《集成电路版图设计（活页式）》课件 6、闩锁效应教学课件

CMOS闩锁效应简述01CMOS闩锁效应预防措施02CMOS闩锁效应相关研究03目录成都职业技术学院PARTONECMOS闩锁效应简述1

成都职业技术学院CMOS闩锁效应简述闩锁效应是指CMOS集成电路中所固有的寄生NPN和寄生PNP组成的电路在一定的条件下被触发而形成低阻通路，从而产生大电流，并且由于正反馈电路的存在而形成闩锁，导致CMOS集成电路无法正常工作，甚至烧毁芯片。

成都职业技术学院CMOS闩锁效应简述根据闩锁的路径特点，可以把闩锁效应分成三种：第一种是当闩锁的路径是从地到电源时，称之为“主”闩锁。第二种是当闩锁的路径是从输入节点到地或者电源时，称之为“输入”闩锁；第三种是当闩锁的路径是从输出节点到地或者电源时，称之为“输出”闩锁；“输出”闩锁或者“输入”闩锁发生后不一定能触发“主”闩锁。(a)VDDPNPNPNGND(c)RnRpVDDPNPNPNGNDRnRpRnVDDPNPNPNGNDRp(b)输入输入输出输出成都职业技术学院CMOS闩锁效应简述RpRnVDDOUTPNPNPNGNDINGNDVDDOUTNWP-subp+n+n+n+p+p+RnRp(CMOS与其寄生的BJT截面图)(寄生BJT形成的SCR电路模型)OUTIpInchannelchannelIn流过Rn引起压降In*RnRn压降导致PNP发射结正偏PNP导通Ip流过Rp引起压降Ip*RpRp压降导致NPN发射结正偏NPN导通在正常情况下，寄生的双极型晶体管组成的电路都是截止的，也就是高阻阻塞态，在高阻阻塞态下，这些电路具有很高的阻抗，漏电流非常小。成都职业技术学院PARTTWOCMOS闩锁效应预防措施2

成都职业技术学院CMS闩锁效应预防措施AAGTM1SNSP保护环的作用：（1）隔离（敏感器件与其他衬底噪声）；（2）减小衬底产生电荷；（3）防止Latchup。保护环的类别：（1）多数载流子保护环;（2）少数载流子保护环。画版图要求的双层保护环，指的是器件的衬底偏置环和与之相反的隔离环。NMOS的DoubleRing，第一层Ring是器件的Bulk(衬底P+)围一圈，第二层Ring是N阱围一圈N+接触的少子保护环；对于PMOS的DoubleRing，第一层Ring是器件的Bulk(N阱电位N+）围一圈，第二层Ring是衬底P+围一圈隔离环。VDD↓GND↓NW成都职业技术学院CMS闩锁效应预防措施使nmos尽量靠近GND，pmos尽量靠近VDD,保持足够的距离在pmos和nmos之间以降低引发SCR的可能，使环路增益小于1；Substratecontact和wellcontact应尽量靠近source,以降低Rwell和Rsub的阻值；ESD尽量远离cell，尤其是corecell（ESD与corecell的距离会产生latchup）；产生clk地方要加强防护，开关频率快的地方如PLL；（频率越快，噪音越大，频率快对衬底不停放电）。成都职业技术学院PARTTHREECMOS闩锁效应相关研究3

成都职业技术学院CMOS闩锁效应相关研究成都职业技术学院序号时间描述物理机理11967年研究人员展示了关于“瞬态辐射能导致CMOS闩锁效应”的研究成果，证明太空辐射环境能导致CMOS闩锁效应。辐射能在衬底产生电子空穴对导致CMOS闩锁效应。21976年研究人员证明掺金可以改善CMOS闩锁效应掺金可以提供复合中心，降低寄生双极型晶体管的放大系数。31978年研究人员证明用重掺杂外延埋层工艺可以改善CMOS闩锁效应重掺杂外延埋层工艺降低衬底等效电阻。41979年研究人员证明利用中子辐射可以控制CMOS闩锁效应，研究表明核辐射可以改变寄生双极型晶体管的放大系数[10]。降低寄生双极型晶体管的放大系数。51980年研究人员发表了关于“CMOS工艺集成电路闩锁效应的物理学理论和建模”的论文，在闩锁效应理论方面取得了重大进展。该论文提供了CMOS闩锁效应的分析模型和表征方法。建立CMOS工艺集成电路闩锁效应的物理学理论和建模。61982年研究人员证明双阱CMOS在抑制闩锁效应方面的优势。双阱CMOS可以分别调节NW和PW的掺杂浓度降低它们的等效电阻。71982年研究人员证明深沟槽隔离技术（DTI）抑制CMOS闩锁效应的优势。降低寄生双极型晶体管的放大系数。81983年Troutman证明保护环可以改善CMOS闩锁效应。收集少数载流子，降低寄生双极型晶体管的放大系数。91984年Troutman将倒阱工艺技术集成到IBM0.8umCMOSDRAM和逻辑工艺技术中，是首次将倒阱工艺技术集成到商业的CMOS工