簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)芯片里的電阻電容

2022-04-15 18:00:50 4547

我們熟悉的電阻、電容，在集成電路里是什么樣的？一起來(lái)初步學(xué)習(xí)集成電路版圖設(shè)計(jì)中的電阻和電容知識(shí)，做一次芯片級(jí)的秘境探幽。

1. 電阻

1.1 薄膜電阻與方塊電阻

集成電路的電阻一般由擴(kuò)散或者淀積層形成，通常可以用厚度一定的薄膜作為模型。選個(gè)矩形的薄膜，我們就有了這樣的一個(gè)方塊電阻。

材料決定了這個(gè)電阻的電阻率為ρ，矩形薄膜的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度W，厚度d，

其電阻值應(yīng)為 R=ρL/Wd.

做版圖設(shè)計(jì)時(shí)ρ和d是定量，我們?nèi)￠L(zhǎng)寬各為1，就有了一個(gè)方塊電阻Rs，于是設(shè)計(jì)中只要自己控制長(zhǎng)度與寬度，就有了不同阻值的電阻R，計(jì)算公式為：

R=Rs*L/W（Rs單位為歐姆/sq）

那么版圖中只要給出長(zhǎng)和寬，就得到需要的電阻？且慢，電阻的阻值不能由這個(gè)公式簡(jiǎn)單計(jì)算，必須考慮工藝因素和電流特點(diǎn)這些附加因素。

1.2 附加因素的電阻版圖

光刻的過(guò)程會(huì)引起氧化層窗口輕微的擴(kuò)張或收縮，橫向的擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致電阻變寬，接觸孔附近電流的不均勻也會(huì)影響阻值，這些需要在版圖設(shè)計(jì)中做調(diào)整，才能得到需要的阻值。

版面上布圖，圖形有拐角是正常的，但電流并不均勻地流過(guò)電阻的拐角處，拐角處的方塊電阻約為0.56sq；版圖的拐角要用調(diào)整的公式計(jì)算。

電阻版圖示例

傳感器|信號(hào)調(diào)理芯片|集成電路設(shè)計(jì)|芯片

這里應(yīng)用了拐角式電阻而非普通電阻的原因：

1）普通電阻L/W不能小于2/1；

2）普通電阻存在連接點(diǎn)，所以電阻值并非平均分布。

1.3 電阻溫度系數(shù)

溫度的影響在集成電路版圖設(shè)計(jì)中必須考慮，電阻的阻值受溫度的影響，電阻溫度系數(shù)公式為：

R(T)為溫度T下的電阻，R(T0)為溫度T0下的阻值，TC是以百萬(wàn)分之一每攝氏度為單位的電阻溫度系數(shù)（TRC）。

2. 電容

用到電容的時(shí)候，電容C的邏輯定義是這樣的：

Q=CV

其中Q代表施加在導(dǎo)體上的電荷，V代表電荷引起的電勢(shì)差，C就是通常所稱的電容。C其實(shí)是電容的比例常數(shù)，其數(shù)值是由電容的幾何和物理參數(shù)（極板面積，板間距，極板間電解質(zhì)參數(shù)等等）決定。

集成電路中所有的電容都是平行板電容器（parallel-plate capacitor），它由被稱為電極的兩塊導(dǎo)電平板和一層被稱為電介質(zhì)的絕緣材料構(gòu)成。

2.1 常見(jiàn)電容的原理及版圖

2.1.1. MIM電容

集成電路中最常見(jiàn)的電容，通常由頂層金屬M(fèi)n以及下一層金屬M(fèi)n-1構(gòu)成，因金屬層間存在氧化層距離較遠(yuǎn)，所以電容值不大。為解決此問(wèn)題一般會(huì)在兩層金屬間引入一層光罩，再用孔（VIA）將上極板與之相連，所以MIM電容實(shí)際上是光罩與下極板之間的電容，此時(shí)極板間距離縮短，電容值變大。