第二章器件的偏差与失配 第二章器件的偏差与失配 2.1偏差的来源 Equation Section2当集成电路在制造的时候，有很多因素会导致器件的有 效尺寸和电学特性不同于电路设计人员所设计的值。这些因素可以分成以下几 类：系统偏差(Systematic variations)、工艺偏差(Process variations)和随机偏差 (Random variations)。系统偏差是那些即使电路大批量生产，也都会重复发生的 固有的偏差。工艺偏差是由于制造条件（工艺步骤的温度、杂质浓度和离子浓度 等)无法精确地保持一致，而导致的器件参数不一致。随机偏差是按统计规律地 出现在每个器件上的参数偏差。 2.1.1系统偏差 在芯片制造时，光刻技术的二维效应会导致器件的有效尺寸和掩膜版上的不 同。如图2-1所示是两个例子：图()是杂质的横向扩散导致实际的阱区域比掩 膜上的尺寸大。这是因为杂质的扩散不仅仅在离子注入的过程中发生，还发生在 之后的高温工序中，例如退火；图(b)是过刻蚀(Over-etching)的情况，在SiO2 保护层下面的多晶硅边缘被过度腐蚀，从而导致了多晶硅层比相应的掩膜层要 小。 SiO2 protection SiO2 protection Polysilicon ☑ Well Lateral diffusion under SiO2 Overetching (a) (b) 图21二维效应导致器件实际尺寸不同于版图掩膜 上面两种情况都是工艺步骤对器件尺寸的影响，然而，器件所处的位置和周 围的环境，也将影响其电学特性，比如相互靠近的电阻之间会产生寄生电容。另 外，还有一些更细微的邻近效应[2]，如图2-2所示，在离子注入形成阱的过程中， 部分入射原子在光刻胶边缘发生水平方向的散射，嵌入阱边缘片的硅表面。这将 导致n阱表面的杂质浓度在阱边缘处更高，在距离um或更大的范围内逐渐减第二章 器件的偏差与失配 5 第二章 器件的偏差与失配 2.1 偏差的来源 Equation Section 2 当集成电路在制造的时候，有很多因素会导致器件的有 效尺寸和电学特性不同于电路设计人员所设计的值。这些因素可以分成以下几 类：系统偏差(Systematic variations)、工艺偏差(Process variations)和随机偏差 (Random variations)。系统偏差是那些即使电路大批量生产，也都会重复发生的 固有的偏差。工艺偏差是由于制造条件(工艺步骤的温度、杂质浓度和离子浓度 等)无法精确地保持一致，而导致的器件参数不一致。随机偏差是按统计规律地 出现在每个器件上的参数偏差。 2.1.1 系统偏差 在芯片制造时，光刻技术的二维效应会导致器件的有效尺寸和掩膜版上的不 同。如图 2-1 所示是两个例子：图(a)是杂质的横向扩散导致实际的阱区域比掩 膜上的尺寸大。这是因为杂质的扩散不仅仅在离子注入的过程中发生，还发生在 之后的高温工序中，例如退火；图(b)是过刻蚀(Over-etching)的情况，在 SiO2 保护层下面的多晶硅边缘被过度腐蚀，从而导致了多晶硅层比相应的掩膜层要 小。 上面两种情况都是工艺步骤对器件尺寸的影响，然而，器件所处的位置和周 围的环境，也将影响其电学特性，比如相互靠近的电阻之间会产生寄生电容。另 外，还有一些更细微的邻近效应[2]，如图 2-2 所示，在离子注入形成阱的过程中， 部分入射原子在光刻胶边缘发生水平方向的散射，嵌入阱边缘片的硅表面。这将 导致 n 阱表面的杂质浓度在阱边缘处更高，在距离 1um 或更大的范围内逐渐减 (a) (b) 图 2-1 二维效应导致器件实际尺寸不同于版图掩膜