Antenna effect
The antenna effect, more formally plasma induced gate oxide damage, is an effect that can potentially cause yield and reliability problems during the manufacture of MOS integrated circuits.[1][2][3][4][5] Fabs normally supply antenna rules, which are rules that must be obeyed to avoid this problem. A violation of such rules is called an antenna violation. The word antenna is something of a misnomer in this context—the problem is really the collection of charge, not the normal meaning of antenna, which is a device for converting electromagnetic fields to/from electrical currents. Occasionally the phrase antenna effect is used in this context,[6] but this is less common since there are many effects,[7] and the phrase does not make clear which is meant.
Figure 1(a) shows a side view of a typical net in an integrated circuit. Each net will include at least one driver, which must contain a source or drain diffusion (in newer technology implantation is used), and at least one receiver, which will consist of a gate electrode over a thin gate dielectric (see Figure 2 for a detailed view of a MOS transistor). Since the gate dielectric is so thin, only a few molecules thick, a big worry is breakdown of this layer. This can happen if the net somehow acquires a voltage somewhat higher than the normal operating voltage of the chip. (Historically, the gate dielectric has been silicon dioxide, so most of the literature refers to gate oxide damage or gate oxide breakdown. As of 2007, some manufacturers are replacing this oxide with various high-κ dielectric materials which may or may not be oxides, but the effect is still the same.)
Once the chip is fabricated, this cannot happen, since every net has at least some source/drain implant connected to it. The source/drain implant forms a diode, which breaks down at a lower voltage than the oxide (either forward diode conduction, or reverse breakdown), and does so non-destructively. This protects the gate oxide.
However, during the construction of the chip, the oxide may not be protected by a diode. This is shown in figure 1(b), which is the situation while metal 1 is being etched. Since metal 2 is not built yet, there is no diode connected to the gate oxide. So if a charge is added in any way to the metal 1 shape (as shown by the lightning bolt) it can rise to the level of breaking down the gate oxide. In particular, reactive-ion etching of the first metal layer can result in exactly the situation shown - the metal on each net is disconnected from the initial global metal layer, and the plasma etching is still adding charges to each piece of metal.
Leaky gate oxides, although bad for power dissipation, are good for avoiding damage from the antenna effect. A leaky oxide can prevent a charge from building up to the point of causing oxide breakdown. This leads to the somewhat surprising observation that a very thin gate oxide is less likely to be damaged than a thick gate oxide, because as the oxide grows thinner, the leakage goes up exponentially, but the breakdown voltage shrinks only linearly.
Antenna rules[edit]
Antenna rules are normally expressed as an allowable ratio of metal area to gate area. There is one such ratio for each interconnect layer. The area that is counted may be more than one polygon —it is the total area of all metal connected to gates without being connected to a source/drain implant.
- If the process supports different gate oxides, such as a thick oxide for higher voltages and a thin oxide for high performance, then each oxide will have different rules.
- There are cumulative rules, where the sum (or partial sum) of the ratios over all interconnect layers sets the limit.
- There are rules that consider the periphery of each polygon, as well.
Fixes for antenna violations[edit]
In general, antenna violations must be fixed by the router. Possible fixes include:
- Change the order of the routing layers. If the gate(s) immediately connects to the highest metal layer, no antenna violation will normally occur. This solution is shown in Figure 3(a).
- Add vias near the gate(s), to connect the gate to the highest layer used. This adds more vias, but involves fewer changes to the rest of the net. This is shown in Figure 3(b).
- Add diode(s) to the net, as shown in Figure 3(c). A diode can be formed away from a MOSFET source/drain, for example, with an n+ implant in a p-substrate or with a p+ implant in an n-well. If the diode is connected to metal near the gate(s), it can protect the gate oxide. This can be done only on nets with violations, or on every gate (in general by putting such diodes in every library cell). The "every cell" solution can fix almost all antenna problems with no need for action by any other tools. However, the extra capacitance of the diode makes the circuit slower and more power hungry.
References
TRANSLATION
تأثير الهوائي
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب الى navigationJump للبحث
الشكل 1: توضيح لسبب تأثير الهوائي. M1 و M2 هما أول اثنين من طبقات الربط البيني المعدنية.
تأثير الهوائي ، تلف الأكسيد البوابي الناتج عن البلازما بشكل رسمي ، هو تأثير يمكن أن يسبب مشاكل في الإنتاجية والموثوقية أثناء تصنيع الدوائر المتكاملة MOS. [1] [2] [3] [4] [5] عادة ما يتم تثبيت قواعد الهوائي ، وهي قواعد يجب الالتزام بها لتجنب هذه المشكلة. يُسمى انتهاك لهذه القواعد انتهاك الهوائي. كلمة الهوائي هي تسمية خاطئة في هذا السياق - المشكلة هي في الحقيقة جمع الشحنة ، وليس المعنى الطبيعي للهوائي ، وهو جهاز لتحويل المجالات الكهرومغناطيسية إلى / من التيارات الكهربائية. من حين لآخر تستخدم عبارة "تأثير الهوائي" في هذا السياق ، [6] ولكن هذا أقل شيوعًا نظرًا لوجود العديد من التأثيرات ، [7] ولا توضح العبارة أي المقصود.
يبين الشكل 1 (أ) وجهة نظر جانبية لشبكة نموذجية في دائرة متكاملة. وستشمل كل شبكة سائق واحد على الأقل ، والذي يجب أن يحتوي على مصدر أو انتشار التصريف (في الغرس الجديد للتكنولوجيا) ، وجهاز استقبال واحد على الأقل ، يتكون من إلكترود بوابة عبر عازل بوابة رفيع (انظر الشكل 2 عرض تفصيلي للترانزستور MOS). بما أن بوابة العزل الكهربائي رقيقة جداً ، إلا أن عدد قليل من الجزيئات يكون سميكاً ، هناك قلق كبير من انهيار هذه الطبقة. يمكن أن يحدث هذا إذا حصلت الشبكة بطريقة ما على جهد أعلى نوعًا ما من جهد التشغيل العادي للرقائق. (من الناحية التاريخية ، كانت بوابة العازل عبارة عن ثنائي أكسيد السيليكون ، لذا فإن معظم الأدبيات تشير إلى تلف أوكسيد البوابة أو انهيار أكسيد البوابة. اعتبارًا من عام 2007 ، يقوم بعض المصنعين باستبدال هذا الأكسيد بمواد عازلة عالية الكثافة قد تكون أو لا تكون أكاسيد ، ولكن التأثير لا يزال هو نفسه.)
الشكل 2. رسم تخطيطي لل MOSFET ، والتي تبين زرع مصدر / الصرف ومدخل العازلة.
بمجرد أن يتم تصنيع الشريحة ، لا يمكن أن يحدث هذا ، لأن كل شبكة لديها على الأقل بعض زرع المصدر / التصريف مرتبطة بها. تشكل غرسة المصدر / الصرف صمامًا ، ينهار عند فولطية أقل من الأكسيد (إما توصيل ثنائي الصمام الأمامي ، أو الانكسار العكسي) ، ويفعل ذلك بشكل غير مدمر. هذا يحمي أكسيد البوابة.
ومع ذلك ، أثناء بناء الشريحة ، قد لا يكون الأكسيد محميًا بواسطة الصمام الثنائي. يظهر هذا في الشكل 1 (ب) ، وهو الوضع في حين يتم حفر المعادن 1. نظرًا لأن المعدن 2 لم يتم إنشاؤه بعد ، فلا يوجد أي صمام ثنائي متصل بأكسيد البوابة. لذا ، إذا أضيفت الشحنة بأي شكل من الأشكال إلى الشكل المعدني 1 (كما هو موضح في صاعقة الصواعق) يمكن أن يرتفع إلى مستوى تكسير أكسيد البوابة. على وجه الخصوص ، يمكن أن يؤدي حفر طبقة الأيون المتفاعلة في الطبقة المعدنية الأولى بالضبط إلى الوضع الموضح - يتم فصل المعدن الموجود على كل شبكة عن الطبقة المعدنية العالمية الأولية ، وما زال النقش البلازمي يضيف رسومًا لكل قطعة من المعدن.
تعتبر أكاسيد البوابات ذات البقع ، على الرغم من سوء تبديدها ، جيدة لتجنب التلف الناتج عن الهوائي. الأكسيد المتسرب يمكن أن يمنع الشحنة من البناء حتى نقطة تسبب تكسر الأكسيد. وهذا يؤدي إلى ملاحظة مفاجئة إلى حد ما أن أكسيد البوابة الرقيقة جداً أقل احتمالاً للتلف من أكسيد البوابة السميكة ، لأنه كلما زاد أكسيد الأرق ، يزداد التسرب بشكل كبير ، ولكن تقلص جهد الانهيار خطياً فقط.
قواعد الهوائي
عادةً ما يتم التعبير عن قواعد الهوائي كنسبة مسموح بها من المساحة المعدنية لمنطقة البوابة. هناك واحد مثل هذه النسبة لكل طبقة الترابط. قد تكون المساحة المحسوبة أكثر من مضلع واحد - وهي المساحة الكلية لكل المعدن المتصل بالبوابات دون أن تكون متصلة بغرسة مصدر / استنزاف.
إذا كانت العملية تدعم أكاسيد البوابات المختلفة ، مثل أكسيد سميك لجهود أعلى و أكسيد رفيع للأداء العالي ، عندها سيكون لكل أوكسيد قواعد مختلفة.
توجد قواعد تراكمية ، حيث يحدد المبلغ (أو المبلغ الجزئي) للنسب على جميع طبقات الترابط الحد الأقصى.
هناك قواعد تفكر في محيط كل مضلع ، كذلك.
إصلاحات لانتهاكات الهوائي
الشكل 3: توضيح ثلاثة إصلاحات ممكنة لانتهاك الهوائي.
بشكل عام ، يجب إصلاح انتهاكات الهوائي عن طريق الموجه. تتضمن الإصلاحات المحتملة ما يلي:
قم بتغيير ترتيب طبقات التوجيه. إذا اتصلت البوابة (البوابات) فورًا بأعلى طبقة معدنية ، فلن يحدث عادةً أي انتهاك للهوائي. يظهر هذا الحل في الشكل 3 (أ).
إضافة تحيز بالقرب من البوابة (البوابات) ، لتوصيل البوابة بأعلى طبقة مستخدمة. هذا يضيف المزيد من vias ، ولكن ينطوي على تغييرات أقل لبقية الشبكة. هذا موضح في الشكل 3 (ب).
إضافة صمام ثنائي (ث) إلى الشبكة ، كما هو موضح في الشكل 3 (ج). يمكن تشكيل الصمام الثنائي بعيدًا عن مصدر / مصفاة MOSFET ، على سبيل المثال ، مع زرع n + في طبقة p-substrate أو بزرع p + في n-well. إذا تم توصيل الصمام الثنائي بمعدن بالقرب من البوابة (البوابات) ، فيمكنه حماية أكسيد البوابة. يمكن القيام بذلك فقط على الشباك ذات الانتهاكات ، أو على كل بوابة (بشكل عام عن طريق وضع مثل هذه الثنائيات في كل خلية مكتبة). "كل خلية"
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق