天线效应（Process Antenna Effect，PAE）

在半导体芯片制造过程中，某些工艺上会存在游离的电荷；如等离子刻蚀时，暴露在离子束下的金属或poly会积累电荷（就像一根天线一样，收集电荷）而产生电势，积累的电荷与暴露在离子束下金属面积成正比；如果积累了足够电荷的一根长金属线或POLY直接连接到MOS管的GATE上时，栅氧会被击穿，导致芯片失效；

antenna ratio

通常用antenna ratio来衡量一颗芯片发生天线效应的概率；antenna ratio（天线比）定义为：构成所谓天线的导体面积与其相连的栅面积之比，比值越大天线效应越容易发生（这个值与工艺有关，常见为300：1），随着工艺尺寸越来越小，天线效应发生的可能越来越高；

消除天线效应的方法：

就是要想办法减小antenna ratio；使直接连接到栅的导体面积变小；

1.跳线法

采用跳线法，断开存在天线效应的金属M1；如下图，一根长金属M1连接到GATE上，收集足够的电荷后，产生的电势超过栅氧承受的击穿电压后，栅氧被击穿；

那么我们采用跳线法，把靠近栅氧的一侧M1先断开，此时积累的电荷不足以击穿栅氧；然后再制作通孔和M2将M1连接起来（期间M1上积累的电荷会被清洗掉），不会改变它们的连接关系，同时消除天线效应；

2. 添加天线器件

 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。

在存在天线效应的导体上添加反偏的二极管，为积累的电荷提供一个泄放回路，这样积累的电荷就不会对栅氧造成损坏，从而消除天线效应；

3. 插入缓冲器Buffer

通过在直接连接到栅的导体上插入缓冲器来切断长线消除天线效应；

(2.3会引入器件增加芯片面积，需与电路商量插入器件需不影响电路功能)

天线效应，或者说它的全称工艺天线效应（PAE，process antenna effect），是一种芯片制造过程中产生的效应。我们后端设计时也必须严格遵守相应的天线效应的rule，否则可能会发生MOS管的损坏，以至于影响良率。今天就来简单说一说什么是天线效应，以及消除的办法有哪些。

要想理解antenna，必须了解金属层是如何制造的。现代工艺采用了一种叫离子刻蚀的方法，在制造每一层metal layer的时候，会先在这个layer上铺满金属，而后通过离子刻蚀去掉不要的部分，留下来的就是我们画的net走线了。然而离子刻蚀的时候空间中会出现大量的电荷，这些电荷就会附着在金属表面，电荷量的多少与金属面积正相关。现在金属的厚度一般都要大于金属的宽度，相应的金属线侧边会聚集更多电荷。这些net就如同天线一样吸收着空间中的电荷，如果这根net连接到MOS管的栅极，如果电荷过多就有可能击穿栅氧化层，造成MOS管损坏。

请注意一点，天线效应仅仅发生在制造过程中，因为制造完毕的芯片MOS的栅极一定有一个driver，也就是说会连到某一个source/drain上。如果真的一条net大量存在电荷，这些电荷也会优先从源漏泄掉，不管是pn结正向导通还是反向击穿，其产生条件都没有击穿栅氧化层苛刻。

为了量化天线效应的影响，我们引入了天线效应比率的概念，它又分成局部天线效应比率和累积天线效应比率。局部天线效应比率指的是某一层金属的面积比上与他相连的栅的面积，这个比率越大，造成击穿的可能性就越高。累积天线效应比率指的是所有产生天线效应金属层的局部天线效应比率之和。一般我们的antenna rule就会根据这两个比率来定，后端在绕线的时候要注意天线效应比率不能超过rule定的spec。

如果发生antenna violation，要怎样消除呢？一般有两种方法：第一是叫跳层法，说的是把原本很长的一段net打断，在中间打via连到上层或下层，然后再打via连回来。这样在计算天线效应比率的时候就能少算金属层的面积，进而消除violation。第二种方法是在发生violation的net与地之间插入diode，这样聚集的电荷就会优先走diode这条路，就避免损坏MOS管。这两种方法都有一定缺点，第一种方法会产生更复杂的绕线，并且会影响原net的timing等，而第二种方法产生更复杂绕线的同时还要加入额外的器件，cell density比较高的情况下就更难摆放。