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높은 홀딩전압을 갖는 사이리스터 기반 새로운 구조의 ESD 보호소자
The novel SCR-based ESD Protection Device with High Holding Voltage 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.13 no.1, 2009년, pp.87 - 93  

원종일 (서경대학교 전자공학과) ,  구용서 (서경대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 높은 홀딩 전압을 갖는 사이리스터(SCR; Silicon Controlled Rectifier)구조에 기반 한 새로운 구조의 ESD(Electro-Static Discharge) 보호 소자를 제안하였다. 홀딩전압은 애노드단을 감싸고 있는 n-well에 p+ 캐소드를 확장시키고, 캐소드단을 n-well로 추가함으로써 홀딩전압을 증가시킬 수 있다. 제안된 소자는 높은 홀딩전압 특성으로 높은 래치업 면역성을 갖는다. 본 연구에서 제안된 소자의 전기적 특성, 온도특성, ESD 감내특성을 확인하기 위하여 TCAD 시뮬레이션 툴을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 소자는 10.5V의 트리거 전압과 3.6V의 홀딩전압을 갖는다. 그리고 추가적인 n-well과 확장된 p+의 사이즈 변화로 4V이상의 홀딩전압을 갖는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The paper introduces a silicon controlled rectifier (SCR)-based device with high holding voltage for ESD power clamp. The holding voltage can be increased by extending a p+ cathode to the first n-well and adding second n-well wrapping around n+ cathode. The increase of the holding voltage above the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 정상 동작에서 래치업 면역특성 향상을 위한 높은 홀딩 전압을 갖는 SCR기반 ESD 보호소자를 제안하고, 높은 온도 상황에서 소자의 특성변화를 분석하고자 한다.
  • 본 연구에서는 높은 홀딩 전압으로 높은 래치업 방지특성을 갖는 새로운 구조의 SCR기반 파워 클램프용 ESD 보호소자를 나타내었다. 제안된 소자는 p+캐소드 (p-drift)와 추가적인 n-well을 통하여 소자의 높은 홀딩 전압과 래치업 면역 특성을 증가 시켰다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반도체 산업에서 ESD는 어떤 측면에서 중요한 문제로 고려되어 왔는가? 반도체 산업에서 ESD(ElectroStatic Discharge)는 제품의 품질과 신뢰성 측면에서 중요한 문제로 고려되어 왔다.[1] 특히, 공정 기술이 발달함에 따라 사용되는 게이트 산화막의 두께가 감소하면서 정전기 방전에 의한 소자파괴현상과 수 kV, 수 A로 매우 높은 전압/전류의 ESD 펄스에 의해 칩 내부 회로선로의 열화에 의한 파괴현상은 더욱 심화되어 ESD로부터의 내부 회로의 보호는 집적회로 설계의 중요한 해결과 제로 인식 되고 있다.
회로의 높은 온도 상태에서 홀딩전압의 분석이 중요한 이유는? 또한 회로의 정상동작 상태에서의 온도 증가는 ESD 보호소자의 전기적 특성에 영향을 미친다. 온도의 증가는 ESD 보호능력, 홀딩 전압, ESD보호소자의 기생 바이폴라 트랜지스터 동작에 영향을 미치고, 전류 불안정으로 인한 전류 필라멘트를 초래하기 때문에 온도의 증가는 소자 파괴의 원인이 된다.[9-10] 따라서, 높은 온도 상태에서 홀딩전압의 분석은 중요하다.
ESD로부터의 내부 회로의 보호가 집적회로 설계의 중요한 해결과제로 인식되고 있는 이유는? 반도체 산업에서 ESD(ElectroStatic Discharge)는 제품의 품질과 신뢰성 측면에서 중요한 문제로 고려되어 왔다.[1] 특히, 공정 기술이 발달함에 따라 사용되는 게이트 산화막의 두께가 감소하면서 정전기 방전에 의한 소자파괴현상과 수 kV, 수 A로 매우 높은 전압/전류의 ESD 펄스에 의해 칩 내부 회로선로의 열화에 의한 파괴현상은 더욱 심화되어 ESD로부터의 내부 회로의 보호는 집적회로 설계의 중요한 해결과 제로 인식 되고 있다. 지금까지 ESD 보호소자로 사용된 GGNMOS(Gate Grounded NMOSFET)는 낮은 전류 구동능력 때문에 상당히 큰 면적으로 설계 되어진다.
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참고문헌 (10)

  1. Wang AZH. On-chip ESD protection for integrated circuit. An IC design perspective. 2nd ed. Kluwer Academic Publisher, 2002 

  2. O.Semenov, H. Sarbishaei, M. Sachdev, ESD Protection Device and Circuit Design for Advanced CMOS Technologies, Netherlands, Springer, 2008 

  3. V. Vashchenko, A. Concannon, M. ter Beek, P. Hopper, High holding voltage cascoded LVTSCR structures for 5.5-V tolerant ESD protection clamps, IEEE Trans. on Devices. and Materials Reliability, vol. 4, pp273-280, 2004 

  4. C. Russ, M. P. J. Mergens, J. Armer, P. Jozwiak, G.Kolluri, L. Avery, and K. Vergaegem, GGSCR: GGNMOS triggered silicon controlled rectifiers for ESD protection in deep submicron CMOS processes, in Proc. EOS/ESD Symp.,, pp.22-31, 2001 

  5. J. Salcedo and J. J. Liou, A novel dual-polarity device with symmetrical/asymmetrical S-type I-V characteristics for ESD protection design, IEEE Electron Device Lett., vol.27, pp. 65-67, 2006 

  6. A Chatterjee and T. Polgreen, A low-voltage triggering SCR for on-chip ESD protection at output and input pads, IEEE Electron Device Lett., vol.12, pp.21-22, 1991 

  7. M.-D. Ker, H.-H. Chang, and C.-Y. Wu, A gate-coupled PTLSCR/NTLSCR ESD protection circuit for deep-submicron low-voltage CMOS ICs, IEEE J, Solid-State Circuits, vol. 32, pp. 38-51, 1997 

  8. M.- D. Ker, and K.- C. Hsu, SCR devices with double-triggered technique for on-chip ESD protection in sub-quarter-micron silicided CMOS processes, IEEE Trans. Device Mater. Rel., vol. 3, pp. 58-68, 2003 

  9. J. A. Salcedo, J. J. Liou, and J. C. Bernier, Novel and robust silicon controlled rectifier(SCR) based devices fo on-chip ESD protection, IEEE Electron device Lett., vol. 25, pp. 658-660, 2004 

  10. S.-L. Jang, L.-S. Lin, S.-H. Li, Temperature-dependant dynamic triggering charactersitics of SCR-type ESD protection circuit Solid-State Electronics, 45, pp. 2005-2009, 2001 

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