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版图中Metal 线宽选择
一 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。
二 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design
rule），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。
三
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。
说明一下，非原创，论坛里有人将这几句话分成三个文件作为资料下载，觉得太黑，整理了一下做成帖子。 |
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发表于 2015-9-25 14:18:28
发表于 2015-9-25 15:19:33
