第07章-电阻和电容的匹配

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1、第七章电阻和电容的匹配白雪飞中国科学技术大学电子科学与技术系 失配的衡量 失配的原因 器件匹配规则提纲2失配的衡量匹配和失配4 平均失配 用于衡量匹配器件之间的系统失配 系统失配由以同样方式影响所有样品的机制引发 标准偏差 量化由于工艺条件或者材料性质的统计波动而引起的随机失配平均失配和标准偏差5平均失配和标准偏差6失配的原因随机变化8 电容的面变化 两个等值匹配电容的失配 电容的随机匹配与电容面积的平方根成反比 任意两个电容之间的失配 匹配电容中的较小者对失配起主要作用电容的随机变化9电阻的随机变化10 电阻的工艺偏差 对于匹配电阻，只要采用相同宽度就可以消除工艺偏差 把匹配电阻分解成具有相

2、同尺寸的电阻段，可以消除长度的工艺偏差 电容的工艺偏差 当匹配电容的面积-周长比相等时，它们对工艺偏差不敏感 两个等值电容可以采用相同形状的电容来实现，通常绘制成正方形 两个不等的电容，小电容绘制成正方形，大电容绘制成矩形，或采用匹配子电容或单位电容阵列实现工艺偏差11 增加单个电阻段的值减小导线电阻的影响 尽可能减小跳线长度 在只需要单个通孔的地方放置多个通孔以减小跳线电阻 无论是否需要，在每根跳线上插入同样数量的通孔对电阻的互连寄生12 增加单个电容的尺寸减小导线电容的影响 估计导线电容的影响，并调整各导线的长度和覆盖情况，使它们的比率与对应电容的比率匹配电容的互连寄生13 NBL引起的表

3、面不连续的横向移位 在含有NBL的隔离岛或阱中的扩散电阻容易受到表面不连续的影响 增加NBL边缘超出器件的程度，保证在最坏情况下NBL阴影也不会与器件相交版图移位14 刻蚀速率取决于薄膜开孔的形状和大小 大的开口可以确保进入更多的刻蚀剂，因此比小的开口刻蚀速率快刻蚀速率的变化15虚拟电阻16虚拟电容17 曝光过程 光学干扰和侧壁反射 只有最窄的特征才能表现出明显的干涉效应 匹配器件应避免使用亚微米尺寸 显影过程 刻蚀速率变化 对所有匹配器件增加虚拟单元光刻效应18 两个相邻扩散区的尾部相互交叉 若二者掺杂类型相同，则其尾部互相增强，方块电阻减小，宽度增加 若二者掺杂类型相反，则其尾部彼此削弱，

4、方块电阻增加，宽度减小 增加虚拟器件扩散相互作用19(A) 不当的折叠电阻版图；(B) 改进的版图(C) 深N+侧阱的不当排布；(D) 改进的排布扩散相互作用20 氢化 氢原子扩散到硅区边缘处时能够与悬挂键结合，从而消除表面态 氢原子扩散进入硅中，与硼原子形成弱的分子化合物，化合后的硼原子将不再起受主作用，即氢补偿 氢通过消除晶粒间界的悬挂键和氢补偿能够影响多晶硅电阻的阻值 某些金属会强烈吸附氢，氢化作用引起的变化常发生于芯片金属化部分和暴露部分之间氢化21 机械应力 硅具有压阻特性，在受到压力的情况下电阻率会发生变化 当受到的压力不同时，精确匹配电阻之间就会产生失配 机械应力对普通电介质的尺

5、寸和介电常数几乎没有影响，所以几乎不会对电容产生影响 封装漂移 金属壳和密封陶瓷产生的应力最小，但成本高且不是很方便 塑料封装具有低成本和机械强度高的优点，但会对管芯造成很大的应力 封装前后电学参数的测量结果显示出的变化称为封装漂移，与残留应力的大小成正比机械应力和封装漂移22典型塑料封装(100)硅管芯表面应力分布图和剖面线应力分布图应力梯度23 质心 匹配器件之间的应力差正比于应力梯度和间距的乘积 通过平均器件各部分对整体的贡献计算出每个器件的位置，称为质心 应力对电阻的影响可以根据压阻系数、质心位置、应力梯度求出 减小匹配器件质心的间距可以降低应力灵敏度器件的质心24一维共质心版图25二

6、维共质心版图26共质心版图的排布27只有一个主热源的管芯等温线图虚线为热分布对称轴温度梯度28最佳热匹配排布29 热电效应 如果电阻两端的金属-半导体接触发生在不同温度下，两端的接触电势差受到温度的强烈影响而在电阻两端表现出一个净电势差(A) 电阻段不当的连接使得他们的热电势相加(B) 恰当的连接消除了热电势热电效应30 电阻中主要静电影响类型 电压调制：静电场能够引起阻性材料中载流子的耗尽和积累 电荷分散：少数电子被绝缘体界面俘获并能够通过电导调制改变电阻阻值 电介质极化：绝缘体中电荷的移动产生静电场 电容中主要静电影响类型 电容耦合：对周围电路的静电耦合和噪声耦合 介电松弛：一种具有滞后效

7、应形式的介质极化 静电影响的消除 静电屏蔽层 场板：由位于易受影响扩散区上的导电电极组成，并施加偏压防止沟道形成静电影响31器件匹配规则 匹配电阻要由同一种材料构成 由不同材料构成的电阻甚至不能近似匹配 工艺变化会使一个电阻的阻值相对于另一个电阻发生不可预知的漂移 两种材料不同的温度系数使之无法随温度的变化而同步变化 匹配电阻应具有相同的宽度 不可修正的工艺偏差将使不同宽度的电阻产生系统失配 如果一个电阻必须比另一个电阻宽，则应考虑使用多段电阻并联来实现宽电阻电阻匹配规则33 电阻值要足够大 随机失配与电阻面积的平方根成反比 如果两个电阻值不相等，那么小电阻是失配的主要来源 如果两个匹配电阻阻

8、值相差很大，则应考虑用多段电阻并联实现小电阻 匹配电阻要足够宽 若包含30或更多方块的电阻实现低度匹配，宽度应为最小宽度的150%，中度匹配要求200%，精确匹配要求400% 若匹配电阻中较小者包含少于2030个方块，应考虑增加电阻的宽度 若匹配电阻中较小者包含超过100个方块，应考虑减小电阻的宽度 任何情况下，匹配淀积电阻的宽度都不应小于1um，以避免颗粒效应引起的过量变化电阻匹配规则34 尽量使用相同的电阻图形 角和端部效应的存在使得不同图形的电阻无法实现精确匹配 具有相同宽度和不同长度或形状的电阻很容易产生1%或更大的失配 沿同一方向摆放匹配电阻 沿不同方向摆放的电阻可能有百分之几的差别