JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제13권1호
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pp.65-70
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2013
A 0.18-${\mu}m$ 3.3 V grounded-gate NMOS (GGNMOS) I/O cell array for timing controller (TCON) application is proposed for improving electrical overstress (EOS) robustness. The improved cell array consists of 20 GGNMOS, 4 inserted well taps, 2 end-well taps and shallow trench isolation (STI). Technology computer-aided design (TCAD) simulation results show that the inserted well taps and extended drain contact gate spacing (DCGS) is effective in preventing EOS failure, e.g. local burnout. Thermodynamic models for device simulation enable us to obtain lattice temperature distributions inside the cells. The peak value of the maximum lattice temperature in the improved GGNMOS cell array is lower than that in a conventional GGNMOS cell array. The inserted well taps also improve the uniformity of turn-on of GGNMOS cells. EOS test results show the validity of the simulation results on improvement of EOS robustness of the new GGNMOS I/O cell array.
In this paper, we deal with the TLP evaluation results for GGNMOS in ESD protection device of conventional CMOS process. An evaluation parameter for GGNMOS is that repeatability evaluation for reference device($W/L=50\;{\mu}m1.0\;{\mu}m$) and following factors for design as gate width, number of finger, present or not for N+ gurad -ring, space of N-field region to contact and present or not for NLDD layer. The result of repeatability was showed uniformity of lower than 1 %. The result for design factor evaluation was ; 1) gate width leading to increase It2, 2) An increase o( finger number was raised current capability(It2), and 3) present of N+ gurad-ring was more effective than not them for current sink. Finally we suggest the optimized design conditions for GGNMOS in evaluated factor as ESD protection device of conventional CMOS process.
ESD (Electrostatic Discharge) phenomenon occurs in everywhere and especially it damages to semiconductor devices. For ESD protection, there are some devices such as diode, GGNMOS (Gate-Grounded NMOS), SCR (Silicon-Controlled Rectifier), etc. Among them, diode and GGNMOS are usually chosen because of their small size, even though SCR has greater current capability than GGNMOS. In this paper, a novel SCR is proposed on the SOI (Silicon-On-Insulator) structure which has $1{\mu}m$ film thickness. In order to design and confirm the proposed SCR, TSUPREM4 and MEDICI simulators are used, respectively. According to the simulation result, although the proposed SCR has more compact size, it's electrical performance is better than electrical characteristics of conventional GGNMOS.
As device process technology advances, effective channel length, the thickness of gate oxide, and supply voltage decreases. This paper describes a novel electrostatic discharge (ESD) protection device which has current feedback for high ESD immunity. A conventional Gate-Grounded NMOS (GGNMOS) transistor has only one ESD current path, which makes, the core circuit be in the safe region, so an GGNMOS transistor has low current immunity compared with our device which has current feedback path. To simulate our device, we use conventional $0.18\;{\mu}m$ technology parameters with a gate oxide thickness of $43\;{\AA}$ and power supply voltage of 1.8 V. Our simulation results indicate that the area of our ESD protection, device can be smaller than a GGNMOS transistor, and ESD immunity is better than a GGNMOS transistor.
본 논문에서는 Floating기술을 이용한 GCNMOS 기반의 ESD(Electrostatic Discharge)보호회로를 제안한다. 제안된 보호회로의 특성 분석을 위해서 시놉시스사의 TCAD 시뮬레이션을 이용하였으며 기존의 GGNMOS, GCNMOS와 비교 분석하였다. 제안된 보호회로는 Gate coupling과 Body floating기술을 적용하였으며 기존 ESD보호회로인 GGNMOS, GCNMOS와 비교하여 더 낮은 4.86V의 트리거 전압 및 1.47ns의 짧은 턴-온 타임 특성을 갖는다.
본 논문에서는 Gate grounded NMOS(GGNMOS)와 Gate grounded Lateral insulated gate bipolar transistor(GGLIGBT), Silicon Controlled Rectifier(SCR), 그리고 제안된 ESD 보호 소자에 대한 전기적 특성을 비교 및 분석하였다. 우선 각 소자에 대한 I-V 특성 곡선을 시뮬레이션 함으로써 트리거 전압과 홀딩 전압을 확인하였다. 그 후에 각 소자에 대한 HBM 4k 시뮬레이션을 통해서 감내 특성을 확인하였다. HBM 4k 시뮬레이션 결과, 제안된 ESD 보호소자의 최대 온도가 GGNMOS와 GGLIGBT와 SCR에 비해서 낮기 때문에 그만큼 감내 특성이 개선되었다고 할 수 있으며, 이는 신뢰성 측면에서 우수한 ESD 보호소자임을 의미한다.
In this paper, electrostatic discharge (ESD) protection circuits with an advanced substrate-triggered NMOS and a gate-substrate-triggered NMOS are proposed to provide low trigger voltage, low leakage current, and fast turn-on speed. The proposed ESD protection devices are designed using 0.13 ${\mu}m$ CMOS technology. The experimental results show that the proposed substrate-triggered NMOS using a bipolar transistor has a low trigger voltage of 5.98 V and a fast turn-on time of 37 ns. The proposed gate-substrate-triggered NMOS has a lower trigger voltage of 5.35 V and low leakage current of 80 pA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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