KR20160096555A - 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

제 1 외부 접속 단자와 VSS 에 접속되는 제 2 외부 접속 단자 사이에, ESD 보호 소자로서의 오프 트랜지스터와 출력 소자를 구비한 반도체 장치에 있어서, 제 2 외부 접속 단자로부터 오프 트랜지스터의 소스에 이르는 제 1 내부 배선에는, 시일링 배선이 접속 배선을 사용하여 병렬로 접속되어 있고, 이 부분의 기생 저항은, 오프 트랜지스터의 소스와 출력 소자의 소스를 연결하는 제 2 내부 배선의 기생 저항보다 작아져 있다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 정전 방출 (Electro-Static Discharge 이하, ESD 라고 한다) 에 의해 발생한 정전기 펄스에 의한 파괴로부터 반도체 집적 회로 (이하, IC 라고 한다) 를 보호하기 위해서, 외부 접속 단자와 내부 회로 영역, 혹은, 외부 접속 단자와 출력 소자 사이에 형성된 ESD 보호 소자를 갖는 반도체 장치에 관한 것이다.
종래부터, IC 로 대표되는 반도체 장치에서는, ESD 보호 소자를 구비하고 있고, 그 ESD 보호 소자는, N 형 MOS 트랜지스터의 게이트 전위를 그라운드 (이하, VSS 라고 한다) 에 고정하여, 정상 상태에서 오프 상태로 되어 있는, 이른바 오프 트랜지스터가 알려져 있다.
ESD 대책으로서, 내부 회로 소자, 혹은, 드라이버로 대표되는 출력 소자의 ESD 파괴를 방지하기 위해서, 가능한 한 많은 정전기 펄스를 오프 트랜지스터에 도입하고, VSS 로 방출하는 것이 중요해지고 있다. 그 때문에, ESD 의 정전기 펄스에 의해 발생되는, ESD 로부터 보호해야 할, 내부 회로 소자 및 출력 소자에 흐를 수 있는 전류를 VSS 로 흐르게 하기 위해서, 오프 트랜지스터의 기생 저항이, IC 의 VSS 로부터 보아, 저감되도록 하는 것이 중요해지고 있다.
그러나, 예를 들어, IC 사이즈가 커지는 경우, VSS 로부터 오프 트랜지스터까지의 거리가 멀어짐으로써, 오프 트랜지스터의 소스의 기생 저항의 영향이 현재화 (顯在化) 되어, 오프 트랜지스터가 충분한 능력을 발휘할 수 없어, 본래 도입해야 할 정전기 펄스를, 내부 회로 소자, 혹은, 출력 소자에 정전기 펄스가 전파되어 버려, ESD 에서 기인하는 IC 파괴가 되는 경우가 있다.
이 문제의 개선책의 예로서, 하기의 특허문헌에 있는 바와 같이, 외부 접속 단자로부터 ESD 보호 소자까지의 기생 저항과, ESD 보호 소자로부터 내부 회로 소자까지의 기생 저항에, 기생 저항의 대소 관계를 구비함으로써, 가능한 한 많은 정전기 펄스를 ESD 보호 소자에 도입하는 것을 특징으로 한 디바이스 구성도 제안되어 있다.
종래부터, 특히 볼티지 디텍터 혹은 볼티지 레귤레이터로 대표되는 파워 매니지먼트 IC 는, 고구동 능력 및 고부가가치에 주목하여 개발이 되어 왔다. 고구동 능력에 대한 연구는, 예를 들어, 출력 소자를 VSS 부근에 배치함으로써, 출력 소자의 기생 저항을 저감시켜 왔다. 고부가가치에 대한 연구는, 예를 들어, 종래의 CMOS 프로세스에서 내부 회로를 구성함으로써, 오리지널 기능을 부가해 왔다.
그러나, 전술한 고구동 능력화에 있어서는, 오프 트랜지스터보다 출력 소자의 기생 저항이 저감되어 버린 결과, 정전기 펄스를 오프 트랜지스터에서 충분히 도입할 수 없어, 출력 소자에 전파되어, IC 파괴에 이르러 버릴 것이 우려된다.
또, 후술하는 고부가가치에 있어서는, IC 사이즈가 커져 버렸기 때문에, 외부 접속 단자가 IC 의 VSS 로부터 멀어짐으로써, 오프 트랜지스터의 소스의 기생 저항이 현재화되어 버린 결과, 정전기 펄스가 오프 트랜지스터에서 충분히 도입될 수 없어, 내부 회로 소자에 전파되어, IC 파괴에 이르러 버릴 것이 우려된다.
일본 공개특허공보 2009-49331호
그래서, 본 발명에 있어서는, 소스의 기생 저항을 저감시킨 오프 트랜지스터를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이하의 수단을 취한다. 즉, 오프 트랜지스터를 구비한, IC 로 대표되는 반도체 장치에 있어서, 오프 트랜지스터의 소스의 기생 저항을 저감시키기 위해, 오프 트랜지스터의 소스에 접속되어 있는 전위가 VSS 인 내부 배선은, IC 외주에 배치되어 있는 시일링 배선과 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치로 한다.
본 발명에 의하면, 오프 트랜지스터를 구비하는 반도체 장치에 있어서, 오프 트랜지스터의 소스의 기생 저항을 저감시킴으로써, 오프 트랜지스터를 신속하게 동작시켜, 출력 소자, 혹은 내부 회로 소자에 ESD 에 의해 발생되는 정전기 펄스가 전파되는 것을 억제하여, 반도체 장치의 ESD 에 대한 내성을 개선하는 것이 가능하다.
도 1 은, 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 장치의 외부 접속 단자와 ESD 보호 소자, 및 출력 소자를 나타내는 모식적 회로도이다.
도 2 는, 본 발명의 특징을 설명하는 모식적 레이아웃도이다.
도 3 은, 본 발명을 실시하는 것이 가능한 반도체 장치의 예이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 장치의 외부 접속 단자와 ESD 보호 소자, 및 출력 소자를 나타내는 모식적 회로도이다. 제 1 외부 접속 단자 (1) 는, 예를 들어, 출력을 위한 단자이다. 제 2 외부 접속 단자 (2) 는, 낮은 쪽의 전원 전압이고, 통상 접지 전위 (VSS) 에 접속된다. 제 1 외부 접속 단자 (1) 와 제 2 외부 접속 단자 (2) 사이에 접속되어 있는 소자는, 하나는 ESD 보호 소자인 오프 트랜지스터 (5) 이다. 또한, 오프 트랜지스터 (5) 와 병렬로 출력 소자 (6) 가 접속되어 있다. 즉, 출력 소자 (6) 의 출력이 제 1 외부 접속 단자 (1) 에 접속되어 있다.
오프 트랜지스터 (5) 의 소스의 기생 저항은, 오프 트랜지스터 (5) 의 소스로부터 제 2 외부 접속 단자 (2) 에 이르는 제 1 내부 배선에 기생적으로 포함되는 저항으로, 도면 중의 부호 3 으로 나타내고 있다 (이하, 오프 트랜지스터의 소스 기생 저항 (3) 이라고 한다). 출력 소자 (6) 의 소스의 기생 저항은, 출력 소자 (6) 의 소스로부터 오프 트랜지스터 (5) 의 소스에 이르는 제 2 내부 배선에 기생적으로 포함되는 저항으로, 도면 중의 부호 4 로 나타내고 있다. 이하에서는 출력 소자의 소스 기생 저항 (4) 이라고 한다.
본 발명은, 출력 소자의 소스 기생 저항 (4) 보다, 오프 트랜지스터의 소스 기생 저항 (3) 을 낮게 하는 것을 특징으로 하고 있고, 이것을 추가로 설명하기 위한 실시예를, 도 2 를 이용하여 설명한다.
도 2 는, IC 레이아웃의 일부를 나타내는 것이고, 배선의 형상을 나타내고 있다. IC 의 외주에 설치한 시일링 배선 (7) 과 내부 배선 (8) 이 그려져 있다. 내부 배선 (8) 을 제 2 외부 접속 단자 (2) 로부터 오프 트랜지스터 (5) 까지 설치하고, 또한, 내부 배선 (8) 을 시일링 배선 (7) 과 접속 배선 (9) 으로 전기적으로 접속시켜, 내부 배선 (8) 과 시일링 배선 (7) 을 병렬로 함으로써, 오프 트랜지스터의 소스 기생 저항 (3) 을 저감시키는 것이 가능해진다.
이 경우의 시일링 배선 (7) 은, 제 1 외부 접속 단자보다 낮은 전위에 접속되는 제 2 외부 접속 단자와 접속되어 있고, 전위는, 예를 들어, 접지 전위 (VSS) 이다.
또, 시일링 배선 (7) 의 배선 방법은, 일반적으로는 상기 서술한 IC 의 외주에 설치된다. 상기 서술한 바와 같이 제 2 외부 접속 단자와 접속되어 있고, 예를 들어, 접지 전위 (VSS) 로 되어 있다. 도중에 끊어지지 않고 IC 의 외주 전체를 주회 (周回) 하여 배치하는 것이 가능하다. 또, 1 개 지점이 도중에 끊어져 연속하고 있지 않은 부분이 있지만 거의 주회하여 배치하는 것도 가능하다. 이것은 시일링 배선 (7) 전체는 동일 전위로 되어 것이 바람직하기 때문이다.
도 3 은 본 발명을 실시하는 것이 가능한 반도체 장치의 예이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 일반적으로, 시일링 배선 (7), 제 2 외부 접속 단자 (2), 및 오프 트랜지스터 (5) 는 칩 형상의 IC 인 반도체 장치 (20) 의 외주를 따라 배치되는 경우가 많기 때문에, 제 2 외부 접속 단자 (2) 와 오프 트랜지스터 (5) 를 연결하는 내부 배선 (8) 을 시일링 배선 (7) 과 병렬이 되도록 접속하는 것은 곤란한 것은 아니다.
한편, 출력 소자 (6) 의 소스로부터 오프 트랜지스터 (5) 의 소스에 이르는 배선은 1 층의 배선만으로 하고, 또한, 폭을 가늘게 함으로써 기생 저항을 상대적으로 크게 할 수 있다. 또한, 출력 소자 (6) 는, 제 2 외부 접속 단자 (2) 로부터 신장되는 내부 배선 (8) 을 따라, 오프 트랜지스터 (5) 보다 멀어지도록 배치함으로써, 기생 저항을 상대적으로 크게 하는 것이 용이해진다.
또한, 다층 배선을 사용하고 있는 경우에는, 도 2 에 있어서의 내부 배선 (8) 은, 최하층 배선과 최상층 배선의 적층 구조로 해도 된다. 이 경우, 추가로 최하층 배선과 최상층 배선 사이에 복수의 중간층의 배선을 포함해도 되고, 스루홀 (10) (비아라고도 불린다) 을 통해 전기적으로 접속해 두면 좋다. 적층 구조에 있어서, 최상층 배선의 폭은, 최하층 배선과 동일 폭이어도 되고 상이해도 된다. 이와 같이 함으로써 출력 소자의 소스 기생 저항 (4) 보다, 오프 트랜지스터의 소스 기생 저항 (3) 을 낮추는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 복수의 배선으로 이루어지는 적층 구조는, 복수의 배선을 전기적으로 접속하기 위한 스루홀 (10) 을 갖고 있고, 스루홀 (10) 은 연속하여 배치해도 되고, 단속하여 띄엄 띄엄 배치해도 된다.
또, 내부 배선 (8) 은, 시일링 배선 (7) 과 접속 배선 (9) 으로 전기적으로 접속되어 있고, 접속 배선 (9) 은, 최하층 배선이어도 되고 최상층 배선이어도 되며, 혹은, 그 밖의 중간층의 배선으로도 전기적으로 접속 가능하다. 또한 접속 배선 (9) 은, 시일링 배선 (7) 과 내부 배선 (8) 의 접속에 있어서, 도 2 와 같이 단속적으로 병렬하여 복수 배치하는 것도 가능하고, 연속하여 면상으로 하나 배치하는 것도 가능하다.
또한, 지금까지, 오프 트랜지스터 (5) 보다 IC 의 내부에 있는 소자로서 출력 소자 (6) 를 예로 설명해 왔지만, 출력 소자 (6) 가 일반적인 내부 회로여도, 동일하게 본 발명을 실시할 수 있는 것은 분명하다.
1 : 제 1 외부 접속 단자
2 : 제 2 외부 접속 단자
3 : 오프 트랜지스터의 소스 기생 저항
4 : 출력 소자의 소스 기생 저항
5 : 오프 트랜지스터
6 : 출력 소자
7 : 시일링 배선
8 : 내부 배선
9 : 접속 배선
10 : 스루홀
20 : 반도체 장치

Claims (9)

  1. 제 1 외부 접속 단자와,
    상기 제 1 외부 접속 단자보다 낮은 전위에 접속되는 제 2 외부 접속 단자와,
    상기 제 1 외부 접속 단자와 상기 제 2 외부 접속 단자 사이에 병렬로 배치된 ESD 보호 소자인 오프 트랜지스터 및 출력 소자와,
    상기 제 2 외부 접속 단자와 접속되어 있는 시일링 배선으로 이루어지고,
    상기 제 2 외부 접속 단자와 상기 오프 트랜지스터의 소스를 연결하는 제 1 내부 배선의 기생 저항인 오프 트랜지스터의 소스 기생 저항은, 상기 제 1 내부 배선과 상기 시일링 배선을 접속 배선에 의해 병렬로 접속함으로써, 상기 오프 트랜지스터의 소스와 상기 출력 소자의 소스를 연결하는 제 2 내부 배선의 기생 저항인 출력 소자의 소스 기생 저항보다 작은 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내부 배선은, 최하층 배선과 최상층 배선을 포함하는 적층 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내부 배선은, 최하층 배선과 최상층 배선 사이에 중간의 배선층을 포함하고 있는 적층 구조인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 적층 구조에 포함되는 배선은, 스루홀을 통해 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 접속 배선은, 상기 최하층 배선 혹은 상기 최상층 배선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 접속 배선은, 상기 최하층 배선, 상기 최상층 배선, 혹은, 상기 중간의 배선층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시일링 배선과 상기 내부 배선을 접속하는 상기 접속 배선은, 단속하여 병렬로 복수 배치되어 있거나, 혹은 접속하여 면상으로 하나 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시일링 배선은, IC 외주에 설치되고, 연속적으로 주회하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 시일링 배선은, IC 외주에 설치되고, 도중에 끊어져 연속하고 있지 않은 1 개 지점을 제외하고 주회하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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