小白看懂 SRAM 版图结构

用分层、连线、打孔和简化示意图
理解 SRAM 版图的基本逻辑

学完本页，你将理解：

  • 什么是 SRAM 版图，和电路图有什么区别
  • 芯片为什么要分层，每层各做什么
  • Contact 和 Via 的作用
  • SRAM Cell 版图的基本构成
  • 为什么版图强调对称与规则
  • 从器件层到金属层的完整连接路径

什么是 SRAM 版图？

本节要点：版图是电路的物理实现方案——告诉你"怎么在硅片上做出来"。

在之前的课程里，你已经了解了 SRAM 的电路结构：6 个晶体管怎么连在一起，怎么读、怎么写。

但电路图只告诉你"谁连谁"，并不关心这根线具体画在芯片的哪个位置、用什么材料做。

版图是什么？

  • 版图（Layout）是电路在芯片上的几何表达
  • 它定义了每个器件的位置、形状、尺寸
  • 它规定了不同层的图形如何叠加，才能制造出正确的电路

一句话理解

电路图是"逻辑蓝图"，版图是"施工图纸"。同一套电路逻辑，可以有不同的版图实现方案。

从抽象到物理

电路图：逻辑连接关系
↓
版图：每层的几何图形
↓
制造：光刻、沉积、刻蚀

从"电路图"到"版图"的认知转换

电路图告诉你谁连谁，版图告诉你怎么在芯片上把它做出来。

电路图视角

交叉耦合反相器对 INV1 INV2 Q Q̅ M5 (BL) M6 (BLB) 关注：逻辑连接关系

版图视角

多层图形叠加 Metal2 Metal1 Poly (Gate) Active (Source/Drain) 硅衬底 关注：物理位置与尺寸
关键区别：电路图中的"一根线"，在版图里可能对应不同层的金属走线，中间还可能需要经过 Via 或 Contact 才能连通。

芯片版图为什么要分层？

芯片不是在一个平面上乱画，而是像多层透明叠片一样，每层负责不同功能。

芯片的制造过程，是一层一层叠加上去的。每一层有自己特定的材料、特定的功能：

分层类比

  • 硅衬底——地基
  • Active 层——定义哪里"盖房子"（晶体管区域）
  • Poly 层——房子的大门（栅极）
  • Metal 层——道路系统（连线）
  • Contact / Via——楼层之间的电梯（层间连接）

不同层各司其职，叠加在一起才能构成完整的电路功能。单独看某一层只是平面图形，所有层叠在一起才是真正的芯片结构。

Metal2 — 跨越式长距离连线
Via — 连接不同金属层
Metal1 — 局部连线
Contact — 器件到金属的连接
Poly — 栅极
Active — 有源区（晶体管）
硅衬底 — 基础

鼠标悬浮在各层上可查看交互效果

常见层介绍

每一层都有独特的颜色标识和功能角色，这是读懂版图的第一步。
Active / Diffusion
Active — 有源区
用于形成晶体管的源极（Source）和漏极（Drain）区域，是 MOS 管的物理基础。Active 区域定义了芯片上"哪里有晶体管"。
Polysilicon
Poly — 多晶硅
用于形成晶体管的栅极（Gate）。当 Poly 横跨 Active 时，交叉处就会形成一个 MOS 晶体管——这是版图中最核心的器件形成规则。
Contact
Contact — 接触孔
把器件层（Active 或 Poly）与第一层金属 Metal1 连接起来的小孔。没有 Contact，信号就无法从晶体管传到金属连线。
Metal1
Metal1 — 第一层金属
第一层金属连线，负责局部短距离连接。通过 Contact 与器件层连通，是版图中连接密度最高的金属层。
Via
Via — 通孔
连接不同金属层之间的通道，最常见的是连接 Metal1 和 Metal2。Via 让信号可以在不同金属层之间上下贯通。
Metal2
Metal2 — 第二层金属
更高一层的金属连线，常用于跨越式或更长距离的连接。在 SRAM 中，Metal2 通常承载电源线或重要信号线。

什么是打孔：Contact 和 Via

Contact 连接器件层到 Metal1，Via 连接 Metal1 到 Metal2。没有它们，层与层之间就是断开的。

Contact vs Via

  • Contact：连接器件层（Active、Poly）到 Metal1
  • Via：连接金属层与金属层（如 Metal1 到 Metal2）

简单记：Contact 是"器件层上天"，Via 是"楼层之间打洞"。

点击查看不同状态：

Metal2 Via Metal1 Contact Poly Active 硅衬底 信号方向

SRAM Cell 版图简化示意图

这是教学简化图，不是 foundry 级真实版图。目的是帮你看懂 Cell 版图的基本构成。
Active Poly Contact Metal1 Via Metal2
教学简化图 — 展示 SRAM 6T Cell 的基本版图构成 BL BLB VDD VSS

图层开关演示

勾选或取消图层，直观感受版图是由多层叠加而成的。
勾选上方的层，查看每一层在版图中的作用。
Active Active Poly (Gate) CT CT Metal1 Via Metal2

打孔路径演示

看看没有 Contact 和 Via 时，信号为什么传不上去；加上之后，路径怎么一步步贯通。
点击上方按钮查看打孔路径的变化过程。
Metal2 Via Metal1 Contact Poly Active 硅衬底 信号方向

为什么 SRAM 版图强调对称与规则？

SRAM 是高密度重复单元，对称和规则是阵列化制造和性能稳定的基础。

核心原因

  • 高密度重复：一个芯片上有成千上万个 SRAM Cell，必须能整齐排列成阵列
  • 对称匹配：交叉耦合反相器的两个分支必须对称，才能保证 Q 和 QB 的匹配性
  • 制造良率：规则图形更容易光刻，减少制造缺陷
  • 布线效率：统一尺寸便于电源线、位线、字线整齐排布
  • 面积优化：紧凑排列节省芯片面积，降低成本

规整对称的版图

规整、对称、易阵列化

杂乱无章的版图

不规则、面积浪费、难制造

小测验

检验一下你对 SRAM 版图的理解，共 6 道题。

总结

  • 版图是电路的物理实现：电路图描述逻辑关系，版图描述在硅片上的几何图形和制造方案。
  • SRAM 版图由多层共同构成：不同层承担不同功能，叠加在一起才形成完整的电路。
  • Active / Poly 定义器件基础：Active 定义有源区，Poly 形成栅极，两者交叉处创建晶体管。
  • Contact / Via 负责上下连接：Contact 连接器件层到 Metal1，Via 连接不同金属层。
  • Metal 层承担连线功能：Metal1 负责局部连接，Metal2 负责更远距离的跨越式连接。
  • SRAM 版图强调规则、对称、紧凑：这有利于阵列化制造、提高良率、优化面积和性能匹配。
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