Обработка углов
В полупроводников производстве технологический участок является примером метода планирования экспериментов (DoE) , который относится к изменению производственных параметров, используемых при применении проекта интегральной схемы к полупроводниковой пластине . Углы процесса представляют собой крайние значения изменений этих параметров, в пределах которых схема, выгравированная на пластине, должна функционировать правильно. Схема, работающая на устройствах, изготовленных на этих участках процесса, может работать медленнее или быстрее, чем указано, и при более низких или более высоких температурах и напряжениях, но если схема вообще не работает при любом из этих крайних значений процесса, считается, что конструкция имеет недостаточный расчетный запас. . [1]
Чтобы проверить надежность конструкции интегральной схемы, производители полупроводников изготовят угловые партии , которые представляют собой группы пластин, параметры процесса которых были скорректированы в соответствии с этими крайностями, а затем будут тестировать устройства, изготовленные из этих специальных пластин, при различных приращениях условий окружающей среды. , такие как напряжение, тактовая частота и температура, применяемые в сочетании (два, а иногда и все три вместе) в процессе, называемом характеристикой . Результаты этих испытаний отображаются с использованием графической техники, известной как график shmoo , которая четко указывает граничный предел, за которым устройство начинает выходить из строя при данной комбинации этих условий окружающей среды.
Анализ угловых участков наиболее эффективен в цифровой электронике из-за прямого влияния изменений процесса на скорость переключения транзисторов во время переходов из одного логического состояния в другое, что не актуально для аналоговых схем, таких как усилители.
для цифровой Значение электроники
При сверхкрупной интеграции (СБИС) интегральных схем микропроцессоров проектировании и производстве полупроводников технологический угол представляет собой отклонение на три или шесть сигм от номинальных концентраций легирующих примесей (и других параметров). [2] ) в транзисторах на кремниевой пластине . Это изменение может вызвать значительные изменения рабочего цикла и скорости нарастания цифровых сигналов, а иногда может привести к катастрофическому отказу всей системы.
Изменения могут возникать по многим причинам, например, из-за незначительных изменений влажности или температуры в чистом помещении при транспортировке пластин или из-за положения матрицы относительно центра пластины.
Виды углов [ править ]
При работе со схемами мы обычно работаем только с углами процесса переднего конца линии (FEOL), поскольку эти углы влияют на производительность устройств. Но существует ортогональный набор параметров процесса, которые влияют на паразитные характеристики задней части линии (BEOL).
Углы FEOL [ править ]
Одним из правил именования углов процесса является использование двухбуквенных обозначений, где первая буква относится к углу N-канального МОП-транзистора ( NMOS ), а вторая буква относится к углу P-канала ( PMOS ). В этом соглашении об именах существуют три угла: типичный , быстрый и медленный . быстрых и медленных В поворотах подвижность несущей выше и ниже нормальной соответственно. Например, угол, обозначенный как FS, обозначает быстрые NFET и медленные PFET.
Таким образом, существует пять возможных углов: типичный-типичный (TT) (на самом деле это не угол графика мобильности n и p, но все равно называется углом), быстрый-быстрый (FF), медленный-медленный (SS), быстрый -медленный (FS) и медленно-быстрый (SF). Первые три угла (ТТ, ФФ, СС) называются четными углами, поскольку на оба типа устройств воздействуют одинаково и, как правило, не оказывают негативного влияния на логическую правильность схемы. Полученные устройства могут работать на более медленных или более высоких тактовых частотах и часто группируются как таковые. Последние два угла (FS, SF) называются «перекошенными» углами и вызывают беспокойство. Это связано с тем, что один тип полевого транзистора переключается намного быстрее, чем другой, и эта форма несбалансированного переключения может привести к тому, что один фронт выходного сигнала будет иметь гораздо меньший наклон, чем другой. В этом случае фиксирующие устройства могут записать неверные значения в логическую цепочку.
Уголки БЕОЛ [3] [ редактировать ]
Помимо самих полевых транзисторов , существуют и другие эффекты вариаций внутри кристалла (OCV), которые проявляются на более мелких технологических узлах . К ним относятся эффекты изменения процесса, напряжения и температуры (PVT) на внутрикристальных межсоединениях, а также на сквозных структурах.
Инструменты для извлечения часто имеют номинальный угол, отражающий номинальное поперечное сечение объекта процесса. Затем были созданы углы cbest и cworst для моделирования наименьшего и наибольшего сечений, находящихся в допустимом варианте процесса. Простой мысленный эксперимент показывает, что наименьшее поперечное сечение с наибольшим расстоянием по вертикали дает наименьшую емкость связи. Цифровые схемы КМОП были более чувствительны к емкости, чем к сопротивлению, поэтому такое изменение изначально было приемлемым. По мере развития процессов и повышения сопротивления проводки были созданы дополнительные rcbest и rcworst для моделирования минимальной и максимальной площадей поперечного сечения сопротивления. Но единственное изменение заключается в том, что сопротивление поперечного сечения не зависит от толщины оксида (вертикального расстояния между проводами), поэтому в качестве наилучшего используется самый большой, а в качестве худшего — самый маленький.
Учет углов [ править ]
Чтобы бороться с этими эффектами вариаций, современные технологические процессы часто предоставляют модели SPICE или BSIM имитационные для всех (или, по крайней мере, TT, FS и SF) углов процесса, что позволяет разработчикам схем обнаруживать эффекты перекоса углов еще до того, как проект будет готов к разработке. , а также пост-макет (путем извлечения паразитов ), перед тем, как он будет записан на пленку .
Ссылки [ править ]
- ^ Весте, Нил Х.Э. и Харрис, Дэвид (2005). Проектирование СБИС КМОП: взгляд на схемы и системы, 3-е изд . Аддисон-Уэсли, стр. 231–235. ISBN 0-321-14901-7 .
- ^ Геринг, Рихард (21 ноября 2005 г.). «Вариативность переворачивает планы дизайнеров» . EETimes.com . Проверено 22 января 2009 г.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 г. Проверено 20 сентября 2013 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )