如何在集成电路中减少天线效应

如摩尔定律所述，数十年来，集成电路的密度和性能迅猛增长。众所周知，这种高速增长的趋势总有一天会结束，人们只是不知道当这一刻来临时，集成电路的密度和性能到底能达到何种程度。随着技术的发展，集成电路密度不断增加，而栅氧化层宽度不断减少，超大规模集成电路中常见的多种效应变得原来越重要并难以控制。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

天线效应或等离子导致栅氧损伤是指：在MOS集成电路生产过程中，一种可潜在影响产品产量和可靠性的效应。

目前，平版印刷工艺采用“等离子刻蚀”法(或“干法刻蚀”)制造集成电路。等离子是一种用于刻蚀的离子化/活性气体。它可进行超级模式控制(更锋利边缘/更少咬边)，并实现多种在传统刻蚀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伤。

等离子充电损伤是指在等离子处理过程中，MOSFET 中产生的栅氧化层的非预期高场应力。在等离子刻蚀过程中，大量电荷聚集在多晶硅和金属表面。通过电容耦合，在栅氧化层中会形成较大电场，导致产生可损伤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栅极中，通过栅氧化层 ，被电流隧道中和。

图1:等离子刻蚀过程中的天线效应。

显而易见，暴露在等离子面前的导体面积非常重要，它决定静电荷聚集率和隧穿电流的大小 。这就是所谓的“天线效应”。栅极下的导体与氧化层的面积比就是天线比率。一般来讲，天线比率可看做是一种电流倍增器，可放大栅氧化层隧穿电流的密度。对于给定的天线比率来说，等粒子密度越高，隧穿电流越大。更高的隧穿电流意味着更高的损伤。

3种等离子制造过程

导体层模式刻蚀过程——累积电荷量与周长成正比。

灰化过程——累积电荷量与面积呈正比。

接触刻蚀过程——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栅氧化层面积的比率。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，人们发现天线比率并不取决于天线效应，还需要考虑布局问题。