栓锁效应与布局规则.ppt

IC工艺和版图设计 第八章latch up和GuardRing设计 主讲 黄炜炜 Email hww 参考文献 1 AlanHastings著 张为译 模拟电路版图的艺术 第二版 电子工业出版社 CH13 本章主要内容 CH8 GuardRing Latch up的防护 Latch up原理分析 latch up原理分析 CMOS电路中在电源VDD和地线GND之间由于寄生的PNP和NPN相互影响可能会产生的一低阻抗通路 使VDD和GND之间产生大电流 这就称为闩锁效应 latchup 随着IC制造工艺的发展 集成度越来越高 产生latchup的可能性会越来越高 latch up原理分析 latch up原理分析 latch up原理分析 latch up原理分析 当无外界干扰未引起触发时 两个BJT处于截止状态 集电极电流是C B反向漏电流构成 电流增益非常小 此时latchup不会产生 latch up原理分析 当一个BJT集电极电流受外部干扰突然增加到一定值时 会反馈至另外一个BJT 从而使两个BJT因触发而导通 VDD至GND间形成低阻通路 Latchup由此产生 latch up原理分析 产生Latchup的具体原因1 1 Latchup产生原因1芯片一开始工作时VDD变化导致Nwell和Psub间的寄生电容中产生足够的电流 当VDD变化率大到一定地步 将会引起Latchup latch up原理分析 产生Latchup的具体原因2 2 Latchup产生原因2当I O的信号变换超过VDD GND的范围时 将会有大电流在芯片中产生 也会导致SCR的触发 latch up原理分析 产生Latchup的具体原因3 3 Latchup产生原因3ESD静电加压 可能会从保护电路中引入少量带电载流子到阱或衬底中 也会引起SCR的触发 latch up原理分析 产生Latchup的具体原因4 4 Latchup产生原因4当许多驱动器同时动作 负载过大使VDD或GND突然变化 也有可能打开SCR的一个BJT latch up原理分析 产生Latchup的具体原因5 5 Latchup产生原因5阱侧面漏电流过大 也有可能会引起闩锁 latch up原理分析 产生Latchup的具体原因5 2 阱侧面漏电流过大 漏电流通过Q2流向GND Q2的基区注入电流 则Q1的CE电流等于Q2的基区电流 则Q1的基区电流 则Q1的BE结电压 所以漏电流大过大 会导致寄生PNP管导通 产生闩锁效应 本章主要内容 CH8 GuardRing Latch up的防护 Latch up原理分析 latch up保护方法 防止闩锁的方法1 防止闩锁的方法1 使用重掺杂衬底 降低Rsub值 减小反馈环路增益 latch up保护方法 防止闩锁的方法2 使用轻掺杂外延层 防止侧向漏电流从纵向PNP到低阻衬底的通路 防止闩锁的方法2 latch up保护方法 防止闩锁的方法3 增加Rs2和Rw2或者减小Rw和Rsub可以增加电路的保持电压 latch up保护方法 防止闩锁的方法3 2 防止闩锁的方法31 使NMOS和PMOS保持足够的间距来降低引发SCR的可能 2 Sub接触孔和Well接触孔应尽量靠近源区 以降低Rwell和Rsub的阻值 latch up保护方法 防止闩锁的方法4 使用使用隔离槽 防止闩锁的方法4 防止闩锁的方法5 1 保护PMOS 保护NMOS latch up保护方法 防止闩锁的方法5 2 防止闩锁的方法5使用Guardring 1 多子GuardRing P Ring环绕NMOS并接GND N Ring环接PMOS并接VDD 使用多子保护环可以降低Rwell和Rsub的阻值 且可以阻止多数载流子到基极 2 少子GuardRing 制作在N阱中的N Ring环绕NMOS并接VDD P Ring环绕PMOS并接GND 使用少子保护环可以减少因为少子注入到阱或衬底引发的闩锁 latch up保护方法 本章主要内容 CH8 GuardRing Latch up的防护 Latch up原理分析 GuardRing 出于防止闩锁效应或隔绝噪声的考虑 在Layout设计中我们经常需要用到保护环 保护环主要分为2种保护环 1 多数载流子保护环2 少数载流子保护环需要注意的是多数载流子和少数载流子是相对的 比如电子在Psub中为少数载流子到了Nwell中就是多数载流子 GuardRing GuardRing 使用GuardRing来隔绝噪声 避免敏感电路受噪声影响 GuardRing GuardRing GuardRing 单层GuardRing 单层GuardRing由多子保护环构成 N 围绕Nwell内侧 并接VDD构成电子多子保护环 并起衬底接触作用 P 围绕NMOS 并接GND构成空穴多子保护环 并起衬底接触作用 GuardRing 双层GuardRing 双层GuardRing由多子保护环核少子保护环共同构成 N 围绕Nwell内侧 并接VDD构成电子多子保护环 并起衬底接触作用 P 围绕Nwell外侧 并接GND构成空穴保护环 避免PMOS的空穴注入到NMOS区 P 围绕NMOS 并接GND构成空穴多子保护环 并起衬底接触作用 N 围绕NMOS 并接VDD构成电子少子保护环 避免NMOS的电子注入到PMOS区 GuardRing 三层GuardRing 双层GuardRing由多子保护环核少子保护环共同构成 N 围绕Nwell内侧 并接VDD构成电子多子保护环 并起衬底接触作用 Nwell围绕Nwell外侧 P 围绕Nwell外侧 并接GND构成空穴保护环 避免PMOS的空穴注入到NMOS区 P 围绕NMOS 并接GND构成空穴多子保护环 并起衬底接触作用 Nwell围绕NMOS外侧 N 围绕NMOS 并接VDD构成电子少子保护环 避免NMOS的电子注入到PMOS区 本章重点 1 了解闩锁效应的定义及对集成电路的不利影响 2 熟练掌握画出反相器的寄