2020新书试读《CMOS集成电路闩锁效应》第一章

创芯大讲堂 电脑端地址：/

《CMOS集成电路闩锁效应》出版社和出版日期：本书由机械工业出版社负责出版，将于2020年3月下旬面市。请同学们随时关注EETOP创芯大讲堂，将为大家提供优惠购买渠道及免费阅读机会。相关咨询添加微信:ssywtt

内容简述：

主要介绍集成电路工艺制程技术的发展过程，集成电路工艺制造技术从最初的BJT工艺制造技术发展到CMOS工艺制造技术，同时器件也从最初的BJT发展的MOSFET。由于体CMOS集成电路中所固有的寄生NPN和寄生PNP会组成的电路，它在一定的条件下被触发而形成低阻通路，从而产生大电流，并且由于正反馈电路的存在而形成闩锁，导致CMOS集成电路无法正常工作，甚至烧毁芯片，通常把该现象称为闩锁效应。

闩锁效应存在于体CMOS集成电路中，它一直是CMOS集成电路可靠性的一个潜在的严重问题，随着CMOS工艺技术的不断发展，工艺技术日趋先进，器件的特征尺寸越来越小，并且器件间的间距也越来越小，集成电路的器件密度越来越大，集成电路的闩锁效应变得越来越严重集成电路，特别是在IO电路中。

/course/courseMain.htm?courseId=1006383007&share=2&shareId=049 (二维码自动识别)

本章侧重介绍闩锁效应出现的背景和概况。

第一章：引言

1.1 闩锁效应概述

1.1.1闩锁效应出现的背景

1.1.2闩锁效应简述

1.2 闩锁效应概况

1.3 小结

1.1闩锁效应概述

1.1.1 闩锁效应出现的背景[1]

最早出现的集成电路工艺技术是双极型工艺技术，它也是最早应用于实际生产的集成电路工艺技术。随着微电子工艺技术的不断发展，工艺技术日趋先进，其后又相继出现了PMOS、NMOS、CMOS、BiCMOS和BCD等工艺技术。

1947年，贝尔实验室的Bardeen、Shockley和BrattAIn发明了第一只点接触晶体管。1949年，贝尔实验室的Shcokley提出pn结和双极型晶体管理论。1951年，贝尔实验室制造出第一只锗双极型晶体管。1956年，德州仪器制造出第一只硅双极型晶体管。1958年，基尔比和诺伊斯两人各自独立发明了集成电路。1961年，美国空军先后在计算机及民兵导弹中使用双极型集成电路。1970年，硅平面工艺技术成熟，双极型集成电路开始大批量生产。

由于双极型工艺技术制造流程简单、制造成本低和成品率高，另外在电路性能方面它具有高速度、高跨导、低噪声、高模拟精度和强电流驱动能力等方面的优势，它一直受到设计人员的青睐，在高速电路、模拟电路和功率电路中占主导地位，但是它的缺点是集成度低和功耗大，其纵向(结深)尺寸无法跟随横向尺寸成比例缩小，所以在VLSI(超大规模集成电路)中受到很大限制，在20世纪70年代之前集成电路基本是双极型工艺集成电路。20世纪70年代，NMOS和CMOS工艺集成电路开始在逻辑运算领域逐步取代双极型工艺集成电路的统治地位，但是在模拟器件和大功率器件等领域双极型工艺集成电路依然占据重要的地位。图1-1所示的是双极型工艺集成电路剖面图。VNPN是纵向NPN (Vertical NPN)，LPNP是横向PNP（Lateral PNP），n+是n型重掺杂有源区 ，P+是p型重掺杂有源区，P-Base是p型基区，NBL（N+ Buried Layer）是n型埋层，P-sub（P-substrate）是p型衬底，N-EPI（N-Epitaxial）是n型外延层。

1930年，Lilienfeld [2]和Heil[3]提出MOSFET晶体管结构，但是由于栅氧化层存在固定和可移动的正电荷，所以一直没能制造成功MOSFET晶体管，直到20世纪60~70年代，半导体业界才在栅氧化层工艺上有所突破，NMOS和PMOS工艺技术才相继出现。早期的PMOS和NMOS的栅极都是金属铝栅，MOSFET的核心是金属-氧化物-半导体，它们组成电容，通过栅极形成纵向电场控制器件，所以称为金属氧化物半导体场效应管。PMOS是制造在n型衬底上的p沟道器件，NMOS是制造在p型衬底上的n沟道器件，它们都是采用铝栅控制器件形成反型层沟道，沟道连通源极和漏极，使器件导通工作。它们都是电压控制器件，PMOS依靠空穴导电工作，NMOS依靠电子导电工作。图1-2所示的是NMOS和PMOS晶体管剖面图，N-sub（N-substrate）是n型衬底。图1-3所示的是利用NMOS和电阻负载设计的逻辑门电路。