KR20010004034A - structure of ESD protection in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 정전기 방지 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 패드와 콘택되는 드레인 영역 중 패드와 인접한 드레인 콘택 부분에 발생되는 정전기 페일을 방지할 수 있는 반도체 소자의 정전기 방지 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antistatic structure of a semiconductor device, and more particularly, to an antistatic structure of a semiconductor device capable of preventing an electrostatic fail occurring in a drain contact portion adjacent to a pad among drain regions contacted with the pad. .
일반적으로, 정전기 방전(ElectroStatic Discharge)은 반도체 칩의 신뢰성을 좌우하는 요소 중의 하나로서, 반도체 칩의 취급 시 또는 시스템에 장착하는 경우 발생되어, 칩을 손상시킨다. 따라서, 반도체 소자의 주변 영역에는 정전기로 부터 반도체 소자를 보호하기 위하여, 정전기 방지 회로가 구비되어야 한다.In general, electrostatic discharge (ElectroStatic Discharge) is one of the factors that determine the reliability of the semiconductor chip, and occurs when handling the semiconductor chip or when mounted in the system, damage the chip. Therefore, in order to protect the semiconductor device from static electricity in the peripheral region of the semiconductor device, an antistatic circuit should be provided.
여기서, 일반적인 정전기 모델링 방법에는 크게 CDM(charge device model), HBM(human body model), MM(machine model)등이 있다.Here, general electrostatic modeling methods include a charge device model (CDM), a human body model (HBM), a machine model (MM), and the like.
CDM 방식은 디바이스 외부에 직접 또는 간접으로 칩내에 하전되어 있던 전하가 어느 순간에 디바이스의 아우터 리드핀을 통해 밖으로 방전시, 소자에 미치는 영향을 테스트하기 위한 모델링 방법이고, HBM 방식은 사람의 몸에 의하여 발생된 정전기가 순간적으로 디바이스를 통해 방전시 소자에 미치는 영향을 테스트하기 위한 모델링 방법이며, MM 방식은 하전된 공작대, 또는 기구에 의하여 발생된 정전기가 순간적으로 디바이스를 통해 방전시 소자에 미치는 영향을 테스트하기 위한 모델링 방법이다.The CDM method is a modeling method for testing the effect on the device when an electric charge that has been charged in a chip directly or indirectly outside the device is discharged through the device's outer lead pin at a moment, and the HBM method is applied to a human body. Modeling method for testing the effect of static electricity generated by the device on the device during the instant discharge through the device, MM method is the effect of static electricity generated by a charged work table or a device on the device during the instant discharge through the device Modeling method for testing
일반적으로 정전기 방지 구조는 도 1에 도시된 것과 같이 기판내에 집적된다.In general, the antistatic structure is integrated into the substrate as shown in FIG.
즉, 도 1을 참조하여, 반도체 기판(100)의 소정 부분에 국부적 산화에 의하여 액티브 영역(101)이 한정된다. 액티브 영역(101)은 예를들어, P웰 영역일 수 있으며, 이 영역에 모스 트랜지스터가 형성된다. 액티브 영역(101)상에는 액티브 영역(101)을 횡단하도록 게이트 전극 라인(103)이 적어도 하나 이상 등간격으로 배치된다. 이때, 이들 게이트 전극 라인(103)은 공지된 바와 같이 도핑된 폴리실리콘막으로 구성된다.That is, referring to FIG. 1, the active region 101 is defined by local oxidation in a predetermined portion of the semiconductor substrate 100. The active region 101 may be, for example, a P well region, in which a MOS transistor is formed. At least one gate electrode line 103 is disposed on the active region 101 at equal intervals so as to traverse the active region 101. At this time, these gate electrode lines 103 are composed of a doped polysilicon film as is known.
게이트 전극 라인(103)의 양측 액티브 영역(101)에는 불순물이 이온 주입되어, 소오스, 드레인 영역이 형성된다.Impurities are ion-implanted in both active regions 101 of the gate electrode line 103 to form a source and a drain region.
한편, 액티브 영역(101)의 일측 종단에는 접지 신호가 흐르는 웰 픽업 라인(105)이 배치되고, 타측 종단에는 패드(107)가 배치된다.Meanwhile, a well pick-up line 105 through which a ground signal flows is disposed at one end of the active region 101, and a pad 107 is disposed at the other end of the active region 101.
이때, 웰 픽업 라인(105)은 인접하는 게이트 전극 라인(103)의 일단과 전기적으로 접속되고, 패드(107)는 역시 금속 배선(107a)에 의하여 드레인 영역고 콘택된다. 여기서, 미설명 부호 ct는 콘택부를 나타낸다.At this time, the well pickup line 105 is electrically connected to one end of the adjacent gate electrode line 103, and the pad 107 is also contacted with the drain region by the metal wiring 107a. Here, reference numeral ct denotes a contact portion.
그러나, 상기한 종래의 정전기 방지 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional antistatic device has the following problems.
일반적으로, 정전기 방지 회로는 고전압의 정전기에 의하여 발생된 고전류를 골고루 분산시켜 주기 위하여 서로 대칭적으로 배치되어야 한다. 그러나, 도 1에 의하면, 패드(107)는 액티브 영역(101)의 일측에 배치되므로, 신호 전달면에서 정확히 대칭을 이루지 않는다.In general, antistatic circuits should be arranged symmetrically with each other to evenly distribute high currents generated by high voltage static electricity. However, according to FIG. 1, since the pad 107 is disposed on one side of the active region 101, the pad 107 is not exactly symmetrical in terms of signal transmission.
즉, 이와같이 정전기 방지 회로가 비대칭적인 배치되면, 도 1의 A 부분과 B 부분사이에는 저항 차이로 인한 소정의 신호 지연이 존재한다. 이에따라, 패드(107)로 부터 입력되는 신호는, 패드로 부터 가장 멀리 떨어진 콘택부까지 흐르는 동안, 소정 시간 지체되고, 그동안에 패드(107)과 인접하게 배치된 콘택부에는 지속적으로 신호가 인가되어 지므로, 패드(107)와 인접하게 배치된 콘택부에 정전기로 인한 페일이 발생될 위험이 높다.That is, when the antistatic circuit is arranged asymmetrically, there is a predetermined signal delay due to the difference in resistance between the A and B portions of FIG. As a result, the signal input from the pad 107 is delayed for a predetermined time while flowing to the contact part farthest from the pad, during which the signal is continuously applied to the contact part disposed adjacent to the pad 107. Since the contact portion disposed adjacent to the pad 107 has a high risk of failing due to static electricity.
따라서, 본 발명의 목적은 패드와 콘택되는 드레인 영역 중 패드와 인접한 드레인 콘택 부분에 발생되는 정전기 페일을 방지할 수 있는 반도체 소자의 정전기 방지 구조를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an antistatic structure of a semiconductor device capable of preventing the electrostatic fail generated in the drain contact portion adjacent to the pad among the drain regions in contact with the pad.
도 1는 종래의 반도체 소자의 정전기 방지 회로를 반도체 기판에 배치시킨 평면도.1 is a plan view in which an antistatic circuit of a conventional semiconductor element is disposed on a semiconductor substrate.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 정전지 방지 구조를 나타낸 평면도.Figure 2 is a plan view showing a structure for preventing static electricity of the semiconductor device according to the present invention.
도 3은 도 2를 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도.FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2 taken along line III-III '.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
200 - 소자 분리막 201 - 액티브 영역200-device isolation layer 201-active region
203 - 게이트 전극 라인 205 - 웰 픽업 라인203-Gate electrode line 205-Well pickup line
206 - 층간 절연막 207 - 패드206-Interlayer Insulator 207-Pad
208 - Ti막 209 - 금속 배선208-Ti film 209-Metal wiring
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 기판; 반도체 기판의 예정된 영역에 형성되는 액티브 영역; 상기 액티브 영역을 횡단하도록 배치되는 적어도 하나 이상의 게이트 전극 라인; 상기 게이트 전극 라인 양측의 액티브 영역에 각각 형성되는 소오스, 드레인; 상기 액티브 영역의 일측에 배치되는 패드; 및 상기 패드와 드레인 영역간을 연결시키면서, 드레인 영역과 다수개의 콘택부를 갖는 금속 배선을 포함하며, 상기 콘택부는 패드와 멀어질수록 콘택부내의 콘택 저항이 점진적으로 작아지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, according to an embodiment of the present invention, a semiconductor substrate; An active region formed in a predetermined region of the semiconductor substrate; At least one gate electrode line disposed to cross the active region; Source and drain formed in active regions on both sides of the gate electrode line; A pad disposed on one side of the active area; And a metal wire having a drain region and a plurality of contact portions while connecting between the pad and the drain region, wherein the contact portion gradually decreases as the contact resistance in the contact portion increases with distance from the pad.
상기 콘택부의 크기는 상기 패드와 멀어질수록 그 사이즈가 커짐이 바람직하다.It is preferable that the size of the contact portion increases as the distance from the pad increases.
또한, 상기 콘택부에 있어서, 상기 금속 배선과 드레인 영역의 접촉 계면 각각에는 접촉 저항 완화층이 더 구비되어 있으며, 접촉 저항 완화층의 두께는 패드와 멀어질수록 그 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다. 이때, 접촉 저항 완화층은 실리사이드막이다.The contact portion may further include a contact resistance mitigating layer at each of the contact interfaces between the metal wiring and the drain region, and the thickness of the contact resistance mitigating layer is thicker as it is farther from the pad. At this time, the contact resistance relaxation layer is a silicide film.
정전기 방지 회로부에서, 드레인 영역과, 드레인영역 및 패드를 전기적으로 연결시키기 위한 금속 배선과를 콘택시키는 콘택부의 사이즈를 패드와 멀어질수록 점진적으로 커지도록 형성한다.In the antistatic circuit portion, the size of the contact portion for contacting the drain region and the metal wiring for electrically connecting the drain region and the pad is formed to gradually increase as the distance from the pad increases.
이에따라, 패드와 가까운 콘택부에서는 콘택 저항을 상대적으로 증대시켜서 패드로 부터 집중되는 신호를 분산, 완화시킨다. 한편, 패드와 먼 콘택부에서는 콘택 저항을 상대적으로 낮추어 신호 지연을 감소시킨다.As a result, the contact portion close to the pad relatively increases the contact resistance, thereby dispersing and mitigating the signal concentrated from the pad. On the other hand, in the contact portion far from the pad, the contact resistance is relatively lowered to reduce the signal delay.
따라서, 정전기 재핑시, 정전기 방지 구조의 비대칭으로 인하여, 정전기가 어느 한 곳으로 집중되는 현상을 방지할 수 있어, 정전기로 인한 패일을 방지할 수 있다.Therefore, during the electrostatic zapping, due to the asymmetry of the antistatic structure, it is possible to prevent the phenomenon in which the static electricity is concentrated to one place, it is possible to prevent the failure due to static electricity.
(실시예)(Example)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도면 도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 정전지 방지 구조를 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2를 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.2 is a plan view illustrating a structure for preventing static electricity of a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG. 2 taken along line III-III '.
먼저, 도 3를 참조하여, 반도체 기판(도시되지 않음)상에 소자 분리막(200)이 형성되어, 사각형 형태의 액티브 영역(201)이 한정된다. 이때, 액티브 영역(201)은 P웰 영역일 수 있다.First, referring to FIG. 3, an isolation layer 200 is formed on a semiconductor substrate (not shown), thereby defining a rectangular active region 201. In this case, the active region 201 may be a P well region.
액티브 영역(201) 상부에는 액티브 영역(201)을 횡단하도록, 적어도 하나 이상의 게이트 전극 라인(203)이 서로 평행하게 등간격으로 배치된다.At least one gate electrode line 203 is disposed parallel to each other at equal intervals so as to cross the active region 201 on the active region 201.
게이트 전극 사인(203)의 일측은 웰 픽업 라인(205)에 의하여 공통적으로 묶여있다.One side of the gate electrode sign 203 is commonly tied by the well pickup line 205.
게이트 전극 라인(203) 양측 각각의 액티브 영역(201)에는 불순물이 주입되어, 소오스, 드레인 영역(S,D)이 형성된다.Impurities are implanted in each of the active regions 201 on both sides of the gate electrode line 203, so that source and drain regions S and D are formed.
액티브 영역(201)의 일측에는 패드(207)가 배치된다. 패드(207)와 드레인 영역(D)은 금속 배선(209)와 콘택된다. 여기서, 미설명 부호 CT1-CTn은 금속 배선과 드레인 영역(D)과의 콘택부를 나타낸다. 이때, 콘택부(CT1-CTn)는 패드(207)와 가까운 영역과 패드(207)과 먼 영역간의 신호 지연 차이를 줄이기 위하여, 패드(207)와 멀어질수록 콘택부(CT) 즉, 콘택홀의 사이즈가 순차적으로 증가하도록 형성된다. 그러면, 콘택홀 사이즈와 저항값이 비례하므로, 패드(207)와 멀리 이격된 부분은 콘택 저항이 낮아져서 신호 지연이 감소되고, 패드(207)와 인접한 부분에는 콘택 저항이 높아져서 패드로 부터 집중적으로 인가되는 신호가 완화된다.The pad 207 is disposed on one side of the active area 201. The pad 207 and the drain region D are in contact with the metal wiring 209. Here, reference numeral CT1-CTn denotes a contact portion between the metal wiring and the drain region D. FIG. In this case, the contact parts CT1-CTn may be formed so as to be far from the pad 207 in order to reduce the signal delay difference between the area close to the pad 207 and the area far from the pad 207. The size is formed to increase sequentially. Then, since the contact hole size and the resistance value are proportional to each other, the portion of the contact spaced away from the pad 207 decreases the signal delay due to the low contact resistance, and the contact resistance increases to the portion adjacent to the pad 207, thereby intensively applying the pad. Signal is relaxed.
이를 도 3을 통하여, 보다 자세히 설명한다.This will be described in more detail with reference to FIG. 3.
즉, 도 3을 참조하여, 소자 분리막(200)에 의하여 한정된 액티브 영역(201) 상부에 소정의 불순물이 주입되어, 드레인 영역(D)이 형성된다. 그 다음, 액티브 영역(201) 상부에 층간 절연막(202)이 형성된다. 그후, 드레인 영역(D)의 소정 부분이 노출될 수 있도록, 층간 절연막(206)의 소정 부분을 패터닝하여, 콘택홀(h1-hn)을 형성한다. 이때, 콘택홀(h1-hn)은 패드(207)로 부터 멀어질수록 사이즈가 점진적으로 크게 형성된다. 그후, 이후 형성될 금속 배선막과의 접착 특성을 개선하기 위하여, 콘택홀(h1-hn) 내벽 및 층간 절연막(206) 상부에 베리어 금속막으로, Ti막(208)을 형성한다. 이때, Ti막(208)은 패드(207)와 멀어질수록 두껍게 형성함이 바람직하다. 이와같이 형성하면, Ti막(208)과 드레인 영역(D)간의 접촉부에서 실리사이드막(206)이 형성되는데, 이 실리사이드막(206)은 공지된 바와 같이, 접촉 저항을 낮추는 역할을 하므로, 그 두께가 두꺼울수록 접촉 저항이 개선된다. 이때, 패드(207)과 멀어질수록 Ti막의 두께가 두껍게 형성되었으므로, 패드(207)와 멀리 떨어진 부분의 실리사이드막(206)이 비교적 후막으로 형성되고, 그 부분에서의 접촉 저항이 개선된다.That is, referring to FIG. 3, a predetermined impurity is implanted into the active region 201 defined by the device isolation layer 200 to form a drain region D. Referring to FIG. Next, an interlayer insulating film 202 is formed over the active region 201. Thereafter, a predetermined portion of the interlayer insulating layer 206 is patterned so that a predetermined portion of the drain region D is exposed to form a contact hole h1-hn. At this time, the contact hole h1-hn is gradually larger in size as it moves away from the pad 207. Thereafter, in order to improve the adhesion property with the metal wiring film to be formed later, a Ti film 208 is formed as a barrier metal film on the inner wall of the contact hole h1-hn and the interlayer insulating film 206. At this time, the Ti film 208 is preferably formed thicker away from the pad 207. In this manner, the silicide film 206 is formed at the contact portion between the Ti film 208 and the drain region D. Since the silicide film 206 serves to lower the contact resistance, as is known, the thickness thereof is increased. The thicker the better the contact resistance. At this time, as the distance from the pad 207 increases, the thickness of the Ti film becomes thicker. Thus, the silicide film 206 in a portion far from the pad 207 is formed into a relatively thick film, and the contact resistance in the portion is improved.
그후, Ti막(208) 상부에 금속 배선(209)을 형성한다. 이때, 금속 배선(209)f로는 텅스텐막이 이용된다.Thereafter, a metal wiring 209 is formed over the Ti film 208. At this time, a tungsten film is used as the metal wiring 209f.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 정전기 방지 회로부에서, 드레인 영역과, 드레인영역 및 패드를 전기적으로 연결시키기 위한 금속 배선과를 콘택시키는 콘택부의 사이즈를 패드와 멀어질수록 점진적으로 커지도록 형성한다.As described in detail above, according to the present invention, in the antistatic circuit portion, the size of the contact portion that contacts the drain region and the metal wiring for electrically connecting the drain region and the pad gradually increases as the distance from the pad increases. To form.
이에따라, 패드와 가까운 콘택부에서는 콘택 저항을 상대적으로 증대시켜서 패드로 부터 집중되는 신호를 분산, 완화시킨다. 한편, 패드와 먼 콘택부에서는 콘택 저항을 상대적으로 낮추어 신호 지연을 감소시킨다.As a result, the contact portion close to the pad relatively increases the contact resistance, thereby dispersing and mitigating the signal concentrated from the pad. On the other hand, in the contact portion far from the pad, the contact resistance is relatively lowered to reduce the signal delay.
따라서, 정전기 재핑시, 정전기 방지 구조의 비대칭으로 인하여, 정전기가 어느 한 곳으로 집중되는 현상을 방지할 수 있어, 정전기로 인한 패일을 방지할 수 있다.Therefore, during the electrostatic zapping, due to the asymmetry of the antistatic structure, it is possible to prevent the phenomenon in which the static electricity is concentrated to one place, it is possible to prevent the failure due to static electricity.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.
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