第二章版图设计规则

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IC工艺和版图设计第二章版图设计规则

主讲：莫冰Email:mobing@ 华侨大学信息学院电子工程系厦门专用集成电路系统重点实验室

版图设计

参考文献1 . Alan Hastings著 . 张为译 . 模拟电路版图的艺术.第二版 . 电子工业出版社 . CH2-3

2 . R.Jacobs Baker著 . 陈中建译 . CMOS电路设计布局与仿真 . 第一版. 机械工业出版社.CH2-4 3 . Michael Quirk 著 . 韩郑生译 . 半导体制造技术 . 第一版 . 电子工业出版社 . CH4、CH9 4 . CSMC 0.5um DPTM Mixed Signal Technology Technology Topological Design Rule

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本章主要内容

版图层次定义

Layout

版图设计规则简单反相器版图

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版图层次定义Layout 1. 有源区 2.N阱 3. 场注入 4. 正常Vth沟道注入 5. 低Vth NMOS沟道注入 6. 低VthPMOS沟道注入 7. 耗尽型NMOS沟道注入 8. 耗尽型PMOS沟道注入 Active TO

NWell-----------------

TBPT BC PS ND PD

LVNLVP VDN

VDP

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版图层次定义Layout 9.纵向NPN 基区注入 10.多晶硅 11.N型源/漏 12.P型源/漏 13.ROM 14.Poly2阻挡层 15.Poly2 16.接触孔 P-base BA

Poly1N+ P+

GTSN SP

ROMHigh Res Poly2

ROIM PC W1

Contact

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版图层次定义Layout 17. 金属1 18.M1和M2接触孔 19. 金属2 20. M2和M3接触孔 21. 金属3 22. 焊盘PAD Metal1 A1

VIA1Metal2 VIA2

W1A2 W3

Metal3PAD

A3CP

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版图层次定义

Nwell 有源区多晶硅1 多晶硅2 多晶硅2阻挡层

N N阱阱有源区(薄氧区) 多晶硅1(Poly1). 多晶硅2(Poly2) 多晶硅2掺杂阻挡层

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版图层次定义

NWell

如果制造集成电路的硅片掺杂了磷等施主杂质，则该类型的硅片称为n型硅；如果掺杂了硼等受主杂质，则该类型的硅片称为p 型硅。在制作CMOS集成电路时，N沟MOSFET(简称 NMOS)直接制作在p衬底上； P沟MOSFET(简称PMOS)需要制作在N阱上。栅栅

源 n+

漏 n+p衬底 nmos

源 p+n阱

漏 p+p衬底 pmos Copyright by Mo Bing

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版图层次定义

NWell

实际上制造集成电路前，有些CMOS工艺需要先在硅片上生长一层外延层，以减少闩锁效应的影响(该效应将在以后详细介绍)。习惯上我们把外延层和原来的衬底都称作衬底。使用p衬底n阱的工艺称为N阱工艺。使用n衬底p阱的工艺称P阱工艺。现代工艺出于牺牲PMOS性能来优化NMOS 性能，所以大多数工艺都是N阱工艺

。现代工艺中也有同时使用N阱和P阱的工艺，称为双阱工艺。

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版图层次定义

NWell

N阱和P衬底构成寄生二极管，在CMOS电路中衬底通常接最低电平，确保二极管处于反偏。理想情况下，从衬底流出的电流为0.

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NWell

N阱作用： 1.N阱最主要的作用在于制造PMOS。 2.N阱掺杂浓度较低，电阻率较高，可以用于制造电阻，称为阱电阻。 3.N阱可以和衬底构成二极管，也可以用于制造寄生PNP管(纵向PNP)。(注：具体如何制造电阻、二极管、双极管将在后面专门的章节进行介绍。)

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版图层次定义

NWell

硅片涂胶后，通过N阱掩膜板，将硅片放在光线下，并进一步通过显影去掉被光照的光刻胶。

极紫外线

不透光区未曝光区衬底华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室

透光区

掩膜版曝光区

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版图层次定义

NWell

接着将硅片暴露在施主原子下，施主杂质会被光刻胶阻挡住，同时也能通过光刻胶上的开孔扩散到开孔区域的硅片中。

掩膜版

不透光区

透光区

SiO2 P衬底

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版图层次定义

NWell

扩散到一定时间后，N阱的深度达到工艺期望值。需要注意的是：施主杂质不仅会沿垂直硅片的方向扩散(纵向扩散);还会在硅片中间向四周扩散(横向扩散)。(记住这一特性，这和以后的N阱设计规则有密切关系)华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室

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NWell

Nwell

ActivePoly P+ implant N+ impant

Nwell

OmicontactMetal

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光

NWell

MASK Nwell 光刻胶 SiO2

P-type Si

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NWell

MASK Nwell 光刻胶

光刻胶 SiO2

P-type Si

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NWell

光刻胶 SiO2

光刻胶SiO2

P-type Si

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版图层次定义

NWell

SiO2

Nwell

P-type Si

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Nwell 有源区多晶硅1 多晶硅2 多晶硅2阻挡层

N阱

有源区(薄氧区) 多晶硅1(Poly1).

多晶硅2(Poly2) 多晶硅2掺杂阻挡层

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版图

层次定义

有源区

有源区的主要用于制造N型器件和P型器件，也可以用于金属1和衬底或阱的接触。从某种意义上说有源区的掩膜板主要用于打开离子注入的窗口。实际上有源区掩膜板的意义在于作为制造硅局部氧化(LOCOS)和薄氧(封闭图形内形成薄氧，封闭图形外形成LOCOS)。

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