第六章_电阻版图设计.

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IC工艺和版图设计第六章电阻版图设计主讲：莫冰Email：[e-mail]华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室参考文献1.AlanHastings著.张为译.模拟电路版图的艺术.第二版.电子工业出版社.CH5CH7CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室目的电阻材料的选择会对电路的性能产生巨大的影响，选择合适的电阻类型进行版图设计。CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻用来提供明确或可控的电阻值，模拟电路中通常包含很多的电阻。大部分工艺中提供了多种不同的电阻材料以供选择，有些材料适合制作高阻值电阻，有些材料适合制作低阻值电阻。不同的材料的精度和温度特性会有较大的区别，电路设计者和版图设计者通常需要为每个电阻选择合适的材料。电阻材料的选择会对电路的性能产生巨大的影响，因此没有经过仔细考虑后果的情况下不易随便替换电阻材料。CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生效应微调电阻电阻率和方块电阻电阻变化不同类型电阻比较电阻匹配6.7材料电阻率（欧.cm）铜（块状）-61.7x10金（块状）-62.4x10铝（薄膜）-62.7x10铝（掺2%硅）-63.8x10硅化铂-53.0x1018N型硅（Nd=10cm-3）0.2515N型硅（Nd=10cm-3）48本征硅52.5x10二氧化硅14~10电阻率和方块电阻华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻材料CopyrightbyMoBing=RS()=R()CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻率和方块电阻LLLWtWWR=方块电阻CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻率和方块电阻1.深亚微米工艺中一般使用填充金属（如铂）来减小接触孔的电阻而且可以防止接触孔断路2.在进行金属淀积之前使用CMP来避免金属爬坡3.使用SiO2来做绝缘层电阻率和方块电阻华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室接触孔电阻CopyrightbyMoBingCopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生效应微调电阻电阻率和方块电阻电阻变化不同类型电阻比较电阻匹配6.7CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻版图电阻类型PolySiO2M1Poly电阻CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻版图电阻类型N阱N+N+SiO2M1阱电阻CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻版图电阻类型N+P-sub电阻版图矩形拐角R=R[(2A+B)/W+1.12]华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室折叠版图圆型拐角R=R(2C/W+2.96)CopyrightbyMoBingCopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Dummy电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Nwell电阻CopyrightbyMoBing电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Nwell电阻CopyrightbyMoBingCopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室NwellN+电阻版图M1Nwell电阻M1N+P-sub电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Poly电阻CopyrightbyMoBingCopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻版图Poly电阻M1场氧绝缘层PolyP-sub电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室N+电阻CopyrightbyMoBing电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室N+电阻CopyrightbyMoBing电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室N+电阻M1N+P-subCopyrightbyMoBing电阻版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室狗骨型电阻CopyrightbyMoBingCopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻版图狗骨型电阻狗骨电阻和折叠电阻可以看出大的端头会降低布局密度CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生效应微调电阻电阻率和方块电阻电阻变化不同类型电阻比较电阻匹配6.7CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值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光刻误差和刻蚀速率的不一致而发生变化。电阻类型尺寸方块电阻阻值偏差电阻类型尺寸方块电阻阻值偏差MinTypMaxMinTypMaxN阱100/109001000110010%100/10N+6065708%P+1551701859%Poly115192323%Poly248556213%HPoly2_180/109101080125015%HPoly2_280/1017002100250025%HPoly2_340005500700030%HPoly2_47000110001500037%M1/2100/0.600.080.2---M3100/0.800.020.12---Poly1Cont0.5X0.50310---Poly2Cont0.5X0.501220---N+Cont025100---P+Cont090200---Via10.55X0.55X10000110---Via20.6X0.6X100000.510---CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化工艺变化CSMC0.5DPTM方块电阻CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化工艺变化现代工艺的方块电阻误差基本都可以维持在20%以内，以CSMC0.5um工艺为例，N+和P+的扩散电阻均可维持在10%偏差内，Poly1和poly2电阻在20%误差内，带阻挡层的高阻HPoly的偏差基本也可以控制在30%以内。CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化在工艺中，用线宽控制来做光刻和工艺尺寸的度量。一般线宽控制用特征尺寸的百分比来衡量，现代工艺中大部分工艺都可以保证线宽控制在其最小特征尺寸的20%以内。电阻容差可由以下关系进行估算。CL0.2WminWuseWuse例如：1.方块电阻偏差25%，有效线宽2um,线宽控制0.25um,则电阻容差为38%。2.方块电阻偏差25%，有效线宽2um,特征尺寸0.5um,则电阻容差为30%。注意：阱电阻除了考虑线宽控制外，还需考虑横向扩散。在CSMC0.5DPTM工艺中典型阱深2.7um.工艺变化CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化电阻设计规则：1.在容差不重要的情况下，电阻可以使用最小宽度，这样期望的阻值容差为线宽控制20%加上方块电阻变化值。但是注意扩散电阻不能窄于结深的150%。2.需要中等精度的容差时，电阻宽度为最小特征尺寸的2~3倍，期望容差为10%加上方块电阻变化值。3.需要高精度电阻时，可以选用最小特征尺寸的5倍以上的宽度，期望容差为4%加上方块电阻变化值。工艺变化偏差偏差MinTypMaxMinTypMaxN阱9001000110010%N+6065708%P+1551701859%Poly115192323%Poly248556213%HPoly2_180/109101080CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室温度变化温度系数TCRppm/℃+3800+4000+3700+1500+600+2500+3000-1000+1000+6000材料铝（块状）铜（块状）金（块状）160Ω/基区扩散7Ω/发射区扩散5KΩ/基区收缩扩散2KΩ/高值薄膜电阻（P型）500Ω/多晶硅电阻（4KAN型）25Ω/□多晶硅电阻（4KAN型）10KΩ/N阱电阻阻值变化几种材料在25℃时的典型温度系数CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化非线性多晶电阻制作于场氧上方，场氧在多晶和衬底之间起绝缘作用，散热性差，所以多晶电阻容易受自加热的影响。使用多晶电阻时绘制长度不能太短，减小多晶晶粒非线性的影响。电阻类型尺寸方块电阻阻值偏差电阻类型尺寸方块电阻阻值偏差MinTypMaxMinTypMaxPoly1Cont0.5X0.50310---Poly2Cont0.5X0.501220---N+Cont025100---P+Cont090200---CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化接触电阻每个电阻至少有两个接触孔，每个接触孔都会增加电阻的阻值。CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻阻值变化接触电阻M1绝缘层Poly场氧P-subpoly1的接触电阻典型值为3欧姆，poly2的接触电阻典型值为12欧姆CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室N+M1M1N+N+P-subM1P-subP-subP+M1NwellN+N+接触电阻典型为25NwellN+接触电阻典型为25P+接触电阻典型为90CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生效应微调电阻电阻率和方块电阻电阻变化不同类型电阻比较电阻匹配6.7电阻寄生效应T1Polyπ模型多晶硅电阻电路模型华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室多晶硅电阻的寄生效应T2夹层氧化物场氧衬底2π模型CopyrightbyMoBing电阻寄生效应多晶硅电阻的寄生效应多晶电阻的四周被绝缘物包围，这样的结构导致了多晶硅会和绝缘层和衬底构成寄生电容（Poly-绝缘层-衬底）。其分布电容可以使用π模型或多π模型来估计。此外跨越多晶硅的导线会引入额外的寄生电容，这样的寄生电容有可能会将噪声耦合到高阻抗回路。因而在精密模拟电路中，信号线不能布在多晶电阻上。夹层氧化物场氧衬底CopyrightbyMoBingPoly华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室电阻寄生效应扩散电阻模型CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生效应微调电阻电阻率和方块电阻电阻变化不同类型电阻比较电阻匹配6.7CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室不同类型电阻比较Poly电阻工艺类型：polycide:降低栅极电阻silicide：降低源漏电阻salicide：既能降低栅极电阻，又能降低源漏电阻CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室不同类型电阻比较Poly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MOSFET的Poly层来制作的电阻。Poly电阻一般有以下几种：1.掺杂硅化的Poly电阻2.掺杂非硅化的Poly电阻EX：多晶硅栅EX：多晶硅电阻3.非掺杂非硅化的Poly电阻EX：阻止栅注入的多晶电阻CopyrightbyMoBing华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室不同类型电阻比较Poly电阻掺杂硅化的Poly电阻多晶硅淀积工艺