KR102145169B1 - 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
(과제) 작은 면적으로 래치 업의 발생을 억제할 수 있는 반도체 장치를 제공한다.
(해결수단) 소수 캐리어 포획 영역에서는, P 형 확산 영역 (22) 과 N 형 웰 (24) 과 P 형 확산 영역 (25) 이 P 형의 반도체 기판 (27) 의 표면에 형성된다. N 형 확산 영역 (23) 이 N 형 웰 (24) 의 표면에 형성된다. 이 때, N 형 웰 (24) 은, P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 사이에 끼여 있다. P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 은, 최단 거리가 아니라 우회하여 배치된 금속막 배선에 의해 접속되며, 또한 양방 모두 접지 패드 (12) 에 접속된다.
(해결수단) 소수 캐리어 포획 영역에서는, P 형 확산 영역 (22) 과 N 형 웰 (24) 과 P 형 확산 영역 (25) 이 P 형의 반도체 기판 (27) 의 표면에 형성된다. N 형 확산 영역 (23) 이 N 형 웰 (24) 의 표면에 형성된다. 이 때, N 형 웰 (24) 은, P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 사이에 끼여 있다. P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 은, 최단 거리가 아니라 우회하여 배치된 금속막 배선에 의해 접속되며, 또한 양방 모두 접지 패드 (12) 에 접속된다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 래치 업의 발생을 억제할 수 있는 반도체 장치에 관한 것이다.
먼저, 종래의 반도체 장치에 관해서 설명한다. 도 5 는, 종래의 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
입력 패드 (71) 에 부 (負) 의 전압을 갖는 서지 (surge) 가 인가된 경우, P 형 반도체 기판 (87) 에 있어서의 소수 캐리어인 전자가, ESD 보호 회로의 영역의 N 형 확산 영역 (81) 에서부터 P 형의 반도체 기판 (87) 으로 새어 나가는 경우가 있다. 이 소수 캐리어는, 반도체 기판 (87) 에서부터, 접지 패드 (72) 에 접속되는 P 형 확산 영역 (82) 으로 흘러들어와, 흡수된다. 여기서, ESD 보호 회로에서 내부 회로로의 방향에 있어서의 P 형 확산 영역 (82) 의 수평 방향의 길이는 충분히 길기 때문에, 소수 캐리어는 충분히 P 형 확산 영역 (82) 에 흡수된다. P 형 확산 영역 (82) 에 흡수되지 않은 소수 캐리어는, 반도체 기판 (87) 에서부터, 전원 패드 (73) 에 접속된 N 형 확산 영역 (83) 을 통하여 강제적으로 추출된다. 입력 패드 (71) 에 대한 서지에 의해 발생하는 소수 캐리어는 내부 회로에서의 래치 업 발생의 주요 원인인데, 이상과 같이 반도체 기판 (87) 으로부터 놓아줌으로써, 내부 회로에서의 래치 업을 발생하기 어렵게 하고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 특허문헌 1 에서 개시된 기술에서는, ESD 보호 회로에서 내부 회로로의 방향에 있어서의 P 형 확산 영역 (82) 의 수평 방향의 길이가 길기 때문에, 그 만큼 반도체 장치의 면적이 커진다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 작은 면적으로 래치 업의 발생을 억제할 수 있는 반도체 장치를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해, 패드에 접속되는 확산 영역인 드레인과, 내부 회로의 영역과, 상기 드레인과 상기 내부 회로 영역 사이에 형성되고, 제 1 P 형 확산 영역과, 제 2 P 형 확산 영역과, 상기 제 1 P 형 확산 영역과 상기 제 2 P 형 확산 영역 사이에 끼인 N 형 확산 영역의 3 중 가드링을 구비하여, 상기 패드에 대한 서지로 인한 소수 캐리어를 포획하는 소수 캐리어 포획 영역을 구비하고, 상기 제 1 P 형 확산 영역과 상기 제 2 P 형 확산 영역은, 최단 거리가 아니라 우회하여 금속막 배선에 의해 접속되며, 또한 각각 접지 패드에 접속되고, 상기 N 형 확산 영역은 전원 패드에 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치를 제공한다.
본 발명에서는, 3 중 가드링 내에 있어서, 접지 전위를 갖는 P 형 확산 영역에 의해 정 (正) 의 전원 전위를 갖는 N 형의 확산 영역을 사이에 끼움으로써 ESD 보호 회로에서 내부 회로로의 방향에 있어서의 P 형 확산 영역의 길이를 짧게 하여도, 내부 회로에서의 래치 업의 발생이 억제된다. 반도체 장치의 면적을 작게 할 수 있게 된다.
도 1 은 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 반도체 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4 는 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5 는 종래의 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 반도체 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3 은 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4 는 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
도 5 는 종래의 반도체 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 먼저, 반도체 장치의 구성에 관해서 설명한다. 도 1 은 반도체 장치를 나타내는 단면도이고, 도 2 는 반도체 장치를 나타내는 평면도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판 (27) 은, 반도체 장치를 ESD 로부터 보호하는 ESD 보호 회로의 영역과, 내부 회로의 영역과, 입력 또는 출력의 패드 (11) 에 대한 부의 전압을 갖는 서지로 인해 반도체 기판 (27) 에 발생하는 소수 캐리어를 포획하는 소수 캐리어 포획 영역의 3 가지 영역으로 이루어져 있고, 소수 캐리어 포획 영역은 내부 회로의 영역을 둘러싸서, 통상 가드링을 형성하고 있다. 입력 또는 출력의 패드 (11), 접지 패드 (12), 전원 패드 (13) 및 보호 회로는 기본적으로는 가드링의 외측에 배치된다.
ESD 보호 회로의 영역에서는, N 형 확산 영역 (21) 이 P 형의 반도체 기판 (27) 의 표면에 형성된다. 이 N 형 확산 영역 (21) 은, 통상 반도체 장치를 ESD 로부터 보호하는 ESD 보호 회로로서 기능하는 NMOS 트랜지스터의 드레인이다. 이 드레인 (N 형 확산 영역 (21)) 은 패드 (11) 에 접속된다. 도시하지 않지만, 이 NMOS 트랜지스터의 소스 및 게이트가 접지 패드 (12) 에 접속되고, 드레인이 패드 (11) 에 접속됨으로써, 이 NMOS 트랜지스터는 ESD 보호 회로로서 기능한다. 또한 다른 구성으로서, N 형 확산 영역 (21) 은 보호 다이오드의 캐소드이어도 된다.
내부 회로의 영역에서는, N 형 웰 (26) 이 P 형의 반도체 기판 (27) 의 표면에 형성된다. P 형 확산 영역이, 도시는 하지 않지만, N 형 웰 (26) 의 표면에 형성된다. 이 P 형 확산 영역은 PMOS 트랜지스터의 소스나 드레인이 된다. 또한, N 형 확산 영역이, 도시는 하지 않지만, P 형의 반도체 기판 (27) 의 표면에 형성된다. 이 N 형 확산 영역은, NMOS 트랜지스터의 소스나 드레인이 된다.
소수 캐리어 포획 영역에서는, P 형 확산 영역 (22) 과 N 형 웰 (24) 과 P 형 확산 영역 (25) 이 P 형의 반도체 기판 (27) 의 표면에 형성된다. N 형 확산 영역 (23) 이 N 형 웰 (24) 의 표면에 형성된다. 이 때, N 형 웰 (24) 은 P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 사이에 끼여 있다. 이들 P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 과 N 형 웰 (24) 내부의 N 형 확산 영역 (23) 은, 드레인 (N 형 확산 영역 (21)) 과 내부 회로의 영역 사이에 있어서의 3 중 가드링이 된다. P 형 확산 영역 (22) 및 P 형 확산 영역 (25) 은 각각 접지 패드 (12) 에 접속되고, N 형 확산 영역 (23) 은 전원 패드 (13) 에 접속된다.
도 2 는 P 형 확산 영역 (22) 및 P 형 확산 영역 (25) 과 접지 패드 (12) 의 배치 방법을 나타내는 예이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, P 형 확산 영역 (22) 은 컨택트 (22A) 에 의해서 금속막 배선 (22B) 에 전기적으로 접속되고, P 형 확산 영역 (25) 은 컨택트 (25A) 에 의해서 금속막 배선 (25B) 에 전기적으로 접속된다. 이 금속막 배선 (22B) 은, 외부 접속용 패드인 접지 패드 (12) 에 전기적으로 접속된다. 마찬가지로, 금속막 배선 (25B) 도, 외부 접속용 패드인 접지 패드 (12) 에 전기적으로 접속된다. 이 때, 금속막 배선 (22B) 은 가능한 한 접지 패드 (12) 의 가까이까지, 금속막 배선 (25B) 과는 하나가 되지 않고 별도의 배선으로서 이간되어, 독립적으로 배선되도록 레이아웃 설계한다. 마찬가지로, 금속막 배선 (25B) 도 가능한 한 접지 패드 (12) 의 가까이까지, 금속막 배선 (22B) 과는 하나가 되지 않고 별도의 배선으로서 이간되어, 독립적으로 배선되도록 레이아웃 설계한다. 요컨대, P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 은 최단 거리가 아니라, 서로간에 접촉을 피해 이간되고, 우회시킨 금속막 배선에 의해서 접속되며, 또한 양방 모두 접지 패드 (12) 에 접속된다.
다음으로, 반도체 장치의 동작에 관해서 설명한다.
패드 (11) 에 대한 서지로 인한 소수 캐리어 (전자) 는, ESD 보호 회로의 영역의 N 형 확산 영역 (21) (보호 트랜지스터의 드레인 또는 보호 다이오드의 캐소드) 에서부터 P 형의 반도체 기판 (27) 으로 새어 나가는 경우가 있다. 이 소수 캐리어는 반도체 기판 (27) 에서부터, 접지 패드 (12) 에 접속되는 P 형 확산 영역 (22) 으로 흘러들어와, 흡수된다. P 형 확산 영역 (22) 에 흡수되지 않은 소수 캐리어는, 반도체 기판 (27) 에서부터, 전원 패드 (13) 에 접속된 N 형 확산 영역 (23) 을 통해서 강제적으로 추출된다. N 형 확산 영역 (23) 으로 추출되지 않은 소수 캐리어는, 반도체 기판 (27) 에서부터, 접지 패드 (12) 에 접속되는 P 형 확산 영역 (25) 으로 흘러들어와, 흡수된다. 요컨대, 패드 (11) 에 대한 서지로 인한 소수 캐리어를, P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 과 N 형 웰 (24) 내부의 N 형 확산 영역 (23) 의 3 중 가드링에 의해, 반도체 기판 (27) 으로부터 놓아주는 것이다.
여기서, 3 중 가드링에 있어서의 P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 은 최단 거리가 아니라 우회하여 금속막 배선 (22B, 25B) 에 의해서 접지 패드 (12) 에 접속되어 있다. 따라서, P 형 확산 영역 (22) 과 P 형 확산 영역 (25) 사이에, 금속막 배선 (22B) 및 금속막 배선 (25B) 에 의한 기생 저항이 존재한다. 이 기생 저항에 의해, P 형 확산 영역 (22) 에 흡수된 소수 캐리어는 P 형 확산 영역 (25) 으로 흘러들어오지 않고, 접지 패드 (12) 로 흘러들어온다. 요컨대, P 형 확산 영역 (22) 에 의한 소수 캐리어 흡수 기능이 확실하게 발휘된다. 패드 (11) 에 대한 서지로 인한 소수 캐리어는, 내부 회로에서의 래치 업발생의 주요 원인이지만, 전술한 바와 같이 반도체 기판 (27) 으로부터 놓아줌으로써, 내부 회로에서의 래치 업이 잘 발생되지 않게 하고 있다.
또, 도 1 에서는, N 형 확산 영역 (21) 은, 반도체 장치를 ESD 로부터 보호하는 ESD 보호 회로로서 기능하는 NMOS 트랜지스터의 드레인 또는 보호 다이오드의 캐소드이다. NMOS 트랜지스터인 경우, 이 NMOS 트랜지스터의 소스 및 게이트가 접지 패드 (12) 에 접속되고, 드레인이 패드 (11) 에 접속된다.
다른 실시형태로서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, N 형 확산 영역 (21) 은, 오픈 드레인 출력의 NMOS 트랜지스터의 드레인이어도 된다. 이 NMOS 트랜지스터의 소스가 접지 패드 (12) 에 접속되고, 드레인이 출력 패드 (31) 에 접속된다.
또한, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 드레인은, 오픈 드레인 출력의 PMOS 트랜지스터의 드레인이어도 된다. 이 PMOS 트랜지스터의 소스가 전원 패드 (13) 에 접속되고, 드레인 (N 형 웰 (29) 내부의 P 형 확산 영역 (28)) 이 출력 패드 (31) 에 접속된다.
11 : 입력 패드
12 : 접지 패드
13 : 전원 패드
21 : N 형 확산 영역
22 : P 형 확산 영역
23 : N 형 확산 영역
24 : N 형 웰
25 : P 형 확산 영역
26 : N 형 웰
27 : 반도체 기판
12 : 접지 패드
13 : 전원 패드
21 : N 형 확산 영역
22 : P 형 확산 영역
23 : N 형 확산 영역
24 : N 형 웰
25 : P 형 확산 영역
26 : N 형 웰
27 : 반도체 기판
Claims (4)
- 패드, 접지 패드, 및 전원 패드를 갖는 P 형의 반도체 기판과,
상기 반도체 기판에 형성되고, 상기 패드에 접속된 제 1 N 형 확산 영역과,
상기 반도체 기판에 형성된 내부 회로의 영역과,
상기 제 1 N 형 확산 영역과 상기 내부 회로의 영역 사이에 형성된,
제 1 P 형 확산 영역과,
제 2 P 형 확산 영역과,
상기 제 1 P 형 확산 영역과 상기 제 2 P 형 확산 영역 사이에 끼인 제 2 N 형 확산 영역의 3 중 가드링을 갖는, 상기 패드에 대한 서지에 의해 상기 반도체 기판에 발생하는 소수 캐리어를 포획하는 소수 캐리어 포획 영역을 구비하고,
상기 제 1 P 형 확산 영역과 상기 제 2 P 형 확산 영역은, 이간되어 배치된 금속막 배선을 개재하여 각각 상기 접지 패드에 접속되고,
상기 제 2 N 형 확산 영역은 상기 전원 패드에 접속되어 있는,
것을 특징으로 하는 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
소스 및 게이트가 상기 접지 패드에 접속되고, 상기 제 1 N 형 확산 영역인 드레인이 상기 패드에 접속된 ESD 보호 회로로서 기능하는 NMOS 트랜지스터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치. - 제 1 항에 있어서,
소스가 상기 접지 패드에 접속되고, 상기 제 1 N 형 확산 영역인 드레인이 상기 패드에 접속된 오픈 드레인 출력의 NMOS 트랜지스터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치. - 패드, 접지 패드, 및 전원 패드를 갖는 P 형의 반도체 기판과,
상기 반도체 기판에 제 1 N 형 확산 영역을 개재하여 형성되고, 상기 패드에 접속된 패드 접속용 P 형 확산 영역과,
상기 반도체 기판에 형성된 내부 회로의 영역과,
상기 패드 접속용 P 형 확산 영역과 상기 내부 회로의 영역 사이에 형성된,
제 1 P 형 확산 영역과,
제 2 P 형 확산 영역과,
상기 제 1 P 형 확산 영역과 상기 제 2 P 형 확산 영역 사이에 끼인 제 2 N 형 확산 영역의 3 중 가드링을 갖는,
상기 패드에 대한 서지에 의해 상기 반도체 기판에 발생하는 소수 캐리어를 포획하는 소수 캐리어 포획 영역을 구비하고,
상기 제 1 P 형 확산 영역과 상기 제 2 P 형 확산 영역은, 이간되어 배치된 금속막 배선을 개재하여 각각 상기 접지 패드에 접속되고,
상기 제 2 N 형 확산 영역은 상기 전원 패드에 접속되고,
소스가 상기 전원 패드에 접속되고, 상기 패드 접속용 P 형 확산 영역인 드레인이 상기 패드에 접속된 오픈 드레인 출력의 PMOS 트랜지스터를 추가로 구비하는,
것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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