需要学生了解的知识点答案

1、第一组：简述短沟道效应和窄沟道效应短沟道效应主要是指阈值电压与沟道相关到非常严重的程度。沟道长度减小到一定程度后,源、漏结的耗尽区在整个沟道中所占的比重增大,栅下面的硅表面形成反型层所需的电荷量减小,因而阈值电压减小。同时衬底内耗尽区沿沟道宽度侧向展宽部分的电荷使阈值电压增加。当沟道宽度减小到与耗尽层宽度同一量级时，阈值电压增加变得十分显著。短沟道器件阈值电压对沟道长度的变化非常敏感。当场效应晶体管的沟道宽度源和漏结的耗尽层宽度时，即为所谓“窄沟道”器件。在器件结构的尺寸缩小时，不仅沟道长度变短，宽度也将按同比例在缩小，于是就会出现窄沟道器件。器件的阈值电压等性能因为沟道变窄而发生变化的现象即

2、称为窄沟道效应晶体管的阈值电压升高。第二组：简述salicide、silicide、polycide工艺首先，这三个名词对应的应用应该是一样的，都是利用硅化物来降低连接电阻。其中，SILICIDE就是金属硅化物，是由金属和硅经过物理化学 反应形成的一种化合态，其导电特性介于金属和硅之间，而POLYCIDE和SALICIDE则是分别 指对着不同的形成SILICIDE的工艺流程，下面对这两个流程的区别简述如下：POLYCIDE： 其一般制造过程是，栅氧化层完成以后，继续在其上面生长多晶硅(POLY-SI）， 然后在POLY上继续生长金属硅化物（silicide），其一般为 WSi2 （硅化钨）和

3、TiSi2 （硅 化钛）薄膜，然后再进行栅极刻蚀和有源区注入等其他工序，完成整个芯片制造。SALICIDE: 它的生成比较复杂，先是完成栅刻蚀及源漏注入以后，以溅射的方式在POLY上 淀积一层金属层（一般为 Ti,Co或Ni），然后进行第一次快速升温煺火处理（RTA），使多晶 硅表面和淀积的金属发生反应，形成金属硅化物。根据煺火温度设定，使得其他绝缘层（ Nitride 或 Oxide）上的淀积金属不能跟绝缘层反应产生不希望的硅化物，因此是一种自对 准的过程。然后再用一中选择性强的湿法刻蚀（NH4OH/H2O2/H20或H2SO4/H2O2的混合液）清除 不需要的金属淀积层，留下栅极及其他需要

4、做硅化物的salicide。另外，还可以经过多次煺火 形成更低阻值的硅化物连接。跟POLYCIDE不同的是，SALICIDE可以同时形成有源区S/D接触的 硅化物，降低其接触孔的欧姆电阻，在深亚微米器件中，减少由于尺寸降低带来的相对接触 电阻的提升。另外，在制作高值POLY电阻的时候，必须专门有一层来避免在POLY上形成SALICIDE ，否则电阻值就上不了哈。Salicide 可以减小栅极和源漏电阻Polycide 可以减小栅极电阻POLYCIDE与SALICIDE工艺结构图POLYCIDE工艺结构图（1）POLYCIDE工艺结构图（2）SALICIDE工艺结构图（1）SALICIDE工艺结

5、构图（2） POLYCIDE与SALICIDE两种工艺目的POLYCIDE1. 减小栅极电阻SALICIDE1. 减小栅极电阻;2. 减小源漏接触电阻第三组：IC工艺上隔离分哪两种？其区别在哪儿？分locos隔离和STI隔离Locos隔离是厚氧隔离，STI是浅沟道隔离STI的概念STI是Shallow Trench Isolation的缩写，STI压力效应就是浅槽隔离压力效应。为了完成有源器件的隔离，在它周围必须形成绝缘侧壁，在较为先进的CMOS工艺制成中，通常用STI的方法来做隔离。浅槽隔离利用高度各向异性反应离子刻蚀在表面切出了一个几乎垂直的凹槽。该凹槽的侧壁被氧化，然后淀积多晶

6、硅填满凹槽的剩余部分1。在substrate挖出浅槽时会产生压力的问题。由于扩散区到MOS管的距离不同，压力对MOS管的影响也不同。所以对于相同长宽两个MOS管，由于对应的扩散区长度的不同而造成器件性能的不同。第四组：用固体能带理论来解释导体、半导体、绝缘体简单来说，绝缘体理论上是不导电的，就是说你随便怎么加电，都没有电流产生，因为绝缘体中是没有自由电子；导体导电性好，只要加电，就会产生电流，因为导体中有大量的自由电子，在电场作用下朝一个方向移动，产生电流；半导体相对复杂一些，不同的半导体导带中的自由电子数量不一样（虽然不同导体自由电子也不一样，但平均来说，半导体的自由电子量级是远远低于导体）

7、，如本征半导体，导电性非常差，因为电子和空穴的数目相等，而掺杂半导体根据掺杂类型的不同，P型中空穴较多，N型中电子较多，这样在电场作用下就会产生电流。深入到具体理论，需要从能带角度来解释，这个相对要深一些。本征半导体在绝对零度是不导电的，因为导带中没有电子，在温度、光照等作用下，价带电子跃迁到导带形成自由电子，价带中形成空穴，这就是电子空穴对；掺杂半导体杂质原子提供电子或空穴。而导体的导带是半满带，本身就有大量自由电子，不需要激发跃迁，所以导电性好。绝缘体因为禁带宽度很大，因此价带上的电子很难跃过禁带跃迁到导带，导带上没有电子就不导电。第五组：什么是Bipolar工艺，什么是Cmos工艺，什么

8、是Bi-cmos工艺，什么是BCD工艺双极器件，bipolar，是以PN-PN结为基础的器件 CMOS指互补金属氧化物(PMOS管和NMOS管)共同构成的互补型MOS集成电路制造工艺，它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间看，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管(BJT)效率要高得多，因此功耗很低。BCD工艺概述 Overview of BCD Process 是一种单片集成工艺技术。1986年由意法半导体（ST）公司率先研制成功，这种技术能够在同一芯片上制作双极管bipolar，CMOS和DMOS 器件，称为BCD工艺。了解BCD工艺的特点，需

9、要先了解双极管 bipolar，CMOS和DMOS器件这三种器件的特点，详见表1。$ j& D, P' k1 D( g 表1 双极管Bipolar,CMOS和DMOS器件的特点 器件类别 器件特点 应用 双极器件 两种载流子都参见导电,驱动能力强,工作频率高,集成度低 模拟电路对性能要求较高部分(高速、强驱动、高精度) 3 1 n$ 6 h# s7 Y CMOS器件 集成度高,功耗低 适合做逻辑处理,一些输入,也可以做输出驱动 DMOS器件 高压大电流驱动(器件结构决定漏端能承受高压,高集成度可在小面积内做超大W/L) 模拟电路和驱动,尤其是高压功率部分,不适合做逻辑处理.)

10、BCD工艺把双极器件和CMOS器件同时制作在同一芯片上。它综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMOS集成度高、低功耗的优点，使其互相取长补短，发挥各自的优点。更为重要的是，它集成了DMOS功率器件，DMOS可以在开关模式下工作，功耗极低。不需要昂贵的封装和冷却系统就可以将大功率传递给负载。低功耗是BCD工艺的一个主要优点之一。整合过的BCD工艺制程，可大幅降低功率耗损，提高系统性能，节省电路的封装费用，并具有更好的可靠性。 第六组：衬底噪声产生的原因，及解决方法衬底噪声产生原因：源、漏-衬底pn结正偏导通，或者电源连线接点引入的串绕，使得衬底电位会产生抖动偏差，这称为衬底噪声。 解决方法：

11、 对于轻掺杂的衬底，要用保护环把敏感部分电路包围起来 把gnd和衬底在片内连在一起，然后由一条线连到片外的全 局地线,使得gnd和衬底的跳动一致，也可以消除衬底噪声。 场屏蔽作用：每个block外围一层金属（ptap），使每单元 模块同电势，而且模块之间不相互影响。 第七组：什么是WPEWPE的概念在离子注入制造工艺时，原子从掩模板的边沿开始扩散，在阱边附近的地方硅片表面变得密集，如图2所示。结果就是，阱表面浓度会随着距离掩模板的边沿的远近而有所不同，因此整个阱的掺杂浓度是不均匀的，如图2中的a)所示。这种不均匀造成MOS管阈值电压的不同，还有其它的电性能也有所不同，它会随着距离阱边距离的不同

12、而不同，如图2中的b)所示。这种现象就是我们常说的阱邻近效应（WPE：Well Proximity Effect）2。Wpe: 井邻近效应（well edge proximity(接近、邻近、感应器)effect）WPE效应根本的原因是: 植入的离子在光阻材料上发生了散射，在光阻边缘, 散射离子进入到阱硅表面，影响了边缘区域的掺杂浓度。考虑WPE的影响主要表现在三个方面：阈值电压、迁移率及体效应。CMC（Compact Model Council）紧凑模型协会对WPE模型进行了拓展。上述定义较为宽泛，因为一般来讲应该有三种情况：1，形成N型阱；2，形成P型阱；3，形成深N型埋层；在另一资料中有

13、这样的说明：深阱为闩锁效应保护提供了低电阻路径，并且抑制了双极型增益，深埋层也是NMOSFET隔离三阱的关键。然而，深埋层影响了光阻边缘器件。一些离子在光阻上散射到光阻边缘的硅表面上，改变了这些器件的阈值电压。据观察阈值偏差可以达到20-100mV，横向范围约3-10um, 在硼深反型P阱中，磷深反型N阱中及被三阱隔离的P阱中都可以观察到。需要注意的是: 深埋层的顺序在不同工厂会有所不同，比如IBM：STI -> NW -> PW -> DNW，TSMC：STI -> DNW -> PW -> NW。相对而言，TSMC的深埋层对隔离P型阈值影响要小些。如何减

14、少或避免WPE/STI效应对IP模块设计的影响随着深亚微米工艺的发展，CMOS制造工艺对设计的影响也越来越大。在0.18um以前都可以忽略的工艺影响，在工艺一步一步发展的情形下，制造工艺所带来的影响变成了芯片设计中不可忽视的因素。本文诠释了制造工艺的两个重要效应：STI、WPE。通过对两种效应的分析，提出了在芯片设计阶段考虑它们的必要性。特别是针对IP模块级别的设计，本文给出了在电路设计阶段和版图设计阶段时，如何减小或者避免这两种效应的方法，并且分析和讨论这些方法的优缺点。STI的概念STI是Shallow Trench Isolation的缩写，STI压力效应就是浅槽隔离压力效应。为了完成有

15、源器件的隔离，在它周围必须形成绝缘侧壁，在较为先进的CMOS工艺制成中，通常用STI的方法来做隔离。浅槽隔离利用高度各向异性反应离子刻蚀在表面切出了一个几乎垂直的凹槽。该凹槽的侧壁被氧化，然后淀积多晶硅填满凹槽的剩余部分1。在substrate挖出浅槽时会产生压力的问题。由于扩散区到MOS管的距离不同，压力对MOS管的影响也不同。所以对于相同长宽两个MOS管，由于对应的扩散区长度的不同而造成器件性能的不同。WPE的概念在离子注入制造工艺时，原子从掩模板的边沿开始扩散，在阱边附近的地方硅片表面变得密集，如图2所示。结果就是，阱表面浓度会随着距离掩模板的边沿的远近而有所不同，因此整个阱的掺杂浓度是

16、不均匀的，如图2中的a)所示。这种不均匀造成MOS管阈值电压的不同，还有其它的电性能也有所不同，它会随着距离阱边距离的不同而不同，如图2中的b)所示。这种现象就是我们常说的阱邻近效应（WPE：Well Proximity Effect）2。 设计中减小、避免STI、WPE效应的重要性STI效应STI带来的压力对器件性能有重要影响，特别是电流Idsat和阈值电压Vth。而这些效应是非常重要的，在仿真器件性能的时候必须包含在内，而MOS管的特性与版图的设计又是息息相关的（图3）。   下面通过一组实验数据看看STI的压力对于MOS管漏端电流Ids的影响。横轴

17、是不同的Vgs值（图4）。测试STI的压力对于PMOS管和NMOS管的漏端电流的影响。工艺是0.13um，PMOS管和NMOS管为3.3V，length=0.6um, width=24um，此处设置sa=sb。我们可以看出，这种压力对于PMOS管和NMOS管的影响正好相反。PMOS管：电流随SA(SB)的增大而变小；NMOS管：电流随SA(SB)的增大而增大。测试STI的压力对于gm的影响，横轴是不同的Vgs值（图5）。在Sa=Sb=0.345um，Sa=Sb=1.5um，两种条件下，对于一个length=0.15um的PMOS，相差约有3%，对于一个length=0.6um的PMOS，相差约

18、有10%。而这些差异，仅仅是一个MOS的差异，对于数十个、数百个甚至与数千个MOS的组合会使电路偏差很大，有可能导致不工作。        WPE效应下面我们再来看看WPE的影响.对于同一个器件，固定的长宽，固定的源漏区(SA、SB)大小，根据将它放置在离阱边界距离不同的地方（图6）。 我们看到了下面的测试结果（图7）：0.13um工艺下，测试3.3V NMOS管的Vth随SC的距离的变化： 我们可以看出，当NMOS管距离阱边比较近的时候，Vth会增大约50mV。Vth也会随着源漏端的方向而有所不同，达到

19、约有10 mV的偏差。当NMOS管距离阱边比较远的时候，如SC的距离大于3um，Vth基本上就没有多少的偏差了。通过一系列实验数据，我们可以看出，STI、WPE对器件性能有重要影响，在深亚微米IP模块设计中必须考虑的制造工艺的影响。那么，对IP模块级别的设计，如何减小或者避免这两种效应呢？电路设计中如何减小STI、WPE的影响在电路设计阶段，在版图设计没有进行或还没有完成时，我们并不能准确预测到完成后的版图会对电路带来怎样的影响。在这个阶段，我们如何尽量避免这些效应呢？在此，对于IP模块设计者给出几种方法可供参考。方法一：预先估计MOS管的SA、SB和SC的值，再进行仿真调试，进而达到理想的设

20、计值。根据制造工艺的设计规则要求，电路设计者可以预估常规MOS管的SA、SB和SC的值，从而较快的进行较为准确的电路设计。对于具有大驱动能力的MOS管，这种方法也很适用。但是由于预估的SA、SB和SC的值不会100%准确，所以会有少量的误差。比如原始语句是:*.SUBCKT TOP Z AM1 Z A IN VSS w= 2.000000 l=0.130000 m=2.ENDS TOP*在前期仿真阶段，更具所选用的工艺制程所必须的设计规则,加入预估的SA、SB、SC的值（图8），语句如下：*.SUBCKT TOP Z AM1 Z A IN VSS w= 2.000000 l=0.130000

21、m=2 sa=0.250000 sb=0.63000 sc=1.6000000.                                           &#

22、160; 5.ENDS TOP*方法二：预先放大或缩小MOS管。PMOS管的电流随SA/SB的增大而变小，所以可以预先放大PMOS管；NMOS管的电流随SA/SB的增大而增大，所以可以预先缩小NMOS管。这种作用类似于方法一，都是将WPE和STI效应在电路设计阶段就考虑进来，而不是等到版图完成之后才能调整。但这种方法对于比较有经验的设计者或者有实验数据的设计者来说才比较适用。方法三：对于对称性要求比较高的电路（如电流镜、差分放大等），设计者应该尽量采取整数倍的设计方法，采用同样长度的管子，管子宽度的设计也尽量用倍数的关系。这种方法有助于提高管子制造出来之后的对称性。举例,对于电流镜, 我们知道

23、:       Iout = Iref * (W/L) M2 / (W/L) M1                     4如下图: 理论上，这种电路可以精确的复制电流而不受工艺和温度的影响，Iout与Iref的比值有器件尺寸的比率决定，但是实际上，管子之间的比率与WPE和STI效应息息相关。所以如选择M1管子为子单元，M2管

24、子应为子单元的整数倍为好，在电路前期仿真阶段可以看到这种方法的优越性。方法四：在不影响电路设计性能的情况下，尽量将PMOS管衬底连接电源，NMOS管衬底连接地，而不要到中间电平，可以减少阱的个数。如图10所示，从电路设计阶段就减少衬底连接种类，有利于在版图设计时减少阱的个数，进而直接降低WPE以及STI对MOS管影响。在上图中，在设计规格满足的情况下，我们应该尽量采用将M1管的衬底连接到VSS，而不是连接到NET1的方法来进行设计，这样有助于在版图的布局优化。方法五：在电路设计后期，即版图设计完成之后，进行版图寄生参数的提取，然后再进行电路仿真，即我们常说的后仿。用HSPICE做电路仿真时，传

25、统的BSIM3 SPICE Model并没有把WPE/STI效应估算进去，而BSIM4 Spice Model开始支持这些效应了，所以要仿真使用BSIM4的模型。目前，晶圆厂的先进制成都已经提供了这种模型给用户使用了。这种方法可以进行最为准确的设计，但是如果后仿之后才考虑所有版图因素的话，这样会造成设计循环次数较多。前四种办法在版图设计没有完成时采用，可以有效地缩短设计周期，减少设计的循环次数。第五种方法，对于考虑WPE/STI效应更有效，但会需要较长的设计周期。随着工艺的越来越先进，后期仿真又是必不可少的，特别是对于精确的设计。版图设计中如何减小STI、WPE的影响版图设计是创建工程制图的精确的物理描述的过程，而这一物理描述遵守有制造工艺、设计流程以及通过仿真显示为可行的性能要求所带来的一系列约束6。版图设计之后得到的GDSII格式的数据将交给掩模厂进行掩模的制作，以至最终送到晶圆厂（代工厂