A Design of Whole-chip ESD Protection Circuit with SCR-based I/O and LIGBT-based Power Clamp

Q: 이 논문에서 정의한 ESD 보호 회로란 무엇인가?

ESD 보호 회로는 반도체 공정 기술 발전에 따른 집적도 향상으로 저하된 집적 회로의 정전기 방전(ESD) 견고성을 개선하기 위해 설계된 회로이다. 이는 게이트 산화막 두께 및 금속 배선 감소로 인한 내부 IC 손상을 방지하여 품질과 신뢰성을 확보하는 데 기여한다.

Q: 제안된 전방향성 전체 칩 ESD 보호 회로의 주요 특징은 무엇인가?

연구 결과, 제안된 전방향성 SCR 기반 I/O ESD 클램프는 대칭 구조로 양방향 특성을 가지며, LIGBT 기반 전력 ESD 클램프는 높은 홀딩 전압과 래치업 면역성을 제공한다. 이로써 단일 구조로 다양한 ESD 스트레스 모드에 대응하며, 기존 회로 대비 면적 효율성과 신뢰성을 크게 향상시킨다.

Kyoung-Il Do; Yong-Seo Koo

doi:10.5573/JSTS.2021.21.1.001

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자료유형: 학술저널

저자정보: Kyoung-Il Do (Dankook University) Yong-Seo Koo (Dankook University)

저널정보: 대한전자공학회 JOURNAL OF SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY AND SCIENCE Journal of Semiconductor Technology and Science Vol.21 No.1

발행연도: 2021.2

수록면: 1 - 8 (8page)

DOI: 10.5573/JSTS.2021.21.1.001

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This study proposed and fabricated an all-directional whole-chip electrostatic discharge (ESD) protection circuit design, including input/output (I/O) and power clamps. The proposed I/O ESD clamp is based on silicon controlled rectifiers (SCR) and possesses improved snapback and bidirectional characteristics owing to the insertion of an improved floating region. The proposed ESD power clamp has an excellent clamping ability and a high holding voltage owing to the use of a lateral insulated gate bipolar transistor (LIGBT). The ESD protection circuit is fabricated using a 0.18 ㎛ bipolar-CMOSDMOS (BCD) process and is properly placed in the ESD clamp position. Consequently, the proposed ESD protection circuit contributes toward improving the area efficiency and reliability of the integrated circuit. The electrical properties and robustness were analyzed using a transmission line pulse (TLP) system and an ESD pulse generator. According to the measurements, the proposed whole-chip ESD protection circuit is robust enough to discharge 8 ㎸ HBM and 800 V MM in four ESD stress modes for the input and output units (PD: positive -VDD, ND: negative -VDD, PS: positive -VSS, and NS: negative -VSS) as well as in the DS (VDD to VSS) mode between VDD and VSS.

#Electrostatic discharge(ESD) #high current driving capability #lateral insulated gate bipolar transistor (LIGBT) #silicon controlled rectifiers(SCR)

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