第二章 版图设计规则
发布时间：2021-06-05
版图设计
IC工艺和版图设计第二章 版图设计规则
主讲：莫冰Email:mobing@ 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
版图设计
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 . CH2-3
2 . R.Jacobs Baker著 . 陈中建 译 . CMOS电路 设计布局与仿真 . 第一版. 机械工业出版社.CH2-4 3 . Michael Quirk 著 . 韩郑生 译 . 半导体制 造技术 . 第一版 . 电子工业出版社 . CH4、CH9 4 . CSMC 0.5um DPTM Mixed Signal Technology Technology Topological Design Rule
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
本章主要内容
版图层次定义
Layout
版图设计规则 简单反相器版图
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义Layout 1. 有源区 2.N阱 3. 场注入 4. 正常Vth沟道注入 5. 低Vth NMOS沟道注入 6. 低VthPMOS沟道注入 7. 耗尽型NMOS沟道注入 8. 耗尽型PMOS沟道注入 Active TO
NWell-----------------
TBPT BC PS ND PD
LVNLVP VDN
VDP
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义Layout 9.纵向NPN 基区注入 10.多晶硅 11.N型源/漏 12.P型源/漏 13.ROM 14.Poly2阻挡层 15.Poly2 16.接触孔 P-base BA
Poly1N+ P+
GTSN SP
ROMHigh Res Poly2
ROIM PC W1
Contact
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义Layout 17. 金属1 18.M1和M2接触孔 19. 金属2 20. M2和M3接触孔 21. 金属3 22. 焊盘PAD Metal1 A1
VIA1Metal2 VIA2
W1A2 W3
Metal3PAD
A3CP
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
Nwell 有源区 多晶硅1 多晶硅2 多晶硅2阻挡层
N N阱阱 有源区(薄氧区) 多晶硅1(Poly1). 多晶硅2(Poly2) 多晶硅2掺杂阻挡层
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
如果制造集成电路的硅片掺杂了磷等施主杂质，则 该类型的硅片称为n型硅； 如果掺杂了硼等受主杂质，则该类型的硅片称为p 型硅。 在制作CMOS集成电路时，N沟MOSFET(简称 NMOS)直接制作在p衬底上； P沟MOSFET(简称PMOS)需要制作在N阱上。栅 栅
源 n+
漏 n+p衬底 nmos
源 p+n阱
漏 p+p衬底 pmos Copyright by Mo Bing
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
版图设计
版图层次定义
NWell
实际上制造集成电路前，有些CMOS工艺需要 先在硅片上生长一层外延层，以减少闩锁效应的影 响(该效应将在以后详细介绍)。 习惯上我们把外延层和原来的衬底都称作衬 底。使用p衬底n阱的工艺称为N阱工艺。使用n衬 底p阱的工艺称P阱工艺。 现代工艺出于牺牲PMOS性能来优化NMOS 性能，所以大多数工艺都是N阱工艺
。 现代工艺中也有同时使用N阱和P阱的工艺， 称为双阱工艺。
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
N阱和P衬底构成寄生二极管，在CMOS电路中衬 底通常接最低电平，确保二极管处于反偏。理想情况 下，从衬底流出的电流为0.
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
N阱作用： 1.N阱最主要的作用在于制造PMOS。 2.N阱掺杂浓度较低，电阻率较高，可以用于制造 电阻，称为阱电阻。 3.N阱可以和衬底构成二极管，也可以用于制造寄 生PNP管(纵向PNP)。(注：具体如何制造电阻、二极管、双极管将在后面专门的章节进行介绍。)
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
硅片涂胶后，通过N阱掩膜板，将硅片放在光线下， 并进一步通过显影去掉被光照的光刻胶。
极紫外线
不透光区 未曝光区衬底华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
透光区
掩膜版 曝光区
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
接着将硅片暴露在施主原子下，施主杂质会被光刻 胶阻挡住，同时也能通过光刻胶上的开孔扩散到开孔区 域的硅片中。
掩膜版
不透光区
透光区
SiO2 P衬底
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
扩散到一定时间后，N阱的深度达到工艺期望 值。需要注意的是：施主杂质不仅会沿垂直硅片的 方向扩散(纵向扩散);还会在硅片中间向四周扩 散(横向扩散)。(记住这一特性，这和以后的N阱设计规则有密切关系)华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
Nwell
ActivePoly P+ implant N+ impant
Nwell
OmicontactMetal
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
光
NWell
MASK Nwell 光刻胶 SiO2
P-type Si
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
MASK Nwell 光刻胶
光刻胶 SiO2
P-type Si
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
光刻胶 SiO2
光刻胶SiO2
P-type Si
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
NWell
SiO2
SiO2
Nwell
P-type Si
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图层次定义
Nwell 有源区 多晶硅1 多晶硅2 多晶硅2阻挡层
N阱
有源区(薄氧区) 多晶硅1(Poly1).
多晶硅2(Poly2) 多晶硅2掺杂阻挡层
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
版图设计
版图
层次定义
有源区
有源区的主要用于制造N型器件和P型器 件，也可以用于金属1和衬底或阱的接触。从 某种意义上说有源区的掩膜板主要用于打开 离子注入的窗口。 实际上有源区掩膜板的意义在于作为制 造硅局部氧化(LOCOS)和薄氧(封闭图形 内形成薄氧，封闭图形外形成LOCOS)。
华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
Copyright by Mo Bing
