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Articulo de referencia

Efecto antena

Figura 1: Ilustración de la causa del efecto antena. M1 y M2 son las dos primeras capas de interconexión metálica. El efecto antena , más formalmente daño al óxido de puerta ind...

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Figura 1: Ilustración de la causa del efecto antena. M1 y M2 son las dos primeras capas de interconexión metálica.

El efecto antena , más formalmente daño al óxido de puerta inducido por plasma , es un efecto que puede causar problemas de rendimiento y confiabilidad durante la fabricación de circuitos integrados MOS . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Las fábricas ( fabs ) normalmente proporcionan reglas de antena , que son reglas que deben obedecerse para evitar este problema. Una violación de dichas reglas se llama violación de antena . La palabra antena es algo inapropiada en este contexto: el problema es realmente la recolección de carga, no el significado normal de antena , que es un dispositivo para convertir campos electromagnéticos en/desde corrientes eléctricas. Ocasionalmente se usa la frase efecto antena en este contexto, [ 7 ] pero esto es menos común ya que hay muchos efectos, [ 8 ] y la frase no aclara a cuál se refiere.

La figura 1(a) muestra una vista lateral de una red típica en un circuito integrado . Cada red incluye al menos un controlador, que debe contener una difusión de fuente o drenaje (en tecnologías más recientes se utiliza la implantación iónica), y al menos un receptor, que consiste en un electrodo de puerta sobre un dieléctrico de puerta delgado (véase la figura 2 para una vista detallada de un transistor MOS). Dado que la capa dieléctrica de puerta es muy delgada, de solo unas pocas moléculas de espesor, una gran preocupación es la ruptura de dicha capa. Esto puede ocurrir si la red adquiere una tensión ligeramente superior a la tensión de funcionamiento normal del chip. (Históricamente, el dieléctrico de puerta ha sido dióxido de silicio , por lo que la mayor parte de la literatura se refiere al daño o la ruptura del óxido de puerta . Desde 2007, algunos fabricantes están reemplazando este óxido con diversos materiales dieléctricos de alta constante dieléctrica (κ) que pueden o no ser óxidos, pero el efecto sigue siendo el mismo).

Figura 2. Diagrama de un MOSFET , que muestra la implantación de la fuente/drenador y el dieléctrico de la compuerta.

Una vez fabricado el chip, la red no puede adquirir una tensión superior a la tensión de funcionamiento normal del chip, ya que cada red tiene al menos una implantación de fuente/drenaje conectada. Esta implantación forma un diodo que se rompe a una tensión inferior a la del óxido (ya sea por conducción directa o por ruptura inversa) y lo hace de forma no destructiva. Esto protege el óxido de puerta (es decir, la capa dieléctrica de puerta).

Sin embargo, durante la fabricación del chip, el óxido de puerta puede no estar protegido por un diodo. Esto se muestra en la figura 1(b), que representa la situación durante el grabado del metal 1. Dado que el metal 2 aún no se ha fabricado, no hay ningún diodo conectado al óxido de puerta. Por lo tanto, si se añade una carga al metal 1 (como se muestra en el rayo), esta puede alcanzar el nivel necesario para dañar el óxido de puerta. En particular, el grabado iónico reactivo de la primera capa metálica puede dar lugar precisamente a la situación mostrada: el metal de cada red se desconecta de la capa metálica global inicial, y el grabado por plasma continúa añadiendo cargas a cada pieza de metal.

Aunque los óxidos de puerta con fugas son perjudiciales para la disipación de potencia, resultan beneficiosos para evitar daños por el efecto antena. Un óxido con fugas puede impedir que se acumule carga hasta el punto de provocar la ruptura del óxido. Esto lleva a la sorprendente observación de que un óxido de puerta muy delgado es menos propenso a dañarse que uno grueso, ya que, a medida que el óxido se adelgaza, la fuga aumenta exponencialmente, pero la tensión de ruptura disminuye solo linealmente.

Reglas de antenas

Las normas para antenas se expresan normalmente como una relación admisible entre el área metálica y el área de la compuerta. Existe una relación de este tipo para cada capa de interconexión. El área que se contabiliza puede abarcar más de un polígono; se trata del área total de todo el metal conectado a las compuertas sin estar conectado a una implantación de fuente/drenaje.

  • Si el proceso admite diferentes óxidos de puerta, como un óxido grueso para voltajes más altos y un óxido delgado para alto rendimiento, entonces cada óxido tendrá reglas diferentes.
  • Existen reglas acumulativas , donde la suma (o suma parcial) de las proporciones en todas las capas de interconexión establece el límite.
  • También existen reglas que tienen en cuenta la periferia de cada polígono.

Correcciones para violaciones de antena

Figura 3: Ilustración de tres posibles soluciones a una infracción de la antena.

En general, las violaciones de antena deben ser corregidas por el enrutador . Las posibles soluciones incluyen:

  • Modifique el orden de las capas de enrutamiento. Si la(s) puerta(s) se conecta(n) directamente a la capa metálica superior, normalmente no se producirá ninguna 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 con 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). Un diodo puede formarse lejos de la fuente/drenador de un MOSFET, por ejemplo, con una implantación n+ en un sustrato p o con una implantación p+ en un pozo n. Si el diodo está conectado a metal cerca de la(s) compuerta(s), puede proteger el óxido de la compuerta. Esto puede hacerse solo en redes con violaciones o en cada compuerta (generalmente 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 ninguna otra herramienta. Sin embargo, la capacitancia adicional del diodo hace que el circuito sea más lento y consuma más energía.

Referencias

  1. ↑ Watanabe, T.; Yoshida, Y. (abril de 1984). "Ruptura dieléctrica del aislante de puerta debido al grabado reactivo". Solid State Technology . 26 (4): 263– 6. ISSN 0038-111X . OCLC 732994171 .  
  2. ↑ Shin, H.; King, CC; Hu, C. (1992). Daño en óxidos delgados por procesos de grabado y cenizado con plasma . 30.ª Actas Anuales de Física de la Confiabilidad. IEEE. págs. 37–41 . doi : 10.1109/RELPHY.1992.187618 . ISBN  0-7803-0473-X.
  3. ↑ Fang, S.; McVittie, J. (mayo de 1992). "Daños en óxidos delgados por carga de puerta durante el procesamiento de plasma". IEEE Electron Device Letters . 13 (5): 288– 290. Bibcode : 1992IEDL...13..288F . doi : 10.1109/55.145056 .
  4. ↑ Gabriel, C.; McVittie, J. (junio de 1992). "Cómo el grabado con plasma daña los óxidos de puerta delgados". Solid State Technology . 34 (6): 81. ISSN 0038-111X . OCLC 732994171 .  
  5. ↑ Shin, H.; Qian, XY; Hills, GW; Hu, C. (agosto de 1993). "Daños por carga de grabado con plasma en óxidos delgados". Solid State Technology . 36 (8): 29– 36. hdl : 10203/59672 . ISSN 0038-111X . OCLC 732994171 .  
  6. ↑ Shirriff, Ken (noviembre de 2024). "Diodos de antena en el procesador Pentium" .
  7. ↑ Sibille, A. (2005). Un marco para el análisis de los efectos de las antenas en las comunicaciones UWB (PDF) . 61.ª Conferencia de Tecnología Vehicular del IEEE. Vol. 1. IEEE. págs. 48–52 . doi : 10.1109/VETECS.2005.1543247 . ISBN   0-7803-8887-9.
  8. ↑ 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.