在上图中,红圈中的NMOS,它们的Bulk端没有接到地,而是接到各自的Source端,这种情况下,Layout应该怎么画呢?
首先,大致了解NMOS的Bulk端为什么不接地,而是接到Source?在有些电路设计中,NMOS的Vth太大,NMOS管不能正常工作,为了减少Vth(阈值电压),可能会使用低Vth的NMOS,在工艺允许时,也可能使用减少体效应的接法,把NMOS的Bulk接到Source端。上图就是使用该方法降低Vth的。
在本文中,将讨论上图接法的NMOS画法。
如果用常规的NMOS画法,把NMOS直接放在Psub上,Bulk端就会短接到地,显然该画法不可行。那么,有什么方法把Bulk端与Psub隔离?
在CMOS工艺中,常会用到Deep NWELL(DNW)隔离出PWELL,然后把需要隔离Bulk的NMOS做在该PWELL中,如下图。
放在DNW中的NMOS
DNW怎么起到隔离作用呢?下面是NW和DNW隔离出来的PW俯视图和剖面图。从剖面图中可以看到,通过DNW、NW接到VDD,PW与DNW(NW)形成反偏,从而PW与P substrate可以隔离开,NMOS放在PW中,Bulk端就不会短接到地上。
如果电路中,有多个Bulk端不接地的NMOS,且Bulk端电位也不一样,Layout应该怎么画?如下图,就是两个NMOS的Bulk端接到自己的Source端,电位不一样。那么只要用DNW和NW隔离出两个PW,就可以放两个Bulk电位的NMOS。
如果有更多的Bulk电位,以此类推。即使需要隔离出多个PW,DNW也可以共用一个,只要通过NW隔离出多个PW就可以。若是要做更好的隔离,可以不共用DNW,不过Layout面积会大点,没有特殊要求,一般会共用DNW,以达到小面积的Layout。
需要注意的是,有一些工艺,在其LVS Rule中,有NW ring隔离不同Bulk电位的Option。打开该Option时,围了NW ring的不同Bulk电位NMOS,跑LVS也可以过的、甚至ERC也没有报出Warning或者Error。下面的示意图,就是没有DNW,只有NW ring的情况,从剖面图中可以看到,隔离出的PW下面会直接短接到P substrate上。这种情况,可能导致电路失效,需要格外小心。