前面很早就寫出了版圖中WPE、LOD效應的推文： IC后端物理效應--Well Proximity Effect（阱臨近效應） 長文--IC后端物理效應--LOD Effect（擴散區(qū)長度效應）| LOD與OSE的關系 可是PSE卻久久沒有發(fā)出來，為什么呢？因為涉及到的內(nèi)容比較多，包含大學學到的固體物理、半導體工藝以及應變硅工藝的內(nèi)容（這個在大學的時候貌似沒有學過，因為絲毫沒有印象，查了查資料研究了一下）。

PSE（Poly spacing effect）的內(nèi)容應該很多人都知道，也就是Poly的間距對器件的性能會產(chǎn)生影響。

如何在后端版圖上或者布局布線中降低PSE的影響有些人應該也知道，比如在Std cell版圖中可以看到器件兩側(cè)有Dummy Poly的存在，另外在標準單元的兩側(cè)或者標準單元與Macro的交界處需要加一些End Cap。

但是具體為什么PSE會對器件的性能產(chǎn)生影響可能懂的人就不多了，或者大家的理解可能和我之前的理解一樣就是簡單的認為：如果旁邊沒有Dummy Poly或者End Cap那么Core邊界的器件兩側(cè)的環(huán)境就不一樣了，加工出來之后可能和Core中心的器件在物理尺寸或者其他方面有些不一樣，從而會影響器件的性能。

真的是這樣么？是不是太簡單了呢？

后來查閱資料發(fā)現(xiàn)，前面的理解或者說猜測貌似是不對的。畢竟我們的版圖中也會添加一堆的Base Filler，里面就包含Dummy Poly，那為什么還專門在外圍添加一些End Cap呢，這肯定說明有一些物理效應或者加工工藝只有引入End Cap才會避免，而引入Dummy Poly Filler是無法解決這種問題的。

那么PSE的真正原因是什么呢？下面根據(jù)我查閱資料的結(jié)果談下我的理解，如有疑問大家可以在公眾號下方探討哦，畢竟我不是做器件出身的。

PMOS和NMOS的尺寸比

另外，在開始講解之前還得提一下另外一個現(xiàn)象，因為這個與本推文要講解的內(nèi)容也非常相關。在學校的時候我們都知道，PMOS中的空穴遷移率比NMOS中電子的遷移率低，所以為了實現(xiàn)相同的電流輸出，我們需要將PMOS的寬度做的是NMOS寬度的2~3倍。可是在先進工藝下，這種要求已經(jīng)沒有了，兩種MOS的尺寸是一樣的，這是為什么呢？

這和前面講解的STI stress效應以及本節(jié)要介紹的內(nèi)容也息息相關。

LOD以及OSE效應回顧

在講解PSE之前，先回顧一下LOD以及OSE效應，因為它和下面要講解的PSE有關系。

器件的性能會受到OD長度以及STI寬度的影響，兩者其實都是STI應力引起的效應。

STI會對兩側(cè)的器件產(chǎn)生“壓應力,Compress stress”使得OD的長度發(fā)生變化（縮短）：

如下圖所示為PMOS和NMOS的電流（性能）隨OD長度變化的曲線，橫坐標為OD的長度SA(SB)，縱坐標是電流的大小：

從圖中可以得到如下結(jié)論： 隨著LOD以及OSE效應的增強，PMOS的電流(性能)會提升，NMOS的電流(性能)會下降。這對于PMOS的性能是有好處的，可是對于NMOS的性能則是不利的。 根據(jù)前面的STI stress effect我們可以猜測，如果在器件的OD上面施加一個向外的拉應力（Tensile stress），那么作用將會和上面相反，PMOS的電流(性能)會下降，NMOS的電流(性能)會提升。這對于PMOS的性能是不利的，可是對于NMOS的性能則是有幫助的。

因此，其實為了提高電路的性能，我們更希望在PMOS上施加一個壓應力（Compress stress），在NMOS上施加一個拉應力（Tensile stress）。

應變硅工藝應力引入機制 于是有人就想到，可以利用上面這種物理效應來提升器件的性能。

在器件上面引入應力的有兩種方法：

1、在PMOS源漏下內(nèi)嵌（embedded）一層SiGe(鍺硅)來產(chǎn)生壓應力，這種也被稱為eSiGe (Embedded SiGe)。原因：襯底致雙軸應力引入機制。

2、在器件上加一層CESL（接觸刻蝕停止層，比如SiN）來產(chǎn)生額外的拉/壓應力。

原因：CESL致單軸應力引入機制。

1、鍺硅工藝引入的壓應力 當鍺硅（SiGe）合金生在在Si襯底上時，由于Ge的晶格常數(shù)比Si大，所以其生長平面上的晶格常數(shù)會減小以適應Si襯底的晶格常數(shù)，由此會形成贋晶生長，另外贋晶生長會在SiGe上施加一個壓應力。晶格失配程度會隨Ge組分的增加而隨之加深，當超出一定厚度之后會形成大量的失配位錯釋放應力，如下圖所示：

引入的應力會使得PMOS中空穴的遷移率增加（具體原因很復雜，其中一個原因來自于空穴有效質(zhì)量的減小）。對于長溝道鍺硅PMOS而言，與傳統(tǒng)體硅PMOS相比，遷移率可以提高至少50%。 這種技術以及后邊要講的另一種應力引入機制廣泛使用在90nm及以后的工藝下（在5nm及以下工藝下可能不會采用了），如下圖所示（strain工藝）：

如下圖所示為FinFET工藝下PMOS源漏端淀積的SiGe示意圖：

下圖是實際芯片的截面圖，從中可以看到源漏端的SiGe：

另外，工藝上采用這種技術后，PMOS的性能也會受到Metal Gate與OD邊界的距離也就是Length of Diffusion(LOD)的影響，這個可能是LOD效應的另一個原因。





審核編輯：劉清