版图第四章

第四章

本章主要内容MOSFET版图基础MOSFET版图样式MOSFET的匹配

沟道终止注入

多晶和P+ 或N+图形相交的地方就可能形成自对准的多晶硅栅晶体管，在某些情况下，厚氧化层也可以形成MOSFET 。在生长场氧之前，向场区注入合适的杂质 可以提高晶体管的阈值电压，现代工艺中将能够提供场区掺杂的方法叫沟道终止注入。

目前大部分CMOS 工艺中使用两个互补的沟道终止注入来

同时抑制NMOS 和PMOS 的寄生沟道。对所有的P 场区进行P 沟道终止注入来增大NMOS 厚氧阈值电压；对N 型场区进行N 型沟道终止注入来增大NMOS 厚场阈值电压。

MOSFET 版图样式 使用叉指结构使源/漏的接触孔面积达到最小 通过将版图的对称性最小化电路失配

使用低阻通路避免大电流流过该器件时造成较大压降 保护关键节点，避免非正常节点注入

有利于减小寄生现象

容易实现匹配使电路更加对称

MOS 晶体管的尺寸、形状和方向会影响它们之间的互相匹配。

1.阈值电压失配大小与有源区栅面积的平方根成反比，栅面积的增大有助于减小局部不规则影响，因而大尺寸晶体管比小尺寸晶体管能够更加精确匹配。

2.工艺尺寸的缩小改善了阈值电压的失配，氧化层越薄，工艺跨导越大，使得阈值电压失配越小，如此间接改善了MOSFET 的电压匹配。所以薄栅氧的晶体管的匹配程度优于厚栅氧的晶体管。但是在电压工作范围较大的情况下，注意薄氧化层晶体管容易受沟道长度调制效应的影响。

3.工作在不同栅源电压下的短沟道晶体管，沟道长度调制效应会引起严重的失配。晶体管的习题失配与其源漏电压差成正比，与沟道长度成反比。在匹配精度要求不是很高的电流分配网络，可以使用长沟道器件来减小沟道长度调制效应。在高精度情况下，可以让匹配晶体管工作在相同源漏电压下，加入级联减小沟道长度调制效应影响。

4.方向一致性

MOSFET 的工艺跨导取决于载流子的迁移率，所以沿着不同

晶轴的MOS 在应力下表现不同的跨导，为了避免由应力产生的失配，晶体管的取向应该一致

氢化作用

匹配MOSFET 金属连线版图的不同会在原本相同的器件中引入大的失配。这种失配的原因在于结构上方存在（或缺少金属），导致了不完全话的氢化诱发了失配。

覆盖金属MOSFET 和没有覆盖金属的MOSFET 之间可能出现高达20%的系统漏电流失配。金属边缘的下方的氢扩散产生阈值电压梯度，从而造成被覆盖器件之间明显的失配，所以在关键的匹配晶体管的有源栅区上方不应该进行金属化。在任何情况下，两只匹配晶体管上方的金属化版图必须相同。

当然在次要器件可以完全在金属下方或者可以有金属穿过。

填充金属和MOSFET 匹配

现代工艺中经常使用CMP

的方法得到细线光刻所需的高平

整度平面。通常需要额外添加金属来满足一定的金属覆盖率。版图工具可以自动生成Dummy金属，但是这种方法可能导致在匹配的MOSFET上方放置金属图形。所以版图设计者必须去除掉软件在匹配金属上方的Dummy金属。

在版图设计中设计者必须留心规则中有关填充金属区域之间的距离限制来保证一定的平整度。

热效应和应力效应

另一种重要的失配；类型是由大范围的变化引起的。

1.氧化层厚度梯度：

相距较近的器件具有非常相近的氧化层厚度，但是相距较远的器件氧化层厚度有很大的区别，这些差别直接影响了阈值电压的失配。

2.应力梯度：

mos晶体管的阈值电压与应力无关，所以应力对电压的匹配几乎没有影响。存在的很小的影响可能是因为应力使硅的带隙电压发生了变化，其引起的阈值电压的变化一般不超过几毫伏，通过共质心版图可以进一步减小。

3.热梯度：

阈值电压随温度升高而降低，速率大约-2mV/℃。一般通过共质心版图来改善匹配状况。

本章重点

1、CMOS 反相器版图及剖面图

2、两输入与非门（或非门）版图

3、宽沟道器件叉指结构版图画法

4、版图设计中背栅接触孔的作用及各种结构的背栅接触

5、电路设计中如何减小失调电压或失调电流

6、共质心结构进行匹配MOSFET 的布局（电流镜和差分对）