Improvement of ESD Protection Performance of High Voltage Operating EDNMOS Device with Double Polarity Source (DPS) Structure

DPS(Double Polarity Source) 구조를 갖는 고전압 동작용 EDNMOS 소자의 정전기 보호 성능 개선

  • 서용진 (세한대학교 나노정보소재연구소) ;
  • 양준원 (세한대학교 컴퓨터교육과)
  • Received : 2014.04.28
  • Accepted : 2014.05.21
  • Published : 2014.06.30

Abstract

In this paper, modified EDNMOS device with DPS (double polarity source) structure are suggested to realize stable and robust ESD (electrostatic discharge) protection performance of high voltage operating microchip. This DPS structure inserts the P+ diffusion layer on N+ source side, which in intended to block lateral extension of the electron rich region from N+ source side. Based on our simulation results, the inserted P+ diffusion layer effectively prevents the formation of deep electron channeling induced by high electron injection. As a result, our proposed DPS_EDNMOS devices could overcome the double snapback effect of conventional Std_EDNMOS device.

본 논문에서는 고전압에서 동작하는 마이크로칩의 안정하고 튼튼한 정전기 보호 성능을 구현하기 위해 이중 극성 소오스를 갖는 DPS_EDNMOS 변형소자가 제안되었다. 제안된 DPS는 N+ 소오스로 부터 전자 풍부 영역이 측면 확산되는 것을 방지하기 위해 N+ 소오스 측에 P+ 확산층을 의도적으로 삽입한 구조이다. 시뮬레이션 결과에 의하면 삽입된 P+ 확산층은 고전자 주입에 의해 발생하는 깊은 전자채널의 형성을 효과적으로 막아주고 있음을 알 수 있었다. 따라서 종래의 EDNMOS 표준소자에서 문제시 되었던 더블 스냅백 현상을 해결할 수 있었다.

Keywords

References

  1. 임성빈, 김태윤, 장재웅, "저궤도 위성의 ESD 설계 및 해석도 구", 항공우주산업기술동향 제7권 제1호, pp.88-78, 2009.
  2. 양준원, 서용진, "고전압용 LDI 칩의 정전기 보호를 위한 ENNMOS 소자의 특성 개선", 통신위성우주산업연구회논문지, 제7권 제2호, pp.18-24, 2012.
  3. 양준원, 서용진, "CPS 이온주입을 통한 NEDSCR 소자의 정전기 보호 성능 개선", 통신위성우주산업연구회논문지, 제8권 제 1호, pp.45-53, 2013.03
  4. 양준원, 김형호, 서용진, "DDIC 칩의 정전기 보호 소자로 적용 되는 EDNMOS 소자의 고전류 특성 및 더블 스냅백 메커니즘 분석", 통신위성우주산업연구회논문지, 제8권 제2호, pp.36-43, 2013.06.
  5. 양준원, 서용진, "N형 실리콘 제어 정류기 소자의 구조 변형을 통한 정전기 보호 성능의 향상에 대한 연구, 통신위성우주산업연구회논문지, 제8권 제4호, pp.124-129, 2013.12.
  6. G. Bosselli, S. Meeuwsen, T. Mouthaan and F. Kuper, "Investigations on double diffused MOS (DMOS) transistors under ESD zap conditions", in Proc. EOS/ESD Symp., pp.11-18, 1999.
  7. M. P. J. Mergens, W. Wilkening, S. Mettler, H. Wolf, A. Stricker and W. Fichtner, "Analysis of lateral DMOS power devices under ESD stress conditions", IEEE Trans. Electron Devices, 47, pp. 2128-2137, 2000. https://doi.org/10.1109/16.877175
  8. B. Keppens, M. P. J. Mergens, C. S. Trinh, C. C. Russ, B. V. Camp and K. G. Verhaege, "ESD protection solutions for high voltage technologies", in Proc. EOS/ESD Symp., pp. 289-298, 2004.
  9. C. Duvvury, F. Carvajal, C. Jones and D. Briggs, "Lateral DMOS design for ESD robustness", in IEDM Tech. Dig., pp. 375-378, 1997.
  10. K. Kawamoto, S. Takahashi, S. Fujino and I. Shirakawa, "A no-snapback LDMOSFET with automotive ESD endurance" IEEE Trans. Electron Devices, 49, pp. 2047-2053, 2002. https://doi.org/10.1109/TED.2002.804734
  11. V. Parthasarathy, V. Khemka, R. Zhu, J. Whitfield, R. Ida and A. Bose, "A double RESURF LDMOS with drain profile engineering for improved ESD robustness", IEEE Electron Device Lett., 23, pp. 212-214, 2002. https://doi.org/10.1109/55.992842
  12. B. C. Jeon, S. C. Lee, J. K. Oh, S. S. Kim, M. K. Han, Y.I. Jung, H. T. So, J. S. Shim and K. H. Kim, "ESD characterization of grounded-gate NMOS with 0.35um/18V technology employing transmission line pulser (TLP) test", in Proc. EOS/ESD Symp., pp. 362-372, 2002.
  13. Y. J. Seo, K. H. Kim, " N-type extended drain silicon controlled rectifier electrostatic discharge protection device for high-voltage operating input/output applications", Jpn. J. App. Phys. 46, pp. 2101-2106, 2007. https://doi.org/10.1143/JJAP.46.2101
  14. Y. J. Seo, K. H. Kim, "Characteristics of an extended drain n-type MOS device for electrostatic discharge protection of a LCD driver chip operating at high voltage", J. Korean Phys. Soc. 50, pp. 897-901, 2007. https://doi.org/10.3938/jkps.50.897
  15. M. D. Ker and K. H. Lin, "Double snapback characteristics in high-voltage nMOSFETs and the impact to on-chip ESD protection design", IEEE Electron Device Lett., 25, pp. 640-642, 2004. https://doi.org/10.1109/LED.2004.833372
  16. K. H. Kim, Y. I. Jung, J. S. Shim, H. T. So, J. H. Lee, L. Y. Hwang, and J. W. Park, "Illumination of double snapback mechanism in high voltage operating grounded gate extended drain n-type metal-oxide-semiconductor field effects transistor electro-static discharge protection devices", Jpn. J. Appl. Phys. 43, pp. 6930-6936, 2004. https://doi.org/10.1143/JJAP.43.6930
  17. M. Streibl, K. Esmark, A. Sieck, W. Stadler, M. Wendel, J. Szatkowski and H. Goner, "Harnessing the base-pushout effect for ESD protection in bipolar and BiCMOS technologies" in Proc. EOS/ESD Symp., pp. 73-82, 2002.