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VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 VLSI系统设计系统设计第第2章章 工艺与设计接口工艺与设计接口设计开始之前设计开始之前（2011-2012）VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 本章概要：本章概要：设计与工艺接口问题设计与工艺接口问题 工艺抽象工艺抽象 电学设计规则电学设计规则 几何设计规则几何设计规则 工艺检查与监控工艺检查与监控 基本问题基本问题设计与仿真依据设计与仿真依据工艺监控和提模手段工艺监控和提模手段设计与工艺接口设计与工艺接口2VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.1 设计与工艺接口问题设计与工艺接口问题基本问题基本问题工艺线选择工艺线选择 设计的困惑设计的困惑 设计与工艺接口设计与工艺接口.1.1电路硬件与版图设计电路硬件与版图设计+工艺制造工艺制造=IC芯片芯片3VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.1.1 基本问题基本问题工艺线选择工艺线选择 一条成熟的工艺线，各项工艺参数都是一条成熟的工艺线，各项工艺参数都是一定的，不允许轻易变更，而这些参数往往一定的，不允许轻易变更，而这些参数往往就成为我们设计的就成为我们设计的制约制约因素。因素。因此，设计之初必须考虑：因此，设计之初必须考虑：这条工艺线这条工艺线对我的设计是否合适。对我的设计是否合适。.1.1设计之初的重要问题：选择工艺和工艺线设计之初的重要问题：选择工艺和工艺线怎么知道是否合适呢？需要了解工艺！怎么知道是否合适呢？需要了解工艺！4VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .1.12.1.1 基本问题基本问题工艺线选择工艺线选择首先了解器件的制造首先了解器件的制造器件结构关键：器件结构关键：形成形成PN结组合与尺度效应结组合与尺度效应 PN NPN p-JFET NMOSCMOSSCR注意集成器件的电流走向！注意集成器件的电流走向！5VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.1.1 基本问题基本问题工艺线选择工艺线选择器器件件和和电电路路选择选择 掺杂掺杂互连互连图形（版图）图形（版图）窗口和屏蔽窗口和屏蔽掺杂掺杂图形（版图）图形（版图）导线导线绝缘绝缘图形转移图形转移（光刻）（光刻）材料沉积材料沉积掺杂技术掺杂技术氧化及热氧化及热处理处理器件结构关键：器件结构关键：形成形成PN结组合与尺度效应结组合与尺度效应.1.16VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .1.12.1.1 基本问题基本问题工艺线选择工艺线选择CMOS倒相器的制造倒相器的制造7VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .1.18VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .1.19VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.1.2 设计的困惑设计的困惑电参数：电参数：p应用萨方程应用萨方程 p衬偏效应衬偏效应(系数系数)p上升、下降时间（负载电容）上升、下降时间（负载电容）p迁移率迁移率p版图参数：版图参数：p尺寸尺寸p间距间距p 太多的不确定，工艺线能否提供这些参数？太多的不确定，工艺线能否提供这些参数？.1.1设计参数怎样确定呢设计参数怎样确定呢?10VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.1.3 设计与工艺接口设计与工艺接口 如果：如果：工艺线提供电学设计和版图设计的规则，形成设计规工艺线提供电学设计和版图设计的规则，形成设计规则文件。则文件。工艺线提供工艺加工质量的监测方法，形成工艺线提供工艺加工质量的监测方法，形成PCM（Process Control Monitor）。则：设计问题简单了，设计依据充分了，界限明确了。则：设计问题简单了，设计依据充分了，界限明确了。这些就构成清晰地接口：这些就构成清晰地接口：设计与工艺接口设计与工艺接口。这个接。这个接口同时也成为了设计与工艺的口同时也成为了设计与工艺的共同制约共同制约，成为设计与工，成为设计与工艺双方必须共同遵守的规范。艺双方必须共同遵守的规范。.1.111VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.2 工艺抽象工艺抽象工艺对设计的制约工艺对设计的制约 工艺抽象工艺抽象 p 对材料参数的抽象对材料参数的抽象p 对加工能力的抽象对加工能力的抽象 得到以电学参数和几何参数描述的工艺数据，设得到以电学参数和几何参数描述的工艺数据，设计者不再看到诸如掺杂浓度、结深、氧化层厚度等工计者不再看到诸如掺杂浓度、结深、氧化层厚度等工艺技术范畴的专业术语。艺技术范畴的专业术语。.2.2工艺以设计者习惯的工艺以设计者习惯的方式提供设计规则，方式提供设计规则，工艺参数到设计参数工艺参数到设计参数的转变。的转变。12VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.2.1 工艺对设计的制约工艺对设计的制约最小加工分辨尺寸与最大芯片尺寸对设计最小加工分辨尺寸与最大芯片尺寸对设计的制约（特征尺寸与最大面积）的制约（特征尺寸与最大面积）电学参数对设计的制约电学参数对设计的制约 标准工艺流程对特殊工艺要求的制约标准工艺流程对特殊工艺要求的制约.2.213VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.2.2 工艺抽象工艺抽象掺杂浓度以薄层电阻掺杂浓度以薄层电阻RS描述：描述：.2.214VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.2.2 工艺抽象工艺抽象氧化层（绝缘层）厚度以单位面积电容氧化层（绝缘层）厚度以单位面积电容C0描述：描述：.2.2氧化层掺杂层导电层15VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.2.2 工艺抽象工艺抽象 重要参数重要参数阈值电压阈值电压描述了衬底掺杂浓度，氧化层描述了衬底掺杂浓度，氧化层厚度，氧化层中含有的电荷性质与数量，以及多晶硅厚度，氧化层中含有的电荷性质与数量，以及多晶硅（或金属）与衬底的功函数差。（或金属）与衬底的功函数差。.2.2导电薄膜参数以薄层电阻描述。导电薄膜参数以薄层电阻描述。阈值电压包括了栅区阈值电压和场区阈值电压。阈值电压包括了栅区阈值电压和场区阈值电压。16VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.2.2 工艺抽象工艺抽象.2.2 版图设计规则是一组几何尺寸，是对加工版图设计规则是一组几何尺寸，是对加工精度（如最细线条）；寄生效应（如寄生晶体精度（如最细线条）；寄生效应（如寄生晶体管）；特性保障（如可控硅效应抑制）；加工管）；特性保障（如可控硅效应抑制）；加工质量控制（如成品率）等多方面的抽象。质量控制（如成品率）等多方面的抽象。17VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .2.2表2.1 部分版图设计规则参数意义及制定依据版图参数版图参数制定依据制定依据阱区版图：阱区版图：阱的最小宽度阱的最小宽度保证光刻精度和器件尺寸保证光刻精度和器件尺寸阱与阱最小间距阱与阱最小间距防止不同电位阱间干扰防止不同电位阱间干扰有源区版图：有源区版图：有源区最小宽度有源区最小宽度保证器件尺寸保证器件尺寸有源区最小间距有源区最小间距减小寄生效应减小寄生效应阱覆盖其中阱覆盖其中N N有源区有源区保证阱区四周的场注入保证阱区四周的场注入阱外同掺杂类型有源区距阱间距阱外同掺杂类型有源区距阱间距有利于抑制可控硅效应有利于抑制可控硅效应阱外不同掺杂类型有源区距阱间距阱外不同掺杂类型有源区距阱间距保证阱与衬底间保证阱与衬底间PNPN结特性结特性多晶硅版图：多晶硅版图：多晶硅栅最小栅长多晶硅栅最小栅长加工精度加工精度最细多晶硅连线宽度最细多晶硅连线宽度保证多晶硅互连线的必要电导保证多晶硅互连线的必要电导多晶硅条最小间距多晶硅条最小间距防止多晶硅连条（即多晶硅条间短路）防止多晶硅连条（即多晶硅条间短路）多晶硅覆盖沟道多晶硅覆盖沟道保证沟道宽度及源漏区的截断保证沟道宽度及源漏区的截断硅栅与有源区内间距硅栅与有源区内间距保证电流在整个沟道宽度内均匀流动保证电流在整个沟道宽度内均匀流动硅条与有源区外间距硅条与有源区外间距保证沟道区尺寸保证沟道区尺寸硅条与无关有源区间距硅条与无关有源区间距防止短路和寄生效应防止短路和寄生效应18VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .2.2P+P+注入区版图：注入区版图：P+P+区最小宽度区最小宽度保证足够的保证足够的P+P+接触区接触区P+P+区对有源区的覆盖区对有源区的覆盖保证保证P P管源漏区完整注入管源漏区完整注入P+P+区距区距NMOSNMOS硅栅间距硅栅间距保证保证NMOSNMOS源区尺寸源区尺寸P+P+区距区距N N有源区间距有源区间距防止防止P+P+注入到注入到N+N+区区N+N+注入区版图：注入区版图：N+N+区最小宽度区最小宽度保证足够的保证足够的N+N+接触区接触区N+N+区对有源区的覆盖区对有源区的覆盖保证保证N N管源漏区完整注入管源漏区完整注入N+N+区距区距PMOSPMOS硅栅间距硅栅间距保证保证PMOSPMOS源区尺寸源区尺寸N+N+区距区距P P有源区间距有源区间距防止防止N+N+注入到注入到P+P+区区接触孔（引线孔）版图：接触孔（引线孔）版图：接触孔最小宽度接触孔最小宽度保证与金属接触良好保证与金属接触良好最大接触孔边长最大接触孔边长有利于接触孔的成品率有利于接触孔的成品率同一区上孔与孔间距同一区上孔与孔间距保证长孔的良好接触保证长孔的良好接触源漏区上孔与栅间距源漏区上孔与栅间距防止源漏区与栅短路防止源漏区与栅短路源漏区对孔的最小覆盖源漏区对孔的最小覆盖防止防止PNPN结漏电和短路结漏电和短路多晶硅对孔的最小覆盖多晶硅对孔的最小覆盖防止漏电和短路防止漏电和短路金属互连版图：金属互连版图：金属条最小宽度金属条最小宽度保证互连的良好电导保证互连的良好电导金属条最小间距金属条最小间距防止连条防止连条金属对孔的最小覆盖金属对孔的最小覆盖保证接触保证接触宽金属线最小间距宽金属线最小间距防止连条防止连条19VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.3 电学设计规则电学设计规则.3.3 电学设计规则提供了一组用于电路设计分电学设计规则提供了一组用于电路设计分析的参数，这些参数来源于具体工艺线，具有析的参数，这些参数来源于具体工艺线，具有很强的针对性。很强的针对性。如果设计所采用的电学参数来源不是将来如果设计所采用的电学参数来源不是将来具体制作的工艺线，则仿真分析的结果没有实具体制作的工艺线，则仿真分析的结果没有实际意义。际意义。电学设计规则被分为两个主要部分：器件电学设计规则被分为两个主要部分：器件模型参数和寄生提取所需的电学参数。模型参数和寄生提取所需的电学参数。20VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.3.1 电学规则的一般描述电学规则的一般描述.3.3表2.2 电学设计规则描述电学设计规则参数参数说明衬底电阻N型衬底电阻率均匀的N型衬底的电阻率掺杂区薄层电阻RSP阱薄层电阻N+掺杂区薄层电阻P+掺杂区薄层电阻P 阱中每一方块的电阻值NMOS源漏区和N型衬底接触区每一方块的电阻值PMOS源漏区和P型衬底（P阱）接触区每一方块的电阻值多晶硅薄层电阻RSNMOS多晶硅RSPMOS多晶硅RSNMOS区域多晶硅薄层方块电阻PMOS区域多晶硅薄层方块电阻接触电阻N+区接触电阻P+区接触电阻NMOS多晶硅接触电阻PMOS多晶硅接触电阻N+掺杂区与金属的接触电阻P+掺杂区与金属的接触电阻NMOS的多晶硅栅以及多晶硅引线与金属的接触电阻PMOS的多晶硅栅与金属的接触电阻21VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.3.1 电学规则的一般描述电学规则的一般描述.3.3电容（单位面积电容值）栅氧化层电容场区金属-衬底电容场区多晶硅-衬底电容金属-多晶硅电容NMOS的PN结电容PMOS的PN结电容NMOS和PMOS的栅电容在场区的金属和衬底间电容，氧化层厚度为场氧化厚度加上后道工艺沉积的掺磷二氧化硅层的厚度在场区的多晶硅和衬底间电容，氧化层为场氧化层金属-二氧化硅-多晶硅电容，二氧化硅厚度等于多晶硅氧化的二氧化硅厚度加上掺磷二氧化硅层的厚度零偏置下，NMOS源漏区与P阱的PN结电容零偏置下，PMOS源漏区与N型衬底的PN结电容其他综合参数NMOS阈值电压PMOS阈值电压P型场区阈值电压N型场区阈值电压NMOS源漏击穿电压PMOS源漏击穿电压NMOS本征导电因子PMOS本征导电因子VTNVTP场区阈值电压，衬底为P型半导体（P阱）场区阈值电压，衬底为N型半导体（N型衬底）NMOS源漏击穿电压PMOS源漏击穿电压KNKP表2.2 电学设计规则描述（续）22VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.3.2 器件模型参数器件模型参数.3.3模型参数示例：模型参数示例：23VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.3.3 模型参数的离散及仿真方法模型参数的离散及仿真方法.3.3 任何一个工艺线的工艺都存在一定的误差，任何一个工艺线的工艺都存在一定的误差，因此模型参数也会出现离散，公司给出的模型参因此模型参数也会出现离散，公司给出的模型参数通常是典型值。数通常是典型值。参数偏差的描述方法：参数偏差的描述方法：TT（typical model）模型模型 SS（Slow NMOS Slow PMOS model）模型模型FF（Fast NMOS Fast PMOS model）模型模型 SF（Slow NMOS Fast PMOS model）模型模型 FS（Fast NMOS Slow PMOS model）模型模型24VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .3.3TT模型SS模型FF模型.LIB TT.param toxp=5.8e-9+toxn=5.8e-9+dxl=0 dxw=0+dvthn=0 dvthp=0+cjn=2.024128E-3+cjp=1.931092e-3 +cjswn=2.751528E-10+cjswp=2.232277e-10+cgon=3.11E-10+cgop=2.68e-10 +cjgaten=2.135064E-10+cjgatep=1.607088e-10.lib MOS.ENDL TT.LIB SS.param toxp=6.1e-9+toxn=6.1e-9+dxl=2.5e-8 dxw=-3e-8+dvthn=0.06 dvthp=-0.06+cjn=2.2265408E-3+cjp=2.1242e-3 +cjswn=3.0266808E-10+cjswp=2.4555e-10+cgon=3.421E-10+cgop=2.948e-10+cjgaten=2.3485704E-10+cjgatep=1.7678e-10.lib MOS.ENDL SS.LIB FF.param toxp=5.5e-9+toxn=5.5e-9+dxl=-2.5e-8 dxw=3e-8+dvthn=-0.06 dvthp=0.06+cjn=1.8217152e-3+cjp=1.738e-3 +cjswn=2.4763752e-10+cjswp=2.009e-10+cgon=2.799e-10+cgop=2.412e-10+cjgaten=1.9215576e-10+cjgatep=1.4464e-10.lib MOS.ENDL FFSF模型FS模型NMOS模型中描述例句.LIB SF.param toxp=5.8e-9+toxn=5.8e-9+dxl=0 dxw=0+dvthn=0.06 dvthp=0.06+cjn=2.2265408E-3+cjp=1.738e-3 +cjswn=3.0266808E-10+cjswp=2.009e-10+cgon=3.11E-10+cgop=2.68e-10+cjgaten=2.3485704E-10+cjgatep=1.4464e-10.lib MOS.ENDL SF.LIB FS.param toxp=5.8e-9+toxn=5.8e-9+dxl=0 dxw=0+dvthn=-0.06 dvthp=-0.06+cjn=1.8217152e-3+cjp=2.1242e-3 +cjswn=2.4763752e-10|cjswp=2.4555e-10+cgon=3.11E-10+cgop=2.68e-10+cjgaten=1.9215576e-10+cjgatep=1.7678e-10.lib MOS.ENDL FSTOX =toxnXL =3E-8+dxlXW =0+dxwVTH0=0.4321336+dvthnCJ =cjnCJSW =cjswnCGDO =cgonCGSO =cgonCJSWG =cjgaten表2.3 五种模型描述示例25VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.3.3 模型参数的离散及仿真方法模型参数的离散及仿真方法.3.3设计时必须考虑工艺的离散对性能的影响设计时必须考虑工艺的离散对性能的影响 26VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.4 几何设计规则几何设计规则.4.4 几何设计规则给出的是一组版图设计的最小几何设计规则给出的是一组版图设计的最小允许尺寸，设计者不能突破这些最小尺寸的限制，允许尺寸，设计者不能突破这些最小尺寸的限制，也就是说，在设计版图时对这些位置的版图图形也就是说，在设计版图时对这些位置的版图图形尺寸，只能是大于或等于设计规则的描述，而不尺寸，只能是大于或等于设计规则的描述，而不能小于这些尺寸。能小于这些尺寸。27VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.4.1 几何设计规则描述几何设计规则描述.4.4描述方法：一是以最小单位描述方法：一是以最小单位的倍数表示，几的倍数表示，几何设计规则中的所有数据都以何设计规则中的所有数据都以的倍数表示，的倍数表示，如如3、5。是最小沟道长度是最小沟道长度L的一半，是具的一半，是具体的数值。这种描述方法称为体的数值。这种描述方法称为设计规则。二设计规则。二是用具体的数值进行描述，数值单位是微米，是用具体的数值进行描述，数值单位是微米，被称为微米设计规则。被称为微米设计规则。28VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.4.1 几何设计规则描述几何设计规则描述.4.4表2.3 掩膜板层描述掩膜板层编号说明N阱（N_WELL）1有源区(ACTIVE)2多晶硅(POLY)3N+区（N PLUS SELECT）4P+区（P PLUS SELECT）4多晶硅2(POLY2)11、12、13可选用引线接触（CONTACT）5、6、13多晶硅接触孔（POLY CONTACT）5有源区接触孔（ACTIVE CONTACT）6多晶硅2接触孔（POLY2 CONTACT）13金属1（METAL1）7通孔（VIA）8金属1与金属2连接金属2（METAL2）9通孔2（VIA2）14金属2与金属3连接金属3（METAL3）15钝化层（GLASS）1029VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.4.1 几何设计规则描述几何设计规则描述.4.4表2.4 有源区设计规则规则描述数2.1有源区最小宽度32.2有源区最小间距32.3源/漏有源区到阱边界距离52.4衬底/阱接触区到阱边界距离32.5不同掺杂类型的有源区间最小间距0或430VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.4.2 一个版图设计的例子一个版图设计的例子.4.431VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5 工艺检查与监控工艺检查与监控.5.5 工艺加工完成后，接下来的工作就是检查工艺加工完成后，接下来的工作就是检查制作的质量，验证设计的正确性。制作的质量，验证设计的正确性。验证设计正确性的测试技术将在第验证设计正确性的测试技术将在第7章介章介绍。绍。在本节中主要讨论如何进行工艺质量检查在本节中主要讨论如何进行工艺质量检查和监控，通过什么手段与技术确认产品加工失和监控，通过什么手段与技术确认产品加工失效的原因。效的原因。32VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.1 PCM（Process Control Monitor）.5.5 PCM是一组测试结构，主要用于检测工是一组测试结构，主要用于检测工艺加工质量，提取相关参数。艺加工质量，提取相关参数。PCM测试结构主要包括了四个方面：测试结构主要包括了四个方面：工艺加工质量评估工艺加工质量评估 DC测试测试 AC测试测试 少量功能器件测试结构少量功能器件测试结构 PCM还作为提取器件模型参数的手段被还作为提取器件模型参数的手段被广泛使用。广泛使用。33VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.1 PCM.5.534VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 .5.5互连线的参数（INTERCONNECT PARAMETERS）：薄层电阻（Sheet Resistance）（金属、多晶硅、有源区等）接触电阻（Contact Resistance）线宽偏差（Delta Line Width）（金属和多晶硅）台阶覆盖（STEP COVERAGE）：梳齿结构（Comb Isolation）（金属和多晶硅）折弯结构（Serpentine Continuity）晶体管特性（TRANSISTOR CHARACTERISTICS）：晶体管阈值电压（Transistor Threshold Voltage）本征导电因子，导电因子（Process Gain,Kp(beta/2)）Gamma（）系数(body effect coefficient)饱和电流（Saturation Current）沟道穿通电压（Channel Punch-through Voltage）PN结击穿（Junction Breakdown）厚栅氧（场区氧化层）晶体管（FIELD OXIDE TRANSISTORS）：阈值电压（Threshold）倒相器（INVERTERS）：输出高电平（Vout,high）输出低电平（Vout,low）倒相器阈值（Inverter Threshold(Vinv)）倒相器阈值处的增益（Gain at Inverter Threshold）电容（CAPACITORS）：平板电容（Area Capacitance）边缘电容（Fringe Capacitance）环行振荡器（RING OSCILLATOR）：频率（Frequency）PCM部分部分测试参量测试参量35VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例1：接触电阻测量接触电阻测量 金属金属/多晶硅接触电阻多晶硅接触电阻的的Kelvin测试结构测试结构 测量步骤：u 1、3点上注入电流，测量2、4点间的电压u 3、1点上注入电流，测量2、4点间的电压u 计算：u 2、4点上注入电流，测量1、3点间的电压u 4、2点上注入电流，测量1、3点间的电压u 计算：接触电阻接触电阻=（R1+R2）/236VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例1：接触电阻测量接触电阻测量 37VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例2：薄层电阻测量薄层电阻测量 基于范德堡基于范德堡（Van der Pauw）原理原理。测量过程：测量过程：u 在相邻的两个臂间注入电流在相邻的两个臂间注入电流IF（如A-B）；u 测量另两臂间电压（如测量另两臂间电压（如C-D，得，得VCD）；）；u 旋转旋转90度，再注入电流度，再注入电流IF（B-C）；u 再测量电压（再测量电压（A-D，得，得VAD）。）。薄层电阻薄层电阻希腊十字结构希腊十字结构 38VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例2：薄层电阻测量及线宽测试薄层电阻测量及线宽测试 39VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例3：阈值电压测量（以及衬偏系数）阈值电压测量（以及衬偏系数）外推阈值电压测量外推阈值电压测量 通常采用外推阈值电压测量方法。通常采用外推阈值电压测量方法。测量方法：测量方法：在小的固定源漏电压下，测量在小的固定源漏电压下，测量漏电流漏电流ID随随VGS的变化。的变化。在较线性的部分做在较线性的部分做直线拟合，外推到与直线拟合，外推到与VGS坐标轴相交处。坐标轴相交处。在测量时，衬底与器件源极间的反偏在测量时，衬底与器件源极间的反偏电压分别取不同的值以反映衬底偏置效应电压分别取不同的值以反映衬底偏置效应对阈值电压的影响，至少应取对阈值电压的影响，至少应取|VBS|=0V、VDD/2和和VDD三个点进行测量。三个点进行测量。由由VBS的三个值，根据的三个值，根据可计算得到可计算得到40VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例4：本征导电因子测量本征导电因子测量 外推阈值电压测量外推阈值电压测量 由外推阈值电压测量曲线获得。由外推阈值电压测量曲线获得。由萨方程由萨方程 可知：外推直线斜率可知：外推直线斜率可得本征导电因子。可得本征导电因子。41VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例5：环行振荡器测量环行振荡器测量由基数个门电路环接而成由基数个门电路环接而成 环行振荡器的测量结果真实地反映了工艺质量，它也可以作环行振荡器的测量结果真实地反映了工艺质量，它也可以作为一个检验基于为一个检验基于SPICE模型的模拟是否精确的工具。模型的模拟是否精确的工具。42VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例5：环行振荡器测量环行振荡器测量由基数个门电路环接而成由基数个门电路环接而成 43VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例6：CD（Critical Dimension）测试测试44VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例6：CD（Critical Dimension）测试测试45VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例7：台阶覆盖：台阶覆盖46VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 2.5.2 测试图形及参数测量测试图形及参数测量.5.5示例示例7：台阶覆盖：台阶覆盖47VLSIVLSI系统设计系统设计-2-2 东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院 本章阐述设计与工艺接口：.5.5工艺对设计的制约工艺对设计的制约工艺抽象工艺抽象几何设计规则几何设计规则工艺抽象工艺抽象电学规则、器件模型电学规则、器件模型工艺监控与参数提取工艺监控与参数提取PCM电路、版图设计电路、版图设计标准化工艺标准化工艺电学、几何设计规则电学、几何设计规则（设计文件、规范）（设计文件、规范）PCM，工艺检查，工艺检查工艺确认工艺确认48