Паразитные МДП - структуры и конструирование охранных колец.

В МДП - ИМС активные паразитные эффекты возникают за счет образования паразитных МДП и биполярных транзисторов. На рис. 19, а, б для примера показана возможность образования паразитного p-канала, между диффузионными проводниками питания p⁺-типа, если поперечный проводник металлизации находится под высоким отрицательным потенциалом.

Рис. 19. Чертеж топологии (а) и электрическая схема (б) паразитного p-канального МДП - транзистора.

Основным путем борьбы с паразитными каналами в обычных p-МДП и n-МДП схемах является такое повышение пороговых напряжений паразитных структур, чтобы выполнялось неравенство (2.51) и структуры не включались при работе схемы. Это достигается увеличением толщины изолирующего диэлектрика h_т.д. либо дополнительным легированием областей вне основных МДП - структур.

Благоприятные условия для образования паразитных каналов имеются в конструкции с КМДП - транзисторами. Фрагмент структуры инвертора с КМДП - транзисторами показан на рис. 20.

Рис. 20. Образование паразитных каналов в инверторе с активной нагрузкой: 1 – подложка; 2, 3 – исток и сток p-канального МДП - транзистора; 4 – металлический проводник; 5 – n⁺-охранное кольцо; 6 – p-карман; 7 – p⁺-охранное кольцо; 8, 9 – сток и исток n-канального МДП – транзистора.

Паразитный p-канал образуется между областями 3 и 6 при отрицательном потенциале относительно подложки 1 на металлическом проводнике 4, соединяющем стоки 3 и 8 КМДП - транзисторов. Паразитный n-канал образуется между областями 1 и 8 при положительном потенциале на проводнике 4 относительно p-кармана. Эти каналы способствуют протеканию токов утечки между транзисторами за счет инверсии электропроводности полупроводникового материала на границе кремний – окисел.

Основным методом устранения паразитных каналов в КМДП - структурах является применение охранных колец. Их формируют локальным легированием в процессе формирования стоков и истоков p- и n-канальных транзисторов. При этом каждый p- и n-канальный транзистор окружают охранным кольцом соответственно n⁺- и p⁺-типов. Для лучшей изоляции на кольцо p⁺-типа подают самый низкий, а на кольцо n⁺-типа — самый высокий потенциал схемы (U⁺_и.п). На структуре рис. 20 охранные кольца 5 (n⁺) и 7 (p⁺) размещают в областях образования паразитных каналов.

Применение охранных колец существенно увеличивает площадь элементов КМДП - ИМС, поэтому при проектировании необходимо стремиться к уменьшению их количества, используя одно кольцо на группу транзисторов.