MOSFET版图设计

1、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工艺和版图设计第四章 MOSFET版图设计主讲：黄炜炜主讲：黄炜炜Email：Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室参考文献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 . CH11-12Copyright by Huang Weiwei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MOSFET版图基础版图基础MOSFET版图样式版图样式MOSFET的匹配的匹配Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门

2、专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜光刻胶光刻胶2氮化硅氮化硅二氧化硅二氧化硅衬底衬底Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜氮化硅氮化硅二氧化硅二氧化硅衬底衬底场氧场氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜衬底

3、衬底场氧场氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜薄氧薄氧衬底衬底场氧场氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyPoly掩膜掩膜 光刻胶光刻胶Copyright by Huang W

4、eiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyPoly掩膜掩膜 光刻胶光刻胶Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室

5、 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+注入掩膜注入掩膜Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+注入掩膜注入掩膜Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+注入掩膜注入掩膜P+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET

6、版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+N+注入掩膜注入掩膜背栅背栅Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+注入掩膜注入掩膜N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版

7、图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copy

8、right by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区有源区Poly1P+N+CONM1Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统

9、重点实验室 MOSFET版图基础PMOS版图版图有源区有源区Poly1P+N+CONM1N阱阱Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础PMOS版图版图SiO2场氧场氧场氧场氧polymetalmetalP+P+N+NwellPsubCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础MOS管的长和宽管的长和宽effLLL effWWW 实际晶体管中的长度等于实际晶体管中的长度等于源漏扩散区之间的距离，自对源漏扩散区之间的距离，自对准晶体管版图绘制的长度准晶体管版图绘制

10、的长度L等等于版图数据中跨过多晶硅栅从于版图数据中跨过多晶硅栅从源区到漏区的距离。源区到漏区的距离。 实际自对准工艺中晶体实际自对准工艺中晶体管的宽度是由有源区而不是管的宽度是由有源区而不是多晶硅栅掩膜决定的。多晶硅栅掩膜决定的。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础N阱阱 P阱阱 NMOS制作于制作于P型外延型外延层，通过层，通过P+实现背栅接触。实现背栅接触。 PMOS制作于制作于N阱中，阱中，通过通过N+实现背栅接触。实现背栅接触。 NMOS制作于制作于P阱中，阱中，通过通过P+实现背栅接触。实现背栅接触。 PMOS

11、制作于制作于N型外延型外延层，通过层，通过N+实现背栅接触。实现背栅接触。 NMOS制作于制作于P阱中，阱中，通过通过P+实现背栅接触实现背栅接触 PMOS制作于制作于N阱中，阱中，通过通过N+实现背栅接触实现背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入 多晶和多晶和P+ 或或N+图形相交的地方就可能形成自对准图形相交的地方就可能形成自对准的多晶硅栅晶体管，在某些情况下，厚氧化层也可以形的多晶硅栅晶体管，在某些情况下，厚氧化层也可以形成成MOSFET。在生长场氧之前，向场区注入合适的杂质。在生长场

12、氧之前，向场区注入合适的杂质可以提高晶体管的阈值电压，现代工艺中将能够提供场可以提高晶体管的阈值电压，现代工艺中将能够提供场区掺杂的方法叫沟道终止注入。区掺杂的方法叫沟道终止注入。 目前大部分目前大部分CMOS工艺中使用两个互补的沟道终止工艺中使用两个互补的沟道终止注入来同时抑制注入来同时抑制NMOS和和PMOS的寄生沟道。对所有的的寄生沟道。对所有的P场区进行场区进行P沟道终止注入来增大沟道终止注入来增大NMOS厚氧阈值电压；厚氧阈值电压；对对N型场区进行型场区进行N型沟道终止注入来增大型沟道终止注入来增大NMOS厚场阈厚场阈值电压。值电压。Copyright by Huang Weiwei

13、华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入采用采用P和磷实现沟道终止注入后生长厚氧和磷实现沟道终止注入后生长厚氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础阈值电压调整阈值电压调整 理想情况下，增强型理想情况下，增强型MOS

14、FET的阈值电压在的阈值电压在0.60.8V左左右。不经过阈值电压调整的右。不经过阈值电压调整的MOSFET，NMOS阈值电压低于阈值电压低于0.6V，PMOS阈值电压高于阈值电压高于0.8V。标准。标准CMOS工艺中需要在工艺中需要在生产厚氧后对阈值电压进行调整。生产厚氧后对阈值电压进行调整。 对沟道区的注入可以改变对沟道区的注入可以改变MOSFET的阈值电压，的阈值电压，P注入注入使阈值电压正向移动，使阈值电压正向移动，N注入使阈值电压负向移动。标准注入使阈值电压负向移动。标准CMOS工艺可以单独使用硼注入来调节两种工艺可以单独使用硼注入来调节两种MOSFET的阈值的阈值电压，且不需要额外

15、的掩膜。电压，且不需要额外的掩膜。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础按比例缩小晶体管按比例缩小晶体管Copyright by Huang Weiwei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MOSFET版图基础版图基础MOSFET版图样式版图样式MOSFET的匹配的匹配Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式接触孔等效电阻接触孔等效电阻Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版

16、图样式扩散区等效电阻扩散区等效电阻Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式折角折角MOSFET结构结构Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式 考虑到有源区间距考虑到有源区间距需注意工艺线提供的最小需注意工艺线提供的最小沟道宽度晶体管的面积不沟道宽度晶体管的面积不是最小的。是最小的。 例如：例如：TSMC 0.25um的工艺最小沟道的工艺最小沟道长度是长度是0.3um，但是该器，但是该器件占的面积显然要比最小件占的面积显然要比最小面积晶体管大。面积晶体管大

17、。最小尺寸最小尺寸 VS 最小面积最小面积Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式长沟道长沟道MOSFETCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道宽沟道MOSFETCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式源源/漏公共合并漏公共合并Copyright by Huang Wei

18、wei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式源源/漏公共合并漏公共合并Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式合并源合并源/漏漏背栅接触背栅接触去除不必要接触孔去除不必要接触孔源源/漏公共合并漏公共合并Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式与非门及其版图与非门及其版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道器件版图宽沟道器件版图Copyright by Hu

19、ang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道器件版图宽沟道器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道器件版图宽沟道器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式有效节省硅面积有效节省硅面积有效减小漏结电容有效减小漏结电容刻蚀的不匹配造成沟道长度稍微不一致刻蚀的不匹配造成沟道长度稍微不一致内部栅的边界条件近似相同内部栅的边界条件近似相同对倾角注入不敏感对倾角注入不敏感Copyright by Huang

20、 Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式使用叉指结构使源使用叉指结构使源/漏的接触孔面积达到最小漏的接触孔面积达到最小通过将版图的对称性最小化电路失配通过将版图的对称性最小化电路失配使用低阻通路避免大电流流过该器件时造成较大压降使用低阻通路避免大电流流过该器件时造成较大压降保护关键节点，避免非正常节点注入保护关键节点，避免非正常节点注入有利于减小寄生现象有利于减小寄生现象容易实现匹配使电路更加对称容易实现匹配使电路更加对称Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Copyright by Hu

21、ang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式 以增大源区电容为代价减小漏区电容以增大源区电容为代价减小漏区电容,以增加开关以增加开关速度和频率响应。速度和频率响应。环形器件版图环形器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式 所有的晶体管都需要对背栅进行电气连接，没有背栅接所有的晶体管都需要对背栅进行电气连接，没有背栅接触孔或背栅电阻过大的晶体管很容易发生闩锁效应。每个触孔或背栅电阻过大的晶体管很容易发生闩锁效应。每个NMOS包含一只寄生横向包含一只寄生横向NPN，PMOS包含一只寄生

22、横向包含一只寄生横向PNP。背栅接触孔将相应的背栅电阻变成基极关断电阻，只。背栅接触孔将相应的背栅电阻变成基极关断电阻，只要施加在这些电阻上的电压小于发射结导通电压，要施加在这些电阻上的电压小于发射结导通电压，SCR将保将保持关断状态。持关断状态。背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实

23、验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式叉指状背栅接触孔叉指状背栅接触孔背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Power MOS叉指结构叉指结构Co

24、pyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Power MOS曲栅式曲栅式Power MOSCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Power MOSWaffle式式Power MOSCopyright by Huang Weiwei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MOSFET版图基础版图基础MOSFET版图样式版图样式MOSFET的匹配的匹配Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET

25、匹配 各种模拟电路都会用到匹配各种模拟电路都会用到匹配MOS管，有些电路主要利管，有些电路主要利用栅源电压的匹配，而有些电路需要用到漏极电流的匹配。用栅源电压的匹配，而有些电路需要用到漏极电流的匹配。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配 在电路设计中优化电压匹配所需的偏置条件与优化在电路设计中优化电压匹配所需的偏置条件与优化电流匹配所需的偏置条件不同，可以优化电流匹配所需的偏置条件不同，可以优化MOSFET的电的电压匹配或电流匹配，但不能同时优化两者。压匹配或电流匹配，但不能同时优化两者。221121112221222212

26、1()()21()()2,oxGSTHGSTHoxGSTHGSTHTHTHTHWICVVk VVLWICVVk VVLVVV GSGS1GS2且 VVV（推导可详见（推导可详见P538）Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配1122( 11)GSTHgstTHgstkkVVVVVkk 减小失调电压的方法：减小失调电压的方法：增大晶体管的尺寸（增大工艺跨导）有利于减小电压增大晶体管的尺寸（增大工艺跨导）有利于减小电压失配。失配。减小过驱动电压有利于减小电压失配。但是注意过驱减小过驱动电压有利于减小电压失配。但是注意过驱动电压小于

27、一定值（如动电压小于一定值（如0.1V）对改善电压匹配无关。）对改善电压匹配无关。设计合理匹配的设计合理匹配的MOS版图，减小阈值失配和版图，减小阈值失配和MOSFET尺寸失配。尺寸失配。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配122112(1)DThDgstIkVIkV依靠电流匹配工作的依靠电流匹配工作的MOSFET减小电流失调的方法减小电流失调的方法增大过驱动电压，减小阈值失配带来的影响增大过驱动电压，减小阈值失配带来的影响合理设计版图减小合理设计版图减小MOSFET的尺寸失配和阈值失配的尺寸失配和阈值失配Copyright

28、 by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配几何效应几何效应MOS晶体管的尺寸、形状和方向会影响它们之间的互相匹晶体管的尺寸、形状和方向会影响它们之间的互相匹配。配。1.阈值电压失配大小与有源区栅面积的平方根成反比，栅阈值电压失配大小与有源区栅面积的平方根成反比，栅面积的增大有助于减小局部不规则影响，因而大尺寸晶体面积的增大有助于减小局部不规则影响，因而大尺寸晶体管比小尺寸晶体管能够更加精确匹配。管比小尺寸晶体管能够更加精确匹配。2.工艺尺寸的缩小改善了阈值电压的失配，氧化层越薄，工艺尺寸的缩小改善了阈值电压的失配，氧化层越薄，工艺跨导越大，使得阈值

29、电压失配越小，如此间接改善了工艺跨导越大，使得阈值电压失配越小，如此间接改善了MOSFET的电压匹配。所以薄栅氧的晶体管的匹配程度优的电压匹配。所以薄栅氧的晶体管的匹配程度优于厚栅氧的晶体管。但是在电压工作范围较大的情况下，于厚栅氧的晶体管。但是在电压工作范围较大的情况下，注意薄氧化层晶体管容易受沟道长度调制效应的影响。注意薄氧化层晶体管容易受沟道长度调制效应的影响。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配几何效应几何效应3.工作在不同栅源电压下的短沟道晶体管，沟道长度调制效工作在不同栅源电压下的短沟道晶体管，沟道长度调制效应会

30、引起严重的失配。晶体管的习题失配与其源漏电压差成应会引起严重的失配。晶体管的习题失配与其源漏电压差成正比，与沟道长度成反比。在匹配精度要求不是很高的电流正比，与沟道长度成反比。在匹配精度要求不是很高的电流分配网络，可以使用长沟道器件来减小沟道长度调制效应。分配网络，可以使用长沟道器件来减小沟道长度调制效应。在高精度情况下，可以让匹配晶体管工作在相同源漏电压下，在高精度情况下，可以让匹配晶体管工作在相同源漏电压下，加入级联减小沟道长度调制效应影响。加入级联减小沟道长度调制效应影响。4.方向一致性方向一致性MOSFET的工艺跨导取决于载流子的迁移率，所以沿着不同的工艺跨导取决于载流子的迁移率，所以

31、沿着不同晶轴的晶轴的MOS在应力下表现不同的跨导，为了避免由应力产生在应力下表现不同的跨导，为了避免由应力产生的失配，晶体管的取向应该一致的失配，晶体管的取向应该一致Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配几何效应几何效应Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应横向扩散横向扩散Copyright by H

32、uang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应 在工艺中刻蚀速率并不是总是一在工艺中刻蚀速率并不是总是一致的，当开孔越大时，刻蚀速率越快，致的，当开孔越大时，刻蚀速率越快，该效应可能造成刻蚀过度。如图所示该效应可能造成刻蚀过度。如图所示的的M1M2M3管因为外边缘刻蚀的缘故，管因为外边缘刻蚀的缘故，M1和和M3的外边缘刻蚀比的外边缘刻蚀比M2对应的边对应的边缘刻蚀更为严重，所以缘刻蚀更为严重，所以M1和和M3的栅的栅长比长比M2的稍微短一点。的稍微短一点。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重

33、点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应DummyDummy使用虚拟器件（使用虚拟器件（Dummy）防止多晶硅栅过度刻蚀）防止多晶硅栅过度刻蚀Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应 Dummy管栅电极与邻近的栅电极相连，但是这管栅电极与邻近的栅电极相连，但是这样会使端电容和漏电流增大。样会使端电容和漏电流增大。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应 Dummy管栅极与晶体管源极（背栅电位）相

34、连，有助于管栅极与晶体管源极（背栅电位）相连，有助于保证晶体管的电学特性不受保证晶体管的电学特性不受Dummy管下边伪沟道的影响。管下边伪沟道的影响。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应 将多晶硅栅连接起来，形成梳状结构，便于布图，但将多晶硅栅连接起来，形成梳状结构，便于布图，但是由于临近区域存在多晶图形，容易影响刻蚀速率，为了是由于临近区域存在多晶图形，容易影响刻蚀速率，为了达到最佳的匹配效果，应该使用金属连线连接简单的矩形达到最佳的匹配效果，应该使用金属连线连接简单的矩形多晶硅条。多晶硅条。

35、如果匹配栅极必须用多晶硅连接，那么连接多晶硅与如果匹配栅极必须用多晶硅连接，那么连接多晶硅与有源区的距离在设计规则所允许的最小值在增加有源区的距离在设计规则所允许的最小值在增加12um。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配有源栅极上的接触孔有源栅极上的接触孔 MOS管的有源栅极上的管的有源栅极上的接触孔位置有时会引起显著接触孔位置有时会引起显著的阈值电压失配，所以多晶的阈值电压失配，所以多晶硅栅的接触孔不能放在薄氧硅栅的接触孔不能放在薄氧的上方，必须放置于厚氧的的上方，必须放置于厚氧的上。上。Copyright by Hua

36、ng Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配沟道附近的扩散区沟道附近的扩散区 一般一般N阱不应该靠近匹配阱不应该靠近匹配NMOS，防止，防止N阱杂质分布阱杂质分布的尾部与匹配晶体管沟道相交。的尾部与匹配晶体管沟道相交。 PMOS晶体管应位于晶体管应位于N阱区域的内部，防止横向扩散阱区域的内部，防止横向扩散引发背栅掺杂发生变化。引发背栅掺杂发生变化。深扩散区会影响附近深扩散区会影响附近MOSFET的匹配的匹配，这些扩散区的尾部会，这些扩散区的尾部会延伸相当长的距离超出它们的延伸相当长的距离超出它们的结，由此引入的过量杂质会使结，由此引入的过量杂质会使附近的晶体管的阈

37、值电压和跨附近的晶体管的阈值电压和跨导发生改变。所以侧阱等深扩导发生改变。所以侧阱等深扩散区应远离匹配的沟道。散区应远离匹配的沟道。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配沟道附近的扩散区沟道附近的扩散区Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配氢化作用氢化作用 匹配匹配MOSFET金属连线版图的不同会在原本相同的金属连线版图的不同会在原本相同的器件中引入大的失配。这种失配的原因在于结构上方存器件中引入大的失配。这种失配的原因在于结构上方存在（或缺少金属），导致了不

38、完全话的氢化诱发了失配。在（或缺少金属），导致了不完全话的氢化诱发了失配。 覆盖金属覆盖金属MOSFET和没有覆盖金属的和没有覆盖金属的MOSFET之间之间可能出现高达可能出现高达20%的系统漏电流失配。的系统漏电流失配。金属边缘的下方金属边缘的下方的氢扩散产生阈值电压梯度，从而造成被覆盖器件之间的氢扩散产生阈值电压梯度，从而造成被覆盖器件之间明显的失配，所以在关键的匹配晶体管的有源栅区上方明显的失配，所以在关键的匹配晶体管的有源栅区上方不应该进行金属化。不应该进行金属化。在任何情况下，两只匹配晶体管上在任何情况下，两只匹配晶体管上方的金属化版图必须相同。方的金属化版图必须相同。 当然在次要器

39、件可以完全在金属下方或者可以有金当然在次要器件可以完全在金属下方或者可以有金属穿过。属穿过。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配填充金属和填充金属和MOSFET匹配匹配 现代工艺中经常使用现代工艺中经常使用CMP的方法得到细线光刻所需的方法得到细线光刻所需的高平整度平面。通常需要额外添加金属来满足一定的的高平整度平面。通常需要额外添加金属来满足一定的金属覆盖率。金属覆盖率。版图工具可以自动生成版图工具可以自动生成Dummy金属，但是这种方法可能金属，但是这种方法可能导致在匹配的导致在匹配的MOSFET上方放置金属图形。所以版

40、图设上方放置金属图形。所以版图设计者必须去除掉软件在匹配金属上方的计者必须去除掉软件在匹配金属上方的Dummy金属金属。 在版图设计中设计者必须留心规则中有关填充金属在版图设计中设计者必须留心规则中有关填充金属区域之间的距离限制来保证一定的平整度。区域之间的距离限制来保证一定的平整度。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配热效应和应力效应热效应和应力效应另一种重要的失配；类型是由大范围的变化引起的。另一种重要的失配；类型是由大范围的变化引起的。1.氧化层厚度梯度：氧化层厚度梯度：相距较近的器件具有非常相近的氧化层厚度，但是相距

41、较相距较近的器件具有非常相近的氧化层厚度，但是相距较远的器件氧化层厚度有很大的区别，这些差别直接影响了远的器件氧化层厚度有很大的区别，这些差别直接影响了阈值电压的失配。阈值电压的失配。2.应力梯度：应力梯度：mos晶体管的阈值电压与应力无关，所以应力对电压的匹晶体管的阈值电压与应力无关，所以应力对电压的匹配几乎没有影响。存在的很小的影响可能是因为应力使硅配几乎没有影响。存在的很小的影响可能是因为应力使硅的带隙电压发生了变化，其引起的阈值电压的变化一般不的带隙电压发生了变化，其引起的阈值电压的变化一般不超过几毫伏，通过共质心版图可以进一步减小。超过几毫伏，通过共质心版图可以进一步减小。3.热梯度

42、：热梯度：阈值电压随温度升高而降低，速率大约阈值电压随温度升高而降低，速率大约-2mV/。一般通。一般通过共质心版图来改善匹配状况。过共质心版图来改善匹配状况。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配热效应和应力效应热效应和应力效应Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配共质心版图共质心版图氧化层厚度梯度氧化层厚度梯度Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配共质心版图共质心版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET匹配共质心版图共质心版图1234AAAAAAAAAAAB *ABBAABBABB *ABABBABAABC *ABCCBAABCBACBCA *ABCABCCBACBAAB