Nieuwe SCR met hoge houdspanning met ingebouwde draaggolfrecombinatiestructuur voor aangrijpende immuniteit en robuuste ESD-bescherming

Resultaten en discussie

Gesimuleerde resultaten

De apparaatkenmerken werden bestudeerd en gesimuleerd door TCAD Medici, waarbij de bijbehorende modellen zoals impactionisatie en concentratieafhankelijk mobiliteitsmodel werden gebruikt. De gesimuleerde IV-curves van de LVTSCR en HHV-SCR's worden getoond in Fig. 2. De V _u van de LVTSCR is slechts 1,8 V, terwijl de V _u van de HHV-SCR is verbeterd van 4,6 V naar 8,1 V, waarbij d1 is verlaagd van 0,6 m naar 0 m voor d2 =0,5 m. In feite heeft de kleinere d1 de voorkeur voor een verbeterd recombinatievermogen van N+ in H-RR (of P+ in E-RR) om een ​​lagere β te verkrijgen , wat verklaart dat de HHV-SCR altijd de hoogste V . behaalt _u voor d1 =0 m. De gesimuleerde resultaten in Fig. 2b geven aan dat de V _u van HHV-SCR is verder verbeterd met d2 verhoogd van 0,5 naar 1 m als gevolg van de toename van de lengte van het apparaat. Ter demonstratie is de P+ in H-RR (of N+ in E-RR) ook een sleutelfactor om V te verhogen _u . De gesimuleerde resultaten worden getoond in Fig. 2c. Wanneer de H-RR (of E-RR) met vaste d3 + d4 volledig wordt gevormd door zware doping N+ (of P+) (bijv. d3 =3,5 m, d4 =0 μm), wordt de gesimuleerde V _u is 7,1 V. Door de P+ in H-RR en N+ in E-RR in te voegen met vaste d3 + d4 (bijv. d3 =2,5 m, d4 =1,0 m), wordt de gesimuleerde V _u kan worden verhoogd tot ongeveer 9,5 V. Er kan worden geconcludeerd dat de nieuwe P+ in H-RR (of N+ in H-RR) effectief is in het recombineren van lawine-elektronen aan het oppervlak (of gaten) om het oppervlaktestroompad te blokkeren. Daarom een ​​hogere V _u is vereist om de HHV-SCR dezelfde houdstroom te laten ondersteunen (I _u ). De recombinatiecurve alleen AA′-lijn getoond in Fig. 3a toont de toename van de recombinatiesnelheid geïnduceerd door nieuwe P+ in H-RR (of N+ in E-RR). De TN+ en TP+ zijn gebruikt om de V . te garanderen _t1 binnen een acceptabel bereik. Door de d2 en d5 af te stellen op de vaste d5 + d2 + d5, wordt de V _t1 van HHV-SCR kan aanzienlijk worden verlaagd van 12 V naar 9,0 V om te voldoen aan het ontwerpvenster van 5 V-circuits met een verwaarloosbare impact op V _u , getoond in Fig. 2d. De stroomverdelingsdiagrammen van de gesimuleerde apparaten op het vasthoudpunt worden ook getoond in respectievelijk Fig. 3b, c. Vergeleken met de stroomverdeling in de HHV-SCR met d3 =3,5 m, d4 =0 m, is het oppervlaktestroompad in de voorgestelde HHV-SCR geblokkeerd vanwege de extra recombinatiesnelheid die wordt geprofiteerd van P+ in H-RR en de N+ in E -RR.

Gesimuleerde snapback IV-kenmerken van conventionele LVTSCR en voorgestelde HHV-SCR waarbij de d1 toeneemt van 0 m tot 0,6 m bij a d2 =0,5 m en b d2 =1μm. c De IV-curven van HHV-SCR met verschillende d3 en d4 voor de vaste d3 + d4 (d3 + d4 =3,5 m). d De I-V-curven van HHV-SCR met verschillende V _t1

een De recombinatieverdelingscurven en de huidige verdelingen van HHV-SCR met (b ) d3 =3,5 m, d4 =0 m en (c ) d3 =2,5 m, d4 =1 m

Experimentele resultaten

De gefabriceerde apparaten worden getest door het TLP-systeem. De totale breedten (W) van alle geteste SCR zijn 50 m en met één vinger voor de vergelijking van de parameter (tabel 1). Alle geteste apparaten bezetten hetzelfde lay-outgebied. De apparaatparameters worden weergegeven in tabel 2. Afbeelding 4a toont de TLP-meetcurves van de HHV-SCR's met d2 =0,5 m (apparaten B1 genoemd) en de LVTSCR. Volgens de experimentele resultaten is de V _u van HHV-SCR wordt verhoogd van 5,5 tot 8,0 V, terwijl de d1 is verlaagd van 0,6 m tot 0,0 m, wat veel hoger is dan 1,8 V verkregen in de conventionele LVTSCR. Naarmate de d2 toeneemt van 0,5 tot 1 m, verkrijgen de overeenkomstige HHV-SCR's (apparaten B2) een hogere V _u getoond in Fig. 4b. Gezien het ontwerpvenster is de klemspanning (V _CL ) onder de gegeven index is ook een belangrijke parameter om het klemvermogen te evalueren. Uit de geteste resultaten blijkt de V _CL van enkele vinger HHV-SCR wordt ook binnen het acceptabele bereik gehouden bij de HBM =2 kV (I _TLP =1,3 A), hoewel de vingerbreedte slechts 50 m is. Alle apparaten kunnen echter niet de in aanmerking komende V _CL onder de sterkere ESD-stress als gevolg van de hoge V _u en grote dynamische weerstand (R _dy ) veroorzaakt door ondermaatse apparaatbreedte. Om te voldoen aan de hogere on-chip ESD-vereiste, wordt de vingerbreedte uitgebreid tot de acceptabele 300 m voor d1 =0,6 m, d4 =0,5 m en d1 =0,6 m, d4 =0 m. De TLP-tests getoond in Fig. 5 tonen aan dat de HHV-SCR met d4 =0,5 m de extreem lage R heeft _dy (ongeveer 0,7 Ω), superieure ESD-robuustheid (I _t2> 10 A) en hoge V _u van 6,7 V. Men kan zien dat de V _CL is slechts 6,7 V bij de I _TLP =5,4 A (HBM =8 KV). Bovendien, de hogere V _u geprofiteerd van P+ in H-RR (of N+ in E-RR) is ook bewezen, in vergelijking met de TLP-curve van SCR met d4 =0 m. De geteste resultaten van 50 μm apparaten met één vinger staan ​​vermeld in tabel 1.

Experimentele storingsstroom bij de eenheidsbreedte en overeenkomstige TLP IV-kenmerken van conventionele LVTSCR en voorgestelde HHV-SCR's met a d2 =0,5 m en b d2 =1 μm bij W =50 μm

Experimentele TLP-karakteristiek van HHV-SCR met d4 =0,0 m en d4 =1,0 m bij d1 =0,6 m, W =300 m