El efecto de antena , más formalmente daño por óxido de puerta inducido por plasma , es un efecto que potencialmente puede causar problemas de rendimiento y confiabilidad durante la fabricación de circuitos integrados MOS . [1] [2] [3] [4] [5] Las fábricas ( fabs ) normalmente suministran reglas de antenas , que son reglas que deben cumplirse para evitar este problema. Una violación de tales reglas se llama violación de antena . La palabra antena es un nombre poco apropiado en este contexto; el problema es realmente la acumulación de carga, no el significado normal de antena., que es un dispositivo para convertir campos electromagnéticos a / desde corrientes eléctricas. Ocasionalmente, la frase efecto de antena se usa en este contexto, [6] pero esto es menos común ya que hay muchos efectos, [7] y la frase no aclara a qué se refiere.
La figura 1 (a) muestra una vista lateral de una red típica en un circuito integrado . Cada red incluirá al menos un controlador, que debe contener una fuente o drenaje de difusión (en la tecnología más nueva se utiliza la implantación), y al menos un receptor, que consistirá en un electrodo de compuerta sobre un dieléctrico de compuerta delgada (ver Figura 2 para un vista detallada de un transistor MOS). Dado que el dieléctrico de la puerta es tan delgado, solo unas pocas moléculas de espesor, una gran preocupación es la ruptura de esta capa. Esto puede suceder si la red adquiere de alguna manera un voltaje algo más alto que el voltaje de funcionamiento normal del chip. (Históricamente, el dieléctrico de la compuerta ha sido dióxido de silicio , por lo que la mayor parte de la literatura se refiere al daño del óxido de la compuerta o la ruptura del óxido de compuerta . A partir de 2007, algunos fabricantes están reemplazando este óxido con varios materiales dieléctricos de alto κ que pueden o no ser óxidos , pero el efecto sigue siendo el mismo).
Una vez que se fabrica el chip, esto no puede suceder, ya que cada red tiene al menos algún implante de fuente / drenaje conectado a ella. El implante de fuente / drenaje forma un diodo , que se descompone a un voltaje más bajo que el óxido (ya sea conducción directa del diodo o ruptura inversa), y lo hace de manera no destructiva. Esto protege el óxido de la puerta.
Sin embargo, durante la construcción del chip, es posible que el óxido no esté protegido por un diodo. Esto se muestra en la figura 1 (b), que es la situación mientras se graba el metal 1. Dado que el metal 2 aún no está construido, no hay ningún diodo conectado al óxido de la puerta. Entonces, si se agrega una carga de alguna manera a la forma del metal 1 (como lo muestra el rayo), puede elevarse al nivel de descomponer el óxido de la puerta. En particular, el grabado con iones reactivos de la primera capa de metal puede dar como resultado exactamente la situación que se muestra: el metal de cada red se desconecta de la capa de metal global inicial y el grabado con plasma sigue agregando cargas a cada pieza de metal.
Los óxidos de puerta con fugas, aunque son malos para la disipación de energía, son buenos para evitar daños por el efecto de antena. Un óxido con fugas puede evitar que se acumule una carga hasta el punto de causar la descomposición del óxido. Esto lleva a la observación algo sorprendente de que es menos probable que se dañe un óxido de puerta muy delgado que un óxido de puerta grueso, porque a medida que el óxido se vuelve más delgado, la fuga aumenta exponencialmente, pero el voltaje de ruptura se reduce solo linealmente.
Reglas de antena
Las reglas de la antena se expresan normalmente como una relación permitida entre el área de metal y el área de la puerta. Existe una relación de este tipo para cada capa de interconexión. El área que se cuenta puede ser más de un polígono; es el área total de todo el metal conectado a las puertas sin estar conectado a un implante de fuente / drenaje.
- Si el proceso admite diferentes óxidos de puerta, como un óxido espeso para voltajes más altos y un óxido delgado para un alto rendimiento, entonces cada óxido tendrá reglas diferentes.
- Hay reglas acumulativas , donde la suma (o suma parcial) de las proporciones sobre todas las capas de interconexión establece el límite.
- También hay reglas que consideran la periferia de cada polígono.
Correcciones para violaciones de antena
En general, las violaciones de la antena deben ser reparadas por el enrutador . Las posibles soluciones incluyen:
- Cambie el orden de las capas de enrutamiento. Si la (s) puerta (s) se conectan inmediatamente a la capa metálica más alta, normalmente no se producirá una violación de la antena. Esta solución se muestra en la Figura 3 (a).
- Agregue vías cerca de la (s) puerta (s), para conectar la puerta a la capa más alta utilizada. Esto agrega más vías, pero implica menos cambios en el resto de la red. Esto se muestra en la Figura 3 (b).
- Agregue diodos a la red, como se muestra en la Figura 3 (c). Se puede formar un diodo lejos de una fuente / drenaje MOSFET, por ejemplo, con un implante n + en un sustrato p o con un implante p + en un pozo n. Si el diodo está conectado a un metal cerca de la (s) puerta (s), puede proteger el óxido de la puerta. Esto se puede hacer solo en redes con violaciones, o en cada puerta (en general, colocando dichos diodos en cada celda de la biblioteca). La solución de "cada celda" puede solucionar casi todos los problemas de antena sin necesidad de que otras herramientas actúen. Sin embargo, la capacitancia adicional del diodo hace que el circuito sea más lento y consuma más energía.
Referencias
- ^ T. Watanabe, Y. Yoshida, "Ruptura dieléctrica del aislante de la puerta debido al grabado reactivo", Tecnología de estado sólido, vol. 26 (4) pág. 263, abril de 1984
- ^ H. Shin, CC King, C. Hu, "Daño fino de óxido por procesos de grabado y incineración con plasma", Proc. IEEE Int'l Reliability Phys. Symp., Pág. 37, 1992
- ^ S. Fang, J. McVittie, "Daño de óxido fino de la puerta de carga durante el procesamiento de plasma", IEEE Electron Devices Lett. Vol. 13 (5), pág. 288, mayo de 1992
- ^ C. Gabriel, J. McVittie, "Cómo el grabado con plasma daña los óxidos de compuerta delgada", Solid State Technol. Vol. 34 (6) pág. 81, junio de 1992.
- ^ Hyungcheol Shin, Neeta ha, Xue-Yu Qian, Graham W. Hills, Chenming Hu, "Daños por carga de grabado con plasma en óxidos delgados", Tecnología de estado sólido, p. 29 de agosto de 1993
- ^ Sibille, A .; 2005, Un marco para el análisis de los efectos de la antena en las comunicaciones UWB , IEEE 61st Vehicular Technology Conference, Volumen 1, 30 de mayo-1 de junio de 2005, págs. 48 - 52
- ^ De la referencia anterior: Se consideran varios efectos importantes de la antena, como la adaptación de impedancia, la ganancia de la antena, los patrones de radiación dependientes de la frecuencia y la dispersión temporal de la antena en presencia del canal de radio.