多晶高阻长度对多晶电阻方块值的影响

陈 峰，任罗伟，陈恒江，谢立利

（无锡中微爱芯电子有限公司，江苏 无锡 214072）

1 引言

在集成电路中，光刻和腐蚀会引起氧化层窗口轻微的扩张或收缩，横向扩散会使电阻变宽，接触孔附近电流的不均匀性也会使阻值变化，而绘制N阱电阻版图的时候，绘制图形至少是阱深的两倍宽，否则阱不能达到全部结深，宽度小于上述情况的N阱电阻会呈现出更高的方块阻值[2]，因此在集成电路版图绘制过程中，版图画法对电阻的影响很大，必须引起足够的重视。

然而在集成电路设计中，大家一般都比较关注版图宽度对电阻的影响，然而当电阻需要画得比较短时，电阻长度对电阻阻值的影响也不能忽略。例如对于多晶高阻来说，过短的电阻长度会对电阻阻值产生较大影响，有时不同工艺厂的影响趋势很可能是相反的，然而一些工艺厂所提供的SPICE模型、PCM、TLR文件并没有体现这些影响，工艺也未进行过摸底实验，因此对多晶电阻长度对阻值的影响，集成电路设计人员应足够重视并提前预估，防止电路由于电阻影响引起电路参数漂移、波动，影响产品良率，甚至引起项目失败。

2 理论分析

多晶高阻实现方式常见的有低阻注入和高阻注入两种，下面分别进行理论分析。

2.1 电阻头低阻注入

图1 电阻头低阻注入示意图

采用这种方案，由于可能的漂移和横阔的影响，低阻会向高阻区扩散，高阻长度会减小，造成电阻方块值偏低的现象，如图2所示，虚线为横阔部分。

图2 电阻头低阻横阔示意图

我们假设理想电阻方块值为R，电阻原长度为L，电阻变化长度为ΔL，等效电阻方块值为Rd，则：

一般来说ΔL为固定值，L越小则Rd的变化越大，对于长度特别短的电阻，等效的Rd会变得很小。

2.2 电阻体高阻注入

图3 电阻体高阻注入示意图

采用这种方案，由于注入的漂移和横阔的影响，高阻会向低阻区扩散，高阻长度会增大，造成电阻方块值偏高的现象，如图4所示，虚线为横阔部分。

图4 电阻体高阻横阔示意图

假设理想电阻方块值为R，电阻原长度为L，电阻变化长度为ΔL，等效电阻方块值为Rd，则：

一般来说ΔL为固定值，当L越小则Rd的变化越大，对于长度特别短的电阻，等效的Rd会变得很大。

3 实际流片分析

3.1 电阻头低阻注入

A工艺厂典型的0.5 μm 5 V和其0.5 μm 5 V 5 V工艺都采用的是电阻头低阻注入的工艺，在0.5 μm 5 V 5 V工艺的SPICE MODEL中有对电阻长度比较大的修正系数ΔL为-1.248μ，而在CSMC 0.5 μm 5 V的修正系数ΔL却只有-0.028 875μ，咨询A工艺厂也未有明确测试数据。而根据经验，相同工艺的电阻应该比较近似，因此我们在采用0.5 μm 5 V工艺的项目中插入了一定数量的PCM进行了对比测试，测试时采用1 V的电压测量电流，分别测试了同一个圆片不同的5个点，测试图形如图5所示，所有的测试图形宽度不变，固定为2.5 μm，长度从最短的3 μm到最长的30 μm，取了8个点，流片采用典型1 kΩ的方块阻值。

图5 测试图形

最终的测试结果及整理完的方块阻值如表1所示，从表1看出当电阻长度减小到3 μm时，等效方块阻值只有464，与典型的1000相差很多。

分别使用0.5 μm 5 V和0.5 μm 5 V 5 V工艺模型对所测图形进行仿真并对比如表2所示。从表2可以看出，采用0.5 μm 5 V 5 V模型在长度减小时更贴近实际测量值，而0.5 μm 5 V模型则相差较多，参考意义不大，有可能会引起电路参数较大的漂移。

将仿真和实测对比描线如图6所示，从图上也可以看到，使用5 V 5 V模型结果更接近实测。

图 6 仿真与实测对比

3.2 电阻体高阻注入

某工艺厂B的0.30 μm MIXED采用的是多晶体高阻注入，其在EDR中高阻电阻长度对方块值变化影响的描述如图7所示。从图7可以看出，电阻长度越短等效方块阻值越大。但在某工艺厂B的SPICE模型中并没有对这一系数做修正，因此仿真值和实际阻值差距会很大，设计时应注意。

图 7 某工艺厂B的电阻变化曲线

4 如何分辨不同工艺类型对阻值的影响

一些工艺会在EDR、TLR中对电阻长度的影响做出一些声明，可以根据这些声明对工艺进行判断，而另一些工艺本身并没有做过实验，因此并不会告知具体的影响，因此需要根据TLR中工艺的描述判断当前的工艺类型，从而进行判断。

如采用电阻头注入的某工艺厂的TLR对IM（高阻注入层）层次中有如下描述：“This mask defines the areas that are to be blocked when low dose implant to form high resistor area.”从这段话中可以看出电路是采用低阻注头的方式。再比如比较某厂A和某厂B对高阻版的描述，从表3的描述及黑/白版看出，B厂是高阻注体，A厂是低阻注头。

表1 PCM测试结果

表2 仿真和实测对比

表3 不同工艺厂对电阻长度的影响

当然，最可靠的工艺判断可以通过直接和工艺厂沟通来了解采用的工艺类型，并由此判断最终的等效方块阻值是变小还是变大及变化的程度。

5 总结

多晶长度对电阻的影响比较大，因此使用时应尽量减少使用特别短的多晶高阻，想要更小的电阻可以采用多根长电阻并联的方式实现。如果电路中阻值很小，花费面积不大，可以在不影响其他性能的情况下，选择阻值更小的P+、N+、多晶低阻、方块值更小的高阻等，使电阻的长度有足够大小。如果面积所限，电阻版图不能画得更长，则需根据具体工艺查看电阻长度对阻值的影响，根据具体情况做出修正。

[1] 黑斯廷斯（Hastings, A.）著，张为，等译. 模拟电路版图的艺术（第2版）[M]. 2007.4 . 159-181.