模拟IC无源器件特性

晶圆的层次结构如下图所示:硅基板p型衬底为掺杂硼原子的si,n阱(n-well)为掺杂磷原子的si;其上面为隔离作用的场氧层是sio2,场氧层上面由多晶硅做的poly电阻,其通过接触孔(contact)连接至上面绝缘层(sio2)中的metal1;如果想需要将不同层的metal(金属层)连接,可以通过过孔(via)连接。下面总共有6层金属层(metal 1到metal6), 它们之间用绝缘层隔离。
n阱(n-well)电阻
1.利用n型半导体内阻来制作电阻r;n-well与上层metal1通过contact、过孔连接,contact为掺杂溶度较高n型半导体(n+),电阻率低。
2. n-well与p型衬底形成一个寄生二极管d,因此p型衬底就近接地就近接地, 形成保护环来使该二极管反偏,避免衬底的反向注入电流来影响n-well电阻值,和隔离噪声(被接地旁路)。
3. n-well与p型衬底间的耗尽层会形成一个寄生电容,并且由于接触面积大,该容值也大;因此n-well高频特性差,电阻值下降较多。
4. 此外,当电阻两端电压变化时,耗尽层的宽度会发生变化,电阻阻值变化也大, 大概在8000ppm(百万分之一), 0.8%。
5.方块电阻值大,可达1~2kohm/sheet,但阻值变化范围也大,可至30%,所以一般使用使用较少,一般用在大电阻不关心它阻值。cmos工艺中层间厚度h是基本不变的,在电阻率ρ不变时,那单位正方体(长与宽相等)的电阻值就确定了。
多晶硅(poly)电阻分为掺杂磷原子的p-poly和掺杂硼原子的b-poly; 制作在场氧层fox之上,通过金属孔与上层金属连接。由于与衬底间相隔较厚的fox,寄生电容小,阻值受电压变化影响小,电阻值相对于n-well电阻变化小;但多晶硅电阻率小,其方块电阻值小,5ohm/sheet。有时在poly电阻下也会做一个n-well,用来隔离噪声,噪声会通过n-well、其金属走线和vdd,gnd(保护环)流走,而不影响poly电阻值。
电阻阻值会随p(工艺process)、v(电压voltage)、t(温度temperature)变化,在设计时,必须要考虑这些变化;工艺不同:不同厂家做出来的电阻不同,同一块芯片中不同位置的阻值不一样。poly电阻一般随温度成线性稳定变化,n-well受温度影响变化很大。
mim电容:相对精度高(邻近的两个电容差)<0.1%, 密度1ff/um2,(1ff=10-15f),由两层金属层(电容极板)加介质层构成,通常由最上两层来做电容。如果做在靠近衬底,那么金属层会与衬底形成大的寄生电容, 进而影响电容容值。
随着工艺的缩小,电容的密度不变,也就是说电容占的相对面积变大。
mom电容:利用两根金属导线间与绝缘层的电容,不需要介质层,成本低;但精度没有mim电容高最小也就0.1%,密度高2ff//um2(65nm工艺)。但随着工艺的缩小,两金属线的距离越来越近,电容密度会继续增大。
用的比较少的电感一般用最上层金属层(比较厚)来做,来减少寄生电阻小,一圈圆形盘状的金属线。


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