Efekt anteny

Rysunek 1: Ilustracja przyczyny efektu anteny. M1 i M2 to pierwsze dwie metalowe warstwy połączeń.

Efekt anteny , bardziej formalnie uszkodzenie tlenku bramki wywołane plazmą , jest efektem , który może potencjalnie powodować problemy z wydajnością i niezawodnością podczas produkcji układów scalonych MOS . Fabryki ( fabryki ) zwykle dostarczają zasady antenowe , których należy przestrzegać, aby uniknąć tego problemu. Naruszenie takich zasad nazywa się naruszeniem anteny . Słowo antena jest w tym kontekście trochę mylące - problemem jest tak naprawdę gromadzenie ładunku, a nie normalne znaczenie anteny , która jest urządzeniem do przekształcania pól elektromagnetycznych na/z prądów elektrycznych. Czasami w tym kontekście używane jest wyrażenie efekt anteny , ale jest to mniej powszechne, ponieważ istnieje wiele efektów, a wyrażenie to nie wyjaśnia, o co chodzi.

Rysunek 1(a) przedstawia widok z boku typowej sieci w układzie scalonym . Każda sieć będzie zawierała co najmniej jeden sterownik, który musi zawierać dyfuzję źródła lub drenu (w nowszej technologii stosuje się implantację) oraz co najmniej jeden odbiornik, który będzie się składał z elektrody bramkowej na cienkim dielektryku bramki (patrz rysunek 2, aby zobaczyć szczegółowy widok tranzystora MOS). Ponieważ dielektryk bramki jest tak cienki, ma zaledwie kilka cząsteczek grubości, dużym zmartwieniem jest rozpad tej warstwy. Może się to zdarzyć, jeśli sieć w jakiś sposób uzyska napięcie nieco wyższe niż normalne napięcie robocze chipa. (Historycznie dielektrykiem bramki był dwutlenek krzemu , więc większość literatury odnosi się do uszkodzenia tlenku bramki lub rozpadu tlenku bramki . Od 2007 roku niektórzy producenci zastępują ten tlenek różnymi materiałami dielektrycznymi o wysokim κ , które mogą, ale nie muszą być tlenkami ale efekt jest ten sam).

Rysunek 2. Schemat tranzystora MOSFET , przedstawiający implant źródło/dren i dielektryk bramki.

Po wyprodukowaniu chipa nie może się to zdarzyć, ponieważ każda sieć ma podłączony przynajmniej jakiś implant źródłowy/drenowy. Implant źródła/drenu tworzy diodę , która rozkłada się przy niższym napięciu niż tlenek (albo przewodzenie diody do przodu, albo przebicie wsteczne) i robi to w sposób nieniszczący. Chroni to tlenek bramki.

Jednak podczas budowy chipa tlenek może nie być chroniony przez diodę. Jest to pokazane na rycinie 1(b), która ma miejsce podczas wytrawiania metalu 1. Ponieważ metal 2 nie jest jeszcze zbudowany, nie ma diody podłączonej do tlenku bramki. Więc jeśli ładunek zostanie w jakikolwiek sposób dodany do kształtu metalu 1 (jak pokazano na piorunie), może wzrosnąć do poziomu rozpadu tlenku bramki. W szczególności trawienie jonami reaktywnymi pierwszej warstwy metalu może doprowadzić do dokładnie pokazanej sytuacji - metal w każdej sieci jest odłączony od początkowej globalnej warstwy metalu, a trawienie plazmowe nadal dodaje ładunki do każdego kawałka metalu.

Nieszczelne tlenki bramek, chociaż są szkodliwe dla rozpraszania mocy, są dobre dla uniknięcia uszkodzeń spowodowanych efektem anteny. Nieszczelny tlenek może zapobiec gromadzeniu się ładunku aż do punktu, w którym nastąpi rozpad tlenku. Prowadzi to do nieco zaskakującej obserwacji, że bardzo cienka tlenek bramki jest mniej podatny na uszkodzenie niż gruby tlenek bramki, ponieważ gdy tlenek staje się cieńszy, upływ rośnie wykładniczo, ale napięcie przebicia maleje tylko liniowo.

Zasady anteny

Zasady anteny są zwykle wyrażane jako dopuszczalny stosunek powierzchni metalu do powierzchni bramki. Istnieje jeden taki współczynnik dla każdej warstwy połączeń. Liczony obszar może obejmować więcej niż jeden wielokąt — jest to łączna powierzchnia wszystkich metali połączonych z bramkami bez połączenia z implantem źródła/odpływu.

Jeśli proces obsługuje różne tlenki bramek, takie jak gruby tlenek dla wyższych napięć i cienki tlenek dla wysokiej wydajności, wówczas każdy tlenek będzie miał inne zasady.
Istnieją kumulatywne reguły, w których suma (lub suma częściowa) współczynników we wszystkich warstwach połączeń wyznacza limit.
Istnieją zasady, które uwzględniają również obwód każdego wielokąta.

Poprawki dotyczące naruszeń anten

Rysunek 3: Ilustracja przedstawiająca trzy możliwe rozwiązania problemu naruszenia anteny.

Ogólnie rzecz biorąc, naruszenia anteny muszą zostać naprawione przez router . Możliwe poprawki obejmują:

Zmień kolejność warstw routingu. Jeśli bramka (bramki) natychmiast połączy się z najwyższą warstwą metalu, zwykle nie wystąpi żadne naruszenie anteny. Rozwiązanie to pokazano na rysunku 3(a).
Dodaj przelotki w pobliżu bramek, aby połączyć bramkę z najwyższą używaną warstwą. To dodaje więcej przelotek, ale wiąże się z mniejszą liczbą zmian w pozostałej części sieci. Pokazano to na rysunku 3 (b).
Dodaj diodę (diody) do sieci, jak pokazano na rysunku 3 (c). Diodę można utworzyć z dala od źródła/drenu MOSFET, na przykład za pomocą implantu n+ w podłożu p lub za pomocą implantu p+ w n-dołku. Jeśli dioda jest podłączona do metalu w pobliżu bramki (bramek), może chronić tlenek bramki. Można to zrobić tylko na sieciach z naruszeniami lub na każdej bramce (ogólnie umieszczając takie diody w każdej komórce biblioteki). Rozwiązanie „każda komórka” może rozwiązać prawie wszystkie problemy z anteną bez konieczności stosowania jakichkolwiek innych narzędzi. Jednak dodatkowa pojemność diody powoduje, że obwód jest wolniejszy i bardziej energochłonny.

^ T. Watanabe, Y. Yoshida, „Podział dielektryczny izolatora bramki z powodu trawienia reaktywnego”, Solid State Technology, tom. 26 ust. 4 s. 26 ust. 263, kwiecień 1984
^ H. Shin, CC King, C. Hu, „Uszkodzenie cienkiego tlenku przez trawienie plazmowe i procesy spopielania”, Proc. Fizyka niezawodności IEEE Int'l. Symp., s. 37, 1992
^ S. Fang, J. McVittie, „Uszkodzenia cienkiego tlenku spowodowane ładowaniem bramki podczas przetwarzania plazmy”, IEEE Electron Devices Lett. Tom. 13 (5), str. 13 288, maj 1992
^ C. Gabriel, J. McVittie, „Jak wytrawianie plazmowe uszkadza cienkie tlenki bramek”, Solid State Technol. Tom. 34 (6) s. 81, czerwiec 1992.
Bibliografia _ 29 sierpnia 1993
Bibliografia _ 2005, Ramy analizy efektów anteny w komunikacji UWB , IEEE 61st Vehicular Technology Conference, tom 1, 30 maja - 1 czerwca 2005, s. 48 - 52
^ Z powyższego źródła: Uwzględniono kilka głównych efektów anteny, takich jak dopasowanie impedancji, wzmocnienie anteny, wzorce promieniowania zależne od częstotliwości i czasowa dyspersja anteny w obecności kanału radiowego.

[1] T. Watanabe, Y. Yoshida, „Podział dielektryczny izolatora bramki z powodu trawienia reaktywnego”, Solid State Technology, tom. 26 ust. 4 s. 26 ust. 263, kwiecień 1984

[2] H. Shin, CC King, C. Hu, „Uszkodzenie cienkiego tlenku przez trawienie plazmowe i procesy spopielania”, Proc. Fizyka niezawodności IEEE Int'l. Symp., s. 37, 1992

[3] S. Fang, J. McVittie, „Uszkodzenia cienkiego tlenku spowodowane ładowaniem bramki podczas przetwarzania plazmy”, IEEE Electron Devices Lett. Tom. 13 (5), str. 13 288, maj 1992

[4] C. Gabriel, J. McVittie, „Jak wytrawianie plazmowe uszkadza cienkie tlenki bramek”, Solid State Technol. Tom. 34 (6) s. 81, czerwiec 1992.

[5] Bibliografia _ 29 sierpnia 1993

[6] Bibliografia _ 2005, Ramy analizy efektów anteny w komunikacji UWB , IEEE 61st Vehicular Technology Conference, tom 1, 30 maja - 1 czerwca 2005, s. 48 - 52

[7] Z powyższego źródła: Uwzględniono kilka głównych efektów anteny, takich jak dopasowanie impedancji, wzmocnienie anteny, wzorce promieniowania zależne od częstotliwości i czasowa dyspersja anteny w obecności kanału radiowego.