北大集成电路版图设计第4章电阻.pptVIP

第四章 电阻 * * 一. 概 述 电阻是集成电路设计中的一个重要组成部分，其在电路设计中的作用主要为限流和分压。对于一个完整的电路设计，电阻是不可或缺的。 固体按其导电性质可分为导体、绝缘体和半导体。导体与绝缘体和半导体相比较具有良好的导电性，但是不同材料的导体其导电能力也是有区别的。材料传导电流的强弱可以用材料的电阻值来表示，某些材料的电阻值较大，而某些材料的电阻值较小。例如空气具有较大的电阻值，多晶硅具有中等电阻值，而金属具有较小的电阻值。 集成电路芯片设计就是利用集成电路工艺在硅片上淀积并去除各种薄膜材料，最终形成电路结构。同样，在硅片上淀积的每种材料都有其确定的电阻率。因此对集成电路芯片设计来说，电阻的版图设计这个问题就转变为“如何利用在集成电路工艺流程中硅片上已有的各种薄膜材料来实现电阻版图”。 二. 电阻率和方块电阻 根据欧姆定律可知，电流流经导体时，会在导体两端产生电压降。 一块电阻率为 ，长度为L，宽度为W，厚度为t的均匀导体薄膜材料，其电阻值可以表示为： 二. 电阻率和方块电阻 L t W 电流方向 图 4.1 薄膜材料电阻示意图 电阻的阻值可以用方块电阻乘以方块数得到，其中方块电阻与工艺有关，可通过查工艺手册或设计手册得到。 二. 电阻率和方块电阻 方块电阻也称为薄层电阻。对于相同的集成电路工艺，同一材料的方块电阻是相同的。有了方块电阻的概念，我们就不必再考虑材料的厚度了，只需关心材料的长度和宽度就可以了。由于版图设计是利用平面作图方法，因此只考虑长和宽对于电阻的版图设计是非常方便的。 需要大家注意，利用公式（4-3）可知，2微米×2微米的正方形电阻和4微米×4微米的正方形电阻的阻值是相同的。当然这一切都是以集成电路工艺不变为前提的，如果集成电路工艺发生变化，材料的厚度发生变化，那么方块电阻也会发生变化。 三. 电阻的分类 集成电路中的电阻可分为无源电阻和有源电阻两类。 无源电阻通常是利用掺杂半导体材料或其它材料构成，主要包括多晶硅电阻、阱电阻、有源区电阻和金属电阻； 有源电阻则是通过将晶体管进行适当连接和偏置，利用晶体管在不同工作区域所表现出的电阻特性，例如MOS晶体管工作于线性区（三极管区），其电流—电压特性接近于线性，这时该MOS晶体管可看做是一有源电阻。 有源电阻和无源电阻相比较，优点是占用面积较小，缺点是工作状态受电流电压影响，不稳定。在集成电路设计中，大部分都是使用无源电阻。 (1) 多晶硅电阻 在集成电路中经常采用多晶硅做电阻，由于多晶硅电阻的制作方法与MOS工艺兼容，因此制作简单。制作时先用离子注入向淀积的多晶硅层进行掺杂，控制其方块电阻，然后将淀积在场区上的多晶硅光刻成电阻条形状，再在多晶硅电阻条上生成氧化层，用来掩蔽源漏区注入时向电阻区的掺杂。 淀积在场区上的多晶硅说明：用来做电阻的多晶硅是第二层多晶硅。第一层多晶硅的作用：栅极、导线、poly-poly电容下极板。第二层多晶硅的作用：多晶连线、多晶电阻、 poly-poly电容上极板。 多晶硅电阻的阻值由掺杂浓度和电阻形状决定。 三. 电阻的分类 (1) 多晶硅电阻 的电阻形状 ① 做成长条，在两端开接触孔与金属连接，如图(a)；② 做成狗骨头状，如图(b)。③ 蛇形，如图(c），包括29个方块，如图(d)。 (a)基本电阻 b)狗骨头电阻 (c)蛇形 (d) 29个方块 三. 电阻的分类 ③ 蛇形，包括29个方块。 三. 电阻的分类 (1) 多晶硅电阻 三. 电阻的分类 三. 电阻的分类 电阻的实际版图需要很多图层，分别为电阻标示层、高阻注入层、第二层多晶硅和第二层多晶硅与金属1接触孔。各个图层的具体作用如下： 电阻标示层表示被该层覆盖的区域为电阻区，在此区域内的多晶硅材料作为电阻来使用； 高阻注入层表示通过注入掩蔽达到控制多晶硅方块电阻的目的； 第二层多晶硅表示利用该工艺的多晶硅材料来制备电阻