CMOS集成电路的版图设计.ppt

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1、第5章CMOS集成电路的版图设计主要内容5.1MOS场效应管的版图实现5.2版图设计规则5.3版图系统的设置5.4版图的建立5.5版图的编辑5.6棍棒图5.7版图设计方法概述集成电路的设计与制作集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)就是将有源元件(二极管、晶体管等)和无源元件(电阻、电容等)以及它们的连线一起制作在半导体衬底上形成一个独立的整体。集成电路的各个引出端就是该电路的输入,输出,电源和地。集成电路的设计与制作集成电路设计仿真版图设计制版流水加工掩模版划片封装裸片die硅圆片封装后的芯片集成电路的设计流程集成电路的设计与制作制版，加工1.集成电路的制作是平面加工工艺，

2、而芯片是立体结构。2.平面工艺到立体结构的实现，需要多层掩模版。每一层掩模版需要用一层版图来表示，因此版图也是分层的，即不同层的版图代表不同的掩模版。3.版图是用二维图形表示电路的三维结构。版图设计的目的是完成集成电路加工所需的各个掩模版上的图形的设计。例子例子例子5.1MOS场效应管的版图实现5.1.1单个MOS管的版图实现1.MOS管的结构和布局GDSBW/L很大W/L很小2.直线形排列的NMOS管结构图立体结构和俯视图3.源区、沟道区和漏区合称为MOS管的有源区(Active），而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。Fox+Active=Surface

3、芯片表面包含有源区和场区两部分4.N阱CMOS集成电路使用P型衬底，NMOS管直接制作在P型衬底上，PMOS管做在N阱内。ActiveWP+impLPolyN-Well接触孔的尺寸与数量Active接触孔的尺寸：如果需要大面积接触，应使用很多小的接触窗口，避免金属与有源区大面积连接时发生的接触穿刺。版图设计软件中通常接触孔的尺寸不能更改。接触孔的数量：尽量大于等于两个，避免金属填充产生缺陷导致接触不良。5.完整的MOS管版图必须包含两个部分：a）由源、栅和漏组成的器件；b）衬底连接或阱连接。(a)PMOS管(b)NMOS管完整的MOS管版图图形WP>WN5.1.2MOS管阵列的版图实现1.MO

4、S管串联(1)两个MOS管的串联版图N1的源、漏区为X和Y，N0的源、漏区为Y和Z。Y是它们的公共区域，如果把公共区域合并，得到两个MOS管串联连接的版图。从电流的方向可以决定，当MOS管串联时，它们的电极按S-(D-S)-(D-S)-D方式连接。电路图5.1.2MOS管阵列的版图实现(2)任意个MOS管串联，例如3个MOS管串联的版图(a)电路图(b)版图2.MOS管并联并联是指MOS管的源和源连接，漏和漏连接，各自的栅还是独立的。(1)栅极水平放置，节点X和Y可用金属连线连接(图b)；也可用有源区连接(图c）。5.1.2MOS管阵列的版图实现(a)电路图(b)用金属连接节点(c)用有源区连

5、接节点传输门？Danger!!!5.1.2MOS管阵列的版图实现(2)栅极竖直方向排列，节点连接既可用金属导线(图b)，也可用有源区进行连接(图c）。(a)电路图(b)用金属连接节点(c)用有源区连接节点(3)三个或三个以上MOS管并联。①全部用金属进行源的连接和漏的连接(图a），称为叉指形结构;②分别用金属和有源区进行源和漏的并联连接;③金属连接和有源区连接联合使用(图b）。(a)源和漏的并联都用金属连接（叉指型）(b)分别用有源区和金属进行并联连接3.MOS管的复联复联是MOS管先串后并和先并后串的连接。(a)电路图(b)版图5.1.2MOS管阵列的版图实现5.2版图设计规则根据工艺水平和

6、经验积累，总结制定出的作为版图设计时必须遵循的一整套数据规则称为版图设计规则。在正常的生产条件下，即使出现光刻套准偏差、过腐蚀、硅片变形等工艺偏差情况，设计规则仍然可以保证电路芯片的正常加工制作以及正常工作。设计规则是由几何限制条件和电学限制条件共同确定的版图设计的几何规定，这些规定是以掩膜版各层几何图形的宽度、间距及重叠量等最小容许值的形式出现的。版图设计规则一般都包含以下四种规则：(1)最小宽度；(2)最小间距；(3)最小包围；(4)最小延伸。5.2版图设计规则(1)最小宽度金属、多晶、有源区或阱的尺寸都必须大于或等于设计规则中的最小宽度。该值由光刻和工艺水平决定。0.5um工艺5.2版图

7、设计规则(2)最小间距在同一层掩模（版图）上，图形之间的间隔必须大于或等于设计规则中的最小间距。5.2版图设计规则(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，以确保即使出现光刻套准偏差时，器件有源区始终在N阱、N+离子和P+离子注入区范围内。为了保证接触孔位于多晶硅或有源区内，应使多晶硅或有源区和金属对接触孔四周要保持一定的覆盖。(4)最小延伸某些图形重叠于其他