2022年，集成電路半導(dǎo)體行業(yè)最熱的頭條是“EDA被全面封鎖”。如何突破EDA封鎖，成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞，也是群體焦慮。在全球市場(chǎng)，有人比喻EDA是“芯片之母”，如果沒有了芯片，工業(yè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步將處處受制，EDA的重要性也上升到了戰(zhàn)略性高度。盡管國(guó)際封鎖形勢(shì)嚴(yán)峻，但睿智的中國(guó)科技人擅于把危機(jī)化為機(jī)會(huì)，從《加快自動(dòng)研發(fā)應(yīng)用，讓工業(yè)軟件不再卡脖子》，到《破解科技卡脖子要打好三張牌》，即一要打好“基礎(chǔ)牌”，提升基礎(chǔ)創(chuàng)新能力；二要打好“應(yīng)用牌”，加強(qiáng)對(duì)高精尖國(guó)貨的應(yīng)用；三是要打好“人才牌”，讓人才留得住、用得上、有發(fā)展……，各種政策、舉措和實(shí)際行動(dòng)，處處彰顯了我們中國(guó)科技的發(fā)展韌性。

我們EDA探索頻道，今天迎來了第五期的精彩內(nèi)容——DIBL，下面就跟著小編一起來開啟今天的探索之旅吧~

在討論Vt roll-off時(shí)，我們介紹了閾值電壓下降的主要原因，即在短溝道器件當(dāng)中，由于溝道長(zhǎng)度太短而不足以抵消漏極勢(shì)壘對(duì)于源極的影響。

事實(shí)上，針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象有一個(gè)專有名詞叫做DIBL（Drain Induced Barrier Lowing）。

圖：DIBL示意。引自 N.Aurora, MOSFET MODELING FOR VLSI SIMULATION ：Theory and Practice

DIBL在半導(dǎo)體器件當(dāng)中是一個(gè)非常重要的課題。可以把閾值電壓寫成漏源電壓的函數(shù)。

在這個(gè)視角下，可以把漏極看作第二個(gè)柵極。σ稱為靜態(tài)反饋系數(shù)，或者叫DIBL系數(shù)。

DIBL不僅只發(fā)生在亞閾值區(qū)，引起閾值電壓的下降。在飽和區(qū)晶體管導(dǎo)通后，由于勢(shì)壘的降低，同樣會(huì)引入更多的載流子注入，從而降低晶體管的導(dǎo)通電阻。

測(cè)量Vt roll-off相對(duì)是比較繁瑣的。因?yàn)橐谕粋€(gè)芯片上找技術(shù)參數(shù)相同且只有柵極長(zhǎng)度不同的一系列器件來測(cè)量閾值電壓。既然DIBL是引起Vt roll-off的核心原因，那用DIBL來做到以點(diǎn)代面，就會(huì)方便許多。

從DIBL的定義當(dāng)中，可以看出其嚴(yán)格的意義應(yīng)該是一段勢(shì)能的降低。所以DIBL應(yīng)該要測(cè)出或者算出不同柵極電壓下，源極與溝道交界處的能帶位置。但是操作層面上的同學(xué)表示：

在實(shí)際操作當(dāng)中，有多種簡(jiǎn)化的方式來定義DIBL，常用的是直接把Vtsat與Vtlin的差值定為DIBL即可。

圖：長(zhǎng)溝道（a）和短溝道（b）器件轉(zhuǎn)移特性曲線示意。引自 S.SZE，M.K.LEE，Semiconductor Devices Physics and Technology

在這樣的定義下，我們只需要對(duì)一個(gè)器件測(cè)試在線性區(qū)和飽和區(qū)的性質(zhì)，便可以很快地對(duì)DIBL有一個(gè)認(rèn)識(shí)了。

上期當(dāng)中我們引入一個(gè)公式來描述：

這里的可以稱為DIBL特征長(zhǎng)度。其表征了DIBL的大小程度。當(dāng)柵級(jí)長(zhǎng)度固定時(shí)，我們需要更小的DIBL特征長(zhǎng)度來保證器件的性能不退化。例如下圖是柵極長(zhǎng)度從350nm到90nm器件所對(duì)應(yīng)的柵極氧化層厚度的示意圖。氧化層下降的趨勢(shì)非常明顯，核心就是增加?xùn)艠O對(duì)溝道的控制能力，減小DIBL等現(xiàn)象的發(fā)生。

圖：不同柵極長(zhǎng)度下柵氧化層厚度。引自 Chenming Hu Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits

到了90nm結(jié)點(diǎn)，氧化層厚度僅有15A左右。這在制造難度，物理特性上都帶來了一系列難以克服的挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題，必須在材料層面上有所創(chuàng)新。包括DPN，HighK等技術(shù)都是在材料性質(zhì)上做出了改變，從而延續(xù)了集成電路器件的繼續(xù)發(fā)展，這便是后面的話題了。

編輯：黃飛

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