CMOS版圖設(shè)計(jì)概要基本步驟和解析

1、隔離環(huán)

CMOS是微功耗電路，對(duì)功耗的要求特別嚴(yán)格。造成功耗大的主要因素是靜態(tài)泄漏電流。因此，在工藝和版圖設(shè)計(jì)時(shí)，特別要注意采取適當(dāng)措施，使漏電盡可能減到最小。CMOS版圖設(shè)計(jì)概要。圖5-15所示為產(chǎn)生漏電的主要途徑。其中分別表示負(fù)載管和輸入管溝道以外的氧化層下面的漏電；和分別表示P⁺源（或P⁺漏）與P^-阱，N⁺源（或N⁺漏）與N^-襯底之間寄生MOS管漏電。

要消除寄生漏電，必須在版圖設(shè)計(jì)時(shí)采用隔離環(huán)，以中斷寄生溝道。圖5-16所示是用與襯底同類型的擴(kuò)散環(huán)包圍有源器件。在P^-阱區(qū)擴(kuò)散P⁺隔離環(huán)，以截?cái)嗉纳腘型溝道，在N^-襯底上擴(kuò)散N⁺隔離環(huán)，以截?cái)郟型寄生溝道。

從圖中可以看到，在兩個(gè)N⁺和P⁺隔離環(huán)之間的區(qū)域是不會(huì)發(fā)生寄生的泄漏溝道的。所以這些區(qū)域是互連線的安全區(qū)。CMOS版圖設(shè)計(jì)概要。因?yàn)橐诟邼舛葦U(kuò)散環(huán)上引起寄生的反型層，需要很高的電壓，而實(shí)際電路的電源電壓要比場(chǎng)致開啟電壓低得多，從而消除了寄生漏電的途徑。

2、繪圖尺寸規(guī)定

（1）圖形標(biāo)記

CMOS通常有六塊掩膜圖形：即①P阱擴(kuò)散區(qū)圖形；②P溝道MOS管原漏及P⁺隔離環(huán)擴(kuò)散區(qū)圖形；③N溝道MOS管源漏及N+隔離環(huán)擴(kuò)散區(qū)圖形；④柵和引線圖形；⑤接觸孔（引線孔）圖形；⑥金屬電極圖形。

根據(jù)原四機(jī)部關(guān)于CMOS電路聯(lián)合設(shè)計(jì)會(huì)議規(guī)定，目前CMOS電路的總圖所采用的符號(hào)如圖5-17所示。

（2）版圖最小尺寸

版圖設(shè)計(jì)中的最小尺寸與工藝水平有關(guān)。下列版圖尺寸，并不代表當(dāng)前工藝水平，只供讀者參考。

小規(guī)模電路（單位：μm）

（a）溝道長(zhǎng)10；（b）柵覆蓋（每邊）5；（c）擴(kuò)散區(qū)條寬12.5；（d）擴(kuò)散區(qū)間距12.5；（e）P阱與N隔離環(huán)間距20；（f）引線孔距擴(kuò)散區(qū)邊緣7.5；（g）鋁覆蓋引線孔5，引線孔10×12.5；（h）預(yù)刻引線孔每邊比孔大2.5；（i）鋁條寬12.5；（j）鋁條間距12.5，鍵合點(diǎn)120×120，鍵合點(diǎn)間距120；（k）鍵合點(diǎn)至管芯邊間距100；（l）鈍化版比鋁鍵合點(diǎn)每邊小7.5，芯片分割線至管芯間距300。

小規(guī)模電路一般可用500倍比例繪制原圖。CMOS版圖設(shè)計(jì)概要。中規(guī)模電路可用800倍比例或400倍比例繪制原圖。中規(guī)模電路的最小尺寸比小規(guī)模電路略有縮小，如：為道長(zhǎng)8~10；擴(kuò)散區(qū)寬8~10；引線孔距擴(kuò)散區(qū)邊緣5，鋁覆蓋引線孔2.5～3，引線孔8×12。

上列各種基本尺寸及繪圖符號(hào)在圖5-18中標(biāo)明。

3、高件圖形舉例

根據(jù)計(jì)算得到的器件尺寸及圖形標(biāo)記和繪圖尺寸規(guī)定，就可以繪制各器件的配置圖。

（1）二輸入端“或非”門配置圖

圖5-19為二輸入端“或非”門配置圖的實(shí)例。這樣的配置圖，器件排列比較規(guī)則，布線比較整齊，充分利用了晶片面積。

（2）CMOS傳輸門配置圖

圖5-20為CMOS傳輸門的配置圖。圖中把CMOS傳輸門的N管和CMOS倒相器的N管放在一個(gè)P^-阱內(nèi)，可以節(jié)省晶片面積。

4、柵保護(hù)器件 

CMOS電路與單溝道電路一樣，在輸入端也必須加保護(hù)電路，因此在圖形設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。CMOS電路常用的保護(hù)電路一般有兩種形式。

（1）單二極管保護(hù)電路

這種保護(hù)電路的二極管聯(lián)接方法有兩種形式，一是把二極管接在輸入端與地之間，如圖5-21所示；另一種是把二極管接在輸入端與電源之間，如圖5-22所示。

（2）電阻二極管保護(hù)電路

圖5-23為電阻二極管保護(hù)電路的形式，在圖中，D1為N⁺型擴(kuò)散在P阱上形成的二極管，擊穿電壓為P⁺型擴(kuò)散在襯底上形成的二極管，擊穿電壓為保護(hù)電阻，是P型擴(kuò)散在N型村底上形成的擴(kuò)散電阻，這個(gè)電阻本身也形成二極管D2，所以不必單獨(dú)制作，R的數(shù)值在500~1000Ω之間。

CMOS電路總圖繪制的步驟及其它一些原則，與單溝道MOS電路類同，這里不再細(xì)述。

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