cmos集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施

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1、目录摘要：10前言11闩锁效应产生背景22CMOS反相器32.1反相器电路原理32.2反相器工艺结构33闩锁效应基本原理43.1闩锁效应简介43.2闩锁效应机理研究43.3闩锁效应触发方式64闩锁措施研究64.1版图级抗栓所措施64.2工艺级抗闩锁措施74.3电路应用级抗闩锁措施95结论9参考文献:109CMOS集成电路闩锁效应形成机理和对抗措施摘要：CMOSScaling理论下器件特征尺寸越来越小，这使得CMOS电路结构中的闩锁效应日益突出。闩锁是CMOS电路结构所固有的寄生效应，这种寄生的双极晶体管一旦被外界条件触发，会在电源与地

2、之间形成大电流通路，导致器件失效。闩锁效应已成为CMOS集成电路在实际应用中主要失效的原因之一。本文以反相器电路为，介绍了CM0S集成电路的工艺结构；采用双端PNPN结构模型．较为详细地分析了CM0S电路闩锁效应的形成机理；给出了产生闩锁效应的必要条件与闩锁的触发方式，介绍了在电路版图级、工艺级和电路应用时如何采用各种有效的技术手段来避免、降低或消除闩锁的形成，这是CMOS集成电路得到广泛应用的根本保障。关键词：CM0S集成电路；闩锁效应；功耗；双端pnpn结；可控硅StudyonthemechanismofLatch-upeffec

3、tinCMOSICanditscountermeasuresWangxinAbstract:DevicechannellengthbecomemoreandmoreshortunderCMOSScaling,suchthatlatch-upeffectinCMOSstructureisstandoutincreasingly．Latch—upisaparasiticeffectinCMOScircuits．OncetheparasiticBJTistriggered,therewillbehighcurrentfromVDDtoGND

4、，whichmakesthechipinvalidation．Latch—upphenomenonbecomethemainreasonofCMOSICapplied．Basedoninverter，thestructureofCMOSICarepresented,ThemodelofpnpndiodeistooktoanalyzethemechanismofLatch—upeffectinCMOSIC．Thenecessaryconditionsandthetriggermodeofthelatch-uparegiven．Manym

5、eansareintroducedtohowtoavoid，decreaseoreliminatetheLatch—upeffectinlayout，technologicalprocessandcircuitsapplicationlevel.ItguaranteethewideutilizationforCMOSIC.Keywords:CMOSIC；Latch—upeffect；powerdissipation；pnpndiode；thyristor.0前言CMOS(ComplementaryMetal—Oxide—Semicon

6、ductor)集成电路是目前大规(LSI)和超大规模(VLSI)集成电路中广泛应用的一种电路结构，1963年由万雷(Wanlass)和萨支唐(Sah)提出，它是将NMOS(N沟道MOS)和PMOS(P沟道MOS)组台所形成的逻辑器件.CMOS电路的主要优点是它只有在逻辑状态转换时(例如从0到1)才会产生较大的瞬态电流，而在稳定状态时只有极小的电流流过，当它应用于数字逻辑电路时，功率损耗可以大幅减少，通常只有几个纳瓦.当每个芯片上的器件数目增多时，功率消耗变成一个主要限制因素，低功率消耗就成为CMOS9电路最吸引人的特色．此外，CMOS

7、结构还有较佳的噪声抑制能力、很高的输人阻抗等特性．相对于传统的双极型、NMOS、PMOS结构的集成电路而言，其优越性是毫无疑问的，随着集成电路复杂度的增加，制造工艺技术由NMOS工艺转到了CMOS工艺对先进集成电路而言，CM0S技术是最主要的技术．实际上，在ULSI(甚大规模集成电路)电路中，唯有CMOS能胜任。尽管CMOs结构的电路有众多优点，但它并非完美无缺．比如，它的工艺要求比NMOS复杂(需要额外的阱形成技术)、器件占用硅片面积比较大(相对于NMOs而言，难以小型化)更主要的是，CMOS结构会形成电路的闩锁(又称闭锁、自锁、闸

8、流效应)，这是CMOS电路与生俱来的寄生效应，它会严重影响电路的功能，造成电路功能混乱甚至电路根本无法工作或烧毁．这是早期CM0S技术不能被接受的重要原因之一．目前，无论从电路结构还是从制作工艺技术上都采取了一些技术来避