闩锁效应

CMOS工艺所特有的寄生效应
闩锁效应(Latch-up)是指在集成电路中。电源和地线之间由于寄生的PNP和NPN双极型晶体管相互影响而产生的一种低阻抗通路。它的存在会使VDD和电线接地端之间产生大电流通路。随着集成电路制造工艺的发展,封装密度和集成度越来越高,产生闩锁效应的可能性会越来越大[1]
闩锁效应是CMOS电路中存在的一种特殊的失效机理[2],是由CMOS器件结构本身中的寄生元件引起的[3]。可以把集成电路的闩锁效应看作可导致器件损坏或低电压下的大电流状态[2]

内容简介

闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应,严重会导致电路的失效,甚至烧毁芯片。闩锁效应是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的n-p-n-p结构产生的,当其中一个三极管正偏时,就会构成正反馈形成闩锁。避免闩锁的方法就是要减小衬底和N阱的寄生电阻,使寄生的三极管不会处于正偏状态。静电是一种看不见的破坏力,会对电子元器件产生影响。ESD和相关的电压瞬变都会引起闩锁效应(latch-up),是半导体器件失效的主要原因之一。如果有一个强电场施加在器件结构中的氧化物薄膜上,则该氧化物薄膜就会因介质击穿而损坏。很细的金属化迹线会由于大电流而损坏,并会由于浪涌电流造成的过热而形成开路。这就是所谓的“闩锁效应”。在闩锁情况下,器件在电源与地之间形成短路,造成大电流、EOS(电过载)和器件损坏。
MOS工艺含有许多内在的双极型晶体管。在CMOS工艺下,阱与衬底结合会导致寄生的n-p-n-p结构。这些结构会导致VDD和VSS线的短路,从而通常会破坏芯片,或者引起系统错误。