互補式金氧半超大型積體電路之矽控整流鎖住的模擬與預測

Abstract

本文提出新型模式以精確預測互補式金氧半電晶體元件結構及佈置改變對鎖住免疫能 力的影響，此影響程度的多寡以直流激發電流，鎖住電壓，和鎖住電流等參數予以描 述。根據預測結果，吾人導出控制鎖住的新型技巧。 本文對鎖住動作行為的敦述將詳細給予，並討論常見的激發鎖住之肇因來。源為使互 補式金氧半電晶體結構對鎖住的感受性能定量化，一些鎖住特性參數將被提出。 根據製造出或構想中的互補式金氧半電晶體結構參數值，一種結構導向模式將被提出 以計算基片和井區電阻。此電阻值將被用來計算寄生射極上過高或過低電壓引致鎖住 的直流激發電流。此激發電流預測值與實驗數據非常一致。進而，此種結構導向模式 將被用來評估互補式金氧半電晶體的諸多不同構造－－在基片上的正向佈置和反向佈 置，表面和背面的基片接觸，以及有無磊晶式基片等。更重要的，此種結構導向模式 易於建立介於主要鎖住特性參數和基片結構參數之的相互關係。藉著結構導向模式的 協助，此種建立起來的相互關係將被用於預測基片佈置和結構二者改變對鎖住感受性 的影響。預測值已被證實與實驗數據和最精確的數值分析結果非常吻合。 本文並提出一種新型的解析三度空間模式，以模擬多數載子在基片上所表現出的三度 空間行為。此模式將基片電位降描述為基片結構參數，多數載子入射源之尺寸大小， 和多數載子在入射源上之電流密度的解析式函數。根據此模式，預測結果亦與實驗值 非常吻合。 根據解出二度空間電子連續和電流傳輸方程式的結果，負型井區保護環之效率可用逃 脫電子電流予以定量化評估。模擬結果顯示，在最壞情況下，磊晶式基片內高濃度摻 雜區域所存在之歐捷結合效應能有效改進保護環之效率，且在此區域摻雜濃度大小和 保護環寬度之間作一適當之抉擇當可逼使逃脫電流降低至某一水準，使得互補式金氧 半電晶體電路能逃過被鎖住的噩運。 最後，根據預測的結果，控制鎖住的新型技巧將加以討論，如佈置、基片、偏壓、和 製和技巧等。並且，一些以互補式金氧半電晶體技術製造的積體電路產品將被提出作 為範例，以顯示這些技巧如何結合起來剋制鎖住效應。