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1、集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学集成电路版图设计集成电路版图设计主讲主讲 李斌李斌E_mail:bin_西南科技大学网络教育系列课程西南科技大学网络教育系列课程 信息类专业课程集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图一、天线效应一、天线效应二、天线效应的防治措施二、天线效应的防治措施 三、三、ESDESD（静电击穿）及防治措施（静电击穿）及防治措施四、电迁移现象四、电迁移现象内容内容集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图1
2、1、当大面积的金属、当大面积的金属1 1直接与栅极相连，在金属腐蚀过程中，直接与栅极相连，在金属腐蚀过程中，会吸引大量的电荷（因为工艺中刻蚀金属是在强场中进行会吸引大量的电荷（因为工艺中刻蚀金属是在强场中进行的），这时如果该金属直接与管子栅（相当于有栅电容）的），这时如果该金属直接与管子栅（相当于有栅电容）相连的话，可能会在栅极形成高电压会影响栅极氧化层的相连的话，可能会在栅极形成高电压会影响栅极氧化层的质量，降低电路的可靠性和寿命质量，降低电路的可靠性和寿命2 2、大面积的多晶硅也有可能出现天线效应大面积的多晶硅也有可能出现天线效应一、天线效应一、天线效应 集成电路版图设计集成电路版图设计
3、西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图二、天线的防治措施二、天线的防治措施 1 1、减小连接栅的多晶和金属、减小连接栅的多晶和金属1 1面积，令其在面积，令其在所接栅面积的所接栅面积的100100倍以下；倍以下；2 2、采用第二层金属过渡。、采用第二层金属过渡。集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图3 3.如果无法加跳线，则可以连接一个最如果无法加跳线，则可以连接一个最小的小的N+/P-epiN+/P-epi或或P+/NwellP+/Nwell的二极管。的二极管。集成电路版图设计集
4、成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图三、静电放电三、静电放电ESD保护保护ESD：Electrostatic Discharge人体或其他机械运动所积累的静电电压远远超过人体或其他机械运动所积累的静电电压远远超过MOS晶体管的栅击穿电压晶体管的栅击穿电压2kV集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学1 1、器件失效的原因分类、器件失效的原因分类集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学 1.人体放电模式人体放电模式(Human-Boday Model,HBM)2.机器放电模式机器放电模式(Machine
5、Model,MM)3.组件充电模式组件充电模式(Charged-Device Model,CDM)4.电场感应模式电场感应模式(Field-Induced Model,FIM)2 2、ESDESD模式分类模式分类集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图1.人体放电模式人体放电模式 人体放电模式人体放电模式(HBM)的的ESD是指因人体在地是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由时，人体上的静电便会经由IC的脚的
6、脚(pin)而进入而进入IC内，再经由内，再经由IC放电到地去。放电到地去。ESDESD模式分类模式分类集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学2.机器放电模式机器放电模式 机器放电模式的机器放电模式的ESD是指机器是指机器(例如例如机械手臂机械手臂)本身累积了静电，当此机器去本身累积了静电，当此机器去碰触到碰触到IC时，该静电便经由时，该静电便经由IC的的pin放放电。电。集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学3.组件充电模式组件充电模式 组件充电模式组件充电模式(CDM)是指是指IC先因磨擦或其先因磨擦或其它因素而在它因素而在IC内部累积了静电，但在静
7、电累内部累积了静电，但在静电累积的过程中积的过程中IC并未被损伤。此带有静电的并未被损伤。此带有静电的IC在处理过程中，当其在处理过程中，当其pin去碰触到接地面时，去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由内部的静电便会经由pin自自IC内部流出来，内部流出来，而造成了放电的现象。而造成了放电的现象。集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学4.电场感应模式电场感应模式 电场感应模式电场感应模式(FIM)的静电放电发生是因电场感应的静电放电发生是因电场感应而起的。当而起的。当IC因输送带或其它因素而经过一电场时，因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些其相
8、对极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，在脚而排放掉，在IC通过电场之后，通过电场之后，IC本身便累积了静电荷，此静电本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似荷会以类似CDM的模式放电出来。的模式放电出来。集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图 抗静电设计就是在电路的端口增设保护电路，使抗静电设计就是在电路的端口增设保护电路，使得静电电荷形成的高压在到达正常电路之前，通过保护得静电电荷形成的高压在到达正常电路之前，通过保护电路将静电电荷泄放掉，而保护电路自身也不被损坏。电路将静电电荷泄放掉，而保护电路自身也不被损坏。（1）保
9、护电路不能影响正常电路的功能；）保护电路不能影响正常电路的功能；（2）保护电路放电电阻尽可能小；）保护电路放电电阻尽可能小；（3）放电回路能承受高的瞬态功耗；）放电回路能承受高的瞬态功耗；（4）保护电路应有抗闩锁能力；）保护电路应有抗闩锁能力；（5）保护电路占用尽可能小的芯片面积。）保护电路占用尽可能小的芯片面积。四、抗静电设计四、抗静电设计集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图静电放电静电放电ESDESD保护保护集成电路中接到集成电路中接到MOSMOS晶体管栅极的晶体管栅极的PINPIN更需更需ESDESD保护，一般为
10、输入保护，一般为输入PINPIN；而接到扩散区；而接到扩散区的的PINPIN相对不易受相对不易受ESDESD损坏，一般为输出损坏，一般为输出PINPINVDDVo集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图静电放电静电放电ESDESD保护保护输入输入PINPIN的的ESDESD保护电路保护电路目标：保证连接到核心电路的目标：保证连接到核心电路的I I点电压低于栅氧击穿点电压低于栅氧击穿电压电压D D1 1，D D2 2的面积要大，以吸收大部分的电流，构成的面积要大，以吸收大部分的电流，构成第一级保护第一级保护RsRs的典型值从
11、几百的典型值从几百 几千欧姆，一般为多晶导线电几千欧姆，一般为多晶导线电阻或扩散区电阻，宽度要大一些，以免被大电流烧坏阻或扩散区电阻，宽度要大一些，以免被大电流烧坏。D D3 3，D D4 4与与RsRs一起构成第二级保护，面积可以小一些一起构成第二级保护，面积可以小一些。VDDD1D2D3D4RSESD保护电路集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图电阻电阻-二极管保护电路二极管保护电路 1.基本原理基本原理R2为为N+电阻，起延迟、电阻，起延迟、缓冲作用，防止外来高缓冲作用，防止外来高电压直接作用于电压直接作用于MOS
12、管管的栅极。阻值一般在几的栅极。阻值一般在几十十 左右。左右。padVDDMPMNVSSR1R2Dn1Dp1集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学 MOS晶体管保护电路晶体管保护电路 1.基本原理基本原理 利用保护管利用保护管NMOS和和PMOS的饱和导通或沟道穿的饱和导通或沟道穿通效应以及漏极寄生二极管通效应以及漏极寄生二极管完成静电泄放。完成静电泄放。保护管保护管W/L要足够大以要足够大以便获得小的导通电阻，并采便获得小的导通电阻，并采用抗闩锁的保护环结构。用抗闩锁的保护环结构。R为为N+电阻，起延迟、缓冲电阻，起延迟、缓冲作用。作用。padVDDMPMNVSSR第七章
13、第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学电阻电阻-二极管保护电路二极管保护电路 版图示例版图示例第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学第七章第七章 集成电路常用器件版图集成电路常用器件版图MOS晶体管保护电路晶体管保护电路 版图示例版图示例集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学 所谓电迁移效应是指当所谓电迁移效应是指当传输电流过大时，传输电流过大时，电子碰电子碰撞金属原子，导致原子移位而使金属断线。撞金属原子，导致原子移位而使金属断线。在接触孔周围，电流比较集中，电迁移效应更加在接触孔周围，电流比较集中，电迁移效应更加容易发生容易发生。四、电迁移效应四、电迁移效应集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学实验七：画出实验七：画出ESDESD保护电路版图保护电路版图集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学集成电路版图设计集成电路版图设计 西南科技大学西南科技大学