集成电路设计3-版图设计

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1、集成电路课程设计主讲：余隽Tel:84706184junyu@dlut.edu.cn第二章CMOS集成电路设计中的基本概念1、原理图2、版图9/21/20212junyu@dlut.edu.cn版图设计（物理层设计）硅芯片上的电阻？电容？电感？晶体管？连线？版图设计的重要性：电路功能和性能的物理实现；布局、布线方案决定着芯片正常工作、面积、速度；经验很重要。版图设计的目标：实现电路正确物理连接，芯片面积最小，性能优化（连线总延迟最小）版图设计包括：基本元器件版图设计；布局和布线；版图检验与分析。

2、9/21/20213junyu@dlut.edu.cnN阱BBCMOS集成电路基本工艺流程P型衬底N阱700mm1.2mm200nm6.5nm0.35mm薄氧有源区GSDGSDcontactvia注：为形成反型层沟道，P衬底通常接电路的最低电位(vss/gnd)。N阱通常接最高电位（vdd）。P衬底N阱单poly工艺9/21/20214junyu@dlut.edu.cnCMOS基本工艺中的层次P型衬底N阱导体：多晶硅、N+掺杂区、P+掺杂区、阱区；各金属层；半导体：绝缘介质：各介质层（氧化硅，氮

3、化硅）；版图设计：充分利用各层特性来设计真实的元器件。9/21/20215junyu@dlut.edu.cn硅芯片上的电子世界--电阻电阻：具有稳定的导电能力（半导体、导体）；薄膜电阻硅片厚度：百纳米宽度：微米芯片上的电阻：薄膜电阻；9/21/20216junyu@dlut.edu.cn能与CMOS工艺兼容的电阻主要有四种：扩散电阻、多晶硅电阻、阱电阻、MOS电阻（1）多晶硅电阻最常用，结构简单。在场氧（非薄氧区域）。P型衬底电阻的版图设计多晶硅电阻（poly）辅助标志层：res_dum为什么电

4、阻要做在场氧区？9/21/20217junyu@dlut.edu.cnP型衬底（2）扩散电阻在源漏扩散时形成，有N+扩散和P＋扩散电阻。在CMOSN阱工艺下，N+扩散电阻是做在PSUB上，P＋扩散是在N阱里。P型衬底N阱N+扩散电阻P+扩散电阻P+接地PN结反型隔离N+接电源PN结反型隔离9/21/20218junyu@dlut.edu.cnP型衬底（3）阱电阻阱电阻就是一N阱条，两头进行N+扩散以进行接触。N阱阱电阻（N-Well）9/21/20219junyu@dlut.edu.cn（4）M

5、OS电阻(有源电阻)利用MOS管的沟道电阻。所占的芯片面积要比其他电阻小的多，但它是一个非线性的电阻（电阻大小与端电压有关）。栅极连接漏极，MOS管始终处于饱和区。IDSVTPVVGSIO(b)IDSVTNVVGSIO(a)DSG+-IVDVSGI+-9/21/202110junyu@dlut.edu.cn电阻版图设计比例电阻的版图结构需5K,10K,15K电阻，采用5K单位电阻：各层阻值不同，且电阻有一定的温度和电压特性对称设计对称更好层次方阻（欧/方）金属60mW/多晶硅几~上千W/N+

6、/P+diffusion5W/N-well1kW/蛇形，meanderDummyresistor，匹配邻近效应9/21/202111junyu@dlut.edu.cn9/21/202112junyu@dlut.edu.cn硅片几十微米硅芯片上的电子世界--电容电容：一对电极中间夹一层电介质的三明治结构；硅芯片上的薄膜电容：下电极：金属或多晶硅氧化硅电介质上电极：金属或多晶硅9/21/202113junyu@dlut.edu.cn两层导体夹一层绝缘体形成平板电容金属-金属（多层金属工艺，MIM

7、）金属-多晶硅多晶硅-多晶硅（双层多晶硅工艺,PIP）金属-扩散区多晶硅-扩散区PN结电容MOS电容:多晶硅栅极与沟道（源/漏极）9/21/202114junyu@dlut.edu.cn比例电容的版图结构P型衬底C2=8C1平板电容辅助标志层：cap_dum9/21/202115junyu@dlut.edu.cn平板电容MIM结构，使用顶层金属与其下一层金属；下极板与衬底的寄生电容小；电容区的下方不要走线；精度好；PIP、MIP结构，传统结构；第n-1层金属MIM上电级第n层金属钝化层常见结构：

8、MIM,PIP,MIP；9/21/202116junyu@dlut.edu.cn多层平板电容（MIM）增加单位面积电容；精度高，匹配性好；侧壁电容：单位面积电容值可比左边的大；精度较高，匹配性较好；多层金属制作的平板电容和侧壁电容9/21/202117junyu@dlut.edu.cnMOS电容n+n+p-typebodyWLtoxpolysilicongateVGVS利用栅氧电容；面积小；非线性；有极性。旁路电容。0VTHVGSCGS强反型累积区9/21/202118junyu@dlut.ed