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KR20070061264A - Triple well p-type low voltage triggered esd protection device - Google Patents

Triple well p-type low voltage triggered esd protection device Download PDF

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KR20070061264A
KR20070061264A KR1020060076773A KR20060076773A KR20070061264A KR 20070061264 A KR20070061264 A KR 20070061264A KR 1020060076773 A KR1020060076773 A KR 1020060076773A KR 20060076773 A KR20060076773 A KR 20060076773A KR 20070061264 A KR20070061264 A KR 20070061264A
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한국전자통신연구원
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Abstract

A triple well p-type low voltage triggered ESD protection device is provided to perform an operation at a low trigger voltage, to minimize parasitic capacitance, and to obtain a fast response speed to an ESD pulse. A deep n-type well(30) is formed on a p-type substrate(20). An n-type well(40) and a p-type well(50) are formed within the deep n-type well. A bias applying region is formed to apply directly a bias voltage to the p-type well. The bias applying region is formed with a p+ diffusion region(80) which is formed at a junction side of the n-type well and the p-type well.

Description

3중-웰 저전압 트리거 ESD 보호 소자{Triple Well P-type Low Voltage Triggered ESD Protection Device}Triple Well P-type Low Voltage Triggered ESD Protection Device

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3중-웰 공정을 이용하여 낮은 트리거 전압을 갖는 SCR 구조의 ESD 보호소자를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing an ESD protection device of the SCR structure having a low trigger voltage using a triple-well process according to an embodiment of the present invention.

도 2는 종래기술에 따른 수평 pnp와 수평 npn 트랜지스터로 구성된 ESD 보호 소자의 구조를 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of an ESD protection device composed of a horizontal pnp and a horizontal npn transistor according to the prior art.

도 3은 종래기술에 따른 LVTSCR(Low Voltage Triggered SCR)의 구조를 나타낸 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of a low voltage triggered SCR (LVTSCR) according to the prior art.

도 4는 ESD 보호소자에서 애노드 전압의 변화에 따른 SCR 특성 곡선을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the SCR characteristic curve according to the change of the anode voltage in the ESD protection device.

도 5는 두 개의 단자를 가지고 있는 SCR을 간략화한 회로도.5 is a simplified circuit diagram of an SCR having two terminals.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

20 : p형-기판(substrate) 30 : 딥 n형-웰 20 p-substrate 30 deep n-well

40 : n형-웰 50 : p형-웰40: n-well 50: p-well

60 : p+ 확산 영역 70 : n+ 확산 영역60: p + diffusion region 70: n + diffusion region

80 : RC 네트워크용 p+ 확산 영역80: p + diffusion region for RC networks

본 발명은 반도체 소자 기술 중에서 외부의 정전기 등과 같은 충격으로부터 내부 회로를 보호하기 위한 ESD 보호 소자에 관한 것으로, 특히 기존의 ESD 보호회로에 사용되고 있는 통상적인 SCR과 LVTSCR(Low Voltage Triggered SCR)의 단점을 개선한 새로운 3중-웰 구조를 가지는 ESD 보호 소자에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ESD protection device for protecting an internal circuit from an impact such as external static electricity in the semiconductor device technology. In particular, the present invention addresses disadvantages of conventional SCR and low voltage triggered SCR (LVTSCR) used in existing ESD protection circuits. An improved ESD protection device having a new triple-well structure is disclosed.

전자부품 및 제품의 생산과정이나 사용 중에 생긴 정전기가 순간적으로 방전되어 집적회로 내부 소자 및 금속 배선의 파괴를 초래하는 정전기 방전(ESD: Electro-Static Discharge) 현상은 집적회로 설계분야에 있어 매우 중요한 고려대상이 되고 있다.Electro-static discharge (ESD), which causes the instantaneous discharge of static electricity generated during the production or use of electronic components and products, results in the destruction of internal circuits and metal wiring in integrated circuits. It is targeted.

특히 반도체 제조 공정기술이 DSM(Deep Sub-Micron)급에서 VDSM(Very Deep Sub-Micron)급으로 발전함에 따라 게이트 산화막의 두께는 0.1㎛ 이하로 얇아지고, 반도체 칩의 소형화가 이루어지면서 ESD에 의한 소자파괴 현상은 더욱 심각해지고 있다. 그러므로, 빠른 방전 속도(speed), 정상동작 상태에서의 투명성 (transparency), 충분한 방전 전류의 감내(robustness), 그리고 낮은 트리거 전압 특성(effectiveness) 등과 같은 여러 ESD 성능지표를 만족하는 보호소자의 개발 및 회로설계가 매우 중요하다 할 수 있다. In particular, as the semiconductor manufacturing process technology has evolved from DSM (Deep Sub-Micron) to VDSM (Very Deep Sub-Micron), the thickness of the gate oxide film is reduced to 0.1 μm or less, and as semiconductor chips become smaller, Device destruction is becoming more serious. Therefore, the development of a protection device that satisfies several ESD performance indicators, such as high discharge speed, transparency in normal operation, robustness of sufficient discharge current, and low trigger voltage effectiveness, and Circuit design is very important.

SCR구조의 ESD 보호소자는 일반적인 ggNMOS(gate grounded NMOS)나 gcNMOS(gate coupled NMOS)보호소자에 비해 큰 ESD 보호능력을 가지고 있으며, 적은 면적으로 인해 보호회로의 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance) 성분을 최소화하여 최근 고속/소형화 되고 있는 반도체 칩에 적합한 특성을 갖는다.ESD protection device of SCR structure has larger ESD protection than general ggNMOS (gate grounded NMOS) or gcNMOS (gate coupled NMOS) protection device, and due to its small area, it minimizes the parasitic capacitance component of the protection circuit. It has the characteristics suitable for the semiconductor chip which is becoming high speed / miniaturization.

도 2에 도시한 바와 같은 통상적인 SCR은 일반적으로 사용되고 있는 ggNMOS 등의 다른 소자보다 훨씬 큰 ESD 보호능력을 가지고 있다. 이와 같은 특성을 이용하여 적은 면적의 소모로 원하는 ESD 보호능력을 얻을 수 있으며, ESD 보호회로가 갖는 기생 캐패시턴스 성분 또한 최소화 할 수 있으므로 고주파용 아날로그 및 RF 회로에 적합한 장점이 있다. 그러나, 도시한 통상적인 SCR은 트리거 전압이 약 30V 정도로 매우 높아서 이러한 보호소자가 동작하기 이전에, 반도체 칩 내부회로 (core circuit)에 있는 MOSFET의 게이트 산화막이 파괴되거나 ESD 전류가 유입됨에 따라 내부선로가 열화 손상될 수 있는 위험 요인을 가지고 있었다. Conventional SCRs as shown in FIG. 2 have much greater ESD protection than other devices such as ggNMOS that are commonly used. By using such characteristics, the desired ESD protection can be obtained with a small area consumption, and parasitic capacitance components of the ESD protection circuit can be minimized, which is suitable for high frequency analog and RF circuits. However, the typical SCR shown in the drawing has a very high trigger voltage of about 30V, so that before the protection device is operated, the internal line may be damaged as the gate oxide of the MOSFET in the semiconductor chip core circuit breaks or an ESD current is introduced. There was a risk of deterioration and damage.

도 3에 도시한 바와 같은 다른 종래기술에 따른 LVTSCR은 통상적인 SCR과 ggNMOS의 장점을 이용한 구조로 되어 있으며, n형-웰과 p형-기판간의 접합에 걸쳐있는 n+와, p형-기판에서의 항복전압에 의한 트리거 동작을 하게 된다. 즉 SCR 구조에 ggNMOS를 형성한 것으로 볼 수 있으며, ggNMOS 구조를 사용하여 수평(lateral) npn 트랜지스터의 베이스 폭(base width)을 채널 폭으로 최소화함으로써, 전류이득을 높여 낮은 트리거 전압을 가질 수 있게 된다. 또한 SCR의 수평 pnp 트랜지스터의 베이스 폭도 최소화하여 약 6V 정도의 트리거 전압을 갖는 보호소자를 구현할 수 있게 된다. 그러나 최근에는 VDSM 공정기술의 발달로 약 1.5V 정도까지의 낮은 전원전압을 갖는 I/O 인터페이스 회로 및 반도체 칩에 대한 제품개발과 상품화가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 VDSM급 고속/저전압 회로에 LVTSCR를 적용하기에는 여전히 트리거 전압이 높다.The LVTSCR according to another prior art as shown in FIG. 3 has a structure utilizing the advantages of conventional SCR and ggNMOS, and has a structure in n + and p-type substrates that span the junction between n-well and p-type substrates. It triggers by the breakdown voltage of. In other words, the ggNMOS is formed in the SCR structure, and the base width of the lateral npn transistor is minimized to the channel width by using the ggNMOS structure, thereby increasing the current gain to have a low trigger voltage. . In addition, the base width of the horizontal pnp transistor of the SCR is also minimized to implement a protection device having a trigger voltage of about 6V. Recently, with the development of VDSM process technology, product development and commercialization of I / O interface circuits and semiconductor chips with a low power supply voltage of about 1.5V are actively progressed. LVTSCR is applied to these VDSM-class high-speed / low-voltage circuits. The trigger voltage is still high to apply.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고속/저전압 특성을 가지는 반도체 칩에 적용할 수 있는 ESD 보호 소자를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an ESD protection device applicable to a semiconductor chip having high speed / low voltage characteristics.

또한, 본 발명은 낮은 트리거 전압으로 동작하면서도 기생 커패시턴스를 최소화할 수 있는 ESD 보호 소자를 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an ESD protection device capable of minimizing parasitic capacitance while operating at a low trigger voltage.

또한, 본 발명은 ESD 펄스에 대한 빠른 응답속도를 가지는 ESD 보호 소자를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide an ESD protection device having a fast response speed against an ESD pulse.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 진보된 CMOS 공정기술 중 하나인 딥 웰(Deep well) 공정을 이용하여 ESD 보호를 위한 새로운 구조의 3중-웰 저전압 트리거 ESD 보호 소자를 제안한다. In order to achieve the above object, the present invention proposes a novel triple-well low voltage trigger ESD protection device for ESD protection using a deep well process, one of advanced CMOS process technology.

CMOS 공정기술이 VDSM 급으로 발전하면서 혁신적인 기술들이 개발되고 있는데, 본 발명에서는 이러한 기술들 중 3중-웰(triple well) 공정기술을 이용하였다. 이는 p형-기판에 단순히 n형-웰과 p형-웰 공정을 하는 것이 아니라 추가적인 딥(deep) n형-웰 공정을 추가함으로써 구현될 수 있으며, 이러한 공정상의 지원은 회로구현에 있어서 많은 유용성과 확장성을 제공하고 있다. Innovative technologies are being developed as the CMOS process technology is advanced to the VDSM level, and the present invention uses a triple well process technology. This can be achieved by adding additional deep n-well processes rather than simply n-well and p-well processes on the p-substrate, and this process support is of much use in circuit implementation. And scalability.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3중-웰 저전압 트리거 ESD 보호 소자는, p형-기판상에 형성된 딥 n형-웰; 상기 딥 n형-웰의 내부에서 서로 접하도록 형성된 n형-웰 및 p형-웰; 및 상기 p형-웰에 직접 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스 인가 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.The triple-well low voltage trigger ESD protection device of the present invention for achieving the above object comprises a deep n-type well formed on a p-type substrate; N-well and p-well formed in contact with each other in the deep n-well; And a bias application region for directly applying a bias voltage to the p-well.

본 발명에서는 기존 SCR 구조의 ESD 보호소자가 갖는 단점인 높은 트리거 전압을 개선하고, 고안된 소자에 RC-네트워크를 연결하여 ESD 펄스 인가시 보호회로의 보다 빠른 응답속도를 갖게 함으로써, VSDM 공정을 바탕으로 설계 제작되어지는 고속/저전압 특성의 집적회로에 적용이 용이한 ESD 보호소자를 구현하고자 한다. 특히 진보된 CMOS 공정기술 중 하나인 딥 웰 공정을 이용하여 3중-웰 구조를 형성함으로써, SCR의 트리거가 이루어지는 p형-웰 영역에 직접적으로 바이어스를 인가할 수 있도록 설계하였다. 상기 사상에 따른 ESD 보호소자는 기존의 것들에 비해 매우 낮은 트리거 전압을 갖게 된다.In the present invention, it is designed based on the VSDM process by improving the high trigger voltage, which is a disadvantage of the ESD protection device of the conventional SCR structure, and by connecting the RC-network to the designed device to have a faster response time of the protection circuit when the ESD pulse is applied. This study is to implement an ESD protection device that can be easily applied to integrated circuits of high speed / low voltage characteristics. In particular, the triple-well structure is formed by using a deep well process, which is one of advanced CMOS process technologies, and is designed to directly apply a bias to a p-well region where an SCR trigger is performed. ESD protection device according to the above idea has a very low trigger voltage compared to the conventional ones.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

(실시예 1)(Example 1)

본 실시예에서 새로운 구조의 3중-웰 저전압 트리거 ESD 보호 소자를 구현하 기 위한 제시하는 주요 기술적 측면은 다음과 같다. 첫째, VDSM 공정상에서 CMOS 칩의 향상된 ESD 보호를 위한 SCR의 구현 방법을 제시하며, 둘째, 3중-웰 구조를 형성하기 위해 딥 웰(Deep well) 형성 기술을 사용하며, 셋째, SCR의 보다 빠른 트리거를 유도하기 위한 n형-웰과 p형-웰 접합부에 높은 도핑농도를 갖는 p+ 형성하고, RC-네트워크를 연결한 외부적인 바이어스에 의해 ESD 보호소자를 효과적으로 동작시키는 기술을 제시한다.In this embodiment, the main technical aspects proposed to implement a novel three-well low voltage trigger ESD protection device is as follows. First, we present the implementation method of SCR for improved ESD protection of CMOS chip in VDSM process. Second, we use deep well formation technology to form triple-well structure. The present invention provides a technique for effectively forming an ESD protection device by forming a p + having a high doping concentration at an n-well and a p-well junction for inducing a trigger and connecting an RC-network.

본 실시예의 ESD 보호소자의 ESD 보호 원리를 설명하기 위해, 우선 SCR 소자의 ESD 보호 원리에 대하여 설명하겠다.In order to explain the ESD protection principle of the ESD protection element of this embodiment, first, the ESD protection principle of the SCR element will be described.

기존의 SCR 구조는 하이 임피던스 상태에서 로우 임피던스 상태로 바뀌는 성질을 가지고 있기 때문에 보호 소자의 면적 대비 매우 효율적인 ESD 보호회로를 구성할 수 있다. 도 2는 간단한 수평 pnp와 수평 NPN 트랜지스터로 구성된 SCR 구조를 나타내고 있으며, n형-웰 영역에 존재하는 SCR의 P+ 확산 영역은 애노드단에 연결하며, p형-웰 안의 n+ 확산영역은 SCR의 캐소드단에 연결한다. 이러한 ESD 보호소자에서 애노드 전압의 변화에 따른 SCR 특성 곡선을 도 4에 나타내었으며, 동작 원리는 다음과 같다. Since the existing SCR structure has a property of changing from a high impedance state to a low impedance state, it is possible to construct an ESD protection circuit that is very efficient compared to the area of the protection element. 2 shows an SCR structure consisting of a simple horizontal pnp and a horizontal NPN transistor, wherein the P + diffusion region of the SCR in the n-well region is connected to the anode end, and the n + diffusion region in the p-well region is the cathode of the SCR. Connect to the stage. In the ESD protection device, the SCR characteristic curve according to the change of the anode voltage is shown in FIG. 4 and the operation principle is as follows.

애노드 전압이 트리거 전압보다 커지게 되면 pnp 트랜지스터의 에미터-베이스 접합이 순방향 바이어스 상태가 되고, pnp 트랜지스터가 턴-온 된다. pnp 트랜지스터를 통해 흐르는 전류는 p형-웰로 흐르게 되며, 이 전류에 의해 npn 트랜지스터가 턴-온 된다. n형-웰 에서 캐소드로 흐르는 npn 트랜지스터의 전류는 pnp 트랜지스터에 순방향 바이어스를 잡아주고, 이를 통해 pnp 트랜지스터에 더 이상 바이 어스를 잡아 줄 필요가 없게 되어, 애노드 전압은 최소값까지 감소하게 되는데 이를 홀딩 전압(holding voltage)이라 한다. 그 이후 SCR은 포지티브 피드백 동작을 하여 애노드단을 통해 들어오는 ESD 전류를 효과적으로 방전할 수 있게 된다.When the anode voltage is greater than the trigger voltage, the emitter-base junction of the pnp transistor is forward biased and the pnp transistor is turned on. The current flowing through the pnp transistor flows into the p-well, which causes the npn transistor to turn on. The current of the npn transistor flowing from the n-well to the cathode places a forward bias on the pnp transistor, which no longer biases the pnp transistor, reducing the anode voltage to its minimum value. This is called holding voltage. Thereafter, the SCR performs a positive feedback operation to effectively discharge the ESD current through the anode stage.

두 개의 단자를 가지고 있는 SCR은 도 5의 회로로 간략화 될 수 있으며 Rn형-웰(Rnwell)과 Rp형-웰(Rpwell)은 n형-웰과 p형-웰의 저항 값이며, 이들은 각각 pnp와 npn 트랜지스터에 바이어스를 제공한다. SCR이 래치(latch) 모드에 있을 때 상태 유지를 위해서는 식(1)과 같은 조건을 만족해야 한다.Be SCR is simplified by the circuit of Figure 5 with the two terminals, and Rn-type-wells (R nwell) and Rp-type-wells (R pwell) is n-type - The resistance of the well, all of which are-well and p-type Provide bias to the pnp and npn transistors, respectively. In order to maintain state when the SCR is in latch mode, the condition as shown in Equation (1) must be satisfied.

βnpnㆍβpnp ≥ 1β npn ㆍ β pnp ≥ 1

여기서, βnpn 과 βpnp 는 npn과 pnp 트랜지스터의 전류이득이다.Here, β npn and β pnp are current gains of the npn and pnp transistors.

SCR 구조가 ESD 보호회로로 쓰일 때 보호소자가 트리거 동작을 하기 위해서는 n형-웰과 p형-웰간의 접합에서의 애벌런치 항복(avalanche breakdown)이 필요하다. VDSM Advanced CMOS 공정에서 n형-웰과 p형-기판(substrate) 사이의 애벌런치 항복 전압은 약 20V이상으로 매우 높으므로 SCR을 이용하여 ESD 보호회로를 구성하기 위해서는 트리거 전압을 반드시 낮춰야 한다.When the SCR structure is used as an ESD protection circuit, an avalanche breakdown at the junction between the n-well and p-well is required for the protection device to trigger. In the VDSM Advanced CMOS process, the avalanche breakdown voltage between n-well and p-substrate is very high, about 20V or higher, so the trigger voltage must be lowered to form an ESD protection circuit using SCR.

본 실시예에서는 3중-웰 공정을 이용하여 낮은 트리거 전압을 갖는 SCR 구조의 새로운 ESD 보호소자를 제작한다.In this embodiment, a new ESD protection device of SCR structure with low trigger voltage is fabricated using a triple-well process.

도 1에 도시한 바와 같은 본 실시예의 ESD 보호 소자는, p형-기판(20) 상에 형성된 딥 n형-웰(30); 상기 딥 n형-웰(30)의 내부에 서로 접하도록 형성된 n형-웰(40) 및 p형-웰(50); 상기 n형-웰(40) 내부에 형성되며 애노드를 이루는 p+ 확산 영역(60); 상기 p형-웰(50) 내부에 형성되며 캐소드를 이루는 n+ 확산 영역(70); 상기 n형-웰(40) 및 p형-웰(50)의 접합면에 형성되는 RC 네트워크용 p+ 확산 영역(80)을 포함한다.The ESD protection element of this embodiment as shown in FIG. 1 includes a deep n-type well 30 formed on a p-type substrate 20; An n-type well and a p-type well formed in contact with each other in the deep n-type well 30; A p + diffusion region 60 formed in the n-type well 40 and forming an anode; An n + diffusion region 70 formed inside the p-well 50 and forming a cathode; And a p + diffusion region 80 for the RC network formed at the junction of the n-well 40 and the p-well 50.

제안된 구조의 ESD 보호소자는 p형-기판(20)에 딥 n형-웰(30) 공정 후에 p형-웰(50) 과 n형-웰(40)의 트윈 웰을 형성하고, n형-웰(40)과 p형-웰(50)의 접합부에 높은 농도로 주입된 p+ 확산 영역(80)을 형성하여 p형-웰(50)에 직접적으로 바이어스를 인가함으로써 보다 낮은 트리거 전압을 유도하였다. 이 경우 n형-웰(40) 쪽의 p+(60)는 SCR의 애노드로서 I/O 패드에 연결되며, p형-웰(50) 쪽의 n+는 캐소드단으로서 접지단에 연결되어 ESD 방류 경로를 제공하게 된다.The ESD protection device of the proposed structure forms a twin well of the p-well 50 and the n-well 40 after the deep n-well 30 process on the p-type substrate 20, and the n-type- High concentration implanted p + diffusion regions 80 were formed at the junction of well 40 and p-well 50 to induce a lower trigger voltage by applying a bias directly to p-well 50. . In this case, p + (60) on the n-well 40 side is connected to the I / O pad as the anode of the SCR, and n + on the p-well 50 side is connected to the ground terminal as the cathode end to the ESD discharge path. Will be provided.

여기서, n형-웰(40)과 p형-웰(50) 사이에 높은 도핑 농도로 p+ 영역(80)을 형성하고 ESD 펄스가 입력될 때에 이 영역에 연결되어진 RC-네트워크에 의해 직접적으로 바이어스를 인가함으로써 n형-웰(40)과 p형-웰(50)간의 접합부(junction)에서 순방향 바이어스(forward bias)를 유도하게 되어 결국 애노드 단을 통해 유입된 ESD 전류가 캐소드단으로 쉽게 방전되도록 한다. 동시에 p+(80)를 통해 유입된 전류는 p형-웰(50)의 포텐셜을 증가시키고 그에 따라 수평 npn 트랜지스터가 턴-온 되게 된다. 턴-온된 npn 트랜지스터에 의해 n형-웰(40)의 포텐셜이 낮아지며, 이에 따라 수평 pnp 트랜지스터가 턴-온 되어 결국 SCR이 포지티브(positive) 피드백 동작을 함으로써 ESD 전류를 효과적으로 방전하게 된다.Here, a p + region 80 is formed between the n-well 40 and the p-well 50 at a high doping concentration and is directly biased by an RC-network connected to this region when an ESD pulse is input. By applying, induces a forward bias at the junction between the n-well 40 and the p-well 50 so that the ESD current flowing through the anode end can be easily discharged to the cathode end. do. At the same time, the current flowing through p + 80 increases the potential of p-well 50 and causes the horizontal npn transistor to turn on. The potential of the n-well 40 is lowered by the turned-on npn transistor, so that the horizontal pnp transistor is turned on, so that the SCR effectively discharges the ESD current by performing a positive feedback operation.

이는 구조적으로 딥 n형-웰(30)로 인해서 SCR의 트리거 전압을 좌우하는 p형-웰(50) 영역에 직접적인 바이어스를 인가해주는 것이 가능케 되어 기존의 SCR보다 낮은 전압에서 보호소자가 동작할 수 있다. 또한 n형-웰(40)과 p형-웰(50)간의 접합부(junction)에 p+(80)를 높은 농도로 주입하고 그 영역에 RC 네트워크를 연결하여 p형-웰(50)에 포지티브(positive) 바이어스를 인가함으로써 낮은 트리거 전압을 유도하고, ESD 펄스에 대한 보호소자의 빠른 응답속도를 갖게 할 수 있다. 그러므로 이를 통해 제작된 ESD 보호회로를 고속/저전압 특성의 VDSM급 반도체 칩에 적용하여 그 안전성 및 신뢰성을 높일 수 있도록 하였다. Due to the structure of the deep n-type well 30, it is possible to directly apply a bias to the p-type well region 50 that determines the trigger voltage of the SCR, so that the protection device may operate at a lower voltage than the conventional SCR. . In addition, a high concentration of p + (80) is injected into the junction between the n-well 40 and the p-well 50, and an RC network is connected to the region to positively form the p-well 50. Applying a positive bias induces a low trigger voltage and allows the protection device to respond quickly to ESD pulses. Therefore, the ESD protection circuit fabricated through this is applied to VDSM class semiconductor chip with high speed / low voltage characteristics to improve its safety and reliability.

본 발명의 또다른 실시예의 ESD 보호 소자는, n형 기판(substrate) 상에 형성된 딥 p형-웰; 상기 딥 p형-웰의 내부에 서로 접하도록 형성된 n형-웰 및 p형-웰; 상기 n형-웰 내부에 형성되는 p+ 확산 영역; 상기 p형-웰 내부에 형성되는 n+ 확산 영역; 및 상기 n형-웰에 직접 바이어스 전압을 인가하기 위해 상기 n형-웰 및 p형-웰의 접합면에 형성되는 RC 네트워크용 p+ 확산 영역(바이어스 인가 영역)을 포함한다.In another embodiment, an ESD protection device includes a deep p-well formed on an n-type substrate; N-well and p-well formed in contact with each other inside the deep p-well; A p + diffusion region formed inside said n-well; An n + diffusion region formed inside the p-well; And a p + diffusion region (bias application region) for the RC network formed on the junction of the n-well and p-well to directly apply a bias voltage to the n-well.

본 실시예의 ESD 보호 소자는 상기 제1 실시예의 ESD 보호 소자와 p형-영역과 n형 영역이 뒤바뀐 대칭 구조를 이루고 있으므로, 접지전압을 중심으로 상기 제1 실시예의 경우와 대칭되는 동작 특성을 가지며, 기준이 되는 접지전압에 대하여 음(-)의 값의 전원전압을 인가받아 동작하는 반도체 칩의 경우에 적용이 유리하다.Since the ESD protection element of the present embodiment has a symmetrical structure in which the p-type region and the n-type region of the ESD protection element of the first embodiment are reversed, the ESD protection element has an operating characteristic that is symmetrical to that of the first embodiment with respect to the ground voltage. For example, it is advantageous to apply to a semiconductor chip operating by receiving a negative power supply voltage with respect to a ground voltage as a reference.

본 실시예의 ESD 보호 소자의 경우 p+ 확산 영역은 반도체 칩의 접지전압으 로 연결되며, n+ 확산 영역은 반도체 칩의 I/O 패드로 연결되어, 상기 I/O 패드로 인가되는 음(-)의 고전압을 가지는 ESD 펄스가 반도체 칩으로 유입되는 것을 차단하게 된다. SCR에 직접적인 바이어스를 인가하기 위한 상기 RC 네트워크용 p+ 확산 영역도 n+ 확산 영역으로 형성되며, 여기에 인가되는 바이어스 전압도 상기 제1 실시예의 경우와 반대의 부호(+,-)를 가지게 된다. In the ESD protection device of this embodiment, the p + diffusion region is connected to the ground voltage of the semiconductor chip, and the n + diffusion region is connected to the I / O pad of the semiconductor chip, and is applied to the negative I / O pad. ESD pulses having a high voltage are blocked from entering the semiconductor chip. The p + diffusion region for the RC network for directly applying a bias to the SCR is also formed as an n + diffusion region, and the bias voltage applied thereto has the opposite sign (+,-) as in the case of the first embodiment.

상기 내용을 제외한 사항은 상기 제1 실시예의 경우와 거의 동일하므로 설명을 생략한다.Details except for the above are substantially the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상기 구성에 따른 본 발명의 3중-웰 저전압 트리거 ESD 보호 소자를 실시함에 의해 고속/저전압 특성을 가지는 반도체 칩에 효율적으로 ESD 보호 소자를 적용할 수 있는 효과가 있다.By implementing the triple-well low voltage trigger ESD protection device of the present invention, the ESD protection device can be efficiently applied to a semiconductor chip having high speed / low voltage characteristics.

본 발명의 3중-웰 저전압 트리거 ESD 보호 소자는 낮은 트리거 전압으로 동작하면서도 기생 커패시턴스를 최소화할 수 있는 효과, 및/또는 ESD 펄스에 대한 빠른 응답속도를 가지는 효과가 있다.The triple-well low voltage trigger ESD protection device of the present invention operates at a low trigger voltage and has the effect of minimizing parasitic capacitance, and / or having a fast response time to an ESD pulse.

또한, 본 발명의 고속/저전압 ESD 보호 소자는 거의 모든 나노소자기반 I/O 인터페이스 회로 및 집적회로 반도체 등에 적용이 가능하므로 그 활용분야는 매우 광범위하며, 이를 내장한 반도체 칩의 경우 높은 안전성과 신뢰성의 효과 및 원칩화에 따른 비용절감의 효과를 가져 올 수 있다.In addition, the high-speed / low-voltage ESD protection device of the present invention can be applied to almost all nano-device-based I / O interface circuits and integrated circuit semiconductors, so the field of application is very wide, in the case of a semiconductor chip embedded therein high safety and reliability It can bring about the effect of the cost reduction and the effect of the one chip.

반도체 공정기술이 VDSM 급으로 빠르게 발전하면서 MOSFET의 게이트 산화막의 두께가 점점 얇아짐에 따라 ESD 현상에 의한 반도체 칩 내부의 소자파괴 현상이 심화되고 있으며, 이러한 ESD 펄스는 수 kV, 수 A로 매우 높은 전압/전류의 전기적 특성을 지니므로 칩 내부회로선로의 열화에 의한 파괴현상도 무시할 수 없게 되었다. 따라서 이러한 VDSM 급 반도체 칩에 적용 가능한 효과적인 ESD 보호소자에 대한 기술의 중요성이 크게 대두되고 있다. 본 발명에서 제안한 새로운 구조의 SCR 보호소자는 기존의 SCR이 큰 ESD 보호능력을 가짐에도 불구하고, 그 트리거 전압이 높아서 VDSM급 집적회로에 적용이 되지 못하는 것을 크게 개선시킨 것이라 할 수 있다. As semiconductor process technology is rapidly developed to VDSM level, the thickness of gate oxide of MOSFET is getting thinner, and the device destruction of semiconductor chip due to ESD phenomenon is intensifying.These ESD pulses are very high at several kV and several A. Because of the electrical characteristics of the voltage / current, the destruction caused by the deterioration of the internal circuit lines of the chip can not be ignored. Therefore, the importance of the technology for the effective ESD protection device that can be applied to such VDSM-class semiconductor chip is emerging. The SCR protection device of the new structure proposed in the present invention can be said to greatly improve that the SCR protection device is not applicable to a VDSM class integrated circuit due to its high trigger voltage even though the existing SCR has a large ESD protection capability.

Claims (8)

p형-기판상에 형성된 딥 n형-웰;a deep n-well formed on a p-substrate; 상기 딥 n형-웰의 내부에 서로 접하도록 형성된 n형-웰 및 p형-웰; 및N-well and p-well formed in contact with each other inside the deep n-well; And 상기 p형-웰에 직접 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스 인가 영역A bias application region for directly applying a bias voltage to the p-well 을 포함하는 ESD 보호 소자.ESD protection device comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 바이어스 인가 영역은, 상기 n형-웰 및 p형-웰의 접합면에 형성되는 p+ 확산 영역인 것을 특징으로 하는 ESD 보호 소자.And the bias application region is a p + diffusion region formed at a junction surface of the n-well and p-well. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 n형-웰 내부에 형성되는 p+ 확산 영역; 및A p + diffusion region formed inside said n-well; And 상기 p형-웰 내부에 형성되는 n+ 확산 영역 N + diffusion region formed inside the p-well 을 더 포함하는 ESD 보호 소자.ESD protection device further comprising. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 p+ 확산 영역은 I/O 패드에 연결되며,The p + diffusion region is connected to an I / O pad, 상기 n+ 확산 영역은 접지단에 연결되며,The n + diffusion region is connected to the ground terminal, 상기 바이어스 인가 영역에는 외부 RC 네트워크의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 ESD 보호 소자. And a bias voltage of an external RC network is applied to the bias application region. n형 기판상에 형성된 딥 p형-웰;a deep p-well formed on the n-type substrate; 상기 딥 p형-웰의 내부에 서로 접하도록 형성된 n형-웰 및 p형-웰;N-well and p-well formed in contact with each other inside the deep p-well; 상기 n형-웰에 직접 바이어스 전압을 인가하기 위한 바이어스 인가 영역A bias application region for directly applying a bias voltage to the n-well 을 포함하는 ESD 보호 소자.ESD protection device comprising a. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 바이어스 인가 영역은, 상기 n형-웰 및 p형-웰의 접합면에 형성되는 n+ 확산 영역인 것을 특징으로 하는 ESD 보호 소자.And the bias application region is an n + diffusion region formed at a junction surface of the n-well and p-well. 제5항 또는 제6항에 있어서, The method according to claim 5 or 6, 상기 n형-웰 내부에 형성되는 p+ 확산 영역; 및A p + diffusion region formed inside said n-well; And 상기 p형-웰 내부에 형성되는 n+ 확산 영역 N + diffusion region formed inside the p-well 을 더 포함하는 ESD 보호 소자.ESD protection device further comprising. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 n+ 확산 영역은 I/O 패드에 연결되며,The n + diffusion region is connected to an I / O pad, 상기 p+ 확산 영역은 접지단에 연결되며,The p + diffusion region is connected to the ground terminal, 상기 바이어스 인가 영역에는 외부 RC 네트워크의 바이어스 전압이 인가되는 것을특징으로 하는 ESD 보호 소자. And an bias voltage of an external RC network is applied to the bias application region.
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