二極管的有源區(qū)

1、定義版圖定義版圖n什么是版圖？什么是版圖？n集成電路制造工藝中，通過(guò)光刻和刻蝕將集成電路制造工藝中，通過(guò)光刻和刻蝕將掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。這種制造掩膜版上的圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。這種制造集成電路時(shí)使用的掩膜版上的幾何圖形定集成電路時(shí)使用的掩膜版上的幾何圖形定義為集成電路的版圖。義為集成電路的版圖。n版圖要求與對(duì)應(yīng)電路嚴(yán)格匹配，具有完全版圖要求與對(duì)應(yīng)電路嚴(yán)格匹配，具有完全相同的器件、端口、連線相同的器件、端口、連線柵極負(fù)責(zé)施加控制電壓柵極負(fù)責(zé)施加控制電壓源極、漏極負(fù)源極、漏極負(fù)責(zé)電流的流進(jìn)責(zé)電流的流進(jìn)流出流出導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道一、單個(gè)一、單個(gè)MOS管的版圖實(shí)現(xiàn)管的版圖實(shí)現(xiàn)有源區(qū)有源區(qū)柵柵導(dǎo)電溝道

2、導(dǎo)電溝道 有源區(qū)注入雜質(zhì)有源區(qū)注入雜質(zhì)形成晶體管，形成晶體管， 柵與有源區(qū)重疊柵與有源區(qū)重疊的區(qū)域確定器件的區(qū)域確定器件尺寸，尺寸，稱為稱為導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道1、圖形關(guān)系、圖形關(guān)系 只要源極、漏極以及導(dǎo)電溝道所覆蓋的只要源極、漏極以及導(dǎo)電溝道所覆蓋的區(qū)域稱為區(qū)域稱為有源區(qū)有源區(qū)。 芯片中有源區(qū)以外的區(qū)域定義為芯片中有源區(qū)以外的區(qū)域定義為場(chǎng)區(qū)。場(chǎng)區(qū)。 MOS管中電流由源極流向漏極。管中電流由源極流向漏極。溝道中電流流過(guò)溝道中電流流過(guò)的距離為溝道的距離為溝道長(zhǎng)度長(zhǎng)度；截面尺寸為溝道截面尺寸為溝道寬度寬度。電流方向電流方向溝道長(zhǎng)度溝道長(zhǎng)度L溝道寬度溝道寬度W2、器件尺寸設(shè)計(jì)、器件尺寸設(shè)計(jì)n設(shè)計(jì)中，常以

3、寬度和長(zhǎng)度值的比例式即設(shè)計(jì)中，常以寬度和長(zhǎng)度值的比例式即寬寬長(zhǎng)比（長(zhǎng)比（W/L）表示器件尺寸。表示器件尺寸。n例：假設(shè)一例：假設(shè)一MOS管，尺寸參數(shù)為管，尺寸參數(shù)為20/5。則。則在版圖上應(yīng)如何標(biāo)注其尺寸。在版圖上應(yīng)如何標(biāo)注其尺寸。20/53、圖形繪制、圖形繪制英特爾英特爾65納米雙核處理器的掃描電鏡納米雙核處理器的掃描電鏡(SEM)截面圖截面圖 版圖圖層名稱版圖圖層名稱含義含義NwellN阱阱Active有源擴(kuò)散區(qū)有源擴(kuò)散區(qū)PselectP型注入掩膜型注入掩膜NselectN型注入掩膜型注入掩膜Poly多晶硅多晶硅cc引線孔引線孔Metal1第一層金屬第一層金屬M(fèi)etal2第二層金屬第二層金

4、屬Via通孔通孔常用圖層常用圖層注意：注意：n不同軟件對(duì)圖層名稱定義不同；不同軟件對(duì)圖層名稱定義不同；n嚴(yán)格區(qū)分圖層作用。嚴(yán)格區(qū)分圖層作用。版圖圖層名稱版圖圖層名稱含義含義cc（或（或cont）引線孔（引線孔（連接金屬與多晶硅連接金屬與多晶硅或有源區(qū)或有源區(qū)）Via通孔（通孔（連接第一和第二層金連接第一和第二層金屬屬）MOS器件版圖圖層器件版圖圖層PMOSnN阱阱NWELLnP型注入掩模型注入掩模PSELECTn有源擴(kuò)散區(qū)有源擴(kuò)散區(qū)ACTIVEn多晶硅柵多晶硅柵POLYn引線孔引線孔CCn金屬一金屬一METAL1n通孔一通孔一VIAn金屬二金屬二METAL2MOS器件版圖圖層器件版圖圖層NMO

5、SnN型注入掩模型注入掩模NSELECTn有源擴(kuò)散區(qū)有源擴(kuò)散區(qū)ACTIVEn多晶硅柵多晶硅柵POLYn引線孔引線孔CCn金屬一金屬一METAL1n通孔一通孔一VIAn金屬二金屬二METAL2結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 立體結(jié)構(gòu)和俯視圖立體結(jié)構(gòu)和俯視圖 有源區(qū)（有源區(qū)（ACTIVE）引線孔（引線孔（CC）金屬一（金屬一（METAL1）多晶硅柵（多晶硅柵（POLY）N型注入掩模型注入掩模（NSELECT）n版圖設(shè)計(jì)中不需要繪制基片襯版圖設(shè)計(jì)中不需要繪制基片襯底材料以及氧化層底材料以及氧化層4、版圖設(shè)計(jì)規(guī)則、版圖設(shè)計(jì)規(guī)則n版圖設(shè)計(jì)規(guī)則一般都版圖設(shè)計(jì)規(guī)則一般都包含以下四種規(guī)則：包含以下四種規(guī)則：(1) 最小寬度最小

6、寬度例如，金屬、多晶、例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須有源區(qū)或阱都必須保持最小寬度。保持最小寬度。(2)最小間距最小間距例如，金屬、多晶、例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須有源區(qū)或阱都必須保持最小間距。保持最小間距。(3)最小包圍最小包圍例如，例如，N阱、阱、N+離離子注入和子注入和P+離子注離子注入包圍有源區(qū)應(yīng)該入包圍有源區(qū)應(yīng)該有足夠的余量有足夠的余量;多晶多晶硅、有源區(qū)和金屬硅、有源區(qū)和金屬對(duì)接觸孔四周要保對(duì)接觸孔四周要保持一定的覆蓋。持一定的覆蓋。(4)最小延伸最小延伸例如，多晶柵極例如，多晶柵極須延伸到有源區(qū)須延伸到有源區(qū)外一定長(zhǎng)度。外一定長(zhǎng)度。在符合設(shè)計(jì)規(guī)則的前在符合設(shè)計(jì)規(guī)則的前提

7、下，提下，爭(zhēng)取最小的版圖面積爭(zhēng)取最小的版圖面積5、阱與襯底連接、阱與襯底連接n通常將通常將PMOS管的襯底接高電位（正壓）管的襯底接高電位（正壓）；NMOS管的襯底接低電位（負(fù)壓），管的襯底接低電位（負(fù)壓），以保以保證電路正常工作證電路正常工作n襯底材料導(dǎo)電性較差，為了保證接觸的效襯底材料導(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(gè)同有源區(qū)類果，需要在接觸區(qū)域制作一個(gè)同有源區(qū)類似的似的摻雜區(qū)域摻雜區(qū)域降低接觸電阻，形成接觸區(qū)。降低接觸電阻，形成接觸區(qū)。n襯底半導(dǎo)體材料要與電極接觸，同樣需要襯底半導(dǎo)體材料要與電極接觸，同樣需要引線孔（引線孔（CC）；nP管襯底管襯底為為N阱阱（N型材料

8、型材料），接），接電源電源；襯底連接；襯底連接版圖由版圖由NSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成組成nN管襯底管襯底為基片（為基片（P型材料型材料），接），接地地；襯底；襯底連接版圖由連接版圖由PSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成組成n 完整的完整的MOS管版版圖必須包含兩個(gè)部管版版圖必須包含兩個(gè)部分：分：a）由源、柵和漏組成的器件；）由源、柵和漏組成的器件；b）襯底連接。）襯底連接。n源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)合稱為源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)合稱為MOS管的管的有有源區(qū)源區(qū)(Active），），有源區(qū)之外的區(qū)域有源區(qū)之外的區(qū)域定義為定義為場(chǎng)區(qū)（場(chǎng)區(qū)（Fox)。有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)之。有

9、源區(qū)和場(chǎng)區(qū)之和就是整個(gè)芯片表面即和就是整個(gè)芯片表面即基片襯底基片襯底（SUB）。襯底連接布局襯底連接布局n盡可能多的設(shè)置襯底連接區(qū)盡可能多的設(shè)置襯底連接區(qū)6、大尺寸器件的設(shè)計(jì)、大尺寸器件的設(shè)計(jì)n單個(gè)單個(gè)MOS管的尺寸溝道寬度一般小于管的尺寸溝道寬度一般小于20微微米，且寬長(zhǎng)比米，且寬長(zhǎng)比W/L1nMOS管寬長(zhǎng)比（管寬長(zhǎng)比（W/L）比值大于）比值大于10：1的器的器件可稱為大尺寸器件。在版圖上需要做特件可稱為大尺寸器件。在版圖上需要做特殊處理。殊處理。大尺寸器件普遍應(yīng)用于：大尺寸器件普遍應(yīng)用于：緩沖器（緩沖器（buffer）、）、運(yùn)放對(duì)管、運(yùn)放對(duì)管、系統(tǒng)輸出級(jí)。系統(tǒng)輸出級(jí)。buffer對(duì)管對(duì)管緩

10、沖器中的一級(jí)反相器緩沖器中的一級(jí)反相器運(yùn)放對(duì)管運(yùn)放對(duì)管大尺寸器件存在的問(wèn)題：大尺寸器件存在的問(wèn)題： 寄生電容；寄生電容； 柵極串聯(lián)電阻柵極串聯(lián)電阻 大面積的柵極與襯底之間有氧化大面積的柵極與襯底之間有氧化層隔絕，形成平板電容層隔絕，形成平板電容 細(xì)長(zhǎng)的柵極存在串聯(lián)電阻，導(dǎo)細(xì)長(zhǎng)的柵極存在串聯(lián)電阻，導(dǎo)致柵極兩端電壓不同致柵極兩端電壓不同柵電壓降低柵電壓降低MOS管寄生電容值管寄生電容值0CLWCMOS管柵極串聯(lián)電阻值管柵極串聯(lián)電阻值RLWR/GSD 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法 （1）分段分段 大大尺寸尺寸MOS管分段成若干小尺寸管分段成若干小尺寸MOS管。管。(b) 截成4段（W/L=50/1） (a) M

11、OS管的W/L=200/1（2）源漏）源漏共用共用 合并合并源源/漏區(qū)漏區(qū)，將，將4個(gè)小個(gè)小MOS管并聯(lián)管并聯(lián)(a)形成形成S-G-D、S-G-D排列排列(b)左起第二個(gè)和第四左起第二個(gè)和第四個(gè)個(gè)MOS管的、和漏互換管的、和漏互換(c)將相鄰將相鄰S、D重疊重疊n并聯(lián)后并聯(lián)后MOS管寬長(zhǎng)比與原大尺寸管寬長(zhǎng)比管寬長(zhǎng)比與原大尺寸管寬長(zhǎng)比相同；相同；n并聯(lián)小并聯(lián)小MOS管個(gè)數(shù)為管個(gè)數(shù)為N，并聯(lián)管的寬長(zhǎng)比，并聯(lián)管的寬長(zhǎng)比等于原大尺寸管寬長(zhǎng)比的等于原大尺寸管寬長(zhǎng)比的1/N；n柵極串聯(lián)電阻為原大尺寸管寄生電容的柵極串聯(lián)電阻為原大尺寸管寄生電容的1/Nn源漏共用只能在兩個(gè)源漏共用只能在兩個(gè)同類型同類型MOS

12、管中連接管中連接相同節(jié)點(diǎn)相同節(jié)點(diǎn)的端口之間實(shí)現(xiàn)；的端口之間實(shí)現(xiàn)；n源漏共用可以在兩個(gè)有源漏共用可以在兩個(gè)有相同節(jié)點(diǎn)相同節(jié)點(diǎn)的的同類型同類型MOS管（如與非門的兩個(gè)管（如與非門的兩個(gè)P管）之間實(shí)現(xiàn)管）之間實(shí)現(xiàn)注意！注意！7、器件連接、器件連接n實(shí)現(xiàn)源漏共用之后，需要將相應(yīng)的端口連實(shí)現(xiàn)源漏共用之后，需要將相應(yīng)的端口連接才能形成完整的接才能形成完整的MOS管。管。n將源極、漏極分別用梳狀金屬線連接，柵將源極、漏極分別用梳狀金屬線連接，柵極用多晶硅作為引線連接。極用多晶硅作為引線連接。n注意：注意：過(guò)長(zhǎng)的多晶硅引線將導(dǎo)致較大的線電阻；過(guò)長(zhǎng)的多晶硅引線將導(dǎo)致較大的線電阻；為了減小接觸電阻，應(yīng)盡量多做引線

13、孔為了減小接觸電阻，應(yīng)盡量多做引線孔GSD并聯(lián)并聯(lián)后連接源和漏的金屬線形成后連接源和漏的金屬線形成“叉指叉指”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。為節(jié)省面積，可以適當(dāng)考慮減少引線孔，為節(jié)省面積，可以適當(dāng)考慮減少引線孔，使金屬線跨越器件；并盡量將器件設(shè)置使金屬線跨越器件；并盡量將器件設(shè)置成矩形成矩形8、MOS管陣列的版圖實(shí)現(xiàn)管陣列的版圖實(shí)現(xiàn) (1) MOS管的串聯(lián)。管的串聯(lián)。 N1的源、漏區(qū)為的源、漏區(qū)為X和和Y，N0的源、漏區(qū)為的源、漏區(qū)為Y和和Z。利用源漏共用，得到兩利用源漏共用，得到兩個(gè)個(gè)MOS管串聯(lián)連接的版圖。管串聯(lián)連接的版圖。 電路圖電路圖 N1和和N0串聯(lián)版圖串聯(lián)版圖 N1、 N0版圖版圖 任意任意個(gè)個(gè)MO

14、S管管串聯(lián)。串聯(lián)。例如例如3個(gè)個(gè)MOS管串聯(lián)的版圖。管串聯(lián)的版圖。 電路圖電路圖 版圖版圖 （2）MOS管并聯(lián)管并聯(lián)(并聯(lián)是指它們的源和源連并聯(lián)是指它們的源和源連接，漏和漏連接，各自的柵還是獨(dú)立的。接，漏和漏連接，各自的柵還是獨(dú)立的。)電路圖電路圖 版圖版圖 柵極水平放置柵極水平放置柵極柵極豎直豎直方向排列方向排列電路圖電路圖 版圖版圖 三三個(gè)或三個(gè)以上個(gè)或三個(gè)以上MOS管管并聯(lián)。并聯(lián)。類似大尺寸類似大尺寸MOS管的拆分連接管的拆分連接源源和漏的并聯(lián)都用金屬連接（叉指型）和漏的并聯(lián)都用金屬連接（叉指型） （3）MOS管的復(fù)聯(lián)管的復(fù)聯(lián) 復(fù)聯(lián)復(fù)聯(lián)是同時(shí)存在是同時(shí)存在MOS管串聯(lián)和并聯(lián)的情管串聯(lián)和并聯(lián)的情況。況。 n棒狀圖設(shè)計(jì)棒狀圖設(shè)計(jì) ：n為了方便地從電路中得到最有效的源漏共為了方便地從電路中得到最有效的源漏共用版圖，可以使用用版圖，可以使用“棒狀圖設(shè)計(jì)棒狀圖設(shè)計(jì)”，在繪，在繪制版圖之前先制作結(jié)構(gòu)草圖。制版圖之前先制作結(jié)構(gòu)草圖。n可以很好的解決器件布局問(wèn)題可以