Metal 線寬如何選擇

2022-03-16 22:43:00 字數 2085 閱讀 8248

假如metal是為了傳輸電流,則主要需要從解決和減小它的寄生電阻、寄生電容方面多做考慮。寄生電感一般忽略,高頻電路除外。

這主要從兩個方面分析解決:

如果所用金屬線,主要是流過電流(如電流鏡mos 管的漏極連線、功率mos管的漏極等)。在這種情況下金屬連線的寄生電阻越小越好,此時需要金屬導線盡可能的寬,以減少寄生電阻,降低導線壓降ir。

如果所用金屬線,是用於高頻訊號,如clock 等,金屬連線不能太寬,否則寄生電容過大,影響頻率。此時訊號還應加shield 訊號線。

其他低頻控制訊號,如enable 、able 等訊號,這些訊號通常接mos 管的柵極,流過的電流很小,這些金屬連線寬窄(寄生電容、寄生電阻)不是很重要,不需要過多考慮。

在考慮金屬線周圍環境的前提下

對於走大電流的訊號線,從電路方面越寬越好,但從版圖方面很寬的金屬線由於受到工藝、物理條件等的制約會受到限制。過寬的金屬線,由於高溫、應力等影響,會翹起變形甚至折斷。所以很寬的金屬線需要打slot,slot 的尺寸因各個工藝廠的工藝不同而有區別。

另外,由於趨膚效應,電流走金屬表面和邊緣,金屬線太寬也不好,這樣金屬的線上電流分布不均勻。電流很大時應採取兩種方式排布金屬線:同層金屬線併聯(類似很寬金屬線打了slot);不同金屬線併聯,過孔要盡可能多打,節省面積。

不同層金屬導線的連線,要盡可能打更多的通孔via,以減少寄生電阻。過孔尺寸和個數最少的情況因電路和工藝而定。

越靠近aa(有源區)的金屬例如m0,盡量不要從上面經過mos 管、敏感電阻等器件。因為在金屬線的工藝後期處理中(高溫濺射、刻蝕、退火等)會影響這些器件的效能。盡可能換用更高層的金屬線。

另外:有些電路中專門需要用金屬線做電阻的,寬度和長度需要單獨考慮。

原因無非是電路要求電流的承載能力要達到很大。常見的地方如:電源線、功率開關管上連線、晶元的地線等,這種線會走的很寬。如果我們直接用很寬的metal 線,後果是,隨著溫度的公升高,大塊的金屬中間會拱起來(熱脹冷縮),這樣會破壞絕緣層,損壞晶元。久而久之,即使運氣好,晶元沒有被損壞,運氣不好的,這根金屬很大可能會斷掉,斷掉的後果大家都懂的——直接斷路。

大家都知道要打slot(槽,有slot rule,品字形,順著電流開),slot 打了之後,即便是金屬斷掉了,也不會全斷。一種方法,是把金屬重疊著走,這個當然需要足夠的金屬層,就是採取不同金屬層的併聯。另一種方法,如果是只用一層金屬的話,可以直接將寬金屬線拆分成多條細金屬併排(最細的金屬線要滿足design rule),類似於金屬併聯,其實也可以理解成metal bus(匯流排)。

還有一點,有人提到很寬的金屬會造成金屬密度過大,影響金屬覆蓋率。金屬的覆蓋比例metal ratio:30%-55%之間為最佳(根據所用工藝而言),比例偏離的話,鋁腐蝕就不好,不乾淨或過腐蝕。不知道大家在交gds 的時候有沒有修改這個drc 錯誤,這個會直接影響產品良率,我們都是修改ok 之後交的,所以應該注意這個問題。

一般規則上都有明確說明,比如靜態電流經驗值大概1.5ma/um(有的是1ma/um,根據具體工藝而言),但高溫、大電流、台階等情況下會有所下降,大概1ma/um(有的是0.6-0.8ma/um,根據具體工藝而言)。這裡指的是通常情況。靜態電流密度的大小主要受電遷移、趨膚效應、金屬材質等問題的影響。

而動態電流大小對應的寬度一般規則上也會寫明,通常會以能量、峰峰值、均值等來衡量,動態電流密度的大小也主要受電遷移、趨膚效應、金屬材質等問題的影響。

對應不同的情況需要滿足不同的約束。在滿足電流的約束條件後,就需要考慮訊號頻率的因素了,頻率越高的訊號走線適當要細,因為寄生電容影響較大。

如果需要流過很大電流,則需要很寬的金屬,一般工藝規則都會規定最小與最大的金屬寬度,最大的金屬寬度是要防止電流不均勻導致電遷移、趨膚效應以及發熱不均勻的問題,當然還有熱脹冷縮的問題。

此外,過寬的金屬會使得中間部分略有下沉導致平坦化的問題,所以需要在過寬金屬上打slot。注意,工藝規定的最大線寬有些 rule 不會直接寫出來,而是通過slot的規則隱含其中。比如規定很寬的金屬在裡面超過多少間距要打slot,這裡規定的間距其實就是最大的金屬線寬,另外有些工藝規則會規定不同層的金屬有不同的最大寬度。

metal太寬,會導致電流密度不好,會導致電遷移、趨膚效應等現象,會降低可靠性和影響良率。

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