زوايا العملية

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في صناعة أشباه الموصلات ، تُعدّ زاوية العملية مثالاً على تقنية تصميم التجارب (DoE) ، وهي تشير إلى تباين معايير التصنيع المستخدمة في تطبيق تصميم الدوائر المتكاملة على رقاقة أشباه الموصلات . تمثل زوايا العملية أقصى حدود هذه التباينات في المعايير، والتي يجب أن تعمل الدائرة المحفورة على الرقاقة ضمنها بشكل صحيح. قد تعمل الدائرة على الأجهزة المصنعة عند زوايا العملية هذه بسرعة أبطأ أو أسرع من المحدد، وعند درجات حرارة وفولتيات أقل أو أعلى، ولكن إذا لم تعمل الدائرة بشكل صحيح عند أي من هذه الحدود القصوى للعملية، يُعتبر التصميم غير كافٍ من حيث هامش الأمان. [ 1 ]

للتحقق من متانة تصميم الدوائر المتكاملة، يقوم مصنّعو أشباه الموصلات بتصنيع مجموعات خاصة من الرقاقات، حيث يتم تعديل معايير التصنيع وفقًا لهذه الظروف القصوى، ثم يختبرون الأجهزة المصنوعة من هذه الرقاقات الخاصة عند مستويات متفاوتة من الظروف البيئية، مثل الجهد الكهربائي وتردد الساعة ودرجة الحرارة، المطبقة مجتمعة (اثنان منها أو الثلاثة معًا أحيانًا) في عملية تُسمى توصيف الأجهزة . تُعرض نتائج هذه الاختبارات باستخدام تقنية رسم بياني تُعرف باسم مخطط شموه ، والذي يُظهر بوضوح الحد الذي يبدأ عنده الجهاز بالتعطل عند تطبيق مجموعة معينة من هذه الظروف البيئية.

يُعد تحليل الزاوية أكثر فعالية في الإلكترونيات الرقمية بسبب التأثير المباشر لاختلافات العملية على سرعة تبديل الترانزستور أثناء الانتقالات من حالة منطقية إلى أخرى، وهو أمر غير ذي صلة بالدوائر التناظرية، مثل مكبرات الصوت.

أهميتها في الإلكترونيات الرقمية

في تصميم المعالجات الدقيقة للدوائر المتكاملة واسعة النطاق (VLSI) وتصنيع أشباه الموصلات ، تمثل زاوية العملية انحرافًا بمقدار ثلاثة أو ستة سيجما عن تركيزات التطعيم الاسمية (وغيرها من المعايير [ 2 ] ) في الترانزستورات على رقاقة السيليكون . يمكن أن يتسبب هذا الانحراف في تغييرات كبيرة في دورة التشغيل ومعدل التغير للإشارات الرقمية ، وقد يؤدي أحيانًا إلى فشل كارثي للنظام بأكمله.

قد يحدث التباين لأسباب عديدة، مثل التغيرات الطفيفة في الرطوبة أو درجة الحرارة في الغرفة النظيفة عند نقل الرقائق، أو بسبب موضع الرقاقة بالنسبة لمركز الرقاقة.

أنواع الزوايا

عند العمل في مجال المخططات، نركز عادةً على نقاط ضعف عملية تصنيع الدوائر المتكاملة (FEOL) لأن هذه النقاط تؤثر على أداء الأجهزة. ولكن هناك مجموعة مستقلة من معايير التصنيع التي تؤثر على العناصر الطفيلية في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة (BEOL).

زوايا FEOL

إحدى طرق تسمية زوايا المعالجة هي استخدام رموز مكونة من حرفين، حيث يشير الحرف الأول إلى زاوية MOSFET من النوع N ( NMOS )، بينما يشير الحرف الثاني إلى زاوية MOSFET من النوع P ( PMOS ). في هذه الطريقة، توجد ثلاث زوايا: نموذجية ، وسريعة ، وبطيئة . تتميز الزوايا السريعة والبطيئة بحركية حاملات شحنة أعلى وأقل من المعتاد، على التوالي. على سبيل المثال، تشير الزاوية FS إلى ترانزستورات NFET السريعة وترانزستورات PFET البطيئة.

لذا، توجد خمس زوايا محتملة: نموذجية-نموذجية (TT) (ليست زاوية فعلية في رسم بياني لحركية n مقابل p، ولكنها تُسمى زاوية على أي حال)، سريعة-سريعة (FF)، بطيئة-بطيئة (SS)، سريعة-بطيئة (FS)، وبطيئة-سريعة (SF). تُسمى الزوايا الثلاث الأولى (TT، FF، SS) زوايا متساوية، لأن كلا النوعين من الأجهزة يتأثران بالتساوي، ولا يؤثران سلبًا بشكل عام على صحة الدائرة المنطقية. يمكن للأجهزة الناتجة أن تعمل بترددات ساعة أبطأ أو أسرع، وغالبًا ما تُصنف على هذا الأساس. أما الزاويتان الأخيرتان (FS، SF) فتُسميان زوايا "غير متوازنة"، وهما مدعاة للقلق. وذلك لأن أحد نوعي الترانزستورات FET سيتحول أسرع بكثير من الآخر، وهذا النوع من التحول غير المتوازن قد يتسبب في أن يكون معدل تغير أحد طرفي الخرج أقل بكثير من الطرف الآخر. عندها قد تسجل أجهزة التثبيت قيمًا غير صحيحة في سلسلة المنطق.

زوايا BEOL

المصدر: [ 3 ]

بالإضافة إلى الترانزستورات ذات التأثير الحقلي نفسها، توجد تأثيرات أخرى للتغيرات داخل الشريحة (OCV) تظهر عند استخدام تقنيات تصنيع أصغر . وتشمل هذه التأثيرات تغيرات العملية والجهد ودرجة الحرارة (PVT) على التوصيلات البينية داخل الشريحة، بالإضافة إلى هياكل الوصلات.

غالبًا ما تحتوي أدوات الاستخراج على زاوية اسمية لتعكس المقطع العرضي الاسمي لهدف العملية. ثم تم إنشاء الزاويتين cbest و cworst لنمذجة أصغر وأكبر المقاطع العرضية ضمن نطاق التباين المسموح به في العملية. تُظهر تجربة فكرية بسيطة أن أصغر مقطع عرضي مع أكبر تباعد رأسي سينتج عنه أصغر سعة اقتران. كانت الدوائر الرقمية CMOS أكثر حساسية للسعة من المقاومة، لذا كان هذا التباين مقبولًا في البداية. مع تطور العمليات وازدياد أهمية مقاومة الأسلاك، تم إنشاء الزاويتين الإضافيتين rcbest و rcworst لنمذجة الحد الأدنى والحد الأقصى لمساحات المقطع العرضي للمقاومة. لكن التغيير الوحيد هو أن مقاومة المقطع العرضي لا تعتمد على سمك طبقة الأكسيد (التباعد الرأسي بين الأسلاك)، لذا يتم استخدام أكبر قيمة لـ rcbest وأصغر قيمة لـ rcworst .

مراعاة الزوايا

ولمواجهة تأثيرات التباين هذه، غالبًا ما توفر عمليات التكنولوجيا الحديثة نماذج محاكاة SPICE أو BSIM لجميع زوايا العملية (أو على الأقل TT وFS وSF)، مما يمكّن مصممي الدوائر من اكتشاف تأثيرات انحراف الزاوية قبل وضع التصميم ، وكذلك بعد وضع التصميم (من خلال استخراج العناصر الطفيلية )، قبل تغليفه .

مراجع

  1. ↑ ويست، نيل إتش إي وهاريس، ديفيد (2005). تصميم الدوائر المتكاملة بتقنية CMOS VLSI: منظور الدوائر والأنظمة، الطبعة الثالثة . أديسون-ويسلي، ص 231-235. ISBN 0-321-14901-7.
  2. ↑ جورينج، ريتشارد (21 نوفمبر 2005). "التغيرات تقلب خطط المصممين رأسًا على عقب" . EETimes.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2009 .
  3. ↑ "نسخة مؤرشفة" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 21-09-2013 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 20-09-2013 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )