第5章微电子概论基本IC单元版图设计.ppt

第5章 基本IC单元版图设计 基本IC单元版图 电阻 电容 电感 二极管 CMOS版图 双极晶体管 工艺流程 台湾半导体制造公司（TSMC台积电）的0.35?m CMOS工艺。TSMC的0.35?m CMOS工艺是MOSIS 1997年以来提供的深亚微米工艺。 TSMC的0.35?m沟道尺寸和对应的电源电压、电路布局图中金属布线层及其性能参数如表5.1所示。 表5.2列出了MOSIS对应于TSMC的0.35?m CMOS工艺定义的全部工艺层。 基本IC单元版图设计 – 电容 基本IC单元版图设计 – 电容 寄生电容 ——不幸 PN结是介质势垒 基本IC单元版图设计 – 电感 - 电容上电压频率增加时，其传导电流的能力加强，电感的特性与之不同。电感上电压频率增加时，变化的磁场会感应出电压与电流，并与原来的电压电流方向相反，这样原来的电压电流就会被抵消掉一部分。频率越高，此效应越严重，流过电感的电流就越小。 “电容对高频来说是通路，电感阻碍高频信号通过。” - 电感主要用于高频电路中，或作为匹配电路，或作为射频扼流圈。也可用电感制作片上变压器。 导线特征化 导线的寄生电容、寄生电感与寄生电阻会对高频信号产生显著的影响。 对导线进行特征化（线宽、线距、边缘特征），并调整电路以补偿这种损耗。这些被特征化的导线称为“传输线”。 拐角特征化 基本IC单元版图设计 – 电感 电感品质因子： - 寄生电阻、电容会对电感性能有不利的影响。低频和高频时，串联电阻和电容分别会使电感偏离理想的频率响应。 Q值为40的电感性能较优 - 寄生效应很小； Q值为5的电感性能较劣 - 寄生效应很大。 - 提高Q值： 1）减少螺旋线的串联电阻。厚的、电阻率低的金属制作螺旋电感。 2）宽的金属线也可以提高Q值，但寄生电容增加。 硅工艺做电容元件并不困难。因为电容实质上就是由绝缘介质隔离的两片导体。采用电场隔离的如反偏 PN 结电容，采用氧化物介质隔离的如 MOS 电容。但容量很难做大，因为硅片面积太昂贵了。而且，硅工艺目前还无法做出像分立器件那样的叠层结构或卷绕结构。实用的容量也就是在 pF 的数量级。 有实用电感量的电感元件基本上无法用硅工艺实现。目前出现了几种螺线型集成电感，是利用原来用于实现硅片表面导线的金属化工艺，采用多次金属淀积和光刻，形成微型的螺线管（有平面螺线和螺线管之分）。一般容量很小，最大的也在 nH 的数量级，称作微电感。 基本IC单元版图设计 – 二极管 - 变容二极管具有一个可高度变化的结电容。所有的二极管都具有变容特性，但是在变容二极管中，我们采用了特殊的掺杂来进一步增强这种可变电容的特性。 - 变容二极管的应用： 变容二极管在构造压控振荡器时非常有用。利用其电容可变的特性，可以和芯片上的电感一起共同形成串联或并联的谐振电路。这样，如果用一个外部的调谐电压来改变二极管的电容，就可以改变电路的谐振频率。 衬底ESD二极管 基本IC单元版图设计 – 二极管 阱二极管的典型应用是形成从输入到正电源的保护电路。 衬底二极管的典型应用是形成从输入到负电源的保护电路。 某些bipolar的研究者，对于到正负电源的通路都使用阱二极管。 衬底二极管的版图是p围绕着n，而阱二极管的版图是n围绕着p。 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 电路设计规范: 要求放大器具有20倍的电压增益，频响范围20Hz到20kHz，3.3V电源下2mA电流，等等。 SPICE软件：将显示电路执行什么操作，电流多大，频率响应如何，增益是多少等信息。通过这些商业化的软件，我们不需要真正的硬件测试就可以观察结果。 - 混合棒状图：是指采用扩散区的矩形代替棒图，它给以更多器件的感觉，更接近于真实版图。 - 在细长阱的情况下，阱连接可能只能位于细长阱的边界之处，如阱的左右两侧，这时，某些中心的晶体管因距阱连接区太远，此处与衬底的pn结是危险的，可能出问题。因n阱参杂区是有电阻的，该电阻产生压降并有可能导致pn二极管导通。可供选择的方法是增加器件顶部尺寸并在那里放上阱连接区。或者采用围绕着阱的环状阱连接结构。 天线效应 2）可在衬底上制作一个小二极管并与晶体管栅金属相连，而限制所产生的电压幅度。称为“栅钳位二极管”或者