📐 高耐圧デバイスのレイアウト設計と最適化

Layout Design and Optimization for High-Voltage Devices

📘 概要｜Overview

高耐圧デバイス（LDMOS、HV-CMOS等）の信頼性には、物理レイアウト上の工夫が不可欠です。
Physical layout optimization is essential for the reliability of high-voltage devices such as LDMOS and HV-CMOS.

本章では以下の観点から最適化手法を紹介します：
This section covers optimization from the following viewpoints:

ガードリング設計｜Guard ring implementation
セル間距離の確保｜Spacing between devices
CMPダミーパターン配置｜CMP dummy fill strategy
絶縁境界と熱設計｜Isolation and thermal planning

🏗️ 設計項目と目的｜Design Items and Objectives

設計項目｜Item	目的｜Purpose	実装工夫｜Implementation
ガードリング Guard Ring	寄生トランジスタ抑制、電界集中緩和 Suppress latch-up and field stress	N+/P+接地リング、深ウェル併用 N+/P+ guard ring with deep well
セル間スペース Spacing	空乏層拡張、デバイス間絶縁 Depletion zone spacing, isolation	3〜5μm以上の空白確保 ≥ 3–5μm spacing
CMPダミー CMP Dummy	研磨ムラ抑制（dishing/erosion） Reduce CMP dishing	Dummy metal配置による密度調整 Dummy metal for density balance
熱設計 Thermal Design	熱集中回避、放熱促進 Prevent thermal hotspots	拡張パッド、幅広配線など Wide traces and thermal pads

🧪 CMPダミーパターン｜CMP Dummy Fill

CMP（Chemical Mechanical Polishing）工程ではパターン密度差が問題となります。
Pattern density variations can cause dishing or erosion during CMP.

配線層例｜Interconnect Example

┌─────┐      ┌─────┐
│配線A│      │配線B│      ← 密度差あり
└─────┘      └─────┘

↓ Dummy挿入（非機能）
░░░░░░░      ░░░░░░░

電気的には機能しないが、機械加工での均一性を確保
Dummy metal does not carry current but improves polish uniformity
PDKでの密度制限（例：10〜70%）に従う必要あり
Follow dummy density rules in PDK (e.g., 10–70%)

🧯 ガードリングとラッチアップ対策｜Guard Rings & Latch-up Protection

N+/P+リングを高電圧端子周囲に配置
Place N+/P+ guard rings around HV nodes
GNDまたはウェルへ接続し、寄生npn/pnpを封じ込め
Tie to GND or well to block parasitic paths
LDMOSではリング多重化やDeep N-Wellの利用
In LDMOS, use multiple rings and deep wells

📚 教材的意義｜Educational Relevance

量産レベルの物理設計感覚を身につける
Develop layout awareness for mass production
微細な製造制約（ばらつき、ノイズ、ラッチアップ）を実感
Understand real-world limits like variation and latch-up
テープアウト設計段階での必須視点を学ぶ
Acquire critical knowledge for tape-out phase

🔗 関連リンク｜Related Topics

📘 応用編第2章｜高耐圧デバイス全体README
章全体の構成と関連技術の導入
Chapter 2 Top: Overview of high-voltage devices and structure of this section
dvdt.md
dv/dt破壊と連動するレイアウト的配慮
Layout design for dv/dt protection
chapter5_soc_design_flow
配置配線設計とDRCルール
Place-and-route and DRC considerations
chapter6_test_and_package
CMPばらつきと電気テスト品質の関係
CMP variation and its test impact