The novel NPLVTSCR ESD ProtectionCircuit without Latch-up Phenomenon for High-Speed I/O Interface

Latch-up을 방지한 고속 입출력 인터페이스용 새로운 구조의 NPLVTSCR ESD 보호회로

In this study novel ESD protection device, namely, N/P-type Low Voltage Triggered SCR, has been proposed, for high speed I/O interface. Proposed device could lower high trigger voltage($\sim$20V) of conventional SCR and reduce latch-up phenomenon of protection device during the normal condition. In this Study, the proposed NPLVTSCR has been simulated using TMA MEDICI device simulator for electrical characteristic. Also the proposed device's test pattern was fabricated using 90nm TSMC's CMOS process and was measured electrical characteristic and robustness. In the result, NPLVTSCR has 3.2V $\sim$ 7.5V trigger voltage and 2.3V $\sim$ 3.2V holding voltage by changing PMOS gate length and it has about 2kV, 7.5A HBM ESD robustness(IEC61000-4-2).

본 연구에서는 고속 I/0 인터페이스용 ESD(Electro-Static Discharge)보호소자로서 SCR(Silicon Controlled Rectifier)구조에 기반한 새로운 구조의 ESD보호소자인 N/P-type Low Voltage Triggered Silicon-Controlled Rectifier(NPLVTSCR)을 제안하였다. 제안된 NPLVTSCR은 기존 SCR이 갖는 높은 트리거 전압($\sim$20V)을 낮추고 ($\sim$5V) 또한 정상상태에서의 보호소자의 래치업 현상을 줄일 수 있다. 본 연구에서 제안된 NPLVTSCR의 전기적 특성 및 ESB감내특성을 확인하기 위하여 TCAD툴을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 또한 TSMC 90nm공정에서 테스트 패턴을 제작하여 측정을 수행하였다. 시뮬레이션 및 측정 결과를 통해, NPLVTSCR은 PMOS 게이트 길이에 따라 3.2V $\sim$ 7.5V의 트리거링 전압과 2.3V $\sim$ 3.2V의 홀딩전압을 갖으며, 약 2kV의 HBM ESD 감내특성을 갖는 것을 확인 할 수 있었다.