原创 Latchup现象和预防措施

2007-10-18 23:01 6821 16 16 分类: 模拟
Latch up 最易产生在易受外部干扰的I/O电路处, 也偶尔发生在内部电路
Latch up 是指cmos晶片中, 在电源power VDD和地线GND(VSS)之间由于寄生的PNP和NPN双极性BJT相互影响而产生的一低阻抗通路, 它的存在会使VDD和GND之间产生大电流
 
随着IC制造工艺的发展, 封装密度和集成度越来越高,产生Latch up的可能性会越来越大
 Latch up 产生的过度电流量可能会使芯片产生永久性的破坏, Latch up 的防范是IC Layout 的最重要措施之一

产生原因:

       芯片一开始工作时VDD变化导致nwell和P substrate间寄生电容中产生足够的电流,当VDD变化率大到一定地步,将会引起Latch up。
        当I/O的信号变化超出VDD-GND(VSS)的范围时,有大电流在芯片中产生,也会导致SCR的触发。
       ESD静电加压,可能会从保护电路中引入少量带电载子到well或substrate中,也会引起SCR的触发。
       当很多的驱动器同时动作,负载过大使power和gnd突然变化,也有可能打开SCR的一个BJT。
       Well 侧面漏电流过大。

防止Latch up 的方法

          在基体(substrate)上改变金属的掺杂,降低BJT的增益
            避免source和drain的正向偏压
          增加一个轻掺杂的layer在重掺杂的基体上,阻止侧面电流从垂直BJT到低阻基体上的通路
           使用Guard ring: P+ ring环绕nmos并接GND;N+ ring环绕pmos 并接VDD,一方面可以降低Rwell和Rsub的阻值,另一方面可阻止栽子到达BJT的基极。如果可能,可再增加两圈ring。
           Substrate contact和well contact应尽量靠近source,以降低Rwell和Rsub的阻值。
          使nmos尽量靠近GND,pmos尽量靠近VDD,保持足够的距离在pmos 和nmos之间以降低引发SCR的可能
          除在I/O处需采取防Latch up的措施外,凡接I/O的内部mos 也应圈guard ring。
           I/O处尽量不使用pmos(nwell)

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