閂鎖效應,閂鎖效應解決方法-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-08-24
CMOS電路中，存在寄生的三極管PNPN,它們相互影響在VDD與GND間產生一低阻通路，形成大電流，燒壞芯片這就是閂鎖效應。
閂鎖效應是CMOS工藝所特有的寄生效應，嚴重會導致電路的失效，甚至燒毀芯片。閂鎖效應是由NMOS的有源區、P襯底、N阱、PMOS的有源區構成的n-p-n-p結構產生的，當其中一個三極管正偏時，就會構成正反饋形成閂鎖。避免閂鎖的方法就是要減小襯底和N阱的寄生電阻，使寄生的三極管不會處于正偏狀態。
靜電是一種看不見的破壞力，會對電子元器件產生影響。ESD 和相關的電壓瞬變都會引起閂鎖效應（latch-up），是半導體器件失效的主要原因之一。
如果有一個強電場施加在器件結構中的氧化物薄膜上，則該氧化物薄膜就會因介質擊穿而損壞。很細的金屬化跡線會由于大電流而損壞，并會由于浪涌電流造成的過熱而形成開路。這就是所謂的“閂鎖效應”。在閂鎖情況下，器件在電源與地之間形成短路，造成大電流、EOS（電過載）和器件損壞。
1. 芯片一開始工作時VDD變化導致nwell和P substrate間寄生電容中產生足夠的電流，當VDD變化率大到一定地步，將會引起Latch up。
2. 當I/O信號變換超過VDD-GND范圍，會有較大電流產生，也會觸發Latch up
3. ESD靜電泄放時，會從保護電路中引入載流子到阱和襯底中，也會觸發Latch up
4. 負載過大，VDD或GND突變時也可能會觸發Latch up
5. 阱側面漏電流過大，也會觸發Latch up
Latch-up產生機制
1.輸入或輸出電壓（I/O的信號）高于VDD電壓，芯片產生大電流，導致latch-up;
2.ESD靜電加壓，可能會從保護電路中引入少量帶電載流子到阱或襯底中，導致latch-up;
Latch-up抑制方法
1.保持低于芯片的絕對最大額定值。
2.使用氧化物隔離槽(oxide trench)和掩埋氧化物(buried oxide)層隔離NMOS和PMOS器件：
3.如果不能使用oxide trench，可以使用guard rings。多子GuardRing ： P+ Ring環繞NMOS并接GND； N+ Ring環接PMOS并接VDD。使用多子保護環可以降低Rwell和Rsub的阻值，且可以阻止多數載流子到基極。
少子GuardRing ： 制作在N阱中的N+ Ring環繞NMOS并接VDD; P+ Ring環繞PMOS并接GND。 使用少子保護環可以減少因為少子注入到阱或襯底引發的閂鎖。
4.減小正反饋環路的增益。減小寄生晶體管的放大倍數和Rw/Rs阻值都可以有效降低環路增益。增加阱和襯底摻雜濃度以降低Rwell和Rsub， 例如，使用逆向摻雜阱。使NMOS和PMOS保持足夠的間距來降低引發SCR的可能。Sub接觸孔和Well接觸孔應盡量靠近源區。以降低Rwell和Rsub的阻值。
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