Антенный эффект

Феномен в производстве электроники

Рисунок 1: Иллюстрация причины эффекта антенны. M1 и M2 — это первые два металлических слоя межсоединений.

Антенный эффект , более формально индуцированное плазмой повреждение оксида затвора , является эффектом, который потенциально может вызвать проблемы с производительностью и надежностью при производстве МОП-интегральных схем . ^{[1] [2] [3] [4] [5]} Заводы ( фабрики ) обычно поставляют правила для антенн , которые являются правилами, которые необходимо соблюдать, чтобы избежать этой проблемы. Нарушение таких правил называется нарушением антенны . Слово «антенна» в этом контексте употребляется неправильно — проблема на самом деле заключается в сборе заряда, а не в обычном значении слова «антенна» , которое представляет собой устройство для преобразования электромагнитных полей в электрические токи или из них. Иногда в этом контексте используется фраза « эффект антенны» , ^[6] , но это менее распространено, поскольку существует множество эффектов, ^[7] , и эта фраза не дает ясного понимания того, что имеется в виду.

На рисунке 1(а) показан вид сбоку типичной сети в интегральной схеме . Каждая сеть будет включать в себя как минимум один драйвер, который должен содержать диффузию истока или стока (в более новой технологии используется имплантация), и как минимум один приемник, который будет состоять из электрода затвора над тонким диэлектриком затвора (см. Рисунок 2 для подробный вид МОП-транзистора). Поскольку диэлектрик затвора очень тонкий, всего в несколько молекул, большой проблемой является разрушение этого слоя. Это может произойти, если в сети каким-то образом появится напряжение несколько выше нормального рабочего напряжения микросхемы. (Исторически сложилось, что диэлектриком затвора был диоксид кремния , поэтому большая часть литературы относится к повреждению оксида затвора или разрушению оксида затвора . По состоянию на 2007 год некоторые производители заменяют этот оксид различными диэлектрическими материалами с высоким κ, которые могут быть или не быть оксидами . , но эффект всё тот ​​же.)

Рисунок 2. Схема полевого МОП-транзистора , показывающая имплантат истока/стока и диэлектрик затвора.

После того, как чип изготовлен, этого не может произойти, поскольку к каждой сети подключен хотя бы какой-то имплантат истока/стока. Имплант истока/стока образует диод , который разрушается при более низком напряжении, чем оксид (либо прямая проводимость диода, либо обратный пробой), и делает это неразрушающим образом. Это защищает оксид затвора.

Однако при изготовлении чипа оксид может быть не защищен диодом. Это показано на рисунке 1(b), где показана ситуация во время травления металла 1. Поскольку металл 2 еще не построен, к оксиду затвора не подключен диод. Таким образом, если заряд каким-либо образом добавится к металлической форме 1 (как показано молнией), он может подняться до уровня разрушения оксида затвора. В частности, реактивно-ионное травление первого слоя металла может привести именно к показанной ситуации — металл в каждой сетке отделяется от исходного глобального слоя металла, а плазменное травление все еще добавляет заряды к каждому куску металла.

Оксиды с утечкой затвора, хотя и вредны для рассеивания мощности, но хороши для предотвращения повреждений из-за эффекта антенны. Негерметичный оксид может предотвратить накопление заряда до точки, вызывающей разрушение оксида. Это приводит к несколько неожиданному наблюдению, что очень тонкий оксид затвора с меньшей вероятностью будет поврежден, чем толстый оксид затвора, поскольку по мере того, как оксид становится тоньше, утечка возрастает экспоненциально, а напряжение пробоя уменьшается только линейно.

Правила антенны

Правила для антенн обычно выражаются как допустимое соотношение площади металла к площади ворот. Для каждого уровня межсоединений существует одно такое соотношение. Подсчитываемая площадь может составлять более одного многоугольника — это общая площадь всего металла, подключенного к затворам, без подключения к имплантату источника/стока.

• Если процесс поддерживает разные оксиды затвора, например толстый оксид для более высоких напряжений и тонкий оксид для высокой производительности, то для каждого оксида будут действовать разные правила.
• Существуют кумулятивные правила, согласно которым сумма (или частичная сумма) коэффициентов по всем уровням межсоединений устанавливает предел.
• Существуют также правила, учитывающие периферию каждого многоугольника.

Исправления нарушений антенны

Рисунок 3: Иллюстрация трех возможных способов устранения неисправности антенны.

В общем, нарушения работы антенны должен устранять роутер . Возможные исправления включают в себя:

• Измените порядок слоев маршрутизации. Если ворота (ворота) сразу соединяются с самым высоким металлическим слоем, нарушения антенны обычно не происходит. Это решение показано на рисунке 3(а).
• Добавьте переходные отверстия рядом с воротами, чтобы соединить затвор с самым верхним используемым слоем. Это добавляет больше переходов, но требует меньше изменений в остальной части сети. Это показано на рисунке 3(b).
• Добавьте диод(ы) в сеть, как показано на рисунке 3(c). Диод может быть сформирован отдельно от истока/стока МОП-транзистора, например, с помощью имплантата n+ в p-подложке или имплантата p+ в n-лунке. Если диод подключен к металлу рядом с затвором (затворами), он может защитить оксид затвора. Это можно сделать только на цепях с нарушениями, либо на каждом вентиле (вообще поставив такие диоды в каждую ячейку библиотеки). Решение «каждая ячейка» может решить практически все проблемы с антенной без необходимости использования каких-либо других инструментов. Однако дополнительная емкость диода делает схему более медленной и более энергоемкой.

Рекомендации

1. Т. Ватанабэ, Ю. Ёсида, «Диэлектрический пробой изолятора затвора из-за реактивного травления», Технология твердого тела, Vol. 26 (4) п. 263, апрель 1984 г.
2. Х. Шин, К.С. Кинг, К. Ху, «Повреждения тонких оксидов в результате процессов плазменного травления и озоления», Proc. IEEE Международная физика надежности. Симп., с. 37, 1992 г.
3. С. Фанг, Дж. МакВитти, «Повреждения тонких оксидов в результате зарядки затвора во время плазменной обработки», IEEE Electron Devices Lett. Том. 13 (5), с. 288, май 1992 г.
4. К. Габриэль, Дж. МакВитти, «Как плазменное травление повреждает тонкие затворные оксиды», Solid State Technol. Том. 34 (6)с. 81, июнь 1992 г.
5. Хёнчхоль Шин, Нита ха, Сюэ-Ю Цянь, Грэм В. Хиллс, Ченмин Ху, «Повреждения тонких оксидов при плазменном травлении в результате заряда», «Технология твердого тела», стр. 29 августа 1993 г.
6. Сибилла, А.; 2005, Структура анализа эффектов антенн в СШП-связи, 61-я конференция IEEE по автомобильным технологиям, том 1, 30 мая – 1 июня 2005 г., стр. 48–52.
7. Из приведенной выше ссылки: рассматриваются несколько основных эффектов антенны, такие как согласование импедансов, усиление антенны, частотно-зависимые диаграммы направленности и временная дисперсия антенны при наличии радиоканала.