KR100399367B1 - Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients - Google Patents

Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients Download PDF

Info

Publication number
KR100399367B1
KR100399367B1 KR10-2001-0007913A KR20010007913A KR100399367B1 KR 100399367 B1 KR100399367 B1 KR 100399367B1 KR 20010007913 A KR20010007913 A KR 20010007913A KR 100399367 B1 KR100399367 B1 KR 100399367B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
transistor
transistors
circuit
concentration
Prior art date
Application number
KR10-2001-0007913A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20020067379A (en
Inventor
권규형
Original Assignee
삼성전자주식회사
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
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR10-2001-0007913A priority Critical patent/KR100399367B1/en
Publication of KR20020067379A publication Critical patent/KR20020067379A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100399367B1 publication Critical patent/KR100399367B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • 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 potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0259Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8248Combination of bipolar and field-effect technology
    • H01L21/8249Bipolar and MOS technology
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • 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 potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0266Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements
    • H01L27/027Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements specially adapted to provide an electrical current path other than the field effect induced current path
    • H01L27/0274Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements specially adapted to provide an electrical current path other than the field effect induced current path involving a parasitic bipolar transistor triggered by the electrical biasing of the gate electrode of the field effect transistor, e.g. gate coupled transistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 장치에 있어서, 제1터미널와 제2터미널사이에 직렬연결된 제1 및 제2모오스 트랜지스터를 가지며, 상기 제1모오스 트랜지스터와 상기 제2모오스 트랜지스터가 소정의 깊이와 농도를 가지는 웰 영역을 통하여 연결된다. 상기 웰 영역의 깊이와 농도가 상기 모오스 트랜지스터들의 활성영역보다 더 깊고 더 적다.The present invention provides a semiconductor device comprising: a well region having first and second MOS transistors connected in series between a first terminal and a second terminal, wherein the first MOS transistor and the second MOS transistor have a predetermined depth and concentration. Connected through. The depth and concentration of the well region is deeper and smaller than the active region of the MOS transistors.

Description

정전 방전 보호 기능을 가진 반도체 장치{SEMICONDVCTOR DEVICE FOR PROTECTING AN NTEGRATED CIRCVIT PROM EXTERNAL TRANSIENTS}Semiconductor device with electrostatic discharge protection {SEMICONDVCTOR DEVICE FOR PROTECTING AN NTEGRATED CIRCVIT PROM EXTERNAL TRANSIENTS}

본 발명은 집적회로의 보호장치에 관한 것으로서, 특히 집적회로의 출력회로에서 정전 방전(ESD) 보호를 위한 반도체장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection device for an integrated circuit, and more particularly to a semiconductor device for electrostatic discharge (ESD) protection in an output circuit of an integrated circuit.

최근의 집적회로 기술에서는, SOC(System On Chip)와 같은 제품처럼 고속 동작 및 저전력화에 대응하는 제품 및 공정개발이 진행되고 있다. 고속 동작에 대응함에 있어서는, 회로를 구성하는 능동(active) 소자 및 수동(passive) 소자의 특성이 집적회로 제품의 성능을 결정하는 중요한 요소이다. 특히, 대표적인 능동소자인 트랜지스터에 있어서는, 드레인과 소오스간의 포화전류(saturation current)의 증가와 함께 트랜지스터의 구조상 존재하는 기생저항(parasitic resistance) 및 기생용량(parasitic capacitance)을 최대한 줄여야 한다. 제1A도에 보인 모오스(MOS) 트랜지스터의 기생저항(Rd; 드레인측 기생저항, Rs; 소오스측 기생저항)을 줄이기 위한 공정에서는, 제1A도에 보인 바와 같이, 트랜지스터의 게이트, 소오스 및 드레인의 표면에 저항이 작은 금속성 물질과 실리콘을 자체적인 반응에 의해 형성시키는 자가정렬 규화(self-align silicidation; salicidation) 공법을이용하고 있다. 이러한 자가정렬 규화 공법을 적용한 경우에는, 기생저항의 감소로 인해 트랜지스터의 특성은 향상되지만 ESD와 같은 비장상적인 신호가 외부에서 유입되는 경우에는 트랜지스터의 방전영역으로 작용하는 유효 접합 영역(effective junction area)이 게이트 폴리실리콘층(GP) 스페이서(GS)의 하부 영역으로 제한된다. 그결과, 정전 방전(electrostatic discharge; ESD) 또는 전기적인 과잉스트레스(electrical overstress; EOS)와 같은 과잉 순시 성분(electrical transient)이 패드(pad)를 통하여 유입되면, 작은 방전 영역으로 인해 물리적인 손괴가 발생되어 그러한 트랜지스터(제1C도에 보인 구조를 가진)를 보호소자를 채용하는 제품의 사용이 불가능하게 된다.In recent integrated circuit technologies, products and processes are developed to cope with high-speed operation and low power consumption, such as products such as SOC (System On Chip). In responding to high speed operation, the characteristics of the active and passive components that make up the circuit are important factors that determine the performance of the integrated circuit product. In particular, in the transistor which is a typical active element, the parasitic resistance and parasitic capacitance present in the structure of the transistor should be reduced as much as possible with the increase in the saturation current between the drain and the source. In the process for reducing the parasitic resistance Rd (drain side parasitic resistance, Rs; source side parasitic resistance) of the MOS transistor shown in FIG. 1A, as shown in FIG. 1A, the gate, source and drain of the transistor Self-aligned silicidation (salicidation) technology is used to form silicon with low resistance on its surface by self-reaction. When the self-aligned silicification method is applied, the transistor characteristics are improved due to the reduction of parasitic resistance, but the effective junction area acts as a discharge area of the transistor when an extraneous signal such as ESD is introduced from the outside. ) Is limited to the lower region of the gate polysilicon layer GP spacer GS. As a result, when electrical transients, such as electrostatic discharge (ESD) or electrical overstress (EOS), flow through the pads, physical damage due to small discharge areas It is generated that such a transistor (having the structure shown in Fig. 1C) becomes impossible to use a product employing a protection element.

따라서, 자가정렬 규화 공법을 적용하는 경우에는 낮은 ESD특성을 갖는 트랜지스터를 대신할 수 있는 보호회로를 사용하여야 한다. 그러한 보호회로로서는 다이오드(diode) 또는 실리콘제어 정류회로(silicon controlled rectifier; SCR) 등이 있다. 그렇지만, 집적회로장치에서는, 출력 구동 회로에서 모오스 트랜지스터가 기본적으로 사용되므로, 모오스 트랜지스터에 기생하는 수평 NPN 바이폴라 트랜지스터(lateral NPN bipolar transistor; LNPN)의 턴온전압(또는 snap-back voltage)보다 낮은 전압에서 많은 양의 전류를 흘릴 수 있는 보호회로가 바람직하다 (출력회로의 모오스트랜지스터가 과잉 순시 성분에 의해 손괴되기 전에 방전시켜 주어야 함). 그러나, 대부분 보호소자의 턴온전압이 기생 LNPN에 비해 크기 때문에, 그러한 보호회로(낮은 턴온전압에서 큰 전류 구동능역을 가진)는 현실적으로 적용상의 어려움이 있다. 그리하여, 기생 LNPN의 턴온전압을 높이기 위한 방안으로서, 기생 LNPN 바이폴라 트랜지스터의 베이스 폭을 늘리거나, 제2도에 보인 바와 같이, 엔모오스 트랜지스터의 소오스와 접지전압(Vss)사이에 저항(Rs)을 연결하여 소오스(기생 LNPN의 에미터)와 P형 기판(LNPN의 베이스)사이의 순방향 턴온전압을 증가시킨다.Therefore, when the self-aligned silicification method is applied, a protection circuit that can replace a transistor having low ESD characteristics should be used. Such a protection circuit includes a diode or a silicon controlled rectifier (SCR). However, in the integrated circuit device, since the MOS transistor is basically used in the output driving circuit, at a voltage lower than the turn-on voltage (or snap-back voltage) of the horizontal NPN bipolar transistor (LNPN) parasitic to the MOS transistor. A protection circuit capable of flowing a large amount of current is desirable (discharge before the MOS transistor of the output circuit is destroyed by excess instantaneous components). However, since the turn-on voltage of most protection elements is larger than the parasitic LNPN, such protection circuits (with a large current driving capability at low turn-on voltages) have practical application difficulties. Thus, as a method for increasing the turn-on voltage of the parasitic LNPN, the base width of the parasitic LNPN bipolar transistor may be increased, or as shown in FIG. In connection to increase the forward turn-on voltage between the source (emitter of parasitic LNPN) and the P-type substrate (base of LNPN).

전술한 기생 LNPN의 베이폭을 증가시키는 방식에서는, 보호회로보다 턴온전압이 크도록 하기 위하여 게이트 길이(게이트 길이가 길수록 턴온전압이 상승함)를 증가시킨 엔모오스 트랜지스터로써 출력회로를 구성한다. 그러나, 이와 같은 방식은, 보호회로보다 출력회로의 턴온전압을 더 크게 할 수는 있지만, 낮은 전류 구동 능력을 보상하기 위하여 회로 면적을 크게 할 수 밖에 없는 단점이 있다. 한편, 제2도와 같이 출력회로(10)에 저항(Rs)을 추가하는 경우에는, 기생 LNPN의 활성화를 억제할 수는 있지만, 전술한 베이스 폭 증가 방식과 마찬가지로, 저항 추가로 인한 전류 구동 능력의 저하를 보상하기 위한 회로면적의 증가가 불가피하다.In the above-described method of increasing the bay width of the parasitic LNPN, an output circuit is formed of an enMOS transistor in which the gate length (the longer the gate length is increased) is increased so that the turn-on voltage is larger than the protection circuit. However, such a method can make the turn-on voltage of the output circuit larger than the protection circuit, but has a disadvantage in that the circuit area must be enlarged to compensate for the low current driving capability. On the other hand, in the case of adding the resistor Rs to the output circuit 10 as shown in FIG. 2, the activation of the parasitic LNPN can be suppressed. Increasing the circuit area to compensate for the deterioration is inevitable.

출력회로의 턴온전압을 보호회로의 것보다 더 높여 엔모오스 트랜지스터(예컨대, 제2도에 보인 것)의 손괴를 방지하기 위한 또 다른 방안은, 제3A도에 도시된 바와 같이, 출력회로(11)와 보호회로(12)를 구성하는 엔모오스 트랜지스터들을 각각 직렬로 연결하여 기생 LNPN의 베이스 폭을 확장시킨 구조이다. 이러한 구조을 형성하는 방법은 2가지로서, 그 하나는 제3B도 및 제3C도에 도시되고 나머지 하나는 제3D도 및 제3E도에 도시되어 있다.Another way to prevent the damage of the EnMOS transistor (e.g., shown in FIG. 2) by increasing the turn-on voltage of the output circuit higher than that of the protection circuit is shown in FIG. 3A, the output circuit 11 ) And the NMOS transistors constituting the protection circuit 12 are connected in series to extend the base width of the parasitic LNPN. There are two ways to form this structure, one shown in FIGS. 3B and 3C and the other shown in FIGS. 3D and 3E.

먼저 제3B도 및 제3C도에서는, 두개의 엔모오스트랜지스터(N1,N2)의 활성영역(또는 N+ 확산영역)들이 분리되고, 패드(PAD)에 연결된 엔모오스트랜지스터(N1)의 드레인과 접지전압(Vss)에 연결된 엔모오스트랜지스터(N2)의 소오스가 금속선(M)을 통하여 연결되어 있다. 제3D도 및 제3E도는, 회로면적의 효율적인 이용을 위하여 엔모오스트랜지스터들(N1,N2)의 소오스와 드레인을 활성영역을 통하여 연결시킨 구조이다.First, in FIGS. 3B and 3C, the active regions (or N + diffusion regions) of the two NMO transistors N1 and N2 are separated, and the drain and ground voltages of the NMO transistor N1 connected to the pad PAD. A source of the enmo transistor N2 connected to (Vss) is connected through the metal line (M). 3D and 3E show a structure in which the source and the drain of the NMOS transistors N1 and N2 are connected through the active region for efficient use of the circuit area.

그러나, 제3B도 내지 제3E도에 보인 구조들은, 패드(PAD)에 연결된 드레인(기생 LNPN의 컬렉터)과 접지전압(Vss)에 연결된 소오스(기생 LNPN의 에미터)사이의 베이스 폭은 증가되어 기생 LNPN의 활성화는 억제될 수 있지만(LNPN의 턴온전압이 증가됨), 제3F도의 등가회로에 보인 바와 같이, 확장된 베이스폭을 가지는 기생 바이폴라트랜지스터 Q3가 형성되며, Q3의 낮은 전류이득( β; 컬렉터전류 증가분/베이스전류 증가분)으로 인해 ESD특성이 저하되는 단점이 있다.However, in the structures shown in FIGS. 3B-3E, the base width between the drain connected to the pad PAD (collector of the parasitic LNPN) and the source connected to the ground voltage Vss (emitter of the parasitic LNPN) is increased. Activation of the parasitic LNPN can be suppressed (the turn-on voltage of the LNPN is increased), but as shown in the equivalent circuit of FIG. 3F, a parasitic bipolar transistor Q3 with an extended base width is formed, and the low current gain of Q3 (β; The collector current increase / base current increase) causes the ESD characteristic to deteriorate.

이러한 회로적인 개선방안 외에, 자가 정렬 규화 공법이 적용된 모오스트랜지스터의 ESD특성을 향상시키기 위한 공정적인 해결책에 관하여 제4도 및 제5도에 도시되어 있다. 제4도에서는, 이온주입공정에 의해 N+ 소오스(S) 및 드레인영역(D)을 형성한 후 별도의 마스크공정으로써 폴리실리콘 게이트층(GP)의 상면과 소오스/드레인영역의 상면에 형성된 절연막(41)의 일부를 제거한다. 그러면, 게이트층(GP)과 소오스 및 드레인영역의 일부 표면만이 노출되는 개구들(42)이 형성된다. 그 다음, 남아 있는 절연막(41)을 마스크로 한 국부 자가 정렬 규화 공법(local salicidation)을 진행하면, 게이트층과 소오스 및 드레인영역의 일부표면에 규화막들(44)이 형성된 구조를 얻는다. 제4도의 구조는, 자가정렬 규화 공법을 적용하디 않는 종래의 구조와 동일하기 때문에 ESD와 같이 외부에서 전달되는 비전상적인 신호에 대한 방전면적을 증가시킬 수 있는 공정기술이다. 그러나, 별도의 마스크 사용에 따른 제조 비용의 상승과, 기생 저항 성분의 증가에 따른 고주파 동작상의 어려움이 있다. 또한, 게이트층과 소오스 및 드레인층의 일부표면만을 노출시키는 정밀한 작업이 요구되기 때문에, 회로크기의 축소 또는 정렬 여유 등의 고집적화 추세를 고려하면 진행하기 어려운 점이 있다.In addition to these circuit improvements, a process for improving the ESD characteristics of the MOS transistor to which the self-aligned silicification method is applied is shown in FIGS. 4 and 5. In FIG. 4, after the N + source S and the drain region D are formed by the ion implantation process, an insulating film formed on the top surface of the polysilicon gate layer GP and the top surface of the source / drain region as a separate mask process ( Remove part of 41). Then, openings 42 are formed in which only a portion of the surface of the gate layer GP and the source and drain regions are exposed. Then, when local salicidation is performed using the remaining insulating film 41 as a mask, a structure in which silicide films 44 are formed on the gate layer and some surfaces of the source and drain regions is obtained. Since the structure of FIG. 4 is the same as the conventional structure which does not apply the self-aligning silicification method, it is a process technology that can increase the discharge area for an externally transmitted signal such as ESD. However, there is a difficulty in high frequency operation due to an increase in manufacturing cost by using a separate mask and an increase in parasitic resistance components. In addition, since a precise operation of exposing only a part of the surfaces of the gate layer and the source and drain layers is required, it is difficult to proceed in consideration of the trend of high integration such as reduction of circuit size or alignment margin.

제5도에서는, 소오스 및 드레인영역을 형성한 후, 마스크공정을 사용한 고에너지 이온주입공정을 진행하여 기존의 소오스(S) 및 드레인확산영역(D)의 하부에 더 확장된 확산영역(S', D')을 형성한 다음, 자가정렬 규화를 진행하여 엔모오스 트랜지스터를 완성한다. 제5도의 공정에 의한 구조에서는, 더 깊이 확장된 확산영역(S', D')에 의해 기판과의 접합영역이 확대됨으로써 그만큼의 방전영역을 확보하는 이점은 있으나, 추가적인 마스크공정이 요구되는 단점이 있다. 또한, 실질적인 ESD특성의 향상 정도가 그리 크지 않다.In FIG. 5, after forming the source and drain regions, a high energy ion implantation process using a mask process is performed to further extend the diffusion region S 'below the existing source S and the drain diffusion region D. , D '), and then undergo self-alignment silicification to complete the enMOS transistor. In the structure of FIG. 5, the bonding area with the substrate is enlarged by the deeper diffusion regions S 'and D', so that the discharge area can be secured, but additional mask process is required. There is this. In addition, the degree of improvement of the actual ESD characteristics is not so great.

따라서, 본 발명의 목적은 자가정렬 규화공법에 의해 제작된 트랜지스터들을 포함하는 집적회로에서 신뢰성있는 ESD 보호특성을 가진 반도체 장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having reliable ESD protection characteristics in an integrated circuit including transistors fabricated by a self-aligned silicide method.

본 발명의 다른 목적은 자가정렬 규화공법에 의해 제작된 트랜지스터들을 포함하는 집적회로에서 별도의 공정을 사용하지 않고도 신뢰성있는 ESD 보호특성을 가진 반도체 장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having reliable ESD protection without using a separate process in an integrated circuit including transistors fabricated by a self-aligned silicide method.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 장치에 있어서, 제1터미널와 제2터미널사이에 직렬연결된 제1 및 제2모오스 트랜지스터를 가지며, 상기 제1모오스 트랜지스터와 상기 제2모오스 트랜지스터가 소정의 깊이와 농도를 가지는 웰 영역을 통하여 연결된다. 상기 웰 영역의 깊이와 농도가 상기 모오스 트랜지스터들의 활성영역보다 더 깊고 더 적다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention, in the semiconductor device, having a first and a second MOS transistor connected in series between the first terminal and the second terminal, the first MOS transistor and the second MOS transistor Is connected through a well region having a predetermined depth and concentration. The depth and concentration of the well region is deeper and smaller than the active region of the MOS transistors.

상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터들은 엔모오스 트랜지스터로 구성되며, 그들의 게이트들의 접속관계는 본 발명의 실시예에서 다양한 연결방식을 가진다. 즉, 엔모오스 트랜지스터들로 구성된 경우에는 전원전압 및 소정의 내부신호에 각각 접속된다.The first and second MOS transistors are composed of NMOS transistors, and their connection relationship has various connection schemes in the embodiment of the present invention. That is, in the case of the NMOS transistors, the power supply voltage and the predetermined internal signal are respectively connected.

또한, 상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터의 게이트들은 소정의 내부신호에 공통으로 접속되거나, 별도의 내부신호에 각각 접속된다.In addition, the gates of the first and second MOS transistors are commonly connected to a predetermined internal signal or respectively connected to a separate internal signal.

제1A도 및 제1B도는 각각 엔모오스 및 피모오스 트랜지스터의 등가회로도.1A and 1B are equivalent circuit diagrams of enmos and pimos transistors, respectively.

제1C도는 모오스 트랜지스터의 단면구조도.1C is a cross-sectional structure diagram of a MOS transistor.

제2도는 출력회로에 저항을 추가한 종래의 반도체 장치의 회로도.2 is a circuit diagram of a conventional semiconductor device in which a resistor is added to an output circuit.

제3A도는 엔모오스 트랜지스터를 직렬연결한 종래의 반도체 장치의 회로도.3A is a circuit diagram of a conventional semiconductor device in which an NMOS transistor is connected in series.

제3B도 및 제3C도는 제3A도의 회로를 실현한 종래의 반도체 장치의 평면 및 단면구조도.3B and 3C are plan and cross-sectional structural views of a conventional semiconductor device in which the circuit of FIG. 3A is realized.

제3D도 및 제3E도는 제3A도의 회로를 실현한 종래의 반도체 장치의 다른 예를 보여주는 평면 및 단면구조도.3D and 3E are plan and cross-sectional structural views showing another example of the conventional semiconductor device in which the circuit of FIG. 3A is realized.

제3F도는 제3B도 내지 제3E도에 보인 반도체장치들에 의한 기생 바이폴라 트랜지스터들의 등가회로도.3F is an equivalent circuit diagram of parasitic bipolar transistors by the semiconductor devices shown in FIGS. 3B-3E.

제4A도 내지 제4B도는 부분 자가 규화 공법을 이용한 엔모오스 트랜지스터의 제조 과정을 보여주는 공정 흐름도.4A to 4B are process flowcharts showing a process of manufacturing an enMOS transistor using a partial self-silification method.

제5A도 및 제5B도는 이온주입단계를 추가한 엔모오스 트랜지스터의 제조과정을 보여주는 공정 흐름도.5A and 5B are process flow diagrams showing a manufacturing process of an NMOS transistor including an ion implantation step.

제6도 및 제7도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 평면 및 단면 구조도.6 and 7 are plan and cross-sectional structural views of a semiconductor device according to the present invention.

제8도는 제6도 또는 제7도의 구조에 의한 기생 바이폴라 트랜지스터들의 등가회로도.8 is an equivalent circuit diagram of parasitic bipolar transistors according to the structure of FIG. 6 or FIG.

제9A도 내지 제9C도는 본 발명의 반도체 장치가 엔모오스 트랜지스터들로 구성된 경우에 그들의 게이트 접속에 관한 실시예들을 보여 준다.9A to 9C show embodiments regarding their gate connection when the semiconductor device of the present invention is composed of enMOS transistors.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 제6도 및 제7도는 본 발명에 따른 장치의 평면 및 단면구조도로서, 전술한 출력회로(예컨대, 제3A도의 11)에서 2개의 엔모오스 트랜지스터가 패드(PAD)와 접지전압(GND)사이에 직렬연결된 회로구조에 본 발명에 따른 구조를 적용한 경우이다..Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 6 and 7 are plan and cross-sectional schematic diagrams of a device according to the invention, in which the two enMOS transistors in the above-described output circuit (eg 11 in FIG. 3A) are connected between the pad PAD and the ground voltage GND. This is the case where the structure according to the present invention is applied to a circuit structure connected in series.

제6도 및 제7도를 참조하면, 본 발명에 따른 출력회로의 구조는 패드(PAD)에 연결된 엔모오스 트랜지스터(N1)의 드레인영역(D1)을 중심으로 대칭적으로 되어 있으며, 엔모오스트랜지스터들(N1,N2)의 각각은 이중적인 구조로 되어 있다. 엔모오스 트랜지스터(N1)의 소오스영역(S1)과 엔모오스 트랜지스터(N2)의 드레인영역(D2)은 엔형(N-type) 웰(60,61)을 통하여 서로 공통으로 되어 있다. 엔형 웰(60,61)은 엔모오스 트랜지스터들(N1, N2)의 게이트(G1,G2)사이의 기판(50)에 형성되어 있다. 엔모오스 트랜지스터(N1)의 게이트와 엔모오스 트랜지스터(N2)의 게이트는 전술한 자가 규화 공법(salicidation)에 의해 형성된 것들이며, 각각 전원전압(VDD)과 제어회로(control circuit)로부터의 출력(NG)에 연결된다. 엔모오스 트랜지스터(N1)의 드레인영역(D1)과 엔모오스 트랜지스터(N2)의 소오스영역(S2)은 금속층(M)을 통하여 패드(PAD)와 접지전압(GND)에 각각 연결된다.6 and 7, the structure of the output circuit according to the present invention is symmetrically around the drain region D1 of the NMOS transistor N1 connected to the pad PAD. Each of the fields N1 and N2 has a dual structure. The source region S1 of the NMOS transistor N1 and the drain region D2 of the NMOS transistor N2 are common to each other through the N-type wells 60 and 61. The N type wells 60 and 61 are formed in the substrate 50 between the gates G1 and G2 of the NMOS transistors N1 and N2. The gate of the NMOS transistor N1 and the gate of the NMOS transistor N2 are those formed by the above-described self-silification method, and the output NG from the power supply voltage VDD and the control circuit, respectively. ) The drain region D1 of the NMOS transistor N1 and the source region S2 of the NMOS transistor N2 are connected to the pad PAD and the ground voltage GND through the metal layer M, respectively.

이와 같은 구조에서는, 제7도에 보인 바와 같이, 패드(PAD)와 접지전압(GND)사이에 걸쳐 형성되는 기생 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 에미터와 기생 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 컬렉터사이에 저농도의 엔형 웰(60 또는 61)이 형성되기 때문에, 수평 NPN트랜지스터의 전류 이득(current gain)이 거의 0에 가깝게 된다. 따라서, ESD특성을 저하시키는 수평 NPN들의 활성화는 거의 억제되고 N+ 확산영역과 P- 기판에 의한 N+/P- 접합 다이오우드를 통하여 정전 방전이 이루어진다. 즉, 제6도 및 제7도에 따른 구조에서 기생 바이폴라 트랜지스터들의 등가회로를 보여주는 제8도를 참조하면, 기생 바이폴라 트랜지스터들(Q1,Q2)이 패드(PAD)와 접지전압(GND)사이에 형성되지만, Q1의 에미터 바이어스 또는 Q2의 컬렉터 바이어스에 의해 Q1 및 Q2는 턴온되지 못한다. 즉, Q1의 에미터와 Q2의 컬렉터는 엔형 웰(60 또는 61)에 의해 서로 분리된 상태로 되고 그 사이에서의 임피이던스(Z)는 무한대의 값이 된다. 또한, 제3F도에서 형성되었던 바이폴라 트랜지스터 Q3의 컬렉터와 에미터사이에 형성된 엔형 웰(60 또는 61)에 의해 전류 이득이 0에 가까운값이므로 Q3는 등가회로상에서 존재하지 않게 된다. 결과적으로, 기판(50)에 깊이 형성된 저농도의 엔형 웰(60 또는 61)로 인해 수평 NPN동작이 제거되어 ESD특성이 향상됨을 알 수 있다. 엔형 웰(60 또는 61)을 형성하는 공정은, 기존의 엔형 웰 형성을 위한 마스크를 그대로 적용하여 이온주입 에너지 및 농도만을 조정하여 진행하면 되므로, 전술한 제4도 또는 제5도의 경우와 같이 추가적인 마스크 공정 또는 이온 주입 공정이 필요하지 않다.In such a structure, as shown in FIG. 7, a low concentration is formed between the emitter of the parasitic bipolar transistor Q1 and the collector of the parasitic bipolar transistor Q2 formed between the pad PAD and the ground voltage GND. Since the n type wells 60 or 61 are formed, the current gain of the horizontal NPN transistor is nearly zero. Therefore, activation of the horizontal NPNs that degrade the ESD characteristics is almost suppressed and electrostatic discharge is made through the N + diffusion region and the N + / P- junction diode by the P- substrate. That is, referring to FIG. 8, which shows an equivalent circuit of parasitic bipolar transistors in the structure according to FIGS. 6 and 7, the parasitic bipolar transistors Q1 and Q2 are disposed between the pad PAD and the ground voltage GND. Formed, but Q1 and Q2 are not turned on by emitter bias of Q1 or collector bias of Q2. That is, the emitter of Q1 and the collector of Q2 are separated from each other by the N type wells 60 or 61, and the impedance Z therebetween becomes infinite. Further, since the current gain is close to zero by the N type well 60 or 61 formed between the collector and emitter of the bipolar transistor Q3 formed in FIG. 3F, Q3 does not exist on the equivalent circuit. As a result, it can be seen that the low concentration N-type well 60 or 61 deeply formed in the substrate 50 eliminates the horizontal NPN operation, thereby improving the ESD characteristics. The process of forming the N type well 60 or 61 may be performed by adjusting only the ion implantation energy and the concentration by applying the existing N type well formation mask as it is, and thus additionally, as in the case of FIG. 4 or 5 described above. No mask process or ion implantation process is required.

제6도 내지 제7도에 보인 구조에서는 패드(PAD)에 연결된 엔모오스트랜지스터(N1)의 게이트는 전원전압(VDD)에 연결하고 접지전압에 연결된 엔모오스 트랜지스터(N2)의 게이트를 제어회로의 출력(NG)에 연결시킨 경우였으나, 제9B도 내지 제9C도에 보인 바와 같이, 2개의 엔모오스 트랜지스터를 패드(PAD)와 접지전압(GND)사이에 직렬로 연결시킨 상태에서 그들의 게이트 접속 형태를 다르게 변형할 수 있다. 예컨대, 제9B도에 보인 바와 같이, 제어회로의 출력(NG)에 2개의 게이트를 공통으로 접속시키거나, 제9C도에 보인 바와 같이, 제어회로로부터 인가되는 서로 다른 출력(NG1,NG2)에 각각 게이트를 접속시킨다.In the structure shown in FIGS. 6 to 7, the gate of the NMOS transistor N1 connected to the pad PAD is connected to the power supply voltage VDD and the gate of the NMOS transistor N2 connected to the ground voltage is connected to the control circuit. Although it was connected to the output NG, as shown in FIGS. 9B to 9C, the gate connection form of the two NMOS transistors was connected in series between the pad PAD and the ground voltage GND. Can be modified differently. For example, as shown in FIG. 9B, two gates are commonly connected to the output NG of the control circuit, or as shown in FIG. 9C, to different outputs NG1 and NG2 applied from the control circuit. Each gate is connected.

또한, 전술한 본 발명의 실시예에서는 모오스트랜지스터들의 게이트가 자가 규화 공법에 의해 형성된 경우였으나, 웰에 의하여 수평 바이폴라 트랜지스터의 활성을 억제하는 효과가 있기 때문에 자가 규화 공법에 의해 형성된 게이트를 가지지 않은 경우에도 ESD특성을 향상시키기 위하여 본 발명이 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.In addition, in the above-described embodiment of the present invention, when the gates of the MOS transistors are formed by the self-sintering method, but do not have a gate formed by the self-sintering method because there is an effect of suppressing the activity of the horizontal bipolar transistor by the well. It should be understood that the present invention can be applied to improve the ESD characteristics.

상술한 바와 같이, 본 발명은 직렬연결된 출력회로의 모오스 트랜지스터들의 확산영역을 그들의 소오스 또는 드레인영역이 되는 확산영역보다 더 깊은 저농도의 웰을 통하여 연결함으로써, 수평 기생 바이폴라트랜지스터에 의한 ESD 특성의 저하를 억제하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은, 추가적인 마스크공정을 사용하지 않고도 ESD 특성이 개선된 반도체 장치를 제공하는 이점이 있다.As described above, the present invention connects the diffusion regions of the MOS transistors of the series-connected output circuit through a low concentration well deeper than the diffusion regions that become their source or drain regions, thereby reducing the deterioration of the ESD characteristics by the horizontal parasitic bipolar transistors. It has a suppressing effect. In addition, the present invention has the advantage of providing a semiconductor device having improved ESD characteristics without using an additional mask process.

Claims (8)

제1터미널과 제2터미널사이에 직렬연결된 제1 및 제2모오스 트랜지스터를 가지는 반도체장치에 있어서:A semiconductor device having first and second MOS transistors connected in series between a first terminal and a second terminal, the semiconductor device comprising: 반도체기판에 형성되고 상기 제1터미널에 연결된 제1농도의 제1활성영역;A first active region of a first concentration formed on a semiconductor substrate and connected to the first terminal; 상기 반도체기판에 형성되고 상기 제1활성영역과 이격되어 상기 제2터미널에 연결된 상기 제1농도의 제2활성영역; 그리고A second active region of the first concentration formed on the semiconductor substrate and spaced apart from the first active region and connected to the second terminal; And 상기 반도체기판에서 상기 제1 및 제2활성영역과 이격되어 상기 제1 및 제2활성영역보다 더 깊이 형성된 제2농도의 제3활성영역을 구비하되;A third active region of a second concentration on the semiconductor substrate spaced apart from the first and second active regions and formed deeper than the first and second active regions; 상기 제1 및 제2활성영역이 각각 상기 제1모오스 트랜지스터의 드레인영역 및 상기 제2트랜지스터의 소오스영역이 되고 상기 제3활성영역이 상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터의 공통 소오스-드레인영역이 되며, 상기 제2농도가 상기 제1농도보다 더 낮음을 특징으로 하는 반도체장치.The first and second active regions become drain regions of the first and second transistors, respectively, and the third active region becomes a common source-drain region of the first and second transistors, respectively. And the second concentration is lower than the first concentration. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1터미널이 패드이고 상기 제2터미널이 접지전압임을 특징으로 하는 반도체 장치.And wherein the first terminal is a pad and the second terminal is a ground voltage. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1터미널이 전원전압이고 상기 제2터미널이 패드임을 특징으로 하는 반도체 장치.And wherein the first terminal is a power supply voltage and the second terminal is a pad. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터의 게이트들이 전원전압 및 소정의 내부신호에 각각 접속됨을 특징으로 하는 반도체 장치.And the gates of the first and second MOS transistors are connected to a power supply voltage and a predetermined internal signal, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터의 게이트들이 소정의 내부신호 및 기준전압에 각각 접속됨을 특징으로 하는 반도체 장치.And the gates of the first and second MOS transistors are connected to predetermined internal signals and reference voltages, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터의 게이트들이 소정의 내부신호에 공통으로 접속됨을 특징으로 하는 반도체 장치.And the gates of the first and second MOS transistors are commonly connected to a predetermined internal signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 및 제2모오스 트랜지스터의 게이트들이 소정의 제1 및 제2내부신호에 각각 접속됨을 특징으로 하는 반도체 장치.And the gates of the first and second MOS transistors are connected to predetermined first and second internal signals, respectively.
KR10-2001-0007913A 2001-02-16 2001-02-16 Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients KR100399367B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0007913A KR100399367B1 (en) 2001-02-16 2001-02-16 Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0007913A KR100399367B1 (en) 2001-02-16 2001-02-16 Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020067379A KR20020067379A (en) 2002-08-22
KR100399367B1 true KR100399367B1 (en) 2003-09-26

Family

ID=27694687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0007913A KR100399367B1 (en) 2001-02-16 2001-02-16 Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100399367B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10777546B2 (en) 2016-11-30 2020-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Planar and non-planar FET-based electrostatic discharge protection devices

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5623156A (en) * 1995-09-28 1997-04-22 Cypress Semiconductor Corporation Electrostatic discharge (ESD) protection circuit and structure for output drivers
JPH09232566A (en) * 1996-02-21 1997-09-05 Ricoh Co Ltd Semiconductor integrated circuit
US5843813A (en) * 1996-07-19 1998-12-01 Lsi Logic Corporation I/O driver design for simultaneous switching noise minimization and ESD performance enhancement
US6046087A (en) * 1999-02-10 2000-04-04 Vanguard International Semiconductor Corporation Fabrication of ESD protection device using a gate as a silicide blocking mask for a drain region
US6091595A (en) * 1998-07-13 2000-07-18 Vantis Corporation Electrostatic discharge (ESD) protection for NMOS pull up transistors of a 5.0 volt compatible output buffer using 2.5 volt process transistors
US6140682A (en) * 1999-07-09 2000-10-31 Macronix International Co., Ltd. Self protected stacked NMOS with non-silicided region to protect mixed-voltage I/O pad from ESD damage

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5623156A (en) * 1995-09-28 1997-04-22 Cypress Semiconductor Corporation Electrostatic discharge (ESD) protection circuit and structure for output drivers
JPH09232566A (en) * 1996-02-21 1997-09-05 Ricoh Co Ltd Semiconductor integrated circuit
US5843813A (en) * 1996-07-19 1998-12-01 Lsi Logic Corporation I/O driver design for simultaneous switching noise minimization and ESD performance enhancement
US6091595A (en) * 1998-07-13 2000-07-18 Vantis Corporation Electrostatic discharge (ESD) protection for NMOS pull up transistors of a 5.0 volt compatible output buffer using 2.5 volt process transistors
US6046087A (en) * 1999-02-10 2000-04-04 Vanguard International Semiconductor Corporation Fabrication of ESD protection device using a gate as a silicide blocking mask for a drain region
US6140682A (en) * 1999-07-09 2000-10-31 Macronix International Co., Ltd. Self protected stacked NMOS with non-silicided region to protect mixed-voltage I/O pad from ESD damage

Also Published As

Publication number Publication date
KR20020067379A (en) 2002-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100431066B1 (en) Semiconductor device having electro-static discharge circuit
KR100976410B1 (en) Electrostatic Discharge Device
US7485930B2 (en) Method for four direction low capacitance ESD protection
JP2847132B2 (en) CMOS transistor element square cell
JP4856803B2 (en) Lateral bipolar device with substrate-triggered electrostatic breakdown protection or electrical overstress protection
US20030214773A1 (en) Protection circuit section for semiconductor circuit system
JP2959528B2 (en) Protection circuit
US5963409A (en) Input/output electrostatic discharge protection circuit for an integrated circuit (IC)
US6876041B2 (en) ESD protection component
US7195958B1 (en) Methods of fabricating ESD protection structures
TW200410393A (en) Electrostatic discharge protection device for mixed voltage interface
JPH09191080A (en) Electrostatic discharge structure of semiconductor device
JP5079974B2 (en) Semiconductor device
JP3147849B2 (en) Protection circuit for semiconductor integrated circuit device
JP2005045016A (en) Semiconductor integrated circuit
JP2004304136A (en) Semiconductor device
JP3317345B2 (en) Semiconductor device
TW202243186A (en) Electrostatic discharge protection circuit
US6882011B1 (en) ESD protection device having reduced trigger voltage
KR20070003076A (en) Semiconductor device
KR100399367B1 (en) Semicondvctor device for protecting an ntegrated circvit prom external transients
JPS63244874A (en) Input protective circuit
JPH08162539A (en) Data output buffer
JPH0532908B2 (en)
US5432369A (en) Input/output protection circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20060830

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee