MOS電路版圖及工藝-3-鋁布線解讀課件

15)P阱硅柵單層鋁布線CMOS的工藝過程

下面以光刻掩膜版為基準，先描述一個P阱硅柵單層鋁布線CMOS集成電路的工藝過程的主要步驟，用以說明如何在CMOS工藝線上制造CMOS集成電路。（見教材第7--9頁，圖1.12）15)P阱硅柵單層鋁布線CMOS的工藝過程2CMOS集成電路工藝

--以P阱硅柵CMOS為例1、光刻I---阱區(qū)光刻，刻出阱區(qū)注入孔N-SiSiO22CMOS集成電路工藝

--以P阱硅柵CMOS為例1、光刻I32、阱區(qū)注入及推進，形成阱區(qū)N-subP-well32、阱區(qū)注入及推進，形成阱區(qū)N-subP-well43、去除SiO2，長薄氧，長Si3N4N-subP-wellSi3N4薄氧43、去除SiO2，長薄氧，長Si3N4N-subP-wel54、光II---有源區(qū)光刻，刻出PMOS管、NMOS管的源、柵和漏區(qū)N-SiP-wellSi3N454、光II---有源區(qū)光刻，刻出PMOS管、NMOS管的源65、光III---N管場區(qū)光刻，N管場區(qū)注入孔，以提高場開啟，減少閂鎖效應(yīng)及改善阱的接觸。光刻膠N-SiP-B+65、光III---N管場區(qū)光刻，N管場區(qū)注入孔，以提高場開76、長場氧，漂去SiO2及Si3N4，然后長柵氧。N-SiP-76、長場氧，漂去SiO2及Si3N4，然后長柵氧。N-Si87、光Ⅳ---p管場區(qū)光刻（用光I的負版），p管場區(qū)注入，調(diào)節(jié)PMOS管的開啟電壓，然后生長多晶硅。N-SiP-B+87、光Ⅳ---p管場區(qū)光刻（用光I的負版），p管場區(qū)注入，98、光Ⅴ---多晶硅光刻，形成多晶硅柵及多晶硅電阻多晶硅N-SiP-98、光Ⅴ---多晶硅光刻，形成多晶硅柵及多晶硅電阻多晶硅N109、光ⅤI---P+區(qū)光刻，刻去P管上的膠。P+區(qū)注入，形成PMOS管的源、漏區(qū)及P+保護環(huán)（圖中沒畫出P+保護環(huán)）。N-SiP-B+109、光ⅤI---P+區(qū)光刻，刻去P管上的膠。P+區(qū)注入，1110、光Ⅶ---N管場區(qū)光刻，刻去N管上的膠。N管場區(qū)注入，形成NMOS的源、漏區(qū)及N+保護環(huán)（圖中沒畫出）。光刻膠N-SiP-As1110、光Ⅶ---N管場區(qū)光刻，刻去N管上的膠。N管場區(qū)1211、長PSG（磷硅玻璃）。PSGN-SiP+P-P+N+N+1211、長PSG（磷硅玻璃）。PSGN-SiP+P-P+N1312、光刻Ⅷ---引線孔光刻。PSGN-SiP+P-P+N+N+1312、光刻Ⅷ---引線孔光刻。PSGN-SiP+P-P+1413、光刻Ⅸ---引線孔光刻（反刻Al）。PSGN-SiP+P-P+N+N+VDDINOUTPNSDDSAl1413、光刻Ⅸ---引線孔光刻（反刻Al）。PSGN-Si158.7RS觸發(fā)器p.154

特性表實際上是一種特殊的真值表，它對觸發(fā)器的描述十分具體。這種真值表的輸入變量（自變量）除了數(shù)據(jù)輸入外，還有觸發(fā)器的初態(tài)，而輸出變量（因變量）則是觸發(fā)器的次態(tài)。特性方程是從特性表歸納出來的，比較簡潔；狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖這種描述方法則很直觀。？？158.7RS觸發(fā)器p.154161617MR,PMR,N圖例：實線：擴散區(qū)，虛線：鋁，陰影線：多晶硅、黑方塊：引線孔N阱17MR,PMR,N圖例：N阱18

6)CMOSIC版圖設(shè)計技巧

1、布局要合理（1）引出端分布是否便于使用或與其他相關(guān)電路兼容，是否符合管殼引出線排列要求。（2）特殊要求的單元是否安排合理，如p阱與p管漏源p+區(qū)離遠一些，使

pnp

，抑制Latch-up，尤其是輸出級更應(yīng)注意。（3）布局是否緊湊，以節(jié)約芯片面積，一般盡可能將各單元設(shè)計成方形。（4）考慮到熱場對器件工作的影響，應(yīng)注意電路溫度分布是否合理。

186)CMOSIC版圖設(shè)計技巧192、單元配置恰當

（1）芯片面積降低10%，管芯成品率/圓片可提高15

20%。（2）多用并聯(lián)形式，如或非門，少用串聯(lián)形式，如與非門。（3）大跨導(dǎo)管采用梳狀或馬蹄形，小跨導(dǎo)管采用條狀圖形，使圖形排列盡可能規(guī)整。192、單元配置恰當203、布線合理

布線面積往往為其電路元器件總面積的幾倍，在多層布線中尤為突出。擴散條/多晶硅互連多為垂直方向，金屬連線為水平方向，電源地線采用金屬線，與其他金屬線平行。長連線選用金屬。多晶硅穿過Al線下面時，長度盡可能短，以降低寄生電容。注意VDD、VSS布線，連線要有適當?shù)膶挾?。容易引起“串擾”的布線（主要為傳送不同信號的連線），一定要遠離，不可靠攏平行排列。203、布線合理214、CMOS電路版圖設(shè)計對布線和接觸孔的特殊要求（1）為抑制Latchup，要特別注意合理布置電源接觸孔和VDD引線，減小橫向電流密度和橫向電阻RS、RW。

采用接襯底的環(huán)行VDD布線。

增多VDD、VSS接觸孔，加大接觸面積，增加連線牢固性。

對每一個VDD孔，在相鄰阱中配以對應(yīng)的VSS接觸孔，以增加并行電流通路。

盡量使VDD、VSS接觸孔的長邊相互平行。

接VDD的孔盡可能離阱近一些。

接VSS的孔盡可能安排在阱的所有邊上（P阱）。214、CMOS電路版圖設(shè)計對布線和接觸孔的22（2）盡量不要使多晶硅位于p+區(qū)域上多晶硅大多用n+摻雜，以獲得較低的電阻率。若多晶硅位于p+區(qū)域，在進行p+摻雜時多晶硅已存在，同時對其也進行了摻雜——導(dǎo)致雜質(zhì)補償，使

多晶硅

。（3）金屬間距應(yīng)留得較大一些（3或4）因為，金屬對光得反射能力強，使得光刻時難以精確分辨金屬邊緣。應(yīng)適當留以裕量。22（2）盡量不要使多晶硅位于p+區(qū)域上235、雙層金屬布線時的優(yōu)化方案（1）全局電源線、地線和時鐘線用第二層金屬線。（2）電源支線和信號線用第一層金屬線（兩層金屬之間用通孔連接）。（3）盡可能使兩層金屬互相垂直，減小交疊部分得面積。235、雙層金屬布線時的優(yōu)化方案247)CMOS反相器版圖流程247)CMOS反相器25NwellPwell

CMOS反相器版圖流程(1)1.阱——做N阱和P阱封閉圖形，窗口注入形成P管和N管的襯底25NwellPwellCMOS反相器版圖流程(1)126Ndiffusion

CMOS反相器版圖流程(2)2.有源區(qū)——做晶體管的區(qū)域（G、D、S、B區(qū))，封閉圖形處是氮化硅掩蔽層，該處不會長場氧化層26NdiffusionCMOS反相器版圖流程(2)2.27Pdiffusion

CMOS反相器版圖流程(2)2.有源區(qū)——做晶體管的區(qū)域（G、D、S、B區(qū))，封閉圖形處是氮化硅掩蔽層，該處不會長場氧化層27PdiffusionCMOS反相器版圖流程(2)2.28Polygate

CMOS反相器版圖流程(3)3.多晶硅——做硅柵和多晶硅連線。封閉圖形處，保留多晶硅28PolygateCMOS反相器版圖流程(3)3.多29N+implant

CMOS反相器版圖流程(4)4.有源區(qū)注入——P+，N+區(qū)（select)。29N+implantCMOS反相器版圖流程(4)4.30P+implant

CMOS反相器版圖流程(4)4.有源區(qū)注入——P+、N+區(qū)（select)。30P+implantCMOS反相器版圖流程(4)4.31contact

CMOS反相器版圖流程(5)5.接觸孔——多晶硅，注入?yún)^(qū)和金屬線1接觸端子。31contactCMOS反相器版圖流程(5)5.接觸32Metal1

CMOS反相器版圖流程(6)6.金屬線1——做金屬連線，封閉圖形處保留鋁32Metal1CMOS反相器版圖流程(6)6.金屬線33via

CMOS反相器版圖流程(7)7.通孔——兩層金屬連線之間連接的端子33viaCMOS反相器版圖流程(7)7.通孔——兩層金34Metal2

CMOS反相器版圖流程(8)8.金屬線2——做金屬連線，封閉圖形處保留鋁34Metal2CMOS反相器版圖流程(8)8.金屬線35VDDGNDVDDGNDinverter：Schematic:Layout:inputoutputm1m2m2m1

35VDDGNDVDDGNDinverter：Schemat361.阱——做N阱和P阱封閉圖形處，窗口注入形成P管和N管的襯底2.有源區(qū)——做晶體管的區(qū)域（G、D、S、B區(qū))，封閉圖形處是氮化硅掩蔽層，該處不會長場氧化層3.多晶硅——做硅柵和多晶硅連線。封閉圖形處，保留多晶硅4.有源區(qū)注入——P+、N+區(qū)（select)。做源漏及阱或襯底連接區(qū)的注入5.接觸孔——多晶硅，注入?yún)^(qū)和金屬線1接觸端子。6.金屬線1——做金屬連線，封閉圖形處保留鋁7.通孔——兩層金屬連線之間連接的端子8.金屬線2——做金屬連線，封閉圖形處保留鋁硅柵CMOS版圖和工藝的關(guān)系361.阱——做N阱和P阱封閉圖形處，窗口注入形成P管和N371.

有源區(qū)和場區(qū)是互補的，晶體管做在有源區(qū)處，金屬和多晶連線多做在場區(qū)上。

2.

有源區(qū)和P+,N+注入?yún)^(qū)的關(guān)系：有源區(qū)即無場氧化層，在這區(qū)域中可做N型和P型各種晶體管，此區(qū)一次形成。

3.

至于以后何處是NMOS晶體管，何處是PMOS晶體管，要由P+注入?yún)^(qū)和N+注入?yún)^(qū)那次光刻決定。

4.

有源區(qū)的圖形（與多晶硅交疊處除外）和P+注入?yún)^(qū)交集處即形成P+有源區(qū)，P+注入?yún)^(qū)比所交有源區(qū)要大些。須解釋的問題：371.有源區(qū)和場區(qū)是互補的，晶體管做在有源區(qū)處，金385.

有源區(qū)的圖形（與多晶硅交疊處除外）和N+注入?yún)^(qū)交集處即形成N+有源區(qū)，