Предотвращение эффекта тиристорной защелки

      Тенденции в современной полупроводниковой промыш­ленности включают в себя постоянное повышение быст­родействия, добавление допол­нительных функций, снижение энергопотребления и разме­ров устройств одновременно с уменьшением времени разра­ботки. Для достижения этих целей разработчики микросхем стараются «уплотнять» струк­туру кристаллов, используя для этого более «тонкие» техно­логические нормы и повышая концентрацию компонентов на единицу площади. К сожале­нию, при этом увеличивается омическое сопротивление и ко­эффициент усиления по току паразитных pnp и npnтранзисторов, что, в свою очередь, повышает вероятность возникновения тиристорно­го эффекта.

Критические    параметры прибора по отношению к явлению  защелкивания   могут  быть описаны с использованием схемы  тиристора,  приведенной  на вставке рис. 3.3, а. Определяющими параметрами являются коэффициенты усиления по току hFEбиполярных npnи pnp-транзисторов. Если произведение этих коэффициентов усиления превышает единицу, то в приборе может возникнуть защелкивание. Для уменьшения коэффициентов усиления по то­ку обоих транзисторов было предложено   несколько   методов, включая легирование золотом и нейтронное облучение, что при­водит к сокращению времени жизни неосновных носителей за­ряда. Однако эти методы с трудом  поддаются  контролю и приводят к возникновению других нежелательных явлений при работе приборов, например увеличению токов утечки. Ко­эффициент усиления вертикального npn-транзистора может быть уменьшен за счет  использования  скрытых р+-слоев  под р-карманами или путем использования ионной  импланта­ции бора в р-карман при высоком уровне энергии имплантируе­мых ионов и их высокой дозе.

Другим эффективным методом для предотвращения защел­кивания является уменьшение сопротивления, шунтирую­щего эмиттерно-базовые переходы обоих типов биполярных приборов, показанных на рис. 2.3, а. Если величина шунти­рующего сопротивления достаточно мала, падения напряжения IRчерез прямо смещенные эмиттерно-базовые переходы недо­статочно для возникновения явления защелкивания. Шунтирую­щее сопротивление эмиттерно-базового перехода горизонтально­го pnp-траизистора можно уменьшить путем выращивания эпитаксиального n-слоя на поверхности n+-подложки. Как можно видеть из рис. 3.3, б применение более высоко-проводящих подложек приводит к снижению сопротивления в горизонтальном направлении под р+-областью истока. Кроме того, электроны, инжектированные из n+-областей истока и сто­ка в р-карман, могут переноситься в вертикальном направлении на нижнюю поверхность кристалла, которая постоянно нахо­дится под потенциалом Vdd.

Дополнительные затраты, связан­ные с выращиванием эпитаксиального слоя, компенсируются преимуществами, которые предоставляет данный метод, обеспе­чивая эффективный контроль за подавлением явления защел­кивания.

 

     Помимо использования структуры, состоящей из эпитакси­ального n-слоя на n+-подложке, для предотвращения эффекта защелкивания должны быть использованы и соответствующие топологические методы при формировании электронной схемы КМОП ИС. Охранные кольца, окружающие п- и р-каналь-ные транзисторы во входных и выходных схемах, могут быть использованы для отклонения неосновных носителей заряда, предотвращая тем самым возникновение падения напряжения в горизонтальном направлении. Защита элементов входных це­пей способна предохранить их от воздействия внешних сигна­лов, которые вызывают возникновение защелкивания и перена­пряжения на подзатворном окисле. Приборы, входящие в состав входных и выходных цепей, обычно имеют сравнительно боль­шие размеры, для того чтобы обеспечить высокие уровни тока, поэтому дополнительная площадь кристалла, необходимая для введения охранных колец в сложных схемах, относительно мала.

               Так же существуют различные защитные цепи на входах и выходах прибора, позволяющие избавится от данного паразитного эффекта. Примеры применения данного защитного способа рассмотрены в источниках [3] и [4].


Ссылка на основную публикацию
Adblock detector