1、(最新整理最新整理)第第3章章_MOSFET版图设计版图设计12021/7/26第 3 章 MOSFET版图设计集成电路版图基础 本章主要内容本章主要内容MOSFET的版图样式的版图样式功率功率MOSFETMOSFET的匹配的匹配 MOSFET版图样式版图样式长沟道长沟道MOSFET MOSFET版图样式版图样式宽沟道宽沟道MOSFETDDDSSS MOSFET版图样式版图样式 MOSFET版图样式版图样式源源/漏公共端合并漏公共端合并 MOSFET版图样式版图样式宽沟道器件叉指结构宽沟道器件叉指结构叉指结构减小了源漏面积和栅极电阻。叉指结构减小了源漏面积和栅极电阻。MOSFET版图样式版图样
2、式加上背栅接触孔的叉指结构加上背栅接触孔的叉指结构被分成偶数个部分的晶体被分成偶数个部分的晶体管具有管具有奇数个源漏端奇数个源漏端。一。一般我们把两端的叉指作为般我们把两端的叉指作为源区（这样源比漏多一个源区（这样源比漏多一个），这样方便在任意一端），这样方便在任意一端或者两端打背栅接触孔，或者两端打背栅接触孔，并且并且减少了一个漏端减少了一个漏端（漏（漏端电容对电路频率特性的端电容对电路频率特性的影响通常大于源）影响通常大于源）MOSFET版图样式版图样式与非门版图与非门版图这个版图有哪些地这个版图有哪些地方可以改进？方可以改进？MOSFET版图样式版图样式合并源合并源/漏漏背栅接触背栅接触
3、去除不必要接触孔去除不必要接触孔 MOSFET版图样式版图样式 以增大源区电容为代价减小漏区电容，以增加开以增大源区电容为代价减小漏区电容，以增加开关速度和频率响应。关速度和频率响应。环形器件版图环形器件版图 MOSFET版图样式版图样式背栅接触背栅接触 MOSFET版图样式版图样式晶体管需要对背栅进行电气连接晶体管需要对背栅进行电气连接，没有背栅接触孔或背栅电，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。阻过大的晶体管很容易发生闩锁效应。（比较：保护环占用的面积较大，并不是每一个单元周围都（比较：保护环占用的面积较大，并不是每一个单元周围都设保护环，但是必须都给背栅打电位）设保护
4、环，但是必须都给背栅打电位）MOSFET版图样式版图样式叉指状背栅接触孔叉指状背栅接触孔 MOSFET版图样式版图样式 MOSFET版图样式版图样式 本章主要内容本章主要内容MOSFET的版图样式的版图样式功率功率MOSFETMOSFET的匹配的匹配 功率功率MOSFET参杂浓度恒定的突变结的电场强度曲线参杂浓度恒定的突变结的电场强度曲线可以看出增加管子工作可以看出增加管子工作电压电压VDS的主要办法是增的主要办法是增大耗尽区的宽度大耗尽区的宽度xd，即需即需要更轻参杂的漏区。要更轻参杂的漏区。具有扩展漏区的具有扩展漏区的MOS管管Lateral DMOS(LDMOS)Using LOCOS
5、CMOS TechnologyLateral DMOS(LDMOS)Using LOCOS CMOS Technology 本章主要内容本章主要内容MOSFET的版图样式的版图样式功率功率MOSFETMOSFET的匹配的匹配 MOSFET匹配匹配 模拟电路需要模拟电路需要匹配匹配，匹配的，匹配的MOS管（如差分对，电流管（如差分对，电流镜），以及匹配的电阻、电容，甚至匹配的整个放大器。镜），以及匹配的电阻、电容，甚至匹配的整个放大器。匹配原则一匹配原则一 大尺寸大尺寸同样的绝对误差，大尺寸的相对误差小。同样的绝对误差，大尺寸的相对误差小。匹配原则二匹配原则二 方向一致方向一致1.半导体沿不同晶
6、轴呈现各向异性的应力，应力影响迁移率，半导体沿不同晶轴呈现各向异性的应力，应力影响迁移率，从而不同方向的从而不同方向的MOS管表现出跨导等参数的不同。管表现出跨导等参数的不同。2.倾斜的离子注入导致不同方向上轻微的不对称。倾斜的离子注入导致不同方向上轻微的不对称。方向影响匹配的原因方向影响匹配的原因 匹配原则三匹配原则三 周围的环境一致周围的环境一致DummyDummy使用使用虚拟器件（虚拟器件（Dummy）使周围环境一样使周围环境一样Dummy器件器件扩散和刻蚀效应扩散和刻蚀效应 在工艺中刻蚀速率并不是总是一在工艺中刻蚀速率并不是总是一致的，开孔越大，刻蚀速率越快。如致的，开孔越大，刻蚀速率
7、越快。如图所示的图所示的M1、M3管的外边缘刻蚀比管的外边缘刻蚀比M2对应的刻蚀更为严重，所以对应的刻蚀更为严重，所以M1、M3的栅长比的栅长比M2的稍微短一点。的稍微短一点。沟道附近的扩散区沟道附近的扩散区 一般一般N阱不应该靠近匹配阱不应该靠近匹配NMOS，防止，防止N阱杂质分布阱杂质分布的尾部与匹配晶体管沟道相交。的尾部与匹配晶体管沟道相交。PMOS晶体管应位于晶体管应位于N阱区域的内部，防止横向扩散阱区域的内部，防止横向扩散引发背栅掺杂发生变化。引发背栅掺杂发生变化。深扩散区会影响附近深扩散区会影响附近MOSFET的匹配，的匹配，这些扩散区的尾部会这些扩散区的尾部会延伸相当长的距离超出
8、它们的延伸相当长的距离超出它们的结，由此引入的过量杂质会使结，由此引入的过量杂质会使附近的晶体管的阈值电压和跨附近的晶体管的阈值电压和跨导发生改变。所以侧阱等深扩导发生改变。所以侧阱等深扩散区应远离匹配的沟道。散区应远离匹配的沟道。沟道附近的扩散区沟道附近的扩散区匹配的金属线匹配的金属线MOSFET周围金属连线版图的不同也会引入大的失配。周围金属连线版图的不同也会引入大的失配。这种失配的原因在于结构上方存在（或缺少金属），导这种失配的原因在于结构上方存在（或缺少金属），导致了不完全的氢化。致了不完全的氢化。热效应和应力效应引起的梯度热效应和应力效应引起的梯度另一种重要的失配类型是由另一种重要的
9、失配类型是由距离上的梯度距离上的梯度引起的。引起的。1.氧化层厚度梯度：氧化层厚度梯度：相距较近的器件具有非常相近的氧化层厚度，但是相距较相距较近的器件具有非常相近的氧化层厚度，但是相距较远的器件氧化层厚度有很大的区别，这些差别直接影响了远的器件氧化层厚度有很大的区别，这些差别直接影响了阈值电压的失配。阈值电压的失配。2.应力梯度：应力梯度：应力使载流子的迁移率发生变化。应力使载流子的迁移率发生变化。3.热梯度：热梯度：如阈值电压随温度升高而降低，速率大约如阈值电压随温度升高而降低，速率大约-2mV/。避免梯度引起的不匹配：避免梯度引起的不匹配：让器件靠近并采取共质心的布局让器件靠近并采取共质心的布局 匹配原则四匹配原则四 共质心共质心热效应梯度热效应梯度远离远离power器件（热源），并以热源为公共质心布局。器件（热源），并以热源为公共质心布局。MOSFET匹配匹配共质心版图共质心版图梯度梯度影响依然存在！影响依然存在！MOSFET匹配匹配一维交叉耦合一维交叉耦合氧化层厚度梯度氧化层厚度梯度 MOSFET匹配匹配四方交叉（二维）四方交叉（二维）MOSFET匹配匹配共质心版图共质心版图Vin1Vin2SD1D2D1D1D2D2dummydummyGuard RingGuard Ring
