KR100699816B1 - Semiconductor device for safe at ??? - Google Patents
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Abstract
EOS(Electrical Over Stress)에 안전한 반도체 장치가 공개된다. 데이터 입/출력 패드, 내부 회로를 이.에스.디.(Electro Static Discharge, 이하, ESD로 약함)로부터 보호하기 위해 상기 데이터 입/출력 패드와 전원 전압사이 그리고 상기 데이터 입/출력 패드와 접지 전원 사이에 각각 연결되는 ESD 보호 다이오드를 구비하는 본 발명에 따른 반도체 장치는 상기 ESD 보호 다이오드의 메탈 라인을 소정폭 이상으로 배선하여, 상기 데이터 입/출력 라인을 통해 입력되는 이.오.에스.(Electrical Over Stress, 이하, EOS로 약함) 서지에 의해 상기 ESD 보호 다이오드와 연결되는 메탈 라인이 파괴되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하고, 외부와 연결되는 패드와 ESD 보호 다이오드에 연결되는 메탈라인의 폭을 20um 이상으로 넓게 함으로써, EOS 서지에 대한 EOS 내성을 강화시킬 수 있으며, 따라서 원치않는 EOS 서지로부터 반도체 소자가 파괴되는 것을 최소화할 수 있다. Semiconductor devices safe for electrical over stress (EOS) are disclosed. Data input / output pads, between the data input / output pads and the supply voltage and between the data input / output pads and the ground power supply to protect the internal circuits from electrostatic discharge (hereinafter referred to as ESD). According to an exemplary embodiment of the present disclosure, a semiconductor device including an ESD protection diode connected between the wires is connected to the metal line of the ESD protection diode by a predetermined width or more and inputted through the data input / output line. Electrical Over Stress, hereinafter referred to as EOS), the metal line connected to the ESD protection diode is prevented from being destroyed by the surge, and the width of the metal line connected to the pad and the ESD protection diode connected to the outside is prevented. By widening it to more than 20 μm, EOS resistance to EOS surges can be enhanced, thus destroying semiconductor devices from unwanted EOS surges. It can be minimized.
Description
도 1 및 도 2는 패드와 연결되는 종래의 배선 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 and 2 are diagrams schematically showing a conventional wiring form connected to a pad.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 메탈 배선의 실시예들을 나타내는 도면들이다. 3 and 4 are views showing embodiments of the metal wiring according to the present invention.
도 5는 데이터 IN/OUT 패드, 공급 전원 VDD 및 접지 전원 VSS 패드와 내부 회로간의 메탈 배선을 보이는 도면이다. 5 is a diagram illustrating metal wiring between a data IN / OUT pad, a supply power VDD, and a ground power VSS pad and an internal circuit.
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 이.오.에스.(Electrical Over Stress, 이하, EOS라 약함)에 안전한 반도체 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices and, more particularly, to semiconductor devices that are safe against E.S. (hereinafter, referred to as EOS).
EOS란 제품의 정격을 넘는 의도되지 않은 모든 종류의 펄스를 의미하며 ESD, 서지(surge), 래치-업(latch-up), 과도 전압/전류(over voltage/current) 등을 통칭한다. 즉, 반도체 소자 제조 회사는 EOS 평가를 통해 반도체 소자의 불량 여부를 평가하여 시중에 유통시킨다. 그러나, 현재까지는 반도체 소자의 EOS 평가는 이.에.디(Electro static discharge, 이하, ESD라 약함) 및 래치-업에 대한 불량 평가가 대부분이며, 서지 및 과도 전압/전류에 대한 EOS는 평가되고 있지 않는 실정이 다. EOS refers to any unintended type of pulse that exceeds the product's ratings, and refers to ESD, surge, latch-up, and over voltage / current. That is, a semiconductor device manufacturing company evaluates whether a semiconductor device is defective through EOS evaluation and distributes it to the market. However, to date, EOS evaluation of semiconductor devices is mostly poor evaluation of E.D. (Electro static discharge) and latch-up, and EOS for surge and transient voltage / current is evaluated. It is not true.
반도체 소자의 필드(field) 불량을 조사한 결과 EOS 불량 점유율은 30%로 그 불량 비중이 매우 높은 편이며, 그 중 ESD 불량은 7%에 불과하다. 즉, EOS 불량중 ESD에 의한 불량보다는 그동안 고려되고 있지 않던 서지 및 과도 전압/전류에 의한 불량의 비중이 높음을 알 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, EOS 불량중 EDS 불량은 EDS 불량으로, 서지 및 과도 전압/전류에 의한 불량은 EOS 서지 불량으로 한다. As a result of examining field defects of semiconductor devices, the EOS defect share is 30%, and the proportion of defects is very high, and ESD defects are only 7%. In other words, it can be seen that the ratio of failure due to surge and transient voltage / current, which has not been considered in the past, is higher than the failure due to ESD among EOS failures. Hereinafter, for convenience of description, EDS failure of EOS failure is EDS failure, and failure due to surge and transient voltage / current is EOS surge failure.
이처럼, 반도체 소자의 EOS 불량에서 ESD 불량이 차지하는 비중이 낮은 이유는 그간 ESD로 인한 불량 개선이 꾸준하게 이루어져 왔기 때문이다. 그러나, 반도체 소자에 대해 EOS 서지로 분류되는 임펄시브 서지에 의한 불량은 고려되고 있지 않는다. 여기서, 임펄시브 서지는 급격히 증가하였다가 서서히 감소하는 형태의 의도하지 않은 펄스를 의미하며, 셋 및 고전력 소자의 서지 국제 규격에서는 대체적으로 상승 시간이 0.1us~10us인 펄스를 임펄시브 서지로 규정하고 있다. 이러한, EOS 서지에 의한 반도체 소자의 불량 형태로 가장 빈번하게 나타나는 것은 패드와 연결된 메탈라인이 녹는 것이다. As such, the reason why ESD defects account for a small portion of EOS defects in semiconductor devices is that the defect improvement due to ESD has been steadily made. However, defects due to impulsive surges classified as EOS surges for semiconductor devices are not considered. Here, impulsive surge refers to an unintentional pulse of a rapid increase and then gradually decrease.In the international standard of surges of set and high power devices, a pulse having a rise time of 0.1us ~ 10us is generally defined as an impulsive surge. have. The most frequent occurrence of defects in semiconductor devices caused by EOS surges is melting of the metal lines connected to the pads.
도 1 및 도 2는 패드와 연결되는 종래의 배선 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서, 도 1은 커스터머 셀(customer cell)의 경우 매탈 배선 형태를 나타내고, 도 2는 스탠다드 I/O 셀의 경우 매탈 배선 형태를 각각 나타낸다. 도 1 및 도 2에서 참조번호 16, 18, 34, 36은 ESD에 의한 칩 보호를 위한 ESD 보호 다이오드이다. 참조번호 10 및 30은 VDD와 연결되는 메탈 라인을 나타내고, 14 및 32는 Vss와 연결되는 메탈 라인을 각각 나타낸다. 참조번호 12 및 38은 외부와 연결되는 패드를 나타내고, 20a~20d 및 40a~40e는 ESD 보호 다이오드와 연결되는 메탈 라인을 각각 나타낸다. 1 and 2 are diagrams schematically showing a conventional wiring form connected to a pad. Here, FIG. 1 shows a metal wiring form in the case of a customer cell, and FIG. 2 shows a metal wiring form in the case of a standard I / O cell. 1 and 2,
도 1 및 도 2를 참조하면, ESD 보호 다이오드들(16, 18, 34, 36)은 외부로부터 입력되는 정전기에 의한 내부 회로를 보호하기 위해 패드(12,38)와 VDD 라인(10,30) 사이에 그리고, 패드(12,38)와 Vss 라인(14,32) 사이에서 메탈라인 (20a~20d, 40a~40e)에 의해 각각 연결된다. 이 때, ESD 보호 다이오드들(16, 18, 34, 36)과 연결되는 메탈 라인(20a~20d, 40a~40e)은 그 폭이 5um 정도로 매우 좁다. 따라서, 외부로부터 EOS 서지가 패드(12,38)를 통해 입력될 경우, 메탈라인(20a~20d, 40a~40e) 견디지 못하고 녹아버리게 된다. 1 and 2, the
따라서, 반도체 소자의 불량 개선을 위해서는 반도체 소자를 시중에 출하하기 전에 서지 및 과도 전압/전류에 의한 EOS 평가가 이루어져야 되며, 서지 및 과도 전압/전류에 의한 EOS 내성이 강해지도록 반도체 소자의 특성 개선이 요구된다.Therefore, in order to improve the defect of the semiconductor device, EOS evaluation by surge and transient voltage / current should be performed before shipping the semiconductor device on the market, and the improvement of the characteristics of the semiconductor device is enhanced so that EOS resistance by surge and transient voltage / current is stronger. Required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서지 및 과도 전압/전류에 의한 EOS 내성을 강화시켜 EOS에 안전한 반도체 소자를 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a semiconductor device that is safe for EOS by enhancing EOS resistance due to surge and transient voltage / current.
상기 과제를 이루기 위해, 데이터 입/출력 패드, 내부 회로를 이.에스.디.(Electro Static Discharge, 이하, ESD로 약함)로부터 보호하기 위해 상기 데이터 입/출력 패드와 전원 전압사이 그리고 상기 데이터 입/출력 패드와 접 지 전원 사이에 각각 연결되는 ESD 보호 다이오드를 구비하는 본 발명에 따른 반도체 장치는 상기 ESD 보호 다이오드의 메탈 라인을 소정폭 이상으로 배선하여, 상기 데이터 입/출력 라인을 통해 입력되는 이.오.에스.(Electrical Over Stress, 이하, EOS로 약함) 서지에 의해 상기 ESD 보호 다이오드와 연결되는 메탈 라인이 파괴되는 것을 방지한다. To accomplish this task, between the data input / output pad and the power supply voltage and between the data input / output pad and the power supply voltage to protect the data input / output pad, the internal circuits from electrostatic discharge (hereinafter referred to as ESD). The semiconductor device according to the present invention includes an ESD protection diode connected between an output pad and a ground power supply, respectively, and the metal line of the ESD protection diode is wired to a predetermined width or more to be input through the data input / output line. The electrical over stress (hereinafter, referred to as EOS) surge prevents the metal line connected to the ESD protection diode from being destroyed by the surge.
이하, 본 발명에 따른 EOS에 안전한 반도체 소자를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a semiconductor device safe for EOS according to the present invention will be described as follows.
일반적으로, 셋 레벨(set level)의 제품 내성 시험법은 여러 가지가 있지만 반도체 칩 레벨의 내성 시험법은 ESD, EMI, 래치-업 정도가 있을 뿐이다. 반도체 제조 회사에서는 이들 ESD, EMI, 래치-업 테스트를 모두 통과한 제품을 양품으로서 시장에 출하한다. 그러나, EOS 충격(damage) 테스트는 반도체 칩 레벨에서 이루어지고 있지않고 있으며, 따라서, ESD, EMI, 래치-업 테스트를 모두 통과한 제품이더라도 EOS 충격에 의한 불량은 감소되고 있지 않는 실정이다. 여기서, EOS 충격에 의해 발생되는 불량의 형태는 패드를 매개로 하여 외부와 연결되는 메탈 라인이 녹거나 컨택 및 PN 정션의 파손, 에피-바이어스(epi-bias) 정션의 파손, 에프.이.티(FET) 정션의 파손 등과 같은 형태의 불량이 발생된다. 이러한 불량의 유형 중 전술된 바와 같이 메탈 라인이 녹는 현상이 60% 이상으로 가장 많이 발생된다. Generally, there are many set-level product immunity testing methods, but semiconductor chip-level immunity testing methods include only ESD, EMI, and latch-up levels. Semiconductor manufacturers ship products that pass all of these ESD, EMI, and latch-up tests as good products. However, the EOS impact test is not performed at the semiconductor chip level. Therefore, even if the product passes all ESD, EMI, and latch-up tests, defects caused by the EOS impact are not reduced. Here, the form of the defect caused by the EOS impact is the melting of metal lines connected to the outside via pads, breakage of contacts and PN junctions, breakage of epi-bias junctions, and F.T. Defects in the form of breakage of the (FET) junction, etc., occur. As mentioned above, the melting of the metal line is most frequently occurred, as described above, of 60% or more.
도 3 및 4는 본 발명에 따른 메탈 배선의 실시예들을 나타내는 도면들이다. 여기서, 도 3은 커스터머 셀의 매탈 배선 형태를 나타내고, 도 4는 스탠다드 I/O 셀의 매탈 배선 형태를 각각 나타낸다. 도 3 및 도 4에서 참조번호 104,106,134,136은 ESD에 의한 칩 보호를 위한 ESD 보호 다이오드이다. 참조번호 100 및 130은 VDD와 연결되는 메탈 라인을 나타내고, 108 및 132는 Vss와 연결되는 메탈 라인을 각각 나타낸다. 참조번호 102 및 138은 외부와 연결되는 패드를 나타내고, 110a~110d 및 140a~140e는 ESD 보호 다이오드와 연결되는 메탈 라인을 각각 나타낸다. 3 and 4 are views showing embodiments of the metal wiring according to the present invention. Here, FIG. 3 shows the metal interconnection form of the customer cell, and FIG. 4 shows the metal interconnection form of the standard I / O cell. 3 and 4,
도 3 및 도 4를 참조하면, ESD 보호 다이오드들(16, 18, 34, 36)은 외부로부터 입력되는 정전기에 의한 내부 회로를 보호하기 위해 패드(102,138)와 VDD 라인(100,130) 사이에 그리고, 패드(102,138)와 Vss 라인(108,132) 사이에서 메탈라인 (110a~110d, 140a~140d)에 의해 각각 연결된다. 이 때, ESD 보호 다이오드들(104,106,134,136)과 연결되는 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)은 그 폭을 소정폭 이상으로 넓게 함으로써, 외부로부터 EOS 서지가 패드(12,38)를 통해 입력되어도 메탈라인(110a~110d, 140a~140d)이 견딜 수 있도록 한다. 이 때, 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)의 폭은 EOS 서지 전압에 따라 결정될 수 있다. 3 and 4,
대체로, 반도체 소자에서 15V이하의 EOS 서지 전압의 발생 빈도수가 높으며, 따라서 15V 이하의 EOS 서지 전압에 의한 불량이 많이 발생한다. 따라서, 15V 이하의 EOS 서지 전압에 대한 반도체 소자의 EOS 불량 개선은 반드시 필요하다. 이처럼, 15V 이하의 EOS 서지 전압에 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)이 견디기 위해서는 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)의 폭을 20um 정도로 하면 된다. 그리고, 때때로 15V~20V의 EOS 서지 전압이 반도체 소자로 인가되는 경우가 있다. 이처럼, 15V~20V의 EOS 서지 전압에 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)이 견디기 위해서는 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)의 폭을 30um 정도로 하면 된다. 또한, 반도체 소자에서 20V 이상의 EOS 서지 전압은 거의 인가되지 않는다. 따라서, 20V 이상의 EOS 서지 전압에 의한 불량은 거의 발생되지 않는다. In general, the frequency of occurrence of the EOS surge voltage of 15 V or less in the semiconductor device is high, and therefore, a lot of defects are caused by the EOS surge voltage of 15 V or less. Therefore, the EOS defect improvement of the semiconductor element with respect to EOS surge voltage of 15V or less is essential. As such, the
결국, 반도체 소자에 대한 EOS 서지 전압은 15V 이하 또는 20V 이하이며, 이러한 EOS 서지 전압에 의한 반도체 소자의 불량을 개선하기 위해서는 EOS 메탈 라인(110a~110d, 140a~140d)을 20um 또는 30um로 하는 것이 바람직하다. As a result, the EOS surge voltage for the semiconductor device is 15 V or less or 20 V or less, and in order to improve the defect of the semiconductor device caused by the EOS surge voltage, it is preferable to set the
도 5는 데이터 IN/OUT 패드, 공급 전원 VDD 및 접지 전원 VSS 패드와 내부 회로간의 메탈 배선을 보이는 도면이다. 도 5에서, 참조번호 170 데이터 입력(IN) 패드를, 180은 데이터 출력(OUT) 패드를, 160은 VDD 패드를, 190은 VSS 패드를 각각 나타낸다. 참조번호 172~178은 ESD 보호 다이오드들을 각각 나타내며, 200은 내부의 로직 회로를 나타낸다. 5 is a diagram illustrating metal wiring between a data IN / OUT pad, a supply power VDD, and a ground power VSS pad and an internal circuit. In FIG. 5,
도 5를 참조하면, 외부로부터 데이터를 입/출력하는 패드 170 및 180에 연결되는 메탈 라인을 20um 이상으로 넓게하며, 내부의 로직 회로에 연결되는 메탈 라인은 5um 정도로 배선한다. EOS 서지 전압에 의해 직접적인 영향을 받는 메탈라인은 데이터 입/출력 패드들(170, 180)에 연결된 메탈 라인이므로, 데이터 입/출력 패드들(170, 180)에 연결된 메탈 라인의 폭을 넓게 함으로써 EOS 서지에 의한 반도체 소자 불량을 방지할 수 있다. 한편, 내부의 로직 회로(200)에는 EOS 서지 전압의 영향이 미치지 않으므로 내부의 로직 회로(200)의 메탈 라인 폭은 5um 정도로 좁게 하여도 무방하다.
Referring to FIG. 5, the metal lines connected to the
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자는 외부와 연결되는 패드와 ESD 보호 다이오드에 연결되는 메탈라인의 폭을 20um 이상으로 넓게 함으로써, 원치않는 EOS 서지로부터 반도체 소자가 파괴되는 것을 최소화할 수 있다. As described above, the semiconductor device according to the present invention can minimize the destruction of the semiconductor device from unwanted EOS surges by widening the width of the pad connected to the outside and the metal line connected to the ESD protection diode to 20 μm or more. .
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자는 외부와 연결되는 패드와 ESD 보호 다이오드에 연결되는 메탈라인의 폭을 20um 이상으로 넓게 함으로써, EOS 서지에 대한 EOS 내성을 강화시킬 수 있으며, 따라서 원치않는 EOS 서지로부터 반도체 소자가 파괴되는 것을 최소화할 수 있다. As described above, the semiconductor device according to the present invention can increase the EOS resistance to EOS surge by widening the width of the pad connected to the outside and the metal line connected to the ESD protection diode to 20 μm or more, and thus unwanted. The destruction of the semiconductor device from the EOS surge can be minimized.
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KR20000023454A (en) * | 1998-09-25 | 2000-04-25 | 가네꼬 히사시 | Input/output protective device |
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