MOSFET版图设计课件.ppt
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- 关 键 词:
- MOSFET 版图 设计 课件
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1、华侨大学信息科学与工程学院 电子工程系厦门专用集成电路系统 重点实验室MOSFET版图设计Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室参考文献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 . CH11-12Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 本章主要内容MOSFET版图基础版图基础MOSFET版图样式版图样式MOSFET的匹配的匹配Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础
2、NMOS版图版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜光刻胶光刻胶2氮化硅氮化硅二氧化硅二氧化硅衬底衬底Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜氮化硅氮化硅二氧化硅二氧化硅衬底衬底场氧场氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜衬底衬底场氧场氧Copyright by Huang
3、 Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区掩膜有源区掩膜薄氧薄氧衬底衬底场氧场氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyPoly掩膜掩膜 光刻胶光刻胶Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室
4、 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyPoly掩膜掩膜 光刻胶光刻胶Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬
5、底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+注入掩膜注入掩膜Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+注入掩膜注入掩膜Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+注入掩膜注入掩膜P+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧
6、场氧场氧薄氧薄氧PolyP+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧薄氧薄氧PolyP+N+注入掩膜注入掩膜背栅背栅Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+注入掩膜注入掩膜N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP
7、+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大
8、学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图Poly衬底衬底场氧场氧场氧场氧PolyP+N+N+N+N+Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础NMOS版图版图有源区有源区Poly1P+N+CONM1Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础PMOS版图版图
9、有源区有源区Poly1P+N+CONM1N阱阱Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础PMOS版图版图SiO2场氧场氧场氧场氧polymetalmetalP+P+N+NwellPsubCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础MOS管的长和宽管的长和宽effLLL effWWW 实际晶体管中的长度等于实际晶体管中的长度等于源漏扩散区之间的距离,自对源漏扩散区之间的距离,自对准晶体管版图绘制的长度准晶体管版图绘制的长度L等等于版图数据中跨过多晶硅栅从于版图数据
10、中跨过多晶硅栅从源区到漏区的距离。源区到漏区的距离。 实际自对准工艺中晶体实际自对准工艺中晶体管的宽度是由有源区而不是管的宽度是由有源区而不是多晶硅栅掩膜决定的。多晶硅栅掩膜决定的。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础N阱阱 P阱阱 NMOS制作于制作于P型外延型外延层,通过层,通过P+实现背栅接触。实现背栅接触。 PMOS制作于制作于N阱中,阱中,通过通过N+实现背栅接触。实现背栅接触。 NMOS制作于制作于P阱中,阱中,通过通过P+实现背栅接触。实现背栅接触。 PMOS制作于制作于N型外延型外延层,通过层,通过N+实
11、现背栅接触。实现背栅接触。 NMOS制作于制作于P阱中,阱中,通过通过P+实现背栅接触实现背栅接触 PMOS制作于制作于N阱中,阱中,通过通过N+实现背栅接触实现背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入 多晶和多晶和P+ 或或N+图形相交的地方就可能形成自对准图形相交的地方就可能形成自对准的多晶硅栅晶体管,在某些情况下,厚氧化层也可以形的多晶硅栅晶体管,在某些情况下,厚氧化层也可以形成成MOSFET。在生长场氧之前,向场区注入合适的杂质。在生长场氧之前,向场区注入合适的杂质可以提高晶体管的阈值
12、电压,现代工艺中将能够提供场可以提高晶体管的阈值电压,现代工艺中将能够提供场区掺杂的方法叫沟道终止注入。区掺杂的方法叫沟道终止注入。 目前大部分目前大部分CMOS工艺中使用两个互补的沟道终止工艺中使用两个互补的沟道终止注入来同时抑制注入来同时抑制NMOS和和PMOS的寄生沟道。对所有的的寄生沟道。对所有的P场区进行场区进行P沟道终止注入来增大沟道终止注入来增大NMOS厚氧阈值电压;厚氧阈值电压;对对N型场区进行型场区进行N型沟道终止注入来增大型沟道终止注入来增大NMOS厚场阈厚场阈值电压。值电压。Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSF
13、ET版图基础沟道终止注入沟道终止注入Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础沟道终止注入沟道终止注入采用采用P和磷实现沟道终止注入后生长厚氧和磷实现沟道终止注入后生长厚氧Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础阈值电压调整阈值电压调整 理想情况下,增强型理想情况下,增强型MOSFET的阈值电压在的阈值电压在0.60.8V左左
14、右。不经过阈值电压调整的右。不经过阈值电压调整的MOSFET,NMOS阈值电压低于阈值电压低于0.6V,PMOS阈值电压高于阈值电压高于0.8V。标准。标准CMOS工艺中需要在工艺中需要在生产厚氧后对阈值电压进行调整。生产厚氧后对阈值电压进行调整。 对沟道区的注入可以改变对沟道区的注入可以改变MOSFET的阈值电压,的阈值电压,P注入注入使阈值电压正向移动,使阈值电压正向移动,N注入使阈值电压负向移动。标准注入使阈值电压负向移动。标准CMOS工艺可以单独使用硼注入来调节两种工艺可以单独使用硼注入来调节两种MOSFET的阈值的阈值电压,且不需要额外的掩膜。电压,且不需要额外的掩膜。Copyrig
15、ht by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图基础按比例缩小晶体管按比例缩小晶体管Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 本章主要内容MOSFET版图基础版图基础MOSFET版图样式版图样式MOSFET的匹配的匹配Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式接触孔等效电阻接触孔等效电阻Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式扩散区等效电阻扩散区等效电阻Copyrig
16、ht by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式折角折角MOSFET结构结构Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式 考虑到有源区间距考虑到有源区间距需注意工艺线提供的最小需注意工艺线提供的最小沟道宽度晶体管的面积不沟道宽度晶体管的面积不是最小的。是最小的。 例如:例如:TSMC 0.25um的工艺最小沟道的工艺最小沟道长度是长度是0.3um,但是该器,但是该器件占的面积显然要比最小件占的面积显然要比最小面积晶体管大。面积晶体管大。最小尺寸最小尺寸 VS 最小面积最小面积Cop
17、yright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式长沟道长沟道MOSFETCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道宽沟道MOSFETCopyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式源源/漏公共合并漏公共合并Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 M
18、OSFET版图样式源源/漏公共合并漏公共合并Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式合并源合并源/漏漏背栅接触背栅接触去除不必要接触孔去除不必要接触孔源源/漏公共合并漏公共合并Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式与非门及其版图与非门及其版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道器件版图宽沟道器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统
19、重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道器件版图宽沟道器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式宽沟道器件版图宽沟道器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式有效节省硅面积有效节省硅面积有效减小漏结电容有效减小漏结电容刻蚀的不匹配造成沟道长度稍微不一致刻蚀的不匹配造成沟道长度稍微不一致内部栅的边界条件近似相同内部栅的边界条件近似相同对倾角注入不敏感对倾角注入不敏感Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实
20、验室 MOSFET版图样式使用叉指结构使源使用叉指结构使源/漏的接触孔面积达到最小漏的接触孔面积达到最小通过将版图的对称性最小化电路失配通过将版图的对称性最小化电路失配使用低阻通路避免大电流流过该器件时造成较大压降使用低阻通路避免大电流流过该器件时造成较大压降保护关键节点,避免非正常节点注入保护关键节点,避免非正常节点注入有利于减小寄生现象有利于减小寄生现象容易实现匹配使电路更加对称容易实现匹配使电路更加对称Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统
21、重点实验室 MOSFET版图样式 以增大源区电容为代价减小漏区电容以增大源区电容为代价减小漏区电容,以增加开关以增加开关速度和频率响应。速度和频率响应。环形器件版图环形器件版图Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式 所有的晶体管都需要对背栅进行电气连接,没有背栅接所有的晶体管都需要对背栅进行电气连接,没有背栅接触孔或背栅电阻过大的晶体管很容易发生闩锁效应。每个触孔或背栅电阻过大的晶体管很容易发生闩锁效应。每个NMOS包含一只寄生横向包含一只寄生横向NPN,PMOS包含一只寄生横向包含一只寄生横向PNP。背栅接触孔将相应的背
22、栅电阻变成基极关断电阻,只。背栅接触孔将相应的背栅电阻变成基极关断电阻,只要施加在这些电阻上的电压小于发射结导通电压,要施加在这些电阻上的电压小于发射结导通电压,SCR将保将保持关断状态。持关断状态。背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Cop
23、yright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式叉指状背栅接触孔叉指状背栅接触孔背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式背栅接触背栅接触Copyright by Huang Weiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室 MOSFET版图样式Power MOS叉指结构叉指结构Copyright by Huang Weiwei华
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