[发明专利]用于电元件的串联和并联组合的系统和方法

说明书

本申请要求于2011年3月22日提交的临时申请第61/466,421号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及电子电路的设计。更具体地，本发明涉及用于实施半导体电路中的部件值的方法。

背景技术

在半导体芯片或晶片上形成的半导体电路包括多种类型的电路元件，包括例如电阻器、电容器、电感器、晶体管等。这些元件必须以该元件的值或性能满足包含它们的电路的要求的方式在半导体芯片上产生。

任何半导体材料具有特定的特性，且这些特性中的一些使得构造在半导体上的元件将具有全部或部分地依赖于该元件所占据的面积的特定值。包括电阻器、电容器和电感器的多个元件因此通常以鉴于半导体的特性将导致由期望的电路设计指定的特定值的尺寸的几何形状来产生。

例如，假设半导体具有300Ω每平方的片电阻，即，当电流流过半导体表面上1微米乘1微米的面积时，它经受300欧姆（Ω）的电阻。因此，预期以1微米宽度和10微米长度构造的电阻器将具有电阻3000Ω（或者3千欧（KΩ）；1000Ω=1kΩ）的电阻，因为经过电阻器的电流沿电阻器的长度方向流过十平方的电阻器。

然而，这种基于某些假设的预期通常被证明是不正确的。例如，元件的物理尺寸容易受到制造过程中的误差或变化的影响，这可能无法可靠地或反复地制作为了获得电阻器的期望值而确定的精确尺寸。假设需要3kΩ的电阻器，所期望的1微米乘10微米的实际尺寸在每个方向上变化0.03微米。基于这种变化的方向，一个实例中，实际电阻器可以是0.97微米宽9.97微米长，对于总面积为9.6709平方微米并且实际电阻为2901.27Ω的情况，变化超过3%。可替选地，电阻器可以是1.03微米宽10.03微米长，对于总面积10.3309平方微米并且电阻为3099.27Ω的情况，同样与期望值的差异超过3%。如果长度和宽度的变化小于0.03微米，或者变化方向相反，则将获得在这两个端值之间的其它电阻。

除了这个有关获得电阻器的精确绝对值的问题之外，有时甚至更期望获得两个电阻的值之间的精确比率。例如，考虑到需要1比1.7273的电阻比率的情况。这可以在理论上通过传统方式在芯片上构造如下两个电阻器来实现：一个电阻器1微米宽且10微米长，而另一个电阻器1微米宽且17.273微米长。

但是，假设：由于制造过程使得这些尺寸都被侵蚀了0.1微米。则第一电阻器将是0.9微米长乘9.9微米宽，面积为8.91平方微米，而第二电阻器将是0.9微米长乘17.173微米宽，面积为15.4557平方微米。由此得到的两个电阻器之间的比率现在为1.7346，而不是所期望的1.7273，误差恰好超过-0.42%。尽管这看起来很小，但是这种误差足以降低半导体芯片上的电路的精度或性能。

此外，电阻器的电阻由于材料的“体电阻”的变化可能与预期的有所不同。这通常是由于用于制作电阻器的硅层的厚度变化所导致，以及由于在制造电阻器时注入硅中的杂质材料的量的变化所导致。

再进一步，关于在半导体芯片上构造元件，需要与材料建立连接。例如，在芯片上构造多晶硅电阻器必须具有接触孔，并且有时在每一端具有不同的掺杂浓度，以用于金属轨迹建立良好接触。接触孔及相关特性引入了“端效应”，这通常是与目标电阻串联的不必要的附加电阻，因此要添加到所设计的电阻值。通常，这种附加电阻在很大程度上依赖于如何准确地在芯片材料中切割接触孔；这也会造成与期望值的差异或误差，产生出比目标电阻高的电阻，并且由于不能精确地得知不必要的端效应电阻，因此难以精确地对不同的值进行匹配。

再次，假设：期望构造比率为1比1.7273的两个电阻器，其中一个电阻器为1KΩ，另一电阻器为1.7273KΩ。即使将电阻器构造为精确的尺寸以得到这些值，如果向每个值加入例如100KΩ的“端效应”，则作为有效的1.1KΩ与1.8273KΩ之间的比率变为1.6612，而不是期望的1.7273，几乎4％的误差。再次地，这会显著地改变期望电路性能。

另一个问题是，芯片设计过程通常包括“放置和布线”阶段。这通常通过软件来自动执行，并且顾名思义，其是由两个步骤组成，放置和布线。第一步骤，放置，涉及确定电路中的部件应当“布置”或应当位于芯片上那些通常有限的空间中的何处。接下来是布线，其中确定在何处放置所布置的元件之间所需的连接。布线步骤的目的在于，在遵守预期的制造过程的规则和限制的同时实施所有期望的连接。