第10章微电子概论匹配

•metal and poly interconnections are more complex
第10章微电子概论匹配
•匹配方法 之四：共心 – 四方交叉 cross quading
•cross coupling
•tiling (more sensitive to •high-order gradients)
regular (rectangular shape)
parallel elements
Possibly, the current flowing in the same direction.
第10章微电子概论匹配
•简单匹配 - asymmetry due to fabrication
大角度离子注入（100nm离子注入工艺） 随着器件特征尺寸的不断缩小，工艺制造进入0.10-
make differential logic identical.
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•匹配规则
之 十：使器件宽度一致。
match device widths.
之十一：采用尺寸较大的器件。
go large.
之十二：总是与电路设计者交流。
always communicate with your circuit designer.
之三：选择一个中间值作为根部件。
choose a middle value for a root component.
第10章微电子概论匹配
•匹配规则
之四：采用指状交叉方式。
interdigitate.
之五：用虚设器件包围起来。
surround yourself with dummies.
之六：四方交叉成对器件。
为了使上述电阻在加工上面也保持一致,最简单的办法
就是在两边分别放置一个 “虚拟电阻”(“dummy
resistor ”)，而实际上它们在电路连线上没有与其
它任何器件连接,它们只是提供了一些所谓的“靠垫”,
以避免在两端过度刻蚀。这就是虚拟器件，保证所有
器件刻蚀一致。
•dummy
•etch
•real 第r1e0s章i微s电to子r概s论匹配
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•匹配方法
之四：共心 – 四方交叉 cross quading 四方交叉里面包含了一种叫做经济型四方交叉, 这一方
案可以采用A-B-B-A的共心技术。可以保证导线的寄 生参数一致。并且有良好的匹配、节省时间和空间。
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•匹配方法
之四：共心 – 四方交叉 cross quading 下面再介绍一种四个需要匹配的电阻 (或其它器件) 的
20X2
画版图时匹配
20X2
19.8X2.5 制造时不匹配 20.5X1.8
•20 •19.8
•2 •2.5
•2 •1.8 •20 •20.5
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•匹配方法
当集成电路产业刚刚起步的时候，制造工业仍然相对 落后。即使你将两个需要匹配的器件放的很近，我们 也仍然无法保证它们的一致性。 现在虽然制造工艺越 来越精确，但是匹配问题的研究从来就没有停止过， 相反地，匹配问题显得日益突出和重要。
第10章微电子概论匹配
2020/11/25
第10章微电子概论匹配
第11章 匹配
n 匹配规则 n 简单匹配 n 匹配方法
第10章微电子概论匹配
•匹配规则
之一：把匹配器件相互靠近放置。
place matched devices close to each other.
之二：使器件保持同一方向。
keep devices in the same orientation.
匹配分为横向匹配、 纵向匹配和中心匹配。实现匹配 有三个要点需要考虑:
需要匹配的器件彼此靠近 注意周围器件 保持匹配器件方向一致
遵守这 3条基本原则，就可以很好的实现匹配。
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•匹配方法
之一：根器件方法 root device method 根部件，在这里指这样一个电阻，可以根据这
也同时加大了，这是我们不希望看到的。
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•匹配方法
之一：根器件方法 root device method
采用根部件的最好方法是找出一个中间值，例
如用 1 K Ω 的电阻作为值将电阻串联和并联 起来。这种方法节省了接触电阻的总数使其所 占的比例减少, 面积也许会减少，因为电阻之 间的间隙数少了，现在占主导地位的是电阻器 件本身的薄层电阻，而非接触电阻。
•placement around a common central point
第10章微电子概论匹配
共心模式下的电阻匹配图 如 DAC
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•匹配方法
之四：共心 – 四方交叉 cross quading 四方交叉法是将需要匹配的两个器件一分为二, 交叉放
置，尤其适用于两个 MOS器件。 采用四方交叉法可以进一步发挥共心的技术优势。 成对角线放置的两半必须总是形成一个通过中心点的
•匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
Ending elements have different boundary conditions than the inner elements => use dummy
•Here the dummies are shorted transistors. •Remember their parasitic contribution!
•简单匹配 - asymmetry due to fabrication
an MOS transistor is not a symmetrical device. to avoid channeling of implanted ions the wafer is tilted by about 7 degrees.
Interdigitation Patterns:
不是所有模式都允许堆叠式（对称）布局
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•匹配方法
之三：虚设器件 dummy device
当这些电阻被刻蚀的时候,位于中间的器件所处的环境 肯定与两边的不同，位于两边的器件所受的腐蚀会比 中间的器件多一些，这一点点的区别也许会对匹配产 生非常不可预知的结果。
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•匹配方法
•完整的四方交叉的版图 例子以及它的电路图
•连接发射极的导线经过版图的中心。根据电路图的要求所有四个发 射极都连在了一起。集电极在版图的上端连接。每对为一个输出， 这也是根据电路图的要求画的。而两个基极连接则从版图的左面输 出。
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•匹配方法 之四：共心 – 四方交叉 cross quading
common: ★ split them in an equal part of fingers ★ interdigitate the 8 elements: AABBAABB or ABBAABBA
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•匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device
•1
•source and drain are not equivalent
第10章微电子概论匹配
•简单匹配 - asymmetry due to fabrication
就CMOS晶体管而言，对其特性影响最大的参数是栅长和栅宽。
在工艺中采用的某些刻蚀方法常常在一个方向上刻蚀得快些。这 样发生在一个晶体管宽度上的刻蚀误差将出现在另一个晶体管的 长度上。
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•匹配方法 之四：共心 common centroid
把器件围绕一个公共的中心点放置称为共心布置，甚至把 器件在一条直线上对称放置也可以看作共心技术。
现有的集成工艺中, 共心技术可以降低热梯度或工艺存在的 线性梯度。热梯度是由芯片上面的一个发热点产生的,它会 引起其周围的器件的电气特性发生变化。离发热点远的器 件要比离发热点近的器件影响要小。共心技术使热的梯度 影响在器件之间的分布比较均衡。
通常在电路中有些大堆部件都必须与一个给定的器件 匹配，这个器件称为定义部件。
•把定义部件放在中间使所有匹配部件尽可能靠近
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之二：交叉法interdigitating device
•两组电阻指状交叉排列
•将其指状交叉匹配
•指状交叉部件的布线
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•匹配方法
之二：交叉法 interdigitating device two matched transistors with one node in
第10章微电子概论匹配
•匹配方法 之三：虚设器件 dummy device
另外一种情况就是当你需要这些器件高度匹配的时候， 也可以在 四周都布满虚拟器件，防止在四边的过度腐蚀，以保证每个器件 的周围环境都一致。其缺点就是这种方法会占用很大的面积，采 用时应多多考虑实际项目的需要。
•the real resistors，encased by dummy devices, •are protected from over-etching on all four sides.
一个电阻设计出所有其他的电阻。
我们经常在选择根器件的时侯, 用最小的电阻 作为根器件，这样的选择当然也可以实现我们 需要的匹配，但同时我们却忽略了另外一个问 题，那就是像 2 K Ω 这样的电阻如果用 2 5 0 Ω 做根器件，那么就需要 8个根器件串联起
来实现，这就导致了这 8个电阻之间接触电阻
•2
•3
•AABBAABB pattern
•ABBAABBA pattern
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•匹配方法 之二：交叉法 interdigitating device