第5章微電子概論基本IC單元版圖設(shè)計(jì)

1、WLH()HWLR1 2 3 4 5 6 7 8 8010電流LWtop viewcross sectional viewsubstratepolyoxidemetalcontact1002003001020 3040 50W/umR/1002003001020 3040 50W/umR/ideally, R/=constantactually, R/ increases as “W” decreasestop viewcross sectional viewsubstratepolyoxidemetalcontactbodyheadsmall spread regionbig spread

2、regionuncertain regionuncertain region1 2 5 4 3拐角處實(shí)際上是多于半方，但采用半方也是相當(dāng)合理的。 （襯底連接到最正（襯底連接到最正/負(fù)的電源）。負(fù)的電源）。 - 擴(kuò)散電阻和多晶硅電阻比較：擴(kuò)散電阻和多晶硅電阻比較： 擴(kuò)散電阻：擴(kuò)散電阻： 在襯底上進(jìn)行擴(kuò)散制得。邊界不清晰，在加工中擴(kuò)散區(qū)的擴(kuò)散使在襯底上進(jìn)行擴(kuò)散制得。邊界不清晰，在加工中擴(kuò)散區(qū)的擴(kuò)散使 它們不太容易控制。它們不太容易控制。 多晶硅電阻：柵也是由多晶硅制造的，所以多晶硅是存在的材料，多晶硅層沉多晶硅電阻：柵也是由多晶硅制造的，所以多晶硅是存在的材料，多晶硅層沉 積在表面，可以精確地控制

3、厚積在表面，可以精確地控制厚/長(zhǎng)長(zhǎng)/寬度。寬度。 - “雙層多晶硅工藝雙層多晶硅工藝”：一層多晶硅作柵，一層作電阻。：一層多晶硅作柵，一層作電阻。MOSIS is a low-cost prototyping and production volume service for VLSI circuit development. Since 1981, MOSIS has fabricated more than 50,000 circuit designs for commercial firms, government agencies, and research and education

4、al institutions around the world. 表5.1 TSMC的0.35m CMOS的基本特征 表5.2 MOSIS為TSMC 0.35mCMOS工藝定義的全部工藝層表16.2 MOSIS為TSMC0.35m CMOS工藝定義的全部工藝層層名層名層號(hào)層號(hào)(GDSII)對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的CIF名稱名稱說(shuō)明說(shuō)明Contact25CCC接觸孔N_well42CWNN阱Active43CAA有源層P_plus_select44CSPP型擴(kuò)散N_plus_select45CSNN型擴(kuò)散Poly46CPG多晶硅Electrode56CEL第二層多晶硅Metal149CMF第一層金屬Via

5、50CVA連接第一與第二層金屬的接觸孔Metal251CMS第二層金屬Via261CVS連接第二與第三層金屬的接觸孔Metal362CMT第三層金屬Glass52COG鈍化玻璃n電容概述：電容概述： - 電容器是一種能夠儲(chǔ)存一定量電荷，即一定數(shù)目電子的器件。電容器是一種能夠儲(chǔ)存一定量電荷，即一定數(shù)目電子的器件。電容器電容器 存儲(chǔ)電荷的能力存儲(chǔ)電荷的能力稱為電容。稱為電容。 - 隨著電壓頻率的增加，通過(guò)電容器的電流隨著電壓頻率的增加，通過(guò)電容器的電流AC電流會(huì)不斷增加。電流會(huì)不斷增加。 - 可以將電容器認(rèn)為是一個(gè)對(duì)頻率敏感的電阻。如果電容足夠大，可以將電容器認(rèn)為是一個(gè)對(duì)頻率敏感的電阻。如果電容足

6、夠大，當(dāng)某個(gè)頻率的電壓通過(guò)時(shí)，電路中仿佛根本不存在這個(gè)電容器，當(dāng)某個(gè)頻率的電壓通過(guò)時(shí)，電路中仿佛根本不存在這個(gè)電容器，此時(shí)它更像一個(gè)阻值很小的電阻。此時(shí)它更像一個(gè)阻值很小的電阻?！半娙萜魇菍?duì)頻率敏感的電阻。電容器是對(duì)頻率敏感的電阻?！?- 電容器的兩種阻斷情況：完全阻斷電容器的兩種阻斷情況：完全阻斷dc和僅允許通過(guò)某種頻率和僅允許通過(guò)某種頻率的的AC信號(hào)。被稱為信號(hào)。被稱為“隔直電容器隔直電容器”或或“耦合電容器耦合電容器”。 - 電容器有助于減少噪聲，旁路的電容器會(huì)將所有的高頻噪聲分電容器有助于減少噪聲，旁路的電容器會(huì)將所有的高頻噪聲分流。這種電容器稱之為流。這種電容器稱之為“去耦電容器去耦

7、電容器”。C=S/4kd 式中式中k為靜電力為靜電力常量，常量， 介電常數(shù)介電常數(shù)由兩極由兩極板之間介質(zhì)決定。板之間介質(zhì)決定。bottomtopCareaCperipheryarea capacitance and periphery capacitanceN wellN+gateN well capacitorgateM1diffusion capacitor在電路設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要隔斷在電路設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要隔斷DC電壓而僅讓電壓而僅讓AC信號(hào)進(jìn)入到下信號(hào)進(jìn)入到下一個(gè)電路模塊。在這種情況下，一個(gè)隨其兩端電壓變化而改一個(gè)電路模塊。在這種情況下，一個(gè)隨其兩端電壓變化而改變電容值的電容器是根本不能使

8、用的。變電容值的電容器是根本不能使用的。 M1M2M3M4疊層金屬電容器疊層金屬電容器M1M2氮化物介質(zhì)電容器氮化物介質(zhì)電容器介質(zhì)介質(zhì)(氮化物氮化物)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行特征提取 對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行特征提取，根據(jù)提取的特征設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行特征提取，根據(jù)提取的特征設(shè)計(jì)補(bǔ)償電路破壞特征化傳輸線的性能破壞特征化傳輸線的性能 螺旋電感M1M2EBCCbipolar -diodePN環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)PN結(jié)二極管結(jié)二極管PN環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)PN結(jié)二極管結(jié)二極管PN襯底二極管襯底二極管NP阱二極管阱二極管PN襯底二極管襯底二極管NP阱二極管阱二極管NP圓形圓形ESD二極管版圖二極管版圖PPPPNNN梳狀梳狀ESD二極管

9、版圖二極管版圖mathematical modelschematicSPECS電路規(guī)范電路規(guī)范SPICEdevice size現(xiàn)代晶體管電路的一個(gè)重要因素是晶體管的開關(guān)速度。現(xiàn)代晶體管電路的一個(gè)重要因素是晶體管的開關(guān)速度。 先制備一長(zhǎng)條N型雜質(zhì)區(qū) 在注入N型雜質(zhì)之前先放置柵 p 來(lái)自于實(shí)際器件的泄漏電流，來(lái)自于實(shí)際器件的泄漏電流， p區(qū)與區(qū)與N可能會(huì)形成一定的可能會(huì)形成一定的偏壓，如導(dǎo)致偏壓，如導(dǎo)致P區(qū)、區(qū)、N區(qū)形成區(qū)形成PN結(jié)正偏，災(zāi)難。結(jié)正偏，災(zāi)難。 p 將襯底接最低的電位，通常是負(fù)電源；同時(shí)將將襯底接最低的電位，通常是負(fù)電源；同時(shí)將P型器件的型器件的N型區(qū)域接最高電位，通常是正電源。型區(qū)

10、域接最高電位，通常是正電源。p 即便阱和襯底接上了正確的電位，阱即便阱和襯底接上了正確的電位，阱/襯底的襯底的PN結(jié)仍然存結(jié)仍然存在正向偏置的可能，這種現(xiàn)象稱為閂鎖效應(yīng)（在正向偏置的可能，這種現(xiàn)象稱為閂鎖效應(yīng)（Latch-up ） SDGonoffonoffinput signal of Ginput signal of AASDGIIIIIIIVbig size MOSsplit into four partssimple mode芯片的面積芯片的面積直接關(guān)系到成本，芯片面積越小，成本越低直接關(guān)系到成本，芯片面積越小，成本越低 U”形的金屬條 M”形的金屬條 希望節(jié)省更多的面積，可以舍棄一些接觸孔并將連線直接跨越器件 XXXXXXXXXXXXN wellwell contact regionXXXsubstratecontactregionV-V+介電材料刻蝕（Dielectric Etch）、多晶硅刻蝕（Poly-silicon Etch）和金屬刻蝕（Metal Etch）。 1） NPNNlongitudinal NPN bipolarPPEBClateral NPN bipolarEBCNNP外延生長(zhǎng)外延生長(zhǎng)- 硅片退火硅片退火構(gòu)建構(gòu)建N區(qū)域區(qū)域-集電集電區(qū)區(qū)N型型-注入?yún)^(qū)注入