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本日我们就来讲一讲看似大略却又不可短缺的Seal ring在这个中的浸染,当我们完玉成部芯片的版图设计后每每要在外围给它加个围墙,保护最为宝贵的它不受到侵害,就像是中间的屋子盖好了,表面再拉一个围墙一样。
认识它--Seal ring是什么?

从layout角度看,seal ring是一个由diff(有源区)、 contact(过孔)、 via(通孔)和metal(金属)等layer(层次)按照一定的规则叠加组成的图形,(参照所给的design rule严格的画)。
从工艺角度看,seal ring是一种金属层、氧化层、钝化层构造。像一圈堤坝,将芯片围在圈内保护起来。
从晶圆角度看,seal ring是介于芯片(chip)和划片槽(scribe line)之间的(保护)环。
不同的角度,不同的理解,就会有不同得定义,首先来理解下,Seal ring有什么用吧?
Seal ring的浸染便是防止芯片在切割的时候受到机器损伤,还有一些搭顺风车来得浸染,我们理解下:
a) 把Seal ring接地,屏蔽芯片外的滋扰;
b) Seal ring可以防止潮气从侧面断口侵入;
c) 将切割所产生的静电就近接地,再由切割时临近的Seal ring共同分摊所产生的电流,将对die本体的冲击降到最小。
Seal ring就像是芯片的长城一样,从四周环抱包围,防止划片(芯片切割)时侵害到内部电路,其余还能防止外界灰尘进入芯片内部。
Seal ring是为了保护真正芯片的部分留有这个保护,划片刀砍下去的时候是在这个ring的表面砍下去的。(有些时候为了节省IC的面积,就干脆不做Seal ring了,只是留一个buffer的宽度在IC的表面 ,这种大家还是别这样了,为了祖国得IC品质,还是跟老板争一争吧)。
电路中一样平常都不许可利用长条打仗孔或者过孔的。但是Seal ring上的打仗孔和过孔。一样平常都哀求利用一个整条的长方形孔,全体一周形成护城河形式,这个是由于Seal ring在切片过程中防止水汽进入芯片内部电路,而护城河形式的孔可以很好的接管切片过程中所形成的水汽。
Seal ring外有划封线(Scribe line),Scribe line是用来分裂芯片的,为避免造成对内部电路的毁坏,以是Seal ring到内部电路有10um间隔哀求。
在Scribe line上切割时,可能有应力浸染到chip内部,加Seal ring可以阻挡切割时产生的缝隙破坏到芯片。相邻的contact,via层的图形必须错开。有时contact,via并不是画成一个一个小方块。而是一个长条。
版图中有两个与Seal ring相似的兄弟,可能会让一些人感到迷惑也可能会稠浊各自的浸染,一个是Guard ring一个是Scribe line,大略的帮助大家区分一下:
(1).Seal ring(封装条)与Guard ring(保护环)是不同的。
Seal ring是在芯片IO ring 之外的密闭环(所用层基本涵盖所有mask layer);Guard ring常日用于电路内部block与block之间的隔离,所用层常日是nwell 或psub,或两者一同利用。
(2).Seal ring(封装条)与Scribe line(划片槽)的差异。
Scribe line,是把芯片从晶圆上切下来的线,是要实际走刀子的地方,而Seal ring是围在芯片周围的一圈从衬底到最上层金属全部都打一圈的保护圈。Seal ring,它的浸染有两个:紧张浸染是防止芯片在切割的时候的机器损伤,尤其是芯片的四个角一样平常都不放主要器件;其次的浸染是Seal ring接地,屏蔽芯片外的滋扰。
Seal ring的实例图层解析
如图所示这是一个28nm工艺的 design rule Seal ring构造图
其包含Seal ring enhanced zone 须要的space 6um
Seal ring wall 须要10um
Scribe line 须要8um
ntc1121工艺下2层metal的seal ring 在layout中的构造
全体Seal ring在芯片的位置其工艺下的seal ring由以下层次组成 DIFF注入,CONTACT 孔, M1, VIA1, M2
接下来一层一层演示:
DIFF注入
DIFF注入,CONTACT 孔
DIFF注入,CONTACT 孔,M1
DIFF注入,CONTACT 孔,M1,VIA1.M2
版图中如何下手:seal ring怎么画,怎么放,怎么接?
1.seal ring怎么画?
如果不想承担什么风险, 给芯片添加seal ring这件事可以交给foundry,出钱就行。不过多数时候我们宁肯自己动手去做这些事情。一样平常情形下foundry都会在design rule中清楚的规定seal ring的构造及尺寸。常见的seal ring会将工艺中所有的层都列出来,并标明 dark or clear,用这里的dark和clear去对照工艺制作过程中这些layer的dark或clear,如果同为dark或clear则seal ring上面有这层,反之则seal ring上没有这层。
根据履历,建议自己去画这个seal ring。一方面,design rule上面一样平常都会给的很清楚,并非难事。另一方面,也是自己对芯片的可控性问题。
design rule中的contact和via都是我们常用的方孔,固定尺寸的。这是工艺中实际实验出来的最优的方案。但是seal ring一样平常情形下都是采取的是长孔,像环一样的包围起来,起到像长城阻挡外围的浸染。
seal ring一样平常要离芯片core有一定的间隔,如果芯片面积宽松可以参考design rule,由于rule的规定常日比较大;当然出于本钱的考虑,我们宁肯根据流片履历自己定义。一样平常design rule上的这个间隔是守旧的。
2.seal ring怎么放?
seal ring表面有划封线,这个是用来分裂芯片的,为避免造成对内部电路的毁坏,以是seal ring到内部电路有10um间隔哀求。
3.seal ring怎么接?
一样平常的PSUB工艺都会将seal ring做成P+的,接到芯片的ground,而其浮空一样平常也不会有影响;无分外情形不能接到power。
最好不要用metal1去将core和seal ring连接在一起,而是用其它上层 metal,但是有的工艺却是指定最好是用metal1去连接。如果有diff层连到seal ring, 在靠近seal ring的diff上面做一小段salicide构造(常日是加rpo或sab),这样对防止ESD绝对好处大大的。
如有须要开槽的宽金属连接到seal ring,请只管即便不要在靠近 seal ring的地方开槽,非开槽不可的话那只管即便开的小点,这些都是防止外界的杂质等进入芯片。这个是要特殊把稳的,连接到seal ring上面的宽金属slot要小心。
关于Seal ring的先容就到这里了,课后留给大家一个小问题,希望大家积极与我们参与互动。如果对付Seal ring还有什么其他问题,也欢迎同学们参与回答提出问题,我们会及时为你解惑答疑。
一课一练:Seal ring与内部电路之间为什么规有10um的间隔?