KR102441903B1 - SCR-Based Dual-Directional ESD Protection Device with High Holding Voltage - Google Patents

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KR102441903B1
KR102441903B1 KR1020210066866A KR20210066866A KR102441903B1 KR 102441903 B1 KR102441903 B1 KR 102441903B1 KR 1020210066866 A KR1020210066866 A KR 1020210066866A KR 20210066866 A KR20210066866 A KR 20210066866A KR 102441903 B1 KR102441903 B1 KR 102441903B1
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구용서
도경일
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is an silicon-controlled rectifier (SCR)-based electrostatic discharge (ESD) protection device with a high holding voltage and dual-directional characteristics. To a conventional LTDDSCR structure, an N+ region on an N-well region and a gate on a P-well region are added, and the added N+ region and gate are electrically connected, to have a parasitic PN diode driven by a voltage applied to the gate during ESD current discharge. As a result, a gain of a positive feedback loop of a PNP bipolar transistor and an NPN bipolar transistor is lowered and high holding voltage characteristics may be attained. In addition, by forming multiple P+ crossing regions and N+ crossing regions to cross each other and to be connected to terminals, an emitter current of the bipolar transistor is reduced, thus resulting in a lower current gain and an increased holding voltage.

Description

높은 홀딩 전압을 갖는 SCR 기반의 양방향 ESD 보호소자{SCR-Based Dual-Directional ESD Protection Device with High Holding Voltage}SCR-Based Dual-Directional ESD Protection Device with High Holding Voltage

본 발명은 ESD 보호소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 홀딩 전압과 양방향 특성을 갖는 ESD 보호소자에 관한 것이다.The present invention relates to an ESD protection device, and more particularly, to an ESD protection device having a high holding voltage and bidirectional characteristics.

정전기 방전(ESD: Electrostatic Discharge) 현상은 반도체 제품의 품질과 신뢰성에 큰 영향을 끼치는 요소로 내부 IC와 연결되는 I/O 나 Power Clamp 단 사이에 삽입하여 내부 IC를 보호한다. 반도체 공정 산업의 발달로 집적도는 더욱 향상되어가면서 ESD 현상으로부터 신뢰성을 확보하기 위해 저면적, 고감내 ESD 보호장치를 필요로하고 있다. 일반적으로 알려진 양방향 ESD 보호소자인 LTDDSCR(Low Triggering Dual-Directional Silicon Controlled Rectifier)가 단방향 ESD 보호소자에 비해 우수한 면적효율과 높은 신뢰성을 지니고 있다.Electrostatic discharge (ESD) is a factor that greatly affects the quality and reliability of semiconductor products. It is inserted between the I/O or Power Clamp terminals connected to the internal IC to protect the internal IC. As the degree of integration is further improved with the development of the semiconductor process industry, a low-area, high-resistance ESD protection device is required to secure reliability from ESD phenomenon. A commonly known bidirectional ESD protection device, LTDDSCR (Low Triggering Dual-Directional Silicon Controlled Rectifier), has superior areal efficiency and high reliability compared to a unidirectional ESD protection device.

도 1은 종래의 LTDDSCR을 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional LTDDSCR.

도 1을 참조하면, 종래의 LTDDSCR(100)은 기판(101)상에 딥 N웰(110)이 형성되고, 딥 N웰 상에 제1 P웰(120), 제2 P웰(140) 및 N웰(130)이 형성된다. 제1 P웰(120) 상에는 제 1 P+ 영역(121)과 제1 N+ 영역(122)이 형성되어 제1 단자(T1)로서 기능하고, 제2 P웰(140) 상에는 제2 P+ 영역(142)과 제2 N+영역(141)이 형성되어 제2 단자(T2)로서 기능한다. 또한, 제1 P웰(120) 및 N웰(130)과 접하도록 제1 P+브릿지 영역(102)이 형성되고, N웰(130) 및 제2 P웰(140)과 접하도록 제2 P+브릿지 영역(103)이 형성된다.Referring to FIG. 1 , in the conventional LTDDSCR 100 , a deep N-well 110 is formed on a substrate 101 , and a first P-well 120 , a second P-well 140 and An N well 130 is formed. A first P+ region 121 and a first N+ region 122 are formed on the first P well 120 to function as a first terminal T1 , and a second P+ region 142 is formed on the second P well 140 . ) and the second N + region 141 are formed to function as the second terminal T2 . In addition, the first P+ bridge region 102 is formed to contact the first P-well 120 and the N-well 130 , and the second P+ bridge to contact the N-well 130 and the second P-well 140 . A region 103 is formed.

이러한 종래의 LTDDSCR(100)은 제1 단자(T1) 또는 제2 단자(T2)로 ESD 전류가 유입되면, 두 개의 NPN 바이폴라 트랜지스터(Q1,Q2)와 하나의 PNP 바이폴라 트랜지스터(Q3)의 동작에 의해 ESD 전류를 방전시킨다. 허나, 종래의 LTDDSCR(100)은 낮은 홀딩 전압에 따른 래치-업에 의해 내부회로가 파손되는 문제가 발생된다.In this conventional LTDDSCR 100, when an ESD current flows into the first terminal T1 or the second terminal T2, the operation of two NPN bipolar transistors Q1 and Q2 and one PNP bipolar transistor Q3 is ESD current is discharged by However, in the conventional LTDDSCR 100, there is a problem in that the internal circuit is damaged by the latch-up according to the low holding voltage.

한국특허공개 10-2017-0071676Korean Patent Publication 10-2017-0071676

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 종래의 LTDDSCR 구조에서 게이트, N+영역 및 불순물 교차 영역을 추가함으로써 높은 홀딩 전압과 양방향 특성을 갖는 ESD 보호소자를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above. That is, to provide an ESD protection device having a high holding voltage and bidirectional characteristics by adding a gate, an N+ region, and an impurity crossing region in the conventional LTDDSCR structure.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 형성된 딥 N웰, 상기 딥 N웰 상에 형성되고, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제1 불순물 교차 영역이 형성된 제1 P웰, 상기 딥 N웰 상에 형성되되, 상기 제1 P웰과 접하도록 형성되고, N+영역이 형성된 N웰, 상기 딥 N웰 상에 형성되되, 상기 N웰과 접하도록 형성되고, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제2 불순물 교차 영역이 형성된 제2 P웰, 상기 제1 P웰과 상기 N웰에 접하도록 형성된 제1 P+브릿지 영역 및 상기 N웰과 상기 제2 P웰에 접하도록 형성된 제2 P+브릿지 영역을 포함한다.The present invention for solving the above problems provides a semiconductor substrate, a deep N-well formed on the semiconductor substrate, a first P-well formed on the deep N-well and having a plurality of first impurity crossing regions formed by crossing impurities, the above An N well formed on the deep N well and in contact with the first P well and having an N+ region, formed on the deep N well and formed in contact with the N well, a plurality of impurities intersecting a second P well in which a second impurity crossing region is formed, a first P+ bridge region formed to contact the first P well and the N well, and a second P+ bridge region formed to contact the N well and the second P well; include

상기 제1 불순물 교차 영역과 상기 제1 P+브릿지 영역 사이의 상기 제1 P웰 표면 상에 형성된 제1 게이트 및 상기 제2 불순물 교차 영역과 상기 제2 P+브릿지 영역 사이의 상기 제2 P+웰 표면 상에 형성된 제2 게이트를 포함할 수 있다.a first gate formed on the first P-well surface between the first impurity crossing region and the first P+ bridge region and on the second P+ well surface between the second impurity crossing region and the second P+ bridge region It may include a second gate formed in the.

상기 제1 게이트, 상기 N+영역 및 상기 제2 게이트는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.The first gate, the N+ region, and the second gate may be electrically connected to each other.

상기 제1 불순물 교차 영역은 제1 단자에 연결되고, 상기 제2 불순물 교차 영역은 제2 단자에 연결될 수 있다.The first impurity crossing region may be connected to a first terminal, and the second impurity crossing region may be connected to a second terminal.

제1 불순물 교차 영역은, 상기 제1 P웰 상에 형성된 제1 P+교차 영역 및 상기 제1 P웰 상에 형성된 제1 N+교차 영역을 포함하고, 상기 제1 P+교차 영역과 상기 제1 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제1 P웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성될 수 있다.The first impurity crossing region includes a first P+ crossing region formed on the first P well and a first N+ crossing region formed on the first P well, and the first P+ crossing region and the first N+ crossing region A plurality of regions may be formed to cross each other in the longitudinal direction of the first P well on a plane.

제2 불순물 교차 영역은, 상기 제2 P웰 상에 형성된 제2 P+교차 영역; 및 상기 제2 P웰 상에 형성된 제2 N+교차 영역을 포함하고, 상기 제2 P+교차 영역과 상기 제2 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제2 P웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성될 수 있다.The second impurity crossing region may include a second P+ crossing region formed on the second P well; and a second N+ crossing region formed on the second P well, wherein a plurality of the second P+ crossing region and the second N+ crossing region intersect each other in a longitudinal direction of the second P well in a plan view. have.

상기 제1 P+브릿지 영역, 상기 N웰 및 상기 제2 P+브릿지 영역에 의해 형성된 PNP 바이폴라 트랜지스터, 상기 제1 불순물 교차 영역, 상기 제1 P웰 및 상기 N웰에 의해 형성된 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터 및 상기 N웰, 상기 제2 P웰 및 상기 제2 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터를 포함할 수 있다.a PNP bipolar transistor formed by the first P+ bridge region, the N well and the second P+ bridge region, a first NPN bipolar transistor formed by the first impurity crossing region, the first P well and the N well, and the and a second NPN bipolar transistor formed by the N well, the second P well, and the second impurity crossing region.

상기 PNP 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 N+영역을 통해 상기 제2 게이트에 전압이 인가될 수 있다.When the PNP bipolar transistor and the second NPN bipolar transistor are turned on, a voltage may be applied to the second gate through the N+ region.

상기 PNP 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 N+영역을 통해 상기 제1 게이트에 전압이 인가될 수 있다.When the PNP bipolar transistor and the first NPN bipolar transistor are turned on, a voltage may be applied to the first gate through the N+ region.

상기 제2 P+브릿지 영역 및 상기 제2 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제1 PN 다이오드 및 상기 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제1 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제2 PN 다이오드를 포함할 수 있다.and a first PN diode formed by the second P+ bridge region and the second impurity crossing region, and a second PN diode formed by the first P+ bridge region and the first impurity crossing region.

상기 제1 불순물 교차 영역, 상기 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제1 게이트는 상기 N+영역을 중심으로, 상기 제2 불순물 교차 영역, 상기 제2 P+브릿지 영역 및 상기 제2 게이트와 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.The first impurity crossing region, the first P+ bridge region, and the first gate may be formed to be symmetrical to the second impurity crossing region, the second P+ bridge region, and the second gate with respect to the N+ region. can

본 발명에 따르면, 종래의 LTDDSCR 구조에서 N웰 상에 N+영역 및 P웰 상에 게이트를 추가하고, 추가한 N+영역 및 게이트를 서로 전기적으로 연결시킴으로써, ESD 전류 방전 시 게이트에 인가된 전압에 의해 기생 PN 다이오드가 동작하여 PNP 바이폴라 트랜지스터와 NPN 바이폴라 트랜지스터의 정궤환 루프의 이득을 낮출 수 있다. 따라서, 높은 홀딩 전압 특성을 가질 수 있다.According to the present invention, in the conventional LTDDSCR structure, by adding an N+ region and a gate on the P well on the N well, and electrically connecting the added N+ region and the gate to each other, by the voltage applied to the gate during ESD current discharge The parasitic PN diode operates to lower the gain of the positive feedback loop of the PNP bipolar transistor and the NPN bipolar transistor. Therefore, it can have a high holding voltage characteristic.

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.

더 나아가, 정방향에 의한 ESD 방전과 역방향에 의한 ESD 방전이 서로 대칭되도록 방전되는 구조를 갖기 때문에 정방향에 의해 형성되는 높은 홀딩 전압에 대한 효과를 역방향에서도 동일하게 적용되도록 할 수 있다.Furthermore, since the ESD discharge in the forward direction and the ESD discharge in the reverse direction have a structure in which the discharge is symmetrical to each other, the effect on the high holding voltage formed by the forward direction can be applied equally in the reverse direction.

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 LTDDSCR을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ESD 보호소자를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 3의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 ESD 보호소자와 종래의 LTDDSCR의 전압-전류 특성을 비교하기 위한 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing a conventional LTDDSCR.
2 is a plan view illustrating an ESD protection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along II′ of FIG. 3 .
4 is a graph for comparing the voltage-current characteristics of the ESD 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 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. do it with

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ESD 보호소자를 도시한 평면도이다.2 is a plan view illustrating an ESD protection device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 3의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along II′ of FIG. 3 .

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 ESD 보호소자(200)는 반도체 기판(201)을 포함하며, 반도체 기판(201)은 P형 반도체 기판일 수 있다.2 and 3 , the ESD protection device 200 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 201 , and the semiconductor substrate 201 may be a P-type semiconductor substrate.

반도체 기판(201) 상에는 딥 N웰(210)이 형성될 수 있고, 딥 N웰(210) 상에는 제1 P웰(220), N웰(230) 및 제2 P웰(240)이 형성될 수 있다.A deep N-well 210 may be formed on the semiconductor substrate 201 , and a first P-well 220 , an N-well 230 , and a second P-well 240 may be formed on the deep N-well 210 . have.

일예로, 제1 P웰(220)은 딥 N웰(210) 상에 형성되되, N웰(230)의 일측에 접하도록 형성될 수 있고, 제2 P웰(240)은 딥 N웰(210) 상에 형성되되, N웰(230)의 타측에 접하도록 형성될 수 있다.For example, the first P-well 220 is formed on the deep N-well 210 , and may be formed to be in contact with one side of the N-well 230 , and the second P-well 240 is the deep N-well 210 . ), and may be formed so as to be in contact with the other side of the N-well 230 .

제1 P웰(220) 상에는 제1 불순물 교차 영역(250)이 형성될 수 있다. 제1 불순물 교차 영역(250)은 제1 단자(T1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제1 불순물 교차 영역(250)은 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 P웰(220) 상에 형성되되, 평면상에서 제1 P웰(220)의 길이 방향으로 제1 P+교차 영역(251)과 제1 N+교차 영역(252)이 서로 교차되어 다수 배치되도록 형성될 수 있다. 따라서, 교차 배치된 다수의 제1 P+교차 영역(251)과 제1 N+교차 영역(252)이 제1 단자(T1)에 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이는, 제1 단자(T1)가 제1 P+교차 영역(251)과 제1 N+교차 영역(252)이 다수 교차 되어 연결되도록 함으로써, 제2 단자(T2)로 ESD 전류 유입시 바이폴라 트랜지스터의 이미터 전류를 감소시켜 전류이득을 감소시키고, 전류이득 감소에 따른 홀딩 전압을 증가시키기 위함이다.A first impurity crossing region 250 may be formed on the first P well 220 . The first impurity crossing region 250 may be electrically connected to the first terminal T1 . Here, as shown in FIG. 2 , the first impurity crossing region 250 is formed on the first P well 220 , and in a plan view, in the longitudinal direction of the first P well 220 , the first P+ crossing region ( 251) and the first N+ crossing regions 252 may be formed to cross each other and to be disposed in plurality. Accordingly, a plurality of first P+ crossing regions 251 and first N+ crossing regions 252 that are intersected may have a structure in which they are connected to the first terminal T1 . This is because the first terminal T1 connects a plurality of the first P+ crossing region 251 and the first N+ crossing region 252 to cross each other, so that when the ESD current flows into the second terminal T2, the emitter of the bipolar transistor This is to decrease the current gain by reducing the current, and to increase the holding voltage according to the decrease in the current gain.

또한, 제1 P웰(220)과 N웰(230)의 접합영역 상에는 제1 불순물 교차 영역(250)과 이격되도록 제1 P+브릿지 영역(202)이 형성될 수 있다. 또한, 제1 불순물 교차 영역(250)과 제1 P+브릿지 영역(202) 사이의 제1 P웰(220) 표면 상에는 제1 게이트(221)가 형성될 수 있다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 게이트(221)를 중심으로, 제1 게이트(221)의 일측에는 제1 P+교차 영역(251)과 제1 N+교차 영역(252)이 서로 교차되어 제1 게이트(221)의 길이 방향으로 다수 접하도록 형성될 수 있으며, 타측에는 제1 P+브릿지 영역(202)이 접하도록 형성될 수 있다.Also, a first P+ bridge region 202 may be formed on the junction region of the first P well 220 and the N well 230 to be spaced apart from the first impurity crossing region 250 . Also, a first gate 221 may be formed on the surface of the first P well 220 between the first impurity crossing region 250 and the first P + bridge region 202 . That is, as shown in FIG. 2 , the first P+ crossing region 251 and the first N+ crossing region 252 cross each other on one side of the first gate 221 with the first gate 221 as the center. A plurality of first gates 221 may be in contact in the longitudinal direction, and the first P+ bridge region 202 may be in contact with the other side thereof.

제1 P웰(220)과 N웰(230)의 접합영역에는 제1 P+브릿지 영역(202)을 형성함으로써, 역방향인 제2 단자(T2)로 ESD 전류가 유입되는 경우, 도핑농도가 높은 제1 P+브릿지 영역(202)에 의해, 낮은 레벨의 애벌런치 항복 전압에 기초한 낮은 트리거 전압 특성을 가질 수 있다. 또한, 제1 불순물 교차 영역(250)과 제1 P+브릿지 영역(202) 사이에 STI를 생략하고, STI 대신 제1 게이트(221)를 형성하여 PMOS 트랜지스터 형성에 의한 제1 게이트(221) 하부에 채널이 형성되도록 함으로써 전류가 제1 P웰(220) 표면상으로 흐르도록 하여 바이폴라 트랜지스터의 빠른 턴온이 가능하도록 할 수 있다.The first P+ bridge region 202 is formed in the junction region of the first P-well 220 and the N-well 230, so that when an ESD current flows into the second terminal T2 in the reverse direction, the second terminal having a high doping concentration is formed. The 1 P+ bridge region 202 may have a low trigger voltage characteristic based on a low level avalanche breakdown voltage. In addition, the STI is omitted between the first impurity crossing region 250 and the first P+ bridge region 202 , and the first gate 221 is formed instead of the STI, and the first gate 221 is formed under the first gate 221 by forming the PMOS transistor. By forming a channel, a current can flow on the surface of the first P-well 220 to enable fast turn-on of the bipolar transistor.

여기서, 본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)는 제1 불순물 교차 영역(250), 제1 P웰(220) 및 N웰(230)에 의해 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제1 불순물 교차 영역(250)의 제1 N+교차 영역(252), 제1 P웰(220) 및 N웰(230)에 의해 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)가 형성될 수 있다.Here, in the ESD protection device 200 according to the present invention, the first NPN bipolar transistor Qn1 may be formed by the first impurity crossing region 250 , the first P well 220 , and the N well 230 . . In more detail, the first NPN bipolar transistor Qn1 is formed by the first N+ crossing region 252 , the first P well 220 , and the N well 230 of the first impurity crossing region 250 . can

N웰(230)과 제2 P웰(240)의 접합영역 상에는 제2 P+브릿지 영역(203)이 형성될 수 있다. N웰(230)과 제2 P웰(240)의 접합영역 상에 제2 P+브릿지 영역(203)을 형성함으로써, 정방향인 제1 단자(T1)로 ESD 전류가 유입되는 경우, 제2 P+브릿지 영역(203)에 의해, 낮은 레벨의 애벌런치 항복 전압에 기초한 낮은 트리거 전압을 가질 수 있다.A second P+ bridge region 203 may be formed on the junction region of the N well 230 and the second P well 240 . By forming the second P+ bridge region 203 on the junction region of the N-well 230 and the second P-well 240 , when an ESD current flows into the first terminal T1 in the forward direction, the second P+ bridge Region 203 allows for a low trigger voltage based on a low level avalanche breakdown voltage.

제2 P웰(240) 상에는 제2 P+브릿지 영역(203)과 이격되도록 제2 불순물 교차 영역(260)이 형성될 수 있다. 제2 불순물 교차 영역(260)은 제2 단자(T2)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제2 불순물 교차 영역(260)은 도 2에 도시한 바와 같이, 제2 P웰(240) 상에 형성되되, 제2 P웰(240)의 길이 방향으로 제2 P+교차 영역(261)과 제2 N+교차 영역(262)이 서로 교차되어 다수 배치되도록 형성될 수 있다. 따라서, 교차 배치된 다수의 제2 P+교차 영역(261)과 제2 N+교차 영역(262)이 제2 단자(T2)에 연결되는 구조를 가질 수 있다. 이는, 제2 단자(T2)가 제2 P+교차 영역(261)과 제2 N+교차 영역(262)이 다수 교차 되어 연결되도록 함으로써, 제1 단자(T1)로 ESD 전류 유입시 바이폴라 트랜지스터의 이미터 전류를 감소시켜 전류이득을 감소시키고, 전류이득 감소에 따른 홀딩 전압을 증가시키기 위함이다.A second impurity crossing region 260 may be formed on the second P well 240 to be spaced apart from the second P+ bridge region 203 . The second impurity crossing region 260 may be electrically connected to the second terminal T2 . Here, as shown in FIG. 2 , the second impurity crossing region 260 is formed on the second P well 240 , and a second P+ crossing region 261 in the longitudinal direction of the second P well 240 . and the second N+ crossing regions 262 may be formed to intersect each other and to be disposed in plurality. Accordingly, a plurality of second P+ crossing regions 261 and second N+ crossing regions 262 that are intersected may have a structure in which they are connected to the second terminal T2 . This is because the second terminal T2 connects a plurality of the second P+ crossing region 261 and the second N+ crossing region 262 to cross each other, so that when an ESD current flows into the first terminal T1, the emitter of the bipolar transistor This is to decrease the current gain by reducing the current, and to increase the holding voltage according to the decrease in the current gain.

제2 P+브릿지 영역(203)과 제2 불순물 교차 영역(260) 사이의 제2 P웰(240) 표면 상에는 제2 게이트(241)가 형성될 수 있다. 즉, 제2 게이트(241)를 중심으로, 제2 게이트(241)의 일측에는 제2 P+브릿지 영역(203)이 접하도록 형성될 수 있으며, 타측에는 제2 P+교차 영역(261)과 제2 N+교차 영역(262)이 서로 교차되어 제2 게이트(241)의 길이 방향으로 다수 접하도록 형성될 수 있다.A second gate 241 may be formed on the surface of the second P well 240 between the second P+ bridge region 203 and the second impurity crossing region 260 . That is, with the second gate 241 as the center, the second P + bridge region 203 may be formed to contact one side of the second gate 241 , and the second P + cross region 261 and the second P + cross region 261 are formed on the other side of the second gate 241 . N+ crossing regions 262 may be formed to cross each other so as to be in contact with each other in the longitudinal direction of the second gate 241 .

제2 P+브릿지 영역(203)과 제2 불순물 교차 영역(260) 사이에 STI를 생략하고, STI 대신 제2 게이트(241)를 형성하여 PMOS 트랜지스터 형성에 의한 제2 게이트(241) 하부에 채널이 형성되도록 함으로써 전류가 제2 P웰(240) 표면상으로 흐르도록 하여 바이폴라 트랜지스터의 빠른 턴온이 가능하도록 할 수 있다.STI is omitted between the second P+ bridge region 203 and the second impurity crossing region 260, and a second gate 241 is formed instead of the STI, so that a channel is formed under the second gate 241 by forming a PMOS transistor. By forming it, current can flow on the surface of the second P-well 240 to enable fast turn-on of the bipolar transistor.

여기서, 본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)는 제2 불순물 교차 영역(260), 제2 P웰(240) 및 N웰(230)에 의해 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제2 불순물 교차 영역(260)의 제2 N+교차 영역(262), 제1 P웰(220) 및 N웰(230)에 의해 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 P+브릿지 영역(202), N웰(230) 및 제2 P+브릿지 영역(203)에 의해 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)가 형성될 수 있다.Here, in the ESD protection device 200 according to the present invention, the second NPN bipolar transistor Qn2 may be formed by the second impurity crossing region 260 , the second P well 240 , and the N well 230 . . In more detail, the second NPN bipolar transistor Qn2 is formed by the second N+ crossing region 262 , the first P well 220 , and the N well 230 of the second impurity crossing region 260 . can In addition, a PNP bipolar transistor Qp may be formed by the first P+ bridge region 202 , the N well 230 , and the second P+ bridge region 203 .

N웰(230) 상에는 N+영역(231)이 형성되되, 제1 P+브릿지 영역(202)과 제2 P+브릿지 영역(203) 사이에 형성될 수 있다. 여기서, N+영역(231)은 제1 게이트(221) 및 제2 게이트(241)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, N+영역(231)을 N웰(230) 상에 형성하고, 제1 게이트(221) 및 제2 게이트(241)와 전기적으로 연결되도록 함으로써, 제1 단자(T1) 또는 제2 단자(T2)로 ESD 전류 유입시, N웰(230)의 전위가 상승함에 따라 제1 게이트(221) 또는 제2 게이트(241)에 양전압이 인가되어 PN 다이오드(D1,D2)가 형성되도록 할 수 있다. PN 다이오드(D1,D2)를 통한 전류 흐름에 의해 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)와 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1,Qn2)의 정궤환 루브 이득이 낮아져 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.An N + region 231 is formed on the N well 230 , and may be formed between the first P + bridge region 202 and the second P + bridge region 203 . Here, the N+ region 231 may be electrically connected to the first gate 221 and the second gate 241 . That is, the N+ region 231 is formed on the N well 230 and electrically connected to the first gate 221 and the second gate 241 , so that the first terminal T1 or the second terminal T2 is formed. ), as the potential of the N well 230 rises, a positive voltage is applied to the first gate 221 or the second gate 241 to form the PN diodes D1 and D2. . The positive feedback lube gains of the PNP bipolar transistors Qp and the NPN bipolar transistors Qn1 and Qn2 may be lowered by the current flow through the PN diodes D1 and D2 to have a high holding voltage.

일예로, 정방향인 제1 단자(T1)로 ESD 전류가 유입되는 경우, 제2 P+브릿지 영역(203) 및 제2 불순물 교차 영역(260)에 의해 제1 PN 다이오드(D1)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제2 P+브릿지 영역(203) 및 제2 불순물 교차 영역(260)의 제2 N+교차 영역(262)에 의해 제1 PN 다이오드(D1)가 형성될 수 있다. 따라서, PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)와 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)의 정궤환 작용에 의해 ESD 전류가 방전될 때, 제1 PN 다이오드(D1)를 통한 전류 흐름에 의해 정궤환 루프 이득이 낮아져 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.For example, when the ESD current flows into the first terminal T1 in the forward direction, the first PN diode D1 may be formed by the second P+ bridge region 203 and the second impurity crossing region 260 . . In more detail, the first PN diode D1 may be formed by the second P+ bridge region 203 and the second N+ crossing region 262 of the second impurity crossing region 260 . Therefore, when the ESD current is discharged by the positive feedback action of the PNP bipolar transistor Qp and the second NPN bipolar transistor Qn2, the positive feedback loop gain is lowered due to the current flow through the first PN diode D1, resulting in a high It may have a holding voltage.

또한, 역방향인 제2 단자(T2)로 ESD 전류가 유입되는 경우, 제1 P+브릿지 영역(202) 및 제1 불순물 교차 영역(250)에 의해 제2 PN 다이오드(D2)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 제1 P+브릿지 영역(202) 및 제1 불순물 교차 영역(250)의 제1 N+교차 영역(252)에 의해 제2 PN 다이오드(D2)가 형성될 수 있다. 따라서, PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)와 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)의 정궤환 작용에 의해 ESD 전류가 방전될 때, 역방향인 경우에도, 제2 PN 다이오드(D2)를 통한 전류 흐름에 의해 정궤환 루프 이득이 낮아져 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.Also, when the ESD current flows into the second terminal T2 in the reverse direction, the second PN diode D2 may be formed by the first P+ bridge region 202 and the first impurity crossing region 250 . In more detail, the second PN diode D2 may be formed by the first P+ bridge region 202 and the first N+ crossing region 252 of the first impurity crossing region 250 . Accordingly, when the ESD current is discharged due to the positive feedback action of the PNP bipolar transistor Qp and the first NPN bipolar transistor Qn1, even in the reverse direction, the current flows through the second PN diode D2 and the ESD current is positively fed back. The loop gain may be lowered to have a high holding voltage.

즉, 본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)는 제1 불순물 교차 영역(250), 제1 P+브릿지 영역(202) 및 제1 게이트(221)가 N+영역(231)을 중심으로, 제2 불순물 교차 영역(260), 제2 P+브릿지 영역(203) 및 제2 게이트(241)와 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 따라서, 정방향인 제1 단자(T1)로 유입되는 ESD 전류를 방전시킬 때뿐만 아니라, 역방향인 제2 단자(T2)로 유입되는 ESD 전류를 방전시킬 때도 동일한 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.That is, in the ESD protection device 200 according to the present invention, the first impurity crossing region 250 , the first P+ bridge region 202 , and the first gate 221 have the N+ region 231 as the center, and the second impurity The cross region 260 , the second P+ bridge region 203 , and the second gate 241 may be formed to be symmetrical to each other. Accordingly, the same high holding voltage may be obtained not only when discharging the ESD current flowing into the first terminal T1 in the forward direction, but also when discharging the ESD current flowing into the second terminal T2 in the reverse direction.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 ESD 보호소자의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the ESD protection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 .

정방향인 제1 단자(T1)에 ESD 전류가 유입되면, 유입되는 ESD 전류에 상응하여 제1 P웰(220)과 N웰(230)의 전위가 상승한다. 이에 따라, N웰(230)과 제2 P+브릿지 영역(203) 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 220 and the N-well 230 increase in response to the flowing ESD current. Accordingly, a reverse bias is applied between the N well 230 and the second P+ bridge region 203 .

N웰(230)과 제2 P+브릿지 영역(203)의 접합의 계면에서 고에너지의 캐리어에 의한 원자의 충돌 이온화 현상이 발생된다. 즉, N웰(230)과 제2 P+브릿지 영역(203) 사이에는 비교적 큰 폭을 가지는 공핍 영역이 형성된다.At the interface of the junction between the N well 230 and the second P + bridge region 203 , collision ionization of atoms by high-energy carriers occurs. That is, a depletion region having a relatively large width is formed between the N well 230 and the second P+ bridge region 203 .

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 N웰(230)로 이동하고, 정공은 제2 P+브릿지 영역(203)을 거쳐 제2 P웰(240)로 이동한다. 따라서, N웰(230)로부터 제2 P+브릿지 영역(203)을 거쳐 제2 P웰(240)로 역방향 전류가 형성되는 애벌런치 항복(Avalanche Breakdown)이 발생된다. 여기서, 애벌런치 항복을 도핑농도가 높은 제2 P+브릿지 영역(203)과 N웰(230) 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 N well 230 by the electric field, and holes move to the second P well 240 through the second P+ bridge region 203 . Accordingly, an avalanche breakdown occurs in which a reverse current is formed from the N well 230 to the second P well 240 through the second P + bridge region 203 . Here, by causing the avalanche breakdown to occur between the second P+ bridge region 203 having a high doping concentration and the N well 230 , a low breakdown voltage is generated to lower the trigger voltage.

계속해서, 제2 P웰(240)로 이동한 정공에 의해 제2 P웰(240)의 전위가 상승되고, 이로 인해 제2 P웰(240)과 제2 N+교차 영역(262) 접합에 순방향 턴온을 발생시킨다. 따라서, 제1 P+브릿지 영역(202), N웰(230) 및 제2 P+브릿지 영역(203)으로 형성된 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)가 턴온되고, N웰(230), 제2 P웰(240) 및 제2 N+교차 영역(262)으로 형성된 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)가 턴온된다. Subsequently, the potential of the second P-well 240 is increased by the holes moved to the second P-well 240 , which causes the second P-well 240 and the second N+ cross region 262 to pass in a forward direction. causes turn-on. Accordingly, the PNP bipolar transistor Qp formed with the first P + bridge region 202 , the N well 230 and the second P + bridge region 203 is turned on, and the N well 230 and the second P well 240 are turned on. and the second NPN bipolar transistor Qn2 formed of the second N+ crossing region 262 is turned on.

이때, 전위가 상승된 N웰(230)에 의해 N+영역(231)과 전기적으로 연결된 제2 게이트(241)에 양전압이 인가되어, 제2 P+브릿지 영역(203) 및 제2 N+교차 영역(262)으로 된 제1 PN 다이오드(D1)가 형성된다. 따라서, 형성된 제1 PN 다이오드(D1)를 이용하여 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)와 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)의 정궤환 루프 이득을 낮춤으로써, 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.At this time, a positive voltage is applied to the second gate 241 electrically connected to the N + region 231 by the N well 230 having an elevated potential, so that the second P + bridge region 203 and the second N + cross region ( 262), the first PN diode D1 is formed. Accordingly, the positive feedback loop gain of the PNP bipolar transistor Qp and the second NPN bipolar transistor Qn2 may be lowered using the formed first PN diode D1, thereby providing a high holding voltage.

또한, 제2 단자(T2)가 제2 P+교차 영역(261) 및 제2 N+교차 영역(262)이 다수 교차되어 형성된 제2 불순물 교차 영역(260)과 연결되기 때문에 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)의 이미터(Emitter) 전류가 감소하여 전류이득을 감소시킬 수 있다. 즉, 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)의 이미터 주입 효율이 낮아져 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.Also, since the second terminal T2 is connected to the second impurity crossing region 260 formed by crossing a plurality of the second P+ crossing regions 261 and the second N+ crossing regions 262, the second NPN bipolar transistor Qn2 ) of the emitter current may decrease, reducing the current gain. That is, the emitter injection efficiency of the second NPN bipolar transistor Qn2 may be lowered, and thus a high holding voltage may be obtained.

한편, 턴온된 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp) 및 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn2)에 의해 SCR이 트리거 된다. SCR의 트리거 동작 이후에 홀딩 전압을 유지하는 래치모드(Latch-mode)로 동작되며, 래치모드에 의한 래치 동작으로 인해 SCR이 동작하게 되면서 제1 단자(T1)로 유입된 ESD 전류는 제2 단자(T2)를 통해 방전된다.Meanwhile, SCR is triggered by the turned-on PNP bipolar transistor Qp and the second NPN bipolar transistor Qn2. After the trigger operation of the SCR, it operates in a latch-mode in which the holding voltage is maintained. As the SCR operates due to the latch operation by the latch mode, the ESD current flowing into the first terminal T1 is transferred to the second terminal. It is discharged through (T2).

계속해서, 역방향인 제2 단자(T2)에 ESD 전류가 유입되면, 유입되는 ESD 전류에 상응하여 제2 P웰(240)과 N웰(230)의 전위가 상승한다. 이에 따라, N웰(230)과 제1 P+브릿지 영역(202) 사이에 역방향 바이어스가 인가된다.Subsequently, when the ESD current flows into the second terminal T2 in the reverse direction, the potentials of the second P well 240 and the N well 230 increase in response to the flowing ESD current. Accordingly, a reverse bias is applied between the N well 230 and the first P+ bridge region 202 .

N웰(230)과 제1 P+브릿지 영역(202)의 접합의 계면에서 고에너지의 캐리어에 의한 원자의 충돌 이온화 현상이 발생된다. 즉, N웰(230)과 제1 P+브릿지 영역(202) 사이에는 비교적 큰 폭을 가지는 공핍 영역이 형성된다.At the interface of the junction between the N well 230 and the first P + bridge region 202 , collision ionization of atoms by high-energy carriers occurs. That is, a depletion region having a relatively large width is formed between the N well 230 and the first P+ bridge region 202 .

고에너지의 캐리어는 공핍 영역 내의 격자와 이온화 충돌을 일으키고, 전자-정공 쌍을 형성한다. 공핍영역에서 형성된 이온화 충돌을 통해 형성된 전자는 전계에 의해 N웰(230)로 이동하고, 정공은 제1 P+브릿지 영역(202)을 거쳐 제1 P웰(220)로 이동한다. 따라서, N웰(230)로부터 제1 P+브릿지 영역(202)을 거쳐 제1 P웰(220)로 역방향 전류가 형성되는 애벌런치 항복이 발생된다. 여기서, 애벌런치 항복을 도핑농도가 높은 제1 P+브릿지 영역(202)과 N웰(230) 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 N well 230 by the electric field, and holes move to the first P well 220 through the first P+ bridge region 202 . Accordingly, an avalanche breakdown occurs in which a reverse current is formed from the N-well 230 to the first P-well 220 through the first P+ bridge region 202 . Here, by allowing the avalanche breakdown to occur between the first P+ bridge region 202 having a high doping concentration and the N well 230 , a low breakdown voltage may be generated to lower the trigger voltage.

계속해서, 제1 P웰(220)로 이동한 정공에 의해 제1 P웰(220)의 전위가 상승되고, 이로 인해 제1 P웰(220)과 제1 N+교차 영역(252) 접합에 순방향 턴온을 발생시킨다. 따라서, 제1 P+브릿지 영역(202), N웰(230) 및 제2 P+브릿지 영역(203)으로 형성된 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)가 턴온되고, N웰(230), 제1 P웰(220) 및 제1 N+교차 영역(252)으로 형성된 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)가 턴온된다. Subsequently, the potential of the first P-well 220 is increased due to the holes moved to the first P-well 220 , which causes the first P-well 220 and the first N+ cross region 252 junction in a forward direction. causes turn-on. Accordingly, the PNP bipolar transistor Qp formed with the first P + bridge region 202 , the N well 230 and the second P + bridge region 203 is turned on, and the N well 230 and the first P well 220 are turned on. and the first NPN bipolar transistor Qn1 formed of the first N+ cross region 252 is turned on.

이때, 전위가 상승된 N웰(230)에 의해 N+영역(231)과 전기적으로 연결된 제1 게이트(221)에 양전압이 인가되어 제1 P+브릿지 영역(202) 및 제1 N+교차 영역(252)으로 된 제2 PN 다이오드(D2)가 형성된다. 따라서, 정방향에서와 같이 역방향에서도, 형성된 제2 PN 다이오드(D2)를 이용하여 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)와 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)의 정궤환 루프 이득을 낮춤으로써, 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.At this time, a positive voltage is applied to the first gate 221 electrically connected to the N + region 231 by the N well 230 having an elevated potential, so that the first P + bridge region 202 and the first N + cross region 252 are applied. ) of the second PN diode D2 is formed. Therefore, as in the forward direction, by lowering the positive feedback loop gains of the PNP bipolar transistor Qp and the first NPN bipolar transistor Qn1 using the formed second PN diode D2, a high holding voltage can be obtained. have.

또한, 제1 단자(T1)가 제1 P+교차 영역(251) 및 제1 N+교차 영역(252)이 다수 교차되어 형성된 제1 불순물 교차 영역(250)과 연결되기 때문에 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)의 이미터 전류가 감소하여 전류이득을 감소시킬 수 있다. 즉, 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)의 이미터 주입 효율이 낮아져 높은 홀딩 전압을 가질 수 있다.Also, since the first terminal T1 is connected to the first impurity crossing region 250 formed by crossing a plurality of the first P+ crossing region 251 and the first N+ crossing region 252, the first NPN bipolar transistor Qn1 ) may decrease the emitter current, reducing the current gain. That is, the emitter injection efficiency of the first NPN bipolar transistor Qn1 may be lowered to have a high holding voltage.

한편, 턴온된 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp) 및 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1)에 의해 SCR이 트리거 된다. SCR의 트리거 동작 이후에 홀딩 전압을 유지하는 래치모드로 동작되며, 래치모드에 의한 래치 동작으로 인해 SCR이 동작하게 되면서 제2 단자(T2)로 유입된 ESD 전류는 제1 단자(T1)를 통해 방전된다.Meanwhile, SCR is triggered by the turned-on PNP bipolar transistor Qp and the first NPN bipolar transistor Qn1. After the trigger operation of the SCR, it operates in a latch mode that maintains the holding voltage. As the SCR operates due to the latch operation by the latch mode, the ESD current flowing into the second terminal T2 flows through the first terminal T1. discharged

도 4는 본 발명에 따른 ESD 보호소자와 종래의 LTDDSCR의 전압-전류 특성을 비교하기 위한 그래프이다.4 is a graph for comparing the voltage-current characteristics of the ESD protection device according to the present invention and the conventional LTDDSCR.

본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)와 종래의 LTDDSCR(100)의 특성을 확인하기 위한 실험은 Synopsys사의 TCAD Simulator를 이용하여 실험을 실시하였으며, 실험한 결과는 도 4의 실험 결과와 같다.An experiment to confirm the characteristics of the ESD protection device 200 according to the present invention and the conventional LTDDSCR 100 was conducted using a TCAD Simulator manufactured by Synopsys, and the experimental results are the same as the experimental results of FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 종래의 LTDDSCR(100)의 홀딩 전압은 2V로 측정된 반면, 본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)의 경우 4.3V로 측정되었으며, 이는 본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)가 종래의 LTDDSCR(100) 보다 약 1.3V정도 홀딩 전압이 증가한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the holding voltage of the conventional LTDDSCR 100 was measured to be 2V, whereas the ESD protection device 200 according to the present invention was measured to be 4.3V, which is the ESD protection device 200 according to the present invention. ), it can be seen that the holding voltage is increased by about 1.3V than that of the conventional LTDDSCR (100).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 ESD 보호소자(200)는 종래의 LTDDSCR(100) 구조에서 N웰(230) 상에 N+영역(231) 및 P웰(220,240) 상에 게이트(221,241)를 추가하고, 추가한 N+영역(231) 및 게이트(221,241)를 서로 전기적으로 연결시킴으로써, ESD 전류 방전 시 게이트에 인가된 전압에 의해 기생 PN 다이오드(D1,D2)가 동작하여 PNP 바이폴라 트랜지스터(Qp)와 NPN 바이폴라 트랜지스터(Qn1,Qn2)의 정궤환 루프의 이득을 낮출 수 있다. 따라서, 높은 홀딩 전압 특성을 가질 수 있다. 또한, P+교차 영역(251,261)과 N+교차 영역(252,262)을 다수 교차되도록 형성하여 단자와 연결되도록 함으로써 바이폴라 트랜지스터(Qn1,Qn2)의 이미터 전류를 감소시켜 낮아진 전류이득에 의해 홀딩 전압을 상승시킬 수 있다. 더 나아가, 정방향에 의한 ESD 방전과 역방향에 의한 ESD 방전이 서로 대칭되도록 방전되는 구조를 갖기 때문에 정방향에 의해 형성되는 높은 홀딩 전압에 대한 효과를 역방향에서도 동일하게 적용되도록 할 수 있다.As described above, in the ESD protection device 200 according to the present invention, gates 221,241 are added on the N+ region 231 on the N well 230 and the P wells 220 and 240 in the conventional LTDDSCR 100 structure. And, by electrically connecting the added N+ region 231 and the gates 221,241 to each other, the parasitic PN diodes D1 and D2 are operated by the voltage applied to the gate during the ESD current discharge to operate with the PNP bipolar transistor Qp and The gain of the positive feedback loop of the NPN bipolar transistors Qn1 and Qn2 may be reduced. Therefore, it can have a high holding voltage characteristic. In addition, by forming a plurality of P+ crossing regions 251,261 and N+ crossing regions 252 and 262 to cross and connect to the terminals, the emitter current of the bipolar transistors Qn1 and Qn2 is reduced to increase the holding voltage by the lowered current gain. can Furthermore, since the ESD discharge in the forward direction and the ESD discharge in the reverse direction have a structure in which the discharge is symmetrical to each other, the effect on the high holding voltage formed in the forward direction can be applied equally in the reverse direction.

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.

201 : 반도체 기판 202 : 제1 P+브릿지 영역
203 : 제2 P+브릿지 영역 210 : 딥 N웰
220 : 제1 P웰 221 : 제1 게이트
230 : N웰 231 : N+영역
240 : 제2 P웰 241 : 제2 게이트
250 : 제1 불순물 교차 영역 251 : 제1 P+교차 영역
252 : 제1 N+교차 영역 260 : 제2 불순물 교차 영역
261 : 제2 P+교차 영역 262 : 제2 N+교차 영역
201: semiconductor substrate 202: first P + bridge region
203: second P + bridge region 210: deep N well
220: first P well 221: first gate
230: N well 231: N + region
240: second P well 241: second gate
250: first impurity crossing region 251: first P+ crossing region
252: first N+ crossing region 260: second impurity crossing region
261: second P + crossing region 262: second N + crossing region

Claims (11)

반도체 기판;
상기 반도체 기판 상에 형성된 딥 N웰;
상기 딥 N웰 상에 형성되고, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제1 불순물 교차 영역이 형성된 제1 P웰;
상기 딥 N웰 상에 형성되되, 상기 제1 P웰과 접하도록 형성되고, N+영역이 형성된 N웰;
상기 딥 N웰 상에 형성되되, 상기 N웰과 접하도록 형성되고, 불순물이 교차하여 다수 형성된 제2 불순물 교차 영역이 형성된 제2 P웰;
상기 제1 P웰과 상기 N웰에 접하도록 형성된 제1 P+브릿지 영역; 및
상기 N웰과 상기 제2 P웰에 접하도록 형성된 제2 P+브릿지 영역을 포함하는 ESD 보호소자.
semiconductor substrate;
a deep N-well formed on the semiconductor substrate;
a first P well formed on the deep N well and having a plurality of first impurity crossing regions formed by crossing impurities;
an N well formed on the deep N well, in contact with the first P well, and having an N + region;
a second P-well formed on the deep N-well and in contact with the N-well, the second P-well having a plurality of second impurity crossing regions formed by crossing impurities;
a first P+ bridge region formed to be in contact with the first P-well and the N-well; and
and a second P+ bridge region formed to be in contact with the N-well and the second P-well.
제1항에 있어서,
상기 제1 불순물 교차 영역과 상기 제1 P+브릿지 영역 사이의 상기 제1 P웰 표면 상에 형성된 제1 게이트; 및
상기 제2 불순물 교차 영역과 상기 제2 P+브릿지 영역 사이의 상기 제2 P웰 표면 상에 형성된 제2 게이트를 포함하는 ESD 보호소자.
According to claim 1,
a first gate formed on a surface of the first P well between the first impurity crossing region and the first P+ bridge region; and
and a second gate formed on a surface of the second P well between the second impurity crossing region and the second P+ bridge region.
제2항에 있어서,
상기 제1 게이트, 상기 N+영역 및 상기 제2 게이트는 서로 전기적으로 연결되는 것인 ESD 보호소자.
3. The method of claim 2,
and the first gate, the N+ region, and the second gate are electrically connected to each other.
제1항에 있어서,
상기 제1 불순물 교차 영역은 제1 단자에 연결되고,
상기 제2 불순물 교차 영역은 제2 단자에 연결되는 것인 ESD 보호소자.
According to claim 1,
the first impurity crossing region is connected to a first terminal;
and the second impurity crossing region is connected to a second terminal.
제1항에 있어서, 제1 불순물 교차 영역은,
상기 제1 P웰 상에 형성된 제1 P+교차 영역; 및
상기 제1 P웰 상에 형성된 제1 N+교차 영역을 포함하고,
상기 제1 P+교차 영역과 상기 제1 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제1 P웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성된 것인 ESD 보호소자.
The method of claim 1, wherein the first impurity crossing region comprises:
a first P+ cross region formed on the first P well; and
a first N+ crossing region formed on the first P well;
and a plurality of the first P+ crossing regions and the first N+ crossing regions are formed to cross each other in the longitudinal direction of the first P well on a plane.
제1항에 있어서, 제2 불순물 교차 영역은,
상기 제2 P웰 상에 형성된 제2 P+교차 영역; 및
상기 제2 P웰 상에 형성된 제2 N+교차 영역을 포함하고,
상기 제2 P+교차 영역과 상기 제2 N+교차 영역은 평면상에서 상기 제2 P웰의 길이 방향으로 서로 교차하여 다수 형성된 것인 ESD 보호소자.
The method of claim 1, wherein the second impurity crossing region comprises:
a second P+ crossing region formed on the second P well; and
a second N+ crossing region formed on the second P well;
and a plurality of the second P+ crossing regions and the second N+ crossing regions are formed to cross each other in the longitudinal direction of the second P well on a plane.
제2항에 있어서,
상기 제1 P+브릿지 영역, 상기 N웰 및 상기 제2 P+브릿지 영역에 의해 형성된 PNP 바이폴라 트랜지스터;
상기 제1 불순물 교차 영역, 상기 제1 P웰 및 상기 N웰에 의해 형성된 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터; 및
상기 N웰, 상기 제2 P웰 및 상기 제2 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터를 포함하는 ESD 보호소자.
3. The method of claim 2,
a PNP bipolar transistor formed by the first P+ bridge region, the N well, and the second P+ bridge region;
a first NPN bipolar transistor formed by the first impurity crossing region, the first P well, and the N well; and
and a second NPN bipolar transistor formed by the N well, the second P well, and the second impurity crossing region.
제7항에 있어서,
상기 PNP 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제2 NPN 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 N+영역을 통해 상기 제2 게이트에 전압이 인가되는 것인 ESD 보호소자.
8. The method of claim 7,
When the PNP bipolar transistor and the second NPN bipolar transistor are turned on, a voltage is applied to the second gate through the N+ region.
제7항에 있어서,
상기 PNP 바이폴라 트랜지스터 및 상기 제1 NPN 바이폴라 트랜지스터가 턴온되면, 상기 N+영역을 통해 상기 제1 게이트에 전압이 인가되는 것인 ESD 보호소자.
8. The method of claim 7,
When the PNP bipolar transistor and the first NPN bipolar transistor are turned on, a voltage is applied to the first gate through the N+ region.
제1항에 있어서,
상기 제2 P+브릿지 영역 및 상기 제2 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제1 PN 다이오드; 및
상기 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제1 불순물 교차 영역에 의해 형성된 제2 PN 다이오드를 포함하는 ESD 보호소자.
According to claim 1,
a first PN diode formed by the second P+ bridge region and the second impurity crossing region; and
and a second PN diode formed by the first P+ bridge region and the first impurity crossing region.
제2항에 있어서,
상기 제1 불순물 교차 영역, 상기 제1 P+브릿지 영역 및 상기 제1 게이트는 상기 N+영역을 중심으로, 상기 제2 불순물 교차 영역, 상기 제2 P+브릿지 영역 및 상기 제2 게이트와 서로 대칭되도록 형성되는 것인 ESD 보호소자.
3. The method of claim 2,
the first impurity crossing region, the first P+ bridge region, and the first gate are formed to be symmetrical to each other with the second impurity crossing region, the second P+ bridge region, and the second gate with respect to the N+ region. ESD protection device that is.
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