集成電路知識(shí)|MOS集成電路中的寄生效應(yīng)分析-KIA MOS管

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)

在MOS集成電路中，除了電路設(shè)計(jì)中需要的MOS管外，還存在著一些不需要的寄生MOS晶體管和電容，它們將給集成電路的正常工作帶來不利的影響，下面將介紹這些MOS集成電路中的寄生效應(yīng)。

（1）寄生MOS管

MOS集成電路中，當(dāng)電路鋁引線串過兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)時(shí)(例如地鐵式布線)，就在這條鋁引線之下形成一個(gè)寄生MOS管。如圖4-4所示。

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)

圖中襯底為P型硅，擴(kuò)散區(qū)為N⁺，當(dāng)鋁引線上加正電壓并當(dāng)正電壓高于開啟電壓時(shí)，在兩個(gè)N⁺擴(kuò)散區(qū)之間即形成寄生的N-MOS管。

兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)本來是兩條不同的電路引線，結(jié)果被寄生MOS管所連通?？梢娂纳鶰OS管會(huì)給電路帶來不良影響。

為了防止寄生MOS管效應(yīng)，在集成電路設(shè)計(jì)時(shí),要盡量避免鋁引線橫跨兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)，必不可免時(shí)，也要加大擴(kuò)散區(qū)間隔,以減小寄生MOS管的寬長(zhǎng)比,增大它的導(dǎo)通電阻。

或者在工藝上增加二氧化硅層的厚度，使得正常運(yùn)用時(shí)寄生MOS管不至導(dǎo)通。

（2）寄生電容

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)：MOS集成電路中除了MOS管本身具有的MOS電容外,還存在著一些寄生電容，主要寄生電容有Cgs: MOS管柵極與源區(qū)之間寄生電容。Cgd: MOS管柵極與漏區(qū)的寄生電容。

這是由于柵極金屬要交疊覆蓋一部分源漏區(qū)而形成的(參見圖4-5( b)),其數(shù)值大約為0.03PF/μm°。

另一種寄生電容是源漏極之間的Cds。 Cds包括寄生MOS管電容;源漏區(qū)對(duì)襯底的PN結(jié)電容和金屬引線與擴(kuò)散區(qū)之間的電容。寄生電容中對(duì)MOS管特性影響最大的是柵極與漏極之間的寄生電容Cgd,因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)信號(hào)起負(fù)反饋作用(參見圖4-5(c))。

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)

（3）MOS集成電路中的襯底效應(yīng)

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)：在MOS晶體管中，通常源極是和襯底接在一起的，它們具有相同的電位。

但是，在MOS集成電路中，所有的MOS管都是制作在同一襯底硅片之上的，襯底是公共的。顯然各個(gè)MOS管的源極不可能全與襯底相連,否則就會(huì)造成部分MOS管的短路,影響構(gòu)成電路。

MOS集成電路中，襯底接在一定電位上( N-MOS襯底接電路中最低電位點(diǎn),P-MOS襯底接電路中最高電位點(diǎn))，以保證各MOS管之間的“隔離”。

這樣就使得MOS集成電路中某些MOS管的襯底電位與源極電位不再相同了，形成了襯底與源極之間偏壓VBS。

很顯然，VBS是這些MOS管襯底與源極之聞的反向偏壓。故源極與襯底之間的耗盡層比村底與源極相連時(shí)要加寬。從而造成MOS管開啟電壓的變化。以N-MOS反相器為例，開啟電壓Vr與襯源偏壓VBS之間關(guān)系如圖4-6所示。

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)

從圖中可以看出，對(duì)N-MOS管襯源電壓VBS增加時(shí)，開啟電壓Vr也要加大。在電路設(shè)計(jì)上VBS對(duì)開啟電壓變化量⊿Vr的影響可以用下面近似公式估算:

MOS集成電路中的寄生效應(yīng)

需要指出:MOS集成電路中存在襯底效應(yīng)并不是一件壞事，恰當(dāng)?shù)乩靡r底效應(yīng)可以制造出增強(qiáng)型MOS管。

因?yàn)檫x用低電阻率(高摻雜)的P型硅片制造N型增強(qiáng)型MOS管會(huì)增加各擴(kuò)散區(qū)的勢(shì)壘電容，影響電路工作速度，而選用高電阻率的P型硅；

由于工藝上難以使二氧化硅層中的正電荷(例如鈉離子沾污)完全消除,因而很難形成增強(qiáng)型MOS管在MOS集成電路中，襯底不接地電位，而是接在另外一個(gè)負(fù)電源上，這樣襯底與管子源極之間就存在著一個(gè)負(fù)電壓(如圖4-7所示),使管子獲得一個(gè)開啟電壓值，從而得到增強(qiáng)型N-MOS管。