为IC设计减少天线效应的设计思路.doc
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1、为IC设计减少天线效应的设计思路如同摩尔定律所述,数十年来,晶片的密度和速度正呈指数级成长。众所周知,这种高速成长的趋势总有一天会结束,只是不知道当这一刻来临时,晶片的密度和性能到底能达到何种程度。随着技术的发展,晶片密度不断增加,而闸级氧化层宽度不断减少,超大规模积体电路(VLSI)中常见的多种效应变得原来越重要且难以控制,天线效应便是其中之一。在过去的二十年中,半导体技术得以迅速发展,催生出更小规格、更高封装密度、更高速电路、更低功耗的产品。本文将讨论天线效应以及减少天线效应的解决方案。天线效应天线效应或电浆导致闸氧损害是指在MOS晶片制程中,可能发生潜在影响产品良率与可靠性的效应。目前,
2、微影制程采用电浆蚀刻法(或干式蚀刻)制造晶片。电浆是一种用于蚀刻的离子化/活性气体。它可进行超级模式控制(更锋利边缘/更少咬边),并实现多种在传统蚀刻中无法实现的化学反应。但凡事都有两面性,它还带来一些副作用,其中之一就是充电损害。图1:电浆蚀刻过程中的天线效应。电浆充电损害是指在电浆处理过程中,在MOSFET闸级氧化层上发生非预期的高场应力。在电浆蚀刻过程中,大量电荷聚集在多晶矽和金属表面。透过电容器耦合,在闸级氧化层中会形成较大电场,导致产生可能损害氧化层并改变设备阀值电压(VT)的应力。如下图所示,被聚集的静电荷被传输到闸极中,透过闸级氧化层,被电流穿隧中和。显而易见地,暴露在电浆面前的
3、导体面积非常重要,它决定静电荷聚集率和穿隧电流的大小。这就是所谓的天线效应。闸极的导体与氧化层的面积比就是天线比率。一般来说,天线比率可看做是一种电流放大器,可放大闸级氧化层穿隧电流的密度。对于特定的天线比率来说,电浆密度越高,穿隧电流越大,也意味着更高的损害。电浆制造包括3种程序。在导体层模式蚀刻过程中,累积电荷量与周长成正比。而在灰化过程,累积电荷量与面积呈正比。此外,接触蚀刻过程,累积电荷量与通过区域的面积成正比。天线比率(AR)的传统定义是指天线导体的面积与所相连的闸级氧化层面积的比率。传统理论认为,天线效应降低程度与天线比率成正比(每个金属层的充电效果是相同的)。然而,天线比率实际上
4、并不取决于天线效应,还需要考虑布局的问题。布局对充电损害的影响充电损害的程度是一个几何函数,与极密闸线天线相关。但是由于蚀刻率差异反映出的蚀刻延迟、电浆灰化、氧化沈积以及电浆诱导损害(PID)等原因,使得充电损害更容易受到电子遮罩效应的影响。因此,天线效应的新模式需要考虑蚀刻时间的因素,如公式1。而通过插入二极体或桥接(布线)控制天线效应,更能有效预测天线效应,如公式2所示。AR= Q/A_Gate 公式1其中, Q指在蚀刻期间,向闸级氧化层注入的总累积电荷。v_g=v_(g_max )+J/C 2/() (P+p)/(A+a) 公式2A为导电层面积,电浆电流密度J下的电容器容量为Ca为闸极面
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