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1、芯片提取基础知识,Verison：1.0,2,概述,第一章：芯片基础知识 第二章：基本模拟单元 第三章：基本数字单元,3,第一章,芯片基础知识,4,各种封装形式的芯片,市面上所见的芯片都是封装后的芯片，下面为一些常见的封装形式的芯片：,5,裸片,芯片去掉封装后，里面是非常小的一块硅片，芯片的功能就是通过这块硅片来实现，我们称这块硅片为裸片。 通常，我们说芯片，实际上就是指裸片。 下面为一颗MP3芯片去封装的过程：,一颗完整的芯片 周围的白点为芯片管脚,开盖,看到电路了 周围的金属丝是用来连接裸片和芯片的引脚,6,X光照片,为了看到封装上的引脚和裸片的连接关系，除了进行开盖，还可以使用X射线进行
2、拍照，下面是几张X-ray照片。,连里面的电路都依稀可见,大黑点是封装上的引脚 小黑点是芯片上的引脚,7,芯片结构（1）,芯片内部的METAL1层照片,PAD（压焊点）,内部电路,8,芯片结构（2）,从图中可以看出，PAD分布在芯片的外围，中间是电路，内部电路是分模块的。,9,芯片的照片,可见光的照片是彩色的，SEM的照片是黑白的。 注意下图的两张照片，拍摄的是同一个区域：,VS.,10,芯片的层,芯片实际上是立体结构，分为多层，每一层都和上下层相连。 不同的芯片，层数不一样。,POLY,M3,M2,M1,11,第二章,基本模拟器件,12,数字和模拟元件,芯片上的元件类型很多，我们通常将其分成
3、两大类，数字单元和模拟器件。 数字单元比较密集，规整 模拟单元比较稀疏，形状各异,数字单元,模拟器件,13,模拟器件符号图,常见的模拟器件 RESCAPPMOSNMOSDIODEBJT,14,常见模拟器件,1 电阻 1.1POLY电阻 1.2注入电阻 1.3阱电阻 1.4FUSE 2 电容 2.1MOSCAP 2.2POLYCAP 2.3FCAP 2.4METALCAP,3 MOS管 3.1三端MOS管 3.2四端MOS管 4 二极管 5 三极管 VPNP三极管,15,1.1 POLY电阻,利用多晶制作电阻： 是一条细长的多晶条，很好分辨； 两个端口PLUS，MINUS顺序可以颠倒； 两个端口
4、之间的距离为长度，多晶条宽度为宽度； 在双多晶工艺中，由于POLY2电阻率远高于POLY1，一般使用POLY2制作电阻，所以提图时一般只标注RPOLY即可。 在单多晶工艺中，POLY电阻和管子栅的制作也是不一样的，经常会有颜色的区分。,16,POLY电阻识别（1）,各个特点的图例见下页。 在染色前会将多晶去掉，所以，RPOLY在染色层是没有痕迹的。 在有些芯片中，POLY电阻的颜色和管子栅端的颜色不一样。 多晶电阻的电阻值比较精确，可以用来计算电流电压值，所以，阵列型的电阻通常是多晶电阻。 观察电阻两头的孔，可以用来识别RPOLY。,17,POLY电阻识别（2）,多晶层,染色层,染色无痕,栅多
5、晶,多晶电阻,多晶电阻阵列,18,*电镜下的RPOLY,中间的电阻是没有痕迹的，这是给阱电位的注入,19,1.2 注入电阻,对衬底或者阱进行一细长条形的高掺杂注入,P衬底,N阱,RPPLUS,RNPLUS,20,注入电阻识别,和多晶电阻不同，注入电阻在多晶层和染色层都会留有痕迹。,多晶层,染色层,21,注入电阻原理,注入电阻实际上利用了PN结的反偏。注入电阻和其周围的材料的接触面实际上是一个PN结，只要该PN结反偏，电阻就能正常工作。,所以，N阱里面的注入电阻为RPPLUS，P衬底上的注入电阻为RNPLUS。,22,1.3 阱电阻,RNWELL，在P衬底上用一条细长的N阱作电阻,P衬底,RNW
6、ELL,N阱,23,阱电阻识别,和多晶电阻相反，阱电阻在多晶层看不到，但在染色层有痕迹。 阱电阻有时会显得有点肥胖，这是因为生产的时候，阱电阻向两边扩散造成的。 P阱工艺是RPWELL，N阱工艺是RNWELL,多晶层,染色层,24,电阻尺寸量取（1）,电阻的尺寸参数包括w和l，w为电阻体的宽度，l为接触孔之间的距离：,紧贴接触孔内侧,紧贴拐角内侧,25,*电阻尺寸量取（2）,多晶电阻实际上和栅极多晶硅材料不同，电阻的长度量法也不同。 左图的电阻上，可以看到明显的分界 右图为Layout，蓝色所示为阻挡层，正是该层导致了多晶材料的不同,紧贴分界处,26,1.4 FUSE,严格来说，FUSE（熔丝
7、）也是一种电阻，该电阻有两种值，0或无穷。 在芯片生产的时候，所有的熔丝都是接通的，生产完后，芯片在调试的时候，对熔丝进行编程，烧断一些，从而改变芯片的内部电路。,符号图：,PLUS,MINUS,27,POLYFUSE,使用多晶作为熔丝，两头粗，中间狭窄，呈沙漏状，如果需要熔断，在熔丝上加一个很高的电流，中间部分由于过热而气化，从而断开。如果不熔断，熔丝相当于一段导线。,熔断,熔断,28,METALFUSE,使用金属作为熔丝，在芯片测试器件，如果需要熔断，使用激光将其切断。 这种熔丝通常不明显，因为其本身就是金属线，通常可以通过烧焦的痕迹来找到。,熔丝,熔断,29,*熔丝窗口,因为熔丝熔断时，
8、会气化产生大量气体，所以熔丝上必须开口，让气体逸出，POLYFUSE和METALFUSE都需要开窗。 窗口通常是不可见的，因为在拍上层金属时，钝化层就被去掉了，窗口自然就消失了。,METALFUSE窗口,POLYFUSE窗口,30,2 电容,符号图：,PLUS,MINUS,常见电容种类： MOSCAP POLYCAP DPMOSCAP FCAP METALCAP,31,电容的形成机制,构成一个电容的条件： 两块电极板，中间填充绝缘介质 在CMOS工艺中，一切可以导电的材料都可以作为电极，SiO2作介质 决定电容大小的一个重要参数为两块极板的重叠面积； 需要测量的参数为重叠面积的长和宽。,32,
9、2.1 POLYCAP,POLYCAP： 使用POLY1和POLY2作为两极，PLUS和MINUS可以互反； 虽然PLUS和MINUS可以互反，但提取时应该保证全芯片的一致性。示意图：,POLY1,POLY2,33,电镜下的POLYCAP,光从多晶无法识别，但是可以根据染色来分辨，染色层没有任何痕迹。,34,2.2 MOSCAP,由于工艺原因，用MOS管做电容非常常见； 把MOS管的源，漏，衬底连在一起构成一极，栅作为一极，可构成一个MOSCAP。,示意图：,35,MOSCAP的识别,有一种MOSCAP就是一个管子，非常好辨认，提取时可以框成管子，也可以框成电容，但框成电容时要注意极性不能颠倒
10、。 N管MOSCAP，PLUS在栅，MINUS在源漏。 P管MOSCAP，MINUS在栅，PLUS在源漏。 还有一种MOSCAP，不是一个管子，它的所有的DIFF是连在一起的，这种MOSCAP实质上是管子的变形。,多晶层,染色层,36,增大MOSCAP的电容,MOSCAP是所有电容中单位容值最大的一种，但是精度很差，很多芯片中，使用MOSCAP后还希望能增加MOSCAP的电容，这时可以考虑采用电容折叠技术。 双多晶工艺正好可以做出这种电容,37,双层POLY的MOSCAP,在双多晶芯片中，可以使用MOSCAP和POLYCAP的结合来增大单位面积的电容值，通常称为DPMOSCAP。 最下极板（D
11、IFF）和最上极板（POLY2）是通过金属（M1）连在一起的 通过染色的痕迹可以找出DIFF，从极板的重叠方式可以区分两层POLY,POLY2,POLY1,DIFF,多晶层,染色层,38,电镜下的DPMOSCAP,主要通过金属的连接来判断MOSCAP的两极：,多晶层,M1层,连在一起,39,*MOSCAP（1）,由上图可见，MOSCAP实际上是POLY作为一极，沟道，DIFF，衬底作为另一极，类似，NMOS也可以同样构成电容。,P+,P+,N+,G,D,S,B,40,*MOSCAP（2）,由上页可知，要能形成沟道，MOS管必须一直导通； MOSCAP可以制作很大的电容，但线性度很差，电容随|V
12、GS|的变大而大。 MOS管沟道是有电阻的，所以为了减小大MOSCAP的沟道电阻，将一个大的MOS管用很多小的并联管代替：,41,金属电容,随着工艺间距越来越小，金属间的间距也越来越小，原来不被看好的金属电容渐渐的被重视起来，很多芯片都使用了金属电容。 金属电容分为两种。 垂直板金属电容，常称为FCAP（插指电容） 水平板金属电容，常称为METALCAP,FCAP,METALCAP,42,2.3 FCAP,下图为两根金属走线，可以看到金属的高度实际比宽度要大，如果两根金属离得足够近的话，这个电容的容值是相当可观的。,所以，只有在0.35极其以下的工艺中，才能看到这种电容，0.18的芯片中，这种
13、电容是比较常见的。,43,FCAP的极板间距,下图示出了随着工艺的发展，金属间距的变化：,0.5u,0.35u,0.18u,44,2.4 METALCAP结构,METALCAP是利用上层金属，比如M3的上面再增加一层材料，插入一块板，形成电容，这层材料既不是M3，也不是M4。 这层材料和M4打孔连在一起，所以电容的两极分别由M3，M4引出：,上极板,下极板,45,METALCAP照片,注意图中白点即为孔：,M3,插入的电容板,M3照片,M4照片,两极,46,电镜下的METALCAP,从下图可以看出，M4只是连接该电容的导线，并不是电容的一部分。 图中白点即为孔：,插入的电容板,M3照片,M4照
14、片,47,METALCAP的特点,METALCAP有两大好处： 下方还可以做器件，充分利用芯片面积 离地比较远，寄生电容小，精度高 因为METALCAP并不是放在底座上，所以在框模拟器件时，如果有METALCAP ，一定要在上层多次检查，防止遗漏。 METALCAP插入材料的电阻值较大，上面的接触孔很多，但是比较稀疏，很均匀。,48,3 MOS管,PMOS管结构图,发亮的为NWELL,NMOS管,PMOS管,下图为反向器的芯片图像，左边为POLY层图像，右边为染色层图像,49,3.1 三端MOS管,PMOS符号图：,在模拟的世界里，MOS管不能等效为一个开关看待，它的版图，作用较数字应用里都有
15、很大的不同； 提取三端MOS管时，需要明确指出它的S，D，G端口和衬底电位，尤其是源端和漏端不能点反，这点和数字单元里面的MOS管不同； MOS管的参数为w，l，m（倍数）。,NMOS符号图：,G,S,D,G,D,S,50,三端MOS管的衬底电位,在模拟应用里面，MOS管的衬底电位至关重要； 常用的几种赋值方式： bnS bnVDD！（对于P管） bnGND！（对于N管） 实际项目中以具体的信号来对bn赋值，如果衬底属性不能用某个信号表示，则需要提成四端MOS管。,51,衬底电位的判断,在普通的模拟电路中，P管的衬底电位主要就是两种，VDD或者S，只有在高压电路中，比如EEPROM周边电路中，
16、才会大量出现衬底为其他电位的情况。 只有一个衬底信号，那么所有N管衬底相同，如果衬底有多个信号，取最近的信号作为管子衬底。,52,3.2 四端MOS管,PMOS4符号图：,四端MOS管比三端MOS管多一个端口，B端口，由衬底引出； bn属性不用配置，其余属性和三端MOS管相同。,NMOS4符号图：,G,S,D,B,G,S,D,B,53,四端MOS管框取,提N/PMOS4时，由于Analyzer没有提供直接框取MOS4的功能，所以先框成三端MOS管，然后手动点一个B端口，同时去掉bn属性，将类型名称改为N/PMOS4。,54,MOS管框取步骤,单管是模拟项目中出现次数最多的器件，而且框取步骤较多，容易错，下面提供一种参考流程。 首先要绘制电源地线，配置模拟器件，注意不要多配置。 第一步，识别P还是N管，同时识别衬底电位 第二步，点击模板框取，填好bn参数和m参数 第三部，识别源漏，然后将三个端口调整到合适位置 第四部，模拟器件全部框完后，统一量参数 在框同一个管子时，一次性做完前3个步骤。,
