[发明专利]用于对模拟集成电路进行断电的方法及设备

说明书

技术领域

本发明大体涉及具有数字电路及模拟电路两者以形成芯片上系统(system on a chip，SOC)的集成电路(IC)。更明确地说，本发明涉及一种用于对芯片上系统中的模拟电路进行断电的方法及设备，所述芯片上系统具有双电源电压(VddH及VddL)、具有用于模拟电路节点的保护电路，且使用单栅极氧化物工艺而被制造。

背景技术

集成电路

集成电路(还被称为IC、微电路、微芯片、硅芯片或芯片)为小型化电子电路，其制造于半导体材料的薄衬底的表面中。电子电路可含有例如提供电增益的晶体管的有源装置，及例如电阻器、电容器及二极管的无源装置。

场效应晶体管

被称为场效应晶体管(FET)的一种类型的晶体管依靠由栅极触点所提供的电场以控制形状且因此控制半导体材料中在源极触点与漏极触点之间的沟道的导电性。

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为数字电路及模拟电路两者中的共用场效应晶体管。金属氧化物半导体短语参考早期及最新场效应晶体管的物理结构，其中金属栅极电极放置于氧化物绝缘体的顶部上，氧化物绝缘体又放置于半导体材料的顶部上。MOSFET具有n型或p型半导体材料的沟道，且相应地被称为nMOSFET或pMOSFET。

MOSFET的栅极材料的主要特性在于其为良好导体。栅极材料的实例包括高度掺杂的多晶体硅(“多晶硅”)、金属(例如，钽、钨、氮化钽及氮化钛)，及被称为硅化物的多晶硅与金属的掺合材料，每一者具有相关联优点及缺点。在过去的二十年中，已使用不为金属的多晶硅栅极。因此，由于工艺技术可变化，所以短语“MOSFET”中的术语“金属”常常为不正确的。金属栅极曾用于早期MOSFET且现在再次用于以65nm及更小工艺来制造半导体。

图1说明nMOSFET及pMOSFET的示意图。与MOSFET相关联的三个可靠性问题包括时间相依性电介质击穿(TDDB)、热载流子注入(HCI)及偏压温度不稳定性(BTI)。

当MOSFET栅极到端子电压(Vgs或Vgd)超出由制造工艺所允许的极限时，发生TDDB，从而导致栅极氧化物随时间而恶化且最终击穿。

当电子或“空穴”获得足够动能以克服势垒时，在半导体中发生HCI，从而变成“热载流子”且接着迁移到装置的不同区域。当开启MOSFET且其漏极源极电压(Vds)超出由制造工艺所允许的极限时，通常发生HCI，从而导致漏极源极沟道中的电荷具有足够能量以注入到栅极电介质中，借此导致阈值电压移位且可能最终损坏栅极。

负BTI(NBTI)仅影响pMOSFET，且正BTI(PBTI)仅影响nMOSFET。正电荷在负偏压及高温条件下堆积于pMOSFET的沟道接口处(针对nMOSFET为正偏压)。此随时间而增加阈值电压且减小IDsat，从而导致装置不稳定性及性能降级。

尽管设计较长沟道长度可最小化HCI效应，但半导体制造工艺控制TDDB及NBTI效应，且必须遵循设计准则以确保装置可靠性。

当对MOSFET进行断电时，MOSFET可能发生最受应力的条件。在断电模式中，栅极端子可针对nMOSFET而连接到接地或针对pMOSFET而连接到正电源电压，而可在其它方向上将其它端子(例如，漏极或源极)强制到不合需要的电压电平。此条件在电路使用高于半导体工艺极限的电源电压时尤其成立。

模拟电路及数字电路

集成电路可含有模拟电子电路及/或数字电子电路，且可在同一半导体上组合模拟MOSFET电路与数字MOSFET电路以用于较高集成。经组合的模拟MOSFET电路与数字MOSFET电路可被称为“芯片上系统”(SOC)，且已广泛地应用于无线通信、移动计算、计算机及消费型电子装置中。模拟电子电路使用为连续可变信号的模拟信号。数字电子电路使用具有低电压电平或高电压电平(分别表示逻辑“0”及逻辑“1”)的数字信号。

例如微处理器的数字电路的发展已提供比任何其它类型的硅基晶体管更快地推进MOSFET技术的动机。