2022年，集成電路半導體行業最熱的頭條是“EDA被全面封鎖”。如何突破EDA封鎖，成為行業發展的關鍵詞，也是群體焦慮。在全球市場，有人比喻EDA是“芯片之母”，如果沒有了芯片，工業發展和社會進步將處處受制，EDA的重要性也上升到了戰略性高度。盡管國際封鎖形勢嚴峻，但睿智的中國科技人擅于把危機化為機會，從《加快自主研發應用，讓工業軟件不再卡脖子》，到《破解科技卡脖子要打好三張牌》，即一要打好“基礎牌”，提升基礎創新能力；二要打好“應用牌”，加強對高精尖國貨的應用；三是要打好“人才牌”，讓人才留得住、用得上、有發展……，各種政策、舉措和實際行動，處處彰顯了我們中國科技的發展韌性。

我們EDA探索頻道，今天迎來了第10期的特別內容——窄溝道效應與反窄溝道效應，下面就跟著小編一起來開啟今天的探索之旅吧~

一般我們看到的MOSFET大多是這樣的。

Intel 90nm-32nm 器件照片：來自Xiao, H. 3D IC Devices. In Technologies, and Manufacturing; Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE): Bellingham, WA, USA, 2016

從這個方向上包括了盡可能多的、我們感興趣的信息，比如柵極（多晶硅，金屬）、側墻、源漏和溝道等等。但是實際上，集成電路和器件是一個非常復雜的系統。從更大視角俯視的角度來看，是這樣子的。

集成電路俯視照片：來自R.S. Rai, S. Subramanian / Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 55 (2009) 63e97

其中柵極方向與有源區方向呈垂直交錯，中間白色的區域就是隔離區，或稱為場區。我們最常見的照片是沿著有源區方向做截面的，如果沿著柵極方向做截面，則可以看到完整的溝道和場氧化層的截面。

MOS器件剖面圖：來自R.S. Rai, S. Subramanian / Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 55 (2009) 63e97

從上圖a中，我們可以讀到“溝道長度”，而從b中我們可以讀到“溝道寬度”。實際上的溝道寬度往往要大于溝道長度，有些時候甚至是遠遠大于。這與我們平時把矩形的長邊長度叫“長度”，短邊長度叫“寬度”的習慣不同。

當MOSFET微縮時，更復雜的物理效應往往會凸顯出來。對于溝道長度的減小，我們稱為“短溝道效應“，包括DIBL，源漏穿通等等。同樣的情況在溝道寬度上也有對應，一般稱為NWE（Narrow Width Effect），中文稱為”窄溝道效應“或”窄寬度效應“。

在溝道寬度很大的時候，溝道邊緣對于整體性能的影響較小，可以忽略不計。當溝道長度進入亞微米時代后，溝道寬度也相應地縮短了很多，NWE變得顯著起來。NWE對于器件的影響主要體現在閾值電壓上。基于歷史發展脈絡，早期基于LOCOS隔離工藝的器件上，NWE會引起閾值電壓的上升。而器件隔離方式進入STI時代之后，NWE反而會引起閾值電壓的下降，由于與之前表現的方向相反，所以又被稱為反向窄溝道效應，INWE（Inverse Narrow Width Effect)。

無論是NWE，還是INWE。其本質都是溝道邊緣，場氧化層和柵極共同作用的寄生效應。其與場氧化層的形態，溝道的摻雜和應力都有關系。因此會表現出比較復雜的行為。

NWE和RNWE示意圖：來自Lecture Notes, Advanced Topics in Semiconductor Technology?- Three-Dimensional Transistor Technologies, UC Berkeley

基于對NEW的研究，可以有一系列的方式對其進行調控，從而盡量減小其實際的影響。

三星20nm CMOS工藝NWE：來自“Bulk Planar 20nm High-K/Metal Gate CMOS Technology Platform for Low Power and High Performance Applications,” IEEE International Electron Devices Meeting Technical Digest, pp. 350-353, 2011.

而在另一方面，魯迅先生說過，如果不能改變它，就可以嘗試利用它。在已經NEW效應的情況下，從器件設計的角度也可以利用這一特性對物理設計進行一定的修改，從而在一定程度上優化電路的性能。

根據INWE對與非門版圖的修改：來自鄭凱磊等 40nm工藝下反向窄溝道效應對VLSI電路設計的影響

編輯：黃飛

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