二极管的有源区精品PPT课件

P管衬底为N阱 （N型材料），接 电源；衬底连接 版图由NSELETC、 ACTIVE、CC、 METAL1组成
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N管衬底为基片（P型材料），接地；衬底 连接版图由PSELETC、ACTIVE、CC、 METAL1组成
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完整的MOS管版版图必须包含两个部 分：
a）由源、栅和漏组成的器件；
栅极串联电阻为原大尺寸管寄生电容的1/N
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注意！
源漏共用只能在两个同类型MOS管中连接 相同节点的端口之间实现；
源漏共用可以在两个有相同节点的同类型 MOS管（如与非门的两个P管）之间实现
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7、器件连接
实现源漏共用之后，需要将相应的端口连 接才能形成完整的MOS管。
将源极、漏极分别用梳状金属线连接，栅 极用多晶硅作为引线连接。
定义版图
什么是版图？ 集成电路制造工艺中，通过光刻和刻蚀将
掩膜版上的图形转移到硅片上。这种制造 集成电路时使用的掩膜版上的几何图形定 义为集成电路的版图。 版图要求与对应电路严格匹配，具有完全 相同的器件、端口、连线
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一、单个MOS管的版图实现
栅极负责施加控制电压
源极、漏极负 责电流的流进 流出
(b) 截成4段（W/L=50/1）
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（2）源漏共用── 合并源/漏区，将4个小MOS管并联
(a)形成S-G-D、S-G-D…排列 37
(b)左起第二个和第四个MOS管的、和漏互换
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(c)将相邻S、D重叠
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并联后MOS管宽长比与原大尺寸管宽长比 相同；
并联小MOS管个数为N，并联管的宽长比 等于原大尺寸管宽长比的1/N；
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(2)最小间距 例如，金属、多晶、
有源区或阱都必须 保持最小间距。
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(3)最小包围 例如，N阱、N+离
子注入和P+离子注 入包围有源区应该 有足够的余量;多晶 硅、有源区和金属 晶栅极
须延伸到有源区 外一定长度。
在符合设计规则的前 提下， 争取最小的版图面积
导电沟道
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1、图形关系
有源区注入杂质
形成晶体管， 栅与有源区重叠
有源区
的区域确定器件
尺寸，
导电沟道
称为导电沟道
栅
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只要源极、漏极以及导电沟道所覆盖的 区域称为有源区。
芯片中有源区以外的区域定义为场区。
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2、器件尺寸设计
MOS管中电流由源极流向漏极。 沟道宽度
沟道中电流流过 的距离为沟道长度；
W
注意：
过长的多晶硅引线将导致较大的线电阻； 为了减小接触电阻，应尽量多做引线孔
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S
G
并联后连接源和漏的金属线形成 “叉指”结构。
D
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为节省面积，可以适当考虑减少引线孔， 使金属线跨越器件；并尽量将器件设置 成矩形
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8、MOS管阵列的版图实现
(1) MOS管的串联。 N1的源、漏区为X和Y，N0的源、漏区为Y和Z。 利用源漏共用，得到两个MOS管串联连接的版图。
截面尺寸为沟道
宽度。
沟道长度 L
电流方向
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设计中，常以宽度和长度值的比例式即宽 长比（W/L）表示器件尺寸。
例：假设一MOS管，尺寸参数为20/5。则 在版图上应如何标注其尺寸。
20/5
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3、图形绘制
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英特尔65纳米双核处理器的扫描电镜(SEM)截面图
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常用图层
版图图层名称 Nwell Active Pselect Nselect Poly cc Metal1 Metal2 Via
含义 N阱 有源扩散区 P型注入掩膜 N型注入掩膜 多晶硅 引线孔 第一层金属 第二层金属 通孔
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注意：
不同软件对图层名称定义不同； 严格区分图层作用。
版图图层名称 cc（或cont）
Via
含义
引线孔（连接金属与多晶硅 或有源区）
通孔（连接第一和第二层金 属）
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MOS器件版图图层 ——PMOS
N阱——NWELL P型注入掩模——PSELECT 有源扩散区——ACTIVE 多晶硅栅——POLY 引线孔——CC 金属一——METAL1 通孔一——VIA 金属二——METAL2
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MOS器件版图图层 ——NMOS
N型注入掩模——NSELECT 有源扩散区——ACTIVE 多晶硅栅——POLY 引线孔——CC 金属一——METAL1 通孔一——VIA 金属二——METAL2
b）衬底连接。
源区、沟道区和漏区合称为MOS管的 有源区(Active），有源区之外的区域 定义为场区（Fox)。有源区和场区之 和就是整个芯片表面即基片衬底 （SUB）。
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衬底连接布局
尽可能多的设置衬底连接区
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6、大尺寸器件的设计
单个MOS管的尺寸沟道宽度一般小于20微 米，且宽长比W/L>1
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5、阱与衬底连接
通常将PMOS管的衬底接高电位（正压）； NMOS管的衬底接低电位（负压），以保 证电路正常工作
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衬底材料导电性较差，为了保证接触的效 果，需要在接触区域制作一个同有源区类 似的掺杂区域降低接触电阻，形成接触区。
衬底半导体材料要与电极接触，同样需要 引线孔（CC）；
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大面积的栅极与衬底之间有氧化 层隔绝，形成平板电容
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栅电压降低
细长的栅极存在串联电阻，导 致栅极两端电压不同
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MOS管寄生电容值
C W LC0
MOS管栅极串联电阻值
R W / L R
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S G
D
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设计方法 （1）分段──
大尺寸MOS管分段成若干小尺寸MOS管。
(a) MOS管的W/L=200/1
MOS管宽长比（W/L）比值大于10：1的器 件可称为大尺寸器件。在版图上需要做特 殊处理。
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大尺寸器件普遍应用于：
缓冲器（buffer）、
运放对管、
VDD
系统输出级。
BIAS
IN
OUT
IN-
IN
IN+
OUT
OUT
GND 28
buffer
对管
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缓冲器中的一级反相器
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运放对管
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大尺寸器件存在的问题： 寄生电容； 栅极串联电阻
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结构图
立体结构和俯视图
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多晶硅栅（POLY） 金属一（METAL1）
引线孔（CC）
N型注入掩模 （NSELECT） 有源区（ACTIVE）
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版图设计中不需要绘制基片衬 底材料以及氧化层
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4、版图设计规则
版图设计规则一般都 包含以下四种规则： (1) 最小宽度 例如，金属、多晶、 有源区或阱都必须 保持最小宽度。