CMOS版图分析

news/2026/1/26 12:38:17/文章来源:https://www.cnblogs.com/weedy/p/19532696

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Deep NWell 由于PMOS和NMOS共同做在一个基底上,因此必须要进行隔离。隔离的方式就是NMOS上会再铺设一层DNW。
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原理:
N-well与P型衬底(P-sub)形成 PN结,当N-well接电源电压(VDD)、P-sub接地(GND)时,PN结处于反向偏置状态。反向偏置会在结区形成耗尽层(Depletion Region),该区域载流子浓度极低,电阻极高(可达兆欧级),可阻断NMOS和PMOS器件的电流泄漏,由此可以阻断产生的闩锁效应。
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NW 最底下一层淡白色的框 => 和文字和衬底是连接在一起的 表示的是 NWell ,PMOS是直接制作在N型衬底上的,NWell 连接电源电压VDD

OD 红色方块 => 定义晶体管位置的区域。在芯片制造中,没有 OD 的地方是厚的场氧化层(绝缘),有 OD 的地方是可以做源极(Source)、漏极(Drain)和沟道的地方。有源区 (Active Area / Oxide Diffusion) 不要把 OD 当作衬底。衬底是整块硅片(通常是 P 型)。OD 只是在衬底上开的“窗口”。如果没有 OD,那里就是绝缘体。

PO 蓝色的方块 => 代表多晶硅 (Polysilicon) 制造栅极的材料 当 PO 跨过 OD 时,重叠的区域就形成了晶体管的沟道 (Channel)

PP 紫色的方框 => PMOS的底层,P型注入层 (P-Plus Implant) 是一个注入掩膜。它告诉光刻机:“在这个框框里的区域,都要打入 P 型离子” => NMOS有对应的NP层

NP 白色的方框 => NMOS的底层,N型注入层

PDK 的层实际上是 NMOS 的 P-Well (P 阱) 或者 P-Substrate Logic Definition (P 衬底定义层) 。NMOS 必须坐在一个专门制造的 P-Well 里,这时 PDK 就是告诉光刻机“这里要注入 P 型离子形成 P-Well”

它有两个作用:

  1. 配合 N-Well 里的 OD,形成 PMOS 的源漏极。
  2. 配合 P-Sub 里的 OD,形成衬底接触 (Pick-up/Tap)。
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    PMOS会有一层专门的NWELL
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  • PMOS 的体 (Body) 是 N-Well,通常需要通过 N+ 注入区(OD区域框定 + PP离子注入+NW-Nwell)连接到 VDD。
  • NMOS 的体 (Body) 是 P-Substrate,通常需要通过 P+ 注入区(OD + NP + PDK)连接到 GND。
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VTL_P => 放在了栅极和源极下面的位置。PMOS 低阈值电压注入 (Low Vt Implant for PMOS)这不是物理结构层,而是掺杂注入层。它告诉工厂在这里打入特定的离子,调整 PMOS 的阈值电压(Vth)。

含义: 带 LVT (Low Vt) 的器件速度更快,开启电压更低,但漏电流(Leakage)会比标准器件大。这是高性能电路(如 CPU 核心)常用的器件。

CO => 放在源极上方,连接了M1金属,叫做接触孔 (Contact)。这是连接“硅世界”(OD/Poly)和“金属世界”(Metal 1)的电梯。它通常是钨(Tungsten)材质的垂直柱子。没有它,晶体管就无法把电流传导到外部电路。

IP => PMOS和NMOS都有,框定了整个MOS区域,器件识别层 (Identification / Recognition Layer)。LVS(版图电路对照)工具利用这一层来“圈地”,确认:“嘿,这个框框里是一个完整的 MOS 管,请提取它的参数”。如果没有这一层,软件可能不认这个器件。

PDK => 紫色虚线框,只框住了NMOS 写着B

总体层级如下:

  • 第 5 层 (最顶端): M1 (Metal 1) —— 导线,负责传输信号。

  • 第 4 层 (连接层): CO (Contact) —— 垂直的钨插塞,连接 M1 和下面的硅。

  • 第 3 层 (控制层): PO (Poly) —— 栅极,控制开关。

  • 第 2 层 (表面层): OD (Active) —— 硅表面,形成了源极和漏极。

    • 隐形层 2.5: VTL_P —— 渗透在 OD 和 PO 下面的掺杂剂,让这个 PMOS 跑得更快。
  • 第 1 层 (基地): NW (N-Well) —— 容纳 PMOS 的 N 型大澡盆。

  • 第 0 层 (地基): P-Substrate —— 最底下的硅晶圆。

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