KR101006514B1 - A silicon controlled rectifier for protecting the device in a electrostatic discharge - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적회로에 사용되는 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기에 관한 것으로, 특히 반도체(또는 실리콘) 제어 정류기를 이용하여 저전압의 집적회로에서 정전 방전에 대한 보호 기능을 수행하는 반도체 제어 정류기에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 제어 정류기의 턴온 전압을 내부에 존재하는 트랜지스터를 통해 감소시킴으로써 감소된 턴온 전압에 의해 고속으로 동작하는 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기를 제공한다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor controlled rectifiers for electrostatic discharge protection devices used in integrated circuits. will be.
The present invention provides a semiconductor controlled rectifier for an electrostatic discharge protection device operating at high speed by a reduced turn on voltage by reducing the turn on voltage of the semiconductor controlled rectifier through a transistor present therein.
Description
도 1 은 종래의 HHVSCR의 평면을 나타낸 도면.1 is a view showing a plane of a conventional HHVSCR.
도 2a 는 도 1 의 HHVSCR에서 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 나타낸 도면.Figure 2a is a cross-sectional view of the HHVSCR applied to the pull down in the HHVSCR of Figure 1;
도 2b 는 도 1 의 HHVSCR에서 풀 업에 적용되는 HHVSCR의 단면을 나타낸 도면.FIG. 2B is a cross-sectional view of the HHVSCR applied to the pull up in the HHVSCR of FIG. 1; FIG.
도 3 은 도 2a 와 도 2b 의 회로를 나타낸 도면.3 shows the circuit of FIGS. 2A and 2B;
도 4 은 본 발명의 HHVSCR의 평면을 나타낸 도면.4 shows a plane of the HHVSCR of the present invention.
도 5a ~ 도 5b 는 도 4 의 HHVSCR에서 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 나타낸 도면.5a to 5b are cross-sectional views of the HHVSCR applied to the pull down in the HHVSCR of FIG.
도 6a ~ 도 6b 는 도 4 의 HHVSCR에서 풀 업에 적용되는 HHVSCR의 단면을 나타낸 도면.6a to 6b are cross-sectional views of the HHVSCR applied to the pull-up in the HHVSCR of FIG.
도 7 은 본 발명의 HHVSCR에서 잘못된 레이 아웃의 평면을 나타낸 도면.7 shows a plane of a wrong layout in the HHVSCR of the present invention.
도 8 은 도 7 의 HHVSCR에서 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 나타낸 도면.8 is a cross-sectional view of the HHVSCR applied to the pull-down in the HHVSCR of FIG.
도 9a ~ 도 9c 는 도 5a 와 도 8 의 HHVSCR의 전류-전압 그래프를 나타낸 도 면.9A to 9C are diagrams showing current-voltage graphs of the HHVSCRs of FIGS. 5A and 8.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 - -Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
214, 266, 301, 519, 569, 622, 682, 819 : 입출력 패드214, 266, 301, 519, 569, 622, 682, 819: I / O pad
303, 304 : 캐소드303, 304: cathode
302 : 애노드302: anode
305 : 트리거305 trigger
본 발명은 집적회로에 사용되는 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기에 관한 것으로, 특히 반도체(또는 실리콘) 제어 정류기를 이용하여 저전압의 집적회로에서 정전 방전에 대한 보호 기능을 수행하는 반도체 제어 정류기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
반도체 집적회로는 외부에서 발생된 정전 방전(또는 정전기)으로부터 유입되는 고전압에 대하여 매우 민감하게 영향을 받는다. 이러한 정전 방전 (electrostatic discharge : ESD , 이하 ESD 라고 함.) 현상으로 인해 일시에 고전압이 칩내로 유입될 경우 유입된 고전압은 집적회로 내에 형성된 얇은 절연막, 채널 등을 파괴하여 칩 자체를 파괴한다. ESD에 대한 보호 장치는 순간적으로 유입되는 고전압 또는 고전류가 칩내의 다른 회로들로 유입되지 않도록 사전에 방전시켜주는 기능을 한다. ESD에 대한 보호 장치로써 PN 정션을 이용한 반도체(또는 실리 콘) 제어 정류기(silicon controlled rectifier : SCR, 이하 SCR 이라고 함.)가 보호 장치로써의 효과가 우수한 것으로 알려져 있다. Semiconductor integrated circuits are very sensitive to high voltages coming from externally generated static discharges (or static electricity). When a high voltage flows into a chip at a time due to the electrostatic discharge (ESD, hereinafter referred to as ESD), the introduced high voltage destroys the thin film, channels, etc. formed in the integrated circuit, thereby destroying the chip itself. The ESD protection device pre-discharges the instantaneous high voltage or high current into other circuitry on the chip. It is known that a semiconductor (or silicon) controlled rectifier (SCR, hereinafter referred to as SCR) using a PN junction as a protection device against ESD is excellent as a protection device.
초기의 집적회로에서 SCR은 단위 면적당 방전 시키는 전류 소비량이 커서 ESD에 대한 보호 장치용으로 각광 받는 장치였으나, 집적회로가 더욱 고밀도로 집적화되고, 칩 크기가 축소됨에 따라 SCR의 높은 턴온 전압(또는 트리거 전압, 문턱 전압)과 SCR의 턴온 상태를 유지하는 홀딩(holding) 전압이 낮아 최근의 집적회로에 적용하기가 곤란하게 되었다. 이러한 SCR의 높은 턴온 전압을 감축시키기 위해 SCR은 LSCR(Lateral SCR), MSCR(Modified SCR), LVTSCR(Low Voltage Triggered SCR) 등으로 개량되어 낮은 턴온 전압을 유지 할 수 있게 되었다. 또한, 최근에는 SCR의 홀딩 전압을 높인 HHVSCR(High Holding Voltage SCR)장치가 발명되어 종래의 SCR 소자보다 향상된 홀딩 전압을 통해 래치 업을 방지할 수 있게 되었다. In the early integrated circuits, the SCR was a popular device for ESD protection because of the large current consumption per unit area, but the high turn-on voltage (or trigger) of the SCR is increased as the integrated circuit is more densely integrated and the chip size is reduced. Voltage, threshold voltage) and a holding voltage that maintains the turn-on state of the SCR are difficult to apply to recent integrated circuits. In order to reduce the high turn-on voltage of the SCR, the SCR has been improved to the LSCR (Lateral SCR), the MSCR (Modified SCR), and the Low Voltage Triggered SCR (LVTSCR) to maintain a low turn-on voltage. In addition, in recent years, a high holding voltage SCR (HHVSCR) device in which the holding voltage of the SCR is increased has been invented to prevent latch-up through an improved holding voltage than the conventional SCR device.
도 1 은 종래 HHVSCR의 평면을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a plane of a conventional HHVSCR.
도 2a 는 도 1 의 HHVSCR에서 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.FIG. 2A shows a cross section of the HHVSCR applied to pull down in the HHVSCR of FIG. 1.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 풀 다운에 적용되는 HHVSCR은 p-타입의 반도체 기판(P-sub, 201), n-타입의 웰(Nwell) 영역(202), p-타입의 고농도(이하 P+ 라고 함.) 영역(203, 208, 213)과 n-타입의 고농도(이하 N+ 라고 함.) 영역(205, 207, 211), 절연 영역(204, 212), 게이트 전극(206, 209), 입출력 패드(214)를 구비한다. As shown in FIG. 2A, the HHVSCR applied to the pull-down includes a p-type semiconductor substrate (P-sub) 201, an n-
입출력 패드(214)를 통해 양의 전하가 다량 유입되면, HHVSCR은 P+ 영역 (210), 웰 영역(202), 반도체 기판(201), N+ 영역(205)에 의한 PNPN SCR 동작을 하여 유입된 전하를 디스차지한다. 또한, 입출력 패드(214)를 통해 음의 전하가 다량 유입되면, HHVSCR은 N+ 영역(211), 웰 영역(202), 반도체 기판(201), P+ 영역(213)에 의한 NP 순방향 다이오드 동작을 하여 유입된 전하를 디스차지한다.When a large amount of positive charge flows through the input /
도 2b 는 도 1 의 풀 업에 적용되는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.FIG. 2B illustrates a cross section of the HHVSCR applied to the pull up of FIG. 1.
도 2b 에 도시된 바와 같이, 풀 업에 적용되는 HHVSCR은 p-타입의 반도체 기판(251), n-타입의 딥(Deep)웰(DNwell) 영역(252), n-타입의 웰 영역(253), p-타입의 웰(Pwell) 영역(254), N+ 영역(255, 260, 262, 265), P+ 영역(257, 259, 263), 절연 영역(256, 264), 게이트 전극(258, 261), 입출력 패드(266)를 구비한다. As shown in FIG. 2B, the HHVSCR applied to the pull up includes a p-
입출력 패드(266)를 통해 양의 전하가 다량 유입되면, HHVSCR은 P+ 영역 (263), 웰 영역(254), N+ 영역(265)에 의해 PN 순방향 다이오드 동작을 하여 유입된 전하를 디스차지한다. 또한, 입출력 패드(266)을 통해 음의 전하가 다량 유입되면, HHVSCR은 N+ 영역(262), 웰 영역(254), 딥웰 영역(252), 웰 영역(253), P+ 영역(257)에 의해 NPNP SCR 동작을 하여 유입된 전하를 디스차지한다. When a large amount of positive charge flows through the input /
도 3 은 도 2a, 도 2b 의 도시된 HHVSCR의 풀 다운, 풀 업 회로를 모두 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating both pull-down and pull-up circuits of the HHVSCR shown in FIGS. 2A and 2B.
도시된 바와 같이, HHVSCR은 입출력 패드(301), BJT 트랜지스터(B1, B2, B3, B4)와 외부에 설치된 별도의 트리거(305)를 구비한다. As shown, the HHVSCR includes an input /
트리거(305)는 MOS 트랜지스터(M1, M2)를 구비하며, 입출력 패드(301)로 다량의 전하가 유입되면 트리거(305)는 HHVSCR의 BJT 트랜지스터(B1, B4)의 베이스 전위를 상승시켜 HHVSCR의 턴온 전압을 감소시킨다. The
이하, HHVSCR의 입출력 패드(301)를 통해 다량의 양의 전하가 유입될 경우와 다량의 음의 전하가 유입될 경우로 구분하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the case will be described in detail by dividing the case when a large amount of charge and a large amount of negative charge flows through the input /
우선, 입출력 패드(301)를 통해 양의 전하가 다량 유입될 경우, 유입된 다량의 전하에 의해 MOS 트랜지스터(M2)는 턴온된다. 턴온된 MOS 트랜지스터(M2)에 의해 BJT 트랜지스터(B4) 베이스의 전위가 상승하여 턴온된다. 그 결과 BJT 트랜지스터(B3, B4)는 PNPN SCR 동작을 하여 입출력 패드(301)를 통해 애노드(302)로 유입된 전하를 캐소드(304)로 전달하여 디스차지한다. First, when a large amount of positive charge flows through the input /
다음으로, 입출력 패드(301)를 통해 음의 전하가 다량 유입될 경우, 유입된 다량의 전하에 의해 MOS 트랜지스터(M1)가 턴온된다. 턴온된 MOS 트랜지스터(M1)에 의해 BJT 트랜지스터(B1) 베이스의 전위가 하강하여 턴온된다. 그 결과 BJT 트랜지스터(B2, B1)는 NPNP SCR 동작을 하여 입출력 패드(301)를 통해 애노드(302)로 유입된 전하를 캐소드(303)로 전달하여 디스차지한다.Next, when a large amount of negative charge is introduced through the input /
그러나, 종래의 HHVSCR은 높은 턴온 전압을 필요로 한다. 이러한 높은 턴온 전압을 감소시키기 위해 종래의 HHVSCR은 외부에 별도의 트리거 특히, MOS 트랜지스터를 설치하여 턴온 전압을 감소시킨다. 하지만 외부의 별도의 수단을 통해 HHVSCR의 턴온 전압을 감소시키는 종래의 반도체 정류 제어기는 정전 방전용 장치에 중요한 특성(유입된 전하의 디스차지 능력, 선형성 등)의 확보 및 유지가 어렵다. 그 결과 종래의 반도체 제어 정류기를 최근의 고밀도로 집적화되고, 고속 동작을 요구하는 반도체 집적회로에 적용시에 문제점이 발생할 수 있다. However, conventional HHVSCRs require high turn-on voltages. In order to reduce such a high turn-on voltage, the conventional HHVSCR reduces a turn-on voltage by installing a separate trigger, especially a MOS transistor, externally. However, the conventional semiconductor rectifier controller which reduces the turn-on voltage of the HHVSCR through external means is difficult to secure and maintain the characteristics (discharge ability of the charged charge, linearity, etc.) important for the device for electrostatic discharge. As a result, a problem may arise when the conventional semiconductor control rectifier is integrated in a recent high density and applied to a semiconductor integrated circuit requiring high speed operation.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고밀도 집적화 되고, 고속 동작하는 집적회로에 적용 가능한 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기를 제공한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and provides a semiconductor controlled rectifier for an electrostatic discharge protection device applicable to an integrated circuit of high density integrated and high speed operation.
특히, 본 발명은 반도체 제어 정류기는 턴온 전압을 내부에 존재하는 트랜지스터를 통해 감소시키는데 있어서 확실한 선형성으로 ESD에 대한 보호 확보하기 위한 것이다. In particular, the present invention is to ensure protection against ESD with a certain linearity in reducing the turn-on voltage through transistors present therein.
본 발명의 실시예인 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기는 제 1 도전형 저농도의 반도체 기판; 상기 반도체 기판 내에 형성된 제 2 도전형 저농도의 제 1 웰 영역; 상기 반도체 기판 내에 형성된 상기 제 1 도전형 고농도의 제 1, 제 2 및 제 10 영역; 상기 반도체 기판 내에 형성된 상기 제 2 도전형 고농도의 제 3, 제 8 및 제 9 영역; 상기 반도체 기판 내에 상기 제 1 웰 영역과 중첩되도록 형성된 상기 제 2 도전형 고농도의 제 4 영역; 상기 제 1 웰 영역 내에 형성된 상기 제 1 도전형 고농도의 제 5 및 6 영역; 상기 제 1 웰 영역 내에 형성된 상기 제 2 도전형 고농도의 제 7 영역; 상기 제 3 영역과 상기 제 4 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성된 제 1 게이트 전극; 상기 제 5 영역과 상기 제 6 영역 사이의 상기 제 1 웰 상에 형성된 제 2 게이트 전극; 상기 제 8 영역과 상기 제 9 영역 사이의 상기 반도체 기판 상에 형성된 제 3 게이트 전극; 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성된 제 1 절연 영역; 상기 제 7 영역과 상 기 제 8 영역사이의 상기 제 1 웰 영역과 중첩되도록 상기 반도체 기판 내에 형성된 제 2 절연 영역; 상기 제 9 영역과 상기 제 10 영역 사이의 상기 반도체 기판 내에 형성된 제 3 절연 영역을 구비한다. 여기서, 상기 제 4 영역과 상기 5 영역은 접합되고, 상기 제 6 영역과 상기 7 영역은 접합되며, 상기 제 1 영역은 상기 제 3 영역 및 상기 제 1 게이트 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 영역은 상기 제 8 영역 및 상기 제 3 게이트 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제 6 , 제 7 영역 및 제 9 영역은 노드와 전기적으로 연결되고, 상기 노드는 입출력 패드와 연결된다.The semiconductor controlled rectifier for an electrostatic discharge protection device according to an embodiment of the present invention includes a first conductive type low concentration semiconductor substrate; A second well-concentrated first well region formed in the semiconductor substrate; First, second, and tenth regions of the first conductivity type high concentration formed in the semiconductor substrate; The second conductive high concentration third, eighth and ninth regions formed in the semiconductor substrate; The second conductive high concentration fourth region formed to overlap the first well region in the semiconductor substrate; The first conductive high concentration fifth and sixth regions formed in the first well region; A seventh region of the second conductivity type high concentration formed in the first well region; A first gate electrode formed on the semiconductor substrate between the third region and the fourth region; A second gate electrode formed on the first well between the fifth region and the sixth region; A third gate electrode formed on the semiconductor substrate between the eighth region and the ninth region; A first insulating region formed in the semiconductor substrate between the first region and the second region; A second insulating region formed in the semiconductor substrate to overlap the first well region between the seventh region and the eighth region; And a third insulating region formed in the semiconductor substrate between the ninth region and the tenth region. The fourth region and the fifth region are bonded to each other, the sixth region and the seventh region are bonded to each other, and the first region is electrically connected to the third region and the first gate electrode. An area is electrically connected to the eighth area and the third gate electrode, the sixth, seventh and ninth areas are electrically connected to a node, and the node is connected to an input / output pad.
(실시예)(Example)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4 는 본 발명에 따른 반도체 제어 정류기, 특히 HHVSCR(High Holding Voltage SCR)의 평면을 도시한 것이다. 4 shows a plane of a semiconductor controlled rectifier according to the invention, in particular HHVSCR (High Holding Voltage SCR).
도 5a 는 도 4 의 HHVSCR에서 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.FIG. 5A shows a cross section of the HHVSCR applied to pull down in the HHVSCR of FIG. 4.
도 5a 에 도시된 바와 같이, 풀 다운의 HHVSCR은 p-타입의 반도체 기판(P-sub, 501), n-타입의 웰(Nwell) 영역(502), p-타입의 고농도(이하 P+ 라고 함.) 영역(503, 505, 509, 511, 518)과 n-타입의 고농도(이하 N+ 라고 함.) 영역(506, 508, 512, 514, 516), 절연 영역(504, 513, 517), 게이트 전극(507, 510, 515), 입출력 패드(519)를 구비한다.
As shown in FIG. 5A, the pull-down HHVSCR is a p-type semiconductor substrate (P-sub, 501), an n-type well (Nwell)
반도체 기판(501) 내에 P+ 영역(503, 505, 518), N+ 영역(506, 514, 516) 및 절연 영역(504, 517)이 형성되고, 웰 영역(502) 내에 P+ 영역(509, 511)과 N+ 영역(512)이 형성된다. 또한, 반도체 기판(501) 내에 웰 영역(502)과 접합하여 N+ 영역(508)과 절연 영역(513)이 형성된다. P +
절연 영역(504, 513, 517)은 각각 2개의 P+ 영역(503, 505), 2개의 N+ 영역(512, 514) 및 N+ 영역(516)과 P+ 영역(518) 사이에 형성되어 각각의 영역을 전기적으로 차단한다. 3개의 N+ 영역(506, 508, 512)은 3개의 P+ 영역(505, 509, 511)과 각각 PN 접합으로 형성된다. Insulating
2개의 N+ 영역(506, 508) 사이에 형성된 게이트 전극(507)에 의해 NMOS 트랜지스터를 형성하고, 2개의 P+ 영역(509, 511)사이에 형성된 게이트 전극(510)에 의해 PMOS 트랜지스터를 형성한다. 또한, 2개의 N+ 영역(514, 516) 사이에 형성된 게이트 전극(515)에 의해 NMOS 트랜지스터를 형성한다. N+ 영역(506), 반도체 기판(501), 웰 영역(502), N+ 영역(512)은 NPN BJT 트랜지스터를 형성하고, P+ 영역(511), 웰 영역(502), 반도체 기판(501)은 PNP BJT 트랜지스터를 형성한다.An NMOS transistor is formed by a
P+ 영역(503)은 N+ 영역(506), 게이트 전극(507)과 전기적으로 연결되고, P+ 영역(505)은 N+ 영역(514), 게이트 전극(515)과 전기적으로 연결된다. P+ 영역 (511)은 N+ 영역(512, 516)과 전기적으로 연결되어 노드(520)를 통해 입출력 패드(519)와 연결된다. The P +
이하, 입출력 패드(519)를 다량의 양의 전하가 유입되는 경우와 음의 전하가 유입되는 경우로 구분하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the input /
우선, 입출력 패드(519)를 통해 양의 전하가 다량 유입될 경우, 입출력 패드(519)를 통해 유입된 전하는 N+ 영역(516)과 P+ 영역(511)으로 전하가 유입된다. N+ 영역(516)으로 유입된 전하에 의해 N+ 영역(514, 516)과 게이트 전극(515)으로 형성된 NMOS 트랜지스터가 빠르게 턴온되고, 턴온된 트랜지스터는 P+ 영역(505)으로 전하를 유입시킨다. P+ 영역(505)으로 유입된 전하에 의해 N+ 영역(506), 반도체 기판(501), 웰 영역(502), N+ 영역(512)에 의해 형성된 BJT 트랜지스터(523)의 베이스 전위가 상승하여 BJT 트랜지스터는 턴온된다. 즉, 입출력 패드(519)를 통해 P+ 영역(511)으로 양의 전하가 유입되면, HHVSCR은 P+ 영역 (511), 웰 영역(502), 반도체 기판(501), N+ 영역(506)에 의해 PNPN SCR로 빠르게 동작하여 유입된 양의 전하를 빠르게 디스차지한다. First, when a large amount of positive charge flows through the input /
다음으로, 입출력 패드(519)를 통해 음의 전하가 다량 유입될 경우, 즉, 입출력 패드(519)를 통해 N+ 영역(512)으로 음의 전하가 유입되면, HHVSCR은 N+ 영역(512), 웰 영역(502), 반도체 기판(501), P+ 영역(518)에 의해 NP 순방향 다이오드 동작을 하여 유입된 음의 전하를 디스차지한다. 또한, 입출력 패드(519)를 통해 N+ 영역(516)으로 유입되면, HHVSCR은 N+ 영역(516), 반도체 기판(501), P+ 영역(518)에 의해 NP 순방향 다이오드 동작에 의해 유입된 전하를 디스차지한다.Next, when a large amount of negative charge flows through the input /
도 5b 는 도 4 의 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.FIG. 5B shows a cross section of the HHVSCR applied to the pull down of FIG. 4.
도시된 바와 같이, 도 5b 는 도 5a 와 동일한 구성요소와 동일한 구조이다. 다만, 캐패시터(C1)와 저항(R1)을 더 구비한다. 캐패시터(C1)는 노드(575)와 입출력 패드(569)를 연결한다. 저항(R1)은 P+ 영역(555), N+ 영역(564), 게이트 전극(565)과 전기적으로 연결된 단자(572)와 P+ 영역(568)과 전기적으로 연결된 단자(577)를 연결한다. As shown, FIG. 5B is identical in structure to the same components as in FIG. 5A. However, the capacitor C1 and the resistor R1 are further provided. The capacitor C1 connects the
도 5b 의 동작은 전술한 도 5a 와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 입출력 패드(569)를 통해 다량의 양의 전하가 유입될 경우, 캐패시터(C1)와 저항(R1)에 의해 N+ 영역(556), 반도체 기판(551), 웰 영역(552), N+ 영역(562)으로 형성된 BJT 트랜지스터의 베이스 전위가 빠르게 상승하여 빠르게 턴온된다. 그 결과, HHVSCR은 빠르게 PNPN SCR 동작을 하여 도 5a 의 HHVSCR 보다 더욱 빠르게 유입된 전하를 디스차지한다.Since the operation of FIG. 5B is the same as that of FIG. 5A, a detailed description thereof will be omitted. However, when a large amount of charge flows through the input /
도 6a 는 도 4 의 풀 업에 적용되는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.FIG. 6A shows a cross section of the HHVSCR applied to the pull up of FIG. 4.
도시된 바와 같이, HHVSCR은 p-타입의 반도체 기판(601), n-타입의 딥웰(DNwell) 영역(602), p-타입의 웰(Pwell) 영역(603), n-타입의 웰 영역(604, 605), N+ 영역(606, 608, 612, 614, 621), P+ 영역(609, 611, 615, 617, 619), 절연 영역(607, 616, 620), 입출력 패드(622)를 구비한다. As shown, the HHVSCR includes a p-
반도체 기판(601)과 웰 영역(603)과의 단락을 방지하기 위해 반도체 기판 (601) 내에 딥웰 영역(602)이 형성된다. 딥웰 영역(602) 내에 웰 영역(603, 604, 605)이 형성되고, 웰 영역(604) 내에는 N+ 영역(606, 608), 절연 영역(607), P+ 영역(609)이 형성된다. P+ 영역(611)은 2개의 웰 영역(603, 604) 내에 중첩 되도록 형성된다. 웰 영역(603) 내에 N+ 영역(612, 614)이 형성되고, P+ 영역(615)은 2개의 웰 영역(603, 605) 내에 중첩 되도록 형성된다. 웰 영역(605) 내에는 절연 영역(616, 620), P+ 영역(617, 619)과 N+ 영역(621)이 형성된다.
The
절연 영역(607, 616, 620)은 각각 2개의 N+ 영역(606, 608), 2개의 P+ 영역(615, 617), P+ 영역(619)과 N+ 영역(621) 사이에 형성되어 각각의 영역을 전기적으로 차단한다. 3개의 N+ 영역(608, 612, 614)은 3개의 P+ 영역(609, 611, 615)과 각각 PN 접합으로 형성된다. Insulating
2개의 P+ 영역(609, 611) 사이에 형성된 게이트 전극(610)에 의해 PMOS 트랜지스터를 형성하고, 2개의 N+ 영역(612, 614) 사이에 형성된 게이트 전극(613)에 의해 NMOS 트랜지스터를 형성한다. 또한, 2개의 P+ 영역(617, 619) 사이에 형성된 게이트 전극(618)에 의해 PMOS 트랜지스터를 형성한다. P+ 영역(609), 웰 영역(604, 603), P+ 영역(615)은 PNP BJT 트랜지스터를 형성하고, N+ 영역(614), 웰 영역(603, 602)은 NPN BJT 트랜지스터를 형성한다.The PMOS transistor is formed by the
N+ 영역(606)은 P+ 영역(609), 게이트 전극(610)과 전기적으로 연결되고, N+ 영역(608)은 P+ 영역(617), 게이트 전극(618)과 전기적으로 연결된다. N+ 영역 (614)은 P+ 영역(615, 619)과 전기적으로 연결되어 노드(628)를 통해 입출력 패드(622)와 연결된다. The N +
이하, 입출력 패드(622)를 통해 다량의 양의 전하가 유입될 경우와 음의 전하가 유입될 경우로 구분하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a case in which a large amount of positive charge is introduced through the input /
우선, 입출력 패드(622)를 통해 양의 전하가 다량 유입될 경우, 즉, 입출력 패드(622)를 통해 P+ 영역(615)으로 전하가 유입되면, HHVSCR은 P+ 영역(615), 웰 영역 (605), N+ 영역(621)에 의해 PN 순방향 다이오드 동작을 하여 유입된 양의 전하를 디스차지한다. 또한, 입출력 패드(622)를 통해 P+ 영역(619)으로 전하가 유입 되면, HHVSCR은 P+ 영역(619), 웰 영역(605), N+ 영역(621)에 의해 PN 순방향 다이오드 동작을 하여 유입된 음의 전하를 디스차지한다. First, when a large amount of positive charge flows in through the input /
다음으로, 입출력 패드(622)를 통해 음의 전하가 다량 유입될 경우, 입출력 패드(622)를 통해 유입된 전하는 N+ 영역(614)과 P+ 영역(619)으로 유입된다. P+ 영역(619)으로 유입된 전하에 의해 P+ 영역(617, 619)과 게이트 전극(618)으로 형성된 PMOS 트랜지스터(625)가 빠르게 턴온되고, 턴온된 트랜지스터(625)는 N+ 영역(608)으로 전하를 유입시킨다. N+ 영역(608)으로 유입된 전하에 의해 P+ 영역(609), 웰 영역(604, 603), P+ 영역(615)에 의해 형성된 BJT 트랜지스터의 베이스 전위가 하강하여 BJT 트랜지스터가 턴온된다. 즉, 입출력 패드(622)를 통해 N+ 영역(614)으로 음의 전하가 유입되면, HHVSCR은 N+ 영역(614), 웰 영역(603, 604), P+ 영역(609)에 의해 NPNP SCR로 빠르게 동작하여 유입된 음의 전하를 빠르게 디스차지한다.Next, when a large amount of negative charge flows through the input /
도 6b 는 도 4 의 풀 업에 적용되는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.FIG. 6B illustrates a cross section of the HHVSCR applied to the pull up of FIG. 4.
도시된 바와 같이, 도 6b 는 도 6a 와 동일 구성 요소와 동일한 구조이다. 다만, 캐패시터(C1)와 저항(R1)을 더 구비한다. 캐패시터(C1)는 노드(688)와 입출력 패드(682)를 연결한다. 저항(R1)은 N+영역(668), P+ 영역(677), 게이트 전극 (678)과 전기적으로 연결된 단자(689)와 N+ 영역(681)과 전기적으로 연결된 단자(690)를 연결한다. As shown, FIG. 6B has the same structure as the same components as FIG. 6A. However, the capacitor C1 and the resistor R1 are further provided. The capacitor C1 connects the
도 6b 의 동작은 전술한 도 6a 와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 다만, 입출력 패드(682)를 통해 음의 전하가 다량 유입될 경우, 캐패시터(C1)와 저항(R1)에 의해 P+ 영역(669), 웰 영역(654, 653), P+ 영역(675)에 의해 형성된 BJT 트랜지스터의 베이스 전위를 빠르게 하강하여 빠르게 턴온된다. 그 결과 HHVSCR은 NPNP SCR 동작을 더욱 빠르게 하여 유입된 전하를 도 6a 의 HHVSCR 보다 더욱 빠르게 디스차지한다. Since the operation of FIG. 6B is the same as that of FIG. 6A, a detailed description thereof will be omitted. However, when a large amount of negative charge flows through the input /
도 7 은 본 발명에 따른 HHVSCR의 제작시 잘못된 레이 아웃(bad layout)의 평면을 나타낸 도면이다.7 is a view showing a plane of a bad layout (bad layout) when manufacturing the HHVSCR according to the present invention.
도 8 은 도 7 의 풀 다운에 적용되는 HHVSCR의 단면을 나타낸 도면이다.8 is a cross-sectional view of the HHVSCR applied to the pull-down of FIG.
도시된 바와 같이, 2개의 P+ 영역(806, 808) 사이에 형성된 게이트 전극(807)에 의해 PMOS 트랜지스터를 형성하고, 2개의 N+ 영역(809, 811) 사이에 형성된 게이트 전극(810)에 의해 NMOS 트랜지스터를 형성한다. 또한, 2개의 N+ 영역(814, 816) 사이에 형성된 게이트 전극 (815)에 의해 NMOS 트랜지스터를 형성한다. P+ 영역(806), 웰 영역(802), 반도체 기판(801)에 의해 PNP BJT 트랜지스터를 형성하고, 웰 영역(802), 반도체 기판(801), N+ 영역(811)에 의해 NPN BJT 트랜지스터를 형성한다.As shown, a PMOS transistor is formed by a
도 8 에 도시된 HHVSCR의 동작은 도 5a 에 도시된 HHVSCR의 동작과 동일하다. 즉, 입출력 패드(819)를 통해 양의 전하가 다량 유입될 경우, HHVSCR은 P+ 영역(806), 웰 영역(802), 반도체 기판(801), N+ 영역(811)에 의해 PNPN SCR 동작을 하여 유입된 전하를 디스차지한다. 그러나, PNPN SCR 동작을 통해 전하를 디스차지시 HHVSCR 내부인 웰 영역(802)과 반도체 기판(801)에서도 전하의 디스차지가 발생한다. 그 결과 HHVSCR은 정전 방전용 장치에 중요한 특성(유입된 전하의 디스차지 능력, 보호 장치의 효용성 등)의 확보가 어렵다. The operation of the HHVSCR shown in FIG. 8 is the same as the operation of the HHVSCR shown in FIG. 5A. That is, when a large amount of positive charge flows through the input /
도 9a ~ 도 9c 는 도 5a 와 도 8 로 레이 아웃하여 HHVSCR을 제작 했을 경우 유입된 전하의 디스차지 능력, 보호 장치의 효용성을 비교한 전류-전압 그래프이다.9A to 9C are graphs of current-voltage comparing the discharge capability of the introduced charges and the effectiveness of the protection device when the HHVSCR is fabricated by the layout of FIGS. 5A and 8.
도 9a 는 도 5a 와 도 8 로 HHVSCR을 제작 했을 경우 HHVSCR이 외부로부터 유입된 전하의 디스차지 능력을 나타낸 전류-전압 그래프이다.FIG. 9A is a current-voltage graph showing the discharge capability of charges introduced from the outside by the HHVSCR when the HHVSCR is manufactured with FIGS. 5A and 8.
도 9a 에 도시된 바와 같이, 도 5a 를 통해 레이 아웃하여 HHVSCR을 제작했을 경우의 그래프(901)는 도 8 을 통해 레이 아웃하여 HHVSCR을 제작했을 경우의 그래프(902)보다 많은 양의 전류가 흐른다. 즉, 도 5a 에 의한 HHVSCR이 도 8 에 의한 HHVSCR 보다 더 큰 전하 디스차지 능력을 갖는다. As shown in FIG. 9A, a
도 9b 와 9c 는 도 5a 와 도 8 을 통해 제작된 HHVSCR의 폭을 선형적으로 증가했을 경우 HHVSCR이 외부로부터 유입된 전하의 디스차지 능력을 나타낸 전류-전압 그래프이다.9B and 9C are current-voltage graphs showing the discharge capability of charges introduced from the outside when the HHVSCR linearly increases the width of the HHVSCR fabricated through FIGS. 5A and 8.
도 9b 에 도시된 바와 같이, 도 5a 를 통해 제작된 HHVSCR의 폭을 50㎛일 경우 그래프(911)와 100㎛일 경우 그래프(912)를 통해 HHVSCR의 폭을 2배로 하면 HHVSCR의 디스차지 능력도 거의 2배로 증가한다.As shown in FIG. 9B, the discharge capability of the HHVSCR is doubled by doubling the width of the HHVSCR through the graph 911 when the width of the HHVSCR manufactured through FIG. 5A is 50 μm and the
반면, 도 9c 에 도시된 바와 같이, 도 8 을 통해 제작된 HHHVSCR의 폭을 50㎛일 경우 그래프(921)와 100㎛일 경우 그래프(922)를 통해 HHVSCR의 폭을 2배로 하여도 HHVSCR의 디스차지 능력은 거의 변화가 없다.On the other hand, as shown in Figure 9c, even if the width of the HHHVSCR produced through Figure 8 50㎛ 921 and 100㎛ when the width of the HHVSCR through the graph 922, even if the width of the HHVSCR doubled The charge capacity is almost unchanged.
즉, 도 5a 를 통해 레이 아웃하여 HHVSCR을 제작할 경우 HHVSCR의 폭 변화에 대해 디스차지 능력은 선형적으로 변화한다. That is, when the HHVSCR is manufactured by laying out through FIG. 5A, the discharge capability linearly changes with respect to the width change of the HHVSCR.
도 10 은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 보여주는 HHVSCR의 단면을 도시한 것이다.10 shows a cross section of an HHVSCR showing yet another embodiment according to the present invention.
도시된 바와 같이, HHVSCR은 도 5a 의 HHVSCR과 동일한 구성요소와 동일한 구조를 갖는다. 다만, P+ 영역(1001, 1002, 1005, 1006, 1010)에 p-타입의 저농도(P-) 영역(1011, 1012, 1015, 1016, 1020)이 접합하여 형성된다. 또한, N+ 영역(1003, 1004, 1007, 1008, 1009)에 n-타입의 저농도(N-) 영역(1013, 1014, 1017, 1018, 1019)이 접합하여 형성된다.As shown, the HHVSCR has the same components and the same structure as the HHVSCR of FIG. 5A. However, p-type low concentration (P−)
HHVSCR은 도 5a의 HHVSCR과 동일한 동작을 통해 동일한 효과를 나타낸다. (도 10 에 도시된 HHVSCR의 동작에 대한 상세한 설명 생략.)The HHVSCR has the same effect through the same operation as the HHVSCR of FIG. 5A. (Detailed description of the operation of the HHVSCR shown in FIG. 10 is omitted.)
다음, 도 5a 와 도 2a, 도 8 의 차이점을 살펴본 후, 본 발명의 우수성에 대해 설명하기로 한다. Next, after examining the difference between FIG. 5A, FIG. 2A, and FIG. 8, the superiority of the present invention will be described. FIG.
우선, 도 2a 에 도시된 종래의 HHVSCR은 높은 턴온 전압을 필요로 하므로 이러한 높은 턴온 전압을 감소시키기 위해 외부에 별도의 트리거 특히, MOS 트랜지스터를 설치하여 반도체 집적회로 적용하였다. 그러나 도 5a 에 도시된 본 발명의 HHHVSCR은 내부에 MOS 트랜지스터를 제작하여 반도체 집적회로에 적용하므로 감소된 턴온전압을 통해 고속으로 동작할 수 있으며, 개선된 정전 방전에 대한 보호 기능을 수행한다. First, since the conventional HHVSCR shown in FIG. 2A requires a high turn-on voltage, a separate trigger, particularly a MOS transistor, is installed outside to apply the semiconductor integrated circuit to reduce the high turn-on voltage. However, since the HHHVSCR of the present invention shown in FIG. 5A fabricates a MOS transistor and is applied to a semiconductor integrated circuit, the HHHVSCR of the present invention can operate at a high speed through a reduced turn-on voltage, and performs an improved protection against static discharge.
다음으로, 도 8 에 도시된 HHVSCR은 HHVSCR의 중간 위치에 서브 탭(Sub-Tap)이 위치한다. 반면, 도 5a 에 도시된 HHVSCR은 HHVSCR의 가장자리에 서브 탭이 위 치한다. 그 결과 도 9a ~ 9c에 도시된 바와 같이, 도 5a 에 도시된 HHVSCR은 SCR의 중요한 특성(유입된 전하의 디스차지 능력, 선형성)의 확보가 가능하다. 또한, 서브 탭의 갯수가 증가할 수록 SCR의 특성의 확보는 증대된다. Next, in the HHVSCR illustrated in FIG. 8, a sub tap is positioned at an intermediate position of the HHVSCR. In contrast, in the HHVSCR illustrated in FIG. 5A, a sub tab is positioned at an edge of the HHVSCR. As a result, as shown in Figs. 9A to 9C, the HHVSCR shown in Fig. 5A can secure important characteristics of SCR (discharge capacity of inflowed charge, linearity). In addition, as the number of sub taps increases, securing of characteristics of the SCR increases.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기를 사용하는 경우, 반도체 제어 정류기의 턴온 전압을 감소시켜 반도체 제어 정류기를 고속으로 동작시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 장치는 고속 동작을 요구하는 차세대 반도체 집적회로에 적용 가능하다.As can be seen above, when the semiconductor controlled rectifier for an electrostatic discharge protection device according to the present invention is used, the semiconductor controlled rectifier can be operated at high speed by reducing the turn-on voltage of the semiconductor controlled rectifier. Such an apparatus of the present invention is applicable to next generation semiconductor integrated circuits requiring high speed operation.
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