1.5.1 阱邻近效应

CMOS缩微工艺通常利用高能注入形成深倒退阱剖面，从而构成晶体管闩锁保护，并抑制横向穿透。在注入过程中，原子可以从抗光腐蚀剂掩膜板边缘开始横向散射，并嵌入阱边缘附近的硅表面，如图1.22所示。其结果是在1μm或更大的范围内，阱表面浓度随距掩膜边缘的横向距离而变化。阱掺杂中的这种横向不均匀性导致MOSFET阈值电压和其他电特性随着过渡层到阱边缘的距离而变化。这种现象被称为阱邻近效应。

图1.22 阱邻近效应图示

在CMOS 0.13μm工艺中表征阱邻近效应，将厚栅（3.3V）的NMOS和PMOS晶体管阵列沿单个阱边缘的侧面放置，阵列中的每个器件位于不同的阱边缘距离上，如图1.23所示。每个阵列都包含一个单独晶体管，该晶体管位于距离阱边超过25μm的位置，足以保证其不会受到阱邻近效应的影响。该晶体管作为基准器件，与其他器件进行比较。图1.23中的器件采用低电阻、对称源极（S）和漏极（D）连接布线，允许源和漏极自由分配。这使得阱邻近效应引入的源/漏极不对称性可以在单个器件上进行评估，而不会引入其他局部和全局参数变化的影响。

图1.23 评估阱邻近效应的测试阵列

实验表明阱邻近度对NMOS器件阈值电压V_th具有显著影响，V_th随着器件向阱边缘靠近而增加，最大变化值高达50mV。阵列中的晶体管和基准器件之间的相对饱和电流失调如图1.24所示，可以将其表示为栅源电压V_gs函数。每条曲线表示不同阱间距和源/漏极方向。对于V_gs＞V_th，相同尺寸器件的漏极电流失配可能高达30%，这取决于与阱边缘的邻近程度。图1.24显示，在靠近V_th和大于V_th以上区域中，源极朝向阱边缘器件的电流实际上可能大于漏极朝向阱边缘的器件。

在一些需要高精度匹配的设计中，工程师需要考虑阱邻近效应，使得阱梯度变化沿栅极长度方向进行定向，如图1.25所示。同时将多个输出晶体管布置在一个公共阱中，远离任何阱边缘，这样就可以忽略阱邻近引起的失配，使得两个器件的横向电流方向尽可能相等。

图1.24 不同阱边缘间距情况下，漏极电流（I_d）与栅极电压的关系

图1.25 单阱中匹配晶体管布局