はじめに
処理中の集積回路の分離ノードにおける電荷蓄積の影響は、アンテナ効果として知られています。 この効果はプラズマ誘発損傷としても知られています。 蓄積された電荷の放電は、トランジスタの薄いゲート酸化物を介して行われるため、チップに損傷を与え、その性能を低下させる可能性があります。 製造プロセス中に、ウェーハから不要な酸化物層をエッチングで取り除く必要があります。これは、プラズマエッチングを使用して行うことができます。 プラズマには、相互接続によって収集される高エネルギーのイオンとエッチング用のラジカルが含まれています。 電荷の蓄積量は、相互接続の表面積に依存します。 これらの収集されたイオンは相互接続の電位を増加させ、相互接続がゲートに接続されている場合、相互接続によって収集された電荷の量に応じて電荷収集のバランスをとるためにゲート酸化物を介して排水路を形成できます。 排水経路は、ゲート酸化膜を破壊する可能性があり、デバイスの永久的な損傷につながる可能性があります。 相互接続のプラズマエッチング中に、プラズマからの陽イオンと中性種が相互接続部に衝突するか、これらが相互接続によって収集されるため、ゲートに接続された相互接続の面積が十分に大きい場合、相互接続またはポリシリコンの電位ゲート酸化膜を破壊するのに十分な大きさ。
2.エッチング
エッチングとは、ウェーハ表面から材料を除去することを指します。 エッチングには主にXNUMXつのタイプがあります。
- ウェットエッチング：ウェーハはエッチャント溶液（化学物質の混合物）に浸されます。 ウェーハ表面とエッチャントの間で化学反応が起こり、材料の除去に役立ちます。
- ドライエッチング：この場合、プラズマまたはエッチャントガスが不要な材料を除去します。 この反応は、粒子線の高い運動エネルギーや化学反応を利用して行うことができます。
3.プラズマエッチング
このプロセスでは、化学エッチャントが気相に導入されます。 酸化シリコンのエッチングにはCF4（テトラフルオロメタン）を使用しています。 チャンバー内にはXNUMXつの電極があります。 XNUMXつはウェーハを保持しており、これらXNUMXつの電極間に非常に高い電界が発生しています。 チャンバーは、ガスを導入する前に最初に排気されます。 次に、高周波電極を使用して、ガスをイオン化するプラズマを生成します。 このイオン化されたガスは、酸化物層を攻撃し、層を除去します。
高エネルギーイオンビームがターゲットに照射されると、露出面から材料の一部が取り除かれます。
4.アンテナ違反を見つけるフロー：入力と出力。
- アンテナ規則： Foundryはアンテナルールファイルを提供します。 チップレイアウト設計中。 アンテナルールで最も一般的なルールは、図2に示すようにアンテナ比です。 アンテナ比は、ゲートの総面積に対するゲートに接続された金属面積の比率です。アンテナ面積/ゲート面積<最大アンテナ比
- アンテナ違反： 長い金属線とビアはアンテナ違反を引き起こします。 アンテナルールは、接続されたゲートの面積に対する金属線の面積の比率の最大許容値を指定します。 VLSIプロセス 基板、デバイス層、そして金属層から始まります。 エッチプロセスは金属層に電荷を蓄積します。 これらの電荷は高電圧スパイクを引き起こし、金属に接続されたゲートを損傷する可能性があります。 ゲート面積は、チャネル長とチャネル幅の積です。 アンテナの問題は、金属線の下部領域とパラメータが原因です。 ビアとコンタクトもアンテナ違反の原因となります。 システムオンチップの設計には、XNUMX種類のアンテナ違反があります。
- 金属エリアアンテナ規則： 接続されたゲート領域に対する金属ライン領域の比率の最大制限。
- 周辺アンテナのルール： 金属線の周囲のゲート接続面積の比率の上限。
- 経由または連絡先エリア： 接続されたゲート領域に対するビアまたはコンタクト領域の比率の最大制限。
すべての金属層における上記のアンテナ規則への違反は、チップをテープで留める前に修正する必要があります。 図3は、ポリゲートに接続された金属片の設計レイアウトを示しています。 ゲート長、ゲート幅、ゲート面積がLとWのポリゲートは、W * Lです。 図の周囲アンテナ比は次のように定義されます。
R =（P * T）/（W * L）
図3で、Pは図に示すように金属の周囲長の合計です。 Tは金属の厚さです。 WとLはゲート幅とゲート長です。 周辺アンテナルールは、Rの上限を指定します。ゲートのWまたはLを増やすか、金属ラインのPを減らすと、比率Rが減少します。 各金属層は、プロセス仕様に基づいて、Rにさまざまな上限を設定できます。
5.アンテナ防止
次のようにアンテナ違反を修正する手法：
- 上位金属層でのルーティング： 長いメタルは、より高いメタルルーティングレイヤーに移動できます。 これは金属ジャンプとして知られています。 この金属ジャンプは通常、負荷の近くで行われます。 この金属ジャンプは長いインターコネクトを破壊し、したがって、より高い金属層がまだ製造されていないため、長いインターコネクトで収集された電荷はゲート酸化物を通して放電しません。 このソリューションでは、上位のメタルレイヤーで配線の混雑が増える可能性があります（「 fig4。）
- ビア領域を減らす： ビア領域が大きいと、プロセスアンテナ違反も発生します。 マルチカットビアをダブルカットビアに、またはダブルカットビアをシングルカットビアに変換すると、カット領域が減少します。 これにより、次のような深刻な信頼性の問題が発生する可能性があります エレクトロマイグレーション.
- ダイオード挿入： ダイオードは、金属に蓄積された電荷を放散するのに役立ちます。 ダイオードは、低レベルの金属上のデバイスのゲートのできるだけ近くに配置する必要があります。 金属層に存在する静電荷の放電経路を提供するゲート電極にダイオードを接続する。 ダイオードは常に逆バイアスで接続し、カソードをゲート電極に接続し、アノードを接地電位に接続する必要があります。
6。 応用：
チップは16 nmで動作する1 nmテクノロジーを採用しており、そのサイズは 7900.0 x 3244.0
作業中にいくつかのアンテナ違反に直面しました。
- エリア経由： 上位金属で配線されたビア領域による違反は、それぞれM8とM9とそのネットにあるとしましょう。 上位のメタルルーティングレイヤーM8とM9から下位のメタルルーティングレイヤー（たとえばM6とM7）にルーティングを変更して並べ替えました。 図5と図6に示すように、ビア領域が削減されます。
- 金属エリア： 長いメタル配線層による違反は、それがM8にあるとしましょう。これは、この層を壊すことによって解決され、負荷の近くにジャンパーを挿入することによって接続されました。 また、負荷の近くにダイオード（逆バイアス）を挿入することで解決できます。
89_1カット
エリア経由：0.219
Via67_Long_H
エリア経由：0.0168
7。 結論：
このブログでは、プラズマエッチングによるアンテナ効果と、ファウンドリが提供する設計GDSとアンテナルールファイルを比較してアンテナ効果を特定するために使用されるさまざまなPVツールについて説明しました。 そして、ダイオードを追加することにより、上部金属層へのルーティングとビア面積の削減により、アンテナ違反を解決できます。
使用したツール： ICバリデーター、ICC2
REFERENCE
[1] Peter H. ChenとSunil Malkani、Chun-MouPeng、James Lin、動的ダイオードドロップとジャンパー挿入によるアンテナ問題の修正。
[2] Jean-PierreCarrère、Jean-Claude Oberlin、SylvieBruyère、Paul Ferreira誘電体堆積プロセスによって引き起こされる極薄ゲート酸化物のプラズマ損傷：主なメカニズムと特性評価手法の概要。
礼儀： Design＆Reuse.com
出典: https://www.einfochips.com/blog/antenna-effect-in-16nm-technology-node/