版图注意点

Thu, 10 Jul 2025 00:00:00 +0000

闩锁效应、ESD保护、天线效应

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闩锁效应#

latch up#

CMOS电路中，存在寄生的三极管PNPN,它们相互影响在VDD与GND间产生一低阻通路，形成大电流，烧坏芯片这就是Latch up，又称栓锁效应。

产生原因#

在CMOS工艺中制作的N管和P管间会存在寄生的BJT（PNPN）；如下（以N井CMOS工艺制作的反相器为例），N管和P管间存在一个纵向的PNP，和一个横向的NPN。

寄生三极管

正常工作情况下，三极管是截止的；不会发生Latch up；当受到外界来自电源，I/O，ESD静电泄放的干扰时，使得其中一个三极管导通后，将反馈到另一个三极管也导通，由于这两个三极管的输入输出是彼此首尾相接，因此形成一个不断循环放大的环路，电流在这个结构里面不断放大，最终超过芯片承受范围，使得芯片被烧坏

寄生三极管电流回路

避免的方法#

工艺制造时： 采用重掺杂的衬底（降低Rsub，减小放大环路增益）采用轻掺杂的外延层（阻止侧向漏电流从纵向PNP到低阻衬底的通路）使用绝缘隔离槽（SOI绝缘体上硅工艺可彻底消除闩锁效应）
版图设计时： 多打接触孔，接触孔尽量靠近active有源区（降低Rwell，Rsub）使用Guard ring(一方面降低Rwell，Rsub，一方面阻止载流子到达BJT基极) NMOS靠近GND，PMOS靠近VDD并保持足够距离，降低SCR触发的可能；

ESD保护#

静电效应#

芯片突然受到高电压低电流的刺激，容易使得芯片被损坏。

产生原因#

三种产生模型： 人体接触 带静电的人手触摸芯片

机器接触 制造过程中，与机器接触

自产生电荷 已封装芯片在组合或运输过程中产生电荷

三种模式的电荷不同，作用时间也不同

避免的方法#

增加芯片的抗静电能力在芯片的pin引脚增加ESD防护电路可以增加芯片对ESD静电的防护能力，但代价是增加了很多芯片面积（ESD器件通常很大一个）

ESD保护电路

2. 在接触的时候尽量避免静电，如：在防静电操作台上操作芯片

天线效应#

process antenna effect（PAE）#

在芯片的蚀刻过程钟，容易出现电荷积累击穿mos管，导致部分mos管的性能出现损失。

产生原因#

干蚀刻（etch）需要使用很强的电场驱动离子原浆，在蚀刻gate poly和氧化层边的时候，电荷可能积累在gate poly上，并产生电压足以使电流穿过gate的氧化层，虽然这种状况通常不会PAE破坏gate氧化层，但会降低其绝缘程度。这种降低程度于gate氧化层面积内通过的电荷数成正比。每一poly区积累的正电荷与它的面积成正比，如果一块很小的gate氧化层连接到一块很大的poly图形时，就可能造成超出比例的破坏，因为大块的poly区就像一个天线一样收集电荷，所以这种效应称为天线效应，天线效应也会发生在source/drain的离子植入时。

避免的方法#

尽量避免画一条很长的线

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

① 向上跳层，将面积违例的金属层分成多段，以达到减小"天线"面积的目的 ② 在有天线效应违例的net上挂反向的antenna diode以泄放金属层收集到的电荷。 ③插入buffer，减小net长度达到减小“天线”面积的目的。

Layout on ICCI

版图注意点

闩锁效应#

latch up#

产生原因#

避免的方法#

ESD保护#

静电效应#

产生原因#

避免的方法#

天线效应#

process antenna effect（PAE）#

产生原因#

避免的方法#