集成電路設計-part1-3

版圖設計版圖：制造集成電路時所用的掩模上的幾何圖形。版圖設計版圖設計就是根據(jù)電子電路性能的要求和制造工藝的水平，按照一定的規(guī)則，設計出元件的圖形并進行排列、互連，以設計出一套供IC制造工藝中使用的光刻掩膜版的圖形，稱為版圖或工藝復合圖。版圖設計是制造IC的基本條件，版圖設計是否合理對成品率、電路性能、可靠性影響很大，版圖設計錯了，就一個電路也做不出來。若設計不合理，則電路性能和成品率將受到很大影響。版圖設計必須與線路設計、工藝設計、工藝水平適應。版圖設計者必須熟悉工藝條件、器件物理、電路原理以及測試方法。2版圖設計

作為一位版圖設計者，首先要熟悉工藝條件和器件物理，才能確定晶體管的具體尺寸，鋁連線的寬度、間距、各次掩膜套刻精度等。其次要對電路的工作原理有一定的了解，這樣才能在版圖設計中注意避免某些分布參量和寄生效應對電路產生的影響。同時還要熟悉調試方法，通過對樣品性能的測試和顯微鏡觀察，可分析出工藝中的問題。也可通過工藝中的問題發(fā)現(xiàn)電路設計和版圖設計不合理之處，幫助改版工作的進行。特別是測試中發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)的不合格，這往往與版圖設計有關。3MOS管的版圖實現(xiàn)有源區(qū)：包含源、柵、漏柵極：多晶硅P+或N+摻雜：在有源區(qū)內NMOS和PMOS至少有一種管子要做在阱內接觸孔：源、柵、漏和金屬導線連接處襯底必須接合適的電位。MOS管的版圖實現(xiàn)MOS管的版圖實現(xiàn)71.阱——做N阱和P阱封閉圖形處，窗口注入形成P管和N管的襯底2.有源區(qū)——做晶體管的區(qū)域（G、D、S、B區(qū))，封閉圖形處是氮化硅掩蔽層，該處不會長場氧化層3.多晶硅——做硅柵和多晶硅連線。封閉圖形處，保留多晶硅4.有源區(qū)注入——P+、N+區(qū)（select)。做源漏及阱或襯底連接區(qū)的注入5.接觸孔——多晶硅，注入?yún)^(qū)和金屬線1接觸端子。6.金屬線1——做金屬連線，封閉圖形處保留鋁7.通孔——兩層金屬連線之間連接的端子8.金屬線2——做金屬連線，封閉圖形處保留鋁

硅柵CMOS版圖和工藝的關系81.

有源區(qū)和場區(qū)是互補的，晶體管做在有源區(qū)處，金屬和多晶連線多做在場區(qū)上。

2.

有源區(qū)和P+,N+注入?yún)^(qū)的關系：有源區(qū)即無場氧化層，在這區(qū)域中可做N型和P型各種晶體管，此區(qū)一次形成。

3.

至于以后何處是NMOS晶體管，何處是PMOS晶體管，要由P+注入?yún)^(qū)和N+注入?yún)^(qū)那次光刻決定。

4.

有源區(qū)的圖形（與多晶硅交疊處除外）和P+注入?yún)^(qū)交集處即形成P+有源區(qū)，P+注入?yún)^(qū)比所交有源區(qū)要大些。須解釋的問題：95.

有源區(qū)的圖形（與多晶硅交疊處除外）和N+注入?yún)^(qū)交集處即形成N+有源區(qū)，N+注入?yún)^(qū)比所交有源區(qū)要大些。6.

兩層半布線金屬，多晶硅可做連線，所注入的有源區(qū)也是導體，可做短連線（方塊電阻大）。三層布線之間，多晶硅和注入有源區(qū)不能相交布線，因為相交處形成了晶體管，使得注入有源區(qū)連線斷開。7.

三層半布線金屬1，金屬2，多晶硅可做連線，所注入的有源區(qū)也是導體，可做短連線（方塊電阻大）。四層線之間，多晶硅和注入有源區(qū)不能相交布線，因為相交處形成了晶體管，使得注入有源區(qū)連線斷開。須解釋的問題：版圖設計規(guī)則設計規(guī)則是電路設計者和工藝工程師之間的協(xié)議，是保證正確制造出晶體管和各種連接的一套規(guī)則。制定目的：使芯片尺寸在盡可能小的前提下，避免線條寬度的偏差和不同層版套準偏差可能帶來的問題，盡可能地提高電路制備的成品率。版圖設計規(guī)則

什么是版圖設計規(guī)則？考慮器件在正常工作的條件下，根據(jù)實際工藝水平(包括光刻特性、刻蝕能力、對準容差等)和成品率要求，給出的一組同一工藝層及不同工藝層之間幾何尺寸的限制，主要包括線寬、間距、覆蓋、露頭、凹口、面積等規(guī)則，分別給出它們的最小值，以防止掩膜圖形的斷裂、連接和一些不良物理效應的出現(xiàn)。11包括：1）最小寬度；2）最小間距；3）最小包圍；4）最小延伸2023/2/6共85頁12圖解術語：1）寬度；2）間距；3）包圍；4）延伸；5）重疊版圖設計規(guī)則2023/2/6共85頁13版圖設計規(guī)則2023/2/6共85頁14版圖設計規(guī)則版圖設計規(guī)則——寬度及間距Diff間距：兩個擴散區(qū)之間的間距不僅取決于工藝上幾何圖形的分辨率，還取決于所形成的器件的物理參數(shù)。如果兩個擴散區(qū)靠得太近，在工作時可能會連通，產生不希望出現(xiàn)的電流。poly：取決于工藝上幾何圖形的分辨率。

Al:鋁生長在最不平坦的二氧化硅上，因此，鋁的寬度和間距都要大些，以免短路或斷鋁。

diff-poly：無關多晶硅與擴散區(qū)不能相互重疊，否則將產生寄生電容或寄生晶體管。15版圖設計規(guī)則——接觸孔孔的大?。?2diff、poly的包孔：1孔間距：1

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說明：接觸孔的作用是將各種類型的半導體與金屬引線進行連接，這些半導體材料包括N型硅、P型硅、多晶硅等。

由于工藝的限制，一般不做細長的接觸孔，而是分成若干個小的接觸孔來實現(xiàn)大面積的接觸。版圖設計規(guī)則——晶體管規(guī)則多晶硅與擴散區(qū)最小間距：。柵出頭：2，否則會出現(xiàn)S、D短路的現(xiàn)象。擴散區(qū)出頭：2，以保證S或D有一定的面積。17版圖設計規(guī)則——P阱規(guī)則18說明：制作p阱的目的是在N型硅襯底上形成一塊P型襯底區(qū)域，在一個設計中根據(jù)需要可能設計若干個p阱區(qū)。

A1=4：最小P阱寬度A2=2/6：P阱間距，

A2=2

當兩個P阱同電位

A2=6當兩個P阱異電位時，A3=3：P阱邊沿與內部薄氧化區(qū)（有源區(qū)）的間距A4=5：P阱邊沿與外部薄氧化區(qū)（有源區(qū)）的間距A5=8：P管薄氧化區(qū)與N管薄氧化區(qū)的間距一個簡單的例子2023/2/619一個實際的例子版圖設計圖例設計規(guī)則的表示方法以為單位，也叫做“規(guī)整格式”把大多數(shù)尺寸（覆蓋，出頭等等）約定為的倍數(shù)。與工藝線所具有的工藝分辨率有關。優(yōu)點：版圖設計獨立于工藝和實際尺寸以微米為單位，也叫做“自由格式”每個尺寸之間沒有必然的比例關系，提高每一尺寸的合理度；簡化度不高。好處是各尺寸可相對獨立地選擇，可以把每個尺寸定得更合理，所以電路性能好，芯片尺寸小。缺點是對于一個設計級別，就要有一整套數(shù)字，而不能按比例放大、縮小。22CMOS工藝中的其他元器件電阻電容電感二極管三極管24電阻WLHR=rHWL

SheetResistance方塊電阻RR1R2方塊電阻的概念方塊電阻的概念R方塊電阻Poly電阻的實現(xiàn)Poly電阻的實現(xiàn)Poly電阻的實現(xiàn)接觸電阻接觸電阻例子：電阻值的計算例子：設計尺寸的計算其他類型的電阻N阱電阻N+電阻P型電阻各種材料方塊電阻和接觸孔電阻100K電阻？100電阻？大電阻的畫法小電阻（大電流密度）確定電阻寬度時，電流密度非常重要。1m寬度走0.5mA電流Poly和擴散層的對比Doublepolyprocess電容的結構最形象的電容結構為兩個導電極板中間夾一個介質層，在版圖識別中，可以看作導電極板的是POLY，METAL1，METAL2以及擴散層，一般介質層都是由絕緣硅層構成的。電容主要為POLY-POLY電容，METAL-POLY電容，METAL2-METAL1電容，多晶硅-