第5章微电子基本IC单元版图设计资料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Biblioteka Baidu
11
基本IC单元版图设计 – 电阻
实际电阻分析：扩展电阻
uncertain region
uncertain region
small spread region
big spread region
12
基本IC单元版图设计 – 电阻
实际电阻分析：扩展电阻 - 当电子离开接触区后，电子传播的实际路径是逐渐展开的，直到它们 最终达到整个多晶硅宽度。所表现出的电阻称之为“扩展电阻”。 - 扩展电阻和许多因素有关。如果采用的是宽接触区和宽电阻条结构， 这种影响可以忽略。但如果一个电阻的接触区设计的较小且非常靠 近，以至于电子没有足够的时间展开到多晶硅全部宽度方向，电流分 布的宽度小于多晶硅的设计宽度，此时需考虑因扩展而带来的误差。 - 有些制造商允许金属与接触延伸到多晶硅之外，这消除了展开区的问 题。能否这样设计取决于工艺技术。 - 对于接触电阻和扩展电阻项精确而详细的计算随制造商的不同而变， 并且这属于商业秘密。有多种技术和公式用于ic制造去确定扩展电阻 项，这些技术和公式的大部分是不公开的。 - 总电阻方程： R = rb + 2rh + 2rc + 2rs （“rs”是来自于扩展区的电阻，扩展因子，见工艺手册。） （也有将接触电阻和扩散电阻组合在一起以一个单独项表示的）
5
6
基本IC单元版图设计 – 电阻
多晶硅电阻公式：基本电阻器版图 - 以硅片作为衬底材料，在衬底上淀积一层多晶硅，再在多晶硅 层上覆盖一层氧化层，形成隔离的绝缘层，然后在氧化层上刻蚀 出用于连接的接触孔。 一般接触孔位于多晶硅的两头。 体区电阻公式： rb = （Lb/Wb）* ρb
metal contact
电流 10 1 2 3 4 5 80 6 7 8
4
基本IC单元版图设计 – 电阻
方块/薄层电阻： - 设计/工艺/规则手册： 薄层电阻（率）ρ - 对于薄层电阻，同一种材料层，不同制造商的数值会有所不同，其 中一个可能的原因是厚度的不同。 - 用“四探针测试”法探测每方欧姆数值（R=V/I）。 - ic中典型的电阻值： poly栅： 2~3欧姆/方
多晶硅电阻公式：改变体材料 - 原因：poly栅电阻大约只有2~3欧姆/方，有时我们要求电阻的范围 更大一些。改变体材料能够有效提高电阻率，有助于得到较高的、更 有用的电阻率。 - 改变电阻率的方法： 可以淀积另一层具有不同电阻特性的多晶硅。 可以通过改变已淀积在芯片上的多晶硅材料层的结构来改变电阻率。 - 具体制作方法： 在所用的多晶硅材料的中部开一个窗口，并注入另外的杂质材料，阻 碍电子的流动，来提高电阻率。另一种方法是将中间的多晶硅刻蚀掉 一部分使其变薄。 这些被改变的材料块为电阻的“体”。通常会有一个设计规则用以说 明 体区边界与接触区的最小距离，这个间隔上原始的多晶硅被称为电阻 器的“头”。总电阻： R = rb + 2rh + 2rc = (Lb/Wb)*ρb + 2 (Lh/Wh)*ρh +2 Rc/Wc
I=电流
W L H(厚度)
R
L HW
2
3
基本IC单元版图设计 – 电阻
方块/薄层电阻： 每方欧姆是IC中电阻的基本单位。 每方欧姆数值也被称为材料的薄层电阻。材料可以是poly， 也可以是金属，或者任何其他采用的材料。 可以根据任意矩形计算方数。 “方数=L/W”方数并不一定是整数，可以含有小数，如4.28 方。 例如，设材料是“80x10”大小（任何可能单位），则 80/10=8方。
metal层：
20~100毫欧姆/方（小电阻；良导体）
diffusion： 2~200欧姆/方 - 工艺中的任何材料都可以做电阻。 常用的材料有poly和diffusion。 常用电阻器阻值范围： 10~50 欧姆 100~2k 欧姆 2k~100k 欧姆
- 电阻值计算公式： R = （L/W）* ρ
R□/Ω 300 200 100 10 20 30 40 50 ideally, R□/Ω=constant W/um R□/Ω 300 200 100 10 20 30 40 50 W/um
actually, R□/Ω increases as “W” decreases
8
基本IC单元版图设计 – 电阻
第5章 基本IC单元版图设计
基本IC单元版图 电阻 电容 电感 二极管 CMOS版图 双极晶体管
1
基本IC单元版图设计 – 电阻
电阻材料： 常用的电阻材料是多晶硅。 较厚的多晶硅薄层有较低的电阻值（有较多的空间让电流 流过，传导电流的能力较强），较薄的多晶硅薄层有较大的电阻 值。 其他因素，如材料的类型、长度、宽度等也将改变电阻值。 对于一个给定的集成电路工艺，可以认为薄膜厚度是常数， 它是我们不能改变的参数之一。对于一个给定的材料，我们能够 改变的只有长度和宽度。
9
基本IC单元版图设计 – 电阻
多晶硅电阻公式：改变体材料
metal contact
oxide poly
body
substrate
head
top view
cross sectional view
10
基本IC单元版图设计 – 电阻
实际电阻分析： - 在CAD画图中做出来的电阻器经常是明显地小于或者大于你所画的， 被称为δ项，需要在公式里对该项进行补偿。 - 接触区误差： 接触孔刻蚀的时候，得到的实际接触孔尺寸和宽度产生了误差，我们 称之为宽度的δ（也称为公差、误差、变化量、尺寸变化、溢出或者 变化）。δ可正可负，即过加工或者欠加工。宽度、长度变化分别用 δW和δL表示。如假设W是4um，而δW是0.06um，这表明实际 的宽度最大是4.06um ，最小是3.94um ，大小取决于δ表示的是过 加工还是欠加工。 - “体区误差” 和“头区误差”同样也需考虑。电阻公式改写为： R = [(Lb +δ Lb )/(Wb +δ Wb )] ρb + 2[(Lh +δ Lh )/(Wh +δ Wh )] ρh + 2 [Rc/(Wc+δWc)]
W L
oxide poly
substrate
top view
cross sectional view
7
基本IC单元版图设计 – 电阻
多晶硅电阻公式：考虑接触电阻rc - 由于有接触电阻的存在，所以 R = rb + 2rc （rc为两个接触端的接触电阻） - 接触区被认为是有固定长度的。如果接触区的宽度增大，接触电阻将 变小；如果接触区的宽度减小，接触电阻将变大。 - 总接触电阻 Rcontact = rc = Rc/Wc = Ω*um/um （Rc是由接触所决定的电阻因子，单位“Ω*um”；Wc为接触区宽 度） - 接触区的宽度可能并不一定和电阻器的宽度相同，它取决于工艺的设 计规则，可能会要求接触区宽度必须小于电阻器宽度。
11
基本IC单元版图设计 – 电阻
实际电阻分析：扩展电阻
uncertain region
uncertain region
small spread region
big spread region
12
基本IC单元版图设计 – 电阻
实际电阻分析：扩展电阻 - 当电子离开接触区后，电子传播的实际路径是逐渐展开的，直到它们 最终达到整个多晶硅宽度。所表现出的电阻称之为“扩展电阻”。 - 扩展电阻和许多因素有关。如果采用的是宽接触区和宽电阻条结构， 这种影响可以忽略。但如果一个电阻的接触区设计的较小且非常靠 近，以至于电子没有足够的时间展开到多晶硅全部宽度方向，电流分 布的宽度小于多晶硅的设计宽度，此时需考虑因扩展而带来的误差。 - 有些制造商允许金属与接触延伸到多晶硅之外，这消除了展开区的问 题。能否这样设计取决于工艺技术。 - 对于接触电阻和扩展电阻项精确而详细的计算随制造商的不同而变， 并且这属于商业秘密。有多种技术和公式用于ic制造去确定扩展电阻 项，这些技术和公式的大部分是不公开的。 - 总电阻方程： R = rb + 2rh + 2rc + 2rs （“rs”是来自于扩展区的电阻，扩展因子，见工艺手册。） （也有将接触电阻和扩散电阻组合在一起以一个单独项表示的）
5
6
基本IC单元版图设计 – 电阻
多晶硅电阻公式：基本电阻器版图 - 以硅片作为衬底材料，在衬底上淀积一层多晶硅，再在多晶硅 层上覆盖一层氧化层，形成隔离的绝缘层，然后在氧化层上刻蚀 出用于连接的接触孔。 一般接触孔位于多晶硅的两头。 体区电阻公式： rb = （Lb/Wb）* ρb
metal contact
电流 10 1 2 3 4 5 80 6 7 8
4
基本IC单元版图设计 – 电阻
方块/薄层电阻： - 设计/工艺/规则手册： 薄层电阻（率）ρ - 对于薄层电阻，同一种材料层，不同制造商的数值会有所不同，其 中一个可能的原因是厚度的不同。 - 用“四探针测试”法探测每方欧姆数值（R=V/I）。 - ic中典型的电阻值： poly栅： 2~3欧姆/方
多晶硅电阻公式：改变体材料 - 原因：poly栅电阻大约只有2~3欧姆/方，有时我们要求电阻的范围 更大一些。改变体材料能够有效提高电阻率，有助于得到较高的、更 有用的电阻率。 - 改变电阻率的方法： 可以淀积另一层具有不同电阻特性的多晶硅。 可以通过改变已淀积在芯片上的多晶硅材料层的结构来改变电阻率。 - 具体制作方法： 在所用的多晶硅材料的中部开一个窗口，并注入另外的杂质材料，阻 碍电子的流动，来提高电阻率。另一种方法是将中间的多晶硅刻蚀掉 一部分使其变薄。 这些被改变的材料块为电阻的“体”。通常会有一个设计规则用以说 明 体区边界与接触区的最小距离，这个间隔上原始的多晶硅被称为电阻 器的“头”。总电阻： R = rb + 2rh + 2rc = (Lb/Wb)*ρb + 2 (Lh/Wh)*ρh +2 Rc/Wc
I=电流
W L H(厚度)
R
L HW
2
3
基本IC单元版图设计 – 电阻
方块/薄层电阻： 每方欧姆是IC中电阻的基本单位。 每方欧姆数值也被称为材料的薄层电阻。材料可以是poly， 也可以是金属，或者任何其他采用的材料。 可以根据任意矩形计算方数。 “方数=L/W”方数并不一定是整数，可以含有小数，如4.28 方。 例如，设材料是“80x10”大小（任何可能单位），则 80/10=8方。
metal层：
20~100毫欧姆/方（小电阻；良导体）
diffusion： 2~200欧姆/方 - 工艺中的任何材料都可以做电阻。 常用的材料有poly和diffusion。 常用电阻器阻值范围： 10~50 欧姆 100~2k 欧姆 2k~100k 欧姆
- 电阻值计算公式： R = （L/W）* ρ
R□/Ω 300 200 100 10 20 30 40 50 ideally, R□/Ω=constant W/um R□/Ω 300 200 100 10 20 30 40 50 W/um
actually, R□/Ω increases as “W” decreases
8
基本IC单元版图设计 – 电阻
第5章 基本IC单元版图设计
基本IC单元版图 电阻 电容 电感 二极管 CMOS版图 双极晶体管
1
基本IC单元版图设计 – 电阻
电阻材料： 常用的电阻材料是多晶硅。 较厚的多晶硅薄层有较低的电阻值（有较多的空间让电流 流过，传导电流的能力较强），较薄的多晶硅薄层有较大的电阻 值。 其他因素，如材料的类型、长度、宽度等也将改变电阻值。 对于一个给定的集成电路工艺，可以认为薄膜厚度是常数， 它是我们不能改变的参数之一。对于一个给定的材料，我们能够 改变的只有长度和宽度。
9
基本IC单元版图设计 – 电阻
多晶硅电阻公式：改变体材料
metal contact
oxide poly
body
substrate
head
top view
cross sectional view
10
基本IC单元版图设计 – 电阻
实际电阻分析： - 在CAD画图中做出来的电阻器经常是明显地小于或者大于你所画的， 被称为δ项，需要在公式里对该项进行补偿。 - 接触区误差： 接触孔刻蚀的时候，得到的实际接触孔尺寸和宽度产生了误差，我们 称之为宽度的δ（也称为公差、误差、变化量、尺寸变化、溢出或者 变化）。δ可正可负，即过加工或者欠加工。宽度、长度变化分别用 δW和δL表示。如假设W是4um，而δW是0.06um，这表明实际 的宽度最大是4.06um ，最小是3.94um ，大小取决于δ表示的是过 加工还是欠加工。 - “体区误差” 和“头区误差”同样也需考虑。电阻公式改写为： R = [(Lb +δ Lb )/(Wb +δ Wb )] ρb + 2[(Lh +δ Lh )/(Wh +δ Wh )] ρh + 2 [Rc/(Wc+δWc)]
W L
oxide poly
substrate
top view
cross sectional view
7
基本IC单元版图设计 – 电阻
多晶硅电阻公式：考虑接触电阻rc - 由于有接触电阻的存在，所以 R = rb + 2rc （rc为两个接触端的接触电阻） - 接触区被认为是有固定长度的。如果接触区的宽度增大，接触电阻将 变小；如果接触区的宽度减小，接触电阻将变大。 - 总接触电阻 Rcontact = rc = Rc/Wc = Ω*um/um （Rc是由接触所决定的电阻因子，单位“Ω*um”；Wc为接触区宽 度） - 接触区的宽度可能并不一定和电阻器的宽度相同，它取决于工艺的设 计规则，可能会要求接触区宽度必须小于电阻器宽度。