如果模擬IC工程師你經常用.18um以上的工藝,那么你很可能從來沒有關注過WPE以及LOD(Length Of Diffusion)效應。到了.18um以下的工藝,就要關注這些物理效應了,因為這些物理效應已經對電路造成了不可忽視的影響。
WPE(Well Proximity Effect)就是阱臨近效應,是指在阱doping的過程中,阱邊緣由于散射doping濃度比其他地方要高一些,這樣臨近阱邊緣的器件特性就與遠離阱邊緣的器件特性不一致,主要體現在閾值電壓、遷移率和體效應上。
WPE的概念就是這么簡單,那么主要體現在什么參數上?
bsim模型中的介紹是以下這樣的三個公式。Vth0、Ueff和K2分別是閾值電壓、體效應和電遷移率影響因子,我們關注最多的就是閾值電壓的影響,如果你的電路對閾值電壓很敏感,那么就要特意關注一下WPE參數了。
可以看出,主要是由三個參數SCA、SCB和SCC影響,在bsim模型中,這三個參數定義如下:
有人說,這個定義很晦澀,沒關系,不用管,你就知道這三個參數越大,WPE效應越大,對閾值電壓等的影響越大就可以了,其實SCA,SCB和SCC通俗的講,是器件各個邊緣到well距離的積分。
那么在實際cadence中,該如何考量?
在我們做前仿真的時候,一般不會特別注意WPE效應的參數,在每個MOS的properties界面中,WPE參數是默認隱藏的,如果你點擊display,它會默認選擇了no wpe effect,就是在前仿真不考慮WPE效應,可以看到,SCA、SCB和SCC這個數值,在no wpe effect這個數值是很小的,幾乎不會對閾值電壓等參數造成影響。
那么,在畫完版圖進行后仿真的時候,我們知道,我們一般會先做norc的抽取,norc抽取不抽取版圖中的寄生電阻和電容,但是會考慮WPE以及LOD這些物理效應。當我們norc做完得到后抽的網表后,我們第一步應該去看你的電路的dc電對不對,對于前仿真來說有沒有很大偏移,關鍵電壓或者電流節點是一定要看的,如果你做了一個基準電路,你不能只看你的基準輸出電壓,你內部的關鍵節點的電流或者電壓節點都是要看一下的,因為有時候,輸出是對的,但其實內部有節點是不正常的。
版圖如果畫的完美,那么后仿真的WPE參數和前仿真幾乎是一樣的,差距很小。如果畫的不好,WPE參數就會變大。但實際上,版圖做到完美有些難,我們就是盡量減小WPE效應。
下面是一個前后仿真的WPE參數對比,做到了前后仿真完全相等,是不是很驚訝。
那么,如何做到以上結果呢?在siliconvlsi中給出了以下3個方法,但是實用的我只知道第二種很實用,其他兩種待驗證。但是第二個方法有個弊端,就是會增大版圖面積,因為阱需要一個大的阱,所以如果對閾值電壓、體效應等這些要求不高,可以適當增大阱的面積,不要增大的太大,在面積和精度上取個折中。
第二種方法,將器件遠離阱,可以減小WPE,即將well面積畫大一些,將器件的上下左右四個方向到well的距離盡量大,一般都會有一個最小距離要求,大部分是2um以上,不滿足2um也不會報DRC錯誤,所以在DRC和LVS驗證的時候是查不到WPE效應的。
如果滿足了2um,一般都可以將WPE降到很小,**如果滿足了2um還不能和前仿真相等,那就是你用的工藝還有一些其他的規則要求,但這時候WPE肯定是在可以接受的范圍了。
如下圖,在畫版圖的時候,將器件4個方向到well的距離SC1~SC4都取大,這時候WPE效應就很小了。
因為WPE的三個參數SCA、SCB和SCC,都是SC1~SC4的積分,如下公式,這時候回到以上bsim模型中關于SCA、SCB和SCC的表格的定義,就很清楚了,其中fA(s)、fB(s)、fC(s)是經驗常數。
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