一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法与流程

1.本发明涉及集成电路领域，具体是一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法。


背景技术：

2.激光修调金属薄膜电阻在精密仪表放大器，差动放大器等对双电阻或者多电阻匹配度要求极高的电路中被广泛的应用。在工艺加工过程中，光刻、刻蚀、封装划片等工步均会影响电阻的稳定性和精度。差动放大器中要求较高的电阻值和极高的电阻匹配度，才能满足高性能参数需求，通用的金属薄膜电阻在工艺加工和封装，划片的过程中，电阻匹配偏差最大有20％，而修调痕迹越长，修调电阻的匹配性和稳定性越差，电阻值越高，电阻占用面积越大，受封装，划片等应力释放的影响越大，电阻的精度、稳定性和匹配度等性能直接影响电路的精度和电特性，随着集成电路向更高性能的方向发展，对金属薄膜电阻的性能和修调提出了更高的要求，尤其是增益小于1的高共模差动放大器，多电阻的匹配精度要求大于0.02％。
3.传统高阻金属薄膜电阻版图排布是将多个分离电阻串联或者并联，工艺加工过程中电阻均匀性和匹配性偏差大。无法同时兼顾双电阻高匹配度，修调痕迹小，占用面积少等的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，包括两个阻值不同的电阻阵列。其中，阻值小的电阻阵列记为第一电阻阵列，阻值大的电阻阵列记为第二电阻阵列。
5.所述第一电阻阵列和第二电阻阵列通过金属线连接。
6.所述第二电阻阵列包括串联的(n-1)条矩形电阻和可修调背包电阻rn。(n-1)条矩形电阻分别记为r1、r2、
…
、r
n-1
。n为第二电阻阵列与第一电阻阵列的电阻比例。
7.进一步，所述第一电阻阵列为矩形电阻，电阻值记为r。
8.进一步，所述第二电阻阵列的阻值记为n*r。
9.进一步，(n-1)条矩形电阻等间距平行放置。
10.进一步，所述第一电阻阵列、(n-1)条矩形电阻和可修调背包电阻rn上均开设有通孔。
11.(n-2)条金属连接线m通过通孔蛇形联接(n-1)条矩形电阻。
12.矩形电阻r
n-1
和可修调金属背包电阻通过金属连接线m
n-1
连接。
13.矩形电阻r1和第一电阻阵列通过金属连接线mn连接。
14.进一步，金属连接线m
n-1
与第一电阻阵列等宽。
15.进一步，所述第一电阻阵列的两侧分别放置有矩形电阻条dummy图形i。所述矩形
电阻条dummy图形i与第一电阻阵列不接触。
16.所述第二电阻阵列的两侧分别放置有矩形电阻条dummy图形ii。所述矩形电阻条dummy图形ii与第二电阻阵列不接触。
17.进一步，所述第一电阻阵列的两端通过金属线引出。
18.所述第二电阻阵列的两端通过金属线引出。
19.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构的修调方法，包括以下步骤：
20.1)量测第一电阻阵列的实际阻值，记为r。
21.2)根据第一电阻阵列的阻值r，设定第二电阻阵列的修调目标值，记为n*r。
22.3)量测第二电阻阵列的实际阻值，记为r'。
23.4)判断(n*r-r')/(n*r)*100％＞1％是否成立，若是，则判定该电阻版图排布结构不合格，反之，该电阻版图排布结构合格，并进入步骤5)。
24.5)判断1％≥(n*r-r')/(n*r)*100％≥0.1％是否成立，若是，则进入步骤6)，否则，则进入步骤7)。
25.6)对第二电阻阵列中可修调背包电阻rn的粗调区域进行激光修调，并返回步骤5)。
26.7)判断0.1％≥(n*r-r')/(n*r)≥0.02％，是否成立，若是，则进入步骤8)，否则，结束修调，得到修调后的电阻版图排布结构。
27.8)对第二电阻阵列中可修调背包电阻rn的细调区域进行激光修调，并返回步骤7)。
28.进一步，采用四探针法量测第一电阻阵列的实际阻值和第二电阻阵列的实际阻值，量测点包括第一电阻阵列的两个端头和第二电阻阵列的两个端头。
29.值得说明的是，本发明涉及一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法。本发明包括以下步骤1、根据电阻值要求，将需要高度匹配的两个电阻中的较小的电阻设计为矩形，电阻值为r，较大的电阻采用(n-1)条矩形r电阻和可修调背包电阻串联组合。2、平行放置的矩形电阻两端分别放置一条非连接矩形电阻条，减小工艺加工过程的影响。3、分别量测两个电阻的阻值。4、修调大电阻的粗调和细调区域。本发明通过对两个电阻的版图特殊排布，降低两个电阻在工艺加工过程中的偏差，提高两个电阻的初始匹配度，可以在仅修调一个电阻和较小的电阻修调面积下，达到较高的电阻匹配度和降低了修调成本，提高了电阻稳定性。
30.本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明通过对两个电阻的版图特殊排布布局，降低两个电阻在工艺加工过程中的偏差，提高两个电阻的初始匹配度，以小阻值电阻r为基准，按照预设的电阻比例n，将大阻值电阻修调到n*r，在较小的修调面积下，可以实现较高精度的电阻匹配，降低激光修调痕迹大对电阻的不稳定性的影响。
31.本发明可以解决现有技术中双电阻初始匹配度差，双电阻修调痕迹长的问题，通过此方法可以避免在工艺加工过程中光刻、刻蚀、封装划片对电阻稳定性的影响，提高双电阻的初始匹配度，减少修调痕迹，保证电阻的稳定性，节省了修调成本。
32.本发明利用特殊的电阻排列分布结构，实现高阻值双电阻或者多电阻的高度匹
配，减少工艺加工过程中，光刻、刻蚀、划片等工步对电阻的均匀性和匹配性的影响，后续在激光束对背包电阻精密修调时，可以在只修调一个电阻的条件下，减小修调面积，在保证高精密电阻匹配度的前提下，提高电阻的稳定性。该电阻排布结构适用于集成电路中对高阻值双电阻或者多电阻匹配度极其敏感的情况。本发明实施例的集成电路高匹配度电阻版图结构和修调方法，版图排布结构简单，无多余电阻余量，节省了电路的版图面积，降低了成本，可以做标准单元模块直接使用，缩短集成电路设计研发周期。
附图说明
33.图1为修调前小电阻版图结构排布。
34.图2为修调前大电阻版图结构排布。
35.图3为修调前双电阻版图结构排布。
36.图4为修调后双电阻版图结构排布。
37.图5为修调前另一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法双电阻版图结构排布。
38.图6为修调后另一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法双电阻版图结构排布。
39.图7为修调后背包电阻的修调痕迹图。
40.图8为差动放大器。
具体实施方式
41.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
42.实施例1：
43.参见图1至图7，一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，包括两个阻值不同的电阻阵列。其中，阻值小的电阻阵列记为第一电阻阵列，阻值大的电阻阵列记为第二电阻阵列。
44.所述第一电阻阵列和第二电阻阵列通过金属线连接。
45.所述第二电阻阵列包括串联的(n-1)条矩形电阻和可修调背包电阻rn。(n-1)条矩形电阻分别记为r1、r2、
…
、r
n-1
。n为第二电阻阵列与第一电阻阵列的电阻比例。
46.所述第一电阻阵列为矩形电阻，电阻值记为r。
47.所述第二电阻阵列的阻值记为n*r。
48.(n-1)条矩形电阻等间距平行放置。
49.所述第一电阻阵列、(n-1)条矩形电阻和可修调背包电阻rn上均开设有通孔。
50.(n-2)条金属连接线m通过通孔蛇形联接(n-1)条矩形电阻。
51.矩形电阻r
n-1
和可修调金属背包电阻通过金属连接线m
n-1
连接。
52.矩形电阻r1和第一电阻阵列通过金属连接线mn连接。
53.金属连接线m
n-1
与第一电阻阵列等宽。
54.所述第一电阻阵列的两侧分别放置有矩形电阻条dummy图形i。所述矩形电阻条
dummy图形i与第一电阻阵列不接触。
55.所述第二电阻阵列的两侧分别放置有矩形电阻条dummy图形ii。所述矩形电阻条dummy图形ii与第二电阻阵列不接触。
56.所述第一电阻阵列的两端通过金属线引出。
57.所述第二电阻阵列的两端通过金属线引出。
58.实施例2：
59.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，包括两个阻值不同的电阻阵列。其中，阻值小的电阻阵列记为第一电阻阵列，阻值大的电阻阵列记为第二电阻阵列。
60.所述第一电阻阵列和第二电阻阵列通过金属线连接。
61.所述第二电阻阵列包括串联的(n-1)条矩形电阻和可修调背包电阻rn。(n-1)条矩形电阻分别记为r1、r2、
…
、r
n-1
。n为第二电阻阵列与第一电阻阵列的电阻比例。
62.实施例3：
63.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，所述第一电阻阵列为矩形电阻，电阻值记为r。
64.实施例4：
65.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，所述第二电阻阵列的阻值记为n*r。
66.实施例5：
67.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，(n-1)条矩形电阻等间距平行放置。
68.实施例6：
69.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，所述第一电阻阵列、(n-1)条矩形电阻和可修调背包电阻rn上均开设有通孔。
70.(n-2)条金属连接线m通过通孔蛇形联接(n-1)条矩形电阻。
71.矩形电阻r
n-1
和可修调金属背包电阻通过金属连接线m
n-1
连接。
72.矩形电阻r1和第一电阻阵列通过金属连接线mn连接。
73.实施例7：
74.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，金属连接线m
n-1
与第一电阻阵列等宽。
75.实施例8：
76.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，所述第一电阻阵列的两侧分别放置有矩形电阻条dummy图形i。所述矩形电阻条dummy图形i与第一电阻阵列不接触。
77.所述第二电阻阵列的两侧分别放置有矩形电阻条dummy图形ii。所述矩形电阻条dummy图形ii与第二电阻阵列不接触。
78.实施例9：
79.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，主要结构见实施例2，其中，所述第一电阻阵列的两端通过金属线引出。
80.所述第二电阻阵列的两端通过金属线引出。
81.实施例10：
82.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构的修调方法，包括以下步骤：
83.1)量测第一电阻阵列的实际阻值，记为r。
84.2)根据第一电阻阵列的阻值r，设定第二电阻阵列的修调目标值，记为n*r。
85.3)量测第二电阻阵列的实际阻值，记为r'。
86.4)判断(n*r-r')/(n*r)*100％＞1％是否成立，若是，则判定该电阻版图排布结构不合格，反之，该电阻版图排布结构合格，并进入步骤5)。
87.5)判断1％≥(n*r-r')/(n*r)*100％≥0.1％是否成立，若是，则进入步骤6)，否则，则进入步骤7)。
88.6)对第二电阻阵列中可修调背包电阻rn的粗调区域进行激光修调，并返回步骤5)。
89.7)判断0.1％≥(n*r-r')/(n*r)≥0.02％，是否成立，若是，则进入步骤8)，否则，结束修调，得到修调后的电阻版图排布结构。
90.8)对第二电阻阵列中可修调背包电阻rn的细调区域进行激光修调，并返回步骤7)。
91.采用四探针法量测第一电阻阵列的实际阻值和第二电阻阵列的实际阻值，量测点包括第一电阻阵列的两个端头和第二电阻阵列的两个端头。
92.实施例11：
93.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法适用于高精度高共模差动放大器中两个高度匹配的修调电阻陈列版图结构和修调方法，包括以下几个步骤：
94.1)将需要高度匹配的两个电阻中的较小的电阻设计为矩形，电阻宽度设计为15μm，电阻长度以实际需求的电阻值r来设定方块数。
95.2)较大的电阻阻值根据电路参数需求，设定为n*r，版图采用(n-1)条矩形r电阻与可修调背包电阻串联组合，(n-1)条矩形r电阻互相等间距平行放置，(n-2)条金属铝线蛇形联接(n-1)条矩形r电阻，在(n-1)条矩形电阻的两侧分别放置一条非连接矩形电阻条dummy图形。
96.3)首先量测小电阻的实际阻值r1。
97.4)根据实测小电阻阻值r1，设定大电阻的修调目标值为n*r1
98.5)修调大电阻的粗调区域。
99.6)修调大电阻的细调区域。
100.小电阻矩形条两侧分别各放置一条非连接矩形电阻条dummy图形，减小工艺加工过程中光刻、刻蚀不均匀性的影响，提高电阻精度，电阻两端铝线连接引出。
101.大电阻矩形条两侧分别各放置一条非连接矩形电阻条dummy图形，减小工艺加工过程中光刻、刻蚀不均匀性的影响，提高电阻精度，电阻两端铝线连接引出。
102.实施例12：
103.一种应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，具体内容为：
104.将需要高度匹配的两个电阻中的较小的电阻设计为矩形，电阻宽度设计为15μm，电阻长度以实际需求的电阻值和工艺提供的方块电阻来设定方块数。
105.需要高度匹配的两个电阻中的较大的电阻包含两部分，第一部分为基础匹配电阻版图，采用(n-1)条矩形r电阻串联连接，保证双电阻的基本匹配度。第二部分为可修调背包电阻，电阻编号为rn，n值根据电路设计需求灵活设置。
106.(n-1)条金属连接线m通过通孔蛇形联接(n-1)条矩形r电阻和可修调背包电阻rn。
107.金属连接线m
n-1
连接电阻r
n-1
的另一端和可修调金属背包电阻的一端。
108.通过上述版图结构设计，可以保证在工艺加工后两个电阻的匹配精度大于1％，大大降低了需要修调的电阻面积，提高了金属薄膜电阻的稳定性，减少了修调时间，提高了效率。
109.实施例13：
110.应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法，该方法主要通过以下步骤实现：
111.双电阻端头设置a、b、c、d四个修调测试pad。
112.首先采用四探针法，在a、b两个测试pad上量测小电阻的实际阻值r1。
113.采用四探针法在c、d两个测试pad上量测大电阻的实际阻值r2。
114.根据双电阻实测值计算，1％≥(n*r
1-r2)/(n*r1)*100％≥0.1％。
115.修调背包电阻的粗调a区域。
116.根据0.1％≥(n*r
1-r2)/(n*r1)≥0.02％。
117.修调背包电阻的细调b区域。
118.实施例14：
119.应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构，内容如下：
120.如图1所示，将需要高度匹配的两个电阻中的较小的电阻r设计为矩形，电阻宽度设计为15μm，电阻长度以实际需求的电阻值和工艺提供的方块电阻来设定方块数，电阻两端通过金属连接线引出，在电阻r的两侧分别放置一条非连接同形状矩形电阻条做dummy图形。
121.如图2所示，需要高度匹配的两个电阻中的较大的电阻包含两个部分，第一部分为基础匹配电阻，版图采用(n-1)条矩形r电阻蛇形串联连接，(n-1)条矩形r电阻互相等间距平行放置，(n-1)条矩形电阻编号为r1、r2……rn-1
。第二部分为可修调背包电阻，设置为0.5*r 80μm*80μm，电阻编号rn，修调目标值为n*r1，n值根据电路设计需求灵活设置。
122.(n-1)条金属连接线m通过通孔蛇形联接(n-1)条矩形r电阻，金属连接线的编号分别为m1、m2……mn-1
，金属连接线m1连接r1一端和r2的一端，金属连接线m2连接r2的另外一端和r3的一端，依次一一对应连接，金属连接线m
n-2
连接电阻r
n-2
一端和电阻r
n-1
的一端，在电阻r1和电阻r
n-1
的另外一侧分别放置一条非连接矩形电阻条dummy图形。
123.金属连接线m
n-1
连接电阻r
n-1
的另一端和可修调金属背包电阻一端。
124.金属连接线m
n-1
的宽度与小电阻r宽度一致。
125.金属连接线mn连接r1另一端和小电阻r的一端。
126.通过上述版图结构设计，可以保证工艺加工后两个电阻的匹配精度大于1％，大大降低了需要修调的电阻面积，提高了金属薄膜电阻的稳定性，减少了修调时间，提高效率。
127.实施例15：
128.应用于高精度高共模差动放大器的电阻版图排布结构及修调方法，内容如下：
129.1)在电阻旁边设置a、b、c、d四个修调测试pad点，修调测试pad点面积大于120μm*120μm，其中每个电阻均采用四探针法测试。
130.2)首先采用四探针法在a、b两个测试pad上量测小电阻的实际阻值r1，排除探针扎针与wafer的接触电阻和引线电阻干扰。
131.3)采用四探针法在c、d两个测试pad上量测大电阻的实际阻值r2，排除探针扎针与wafer的接触电阻和引线电阻干扰。
132.实际电路连线中，b和c两个pad可合并为一个测试pad。
133.测试pad与可修调薄膜电阻的金属连接线l1/l2/l3/l4必须与小电阻r宽度一致。
134.4)修调大电阻的粗调a区域。
135.4.1)修调测试程序中设置提取步骤2和步骤3中测试的双电阻实际阻值r1和r2，根据公式(n*r
1-r2)/(n*r1)*100％判定双电阻匹配比例。
136.4.2)如果(n*r
1-r2)/(n*r1)*100％＞1％，则判定此只管芯不合格，放弃修调。
137.4.3)如果1％≥(n*r
1-r2)/(n*r1)*100％≥0.1％，则修调r2电阻的背包粗调区域，采用边测试边修调的方式。
138.4.4)重复步骤4.3直至0.1％≥(n*r
1-r2)/(n*r1)*100％，停止在大电阻的背包电阻粗调区域激光修调。
139.5)修调大电阻的细调b区域。
140.5.1)如果0.1％≥(n*r
1-r2)/(n*r1)≥0.02％，则修调r2电阻的背包细调区域，采用边测试边修调的方式。
141.5.2)重复步骤5.1)直至0.02％≥(n*r
1-r2)/(n*r1)*100％，则停止在背包大电阻细调区域激光修调。
142.实施例16：
143.参见图8，一种高精度高共模差动放大器，其电阻为实施例1所述的电阻版图排布结构。