讲一讲LOD效应

LOD效应也是DSM效应的其中一种。DSM Effect即Deep Sub-Micron Effect，包括WPE、LOD、OSE、Hot carrier effects等等，本篇介绍LOD effect，和WPE一样，是大家经常讨论的effects。

大家知道，用于隔离器件的几种方法：整面全区氧化、LOCOS、STI。

整面全区氧化隔离在最早期使用，工艺简单，但是效率不高，占用很大面积，现在先进工艺不再使用。

后来出现了LOCOS隔离，局部氧化，优于整面全区氧化，但是有鸟嘴。

先进工艺现在多用STI浅槽隔离，工艺相对复杂，但是隔离效果好，占用面积小。

LOCOS是做的湿法氧化，STI是用的CVD工艺，CVD化学气相沉积沉积速率高，说白了就是挖出沟槽这个动作会对两侧的器件产生机械压力，因此STI会产生应力。

这个应力会使得STI两侧的器件特性受到影响，具体什么影响呢？这里就涉及到了LOD和OSE效应了。

LOD效应：由于STI到多晶硅栅poly的距离也就是器件有源区长度的不同，应力对器件的影响也不同，因此叫做扩散区长度效应，如下图，有源区OD的长度越大，STI对器件的应力影响越小。因此，如果想要2个MOS匹配，那么他们到STI的距离应该是一样的或者距离大到可以忽略不计LOD效应。

OSE效应：OD Space Effect，是由于STI本身的宽度不同引起的对两侧器件的应力不同。这个效应在数字IC研究居多，模拟IC主要研究LOD效应。

LOD效应和WPE效应一样，直接影响MOS管的阈值电压等参数，因此如果电路对阈值电压比较敏感，那么在layout中一定要把LOD效应考虑在内，不然layout画完再做优化就很费事，导致芯片设计周期变长。

LOD效应对MOS性能影响的大小，与有源区OD的长度有关，如下图，绿色代表poly，蓝色代表OD有源区，以左侧poly为MOS管为例，SA代表源极OD长度，SB代表漏极OD长度（可互换），对于单个MOS来说，源漏极OD长度不是必须相等的。

下图中，两个MOS的W都是2um，L都是0.5um，但由于左边管子MOS A的源漏的长度是SA=SB=1.5um，右边管子MOS B的源漏的长度是SA=SB=1um，那么相同尺寸的管子，由于OD长度不相等，所以流过的电流大小并不完全相等。

因此，如果想要MOS A和B做到完全匹配，那么A和B的OD长度应该做到相等才可以，即SA_A=SA_B，SB_A=SB_B。

在具体的模拟IC电路中，如何考量LOD效应呢，接下来以一个简单的mirror电路为例讲解一下，以下部分笔记参考bubuchen的笔记。

以下电流镜电路，Ii是输入电流，Io是输出电流，拿到这个电路，我们第一目的是想要Ii完全等于Io，或者有整数倍的关系。

假如，我们想要Io=Ii，即M1和M2的尺寸要相等。以一个finger为例，M1和M2分开放置，不共用源漏，如下图。在layout中，我们要保证SA1=SA2,SB1=SB2,不用保证SA=SB，那么LOD效应对MOS 1和MOS 2的影响是一样的，因此M1和M2就可以做到匹配了，Io=Ii就不会因为LOD造成误差。

如果fingger=2会是什么情况呢？如下图，M1和M2的finger都是2，且不共用源漏，分开放置，为了使得M1和M2匹配且不受LOD影响，那么我们在版图中应该做到SA11=SA21，SB11=SB21，SA12=SA22，SB12=SB22，那么LOD对M1和M2的影响是一样的，因此M1和M2就可以做到匹配了，Io=Ii就不会因为LOD造成误差。

所以当我们要设计Io=Ii时，，不论是Single Finger或是Multi Fingers，我们主要保证MOS 1和MOS 2的Layout一模一样即可避免LOD Effect所造成的Mismatch，即使MOS 1和MOS 2画在同一块OD也是如此。

如果我们想要做到Io=4Ii，且是多个finger的情况，在画版图的时候，为了节省面积，在电路图源漏有短接的，在版图中也会源漏共用。在这个电流镜电路中，M1和M2的源端是短接的，因此在版图中也是共用源端。

假设工艺要求中OD长度大于5um以上即可忽略LOD效应，那么如下图，M1的finger是2，M2的finger是8，这样做到了1：4的比例，且所有的finger的poly到STI的距离（即所有的OD长度）均大于5um，可以忽略LOD效应。

实际画版图时，管子两侧会放置dummy，这样要保证了OD的长度够长，且做到很好的匹配。

有同学会问了，两侧做到5um以上会不会太浪费面积，为什么1：4的比例不做成1：4而是2：8呢？能否做1：4呢？接下来分析这个问题。

如果做成2：8的比例，即使两侧OD长度不大于5um，那么在两侧放上dummy，其实这时候LOD效应已经很小了，这种放置dummy的方法，如果采用1：4的比例，即M1的finger是1，M2的finger是4，那么版图中会是以下的样子，S代表M1和M2的源端，D1代表M1的漏端，D2代表M2的漏端。即使两侧放了dummy，LOD效应在M1和M2的影响也是不一样的，因此不是完美的1：4的比例了。