集成电路常用器件版图.ppt

5.5 保护环版图 1、隔离噪声 模拟电路的噪声一般来自衬底，噪声源会对敏感电路造成影响。 图7.27：通过P+接触孔吸收来自衬底的噪声。 5.5 保护环版图 2、防止闩锁效应 闩锁效应是由CMOS工艺中的计生效应引起的，对电路可靠性非常重要，一旦发生闩锁，不仅电路无法正常工作，还会因大电流引起芯片过热，造成物理破坏。 图7.29：寄生效应电路。 图7.30：多数载流子保护环，吸收外来的多数载流子，避免寄生三极管的发射极被正偏。 5.6 焊盘版图 焊盘（pad）集成电路与外接环境之间的接口。 除了压焊块之外，焊盘还具有输入保护、内外隔离、对外驱动等接口功能。 通常由最上层两层金属重叠而成。 图7.31，7.32 I/0 PAD 输入输出单元（补充） 承担输入、输出信号接口的I/O单元就不仅仅是压焊块，而是具有一定功能的功能块。这些功能块担负着对外的驱动，内外的隔离、输入保护或其他接口功能。 这些单元的一个共同之处是都有压焊块，用于连接芯片与封装管座。为防止在后道划片工艺中损伤芯片，通常要求I/O PAD的外边界距划片位置100μm左右。 I/0 PAD 输入输出单元（补充） 任何一种设计技术的版图结构都需要焊盘输入/输出单元（I/O　PAD）。不论门阵列、标准单元结构还是积木块结构，它们的I/O　PAD都是以标准单元的结构形式出现，这些I/O PAD通常具有等高不等宽的外部形状，各单元的电源、地线的宽度和相对位置是统一的。 输入单元 输入单元主要承担对内部电路的保护，一般认为外部信号的驱动能力足够大，输入单元不必具备再驱动功能。因此，输入单元的结构主要是输入保护电路。 输入单元版图 双二极管、电阻电路 单二极管、电阻电路 输入单元 从版图可以看到，这样的一个简单电路，其版图形式比我们在前面看到的门阵列版图复杂了许多。这样的版图设计不仅仅是考虑了电路所要完成的功能，而且充分地考虑了接口电路将面对的复杂的外部情况，考虑了在器件物理结构中所包含的寄生效应。 希望通过这样的输入电路，使集成电路内部得到一个稳定、有效的信号，阻止外部干扰信号进入内部逻辑。 输出单元 输出单元的主要任务是提供一定的驱动能力，防止内部逻辑过负荷而损坏。另一方面，输出单元还承担了一定的逻辑功能，单元具有一定的可操作性。与输入电路相比，输出单元的电路形式比较多。 （1）反相输出 I/O　PAD 顾名思义，反相输出就是内部信号经反相后输出。这个反相器除了完成反相的功能外，另一个主要作用是提供一定的驱动能力。 （1）反相输出 I/O　PAD 为防止触发CMOS 结构的寄生可控硅效应烧毁电路，该版图采用了P+隔离环结构，并在隔离环中设计了良好的电源、地接触。 因为MOS 管的宽长比比较大，版图采用了多栅并联结构，源漏区的金属引线设计成叉指状结构，电路中的NMOS 管和PMOS 管实际是由多管并联构成，采用了共用源区和共用漏区结构。 （1）反相输出 I/O　PAD 考虑到电子迁移率比空穴约大2.5 倍，所以，PMOS 管的尺寸比NMOS 管大，这样可使倒相器的输出波形对称。 下图是将金属铝引线去除后的版图形式，通过这个图可以清楚的看到器件的并联结构和重掺杂隔离环的结构。 （1）反相输出 I/O　PAD 5.7 电源和地线版图 图7.33：电源和地线布局。 内部电路完全设计完毕后，最后开始布焊盘的电源和地线。 VDD和VSS处于对角线位置，最外一圈是VSS线，较里一圈是VDD线，输入输出PAD位于它们之间。 5.8 连线 多晶硅：电阻率较大，可以作为数字电路门内部连线，或者在小模块内作为近距离连线。 金属AL：既可以在小模块内部使用，也可以作为模块间的连线。 1、金属线的宽度：要考虑工艺允许的最大电流密度，防止流过金属的电流过大。 合并单元后，金属线加宽，可以使用多层金属重叠。 5.8 连线 2、金属布线 为防止寄生效应，相邻两层金属应交叉布线。 金属折线一般不要走小于900的折线。建议取1350的折线。 3、片内电源和地线 将所有的PMOS管放在一起，共用电源线；所有的NMOS管放在一起，共用地线。 5.8 连线 相邻两行的数字电路共用一个电源或地线，这样电源和地线就形成了叉指布线的方式。 图7.35 5.9 静电保护 多数CMOS集成电路的输入端是直接接到栅上。而悬浮的输入端很容易受到较高感应电位的影响。人体的静电模型可以简化成对地的100 PF电容串联一个1.5 kΩ的电阻，在干燥气氛下 可能在100 PF上感应出较高的静电电位， 由于存储的能量与电位的平方成正比，所以存储在人体等效电容中的能量很大，约0.2毫焦耳。较高的静电电位和较高的能量会引起CMOS电路的静电失效。 ESD（Electrostatic discharge）