Лекция 4. Методы экранирования схем от шумов по подложке.

Для снижения перекрестных наводок по подложке между интегрированными на кристалле блоками используются дополнительные элементы. При этом различают случаи стандартной КМОП технологии и КНИ (кремний на изоляторе).

Экранирование схем от шумов по подложке в стандартной КМОП технологии

Как правило, в стандартной КМОП технологии для разделения блоков на кристалле используются диффузионные охранные кольца^(*) (рис. 4.1). На рис. 4.1 под генератором помех подразумевается схема – источник шумов по подложке, под датчиком помех – схема чувствительная к помехам по подложке. Охранные кольца (о/к) подсоединяются к контактным площадкам (КП), на которые подается “чистый” (без шумов) потенциал.

Рис. 4.1. Общий вид и характерные геометрические размеры охранных колец

Рис. 4.2. Охранные кольца в разрезе

Рис. 4.3. Эквивалентная схема распространения шума по подложке при наличии охранных колец

На рис. 4.2 показаны охранные кольца в разрезе для случая p – подложки, а также элементы эквивалентной схемы распространения шума по подложке. Вход и выход эквивалентной схемы распространения шума (рис. 4.3) соответствует локальным потенциалам подложки. Паразитная связь элементов схемы с подложкой (ее локальными местами), как правило, является емкостной.

Для оценки элементов эквивалентной схемы (рис. 4.3), а также расчета геометрических параметров диффузионных колец и расстояний с целью обеспечения требуемого подавления помех по подложке, можно использовать следующие полуэмпирические выражения

где L – это наименьшее из L_ГО и L_ДО ; остальные геометрические размеры, использованные в формулах, соответствуют обозначениям на рис. 4.1; a_i, b_i, c_i – константы, определяемые технологическим процессом. Для определения констант a_i, b_i, c_i необходимо изготовить и исследовать соответствующие тестовые структуры или воспользоваться результатами трехмерного моделирования с учетом реального распределения примесей по подложке.

Экранирование схем от шумов по подложке

в технологии КНИ

В технологии кремний на диэлектрике^(*) (КНИ) помимо диффузионных колец существенную роль играет изоляция областями диэлектрика (оксида).

Р ис. 4.4. Общий вид охранных структур КНИ

Рис. 4.5. Разрез охранных структур КНИ с элементами эквивалентной схемы

Для оценки элементов эквивалентной схемы (рис. 4.5), а также расчета геометрических параметров диффузионных колец и расстояний с целью обеспечения требуемого подавления помех по подложке, можно использовать следующие полуэмпирические выражения

где z_i – постоянные для данной технологии; L_Г, F_Г, S – геометрические размеры, показанные на рис. 1.21; A_Г, A_Д – активные площади генератора перекрестных помех и датчика соответственно; T_box – толщина скрытого оксида. Для определения констант z_i не-обходимо изготовить и исследовать соответствующие тестовые структуры или воспользоваться результатами трехмерного моделирования с учетом реального распределения примесей по подложке.

Сравнительные данные по степени подавления

шумов по подложке

Н

а)

а рис. 4.6 схематично показаны в разрезе примеры основных элементов экранирования для различных технологических процессов.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 4.6. Примеры основных элементов экранирования

На рис. 4.6, а показана структура для исследования распространения шумов по подложке без элементов экранирования (подавления). На рис. 4.6, б представлен метод экранирования при помощи охранных колец p – типа, эквивалентная схема которого приведена ранее. На рис. 4.6, в охранные кольца p – типа дополнены областями n – типа. Этот метод эффективен когда большая часть наводок протекает по высоколегированной приповерхностной области подложки. На рис. 4.6, г кольца n – типа заменены на щелевую изоляцию, которая эффективна при использовании высоколегированных скрытых слоев. В структуре на рис. 4.6, д для изоляции используется подслой оксида (структура SOI – кремний на изоляторе КНИ).