KR19990074739A - I / O structure of semiconductor device - Google Patents

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KR19990074739A KR1019980008533A KR19980008533A KR19990074739A KR 19990074739 A KR19990074739 A KR 19990074739A KR 1019980008533 A KR1019980008533 A KR 1019980008533A KR 19980008533 A KR19980008533 A KR 19980008533A KR 19990074739 A KR19990074739 A KR 19990074739A
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함석헌
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윤종용
삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 입/출력 구조를 공개한다. 그 구조는 실리사이드 폴리로 형성된 접지전압 층, 상기 접지전압 층위에 전원간 기생 캐패시턴스를 형성하기 위하여 형성된 옥사이드, 및 상기 옥사이드위에 메탈로 형성된 전원전압 층을 반도체 소자의 입/출력 근처에 구비하여 이루어져 있다. 따라서, 반도체 소자의 입/출력 근처에 전원전압 층과 접지전압 층을 형성하고 이들 사이에 기생 캐패시턴스를 형성함으로써 순시 전류 루프를 감소하여 EMI를 줄일 수 있다.The present invention discloses an input / output structure of a semiconductor device. The structure includes a ground voltage layer formed of silicide poly, an oxide formed to form parasitic capacitance between power supplies on the ground voltage layer, and a power supply voltage layer formed of metal on the oxide near the input / output of the semiconductor device. . Therefore, EMI can be reduced by reducing the instantaneous current loop by forming a power supply voltage layer and a ground voltage layer near the input / output of the semiconductor device and forming parasitic capacitance therebetween.

Description

반도체 장치의 입/출력 구조I / O structure of semiconductor device

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 전자기 간섭(EMI; electromagnetic interference)을 줄일 수 있는 반도체 장치의 입/출력 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an input / output structure of a semiconductor device capable of reducing electromagnetic interference (EMI).

보드(board)나 셋트(set)에서 심각하게 다루었던 EMI문제가 최근에는 칩 레벨까지 집적회로의 수요를 결정하는 중요한 요인이 되고 있다. 모듈(module)이나 셋트 메이커(set maker)의 단가 경쟁, 칩 기능성으로써 EMI평가, 규격(CISPR, FCC 등)의 적용 강화 등이 이러한 변화의 주요한 요인이 되고 있다. 반도체 집적회로가 전반적으로 고주파, 고집적, 고잡음화되어 가면서 칩 레벨 EMI도 무시할 수 없는 상황이기 때문이다. 그래서, 이러한 칩 레벨 EMI레벨을 감소하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다.EMI problems, which were seriously dealt with on boards and sets, have recently become an important factor in determining the demand for integrated circuits down to the chip level. The main reasons for this change are the price competition of modules or set makers, EMI evaluation due to chip functionality, and enhanced application of standards (CISPR, FCC, etc.). As semiconductor integrated circuits are generally high frequency, high density, and high noise, chip-level EMI cannot be ignored. Thus, many efforts have been made to reduce such chip level EMI levels.

디지탈 전자공학으로 부터의 방사는 차동 모드(differential mode) 또는 공통 모드(common mode)방사로서 일어날 수 있다. 차동 모드 방사는 회로의 컨덕터들에 의해서 형성된 루프들 주위에 흐르는 전류의 결과로 나타난다. 이러한 루프들은 자기장을 방사하는 작은 안테나로서 행동한다.Radiation from digital electronics can occur as either differential mode or common mode radiation. Differential mode radiation appears as a result of the current flowing around the loops formed by the conductors of the circuit. These loops act as small antennas that emit magnetic fields.

전류(I)를 발생하는 면적(A)의 작은 루프에 대하여, 거리(r)만큼 떨어진 자유 공간에서 측정되는 전계(E)는 아래의 식으로 나타내어질 수 있다.For a small loop of the area A generating the current I, the electric field E measured in the free space separated by the distance r can be represented by the following equation.

수학식 1Equation 1

여기에서, E는 볼트/미터(volts/meter), f는 헤르츠(hertz), A는 제곱 미터(m2), I는 암페어, r은 미터이다.Where E is volts / meter, f is hertz, A is the square meter (m 2 ), I is the amperage, and r is the meter.

상기 식으로 부터, 차동 모드 방사에서 전계는 전류 루프 면적(A)를 줄임으로써 줄일 수 있음을 알 수 있다.From the above equation, it can be seen that in differential mode radiation the electric field can be reduced by reducing the current loop area (A).

도1a은 디커플링 캐패시터를 가지지 않는 경우의 순시 파워 공급 전류를 나타내는 것이고, 도1b는 디커플링 캐패시터를 가지는 경우의 순시 파워 공급 전류를 나타내는 것으로, 인덕터(Lp)를 통하여 인가되는 전원전압(Vcc)와 접지 전압(GND)사이에 NAND게이트(10)가 연결되어 구성되어 있다. 여기에서는 NAND게이트를 예로 들어 나타내었지만 다른 소자라도 상관없다. 도1a에는 디커플링 캐패시터(Cd)가 없고 도1b에서는 디커플링 캐패시터(Cd)가 전원전압과 접지전압사이에 연결되어 구성되어 있다.FIG. 1A shows the instantaneous power supply current when there is no decoupling capacitor, and FIG. 1B shows the instantaneous power supply current when there is a decoupling capacitor, and the power supply voltage Vcc and ground applied through the inductor Lp. The NAND gate 10 is connected between the voltage GND. Here, the NAND gate is shown as an example, but other elements may be used. In FIG. 1A, there is no decoupling capacitor Cd. In FIG. 1B, the decoupling capacitor Cd is connected between a power supply voltage and a ground voltage.

일반적인 디지탈 소자는 전원전압과 접지전압사이에 연결되어 어떤 회로적인 동작을 수행하게 되는데 이와같은 소자의 전원전압과 접지전압사이에 디커플링 캐패시터를 연결함으로써 전류 루프 면적이 줄어들어 전계(E)가 감소하게 된다.A general digital device is connected between a power supply voltage and a ground voltage to perform some circuit operation. By connecting a decoupling capacitor between the power supply voltage and the ground voltage of such a device, the current loop area is reduced to reduce the electric field (E). .

즉, 도1b와 같이 디커플링 캐패시터를 연결하면 도1a와 같이 디커플링 캐패시터를 연결하지 않은 경우보다 전류 루프 면적(A)이 감소하여 결과적으로 전계(E)의 값이 작아지게 된다.That is, when the decoupling capacitor is connected as shown in FIG. 1B, the current loop area A is reduced as compared with the case where the decoupling capacitor is not connected as shown in FIG. 1A, and as a result, the value of the electric field E is reduced.

본 발명의 목적은 전원전압과 접지전압사이의 전류 루프 면적을 감소함으로써 EMI를 줄일 수 있는 반도체 소자의 입/출력 구조를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide an input / output structure of a semiconductor device that can reduce EMI by reducing the current loop area between the power supply voltage and the ground voltage.

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 입/출력 구조는 실리사이드 폴리로 형성된 접지전압 층, 상기 접지전압 층위에 전원간 기생 캐패시턴스를 형성하기 위하여 형성된 옥사이드, 및 상기 옥사이드위에 메탈로 형성된 전원전압 층을 반도체 소자의 입/출력 근처에 구비한 것을 특징으로 한다.The input / output structure of the semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a ground voltage layer formed of silicide poly, an oxide formed to form parasitic capacitance between the power source on the ground voltage layer, and a power source formed of metal on the oxide A voltage layer is provided near the input / output of the semiconductor device.

또한, 메탈로 형성된 접지전압 층, 상기 접지전압 층위에 전원간 기생 캐패시턴스를 형성하기 위하여 형성된 옥사이드, 및 상기 옥사이드위에 메탈로 형성된 전원전압 층을 반도체 소자의 입/출력 근처에 구비한 것을 특징으로 한다.In addition, a ground voltage layer formed of a metal, an oxide formed to form a parasitic capacitance between power supplies on the ground voltage layer, and a power supply voltage layer formed of a metal on the oxide is characterized in that it is provided near the input / output of the semiconductor device. .

도1a, b은 디커플링 캐패시터를 가지지 않는 경우와 가지는 경우의 순시 파워 공급 전류를 나타내는 것이다.1A and 1B show instantaneous power supply currents with and without a decoupling capacitor.

도2은 종래의 반도체 소자의 입/출력 구조 단면도이다.2 is a cross-sectional view of an input / output structure of a conventional semiconductor device.

도3은 본 발명의 반도체 소자의 입/출력 구조의 평면도이다.3 is a plan view of the input / output structure of the semiconductor device of the present invention.

도4는 도3에 나타낸 구조의 A-A'면을 절개한 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the structure shown in FIG. 3.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 반도체 소자의 입/출력 구조를 설명하기 전에 종래의 반도체 소자의 입/출력 구조를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the input / output structure of a conventional semiconductor device will be described with reference to the accompanying drawings before explaining the input / output structure of the semiconductor device of the present invention.

도2은 종래의 반도체 소자의 입/출력 구조 단면도를 나타내는 것으로, 필드 옥사이드(field oxide)(20), 필드 옥사이드(20)위의 버퍼 옥사이드(buffer oxide) (22), 버퍼 옥사이드(22)위의 n메탈 층(24), n메탈 층(24)위의 인터미디에이트 옥사이드(intermediate oxide)(26), 인터미디에이트 옥사이드(26)위의 n+1메탈 층(패드 메탈)(28), 및 n메탈 층(24)과 n+1메탈 층(28)을 연결하기 위한 비아 콘택트(VIA contact)(30)로 이루어져 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view of an input / output structure of a conventional semiconductor device, wherein a field oxide 20, a buffer oxide 22 over a field oxide 20, and a buffer oxide 22 over a field oxide 20 are shown. N metal layer 24, intermediate oxide 26 on n metal layer 24, n + 1 metal layer (pad metal) 28 on intermediate oxide 26, And a via contact (VIA contact) 30 for connecting the n metal layer 24 and the n + 1 metal layer 28.

즉, 도1에 나타낸 종래의 반도체 소자의 입/출력 구조에서, 패드 아랫쪽에 전원전압과 접지전압 라인이 형성되어 있지 않았다.That is, in the input / output structure of the conventional semiconductor element shown in Fig. 1, the power supply voltage and the ground voltage line are not formed under the pad.

도3은 본 발명의 반도체 소자의 입/출력 구조의 평면도로서, 메탈 또는 실리사이드 폴리로 형성된 접지전압 층(50), 접지전압 층(50)위에 메탈로 형성된 전원전압 층(52), 전원전압 층(52)위에 메탈로 형성된 패드 윈도우(54)와 패드(56)로 이루어져 있다.3 is a plan view of an input / output structure of a semiconductor device of the present invention, wherein the ground voltage layer 50 formed of metal or silicide poly, the power supply voltage layer 52 formed of metal on the ground voltage layer 50, and the power supply voltage layer A pad window 54 and a pad 56 formed of metal on the 52 are formed.

즉, 도3에 나타낸 것처럼, 반도체 소자의 입/출력 구조는 패드(56)아래에 전원전압 층(52)과 접지전압 층(50)을 형성한 것이 특징이다. 이와같이 형성된 층들은 입/출력 버퍼를 포함한 다른 회로의 디지탈 스위칭으로 인하여 형성되는 순시 전류의 루프 면적을 최소로 줄일 수 있는 기생 캐패시턴스의 양전극으로 사용된다.That is, as shown in FIG. 3, the input / output structure of the semiconductor device is characterized in that the power supply voltage layer 52 and the ground voltage layer 50 are formed under the pad 56. The layers thus formed are used as positive electrodes of parasitic capacitances that can minimize the loop area of instantaneous currents formed by digital switching of other circuits, including input / output buffers.

도4는 본 발명의 반도체 소자의 입/출력 구조의 단면도를 나타내는 것으로, 도3의 A-A'면을 절단했을 경우의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the input / output structure of the semiconductor device of the present invention, which is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3.

도4에서, 그 구조를 살펴보면, 필드 옥사이드(60), 필드 옥사이드(60)위에 형성된 버퍼 옥사이드(62), 버퍼 옥사이드(62)위에 형성된 접지전압 층(64), 접지전압 층(64)위에 형성된 인터미디에이트 옥사이드(66), 인터미디에이트 옥사이드(66)위에 형성된 전원전압 층(68), 전원전압 층(68)위에 형성된 인터미디에이트 옥사이드(70), 인터미디에이트 옥사이드(70)위에 형성된 패드(72)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4, the structure of the present invention is a field oxide 60, a buffer oxide 62 formed on the field oxide 60, a ground voltage layer 64 formed on the buffer oxide 62, and a ground voltage layer 64 formed on the ground oxide layer 64. A pad formed on the intermediate oxide 66, the power supply voltage layer 68 formed on the intermediate oxide 66, the intermediate oxide 70 formed on the power supply voltage layer 68, and the intermediate oxide 70. It consists of 72 pieces.

상술한 구조에서, 접지전압 층(64), 전원전압 층(68), 및 패드(72)는 각각 실리사이드 폴리, 메탈, 메탈로 형성되거나, 전부 메탈로 형성될 수 있다.In the above-described structure, the ground voltage layer 64, the power supply voltage layer 68, and the pad 72 may each be formed of silicide poly, metal, metal, or all metal.

도4와 같은 구조를 만들면, 인터미디에이트 옥사이드(66)에 전원간 기생 캐패시턴스가 형성된다. 도면에 이를 나타내었다.4, a parasitic capacitance between power supplies is formed in the intermediate oxide 66. As shown in FIG. This is shown in the drawing.

상술한 바와 같이, 패드 밑(또는 주변)의 입/출력 근처에 전원전압과 접지전압사이의 기생 디커플링 캐패시턴스를 형성하면, 반도체 소자의 내부에서 디지탈 스위칭시에 입/출력에서의 순시 전류 루프 면적을 최소화할 수 있다. 따라서, EMI를 줄일 수 있다.As described above, by forming a parasitic decoupling capacitance between the power supply voltage and the ground voltage near the input / output under the pad (or periphery), the instantaneous current loop area at the input / output during digital switching inside the semiconductor device is reduced. It can be minimized. Therefore, EMI can be reduced.

그리고, 접지전압 층은 상술한 바와 같이 실리사이드 폴리나 메탈로도 구성될 수 있는데 실리사이드 폴리로 형성하는 것이 기생 캐패시턴스의 용량을 크게할 수 있으므로 EMI 감소 효과가 더 좋아지게 된다.In addition, the ground voltage layer may be formed of silicide poly or metal as described above. The formation of the silicide poly may increase the capacitance of the parasitic capacitance, thereby improving the EMI reduction effect.

따라서, 본 발명의 반도체 소자의 입/출력 구조는 반도체 소자의 입/출력 근처에 전원전압 층과 접지전압 층을 형성하고 이들 사이에 기생 캐패시턴스를 형성함으로써 순시 전류 루프를 감소하여 EMI를 줄일 수 있다.Therefore, the input / output structure of the semiconductor device of the present invention can reduce EMI by reducing the instantaneous current loop by forming a power supply voltage layer and a ground voltage layer near the input / output of the semiconductor device and forming parasitic capacitance therebetween. .

Claims (4)

실리사이드 폴리로 형성된 접지전압 층;A ground voltage layer formed of silicide poly; 상기 접지전압 층위에 전원간 기생 캐패시턴스를 형성하기 위하여 형성된 옥사이드; 및An oxide formed to form parasitic capacitance between power supplies on the ground voltage layer; And 상기 옥사이드위에 메탈로 형성된 전원전압 층을 반도체 소자의 입/출력 근처에 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 입/출력 구조.And a power supply layer formed of a metal on the oxide near the input / output of the semiconductor device. 제1항에 있어서, 상기 접지전압 층, 상기 옥사이드, 및 상기 전원전압 층을 패드아래에 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 입/출력 구조.The input / output structure of a semiconductor device according to claim 1, wherein the ground voltage layer, the oxide, and the power supply voltage layer are provided under a pad. 메탈로 형성된 접지전압 층;A ground voltage layer formed of a metal; 상기 접지전압 층위에 전원간 기생 캐패시턴스를 형성하기 위하여 형성된 옥사이드; 및An oxide formed to form parasitic capacitance between power supplies on the ground voltage layer; And 상기 옥사이드위에 메탈로 형성된 전원전압 층을 반도체 소자의 입/출력 근처에 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 입/출력 구조.And a power supply layer formed of a metal on the oxide near the input / output of the semiconductor device. 제3항에 있어서, 상기 접지전압 층, 상기 옥사이드, 및 상기 전원전압 층을 패드아래에 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 입/출력 구조.4. The input / output structure of a semiconductor device according to claim 3, wherein the ground voltage layer, the oxide, and the power supply voltage layer are provided under a pad.
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