电阻小结
Superczy（陈征宇）
2005.6.1
1 集成电路中电阻的种类
在集成电路工艺中，电阻可以同过很多种方式来实现，电阻主体可以通过不同的层来实现。通常按照不同的制作方式电阻分为：阱电阻、p+/n+电阻、Poly电阻、金属电阻，其中对于p+/n+电阻和Poly电阻还存在硅化和非硅化电阻之分，不同的电阻性能相差较大。
1.1 电阻Spice模型
在精确分析电阻时，使用的电阻的非线性模型，这种模型包括：电压非线性、温度特性、寄生电容[参考###spectreref -> Component Statements Part III -> Two Terminal Resistor (resistor)]。更精确的电阻模型寄生电容也存在非线性，如电容的电压非线性和温度特性，这种模型一般用于n well、p+/n+电阻模型，这种模型等效为电阻主体和两个二极管[参考###spectreref -> Component Statements Part III -> Physical Resistor (phy_res)]。
电阻非线性模型等效电路如下：
图一 各种电阻的等效模型
其中A对应Terminal Resistor模型，一般用于Poly电阻，B和C对应Physical Resistor模型，一般用于n well、p+/n+这种用扩散区做得电阻。其中B对应p+和p well 电阻模型，C对应n+和n well电阻模型。
电阻主体的非线性计算：
考虑电压非线性和温度系数的话，电阻的计算为：
)]
tnom
-attacker
(T
*
tc2
tnom)
-
(T
*
tc1
[1
*
)
...
V
*
c2
V爱情哲理文章
*
c1
(1
*green leaf
etch)]
*
2-
(W
/
etchl)
*
2-
(L
*
[Rsh
adjoinR
22
+ +
+
+
+
=
其中Rsh为方块薄层电阻；etch1和etch分别是电阻实际制作完成后和设计时的理想几何尺寸L、W的差别，etchl和etch分别表示L、W的缩减；c1和c2分别为一次电压系数和
二次电压系数，V 是电阻两端的压差；tc1和tc2分别表示一次温度系数和二次温度系数，tnom 表示model 规定的正常温度。
这样如果不考虑电压非线性和温度时，电阻主体的表达式为
etch)] * 2-(W / etchl) * 2-(L *[Rsh R =
即方块电阻和长宽比的乘积。
寄生电容的计算：
A 中的电容表达式为：
teb
] tnom)- (T * tc2c tnom)- (T * tc1c [1 * etchl)
* 2 -etch * 2 - L (W * Cjsw * 2 etch) * 2 -(W * etchl) * 2 - (L * Cj C 2++++=
Cj 和Cjsw 分别是面积和周长相关的电容密度；etch1和etch 分别是电阻实际制作完成后和设计时的理想几何尺寸L、W 的差别，etchl 和etch 分别表示L、W 的缩减；tc1c 和tc2c 分别表示一次温度系数和二次温度系数，tnom 表示model 规定的正常温度。
cratio) - (1 *C C2cratio
*C C1==
Cratio 是电容分布在1，2端的系数。
B、C 中的电容是二极管的寄生电容，除了和温度有关外，还存在电压非线性，[参考###spectreref -> Component Statements Part II -> Physical Resistor (phy_res)]。如果不考虑非线性的话，电容计算和A 中相同。
有些厂家的某些工艺给的电阻模型都不考虑电容。
1.2 各种电阻
阱电阻(Well diffu resistor)：
即用阱来做电阻主体，在P 衬底工艺下阱电阻一般n well 层来实现，（n well diffu resistor）。
特点：
download是什么意思n 阱电阻的方块薄层电阻Rsh（sheet resistance）比较大，通常为几百欧姆。但是其
不仅受工艺的影响，而且Rsh 也受电阻宽度的影响(如下图)。
图二 n well 电阻的非线性
这是由于宽度为几微米时，n 阱在边缘的扩散与宽度有关。
n 阱电阻的Rsh 还随着阱到衬底的电压变化而改变剧烈，这导致电阻呈现出严重的非线
性。这是因为阱是低参杂的，如果阱到衬底的压差不一样的话，由pn结知识可知，阱底部和衬底间的反型层的厚度变化比较大，严重影响n阱单位长宽的电阻值。这样n 阱电阻难确定阻值的大小，匹配起来比较困难。
p+/n+电阻(p+/n+ diffu resistor)
这种电阻是在衬底或者阱中用p+或n+扩散区制做而成的电阻。这种电阻和阱电阻的区别从本质上来说就是参杂浓度，阱和衬底的参杂要远低于p+/n+扩散区，这也导致这两种电阻性能差别。
特点：
p+/n+电阻的参杂浓度高于阱电阻，因而其薄层电阻（Rsh）要比阱电阻小，通常在100-200欧姆左右。
p+/n+电阻的薄层电阻（Rsh）对于扩散区到阱或者衬底的电压变化不像阱电阻这样敏感。
因为p+/n+电阻的参杂浓度高，对于特定的压差变化，p+/n+扩散区中的反型层厚度变化小。这样p+/n+电阻的匹配性能要比n well电阻好。
p+/n+电阻的具有较大的寄生电容。由电阻的模型一节可知，像n well电阻、p+/n+电阻这种扩散区作的电阻，它的等效模型包括两个反向偏压得pn结。由pn结相关知识可知，反偏的pn结以势垒电容为主，而参杂浓度越大，单位电荷所占的反型层越薄的话势垒电容越大，这一点是显而易见的（参见“电子线路（二）：本科模电教材”）。这样，p+/n+电阻的寄生pn结电容会比n well的寄生pn结电容大。
Poly电阻
Poly电阻时集成电路设计中最常用到的一种电阻，它是由用作MOS管栅极的Poly层做成的电阻，有些工艺除了有用来做栅极的Poly，还有专门用来做电阻电容的其它Poly层。
Poly电阻般会有很多种:
参杂硅化的Poly电阻、参杂非硅化的的Poly电阻、非参杂非硅化的Poly电阻。
参杂硅化的Poly电阻。twistys
Polysilicon本身的薄层电阻（Rsh）是比较大的，由于其通常用来做MOS管的栅极，所以为了降低栅
极上的电压分布，一般对Poly注入n+或者p+杂质离子，这一点可以从继承电路的制作工艺上看出来。因为MOS管都是做完栅极，再在整个活性区进行p+/n+离子注入在Poly的两侧形成p+或n+扩散区，这样Poly本身也被注入了p+或n+杂质离子。
同时为了进一步减少Poly的电阻，提高MOS性能，在现代短沟道工艺中都有Polysilicide工序，在用作栅极的Poly层上沉积导电的硅化物。计算机 考研
这样，如果用栅极的Poly层来做电阻的话，不采用特殊处理的话，电阻是参杂硅化的Poly电阻
参杂非硅化的Poly电阻。
对于电阻来说，硅化物不仅降低了薄层电阻（Rsh），而且由于硅化物工艺参数会引入偏差，如不同晶圆沉积的厚度不一，所以薄层电阻随工艺相对波动范围大，同时在同一晶圆上，由于硅化物的存在，它的电阻的匹配性能也不如非硅化的Poly电阻。为了制作更精确的电阻，许多工艺提供“硅化物阻挡层”，即在用作电阻Poly上覆盖上一层硅化物阻挡层，防止Poly被硅化。这样的电阻为参杂非硅化Poly电阻。
非参杂非硅化的Poly电阻。
为了在Poly上制作高阻，有些工艺提供阻值Poly被硅化的同时也防止对Poly进行离子注入，这样的Pol
cathy是什么意思
y电阻高薄层电阻（Rsh）比n well电阻还要大，同时具备比较好
的性能。
注备：因为Silicide工序对MOS管扩散区也进行硅化，降低MOS管漏源极上的电压分布，所以p+/n+电阻也分为硅化的P+/n+和非硅化的p+/n+；前面讨论的p+/n+电阻属于非硅化的电阻。
特点：
参杂非硅化的Poly电阻。
这种Poly电阻的薄层电阻比n well和p+/n+电阻小，一般为几十到一百多欧。由其电阻等效模型可知，由于其不存在寄生二极管，不会有反型层的影响，应而具有较高的线性度。因而匹配性能是电阻中最好的，一般用来做高精电阻。
电阻的寄生电容可认为是Poly和衬底形成的平板线性电容，和面积相关的电容系数Cj 基本上和n well的相当或稍微大点，但是Poly和衬垫形成的电容不像n well的pn结电容一样和边缘相关的电容还占很大比例。因而一般小面积电阻，Poly电阻的电容会比n well电阻的寄生电容小，而大面积电容则可能稍微大点！但不管怎么样都会远远小于p+/n+电阻的寄生电容。
如：一般Poly和n well和面积相关的寄生电容系数Cj在100e-6左右，而p+/n+电阻电容系数Cj在1e-3左右。
这种Poly电阻的温度系数也会偏小，参见(图3：TSMC_0.25um CMOS mixed signal工艺下各种电阻的参数 )。
参杂硅化的Poly电阻。
硅化后的Poly电阻的薄层电阻非常低，一般在3-5欧姆左右。而且由于硅化物工艺参数会引入偏差，如不同晶圆沉积的厚度不一，所以薄层电阻随工艺相对波动范围大，一般会在70%左右。同时在同一晶圆上，由于硅化物的存在，它的电阻的匹配性能、线性度、温度系数等都不如非硅化的Poly电阻。
同理，硅化的P+/n+电阻线性度、匹配性能也不如非硅化的p+/n+电阻。
absolutely是什么意思
非参杂非硅化的Ploy电阻。
这种电阻的薄层电阻极高，一般在1-2K左右，寄生电容、温度系数、线性度等都和非硅化的Poly电阻相当。
金属电阻
金属电阻是所有电阻中薄层电阻最小的，一般用来做其他电阻无法完成的小电阻，如超高速Flash ADC中的电阻阶梯。
1.3 具体工艺下的电阻模型参数
TSMC 0.25um CMOS Mixed signal Process resistor model
图三 TSMC_0.25um CMOS mixed signal工艺下各种电阻的参数 具体工艺下各种电阻版图怎么实现，参考：“$My_IC_data\设计规则\mos模型\TSMC的相关说明文档”
