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[摘 要]介绍了集成电路中已有的修调技术手段，包含有激光修调，熔丝修调，二极管修调和可编程逻辑器件修调，分析了这四种修调方法的特点。提出一种优于以往熔丝修调的高校可靠性熔丝修调方法，将熔丝设计于电路中，通过控制流经熔丝上电流的大小来决定熔丝在电路中的连接与断开，从而决定着电路中与熔丝连接信号的高低状态。基于HHNEC 0.35？m BCD工艺，给出修调电路原理图，阐述修调电路的修调原理。在Cadence软件平台下用Hspice工具，基于HHNEC工艺模型对电路功能进行仿真，验证了修调功能的可实现性。
[关键词]修调技术 熔丝 修调功能
中图分类号：TN433 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0014-02
[Abstract]The integrated circuit trimming techniques including laser trimming， fuse trimming， diode trimming and programmable logic device trimming are introduced. Characteristics of these four trimming methods are analyzed. A university reliability fuse trimming superior ever fuse trimming is presented， which puts the fuse in the circuit design. The fuse connect or disconnect in the circuit is determined by controlling the current flowing through the fuse， which determines the signal level connected to the fuse. Based on HHNEC 0.35μm BCD process， the trimming circuit diagram of explaining the principles of trimming is given. The circuit function is simulation based on the HHNEC process models in the Hspice tool of Cadence software platform， and the realization of circuit function is verified.
[Key words]trimming technique；fuse；trimming function
1、引言
隨着市场对集成电路行业的性能要求越来越高，集成电路本身面临着越来越严峻的考验，尤其是对模拟集成电路和混合集成电路的模拟部分而言，基准源的失调和温漂往往会导致整个电路的功能失败[1]。在集成电路中，电路的性能与电路的实现工艺是息息相关的，从国内工艺发展水平的现状来讲，要生产出高精度的电阻和电容不是易事，引入修调技术，对电阻和电容的值进行修正是势在必行的，所以说设计出好的修调方法对集成电路的发展具有重要的意义。目前人们已经研究和采用的修调方法主要有激光修调，熔丝修调，二极管修调和可编程逻辑器件修调。
本文设计了一种高效可靠的熔丝修调技术，将熔丝设计于电路中，设计好修调时流经熔丝上的电流值，确保一段时间熔丝能够烧断，这样就可改变电路中修调开关的状态。此种修调实现容易，节省PAD数目，节省芯片面积，成本低。最终对设计的整体修调电路进行功能验证，满足需求，功能正确。
2、传统修调技术
2.1 激光修调技术
国外的模拟集成电路普遍采用的修调技术就是激光修调技术。激光修调一般主要针对薄膜电阻而言，通过切除一部分电阻材料来达到增加电阻阻值的目的。一般初始设计时把电阻的阻值设置相对低一些，这样可以通过修调，来产生准确的电阻阻值。图1为版图中经过激光修调后的电阻，两个电阻中可以看见明显被切割过的痕迹。
激光修调不需要物理接触，可以减少电路中PAD点的数目，这样也可以节省芯片的面积，同时还能实现对薄膜电阻的高精度调整，满足电路性能要求。但是激光修调所用的激光修调系统的费用昂贵[2]，同时也增加薄膜电阻的工艺复杂程度，切割的时候容易对衬底造成不利的影响。
2.2 二极管短路修调技术
二极管的短路修调利用的是齐纳二极管和电阻按规律连接起来，选择性的烧断齐纳二极管已调整整个电阻值。在齐纳二极管两端施加反向电压，让PN结融化短路，这样即可达到修调的目的。其原理图如图2所示，正常的PN结其反向电阻值无穷大[3]，PN结融化后视为短路。
二极管短路修调只可以让电阻的阻值向小的方向改变，同时当需要修调更多的电阻值时，需要引入的PAD点也得随之增加，而且其不能满足高精度的要求。
2.3 可编程逻辑器件修调
可编程逻辑器件修调是利用计算机精确控制存储电荷来改变MOS器件的阈值电压，从而改变其漏极电流，进而达到控制阻抗的目的[4]。电编程时，MOSFET的浮栅捕获电子，即使掉电后，电子仍然留在浮栅中。可编程逻辑器件修调需要一块单独的芯片，而且MOSFET的阈值电压会在温度改变和编程电压掉电后发生变化。
2.4 熔丝修调技术
传统的熔丝修调是PAD对PAD的修调，即为熔丝的两端分别直接与PAD相连，熔丝的材料一般是金属和多晶硅两种[5]。一个具体实例的版图如图3所示，是电阻网络的熔丝修调，可见每个熔丝的两端是和电阻两端引出的PAD连在一起的。此熔丝的材料为金属，修调时是在熔丝的两个PAD上直接加入电压信号来进行烧断。熔丝烧断之前电阻在电路中是被短路的状态，烧段之后的熔丝是断路状态，电阻就被正常连入到电路里面。这样通过熔丝达到了改变总体电阻网络阻值的目的。 此修调手段易于实现，生产和测试的成本低，容易被接受。和二极管修调一样，当需要修调更多的电阻值时，需要引入的PAD点也得随着增加，这样就会牺牲版图面积。
由于熔丝修调的工艺简单，成本低，所以容易被人们采用。除了上面介绍的熔丝修调的用法，还有一种是修调熔丝的烧断与否决定的是信号的高低电平，从而来控制电路内部的开关状态。通常是将熔丝的一端接地，另一端连入电路当中，如果不烧段熔丝，意味着连入电路的信号直接与地相连，如果烧断的话，则让连入电路中的信号是高电平状态。本设计是在此基础上加以延伸，设计了一种新颖的熔丝修调电路，与往来的修调技术相比，节省了PAD数目和芯片面积。
3、一种新颖的熔丝修调技术
图4是熔丝的烧写控制电路，VCC_TRIM是修调电压，FUSE_en是修调使能信号，Q是来自移位寄存器的修调控制信号，Con_P和Con_N是偏置电路提供的偏置信号，Dout是此电路的输出信号，直接控制修调开关。这个电路需要指出的是M1管的尺寸是关键，当外加电压VCC_TRIM一定下，它决定着流经熔丝上的电流是多大，也就是决定了熔丝能否被烧断和被烧断的时间。
本设计提出的熔丝修调方法的核心思想是，首先修调进行与否和使能信号FUSE_en有关。当FUSE_en=0时，M1管始终截止，输出信号Dout和移位寄存器给入的信号Q是反向关系；当FUSE_en=1且Q=1时，M1管导通，大电流从VCC_TRIM流经熔丝FUSE和M1管到地，这是熔丝的烧写过程，大电流持续一段时间后熔丝将被烧断。当修调的控制开关需要修调的位都进行了烧写之后，这时可以从此电路图读出相应的信号。若熔丝FUSE烧断，则A点电位为低，Dout为低；若熔丝FUSE没有烧断，则设计时让A点电位为高，Dout为高。
当一个芯片需要多个修调开关控制数字修调电位器时，需要引入数字逻辑控制电路来进行烧写熔丝，同时加入测试电路的功能，可以在全部烧写完之后进行数字开关的测试。图5中的SDO就是测试之后串行输出的修调开关值，看是否和预期结果一致，如果不一致，则需要再次进行熔丝烧写。
4、仿真测试结果
此修调电路只有在芯片封装后通过实物测试才能得知其功能是否存在，软件仿真中为了接近实际情况，将熔丝用多晶硅电阻来代替，通过观测流经此多晶硅电阻上电流的大小来判断熔丝烧断与否。另一个判断依据就是直接观测图4熔丝烧写控制电路中输出信号Dout的高低电平，如果和预期要达到的功能一样，则可证明修调可行。图6是模拟熔丝烧断情况下的仿真结果。
5、结论
本文在介绍和总结传统修调技术的基础上，提出一种新颖的熔丝修调方法，将熔丝设计于电路当中，通过控制流经熔丝上电流的大小来对熔丝进行烧写与否。经过流片之后，通过实际的动作来烧写芯片，得到的结果和理论预期结果一样。
参考文献
[1] 邹敏瀚，柯学，金玉丰.一种片后数字修调技术及其应用[J].微电子学，2006，36（5）：666-669.
[2] ParkerD L，Huang W.Polysilicon resistor trimming by laser link making.Semiconductor Manufacturing.IEEE Transactions，1990：80～83.
[3] 李文昌，王繼安，李威等.修调技术在高精度集成电路中的实现[J].微处理机，2006（1）：1-2，6.
[4] 李永红.电源芯片中CMOS带隙基准源与微调的设计与实现[D].成都： 电子科技大学，2005.
[5] 张鹏辉，王己钢.熔丝类电路的修调探索[J].电子与封装，2010，10（4）：24-27.
作者简介
林来福（1992—），男（汉族），福建泉州人，目前就读于武夷学院机电工程学院微电子学专业。
[关键词]修调技术 熔丝 修调功能
中图分类号：TN433 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0014-02
[Abstract]The integrated circuit trimming techniques including laser trimming， fuse trimming， diode trimming and programmable logic device trimming are introduced. Characteristics of these four trimming methods are analyzed. A university reliability fuse trimming superior ever fuse trimming is presented， which puts the fuse in the circuit design. The fuse connect or disconnect in the circuit is determined by controlling the current flowing through the fuse， which determines the signal level connected to the fuse. Based on HHNEC 0.35μm BCD process， the trimming circuit diagram of explaining the principles of trimming is given. The circuit function is simulation based on the HHNEC process models in the Hspice tool of Cadence software platform， and the realization of circuit function is verified.
[Key words]trimming technique；fuse；trimming function
1、引言
隨着市场对集成电路行业的性能要求越来越高，集成电路本身面临着越来越严峻的考验，尤其是对模拟集成电路和混合集成电路的模拟部分而言，基准源的失调和温漂往往会导致整个电路的功能失败[1]。在集成电路中，电路的性能与电路的实现工艺是息息相关的，从国内工艺发展水平的现状来讲，要生产出高精度的电阻和电容不是易事，引入修调技术，对电阻和电容的值进行修正是势在必行的，所以说设计出好的修调方法对集成电路的发展具有重要的意义。目前人们已经研究和采用的修调方法主要有激光修调，熔丝修调，二极管修调和可编程逻辑器件修调。
本文设计了一种高效可靠的熔丝修调技术，将熔丝设计于电路中，设计好修调时流经熔丝上的电流值，确保一段时间熔丝能够烧断，这样就可改变电路中修调开关的状态。此种修调实现容易，节省PAD数目，节省芯片面积，成本低。最终对设计的整体修调电路进行功能验证，满足需求，功能正确。
2、传统修调技术
2.1 激光修调技术
国外的模拟集成电路普遍采用的修调技术就是激光修调技术。激光修调一般主要针对薄膜电阻而言，通过切除一部分电阻材料来达到增加电阻阻值的目的。一般初始设计时把电阻的阻值设置相对低一些，这样可以通过修调，来产生准确的电阻阻值。图1为版图中经过激光修调后的电阻，两个电阻中可以看见明显被切割过的痕迹。
激光修调不需要物理接触，可以减少电路中PAD点的数目，这样也可以节省芯片的面积，同时还能实现对薄膜电阻的高精度调整，满足电路性能要求。但是激光修调所用的激光修调系统的费用昂贵[2]，同时也增加薄膜电阻的工艺复杂程度，切割的时候容易对衬底造成不利的影响。
2.2 二极管短路修调技术
二极管的短路修调利用的是齐纳二极管和电阻按规律连接起来，选择性的烧断齐纳二极管已调整整个电阻值。在齐纳二极管两端施加反向电压，让PN结融化短路，这样即可达到修调的目的。其原理图如图2所示，正常的PN结其反向电阻值无穷大[3]，PN结融化后视为短路。
二极管短路修调只可以让电阻的阻值向小的方向改变，同时当需要修调更多的电阻值时，需要引入的PAD点也得随之增加，而且其不能满足高精度的要求。
2.3 可编程逻辑器件修调
可编程逻辑器件修调是利用计算机精确控制存储电荷来改变MOS器件的阈值电压，从而改变其漏极电流，进而达到控制阻抗的目的[4]。电编程时，MOSFET的浮栅捕获电子，即使掉电后，电子仍然留在浮栅中。可编程逻辑器件修调需要一块单独的芯片，而且MOSFET的阈值电压会在温度改变和编程电压掉电后发生变化。
2.4 熔丝修调技术
传统的熔丝修调是PAD对PAD的修调，即为熔丝的两端分别直接与PAD相连，熔丝的材料一般是金属和多晶硅两种[5]。一个具体实例的版图如图3所示，是电阻网络的熔丝修调，可见每个熔丝的两端是和电阻两端引出的PAD连在一起的。此熔丝的材料为金属，修调时是在熔丝的两个PAD上直接加入电压信号来进行烧断。熔丝烧断之前电阻在电路中是被短路的状态，烧段之后的熔丝是断路状态，电阻就被正常连入到电路里面。这样通过熔丝达到了改变总体电阻网络阻值的目的。 此修调手段易于实现，生产和测试的成本低，容易被接受。和二极管修调一样，当需要修调更多的电阻值时，需要引入的PAD点也得随着增加，这样就会牺牲版图面积。
由于熔丝修调的工艺简单，成本低，所以容易被人们采用。除了上面介绍的熔丝修调的用法，还有一种是修调熔丝的烧断与否决定的是信号的高低电平，从而来控制电路内部的开关状态。通常是将熔丝的一端接地，另一端连入电路当中，如果不烧段熔丝，意味着连入电路的信号直接与地相连，如果烧断的话，则让连入电路中的信号是高电平状态。本设计是在此基础上加以延伸，设计了一种新颖的熔丝修调电路，与往来的修调技术相比，节省了PAD数目和芯片面积。
3、一种新颖的熔丝修调技术
图4是熔丝的烧写控制电路，VCC_TRIM是修调电压，FUSE_en是修调使能信号，Q是来自移位寄存器的修调控制信号，Con_P和Con_N是偏置电路提供的偏置信号，Dout是此电路的输出信号，直接控制修调开关。这个电路需要指出的是M1管的尺寸是关键，当外加电压VCC_TRIM一定下，它决定着流经熔丝上的电流是多大，也就是决定了熔丝能否被烧断和被烧断的时间。
本设计提出的熔丝修调方法的核心思想是，首先修调进行与否和使能信号FUSE_en有关。当FUSE_en=0时，M1管始终截止，输出信号Dout和移位寄存器给入的信号Q是反向关系；当FUSE_en=1且Q=1时，M1管导通，大电流从VCC_TRIM流经熔丝FUSE和M1管到地，这是熔丝的烧写过程，大电流持续一段时间后熔丝将被烧断。当修调的控制开关需要修调的位都进行了烧写之后，这时可以从此电路图读出相应的信号。若熔丝FUSE烧断，则A点电位为低，Dout为低；若熔丝FUSE没有烧断，则设计时让A点电位为高，Dout为高。
当一个芯片需要多个修调开关控制数字修调电位器时，需要引入数字逻辑控制电路来进行烧写熔丝，同时加入测试电路的功能，可以在全部烧写完之后进行数字开关的测试。图5中的SDO就是测试之后串行输出的修调开关值，看是否和预期结果一致，如果不一致，则需要再次进行熔丝烧写。
4、仿真测试结果
此修调电路只有在芯片封装后通过实物测试才能得知其功能是否存在，软件仿真中为了接近实际情况，将熔丝用多晶硅电阻来代替，通过观测流经此多晶硅电阻上电流的大小来判断熔丝烧断与否。另一个判断依据就是直接观测图4熔丝烧写控制电路中输出信号Dout的高低电平，如果和预期要达到的功能一样，则可证明修调可行。图6是模拟熔丝烧断情况下的仿真结果。
5、结论
本文在介绍和总结传统修调技术的基础上，提出一种新颖的熔丝修调方法，将熔丝设计于电路当中，通过控制流经熔丝上电流的大小来对熔丝进行烧写与否。经过流片之后，通过实际的动作来烧写芯片，得到的结果和理论预期结果一样。
参考文献
[1] 邹敏瀚，柯学，金玉丰.一种片后数字修调技术及其应用[J].微电子学，2006，36（5）：666-669.
[2] ParkerD L，Huang W.Polysilicon resistor trimming by laser link making.Semiconductor Manufacturing.IEEE Transactions，1990：80～83.
[3] 李文昌，王繼安，李威等.修调技术在高精度集成电路中的实现[J].微处理机，2006（1）：1-2，6.
[4] 李永红.电源芯片中CMOS带隙基准源与微调的设计与实现[D].成都： 电子科技大学，2005.
[5] 张鹏辉，王己钢.熔丝类电路的修调探索[J].电子与封装，2010，10（4）：24-27.
作者简介
林来福（1992—），男（汉族），福建泉州人，目前就读于武夷学院机电工程学院微电子学专业。