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ESD Schutzstruktur für Leistungs-ICs mit Querstromfestigkeit und hoher Robustheit

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018357D
Original Publication Date: 2002-Jun-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 960K

Publishing Venue

Siemens

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Gerhard Groos: AUTHOR

Abstract

In der Halbleitertechnologie benötigt man Strukturen zum Schutz gegen elektrostatische Entladungen ( E- lectrostatic Discharge - ESD), die Durchbruchspan- nungen unter denen der zu schützenden Bauelemente haben und im ESD-Fall den Strom der Entladung tragen können. Bei der Realisierung von ESD-Strukturen ist die Stromlokalisierung, insbesondere nahe der Silizium- oberfläche, ein Problem, weil sie im ESD-Fall eine stark lokalisierte Wärmequelle und somit eine lokal sehr hohe Temperatur mit sich bringt, die das Bau- element schädigt.

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Bauelemente

ESD Schutzstruktur für Leistungs-ICs mit Querstromfestigkeit undhoher Robustheit

Idee: Gerhard Groos, München

In der Halbleitertechnologie benötigt man Strukturenzum Schutz gegen elektrostatische Entladungen ( E-lectrostatic Discharge� - ESD), die Durchbruchspan-nungen unter denen der zu schützenden Bauelementehaben� und� im� ESD-Fall� den� Strom der Entladungtragen können.

Bei der Realisierung� von� ESD-Strukturen� ist� dieStromlokalisierung, insbesondere nahe der Silizium-oberfläche, ein Problem, weil sie im ESD-Fall einestark lokalisierte Wärmequelle und somit eine lokalsehr hohe Temperatur mit sich bringt, die das Bau-element schädigt.

Des Weiteren ist der Innenwiderstand der Strukturenim ESD-Fall ein wichtiger Parameter, der möglichstklein sein muss, um einen optimalen Schutz zu ge-währleisten.

Speziell in� der� Leistungs-IC-Technologie� ist� einweiterer Aspekt, inwieweit Querstrom, d.h. Elektro-nen, die an anderer Stelle ins Substrat injiziert wur-den, an der ESD-Struktur in die Kathode, und damitin die Schaltung gelangen können.

In der Leistungs-IC-Technologie gibt es für Durch-bruchspannungen von 7V eine querstromfeste ESD-Struktur („e0V“, s. Abb. 1) und im Wesentlichen auseinem npn-Transistor mit� einer� tiefen� n + -Schicht(Buried � Layer)� als� Emitter� und� einer� flachen n + -Diffusion als Kollektor besteht.

Im Folgendem wird eine Struktur vorgestellt, die beigleicher Fläche eine höhere ESD-Festigkeit hat alsder Stand� der� Technik� (entsprechend� „e0V“).� Siewird� zusammen� mit � Strukturen� gemäß� Stand derTechnik realisiert und es zeigt sich bei gleicher Flä-che eine um mindestens den Faktor 1,6 höhere HBM-Robustheit.

Die Struktur erreicht dies, indem zusätzlich zu demnpn ein pnp-Transistor integriert wird derart, dass

•� � Durchbruchspannung und Querstromfestigkeiterhalten bleibt,

•� � der pnp einen Teil des Stromes trägt,

•� � der npn besser angesteuert wird,

•� � aber dennoch� kein� Thyristor� zündet,� d.h.� dieSpannung auch bei hohem Strom nicht auf sehrgeringe Werte zurückspringt.

Durch diese Effekte verringert sich der Widerstandder Struktur und erreicht damit eine bessere Span-nungsbegrenzung und eine höhere Robustheit, ohne

die� Schutzeigenschaften� oder� Einsatzmöglichkeitenzu beschränken.

Der� pnp-Transistor� wird� realisiert (vgl. Abb. 2),indem� innerhalb� des� flachen� n + -Kollektors� die� n...