第3章CMOS集成電路工藝與版圖ppt課件.ppt

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1、CMOS工藝與版圖王智鵬先在硅表面制作一層二氧化硅；然后通過光刻，在二氧化硅上需要擴散摻入雜質(zhì)的區(qū)域開設(shè)窗口；最后完成摻雜和金屬化等工序，完成芯片的制造。集成電路制造(平面工藝)硅片氧化硅光刻膠擴散區(qū)定義版圖什么是版圖？集成電路制造工藝中，通過光刻和刻蝕將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。這種制造集成電路時使用的掩膜版上的幾何圖形定義為集成電路的版圖。版圖要求與對應(yīng)電路嚴格匹配，具有完全相同的器件、端口、連線柵極負責施加控制電壓源極、漏極負責電流的流進流出導(dǎo)電溝道一、單個MOS管的版圖實現(xiàn)有源區(qū)柵導(dǎo)電溝道有源區(qū)注入雜質(zhì)形成晶體管，柵與有源區(qū)重疊的區(qū)域確定器件尺寸，稱為導(dǎo)電溝道1、圖形

2、關(guān)系只要源極、漏極以及導(dǎo)電溝道所覆蓋的區(qū)域稱為有源區(qū)。芯片中有源區(qū)以外的區(qū)域定義為場區(qū)。MOS管中電流由源極流向漏極。溝道中電流流過的距離為溝道長度；截面尺寸為溝道寬度。電流方向溝道長度L溝道寬度W2、器件尺寸設(shè)計設(shè)計中，常以寬度和長度值的比例式即寬長比（W/L）表示器件尺寸。例：假設(shè)一MOS管，尺寸參數(shù)為20/5。則在版圖上應(yīng)如何標注其尺寸。20/53、圖形繪制英特爾65納米雙核處理器的掃描電鏡(SEM)截面圖版圖圖層名稱含義NwellN阱Active有源擴散區(qū)PselectP型注入掩膜NselectN型注入掩膜Poly多晶硅cc引線孔Metal1第一層金屬Metal2第二層

3、金屬Via通孔常用圖層注意：不同軟件對圖層名稱定義不同；嚴格區(qū)分圖層作用。版圖圖層名稱含義cc（或cont）引線孔（連接金屬與多晶硅或有源區(qū)）Via通孔（連接第一和第二層金屬）MOS器件版圖圖層——PMOSN阱——NWELLP型注入掩?！狿SELECT有源擴散區(qū)——ACTIVE多晶硅柵——POLY引線孔——CC金屬一——METAL1通孔一——VIA金屬二——METAL2MOS器件版圖圖層——NMOSN型注入掩?！狽SELECT有源擴散區(qū)——ACTIVE多晶硅柵——POLY引線孔——CC金屬一——METAL1通孔一——VIA金屬二——METAL2結(jié)構(gòu)圖立體結(jié)構(gòu)和俯視圖有源區(qū)（

4、ACTIVE）引線孔（CC）金屬一（METAL1）多晶硅柵（POLY）N型注入掩模（NSELECT）版圖設(shè)計中不需要繪制基片襯底材料以及氧化層4、版圖設(shè)計規(guī)則版圖設(shè)計規(guī)則一般都包含以下四種規(guī)則：(1)最小寬度例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須保持最小寬度。(2)最小間距例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須保持最小間距。(3)最小包圍例如，N阱、N+離子注入和P+離子注入包圍有源區(qū)應(yīng)該有足夠的余量;多晶硅、有源區(qū)和金屬對接觸孔四周要保持一定的覆蓋。(4)最小延伸例如，多晶柵極須延伸到有源區(qū)外一定長度。在符合設(shè)計規(guī)則的前提下，爭取最小的版圖面積5、阱與襯底連接通常將PMOS管的襯底接

5、高電位（正壓）；NMOS管的襯底接低電位（負壓），以保證電路正常工作襯底材料導(dǎo)電性較差，為了保證接觸的效果，需要在接觸區(qū)域制作一個同有源區(qū)類似的摻雜區(qū)域降低接觸電阻，形成接觸區(qū)。襯底半導(dǎo)體材料要與電極接觸，同樣需要引線孔（CC）；P管襯底為N阱（N型材料），接電源；襯底連接版圖由NSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成N管襯底為基片（P型材料），接地；襯底連接版圖由PSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成完整的MOS管版版圖必須包含兩個部分：a）由源、柵和漏組成的器件；b）襯底連接。源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)合稱為MOS管的有源區(qū)(Active），有源區(qū)之外的區(qū)

6、域定義為場區(qū)（Fox)。有源區(qū)和場區(qū)之和就是整個芯片表面即基片襯底（SUB）。襯底連接布局盡可能多的設(shè)置襯底連接區(qū)6、大尺寸器件的設(shè)計單個MOS管的尺寸溝道寬度一般小于20微米，且寬長比W/L>1MOS管寬長比（W/L）比值大于10：1的器件可稱為大尺寸器件。在版圖上需要做特殊處理。大尺寸器件普遍應(yīng)用于：緩沖器（buffer）、運放對管、系統(tǒng)輸出級。buffer對管緩沖器中的一級反相器運放對管大尺寸器件存在的問題：寄生電容；柵極串聯(lián)電阻大面積的柵極與襯底之間有氧化層隔絕，形成平板電容細長的柵極存在串聯(lián)電阻，導(dǎo)致柵極兩端電壓不同柵電壓降低MOS管寄生電容值MOS管柵極串聯(lián)電阻值G

7、SD設(shè)計方法（1）分段──大尺寸MOS管分段成若干小尺寸MOS管。(b)截成4段（W/L=50/1）(a)MOS管的W/L=200/1（2）源漏共用──合并源/漏區(qū)，將4個小MOS管并聯(lián)(a)形成S-G-D、S-G-D…排列(b)左起第二個和第四個MOS管的、和漏互換(c)將相鄰S、D重疊并聯(lián)后MOS管寬長比與原大尺寸管寬長比相同；并聯(lián)小MOS管個數(shù)為N，并聯(lián)管的寬長比等于原大尺寸管寬長比的1/N；柵極串聯(lián)電阻為原大尺寸管寄生電容的1/N源漏共用只能在兩個同類型MOS管中連接相同節(jié)點的端口之