任务5.1电阻版图设计

任务5.1电阻版图设计方块电阻、接触电阻、电阻版图设计集成电路版图设计WS5.1.1方块电阻半导体材料的电阻值在温度一定的情况下，符合以下公式：R=ρL/(Wt)当材料横截面宽度W等于长度L，则上式可变为：此时的电阻称为方块电阻，符号为R☐，单位为欧姆每方块，即Ω/☐。对于给定的集成电路工艺，方块电阻不变，我们能改变的只有宽度和长度。电流流经电阻材料方块电阻的测量方法：采用四探针测试方法对芯片上的正方形电阻器施加给定电流，并测试两端电压差四探针法测方块电阻示意图5.1.2接触电阻两种不同材料接触将产生接触电阻：Rcontact=RC/WC

其中，RC为接触电阻因子，单位为Ω·μm2。WC为接触区域的宽度。接触电阻由接触材料和工艺决定，其数值变化范围较大。在不忽略接触电阻的情况下，总的电阻阻值公式应为：Rtotal=R☐·(L/W)+2(RC/WC)5.1.3电阻版图常用形状（1）矩形电阻矩形电阻两端设置接触孔，通过接触孔实现与导电材料的连接，几乎所有的电流都经过这个接触孔内沿流过导体，后经另一个接触孔的内沿流出接触孔。因此，电阻的长度为这两个接触孔内沿的距离。矩形电阻版图5.1.3电阻版图常用形状（2）折叠状电阻第二种电阻版图形状适用于大电阻，通常制成折叠状。图(a)通过金属导线连接形成电阻体串联来增加电阻值；图(b)则通过绘制弯曲的电阻体来实现同样目的。

(a)

通过金属导线连接

(b)弯曲电阻体折叠状电阻版图5.1.3电阻版图常用形状（3）哑铃状电阻第三种版图形状主要适用于电阻体部分宽度较小，接触孔无法放入电阻内部的情况。这时，在设计规则要求下，可将电阻两端加大，使接触孔刚好放入电阻两端，称为哑铃状电阻。电阻的计算长度为两个接触孔之间的距离，宽度为电阻体的宽度。

哑铃状电阻版图5.1.4电阻版图类型（1）金属电阻金属的方块电阻虽小，但不可忽视。在深亚微米CMOS工艺中，一般金属厚度小于10kÅ。当电阻宽度足够宽，可忽略宽度偏差时，金属方块电阻值的变化主要取决于金属厚度的变化。一般金属电阻的典型值为50mΩ~5Ω。金属电阻版图5.1.4电阻版图类型（2）阱电阻阱电阻是以阱区材料作为电阻体，在N阱CMOS工艺下阱电阻一般采用N阱层来实现，N阱的方块电阻比较大，通常为几百欧姆到几千欧姆，属于高阻。阱电阻版图5.1.4电阻版图类型（3）扩散电阻扩散电阻由N型或P型掺杂层构成。在N阱CMOS工艺下，N型掺杂层制备在P型衬底上，P型掺杂层制备在N阱里。扩散电阻并不常用，大部分CMOS工艺多采用多晶硅电阻。制作在N阱中的P型扩散电阻版图5.1.4电阻版图类型（4）多晶硅电阻多晶硅电阻率取决于掺杂浓度，重掺杂的多晶硅可用作于MOS晶体管的栅极，也可用于制备小电阻，其方块电阻一般为10Ω/☐~50Ω/☐。轻掺杂多晶硅电阻的方块电阻约为几百到几千欧姆/☐。使用离子注入法掺杂工艺制备的多晶硅电阻精度较高，用扩散掺杂法制作的电阻精度较差。多晶硅电阻版图5.1.4电阻版图类型（5）有源电阻在集成电路设计中，有一种采用MOS场效应晶体管替代电阻形成的有源电阻。通常电阻器件都是无源器件，但这种有源电阻的大小会随着电压变化而变化，因此称为有源电阻。这种电阻的做法通常是将MOS场效应晶体管的栅漏短接而连入电路中，当电路参数满足一定的条件，此时MOS场效应晶体管可以当作固定电阻来使用。之所以要采用有源电阻，其主要目的是可以大大节约版图面积，相比无源电阻，采用有源电阻有时能节约80%以上的芯片面积，因此在集成电路设计中广受青睐。但有源电阻的缺点也是显而易见的