什么是天线效应？如何消除天线效应？

在PCB制造工艺中工程师要采取很多设计措施来尽量减小天线效应，很多小白在设计电路时经常会跳过此环节，毕竟这属于加工制造工艺，无需操心太多，导致很多PCB板生产出来却无法正常运行，所以了解天线效应是很有必要的。

1、什么是天线效应？

在芯片生产过程中，暴露的金属线或多晶硅等导体，就像是一根根天线，会收集电荷导致电位升高，天线越长，收集的电荷也就越多，电压就越高。若这片导体碰巧只接了MOS的栅，那么高电压就有可能将薄栅氧化层击穿，使电路失效，这种现象称之为天线效应，随着工艺技术的发展，栅的尺寸越小，金属层数越多，天线效应的发生概率越大。

2、天线效应的产生机理

在集成电路加工工艺中，经常使用一种基于等离子技术的离子刻蚀工艺，该工艺适应着随尺寸不断缩小，掩膜刻蚀分辨率不断提高的要求，但在蚀刻过程中将产生有利点和，当适合导体（金属或多晶硅）的时候，裸露的导体表面将收集游离电荷，所积累的电荷多少预期暴露在等离子束下的导体面积成正比。如果积累了电荷的导体直接连接到器件的栅极上，将会在多晶硅栅下的薄氧化层形成F-N隧穿电流泄放电荷，当积累的电荷超过一定数量时，这F-N电流将损伤栅氧化层，从而使器件甚至整个芯片的可靠性和寿命严重降低，在F-N泄放电流作用下，面积较大的栅损伤比较小，所以天线效应也叫做等离子导致栅氧损伤。

3、天线效应的消除方法

①跳线法

也叫做向上跳线和向下跳线，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士，上一层金属还不存在时，通过跳线，减少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，在底层金属里出现PAE效应，一般都可采用向上跳线方法消除，当若最高层出现天线效应时，建议采用方法②。

②添加天线器件

给天线加上反偏二极管，如图所示，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的空间，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

该方法可保证完全消除天线效应，但会在没有天线效应的金属布线上浪费很多不必要资源，且使芯片的面积增大数倍，这是VLSI设计不允许出现的，所以该方法是不合理且不可取。

④其他

对于上述方法都无法消除，可走线上的PAE，通过插入缓冲器，切断长线来消除天线效应。

但需要注意的是，考虑到性能和面积及其他因素的折中要求，工程师经常将方法①、方法②和方法④结合使用来消除天线效应。