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

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)

참고문헌 (11)

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Ker, M.-D., and Yen, C.-C, “Investigation and design of on-chip power-rail ESD clamp circuits without suffering latchup-like failure during system-level ESD test”, J. Solid-State Circuit, 2008, vol 43, (11), pp. 2533-2345

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

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V. Vashchenko, A. Concannon, M. ter Beek, P. Hopper, “High holding voltage cascaded LVTSCR structure for 5.5-V tolerant ESD protection clamps, IEEE Transaction on Device and Materials Reliability, 2004, pp. 273-280.

K. I. Do, B. S. Lee and Y. S Koo “A New Dual- Direction SCR With High Holding Voltage and Low Dynamic Resistance for 5 V Application,” IEEE Journal of the Electron Devices Society, vol. 7, 2019 pp. 601-605

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