JPH09191082A - Improved bipolar scr triggering for esd protection of high speed bipolar/bismuth-carbon-mos circuit - Google Patents

Improved bipolar scr triggering for esd protection of high speed bipolar/bismuth-carbon-mos circuit

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JPH09191082A
JPH09191082A JP8293083A JP29308396A JPH09191082A JP H09191082 A JPH09191082 A JP H09191082A JP 8293083 A JP8293083 A JP 8293083A JP 29308396 A JP29308396 A JP 29308396A JP H09191082 A JPH09191082 A JP H09191082A
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transistor
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JP8293083A
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Japanese (ja)
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Julian Zhiliang Chen
ジリアング チェン ジュリアン
Ajith Amerasekera
アメラセケラ アジス
Thomas A Vrotsos
エイ.ブロトソス トマス
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    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small silicon region and eliminate impedance to be added to a signal line almost completely by a method wherein a small shunt capacitance value and a small series resistance value are provided for input and output pins. SOLUTION: A small collector resistance value is obtained for a vertical N-P-N transistor which are built up on a structure 50 by an N+-type layer 54. P-type layers 56a and 56b are extended to the surface of the structure 50 to define isolation regions and an N-type well 58 is formed between the isolation regions. The N-type well 58 functions as the collector region of the N-P-N transistor. An N+-type region 76 is extended from the surface of the structure 50 to the inside of the N-type well 58 and hence functions as an N-P-N base contactor. A P+-type anode region 62 is formed in the N-P-N transistor N-type well 58 to form a P-N-P SCR structure. A P-N-P structure is defined by the P+-type anode region 62, the N-type well region 58, a P-type base region 66 and an N+-type region 68.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、全体的にいえば、
電子回路に関する。さらに詳細にいえば、本発明はバイ
ポーラ/BiCMOS回路のための静電気放電(ele
ctrostatic discharge、ESD)
保護回路に関する。
[0001] The present invention generally relates to
Regarding electronic circuits. More specifically, the present invention provides an electrostatic discharge (ele) for bipolar / BiCMOS circuits.
ctrostatic discharge, ESD)
Regarding the protection circuit.

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】入力回路および出力回
路を静電気放電(ESD)から保護するために、静電気
放電(ESD)保護回路を用いることはよく知られてい
る。すなわち、このような保護回路は、先行技術の米国
特許第5,268,588号、米国特許第4,896,
243号、米国特許第5,077,591号、米国特許
第5,060,037号、米国特許第5,012,31
7号、米国特許第5,225,702号、米国特許第
5,290,724号に開示されている。これらの特許
はすべて、本発明の譲渡人であるテキサス・インスツル
ーメンツ・インコーポレーテッド(Texas Ins
truments Incorporated)に譲渡
されている。バイポーラ/BiCMOS技術のためのE
SD保護回路は、NPN出力トランジスタのコレクタ・
ベース接合およびエミッタ結合論理(emitterc
oupled logic、ECL)装置のエミッタ・
ベース接合と共に、CMOS出力バッファの中のプルダ
ウンNMOSトランジスタを保護できることが必要であ
る。この保護回路が動作することにより、それらの付随
する装置のトリガ電圧およびホールド電圧よりも低い電
圧でオンにすることができる。ESD保護回路はまた、
それが効果的であるために、寄与する静電容量値はでき
るだけ小さくなければならなく、そして必要な表面領域
はできるだけ小さくなければならない。
The use of electrostatic discharge (ESD) protection circuits to protect input and output circuits from electrostatic discharge (ESD) is well known. That is, such a protection circuit is disclosed in prior art US Pat. No. 5,268,588 and US Pat.
243, US Pat. No. 5,077,591, US Pat. No. 5,060,037, US Pat. No. 5,012,31.
7, US Pat. No. 5,225,702, and US Pat. No. 5,290,724. All of these patents are Texas Instruments Incorporated, the assignee of the present invention.
have been transferred to Trumps Incorporated). E for Bipolar / BiCMOS technology
The SD protection circuit is the collector of the NPN output transistor.
Base-junction and emitter-coupled logic (emitterc)
an emitter of an open logic (ECL) device
It is necessary to be able to protect the pull-down NMOS transistor in the CMOS output buffer as well as the base junction. The operation of this protection circuit allows it to turn on at voltages below the trigger and hold voltages of their associated devices. The ESD protection circuit also
For it to be effective, the contributing capacitance value should be as small as possible, and the required surface area should be as small as possible.

【0003】ESD保護回路の多くは、図1の先行技術
に示されているように、回路入力に関して2段階保護方
式を用いている。典型的な場合、ESDの大きな電流パ
ルスは1次クランプ装置を通る。この1次クランプ装置
は、パッド電圧をクランプする。けれども、このクラン
プされた電圧はなお回路が受け取るにはあまりにも高い
電圧であり、したがって、2次クランプ装置が電圧を安
全な値にクランプする。2次クランプ装置が過大な電圧
を受け取らないように、電流制限装置が電流を制限す
る。
Many ESD protection circuits use a two-step protection scheme for circuit inputs, as shown in the prior art of FIG. Typically, a large ESD current pulse passes through the primary clamp device. This primary clamp device clamps the pad voltage. However, this clamped voltage is still too high for the circuit to receive, so the secondary clamping device clamps the voltage to a safe value. A current limiting device limits the current so that the secondary clamping device does not receive excessive voltage.

【0004】現在の技術のBiCMOS工程は、ESD
保護回路のために、NPN装置またはSCR(sili
con controlled rectifier、
シリコン制御整流器)装置を利用する。バイポーラ回路
のために設計されたSCR装置は、典型的には、NPN
トランジスタよりも高いトリガ電圧、および同程度また
は低くさえあるホールド電圧を示す。相補形酸化物半導
体(complimentary oxide sem
iconductor、CMOS)工程がさらに短いチ
ャンネル長およびゲート酸化物を有するトランジスタに
発展する時、入力回路と出力回路との両方を静電気放電
による損傷から保護することはますます困難になる。
Current technology BiCMOS process is ESD
NPN device or SCR (sili) for protection circuit
con controlled rectifier,
Silicon controlled rectifier) device. SCR devices designed for bipolar circuits typically use NPN.
It exhibits a higher trigger voltage than a transistor and a hold voltage that is comparable or even lower. Complementary oxide semiconductor (complementary oxide semiconductor)
Protecting both input and output circuits from damage due to electrostatic discharge becomes increasingly difficult as the process of developing (CMOS, CMOS) processes into transistors with shorter channel lengths and gate oxides.

【0005】高速でサブミクロンのバイポーラ/BiC
MOS回路に対する応用では、ESD保護回路に関して
厳しい制約が要請される。最も重要な要請は、入力ピン
および出力ピンについて小さな分路静電容量値および小
さな直列抵抗値を有することである。このことは、ES
D保護回路では必要なシリコン領域はできるだけ小さく
なければならないことと、そして信号路に対するインピ
ーダンスの寄与は実質的にないことを意味する。トリガ
電圧(V)およびクランプ電圧(Vクランプ)はま
た、保護される回路の「オンになる」電圧(すなわち、
作動電圧)以下でなければならない。NPNトランジス
タのESD保護方式は、このような装置に対していくつ
かの制限を有する。図2は、0.6μm工程および0.
8μm工程での100μm幅のNPNトランジスタのパ
ルス電流・電圧特性曲線のグラフである。ここで、V
クランプは0.6μm工程に対し1.3アンペアで10
ボルトであり、そして0.8μm工程に対し1.3アン
ペアで13ボルトである。進歩したサブミクロン技術に
おいて、エミッタ結合論理(emitter coup
ledlogic、ECL)装置、およびバイポーラ/
MOSの入力バッファおよび出力バッファを保護するた
めに、これらのレベルは高過ぎる。NPN構造体のこの
高いクランプ電圧は、その高いホールド電圧(V)と
オン抵抗値によるものである。サブミクロンのバイポー
ラ/BiCMOS工程において、保護NPN構造体は、
大きなESD電流を流すために、通常、アバランシェ・
モードで動作することができる。与えられた工程に対
し、BVceoの設定(コレクタ・エミッタ接合がブレ
ークダウン、ベースは「開放(open)」)は、した
がって、クランプ電圧Vクランプの下限を設定する。ク
ランプ電圧は、オン抵抗値が小さくなることにより、低
下させることができる。大型のNPN構造体と高い静電
容量負荷とを用いることにより、オン抵抗値の低下を達
成することができる。けれども、このような方式は、高
速でサブミクロンのバイポーラ/BiCMOS工程には
応用することはできない。それは、高周波信号の入力お
よび出力に対し、大きな分路静電容量値が電気的な「短
絡」路を生ずるからである。
High speed submicron bipolar / BiC
In the application to the MOS circuit, severe restrictions are required regarding the ESD protection circuit. The most important requirement is to have a small shunt capacitance value and a small series resistance value for the input and output pins. This is ES
This means that the silicon area required in the D protection circuit must be as small as possible, and that the impedance contribution to the signal path is virtually absent. The trigger voltage (V t ) and clamp voltage (V clamp ) are also the voltage at which the protected circuit "turns on" (ie,
Operating voltage) or less. NPN transistor ESD protection schemes have some limitations for such devices. FIG. 2 shows a 0.6 μm process and a 0.
7 is a graph of a pulse current / voltage characteristic curve of an NPN transistor having a width of 100 μm in an 8 μm process. Where V
The clamp is 1.3 amps for the 0.6 μm process and 10
Volts, and 13 volts at 1.3 amps for a 0.8 μm process. In advanced submicron technology, emitter coupled logic
ledlogic, ECL) devices, and bipolar /
These levels are too high to protect the MOS input and output buffers. This high clamp voltage of the NPN structure is due to its high hold voltage ( Vh ) and on-resistance. In the sub-micron bipolar / BiCMOS process, the protective NPN structure is
In order to carry a large ESD current, avalanche
Can work in mode. For a given step, the setting of BV ceo (collector-emitter junction breakdown, base "open") thus sets the lower limit of the clamp voltage V clamp . The clamp voltage can be lowered by decreasing the on-resistance value. By using a large NPN structure and a high capacitance load, it is possible to achieve a reduction in ON resistance value. However, such a scheme cannot be applied to high speed submicron bipolar / BiCMOS processes. This is because large shunt capacitance values create electrical "short circuit" paths for high frequency signal inputs and outputs.

【0006】前記欠点を考えれば、高速回路への応用で
は、小さなトリガ電圧およびホールド電圧という前記要
請に適合する高性能のESD特性を有するBSCR保護
回路が可能な、回路構造体を得ることが要望される。特
に利点であることは、回路製造のために付加的なマスク
を用いないで、サブミクロンのBiCMOSの中に製造
することができる、バイポーラSCR保護回路を得るこ
とができる。
Considering the above-mentioned drawbacks, in application to a high-speed circuit, it is desired to obtain a circuit structure capable of a BSCR protection circuit having a high-performance ESD characteristic which meets the above-mentioned demands of a small trigger voltage and a hold voltage. To be done. Of particular advantage is that a bipolar SCR protection circuit can be obtained that can be manufactured in sub-micron BiCMOS without the use of additional masks for circuit manufacture.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明により、バイポー
ラ/BiCMOS回路に対し、高速(例えば、900M
Hzないし2GHz以上)でサブミクロンのESD保護
回路に用いられ、低いトリガ電圧とホールド電圧とを有
するという利点を備えた、シリコン制御整流器(SC
R)のようなバイポーラ構造体が得られる。このバイポ
ーラ構造体により、入力ピンおよび出力ピンに関し小さ
な分路静電容量値と小さな直列抵抗値とを有することを
特徴とし、それにより小さなシリコン領域を有しかつ信
号路に付加されるインピーダンスがほとんどないまたは
全くないESD保護回路を構成することができる。本発
明の1つの好ましい特徴に従い、先行技術におけるよう
にP形基板に対してではなく、バイポーラ/BiCMO
S装置のN形ウエルの中に、SCRが組み立てられる。
さらに、マスクを用いた付加的パターン作成段階を使わ
ないで達成することができるP+形陽極注入体を得るこ
とができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a high speed (eg 900M) for bipolar / BiCMOS circuits.
Silicon controlled rectifier (SC) with the advantage of being used in sub-micron ESD protection circuits at (Hz to 2 GHz and above) and having low trigger and hold voltages.
A bipolar structure such as R) is obtained. This bipolar structure is characterized by having a small shunt capacitance value and a small series resistance value for the input and output pins, which results in a small silicon area and almost no impedance added to the signal path. There may be no or no ESD protection circuit. According to one preferred feature of the present invention, rather than to a P-type substrate as in the prior art, a bipolar / BiCMO
The SCR is assembled in the N-type well of the S device.
Furthermore, a P + type anode implant can be obtained which can be achieved without additional patterning steps with a mask.

【0008】本発明の1つの好ましい特徴は、PNPト
ランジスタによってBSCR動作を制御するために、抵
抗器と組み合わせてツェナ・ダイオードを用いることで
ある。このツェナ・ダイオードがオンになる電圧は、N
PN構造体のエミッタ・ベース・ブレークダウン電圧と
同程度であるように選定される。この電圧は、通常の回
路動作の下でESD保護回路がトリガされないように、
電源電圧よりもわずかだけ高い。特に電源電圧がツェナ
・ブレークダウン電圧を越えている場合、回路のトリガ
電圧を増大させるために、ツェナ・ダイオードと直列に
順方向ダイオード列をオプションで付加することができ
る。ESDが起きている期間中、パッド電圧がツェナ・
ブレークダウン電圧を越える時、ツェナ・ダイオードが
ブレークダウンし、そして付随する(ポリシリコン)抵
抗器を通って電流が流れ、それによりバイポーラSCR
のNPN構造体をトリガする。このようにしてBSCR
が作動し、関係した保護される回路から大きなESD電
流が流れる。
One preferred feature of the present invention is the use of Zener diodes in combination with resistors to control BSCR operation by PNP transistors. The voltage at which this Zener diode turns on is N
It is chosen to be comparable to the emitter-base breakdown voltage of the PN structure. This voltage ensures that the ESD protection circuit is not triggered under normal circuit operation.
Only slightly higher than the power supply voltage. A forward diode string can optionally be added in series with the zener diode to increase the trigger voltage of the circuit, especially if the power supply voltage exceeds the zener breakdown voltage. During ESD, the pad voltage is
When the breakdown voltage is exceeded, the zener diode breaks down and current flows through the associated (polysilicon) resistor, thereby causing a bipolar SCR.
Trigger the NPN structure of In this way BSCR
Is activated and a large ESD current flows from the associated protected circuit.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明のさらに別の特徴および利
点は、添付図面を参照しての下記説明により明らかにな
るであろう。添付図面において、図面は異なっても同等
の参照番号は対応する部品を表す。添付図面の中の構造
体の寸法は、その構造を明確に示すために誇張されて示
されている場合がある。
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, like reference numerals in different drawings represent corresponding parts. Dimensions of structures in the accompanying drawings may be exaggerated to clearly show the structure.

【0010】下記で説明される工程段階および構造体
は、集積回路を製造するための完全な工程を構成してい
るものではないことを断っておく。本発明は、現在用い
られている集積回路製造技術と一緒に実施することがで
きる。通常用いられている多くの工程が、本発明を理解
するために必要な工程であるとして本発明の中に含まれ
ている。本明細書の図および製造中の集積回路の一部分
の横断面図は必ずしも正確な尺度で描かれているわけで
はなく、本発明の特徴を理解するために誇張されて示さ
れている場合がある。
It should be noted that the process steps and structures described below do not constitute a complete process for manufacturing integrated circuits. The present invention can be implemented in conjunction with currently used integrated circuit manufacturing techniques. Many commonly used steps are included in the present invention as necessary to understand the present invention. The figures herein and cross-sectional views of a portion of an integrated circuit being manufactured are not necessarily drawn to scale and may be exaggerated to understand features of the invention. .

【0011】本発明のESD回路により、回路の入力お
よび出力のパッドに、比較的小さな分路静電容量値(典
型的には0.5pF以下)とゼロに近い抵抗値とが得ら
れる。このことは、現在および将来におけるサブミクロ
ンのバイポーラ/BiCMOS回路の保護方式にとって
好ましいことである。本発明により得られるESD保護
回路が動作することにより、CMOS出力バッファの中
のプルダウンNMOSトランジスタと、NPN出力トラ
ンジスタの中のコレクタ・ベース接合と、ECL出力の
中のエミッタ・ベース接合と、を保護することができ
る。このようなESD保護回路が動作することにより、
これらのそれぞれの素子のトリガ電圧よりも典型的には
低い電圧でオンになることができ、そしてこれらの装置
のオン電圧より、すなわち作動電圧より、ホールド電圧
が低いことが特徴である。下記で説明されるように、オ
ン電圧およびホールド電圧の減少は、トリガ素子の動作
により得られる。このトリガ素子は、保護回路を作成す
るために、BSCRと一緒にオプションで集積すること
ができる。
The ESD circuit of the present invention provides a relatively small shunt capacitance value (typically less than 0.5 pF) and a resistance value near zero at the input and output pads of the circuit. This is desirable for current and future protection schemes for submicron bipolar / BiCMOS circuits. The operation of the ESD protection circuit obtained by the present invention protects the pull-down NMOS transistor in the CMOS output buffer, the collector-base junction in the NPN output transistor, and the emitter-base junction in the ECL output. can do. By operating such an ESD protection circuit,
It can be turned on at a voltage that is typically lower than the trigger voltage of each of these devices, and is characterized by a lower hold voltage than the on-voltage of these devices, ie the operating voltage. As explained below, the reduction of the on-voltage and the hold voltage is obtained by the operation of the trigger element. This trigger element can optionally be integrated with the BSCR to create a protection circuit.

【0012】図3Aおよび図3Bは、0.8μmBiC
MOS工程で製造された100μm幅のバイポーラSC
R(「BSCR」)の実施例の横断面図である。この1
00μm幅のBSCRは、参照番号50で全体的に示さ
れている。回路50はP形基板52を有する。P形基板
52は埋込みN+形層54の下にある。N+形層54に
より、下記で詳細に説明されるように、この構造体の上
に組み立てられる垂直形NPNトランジスタに対し、小
さなコレクタ抵抗値が得られる。埋込みN+形層54の
端部は、それぞれ、P形層56Aおよび56Bにより囲
まれる。P形層56Aおよび56Bはまた、P形基板5
2の縁でもある。P形層56Aおよび56Bは表面にま
で延長されていて分離領域を定め、そしてこれらの分離
領域の間にN形ウエル領域58が作成される。下記で説
明されるように、このN形ウエルは、NPNトランジス
タのコレクタ領域としての役割を果たす。P形層56A
および56Bの上に、それぞれ、酸化物層60Aおよび
60Bが従来の方式で作成される。浅いP形ベース注入
領域66の中に作成されるベースP+形注入領域64の
作成工程の期間中に、P+形陽極拡散層62が作成され
る。P形ベース領域66の中に、浅いN+形領域68が
作成される。浅いN+形領域68は、ポリシリコンの層
70で被覆される。P形ベース領域66とP+形陽極領
域62との間に、酸化物層72が作成される。P+形陽
極領域62とN+形領域76との間に、同じように酸化
物層が作成される。N+形領域76は構造体50の表面
からN形ウエル領域58の中にまで延長されており、そ
れによりN+形領域76はNPNベース接触体の役割を
果たす。
3A and 3B show 0.8 μm BiC.
100μm wide bipolar SC manufactured by MOS process
FIG. 5 is a cross-sectional view of an example of R (“BSCR”). This one
A 00 μm wide BSCR is indicated generally by the reference numeral 50. The circuit 50 has a P-type substrate 52. The P-type substrate 52 underlies the buried N + -type layer 54. The N + type layer 54 provides a small collector resistance value for a vertical NPN transistor assembled on this structure, as described in detail below. The ends of the buried N + type layer 54 are surrounded by P type layers 56A and 56B, respectively. P-type layers 56A and 56B also include P-type substrate 5
It is also the edge of 2. P-type layers 56A and 56B extend to the surface to define isolation regions, and N-type well regions 58 are created between these isolation regions. This N-well serves as the collector region of the NPN transistor, as described below. P-type layer 56A
Oxide layers 60A and 60B are created in a conventional manner on and 56B, respectively. The P + type anode diffusion layer 62 is formed during the process of forming the base P + type implantation region 64, which is formed in the shallow P type base implantation region 66. A shallow N + type region 68 is created in the P type base region 66. Shallow N + type region 68 is covered with a layer 70 of polysilicon. An oxide layer 72 is created between the P-type base region 66 and the P + -type anode region 62. An oxide layer is similarly created between the P + type anode region 62 and the N + type region 76. N + type region 76 extends from the surface of structure 50 into N type well region 58 such that N + type region 76 acts as an NPN base contact.

【0013】P+形ベース注入領域64の作成工程の期
間中に、P+形陽極領域62の拡散が行われる。P+形
陽極領域62はNPNトランジスタN形ウエル58の中
に作成され、それによりPNPN SCR構造体が形成
される。このP+形陽極注入領域は利点を有している。
それは、この工程に付随してマスクを行う付加工程を必
要としないことである。このPNPN構造体は、P+形
陽極領域62と、N形ウエル領域58と、P形ベース領
域66と、N+形領域68とで定められる。このバイポ
ーラPNPN構造体は、NPNトランジスタ80とPN
Pトランジスタ82とのトランジスタ対として取り扱う
ことができる。図4は、その概要図を示す。PNPトラ
ンジスタ82は、P+形陽極領域62と、N形ウエル領
域58と、P形ベース領域66とにより表される。NP
Nトランジスタ80は、N形ウエル領域58と、P形ベ
ース領域66と、N+形ポリ・エミッタ領域68とによ
り表される。ポリシリコン層70はエミッタ層であり、
それにより浅いN+形領域68を拡散により作成するこ
とができる。N+形領域76は、NPNトランジスタの
コレクタ接触体としての役割を果たす。P+形領域62
は、SCRの陽極としての役割を果たす。
Diffusion of P + type anode region 62 occurs during the process of forming P + type base implant region 64. P + type anode region 62 is created in NPN transistor N type well 58, thereby forming a PNPN SCR structure. This P + type anode implant region has advantages.
It does not require an additional masking step associated with this step. The PNPN structure is defined by a P + type anode region 62, an N type well region 58, a P type base region 66 and an N + type region 68. This bipolar PNPN structure includes an NPN transistor 80 and a PN
It can be handled as a transistor pair with the P-transistor 82. FIG. 4 shows a schematic diagram thereof. PNP transistor 82 is represented by P + type anode region 62, N type well region 58, and P type base region 66. NP
N-transistor 80 is represented by N-type well region 58, P-type base region 66, and N + -type poly-emitter region 68. The polysilicon layer 70 is an emitter layer,
This allows the shallow N + type region 68 to be created by diffusion. N + type region 76 serves as the collector contact for the NPN transistor. P + type area 62
Serves as the anode of the SCR.

【0014】図3と図4とを見比べるならば、浅いP+
形ベース領域64は、NPNトランジスタ80のベース
とPNPトランジスタ82のコレクタとの両方の役割を
果たしていることが分かる。ポリシリコン領域70とそ
の下のN+形領域68とは、NPNトランジスタ80の
エミッタを構成する。P+形陽極領域62は、PNPト
ランジスタ82のエミッタの役割を果たす。N+形領域
76は、NPNトランジスタ80のコレクタ接触体の役
割を果たす。図4の回路概要図において、RN形ウエル
はN形ウエル58に対する抵抗器であり、R埋込みN+
は埋込みN+形層抵抗器88であり、RbpはPNPト
ランジスタのベース抵抗器90であり、そしてRbn
NPNトランジスタ80のベース抵抗器92である。従
来のSCR構成において典型的であるように、コレクタ
(CNPN)がエミッタEPNPに短絡される場合、図
5に示されているように、トリガ電圧Vは約24ボル
トである。従来のSCR回路の場合に典型的であるよう
に、このように高いトリガ電圧は、2次ESD保護装置
と直列抵抗器との両方を提示する保護回路の使用が必要
である。けれども、信号路の中に直列抵抗器を付加する
という要求は、高速でサブミクロンのバイポーラ/Bi
CMOS回路への応用において、このようなSCR回路
の使用を妨げる。図5はまた、コレクタCNPNがエミ
ッタEPNPに短絡される時、図5に示されているよう
に、NPNトランジスタのオン抵抗値と対になった低い
オン抵抗値を有することを例外として、従来のNPNト
ランジスタと同じ7ボルトBVceoホールド電圧がバ
イポーラSCRに供給される。したがって、トリガ電圧
(V)およびホールド電圧(V)に関して、例示さ
れたバイポーラSCR構造体は従来のNPNトランジス
タをあまり改善していないことが分かる。
Comparing FIG. 3 and FIG. 4, the shallow P +
It can be seen that the shaped base region 64 serves both as the base of the NPN transistor 80 and as the collector of the PNP transistor 82. Polysilicon region 70 and N + type region 68 therebelow form the emitter of NPN transistor 80. The P + type anode region 62 serves as an emitter of the PNP transistor 82. N + type region 76 acts as a collector contact for NPN transistor 80. In the circuit schematic of FIG. 4, R N-well
Is a resistor for the N-type well 58, and is an R- embedded N +
Is a buried N + layer resistor 88, R bp is the base resistor 90 of the PNP transistor, and R bn is the base resistor 92 of the NPN transistor 80. When the collector (C NPN ) is shorted to the emitter E PNP , as is typical in conventional SCR configurations, the trigger voltage V t is about 24 volts, as shown in FIG. Such a high trigger voltage, as is typical for conventional SCR circuits, requires the use of a protection circuit that presents both a secondary ESD protection device and a series resistor. However, the requirement to add a series resistor in the signal path is a requirement for high speed submicron bipolar / Bi
It prevents the use of such SCR circuits in CMOS circuit applications. FIG. 5 also shows that when the collector C NPN is shorted to the emitter E PNP , with the exception of having a low on-resistance paired with the on-resistance of the NPN transistor, as shown in FIG. The same 7 volt BV ceo hold voltage as the conventional NPN transistor is supplied to the bipolar SCR. Therefore, it can be seen that, with respect to the trigger voltage (V t ) and the hold voltage (V h ), the illustrated bipolar SCR structure does not significantly improve the conventional NPN transistor.

【0015】NPNトランジスタ80とPNPトランジ
スタ82との両方が「オンになって」低いオン抵抗値を
提供するけれども、高いBVceoホールド電圧は、再
生的SCR作用が存在しないことを示す。再生的SCR
がオンになることは、PNPトランジスタ82がNPN
トランジスタ80のコレクタ電流によりバイアスされ
る、およびその逆であることが必要である。NPNコレ
クタ(CNPN)がPNPエミッタ(EPNP)に短絡
される場合、PNPトランジスタ82の低いベース・エ
ミッタ抵抗値は、深いN+形拡散抵抗値R深いN+が小
さいことによる。このことは、PNPトランジスタを
「オン」状態に保持するために、アバランシェ動作をす
るNPNコレクタ・ベース接合から付加電流を必要とす
る。同じ与えられた電流の場合、NPNトランジスタ8
0またはPNPトランジスタ82のいずれかのエミッタ
・ベース抵抗値の増大は、ベース・エミッタ電圧Vbe
を増大させ、そしてその結果、バイポーラ・トランジス
タの中に大きなコレクタ電流が流れるであろう。バイポ
ーラ・トランジスタの中のこの大きなコレクタ電流によ
り、アバランシェ動作の発生によって付加的電流源の必
要性をなくし、そして再生的SCR作用の発生を可能に
する。したがって、ホールド電圧をBVceoから小さ
な値に低下させることができる。電流が与えられた場
合、高い抵抗値は、NPNトランジスタ80またはPN
Pトランジスタ82のいずれかをさらに勢いよく「オン
にする」ことを可能にし、その結果、低いホールド電圧
が得られる。NPNコレクタとPNPエミッタとの
間の外部PNPベース・エミッタ抵抗器90(図4)に
よるこの抵抗器増強効果が、図5に示されている。さら
に、ホールド電圧(V)は、抵抗値Rの増大と共に減
少する。
Although both NPN transistor 80 and PNP transistor 82 provide a low on resistance "turned on", the high BV ceo hold voltage indicates that there is no regenerative SCR effect. Regenerative SCR
Is turned on when the PNP transistor 82 is the NPN.
It needs to be biased by the collector current of transistor 80 and vice versa. When the NPN collector (C NPN ) is shorted to the PNP emitter (E PNP ), the low base-emitter resistance of the PNP transistor 82 is due to the small deep N + type diffusion resistance R deep N + . This requires additional current from the avalanche NPN collector-base junction to hold the PNP transistor in the "on" state. For the same given current, NPN transistor 8
An increase in the emitter-base resistance value of either the zero or PNP transistor 82 results in a base-emitter voltage Vbe.
, And consequently a large collector current will flow in the bipolar transistor. This large collector current in the bipolar transistor eliminates the need for an additional current source by producing avalanche operation and allows the generation of regenerative SCR action. Therefore, the hold voltage can be reduced from BV ceo to a small value. When a current is applied, the high resistance value causes the NPN transistor 80 or PN
P "turn on" further vigorously one of the transistors 82 that enables, as a result, a low holding voltage V h is obtained. The effect of this resistor enhancement by the external PNP base-emitter resistor 90 (FIG. 4) between the NPN collector and PNP emitter is shown in FIG. Further, the hold voltage (V h ) decreases as the resistance value R increases.

【0016】前記で説明したように、好ましいバイポー
ラSCR保護回路を達成するために、2つの基本的な要
請が存在する。その1つの要請は低いトリガ電圧
(V)であり、そして他の1つの要請は再生的SCR
作用から生ずる低いホールド電圧(V)である。それ
ぞれ図3および図4に示されたバイポーラSCR設計の
構造体と回路により、NPNトランジスタ80のベース
を外部からバイアスすることができる。このような外部
バイアスによって、NPNトランジスタ80の動作によ
り、BSCRを制御する付加的装置が得られる。前記で
説明したように、バイポーラSCRを用いることの主要
な関心は、トリガ電圧(V)およびホールド電圧(V
)に関して、NPNトランジスタを用いた場合を越え
る大きな利点が、BSCRにより得られないことであ
る。BSCRとNPNトランジスタとの間でホールド電
圧が実質的に同じである主要な理由は、PNPトランジ
スタ82を「オン」状態に保持するために、コレクタ・
ベース・アバランシェ・ブレークダウンが要求されるこ
とである。NPNトランジスタとPNPトランジスタと
の両方が「オンになり」、それにより回路の中に低いオ
ン抵抗値が得られるけれども、アバランシェ作用を行う
コレクタ・ベース接合からの付加電流がない場合、再生
的SCR作用は起きない。ホールド電圧を低くするため
に、NPNトランジスタが「さらに確実に」オンになる
ことが要求され、それによりN形ウエル抵抗器(R
エル)にさらに大きな電流が流れてPNPトランジスタ
82のベース・エミッタ電圧を増大させ、そしてそれに
よりPNPトランジスタを「さらに確実に」オンにする
ことが得られる。このことは、ベース・エミッタ抵抗値
(Rbe)を増大させることにより達成することができ
る。この場合、ベース・エミッタ抵抗器を強制的に流れ
る電流はNPNトランジスタ80を順方向にバイアス
し、そしてコレクタ・ベース・アバランシェ作用が起き
ない場合にトランジスタ80を「オン」にすることがで
きる。NPNトランジスタがこのように作動することに
により、トリガ電圧Vは小さくなる。本発明のまた別
の特徴により、図6に示された回路図に関して下記で説
明されるように、ツェナ・ダイオードが電流バイアス作
用を促進することが得られる。
As explained above, there are two basic requirements for achieving the preferred bipolar SCR protection circuit. One requirement is a low trigger voltage (V t ), and the other requirement is a regenerative SCR.
Low hold voltage (V h ) resulting from the action. The structure and circuitry of the bipolar SCR design shown in FIGS. 3 and 4, respectively, allows the base of NPN transistor 80 to be externally biased. With such external bias, the operation of NPN transistor 80 provides an additional device for controlling the BSCR. As explained above, the main interest in using bipolar SCRs is the trigger voltage (V t ) and the hold voltage (V t ).
With respect to h ), a major advantage over the case of using NPN transistors is that BSCR cannot be obtained. The main reason the hold voltage is substantially the same between the BSCR and the NPN transistor is to keep the PNP transistor 82 in the "on" state because
Base avalanche breakdown is required. Both the NPN and PNP transistors "turn on", which results in a low on resistance in the circuit, but in the absence of added current from the avalanche collector-base junction, a regenerative SCR effect. Does not happen. In order to lower the hold voltage, it is required that the NPN transistor be turned on “more reliably”, which causes a larger current to flow in the N-type well resistor (RN well), and the base-emitter of the PNP transistor 82. It is possible to increase the voltage and thereby turn on the PNP transistor "more reliably". This can be achieved by increasing the base-emitter resistance value ( Rbe ). In this case, the current forced through the base-emitter resistor forward biases the NPN transistor 80, and can turn the transistor 80 "on" if collector-base avalanche action does not occur. This operation of the NPN transistor reduces the trigger voltage V t . Another feature of the present invention provides that the Zener diode facilitates current biasing, as described below with respect to the schematic shown in FIG.

【0017】図6は、本発明に従うBiCMOS技術に
より0.8μmで製造されたバイポーラSCR ESD
保護回路の図である。図6に示された回路は、NPNツ
ェナ・ダイオード100と1KΩポリシリコン抵抗器1
02とが回路の中に組み込まれている以外は、図4に示
された回路と類似している。ツェナ・ダイオード100
は、NPNトランジスタ80のベース・エミッタ接合に
より形成される。ツェナ・ダイオード100のオンにな
る電圧は、NPNトランジスタのベース・エミッタのブ
レークダウン電圧である。このブレークダウン電圧は、
通常の回路動作の期間中にESD保護回路がトリガされ
ないように、与えられた工程に対し電源電圧よりもわず
かに高いことが要求される。回路のトリガ電圧を増大す
るために、特に電源電圧よりも低いツェナ・ブレークダ
ウン電圧に対し、ツェナ・ダイオード100と直列に接
続された順方向ダイオード列(図示されていない)をオ
プションで備えることが好ましい。ESDが起こってい
る期間中、パッド電圧がツェナ・ブレークダウン電圧を
越える時、ツェナ・ダイオード100がブレークダウン
を起こし、そして電流が1KΩポリシリコン抵抗器10
2を流れてバイポーラSCR NPNトランジスタをト
リガし、それによりBSCRを「オン」にし、大きなE
SD電流が流れる。
FIG. 6 is a bipolar SCR ESD fabricated 0.8 μm by BiCMOS technology according to the present invention.
It is a figure of a protection circuit. The circuit shown in FIG. 6 includes an NPN Zener diode 100 and a 1 KΩ polysilicon resistor 1
It is similar to the circuit shown in FIG. 4, except that 02 and are incorporated into the circuit. Zener diode 100
Are formed by the base-emitter junction of the NPN transistor 80. The voltage at which the Zener diode 100 turns on is the breakdown voltage of the base-emitter of the NPN transistor. This breakdown voltage is
Just above the power supply voltage is required for a given process so that the ESD protection circuit is not triggered during normal circuit operation. An optional forward diode string (not shown) in series with zener diode 100 may be optionally provided to increase the circuit's trigger voltage, especially for zener breakdown voltages below the supply voltage. preferable. During a period of ESD, when the pad voltage exceeds the Zener breakdown voltage, Zener diode 100 will break down and the current will be 1KΩ polysilicon resistor 10.
2 to trigger the bipolar SCR NPN transistor, thereby turning “on” the BSCR and turning on the large E
SD current flows.

【0018】図7は、図6に示された保護回路の電流・
電圧特性のグラフである。この場合、深いN+形コレク
タ拡散領域(図3BのN+形領域76)は、図3Aに示
された深い埋込みN+形層54に達するまでN形ウエル
層58を貫通した拡散領域であるよりはむしろ、N形ウ
エル層58の中にだけ延長された浅いN+形拡散領域に
より置き換えられる。この浅い拡散領域は、PNPトラ
ンジスタ82のベース・エミッタの抵抗値の増大によ
り、SCR作用を増強する。
FIG. 7 shows the current of the protection circuit shown in FIG.
It is a graph of a voltage characteristic. In this case, the deep N + type collector diffusion region (N + type region 76 in FIG. 3B) is rather a diffusion region that penetrates the N type well layer 58 until it reaches the deep buried N + type layer 54 shown in FIG. 3A. , N-type well layer 58 is replaced by a shallow N + type diffusion region extending only into the N-type well layer 58. This shallow diffusion region enhances the SCR action by increasing the resistance value of the base-emitter of the PNP transistor 82.

【0019】図7は、トリガ電圧(V)を7ボルトに
まで低くすることができ、そしてホールド電圧(V
を約1.7ボルトにまで低くすることができることを明
確に示している。この回路はまた、2アンペアまでのE
SD電流を処理することができ、一方クランプ電圧を約
7ボルトに維持することができる。ESD試験の結果、
100μm幅のBSCRを備えた前記回路は、6.7キ
ロボルトのESD閾値電圧と、3.2ボルト/μm
ESD効率(保護回路の単位面積当たりESDボルトで
示される)を示した。これに対して、実質的に同様な工
程で製造されたNPNトランジスタは2.3ボルト/μ
の効率を示すだけであった。したがって、本発明の
構造体により、ESD効率がほぼ40%増大することが
達成される。換言すれば、本発明のバイポーラSCRに
より、与えられたESD閾値電圧に対し、40%の静電
容量負荷の減少が可能である。さらに、図7の電流/電
圧特性のグラフに示されているように、この回路は、損
傷をなんら与えることなく、約2アンペアまでのESD
電流を取り扱うことができる。2アンペアの電流では、
クランプ電圧は約7ボルトである。これに対して、同様
な工程で製造されたNPNトランジスタのホールド電圧
とトリガ電圧の両方はいずれも相当に高く、それぞれ、
約8ボルトおよび18ボルトである。したがって、前記
で説明した電圧の減少の程度は、従来得られていたより
も大幅に大きなレベルの回路保護を提供することが分か
る。
FIG. 7 shows that the trigger voltage (V t ) can be lowered to 7 volts, and the hold voltage (V h ).
Clearly shows that can be lowered to about 1.7 volts. This circuit also has an E of up to 2 amps.
The SD current can be handled, while the clamp voltage can be maintained at about 7 volts. The result of the ESD test,
The circuit with a 100 μm wide BSCR exhibited an ESD threshold voltage of 6.7 kilovolts and an ESD efficiency of 3.2 volts / μm 2 (expressed in ESD volts per unit area of protection circuit). On the other hand, an NPN transistor manufactured by a substantially similar process has a voltage of 2.3 V / μ.
It only showed an efficiency of m 2 . Thus, the structure of the present invention achieves an increase in ESD efficiency of approximately 40%. In other words, the bipolar SCR of the present invention allows a 40% reduction in capacitance load for a given ESD threshold voltage. In addition, as shown in the current / voltage characteristic graph of FIG. 7, this circuit provides ESD up to about 2 amps without any damage.
Can handle electric current. At a current of 2 amps,
The clamp voltage is about 7 volts. On the other hand, both the hold voltage and the trigger voltage of the NPN transistor manufactured by the same process are considerably high.
About 8 and 18 volts. Therefore, it can be seen that the degree of voltage reduction described above provides a significantly greater level of circuit protection than previously obtained.

【0020】例示された実施例について本発明を説明し
たが、前記説明は、本発明の範囲が前記実施例に限定さ
れることを意味するものではない。前記説明を参照すれ
ば、本発明の他の種々の実施例の可能であることは、当
業者にはすぐに分かるであろう。したがって、このよう
な変更実施例はすべて、本発明の範囲内に包含されるも
のと理解しなければならない。
Although the present invention has been described with respect to the illustrated embodiments, the above description is not meant to limit the scope of the invention to the embodiments. It will be immediately apparent to those skilled in the art, given the above description, that various other embodiments of the invention are possible. Therefore, it should be understood that all such modified embodiments are included in the scope of the present invention.

【0021】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)(イ) 第1導電形の半導体部材で作成された第
1半導体層52と、(ロ) 前記第1半導体層52の少
なくとも一部分の上に配置され、かつ前記第1半導体層
と反対の導電形の部材で作成された、第2半導体層54
と、(ハ) 前記第2半導体層54の少なくとも一部分
の上に配置され、かつ前記第2半導体層54と同じ導電
形の部材で作成された、第3半導体層58と、(ニ)
前記第3半導体層58に隣接して配置され、かつ共通の
導電形を有する、少なくとも2個の横方向に間隔を有し
て配置された第1注入領域62および64と、(ホ)
前記少なくとも2個の第1注入領域62と64の間に配
置された第2注入領域66と、(ヘ) 前記第2注入領
域66の少なくとも一部分と接触し、かつ前記第2注入
領域と反対の導電形を有する、第3注入領域68と、
(ト) 前記第3注入領域68から横方向に間隔を有し
て配置され、かつ前記第2注入領域と共通の導電形を有
し、かつ第1注入領域62と第2注入領域66と第3注
入領域68とおよび前記前記第3半導体層58とが一緒
になってバイポーラ・シリコン制御整流器を定める、第
4注入領域76と、を有する、静電気放電から回路を保
護する構造体。 (2) 第1項記載の構造体において、前記第1注入領
域62、64の中の1つの領域が前記シリコン制御整流
器の陽極の役割を果たし、かつ前記第1注入領域の中の
他の領域がNPNトランジスタ80のベースおよびPN
Pトランジスタ82のコレクタとしての役割を果たす、
前記構造体。 (3) 第2項記載の構造体において、前記第3注入領
域68が前記NPNトランジスタのエミッタを構成す
る、前記構造体。 (4) 第2項記載の構造体において、前記PNPトラ
ンジスタに接続された抵抗器をさらに有する、前記構造
体。 (5) 第4項記載の構造体において、前記抵抗器が前
記NPNトランジスタ80のコレクタと前記PNPトラ
ンジスタ82のエミッタとの間に接続される、前記構造
体。 (6) 第2項記載の構造体において、前記NPNトラ
ンジスタ80と電気的に通じている電流バイアス装置1
00をさらに有する、前記構造体。 (7) 第6項記載の構造体において、前記電流バイア
ス装置がツェナ・ダイオードを有する、前記構造体。 (8) 第7項記載の構造体において、前記ツェナ・ダ
イオードに接続された抵抗器102をさらに有する、前
記構造体。 (9) 第7項記載の構造体において、前記ツェナ・ダ
イオード100がさらに前記NPNトランジスタ80の
ベース・エミッタ接合で形成される、前記構造体。 (10) 第6項記載の構造体において、前記電流バイ
アス装置に接続された順方向ダイオード列をさらに有す
る、前記構造体。 (11) 第1項記載の構造体において、前記第1半導
体層52および前記第2半導体層54に接触しかつ横方
向に間隔を有して配置された少なくとも2個の積層体領
域56a、56bをさらに有する、前記構造体。 (12) 第11項記載の構造体において、前記横方向
に間隔を有して配置された積層体領域56a、56bと
前記第2半導体層54との間の空間により定められ、か
つ前記第3半導体層58を有する、分離領域が定められ
る、前記構造体。 (13)(イ) 第1導電形の半導体部材で作成された
第1半導体層52と、(ロ) 前記第1半導体層52の
少なくとも一部分の上に配置され、かつ前記第1半導体
層と反対の導電形の部材で作成された、第2半導体層5
4と、(ハ) 前記第2半導体層54の少なくとも一部
分の上に配置され、かつ前記第2半導体層54と同じ導
電形の部材で作成された、第3半導体層58と、(ニ)
前記第3半導体層58に隣接して配置され、かつ共通
の導電形を有する、少なくとも2個の横方向に間隔を有
して配置された第1注入領域62および64と、(ホ)
前記少なくとも2個の第1注入領域62および64の
間に配置された第2注入領域66と、(ヘ) 前記第2
注入領域66の少なくとも一部分と接触し、かつ前記第
2注入領域と反対の導電形を有する、第3注入領域68
と、(ト) 前記第3注入領域68から横方向に間隔を
有して配置され、かつ前記第2注入領域と共通の導電形
を有し、かつ前記第1注入領域62、64の中の1つの
領域が前記シリコン制御整流器の陽極の役割を果たし、
かつ前記第1注入領域の中の他の領域がNPNトランジ
スタ80のベースおよびPNPトランジスタ82のコレ
クタとしての役割を果たす、前記構造体。(チ) 前記
トランジスタ80、82の中の1つのトランジスタの中
に組み込まれた電流バイアス装置100と、を有する、
静電気放電から回路を保護する構造体。 (14) 第13項記載の構造体において、前記電流バ
イアス装置100が前記NPNトランジスタ80のベー
ス・エミッタ接合に接続されたツェナ・ダイオードを有
する、前記構造体。 (15) 第13項記載の構造体において、前記電流バ
イアス装置100が、前記NPNトランジスタ80のベ
ース・エミッタ接合で形成されるツェナ・ダイオードを
有し、かつ前記ツェナ・ダイオードに直列に接続された
抵抗器102をさらに有する、前記構造体。 (16) 本発明により、バイポーラ/BiCMOS回
路に対し高速(例えば、900MHzないし2GHz以
上)でサブミクロンのESD保護回路に用いられ、低い
トリガ電圧とホールド電圧とを有するという利点を備え
た、シリコン制御整流器(SCR)のようなバイポーラ
構造体が得られる。このバイポーラ構造体は、入力ピン
および出力ピンに関し小さな分路静電容量値と小さな直
列抵抗値とを有することを特徴とし、それにより小さな
シリコン領域を有しかつ信号路に付加されるインピーダ
ンスがほとんどないまたは全くないESD保護回路を構
成することができる。本発明の1つの好ましい特徴に従
い、先行技術におけるようにP形基板に対してではな
く、バイポーラ/BiCMOS装置のN形ウエルの中
に、SCRが組み立てられる。本発明の1つの好ましい
特徴は、NPNトランジスタによってBSCR動作を制
御するために、抵抗器と組み合わせてツェナ・ダイオー
ドを用いることである。このツェナ・ダイオードがオン
になる電圧は、NPN構造体のエミッタ・ベース・ブレ
ークダウン電圧と同程度であるように選定される。この
電圧は、通常の回路動作の下でESD保護回路がトリガ
されないように、電源電圧よりもわずかだけ高い。特に
電源電圧がツェナ・ブレークダウン電圧を越えている場
合、回路のトリガ電圧を増大させるために、ツェナ・ダ
イオードと直列に順方向ダイオード列をオプションで付
加することができる。ESDが起きている期間中、パッ
ド電圧がツェナ・ブレークダウン電圧を越える時、ツェ
ナ・ダイオードがブレークダウンし、そして付随する
(ポリシリコン)抵抗器を通って電流が流れ、それによ
りバイポーラSCRのNPN構造体をトリガする。この
ようにしてBSCRが作動し、関係する保護される回路
から大きなESD電流が流れる。
With respect to the above description, the following items are further disclosed. (1) (a) a first semiconductor layer 52 made of a semiconductor member of the first conductivity type, and (b) disposed on at least a part of the first semiconductor layer 52 and opposite to the first semiconductor layer. Second semiconductor layer 54 made of a conductive type member of
(C) A third semiconductor layer 58, which is disposed on at least a part of the second semiconductor layer 54 and is made of a member having the same conductivity type as that of the second semiconductor layer 54, and (d).
At least two laterally spaced first implant regions 62 and 64 disposed adjacent to the third semiconductor layer 58 and having a common conductivity type;
A second implant region 66 disposed between the at least two first implant regions 62 and 64; and (f) contacting at least a portion of the second implant region 66 and opposite the second implant region. A third implant region 68 having a conductivity type;
(G) The third implantation region 68 is laterally spaced apart from the third implantation region 68, has the same conductivity type as the second implantation region, and has the first implantation region 62, the second implantation region 66, and the second implantation region 66. A structure for protecting the circuit from electrostatic discharge having a third implant region 68 and a fourth implant region 76 which together define the third semiconductor layer 58 define a bipolar silicon controlled rectifier. (2) In the structure according to item 1, one of the first implantation regions 62 and 64 serves as an anode of the silicon controlled rectifier, and the other region of the first implantation region. Is the base of NPN transistor 80 and PN
Plays a role as a collector of the P-transistor 82,
The structure. (3) The structure according to item 2, wherein the third injection region 68 constitutes an emitter of the NPN transistor. (4) The structure according to the item (2), further including a resistor connected to the PNP transistor. (5) The structure according to item 4, wherein the resistor is connected between the collector of the NPN transistor 80 and the emitter of the PNP transistor 82. (6) In the structure according to the item (2), the current bias device 1 electrically connected to the NPN transistor 80.
The structure further comprising 00. (7) The structure according to item 6, wherein the current bias device includes a Zener diode. (8) The structure according to item 7, further comprising a resistor 102 connected to the Zener diode. (9) The structure according to item 7, wherein the Zener diode 100 is further formed by a base-emitter junction of the NPN transistor 80. (10) The structure of claim 6, further comprising a forward diode array connected to the current bias device. (11) In the structure according to item 1, at least two stacked body regions 56a, 56b which are in contact with the first semiconductor layer 52 and the second semiconductor layer 54 and are arranged at intervals in the lateral direction. The structure further comprising: (12) In the structure according to item 11, the space is defined between the second semiconductor layer 54 and the stacked body regions 56a and 56b arranged at intervals in the lateral direction, and the third semiconductor layer 54 is formed. The structure having a semiconductor layer 58, wherein an isolation region is defined. (13) (a) A first semiconductor layer 52 made of a semiconductor member of the first conductivity type, and (b) disposed on at least a part of the first semiconductor layer 52 and opposite to the first semiconductor layer. Second semiconductor layer 5 made of a conductive type member of
4 and (c) a third semiconductor layer 58, which is disposed on at least a part of the second semiconductor layer 54 and is made of a member having the same conductivity type as that of the second semiconductor layer 54, and (d)
At least two laterally spaced first implant regions 62 and 64 disposed adjacent to the third semiconductor layer 58 and having a common conductivity type;
A second implant region 66 disposed between the at least two first implant regions 62 and 64; and (f) the second implant region 66.
A third implant region 68 contacting at least a portion of implant region 66 and having a conductivity type opposite to said second implant region.
And (g) is disposed laterally spaced from the third implantation region 68, has the same conductivity type as the second implantation region, and has the same conductivity type as the first implantation regions 62, 64. One area serves as the anode of the silicon controlled rectifier,
And the other region of the first implant region serves as the base of the NPN transistor 80 and the collector of the PNP transistor 82. (H) a current bias device 100 incorporated in one of the transistors 80, 82.
A structure that protects circuits from electrostatic discharge. (14) The structure according to the item 13, wherein the current bias device 100 has a Zener diode connected to a base-emitter junction of the NPN transistor 80. (15) In the structure according to item 13, the current bias device 100 has a Zener diode formed by a base-emitter junction of the NPN transistor 80, and is connected in series to the Zener diode. The structure further comprising a resistor 102. (16) Silicon control according to the present invention has the advantage of being used in submicron ESD protection circuits at high speed (eg, 900 MHz to 2 GHz or higher) for bipolar / BiCMOS circuits and having low trigger and hold voltages. A bipolar structure such as a rectifier (SCR) is obtained. This bipolar structure is characterized by having a small shunt capacitance value and a small series resistance value with respect to the input and output pins, so that it has a small silicon area and little impedance is added to the signal path. There may be no or no ESD protection circuit. According to one preferred feature of the invention, the SCR is assembled in the N-well of a bipolar / BiCMOS device, rather than on a P-substrate as in the prior art. One preferred feature of the present invention is the use of Zener diodes in combination with resistors to control BSCR operation by NPN transistors. The voltage at which the Zener diode turns on is chosen to be comparable to the emitter-base breakdown voltage of the NPN structure. This voltage is only slightly higher than the power supply voltage so that the ESD protection circuit will not be triggered under normal circuit operation. A forward diode string can optionally be added in series with the zener diode to increase the trigger voltage of the circuit, especially if the power supply voltage exceeds the zener breakdown voltage. During a period of ESD, when the pad voltage exceeds the zener breakdown voltage, the zener diode breaks down and current flows through the associated (polysilicon) resistor, thereby causing the bipolar SCR NPN. Trigger a structure. In this way the BSCR operates and a large ESD current flows from the associated protected circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来のESD保護回路のブロック線図。FIG. 1 is a block diagram of a conventional ESD protection circuit.

【図2】0.6μmおよび0.8μmのBiCMOS工
程における100μm幅のNPN構造体の電流・電圧特
性のグラフ。
FIG. 2 is a graph of current-voltage characteristics of a 100 μm wide NPN structure in a 0.6 μm and 0.8 μm BiCMOS process.

【図3】本発明によるまた別のESD保護回路構造体の
横断面図であって、Aは1つの実施例の図、Bは別の実
施例の図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of yet another ESD protection circuit structure according to the present invention, where A is a diagram of one embodiment and B is a diagram of another embodiment.

【図4】図3Aに示されたESD保護回路の概要図。FIG. 4 is a schematic diagram of the ESD protection circuit shown in FIG. 3A.

【図5】図3Aに示されたバイポーラSCR装置の電流
・電圧特性曲線の抵抗器依存性を示すグラフ。
5 is a graph showing the resistor dependence of the current-voltage characteristic curve of the bipolar SCR device shown in FIG. 3A.

【図6】NPNツェナ・ダイオードと抵抗器とを用いた
また別のバイポーラSCR保護回路の概要図。
FIG. 6 is a schematic diagram of another bipolar SCR protection circuit using an NPN Zener diode and a resistor.

【図7】図6に示されたバイポーラSCR ESD保護
回路の大電流・電圧特性のグラフ。
7 is a graph of large current / voltage characteristics of the bipolar SCR ESD protection circuit shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

52 第1半導体層 54 第2半導体層 58 第3半導体層 62、64 第1注入領域 66 第2注入領域 68 第3注入領域 76 第4注入領域 90 抵抗器 52 first semiconductor layer 54 second semiconductor layer 58 third semiconductor layer 62, 64 first implantation region 66 second implantation region 68 third implantation region 76 fourth implantation region 90 resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トマス エイ.ブロトソス アメリカ合衆国テキサス州リチャードソ ン,アッシュランド ドライブ 1201 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Thomas A. Brothoss 1201 Ashland Drive, Richardson, Texas, United States

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(イ) 第1導電形の半導体部材で作成さ
れた第1半導体層52と、(ロ) 前記第1半導体層5
2の少なくとも一部分の上に配置され、かつ前記第1半
導体層と反対の導電形の部材で作成された、第2半導体
層54と、(ハ) 前記第2半導体層54の少なくとも
一部分の上に配置され、かつ前記第2半導体層54と同
じ導電形の部材で作成された、第3半導体層58と、
(ニ) 前記第3半導体層58に隣接して配置され、か
つ共通の導電形を有する、少なくとも2個の横方向に間
隔を有して配置された第1注入領域62および64と、
(ホ) 前記少なくとも2個の第1注入領域62と64
の間に配置された第2注入領域66と、(ヘ) 前記第
2注入領域66の少なくとも一部分と接触し、かつ前記
第2注入領域と反対の導電形を有する、第3注入領域6
8と、(ト) 前記第3注入領域68から横方向に間隔
を有して配置され、かつ前記第2注入領域と共通の導電
形を有し、かつ第1注入領域62と第2注入領域66と
第3注入領域68とおよび前記前記第3半導体層58と
が一緒になってバイポーラ・シリコン制御整流器を定め
る、第4注入領域76と、を有する、静電気放電から回
路を保護する構造体。
1. A first semiconductor layer 52 made of a semiconductor member of the first conductivity type, and (b) the first semiconductor layer 5.
A second semiconductor layer 54 disposed on at least a portion of 2 and made of a member having a conductivity type opposite to that of the first semiconductor layer; and (c) on at least a portion of the second semiconductor layer 54. A third semiconductor layer 58 disposed and made of a member of the same conductivity type as the second semiconductor layer 54;
(D) At least two first implantation regions 62 and 64 which are arranged adjacent to the third semiconductor layer 58 and have a common conductivity type and which are arranged at intervals in the lateral direction;
(E) The at least two first implantation regions 62 and 64
A second implant region 66 disposed between, and (f) a third implant region 6 in contact with at least a portion of the second implant region 66 and having a conductivity type opposite to the second implant region 6.
And (g) are laterally spaced from the third implantation region 68, have the same conductivity type as the second implantation region, and have the first implantation region 62 and the second implantation region. A structure for protecting the circuit from electrostatic discharge, comprising: 66, a third implant region 68, and a fourth implant region 76, which together define the third semiconductor layer 58 to define a bipolar silicon controlled rectifier.
JP8293083A 1995-09-29 1996-09-30 Improved bipolar scr triggering for esd protection of high speed bipolar/bismuth-carbon-mos circuit Pending JPH09191082A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6433393B1 (en) 1999-09-09 2002-08-13 Nec Corporation Semiconductor protective device and method for manufacturing same
US7456440B2 (en) 2004-04-23 2008-11-25 Nec Electronics Corporation Electrostatic protection device
US7821029B2 (en) 2008-08-22 2010-10-26 Panasonic Corporation Electrostatic protection element

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KR970018516A (en) 1997-04-30

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