KR20080062530A - Electro static discharge protect circuit - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 정전기 방전 보호 회로.1 is an electrostatic discharge protection circuit according to the prior art.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정전기 방전 보호 회로.2 is an electrostatic discharge protection circuit according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 종래 기술과 본 발명에 따른 NMOS 트랜지스터의 동작을 나타내는 파형도.3 is a waveform diagram showing the operation of the NMOS transistor according to the prior art and the present invention;
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전기 방전 보호 회로. 4 is an electrostatic discharge protection circuit according to a second embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 정전기로부터 내부 회로를 보호하는 정전기 방전 보호 회로에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to an electrostatic discharge protection circuit that protects an internal circuit from static electricity.
일반적으로, 반도체 장치는 정전기로부터 내부회로를 보호하기 위한 정전기 방전 보호 회로를 구비한다. Generally, semiconductor devices have an electrostatic discharge protection circuit for protecting an internal circuit from static electricity.
도 1을 참조하면, 종래의 정전기 방전 보호 회로는, 패드 P1으로 유입된 정전기를 전원라인(17) 또는 접지라인(18)으로 방전하는 주방전부(10), 패드 P1와 접지라인(18) 사이에 연결되어 내부회로(19)을 보호하는 보조방전부(12) 및 전원라인(17) 또는 접지라인(18)으로 방전된 정전기를 상방된 전원라인(17) 또는 접지라 인(18)로 방전시키는 파워클램프부(14)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 1, a conventional electrostatic discharge protection circuit may include a
주방전부(10)로써 GPPMOS 트랜지스터(P10)와 GGNMOS 트랜지스터(N10)가 구성되고, 보조방전부(12)로써 저항(R10)과 GGNMOS 트랜지스터(N12)가 구성되며, 파워클램프부(14)로써 NMOS 트랜지스터(N14)가 구성된다.As the
상기 정전기 방전 보호 회로는 패드 P1으로 정전기가 유입될 때, 주방전부(10), 보조방전부(12) 및 파워클램프부(14)를 구성하는 트랜지스터들(N10, N12, N14, P10)이 드레인과 기판 간의 애버런치 브레이크 다운(Avalanche Break down) 현상에 따른 기생 바이폴라 동작에 의해 동작한다. 이때의 트리거 전압은 대략 8V이다. When the static electricity flows into the pad P1, the electrostatic discharge protection circuit drains the transistors N10, N12, N14, and P10 constituting the
그러나, 반도체 장치의 집적도 향상에 따라 내부 회로를 구성하는 소자들의 게이트 산화 유전막 두께가 얇아지면서 파괴 전압이 낮아지므로 동작 전압을 낮추는 동시에 턴온 속도가 빠른 정전기 방전 보호 회로의 요구가 증가하고 있다. However, as the integration density of semiconductor devices increases, the breakdown voltage is lowered as the thickness of the gate oxide dielectric layer of the elements constituting the internal circuit becomes thinner, thereby reducing the operating voltage and increasing the demand for an electrostatic discharge protection circuit having a high turn-on speed.
따라서, 본 발명의 목적은 낮은 동작 전압을 갖는 정전기 방전 보호 회로를 제공하는 데 있다. It is therefore an object of the present invention to provide an electrostatic discharge protection circuit having a low operating voltage.
또한, 본 발명의 다른 목적은 빠른 턴온 동작이 가능한 정전기 방전 보호 회로를 제공하는 데 있다. In addition, another object of the present invention to provide an electrostatic discharge protection circuit capable of fast turn-on operation.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 정전기로부터 내부회로를 보호하기 위해 제 1 전원라인과 제 2 전원라인 사이에 구비되는 정전기 방전 보호 회로에 있 어서, 패드로부터 유입되는 상기 정전기를 상기 제 1 또는 제 2 전원라인으로 방전하는 주방전부; 상기 제 1 또는 제 2 전원라인으로 방전된 상기 정전기를 상방된 상기 제 1 또는 제 2 전원라인으로 방전하는 파워클램프부; 및 상기 제 1 또는 제 2 전원라인 중 어느 하나와 상기 패드 사이에 연결되어 상기 정전기에 의한 검출 전압을 검출하여 상기 주방전부와 상기 파워클램프부를 구동시키는 트리거부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an electrostatic discharge protection circuit provided between a first power supply line and a second power supply line to protect internal circuits from static electricity. A kitchen part discharging to the second power line; A power clamp unit configured to discharge the static electricity discharged to the first or second power line to the first or second power line upward; And a trigger unit connected between any one of the first and second power lines and the pad to detect a detection voltage caused by the static electricity to drive the kitchen unit and the power clamp unit.
상기 주방전부는 상기 제 1 전원라인과 상기 패드 사이에 연결되며 게이트와 드레인이 연결된 PMOS 트랜지스터; 및 상기 제 2 전원라인과 상기 패드 사이에 연결되며 상기 검출 전압을 게이트로 인가받는 NMOS 트랜지스터;를 구비한다. The discharging part includes a PMOS transistor connected between the first power line and the pad and having a gate and a drain connected thereto; And an NMOS transistor connected between the second power line and the pad and receiving the detection voltage as a gate.
상기 파워클램프부는 게이트로 상기 검출 전압을 인가받는 NMOS 트랜지스터를 구비한다. The power clamp unit includes an NMOS transistor configured to receive the detection voltage through a gate.
상기 트리거부는 상기 제 1 또는 제 2 전원라인 중 어느 하나와 상기 방전부 사이에 연결되어 상기 검출 전압을 검출하는 저항; 및 상기 패드와 상기 저항 사이에 연결되는 다이오드 체인;을 포함하여 구성된다. The trigger unit may include a resistor connected between one of the first and second power lines and the discharge unit to detect the detection voltage; And a diode chain connected between the pad and the resistor.
상기 다이오드 체인은 직렬로 연결된 복수개의 다이오드들로 구성되며, 상기 다이오드 체인은 상기 내부회로의 동작 전압 보다 높은 전압에서 구동됨이 바람직하다.The diode chain is composed of a plurality of diodes connected in series, the diode chain is preferably driven at a voltage higher than the operating voltage of the internal circuit.
상기 제 1 전원라인은 전원 전압 라인이며, 상기 제 2 전원라인은 접지 전압 라인임이 바람직하다.Preferably, the first power line is a power voltage line, and the second power line is a ground voltage line.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 입출력 패드와 전원라인 사이에 트리거부를 구비하고 트리거부로부터 검출전압을 검출하여 주방전부와 파워클램프부를 구동시킴으로써 동작 전압을 낮추고 동작 속도를 개선한 정전기 방전 보호 회로를 제시하며, 바람직한 실시예가 도 2와 같이 실시될 수 있다.The present invention provides an electrostatic discharge protection circuit having a trigger portion between an input / output pad and a power line and detecting a detected voltage from the trigger portion to drive the kitchen portion and the power clamp portion to lower the operating voltage and improve the operation speed. An example may be implemented as shown in FIG. 2.
도 2를 참조하면, 패드 P2로 유입되는 정전기를 전원라인(27)과 접지라인(28)으로 우회하는 주방전부(20), 패드 P2와 접지라인(28) 사이에 연결되어 내부회로(29)을 보호하는 보조방전부(22), 전원라인(27) 또는 접지라인(28)으로 방전된 정전기를 상방된 전원라인(27) 또는 접지라인(28)으로 방전시키는 파워클램프부(24), 및 주방전부(20)와 파워클램프부(24)의 동작 전압을 낮추는 트리거부(26)를 포함하여 구성된다. Referring to FIG. 2, an
주방전부(20)는 전원라인(27)과 패드 P2에 연결된 GPPMOS 트랜지스터(P20)와 접지라인(28)과 패드 P2에 연결된 NMOS 트랜지스터(N20)를 구비하며, 이들 트랜지스터(P20, N20)는 유입되는 정전기에 따라 다이오드 및 트랜지스터로 동작하여 정전기를 전원라인(27) 또는 접지라인(28)으로 방전한다. The
보조방전부(22)는 패드 P2와 내부회로(29) 사이에 연결되는 저항(R20)과, 내부회로(29)와 접지라인(28) 사이에 연결되는 GGNMOS 트랜지스터(N22)를 구비하며, 유입되는 정전기를 접지라인(28)으로 방전한다. The
파워클램프부(24)는 전원라인(27)과 접지라인(28) 사이에 연결되며, 게이트가 주방전부(20)의 NMOS 트랜지스터(N20)의 게이트와 공통으로 연결되는 NMOS 트랜지스터(N24)를 구비하며, 전원라인(27) 또는 접지라인(28)로 방전된 정전기를 상반 된 전원라인(27) 또는 접지라인(28)로 방전시켜, 전원라인(27)과 접지라인(28)을 일정한 전압으로 유지한다.The
트리거부(26)는 패드 P2와 접지라인(28) 사이에 직렬로 연결되는 다이오드 체인(25)과 저항(R22)을 포함하여 구성되며, 다이오드 체인(25)과 저항(R22)의 공동 노드 N1에서 검출되는 검출 전압을 NMOS 트랜지스터(N20, N24)의 게이트로 인가한다. The
다이오드 체인(25)는 직렬로 연결된 복수개의 다이오드들(D21, D22, D23)로 구성될 수 있으며, 각 다이오드의 애노드가 패드 P1 방향으로 연결되고, 캐소드가 저항(P22) 방향으로 연결된다. The
여기서, 다이오드 체인(25)을 구성하는 다이오드의 수는 내부회로(20)의 정상적인 동작 전압 보다 높은 동작 전압을 갖도록 조절됨이 바람직하다. 예컨데, 내부회로(29)의 동작 전압이 1.8V 인 경우, 다이오드 체인(25)은 대략 0.7V의 컷인(Cut-in) 전압을 갖는 다이오드를 3개 이상 직렬로 연결하여 대략 2.1V 이상에서 동작하도록 구성한다. Here, the number of diodes constituting the
따라서, 트리거부(26)는 다이오드 체인(25)의 동작 전압 이상의 정전기가 유입되는 경우 빠르게 동작하여 NMOS 트랜지스터(N20, N24)의 게이트 전압을 상승시키므로써 이들 NMOS 트랜지스터(N20, N24)가 애버랜치 브레이크 다운 전압보다 낮은 동작 전압에서 동작하여 정전기를 방전시킨다. Accordingly, the
도 2을 참조하여 본 발명의 정전기 방전 보호 회로의 동작을 살펴본다. Referring to Figure 2 looks at the operation of the electrostatic discharge protection circuit of the present invention.
패드 P2로 양(+) 정전기가 유입되면, 주방전부(20)의 GPPMOS 트랜지스 터(P20)는 PN 다이오드 동작을 수행하여 정전기에 따른 전류를 전원라인(27)으로 인가한다. 이때, 정전기에 따른 높은 전압은 트리거부(26)의 다이오드 체인(25)을 턴온시켜 노드 N1에 발생한 전압 강하에 따른 검출 전압이 검출된다. When positive (+) static electricity flows into the pad P2, the GPPMOS transistor P20 of the
전원라인(27)으로 인가된 정전기에 따른 과도 전류는 파워클램프부(24)의 NMOS 트랜지스터(N24)의 드레인 전압을 상승시키고, 노드 N1에서 검출된 검출 전압은 NMOS 트랜지스터(N24)의 게이트 전압을 상승시켜 턴온되므로 빠르게 정전기를 접지라인(28)으로 방전한다. 동시에, 노드 N1에서 검출된 검출 전압은 주방전부(20)의 NMOS 트랜지스터(N20)의 게이트 전압을 상승시키므로, NMOS 트랜지스터(N20)는 애벌랜치 브레이크 다운 전압보다 낮은 전압에서 턴온되어 정전기를 접지라인(28)으로 방전한다.The transient current due to the static electricity applied to the
도 3을 참조하면, 종래의 정전기 방전 보호 회로의 GGNMOS 트랜지스터(도 1의 N10)의 동작 파형도 A를 살펴보면 트리거 전압이 대략 8.7V로 나타나는 반면, 본 발명의 정전기 방전 보호 회로의 NMOS 트랜지스터(도 2의 N20)의 동작 파형도 B를 살펴보면 트리거 전압이 대략 4.3V로 나타난다. 이는 본 발명의 정전기 방전 호보 회로가 낮은 동작 전압에서 동작됨을 의미한다. Referring to FIG. 3, when the operation waveform of the GGNMOS transistor (N10 of FIG. 1) of the conventional electrostatic discharge protection circuit is viewed, the trigger voltage is approximately 8.7V, while the NMOS transistor of the electrostatic discharge protection circuit of the present invention (FIG. Referring to B of the operation waveform of N20) of 2, the trigger voltage is approximately 4.3V. This means that the electrostatic discharge hobo circuit of the present invention is operated at a low operating voltage.
여기서, 가로축은 애벌런치 브레이크 다운 트리거 전압(V)을, 세로축은 정전기 방전에 의한 전류(I)를 각각 나타낸다. Here, the horizontal axis represents the avalanche breakdown trigger voltage V, and the vertical axis represents the current I due to electrostatic discharge.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전기 방전 보호 회로는, 주방전부(30), 보조방전부(32) 및 파워클램프부(34)의 제 1 실시예와 동일하게 구성된다. 즉, 도 3의 각 구성요소 30, 32, 34는 도 2의 20, 22, 24에 대응되며, 이 들에 대한 중복 설명은 생략한다.Referring to FIG. 4, the electrostatic discharge protection circuit according to the second embodiment of the present invention is configured in the same manner as the first embodiment of the
반면, 트리거부(36)의 다이오드 체인(35)을 구성하는 다이오드(D31, D32, ..., D3N) 수를 가변하여 기생 캐패시턴스의 용량을 감소시켜 신호 지연 속도를 개선함으로써 라이징 구간이 짧은 정전기를 효과적으로 방전시킨다. On the other hand, by varying the number of diodes D31, D32, ..., D3N constituting the
따라서, 본 발명에 의하면 트리거부를 구비함으로써 정전기 방전 보호 회로의 동작 전압을 낮추고 빠른 시간에 턴온됨으로써 내부 회로를 안전하게 보호하는 효과가 있다. Therefore, according to the present invention, the trigger unit has an effect of lowering the operating voltage of the electrostatic discharge protection circuit and turning on it in a short time to secure the internal circuit.
또한, 본 발명에 의하면 상기 트리거부를 다이오드 체인으로 구성함으로써 캐패시턴스 증가를 방지함으로써 동작 속도가 빠른 정전기 방전 보호 회로를 제공하는 효과가 있다. In addition, according to the present invention has an effect of providing an electrostatic discharge protection circuit with a high operating speed by preventing the increase in capacitance by configuring the trigger portion of the diode chain.
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FR3129254A1 (en) * | 2021-11-18 | 2023-05-19 | STMicroelectronics (Alps) SAS | Protection of a domain of an integrated circuit against overvoltages |
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2006
- 2006-12-29 KR KR1020060138464A patent/KR20080062530A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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