latch-up版图

华侨大学信息学院电子工程系厦门专用集成电路系统重点实验室IC工艺和版图设计第八章latch-up和GuardRing设计主讲：黄炜炜EmailEmailEmailEmail：[e-mail]@[e-mail]@hqu.edu.cnCopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室参考文献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.CH13CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容CH8CH8CH8CH8CH8CH8CH8CH8GuardRingGuardRingGuardRingGuardRingLatch-upLatch-upLatch-upLatch-up的防护Latch-upLatch-upLatch-upLatch-up原理分析CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析CMOSCMOSCMOSCMOS电路中在电源VDDVDDVDDVDD和地线GNDGNDGNDGND之间由于寄生的PNPPNPPNPPNP和NPNNPNNPNNPN相互影响可能会产生的一低阻抗通路，使VDDVDDVDDVDD和GNDGNDGNDGND之间产生大电流，这就称为闩锁效应（latchuplatchuplatchuplatchup）。随着ICICICIC制造工艺的发展，集成度越来越高，产生latchuplatchuplatchuplatchup的可能性会越来越高。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析NNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiInInInInOutOutOutOutCopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析NNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiRwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析NNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiRwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTCopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUTCBCBCBCB结反向电流当无外界干扰未引起触发时，两个BJTBJTBJTBJT处于截止状态，集电极电流是C-BC-BC-BC-B反向漏电流构成，电流增益非常小，此时latchuplatchuplatchuplatchup不会产生。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUT当一个BJTBJTBJTBJT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BJTBJTBJTBJT，从而使两个BJTBJTBJTBJT因触发而导通，VDDVDDVDDVDD至GNDGNDGNDGND间形成低阻通路，LatchupLatchupLatchupLatchup由此产生。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析产生LatchupLatchupLatchupLatchup的具体原因1111RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUTNNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiRwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ22221.Latchup1.Latchup1.Latchup1.Latchup产生原因1111芯片一开始工作时VDDVDDVDDVDD变化导致NwellNwellNwellNwell和PsubPsubPsubPsub间的寄生电容中产生足够的电流，当VDDVDDVDDVDD变化率大到一定地步，将会引起Latchup.Latchup.Latchup.Latchup.CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析产生LatchupLatchupLatchupLatchup的具体原因2222RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTOUTVDDVDDVDDVDDOUTOUTOUTOUTGNDGNDGNDGND2.Latchup2.Latchup2.Latchup2.Latchup产生原因2222当I/OI/OI/OI/O的信号变换超过VDD-GNDVDD-GNDVDD-GNDVDD-GND的范围时，将会有大电流在芯片中产生，也会导致SCRSCRSCRSCR的触发。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析产生LatchupLatchupLatchupLatchup的具体原因3333RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222VDDVDDVDDVDD注入到衬底的载流子注入到阱的载流子3.Latchup3.Latchup3.Latchup3.Latchup产生原因3333ESDESDESDESD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SCRSCRSCRSCR的触发。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析产生LatchupLatchupLatchupLatchup的具体原因4444RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUT4.Latchup4.Latchup4.Latchup4.Latchup产生原因4444当许多驱动器同时动作，负载过大使VDDVDDVDDVDD或GNDGNDGNDGND突然变化，也有可能打开SCRSCRSCRSCR的一个BJTBJTBJTBJT。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析NNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiRwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUT产生LatchupLatchupLatchupLatchup的具体原因55555.Latchup5.Latchup5.Latchup5.Latchup产生原因5555阱侧面漏电流过大，也有可能会引起闩锁。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up原理分析RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUT产生LatchupLatchupLatchupLatchup的具体原因5(2)5(2)5(2)5(2)CE2II=漏阱侧面漏电流过大，漏电流通过Q2Q2Q2Q2流向GND,GND,GND,GND,Q2Q2Q2Q2的基区注入电流222ICEBIβ≈则Q1Q1Q1Q1的CECECECE电流等于Q2Q2Q2Q2的基区电流，则Q1Q1Q1Q1的基区电流212121CEBIIIββββ≈=漏则Q1Q1Q1Q1的BEBEBEBE结电压112VRBEwellIββ=漏所以漏电流大过大，会导致寄生PNPPNPPNPPNP管导通，产生闩锁效应。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室本章主要内容CH8CH8CH8CH8CH8CH8CH8CH8GuardRingGuardRingGuardRingGuardRingLatch-upLatch-upLatch-upLatch-up的防护Latch-upLatch-upLatch-upLatch-up原理分析CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up保护方法RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUTNNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiRwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222防止闩锁的方法1111防止闩锁的方法1111：使用重掺杂衬底，降低RsubRsubRsubRsub值，减小反馈环路增益。CopyrightbyHuangWeiwei华侨大学厦门专用集成电路系统重点实验室latch-up保护方法RwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222OUTOUTOUTOUTNNNN++++NNNN++++NNNN++++PPPP++++PPPP++++PPPP++++InInInInOutOutOutOutNwellNwellNwellNwellPPPP++++subsubsubsubPPPP----epiepiepiepiRwellRwellRwellRwellRsubRsubRsubRsubQQQQ1111QQQQ2222防止闩锁的方法2222：使用轻掺杂外延层，防止侧向