天线效应的消除方法

  1) 跳线法。又分为“向上跳线”和“向下跳线”两种方式,跳线即断开存在天线效应的金属层,通过通孔连接到其它层(向上跳线法接到天线层的上一层,向下跳线法接到下一层),最后再回到当前层。这种方法通过改变金属布线的层次来解决天线效应,但是同时增加了通孔,由于通孔的电阻很大,会直接影响到芯片的时序和串扰问题,所以在使用此方法时要严格控制布线层次变化和通孔的数量。

  在版图设计中,向上跳线法用的较多,此法的原理是:考虑当前金属层对栅极的天线效应时,上一层金属还不存在,通过跳线,减小存在天线效应的导体面积来消除天线效应。现代的多层金属布线工艺,在低层金属里出现PAE
效应,一般都可采用向上跳线的方法消除。但当最高层出现天线效应时,采用什么方法呢?这就是下面要介绍的另一种消除天线效应的方法了。

  2) 添加天线器件,给“天线”加上反偏二极管。通过给直接连接到栅的存在天线效应的金属层接上反偏二极管,形成一个电荷泄放回路,累积电荷就对栅氧构不成威胁,从而消除了天线效应。当金属层位置有足够空间时,可直接加上二极管,若遇到布线阻碍或金属层位于禁止区域时,就需要通过通孔将金属线延伸到附近有足够空间的地方,插入二极管。

  3)
给所有器件的输入端口都加上保护二极管。此法能保证完全消除天线效应,但是会在没有天线效应的金属布线上浪费很多不必要的资源,且使芯片的面积增大数倍,这是VLSI 设计不允许出现的。所以这种方法是不合理,也是不可取的。

  4) 对于上述方法都不能消除的长走线上的PAE,可通过插入缓冲器,切断长线来消除天线效应。

  在实际设计中,需要考虑到性能和面积及其它因素的折衷要求,常常将法1、法2 和法4
结合使用来消除天线效应。

通常情况下,我们用“天线比率”(“antenna
ratio”)来衡量一颗芯片能发生天线效应的几率。“天线比率”的定义是:构成所谓“天线”的导体(一般是金属)的面积与所相连的栅氧化层面积的比率。随着工艺技术的发展,栅的尺寸越来越小,金属的层数越来越多,发生天线效应的可能性就越大,所以,在0.4um/DMSP/TMSP以上工艺,我们一般不大会考虑天线效应。而采用0.4um以下的工艺就不得不考虑这个问题了。

消除天线效应的方法主要是设法降低接到gate的poly面积。在poly接至gate增加一个metal跳线,即减小了接至gate的poly与gate氧化层的面积之比,起到消除天线效应的作用。

天线效应产生的静电破坏也会发生在metal蚀刻时。如果metal接到diffusion时,极少会产生静电破坏,因为diffsion可以卸掉静电,所以top
metal一般不用考虑天线效应的问题(基本上每条top metal都会接到diffusion上)。对于下层metal则不然,没有接到diffusion的下层metal当其接至gate时,如面积过大,就极易产生天线效应。解决方法:在下层metal上加一个top metal的跳线,如无法加top metal跳线,可以连接一个最小size的Nmoat/P-epi或Pmoat/nwell的二极管,原则上这个二极管不可以影响线路的正常工作。

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