FinFET工艺之self-heating概念介绍

self-heating是什么？

当做到FinFET工艺时才了解到这个名词，在平面工艺时都没有接触SHE（self-heating effect）这个概念。为什么到FinFET下开始需要注意SHE的影响了呢？下面参考一些材料总结一下分享，如有不准确的地方请帮指正。

SHE：自发热效应(self-heating effect)，因为MOS底部和周边都是用Oxide隔离，而oxide的导热性不好，所以载流子碰撞产生的热量被聚集在well里，会减小载流子寿命。在Id-Vd特性曲线里饱和区曲线会略微下降，而不是微微上升。

FinFET器件几何结构的引入大大改变了从沟道功耗到环境的热阻路径。鳍栅结构让热量更难消散。工艺越小，温升就越明显。网上找个图如下

版图上的影响是什么呢？下面是一些经验的分享

SHE的影响加剧了信号和电源金属电迁移可靠性故障。因为FinFET的热轮廓会影响金属互连邻域的温度，温度的升高直接会影响到金属的EM能力，从而加速了EM故障率概率。

举个例子：一个高频时钟如果使用STD 为16X的BUF，EM的仿真上可能会看到16X BUF周围EM 会非常严重，同时还能看到这部分的SHE影响也是很严重。因为高频时钟抽拉电流比较厉害了，加上使用单个较大BUF时局部温升进一步提高，加剧了EM的问题。

所以这个时候比较有效的方式就是把16X的BUF 拆分开分成多个4X的，版图上分布也要分散开。实际效果上效果是比较明显的。

High Power Device上，推荐源端连接到guardring要尽可能的短，源漏上使用叠层金属，减小水平方向的电流，让水平方向的电流尽可能放在2x厚金属上。

在后仿网表上SHE multi-finger的影响可以会体现在"odind" "gpocrdx" "gpocrdy" 这几个器件参数上

odind: index for each OD

gpocrdx, gpocrdy: x, y coordinate of each device center

这里还要提下SOI工艺，SOI工艺也要注意self-heating的问题，原因也是跟SOI工艺的结构有关系，SOI器件中，有源薄体在氧化硅上，这是绝热材料。在工作期间，有源区域消耗的功率不能轻易消散。结果，薄体的温度升高，这降低了器件的迁移率和电流；知乎上找个图看下：

审核编辑：黄飞