互補式金氧半積體電路中的栓鎖現象:實驗觀察與抑制方法

Abstract

栓鎖現象是互補式金氧半積體電路中一項嚴重的或靠性問題, 實際環境中的故障案件 約有百分之十五, 是直接與栓鎖現象相關的。有很多人誤認栓鎖現象是“原因”但實 際上它只是“結果”大多數栓鎖現象的案例都是由不穩定的電源引致的, 會使晶片發 生誤動作或燒毀。 因為環境中有各式各樣的雜訊源, 很難逐一找出并加以清除, 所以最好的方法就是提 高晶片抵抗栓鎖現象的能力。雖然過去數年的研究已發現好幾種有效的方法可用來抑 制晶片對栓鎖現象的敏感度, 包括磊晶晶片, 逆向濃度井區, 凹槽式隔離及深井式保 護環等, 但栓鎖現象的構因仍未被完全瞭解, 且大多數解釋栓鎖現象的模式都是經驗 模式。 在本項研究中, 我們量測不同磊晶層厚度對栓鎖現象的影響, 也記錄了發生栓鎖現象 后, 低阻抗路上的電流分佈的狀況, 并由此推論雙電晶體交聯感應模式并不適合解釋 栓鎖狀態, 亦即不能準確的導出控制鎖定電壓及鎖定電流的因子。 此外我們也利用微光顯微鏡觀察栓鎖狀態下所發出的光輻射, 而發現磊晶晶片的光輻 射分佈與非磊晶晶片的有明顯的不同, 此種光輻射分佈狀態似與低阻抗路徑上的電流 分佈狀態相吻合。在現階段我們尚未能合理的解釋該現象, 故重新設計了一些測試結 構, 期能分析出磊晶晶片和非磊晶晶片中電子流與電洞流的路徑及其對鎖定電壓和鎖 定電流的影響。 另依據雙載子金氧半制程, 設計了新的測試結構。可利用在輸入及輸出週邊電路, 以 抑制栓鎖現象。