二極管的有源區(qū)

1、二極管的有源區(qū)第一頁(yè)，共58頁(yè)。柵極負(fù)責(zé)施加控制電壓柵極負(fù)責(zé)施加控制電壓源極、漏極負(fù)責(zé)源極、漏極負(fù)責(zé)電流的流進(jìn)流出電流的流進(jìn)流出導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道一、單個(gè)一、單個(gè)MOS管的版圖實(shí)現(xiàn)管的版圖實(shí)現(xiàn)第二頁(yè)，共58頁(yè)。有源區(qū)有源區(qū)柵柵導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道 有源區(qū)注入雜質(zhì)形有源區(qū)注入雜質(zhì)形成晶體管，成晶體管， 柵與有源區(qū)重疊柵與有源區(qū)重疊的區(qū)域確定器件尺的區(qū)域確定器件尺寸，寸，稱(chēng)為稱(chēng)為導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道1、圖形關(guān)系、圖形關(guān)系第三頁(yè)，共58頁(yè)。 只要源極、漏極以及導(dǎo)電溝道所覆蓋的只要源極、漏極以及導(dǎo)電溝道所覆蓋的區(qū)域稱(chēng)為區(qū)域稱(chēng)為有源區(qū)有源區(qū)。 芯片中有源區(qū)以外的區(qū)域定義為芯片中有源區(qū)以外的區(qū)域定義為場(chǎng)區(qū)。場(chǎng)區(qū)。第

2、四頁(yè)，共58頁(yè)。 MOS管中電流由源極流向漏極。管中電流由源極流向漏極。溝道中電流流過(guò)溝道中電流流過(guò)的距離為溝道的距離為溝道長(zhǎng)度長(zhǎng)度；截面尺寸為溝道截面尺寸為溝道寬度寬度。電流方向電流方向溝道長(zhǎng)度溝道長(zhǎng)度L溝道寬度溝道寬度W2、器件尺寸設(shè)計(jì)、器件尺寸設(shè)計(jì)第五頁(yè)，共58頁(yè)。n設(shè)計(jì)中，常以寬度和長(zhǎng)度值的比例式即設(shè)計(jì)中，常以寬度和長(zhǎng)度值的比例式即寬寬長(zhǎng)比（長(zhǎng)比（W/L）表示器件尺寸。表示器件尺寸。n例：假設(shè)一例：假設(shè)一MOS管，尺寸參數(shù)為管，尺寸參數(shù)為20/5。則。則在版圖上應(yīng)如何標(biāo)注其尺寸。在版圖上應(yīng)如何標(biāo)注其尺寸。20/5第六頁(yè)，共58頁(yè)。3、圖形繪制、圖形繪制第七頁(yè)，共58頁(yè)。英特爾英特爾65

3、納米雙核處理器的掃描電鏡納米雙核處理器的掃描電鏡(SEM)截面圖截面圖 第八頁(yè)，共58頁(yè)。版圖圖層名稱(chēng)版圖圖層名稱(chēng)含義含義NwellN阱阱Active有源擴(kuò)散區(qū)有源擴(kuò)散區(qū)PselectP型注入掩膜型注入掩膜NselectN型注入掩膜型注入掩膜Poly多晶硅多晶硅cc引線孔引線孔Metal1第一層金屬第一層金屬M(fèi)etal2第二層金屬第二層金屬Via通孔通孔常用圖層常用圖層第九頁(yè)，共58頁(yè)。注意：注意：n不同軟件對(duì)圖層名稱(chēng)定義不同；不同軟件對(duì)圖層名稱(chēng)定義不同；n嚴(yán)格區(qū)分圖層作用。嚴(yán)格區(qū)分圖層作用。版圖圖層名稱(chēng)版圖圖層名稱(chēng)含義含義cc（或（或cont）引線孔（引線孔（連接金屬與多晶硅連接金屬與多晶硅

4、或有源區(qū)或有源區(qū)）Via通孔（通孔（連接第一和第二層金連接第一和第二層金屬屬）第十頁(yè)，共58頁(yè)。MOS器件版圖圖層器件版圖圖層PMOSnN阱阱NWELLnP型注入掩模型注入掩模PSELECTn有源擴(kuò)散區(qū)有源擴(kuò)散區(qū)ACTIVEn多晶硅柵多晶硅柵POLYn引線孔引線孔CCn金屬一金屬一METAL1n通孔一通孔一VIAn金屬二金屬二METAL2第十一頁(yè)，共58頁(yè)。MOS器件版圖圖層器件版圖圖層NMOSnN型注入掩模型注入掩模NSELECTn有源擴(kuò)散區(qū)有源擴(kuò)散區(qū)ACTIVEn多晶硅柵多晶硅柵POLYn引線孔引線孔CCn金屬一金屬一METAL1n通孔一通孔一VIAn金屬二金屬二METAL2第十二頁(yè)，共5

5、8頁(yè)。結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 立體結(jié)構(gòu)和俯視圖立體結(jié)構(gòu)和俯視圖 第十三頁(yè)，共58頁(yè)。有源區(qū)（有源區(qū)（ACTIVE）引線孔（引線孔（CC）金屬一（金屬一（METAL1）多晶硅柵（多晶硅柵（POLY）N型注入掩模型注入掩模（NSELECT）第十四頁(yè)，共58頁(yè)。n版圖設(shè)計(jì)中不需要繪制基片襯底版圖設(shè)計(jì)中不需要繪制基片襯底材料以及氧化層材料以及氧化層第十五頁(yè)，共58頁(yè)。4、版圖設(shè)計(jì)規(guī)則、版圖設(shè)計(jì)規(guī)則n版圖設(shè)計(jì)規(guī)則一般都版圖設(shè)計(jì)規(guī)則一般都包含以下四種規(guī)則：包含以下四種規(guī)則：(1) 最小寬度最小寬度例如，金屬、多晶、例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須保有源區(qū)或阱都必須保持最小寬度。持最小寬度。第十六頁(yè)，共58頁(yè)。(2

6、)最小間距最小間距例如，金屬、多晶、例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須保有源區(qū)或阱都必須保持最小間距。持最小間距。第十七頁(yè)，共58頁(yè)。(3)最小包圍最小包圍例如，例如，N阱、阱、N+離子離子注入和注入和P+離子注入包離子注入包圍有源區(qū)應(yīng)該有足夠圍有源區(qū)應(yīng)該有足夠的余量的余量;多晶硅、有源多晶硅、有源區(qū)和金屬對(duì)接觸孔四區(qū)和金屬對(duì)接觸孔四周要保持一定的覆蓋。周要保持一定的覆蓋。第十八頁(yè)，共58頁(yè)。(4)最小延伸最小延伸例如，多晶柵極須例如，多晶柵極須延伸到有源區(qū)外一延伸到有源區(qū)外一定長(zhǎng)度。定長(zhǎng)度。在符合設(shè)計(jì)規(guī)則的前在符合設(shè)計(jì)規(guī)則的前提下，提下，爭(zhēng)取最小的版圖面積爭(zhēng)取最小的版圖面積第十九頁(yè)，共58頁(yè)

7、。5、阱與襯底連接、阱與襯底連接n通常將通常將PMOS管的襯底接高電位（正壓）管的襯底接高電位（正壓）；NMOS管的襯底接低電位（負(fù)壓），管的襯底接低電位（負(fù)壓），以保以保證電路正常工作證電路正常工作第二十頁(yè)，共58頁(yè)。n襯底材料導(dǎo)電性較差，為了保證接觸的效襯底材料導(dǎo)電性較差，為了保證接觸的效果，需要在接觸區(qū)域制作一個(gè)同有源區(qū)類(lèi)果，需要在接觸區(qū)域制作一個(gè)同有源區(qū)類(lèi)似的似的摻雜區(qū)域摻雜區(qū)域降低接觸電阻，形成接觸區(qū)。降低接觸電阻，形成接觸區(qū)。n襯底半導(dǎo)體材料要與電極接觸，同樣需要襯底半導(dǎo)體材料要與電極接觸，同樣需要引線孔（引線孔（CC）；第二十一頁(yè)，共58頁(yè)。nP管襯底管襯底為為N阱阱（N型材料型

8、材料），接），接電源電源；襯底連接；襯底連接版圖由版圖由NSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成組成第二十二頁(yè)，共58頁(yè)。nN管襯底管襯底為基片（為基片（P型材料型材料），接），接地地；襯底；襯底連接版圖由連接版圖由PSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成組成第二十三頁(yè)，共58頁(yè)。n 完整的完整的MOS管版版圖必須包含兩個(gè)部管版版圖必須包含兩個(gè)部分：分：a）由源、柵和漏組成的器件；）由源、柵和漏組成的器件；b）襯底連接。）襯底連接。n源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)合稱(chēng)為源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)合稱(chēng)為MOS管的有管的有源區(qū)源區(qū)(Active），），有源區(qū)之外的區(qū)域定義有源區(qū)之外的區(qū)域定義為

9、為場(chǎng)區(qū)（場(chǎng)區(qū)（Fox)。有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)之和就是。有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)之和就是整個(gè)芯片表面即整個(gè)芯片表面即基片襯底（基片襯底（SUB）。第二十四頁(yè)，共58頁(yè)。襯底連接布局襯底連接布局n盡可能多的設(shè)置襯底連接區(qū)盡可能多的設(shè)置襯底連接區(qū)第二十五頁(yè)，共58頁(yè)。第二十六頁(yè)，共58頁(yè)。6、大尺寸器件的設(shè)計(jì)、大尺寸器件的設(shè)計(jì)n單個(gè)單個(gè)MOS管的尺寸溝道寬度一般小于管的尺寸溝道寬度一般小于20微微米，且寬長(zhǎng)比米，且寬長(zhǎng)比W/L1nMOS管寬長(zhǎng)比（管寬長(zhǎng)比（W/L）比值大于）比值大于10：1的器的器件可稱(chēng)為大尺寸器件。在版圖上需要做特件可稱(chēng)為大尺寸器件。在版圖上需要做特殊處理。殊處理。第二十七頁(yè)，共58頁(yè)。大尺寸器件普遍

10、應(yīng)用于：大尺寸器件普遍應(yīng)用于：緩沖器（緩沖器（buffer）、）、運(yùn)放對(duì)管、運(yùn)放對(duì)管、系統(tǒng)輸出級(jí)。系統(tǒng)輸出級(jí)。第二十八頁(yè)，共58頁(yè)。buffer對(duì)管對(duì)管第二十九頁(yè)，共58頁(yè)。緩沖器中的一級(jí)反相器緩沖器中的一級(jí)反相器第三十頁(yè)，共58頁(yè)。運(yùn)放對(duì)管運(yùn)放對(duì)管第三十一頁(yè)，共58頁(yè)。大尺寸器件存在的問(wèn)題：大尺寸器件存在的問(wèn)題： 寄生電容；寄生電容； 柵極串聯(lián)電阻柵極串聯(lián)電阻 大面積的柵極與襯底之間有氧化層大面積的柵極與襯底之間有氧化層隔絕，形成平板電容隔絕，形成平板電容第三十二頁(yè)，共58頁(yè)。 細(xì)長(zhǎng)的柵極存在串聯(lián)電阻，導(dǎo)細(xì)長(zhǎng)的柵極存在串聯(lián)電阻，導(dǎo)致柵極兩端電壓不同致柵極兩端電壓不同柵電壓降低柵電壓降低第三十

11、三頁(yè)，共58頁(yè)。MOS管寄生電容值管寄生電容值0CLWCMOS管柵極串聯(lián)電阻值管柵極串聯(lián)電阻值RLWR/第三十四頁(yè)，共58頁(yè)。GSD第三十五頁(yè)，共58頁(yè)。 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 （1）分段）分段 大尺寸大尺寸MOS管分段成若干小尺寸管分段成若干小尺寸MOS管。管。(b) 截成4段（W/L=50/1） (a) MOS管的W/L=200/1第三十六頁(yè)，共58頁(yè)。（2）源漏共用）源漏共用 合并源合并源/漏區(qū)，將漏區(qū)，將4個(gè)小個(gè)小MOS管并聯(lián)管并聯(lián)(a)形成形成S-G-D、S-G-D排列排列第三十七頁(yè)，共58頁(yè)。(b)左起第二個(gè)和第四個(gè)左起第二個(gè)和第四個(gè)MOS管的、和漏互換管的、和漏互換第三十八頁(yè)，共58

12、頁(yè)。(c)將相鄰將相鄰S、D重疊重疊第三十九頁(yè)，共58頁(yè)。n并聯(lián)后并聯(lián)后MOS管寬長(zhǎng)比與原大尺寸管寬長(zhǎng)比管寬長(zhǎng)比與原大尺寸管寬長(zhǎng)比相同；相同；n并聯(lián)小并聯(lián)小MOS管個(gè)數(shù)為管個(gè)數(shù)為N，并聯(lián)管的寬長(zhǎng)比，并聯(lián)管的寬長(zhǎng)比等于原大尺寸管寬長(zhǎng)比的等于原大尺寸管寬長(zhǎng)比的1/N；n柵極串聯(lián)電阻為原大尺寸管寄生電容的柵極串聯(lián)電阻為原大尺寸管寄生電容的1/N第四十頁(yè)，共58頁(yè)。n源漏共用只能在兩個(gè)源漏共用只能在兩個(gè)同類(lèi)型同類(lèi)型MOS管中連接管中連接相同節(jié)點(diǎn)相同節(jié)點(diǎn)的端口之間實(shí)現(xiàn)；的端口之間實(shí)現(xiàn)；n源漏共用可以在兩個(gè)有源漏共用可以在兩個(gè)有相同節(jié)點(diǎn)相同節(jié)點(diǎn)的的同類(lèi)型同類(lèi)型MOS管（如與非門(mén)的兩個(gè)管（如與非門(mén)的兩個(gè)P管

13、）之間實(shí)現(xiàn)管）之間實(shí)現(xiàn)注意！注意！第四十一頁(yè)，共58頁(yè)。7、器件連接、器件連接n實(shí)現(xiàn)源漏共用之后，需要將相應(yīng)的端口連實(shí)現(xiàn)源漏共用之后，需要將相應(yīng)的端口連接才能形成完整的接才能形成完整的MOS管。管。n將源極、漏極分別用梳狀金屬線連接，柵將源極、漏極分別用梳狀金屬線連接，柵極用多晶硅作為引線連接。極用多晶硅作為引線連接。n注意：注意：過(guò)長(zhǎng)的多晶硅引線將導(dǎo)致較大的線電阻；過(guò)長(zhǎng)的多晶硅引線將導(dǎo)致較大的線電阻；為了減小接觸電阻，應(yīng)盡量多做引線孔為了減小接觸電阻，應(yīng)盡量多做引線孔第四十二頁(yè)，共58頁(yè)。GSD并聯(lián)后連接源和漏的金屬線形成并聯(lián)后連接源和漏的金屬線形成“叉指叉指”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。第四十三頁(yè)，共58

14、頁(yè)。為節(jié)省面積，可以適當(dāng)考慮減少引線孔，使為節(jié)省面積，可以適當(dāng)考慮減少引線孔，使金屬線跨越器件；并盡量將器件設(shè)置成矩形金屬線跨越器件；并盡量將器件設(shè)置成矩形第四十四頁(yè)，共58頁(yè)。8、MOS管陣列的版圖實(shí)現(xiàn)管陣列的版圖實(shí)現(xiàn) (1) MOS管的串聯(lián)。管的串聯(lián)。 N1的源、漏區(qū)為的源、漏區(qū)為X和和Y，N0的源、漏區(qū)為的源、漏區(qū)為Y和和Z。利用源漏共用，得到兩個(gè)利用源漏共用，得到兩個(gè)MOS管串聯(lián)連接的版圖。管串聯(lián)連接的版圖。 電路圖電路圖 N1和和N0串聯(lián)版圖串聯(lián)版圖 N1、 N0版圖版圖第四十五頁(yè)，共58頁(yè)。 任意個(gè)任意個(gè)MOS管串聯(lián)。管串聯(lián)。例如例如3個(gè)個(gè)MOS管串聯(lián)的版圖。管串聯(lián)的版圖。 電路圖

15、電路圖 版圖版圖 第四十六頁(yè)，共58頁(yè)。（2）MOS管并聯(lián)管并聯(lián)(并聯(lián)是指它們的源和源連接，并聯(lián)是指它們的源和源連接，漏和漏連接，各自的柵還是獨(dú)立的。漏和漏連接，各自的柵還是獨(dú)立的。)電路圖電路圖 版圖版圖 柵極水平放置柵極水平放置第四十七頁(yè)，共58頁(yè)。柵極豎直方向排列柵極豎直方向排列電路圖電路圖 版圖版圖 第四十八頁(yè)，共58頁(yè)。 三個(gè)或三個(gè)以上三個(gè)或三個(gè)以上MOS管并聯(lián)。管并聯(lián)。類(lèi)似大尺寸類(lèi)似大尺寸MOS管的拆分連接管的拆分連接源和漏的并聯(lián)都用金屬連接（叉指型）源和漏的并聯(lián)都用金屬連接（叉指型） 第四十九頁(yè)，共58頁(yè)。（3）MOS管的復(fù)聯(lián)管的復(fù)聯(lián) 復(fù)聯(lián)是同時(shí)存在復(fù)聯(lián)是同時(shí)存在MOS管串聯(lián)和并聯(lián)的情況。管串聯(lián)和并聯(lián)的情況。 第五十頁(yè)，共58頁(yè)。n棒狀圖設(shè)計(jì)棒狀圖設(shè)計(jì) ：n為了方便地從電路中得到最有效的源漏共為了方便地從電路中得到最有效的源漏共用版圖，可以使用用版圖，可以使用“棒狀圖設(shè)計(jì)棒狀圖設(shè)計(jì)”，在繪，在繪制版圖之前先制作結(jié)構(gòu)草圖。制版圖之前先制作結(jié)構(gòu)草圖。n可以很好的解決器件布局問(wèn)題可以很好的解決器件布局問(wèn)題二、集成電路版圖設(shè)計(jì)方法二、集成電路版圖設(shè)計(jì)方法第五十一頁(yè)，共58頁(yè)。n “混合混合