模拟IC设计基础系列8-版图设计基础
1. 模拟电路设计绪论
2. MOS器件物理基础
3. 单级放大器
4. Cascode stage 共源共栅结构分析与计算
5. MOS电路中的电流镜设计
6. 差动放大器 Differential AMP
7. MOS电路的频率响应与米勒效应
8. 版图设计基础
8.1 各层级解释
下图为cadence版图绘制界面截图
下表为图中各层级的定义和作用
| 层级 | 缩写 | 中文名 | 定义与作用 |
|---|---|---|---|
| 有源区与阱层 | AA (Active Area) | 有源区 | 定义：有源区（晶体管源/漏/沟道区域），通常是硅衬底上的掺杂区域，由光刻和浅沟槽隔离（STI）工艺定义。 作用：与GT层（栅极）交叉形成MOS管，未覆盖部分为场氧（隔离区）。 |
| NW (N-Well) | N阱层 | 定义：N型阱，用于PMOS管或隔离NMOS，通常在P型衬底上形成。 作用：为PMOS器件提供N型区域；在双阱工艺中，与P阱共同支持NMOS和PMOS器件。 | |
| PW (P-Well) | P阱层 | 定义：P型阱，用于NMOS管，通常在N型衬底或双阱工艺中形成。 作用：为NMOS器件提供P型区域，与NW层配合实现CMOS结构。 | |
| 栅极与注入层 | GT (Gate Terminal) | 栅极 | 定义：晶体管的栅极层，通常为多晶硅或高K金属栅（HKMG）。 作用：与AA层交叉形成晶体管沟道，栅极宽度决定沟道长度（L）。 |
| SN (N+ Selective Implant) | N选择性注入 | 定义：N型高浓度掺杂层，用于NMOS源/漏区，通常包括轻掺杂漏（LDD）区域。 作用：形成低电阻源/漏区，与AA层对齐以确保接触性能。 grazier | |
| SP (P+ Selective Implant) | P选择性注入 | 定义：P型高浓度掺杂层，用于PMOS源/漏区，通常包括轻掺杂漏（LDD）区域。 作用：形成低电阻源/漏区，与AA层对齐以确保接触性能。 | |
| 接触与金属互连层 | CT (Contact) | 接触层 | 定义：接触孔，连接有源区/栅极与第一层金属（M1），通常使用钨（W）填充并结合硅化物工艺。 作用：实现硅/多晶硅与金属的欧姆接触，降低接触电阻。 |
| M1, M2, M3, M5 (Metal Layers) | 金属互连层 | 定义：金属互连层（M1为第一层金属，M2为第二层，依此类推），通常为铜或铝。 作用：用于信号和电源布线，高层金属（如M5）常用于全局供电或长距离互连。 | |
| V1, V2 (Via Layers) | 通孔层 | 定义：通孔层，连接不同金属层（如V1连接M1-M2），通常为钨或铜填充。 作用：实现金属层间的垂直互连，确保信号和电源传输。 | |
| 特殊器件层 | MIM (Metal-Insulator-Metal Capacitor) | 金属-绝缘体-金属电容器 | 定义：金属-绝缘体-金属电容，用于高精度模拟或RF电路。 作用：提供高密度电容，用于滤波、振荡器等电路。 |
| MIMDMY (MIM Dummy) | MIM虚设结构 | 定义：MIM电容的虚拟结构，用于工艺均匀性。 作用：改善制造过程中电容区域的平坦度和一致性。 | |
| MIMCKT (MIM Circuit Marking) | MIM电路标识层 | 定义：MIM电容的电路标识层，用于布局验证（LVS）。 作用：辅助设计验证，确保MIM电容正确集成。 | |
| MOSCKT (MOS Circuit Marking) | MOS电路标识层 | 定义：MOS器件的电路标识层，用于标注特殊器件（如高压MOS）。 作用：便于电路设计和验证，区分不同类型的MOS器件。 | |
| 测试与辅助层 | TV1 (Test Via 1) | 测试通孔1 | 定义：测试用通孔，用于工艺监控或调试。 作用：验证通孔电阻和连接可靠性。 |
| MTT2 (Metal Test Structure 2) | 金属测试结构2 | 定义：金属测试结构，用于评估工艺可靠性（如电迁移）。 作用：监控金属层的长期稳定性和制造质量。 | |
| VSIA (Virtual Silicon Interface Annotation) | 虚拟硅接口标注 | 定义：虚拟硅片接口标注，用于IP核集成或可制造性设计（DFM）。 作用：优化IP模块与主设计的兼容性，确保制造一致性。 | |
| 总结 | 核心层：AA（有源区）、GT（栅极）、CT（接触孔）、Mx（金属层）构成基本互连结构。 特殊器件层：MIM、MIMDMY等用于模拟/RF电路。 辅助层：SN/SP（掺杂）、TV1/MTT2（测试）、VSIA（接口）等确保工艺和功能可靠性。 |
下图为各层级的结构示意图
8.2 详细流程总体介绍
下图为加工完成后的工艺总视图
8.3 PMOS加工详细流程介绍
正胶光刻后消失，反胶光刻后不消失
- P衬底加工N阱（Nwell），使用正（光刻）胶
- 刻蚀二氧化硅
- N阱注入，注入磷（P，外层5个电子，1个电子自由）
- 生长SiO2及氮化硅，涂光刻胶（反胶）
- 使用有源区掩膜（Mask-Active），进行有源区光刻（反胶）
- 氮化硅刻蚀
- 场氧（Field Oxide，FOX）生长，去掉氮化硅
- 薄栅氧生长
- 多晶硅沉积（Polysilicon）以形成栅氧，涂光刻胶（反胶）
- 栅极掩膜，光刻以剩下栅氧
- polysilicon刻蚀，去掉多余的polysilicon
- 涂光刻胶（正胶）
- 掩膜刻蚀，实现N+光刻
- N+离子注入
- N+加工完成
- 涂光刻胶、P+光刻
- P+注入
- P+注入完成
- 厚氧化层沉积
- 接触层光刻（正胶）
- 厚氧化层刻蚀
- 电极金属钨沉积
- 金属层沉积，涂光刻胶，M1金属层光刻（反胶）
- M1刻蚀
- M1互连。到此为止，PMOS器件结构绘制完成
- 高层金属互连。基础层（CT）、互连层（Via）。
8.4 物理验证
包括设计规则检查（Design Rule Check，DRC）和版图与原理图图（Layout Versus Schematic，LVS），DRC检查走线是否符合加工要求，LVS检查版图是否与原理图一致
DRC与LVS检查流程
DRC检查规则与示意图
8.5 后仿真（Post simulation）
后仿需要对GDSII文件抽取寄生参数，然后将寄生参数反标到网表上，再次进行检查。
8.6版图绘制快捷键
参考
1.【集成电路版图设计技术更新版】https://www.bilibili.com/video/BV1dL411n7c2?p=2&vd_source=fb39f0e2d38a644c87834f3a6c240f6c