JP5269294B2 - Electrostatic discharge protection element - Google Patents

Electrostatic discharge protection element Download PDF

Info

Publication number
JP5269294B2
JP5269294B2 JP2006027488A JP2006027488A JP5269294B2 JP 5269294 B2 JP5269294 B2 JP 5269294B2 JP 2006027488 A JP2006027488 A JP 2006027488A JP 2006027488 A JP2006027488 A JP 2006027488A JP 5269294 B2 JP5269294 B2 JP 5269294B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
well
pad
conductivity type
path
diffusion layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006027488A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006222421A (en
Inventor
燦熙 全
漢求 金
成必 張
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020050011296A external-priority patent/KR101118709B1/en
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JP2006222421A publication Critical patent/JP2006222421A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5269294B2 publication Critical patent/JP5269294B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic discharge protection element which can be applied to a pad applied by supply voltage without generating the local teardown of the element. <P>SOLUTION: This element suppresses a generation of excessive current by a positive feedback of PNPN bonding and depletion controlling resistance. In a well of 1st conduction type, a 1st diffusion layer of the 1st conduction type is formed; and in a well of the 2nd conduction type, a 2nd diffusion layer of the 1st conduction type, a 3rd diffusion layer of the 2nd conduction type, and a 4th diffusion layer, are formed. The well of the 2nd conduction type includes a narrow width switching passage between the 3rd and 4th diffusion layers. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は半導体素子に係り、さらに具体的には電気的ストレスから集積回路を保護するための静電気放電保護素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to an electrostatic discharge protection device for protecting an integrated circuit from electrical stress.

半導体集積回路は人体の接触または装備の異常などによって発生する瞬間的な静電気(ESD;Electro Static Discharge)及び持続的な過負荷(EOS;Electrical Over Stress)によって流入される高電圧及び高電流に敏感に影響を受ける。静電気または過負荷現象は、一時に高電圧または高電流が集積回路に流入されるので、集積回路に形成された絶縁膜の破壊、ジャンクションの破壊及び/または金属配線の断線などを誘発して半導体集積回路を永久的に破壊する結果をもたらす。   Semiconductor integrated circuits are sensitive to high voltage and high current that are caused by instantaneous static discharge (ESD) and electrical over stress (EOS) generated by contact with the human body or abnormality of equipment. Affected by. Static electricity or an overload phenomenon causes a high voltage or high current to flow into an integrated circuit at a time, so that it induces breakdown of an insulating film formed in the integrated circuit, breakdown of a junction, and / or disconnection of a metal wiring, etc. The result is a permanent destruction of the integrated circuit.

静電気放電保護素子は瞬間的に流入される高電圧または高電流が半導体集積回路の内部に流入されないように放電させる機能を果たす。このような静電気放電保護機能を実行する手段として、シリコン制御整流器(SCR;Silicon Controlled Rectifier)が効果的なものとして知られている。   The electrostatic discharge protection element performs a function of discharging so that a high voltage or a high current that is instantaneously flown therein does not flow into the semiconductor integrated circuit. As a means for performing such an electrostatic discharge protection function, a silicon controlled rectifier (SCR) is known to be effective.

図1は一般的なシリコン制御整流器を利用した静電気放電保護素子を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an electrostatic discharge protection element using a general silicon controlled rectifier.

図1を参照すると、シリコン制御整流器は半導体基板に形成されたnウェル10に高濃度のn型第1拡散層2とp型第2拡散層4が形成されており、pウェル12にも高濃度のn型第3拡散層6とp型第4拡散層8が形成されている。前記第1及び第2拡散層2、4は電源電圧VDDが印加される第1パッド13に電気的に連結され、前記第3及び第4拡散層6、8は接地電圧が印加される第2パッド14に電気的に連結される。シリコン制御整流器は前記p型の第2拡散層4、nウェル10及びpウェル12を各々エミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域とするPNPバイポーラトランジスタQ1とn型の第3拡散層6、pウェル12及びnウェル10を各々エミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域とするNPNバイポーラトランジスタQ2とで構成される。前記pウェル12はPNPバイポーラトランジスタQ1のコレクタ領域またはNPNバイポーラトランジスタQ2のベース領域として作用する。第1パッド13から第2パッド14に至るPNPN接合の経路は第2拡散層4、nウェル10、pウェル12及び第3拡散層6からなる。前記PNPN接合の経路はシリコン制御整流器SCRを構成する。正電圧(positive bias)が第1パッド13を通じて印加され、第2パッド14が接地されれば、p型の第2拡散層4とnウェル10との間のPN接合及びpウェル12とn型の第3拡散層6との間のPN接合は順方向バイアスされ、nウェル10とpウェル12との間のNP接合は逆方向バイアスされる。   Referring to FIG. 1, in the silicon controlled rectifier, a high concentration n-type first diffusion layer 2 and a p-type second diffusion layer 4 are formed in an n-well 10 formed on a semiconductor substrate, and the p-well 12 is also high. A concentration n-type third diffusion layer 6 and a p-type fourth diffusion layer 8 are formed. The first and second diffusion layers 2 and 4 are electrically connected to a first pad 13 to which a power supply voltage VDD is applied, and the third and fourth diffusion layers 6 and 8 are second to which a ground voltage is applied. It is electrically connected to the pad 14. The silicon controlled rectifier includes a PNP bipolar transistor Q1, an n-type third diffusion layer 6, and a p-well 12 having the p-type second diffusion layer 4, the n-well 10 and the p-well 12 as an emitter region, a base region and a collector region, respectively. And an NPN bipolar transistor Q2 having an n well 10 as an emitter region, a base region and a collector region, respectively. The p-well 12 functions as a collector region of the PNP bipolar transistor Q1 or a base region of the NPN bipolar transistor Q2. The path of the PNPN junction from the first pad 13 to the second pad 14 includes the second diffusion layer 4, the n well 10, the p well 12, and the third diffusion layer 6. The path of the PNPN junction constitutes a silicon controlled rectifier SCR. If a positive voltage is applied through the first pad 13 and the second pad 14 is grounded, the PN junction between the p-type second diffusion layer 4 and the n-well 10 and the p-well 12 and the n-type are used. The PN junction with the third diffusion layer 6 is forward biased, and the NP junction between the n well 10 and the p well 12 is reverse biased.

静電気放電によって第1パッド13にESD電流が流入されれば、逆方向バイアスされたNP接合の降伏によってPNPバイポーラトランジスタQ1及びNPNバイポーラトランジスタQ2がターンオンされ、逆方向バイアスされたNP接合が順方向バイアスされた接合のように作用する正帰還(positive feedback)によって第2パッド14を通じて放電される。この時、nウェル10とpウェル12からなる逆方向バイアスされたNP接合が降伏される電圧がシリコン制御整流器のトリガ電圧になる。シリコン制御整流器がトリガされれば、NP接合を横切る電圧が急に低くなる強いスナップバック(strong snap back)動作によって瞬間的にESD電流を放電する。   If ESD current flows into the first pad 13 due to electrostatic discharge, the breakdown of the reverse biased NP junction turns on the PNP bipolar transistor Q1 and the NPN bipolar transistor Q2, and the reverse biased NP junction is forward biased. Discharge through the second pad 14 by positive feedback acting like a bonded junction. At this time, the voltage at which the reverse-biased NP junction composed of the n-well 10 and the p-well 12 breaks down becomes the trigger voltage of the silicon controlled rectifier. When the silicon controlled rectifier is triggered, the ESD current is instantaneously discharged by a strong snap back operation in which the voltage across the NP junction suddenly decreases.

図2は従来の静電気放電保護素子の電流−電圧特性を示すグラフである。グラフで線Aはシリコン制御整流器の電流−電圧曲線であり、線BはPN接合ダイオードの電流−電圧曲線である。   FIG. 2 is a graph showing current-voltage characteristics of a conventional electrostatic discharge protection element. In the graph, line A is the current-voltage curve of the silicon controlled rectifier, and line B is the current-voltage curve of the PN junction diode.

図2を参照すると、シリコン制御整流器Aの場合、外部から印加された電圧は主に逆方向バイアスされたNP接合に印加され、トリガ電圧V以下でシリコン制御整流器は高いインピーダンス状態として非常に小さい電流を示す((1)領域)。ESDによって電圧がシリコン制御整流器のトリガ電圧Vまで上昇すれば、強いスナップバック動作((2)領域)によってESD電流が放電する。スナップバック動作によって電圧がホールド電圧Vまで下降すれば、シリコン制御整流器は低いインピーダンス状態で多量のESD電流を放電することができる。このような低いインピーダンス状態はホールド電圧V以下に電圧が下降するか、ホールド電流I以下に電流が減少するまで持続する。したがって、シリコン制御整流器はEOSのような持続的な電荷が流入される場合、またはホールド電圧V以上の電圧が印加されるパッドに適用する場合、過多電流(current crowding)によって基板または配線の局地的な熱的破壊を誘発することができる。 Referring to FIG. 2, in the case of the silicon controlled rectifier A, the externally applied voltage is mainly applied to the reverse biased NP junction, and the silicon controlled rectifier is very small as a high impedance state below the trigger voltage V T. Current is shown (region (1)). If the voltage rises to the trigger voltage V T of the silicon controlled rectifier due to ESD, the ESD current is discharged by a strong snapback operation ((2) region). If the voltage by means of a snap-back operation is them moved down to hold the voltage V H, the silicon controlled rectifier can discharge a large amount of ESD current at a low impedance state. Such a low impedance state continues until the voltage drops below the hold voltage V H or until the current decreases below the hold current I H. Therefore, the silicon controlled rectifier is applied to a pad to which a voltage equal to or higher than the hold voltage V H is applied when a continuous charge such as EOS is flown, or the current of the substrate or the wiring due to excessive current is applied. Can induce geothermal destruction.

PN接合ダイオードBの場合、トリガ電圧Vで逆方向バイアスされたPN接合が降伏されて電流が増加する。しかし、シリコン制御整流器とは異なり、逆方向バイアスされたPN接合が降伏された以後には正のインピーダンス状態になり、電圧の増加によって電流が漸進的に増加する。したがって、過多電流による局地的な熱的破壊は防止することができるが、瞬間的に供給される多量の電荷の放電には効果的ではない。 In the case of the PN junction diode B, the PN junction reversely biased with the trigger voltage V T is broken down and the current increases. However, unlike silicon controlled rectifiers, after the reverse-biased PN junction breaks down, it enters a positive impedance state and the current increases gradually with increasing voltage. Therefore, local thermal destruction due to excessive current can be prevented, but it is not effective for discharging a large amount of electric charge supplied instantaneously.

本発明の課題は素子の局地的な破壊を起こさない静電気放電保護素子を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electrostatic discharge protection element that does not cause local destruction of the element.

本発明の他の課題は電源電圧が印加されるパッドに適用することができる静電気放電保護素子を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an electrostatic discharge protection element that can be applied to a pad to which a power supply voltage is applied.

上述の課題を達成するために本発明はPNPN接合の正帰還及び空乏制御抵抗によって過多電流の発生が抑制された静電気放電保護素子を提供する。この素子は第1パッド及び第2パッドと、半導体基板に形成された第1導電型ウェル及び前記第1導電方ウェルに接して形成された第2導電型ウェルを含む。前記第1導電型ウェルに第1導電型の第1拡散層が形成されて前記第1パッドに電気的に連結され、前記第2導電型ウェルには第1導電型の第2拡散層が形成されて前記第2パッドに電気的に連結される。また、前記第2導電型ウェルに第2導電型の第3拡散層及び第4拡散層が形成されている。前記第3拡散層は第1パッドに電気的に連結され、前記第4拡散層は前記第2パッドに電気的に連結される。本発明において、前記第2導電型ウェルは前記第3及び第4拡散層の間に幅が狭いスイッチング経路を含むことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides an electrostatic discharge protection element in which the generation of excessive current is suppressed by positive feedback of a PNPN junction and a depletion control resistor. The element includes a first pad and a second pad, a first conductivity type well formed in a semiconductor substrate, and a second conductivity type well formed in contact with the first conductivity type well. A first conductive type first diffusion layer is formed in the first conductive type well and electrically connected to the first pad, and a first conductive type second diffusion layer is formed in the second conductive type well. And electrically connected to the second pad. A second conductivity type third diffusion layer and a fourth diffusion layer are formed in the second conductivity type well. The third diffusion layer is electrically connected to the first pad, and the fourth diffusion layer is electrically connected to the second pad. The second conductivity type well may include a narrow switching path between the third and fourth diffusion layers.

さらに具体的に、前記第1パッド及び前記第2パッドに正常動作電圧が印加される時、前記スイッチング経路が完全空乏(fully depleted)になることを特徴とする。前記第1パッド及び前記第2パッドに各々正電圧及び接地電圧が印加される時、前記第1導電型ウェルと前記第2導電型ウェルの接合部に形成される空乏領域幅の2倍より前記スイッチング経路の幅が小さい時、前記スイッチング経路は完全空乏になることができる。   More specifically, the switching path is fully depleted when a normal operating voltage is applied to the first pad and the second pad. When a positive voltage and a ground voltage are applied to the first pad and the second pad, respectively, the depletion region width formed at the junction between the first conductivity type well and the second conductivity type well is twice as large as the depletion region width. When the width of the switching path is small, the switching path can be completely depleted.

前記スイッチング経路は前記第3拡散層及び前記第4拡散層の間に位置することができ、前記第2導電型ウェルは多数のスイッチング経路を含むことができる。また、前記第1拡散層は前記第3拡散層及び前記第4拡散層の間に位置することができる。   The switching path may be located between the third diffusion layer and the fourth diffusion layer, and the second conductivity type well may include a plurality of switching paths. The first diffusion layer may be located between the third diffusion layer and the fourth diffusion layer.

前記第2導電型ウェルは前記第1導電型ウェル内に形成されるか、前記第1導電型ウェルの側壁に接して形成されることもできる。例えば、前記第2導電型ウェルは前記第1導電型ウェルの側壁に接して形成された第1ウェル及び前記第1導電型ウェル内に形成されて前記第1ウェルに連結された第2ウェルを含むことができる。この場合、前記第3及び第4拡散層は互いに違う第2導電型ウェルに形成されることができる。   The second conductivity type well may be formed in the first conductivity type well or may be formed in contact with a sidewall of the first conductivity type well. For example, the second conductivity type well includes a first well formed in contact with a sidewall of the first conductivity type well and a second well formed in the first conductivity type well and connected to the first well. Can be included. In this case, the third and fourth diffusion layers may be formed in different second conductivity type wells.

本発明において、前記スイッチング経路はESDまたはEOSによる電荷流入時、空乏層によって制御されるウェル空乏制御抵抗として、正のインピーダンス状態で電流経路を提供することができる。   In the present invention, the switching path can provide a current path in a positive impedance state as a well depletion control resistor controlled by a depletion layer when charge flows by ESD or EOS.

本発明によると、静電気放電保護素子を構成する第2導電型ウェルにスイッチング経路を形成して正常動作電圧が印加される時は電流経路を遮断して、高電圧または高電流によって多量の電荷が流入される時は電流経路が形成されるようにする。これによって、スナップバック動作及び正のインピーダンス状態が繰り返されて瞬間的なESDを放電することだけではなく、多量の電荷が供給されるEOSパルスが加えられても過多電流の発生なしに電荷を放電することができる。   According to the present invention, when a normal operation voltage is applied by forming a switching path in the second conductivity type well constituting the electrostatic discharge protection element, the current path is interrupted, and a large amount of charge is generated by the high voltage or high current. When inflowing, a current path is formed. This not only repeats the snapback operation and the positive impedance state to discharge the instantaneous ESD, but also discharges the charge without generating excessive current even when an EOS pulse to which a large amount of charge is supplied is applied. can do.

また、シリコン制御整流器は低いホールド電圧を有することによって、電源電圧パッドに適用するのに適しないが、本発明の静電気放電保護素子は電源電圧が印加されるパッドにも適用されて静電気放電から素子を保護することができる。   In addition, the silicon controlled rectifier is not suitable for application to the power supply voltage pad because it has a low hold voltage, but the electrostatic discharge protection element of the present invention is also applied to the pad to which the power supply voltage is applied. Can be protected.

以下、添付の図を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底して完全になるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。図において、層及び領域の厚さは明確性のために誇張されたものである。層が他の層または基板“上”にあると言及される場合に、それは他の層または基板上に直接形成されることができるもの、またはそれらの間に第3の層が介在されることもできるものである。また、ある構成部分が他の構成部分に隣接すると言及される場合に、それは他の構成部分と直接接触されることができるもの、またはそれらの間に第3の構成部分が介在されて離隔されることができるものである。明細書の全体にわたって同一の参照番号で表示した部分は同一の構成要素を示す。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete, and will fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art. In the figures, the thickness of layers and regions are exaggerated for clarity. When a layer is referred to as being “on” another layer or substrate, it can be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer is interposed therebetween It is also possible. Also, when a component is referred to as adjacent to another component, it can be in direct contact with the other component, or is spaced apart by a third component therebetween. It can be. Parts denoted by the same reference numerals throughout the specification indicate the same components.

図3は本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子を示す平面図である。   FIG. 3 is a plan view showing the electrostatic discharge preventing element according to the first embodiment of the present invention.

図4A乃至図4Cは各々図3のI−I’、II−II’’及びIII−III’に沿って切断した断面図である。   4A to 4C are cross-sectional views taken along lines I-I ', II-II ", and III-III' of FIG.

図3及び図4A乃至図4Cを参照すると、この素子は基板に形成された第1導電型ウェル50と、前記第1導電型のウェル50と接合されて形成された第2導電型のウェル52とを含む。第1導電型ウェル50内に第1導電型の第1拡散層54が形成されており、前記第2導電型のウェル52内に第1導電型の第2拡散層56、第2導電型の第3拡散層58及び第2導電型の第4拡散層60が形成されている。前記第1導電型の第2拡散層56及び前記第2導電型の第4拡散層60は隣接して形成されることができる。また、前記第2拡散層56は前記第1拡散層54及び前記第4拡散層60の間に位置することができる。前記第2導電型のウェル52は幅Wが狭いスイッチング経路52aを含むことができる。前記スイッチング経路52aは前記第2拡散層56及び前記第3拡散層58の間に位置することができる。前記第1拡散層54は前記スイッチング経路52aに隣接して前記第1導電型ウェル50に形成されることができる。本発明において、前記第2導電型のウェル52は多数のスイッチング経路52aを含むことができる。この時、前記第1拡散層54は前記スイッチング経路52aの間に位置することができる。すなわち、本発明は多数のスイッチング経路52aの間の第1導電型のウェル50に形成された多数の第1拡散層54を含むことができる。   Referring to FIGS. 3 and 4A to 4C, the device includes a first conductivity type well 50 formed on a substrate, and a second conductivity type well 52 formed by bonding to the first conductivity type well 50. Including. A first conductivity type first diffusion layer 54 is formed in the first conductivity type well 50, and a first conductivity type second diffusion layer 56 and a second conductivity type are formed in the second conductivity type well 52. A third diffusion layer 58 and a second conductivity type fourth diffusion layer 60 are formed. The first conductive type second diffusion layer 56 and the second conductive type fourth diffusion layer 60 may be formed adjacent to each other. In addition, the second diffusion layer 56 may be located between the first diffusion layer 54 and the fourth diffusion layer 60. The second conductivity type well 52 may include a switching path 52a having a narrow width W. The switching path 52 a may be located between the second diffusion layer 56 and the third diffusion layer 58. The first diffusion layer 54 may be formed in the first conductivity type well 50 adjacent to the switching path 52a. In the present invention, the second conductivity type well 52 may include a plurality of switching paths 52a. At this time, the first diffusion layer 54 may be located between the switching paths 52a. That is, the present invention may include a plurality of first diffusion layers 54 formed in the first conductivity type well 50 between the plurality of switching paths 52a.

この素子で前記第2拡散層56、前記第2導電型のウェル52及び前記第1導電型のウェル50は各々NPNバイポーラトランジスタのエミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域を構成して、前記第3拡散層58が形成された第2導電型のウェル52、前記第1導電型のウェル50及び前記第4拡散層60が形成された第2導電型のウェル52は各々PNPバイポーラトランジスタのエミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域を構成する。   In this element, the second diffusion layer 56, the second conductivity type well 52, and the first conductivity type well 50 constitute an emitter region, a base region, and a collector region of an NPN bipolar transistor, respectively. The second conductivity type well 52 in which the layer 58 is formed, the first conductivity type well 50 and the second conductivity type well 52 in which the fourth diffusion layer 60 is formed are respectively an emitter region and a base of a PNP bipolar transistor. A region and a collector region are formed.

前記第1拡散層54及び前記第3拡散層58は第1パッド64に電気的に連結されることができ、前記第2拡散層56及び前記第4拡散層60は第2パッド66に電気的に連結されることができる。前記第1パッド64には電源電圧のような正電圧が印加されることができ、前記第2パッド66には接地電圧が印加されることができる。前記第1パッド64に正電圧が印加され、前記第2パッド66に接地電圧が印加される時、前記第1導電型のウェル50と前記第2導電型のウェル52からなる接合は逆方向バイアスされて空乏層が形成される。本発明で第1パッド64及び第2パッド66に正常動作電圧が印加される時、前記スイッチング経路52aはオフされて第1パッド64から第2パッド66に至る電流経路が遮断されることが望ましい。電流経路を遮断する方法では、前記スイッチング経路52aが完全空乏になるようにする方法を適用することができる。前記第1パッド64及び前記第2パッド66に正電圧及び接地電圧が連結される時、空乏領域幅の2倍より前記スイッチング経路52aの幅が小さければ、前記スイッチング経路52aの両方の接合部から拡張された空乏領域によって前記スイッチング経路52aが完全空乏になることができる。したがって、通常の駆動電圧が前記第1パッド64及び前記第2パッド66に印加される時、完全空乏されたスイッチング経路52aによって第1パッド64から第2パッド66に至る電流の経路が遮断されることができる。   The first diffusion layer 54 and the third diffusion layer 58 may be electrically connected to the first pad 64, and the second diffusion layer 56 and the fourth diffusion layer 60 may be electrically connected to the second pad 66. Can be linked to. A positive voltage such as a power supply voltage can be applied to the first pad 64, and a ground voltage can be applied to the second pad 66. When a positive voltage is applied to the first pad 64 and a ground voltage is applied to the second pad 66, the junction composed of the first conductivity type well 50 and the second conductivity type well 52 is reverse-biased. As a result, a depletion layer is formed. In the present invention, when a normal operating voltage is applied to the first pad 64 and the second pad 66, the switching path 52a is turned off and the current path from the first pad 64 to the second pad 66 is preferably cut off. . As a method for cutting off the current path, a method of completely depleting the switching path 52a can be applied. When a positive voltage and a ground voltage are connected to the first pad 64 and the second pad 66, if the width of the switching path 52a is smaller than twice the depletion region width, both junctions of the switching path 52a The switching path 52a can be completely depleted due to the extended depletion region. Accordingly, when a normal driving voltage is applied to the first pad 64 and the second pad 66, the current path from the first pad 64 to the second pad 66 is blocked by the fully depleted switching path 52a. be able to.

図5A乃至5C及び図6A乃至6Cは本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。   5A to 5C and FIGS. 6A to 6C are diagrams for explaining the operation of the electrostatic discharge preventing device according to the first embodiment of the present invention.

図5A乃至図5Cを参照すると、前記第1パッド64及び前記第2パッド66に通常の駆動電圧である正電圧と接地電圧が印加されれば、前記n型のウェル50とp型のウェル52からなるNP接合は逆方向バイアスされ、前記スイッチング経路52aには両方の空乏層70が拡張されて互いに連結される完全空乏領域が形成される。この状態では前記第1パッド64から前記第2パッド66に至る電流経路が遮断される。   5A to 5C, when a positive voltage and a ground voltage, which are normal driving voltages, are applied to the first pad 64 and the second pad 66, the n-type well 50 and the p-type well 52 are used. The NP junction consisting of is reverse-biased, and the depletion layer 70 is expanded in the switching path 52a to form a fully depleted region connected to each other. In this state, the current path from the first pad 64 to the second pad 66 is interrupted.

図6A乃至図6Cを参照すると、非正常的な高電圧または高電流が前記第1パッド64を通じて流入されれば、逆方向バイアスされたNP接合が降伏によってPNPバイポーラトランジスタQ3とNPNバイポーラトランジスタQ4がターンオンされ、前記第1パッド64側の第2導電型のウェル52、前記第1導電型のウェル50、前記第2パッド66側の第2導電型のウェル52及び前記第2拡散層56で構成されるPNPN接合経路を通じて電荷が放電する。この時、正帰還(positive feedback)によって前記n型のウェル50とp型のウェル52からなるNP接合の空乏層70aの幅が減る。その結果、前記スイッチング経路52aを通じて前記第1パッド64から前記第2パッド66に至る電流の経路が一時的に形成される。前記第1パッド64、前記第3拡散層58、前記第2導電型のウェル52、前記第2拡散層56及び前記第2パッド66からなる電流経路は抵抗成分を有するので、電流が増加することによって電圧が上昇して、正帰還が抑制されながら前記スイッチング経路52は再び完全空乏になり、PNPバイポーラトランジスタQ3及びNPNバイポーラトランジスタQ4がターンオンされて再び電流経路が形成される。   Referring to FIGS. 6A to 6C, if an abnormal high voltage or high current flows through the first pad 64, the reverse biased NP junction is broken down so that the PNP bipolar transistor Q3 and the NPN bipolar transistor Q4 The second conductive type well 52 on the first pad 64 side, the first conductive type well 50, the second conductive type well 52 on the second pad 66 side, and the second diffusion layer 56 are turned on. The electric charge is discharged through the PNPN junction path. At this time, the width of the depletion layer 70a of the NP junction composed of the n-type well 50 and the p-type well 52 is reduced by positive feedback. As a result, a current path from the first pad 64 to the second pad 66 is temporarily formed through the switching path 52a. Since the current path including the first pad 64, the third diffusion layer 58, the second conductivity type well 52, the second diffusion layer 56, and the second pad 66 has a resistance component, the current increases. As a result, the switching path 52 is completely depleted again while positive feedback is suppressed, and the PNP bipolar transistor Q3 and the NPN bipolar transistor Q4 are turned on to form a current path again.

図7は本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の特性を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing characteristics of the electrostatic discharge preventing element according to the first embodiment of the present invention.

グラフにおいて、線Aはシリコン制御整流器の電流−電圧曲線であり、線Bは逆方向バイアスされたPN接合ダイオードの電流−電圧曲線であり、線Cは本発明による静電気放電保護素子の電流−電圧曲線である。   In the graph, line A is the current-voltage curve of the silicon controlled rectifier, line B is the current-voltage curve of the reverse biased PN junction diode, and line C is the current-voltage of the electrostatic discharge protection element according to the present invention. It is a curve.

図7に示したように、一般的なシリコン制御整流器はトリガ電圧Vに到逹すれば、強いスナップバック動作が起きた以後、ラッチアップによって電流が急に増加することを示す。この時、シリコン制御整流器に連結されたパッドがホールド電圧Vより高い電圧が印加される電源電圧パッドの場合、過多電流による局地的な熱的損傷を発生させることができる。逆方向バイアスされたPN接合ダイオードは接合降伏以後、電圧が持続的に上昇しながら正のインピーダンス状態が維持されて電流が漸進的に増加するので、過多電流による局地的な熱的損傷は発生しないが、瞬間的に供給される多量の電荷の放電には適しない。 As shown in FIG. 7, when a typical silicon controlled rectifier reaches the trigger voltage V T , the current suddenly increases due to latch-up after a strong snapback operation occurs. At this time, if the pad connected to the silicon controlled rectifier is a power supply voltage pad to which a voltage higher than the hold voltage V H is applied, local thermal damage due to excessive current can be generated. A reverse-biased PN junction diode maintains a positive impedance state while the voltage continuously rises after the junction breakdown, and the current gradually increases. Therefore, local thermal damage due to excessive current occurs. However, it is not suitable for discharging a large amount of electric charge supplied instantaneously.

これに比べて、本発明による静電気放電保護素子はトリガ電圧Vの以後に一時的にスナップバック動作が起こるが、すぐ正帰還によって空乏領域の幅が減少して、スイッチング経路52が抵抗の役割を果たして電圧が再上昇する。続いて、再び静電気放電保護素子がトリガされてスナップバック動作が起こる。電流−電圧曲線Cから分かるように、本発明による静電気放電保護素子はスナップバック動作及び電圧上昇が繰り返して行われて、瞬間的なESD電流を効果的に放電することだけではなく、多量の電荷が供給されるEOSパルスが流入されても過多電流(current crowding)を起こせず、電流経路を分散させて局地的な熱的破壊を防止することができる。 Compared to this, the electrostatic discharge protection device according to the present invention is temporarily snapback operation subsequent trigger voltage V T occurs, decreasing the width of the depletion region by immediately positive feedback, role switching path 52 of the resistor And the voltage rises again. Subsequently, the electrostatic discharge protection element is triggered again and a snapback operation occurs. As can be seen from the current-voltage curve C, the electrostatic discharge protection device according to the present invention is not only effective in discharging an instantaneous ESD current by repeatedly performing a snapback operation and a voltage increase, but also a large amount of charge. Even if an EOS pulse supplied with the current is supplied, excessive current (current crowding) does not occur, and the current path is dispersed to prevent local thermal destruction.

図8は本発明の第2実施形態による静電気放電防止素子を示す平面図である。   FIG. 8 is a plan view showing an electrostatic discharge preventing element according to a second embodiment of the present invention.

図9A乃至図9Cは各々図8のI−I’、II−II’及びIII−III’に沿って切断した断面図である。   9A to 9C are cross-sectional views taken along lines I-I ', II-II', and III-III 'of FIG.

図8及び図9A乃至図9Cを参照すると、静電気放電防止素子は第1導電型のウェルの内部に形成された第2導電型のウェルと、前記第2導電型のウェルの周りを囲む第1導電型のガードリング構造を有することができる。第1導電型はn型でありうるし、第2導電型はp型でありうる。   Referring to FIGS. 8 and 9A to 9C, the ESD protection device includes a second conductivity type well formed in the first conductivity type well and a first conductivity type well surrounding the second conductivity type well. It can have a conductive guard ring structure. The first conductivity type may be n-type, and the second conductivity type may be p-type.

半導体基板100に形成された第1導電型のウェル110内に前記第1導電型のウェル110と接合されて第2導電型のウェル112が形成されている。前記半導体基板100に素子分離膜105が形成されて複数の活性領域を画定する。前記活性領域に後述の導電性拡散層が形成される。第1導電型のウェル110内に第1導電型の第1拡散層114が形成されており、前記第2導電型のウェル112内に第1導電型の第2拡散層116、第2導電型の第3拡散層118及び第2導電型の第4拡散層120が形成されている。前記第1導電型の第2拡散層116及び前記第2導電型の第4拡散層120は隣接して形成されることができる。また、前記第2拡散層116は前記第1拡散層114及び前記第4拡散層120の間に位置することができる。前記第2導電型のウェルは幅が狭いスイッチング経路112aを含むことができる。前記スイッチング経路112aは前記第2拡散層116及び前記第3拡散層118の間に位置することができる。前記第1拡散層114は前記スイッチング経路112aに隣接して前記第1導電型のウェル110に形成されることができる。本実施形態でも、前記第2導電型のウェルは多数のスイッチング経路112aを含むことができる。この時、前記第1拡散層114は前記スイッチング経路112aの間に位置することができる。すなわち、本発明は多数のスイッチング経路112aの間の第1導電型のウェル110に形成された多数の第1拡散層114を含むことができる。   A second conductivity type well 112 is formed in the first conductivity type well 110 formed in the semiconductor substrate 100 and joined to the first conductivity type well 110. An isolation layer 105 is formed on the semiconductor substrate 100 to define a plurality of active regions. A conductive diffusion layer, which will be described later, is formed in the active region. A first conductivity type first diffusion layer 114 is formed in the first conductivity type well 110, and the first conductivity type second diffusion layer 116 and the second conductivity type are formed in the second conductivity type well 112. The third diffusion layer 118 and the second conductivity type fourth diffusion layer 120 are formed. The first conductive type second diffusion layer 116 and the second conductive type fourth diffusion layer 120 may be formed adjacent to each other. In addition, the second diffusion layer 116 may be positioned between the first diffusion layer 114 and the fourth diffusion layer 120. The second conductivity type well may include a switching path 112a having a narrow width. The switching path 112 a may be located between the second diffusion layer 116 and the third diffusion layer 118. The first diffusion layer 114 may be formed in the first conductivity type well 110 adjacent to the switching path 112a. Also in the present embodiment, the second conductivity type well may include a plurality of switching paths 112a. At this time, the first diffusion layer 114 may be located between the switching paths 112a. That is, the present invention may include a plurality of first diffusion layers 114 formed in the first conductivity type well 110 between the plurality of switching paths 112a.

この素子で前記第2拡散層116、前記第2導電型のウェル112及び前記第1導電型のウェル110は各々NPNバイポーラトランジスタのエミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域を構成して、前記第2導電型の第3拡散層118が形成された第2導電型ウェル112、前記第1導電型ウェル110及び前記第2導電型の第4拡散層120が形成された第2導電型のウェル112は各々PNPバイポーラトランジスタQ4のエミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域を構成する。   In this element, the second diffusion layer 116, the second conductivity type well 112, and the first conductivity type well 110 constitute an emitter region, a base region, and a collector region of an NPN bipolar transistor, respectively. The second conductivity type well 112 in which the third diffusion layer 118 of the type is formed, the first conductivity type well 110, and the second conductivity type well 112 in which the fourth diffusion type 120 of the second conductivity type is formed, respectively. An emitter region, a base region, and a collector region of the PNP bipolar transistor Q4 are formed.

前記第1拡散層114及び前記第3拡散層118は第1パッド124に電気的に連結されることができ、前記第2拡散層116及び前記第4拡散層120は第2パッド126に電気的に連結されることができる。前記第1パッド124には電源電圧のような正電圧が印加されることができ、前記第2パッド126には接地電圧が印加されることができる。前記第1パッド124に正電圧が印加され、前記第2パッド126に接地電圧が印加される時、前記第1導電型のウェル110と前記第2導電型のウェル112からなる接合は逆方向バイアスされて空乏層が形成される。本発明で第1パッド124及び第2パッド126に正常動作電圧が印加される時、前記スイッチング経路112aはオフされて第1パッド124から第2パッド126に至る電流経路が遮断されることが望ましい。電流経路を遮断する方法では、前記スイッチング経路112aが完全空乏になるようにする方法を適用することができる。前記第1パッド124及び前記第2パッド126に正電圧及び接地電圧が連結される時、空乏領域幅の2倍より前記スイッチング経路112aの幅が小さければ、前記スイッチング経路112aの両方接合部から拡張された空乏領域によって前記スイッチング経路112aが完全空乏になることができる。   The first diffusion layer 114 and the third diffusion layer 118 may be electrically connected to the first pad 124, and the second diffusion layer 116 and the fourth diffusion layer 120 may be electrically connected to the second pad 126. Can be linked to. A positive voltage such as a power supply voltage can be applied to the first pad 124, and a ground voltage can be applied to the second pad 126. When a positive voltage is applied to the first pad 124 and a ground voltage is applied to the second pad 126, the junction composed of the first conductivity type well 110 and the second conductivity type well 112 is reverse biased. As a result, a depletion layer is formed. In the present invention, when a normal operating voltage is applied to the first pad 124 and the second pad 126, the switching path 112a is turned off, and the current path from the first pad 124 to the second pad 126 is preferably cut off. . As a method for interrupting the current path, a method for completely depleting the switching path 112a can be applied. When a positive voltage and a ground voltage are connected to the first pad 124 and the second pad 126, if the width of the switching path 112a is smaller than twice the width of the depletion region, it is expanded from both junctions of the switching path 112a. The switching path 112a can be completely depleted by the depleted region.

前記第2導電型ウェル112の周辺を囲む活性領域に第1導電型のガードリング拡散層122がさらに形成されることができる。前記ガードリング拡散層122は前記第1パッド124に連結されて正電圧が印加されることができる。   A first conductivity type guard ring diffusion layer 122 may be further formed in an active region surrounding the periphery of the second conductivity type well 112. The guard ring diffusion layer 122 may be connected to the first pad 124 to apply a positive voltage.

図10は本発明の第3実施形態による静電気放電防止素子を示す平面図である。   FIG. 10 is a plan view showing an electrostatic discharge preventing device according to a third embodiment of the present invention.

図11A及び図11Bは各々図10のI−I’、II−II’に沿って切断した断面図である。   11A and 11B are cross-sectional views taken along lines I-I 'and II-II' in FIG.

図10、図11A、図11Bを参照すると、本発明による静電気放電保護素子は三重ウェル構造(triple well structure)で実現されることができる。   Referring to FIGS. 10, 11A, and 11B, the electrostatic discharge protection device according to the present invention may be implemented with a triple well structure.

半導体基板200に第1導電型のウェル210が形成され、前記第1導電型のウェル210の側壁に接して第2導電型の第1ウェル211が形成される。前記第1導電型のウェル210内に前記第1導電型のウェル210と接合され、第2導電型の第2ウェル212が形成される。前記半導体基板200に素子分離膜205が形成されて複数個の活性領域を画定して、前記活性領域に後述の導電性拡散層が形成される。第1導電型のウェル210内に第1導電型の第1拡散層214が形成され、前記第2導電型の第1ウェル211内に第1導電型の第2拡散層216及び第2導電型の第4拡散層220が形成され、前記第2導電型の第2ウェル212内に第2導電型の第3拡散層218が形成されている。前記第1導電型の第2拡散層216及び前記第2導電型の第4拡散層220は隣接して形成されることができる。また、前記第2拡散層216は前記第1拡散層214及び前記第4拡散層220の間に位置することができる。前記第2導電型の第1ウェル211及び第2ウェル212は幅が狭いスイッチング経路212aを含むことができる。前記スイッチング経路212aは前記第2導電型の第2ウェル212が拡張された部分でも良いし、前記第2導電型の第1ウェル212が拡張された部分でも良い。前記スイッチング経路212aは前記第2拡散層216及び前記第3拡散層218の間に位置することができる。前記第1拡散層214は前記スイッチング経路212aに隣接して前記第1導電型のウェル210に形成されることができる。前記第2導電型のウェルは多数のスイッチング経路212aを含むことができ、前記第1拡散層214は前記スイッチング経路212aの間に位置することができる。すなわち、本発明は多数のスイッチング経路212aの間の第1導電型のウェル210に形成された多数の第1拡散層214を含むことができる。   A first conductivity type well 210 is formed in the semiconductor substrate 200, and a second conductivity type first well 211 is formed in contact with the side wall of the first conductivity type well 210. A second conductivity type second well 212 is formed in the first conductivity type well 210 and joined to the first conductivity type well 210. A device isolation layer 205 is formed on the semiconductor substrate 200 to define a plurality of active regions, and a conductive diffusion layer to be described later is formed in the active regions. A first conductivity type first diffusion layer 214 is formed in the first conductivity type well 210, and the first conductivity type second diffusion layer 216 and the second conductivity type are formed in the second conductivity type first well 211. The fourth diffusion layer 220 is formed, and the second conductivity type third diffusion layer 218 is formed in the second conductivity type second well 212. The first conductive type second diffusion layer 216 and the second conductive type fourth diffusion layer 220 may be formed adjacent to each other. In addition, the second diffusion layer 216 may be positioned between the first diffusion layer 214 and the fourth diffusion layer 220. The first conductivity type first well 211 and the second well 212 may include a switching path 212a having a narrow width. The switching path 212a may be a portion where the second conductivity type second well 212 is expanded, or may be a portion where the second conductivity type first well 212 is expanded. The switching path 212 a may be located between the second diffusion layer 216 and the third diffusion layer 218. The first diffusion layer 214 may be formed in the first conductivity type well 210 adjacent to the switching path 212a. The second conductivity type well may include a plurality of switching paths 212a, and the first diffusion layer 214 may be located between the switching paths 212a. That is, the present invention may include a number of first diffusion layers 214 formed in the first conductivity type well 210 between the number of switching paths 212a.

この素子で前記第2拡散層216、前記第2導電型のウェル212及び前記第1導電型のウェル210は各々NPNバイポーラトランジスタのエミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域を構成して、前記第2導電型の第2ウェル212、前記第1導電型のウェル210及び前記第2導電型の第1ウェル212は各々PNPバイポーラトランジスタのエミッタ領域、ベース領域及びコレクタ領域を構成する。   In this element, the second diffusion layer 216, the second conductivity type well 212, and the first conductivity type well 210 constitute an emitter region, a base region, and a collector region of an NPN bipolar transistor, respectively. The second well 212 of the type, the well 210 of the first conductivity type, and the first well 212 of the second conductivity type constitute an emitter region, a base region, and a collector region of the PNP bipolar transistor, respectively.

前記第1拡散層214及び前記第3拡散層218は第1パッド224に電気的に連結されることができ、前記第2拡散層216及び前記第4拡散層218は第2パッド226に電気的に連結されることができる。前記第1パッド224には電源電圧のような正電圧が印加されることができ、前記第2パッド226には接地電圧が印加されることができる。前記第1パッド224に正電圧が印加され、前記第2パッド226に接地電圧が印加される時、前記第1導電型のウェル210と前記第2導電型のウェル211、212からなる接合は逆方向バイアスされて空乏層が形成される。本発明で第1パッド224及び第2パッド226に正常動作電圧が印加される時、前記スイッチング経路212aはオフされて第1パッド224から第2パッド226に至る電流経路が遮断されることが望ましい。電流経路を遮断する方法では、前記スイッチング経路212aが完全空乏になるようにする方法を適用することができる。前記第1パッド224及び前記第2パッド226に正電圧及び接地電圧が連結される時、空乏領域幅の2倍より前記スイッチング経路212aの幅が小さければ、前記スイッチング経路212aの両方接合部から拡張された空乏領域によって前記スイッチング経路212aが完全空乏になることができる。   The first diffusion layer 214 and the third diffusion layer 218 may be electrically connected to the first pad 224, and the second diffusion layer 216 and the fourth diffusion layer 218 may be electrically connected to the second pad 226. Can be linked to. A positive voltage such as a power supply voltage can be applied to the first pad 224, and a ground voltage can be applied to the second pad 226. When a positive voltage is applied to the first pad 224 and a ground voltage is applied to the second pad 226, the junction composed of the first conductivity type well 210 and the second conductivity type wells 211 and 212 is reversed. Directionally biased to form a depletion layer. In the present invention, when a normal operating voltage is applied to the first pad 224 and the second pad 226, the switching path 212a is turned off, and the current path from the first pad 224 to the second pad 226 is preferably cut off. . As a method of interrupting the current path, a method of making the switching path 212a completely depleted can be applied. When a positive voltage and a ground voltage are connected to the first pad 224 and the second pad 226, if the width of the switching path 212a is smaller than twice the width of the depletion region, it is expanded from both junctions of the switching path 212a. The switching path 212a can be completely depleted by the depleted region.

前記第1導電型のウェル210内に形成された第2導電型の第2ウェル212周辺を囲む活性領域に第1導電型のガードリング拡散層210が形成されることができる。前記ガードリング拡散層210は前記第1パッド224に電気的に連結される。   A first conductivity type guard ring diffusion layer 210 may be formed in an active region surrounding the second conductivity type second well 212 formed in the first conductivity type well 210. The guard ring diffusion layer 210 is electrically connected to the first pad 224.

従来技術による静電気放電防止素子を示す図である。It is a figure which shows the electrostatic discharge prevention element by a prior art. 従来技術による静電気放電防止素子の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the electrostatic discharge prevention element by a prior art. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子を示す平面図である。It is a top view which shows the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 図3のI−I’に沿って切断した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 3. 図3のII−II’に沿って切断した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 3. 図3のIII−III’に沿って切断した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ in FIG. 3. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the electrostatic discharge prevention element by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による静電気放電防止素子の特性を示すグラフである。3 is a graph illustrating characteristics of the electrostatic discharge preventing element according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による静電気放電防止素子を示す平面図である。It is a top view which shows the electrostatic discharge prevention element by 2nd Embodiment of this invention. 図8のI−I’に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along I-I 'of FIG. 図8のII−II’に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along II-II 'of FIG. 図8のIII−III’に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along III-III 'of FIG. 本発明の第3実施形態による静電気放電防止素子を示す平面図である。It is a top view which shows the electrostatic discharge prevention element by 3rd Embodiment of this invention. 図10のI−I’に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along I-I 'of FIG. 図10のII−II’に沿って切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected along II-II 'of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

50 第1導電型ウェル
52 第2導電型ウェル
52a スイッチング経路
54 第1拡散層
56 第2拡散層
58 第3拡散層
60 第4拡散層
64 第1パッド
66 第2パッド
70 空乏層
50 First conductivity type well 52 Second conductivity type well 52a Switching path 54 First diffusion layer 56 Second diffusion layer 58 Third diffusion layer 60 Fourth diffusion layer 64 First pad 66 Second pad 70 Depletion layer

Claims (22)

第1パッドに連結された第1導電型の第1ウェルと、
第2パッドに連結された第1導電型の第2ウェルと、
前記第2パッドに連結された第2ウェル内の第2導電型の第2拡散層と、
前記第1パッドに連結された第2導電型の第3ウェルと、
前記第1ウェル、前記第3ウェル、前記第2ウェル、及び前記第2拡散層がこの順番で形成するPNPN接合経路と、
前記第3ウェルに形成され、前記第1ウェルと前記第2ウェルとを連結する第1導電型のスイッチング経路と、を含む静電気保護素子であって、
前記スイッチング経路は、前記第1パッド及び前記第2パッドに正常動作電圧が印加される時は少なくとも空乏領域になるように構成され、ESD発生の少なくとも一部の間には前記PNPN接合経路が電荷を放電することで正帰還によって前記空乏領域の幅が狭くなって抵抗経路を形成するように構成され、ESD発生の間に前記PNPN接合経路と前記抵抗経路とを通じて交互に複数回静電気電流を放電するように構成されることを特徴とする静電気放電保護素子。
A first well of a first conductivity type connected to the first pad;
A second well of the first conductivity type connected to the second pad;
A second diffusion layer of a second conductivity type in a second well connected to the second pad;
A second well of a second conductivity type connected to the first pad;
A PNPN junction path formed by the first well, the third well, the second well, and the second diffusion layer in this order;
A first conductive type switching path formed in the third well and connecting the first well and the second well;
The switching path is configured to be at least a depletion region when a normal operating voltage is applied to the first pad and the second pad, and the PNPN junction path is charged during at least part of the ESD generation. The depletion region width is narrowed by positive feedback to form a resistance path, and electrostatic current is discharged multiple times alternately through the PNPN junction path and the resistance path during ESD generation. An electrostatic discharge protection device, characterized by being configured to do so.
前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型であることを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection element according to claim 1, wherein the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type. 前記第1パッドは電源電圧に連結され、前記第2パッドは接地電圧に連結されることを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection device of claim 1, wherein the first pad is connected to a power supply voltage, and the second pad is connected to a ground voltage. 前記第1ウェルは第1導電型の第3拡散層を含み、前記第3拡散層は前記第1パッドに連結されることを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection device of claim 1, wherein the first well includes a third diffusion layer of a first conductivity type, and the third diffusion layer is connected to the first pad. 前記第2ウェルは第1導電型の第4拡散層をさらに含み、前記第4拡散層は前記第2パッドに連結されることを特徴とする請求項4に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection device of claim 4, wherein the second well further includes a fourth diffusion layer of a first conductivity type, and the fourth diffusion layer is connected to the second pad. 前記第3ウェルは第2導電型の第1拡散層を含み、前記第1拡散層は前記第1パッドに連結されることを特徴とする請求項5に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection device of claim 5, wherein the third well includes a first diffusion layer of a second conductivity type, and the first diffusion layer is connected to the first pad. 前記第1ウェルと前記第2ウェルの両方が前記第3ウェル内に形成されることを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection element according to claim 1, wherein both the first well and the second well are formed in the third well. 前記第1ウェルは前記第3ウェル内に形成されて、前記第2ウェルは第1導電型の基板内に形成されることを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection device of claim 1, wherein the first well is formed in the third well, and the second well is formed in a substrate of a first conductivity type. 前記スイッチング経路を含む活性領域、及び第2導電型のガードリングを画定するための素子分離膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の静電気放電保護素子。   The electrostatic discharge protection device of claim 1, further comprising an isolation region for defining an active region including the switching path and a guard ring of a second conductivity type. PNPN接合経路と抵抗経路とを含む静電気放電回路素子を含み、第1パッドと第2パッドとの間に配置される静電気放電回路において、
前記PNPN接合経路が、
前記第1パッドに連結された第1導電型の第1ウェルと、
前記第2パッドに連結された第1導電型の第2ウェルと、
前記第2パッドに連結された第2ウェル内の第2導電型の第2拡散層と、
前記第1パッドに連結された第2導電型の第3ウェルと、
を用いて、前記第1ウェル、前記第3ウェル、前記第2ウェル、及び前記第2拡散層の順番で形成され、
前記抵抗経路は、前記第3ウェルに形成され、前記第1ウェルと前記第2ウェルとを連結する第1導電型のスイッチング経路に形成され、
前記スイッチング経路は、前記第1パッド及び前記第2パッドに正常動作電圧が印加される時は少なくとも空乏領域になるように構成され、ESD発生の少なくとも一部の間には前記PNPN接合経路が電荷を放電することで正帰還によって前記空乏領域の幅が狭くなって抵抗経路を形成するように構成され、前記静電気放電回路素子はESD発生の間に前記PNPN接合経路と前記抵抗経路とを通じて交互に複数回静電気電流を放電するように構成されることを特徴とする静電気放電回路。
In an electrostatic discharge circuit including an electrostatic discharge circuit element including a PNPN junction path and a resistance path and disposed between a first pad and a second pad,
The PNPN junction path is
A first well of a first conductivity type connected to the first pad;
A second well of a first conductivity type connected to the second pad;
A second diffusion layer of a second conductivity type in a second well connected to the second pad;
A second well of a second conductivity type connected to the first pad;
Are formed in the order of the first well, the third well, the second well, and the second diffusion layer,
The resistance path is formed in the third well, and is formed in a first conductivity type switching path connecting the first well and the second well,
The switching path is configured to be at least a depletion region when a normal operating voltage is applied to the first pad and the second pad, and the PNPN junction path is charged during at least part of the ESD generation. The depletion region is narrowed by positive feedback to form a resistance path, and the electrostatic discharge circuit element alternately passes through the PNPN junction path and the resistance path during ESD generation. An electrostatic discharge circuit configured to discharge an electrostatic current a plurality of times.
前記スイッチング経路は隣接したコンタクトホールの間に位置し、前記コンタクトホールは、前記第1パッドに連結された第ウェル内の第導電型の第1拡散層へのコンタクトホールであることを特徴とする請求項10に記載の静電気放電回路。 Characterized in that the switching path is located between adjacent contact holes, the contact hole is a contact hole in the second conductive type first diffusion layer of the third in-well coupled to the first pad The electrostatic discharge circuit according to claim 10. 前記スイッチング経路は、前記スイッチング経路を横切って完全空乏領域が形成されることができる広さを有することを特徴とする請求項10に記載の静電気放電回路。   The electrostatic discharge circuit of claim 10, wherein the switching path has a width that allows a fully depleted region to be formed across the switching path. 前記PNPN接合経路はシリコン制御整流器を含むことを特徴とする請求項10に記載の静電気放電回路。   The electrostatic discharge circuit of claim 10, wherein the PNPN junction path includes a silicon controlled rectifier. 前記シリコン制御整流器はPNPバイポーラトランジスタとNPNバイポーラトランジスタとを含むことを特徴とする請求項13に記載の静電気放電回路。   14. The electrostatic discharge circuit of claim 13, wherein the silicon controlled rectifier includes a PNP bipolar transistor and an NPN bipolar transistor. 前記PNPバイポーラトランジスタと前記NPNバイポーラトランジスタは正帰還状態で動作して、前記シリコン制御整流器をトリガさせて、静電気電流を放電する低いインピーダンス放電チャンネルを形成することを特徴とする請求項14に記載の静電気放電回路。 Said PNP bipolar transistor and the NPN bipolar transistor is operating in a positive feedback condition, by triggering the silicon controlled rectifier, according to claim 14, characterized in that to form a low impedance discharge channel for discharging electrostatic current Electrostatic discharge circuit. 前記スイッチング経路を含む活性領域及びガードリングを画定する素子分離膜をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載の静電気放電回路。   The electrostatic discharge circuit of claim 10, further comprising an isolation layer defining an active region including the switching path and a guard ring. 第1パッドに連結された第1導電型の第1ウェルと、
第2パッドに連結された第1導電型の第2ウェルと、
前記第2パッドに連結された第2ウェル内の第2導電型の第2拡散層と、
前記第1パッドに連結された第2導電型の第3ウェルと、
前記第1ウェル、前記第3ウェル、前記第2ウェル、及び前記第2拡散層がこの順番で形成するPNPN接合経路と、
前記第3ウェルに形成され、前記第1ウェルと前記第2ウェルとを連結する第1導電型のスイッチング経路に形成された抵抗経路と、を含む静電気放電回路素子であって、
前記スイッチング経路は、前記第1パッド及び前記第2パッドに正常動作電圧が印加される時は少なくとも空乏領域になるように構成され、ESD発生の少なくとも一部の間には前記PNPN接合経路が電荷を放電することで正帰還によって前記空乏領域の幅が狭くなって抵抗経路を形成するように構成され、前記静電気放電回路素子はESD発生の間に、前記第1パッドと前記第2パッドとの間で前記PNPN接合経路と前記抵抗経路とを通じて交互に複数回静電気電流を放電することを特徴とする静電気放電による静電気電流分散方法。
A first well of a first conductivity type connected to the first pad;
A second well of the first conductivity type connected to the second pad;
A second diffusion layer of a second conductivity type in a second well connected to the second pad;
A second well of a second conductivity type connected to the first pad;
A PNPN junction path formed by the first well, the third well, the second well, and the second diffusion layer in this order;
An electrostatic discharge circuit element formed in the third well and including a resistance path formed in a first conductivity type switching path connecting the first well and the second well;
The switching path is configured to be at least a depletion region when a normal operating voltage is applied to the first pad and the second pad, and the PNPN junction path is charged during at least part of the ESD generation. The depletion region is narrowed by positive feedback to form a resistance path, and the electrostatic discharge circuit element is connected between the first pad and the second pad during ESD. An electrostatic current distribution method using electrostatic discharge, wherein electrostatic current is discharged alternately a plurality of times through the PNPN junction path and the resistance path.
前記静電気電流を相互に放電することは、
前記PNPN接合経路を形成する少なくとも二つのバイポーラトランジスタを通じて電流の流れを誘導して、正帰還状態を形成して、静電気電流を放電する低いインピーダンス放電チャンネルを形成することを含むことを特徴とする請求項17に記載の静電気電流分散方法。
Discharging the electrostatic currents to each other
Inducing current flow through at least two bipolar transistors forming the PNPN junction path to form a positive feedback state to form a low impedance discharge channel for discharging electrostatic current. Item 18. The electrostatic current distribution method according to Item 17 .
前記静電気電流を相互に放電することは、
前記正帰還状態によって、前記第3ウェルと、前記第1ウェル及び第2ウェルと、からなるNP接合近傍の空乏領域の幅を減少させ、前記スイッチング経路に形成された前記抵抗経路を通じて電流の流れを誘導することを含むことを特徴とする請求項18に記載の静電気電流分散方法。
Discharging the electrostatic currents to each other
Due to the positive feedback state, the width of a depletion region near the NP junction including the third well, the first well, and the second well is reduced, and current flows through the resistance path formed in the switching path. The electrostatic current distribution method according to claim 18 , further comprising inducing.
前記静電気電流を相互に放電することは、
前記抵抗経路に電流が流れることで正帰還を抑制することによって、前記スイッチング経路に形成された前記抵抗経路を通じる電流の流れを遮断する完全空乏領域を、前記第3ウェルと、前記第1及び第2ウェルと、からなるNP接合の近傍に形成することを含むことを特徴とする請求項19に記載の静電気電流分散方法。
Discharging the electrostatic currents to each other
A full depletion region that blocks the flow of current through the resistance path formed in the switching path by suppressing positive feedback by current flowing through the resistance path, the third well, the first and the first and The electrostatic current distribution method according to claim 19 , further comprising: forming in the vicinity of an NP junction including the second well.
前記静電気電流を相互に放電することは、
前記抵抗経路を通じる電流の遮断に応答して、前記PNPN接合経路を形成する少なくとも二つのバイポーラトランジスタを通じる電流の流れを再び誘導することを含むことを特徴とする請求項20に記載の静電気電流分散方法。
Discharging the electrostatic currents to each other
21. The electrostatic current of claim 20 , comprising re-inducing current flow through at least two bipolar transistors forming the PNPN junction path in response to interruption of current through the resistance path. Distribution method.
第1パッドと、
第2パッドと、
前記第1パッドと前記第2パッドとの間に連結された静電気放電回路素子と、を含み、
前記静電気放電回路素子が、
前記第1パッドに連結された第1導電型の第1ウェルと、
前記第2パッドに連結された第1導電型の第2ウェルと、
前記第2パッドに連結された第2ウェル内の第2導電型の第2拡散層と、
前記第1パッドに連結された第2導電型の第3ウェルと、
前記第1ウェル、前記第3ウェル、前記第2ウェル、及び前記第2拡散層がこの順番で形成するPNPN接合経路と、
前記第3ウェルに形成され、前記第1ウェルと前記第2ウェルとを連結する第1導電型のスイッチング経路に形成された抵抗経路と、を含み、
前記スイッチング経路は、前記第1パッド及び前記第2パッドに正常動作電圧が印加される時は少なくとも空乏領域になるように構成され、ESD発生の少なくとも一部の間には前記PNPN接合経路が電荷を放電することで正帰還によって前記空乏領域の幅が狭くなって抵抗経路を形成するように構成され、前記静電気放電回路素子はESD発生の間にPNPN接合経路と前記抵抗経路とを通じて交互に複数回静電気電流を放電する手段を含むことを特徴とする静電気放電回路。
A first pad;
A second pad;
An electrostatic discharge circuit element connected between the first pad and the second pad;
The electrostatic discharge circuit element is
A first well of a first conductivity type connected to the first pad;
A second well of a first conductivity type connected to the second pad;
A second diffusion layer of a second conductivity type in a second well connected to the second pad;
A second well of a second conductivity type connected to the first pad;
A PNPN junction path formed by the first well, the third well, the second well, and the second diffusion layer in this order;
A resistance path formed in a switching path of a first conductivity type formed in the third well and connecting the first well and the second well;
The switching path is configured to be at least a depletion region when a normal operating voltage is applied to the first pad and the second pad, and the PNPN junction path is charged during at least part of the ESD generation. The depletion region is narrowed by positive feedback to form a resistance path, and a plurality of electrostatic discharge circuit elements are alternately provided through the PNPN junction path and the resistance path during ESD generation. An electrostatic discharge circuit comprising means for discharging a static electricity.
JP2006027488A 2005-02-07 2006-02-03 Electrostatic discharge protection element Expired - Fee Related JP5269294B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050011296A KR101118709B1 (en) 2005-02-07 2005-02-07 Electrostatic discharge protection device
KR10-2005-0011296 2005-02-07
US11/201,365 2005-08-11
US11/201,365 US7888739B2 (en) 2005-02-07 2005-08-11 Electrostatic discharge circuit and method of dissipating an electrostatic current

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006222421A JP2006222421A (en) 2006-08-24
JP5269294B2 true JP5269294B2 (en) 2013-08-21

Family

ID=36984483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006027488A Expired - Fee Related JP5269294B2 (en) 2005-02-07 2006-02-03 Electrostatic discharge protection element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5269294B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091687A (en) * 2006-10-03 2008-04-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor integrated circuit device
JP5224690B2 (en) * 2007-01-10 2013-07-03 株式会社三社電機製作所 Transistor
US7834378B2 (en) * 2007-08-28 2010-11-16 Fairchild Korea Semiconductor Ltd SCR controlled by the power bias
JP5820311B2 (en) * 2012-03-02 2015-11-24 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3248490B2 (en) * 1998-08-12 2002-01-21 日本電気株式会社 I / O protection device
US6538266B2 (en) * 2000-08-11 2003-03-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Protection device with a silicon-controlled rectifier
JP2002094001A (en) * 2000-09-11 2002-03-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Esd protection structure of semiconductor integrated circuit
JP2004319801A (en) * 2003-04-17 2004-11-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006222421A (en) 2006-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006319330A (en) Device for protecting from electrostatic discharge
JP6187984B2 (en) Semiconductor device for electrostatic discharge protection having regions of alternating conduction type
TWI496265B (en) Semiconductor device for electrostatic discharge protection
US6858902B1 (en) Efficient ESD protection with application for low capacitance I/O pads
JP2006303110A (en) Semiconductor device
JP2009512217A (en) Low-capacity SCR with trigger element
JP2015500566A (en) High holding voltage, mixed voltage domain electrostatic discharge clamp
US20040136127A1 (en) Electro-static discharge protection device
KR101118709B1 (en) Electrostatic discharge protection device
JP2007335441A (en) Electrostatic breakdown protection device
JP5269294B2 (en) Electrostatic discharge protection element
KR100750588B1 (en) Electrostatic discharge protection device
JP2006278911A (en) Electrostatic protective circuit and semiconductor device including the same
US9087849B2 (en) Electrostatic discharge protection devices
KR20060042763A (en) Esd protection circuit of silicon controlled rectifier structure capable of operating at low triggering voltage
JP4403292B2 (en) Semiconductor device
US10861843B2 (en) Electrostatic discharge protection device
JP5023254B2 (en) Integrated circuit electrostatic discharge protection
KR101130766B1 (en) Electro-Static Discharge Protection Device
JPH09326472A (en) Pad protection diode composition
JP4504664B2 (en) Electrostatic discharge protection element and electrostatic discharge protection circuit
JP4781620B2 (en) Electrostatic discharge protection element
CN110120390B (en) Semiconductor device and method of constructing the same
JP2005079287A (en) Integrated circuit
JP4383085B2 (en) Electrostatic discharge protection element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120403

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120703

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120807

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121211

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130311

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130409

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130508

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees