DE4207010A1 - Schutzvorrichtung gegen elektrostatische entladung in einem halbleiter-speicher - Google Patents

Schutzvorrichtung gegen elektrostatische entladung in einem halbleiter-speicher

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Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung gegen eine elektrostatische Entladung in einem Halbleiter-Speicher und insbesondere eine Schutzvorrichtung gegen eine elektrostatische Entladung, die in einer Speicher-Vorrich­ tung, die eine Vielzahl von Versorgungs-Anschlüssen (An­ schluß-Steckern; Anschluß-Fahnen) aufweist, eingesetzt wird.
In einer Halbleiter-Speicher-Vorrichtung werden eine Span­ nungsversorgung Vcc und ein Erdpotential (Massepotential) Vss für die elektrische Grund-Spannungsversorgung (Leis­ tungsversorgung) eingesetzt. Diese Spannungen der Spannung­ versorgung werden über Anschlußstifte, die an dem Speicher- Chip befestigt sind, in das Innere des Mikro-Chips einge­ speist. Die Betriebs-Spannungsversorgung einer Halbleiter- Speichervorrichtung wird dahingehend verbessert, daß sie bei niedrigerem Leistungsniveau arbeitet, womit einem Trend zu niedrigerer Leistung und höherer Integration gefolgt wird. Die Anschluß-Stifte für die Spannungsversorgungs-Quelle sind auf der Außenseite der Chips frei liegend angeordnet, wo­ durch sie dem Einfluß der äußeren statischen Elektrizität (Aufladung) ausgesetzt sind. In einem solchen Fall wird eine Art Rauschen in den Stromversorgungs-Stiften erzeugt, wo­ durch eine direkte Beeinflussung auf den internen Betrieb verursacht wird. Ein solches Phänomen wird auch als elektro­ statische Entladung bezeichnet. Dies ist als besondere Cha­ rakteristik eines komplementären Metalloxid-Halbleiter-Spei­ cher-Chips (C-MOS) bekannt. Um das Rauschen der Spannungs­ versorgungs-Quelle in dem Inneren des Chips, das durch die elektrostatische Entladung verursacht wird, zu dämpfen, muß ein Entladungs- (Durchschlags-) Strom in dem Anschluß für die Stromversorgung, der durch die elektrostatische Entla­ dung verursacht wird, über äußere Ableitungen abgeleitet werden, damit er nicht in das Innere des Mikro-Chips ein­ dringt. Die elektrostatische Entladung ist in der Veröffent­ lichung "Transaction of Elektron Device", August 1988, Seite 2133, beschrieben.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der alle Anschluß-Stifte gegen elektrostatische Entladung in einer Halbleiter-Vorrichtung, die eine Vielzahl von Anschluß-Stiften für die Stromver­ sorgung verwendet, zu schützen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiter-Vorrichtung auf einem Substrat integriert aufgebaut und eine Vielzahl von ersten dotierten Diffusi­ ons-Bereichen, die auf dem Halbleiter-Substrat gebildet sind, sind mit einer Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stiften (Fahnen) verbunden. Eine Vielzahl von zweiten dotierten Diffusions-Bereichen, die auf dem Halbleiter-Sub­ strat gebildet sind, sind mit einer Vielzahl von Anschluß- Stiften für die Stromversorgung gemeinsam in Kontakt und sie sind von der Vielzahl der ersten dotierten Diffusions-Be­ reiche in einem vorgegebenen Abstand getrennt. Eine Vielzahl von dritten dotierten Diffusions-Bereichen, die auf dem Halbleiter-Substrat gebildet sind, sind zusammen mit der Vielzahl von Anschluß-Stiften für die Erdung in Kontakt und sie sind von der Vielzahl von ersten und zweiten dotierten Diffusions-Bereichen in einem vorgegebenen Abstand jeweils getrennt.
Beschreibung der Zeichnungen
Zur näheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein schematisches Diagramm ei­ ner Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Ent­ ladung gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine optimierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3A eine Draufsicht auf ein Schutzelement gegen elek­ trostatische Entladung in einem Halbleiter-Spei­ cher,
Fig. 3B einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A des Schutzelementes gegen elektrostatische Entladung der Fig. 1A, und
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein schematisches Diagramm einer herkömmlichen Schutzvorrichtung gegen elek­ trostatische Entladung.
Die Fig. 3A und 3B zeigen verschiedene Aufbauten einer be­ kannten Schutz-Einrichtung gegen elektrostatische Entla­ dungen. Hierzu wird auf die koreanische Patentanmeldung Nr. 91-1 125 verwiesen.
Wie die Draufsicht der Fig. 3A und der Querschnitt der Fig. 3B zeigen, werden n⁺-Diffusions-Bereiche 20, 30 jeweils in den unteren Teilen von metallischen Verteilungs- (Ver­ sorgungs-) drähten 21, 31 gebildet, die mit einer Spannungs­ versorgung Vcc und einem Erdungspotential Vss über Kontakt- Bereiche 22, 32 verbunden sind. Ein metallischer Versor­ gungsdraht 11, der mit einem Eingangs-Anschluß-Stift (Stecker, Fahne) 1 verbunden ist, steht ebenfalls mit dem n⁺-Diffusions-Bereich 10 in seinem unteren Teil über den Kontakt-Bereich 12, und zwar in einer ähnlichen Art und Weise, in Verbindung. Die drei n⁺-Diffusions-Bereiche 10, 20 und 30 werden durch Oxid-Trennschichten 15, die auf einem Substrat 5 gebildet sind, voneinander getrennt. Hierbei ist ersichtlich, daß das Substrat 5 ein monolithisches Substrat sein kann, auf dem eine Halbleiter-Vorrichtung oder eine Speicher-Vorrichtung gebildet wird. Die Diffusions-Berei­ che 10, 20 und 30 können ebenso gut in einem Leiter vom Typ mit n--Leitfähigkeit gebildet werden. Die n⁺-Diffusions-Be­ reiche 10, 20 und 30 sind solche, die es ermöglichen, daß ein Durchbruchs- (Entladungs-) Strom dadurch abfließt, daß das Phänomen der Durchgreifspannung ausgenutzt wird, wenn der Durchbruchsstrom in die entsprechenden Anschluß-Stifte fließt. Zum Beispiel fließt der Durchbruchsstrom, falls ein Durchbruchsstrom (stress current) in den Anschlüssen für die Stromversorgung hervorgerufen wird, über den n⁺-Diffusions- Bereich 20 in den unteren Teil des metallischen Verteilungs­ drahtes (-leiters) 21 und in den n⁺-Diffusions-Bereich 30 in dem unteren Teil des metallischen Verteilungsdrahtes (-lei­ ters) des Anschlusses Vcc für die Spannungsversorgung. Dies bedeutet, daß ein Durchbruchs-Phänomen (punch through Phäno­ men) zwischen den Diffusions-Bereichen ausgenutzt wird.
Ein bekanntes Beispiel, bei dem das Schutzelement gegen die elektrostatische Entladung verwendet wird, ist in den Fig. 3A und 3B gezeigt, das in einem Speicher-Chip einge­ setzt wird, wie er in Fig. 4 gezeigt ist. Hier wird der Auf­ bau einer solchen Spannungsversorgung gezeigt, wobei die Spannung jedem Schutzelement gegen elektrostatische Entla­ dung mit Eingangs/Ausgangs-Stiften in einem 64K x 16 dyna­ mischen Arbeits-Speicher (DRAM), hergestellt durch Toshiba Co, Ltd. und Samsung Electronics, Co, Ltd., zuge­ führt wird. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind drei Anschlüsse für die Spannungsversorgung Vcc1, Vcc2, Vcc3, drei Erdungs- Anschlüsse Vss1, Vss2, Vss3 und vier Eingangs/Ausgangs-An­ schlüsse P1, P2, P3, P4 vorgesehen. Die Schutzelemente 200a, 200b, 200c, 200d gegen die elektrostatische Entladung nach der Fig. 4 sind mit jedem Eingangs/Ausgangs-Anschluß in ei­ ner Art und Weise verbunden, wie dies in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist. Das erste Schutzelement 200a gegen die elektrostatische Entladung, das mit dem ersten Eingangs/Aus­ gangs-Anschluß-Stift P1 verbunden ist, ist nur mit dem ers­ ten Anschluß-Stift der Stromversorgung Vcc1 und dem ersten Stift Vss1 für die Erdung verbunden. Der zweite Erdungs-An­ schluß-Stift Vss2 und der dritte Anschluß-Stift Vcc3 für die Spannungsversorgung sind mit dem zweiten Schutzelement 200b gegen elektrostatische Entladung verbunden, das seinerseits mit dem zweiten Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stift P2 verbun­ den ist. Das zweite Schutzelement 200b gegen die elektro­ statische Entladung ist mit dem dritten Schutzelement 200c gegen elektrostatische Entladung verbunden. Der dritte An­ schluß-Stift Vss3 für die Erdung und das vierte Schutzele­ ment 200d gegen elektrostatische Entladung sind mit dem dritten Schutzelement 200c gegen elektrostatische Entladung verbunden, das seinerseits mit dem dritten Eingangs/Aus­ gangs-Anschluß-Stift P3 verbunden ist. Der zweite Anschluß- Stift Vcc2 für die Stromversorgung ist mit dem vierten Schutzelement 200d gegen elektrostatische Entladung verbun­ den, das seinerseits mit dem vierten Eingangs/Ausgangs-An­ schluß-Stift P4 verbunden ist. Hierbei ist vorteilhaft, daß die Schutzelemente gegen elektrostatische Entladung mit den Anschluß-Stiften für die Stromversorgung und die Erdung ver­ bunden sind, wie dies in den Fig, 3A und 3B dargestellt ist.
In einem solchen Aufbau nach dem Stand der Technik können der erste Anschluß-Stift Vcc1 für die Stromversorgung und der erste Anschlußstift Vcc1 für die Erdung gegen elektro­ statische Entladung mittels dem ersten Schutzelement 200a gegen eine elektrostatische Entladung geschützt werden, allerdings können andere Anschluß-Stifte, wie beispielsweise der zweite Anschluß-Stift Vcc2 für die Stromversorgung und der zweite Anschluß-Stift Vss2 für die Erdung, und der drit­ te Anschluß-Stift Vcc3 für die Stromversorgung und der drit­ te Anschluß-Stift Vss3 für die Erdung nicht hiergegen ge­ schützt werden, da keine Durchbruchspfade vorhanden sind. Weiterhin kann das zweite Schutzelement 200b gegen elektro­ statische Entladung den zweiten Anschluß-Stift Vss2 für die Erdung und den dritten Anschluß-Stift Vcc3 für die Stromver­ sorgung gegen elektrostatische Entladung schützen, aller­ dings ist es nicht dazu geeignet, den ersten Anschluß-Stift Vss1 für die Stromversorgung, den ersten Anschluß-Stift Vcc1 für die Stromversorgung, den zweiten Anschluß-Stift Vcc2 für die Stromversorgung, den dritten Anschluß-Stift Vss3 für die Erdung und den dritten Anschluß-Stift Vcc3 für die Stromver­ sorgung dagegen zu schützen. Dementsprechend kann das dritte Schutzelement 200c gegen elektrostatische Entladung den dritten Anschluß-Stift Vss3 für die Erdung und den dritten Anschluß-Stift Vcc3 für die Spannungsversorgung schützen, allerdings ist es nicht dazu geeignet, andere Anschluß-Stif­ te für die Stromversorgung zu schützen. Das vierte Schutz­ element 200d gegen elektrostatische Entladung kann nur den zweiten Anschluß-Stift Vcc2 für die Stromversorgung und den dritten Anschluß-Stift Vss3 für die Erdung schützen. In dem Fall, in dem verschiedene Anschluß-Stifte für die Stromver­ sorgung in einem hochintegrierten Schaltkreis verwendet wer­ den, kann das sogenannte Streß-Phänomen (Durchbruchs-Phä­ nomen) durch eine elektrostatische Entladung über alle An­ schluß-Stifte hervorgerufen werden. Falls ein solcher Durch­ schlag an irgendeinem Anschluß-Stift verursacht wird, muß dieser geschützt werden. In einem herkömmlichen Aufbau, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, ist es unmöglich, alle Anschluß- Stifte für die Stromversorgung gegen eine elektrostatische Entladung zu schützen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Aus Gründen der Vereinfachung werden solche Teile, die nichts mit dem Schutz gegen elektrostatische Entladung in einem Speicher-Chip 400 zu tun haben, im Rahmen der Fig. 1 nicht dargestellt. Sämtliche Anschluß-Stifte für die Strom­ versorgung und die Erdung Vcc1, Vcc2, Vcc3, Vss1, Vss2, Vss3 und die Schutzelemente gegen elektrostatische Entladung 200e, 200f, 200g, 200h sind miteinander verbunden. Der erste bis dritte Anschluß-Stift für die Stromversorgung Vcc1, Vcc2, Vcc3 sind gemeinsam mit dem n⁺-Diffusions-Bereich (Be­ zugszeichen 30 in Fig. 3B) von ersten bis vierten Schutzele­ menten gegen elektrostatische Entladung 200e, 200f, 200g, 200h über den metallischen Versorgungsleiter 31 für die Spannungsversorgung verbunden. Der erste bis dritte An­ schluß-Stift für die Erdung Vss1, Vss2, Vss3 sind gemeinsam mit dem n⁺-Diffusions-Bereich (Bezugszeichen 20 in Fig. 3B) von ersten bis vierten Schutzelementen gegen elektrosta­ tische Entladung 200e, 200f, 200g, 200h über den me­ tallischen Versorgungsleiter 21 für das Erdungspotential verbunden. Demzufolge kann ein Durchschlagspfad zwischen allen Stromversorgungs-Stiften und allen Schutzelementen ge­ gen elektrostatische Entladung innerhalb des Mikro-Chip 400 gebildet werden. Deshalb kann in dem Fall, in dem eine Durchschlagsspannung (stress) an einem der Stromversor­ gungs-Stifte oder an allen Stiften auftritt, eine Schutz­ funktion gegen elektrostatische Entladung erreicht werden. Hierbei macht es keinen Unterschied, wenn weitere Anschluß-Stifte für die Stromversorgung vorgesehen werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform entsprechend Fig. 1. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden in Verbindung mit ei­ nem 16Mega DRAM durchgeführt. Die 20 Schutzelemente 201, 202, . . .., 220 gegen elektrostatische Entladung, die mit Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stiften (-Fahnen) in einer Form, wie sie in Fig. 3A gezeigt ist, verbunden sind, sind gemein­ sam mit Anschluß-Stiften für die Stromversorgung und die Er­ dung Vcc1, Vcc2, Vss1, Vss2, verbunden. Demzufolge kann, falls eine Durchschlagsspannung an irgendeinem der An­ schluß-Stifte für die Stromversorgung, an mehreren oder an allen Anschluß-Stiften für die Stromversorgung, auftritt, eine Schutz-Funktion gegen elektrostatische Entladung er­ reicht werden, unabhängig von der jeweiligen Position. Ob­ wohl anhand der Fig. 2 eine Ausführungsform beschrieben ist, in der vier Anschluß-Stifte für die Stromversorgung vorge­ sehen sind, können Anschluß-Stifte für die Stromversorgung gemäß der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Anzahl vorgesehen werden. Dennoch müssen für diesen Fall die Dicke der Stromversorgungsleiter, die mit den Schutzelementen ge­ gen elektrostatische Entladung verbunden sind, optimiert werden, um eine Beeinflussung, die durch das Rauschen der Stromversorgung verursacht wird, zu minimieren, falls die Schutzelemente für die elektrostatische Entladung und die Anschluß-Stifte für die Stromversorgung miteinander verbun­ den sind.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfin­ dung dazu geeignet, einen Stress (Belastung), der durch einen oder auch durch alle Stifte für die Stromversorgung durch elektrostatische Entladung in einer Halbleiter-Spei­ cher-Vorrichtung verursacht wird, zu schützen und sie führt daher dazu, eine stabilere und zuverlässigere Halbleiter- Speicher-Vorrichtung gegen Rauschen der Stromversorgung durch elektrostatische Entladung zu realisieren.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, daß Änderungen im Rahmen des all­ gemeinen Erfindungsgedankens möglich sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Claims (10)

1. Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladung in einer Halbleiter-Speicher-Vorrichtung, die eine Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stiften für die Stromver­ sorgung und eine Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-An­ schluß-Stiften für das Erdungspotential aufweist, ge­ kennzeichnet durch folgende Merkmale:
Eine Vielzahl von ersten dotierten Diffusions-Bereichen, die auf einem Halbleiter-Substrat gebildet sind, die je­ weils mit einer Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-An­ schluß-Stiften in Kontakt stehen,
eine Vielzahl von zweiten dotierten Diffusions-Berei­ chen, die gemeinsam auf dem Halbleiter-Substrat gebildet sind, die mit der Vielzahl von Anschluß-Stiften für die Stromversorgung in Kontakt stehen, wobei die Vielzahl der zweiten dotierten Diffusions-Bereiche in einem vor­ gegebenen Abstand von der Vielzahl der ersten Dif­ fusions-Bereiche getrennt sind,
eine Vielzahl von dritten dotierten Diffusions-Berei­ chen, die auf dem Halbleiter-Substrat gebildet sind, die gemeinsam mit der Vielzahl der Anschluß-Stifte für die Erdung in Kontakt stehen, wobei die Vielzahl der dritten dotierten Diffusions-Bereiche von der Vielzahl der ers­ ten und zweiten dotierten Diffusions-Bereiche in einem vorgegebenen Abstand jeweils getrennt sind.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten bis dritten dotierten Diffusions-Be­ reiche von einem Typ derselben Leitfähigkeit sind.
3. Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladung in einer Halbleiter-Speicher-Vorrichtung, die eine Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stiften für die Stromver­ sorgung und eine Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-An­ schluß-Stiften für das Erdungspotential aufweist, ge­ kennzeichnet durch folgende Merkmale:
Eine Vielzahl von ersten dotierten Diffusions-Bereichen vom Typ einer zweiten Leitfähigkeit, die auf einem Halb­ leiter-Substrat vom Typ einer ersten Leitfähigkeit ge­ bildet sind, die mit einer Vielzahl von Eingangs/Aus­ gangs-Anschluß-Stiften jeweils in Kontakt stehen,
eine Vielzahl von zweiten dotierten Diffusions-Bereichen vom Typ der zweiten Leitfähigkeit, die auf dem Halblei­ ter-Substrat gebildet sind, die gemeinsam mit der Viel­ zahl von Anschluß-Stiften für die Stromversorgung in Kontakt stehen,
eine Vielzahl von dritten dotierten Diffusions-Bereichen vom Typ der zweiten Leitfähigkeit, die auf dem Halblei­ ter-Substrat gebildet sind, die gemeinsam mit der Viel­ zahl der Anschluß-Stifte für die Erdung in Kontakt stehen,
eine Vielzahl von Feld-Oxid-Schichten, die auf dem Halb­ leiter-Substrat gebildet sind, um die ersten bis dritten dotierten Diffusions-Schichten mit einem vorgegebenen Ab­ stand voneinander zu trennen.
4. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten dotierten Diffusions-Bereiche mit den Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stiften über metallische Teile in Kontakt stehen.
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweiten dotierten Diffusions-Bereiche mit den Anschluß-Stiften für die Stromversorgung über metal­ lische Teile in Kontakt stehen.
6. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die dritten dotierten Diffusions-Bereiche mit den Anschluß-Stiften für das Erdungspotential über metallische Teile in Kontakt stehen.
7. Schutzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die ersten, zweiten und dritten dotierten Diffusions-Bereiche jeweils innerhalb des Typs der zwei­ ten Leitfähigkeit gebildet sind.
8. Schutzvorrichtung gegen elektrostatische Entladung in einer Halbleiter-Speicher-Vorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
Eine Vielzahl von Eingangs/Ausgangs-Anschluß-Stiften, die jeweils mit einem Schutzelement gegen elektrosta­ tische Entladung verbunden sind,
eine Vielzahl von Anschluß-Stiften für die Stromver­ sorgung, die gemeinsam mit dem Schutzelement gegen elektrostatische Entladung verbunden sind, und
eine Vielzahl von Anschluß-Stiften für das Erdungspoten­ tial, die gemeinsam mit dem Schutzelement gegen elektro­ statische Entladung verbunden sind.
9. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vielzahl der Anschluß-Stifte für die Strom­ versorgung gemeinsam mit dem Schutzelement gegen elek­ trostatische Entladung über metallische Verteilungslei­ ter verbunden sind.
10. Schutzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vielzahl der Anschluß-Stifte für das Erdungspotential gemeinsam mit dem Schutzelement gegen elektrostatische Entladung über metallische Verteilungs­ leiter verbunden sind.
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