版图中Metal 专题——线宽选择

金属线是为了传输电流，因此主要需要从解决和减小它的（寄生）电阻、 （寄生）电容方面多做考虑。 （寄生）电感一般忽略，高频电路除外。这主要从两个方面分析解决：
1. 电路方面
A、如果所用金属线，主要是流过电流 （如电流镜 MOS 管的漏极连线、功率 MOS管的漏极等） 。在这种情况下金属连线的寄生电阻越小越好，此时需要金属导线尽可能的宽，以减少寄生电阻，降低导线压降IR。
B、如果所用金属线，是用于高频信号，如 clock 等，金属连线不能太宽，否则寄生电容过大，影响频率。此时信号还应加shield 信号线。
C、其他低频控制信号，如 enable 、able 等信号，这些信号通常接 MOS 管的栅极，流过的电流很小，这些金属连线宽窄（寄生电容、寄生电阻）不是很重要，不需要过多考虑。
2. 版图方面 (在考虑金属线周围环境的前提下)
A、对于走大电流的信号线，从电路方面越宽越好，但从版图方面很宽的金属线由于受到工艺、物理条件等的制约会受到限制。过宽的金属线，由于高温、应力等影响，会翘起变形甚至折断。所以很宽的金属线需要打 slot，slot 的尺寸因各个工艺厂的工艺不同而有区别。另外，由于趋肤效应，电流走金属表面和边缘，金属线太宽也不好，这样金属的线上电流分布不均匀。电流很大时应采取两种方式排布金属线：同层金属线并联（类似很宽金属线打了 slot） ；不同金属线并联，过孔要尽可能多打，节省面积。
B、不同层金属导线的连接，要尽可能打更多的通孔 via，以减少寄生电阻。过孔尺寸和个数最少的情况因电路和工艺而定。
C、越靠近 AA（有源区）的金属例如 M0，尽量不要从上面经过 MOS管、敏感电阻等器件。因为在金属线的工艺后期处理中（高温溅射、刻蚀、退火等）会影响这些器件的性能。尽可能换用更高层的金属线。另外：有些电路中专门需要用金属线做电阻的，宽度和长度需要单独考虑。

Metal 太大太宽，会导致电流密度不好，会导致电迁移、趋肤效应等现象，会降低可靠性和影响良率。
1. 我们为什么要走很宽的金属Metal 呢？
原因无非是电路要求电流的承载能力要达到很大。常见的地方如：电源线、功率开关管上连线、芯片的地线等，这种线会走的很宽。如果我们直接用很宽的Metal线，后果是，随着温度的升高，大块的金属中间会拱起来（热胀冷缩），这样会破坏绝缘层，损坏芯片。久而久之，即使运气好，芯片没有被损坏，运气不好的，这根金属很大可能会断掉，断掉的后果大家都懂的——直接断路。
2. 如何解决宽金属的问题呢？想必这是大家最为关心的事情。
大家都知道要打 slot（槽，有 slot rule,品字形，顺着电流开），slot打了之后，即便是金属断掉了，也不会全断。一种方法，是把金属重叠着走，这个当然需要足够的金属层，就是采取不同金属层的并联。另一种方法，如果是只用一层金属的话，可以直接将宽金属线拆分成多条细金属并排（最细的金属线要满足 designrule），类似于金属并联，其实也可以理解成Metal Bus（总线） 。
3. 注意金属密度问题。
还有一点，有人提到很宽的金属会造成金属密度过大，影响金属覆盖率。 金属的覆盖比例 Metal ratio：30%-55%之间为最佳（根据所用工艺而言），比例偏离的话，铝腐蚀就不好，不干净或过腐蚀。不知道大家在交 GDS 的时候有没有修改这个DRC 错误，这个会直接影响产品良率，我们都是修改OK 之后交的，所以应该注意这个问题。

金属宽度首先要满足电流条件，一般规则上都有明确说明，比如静态电流经验值大概1.5mA/um（有的是 1mA/um，根据具体工艺而言） ，但高温、大电流、台阶等情况下会有所下降，大概 1mA/um（有的是0.6-0.8mA/um，根据具体工艺而言）。这里指的是通常情况。静态电流密度的大小主要受电迁移、趋肤效应、金属材质等问题的影响。而动态电流大小对应的宽度一般规则上也会写明，通常会以能量、峰峰值、均值等来衡量，动态电流密度的大小也主要受电迁移、趋肤效应、金属材质等问题的影响。
对应不同的情况需要满足不同的约束。在满足电流的约束条件后，就需要考虑信号频率的因素了，频率越高的信号走线适当要细，因为寄生电容影响较大。如果需要流过很大电流，则需要很宽的金属，一般工艺规则都会规定最小与最大的金属宽度，最大的金属宽度是要防止电流不均匀导致电迁移、趋肤效应以及发热不均匀的问题，当然还有热胀冷缩的问题。
此外，过宽的金属会使得中间部分略有下沉导致平坦化的问题，所以需要在过宽金属上打slot。注意，工艺规定的最大线宽不会直接写出来，而是通过slot的规则隐含其中。比如规定很宽的金属在里面超过多少间距要打 slot，这里规定的间距其实就是最大的金属线宽， 另外有些工艺规则会规定不同层的金属有不同的最大宽度。

关注 eetop-1，回复以下红色关键词，阅读推荐文章：

版图:

趣图:

趣图02:

职业发展01 :

  • 何为技术型复合人才

  • 开发工程师人生之路

  • 数字IC工程师的技能树

  • 好的模拟IC工程师应该具有的素养

  • 3年以上工作经验的工程师中长期职业规划

  • 一位老工程师的心里话

  • 一名工作11年老IC工程师的未来之路的探讨

  • 给去小微初创公司的同学一点建议

  • 电子工程师路线图全剖析

职业发展02 :

mn01 :  模拟数字产品开发流程

模拟IC正向设计流程总结

mn02 :  好的模拟IC工程师应该具有的素养

mn03 :  模拟IC设计领域的经典之作

mn04 :  极点零点之我见

mn05 :  六本经典模拟IC书籍精彩评论及总结

mn06 :  模拟设计的100条圣经

mn07 :  模拟电路学习入门的建议

mn08 :  模拟IC流片经验分享

mn09 :  模拟IC年薪几十万师兄的模电学习经历

mn10 :  想成为一名模拟ic设计师在本科期间应该做哪些准备？

mn11 :  模拟电路设计的九重进阶

mn12 :  AnalogIC难在哪里，结构？参数？版图？系统？

icsj01 :  IC设计完整流程及工具简述

IC芯片设计及生产流程

射频半导体工艺介绍

IC 芯片的成本从哪里来？

icsj02 :  说说芯片设计这点事

icsj03 :  关于IC设计的想法

icsj04 :  数字IC设计的完整流程(非常详细！）

icsj05 :  数字IC Design技术全局观(110页PPT!)

icsj06 :  ASIC设计中各个阶段需要注意的问题

icsj07 :  集成电路反向分析的争议性


人生 ：

  • 无电路不人生-微电子集成电路大牛Willy Sansen自传

  • 无数学不人生--原来数学讲的是满满的人生啊！

  • 无通信不人生--原来人生就是一本通信原理！

  • 无折腾不人生--一个技术牛人的电子人生

  • 开发工程师人生之路

Finfet：

  • 五分钟看懂FinFET

  • 华人胡正明获美国最高技术奖：发明FinFET

  • FinFET发明人胡正明教授的两篇原版PPT

  • 集成电路史上最著名的10个人

封装：

  • 2014年度中国IC封装测试产业调研报告

  • 封装，IC 芯片的最终防护与统整

  • 非常全面的集成电路封装示意图

  • 非常详细的封装流程介绍

  • 稳压器封装概述

最伟大 ：

  • 世界上最伟大的十个公式

  • 统治世界的十大算法

  • 微波射频领域传奇人物

  • 集成电路史上最著名的10个人

  • 电气之王，还原真实的尼古拉·特斯拉

  • 电学实验史话--几个著名的电学实验

  • 六位伟大的“数学学渣”科学家

赞 (0)

相关推荐