电阻图设计学习教案

1、会计学1电阻电阻(dinz)图设计图设计第一页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室目的(md)电阻(dinz)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。第1页/共71页第二页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)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(xunz)，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

2、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(xunz)合适的材料。电阻材料的选择(xunz)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。第2页/共71页第三页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室本章(bn zhn)主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生(jshng)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第3页/共71页第四页，共71页。材料电阻率（欧.cm）铜（块状）-61.7 x 10金（块状）-62.4 x 10铝

3、（薄膜）-62.7 x 10铝（掺2%硅）-63.8 x 10硅化铂-53.0 x 1018N型硅（Nd= 10 cm-3）0.2515N型硅（Nd= 10 cm-3）48本征硅52.5 x 10二氧化硅1410电阻率和方块电阻华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻(dinz)材料Copyright by Mo Bing第4页/共71页第五页，共71页。= RS ( ) = R ( )Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻率和方块(fn kui)电阻L L LWt W WR = 方块(fn kui)电阻第5页/共71页第六

4、页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻率和方块电阻1.深亚微米工艺中一般(ybn)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来做绝缘层第6页/共71页第七页，共71页。电阻率和方块电阻华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室接触(jich)孔电阻Copyright by Mo Bing第7页/共71页第八页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室本章(bn

5、zhn)主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图(bnt)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第8页/共71页第九页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室电阻(dinz)版图电阻(dinz)类型PolySiO2M1Poly电阻第9页/共71页第十页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻(dinz)版图电阻(dinz)类型N阱N+N+SiO2M1阱电阻第10页/共71页第十一页，共71页。Copyright b

6、y Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室电阻(dinz)版图电阻(dinz)类型N+P-sub第11页/共71页第十二页，共71页。电阻版图矩形拐角R = R (2 A + B ) / W + 1.12华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室折叠(zhdi)版图圆型拐角R = R (2C / W + 2.96)Copyright by Mo Bing第12页/共71页第十三页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室Dummy第13页/共71页第十四页，共71页。电阻版图华

7、侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室Nwell电阻(dinz)Copyright by Mo Bing第14页/共71页第十五页，共71页。电阻(dinz)版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Nwell电阻(dinz)Copyright by Mo Bing第15页/共71页第十六页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室NwellN+电阻(dinz)版图M1Nwell电阻(dinz)M1N+P-sub第16页/共71页第十七页，共71页。电阻(dinz)版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Poly电阻

8、(dinz)Copyright by Mo Bing第17页/共71页第十八页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室电阻(dinz)版图Poly电阻电阻(dinz)M1场氧场氧绝缘层PolyP-sub第18页/共71页第十九页，共71页。电阻(dinz)版图华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室N+电阻(dinz)Copyright by Mo Bing第19页/共71页第二十页，共71页。电阻版图华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室N+电阻(dinz)Copyright by Mo Bing第20页/共

9、71页第二十一页，共71页。电阻版图华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室N+电阻(dinz)M1N+P-subCopyright by Mo Bing第21页/共71页第二十二页，共71页。电阻(dinz)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(dinz)Copyright by Mo Bing第22页/共71页第二十三页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室电阻(dinz)版图狗骨型电阻(dinz)狗骨电阻和折叠电阻可以看出大的端头会降低布局密度第23页/共71页第二十四页，共71页

10、。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室本章(bn zhn)主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图(bnt)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第24页/共71页第二十五页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室电阻(dinz)阻值变化工艺(gngy)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。第25页/共71

11、页第二十六页，共71页。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%M 1/2100/0.600.080.2-M3100/0.800.020.12-Poly1 Cont0.5X0.5031

12、0-Poly2 Cont0.5X0.501220-N + Cont025100-P + Cont090200-Via10.55X0.55X10000110-Via20.6X0.6X100000.510-Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻(dinz)阻值变化工艺(gngy)变化CSMC 0.5 DPTM 方块电阻第26页/共71页第二十七页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室电阻阻值(z zh)变化工艺(gngy)变化现代工艺的方块电阻误差基本都可以维持在20

13、%以内，以CSMC 0.5um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。第27页/共71页第二十八页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室电阻阻值(z zh)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。CL 0.2WminWuse Wuse例如：1.方块电阻偏差25%，

14、有效(yuxio)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(yuxio)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.工艺变化第28页/共71页第二十九页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻(dinz)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

15、(jn d)的容差时，电阻宽度为最小特征尺寸的23倍，期望容差为10%加上方块电阻变化值。3.需要高精度(jn d)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。工艺变化第29页/共71页第三十页，共71页。偏差偏差MinTypMaxMinTypMaxN阱9001000110010%N+6065708%P+1551701859%Poly115192323%Poly248556213%HPoly2_180/109101080第30页/共71页第三十一页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室温度

16、(wnd)变化温度(wnd)系数 TCR ppm/+3800+4000+3700+1500+600+2500+3000-1000+1000+6000材料铝（块状）铜（块状）金（块状）160 /基区扩散7 /发射区扩散5K /基区收缩扩散2K /高值薄膜电阻（P型）500 /多晶硅电阻（4KAN型）25/多晶硅电阻（4KA N型）10K /N阱电阻阻值变化几种材料在25时的典型温度系数第31页/共71页第三十二页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻阻值(z zh)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

17、，散热性差，所以多晶电阻容易受自加热(ji r)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。第32页/共71页第三十三页，共71页。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MinTypMaxMinTypMaxPoly1 Cont0.5X0.50310-Poly2 Cont0.5X0.501220-N + Cont025100-P + Cont090200-Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室电阻阻值(z zh)变化接触(jich)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。第33页

18、/共71页第三十四页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室电阻(dinz)阻值变化接触(jich)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欧姆第34页/共71页第三十五页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室N+M1M1N+N+P-subM1P-subP-subP+M1NwellN+N+接触电阻接触电阻(dinz)典型为典型为25NwellN+接触电阻接触电阻(dinz)典型为典型为25P+接触电阻接触

19、电阻(dinz)典型为典型为90第35页/共71页第三十六页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室本章(bn zhn)主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻(dinz)版图电阻(dinz)寄生效应微调电阻(dinz)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第36页/共71页第三十七页，共71页。电阻寄生效应T1Poly模型多晶硅电阻电路(dinl)模型华侨大学厦门专用集成电路(dinl)系统重点实验室多晶硅电阻的寄生效应T2夹层(jicng)氧化物场氧衬底2模型Copyright by Mo B

20、ing第37页/共71页第三十八页，共71页。电阻寄生(jshng)效应多晶硅电阻的寄生(jshng)效应多晶电阻的四周被绝缘物包围，这样的结构导致(dozh)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模型或多模型来估计。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Copyright by Mo BingPoly华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室第38页/共71页第三十九页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集

21、成电路系统(xtng)重点实验室电阻寄生(jshng)效应扩散电阻模型第39页/共71页第四十页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室本章主要(zhyo)内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图(bnt)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第40页/共71页第四十一页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室不同(b tn)类型电阻比较Poly电阻电阻(dinz)工艺类型：polycide: 降低栅极电阻silic

22、ide： 降低源漏电阻salicide： 既能降低栅极电阻，又能降低源漏电阻第41页/共71页第四十二页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室不同类型电阻(dinz)比较Poly电阻电阻(dinz)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第42页/共71页第四十三页，共71页。Copyright b

23、y Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室不同类型(lixng)电阻比较Poly电阻电阻(dinz)掺杂硅化的Poly电阻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Polysilicide工序，在制作栅极的Poly层上淀积导电的硅化物，将多晶硅的方块电阻降至2欧姆左右。一般用于制作栅或互连线。掺杂硅化的Poly栅和电阻第43页/共71页第四十四页，共71页。不同(b tn)类型电阻比较掺杂非硅化的Poly电阻对电阻而

24、言，硅化物不仅降低了方块电阻，而且由于晶圆淀积的厚度不一样，所以电阻随工艺波动很大，同一晶圆上电阻的匹配性能也不如非硅化的Poly电阻。所以为了制造更加精确的电阻，许多工艺提供“硅化物阻挡层”，即在制作电阻的多晶上覆盖一层硅化物阻挡层，防止Poly被硅化。这种电阻称为掺杂非硅化的Poly电阻。华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室Poly电阻(dinz)掺杂非硅化的Poly电阻(dinz)Copyright by Mo Bing第44页/共71页第四十五页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室不同(b tn)类型电阻比较Poly电

25、阻电阻(dinz)1.匹配性能好：掺杂非硅化的Poly电阻比阱电阻和N+/P+电阻小，由多晶电阻的等效模型可知，由于不会存在寄生二极管，所以不会有反型层的影响，具有较高的线性度。所以在标准CMOS工艺中，其匹配性能最好，一般用来做高精电阻。2.寄生电容小：掺杂非硅化电阻的寄生电容基本和阱电阻的相当，但是Poly电阻不存在边缘电容，所以一般小面积电阻，Poly电阻的寄生电容会比阱电阻的寄生电容小，大面积的电阻的话电容可能会稍微大一点。但是在两种情况下都远小于P+/N+寄生电容。3.温度特性好：Poly电阻的温度特性也比较好，轻掺杂多晶硅具有负温度系数，重掺杂多晶则有正温度系数，在一定掺杂浓度下（

26、如 4KA 200欧姆 /）时具有零温度系数，一般可以将温度系数控制在250ppm/范围内，其温度特性远优于扩散电阻。第45页/共71页第四十六页，共71页。Poly电阻(dinz)非掺杂非硅化的Poly电阻(dinz)Copyright by Mo Bing不同类型电阻比较非掺杂非硅化的Poly电阻CMOS工艺中为了能制造高阻值电阻，有些工艺提供阻止Poly被硅化的同时防止对Poly进行离子注入工序，这样的薄层Poly电阻比阱电阻的方块电阻值更大。方块电阻非常高，一般可以达到12K/左右，寄生电容、温度系数、线性度等都和非硅化的Poly电阻相当。华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实

27、验室第46页/共71页第四十七页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室不同类型电阻(dinz)比较阱电阻(dinz)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NWell来实现，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条型的N阱来制作，电阻的两端使用N+进行连接。阱电阻的方块电阻值比较大，通常都在几百欧姆以上。但是方块电阻不R第47页/共71页第四十八页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室不同(b tn)类型电阻比

28、较阱电阻(dinz)N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肺线性。这是由于阱电阻底部和衬底间的反型层厚度变化比较大，影响了N阱的单位长度电阻值。所以N阱电阻难以确定阻值大小，匹配起来也比较困难。此外阱电阻的温度系数也比较差（6000ppm/）。第48页/共71页第四十九页，共71页。不同类型(lixng)电阻比较N阱电阻华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室阱电阻(dinz)P+P+NwellPsub带PSD收缩层的N阱电阻(dinz)Copyright by Mo Bing第49页/共71页第五十页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦

29、门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室不同类型(lixng)电阻比较N+/P+电阻电阻(dinz)P+/N+电阻是在衬底或阱中用P+扩散区或N+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是掺杂浓度不同，阱和衬底的掺杂要远低于P+/N+扩散区。P+/N+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100200欧姆 /左右。P+/N+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P+/N+电阻的掺杂浓度高，对于特定电压变化，反型层厚度变化较小，因而P+/N+电阻的匹配性要比Nwell好。P+/N+电阻具有较大的寄生电容，其寄生电容比Nwel

30、l的寄生电容大。第50页/共71页第五十一页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室不同(b tn)类型电阻比较金属(jnsh)薄膜电阻集成电阻通常采用的是为其它用途而优化的材料制作，因而性能不如分立电阻元件。现代工艺中也有专用电阻材料可以淀积在集成电路表面形成薄膜，且这种薄膜电阻性能也优于扩散电阻和多晶硅电阻。这种电阻温度系数小于100ppm/，且具有理想的线性，甚至通过激光校正电阻容差可由控制在0.1%以内。缺点是所需要的特殊工艺成本较高，在一定程度上限制了其应用。第51页/共71页第五十二页，共71页。Copyright

31、 by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室本章(bn zhn)主要内容6.16.36.56.26.46.6电阻版图电阻寄生(jshng)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第52页/共71页第五十三页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室微调电阻滑动(hudng)接触孔第53页/共71页第五十四页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng-dinl)系统重点实验室微调电阻(dinz)滑动端头第54页/共

32、71页第五十五页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室微调电阻长号式滑动(hudng)调整电阻第55页/共71页第五十六页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室微调电阻金属(jnsh)选择第56页/共71页第五十七页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室微调电阻(dinz)第57页/共71页第五十八页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路(jchng

33、-dinl)系统重点实验室微调电阻(dinz)第58页/共71页第五十九页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用集成电路系统(xtng)重点实验室本章主要(zhyo)内容6.16.36.56.26.46.6电阻(dinz)版图电阻(dinz)寄生效应微调电阻(dinz)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第59页/共71页第六十页，共71页。Copyright by Mo Bing华侨大学厦门专用(zhunyng)集成电路系统重点实验室电阻(dinz)匹配第60页/共71页第六十一页，共71页。电阻(dinz)匹配不考虑匹配且不考虑电阻精度华侨大学厦门专用(zhunyng)