안테나 효과

Antenna effect
그림 1: 안테나 효과의 원인 그림M1과 M2는 최초의 2개의 금속 인터커넥트층입니다.

안테나 효과(더 공식적으로 플라즈마 유도 게이트 산화물 손상)는 MOS 집적회로 [1][2][3][4][5]제조 중에 수율 및 신뢰성 문제를 일으킬 수 있는 효과입니다.공장(FAB)은 보통 안테나 규칙을 제공합니다.안테나 규칙은 이 문제를 피하기 위해 준수해야 하는 규칙입니다.이러한 규칙을 위반하는 것을 안테나 위반이라고 합니다.이러한 맥락에서 안테나라는 단어는 잘못된 명칭입니다. 문제는 실제로 전하의 집합이지 전자기장을 전류로 변환하는 장치인 안테나의 일반적인 의미가 아닙니다.경우에 따라서는 이 컨텍스트에서 [6]antenna effect라는 문구를 사용하는 경우가 있습니다만,[7] 이 문구는 많은 효과가 있고, 그 문구가 무엇을 의미하는지 명확하지 않기 때문에 이 문구는 그다지 흔하지 않습니다.

그림 1(a)은 집적회로의 일반적인 네트의 측면도를 나타내고 있습니다.각 네트에는 소스 또는 드레인 확산(새로운 기술 삽입에서 사용)을 포함해야 하는 최소 1개의 드라이버와 얇은 게이트 유전체 위의 게이트 전극으로 구성된 최소 1개의 리시버가 포함됩니다(MOS 트랜지스터에 대한 자세한 내용은 그림 2 참조).게이트 유전체는 매우 얇고, 두께는 몇 개의 분자에 불과하기 때문에, 큰 걱정은 이 층의 파괴입니다.이 문제는 그물망에서 칩의 통상 동작 전압보다 다소 높은 전압을 얻을 경우 발생할 수 있습니다.(역사적으로 게이트 유전체는 이산화규소였기 때문에 대부분의 문헌은 게이트 산화물 손상 또는 게이트 산화물 파괴를 언급하고 있습니다.2007년 현재 일부 제조업체는 이 산화물을 산화물일 수도 있고 아닐 수도 있는 다양한 고밀도 유전체로 대체하고 있지만 효과는 여전히 동일합니다.)

그림 2소스/드레인 임플란트 및 게이트 유전체를 보여주는 MOSFET의 다이어그램.

칩이 제작되면 모든 네트에 적어도 일부 소스/드레인 임플란트가 연결되어 있기 때문에 칩이 제작되면 이러한 현상이 발생할 수 없습니다.소스/드레인 임플란트는 산화물보다 낮은 전압(전방 다이오드 전도 또는 역방향 파괴)으로 분해되는 다이오드를 형성하며, 비파괴적으로 분해됩니다.이렇게 하면 게이트 산화물이 보호됩니다.

단, 칩을 구성하는 동안 산화물은 다이오드에 의해 보호되지 않을 수 있다.이것은 그림 1(b)에 나타나 있습니다.이것은 금속 1이 식각되어 있는 상황입니다.금속 2는 아직 조립되지 않았기 때문에 게이트 산화물에 연결된 다이오드는 없습니다.따라서 금속 1 형상에 어떤 식으로든 전하가 가해질 경우(번개처럼) 게이트 산화물을 분해하는 수준까지 상승할 수 있습니다.특히, 첫 번째 금속층의 반응성 이온 식각은 정확히 표시된 상황을 초래할 수 있습니다. 즉, 각 망의 금속이 초기 글로벌 금속층에서 분리되고 플라즈마 식각은 여전히 각 금속 조각에 전하를 더하고 있습니다.

누수가 많은 게이트 산화물은 전력 소산에는 나쁘지만 안테나 효과로 인한 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.산화물이 누출되면 산화물이 분해되는 지점까지 전하가 쌓이는 것을 방지할 수 있습니다.이는 매우 얇은 게이트 산화물이 두꺼운 게이트 산화물보다 손상 가능성이 낮다는 다소 놀라운 관찰로 이어집니다. 왜냐하면 산화물이 얇아질수록 누출은 기하급수적으로 증가하지만 파괴 전압은 선형적으로만 감소하기 때문입니다.

안테나 규칙

안테나 규칙은 일반적으로 금속 면적 대 게이트 면적의 허용 비율로 표현됩니다.상호접속 레이어마다 이러한 비율이 1개씩 있습니다.계산되는 영역은 둘 이상의 폴리곤일 수 있습니다. 소스/드레인 임플란트에 연결하지 않고 게이트에 연결된 모든 금속의 총 면적입니다.

  • 높은 전압을 위한 두꺼운 산화물과 고성능을 위한 얇은 산화물과 같은 다른 게이트 산화물을 지원하는 공정의 경우, 각 산화물은 서로 다른 규칙을 가집니다.
  • 모든 상호접속 레이어에 대한 비율의 합계(또는 부분 합계)가 제한을 설정하는 누적 규칙이 있습니다.
  • 각 폴리곤의 둘레를 고려하는 규칙도 있습니다.

안테나 위반 수정

그림 3: 안테나 위반에 대한 세 가지 수정 방법

일반적으로 안테나 위반은 라우터에 의해 수정되어야 합니다.생각할 수 있는 수정은 다음과 같습니다.

  • 라우팅 레이어의 순서를 변경합니다.게이트가 즉시 가장 높은 금속층에 연결되어도 일반적으로 안테나 위반은 발생하지 않습니다.이 솔루션은 그림 3(a)에 나와 있습니다.
  • 게이트 근처에 via를 추가하여 게이트를 가장 높은 레이어에 연결합니다.이로 인해 via가 추가되지만 나머지 네트워크에 대한 변경은 줄어듭니다.이것은 그림 3(b)에 나타나 있습니다.
  • 그림 3(c)에 나타낸 것과 같이, 다이오드를 네트워크에 추가합니다.다이오드는 예를 들어 p기판 내의 n+임플란트 또는 n웰 내의 p+임플란트에 의해 MOSFET 소스/드레인에서 떨어져 형성될 수 있다.다이오드가 게이트 근처의 금속에 연결되어 있으면 게이트 산화물을 보호할 수 있습니다.이것은 위반이 있는 그물 또는 모든 게이트에서만 실행할 수 있습니다(일반적으로 모든 라이브러리 셀에 그러한 다이오드를 삽입함으로써)."모든 셀" 솔루션을 사용하면 다른 도구를 사용할 필요 없이 거의 모든 안테나 문제를 해결할 수 있습니다.그러나 다이오드의 추가 캐패시턴스는 회로를 더 느리게 만들고 더 많은 전력을 소비하게 합니다.

레퍼런스

  1. ^ T. 와타나베 Y.요시다, "반응성 식각으로 인한 게이트 절연체 유전파괴", 솔리드 스테이트 기술, 제26권 제263쪽, 1984년 4월
  2. ^ H. 신, C. 킹, C.Hu, "플라즈마 식각 및 애싱 프로세스에 의한 얇은 산화물 손상", Pro.IEEE 국제 수준의 신뢰성교감, 1992년 페이지 37
  3. ^ S. Fang, J. McVittie, "플라즈마 처리 중 게이트 충전으로 인한 얇은 산화물 손상", IEEE 전자 장치 Lett.제13권(5), 페이지 288, 1992년 5월
  4. ^ C. Gabriel, J. McVittie, "플라즈마 식각은 얇은 게이트 산화물을 손상시키는 방법", Solid State Technol.제34권 (6) 페이지, 81, 1992년 6월
  5. ^ 신형철, 니타하, 쉬에-위첸, 그레이엄 W.힐스, 천밍후, "플라스마 식각 충전-박산화물 손상", "고체 기술", 1993년 8월 29일자.
  6. ^ Sibille, A.; 2005, UWB 통신 안테나 효과 분석을 위한 프레임워크, IEEE 61차 차량 기술 회의, 제1권, 2005년 5월 30일, 페이지 48 - 52
  7. ^ 위의 참조에서:임피던스 매칭, 안테나 게인, 주파수 의존형 방사선 패턴, 무선 채널 존재 시 안테나 시간 분산 등 여러 가지 주요 안테나 효과가 고려됩니다.