TSMC N12 CDM ESD事件的两级ESD保护的保护电流怎么分析

zhangyang370281

TSMC N12的工艺中对CDM ESD的Current Density是有不同标准要求的，以输入Signal IO的ESD保护为例，通常采用两级保护策略，第一级signal IO和VDD/VSS之间的pull_up/pull_down 二极管（尺寸较大），第二级为ESD 电阻（200欧姆）和二级pull_up/pull_down 二极管（或者和VSS之间NMOS管)（尺寸较小），其中CDM ESD current densty要求为Primary CDM ESD 5A，Secondary CDM ESD 26mA。此处的疑问为，当发生CDM ESD时，二级ESD保护更靠近被保护电路的栅极，应该是Secondary CDM ESD电流更大才对，请教ESD大神怎么理解CDM ESD current densty对第一级和第二级ESD 保护电路的要求

521lkh

我的理解是

因为CDM发生时Ipeak 电流很大，如果按照Secondary CDM ESD承受的电流大，会有风险，因为二级保护太靠近内部栅极，如果在ps~ns级，二级保护泄放电流不完全，可能会损伤到Gate端，反之，把第一级作为主要泄放通道，第二级作为辅助通道，可以避免这种情况，

zhangyang370281

521lkh 发表于 2021-5-4 21:16
我的理解是

因为CDM发生时Ipeak 电流很大，如果按照Secondary CDM ESD承受的电流大，会有风险，因为二级保 ...

如果HBM和MM模型时，照您的分析是可以这么理解的，但是CDM模式是器件内部放电的，器件的栅本身靠近CDM发生的区域，我觉得当发生CDM ESD时，secondary ESD保护首当其冲

521lkh

还有是 Secondary protect 距离器件的栅级太近，如果将它作为主要泄放通路，本身CDM电流很大，那将会导致大的IR,大的集压反过来会把连接处的栅极击穿，得不偿失

mars0904

二级保护主要还是辅助作用，CDM主要的泄放通路是一级保护的device。
二级保护的diode+res主要目的是为了保证被保护device gate电压不会太高被击穿，起到一个钳位电压的作用

zhangyang370281

mars0904 发表于 2021-5-13 09:35
二级保护主要还是辅助作用，CDM主要的泄放通路是一级保护的device。
二级保护的diode+res主要目的是为了保 ...

但实际一级保护距离CDM放电器件一般都较远一些，不知道CDM发生时（时间短，不足1ns），一级保护是否来得及响应

mars0904

zhangyang370281 发表于 2021-5-13 14:38
但实际一级保护距离CDM放电器件一般都较远一些，不知道CDM发生时（时间短，不足1ns），一级保护是否来得 ...

肯定可以来得及相应。
退一步，CDM的电流是在5A~6A的范围，如果只靠二级保护的diode去泄放电流，二级保护的diode需要面积是多少？

zhangyang370281

mars0904 发表于 2021-5-14 09:49
肯定可以来得及相应。
退一步，CDM的电流是在5A~6A的范围，如果只靠二级保护的diode去泄放电流，二级保护 ...

我理解的是CDM保护的二极管尺寸都较小，故意做成这么小（导通电阻大），目的是让CDM ESD电流优先放电通路是一级ESD放电通路或者power clamp通路，不知道我理解的对不对？

mars0904

zhangyang370281 发表于 2021-5-14 13:03
我理解的是CDM保护的二极管尺寸都较小，故意做成这么小（导通电阻大），目的是让CDM ESD电流优先放电通路 ...

后面半句是对的，CDM ESD电流优先放电通路是一级ESD放电通路或者power clamp通路。
前面diode做的小的目的是二级保护电阻加上后面的diode一起钳位住被保护gate的电压。

zhangyang370281

mars0904 发表于 2021-5-14 13:49
后面半句是对的，CDM ESD电流优先放电通路是一级ESD放电通路或者power clamp通路。
前面diode做的小的目 ...

信号的ESD保护的电阻200欧姆以上了，这条通路的电阻已经很大了，所以CDM电流一定通过阻抗更小的一级ESD或power clamp释放掉。ESD 电阻后面的二极管的尺寸还是有一定要求的，毕竟尺寸越大, CDM保护越强，如果信号线面积较大或者线长较长，CDM ESD要求就越高，需要的二级保护的二极管尺寸越大