簡(jiǎn)單說(shuō)一說(shuō)什么是天線效應(yīng)？消除的辦法有哪些？

天線效應(yīng)，或者說(shuō)它的全稱(chēng)工藝天線效應(yīng)（PAE，process antenna effect），是一種芯片制造過(guò)程中產(chǎn)生的效應(yīng)。

我們后端設(shè)計(jì)時(shí)也必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的天線效應(yīng)的rule，否則可能會(huì)發(fā)生MOS管的損壞，以至于影響良率。今天就來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)一說(shuō)什么是天線效應(yīng)，以及消除的辦法有哪些。

要想理解antenna，必須了解金屬層是如何制造的。現(xiàn)代工藝采用了一種叫離子刻蝕的方法，在制造每一層metal layer的時(shí)候，會(huì)先在這個(gè)layer上鋪滿(mǎn)金屬，而后通過(guò)離子刻蝕去掉不要的部分，留下來(lái)的就是我們畫(huà)的net走線了。

然而離子刻蝕的時(shí)候空間中會(huì)出現(xiàn)大量的電荷，這些電荷就會(huì)附著在金屬表面，電荷量的多少與金屬面積正相關(guān)。現(xiàn)在金屬的厚度一般都要大于金屬的寬度，相應(yīng)的金屬線側(cè)邊會(huì)聚集更多電荷。

這些net就如同天線一樣吸收著空間中的電荷，如果這根net連接到MOS管的柵極，如果電荷過(guò)多就有可能擊穿柵氧化層，造成MOS管損壞。

請(qǐng)注意一點(diǎn)，天線效應(yīng)僅僅發(fā)生在制造過(guò)程中，因?yàn)橹圃焱戤叺?a href="http://ttokpm.com/v/tag/137/" target="_blank">芯片MOS的柵極一定有一個(gè)driver，也就是說(shuō)會(huì)連到某一個(gè)source/drain上。

如果真的一條net大量存在電荷，這些電荷也會(huì)優(yōu)先從源漏泄掉，不管是pn結(jié)正向?qū)ㄟ€是反向擊穿，其產(chǎn)生條件都沒(méi)有擊穿柵氧化層苛刻。

為了量化天線效應(yīng)的影響，我們引入了天線效應(yīng)比率的概念，它又分成局部天線效應(yīng)比率和累積天線效應(yīng)比率。局部天線效應(yīng)比率指的是某一層金屬的面積比上與他相連的柵的面積，這個(gè)比率越大，造成擊穿的可能性就越高。

累積天線效應(yīng)比率指的是所有產(chǎn)生天線效應(yīng)金屬層的局部天線效應(yīng)比率之和。一般我們的antenna rule就會(huì)根據(jù)這兩個(gè)比率來(lái)定，后端在繞線的時(shí)候要注意天線效應(yīng)比率不能超過(guò)rule定的spec。

如果發(fā)生antenna violation，要怎樣消除呢？一般有兩種方法：第一是叫跳層法，說(shuō)的是把原本很長(zhǎng)的一段net打斷，在中間打via連到上層或下層，然后再打via連回來(lái)。這樣在計(jì)算天線效應(yīng)比率的時(shí)候就能少算金屬層的面積，進(jìn)而消除violation。

第二種方法是在發(fā)生violation的net與地之間插入diode，這樣聚集的電荷就會(huì)優(yōu)先走diode這條路，就避免損壞MOS管。

這兩種方法都有一定缺點(diǎn)，第一種方法會(huì)產(chǎn)生更復(fù)雜的繞線，并且會(huì)影響原net的timing等，而第二種方法產(chǎn)生更復(fù)雜繞線的同時(shí)還要加入額外的器件，cell density比較高的情況下就更難擺放。