半导体工艺角.doc

与双极晶体管不同，在不同的晶片之间以及在不同的批次之间，MOSFETs参数变化很大。为了在一定程度上减轻电路设计任务的困难，工艺工程师们要保证器件的性能在某个范围内，大体上，他们以报废超出这个性能范围的芯片的措施来严格控制预期的参数变化。 detail 通常提供给设计师的性能范围只适用于数字电路并以“工艺角”（Process Corner）的形式给出。如图，其思想是：把NMOS和PMOS晶体管的速度波动范围限制在由四个角所确定的矩形内。这四个角分别是：快NFET和快PFET，慢NFET和慢PFET，快NFET和慢PFET，慢NFET和快PFET。例如，具有较薄的栅氧、较低阈值电压的晶体管，就落在快角附近。从晶片中提取与每一个角相对应的器件模型时，片上NMOS和PMOS的测试结构显示出不同的门延时，而这些角的实际选取是为了得到可接受的成品率。各种工艺角和极限温度条件下对电路进行仿真是决定成品率的???础。所以我们所说的ss、tt、ff分别指的是左下角的corner，中心、右上角的corner。 工艺极限 (Process Corner) 如果采用5-corner model会有TT,FF,SS,FS,SF 5个corners。如TT指NFET-Typical corner PFET-Typical corner。其中, Typical指晶体管驱动电流是一个平均值，FAST指驱动电流是其最大值，而SLOW指驱动电流是其最小值（此电流为Ids电流）这是从测量角度解释，也有理解为载流子迁移率(Carrier mobility)的快慢. 载流子迁移率是指在载流子在单位电场作用下的平均漂移速度。至于造成迁移率快慢的因素还需要进一步查找资料。单一器件所测的结果是呈正态分布的，均值在TT，最小最大限制值为SS与FF。从星空图看NFET，PFET所测结果,这5种覆盖大约+-3 sigma即约99.73% 的范围。对于工艺偏差的情况有很多，比如掺杂浓度，制造时的温度控制，刻蚀程度等，所以造成同一个晶圆上不同区域的情况不同，以及不同晶圆之间不同情况的发生。这种随机性的发生，只有通过统计学的方法才能评估覆盖范围的合理性。 PVT (process, voltage, temperature) 设计除了要满足上述5个corner外，还需要满足电压与温度等条件, 形成的组合称为PVT (process, voltage, temperature) 条件。电压如：1.0v+10% ,1.0v ,1.0v-10% ; 温度如：-40C, 0C 25C, 125C。设计时设计师还常考虑找到最好最坏情况. 时序分析中将最好的条件(Best Case)定义为速度最快的情况, 而最坏的条件(Worst Case)则相反。最好最坏的定义因不同类型设计而有所不同。最坏的延迟也不都出现在SS[19] 。至于延迟随PVT发生怎样的变化，还需要进一步查找资料。 根据不同的仿真需要，会有不同的PVT组合。以下列举几种标准STA分析条件[16]： WCS (Worst Case Slow) : slow process, high temperature, lowest voltage TYP (typical) : typical process, nominal temperature,nominal voltage BCF (Best Case Fast ) : fast process, lowest temperature, high voltage WCL (Worst Case @ Cold) : slow process, lowest temperature, lowest voltage 在进行功耗分析时，可能是另些组合如： ML (Maximal Leakage ) : fast process, high temperature, high voltage TL (typical Leakage ) : typical process, high temperature, nominal voltage 除此之外，另一个组合条件称为 Scenarios: Scenarios = Interconnect + operation mode + PVT 噪声(noise)与串扰(crosstalk) 似乎需要另外考虑。 1. 内连线情况(interconnect corner) 制造对互连线造成的影响，如：R_typical C_typical, R_max C_max, R_max C_min, R_min C_min 2. 工作模式 (Operation Mode) 如：function mode, scan