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CMOSに関する名称(1)

CMOS アナログ回路に関する名称を基板レベルから細部にわたる形で見ていきます。

基板上では、集積回路素子はIC(Integrated Circuit)と呼ばれ、容量や抵抗等の他の素子と区別されています。

ele8_1.jpg

なお、集積回路にまつわる用語については Wikipedia を参照ください。

次に、ICの形状についてです。
ICは様々な形状のパッケージがあります。DIP, QFP, BGA がよく見られる形状かと思います。(上の図はQFPです)(パッケージ全体はここを参照ください)
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CMOSに関する名称(2)

次に、ICのパッケージの中身です。

だいたいのものが

リード(Leadframe)(BGA の場合はボール(Ball))と呼ばれる基板上で実際にはんだ付けされる部分
ボンディングワイヤ(Bonding Wire)と呼ばれるリードとダイをつなぐ針金
ダイ(Die)(チップとも)と呼ばれる半導体素子が実際に入っているシリコンでできた部品

の3つからできています。
なお、ダイを衝撃や水分から守るため周りを覆うプラスチック部分をモールド(Mold resin)と呼びます。

ele8_2.jpg

設計者が設計した回路が入っているダイにはパッド(Pad)と呼ばれる窓が開いており、ボンディングワイヤはそのパッドに接続されます。

ele8_3.jpg

ele8_4.jpg

CMOSに関する名称(3)

ここから、実際の半導体素子等の名称に移っていきます。

ダイ上に形成されている素子等は層状の構造をしていますので、断面図を使って説明します。

ele8_5.jpg

下から見ていきます。
ダイは通常、P基板と呼ばれるP型半導体上に素子等を作りこんでいきます。P基板にはPMOSが作成できないため、PMOSを形成する領域は大きなN型半導体の上になります。この大きなN型半導体領域がNウェルです。実際のソースやドレイン端子は拡散層と呼ばれる部分です。ゲート端子はポリシリコン(略してポリ)で作られるのが一般的です。さらにP基板やNウェルの電圧を決めるための端子も拡散層で形成され、それぞれサブコンウェルコンなどと呼ばれます。(アナログ回路ではサブコン、ウェルコンは素子を1周ぐるっと囲む形が普通ですのでガードリングとも呼ばれます)

次に、この半導体素子とパッドをつなぐ配線領域を見ていきます。
配線領域はプロセスに応じて何層まで使えるかが決まっています。横方向が実際の配線部分で下から1メタル2メタル3メタル…という風に呼び分けます。拡散層と1メタルをつなぐ縦方向の穴はコンタクト、配線層どうしをつなぐ穴はビアと呼ばれます。ビアはさらに、1メタルと2メタルをつなぐのが1ビア、2メタルと3メタルをつなぐのが2ビア…という風に呼び分けます。パッドは一番上のメタル層のうち絶縁膜が取り除かれた部分となります。パッド部分はすべての層のメタルとすべての層のビアが置かれることが普通です。(ボンディングワイヤを打ち込むときに強い衝撃が加わっても大丈夫なようにするためです)

CMOSに関する名称(4)

MOSの実際の構造を見たついでに、アナログ回路で必要となる抵抗素子や容量素子の構造も見てみます。

ele8_6.jpg

抵抗素子はゲートにも使われるポリに追加加工したものを用いるのが一般的です(ポリ抵抗)。そのほかに拡散層(拡散抵抗)やNウェル(ウェル抵抗)なども抵抗素子として利用できます。

容量素子は2つの層を使って平行板容量を作ります。ゲートポリとP型半導体の拡散層を用いたゲート酸化膜容量、ゲートポリともう一層別のポリシリコン層を用いた PiP容量、2つの隣接するメタル層を用いた MiM 容量がよく使われます。
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Author:たみひかのろ
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目標であったオペアンプの設計に6年かけて到達しました。ここからは応用的な内容を書ける限り書いていきたいと思います。

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