如何在集成电路中减少天线效应

减少天线效应的设计解决方案

下面几种解决方案都可以用来降低天线效应。

1. 跳线法：通过插入跳线，断开存在天线效应的天线并布线到上一层金属层；直到最后的金属层被刻蚀，所有被刻蚀的金属才与栅相连。

2. 虚拟晶体管：添加额外栅会减少电容比；PFET比NFET更敏感；反向天线效应的问题。

3. 添加嵌入式保护二极管：将反向偏置二极管与晶体管中的栅相连接(在电路正常运行期间，二极管不会影响功能)。

4. 布局和布线后，插入二极管：仅将二极管连接到受到天线效应的金属层

一个二极管可保护连接到相同输出端口的所有输入端口。

消除天线效应最重要的两个方法便是跳线法和插入二极管。接下来，我们将详细讨论这两种方法。跳线法是应对天线效应最有效的方法。插入二极管可解决其他天线问题。

跳线法

跳线是断开存在天线效应的金属层，通过通孔连接到其它金属层，最后再回到当前层。如下图所示，跳线法将很长的天线分成若干短天线，减小连接到栅输入的电线面积，从而减少聚集电荷。

图3：跳线法减少天线效应示意图。

需要注意的是，跳线的放置位置十分重要。必须把跳线放置在可减少布线长度的位置。下图可详细说明。如下图所示，在两张图片中，输入和输出引脚间都有同样长度的间距，只是跳线位置稍有不同。第一张图的电路没有受到天线效应的影响，而第二张图中的电路却受到了天线效应的影响。

图4：在栅周围插入跳线。

通过这个例子可以很明显的看出，可使用跳线(又叫做“桥”)避免天线效应。跳线即断开存在天线效应的金属层，通过通孔将静电荷传送到更高一层的金属层，然后再回到当前层。在金属化的过程中，除了在最高一层上，引脚与很小的电线面积相连接，避免该层以下的任何天线问题的发生。

插入二极管

如图所示，在逻辑栅输入引脚旁边插入二极管，可为底层电路提供一个电荷泄放路径，因此累积电荷就无法对晶体管栅构成威胁。使用二极管可为通过基板聚集在金属层上的额外离子提供电荷泄放路径。

图5：在逻辑栅输入周围插入二极管。

然而，插入二极管会增加逻辑栅的输入负载，从而增大电路单元面积并影响时序。此外，空间狭小的地方不适合插入二极管。

图6：通过插入二极管或桥(布线)控制天线效应。

总结

在集成电路的制造过程中，由于金属层暴露在外，导致上面聚集了许多静电电荷。电荷的数量取决于很多原因，从天线的角度来说，电荷的数量取决于金属的暴露面积。金属暴露的面积越大，聚集的电荷就越多。基板位于底部并与制造设器件连接，因此在栅氧化层产生一个电压梯度。当这个梯度变得足够大时，它将通过爆炸性放电(即“闪电”)来释放。这个问题对小型技术领域产生非常大的影响，因为泄电所带来的损害很可能波及整个栅极。

由于表达天线比率方法并没有统一，因此对于每项加工技术而言，天线规则检查都不同。

可在需要受到保护的栅极旁边插入反向偏置二极管，避免电路遭受天线效应。在芯片正常运行期间，反向偏置二极管可防止电子在电路与二极管间流动，并防止电子流向芯片基板。然而再制造过程中，电路上的电荷会聚集在某一点上，在这一点上电压会超过其承受限度。这一点上的电压高于电路正常运行的电压，但低于栅极中可预期的静电放电电压。当这种情况发生时，二极管允许电子从电路中流向基板，因此缓解电路中累积的电荷。这是一个非破坏性过程，并且在制造过程中，电路可通过二极管进行多次放电。

另一个避免遭受天线效应的方法是通过改变金属层对天线进行“切割”(即“跳线法”)。当该金属层被制成时，一侧的大片金属层不再电连接到栅极，因此不会产生天线效应。当通过更高级金属“桥”进行连接时，导体表面不再暴露在外，因此不会收集游离电荷，从而避免天线效应。