Metal 线宽如何选择

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Metal 线宽如何选择

假如Metal是为了传输电流，则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

• 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。
• 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。
• 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)

• 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。
• 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。
• 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。

Metal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。

金属宽度首先要满足电流条件

1. 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。
2. 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。