TEG（ケルビン接続）のレイアウト設計

TEG（ケルビン接続）のレイアウト設計は、単に配線をつなぐだけでなく、「寄生抵抗」と「熱」の影響をいかに排除し、プロービングの安定性を確保するかが鍵となります。

最新の微細プロセスにおけるレイアウト設計の主要な注意点を整理しました。

1. パッド配置とプロービングの最適化

プローブカード（針）がパッドに接触する際の電気的・機械的な特性を考慮する必要があります。

• パッドサイズと形状: * 一般的には 80μm X 80μm 程度ですが、最近の多ピン・高密度TEGでは 40μm 角程度まで小型化されています。

  • プローブがスライド（スクラブ）して酸化膜を突き破り、良好な接触を得るために、正方形よりも進行方向に長い長方形が好まれる場合があります。

• ケルビン専用の4パッド配置:

  • 2x2アレイ: Force(I)とSense(V)のペアを近接して配置し、ループ面積を最小限に抑えることでノイズ耐性を高めます。

  • インライン配置: 自動測定機（WAT: Wafer Acceptance Test）の仕様に合わせ、ピッチ（通常 100μm ～ 150μm）を一定に保つことが必須です。

2. 寄生抵抗を排除する配線テクニック

ケルビン接続の本質は「測定対象の直近まで電圧計の端子（Sense）を伸ばす」ことにあります。

• タップオフ・ポイント（分岐点）:

  • Force配線からSense配線を分岐させる位置は、可能な限り測定対象（ビアや抵抗体）の近くに配置します。分岐点が遠いと、その間の配線抵抗が誤差（Residual Resistance）として含まれてしまいます。

• 対称性の維持:

  • 左右対称、または上下対称のレイアウトにすることで、熱起電力（ゼーベック効果）による微小電圧誤差をキャンセルします。

3. 最新の微細プロセス特有の配線ルール

2nm/3nm世代では、配線自体の電気抵抗が非常に高いため、以下の工夫がなされます。

• 多層配線の活用（スタックド・ビア）:

  • Force配線（電流経路）は抵抗を低減するため、複数の金属層をパラレル（並列）に接続して厚みを持たせます。

• CBKR（Cross-Bridge Kelvin Resistor）構造:

  • コンタクト抵抗の測定では、十字型の配線を組み、その交点にある1つのコンタクトに電流を集中させるレイアウトを採用します。これにより、電流密度のムラを防ぎ、正確な比抵抗を算出できます。

4. 電気・熱的な保護

• ダミーパターンの配置: * CMP（化学機械研磨）による平坦化への影響を防ぐため、周囲にダミーメタルを配置しますが、これが測定配線と容量結合しないよう距離を保ちます。

• 静電気（ESD）対策: * TEGは非常にデリケートです。測定に影響を与えない範囲で、パッド直下に保護ダイオードを入れるか、接地（GND）リングで囲む設計が行われます。

設計チェックリスト（サマリー）

出典：Google Gemini

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