二極管的有源區(qū)PPT課件

1、.,1,定義版圖,什么是版圖？ 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。 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,.,2,柵極負(fù)責(zé)施加控制電壓,源極、漏極負(fù)責(zé)電流的流進(jìn)流出,導(dǎo)電溝道,一、單個(gè)MOS管的版圖實(shí)現(xiàn),.,3,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、圖形關(guān)系,.,4,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(chǎng)區(qū)。,.,5,MOS管中電流由源極流向漏極。 溝道中電流流過(guò) 的距

2、離為溝道長(zhǎng)度； 截面尺寸為溝道 寬度。,電流方向,溝道長(zhǎng)度 L,溝道寬度 W,2、器件尺寸設(shè)計(jì),.,6,設(shè)計(jì)中，常以寬度和長(zhǎng)度值的比例式即寬長(zhǎng)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(biāo)注其尺寸。,20/5,.,7,3、圖形繪制,.,8,英特爾65納米雙核處理器的掃描電鏡(SEM)截面圖,.,9,常用圖層,.,10,注意：,不同軟件對(duì)圖層名稱定義不同； 嚴(yán)格區(qū)分圖層作用。,.,11,MOS器件版圖圖層 PMOS,N阱NWELL P型注入掩模PSELECT 有源擴(kuò)散區(qū)ACTIVE 多晶硅柵POLY 引線孔CC 金屬一METAL1 通孔一VIA 金屬二ME

3、TAL2,.,12,MOS器件版圖圖層 NMOS,N型注入掩模NSELECT 有源擴(kuò)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,.,13,結(jié)構(gòu)圖,立體結(jié)構(gòu)和俯視圖,.,14,有源區(qū)（ACTIVE）,引線孔（CC）,金屬一（METAL1）,多晶硅柵（POLY）,N型注入掩模 （NSELECT）,.,15,版圖設(shè)計(jì)中不需要繪制基片襯底材料以及氧化層,.,16,4、版圖設(shè)計(jì)規(guī)則,版圖設(shè)計(jì)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。,.,17,(2)最小間距 例如，金屬、多晶、有源區(qū)或阱都必須

4、保持最小間距。,.,18,(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(duì)接觸孔四周要保持一定的覆蓋。,.,19,(4)最小延伸 例如，多晶柵極須延伸到有源區(qū)外一定長(zhǎng)度。,在符合設(shè)計(jì)規(guī)則的前提下， 爭(zhēng)取最小的版圖面積,.,20,5、阱與襯底連接,通常將PMOS管的襯底接高電位（正壓）；NMOS管的襯底接低電位（負(fù)壓），以保證電路正常工作,.,21,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）；,.,22,P管襯底為N阱（N

5、型材料），接電源；襯底連接版圖由NSELETC、ACTIVE、CC、METAL1組成,.,23,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,.,24,完整的MOS管版版圖必須包含兩個(gè)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)域定義為場(chǎng)區(qū)（Fox)。有源區(qū)和場(chǎng)區(qū)之和就是整個(gè)芯片表面即基片襯底（SUB）。,.,25,襯底連接布局,盡可能多的設(shè)置襯底連接區(qū),.,26,.,27,6、大尺寸器件的設(shè)計(jì),單個(gè)MOS管的尺寸溝道寬度一般小于20微米，且寬長(zhǎng)比W/L1

6、MOS管寬長(zhǎng)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。,.,28,大尺寸器件普遍應(yīng)用于： 緩沖器（buffer）、 運(yùn)放對(duì)管、 系統(tǒng)輸出級(jí)。,.,29,buffer,對(duì)管,.,30,緩沖器中的一級(jí)反相器,.,31,運(yùn)放對(duì)管,.,32,大尺寸器件存在的問(wèn)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,.,33,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,柵電壓降低,.,34,MOS管寄生電容值,MOS管柵極串聯(lián)電阻值,.,35,G,S,D,.,36,設(shè)計(jì)方法 （1）分段 大尺寸MOS管分段成若干小尺寸MOS管。,(b) 截成4

7、段（W/L=50/1）,(a) MOS管的W/L=200/1,.,37,（2）源漏共用 合并源/漏區(qū)，將4個(gè)小MOS管并聯(lián),(a)形成S-G-D、S-G-D排列,.,38,(b)左起第二個(gè)和第四個(gè)MOS管的、和漏互換,.,39,(c)將相鄰S、D重疊,.,40,并聯(lián)后MOS管寬長(zhǎng)比與原大尺寸管寬長(zhǎng)比相同； 并聯(lián)小MOS管個(gè)數(shù)為N，并聯(lián)管的寬長(zhǎng)比等于原大尺寸管寬長(zhǎng)比的1/N； 柵極串聯(lián)電阻為原大尺寸管寄生電容的1/N,.,41,源漏共用只能在兩個(gè)同類型MOS管中連接相同節(jié)點(diǎn)的端口之間實(shí)現(xiàn)； 源漏共用可以在兩個(gè)有相同節(jié)點(diǎn)的同類型MOS管（如與非門的兩個(gè)P管）之間實(shí)現(xiàn),注意！,.,42,7、器件連接

8、,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MOS管。 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。 注意： 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)盡量多做引線孔,.,43,G,S,D,并聯(lián)后連接源和漏的金屬線形成“叉指”結(jié)構(gòu)。,.,44,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)置成矩形,.,45,8、MOS管陣列的版圖實(shí)現(xiàn) (1) MOS管的串聯(lián)。 N1的源、漏區(qū)為X和Y，N0的源、漏區(qū)為Y和Z。利用源漏共用，得到兩個(gè)MOS管串聯(lián)連接的版圖。,電路圖,N1和N0串聯(lián)版圖,N1、 N0版圖,.,46,任意個(gè)MOS管串聯(lián)。

9、 例如3個(gè)MOS管串聯(lián)的版圖。,電路圖,版圖,.,47,（2）MOS管并聯(lián)(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。),電路圖,版圖,柵極水平放置,.,48,柵極豎直方向排列,電路圖,版圖,.,49,三個(gè)或三個(gè)以上MOS管并聯(lián)。 類似大尺寸MOS管的拆分連接,源和漏的并聯(lián)都用金屬連接（叉指型）,.,50,（3）MOS管的復(fù)聯(lián) 復(fù)聯(lián)是同時(shí)存在MOS管串聯(lián)和并聯(lián)的情況。,.,51,棒狀圖設(shè)計(jì) ： 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“棒狀圖設(shè)計(jì)”，在繪制版圖之前先制作結(jié)構(gòu)草圖。 可以很好的解決器件布局問(wèn)題,二、集成電路版圖設(shè)計(jì)方法,.,52,“混合棒狀圖”法： 矩形代表有源區(qū)