THIẾT KẾ VI MẠCH TƯƠNG TỰ

THIẾT KẾ VI MẠCH TƯƠNG TỰ CHƯƠNG 2: CMOS Technology Hồng Trang Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử hoangtrang@hcmut.edu.vn TP.Hồ Chí Minh 12/2011 1. Overview - IC technology - CMOS vs BJT Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 What is Integrated Circuit Technology? Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 How Does IC Technology Influence Analog IC Design? Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 Classification of Silicon Technology Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 Why CMOS Technology? Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 Components of a Modern CMOS Technology Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 CMOS Components – Transistors Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 2.BASIC IC PROCESS TECHNOLOGY FUNDAMENTAL IC PROCESSING STEPS 100‐200‐300‐ 450mm Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 Oxidation Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 10 6. MOS TRANSISTOR PHYSICAL ASPECTS OF MOS TRANSISTORS W k Inversion Weak I i Operation O i Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 49 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS Layout of a Single MOS transistor Comments: • Make sure to contact the source and drain with multiple contacts to evenly distribute the current flow under the gate gate • Minimize the area of the source and drain to reduce bulk-source/drain capacitance Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 50 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS Geometric Effects Orientation: Devices oriented in the same direction match more precisely than those oriented in other directions Hoàng Trang-bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 51 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS Diffusion and Etch Effects • Poly etch rate variation – use dummy elements to prevent etch rate differences • Do not put contacts on top of the gate for matched transistors • Be careful of diffusion interactions for diffusions near the channel of the MOSFET Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 52 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS Thermal and Stress Effects • Oxide gradients – use common centroid geometry layout • Stress gradients – use proper location and common centroid geometry layout • Thermal gradients – keep transistors well away from power devices and use common centroid geometry layout with interdigitated transistors Examples of Common Centroid Interdigitated transistor layout: Hoàng Trang-bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 53 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS MOS Transistor Layout Photolithographic invariance (PLI) are transistors that exhibit identical orientation PLI comes from optical p interactions between the UV light and the masks Examples of the layout of matched MOS transistors: Examples E l off mirror i symmetry t and d photolithographic h t lith hi iinvariance i Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 54 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS Examples of the layout of matched MOS transistors (cont) Two transistors sharing a common source and laid out to achieve hi both b th photolithographic h t lith hi iinvariance i and d common centroid t id Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 55 6. MOS TRANSISTOR LAYOUT OF MOS TRANSISTORS Examples of the layout of matched MOS transistors (cont) Compact layout of the previous example Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 56 7. CAPACITORS in CMOS technology Types of Capacitors for CMOS Technology Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 57 7. CAPACITORS in CMOS technology Characterization of Capacitors Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 58 7. CAPACITORS in CMOS technology PN JUNCTION CAPACITORS PN Junction Capacitors in a Well Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 59 7. CAPACITORS in CMOS technology PN JUNCTION CAPACITORS PN Junction Capacitors in a Well Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 60 7. CAPACITORS in CMOS technology MOSFET GATE CAPACITORS MOSFET Gate Capacitor Structure The MOSFET gate capacitors have the gate as one terminal of the capacitor and some combination of the source, drain, and bulk as the other terminal In the model of the MOSFET gate capacitor shown below, the gate capacitance is really two capacitors in series depending on the condition of the channel Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 61 7. CAPACITORS in CMOS technology MOSFET GATE CAPACITORS MOSFET Gate Capacitor Structure The MOSFET gate capacitors have the gate as one terminal of the capacitor and some combination of the source, drain, and bulk as the other terminal In the model of the MOSFET gate capacitor shown below, the gate capacitance is really two capacitors in series depending on the condition of the channel Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 62 Reference Phillip E.Allen, Douglas R.Holberg, “CMOS Analog Circuit Design”, g , 2nd Edition,, Oxford Univeristyy Press,, 2002 Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 63 ...1. Overview - IC technology - CMOS vs BJT Hoàng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 What is Integrated Circuit Technology? Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 How Does IC Technology Influence Analog IC Design?... How Does IC Technology Influence Analog IC Design? Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 Classification of Silicon Technology Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 Why CMOS Technology? Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử,... Components of a Modern CMOS Technology Hồng Trang-bộ mơn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 CMOS Components – Transistors Hồng Trang-bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử, 12/2011 2.BASIC IC PROCESS TECHNOLOGY FUNDAMENTAL IC PROCESSING STEPS