版圖設(shè)計總的原則是既要充分利用硅片面積,又要在工藝條件允許的限度內(nèi)盡可能提高成品率.版圖面積(包括壓焊點在內(nèi))盡可能小而接近方形,以減少每個電路實際占有面積;生產(chǎn)實踐表明,當(dāng)芯片面積降低10%,則每個大圓片上的管芯成品率可以提高15%~25%。下面討論版圖設(shè)計時所應(yīng)遵循的一般原則。
①隔離區(qū)的數(shù)目盡可能少
pn結(jié)隔離的隔離框面積約為管芯面積的三分之一,隔離區(qū)數(shù)目少,有利于減小芯片面積。集電極電位相同的晶體管,可以放在同一隔離區(qū)。二極管按晶體管原則處理。全部電阻可以放在同一隔離區(qū)內(nèi),但隔離區(qū)不宜太大,否則會造成漏電大,耐壓低。為了走線方便,電阻也可以分別放在幾個隔離區(qū)內(nèi)。
各壓焊塊(地壓焊塊除外)都故在隔離區(qū)內(nèi),以防止壓焊時壓穿SiO2,造成與襯底短路,管芯外圍也要進行大面積隔離擴散,以減少輸入端箝位二極管的串聯(lián)電阻。
②注意防止各種寄生效應(yīng)
隔離槽要接電路最負電位,電阻島的外延層接最高電位。這是保證pn隔離效果的必要條件,使pn隔離區(qū)結(jié)始終處于反偏置狀態(tài)。輸入與輸出端應(yīng)盡可能遠離,以防止發(fā)生不應(yīng)有的影響。電阻等發(fā)熱元件要故在芯片中央。使芯片溫度分布均勻。
設(shè)計鋁條時,希望鋁條盡量短而寬。鋁條本身也要引入串連電阻,因此也需計算鋁條引入的串聯(lián)電阻對線路的影響。鋁條不能相交,在不可避免的交叉線時,可讓一條或幾條鋁條通過多發(fā)射極管的發(fā)射極區(qū)間距或發(fā)射區(qū)與基區(qū)間距,也可從電阻上穿過,但不應(yīng)跨過三次氧化層。 必須采用“磷橋”穿接時,要計算“磷橋”引入的附加電阻對電路特性的影響。一般不允許“磷橋”加在地線上。但是在設(shè)計IC時應(yīng)盡可能避免使用擴散條穿接方式,因為擴散條不僅帶來附加電阻和寄生電容,同時還占據(jù)一定面積。
在LSI中,當(dāng)一層布線無法保證實現(xiàn)元件之間的必要聯(lián)接時,普遍使用多層布線,如圖所示。
鋁條壓焊點電極要有合理分布,應(yīng)符合引出腳排列。
④保證元件的對稱性
參數(shù)要求相互一致的元件,應(yīng)放在鄰近的區(qū)域。幾何結(jié)構(gòu)盡可能對稱,不能只考慮走線方便而破壞對稱性。
⑤接地孔盡可能開大些
凡需接地的發(fā)射極、電阻等,不能只靠在隔離槽上開的接觸孔接地,要盡可能讓地線直接通過該處。接地線盡可能地沿隔離槽走線。接電源的引線應(yīng)短而寬,接Vcc的電源孔應(yīng)盡可能開大些。集電極等擴磷孔應(yīng)比其它接觸孔大。
⑥鋁條適當(dāng)蓋住接觸孔(一般每邊復(fù)蓋2μm),在位置空的地方可多復(fù)蓋一些,走線太緊時,也可只復(fù)蓋一邊。
⑦為了減小版面同時又使走線方便、布局合理,各電阻的形狀可以靈活多樣,小電阻可用隱埋電阻。各管電極位置可以平放或立放。
⑧凡是可能,所設(shè)計的電路應(yīng)留有適當(dāng)?shù)倪^載能力,并避免使用易損壞的元件。
⑨壓焊塊的數(shù)目以及排列順序應(yīng)該與外殼引出腳排列相符合,電極分布應(yīng)均勻。
⑩確定光刻的基本尺寸。根據(jù)工藝水平和光刻精度定出圖形及各個擴散間距的最小尺寸,其中最關(guān)鍵的是發(fā)射極接觸孔的尺寸和套刻間距。集成晶體管是由一系列相互套合的圖形所組成,其中最小的圖形是發(fā)射極接觸孔的寬度,所以往往選用設(shè)計規(guī)則中的最小圖形尺寸作為發(fā)射接觸孔。其它圖形都是在此基礎(chǔ)上考慮圖形間的最小間距面進行逐步套合、放大。最小圖形尺寸受到掩膜對中容差,在擴散過程中的橫向擴散、耗盡層擴展等多種因素的限制。
如果最小圖形尺寸取得過小,則會使成品率下降。如取得過大,則會使芯片面積增大,使電路性能和成本都受到影響。所以選取最小圖形尺寸應(yīng)切實根據(jù)生產(chǎn)上具體光刻、制版設(shè)備的精度,操作人員的熟練程度以及具體工藝條件來確定。在一定的工藝水平下,版圖上光刻基本尺寸放得越寬,則版圖面積越大,瞬態(tài)特性因寄生電容大而受到影響。如尺寸扣得越緊,則為光刻套刻帶來困難,光刻質(zhì)量越難保證。這兩種情況都會影響成品率。通常是在保證電路性能的前提下適當(dāng)放寬尺寸。
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