第4章-电阻版图设计.ppt

1、第 4章 电阻版图设计集成电路版图基础 本章主要内容本章主要内容6.1电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻6.3电阻变化电阻变化6.4不同类型电阻比较不同类型电阻比较6.2电阻版图电阻版图6.5微调电阻微调电阻6.6电阻匹配电阻匹配 电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻材料材料电电阻率（欧阻率（欧.cm）铜铜（块块状）状）1.7 x 10-6金（金（块块状）状）2.4 x 10-6铝铝（薄膜）（薄膜）2.7 x 10-6铝铝（掺掺2%硅）硅）3.8 x 10-6硅化硅化铂铂3.0 x 10-5N型硅（型硅（Nd=1018 cm-3）0.25N型硅（型硅（Nd=1015cm-3）48本征硅本征硅2.5

2、x 105二氧化硅二氧化硅1014电阻材料电阻材料 电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻方块电阻方块电阻定值定值 由设计者设定由设计者设定 本章主要内容本章主要内容6.1电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻6.3电阻变化电阻变化6.4不同类型电阻比较不同类型电阻比较6.2电阻版图电阻版图6.5微调电阻微调电阻6.6电阻匹配电阻匹配 电阻版图Nwell电阻电阻 电阻版图Nwell电阻电阻 电阻版图Nwell电阻电阻NwellN+N+M1M1P-sub 电阻版图Poly电阻电阻 电阻版图Poly电阻电阻P-sub场氧场氧PolyM1绝缘层绝缘层 电阻版图N+电阻电阻 电阻版图N+电阻电阻 电阻版图N+电阻

3、电阻P-subN+M1 电阻版图电阻版图WLWL 电阻版图电阻版图折叠版图折叠版图矩形拐角矩形拐角圆型拐角圆型拐角ACB 电阻版图电阻版图狗骨型电阻狗骨型电阻 本章主要内容本章主要内容6.1电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻6.3电阻变化电阻变化6.4不同类型电阻比较不同类型电阻比较6.2电阻版图电阻版图6.5微调电阻微调电阻6.6电阻匹配电阻匹配 电阻阻值变化电阻阻值变化工艺变化工艺变化 电阻阻值取决于其方块电阻和尺寸。方块电阻会随薄电阻阻值取决于其方块电阻和尺寸。方块电阻会随薄膜厚度、掺杂浓度。掺杂分布和退火条件的波动变化，电膜厚度、掺杂浓度。掺杂分布和退火条件的波动变化，电阻的尺寸也会随着

4、光刻误差和刻蚀速率的不一致而发生变阻的尺寸也会随着光刻误差和刻蚀速率的不一致而发生变化。化。本章主要内容本章主要内容6.1电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻6.3电阻变化电阻变化6.4不同类型电阻比较不同类型电阻比较6.2电阻版图电阻版图6.5微调电阻微调电阻6.6电阻匹配电阻匹配不同类型电阻比较不同类型电阻比较Poly电阻电阻Poly电阻是集成电路设计中常用的一种电阻，它是由用制作电阻是集成电路设计中常用的一种电阻，它是由用制作MOSFET的的Poly层来制作的电阻。层来制作的电阻。Poly电阻一般有以下几种：电阻一般有以下几种：1.掺杂硅化的掺杂硅化的Poly电阻电阻 多晶硅栅多晶硅栅2.掺

5、杂非硅化的掺杂非硅化的Poly电阻电阻 多晶硅电阻多晶硅电阻3.非掺杂非硅化的非掺杂非硅化的Poly电阻电阻 高阻值的多晶硅电阻高阻值的多晶硅电阻不同类型电阻比较不同类型电阻比较Poly电阻电阻掺杂硅化的掺杂硅化的Poly电阻电阻 多晶硅淀积工艺中淀积的多晶硅多晶硅淀积工艺中淀积的多晶硅薄层电阻是比较大的，为了改善导电性薄层电阻是比较大的，为了改善导电性能一般对其进行重掺杂以减小其方块电能一般对其进行重掺杂以减小其方块电阻。此时多晶硅的电阻率在几十到一百阻。此时多晶硅的电阻率在几十到一百多欧姆之间。为了进一步减小其电阻，多欧姆之间。为了进一步减小其电阻，现代短沟道工艺中使用现代短沟道工艺中使用

6、Polysilicide工工序，在制作栅极的序，在制作栅极的Poly层上淀积导电的层上淀积导电的硅化物，将多晶硅的方块电阻降至硅化物，将多晶硅的方块电阻降至2欧欧姆左右。一般用于制作栅或互连线。姆左右。一般用于制作栅或互连线。掺杂硅化的掺杂硅化的Poly栅和电阻栅和电阻不同类型电阻比较不同类型电阻比较Poly电阻电阻掺杂非硅化的掺杂非硅化的Poly电阻电阻 对电阻而言，硅化物不仅降低对电阻而言，硅化物不仅降低了方块电阻，而且由于晶圆淀积的了方块电阻，而且由于晶圆淀积的厚度不一样，所以电阻随工艺波动厚度不一样，所以电阻随工艺波动很大，同一晶圆上电阻的匹配性能很大，同一晶圆上电阻的匹配性能也不如非

7、硅化的也不如非硅化的Poly电阻。所以为电阻。所以为了制造更加精确的电阻，许多工艺了制造更加精确的电阻，许多工艺提供提供“硅化物阻挡层硅化物阻挡层”，即在制作，即在制作电阻的多晶上覆盖一层硅化物阻挡电阻的多晶上覆盖一层硅化物阻挡层，防止层，防止Poly被硅化。这种电阻称被硅化。这种电阻称为掺杂非硅化的为掺杂非硅化的Poly电阻。电阻。掺杂非硅化的掺杂非硅化的Poly电阻电阻不同类型电阻比较不同类型电阻比较Poly电阻电阻非掺杂非硅化的非掺杂非硅化的Poly电阻电阻CMOS工艺中为了能制造高阻值电阻，工艺中为了能制造高阻值电阻，有些工艺提供阻止有些工艺提供阻止Poly被硅化的同时被硅化的同时防止

8、对防止对Poly进行离子注入工序，这样进行离子注入工序，这样的薄层的薄层Poly电阻比阱电阻的方块电阻电阻比阱电阻的方块电阻值更大，一般可以达到值更大，一般可以达到12K/左右。左右。非掺杂非硅化的非掺杂非硅化的Poly电阻电阻多晶硅电阻是最常用的电阻类型。多晶硅电阻是最常用的电阻类型。不同类型电阻比较不同类型电阻比较阱电阻阱电阻 阱电阻即用阱来做电阻主体，在阱电阻即用阱来做电阻主体，在P衬底工艺下阱电阻一般使用衬底工艺下阱电阻一般使用NWell来实来实现，有时候工艺线没有提供高阻值薄层现，有时候工艺线没有提供高阻值薄层多晶电阻，此时高阻值的电阻可以用长多晶电阻，此时高阻值的电阻可以用长条型的

9、条型的N阱来制作，电阻的两端使用阱来制作，电阻的两端使用N+进行连接。进行连接。阱电阻的方块电阻值比较大，通阱电阻的方块电阻值比较大，通常都在几百欧姆以上。但是常都在几百欧姆以上。但是方块电阻不方块电阻不仅受工艺影响，也受电阻宽度的影响仅受工艺影响，也受电阻宽度的影响。不同类型电阻比较不同类型电阻比较阱电阻阱电阻 N阱电阻的方块值还随阱到衬底的电压变化而剧阱电阻的方块值还随阱到衬底的电压变化而剧烈变化，这导致了电阻呈现严重非线性。这是由于烈变化，这导致了电阻呈现严重非线性。这是由于阱电阻底部和衬底间的耗尽层厚度变化比较大，影阱电阻底部和衬底间的耗尽层厚度变化比较大，影响了响了N阱的单位长度电阻

10、值。所以阱的单位长度电阻值。所以N阱电阻难以确定阱电阻难以确定阻值大小，匹配起来也比较困难。阻值大小，匹配起来也比较困难。此外阱电阻的温度系数也比较差。此外阱电阻的温度系数也比较差。所以阱电阻仅用在需要高阻值，又不关心精度和匹配的所以阱电阻仅用在需要高阻值，又不关心精度和匹配的场合。场合。不同类型电阻比较不同类型电阻比较N+/P+电阻电阻 P+/N+电阻是在衬底或阱中用电阻是在衬底或阱中用P+扩散区或扩散区或N+扩散区扩散区制造而成的电阻，这种电阻和阱电阻的区别从本质来说制造而成的电阻，这种电阻和阱电阻的区别从本质来说是掺杂浓度不同，阱和衬底的掺杂要远低于是掺杂浓度不同，阱和衬底的掺杂要远低于

11、P+/N+扩散区。扩散区。P+/N+电阻的掺杂浓度高于阱电阻，因而其方块电阻电阻的掺杂浓度高于阱电阻，因而其方块电阻要比阱电阻小，通常在要比阱电阻小，通常在100200欧姆欧姆/左右。左右。P+/N+电阻的方块电阻对于扩散区到阱或衬底的电压电阻的方块电阻对于扩散区到阱或衬底的电压变化不像阱电阻那样敏感，因为变化不像阱电阻那样敏感，因为P+/N+电阻的掺杂浓度高，电阻的掺杂浓度高，对于特定电压变化，耗尽层厚度变化较小，因而对于特定电压变化，耗尽层厚度变化较小，因而P+/N+电电阻的匹配性要比阻的匹配性要比Nwell好。好。P+/N+电阻具有较大的寄生电容，其寄生电容比电阻具有较大的寄生电容，其寄

12、生电容比Nwell的寄生电容大。的寄生电容大。本章主要内容本章主要内容6.1电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻6.3电阻变化电阻变化6.4不同类型电阻比较不同类型电阻比较6.2电阻版图电阻版图6.5微调电阻微调电阻6.6电阻匹配电阻匹配调节电阻（调节电阻（Tweaking)滑动接触孔滑动接触孔很多时候我们需要一个精确的电阻阻值，流片后的结果往往不如人意，为了快速、低成本的调整阻值，我们在设计版图的时候使用一些可调节的结构。调整接触孔的位置即调整接触孔的位置即可调整电阻大小，无可调整电阻大小，无需更改电阻层和金属需更改电阻层和金属层版图（掩膜）层版图（掩膜）滑动端头滑动端头调节电阻（调节电阻（Tw

13、eaking)长号式滑动调整电阻长号式滑动调整电阻调节电阻（调节电阻（Tweaking)金属选择金属选择调节电阻（调节电阻（Tweaking)以上调节阻值的办法称为以上调节阻值的办法称为Tweaking，Tweaking需要更改版图。需要更改版图。下面的另一种方法称为下面的另一种方法称为Trimming，直接使用熔，直接使用熔丝、激光矫正等办法修改阻值，不做版图的更改。丝、激光矫正等办法修改阻值，不做版图的更改。微调电阻（微调电阻（Trimming）电流微调电流微调电压微调电压微调熔丝微调熔丝微调微调电阻（微调电阻（Trimming）除了熔丝微调外，还可以使用齐纳管、除了熔丝微调外，还可以使用齐纳管、EPROM、激光矫正等方法进行微调，但电阻网络的布局是类激光矫正等方法进行微调，但电阻网络的布局是类似的。似的。本章主要内容本章主要内容6.1电阻率和方块电阻电阻率和方块电阻6.3电阻变化电阻变化6.4不同类型电阻比较不同类型电阻比较6.2电阻版图电阻版图6.5微调电阻微调电阻6.6电阻匹配电阻匹配使用使用Dummy器件解决上面器件解决上面两类问题两类问题热梯度的影响热梯度的影响这个版图有什么值得商榷的问题？这个版图有什么值得商榷的问题？ABABABABABBAABBA共质心！共质心！共质心版图共质心版图场板场板静电屏蔽（静电屏蔽（shielding）