键盘鼠标的几次敲击就可以快速准确的完成。

图4：蜂巢结构

单个“蜂巢”是正多边形图形，正多边形可以用参考点和指定角度旋转的功能手动绘出，也可以调用工具包中包含的参数化单元T-Cell（Tanner中的pcell）来快速生成，最后通过钝化工具将其外角钝化处理。工具包中包含参数化单元全部源码开放，可以方便的移植到用户的开发项目当中。

图5：手动绘制和参数化单元实现正多边形

Tanner L-Edit中的布尔运算和逻辑派生支持的逻辑关系是定制版图开发工具中最丰富的，这两个功能都是在原始图形基础上，根据指定的逻辑关系生成新的图形，区别是布尔运算更关注当前设计，即根据选定的图形和逻辑关系生成新的图形；逻辑派生是基于当前单元中所有源图层上的图形数据和指定的逻辑关系生成新图层上的图形。

图6：Tanner L-Edit中的布尔运算

功率器件中的场环（保护环）常在四端出现曲线结构图形，如图7所示。

图7：功率器件中的场环

如果一圈一圈的手动绘制会比较繁琐。通过定义逻辑派生，我们只需要绘制好中心区域的图形，其外围的保护环将由工具自动生成。如图8所示，中心区域的图形可以是任意图形：半圆、钝化处理的正多边形、任意角度曲线多边形等。

图8：逻辑派生的保护环

除了逻辑派生，Tanner L-Edit还可以做图形位置关系的筛选和面积评估筛选，可以帮助设计者在版图中检出相应的图形，如图9、图10。

图9：图形位置关系Inside的选取

图10：面积评估筛选

功率器件的开发常常是器件结构和工艺的联合开发，因此版图数据的规则检查也需要工程师定制完成。虽然功率器件的图层数量相对少些，但重叠或有拼接的图形组合在一起通过人工检查难免会有疏漏。Tanner L-Edit内嵌了图形化的设计规则定制检查引擎，工程师可以很直观的定义所需规则并结合版图数据进行检查并在版图中给出准确提示，参考图11。