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模拟IC版图绘制中,关于‘匹配性设计’的规则,除了共质心、 dummy器件等,在深亚微米工艺下还需要特别注意哪些与应力、刻蚀梯度相关的匹配技巧?

电子爱好者小张电子爱好者小张
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18小时前
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画版图时知道匹配器件要放一起、方向一致、用dummy。但听说在先进工艺下,机械应力、刻蚀的不均匀性对匹配性影响巨大。有哪些具体的版图布局技巧(比如深N阱的利用、屏蔽线的添加)可以应对这些非理想效应?
电子爱好者小张

电子爱好者小张

这家伙真懒,几个字都不愿写!
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  • FPGA学号1

    FPGA学号1

    匹配性问题在先进工艺中确实更棘手,因为器件尺寸小,对应力和工艺变化更敏感。除了常见规则,这里补充几点:

    1. 热匹配:深亚微米芯片功耗密度高,局部发热会导致温度梯度。对于匹配器件(比如带隙基准中的BJT),要确保它们处于等温线上。布局时让它们紧挨着,并采用交叉耦合的共质心,同时避免靠近功率发热源。

    2. 阱的均匀性:刻蚀或离子注入在芯片不同区域可能有差异。对于匹配的NMOS/PMOS,尽量让它们位于同一个阱(或深阱)内,并且这个阱的形状要规则、对称,避免使用长条形的阱,因为阱边缘的掺杂梯度可能较大。

    3. 利用虚拟金属(dummy metal):金属层的密度不均匀会影响上层介质的平坦度,进而传递应力。在匹配器件周围的空白区域,要按设计规则添加虚拟金属填充,并且填充图案要对称分布,避免在匹配对上方的金属密度出现突变。

    4. 方向一致性的延伸:不仅器件方向要一致,连器件的所有层次(如有源区、多晶硅、接触孔)都应保持相同的取向,因为某些工艺步骤(如刻蚀)可能存在方向依赖性。

    5. 考虑封装应力:封装后芯片会承受机械应力。对于极度敏感的模拟模块,可以考虑将其布置在芯片中心区域,那里封装应力相对较小且对称。

    总之,思路是从“器件匹配”升级到“环境匹配”,让匹配对经历尽可能相同的物理和工艺条件。每次流片后做失效分析,结合测试数据反向优化版图,积累经验很重要。

    18小时前
  • 电子技术探索者

    电子技术探索者

    深亚微米下,应力是个隐形杀手。我吃过亏,匹配管子画得好好的,测试出来失配超大,后来发现是邻近的金属密度差太大导致机械应力不均匀。

    说几个实用技巧:

    一是加屏蔽线(guard ring)不仅要接电位,还要注意对称性。比如,匹配的差分对,左右两边的屏蔽线要完全对称,包括接触孔数量、宽度、到器件的距离,否则屏蔽线本身引入的应力就不对称。

    二是利用芯片的切割道(scribe line)。应力在芯片边缘变化剧烈,所以匹配器件一定要远离切割道和芯片边缘,至少保持50微米以上距离。同样,也要远离大的功率器件或压焊块(PAD),那些地方应力更复杂。

    三是注意浅沟槽隔离(STI)应力。相邻器件之间的STI宽度要一致,因为STI会对有源区产生应力,影响载流子迁移率。画版图时,匹配器件之间的间距和它们与dummy的间距最好完全一样。

    四是对于高精度匹配,考虑使用共质心加环境复制(environmental replication)。也就是不仅匹配器件本身共质心,连它们周围的虚拟器件、阱、甚至一些金属填充都做成共质心布局,让整个局部环境完全对称。

    这些技巧需要多和工艺工程师沟通,不同工艺的应力来源可能不同。

    18小时前
  • FPGA学员2

    FPGA学员2

    匹配性设计在深亚微米工艺下确实挑战更大,因为应力梯度和刻蚀梯度的影响变得显著。除了共质心和dummy,你还需要注意布局的对称性要延伸到整个环境。

    一个关键技巧是利用深N阱(Deep N-well)来隔离敏感器件。比如,对于匹配的PMOS对,把它们放在同一个深N阱里,可以屏蔽来自衬底的应力干扰,同时减少衬底噪声耦合。深N阱本身要画得对称,避免引入新的梯度。

    另一个点是注意刻蚀和化学机械抛光(CMP)导致的厚度变化。对于多晶硅电阻或电容匹配,尽量让它们位于芯片的相同半径区域,因为CMP过程往往有径向均匀性问题。如果可能,把匹配器件放在芯片中心附近,那里梯度通常较小。

    还有,金属连线也要匹配。使用相同层数、相同走向的金属,避免在匹配器件上方走不同密度的金属线,因为金属密度差异会导致局部应力不同。

    最后,别忘了利用工艺厂提供的匹配设计规则,他们通常会有针对应力管理的建议,比如某些层必须加dummy fill的具体密度。

    18小时前
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