[논문]Display Driver IC용 Amplifier Input Transistor의 Matching 개선

김현철; 노용한

doi:10.4313/jkem.2008.21.3.213

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The voltages for pixel electrodes on LCD panels are supplied with analog voltages from LCD Driver ICs (LDIs). The latest LDI developed for large LCD TV's has suffered from the degradation of analog output characteristics (target voltage: AVO and output voltage deviation: dVO). By the failure analysi...

The voltages for pixel electrodes on LCD panels are supplied with analog voltages from LCD Driver ICs (LDIs). The latest LDI developed for large LCD TV's has suffered from the degradation of analog output characteristics (target voltage: AVO and output voltage deviation: dVO). By the failure analysis, humps in $I_D-V_G$ curves have been observed in high voltage (HV) NMOS devices for input transistors in amplifiers. The hump is investigated to be the main cause of the deviation for the driving current in HV NMOS transistors. It also makes the matching between two input transistors worse and consequently aggravates the analog output characteristics. By simply modifying the active layout of HV NMOS transistors, this hump was removed and the analog characteristics (AVO &dVO) were improved significantly. In the help of the improved analog characteristics, it also became possible to reduce the size of the input transistors less than a half of conventional transistors and significantly improve the integration density of LDIs.

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문제 정의

그런데 어떤 일부 색상(High G/S)을 Display하는 전압조건에서는 LDI 출력단 Amplifier Input Transistor로 사용되는 HV NMOS에 Back Bias가 크게 걸리고 이로 인해서 Hump가 더 심하게 발생되어서 Amplifier Input Transistor 간 Mat아ling이 나빠져서 Output Analog Parameter인 AVO와 dVO가 불량해지는 현상이 파악되었다. 이에 본 논문에서는 Active Layout 수정을 통해서 Hump를 근원적으로 완벽하게 개선하였고 이에 따라서 AVO 및 dVO가 상당히 개선되는 결과와 ■그효과에 대해서 살펴보도록 하겠다.

제안 방법

HV NMOS의 Hump불량을 개선하기 위해서 그림 3와 같이 Active에 Pillar를 덧붙여서 STI Edge 를 통한 전류흐름을 완전히 차단한 실험을 진행하였다. 그림 3에서 기존의 구조는 Active와 STI Edge를 통해서 전류가 흐르는 구조이지만 새로운구조에서는 Transistor가 형성되는 영역에 Active 를 추가하여(추가된 Active를 "Pillar”라고 명명하였음) Active와 STI Edge로의 전류 흐름이 차단되었으므로 Hump가 개선될 것으로 예상하였다.
잘 알려진 바와 같이 Hump는 STI Edge에서 Well Doping 농도가 낮아지기 때문에 생기는 현상이다[1, 2]. 그림 1에서 보는 것처럼 B공정은 STI Isolation을 적용하였고 반면 A공정은 LOCOS Isolation을 적용하였다. STI Edge에서는 OED (Oxidation Enhanced Diffusion) [3] 현상에 의해서 Well Doping 농도가 낮아진다.
상기 개선 결과를 바탕으로 제품에 그림 5와 그림 6에서 보는 바와 같이 Pillar 유무 및 Input Transistor Width 를 Split 하여 Electrical Die Sorting (EDS)을 진행하여 AVO 및 dVO 불량을 비교 확인하였다.

성능/효과

그 결과 그림 4와 같이 기존 구조에서는 여전히 Hump 가 보이는 반면 Pillar 를 적용한 새로운 Layout에서는 Back Bias -8 V에서도 Hump가 완벽하게 개선되었다. 기존 구조에서는 Back Bias가 증가할수록 Hump가 더욱 심해지는 일반적인 경향도 잘 보이고 있다.
이 결과는 더 작은 Size의 Transistor를 사용해도 더 좋은 Matching 특성을 보이는 것이므로 Amplifier Input Transistor Size 감소가 가능하므로 Process Integration 효율을 높일 수 있다는 것을 보여주고 있다.
이에 Hump를 근본적으로 개선하고자 그림 3과 같이 Active에 Pillar를 덧붙인 Layout을 적용한 결과 Hump가 완벽하게 개선되었고 이에 따라 Analog 특성(AVO 및 dVO)이 획기적으로 개선된 결과를보였다. Matching이 개선되어서 RDF 특성도 개선되었기 때문에 Amplifier Input Transistor Size 감소가 가능하여 Process Integration 효율도 높아질것으로 판단된다.

참고문헌 (6)

W. K. Park, "Effect of capping silicon nitride layer and nitrided gate oxide on hump of transistor", IEEE Electron Device Letters, Vol. 25, No. 8, p. 532, 2004

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S. K. Park, M. S. Suh, J. Y. Kim, G. H. Yoon, and S. H. Jang, "CMOSFET characteristics induced by moisture diffusion from interlayer dielectric in 0.23 um DRAM technology with shallow trench isolation", 38th Annu. Int. Reliability Physics Symp., p. 164, 2000
S. P. Murarka, "Diffusion and segregation of ion-implanted boron in silicon in dry oxygen ambients", Phys. Rev., Vol. 12, No. 6, p. 2502, 1975

상세보기
P. Sallagoity, M. Ada-Hanifi, M. Paoli, and M. Haond, "Analysis of width edge effect in advanced isolation schemes for deep submicron CMOS technologies", IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 43, p. 1900, 1996

상세보기
L. A. Akers, "The inverse-narrow-width effect", IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-7, p. 419, 1986
Mizuno, T., Okumtura, J., and Toriumi, A., "Experimental study of threshold voltage fluctuation due to statistical variation of channel dopant number in MOSFET's", IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 41, Iss. 11, p. 2216, 1994

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