第3章 cmos集成电路工艺与版图

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1、CMOS工艺与版图王智鹏先在硅表面制作一层二氧化硅；然后通过光刻，在二氧化硅上需要扩散掺入杂质的区域开设窗口；最后完成掺杂和金属化等工序，完成芯片的制造。集成电路制造(平面工艺)硅片氧化硅光刻胶扩散区定义版图什么是版图？集成电路制造工艺中，通过光刻和刻蚀将掩膜版上的图形转移到硅片上。这种制造集成电路时使用的掩膜版上的几何图形定义为集成电路的版图。版图要求与对应电路严格匹配，具有完全相同的器件、端口、连线栅极负责施加控制电压源极、漏极负责电流的流进流出导电沟道一、单个MOS管的版图实现有源区栅导电

2、沟道有源区注入杂质形成晶体管，栅与有源区重叠的区域确定器件尺寸，称为导电沟道1、图形关系只要源极、漏极以及导电沟道所覆盖的区域称为有源区。芯片中有源区以外的区域定义为场区。MOS管中电流由源极流向漏极。沟道中电流流过的距离为沟道长度；截面尺寸为沟道宽度。电流方向沟道长度L沟道宽度W2、器件尺寸设计设计中，常以宽度和长度值的比例式即宽长比（W/L）表示器件尺寸。例：假设一MOS管，尺寸参数为20/5。则在版图上应如何标注其尺寸。20/53、图形绘制英特尔65纳米双核处理器的扫描电镜(SEM)截面图

3、版图图层名称含义NwellN阱Active有源扩散区PselectP型注入掩膜NselectN型注入掩膜Poly多晶硅cc引线孔Metal1第一层金属Metal2第二层金属Via通孔常用图层注意：不同软件对图层名称定义不同；严格区分图层作用。版图图层名称含义cc（或cont）引线孔（连接金属与多晶硅或有源区）Via通孔（连接第一和第二层金属）MOS器件版图图层——PMOSN阱——NWELLP型注入掩模——PSELECT有源扩散区——ACTIVE多晶硅栅——POLY引线孔——CC金属一——META

4、L1通孔一——VIA金属二——METAL2MOS器件版图图层——NMOSN型注入掩模——NSELECT有源扩散区——ACTIVE多晶硅栅——POLY引线孔——CC金属一——METAL1通孔一——VIA金属二——METAL2结构图立体结构和俯视图有源区（ACTIVE）引线孔（CC）金属一（METAL1）多晶硅栅（POLY）N型注入掩模（NSELECT）版图设计中不需要绘制基片衬底材料以及氧化层4、版图设计规则版图设计规则一般都包含以下四种规则：(1)最小宽度例如，金属、多晶、有源区或阱都必须保持最

5、小宽度。(2)最小间距例如，金属、多晶、有源区或阱都必须保持最小间距。(3)最小包围例如，N阱、N+离子注入和P+离子注入包围有源区应该有足够的余量;多晶硅、有源区和金属对接触孔四周要保持一定的覆盖。(4)最小延伸例如，多晶栅极须延伸到有源区外一定长度。在符合设计规则的前提下，争取最小的版图面积5、阱与衬底连接通常将PMOS管的衬底接高电位（正压）；NMOS管的衬底接低电位（负压），以保证电路正常工作衬底材料导电性较差，为了保证接触的效果，需要在接触区域制作一个同有源区类似的掺杂区域降低接触电阻

6、，形成接触区。衬底半导体材料要与电极接触，同样需要引线孔（CC）；P管衬底为N阱（N型材料），接电源；衬底连接版图由NSELETC、ACTIVE、CC、METAL1组成N管衬底为基片（P型材料），接地；衬底连接版图由PSELETC、ACTIVE、CC、METAL1组成完整的MOS管版版图必须包含两个部分：a）由源、栅和漏组成的器件；b）衬底连接。源区、沟道区和漏区合称为MOS管的有源区(Active），有源区之外的区域定义为场区（Fox)。有源区和场区之和就是整个芯片表面即基片衬底（SUB）。衬

7、底连接布局尽可能多的设置衬底连接区6、大尺寸器件的设计单个MOS管的尺寸沟道宽度一般小于20微米，且宽长比W/L>1MOS管宽长比（W/L）比值大于10：1的器件可称为大尺寸器件。在版图上需要做特殊处理。大尺寸器件普遍应用于：缓冲器（buffer）、运放对管、系统输出级。buffer对管缓冲器中的一级反相器运放对管大尺寸器件存在的问题：寄生电容；栅极串联电阻大面积的栅极与衬底之间有氧化层隔绝，形成平板电容细长的栅极存在串联电阻，导致栅极两端电压不同栅电压降低MOS管寄生电容值MOS管栅极串联电阻

8、值GSD设计方法（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/漏区，将4个小MOS管并联(a)形成S-G-D、S-G-D…排列(b)左起第二个和第四个MOS管的、和漏互换(c)将相邻S、D重叠并联后MOS管宽长比与原大尺寸管宽长比相同；并联小MOS管个数为N，并联管的宽长比等于原大尺寸管宽长比的1/N；栅极串联电阻为原大尺寸管寄生电容的1/N源漏共用只能在两个同类型MOS管中连接相同节点的端口之