集成电路版图设计基础电阻电容匹配.ppt

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1、电阻和电容的匹配测得的器件比率相对于预期比率的偏离比如一对10kΩ的电阻，制作后，测得为12.47kΩ和12.34kΩ。两电阻的比率为1.0105，比预期比率略大1%，这对电阻表现出1%的失配。失配的原因-----随机变化失配的原因-----随机变化面变化两个电容匹配匹配电容的较小者对失配起主要作用，避免使用大的电容比率电阻匹配工艺随机变化面变化随机失配和电阻平方根成反比随机失配和电阻宽度成反比适当增加电阻宽度，使用串并联100kΩ和10kΩ的匹配10kΩ由20kΩ的电阻并联，失配可降低1/2两个等值等宽

2、度匹配电阻的情况2、工艺偏差电阻宽度的选择：设宽度为2um和4um的电阻：若多晶硅刻蚀造成ΔW=0.1um，则实际宽度比为(2.1)/(4.1)=0.512，造成2.4%的失配。因此，匹配电阻采用相同宽度消除工艺误差电阻长度的选择：设长度为20um和40um的电阻若多晶硅刻蚀造成ΔL=0.2um，则实际长度比为(20.2)/(40.2)=0.503，造成0.5%的失配。因此，把匹配电阻分成相同尺寸的电阻段消除工艺误差2、工艺偏差分成2段，则实际长度比为(20.2)/(20.2+20.2)=0.5如果方块电

3、阻小，导线电阻、通孔电阻不可忽略增加单段电阻的大小降低通孔电阻的影响增加通孔在跳线上插入通孔对3互联寄生3互联寄生精确匹配电容也受到寄生电容的影响例如10kA的绝缘层上的金属，导线电容率为0.035fF/um2,1um宽，200um长金属产生7fF电容，是1pF电容的7%。通过增加导线长度增加电容匹配4刻蚀速率的变化多晶电阻由刻蚀多晶形成，刻蚀速率取决于多晶硅开孔的大小，越大刻蚀剂进入多，速度越快，大开孔边缘处刻蚀更严重，使得距离很远的多晶硅图形比近距离的图形宽度小。中间电阻宽度更大一点。4刻蚀速率的变化

4、增加虚拟dummy电阻，虚拟电阻间距相同，可以很窄，不连接或者接地（消除电荷积聚）4刻蚀速率的变化-电容多晶硅电容类似，将虚拟电容放置在电容周围，5光刻效应光的干涉和衍射，造成线宽的变化和窄图形的变化，对1um以上没有影响，所以匹配器件不能采用亚微米尺寸；增加虚拟单元可以避免光刻胶的显影速率的变化6扩散相互作用如扩散电阻，相邻扩散区的尾部交叉，N和P型彼此削弱，相同则增强，使边缘的电阻和中间的电阻值略不同。在两端加入虚拟电阻，并具有相同宽度，可以保证掺杂分布均匀。7氢化金属走线一般不应该大范围的从电阻上方

5、跨过：在金属化系统的淀积和刻蚀过程会引入氢，氢通过消除晶粒间界的悬挂键和氢补偿能够影响多晶硅电阻的阻值。若金属走线在电阻上方跨过，各电阻段上的金属覆盖量不同会导致金属化诱发失配。需要精确匹配的器件之间的缝隙不应该用来走线8、机械应力和封装偏移应力会引起硅电阻率变化，金属和陶瓷封装应力最小，但成本高硅和环氧树脂的热膨胀系数相差10倍，随着器件冷却产生应力压阻效应8、机械应力和封装偏移机械应力应力梯度电阻受应力的影响失配为：减小压阻系数，选择低应力材料减少压力梯度，减小电阻质心间距质心共质心版图匹配器件分成几

6、个相同的部分，摆放成对称结构，器件的质心位于穿过阵列的对称轴的交叉点共质心版图ABA结构2:1：ABAB，因为质心不完全对准，质心间距使得器件易受应力诱发失配的影响。匹配电阻确定公因子，10kΩ和25kΩ，最大公因子5kΩ，可以分成7个5kΩ的电阻段。匹配电阻电阻方块不小于5个，10个以上最好；把分段串联或并联；选择合适叉指结构；各个电阻分成相同的段TwoinseriesTwoinparallelFourinparallel共质心版图规则一致性：匹配器件的质心尽量一致对称性阵列的排布应关于X轴Y轴对称分散

7、性：阵列应具有最大可能的分散性，器件的各段应均匀分布在阵列中紧凑型：应尽可能紧凑，最好是正方形二维共质心阵列二维对称轴，更好地消除梯度作用称之为交叉耦合对，电阻很少排列成交叉耦合对，电容、MOS管经常采用11温度梯度和热电效应由于电阻的温度系数，设温度系数是2500ppm/C，则两电阻相差一度，则失配0.25%特别是有功率器件时越远离功率器件，热梯度越小热梯度热分布的对称轴取决于功率器件的位置和方向器件应该置于芯片的的轴上产生对称的热分布，尽可能远离匹配器件，倾向于中央，电阻布局热匹配热电效应只要两种材料

8、接触，就会形成接触电势差，半导体金属的接触电势差受温度强烈影响，如果接触发生在不同的温度，电阻两端表现为电势差。1℃将产生0.4mV电势差分成偶数段一半一个方向折叠电阻接触孔靠近热电效应12静电影响静电场会引起载流子的耗尽和积累，电阻容易受到电压调制的影响，电容受周围电场耦合会引起电容值变化静电场也能把噪声耦合到匹配电阻和电容阵列的高阻节点。电压调制扩散电阻可能随着隔离岛和电阻体区电压差的变化而变化保持隔离岛-体区的电压差相同