Паразитные транзисторные структуры

В КМОП БИС паразитные МОП-транзисторы могут быть сформированы между активными МОП-транзисторами разных типов проводимости. Паразитные структуры такого типа представленына рис.5.3. В этом случае исток паразитного p-МОП транзистора образован p+-областью активного p-МОП транзистора, а его сток — p-карманом активного n-МОП транзистора. Исток паразитного n-МОП транзистора образован n+-областью активного n-МОП транзистора, а его сток — n-подложкой схемы. Затворы паразитных транзисторов образованы металлизированным либо поликремниевым межсоединением на изолирующем окисле SiO₂ между активными p-МОП транзисторами. Поскольку концентрации примесей в областях таких паразитных транзисторов существенно различаются, такие структуры являются ассиметричными. Влияние таких структур проявляется в образовании каналов проводиости между областями активных p- и n-МОП транзисторов. Так, полагая, что на n-подложку подано напряжение высокого уровня ~U_c, а p-карман — нулевой потенциал, паразитный p-МОП транзистор будет способствовать передаче нулевого потенциала на p-область активного p-МОП транзистора, а паразитный n-МОП транзистор – потенциала ~U_c на n+-область активного n-МОП транзистора. Полагая, что p+- и n+-области являются стоками p- и n- МОП транзисторов логического элемента (ЛЭ), такие каналы при включении активных транзисторов будут изменять уровн напряжений на активных транзисторах, что будет эквивалентно потере логического состояния ЛЭ и отказу БИС в целом. Помимо функционального отказа, этот тип паразитной структуры будет проявляться в большом статическом токе потребления стока.

Поскольку данные паразитные структуры практически устранить нельзя, основными методами ослабления ее величины является повышение пороговых напряжений n-МОП и p-МОП транзисторов до уровня, значительно превышающего максимально допустимые уровни напряжении в БИС. Это достигается увеличением толщины изолирующего окисла и повышеним конценитрации примесей p+-типа в карман и n+-типа в область под изолирующимокислом.

Рисунок 5.3– Структура паразитного МОП-транзистора.

Наличие в КМОП схемах n-и p-канальных МОП транзисторов обуславливает появление в структуре двух типов паразтных биполярных транзисторов p-n-p и n-p-n(рис.5.3). Биполярный транзистор p-n-p типа образован p+ областью (исток p-канального МОП транзистора), n^--областью (база — подложка КМОП схемы) и p^--облстью (коллектор — карман КМОП схемы), а вертикальный n-p-n транзистор образован n⁺-областью (эмиттер — исторк n-канального транзистора), p^--областью (база — карман КМОП схемы) и n^--областью (коллектор — подложка КМОП схемы). Видно, что эти транзисторы соединены друг с другом по схеме: база n-p-n транзистора соединениа с коллектором p-n-p транзистора, а база n-p-n транзистора с коллектором p-n-p транзистора. Транзисторы, образуя общий коллекторный переход. Следовательно, получится одна из разновидностей схем с положительной обратной связью — тиристорная структура. И если в какой-то момент времени по входу (выходу) работающей схемы приложить напряжение, превышающее значение напряжения питания (+Uc) или меньшее, чем на общей шине –Uc, то в результате регенеративного срабатывания биполярных структур между источником питания и общим выводом образуется фиксированная низкоомная проводимая нить, приводящая к резкому скачку тока потребления. При этом микросхема не реагирует на управляющее воздействие (не выполняет систему команд), даже если дестабилизирующие факторы, вызывающие перевод микросхемы в этот режим устранены. Такое состояние КМОП-схем называется защелкиванием. Особенно важно избегть зажелкивания в КМОП-структурах с малыми геометрическими размерами элементов.