KR102262041B1 - Electrostatic Discharge Protection Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 정전기 방전 보호소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 홀딩 전류와 높은 홀딩 전압을 가지며 래치-업(Latch-up) 면역을 갖는 양방향 특성의 정전기 방전 보호소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrostatic discharge protection device, and more particularly, to a bidirectional electrostatic discharge protection device having a high holding current and a high holding voltage and having latch-up immunity.
정전기 방전 보호소자는 반도체 소자 중 정전기 등의 의도치 않는 고전압이 인가되는 상황이 발생할 경우 반도체 회로를 보호하는 소자이다. 정전기 방전 보호소자는 특정 기능을 수행하는 반도체 회로의 입력단에 연결되고, 통상 수준의 전압이나 신호가 인가되는 경우에, 오프 상태를 유지한다. 또한, 서지(surge) 전압이 인가되는 경우, 정전 방전 보호소자는 턴온되어 인가되는 전압에 따른 전류를 접지(Ground) 등으로 방전시킨다. 이러한 동작을 통해 정상 동작 범위를 넘어서는 전압으로부터 내부 IC를 보호하는 기능을 수행한다.An electrostatic discharge protection device is a device that protects a semiconductor circuit when an unintentional high voltage such as static electricity is applied among semiconductor devices. The electrostatic discharge protection device is connected to an input terminal of a semiconductor circuit that performs a specific function, and maintains an off state when a voltage or signal of a normal level is applied. In addition, when a surge voltage is applied, the electrostatic discharge protection device is turned on to discharge a current according to the applied voltage to a ground or the like. Through this operation, it functions to protect the internal IC from voltage exceeding the normal operating range.
정전기 방전 보호소자가 턴온되어 동작을 개시하는 전압레벨을 트리거 포인트라 지칭한다. 또한, 턴온된 상태에서 일종의 정전압 상태를 유지하는 영역을 홀딩 영역(holding region)이라 지칭한다. 따라서, 정전기 등으로 반도체 소자에 높은 수준의 전압이 인가되면, 정전 방전 보호소자는 홀딩 영역에서 동작하고, 대전류는 정전 방전 보호소자를 통해 접지로 흐르게 된다. 따라서, 반도체 회로가 구현된 칩의 내부 회로는 정전기 등에 의한 충격에서 보호된다.A voltage level at which the electrostatic discharge protection device is turned on and starts an operation is referred to as a trigger point. Also, a region in which a kind of constant voltage state is maintained in a turned-on state is referred to as a holding region. Accordingly, when a high level voltage is applied to the semiconductor device due to static electricity or the like, the electrostatic discharge protection device operates in the holding region, and a large current flows to the ground through the electrostatic discharge protection device. Accordingly, the internal circuit of the chip in which the semiconductor circuit is implemented is protected from an impact caused by static electricity or the like.
도 1은 종래의 LVTSCR을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional LVTSCR.
도 1을 참조하면, 종래의 LVTSCR(100)은 기판(101) 상에 N웰(110)과 P웰(120)이 형성된다. N웰(110) 상에는 제1 N+영역(111)과 제1 P+영역(112)이 형성되어 애노드(Anode) 단자로서 기능하고, P웰(120)상에는 제2 N+영역(121)과 제2 P+영역(122)이 형성되어 캐소드(Cathode) 단자로서 기능한다. 또한, N웰(110) 및 P웰(120)은 PNP 바이폴라 트랜지스터(Q1)를 형성하고, 제1 N+영역(111), P웰(120) 및 제2 N+영역(121)은 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q2)를 형성한다. 또한, N웰(110)과 P웰(120) 사이에 N+브릿지 영역(102)과 게이트(123)를 추가하여 트리거 전압을 낮춘 LVTSCR을 형성한다.Referring to FIG. 1 , in the conventional LVTSCR 100 , an N well 110 and a
이러한 종래의 LVTSCR(100)은 N+브릿지영역(102)과 P웰(120) 접합에서의 항복전압에 의한 트리거 동작을 하게 된다. 또한, GGNMOS 구조를 사용하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q2)의 베이스 폭을 게이트(123), N+브릿지 영역(102) 및 제2 N+영역(121)으로 형성된 NMOS 트랜지스터의 채널 폭으로 최소화함으로써, 낮은 트리거 전압을 가질 수 있게 된다.The conventional LVTSCR 100 performs a trigger operation by a breakdown voltage at the junction of the N +
허나, 종래의 LVTSCR(100)은 정방향의 ESD 전류는 효과적으로 방전하지만 역방향의 ESD 전류의 경우 P웰(120)과 N웰(110)로 형성되는 다이오드로 전류를 방전한다. 이는 낮은 다이오드의 턴-온 전압으로 인해 내부회로(Core circuit)의 정상동작에 영향을 끼치고, 전류 방전능력 또한 적합하지 않다.However, the conventional LVTSCR 100 effectively discharges the ESD current in the forward direction, but discharges the current through the diode formed by the
도 2는 종래의 LTDDSCR을 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a conventional LTDDSCR.
도 2를 참조하면, 종래의 LTDDSCR(200)은 제1 P웰(220)과 N웰(230) 사이에 제1 P+브릿지 영역(202)을 추가하고, N 웰(230)과 제2 P 웰(240) 사이에 제2 P+브릿지 영역(203)을 추가한 구조를 가지며, 역방향 ESD 전류에도 동일한 방전능력을 갖도록 한다. 따라서, 도 2에 따른 종래의 LTDDSCR은 도 1의 LVTSCR의 단점인 역방향 ESD 전류의 방전문제를 해결할 수는 있지만, 낮은 홀딩전압에 따른 래치-업에 의해 내부회로가 파손되는 문제점을 갖는다.Referring to FIG. 2 , in the conventional LTDDSCR 200 , a first
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 종래의 LTDDSCR 구조에서 게이트 및 P+영역을 추가하여 높은 홀딩 전류와 높은 홀딩 전압을 갖는 동시에 양방향 특성을 갖는 정전기 방전 보호소자를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above. That is, to provide an electrostatic discharge protection device having a bidirectional characteristic while having a high holding current and a high holding voltage by adding a gate and a P+ region in the conventional LTDDSCR structure.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 서로 이격되어 형성된 제1 딥 N웰 및 제2 딥 N웰, 상기 제1 딥 N웰 상에 형성된 제1 P웰, 상기 제1 P웰과 접하고, 상기 제1 딥 N웰 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제1 N웰, 상기 제1 N웰과 접하고, 상기 반도체 기판 상에 형성된 제2 P웰, 상기 제2 P웰과 접하고, 상기 제2 딥 N웰 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제2 N웰, 상기 제2 딥 N웰 상에 형성된 제3 P웰, 상기 제1 P웰, 상기 제2 P웰 및 상기 제3 P웰 상에 각각 형성된 제1 P+영역, 제2 P+영역 및 제3 P+영역, 상기 제1 N웰 상에 형성되되, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제1 불순물 교차 영역 및 상기 제2 N웰 상에 형성되되, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제2 불순물 교차 영역을 포함한다.The present invention for solving the above problems provides a semiconductor substrate, a first deep N-well and a second deep N-well formed to be spaced apart from each other on the semiconductor substrate, a first P-well formed on the first deep N-well, and the first in contact with the P-well, in contact with the first deep N-well and the first N-well formed on the semiconductor substrate, and in contact with the first N-well, and in contact with the second P-well and the second P-well formed on the semiconductor substrate; On the second deep N-well, the second N-well formed on the semiconductor substrate, the third P-well formed on the second deep N-well, the first P-well, the second P-well, and the third P-well a first P+ region, a second P+ region, and a third P+ region respectively formed in and a plurality of second impurity crossing regions formed by intersecting impurities.
상기 제1 N웰 및 상기 제2 P웰의 접합영역에 형성된 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제2 P웰 및 상기 제2 N웰의 접합영역에 형성된 제2 P+브릿지 영역을 더 포함할 수 있다.A first P+ bridge region formed in the junction region of the first N well and the second P well and a second P+ bridge region formed in the junction region of the second P well and the second N well may be further included.
상기 제1 불순물 교차 영역과 상기 제1 P+브릿지 영역 사이의 상기 제1 N웰 표면 상에 형성된 제1 게이트 및 상기 제2 불순물 교차 영역과 상기 제2 P+브릿지 영역 사이의 상기 제2 N웰 표면 상에 형성된 제2 게이트를 더 포함할 수 있다.a first gate formed on the first N well surface between the first impurity crossing region and the first P + bridge region and on the second N well surface between the second impurity crossing region and the second P + bridge region It may further include a second gate formed in the.
상기 제2 P+영역은 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트와 전기적으로 연결될 수 있다.The second P+ region may be electrically connected to the first gate and the second gate.
상기 제1 불순물 교차 영역은, 상기 제1 N웰 상에 형성된 제1 P+교차 영역 및 상기 제1 N웰 상에 형성된 제1 N+교차 영역을 포함할 수 있다.The first impurity crossing region may include a first P+ crossing region formed on the first N well and a first N+ crossing region formed on the first N well.
상기 제1 P+교차 영역과 상기 제1 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제1 N웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성될 수 있다.A plurality of the first P+ crossing region and the first N+ crossing region may be formed to cross each other in a longitudinal direction of the first N well on a plan view.
상기 제2 불순물 교차 영역은, 상기 제2 N웰 상에 형성된 제2 P+교차 영역 및 상기 제2 N웰 상에 형성된 제2 N+교차 영역을 포함할 수 있다.The second impurity crossing region may include a second P+ crossing region formed on the second N well and a second N+ crossing region formed on the second N well.
상기 제2 P+교차 영역과 상기 제2 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제2 N웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성될 수 있다.A plurality of the second P+ crossing regions and the second N+ crossing regions may be formed to cross each other in a longitudinal direction of the second N well on a plan view.
상기 제1 P+영역과 상기 제1 불순물 교차 영역은 제1 단자에 연결되고, 상기 제3 P+영역과 상기 제2 불순물 교차 영역은 제2 단자에 연결될 수 있다.The first P+ region and the first impurity crossing region may be connected to a first terminal, and the third P+ region and the second impurity crossing region may be connected to a second terminal.
상기 제1 P+영역, 상기 제1 N웰 및 상기 제3 P웰에 의해 형성된 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 제1 P+브릿지 영역, 상기 제1 N웰 및 상기 제1 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 제3 P+영역, 상기 제2 N웰 및 상기 제1 P웰에 의해 형성된 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 제2 P+브릿지 영역, 상기 제2 N웰 및 상기 제2 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제1 N웰, 상기 제2 P웰 및 상기 제2 N웰에 의해 형성된 NPN 바이폴라 트랜지스터를 포함할 수 있다.a first PNP bipolar transistor formed by the first P+ region, the first N-well and the third P-well, the first P+ bridge region, a second formed by the first N-well and the first impurity crossing region a PNP bipolar transistor, a third PNP bipolar transistor formed by the third P+ region, the second N-well and the first P-well, the second P+ bridge region, the second N-well and the second impurity crossing region and a fourth PNP bipolar transistor formed by an NPN bipolar transistor formed by the first N-well, the second P-well, and the second N-well.
상기 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 제2 P+영역을 통해 상기 제2 게이트에 전압이 인가될 수 있다.When the first PNP bipolar transistor, the NPN bipolar transistor, and the fourth PNP bipolar transistor are turned on, a voltage may be applied to the second gate through the second P+ region.
상기 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 제2 P+영역을 통해 상기 제1 게이트에 전압이 인가될 수 있다.When the third PNP bipolar transistor, the NPN bipolar transistor, and the fourth PNP bipolar transistor are turned on, a voltage may be applied to the first gate through the second P+ region.
상기 제1 P+영역, 상기 제1 불순물 교차 영역, 상기 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제1 게이트는 상기 제2 P+영역을 중심으로, 상기 제3 P+영역, 상기 제2 불순물 교차 영역, 상기 제2 P+브릿지 영역 및 상기 제2 게이트와 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.The first P+ region, the first impurity crossing region, the first P+ bridge region, and the first gate may include the third P+ region, the second impurity crossing region, and the second with the second P+ region as a center. The P+ bridge region and the second gate may be formed to be symmetrical with each other.
본 발명에 따르면, 종래의 LTDDSCR 구조에서 P+영역과 게이트를 추가하고, 추가한 P+영역을 게이트와 전기적으로 연결되도록 형성한다. 따라서, 바이폴라 트랜지스터가 턴온 된 후, 홀딩 전압이 형성되기 전에 P+영역을 통해 게이트로 전압이 인가되도록 함으로써 N웰의 표면상에 저항이 감소되도록 하여 바이폴라 트랜지스터의 전류이득을 낮춰 높은 홀딩전압과 높은 홀딩전류를 가질 수 있다.According to the present invention, a P+ region and a gate are added in the conventional LTDDSCR structure, and the added P+ region is formed to be electrically connected to the gate. Therefore, after the bipolar transistor is turned on, a voltage is applied to the gate through the P+ region before the holding voltage is formed, so that the resistance on the surface of the N well is reduced, thereby lowering the current gain of the bipolar transistor to achieve a high holding voltage and high holding voltage. can have current.
또한, P+교차 영역과 N+교차 영역을 다수 교차되도록 형성하여 단자와 연결되도록 함으로써 바이폴라 트랜지스터의 이미터 전류를 감소시켜 낮아진 전류이득에 의해 홀딩 전압을 상승시킬 수 있다.In addition, by forming a plurality of P+ crossing regions and N+ crossing regions to cross and connect to the terminals, the emitter current of the bipolar transistor is reduced and the holding voltage can be increased due to the lowered current gain.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 종래의 LVTSCR을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 LTDDSCR을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전기 방전 보호소자를 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 정전기 방전 보호소자의 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자와 종래의 LTDDSCR의 전압-전류 특성을 비교하기 위한 그래프이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional LVTSCR.
2 is a cross-sectional view showing a conventional LTDDSCR.
3 is a plan view illustrating an electrostatic discharge protection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 3 .
FIG. 5 is a circuit diagram of the electrostatic discharge protection device shown in FIG. 3 .
6 is a graph for comparing the voltage-current characteristics of the electrostatic discharge protection device according to the present invention and the conventional LTDDSCR.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. do it with
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전기 방전 보호소자를 도시한 평면도이다.3 is a plan view illustrating an electrostatic discharge protection device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 3 .
도 5는 도 3에 도시한 정전기 방전 보호소자의 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram of the electrostatic discharge protection device shown in FIG. 3 .
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)는 반도체 기판(301)을 포함하며, 반도체 기판(301)은 P형 반도체 기판(301)일 수 있다.3 to 5 , the electrostatic
반도체 기판(301) 상에는 제1 딥 N웰(310) 및 제2 딥 N웰(320)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 딥 N웰(310) 및 제2 딥 N웰(320)은 서로 이격되어 반도체 기판(301) 상에 형성될 수 있다.A first deep N-
또한, 반도체 기판(301), 제1 딥 N웰(310) 및 제2 딥 N웰(320) 상에는 제1 P웰(330), 제1 N웰(340), 제2 P웰(350), 제2 N웰(360) 및 제3 P웰(370)이 형성될 수 있다.In addition, on the
좀 더 상세하게는, 제1 P웰(330)은 제1 딥 N웰(310) 상에 형성되고, 제1 N웰(340)은 제1 P웰(330)과 접하도록 형성되되, 제1 딥 N웰(310) 및 반도체 기판(301) 상에 형성될 수 있다. 제2 P웰(350)은 제1 N웰(340)과 접하도록 형성되되, 제1 딥 N웰(310)과 제2 딥 N웰(320) 사이에 위치한 반도체 기판(301) 상에 형성될 수 있다. 제2 N웰(360)은 제2 P웰(350)과 접하도록 형성되되, 반도체 기판(301) 및 제2 딥 N웰(320) 상에 형성될 수 있고, 제3 P웰(370)은 제2 N웰(360)과 접하도록 형성되되, 제2 딥 N웰(320) 상에 형성될 수 있다.In more detail, the first P-
제1 P웰(330) 상에는 제1 P+영역(331)이 형성될 수 있고, 제1 N웰(340) 상에는 제1 불순물 교차 영역(380)이 형성될 수 있다. 제1 P+영역(331)과 제1 불순물 교차 영역(380)은 제1 단자(T1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 불순물 교차 영역(380)은 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 N웰(340) 상에 형성되되, 평면상에서 제1 N웰(340)의 길이 방향으로 제1 P+교차 영역(381)과 제1 N+교차 영역(382)이 서로 교차되어 다수 배치되도록 형성될 수 있다. 따라서, 교차 배치된 다수의 제1 P+교차 영역(381)과 제1 N+교차 영역(382)은 제1 P+영역(331)과 함께 제1 단자(T1)에 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이는, 제1 단자(T1)가 제1 P+교차 영역(381)과 제1 N+교차 영역(382)이 다수 교차 되어 연결되도록 함으로써, 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전류를 감소시켜 전류이득을 감소시키고, 전류이득 감소에 따른 홀딩전압을 증가시키기 위함이다.A
또한, 제1 N웰(340)과 제2 P웰(350)의 접합영역 상에는 제1 불순물 교차 영역(380)과 이격되도록 제1 P+브릿지 영역(302)이 형성될 수 있고, 제1 불순물 교차 영역(380)과 제1 P+브릿지 영역(302) 사이의 제1 N웰(340) 표면 상에는 제1 게이트(341)가 형성될 수 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 게이트(341)를 중심으로, 일측에는 제1 P+교차 영역(381)과 제1 N+교차 영역(382)이 서로 교차되어 제1 게이트(341)의 길이 방향으로 다수 접하도록 형성될 수 있으며, 타측에는 제1 P+브릿지 영역(302)이 접하도록 형성될 수 있다.In addition, a first
제1 N웰(340)과 제2 P웰(350)의 접합영역에 제1 P+브릿지 영역(302)을 형성함으로써, 제1 단자(T1)로 ESD 전류가 유입되는 경우, 도핑농도가 높은 제1 P+브릿지 영역(302)에 의해, 낮은 레벨의 애벌런치 항복 전압에 기초한 낮은 트리거 전압 특성을 가질 수 있다. 또한, 제1 불순물 교차 영역(380)과 제1 P+브릿지 영역(302) 사이에 STI를 생략하고, STI 대신 제1 게이트(341)를 형성하여 PMOS 트랜지스터 형성에 의한 제1 게이트(341) 하부에 채널이 형성되도록 함으로써 전류가 제1 N웰(340) 표면상으로 흐르도록 하여 바이폴라 트랜지스터의 빠른 턴온이 가능하도록 할 수 있다.By forming the first
여기서, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)는 제1 N웰(340), 제2 P웰(350) 및 제2 N웰(360)에 의해 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 P+영역(331), 제1 N웰(340) 및 제3 P웰(370)에 의해 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1)가 형성될 수 있고, 제1 P+브릿지 영역(302), 제1 N웰(340) 및 제1 불순물 교차 영역(380)에 의해 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2)가 형성될 수 있다.Here, in the electrostatic
제2 P웰(350)과 제2 N웰(360)의 접합영역 상에는 제2 P+브릿지 영역(303)이 형성될 수 있다. 제2 P웰(350)과 제2 N웰(360)의 접합영역에 제2 P+브릿지 영역(303)을 형성함으로써, 역방향인 제2 단자(T2)로 ESD 전류가 유입되는 경우, 제2 P+브릿지 영역(303)에 의해, 낮은 레벨의 애벌런치 항복 전압에 기초한 낮은 트리거 전압을 가질 수 있다.A second
제2 N웰(360) 상에는 제2 P+브릿지 영역(303)과 이격되도록 제2 불순물 교차 영역(390)이 형성될 수 있다. 여기서, 제2 불순물 교차 영역(390)은 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 N웰(360) 상에 형성되되, 제2 N웰(360)의 길이 방향으로 제2 P+교차 영역(391)과 제2 N+교차 영역(392)이 서로 교차되어 다수 배치되도록 형성될 수 있다.A second
제2 P+브릿지 영역(303)과 제2 불순물 교차 영역(390) 사이의 제2 N웰(360) 표면 상에는 제2 게이트(361)가 형성될 수 있다. 즉, 제2 게이트(361)를 중심으로, 일측에는 제2 P+브릿지 영역(303)이 접하도록 형성될 수 있으며, 타측에는 제2 P+교차 영역(391)과 제2 N+교차 영역(392)이 서로 교차되어 제2 게이트(361)의 길이 방향으로 다수 접하도록 형성될 수 있다.A
제2 P+브릿지 영역(303)과 제2 불순물 교차 영역(390) 사이에 STI를 생략하고, STI 대신 제2 게이트(361)를 형성하여 PMOS 트랜지스터 형성에 의한 제2 게이트(361) 하부에 채널이 형성되도록 함으로써 전류가 제2 N웰(360) 표면상으로 흐르도록 하여 바이폴라 트랜지스터의 빠른 턴온이 가능하도록 할 수 있다.STI is omitted between the second
제3 P웰(370) 상에는 제3 P+영역(371)이 형성될 수 있고, 제3 P+영역(371)은 제2 불순물 교차 영역(390)과 함께 제2 단자(T2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 교차 배치된 다수의 제2 P+교차 영역(391)과 제2 N+교차 영역(392)은 제3 P+영역(371)과 함께 제2 단자(T2)에 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이는, 제2 단자(T2)가 제2 P+교차 영역(391)과 제2 N+교차 영역(392)이 다수 교차 되어 연결되도록 함으로써, 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전류를 감소시켜 전류이득을 감소시키고, 전류이득 감소에 따른 홀딩전압을 증가시키기 위함이다.A
제2 P웰(350) 상에는 제2 P+영역(351)이 형성되되, 제1 P+브릿지 영역(302)과 제2 P+브릿지 영역(303) 사이에 형성될 수 있다. 여기서, 제2 P+영역(351)은 제1 게이트(341) 및 제2 게이트(361)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 P+영역(351)을 제2 P웰(350) 상에 형성하고, 제1 게이트(341) 및 제2 게이트(361)와 전기적으로 연결되도록 함으로써, 제1 단자(T1) 또는 제2 단자(T2)로 ESD 전류 유입시, 바이폴라 트랜지스터들이 턴온 된 후에 제2 P+(351)영역을 통해 제1 게이트(341) 및 제2 게이트(361)로 정공이 이동되어 전압이 인가되도록 함으로써 제1 N웰(340) 및 제2 N웰(360)의 표면 상에 저항이 감소하도록 할 수 있다. 따라서, 바이폴라 트랜지스터의 베이스 저항이 낮아지고, 전류가 증가하도록 하여 전류이득을 낮춤으로써 높은 홀딩전압을 가질 수 있고, 이에 따라 높은 홀딩 전류를 가질 수 있다.A
여기서, 제3 P+영역(371), 제2 N웰(360) 및 제1 P웰(330)에 의해 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)가 형성될 수 있고, 제2 P+브릿지 영역(303), 제2 N웰(360) 및 제2 불순물 교차 영역(390)에 의해 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)가 형성될 수 있다.Here, a third PNP bipolar transistor Qp3 may be formed by the third P +
따라서, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)는 정방향인 제1 단자(T1)로 ESD 전류 유입시, 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1), 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4) 및 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)를 턴온시켜 래치모드(Latch-mode)로 동작하도록 하고, 역방향인 제2 단자(T2)로 ESD 전류 유입시, 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2), 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3) 및 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)를 턴온시켜 래치모드로 동작되도록 함으로써 전류이득이 감소되도록 할 수 있다.Therefore, in the electrostatic
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)는 제1 P+영역(331), 제1 불순물 교차 영역(380), 제1 P+브릿지 영역(302) 및 제1 게이트(341)는 제2 P+영역(351)을 중심으로, 제3 P+영역(371), 제2 불순물 교차 영역(390), 제2 P+브릿지 영역(303) 및 제2 게이트(361)와 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 따라서, ESD 전류가 제1 단자(T1)로 유입됐을 때와 제2 단자(T2)로 유입됐을 때, 즉 정방향에 의한 ESD 방전과 역방향에 의한 ESD 방전이 서로 대칭되도록 방전되는 구조를 갖는다.As described above, in the electrostatic
도 3 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.An operation of the electrostatic discharge protection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 5 .
정방향인 제1 단자(T1)에 ESD 전류가 유입되면, 유입되는 ESD 전류에 상응하여 제1 P웰(330)과 제1 N웰(340)의 전위가 상승한다. 이에 따라, 제1 N웰(340)과 제1 P+브릿지 영역(302) 사이에 역방향 바이어스가 인가된다.When an ESD current flows into the first terminal T1 in the forward direction, the potentials of the first P-well 330 and the first N-well 340 increase in response to the flowing ESD current. Accordingly, a reverse bias is applied between the first N well 340 and the first
제1 N웰(340)과 제1 P+브릿지 영역(302)의 접합의 계면에서 고에너지의 캐리어에 의한 원자의 충돌 이온화 현상이 발생된다. 즉, 제1 N웰(340)과 제1 P+브릿지 영역(302) 사이에는 비교적 큰 폭을 가지는 공핍 영역이 형성된다.At the interface of the junction between the first N well 340 and the first
고에너지의 캐리어는 공핍 영역 내의 격자와 이온화 충돌을 일으키고, 전자-정공 쌍(Electron-Hole Pair)을 형성한다. 공핍영역에서 형성된 이온화 충돌을 통해 형성된 전자는 전계에 의해 제1 N웰(340)로 이동하고, 정공은 제1 P+브릿지 영역(302)을 거쳐 제2 P웰(350)로 이동한다. 따라서, 제1 N웰(340)로부터 제1 P+브릿지 영역(302)을 거쳐 제2 P웰(350)로 역방향 전류가 형성되는 애벌런치 항복(Avalanche Breakdown)이 발생된다. 여기서, 애벌런치 항복을 도핑농도가 높은 제1 P+브릿지 영역(302)과 제1 N웰(340) 간에 발생되도록 함으로써 낮은 항복전압이 발생되어 트리거 전압을 낮출 수 있다.High-energy carriers cause ionization collisions with the lattice in the depletion region, forming electron-hole pairs. Electrons formed through ionization collisions formed in the depletion region move to the first N-well 340 by the electric field, and holes move to the second P-well 350 through the first
계속해서, 제2 P웰(350)로 이동한 정공에 의해 제2 P웰(350) 및 제2 P+브릿지 영역(303)의 전위가 높아지고, P웰 제1 저항(Rpw1)이 제2 P웰(350)의 저항 성분으로 동작하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)에 순방향 바이어스를 형성시킬 수 있다.Subsequently, the potentials of the second P well 350 and the second
또한, 전위가 높아진 제2 P+브릿지 영역(303)과 제2 N웰(360) 사이의 전위 차이가 문턱전압 이상이 되면 PN 접합이 순방향으로 바이어스 되고, 제2 P+브릿지 영역(303)과 제2 N웰(360)의 순방향 바이어스에 의해 제1 N웰(340), 제2 P웰(350) 및 제2 N웰(360)로 형성된 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)가 턴온된다. NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)의 턴온에 의해 흐르는 전류는 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1) 및 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)의 베이스 전류로서 공급될 수 있다.In addition, when the potential difference between the second
따라서, 제1 P+영역(331), 제1 N웰(340) 및 제3 P웰(370)로 형성된 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1)와 제2 P+브릿지 영역(303), 제2 N웰(360) 및 제2 불순물 교차 영역(390)으로 형성된 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)가 각각 턴온된다. 즉, 종래의 LTDDSCR(200)에 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)가 추가되어 추가적인 전류패스가 형성될 수 있다. 따라서, 전류분배에 의해 종래의 LTDDSCR(200)에 비해 전류이득이 감소될 수 있다.Accordingly, the first PNP bipolar transistor Qp1 formed of the
제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1) 및 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)의 턴온에 의해 흐르는 전류는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)의 베이스에 연결된 P웰 제1 저항(Rpw1)의 전압강하에 의해 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)가 순방향 바이어스(Forward bias)를 유지하도록 한다.The current flowing by the turn-on of the first PNP bipolar transistor Qp1 and the fourth PNP bipolar transistor Qp4 is reduced by the voltage drop of the P-well first resistor Rpw1 connected to the base of the NPN bipolar transistor Qn. Let (Qn) maintain a forward bias.
또한, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)에 흐르는 전류는 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1) 및 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)의 베이스에 연결된 N웰 제1 저항(Rnw1) 및 N웰 제2 저항(Rnw2)의 전압강하에 의해 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1) 및 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)가 순방향 바이어스를 유지하도록 한다.In addition, the current flowing through the NPN bipolar transistor Qn is an N-well first resistor Rnw1 and an N-well second resistor Rnw2 connected to the bases of the first PNP bipolar transistor Qp1 and the fourth PNP bipolar transistor Qp4. The first PNP bipolar transistor Qp1 and the fourth PNP bipolar transistor Qp4 maintain a forward bias by the voltage drop of .
따라서, 턴-온 된 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn), 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp1) 및 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)에 의해 SCR이 트리거 된다. 이를 통해 더 이상 바이어스를 잡아줄 필요가 없게 되어 애노드 전압은 최소값까지 감소하게 되는데 이를 홀딩 전압(Holding voltage)이라 하며, 이때의 전류를 홀딩 전류(Holding current)라고 한다. 또한 SCR의 트리거 동작 이후에 홀딩 전압을 유지하는 동작을 래치 모드(Latch-mode)라 한다. 래치 동작으로 인해 SCR이 동작하게 되면서 제1 단자(T1)로 유입된 ESD 전류는 제2 단자(T2)를 통해 방전된다.Accordingly, the SCR is triggered by the turned-on NPN bipolar transistor Qn, the first PNP bipolar transistor Qp1, and the fourth PNP bipolar transistor Qp4. Through this, it is no longer necessary to hold the bias, and the anode voltage is reduced to a minimum value. This is called a holding voltage, and the current at this time is called a holding current. In addition, the operation of maintaining the holding voltage after the trigger operation of the SCR is referred to as a latch-mode. As the SCR operates due to the latch operation, the ESD current flowing into the first terminal T1 is discharged through the second terminal T2.
여기서, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)는 제2 P+영역(351)과 제1 게이트(341) 및 제2 게이트(361)가 전기적으로 연결되어 있기 때문에, 바이폴라 트랜지스터가 턴온되고, 홀딩 전압이 형성되기 전에 제2 P+영역(351)을 통해 정공이 이동하여 제2 게이트(361)에 전압이 인가된다. 제2 게이트(361)에 전압이 인가되면 제2 N웰(360) 표면상에 저항이 감소하게 된다. 이는, 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp4)의 베이스(Base) 저항을 낮추고 전류가 증가되도록 함으로써 전류이득이 감소되도록 할 수 있다. 따라서, 높은 홀딩 전압을 가질 수 있고, 이에 따라 높은 홀딩 전류를 가질 수 있다. 즉, 홀딩 전압과 홀딩 전류를 동시에 향상시킬 수 있다.Here, in the electrostatic
또한, 제2 단자(T2)가 제2 P+교차 영역(391)과 제2 N+교차 영역(392)이 다수 교차되어 형성된 제2 불순물 교차 영역(390)과 연결되기 때문에 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)의 에미터(Emitter) 전류(제2 N웰(360) 및 제2 N+교차 영역(392)으로 흐르는 전류)가 감소하여 전류이득을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 홀딩 전압을 증가시킬 수 있다.In addition, since the second terminal T2 is connected to the second
계속해서, 역방향인 제2 단자(T2)에 ESD 전류가 유입되면, 유입되는 ESD 전류에 상응하여 제3 P웰(370)과 제2 N웰(360)의 전위가 상승한다. 이에 따라, 제2 N웰(360)과 제2 P+브릿지 영역(303) 사이에 역방향 바이어스가 인가된다.Subsequently, when an ESD current flows into the second terminal T2 in the reverse direction, the potentials of the third P well 370 and the second N well 360 rise in response to the flowing ESD current. Accordingly, a reverse bias is applied between the second N well 360 and the second P +
제1 N웰(340)과 제1 P+브릿지 영역(302)의 접합의 계면에서 고에너지의 캐리어에 의한 원자의 충돌 이온화 현상이 발생된다. 즉, 제2 N웰(360)과 제2 P+브릿지 영역(303) 사이에는 비교적 큰 폭을 가지는 공핍 영역이 형성된다.At the interface of the junction between the first N well 340 and the first
고에너지의 캐리어는 공핍 영역 내의 격자와 이온화 충돌을 일으키고, 전자-정공 쌍을 형성한다. 공핍영역에서 형성된 이온화 충돌을 통해 형성된 전자는 전계에 의해 제2 N웰(360)로 이동하고, 정공은 제2 P+브릿지 영역(303)을 거쳐 제2 P웰(350)로 이동한다. 따라서, 제2 N웰(360)로부터 제2 P+브릿지 영역(303)을 거쳐 제2 P웰(350)로 역방향 전류가 형성되는 애벌런치 항복이 발생된다. 여기서, 애벌런치 항복을 도핑농도가 높은 제2 P+브릿지 영역(303)과 제2 N웰(360) 간에 발생되도록 함으로써 낮은 항복전압이 발생되어 트리거 전압을 낮출 수 있다.The high-energy carriers cause ionization collisions with the lattice in the depletion region, forming electron-hole pairs. Electrons formed through ionization collisions formed in the depletion region move to the second N-well 360 by the electric field, and holes move to the second P-well 350 through the second
계속해서, 제2 P웰(350)로 이동한 정공에 의해 제2 P웰(350) 및 제1 P+브릿지 영역(302)의 전위가 높아지고, P웰 제2 저항(Rpw2)이 제2 P웰(350)의 저항 성분으로 동작하여 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)에 순방향 바이어스를 형성시킬 수 있다.Subsequently, the potentials of the second P well 350 and the first
또한, 전위가 높아진 제1 P+브릿지 영역(302)과 제1 N웰(340) 사이의 전위 차이가 문턱전압 이상이 되면 PN 접합이 순방향으로 바이어스 되고, 제1 P+브릿지 영역(302)과 제1 N웰(340)의 순방향 바이어스에 의해 제1 N웰(340), 제2 P웰(350) 및 제2 N웰(360)로 형성된 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)가 턴온된다. NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)의 턴온에 의해 흐르는 전류는 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2) 및 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)의 베이스 전류로서 공급될 수 있다.In addition, when the potential difference between the first
따라서, 제1 P+브릿지 영역(302), 제1 N웰(340) 및 제1 불순물 교차 영역(380)으로 형성된 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2)와 제3 P+영역(371), 제2 N웰(360) 및 제1 P웰(330)로 형성된 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)가 각각 턴온된다. 즉, 종래의 LTDDSCR(200)에 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2)가 추가되어 추가적인 전류패스가 형성될 수 있다. 따라서, 전류분배에 의해 종래의 LTDDSCR(200)에 비해 전류이득이 감소될 수 있다.Accordingly, the second PNP bipolar transistor Qp2 formed with the first
제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2) 및 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)의 턴온에 의해 흐르는 전류는 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)의 베이스에 연결된 P웰 제2 저항(Rpw1)의 전압강하에 의해 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)가 순방향 바이어스를 유지하도록 한다.The current flowing by the turn-on of the second PNP bipolar transistor Qp2 and the third PNP bipolar transistor Qp3 is reduced by the voltage drop of the P-well second resistor Rpw1 connected to the base of the NPN bipolar transistor Qn. Let (Qn) hold forward bias.
또한, NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)에 흐르는 전류는 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2) 및 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)의 베이스에 연결된 N웰 제1 저항(Rnw1) 및 N웰 제2 저항(Rnw2)의 전압강하에 의해 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2) 및 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)가 순방향 바이어스를 유지하도록 한다.In addition, the current flowing through the NPN bipolar transistor Qn is an N-well first resistor Rnw1 and an N-well second resistor Rnw2 connected to the bases of the second PNP bipolar transistor Qp2 and the third PNP bipolar transistor Qp3. The second PNP bipolar transistor Qp2 and the third PNP bipolar transistor Qp3 maintain a forward bias by the voltage drop.
따라서, 턴-온 된 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn), 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2) 및 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp3)에 의해 SCR이 트리거 되고, 래치 동작으로 인해 SCR이 동작하게 되면서 제2 단자(T2)로 유입된 ESD 전류는 제1 단자(T1)를 통해 방전된다.Accordingly, the SCR is triggered by the turned-on NPN bipolar transistor Qn, the second PNP bipolar transistor Qp2, and the third PNP bipolar transistor Qp3, and the SCR operates due to the latch operation to the second terminal ( The ESD current flowing into T2 is discharged through the first terminal T1.
또한, 정방향에서와 같이, 역방향에서도 바이폴라 트랜지스터가 턴온되고, 홀딩 전압이 형성되기 전에 제2 P+영역(351)을 통해 정공이 이동하여 제1 게이트(341)에 전압이 인가된다. 제1 게이트(341)에 전압이 인가되면 제1 N웰(340) 표면상에 저항이 감소하게 된다. 이는, 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp2)의 베이스 저항을 낮추고 전류가 증가되도록 함으로써 전류이득이 감소되도록 할 수 있다. 따라서, 높은 홀딩 전압을 가질 수 있고, 이에 따라 높은 홀딩 전류를 가질 수 있다. 즉, 홀딩 전압과 홀딩 전류를 동시에 향상시킬 수 있다.Also, as in the forward direction, the bipolar transistor is turned on in the reverse direction, and holes move through the
또한, 제1 단자(T1)가 제1 P+교차 영역(381)과 제1 N+교차 영역(382)이 다수 교차되어 형성된 제1 불순물 교차 영역(380)과 연결되기 때문에 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn)의 에미터(Emitter) 전류(제1 N웰(340) 및 제1 N+교차 영역(382)으로 흐르는 전류)가 감소하여 전류이득을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 홀딩 전압을 증가시킬 수 있다.In addition, since the first terminal T1 is connected to the first
도 6은 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자와 종래의 LTDDSCR의 전압-전류 특성을 비교하기 위한 그래프이다.6 is a graph for comparing the voltage-current characteristics of the electrostatic discharge protection device according to the present invention and the conventional LTDDSCR.
본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)와 종래의 LTDDSCR(200)의 특성을 확인하기 위한 실험은 Synopsys사의 TCAD Simulator를 이용하여 실험을 실시하였으며, 실험한 결과는 도 6의 실험 결과와 같다.An experiment to confirm the characteristics of the electrostatic
도 6을 참조하면, 종래의 LTDDSCR(200)의 홀딩 전압은 3.5V로 측정된 반면, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)의 경우 13.6V로 측정되었으며, 이는 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)가 종래의 LTDDSCR(200) 보다 약 10.1V정도 홀딩 전압이 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the holding voltage of the
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 정전기 방전 보호소자(300)는 종래의 LTDDSCR(200) 구조에서 제2 P+영역(351)과 제1 게이트(341) 및 제2 게이트(361)를 추가하고, 제2 P+영역(351)을 제1 게이트(341) 및 제2 게이트(361)와 전기적으로 연결되도록 형성된다. 따라서, 바이폴라 트랜지스터가 턴온 된 후, 홀딩 전압이 형성되기 전에 제2 P+영역(351)을 통해 제1 게이트(341) 또는 제2 게이트(361)로 전압이 인가되도록 함으로써 제1 N웰(340) 또는 제2 N웰(360)의 표면상에 저항이 감소되도록 하여 바이폴라 트랜지스터의 전류이득을 낮춰 높은 홀딩전압과 높은 홀딩전류를 가질 수 있다. 또한, P+교차 영역과 N+교차 영역을 다수 교차되어 배치되도록 형성하여 제1 단자(T1) 및 제2 단자(T2)와 연결되도록 함으로써 바이폴라 트랜지스터의 에미터 전류를 감소시켜 낮아진 전류이득에 의해 홀딩 전압을 상승시킬 수 있다.As described above, the electrostatic
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
301 : 반도체 기판 302 : 제1 P+브릿지 영역
303 : 제2 P+브릿지 영역 310 : 제1 딥 N웰
320 : 제2 딥 N웰 330 : 제1 P웰
331 : 제1 P+영역 340 : 제1 N웰
341 : 제1 게이트 350 : 제2 P웰
351 : 제2 P+영역 360 : 제2 N웰
361 : 제2 게이트 370 : 제3 P웰
371 : 제3 P+영역 380 : 제1 불순물 교차 영역
381 : 제1 P+교차 영역 382 : 제1 N+교차 영역
390 : 제2 불순물 교차 영역 391 : 제2 P+교차 영역
392 : 제2 N+교차 영역301: semiconductor substrate 302: first P + bridge region
303: second P + bridge region 310: first deep N-well
320: second deep N well 330: first P well
331: first P+ region 340: first N well
341: first gate 350: second P well
351: second P+ region 360: second N well
361: second gate 370: third P well
371: third P+ region 380: first impurity crossing region
381: first P + crossing region 382: first N + crossing region
390: second impurity crossing region 391: second P+ crossing region
392: second N + cross region
Claims (13)
상기 반도체 기판 상에 서로 이격되어 형성된 제1 딥 N웰 및 제2 딥 N웰;
상기 제1 딥 N웰 상에 형성된 제1 P웰;
상기 제1 P웰과 접하고, 상기 제1 딥 N웰 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제1 N웰;
상기 제1 N웰과 접하고, 상기 반도체 기판 상에 형성된 제2 P웰;
상기 제2 P웰과 접하고, 상기 제2 딥 N웰 및 상기 반도체 기판 상에 형성된 제2 N웰;
상기 제2 딥 N웰 상에 형성된 제3 P웰;
상기 제1 P웰, 상기 제2 P웰 및 상기 제3 P웰 상에 각각 형성된 제1 P+영역, 제2 P+영역 및 제3 P+영역;
상기 제1 N웰 상에 형성되되, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제1 불순물 교차 영역; 및
상기 제2 N웰 상에 형성되되, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제2 불순물 교차 영역을 포함하는 정전기 방전 보호소자.semiconductor substrate;
a first deep N-well and a second deep N-well formed on the semiconductor substrate to be spaced apart from each other;
a first P-well formed on the first deep N-well;
a first N-well in contact with the first P-well and formed on the first deep N-well and the semiconductor substrate;
a second P-well in contact with the first N-well and formed on the semiconductor substrate;
a second N well in contact with the second P well and formed on the second deep N well and the semiconductor substrate;
a third P well formed on the second deep N well;
a first P+ region, a second P+ region, and a third P+ region respectively formed on the first P well, the second P well, and the third P well;
a first impurity crossing region formed on the first N well and formed in a plurality of impurities crossing it; and
The electrostatic discharge protection device is formed on the second N well and includes a second impurity crossing region in which a plurality of impurities cross each other.
상기 제1 N웰 및 상기 제2 P웰의 접합영역에 형성된 제1 P+브릿지 영역; 및
상기 제2 P웰 및 상기 제2 N웰의 접합영역에 형성된 제2 P+브릿지 영역을 더 포함하는 정전기 방전 보호소자.According to claim 1,
a first P+ bridge region formed in a junction region of the first N well and the second P well; and
The electrostatic discharge protection device further comprising a second P+ bridge region formed in the junction region of the second P well and the second N well.
상기 제1 불순물 교차 영역과 상기 제1 P+브릿지 영역 사이의 상기 제1 N웰 표면 상에 형성된 제1 게이트; 및
상기 제2 불순물 교차 영역과 상기 제2 P+브릿지 영역 사이의 상기 제2 N웰 표면 상에 형성된 제2 게이트를 더 포함하는 정전기 방전 보호소자.3. The method of claim 2,
a first gate formed on the first N well surface between the first impurity crossing region and the first P+ bridge region; and
and a second gate formed on a surface of the second N well between the second impurity crossing region and the second P+ bridge region.
상기 제2 P+영역은 상기 제1 게이트 및 상기 제2 게이트와 전기적으로 연결되는 것인 정전기 방전 보호소자.4. The method of claim 3,
and the second P+ region is electrically connected to the first gate and the second gate.
상기 제1 N웰 상에 형성된 제1 P+교차 영역; 및
상기 제1 N웰 상에 형성된 제1 N+교차 영역을 포함하는 정전기 방전 보호소자.The method of claim 1, wherein the first impurity crossing region comprises:
a first P+ crossing region formed on the first N-well; and
and a first N+ cross region formed on the first N well.
상기 제1 P+교차 영역과 상기 제1 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제1 N웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성되는 것인 정전기 방전 보호소자.6. The method of claim 5,
and a plurality of the first P+ crossing regions and the first N+ crossing regions are formed to cross each other in a longitudinal direction of the first N well on a plane.
상기 제2 N웰 상에 형성된 제2 P+교차 영역; 및
상기 제2 N웰 상에 형성된 제2 N+교차 영역을 포함하는 정전기 방전 보호소자.The method of claim 1, wherein the second impurity crossing region comprises:
a second P+ crossing region formed on the second N well; and
and a second N+ crossing region formed on the second N well.
상기 제2 P+교차 영역과 상기 제2 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제2 N웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성되는 것인 정전기 방전 보호소자.8. The method of claim 7,
and a plurality of the second P+ crossing regions and the second N+ crossing regions are formed to cross each other in a longitudinal direction of the second N well on a plane.
상기 제1 P+영역과 상기 제1 불순물 교차 영역은 제1 단자에 연결되고,
상기 제3 P+영역과 상기 제2 불순물 교차 영역은 제2 단자에 연결되는 것인 정전기 방전 보호소자.According to claim 1,
the first P+ region and the first impurity crossing region are connected to a first terminal;
and the third P+ region and the second impurity crossing region are connected to a second terminal.
상기 제1 P+영역, 상기 제1 N웰 및 상기 제3 P웰에 의해 형성된 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터;
상기 제1 P+브릿지 영역, 상기 제1 N웰 및 상기 제1 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제2 PNP 바이폴라 트랜지스터;
상기 제3 P+영역, 상기 제2 N웰 및 상기 제1 P웰에 의해 형성된 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터;
상기 제2 P+브릿지 영역, 상기 제2 N웰 및 상기 제2 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터; 및
상기 제1 N웰, 상기 제2 P웰 및 상기 제2 N웰에 의해 형성된 NPN 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 정전기 방전 보호소자.4. The method of claim 3,
a first PNP bipolar transistor formed by the first P+ region, the first N-well, and the third P-well;
a second PNP bipolar transistor formed by the first P+ bridge region, the first N well, and the first impurity crossing region;
a third PNP bipolar transistor formed by the third P+ region, the second N well, and the first P well;
a fourth PNP bipolar transistor formed by the second P+ bridge region, the second N well, and the second impurity crossing region; and
and an NPN bipolar transistor formed by the first N well, the second P well, and the second N well.
상기 제1 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 제2 P+영역을 통해 상기 제2 게이트에 전압이 인가되는 것인 정전기 방전 보호소자.11. The method of claim 10,
and a voltage is applied to the second gate through the second P+ region when the first PNP bipolar transistor, the NPN bipolar transistor, and the fourth PNP bipolar transistor are turned on.
상기 제3 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 NPN 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제4 PNP 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 제2 P+영역을 통해 상기 제1 게이트에 전압이 인가되는 것인 정전기 방전 보호소자.11. The method of claim 10,
and a voltage is applied to the first gate through the second P+ region when the third PNP bipolar transistor, the NPN bipolar transistor, and the fourth PNP bipolar transistor are turned on.
상기 제1 P+영역, 상기 제1 불순물 교차 영역, 상기 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제1 게이트는 상기 제2 P+영역을 중심으로, 상기 제3 P+영역, 상기 제2 불순물 교차 영역, 상기 제2 P+브릿지 영역 및 상기 제2 게이트와 서로 대칭되도록 형성되는 것인 정전기 방전 보호소자.4. The method of claim 3,
The first P+ region, the first impurity crossing region, the first P+ bridge region, and the first gate may include the third P+ region, the second impurity crossing region, and the second with the second P+ region as a center. The electrostatic discharge protection device is formed to be symmetrical to the P+ bridge region and the second gate.
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KR20170071676A (en) | 2015-12-15 | 2017-06-26 | 삼성전자주식회사 | Electrostatic discharge protection device capable of adjusting holding voltage |
KR20190098322A (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-22 | 한국전자통신연구원 | Electrostatic Discharge Protection Device |
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Xiaozong Huang 외 5명, A New High Holding Voltage Dual-Drection SCR with Optimized Semented Topology,IEEE Electron Device Letters ( Volume: 37, Issue: 10, Oct. 2016),2019.09.19 * |
도경일 외 3명,A Study of Dual-Drectional SCR with Low Dynamic Resistance and High Holding Voltage for Low-Voltage Apllication,2019 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EEx * |
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KR102262041B9 (en) | 2021-09-17 |
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