KR20070052931A - Electrostatic discharge protection device for semiconductor integrated circuit - Google Patents
Electrostatic discharge protection device for semiconductor integrated circuit Download PDFInfo
- Publication number
- KR20070052931A KR20070052931A KR1020050110741A KR20050110741A KR20070052931A KR 20070052931 A KR20070052931 A KR 20070052931A KR 1020050110741 A KR1020050110741 A KR 1020050110741A KR 20050110741 A KR20050110741 A KR 20050110741A KR 20070052931 A KR20070052931 A KR 20070052931A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- region
- drain
- substrate
- protection device
- electrostatic discharge
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0259—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0266—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
본 발명은 내부회로를 정전기 방전(Electrostatic Discharge)에 의한 손상으로부터 보다 효과적으로 보호할 수 있도록 한 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자를 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자는, 제1도전형 불순물로 도핑된 반도체 기판과, 상기 기판 상에 형성되고, 그라운드에 연결된 제2도전형의 게이트와, 상기 게이트 일측의 기판 표면 내에 형성되고, 그라운드에 연결된 제1도전형의 소오스와, 상기 게이트 타측의 기판 표면 내에 형성되고, 패드에 연결된 제1도전형의 드레인과, 상기 게이트 하부 및 이에 인접한 드레인 일측부 아래의 기판 내에 형성된 제2도전형의 제1영역과, 상기 제1영역과 접하면서 나머지 드레인 부분 아래의 기판 내에 상기 제1영역 보다 큰 도핑농도로 형성된 제2도전형의 제2영역으로 구성되는 제2도전영역을 포함하며, 상기 드레인과 제2영역 및 상기 제2영역 아래의 기판 영역이 바이폴라 접합 트랜지스터로 동작하는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses an electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit, which makes it possible to more effectively protect an internal circuit from damage caused by electrostatic discharge. An electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit according to the present invention includes a semiconductor substrate doped with a first conductive impurity, a gate of a second conductive type formed on the substrate and connected to ground, and a substrate surface on one side of the gate. A source of a first conductivity type formed in the substrate and connected to the ground, a drain of the first conductivity type formed in the substrate surface on the other side of the gate and connected to a pad, and formed in a substrate below the gate and one side of the drain adjacent thereto; A second conductive region comprising a first region of a second conductive type and a second region of a second conductive type formed in a substrate under the remaining drain portion while being in contact with the first region and having a greater doping concentration than the first region; And the drain, the second region, and the substrate region below the second region operate as a bipolar junction transistor.
Description
도 1과 도 2a 및 도 2b는 종래의 GGNMOS로 이루어진 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자를 설명하기 위한 도면. 1, 2A and 2B are diagrams for explaining an electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit made of a conventional GGNMOS.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GGNMOS로 이루어진 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자를 설명하기 위한 단면도. 3 is a cross-sectional view illustrating an electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit made of GGNMOS according to an embodiment of the present invention.
도 4는 종래 기술 및 본 발명에 따른 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자의 특성을 설명하기 위한 그래프. 4 is a graph illustrating the characteristics of the electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit according to the prior art and the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300 : 반도체 기판 310 : 게이트300: semiconductor substrate 310: gate
320 : N형 소오스 330 : N형 드레인320: N-type source 330: N-type drain
340 : P형 도핑영역 340a : P형 제1영역340: P
340b : P형 제2영역 400 : 패드340b: P-type second region 400: pad
본 발명은 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자에 관한 것으로, 보다 상 세하게는, 내부회로를 정전기 방전에 의한 손상으로부터 보다 효과적으로 보호할 수 있는 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자에 관한 것이다. The present invention relates to an electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to an electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit that can more effectively protect the internal circuit from damage caused by electrostatic discharge.
반도체 집적회로는 정전기 방전(Electrostatic Discharge; 이하, ESD) 펄스에 대해 매우 민감하며, 아울러, ESD 이벤트(event)에 의해 만들어지는 높은 전압(voltage)과 전류(current)에 의해 물리적 손상을 받기 쉽다. Semiconductor integrated circuits are very sensitive to Electrostatic Discharge (ESD) pulses, and are also susceptible to physical damage by the high voltages and currents produced by ESD events.
특히, 반도체 집적회로의 크기가 작아짐과 더불어 ESD 보호소자의 크기도 작아지면서 2차 항복전압(second breakdown voltage)의 크기도 작아지고 있고, 또한, 최근들어 반도체 집적회로의 동작속도가 빨라지고 있는 추세이기 때문에, ESD 보호소자는 반도체 집적회로의 동작 속도(speed)에 영향을 주지 않는 범위내에서 상기 반도체 집적회로를 ESD의 손상(damage)으로부터 효과적으로 보호할 수 있도록 설계되어야 한다. In particular, as the size of semiconductor integrated circuits decreases and the size of ESD protection devices decreases, the size of secondary breakdown voltages also decreases, and in recent years, the operating speed of semiconductor integrated circuits has increased. Therefore, the ESD protection device must be designed to effectively protect the semiconductor integrated circuit from the damage of the ESD within a range that does not affect the operating speed of the semiconductor integrated circuit.
이하에서는 종래의 ESD 보호소자 중 하나인 GGNMOS(Gate Grounded NMOS)에 대해 도 1과 도 2a 및 도 2b를 참조하여 간략하게 설명하도록 한다. Hereinafter, a gate grounded NMOS (GGNMOS), which is one of the conventional ESD protection devices, will be briefly described with reference to FIGS. 1, 2A, and 2B.
도 1을 참조하면, GGNMOS로 이루어진 종래의 ESD 보호소자는 반도체 기판(100)의 표면 내에 형성된 드레인(130)이 패드(200)에 연결되어 있고, 게이트(110)와 소오스(120)가 그라운드(VSS)에 연결되어 있다. 그리고, 도시하지는 않았지만, 소오스(120)와 접하는 소자분리막의 외측에 픽-업(pick-up)을 더 형성시킬 수 있다. 여기서, 상기 반도체 기판(100)은 P형 불순물로 도핑된 기판이고, 소오스(120) 및 드레인(130)은 N형 불술물로 도핑된 N+ 영역이다. Referring to FIG. 1, in the conventional ESD protection device made of GGNMOS, the
이와 같은 종래의 GGNMOS로 이루어진 ESD 보호소자에 있어서, 패드(200)에 ESD 이벤트가 발생하면, GGNMOS가 턴-온(turn-on)되기 전까지는 드레인(130)에 전하(charge)들이 모여 있게 된다. 그런데, 상기 드레인(130)에 모이는 전하의 양이 일정량 이상이 되면, 도 2a에 도시된 바와 같이, 드레인(130)의 공핍영역(depletion region)에 강한 전계가 걸리게 되므로, 기판(100)의 전자가 드레인(130)쪽으로 끌려 들어가게 되면서 충돌 이온화(impact ionization)에 의해 드레인(130)과 기판(100) 사이에 에벌런치 브레이크다운(avalanche breakdown)이 발생한다. In the conventional ESD protection device made of GGNMOS, when an ESD event occurs in the
상기 에벌런치 브레이크다운이 발생하게 되면, 드레인(130)으로부터 기판(100)으로 홀(hole)이 유입되면서 기판(100)의 저항이 변화되고, 이에 따라, 드레인(130)과 기판(100) 및 소오스(120)간 기생(parasitic) 바이폴라 접합 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor : BJT)가 동작하게 되어 소오스(120)에서 드레인(130)으로 전자가 이동한다. 이것을 GGNMOS가 트리거링(triggering) 되었다고 하고, 상기 트리거링이 발생할 당시 드레인(130)에 인가된 전압을 트리거링 전압(triggering voltage; Vt1)이라고 한다. When the avalanche breakdown occurs, the resistance of the
상기 GGNMOS에서 기생 BJT가 턴-온되었을때, 소오스(120)에서 드레인(130)으로 흐르는 전자의 흐름과 대응하여, ESD 전류는 드레인(130)에서 소오스(120)를 통해 그라운드(VSS)로 빠져나가게 되어, 패드로부터 유입되는 ESD 전류로부터 내부회로가 보호된다. 도 2b는 GGNMOS를 포함하는 보호소자의 개략적인 회로도로서, GGNMOS 보호소자는 패드와 내부회로 사이에 위치하여, 앞서 설명한 바와 같이, 패드로부터 유입되는 ESD 전류를 그라운드로 바이-패스(by pass)시켜 내부회로를 보 호하는 역할을 한다. When the parasitic BJT is turned on in the GGNMOS, in response to the flow of electrons flowing from the
그러나, 전술한 종래의 GGNMOS로 이루어지는 ESD 보호소자는, 기생 BJT가 턴-온 되었을 때, 상기 기생 BJT가 기판 표면과 수평한 방향을 가지므로, 게이트(110)에 인접한 드레인(130)의 측벽 부분을 통해 대부분의 전류가 흐르게 된다. 이 경우, 상기 드레인(130)의 측벽 부분은 드레인(130)의 하부면에 비해 상대적으로 면적이 좁고 또한 곡면이기 국부적인 전류 집중 효과가 가중된다. 또한, 상기 전류 집중에 의해 발생되는 열이 드레인(130) 표면부를 통해 제대로 방출되지 못하여, 게이트(110)와 인접한 드레인(130) 표면부(도 2a의 A영역)의 온도가 상승하게 된다. 이에 따라, 드레인(130) 표면부 특성이 열화되고 GGNMOS가 보호소자로서의 역할을 제대로 수행하지 못하게 되므로 소자의 손상이 유발되는 등의 문제가 발생한다. 여기서, 상기 드레인(130) 표면부를 통해 열방출이 제대로 이루어지지 않는 이유는 드레인(130) 및 게이트(110)를 덮도록 기판(100) 상에 형성하는 산화막 재질의 층간절연막이 실리콘과 같은 기판 물질에 비하여 열전도율이 상대적으로 낮기 때문이다.However, the ESD protection device made of the above-described conventional GGNMOS has a sidewall portion of the
또한, 앞서 설명한 GGNMOS로 이루어지는 ESD 보호소자는 그 동작에 있어서, 내부회로를 ESD로부터 효과적으로 보호하기 위해서는 기생 BJT가 빨리 턴-온되도록 하는 것이 필요한데, 종래의 GGNMOS로 이루어지는 ESD 보호소자는, 게이트(110) 하부의 기판(100) 영역을 전류 흐름의 주 경로로 사용하기 때문에, 상기 전류 흐름의 주 경로인 기판 영역의 P형 불순물의 농도를 높여주는데 한계가 있어서, 트리거링 전압을 낮추는데 어려움이 있는 바, 기생 BJT가 빨리 턴-온 되도록 하는 것이 곤란 하며, 그래서, ESD로부터 내부회로를 보호하는데 그 한계가 있다. In addition, in the operation of the ESD protection device made of GGNMOS described above, in order to effectively protect the internal circuit from ESD, it is necessary to turn on the parasitic BJT quickly. On the other hand, the conventional ESD protection device made of GGNMOS includes a
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 게이트와 접하는 드레인 표면부의 온도상승에 따른 소자의 특성 열화 문제를 개선할 수 있고, 아울러 트리거링 전압을 감소시킴으로써 내부회로를 보다 효과적으로 보호할 수 있도록 한 반도체 집적회로용 ESD 보호소자를 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, it is possible to improve the problem of deterioration of the characteristics of the device due to the temperature rise of the drain surface portion in contact with the gate, and also to reduce the triggering voltage to improve the internal circuit It is an object of the present invention to provide an ESD protection device for a semiconductor integrated circuit that can be more effectively protected.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 집적회로용 정전기 방전 보호소자는, 제1도전형 불순물로 도핑된 반도체 기판; 상기 기판 상에 형성되고, 그라운드에 연결된 제2도전형의 게이트; 상기 게이트 일측의 기판 표면 내에 형성되고, 그라운드에 연결된 제1도전형의 소오스; 상기 게이트 타측의 기판 표면 내에 형성되고, 패드에 연결된 제1도전형의 드레인; 및 상기 게이트 하부 및 이에 인접한 드레인 일측부 아래의 기판 내에 형성된 제2도전형의 제1영역과, 상기 제1영역과 접하면서 나머지 드레인 부분 아래의 기판 내에 상기 제1영역 보다 큰 도핑농도로 형성된 제2도전형의 제2영역으로 구성되는 제2도전영역;을 포함하며, 상기 드레인과 제2영역 및 상기 제2영역 아래의 기판 영역이 바이폴라 접합 트랜지스터로 동작하는 것을 특징으로 한다. Electrostatic discharge protection device for a semiconductor integrated circuit of the present invention for achieving the above object, the semiconductor substrate doped with a first conductivity type impurities; A second conductive gate formed on the substrate and connected to the ground; A source of a first conductivity type formed in a substrate surface on one side of the gate and connected to ground; A drain of a first conductivity type formed in the substrate surface on the other side of the gate and connected to a pad; And a first region of a second conductivity type formed in a substrate under the gate and below one side of the drain, and a doping concentration greater than the first region in the substrate under the remaining drain portion while contacting the first region. And a second conductive region including a second conductive second region, wherein the drain, the second region, and the substrate region below the second region operate as a bipolar junction transistor.
여기서, 상기 반도체 기판은 제1도전형 불순물로 10E16∼10E17원자/㎤의 도우즈로 도핑된다. Here, the semiconductor substrate is doped with a dose of 10E16 to 10E17 atoms /
상기 제1도전형 소오스 및 드레인은 10E20∼10E22원자/㎤의 도우즈로 도핑된다. The first conductive source and drain are doped with a dose of 10E20 to 10E22 atoms /
상기 제2도전형 제1영역은 10E15∼10E16원자/㎤의 도우즈로 도핑된다. The second conductive type first region is doped with a dose of 10E15 to 10E16 atoms /
상기 제2도전형 제2영역은 10E18∼10E19원자/㎤의 도우즈로 도핑된다. The second conductive second region is doped with a dose of 10E18 to 10E19 atoms /
상기 제2도전형 제2영역은 드레인 저면의 50∼100%를 감싸도록 형성된다. The second conductive second region is formed to cover 50 to 100% of the bottom of the drain.
또한, 본 발명의 반도체 집적회로용 정정기 방전 보호소자는 상기 소오스와 이격하여 기판 표면 내에 형성된 제2도전형의 픽-업을 더 포함할 수 있다. In addition, the corrector discharge protection device for a semiconductor integrated circuit of the present invention may further include a second conductive pick-up formed in the substrate surface spaced apart from the source.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 반도체 집적회로용 ESD 보호소자를 도시한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing an ESD protection device for a semiconductor integrated circuit manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, GGNMOS로 이루어진 본 발명에 따른 ESD 보호소자는, N형 불순물로 도핑된 반도체 기판(300)과, 상기 기판(300) 상에 형성되고, 그라운드(VSS)에 연결된 P형 게이트(310)와, 상기 게이트(310) 일측의 기판 표면 내에 형성되고, 그라운드(VSS)에 연결된 N형 소오스(320)와, 상기 게이트(310) 타측의 기판 표면 내에 형성되고, 패드(400)에 연결된 N형 드레인(330)과, 상기 게이트(310) 하부 및 이에 인접한 드레인(330) 일측부 아래의 기판 내에 형성된 P형 제1영역(340a)과, 상기 제1영역(340a)과 접하면서 나머지 드레인(330) 부분 아래의 기판 내에 상기 제1영역(340a) 보다 큰 도핑농도로 형성된 P형 제2영역(340b)으로 구 성되는 P형 도핑영역(340)을 포함한다. 또한, 도시하지는 않았지만, 상기 본 발명의 반도체 집적회로용 정정기 방전 보호소자는, 상기 소오스(320)와 이격하여 기판 표면 내에 형성된 P형 픽-업(pick-up)을 더 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, the ESD protection device according to the present invention made of GGNMOS includes a
여기서, 상기 반도체 기판(300)은 N형 불순물로 10E16∼10E17원자/㎤의 도우즈로 도핑된 N- 기판이고, 상기 N형 소오스(320) 및 드레인(330)은 10E20∼10E22원자/㎤의 도우즈로 도핑된 N+ 영역이다. 한편, 상기 P형 제1영역(340a)은 10E15∼10E16원자/㎤의 도우즈로 도핑된 P- 영역이고, 상기 P형 제2영역(340b)은 10E18∼10E19원자/㎤의 도우즈로 도핑된 P+ 영역이다. 그러므로, 상기 영역들중 불순물 농도가 가장 높은 영역은 소오스(320) 및 드레인(330)이며, 그 다음이 제2영역(340b)이고, 그 다음이 상기 제2영역(340b) 하부의 반도체 기판(300) 영역이고, 그 다음이 제1영역(340a)이다. Here, the
그리고, 상기 P형 제2영역(340b)은 ESD 보호소자의 성능 확보를 위해 드레인(330) 저면의 50∼100%를 감싸도록 드레인(330)의 두께 정도로 형성된다. The P-type
이와 같은 구조의 GGNMOS로 이루어진 보호소자의 경우, 게이트(310) 하부 및 이에 인접한 드레인(330) 일측부 아래의 기판 내에 형성된 P형 제1영역(340a)이 P형 제2영역(340b) 보다 낮은 도핑농도를 갖기 때문에, 드레인(330)과 제2영역(340b)간의 항복전압(Breakdown Voltage)이 드레인(330)과 제1영역(340a)간의 항복전압 보다 낮다. 그러므로, 패드(400)에 ESD 이벤트가 발생하여 기판(300)과 드레인(330)간 에벌런치 브레이크다운이 발생하면, 상기 N형 드레인(330)과 P형 제2영역(340b) 및 상기 P형 제2영역(340b) 아래의 N- 기판(300) 영역이 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)로 동작하여, ESD 전류가 N+ 드레인(330)에서 그 아래의 P형 제2영역(340b) 및 N- 기판(300) 영역을 거쳐 N+ 소오스(320)로 흐르게 된다. 즉, 본 발명의 경우 기판 표면과 수직한 방향으로 기생 BJT가 동작하는 것이다. In the case of the protection device including the GGNMOS having the above structure, the P-type
이 경우, 기생 BJT의 전류 흐름이 드레인(330)의 평탄한 저면을 통해 주로 발생하게 된다. 이와 같이, 드레인(330)의 저면이 전류 흐름의 주 경로가 되면, 종래와 같이 드레인 측벽의 협소한 부분에 전류가 집중되는 현상이 발생하지 않는다. 또한, 드레인 저면에 해당하는 도핑된 기판 부분은 드레인 표면부에 비하여 열전도율이 높기 때문에 전류 흐름에 의해 발생되는 열이 상대적으로 쉽게 방출되므로 소자의 내구성이 향상된다. In this case, the current flow of parasitic BJT is mainly generated through the flat bottom of the
아울러, 본 발명은 드레인(330) 하부에 제1영역(340a) 보다 도핑농도가 높은 P+ 제2영역(340b)을 형성하여, 기생 BJT에서 콜렉터(collector)(드레인)와 베이스(base)(제2영역)간 항복전압을 종래 보다 낮출 수 있기 때문에 트리거링 전압을 낮추어 기생 BJT가 종래 보다 빨리 턴-온 되도록 만들 수 있으므로, ESD 보호범위를 넓혀 ESD로부터 내부회로를 보다 효과적으로 보호할 수 있다. In addition, the present invention forms a P +
또한, 상기와 같이 트리거링 전압이 낮아지면 패드와 내부회로 사이의 저항이 감소하기 때문에, 본 발명은 동작 전압 상태에서 내부회로의 제어 속도를 증가시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 ESD 보호소자는 반도체 집적회로의 고속화 추세에 효과적으로 대응할 수 있다. In addition, since the resistance between the pad and the internal circuit decreases as the triggering voltage decreases as described above, the present invention can increase the control speed of the internal circuit in the operating voltage state. Therefore, the ESD protection device of the present invention can effectively cope with the increasing speed of semiconductor integrated circuits.
도 4은 종래 기술에 따른 ESD 보호소자와 본 발명에 따른 ESD 보호소자의 전류(I)-전압(V) 곡선으로서, 픽-업을 형성시킨 경우에 해당하는 곡선들이다. 4 is a current (I) -voltage (V) curve of the ESD protection device according to the prior art and the ESD protection device according to the present invention, which are curves corresponding to a case where a pick-up is formed.
도 4를 참조하면, 종래 기술에 따른 ESD 보호소자의 경우 1차 트리거링 전압(Vt1)이 7∼8V 정도이고, 열에 의해 소자가 열화(degradation)되는 2차 트리거링시의 전류(It2)가 5.5(mA/㎛) 정도이며, 열에 의해 드레인이 녹는 지점의 전류(If)가 6(mA/㎛) 정도인 반면, 본 발명에 따른 ESD 보호소자의 경우 1차 트리거링 전압(Vt1')이 3.9V 정도이고, 2차 트리거링시의 전류(It2')가 6(mA/㎛) 정도이며, 열에 의해 드레인이 녹는 지점의 전류(If')가 13.5(mA/㎛) 정도이다. 상기 결과를 통해, 본 발명에 따른 ESD 보호소자가 종래 기술에 따른 ESD 보호소자에 비해 트리거링 전압이 낮고, 열에 대한 내구성이 우수한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 4, in the case of the ESD protection device according to the related art, the primary triggering voltage Vt1 is about 7 to 8V, and the current It2 during secondary triggering when the device is degraded by heat is 5.5 ( mA / μm) and the current If at the point where the drain melts due to heat is about 6 (mA / μm), whereas in the ESD protection device according to the present invention, the primary triggering voltage Vt1 'is about 3.9V. The current It2 'at the time of secondary triggering is about 6 (mA / µm), and the current If' at the point where the drain melts by heat is about 13.5 (mA / µm). Through the above results, it can be seen that the ESD protection device according to the present invention has a lower triggering voltage and excellent durability against heat than the ESD protection device according to the prior art.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 GGNMOS의 경우에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 방법은 게이트가 파워와 연결되는 GPPMOS(Gate Powered PMOS)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 상기 GPPMOS의 경우, P형 불순물로 도핑된 반도체 기판과, 상기 기판 상에 형성되고, 그라운드로 작용할 파워에 연결된 N형 게이트와, 상기 게이트 일측의 기판 표면 내에 형성되고, 그라운드로 작용할 파워에 연결된 P형 소오스와, 상기 게이트 타측의 기판 표면 내에 형성되고, 패드에 연결된 P형 드레인과, 상기 게이트 하부 및 이에 인접한 드레인 일측부 아래의 기판 내에 형성된 N형 제1영역과, 상기 제1영역과 접하면서 나머지 드레인 부분 아래의 기판 내에 상기 제1영역 보다 큰 도핑농도로 형성된 N형 제2영역으로 구성되는 N형 도핑영역을 포함하며, 상기 드레인과 제2영역 및 상기 제2영역 아래의 기판 영역이 바이폴라 접합 트랜지스터로 동작한다. Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the case of GGNMOS has been illustrated and described, but the method of the present invention may be equally applied to a case of a gate-powered PMOS (GPPMOS) in which a gate is connected to power. In the case of the GPPMOS, a semiconductor substrate doped with a P-type impurity, an N-type gate formed on the substrate and connected to a power to act as a ground, and a P formed in a substrate surface on one side of the gate and connected to a power to act as a ground. A source, a P-type drain formed in the substrate surface on the other side of the gate and connected to a pad, an N-type first region formed in the substrate under the gate and one side of the drain adjacent thereto, and in contact with the first region. An N-type doped region formed of an N-type second region formed in the substrate under the remaining drain portion with a larger doping concentration than the first region, wherein the drain, the second region, and the substrate region below the second region are bipolar. Act as a junction transistor.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지 만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.Hereinbefore, the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited thereto, and the scope of the following claims is not limited to the spirit and scope of the present invention. It will be readily apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made.
이상에서와 같이, 본 발명은 GGNMOS 또는 GPPMOS 구조의 ESD 보호소자를 형성함에 있어서, 기생 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)가 기판과 수직한 방향으로 동작하도록 하여 드레인의 측면이 아닌 저면이 전류 흐름의 주 경로가 되게 함으로써, 드레인 측면을 전류 흐름의 주 경로로 사용하는 종래 기술에서의 드레인 측면 및 표면에 전류 및 열이 집중되는 현상을 방지하여 소자의 내구성을 개선할 수 있다. As described above, in the present invention, in forming an ESD protection device having a GGNMOS or GPPMOS structure, the parasitic bipolar junction transistor (BJT) operates in a direction perpendicular to the substrate, so that the bottom of the current flow is the main path of the current flow. In this case, it is possible to improve the durability of the device by preventing a phenomenon in which current and heat are concentrated on the drain side and the surface in the prior art using the drain side as the main path of the current flow.
또한, 본 발명은 기생 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)의 콜렉터(collector)로서 작용하는 드레인(제1도전형)의 하부에 게이트 하부 보다 높은 도핑농도를 갖는 베이스(base)영역(제2도전형)을 형성함으로써, 트리거링 전압을 낮출 수 있으며, 이에 따라, ESD 보호소자가 빨리 턴-온 되도록 할 수 있는 바, ESD 보호범위를 넓혀 내부회로를 ESD의 손상으로부터 보다 효과적으로 보호할 수 있고, 결과적으로, 반도체 소자의 고집적화 및 고속화 추세에 효과적으로 대응할 수 있다. In addition, the present invention provides a base region (second conductive type) having a higher doping concentration than the lower gate portion under a drain (first conductive type) serving as a collector of the parasitic bipolar junction transistor (BJT). By forming, it is possible to lower the triggering voltage, thereby enabling the ESD protection device to turn on quickly, thereby extending the ESD protection range to more effectively protect the internal circuits from damage of the ESD, and consequently, the semiconductor device. Can effectively cope with the trend of high integration and speed.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050110741A KR20070052931A (en) | 2005-11-18 | 2005-11-18 | Electrostatic discharge protection device for semiconductor integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020050110741A KR20070052931A (en) | 2005-11-18 | 2005-11-18 | Electrostatic discharge protection device for semiconductor integrated circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070052931A true KR20070052931A (en) | 2007-05-23 |
Family
ID=38275432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020050110741A KR20070052931A (en) | 2005-11-18 | 2005-11-18 | Electrostatic discharge protection device for semiconductor integrated circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20070052931A (en) |
-
2005
- 2005-11-18 KR KR1020050110741A patent/KR20070052931A/en not_active Application Discontinuation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7465995B2 (en) | Resistor structure for ESD protection circuits | |
US6822297B2 (en) | Additional n-type LDD/pocket implant for improving short-channel NMOS ESD robustness | |
JP2699654B2 (en) | SCR protection structure and circuit with reduced trigger voltage | |
US8841727B1 (en) | Circuit with electrostatic discharge protection | |
US7838937B1 (en) | Circuits providing ESD protection to high voltage laterally diffused metal oxide semiconductor (LDMOS) transistors | |
US7145204B2 (en) | Guardwall structures for ESD protection | |
US7709896B2 (en) | ESD protection device and method | |
US9559170B2 (en) | Electrostatic discharge protection devices | |
US20110300678A1 (en) | Symmetric blocking transient voltage suppressor (TVS) using bipolar transistor base snatch | |
US6576959B2 (en) | Device and method of low voltage SCR protection for high voltage failsafe ESD applications | |
US20070090392A1 (en) | Low capacitance SCR with trigger element | |
US8143673B1 (en) | Circuit with electrostatic discharge protection | |
US6764892B2 (en) | Device and method of low voltage SCR protection for high voltage failsafe ESD applications | |
US20050285198A1 (en) | High voltage device and high voltage device for electrostatic discharge protection circuit | |
US6767810B2 (en) | Method to increase substrate potential in MOS transistors used in ESD protection circuits | |
US7462885B2 (en) | ESD structure for high voltage ESD protection | |
KR101634812B1 (en) | Semiconductor device | |
US9219057B2 (en) | Electrostatic discharge protection device and method for manufacturing the same | |
US20060138547A1 (en) | Reduced finger end MOSFET breakdown voltage (BV) for electrostatic discharge (ESD) protection | |
TW200917463A (en) | Semiconductor device | |
WO2005112134A2 (en) | High current mos device with avalanche protection and method of operation | |
EP2846359A1 (en) | LVTSCR device | |
US9184141B2 (en) | Electrostatic discharge protection device | |
KR20070052912A (en) | Electrostatic protection device for semiconductor circuit | |
US6534834B1 (en) | Polysilicon bounded snapback device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |