最後更新:2026年10月8日測試・可靠度測試設備

閂鎖效應(Latch-up)是什麼

Latch-up

閂鎖效應是指CMOS結構中寄生形成的pnpn閘流體意外導通,使電源與接地之間持續流過大電流而無法停止的現象。多數情況下會導致導線熔斷或晶片燒毀等不可逆的破壞。基本對策是密集配置井區與基板接點以降低基極電阻的佈局手法;若使用SOI基板,寄生閘流體本身就不會形成。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

閂鎖效應是指CMOS結構中寄生形成的閘流體(pnpn結構)意外導通,使電源與接地之間持續流過大電流而無法停止的現象。一旦發生,在切斷電源之前電流都會持續流動,多數情況下會導致導線熔斷或晶片燒毀等不可逆的破壞。

原因在於CMOS的結構本身。將pMOS與nMOS相鄰配置時,基板、井區與源極/汲極擴散層會形成寄生pnp電晶體與寄生npn電晶體,構成彼此輸出進入對方基極的正回授迴路。這2個電晶體的電流增益乘積超過1時,只要微小的觸發就會被閂鎖在導通狀態。

觸發來源是端子遭施加過大電壓,使電流注入基板或井區。輸入輸出端子承受超過電源電壓或低於接地電位的電壓、電源開啟時的暫態電壓變動、ESD放電,以及宇宙射線或輻射造成的電荷產生(單事件閂鎖,SEL)等,都可能成為導火線。

對策從佈局與結構兩方面著手。基本手法包括密集配置井區與基板的接點(tap)以降低寄生電晶體的基極電阻、確保pMOS與nMOS之間的間距、以保護環(guard ring)吸收注入電流等。在結構方面,若使用以絕緣膜將元件完全隔離的SOI基板,寄生閘流體本身就不會形成,閂鎖效應在原理上不會發生。

評估依據JEDEC規範,在對端子注入規定電流(約±100mA)或使電源電壓過高的條件下,確認電源電流是否異常增加。它與ESD試驗並列,是保證元件在實際使用環境中對突發性破壞之耐受性的試驗項目。

閂鎖效應(Latch-up)的常見問題

閂鎖效應為什麼會發生?
原因在於CMOS的結構本身。將pMOS與nMOS相鄰配置時,基板、井區與擴散層會形成寄生pnp與npn電晶體,構成彼此輸出進入對方基極的正回授迴路。電流增益乘積超過1時,只要微小的觸發就會被閂鎖在導通狀態。
要如何防止?
在佈局上,密集配置井區與基板接點以降低基極電阻、確保pMOS與nMOS的間距,並以保護環吸收注入電流。在結構上,若使用以絕緣膜將元件完全隔離的SOI基板,寄生閘流體本身就不會形成。

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