模拟集成电路设计第二章工艺和器件课件.ppt
第二章 模拟电路基础知识,模拟与数字,模拟集成电路用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间连续的信号）数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号）,CMOS工艺中常用的器件,二极管(D)BJT(Q)MOS管(M)电容(C)电阻（R）电感（射频IC中用到）,1、PN结二极管部分,符号与结构：,电流电压特性,2、MOS管部分,图中D为漏极，G为栅极，S为源极，B为衬底。NMOS管的高电位端为漏极，低电位端为源极；PMOS管的高电位端为源极，低电位端为漏极。,NMOS管的剖面结构图,mos的符号,MOS 管工作I-V特性,阈值电压（Vt）：栅氧化层下源漏之间形成载流子沟道所需要的栅极电压为阈值电压。Vgs0时，Ids0,NMOS 管工作I-V特性（线性区）,当0VdsVgs-Vtn时（线性区），MOS管工作特性下图所示。当Vds很小时，可近似看为：Ids随Vds变化呈线性关系此时一般将mos管用作电阻或者开关,Mos的线性区、饱和区（存在沟道调制效应）,NMOS 管工作I-V特性（饱和区）,二极效应：体效应,衬底偏置效应：当NMOS管源极和衬底电位不一致时（衬底电位更低），有更多的空穴被吸引到衬底留下大量的负电荷，因此耗尽区展宽了。栅极电荷镜像耗尽区电荷，因此阈值电压是耗尽层电荷总数的函数。随着NMOS管源极电位和衬底电位差的增大，阈值电压上升。此时我们可以将衬底认为是JFET栅极。,二级效应：沟道长度调制效应,二级效应：亚阈值导电效应,亚阈值导电效应：理想的MOS管，当Vgs下降到小于VT时，器件会突然关断。实际上当Vgs小于或等于VT时，栅下存在弱的反型层，并有一些漏电流。亚阈值情况下Ids与Vgs呈现指数关系。,Mos管的小信号模型,3、电容,两端元件，电荷的容器Q=CV最基本的无源元件之一，是电源滤波电路，信号滤波电路，开关电容电路中必不可少的元件单位面积电容，线性，寄生效应,多晶硅-多晶硅电容,PIP（Poly Insulator Poly）,它的两个电极分别是两层多晶硅,中间的介质是氧化层。底板寄生较大，所以多用上极板采样。典型值：0.7fF/um*um,mos电容,结构和MOS晶体管一样,是一个感应沟道电容,当栅上加电压形成沟道时电容存在.一极是栅,另一极是沟道,沟道这一极由S(D)端引出.单位面积电容最大的电容,mos电容,非线性电容随着栅极电压降低，电容降低适用于电源滤波,梳状金属电容,梳状金属电容：MOM(metal oxide metal)电容，利用同层相邻金属线的侧墙寄生电容线性电容电容密度随着工艺缩小而增大与数字工艺兼容,MIM电容,MIM(metal insulator metal)一般是最高两层金属之间的电容。不同的是金属之间的氧化层比较薄，其上级版是专门的MIM cap金属层，因此需要额外的版图。在先进的CMOS 工艺中金属互联层较多，对于混合工艺，可用最高的两层金属来做MIM cap，下极板为次高层金属，故底板寄生电容小、电容品质高典型值：1fF/um*um,多晶硅-扩散区电容,电容作在扩散区上,它的上极板是第一层多晶硅，下极板是扩散区,中间的介质是氧化层需要额外加一层版底板寄生电20%单位面积电容小于MOS栅电容,电阻,符号与电学特性：,CMOS工艺中电阻,Poly-Si 电阻：方块电阻为几十-几k/温度系数为：500-1500ppm/可以用激光进行修正，电阻被较好的隔离。,CMOS工艺中电阻,源漏扩散电阻：方块电阻为20-100/温度系数为500-1500ppm/，电压系数为100-500ppm/，误差为20%n+p结寄生电容较高,CMOS工艺中电阻,P阱电阻 与CMOS硅栅或铝栅工艺兼容方块电阻为1K-5K/，有较大的电压系数，误差为40%,CMOS工艺中电阻,离子注入电阻：与CMOS硅栅和铝栅工艺兼容，但需要额外的工艺步骤。方块电阻为500-1000/，可以精确的控制有较高的电压系数，误差较小,CMOS工艺中电阻,开关电容模拟电阻：可由CMOS硅栅或铝栅工艺实现需要高频工作,第三章 集成电路工艺流程,版图基础知识,版图的层,版图的层,硅栅CMOS 工艺版图和工艺的关系,1 N阱做N阱的封闭图形处，窗口注入形成P 管的衬底2 有源区做晶体管的区域（G,D,S,B区），封闭图形处是氮化硅掩蔽层，该处不会长场氧化层3 多晶硅做MOS管栅极和多晶硅连线。封闭图形处，保留多晶硅,版图的流程（1）N阱,版图的流程（2）有源区,版图的流程（3）多晶硅,4 有源区注入P+,N+区。做源漏及阱或衬底连接区的注入5 接触孔多晶硅，扩散区和金属线1接触端子。6 金属线1做金属连线，封闭图形处保留铝7 通孔两层金属连线之间连接的端子8 属线2做金属连线，封闭图形处保留铝,版图的流程（4）N+注入区,版图的流程（5）P+注入区,版图的流程（6）过孔,版图的流程（7）金属1,反相器与电路原理图,
