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EM和HCL

热度 1已有 690 次阅读| 2021-10-13 11:45 |系统分类:芯片设计

EM电迁移

  金属电迁移问题用来表示导致芯片上金属互连线断裂、熔化等的一些失效原因。当电子流过金属线时,将同金属线的原子发生碰撞,碰撞导致金属的电阻增大,并且会发热。在一定时间内如果有大量的电子同金属原子发生碰撞,金属原子就会沿着电子的方向进行流动。这将会导致两个问题:第一,移动后的原子将在金属上留下一个空位,如果大量的原子被移动,则连线断开;第二,被移动的原子必须停在某一个地方,如果这些原子停在某个地方使别的金属连线短路,则芯片的逻辑功能就被改变,从而发生错误。
  电迁移是一个长时间的损耗现象,常常表现出经过一段时间后芯片有时序或功能性错误。如果芯片中某一根连线是唯一的,那么当发生电迁移问题以后,会导致整个芯片的功能失效。如果一些连线本来就有冗余设计,例如电源网络,当发生电迁移问题后,其中的一部分连线会断开,而其它部分的连线就会承受较大的IR压降问题。如果因为电迁移而导致了线路间的短路,那整个芯片就失效.

         在生产制造过程中,比较关键的刻蚀去胶过程,暴露的导体会收集很多能够损坏薄栅介质的 电荷,这种失效机制称为等离子致损伤或称为天线效应[2] 我们都知道做mask的时候是从低层往高层做的。每一道工序都有诸如平坦化,隔离等,之后肯 定会有静电泄放的操作。

    从这个角度来说,假如metal3过大有antenna的问题,我们用metal4对其跳 线。在做metal3mask时,metal3实际上分开的,只有做到metal4的时候他们才会连起来,而到 metal4时,metal3的表面电荷已经由于工艺过程减少很多了;而如果用metal2对其跳线,在做metal3 时,metal2metal3是会相连的,并没有起到减少电荷的作用。 

防护措施: 

1. 跳线,而且最好是往上跳线 

2. 增加对地反向偏置diode, 

3. 在信号线上加一组buffer,这个方法既可以规避Antenna,也可以为信号增加驱动能力; 

4. 充分利用最后版图中填充的MOS二极管,尽可能减少寄生参数; 

5. Power Device/Switch 走线很宽需要打slot,可以有效减小天线效应


热载流子注入效应

热载流子就是具有高能量的载流子,即其动能高于平均热运动能量(~kT)的载流子;因此其运动速度也一定很高。

热载流子诱生的MOS器件退化是由于高能量的电子和空穴注入栅氧化层引起的,注入的过程中会产生界面态和氧化层陷落电荷,造成氧化层的损伤。随着损伤程度的增加,器件的电流电压特性就会发生改变。当器件参数改变超过一定限度后,器件就会失效,器件损伤的程度和机理取决于器件的工作条件。

载流子从外界获得了很大能量时,即可成为热载流子。例如在强电场作用下,载流子沿着电场方向不断漂移,不断加速,即可获得很大的动能,从而可成为热载流子。对于半导体器件,当器件的特征尺寸很小时,即使在不很高的电压下,也可产生很强的电场,从而易于导致出现热载流子。因此,在小尺寸器件以及大规模集成电路中,容易出现热载流子。由于热载流子所造成的一些影响,就称为热载流子效应


In general, EM failure can be greatly reduced by dropping more vias and widening metal lines at the connection ports of power/ground cells.

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