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第五章电阻版图n电阻材料：阻材料： 常用的常用的电阻材料是多晶硅阻材料是多晶硅n电阻影响因素：阻影响因素： 1 1、薄、薄层的的厚度厚度H较厚的多晶硅薄厚的多晶硅薄层有有较低的低的电阻阻值，，较薄的薄的多晶硅薄多晶硅薄层有有较大的大的电阻阻值 2 2、材料的、材料的类型、型、长度、度、宽度也将改度也将改变电阻阻值 对于一个于一个给定的集成定的集成电路工路工艺，可以，可以认为薄膜厚度是常数，它薄膜厚度是常数，它是我是我们不能改不能改变的参数之一的参数之一对于一个于一个给定的材料，我定的材料，我们能能够改改变的的只有只有长度和度和宽度WLH(厚度厚度)I I= =电电流流4.1、方、方块电阻阻结论：虽然面积是原来面积的四倍，但总电阻仍是原来正方形的电阻值因此，人们逐渐以每方欧姆来度量电阻u 每方欧姆是IC中电阻的基本单位，单位 □u 有了每方欧姆的具体数值，电阻的计算就可以简单的计算方块的数量，而不必考虑方块的尺寸，在一个工艺中同一材料，不论方块的尺寸是什么，其阻值都是相同的。

1微米*1微米正方形的电阻=4米*4米正方形的电阻 “方数=L/W”方数并不一定是整数，可以含有小数ü例子：计算下面电阻的阻值 设材料是“80x10”大小（任何可能单位），则80/10=8方1 2 3 4 5 6 7 8 8010电流n方方块/ /薄薄层电阻：阻： 每个制造工每个制造工艺有一个参数手册，可以有一个参数手册，可以查寻以每方欧姆表示以每方欧姆表示的材料的材料电阻率 icic中典型的中典型的电阻阻值：： poly栅：： 2-3欧姆欧姆/方方 metal层：：20-100毫欧姆毫欧姆/方（小方（小电阻；良阻；良导体）体） diffusion：：2-200欧姆欧姆/ /方方n工工艺中的任何材料都可以做中的任何材料都可以做电阻。

但某些材料比其他材料更阻但某些材料比其他材料更适合一些常用的材料有适合一些常用的材料有poly和和diffusion 常用常用电阻器阻阻器阻值范范围：： 10~50 欧姆欧姆 100~2k 欧姆欧姆 2k~100k 欧姆欧姆 6 四探四探针测试法：法：对芯片上一个很大的正方形芯片上一个很大的正方形电阻器通以阻器通以给定的定的电流并且流并且测试两端两端电压差的方法差的方法根据已知的根据已知的电电流流值值 ，由公式，由公式V=IR，，计算得到算得到电阻阻值如何确定每方欧姆数值n4.2.1 基本基本电阻器版阻器版图 - 以硅片作以硅片作为衬底材料，在底材料，在衬底上淀底上淀积一一层多晶硅，再在多晶硅多晶硅，再在多晶硅层上覆盖一上覆盖一层氧化氧化层，形成隔离的，形成隔离的绝缘层，然后在氧化，然后在氧化层上刻上刻蚀出用于出用于连接的接触孔接的接触孔 一般接触孔位于多晶硅的两一般接触孔位于多晶硅的两头。

体区体区电阻公式：阻公式： 4.2 电阻公式阻公式LWtop viewcross sectional viewsubstratepolyoxidemetalcontact4.2.2 考考虑接触接触电阻阻rc1002003001020 3040 50W/umR□/Ω1002003001020 3040 50W/umR□/Ω正方形尺寸和每方欧姆的关系正方形尺寸和每方欧姆的关系实际上，正方形尺寸小上，正方形尺寸小电阻大阻大原原则上，因上，因为同一种材料的各种正方形尺寸都具有相同同一种材料的各种正方形尺寸都具有相同的的电阻阻值，所以，，所以，图形形应该是呈水平直是呈水平直线然而，实际情况是，当通情况是，当通过金属接触点去金属接触点去测量一个量一个较小尺寸的小尺寸的电阻阻时，，测量高于量高于预测值，就是因，就是因为接触接触电阻的存在阻的存在n以多晶硅以多晶硅电阻阻为例，例，电阻材料与外界相阻材料与外界相连的金属接触材料的金属接触材料同同样有有电阻阻4.2 考考虑接触接触电阻阻rcn 由于有接触由于有接触电阻的存在，所以阻的存在，所以 R = rb + 2rc （（rc为两个接触端的接触两个接触端的接触电阻）阻）Ø接触区被接触区被认为是有固定是有固定长度的。

如果接触区的度的如果接触区的宽度增度增大，接触大，接触电阻将阻将变小；如果接触区的小；如果接触区的宽度减小，接触度减小，接触电阻将阻将变大Ø 总接触接触电阻阻 （（Rc是由接触材料所决定的是由接触材料所决定的电阻因子，阻因子，单位位“Ω*um”；；Wc为接触区接触区宽度）度）Ø 接触区的接触区的宽度可能并不一定和度可能并不一定和电阻器的阻器的宽度相同，它取决于度相同，它取决于工工艺的的设计规则，可能会要求接触区，可能会要求接触区宽度必度必须小于小于电阻器阻器宽度1002003001020 3040 50W/umR□/Ω1002003001020 3040 50W/umR□/Ω12n4.2.3 改改变体材料体材料Ø原因：原因：poly栅电阻大阻大约只有只有2~3欧姆欧姆/方，有方，有时我我们要求要求电阻的范阻的范围更大一些改更大一些改变体材料能体材料能够有效提高有效提高电阻率，阻率，有助于得到有助于得到较高的、更有用的高的、更有用的电阻率Ø改改变电阻率的方法：阻率的方法： 1、可以淀、可以淀积另一另一层具有不同具有不同电阻特性的多晶硅阻特性的多晶硅 2、可以通、可以通过改改变已淀已淀积在芯片上的多晶硅材料在芯片上的多晶硅材料层的的结构来改构来改变电阻率。

阻率 u 具体制作方法：具体制作方法： a a、在所用的多晶硅材料的中部开一个窗口，并注入另外的、在所用的多晶硅材料的中部开一个窗口，并注入另外的杂质材料，阻碍材料，阻碍电子的流子的流动，来提高，来提高电阻率 b b、另一种方法是将中、另一种方法是将中间的多晶硅刻的多晶硅刻蚀掉一部分使其掉一部分使其变薄 这些被改些被改变的材料的材料块为电阻的阻的“体体”通常会有一个通常会有一个设计规则用以用以说明体区明体区边界与接触区的最小距离，界与接触区的最小距离，这个个间隔上原始的多隔上原始的多晶硅被称晶硅被称为电阻器的阻器的“头”总电阻：阻： 14n多晶硅电阻公式：改变体材料 top viewcross sectional viewsubstratepolyoxidemetalcontactbodyhead体体头头15n4.2.4 接触区接触区误差和体区差和体区误差、差、头区区误差差 原因：实际做出来的电阻器经常是明显地小于或者大于你所画的，被称为δ项，需要在公式里对该项进行补偿Ø 接触区误差： 接触孔刻蚀的时候，得到的实际接触孔尺寸和宽度产生了误差，我们称之为δ（也称为公差、误差、变化量、尺寸变化、溢出或者变化）。

δ可正可负，即过加工或者欠加工 宽度、长度变化分别用δW和δL表示如假设W是4um，而δW是0.06um，这表明实际的宽度最大是4.06um ，最小是3.94um ，大小取决于δ表示的是过加工还是欠加工 Ø “体区误差” 和“头区误差”同样也需考虑电阻公式改写为：n4.2.5 考考虑扩展展电阻阻 small spread regionbig spread regionuncertain regionuncertain regionn电子经接触孔进入电阻后，并非直线流动，而是逐渐扩展开，直到最终到达整个多晶硅宽度，导致实际流经的路径增长，方块数增多这种电阻叫“扩展电阻”n若采用宽的接触区和宽的电阻条结构，这种影响可以忽略若采用宽电阻而窄的接触区，则电流在展开到全部电阻器宽度前将走更长的路径nP159图4-27 解决方法：可以将接触区延伸到多晶硅之外，这消除了展开区的问题能否这样设计取决于工艺技术有些工艺只允许正方形的接触孔，则我们必须在电阻器宽度方向上用许多接触孔来保持低的接触电阻 减小扩展电阻的另一个方法：使接触孔的宽度精确地与体相同。

 对于扩展电阻项精确而详细的计算随制造商的不同而变，并且这属于商业秘密有多种技术和公式用于ic制造去确定扩展电阻项，这些技术和公式的大部分是不公开的 总电阻方程： R = rb + 2rh + 2rc + 2rs （“rs”是来自于扩展区的电阻，扩展因子，见工艺手册） （也有将接触电阻和扩散电阻组合在一起以一个单独项表示的）21n5、、实际的最小的最小电阻尺寸：阻尺寸：Ø制造商可以很好地控制中部区域（体区）的材料，但对外部的区域，如头区或接触区的控制不太理想因此应保持最小体区长度为10um，这将使你的误差下降到百分之一如果需要一个相当精确的电阻，则要确保体区长度为10um或更长，以使δ的影响最小化 - “确保体区长度至少达到10um，宽度5um 则电阻器的最小宽度也应为5um经验法则：对高精度要求，将电阻做宽，做长，或即宽又长 （经验是给出至少是10微米长，5微米宽）n高阻值低精度-在有些设计中，可能会需要很大的电阻值，如果对它的精度并不是很介意，允许有15%左右的变化那么也可以把电阻的宽度做到比引线孔的宽度还要小，这种电阻的形状非常象狗骨头。

叫“狗骨型电阻”在高阻值，精度没有特殊要求的情况下，可以使用这种结构 4.3、特殊要求的、特殊要求的电阻版阻版图折弯型折弯型电阻器阻器注意，拐角注意，拐角处方方块数只数只计算算1/2外角没有外角没有电子流子流过，，电阻阻误差差较大大低阻值高精度电阻的原则n如果想要得到一个阻如果想要得到一个阻值极低的极低的电阻，而精度要求阻，而精度要求很高，可以很高，可以选择用金属来做大的面用金属来做大的面积将有助于将有助于减少减少delta 的影响，从而保的影响，从而保证精度Ø对于选择电阻的宽度，电流密度是重要的如果需要通过电阻大量的电流，你会使用一个大的、粗的线Ø电流密度是材料中能够可靠流过的电流量工艺手册中有关于某些特定材料电流密度的介绍，工艺中任何能够被用于传导电流的材料都有一个对应的电流密度 典型的电流密度大约是“每微米宽度0.5mA”和宽度有关是因为设计得越宽，能够通过的电流越多 - 用下面公式就可以计算出电阻能够可靠流过的毫安值 Imax = D * W Imax：最大允：最大允许可靠流可靠流过的的电流流mA D：： 材料的材料的电流密度流密度 mA/um W：： 材料的材料的宽度度 um 4.34.3、、电阻阻设计的重要依据的重要依据: : 电流密度流密度不同不同类型的型的电阻比阻比较 nPoly电阻----集成电路设计中常用的一种电阻，它是由用制作MOSFET的Poly层来制作的电阻。

多晶硅的方块电阻-----2欧姆左右n扩散电阻----在衬底上做的，衬底是轻掺杂区，电阻率很高，可作大电阻，但精度不高阱电阻的方块电阻值比较大，通常都在几百欧姆以上n金属薄膜电阻----这种薄膜电阻性能也优于扩散电阻和多晶硅电阻缺点是所需要的特殊工艺成本较高，在一定程度上限制了其应用。