第9章微电子概论寄生参数分解.ppt

集成电路版图设计IC layout design 第9章 寄生参数 寄生电容 寄生电阻 寄生电感 器件的寄生参数 热载流子效应(Hot carrier Effect,HCE) 热载流子就是具有高能量的载流子，即其动能高于平均热运动能量的载流子；因此其运动速度也一定很高。 当载流子从外界获得了很大能量时，即可成为热载流子。例如在强电场作用下，载流子沿着电场方向不断漂移，不断加速，即可获得很大的动能，从而可成为热载流子。 对于半导体器件，当器件的特征尺寸很小时，即使在不很高的电压下，也可产生很强的电场（E=U/d ），从而易于导致出现热载流子。因此，在小尺寸器件以及大规模集成电路中，容易出现热载流子。由于热载流子所造成的一些影响，就称为热载流子效应。 保护环 保护环的基本概念主要分成两种：1. 多数载流子保护环；2. 少数载流子保护环。 电子在P-sub中为少数载流子，到了N-well中就是多数载流子了。那么保护环到底发挥着什么作用呢？ 少数载流子与多数载流子保护环 图中少数载流子保护环VDD（N+）：这里N+在所在P衬底中是少数载流子，同时与衬底接触配合，在该N+与衬底形成的PN结上形成反偏，这样既能吸收NMOS过来电子，又防止VDD流进来空穴。 P衬底上围绕NMOS最外围的P+多数载流子保护环用来吸收外来的（比如来自 N 阱内的潜在发射结）空穴； N 阱中围绕PMOS 最外围的N+多数载流子保护环用来吸收外来的（比如来自N阱外的潜在发射结）电子。 预防措施 - 二、版图布局设计预防措施 1．吸收载流子，进行电流分流，避免寄生双极晶体管的发射结被正偏。 1.2 “衬底接触环”： 形式： 若采用普通 CMOS 工艺，它是位于芯片或某个模块四周的被接到地电平的 P+环形扩散区； 若采用外延 COMS 工艺，除了以上说明的以外，还包括晶圆背面被接到地电平的 P+扩散区。 作用： 收集 P 衬底中的空穴，进行电流分流，减小 P衬底中潜在的横向寄生 NPN BJT 发射结被正偏的几率。 器件的寄生参数 - CMOS闩锁效应及其预防 预防措施 - 二、版图布局设计预防措施 2．减小局部 P衬底（或N阱衬底）的电阻Rn和Rp，使Rn和 Rp上的电压降减小，避免寄生双极晶体管的发射结被正偏。 2.1 “多数载流子保护环”： 形式： 位于P衬底上围绕NMOS最外围被接到地的P+环形扩散区； 位于N阱中围绕PMOS最外围的被接到VDD的N+环形扩散区。 【注：为节省面积，多数载流子保护环常合并到衬底偏置环】 作用： P衬底上围绕NMOS最外围的P+多数载流子保护环用来吸收 外来的（比如来自 N 阱内的潜在发射结）空穴； N 阱中围绕PMOS 最外围的N+多数载流子保护环用来吸收 外来的（比如来自N阱外的潜在发射结）电子。 器件的寄生参数 - CMOS闩锁效应及其预防 * * 三种主要的寄生参数：——导线 寄生电容 寄生电阻 寄生电感 parameter scaling： – conductances and capacitances scale linearly with width （”widening a wire leads to less than a proportional increase in capacitance, but a proportional reduce in resistance, so the RC delay product improves.” “P219,CMOS VLSI”） – resistances scale inversely with width – interconnects introduce extra resistance, capacitance, and delay, degrade of large device performance! 寄生电容 导线之间（同层/不同层）、导线与衬底之间都存在平面电容；上层导线到下层导线、下层导线到衬底之间存在边缘电容。 寄生电