KR20080003042A - Electrostatic discharge protection element - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술의 듀얼 다이오드를 사용한 정전기 방전 보호 회로를 나타내는 블럭도.1 is a block diagram showing an electrostatic discharge protection circuit using a dual diode of the prior art.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자의 구조를 나타내는 레이아웃도.2 is a layout showing the structure of the electrostatic discharge protection element according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 정전기 방전 보호 소자를 X-X'라인으로 절단한 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of the electrostatic discharge protection device of FIG.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 정전기 방전 보호 소자를 사용한 정전기 방전 보호 회로의 정전기 방전 경로를 나타내는 도면.4A to 4B show an electrostatic discharge path of an electrostatic discharge protection circuit using the electrostatic discharge protection element of the present invention.
도 5a 내지 도 5b는 도 4a 내지 도 4b의 정전기 방전 경로를 단면도에 나타낸 도면.5A-5B are cross-sectional views of the electrostatic discharge path of FIGS. 4A-4B.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자의 구조를 나타내는 단면도.6 is a cross-sectional view showing a structure of an electrostatic discharge protection device according to a second embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제 3 실시에에 따른 정전기 방전 보호 소자의 구조를 나타내는 단면도. 7 is a cross-sectional view showing a structure of an electrostatic discharge protection device according to a third embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 듀얼 다이오드를 사용한 정전기 보호 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an electrostatic protection circuit using a dual diode.
반도체 장치는 외부에서 발생된 정전기 방전(또는 정전기 전류)으로부터 유입되는 고전압에 대하여 매우 민감하게 영향을 받는다. 이러한 정전기 방전 (electrostatic discharge : ESD , 이하 ESD 라고 함.) 현상으로 인해 일시에 고전압이 반도체 장치의 내부 회로로 유입될 경우 내부 회로에 형성된 얇은 절연막, 채널 등을 파괴하여 내부 회로 자체를 파괴한다. 따라서, 반도체 장치는 ESD로부터 내부 회로를 보호하기 위해 패드와 내부 회로 사이에 ESD 보호 회로를 설치하여, 순간적으로 유입되는 고전압 또는 고전류가 내부 회로로 유입되지 않도록 사전에 방전시켜준다. Semiconductor devices are very sensitive to high voltages coming from external electrostatic discharges (or electrostatic currents). When a high voltage flows into an internal circuit of a semiconductor device at a time due to the electrostatic discharge (ESD) phenomenon, the internal circuit itself is destroyed by destroying a thin insulating film, a channel, etc. formed in the internal circuit. Therefore, the semiconductor device installs an ESD protection circuit between the pad and the internal circuit to protect the internal circuit from the ESD, so as to discharge in advance to prevent the instantaneous high voltage or high current from entering the internal circuit.
이와 같은 ESD 보호 장치에 사용되는 보호 소자로는 주로 다이오드(diode), 저항(resister), 트랜지스터(transister) 등이 있으며, 최근에는 PN 정션을 이용한 실리콘 제어 정류기(silicon controlled rectifier : SCR, 이하 SCR 이라고 함.)를 사용하기도 한다. Protection elements used in such ESD protection devices are mainly diodes, resistors, and transistors. Recently, silicon controlled rectifiers (SCRs) using PN junctions are referred to as SCRs. Also used).
그러나, 다이오드는 역방향 턴-온(reverse turn on) 전압이 크고, 역방향 상태에서 정전기 방전 보호 성능이 낮으므로, 다이오드의 역방향 턴-온을 막고 순방향(forward) 특성을 이용하기 위해 듀얼 다이오드(dual diode)를 사용한다. However, since the diode has a large reverse turn on voltage and low electrostatic discharge protection in the reverse state, the dual diode is used to prevent the reverse turn-on of the diode and to use the forward characteristic. ).
도 1은 종래 기술의 듀얼 다이오드를 사용한 ESD 보호 회로를 나타내는 블럭도이다.1 is a block diagram showing an ESD protection circuit using a dual diode of the prior art.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 듀얼 다이오드를 사용한 ESD 보호 회로는, 패드(PAD)를 중심으로 양쪽에 다이오드(D01, D02)를 배치하고, 파워 레일(Power Rail) 사이에 클램프(clamp)를 추가로 배치함으로써 다이오드의 순방향 특성을 모든 방전 경로에 제공할 수 있다. As shown in FIG. 1, in the conventional ESD protection circuit using dual diodes, diodes D01 and D02 are disposed on both sides of a pad PAD, and clamps are provided between power rails. By further placing, it is possible to provide the forward characteristics of the diode to all discharge paths.
또한, 다이오드(D01, D02)의 순방향 특성을 유도시키기 위해 클램프와 다이오드(D01, D02) 사이의 저항(resister) 성분을 최소화시켜야 한다. 이를 위해, 클램프(clamp)가 다이오드에 최대한 가까이 배치되어야 한다. In addition, the resistance component between the clamp and the diodes D01 and D02 should be minimized in order to induce forward characteristics of the diodes D01 and D02. For this purpose, a clamp must be placed as close to the diode as possible.
상술한 바와 같이, 종래의 듀얼 다이오드를 ESD 보호 소자로 사용하는 경우, 추가로 구비되는 클램프 소자로 인하여 ESD 보호 회로의 면적이 늘어나는 문제점이 있다. 또한, 패드의 크기와 패드 사이의 간격이 줄어드는 상황에서 큰 면적을 갖는 클램프를 다이오드에 가까이 배치하기가 점점 어려워지는 문제점이 있다. As described above, in the case of using the conventional dual diode as the ESD protection device, there is a problem in that the area of the ESD protection circuit increases due to the clamp device additionally provided. In addition, in a situation where the size of the pad and the spacing between the pads are reduced, there is a problem that it becomes increasingly difficult to place a clamp having a large area close to the diode.
그리고, SCR을 ESD 보호 소자로 사용하는 경우, 단위 면적당 방전시키는 전류 소비량은 큰 반면, SCR의 높은 트리거(trigger) 전압(또는, 턴온 전압, 문턱 전압)으로 인해, 정전기 발생시 ESD 보호 회로가 동작하기 전에 반도체 내부 소자의 게이트 산화막이 손상될 수 있는 문제점이 있다. When the SCR is used as an ESD protection element, the current consumption per unit area is large, but due to the high trigger voltage (or turn-on voltage and threshold voltage) of the SCR, the ESD protection circuit operates when static electricity is generated. There is a problem that the gate oxide film of the semiconductor internal device may be damaged before.
따라서, 본 발명의 목적은, 듀얼 다이오드 내에 클램프 소자를 내장시켜 면적을 개선한 ESD 보호 소자를 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an ESD protection device having an improved area by embedding a clamp device in a dual diode.
본 발명의 다른 목적은, 듀얼 다이오드의 순방향 특성을 향상시켜 성능을 향상시킨 ESD 보호 소자를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide an ESD protection device having improved performance by improving forward characteristics of a dual diode.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 정전기 방전 보호 소자는, 제 1 도전형 반도체 기판의 소정 영역에 형성된 제 2 도전형 웰; 상기 제 2 도전형 웰과 맞닿아 평행하게 상기 반도체 기판의 소정 영역에 상기 반도체 기판보다 고농도로 형성되는 제 1 도전형 웰; 상기 제 2 도전형 웰 내의 중심부에 형성되는 제 1 도전형 다이오드; 상기 제 1 도전형 다이오드와 평행하며 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되는 제 2 도전형 다이오드; 상기 제 1 도전형 다이오드와 소정 간격 이격되어 상기 제 1 도전형 다이오드를 둘러싸며 상기 제 2 도전형 웰 내에 형성되는 제 1 도전형의 제 1 불순물 영역; 상기 제 2 도전형 다이오드의 일측으로부터 소정 간격 이격되며, 상기 반도체 기판상의 소정 영역에 형성된 게이트; 및 상기 게이트를 중심으로 양측 아래의 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되는 제 2 도전형의 제 2 불순물 영역;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the electrostatic discharge protection device of the present invention, the second conductivity type formed in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate; A first conductivity type well formed in contact with the second conductivity type well in a predetermined area of the semiconductor substrate at a higher concentration than the semiconductor substrate; A first conductivity type diode formed in a center portion of the second conductivity type well; A second conductive diode parallel to the first conductive diode and formed in the first conductive well; A first impurity region of a first conductivity type formed in the second conductivity type well and spaced apart from the first conductivity type diode to surround the first conductivity type diode; A gate spaced apart from one side of the second conductive diode by a predetermined region and formed in a predetermined region on the semiconductor substrate; And a second impurity region of a second conductivity type formed in the first conductivity type well below both sides of the gate.
상기 제 1 도전형 다이오드는 상기 제 2 도전형 웰의 중심부에 제 1 도전형의 제 3 불순물 영역이 형성되고, 상기 제 3 불순물 영역의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 제 2 도전형의 제 4 불순물 영역이 형성된다. In the first conductive diode, a third impurity region of a first conductivity type is formed in a center portion of the second conductivity type well, and the second conductivity type fourth is parallel to the both sides of the third impurity region at predetermined intervals. Impurity regions are formed.
상기 제 3 불순물 영역이 입출력 패드와 연결되며, 상기 제 4 불순물 영역이 전원단과 연결되는 것이 바람직하다. Preferably, the third impurity region is connected to the input / output pad, and the fourth impurity region is connected to the power supply terminal.
상기 제 2 도전형 다이오드는 상기 제 1 도전형 웰의 중심부에 제 2 도전형의 제 5 불순물 영역이 형성되고, 상기 제 5 불순물 영역의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 제 1 도전형의 제 6 불순물 영역이 형성된다. In the second conductive diode, a fifth impurity region of the second conductivity type is formed in the center of the first conductivity type well, and the sixth conductivity type sixth electrode is parallel to the second impurity region at predetermined intervals. Impurity regions are formed.
상기 제 5 불순물 영역이 입출력 패드와 연결되며, 상기 제 6 불순물 영역이 접지단과 연결되는 것이 바람직하다.Preferably, the fifth impurity region is connected to the input / output pad, and the sixth impurity region is connected to the ground terminal.
상기 게이트의 일측 아래에 형성되는 상기 제 2 도전형 불순물 영역은 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되며, 접지단에 연결되는 것이 바람직하다. The second conductivity type impurity region formed under one side of the gate is formed in the first conductivity type well and is connected to a ground terminal.
상기 게이트의 타측 아래에 형성되는 상기 제 2 도전형의 제 2 불순물 영역은 상기 제 1 도전형 웰과 상기 제 2 도전형 웰에 걸쳐서 형성된다. The second impurity region of the second conductivity type formed under the other side of the gate is formed over the first conductivity type well and the second conductivity type well.
상기 게이트는 NMOS형 게이트이며, 상기 게이트는 접지단에 연결되는 것이 바람직하다. The gate is an NMOS gate, and the gate is preferably connected to the ground terminal.
본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다른 정전기 방전 보호 소자는, 제 1 도전형 반도체 기판의 소정 영역에 형성된 제 2 도전형 웰; 상기 제 2 도전형 웰과 맞닿아 평행하게 상기 반도체 기판의 소정 영역에 상기 반도체 기판보다 고농도로 형성되는 제 1 도전형 웰; 상기 제 2 도전형 웰 내의 중심부에 형성되는 제 1 도전형 다이오드; 상기 제 1 도전형 다이오드와 평행하며 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되는 제 2 도전형 다이오드; 상기 제 1 도전형 다이오드와 소정 간격 이격되어 상기 제 1 도전형 다이오드를 둘러싸며 상기 제 2 도전형 웰 내에 형성되는 제 1 도전형의 제 1 불순물 영역; 상기 제 2 도전형 다이오드의 일측으로부터 소정 간격 이격되며, 상기 반도체 기판상의 소정 영역에 형성된 게이트; 상기 게이트를 중심으로 양측 아래의 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되는 제 2 도전형의 제 2 불순물 영역; 및 상기 제 2 불순물 영역의 일측으로 정전기 발생 초기에 대응하여 검출되는 전압을 인가하는 트리거 보조 수단;을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. Another electrostatic discharge protection device of the present invention for achieving the object of the present invention, the second conductivity type formed in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate; A first conductivity type well formed in contact with the second conductivity type well in a predetermined area of the semiconductor substrate at a higher concentration than the semiconductor substrate; A first conductivity type diode formed in a center portion of the second conductivity type well; A second conductive diode parallel to the first conductive diode and formed in the first conductive well; A first impurity region of a first conductivity type formed in the second conductivity type well and spaced apart from the first conductivity type diode to surround the first conductivity type diode; A gate spaced apart from one side of the second conductive diode by a predetermined region and formed in a predetermined region on the semiconductor substrate; Second impurity regions of a second conductivity type formed in the first conductivity type wells below both sides of the gate; And trigger assistance means for applying a voltage detected in response to the initial generation of static electricity to one side of the second impurity region.
상기 트리거 보조 수단은 전압단과 접지단 사이에 직렬로 연결된 저항과 캐 패시터를 포함하여 구성된다. The trigger auxiliary means comprises a resistor and a capacitor connected in series between the voltage terminal and the ground terminal.
상기 트리거 보조 수단은 상기 저항과 캐패시터 사이의 노드에서 발생하는 전압 강하를 검출하는 것이 바람직하다. Preferably, the trigger assist means detects a voltage drop occurring at the node between the resistor and the capacitor.
본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 또 다른 정전기 방전 보호 소자는, 제 1 도전형 반도체 기판의 소정 영역에 형성된 제 2 도전형 웰; 상기 제 2 도전형 웰과 맞닿아 평행하게 상기 반도체 기판의 소정 영역에 상기 반도체 기판보다 고농도로 형성되는 제 1 도전형 웰; 상기 제 2 도전형 웰 내의 중심부에 형성되는 제 1 도전형 다이오드; 상기 제 1 도전형 다이오드와 평행하며 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되는 제 2 도전형 다이오드; 상기 제 1 도전형 다이오드와 소정 간격 이격되어 상기 제 1 도전형 다이오드를 둘러싸며 상기 제 2 도전형 웰 내에 형성되는 제 1 도전형의 제 1 불순물 영역; 및 상기 제 2 도전형 다이오드의 일측으로부터 소정 간격 이격되며, 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되는 제 2 도전형의 제 2 불순물 영역; 을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. Another electrostatic discharge protection device of the present invention for achieving the object of the present invention, the second conductivity type formed in a predetermined region of the first conductivity type semiconductor substrate; A first conductivity type well formed in contact with the second conductivity type well in a predetermined area of the semiconductor substrate at a higher concentration than the semiconductor substrate; A first conductivity type diode formed in a center portion of the second conductivity type well; A second conductive diode parallel to the first conductive diode and formed in the first conductive well; A first impurity region of a first conductivity type formed in the second conductivity type well and spaced apart from the first conductivity type diode to surround the first conductivity type diode; And a second impurity region of a second conductivity type spaced apart from one side of the second conductivity type diode and formed in the first conductivity type well. Characterized in that configured to include.
상기 제 1 도전형 다이오드는 상기 제 2 도전형 웰의 중심부에 제 1 도전형의 제 3 불순물 영역이 형성되고, 상기 제 3 불순물 영역의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 제 2 도전형의 제 4 불순물 영역이 형성된다. In the first conductive diode, a third impurity region of a first conductivity type is formed in a center portion of the second conductivity type well, and the second conductivity type fourth is parallel to the both sides of the third impurity region at predetermined intervals. Impurity regions are formed.
상기 제 3 불순물 영역이 입출력 패드와 연결되며, 상기 제 4 불순물 영역이 전원단과 연결되는 것이 바람직하다.Preferably, the third impurity region is connected to the input / output pad, and the fourth impurity region is connected to the power supply terminal.
상기 제 2 도전형 다이오드는 상기 제 1 도전형 웰의 중심부에 제 2 도전형의 제 5 불순물 영역이 형성되고, 상기 제 5 불순물 영역의 양측으로 소정 간격 이 격되어 평행하게 제 1 도전형의 제 6 불순물 영역이 형성된다. In the second conductive diode, a fifth impurity region of a second conductivity type is formed in a center portion of the first conductivity type well, and the first conductivity type first electrode is formed in parallel with a predetermined interval spaced on both sides of the fifth impurity region. 6 impurity regions are formed.
상기 제 5 불순물 영역이 입출력 패드와 연결되며, 상기 제 6 불순물 영역이 접지단과 연결되는 것이 바람직하다.Preferably, the fifth impurity region is connected to the input / output pad, and the sixth impurity region is connected to the ground terminal.
상기 제 2 도전형 불순물 영역의 일측은 상기 제 1 도전형 웰 내에 형성되며, 접지단에 연결되고, 상기 제 2 도전형 불순물 영역의 타측은 상기 제 1 도전형 웰과 상기 제 2 도전형 웰에 걸쳐서 형성되는 것이 바람직하다.One side of the second conductivity type impurity region is formed in the first conductivity type well and is connected to a ground terminal, and the other side of the second conductivity type impurity region is formed in the first conductivity type well and the second conductivity type well. It is preferable to form over.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
그리고, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.In addition, in all the figures for demonstrating an embodiment, the thing which has the same function uses the same code | symbol, and the repeated description is abbreviate | omitted.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자의 구조를 나타내는 레이아웃도이다. 2 is a layout showing the structure of the electrostatic discharge protection element according to the first embodiment of the present invention.
도 2의 제 1 실시예는 듀얼 다이오드가 형성되는 접합 영역 내에 일부를 사용하여 클램프를 내장시킨 ESD 보호 소자로, 도 2에 내장된 클램프는, SCR의 높은 트리거 전압을 개선하기 위해 개량된 트리거 전압을 낮춘 실리콘 제어 정류기(Low Voltage Triggered Silicon Controlled Rectifier: LVTSCR, 이하 LVTSCR 이라 함)이다.The first embodiment of FIG. 2 is an ESD protection device in which a clamp is used by using a part in a junction region where a dual diode is formed. The clamp of FIG. 2 is an improved trigger voltage to improve the high trigger voltage of the SCR. Low Voltage Triggered Silicon Controlled Rectifier (LVTSCR, hereinafter referred to as LVTSCR).
도 2를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 ESD 보호 소자는, 듀얼 다이오드를 형성하기 위해 반도체 기판(10)에 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)을 맞닿게 형성한다. 그리고, N웰 영역(20)에 듀얼 다이오드 중 하나인 P형 다이오드(40)를 형성하고, P웰 영역(30)에 듀얼 다이오드 중 다른 하나인 N형 다이오드(50)를 형성한다. 그리 고, 듀얼 다이오드가 형성된 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)의 일부에 추가적인 접합 영역 및 NMOS 트랜지스터로 구성되는 LVTSCR(60)을 형성한다. Referring to FIG. 2, the ESD protection device according to the first embodiment forms the
보다 더 상세히 살펴보면, N웰 영역(20) 내에는, P형 다이오드(40)로부터 소정 간격 이격되어, P형 다이오드(40)를 둘러싸는 P형 불순물 영역(62)이 형성된다.In more detail, in the
P웰 영역(30) 내에는, N형 다이오드(50)의 일측으로부터 소정 간격 이격되며, NMOS 트랜지스터의 게이트(64)를 중심으로 양측에 N형 불순물 영역(66, 68)이 형성된다. 이때, N형 불순물 영역(66)은 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)에 겹쳐지게 형성된다. In the
도 3은 도 2의 정전기 방전 보호 소자를 X-X'라인으로 절단한 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line X-X 'of the electrostatic discharge protection device of FIG.
도 3을 참조하면, P형 반도체 기판(10)에 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)이 맞닿게 형성된다.Referring to FIG. 3, the
N웰 영역(20) 내에 형성된 P형 다이오드(40)는 중심부에 P형 불순물 영역(42)이 형성되어 입출력 패드(PAD)와 연결되고, P형 불순물 영역(42)의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 N형 불순물 영역(44, 46)이 형성되어 전원단(VDD)과 연결된다. The P-
그리고, N웰 영역(20) 내에 P형 다이오드(40)와 소정 간격 이격되어 추가적으로 형성되는 P형 불순물 영역(62)은 전원단(VDD)에 연결되어 내장형 LVTSCR(60)의 애노드(anode) 역할을 한다. In addition, the P-
P웰 영역(30) 내에 형성된 N형 다이오드(50)는 중심부에 N형 불순물 영역(52)이 형성되어 입출력 패드(PAD)와 연결되고, N형 불순물 영역(52)의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 P형 불순물 영역(54, 56)이 형성되어 접지단(VSS)과 연결된다. The N-
그리고, P웰 영역(30) 내에 N형 다이오드(50)의 일측으로부터 소정 간격 이격되며, 반도체 기판(10) 상의 소정 영역에 게이트 산화막을 사이에 두고 형성된 게이트(64)를 중심으로 양측에 N형 불순물 영역(66, 68)이 형성된다. 여기서, 게이트(64)는 NMOS 형 게이트이며, N형 불순물 영역(66)은 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)에 걸쳐서 형성된다. The N-
이와 같이 형성된 게이트(64)와 N형 불순물 영역(66, 68)은 NMOS 트랜지스터를 형성한다. 이때, 게이트(64)와 N형 불순물 영역(68)은 접지단(VSS)에 연결되어 LVTSCR(60)의 캐소드(cathode) 역할을 하고, N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)에 걸쳐서 형성된 N형 불순물 영역(66)은 플로팅(floating) 상태로 존재하며, 중간 접합 영역에서의 파괴 전압을 낮추는 역할을 한다. The
상술한 바와 같이, 듀얼 다이오드가 형성되는 영역 내에 추가적인 접합 영역(P형 불순물 영역(62)) 및 NMOS 트랜지스터(64, 66, 68)를 배치함으로써 LVTSCR(60) 클램프를 내장한 듀얼 다이오드가 형성된다. As described above, an additional junction region (P-type impurity region 62) and
이와 같은 ESD 보호 소자를 사용한 ESD 보호 회로의 정전기 방전 경로를 도 4a 내지 도 4b에 도시하였다. An electrostatic discharge path of an ESD protection circuit using such an ESD protection element is shown in FIGS. 4A to 4B.
우선, 도 4a를 참조하여 ESD 보호 회로의 정전기 방전 경로를 살펴보면, 도면부호 1은 입출력 패드(PAD)로부터 양(Positive)의 정전기가 발생하는 경우, P형 다이오드(40)와 내장된 LVTSCR 클램프(60)를 거쳐 접지단(VSS)으로 형성되는 전류 경로를 나타낸다.First, referring to FIG. 4A, the electrostatic discharge path of the ESD protection circuit is shown. Referring to FIG. 1, in the case where positive static electricity is generated from the input / output pad PAD, the P-
그리고, 도 4a의 도면부호 2는 입출력 패드(PAD)로부터 음(Negative)의 정전기가 발생하는 경우, 음의 정전기를 소멸시키기 위해 접지단(VSS)에서 N형 다이오드(50)를 거쳐 입출력 패드(PAD)로 생성되는 전류 경로를 나타낸다. In addition, in FIG. 4A, when negative static electricity is generated from the input / output pad PAD, an input / output pad (N / O diode 50) is passed through the N-
다음으로, 도 4b를 참조하여 ESD 보호 회로의 정전기 방전 경로를 살펴보면,도 4b의 도면부호 3은 입출력 패드(PAD)로부터 양의 정전기가 발생하는 경우, P형 다이오드(40)를 통해 전원단(VDD)으로 형성되는 전류 경로를 나타낸다.Next, referring to FIG. 4B, the electrostatic discharge path of the ESD protection circuit is shown. Referring to FIG. 4B,
그리고, 도 4b의 도면부호 4는 입출력 패드(PAD)로부터 음의 정전기가 발생하는 경우, 음의 정전기를 소멸시키기 위해 전원단(VDD)에서 내장된 LVTSCR 클램프(60)와 접지단(VSS) 및 N형 다이오드(50)를 거쳐 입출력 패드(PAD)로 생성되는 전류 경로를 나타낸다. In addition,
도 5a 내지 도 5b는 도 4a 내지 도 4b의 정전기 방전 경로를 단면도에 나타낸 도면이다.5A to 5B are cross-sectional views of the electrostatic discharge path of FIGS. 4A to 4B.
도 5a를 참조하여, 도 4a의 도면부호 1의 전류 경로를 상세히 살펴보면, 입출력 패드(PAD)로부터 발생되는 양의 정전기는 P형 다이오드(40)의 P형 불순물 영역(42)을 통해 N웰 영역(20)으로 유입되고, P형 불순물 영역(42) 양측의 N형 불순물 영역(44, 46)을 통해 전원단(VDD)이 연결된 라인으로 전달된다. 그리고, N웰 영역(20)에 형성된 LVTSCR의 애노드에 해당하는 P형 불순물 영역(62)을 통해 다시 N웰 영역(20)으로 유입되고, P웰 영역(30)에 형성된 N형 불순물 영역(68)을 통해 접지단(VSS)으로 방전된다. Referring to FIG. 5A, referring to the current path of FIG. 1 in detail in FIG. 4A, the positive static electricity generated from the input / output pad PAD is transferred to the N well region through the P-
도 5a를 참조하여, 도 4a의 도면부호 2의 전류 경로를 상세히 살펴보면, 입출력 패드(PAD)로부터 발생되는 음의 정전기는 접지단(VSS)에서 N형 다이오드(50)의 P형 불순물 영역(54, 56)을 통해 P웰 영역(30)을 거쳐, N형 불순물 영역(52)을 통해 입출력 패드(PAD)로 형성되는 전류 경로에 의해 소멸된다. Referring to FIG. 5A, referring to the current path of FIG. 2 in detail in FIG. 4A, the negative static electricity generated from the input / output pad PAD is transferred to the P-
도 5b를 참조하여, 도 4b의 도면부호 3의 방전 경로를 상세히 살펴보면, 입출력 패드(PAD)로부터 발생되는 양의 정전기는 P형 다이오드(40)의 P형 불순물 영역(42)을 통해 N웰 영역(20)으로 유입되고, P형 불순물 영역(42) 양측의 N형 불순물 영역(44, 46)을 통해 전원단(VDD)으로 방전된다. Referring to FIG. 5B, when the discharge path of
도 5b를 참조하여, 도 4b의 도면부호 4의 전류 경로를 상세히 살펴보면, 입출력 패드(PAD)로부터 발생되는 양의 정전기는 전원단(VDD)에서 내장된 LVTSCR의 애노드에 해당하는 N웰 영역(20) 내의 P형 불순물 영역(62)을 거쳐, P웰 영역(30) 내에 형성된 N형 불순물 영역(68)을 통해 접지단(VSS) 라인과 연결되고, N형 다이오드(50)의 P형 불순물 영역(54, 56)을 통해 P웰 영역(30)을 거쳐 N형 불순물 영역(52)을 통해 입출력 패드(PAD)까지 형성되는 전류 경로에 의해 소멸된다. Referring to FIG. 5B, referring to the current path indicated by
이와 같은, 클램프를 내장한 듀얼 다이오드를 ESD 보호 소자로 사용함으로써, ESD 보호 회로의 면적이 개선된다. By using such a dual diode with a built-in clamp as an ESD protection device, the area of the ESD protection circuit is improved.
또한, 클램프를 듀얼 다이오드 내에 내장함으로 다이오드와 클램프 사이의 거리를 좁혀 저항을 줄이게 되어, 결과적으로, ESD 보호 회로의 성능이 개선된다. In addition, by embedding the clamp within the dual diode, the distance between the diode and the clamp is reduced to reduce the resistance, resulting in improved performance of the ESD protection circuit.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. 6 is a cross-sectional view showing the structure of an electrostatic discharge protection device according to a second embodiment of the present invention.
도 6의 정전기 방전 보호 소자는, 듀얼 다이오드를 형성하기 위해 반도체 기판(10)에 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)을 맞닿게 형성하고, N웰 영역(20)에 듀얼 다이오드 중 하나인 P형 다이오드(40)를 형성하고, P웰 영역(30)에 듀얼 다이오드 중 다른 하나인 N형 다이오드(50)를 형성한다. 그리고, 듀얼 다이오드가 형성된 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)의 일부에 추가적인 접합 영역 및 NMOS 트랜지스터로 구성되는 LVTSCR(60)을 형성한 도 3의 구조와 유사하다. The electrostatic discharge protection device of FIG. 6 is formed so that the
그러나, 도 6의 제 2 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자는, 도 3의 제 1 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자에 추가하여 트리거 보조 수단(70)을 더 구비한다.However, the electrostatic discharge protection device according to the second embodiment of FIG. 6 further includes a trigger assistance means 70 in addition to the electrostatic discharge protection device according to the first embodiment of FIG. 3.
트리거 보조 수단(70)은 전압단(VDD)와 접지단(VSS) 사이에 직렬로 연결된 저항(R1)과 캐패시터(C1)를 포함하여 구성된다. The trigger auxiliary means 70 includes a resistor R1 and a capacitor C1 connected in series between the voltage terminal VDD and the ground terminal VSS.
그리고, 트리거 보조 수단(70)은 정전기 발생 초기의 교류 전류에 대응하여 저항(R1)과 캐패시터(C1) 사이의 노드에서 발생하는 전압 강하를 검출하여 도 3에서 플로팅(floating) 상태로 존재하던 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)에 걸쳐서 형성된 N형 불순물 영역(66)으로 인가한다. In addition, the trigger auxiliary means 70 detects a voltage drop generated at the node between the resistor R1 and the capacitor C1 in response to an alternating current at the initial stage of static electricity generation and is present in a floating state in FIG. 3. The N-
따라서, 정전기가 발생하여 입출력 패드(PAD)의 전압이 상승하면, NMOS 트랜지스터에 기생하고 있는 바이폴라 트랜지스터가 LVTSCR에 앞서 우선 동작하게 되므로 ESD 보호 회로의 동작 속도가 개선된다.Therefore, when static electricity is generated and the voltage of the input / output pad PAD rises, the bipolar transistor parasitic in the NMOS transistor is operated prior to the LVTSCR, thereby improving the operation speed of the ESD protection circuit.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 정전기 방전 보호 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing the structure of an electrostatic discharge protection device according to a third embodiment of the present invention.
도 7의 제 3 실시예는 듀얼 다이오드가 형성되는 접합 영역 내에 일부를 사용하여 클램프를 내장시킨 ESD 보호 소자로, 도 7에 내장된 클램프는, SCR의 높은 트리거 전압을 개선하기 위해 개량된 수정 수평형 실리콘 제어 정류기(Modified lateral Silicon Controlled Rectifier: MLSCR, 이하 MLSCR 이라 함)이다. MLSCR의 구조는 LVTSCR과 유사하나, LVTSCR의 게이트를 대신하여 두꺼운 산화막을 이용하는 것이 다르다.The third embodiment of FIG. 7 is an ESD protection device in which a clamp is used by using a part in a junction region where a dual diode is formed, and the clamp included in FIG. 7 is an improved modification number to improve the high trigger voltage of the SCR. Modified lateral Silicon Controlled Rectifier (MLSCR, hereinafter referred to as MLSCR). The structure of the MLSCR is similar to that of the LVTSCR, except that a thick oxide film is used in place of the gate of the LVTSCR.
도 7을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 ESD 보호 소자는, 듀얼 다이오드를 형성하기 위해 P형 반도체 기판(10)에 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)을 맞닿게 형성한다. 그리고, N웰 영역(20)에 듀얼 다이오드 중 하나인 P형 다이오드(40)를 형성하고, P웰 영역(30)에 듀얼 다이오드 중 다른 하나인 N형 다이오드(50)를 형성한다. 그리고, 듀얼 다이오드가 형성된 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)의 일부에 추가적인 접합 영역을 형성하여 MLSCR(80)을 형성한다. Referring to FIG. 7, the ESD protection device according to the third embodiment forms the
보다 더 상세히 살펴보면, N웰 영역(20) 내에 형성된 P형 다이오드(40)는 중심부에 P형 불순물 영역(42)이 형성되어 입출력 패드(PAD)와 연결되고, P형 불순물 영역(42)의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 N형 불순물 영역(44, 46)이 형성되어 전원단(VDD)과 연결된다. In more detail, the P-
그리고, N웰 영역(20) 내에 P형 다이오드(40)와 소정 간격 이격되어 추가적으로 형성되는 P형 불순물 영역(82)은 전원단(VDD)에 연결되어 내장형 MLSCR(80)의 애노드(anode) 역할을 한다. In addition, the P-
P웰 영역(30) 내에 형성된 N형 다이오드(50)는 중심부에 N형 불순물 영 역(52)이 형성되어 입출력 패드(PAD)와 연결되고, N형 불순물 영역(52)의 양측으로 소정 간격 이격되어 평행하게 P형 불순물 영역(54, 56)이 형성되어 접지단(VSS)과 연결된다. The N-
그리고, P웰 영역(30) 내에 N형 다이오드(50)의 일측으로부터 소정 간격 이격되어, N형 불순물 영역(84, 86)이 형성된다. 여기서, N형 불순물 영역(84)의 일측과 마주보는 N형 불순물 영역(86)의 일측 사이에 두꺼운 산화막(미도시)이 형성되어, 이들 N형 불순물 영역(84, 86)이 격리된다. N-
그리고, N형 불순물 영역(84)은 N웰 영역(20)과 P웰 영역(30)에 걸쳐서 형성되며, 플로팅(floating) 상태로 존재하며, 중간 접합 영역에서의 파괴 전압을 낮추는 역할을 한다. 다른 N형 불순물 영역(86)은 접지단(VSS)에 연결되어 MLSCR(80)의 캐소드(cathode) 역할을 한다. In addition, the N-
상술한 바와 같이, 듀얼 다이오드가 형성되는 영역 내에 추가적인 접합 영역(P형 불순물 영역(82), N형 불순물 영역(84, 86))을 배치함으로써 MLSCR(80) 클램프를 내장한 듀얼 다이오드가 형성된다. As described above, additional diodes (P-
도 7의 제 3 실시예에 따른 ESD 보호 소자를 사용한 ESD 보호 회로의 정전기 방전 경로는 도 2의 제 1 실시예에 따른 ESD 보호 소자를 사용한 ESD 보호 회로의 정전기 방전 경로와 같으므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.The electrostatic discharge path of the ESD protection circuit using the ESD protection device according to the third embodiment of FIG. 7 is the same as the electrostatic discharge path of the ESD protection circuit using the ESD protection device according to the first embodiment of FIG. Let's do it.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 LVTSCR 또는 MLSCR을 클램프로 내장한 듀얼 다이오드에 대해 도시하고 설명하였지만. 본 발명의 구성은 다양한 SCR을 클램프로 내장한 듀얼 다이오드에도 적용될 수 있다. Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the dual diode having the LVTSCR or the MLSCR as a clamp is illustrated and described. The configuration of the present invention can be applied to dual diodes in which various SCRs are embedded as clamps.
따라서, 본 발명에 의하면, 클램프 소자를 듀얼 다이오드가 형성되는 영역 내에 형성함으로써 소자의 면적을 개선함으로써 ESD 보호 소자의 면적을 감축하는 효과가 있다. Therefore, according to the present invention, the clamp element is formed in the region where the dual diode is formed, thereby improving the area of the element, thereby reducing the area of the ESD protection element.
또한, 본 발명에 의하면, 클램프 소자를 듀얼 다이오드가 형성되는 영역 내에 형성함으로써 다이오드와 클램프 사이의 거리의 단축으로 듀얼 다이오드와 클램프 사이의 저항 성분이 낮춰 ESD 보호 소자의 방전 성능을 개선하는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, by forming the clamp element in the region in which the dual diode is formed, the resistance component between the dual diode and the clamp is lowered by shortening the distance between the diode and the clamp, thereby improving the discharge performance of the ESD protection element. .
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060061570A KR20080003042A (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Electrostatic discharge protection element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060061570A KR20080003042A (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Electrostatic discharge protection element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20080003042A true KR20080003042A (en) | 2008-01-07 |
Family
ID=39214458
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060061570A KR20080003042A (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Electrostatic discharge protection element |
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KR (1) | KR20080003042A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101315990B1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-10-08 | 단국대학교 산학협력단 | Electrostatic discaharge Protection Device |
-
2006
- 2006-06-30 KR KR1020060061570A patent/KR20080003042A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101315990B1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-10-08 | 단국대학교 산학협력단 | Electrostatic discaharge Protection Device |
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