WikiDer > Антенный эффект

Antenna effect
Рисунок 1: Иллюстрация причины антенного эффекта. M1 и M2 - первые два металлических соединительных слоя.

В антенный эффект, более формально плазменное повреждение оксида затвора, это эффект, который потенциально может вызвать проблемы с доходностью и надежностью во время производство МОП интегральных схем.[1][2][3][4][5] Фабрики (фабрики) обычно поставляются правила антенны- правила, которые необходимо соблюдать, чтобы избежать этой проблемы. Нарушение таких правил называется нарушение антенны. Слово антенна в данном контексте неправильно употребляется - проблема действительно в сборе заряда, а не в нормальное значение антенны, который представляет собой устройство для преобразования электромагнитных полей в / из электрических токов. Иногда фраза антенный эффект используется в этом контексте,[6] но это встречается реже, так как есть много эффектов,[7] и фраза не проясняет, что имеется в виду.

На рисунке 1 (а) показан вид сбоку типичной сети в Интегральная схема. Каждая сеть будет включать по крайней мере один драйвер, который должен содержать диффузию истока или стока (в более новой технологии используется имплантация), и по крайней мере один приемник, который будет состоять из электрода затвора над тонким диэлектриком затвора (см. подробный вид МОП-транзистора). Поскольку затвор диэлектрик настолько тонкий, всего в несколько молекул толщиной, большое беспокойство вызывает разрушение этого слоя. Это может произойти, если сеть каким-то образом получит напряжение несколько выше, чем нормальное рабочее напряжение микросхемы. (Исторически диэлектрик затвора был диоксид кремния, поэтому большая часть литературы относится к повреждение оксида ворот или же разрушение оксида затвора. С 2007 года некоторые производители заменяют этот оксид на различные диэлектрик с высоким κ материалы, которые могут быть или не быть оксидами, но эффект все тот же.)

Рисунок 2. Схема МОП-транзистор, демонстрирующий имплантат истока / стока и диэлектрик затвора.

Когда микросхема изготовлена, этого не может произойти, поскольку к каждой сети подключен хотя бы какой-то имплантат истока / стока. Имплантат истока / стока образует диод, который разрушается при более низком напряжении, чем оксид (либо прямая диодная проводимость, либо обратный пробой), и делает это неразрушающим образом. Это защищает оксид затвора.

Однако при изготовлении микросхемы оксид может не быть защищен диодом. Это показано на рисунке 1 (b), который представляет собой ситуацию, когда металл 1 подвергается травлению. Поскольку металл 2 еще не построен, диод, подключенный к оксиду затвора, отсутствует. Таким образом, если заряд каким-либо образом добавлен к металлической форме 1 (как показано в виде молнии), он может подняться до уровня разрушения оксида затвора. Особенно, реактивно-ионное травление первого металлического слоя может привести в точности к показанной ситуации - металл на каждой сетке отсоединен от исходного глобального металлического слоя, и плазменное травление все еще добавляет заряды к каждому куску металла.

Негерметичные оксиды затвора, хотя и плохо влияют на рассеяние мощности, помогают избежать повреждения антенным эффектом. Негерметичный оксид может предотвратить накопление заряда до разрушения оксида. Это приводит к несколько неожиданному наблюдению, что очень тонкий оксид затвора с меньшей вероятностью будет поврежден, чем толстый оксид затвора, потому что по мере того, как оксид становится тоньше, утечка увеличивается экспоненциально, но напряжение пробоя уменьшается только линейно.

Антенна правила

Нормы антенны обычно выражаются как допустимое отношение площади металла к площади ворот. Для каждого межсоединения существует одно такое соотношение. Подсчитываемая площадь может составлять более одного многоугольника - это общая площадь всего металла, соединенного с затворами, без подключения к имплантату истока / стока.

  • Если в процессе используются разные оксиды затвора, такие как толстый оксид для более высоких напряжений и тонкий оксид для высокой производительности, тогда для каждого оксида будут свои правила.
  • Есть совокупный правила, в которых сумма (или частичная сумма) соотношений по всем уровням межсоединений устанавливает предел.
  • Есть правила, которые также учитывают периферию каждого многоугольника.

Исправления нарушений антенны

Рисунок 3: Иллюстрация трех возможных способов устранения нарушения антенны.

Как правило, нарушения антенны должны устраняться маршрутизатор. Возможные исправления:

  • Измените порядок слоев трассировки. Если ворота немедленно 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 ворота с верхним используемым слоем. Это добавляет больше переходных отверстий, но требует меньше изменений в остальной части цепи. Это показано на рисунке 3 (b).
  • Добавьте диод (ы) в цепь, как показано на рисунке 3 (c). Диод может быть сформирован отдельно от истока / стока MOSFET, например, с имплантатом n + в p-подложке или с имплантатом p + в n-лунке. Если диод соединен с металлом рядом с затвором (ами), он может защитить оксид затвора. Это можно сделать только на цепях с нарушениями или на каждом вентиле (как правило, помещая такие диоды в каждую ячейку библиотеки). Решение "каждая ячейка" может исправить почти все проблемы с антенной без необходимости вмешательства каких-либо других инструментов. Однако дополнительная емкость диода делает схему медленнее и потребляет больше энергии.

Рекомендации

  1. ^ Т. Ватанабе, Ю. Йошида, «Диэлектрический пробой изолятора затвора из-за реактивного травления», Технология твердого тела, Vol. 26 (4) п. 263, апрель 1984 г.
  2. ^ Х. Шин, К. К. Кинг, К. Ху, «Повреждение тонким оксидом в результате процессов плазменного травления и озоления», Proc. IEEE Int’l Reliability Phys. Symp., Стр. 37, 1992 г.
  3. ^ С. Фанг, Дж. МакВитти, «Повреждение тонким оксидом из-за зарядки затвора во время обработки плазмы», IEEE Electron Devices Lett. Vol. 13 (5), с. 288, май 1992 г.
  4. ^ К. Габриэль, Дж. МакВитти, «Как плазменное травление повреждает тонкие оксиды затвора», Solid State Technol. Vol. 34 (6) с. 81, июнь 1992 г.
  5. ^ Хёнчхол Шин, Нита ха, Сюэ-Ю Цянь, Грэм У. Хиллс, Ченмин Ху, «Повреждение заряда тонких оксидов плазменным травлением,’ ’Solid State Technology, p. 29 августа 1993 г.
  6. ^ Sibille, A .; 2005 г., Платформа для анализа антенных эффектов в СШП коммуникациях, IEEE 61-я конференция по автомобильным технологиям, том 1, 30 мая - 1 июня 2005 г., стр. 48–52.
  7. ^ Из приведенной выше ссылки: Рассмотрены несколько основных эффектов антенны, такие как согласование импеданса, усиление антенны, частотно-зависимые диаграммы направленности и временная дисперсия антенны при наличии радиоканала.