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KR100600048B1 - Static electricity protection circuit of semiconductor device - Google Patents

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KR100600048B1
KR100600048B1 KR1020040032010A KR20040032010A KR100600048B1 KR 100600048 B1 KR100600048 B1 KR 100600048B1 KR 1020040032010 A KR1020040032010 A KR 1020040032010A KR 20040032010 A KR20040032010 A KR 20040032010A KR 100600048 B1 KR100600048 B1 KR 100600048B1
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transistor
input pad
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nmos transistor
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주식회사 하이닉스반도체
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 정전기 보호회로에 관한 것으로, 특히 게이트가 입출력 패드와 커플되어 있는 방식의 트랜지스터를 정전기 보호회로로 사용하는 경우에, 회로의 면적을 증가시키지 않으면서도 빠른 정전기 방전을 가능케한 발명이다. 이를 위한 본 발명은, 모스 트랜지스터를 포함하여 구성된 정전기 보호회로에 있어서, 접지전원 라인; 입력패드와 내부회로 사이에 연결된 신호라인; 상기 신호라인과 상기 접지전원 라인 사이에 병렬접속된 복수개의 모스 트랜지스터; 상기 입력패드에 인접한 최초의 상기 모스 트랜지스터의 게이트단과 최후의 상기 모스 트랜지스터의 게이트단 사이에 직렬로 접속되고 각 접속노드가 대응하는 상기 모스 트랜지스터의 게이트단에 연결된 복수개의 저항; 및 최후의 상기 모스 트랜지스터의 게이트단과 상기 접지전원라인 사이에 접속된 제 1 저항을 포함하여 이루어진다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic protection circuit of a semiconductor device. In particular, when a transistor having a gate coupled with an input / output pad is used as an electrostatic protection circuit, the invention enables fast electrostatic discharge without increasing the area of the circuit. to be. In accordance with an aspect of the present invention, an electrostatic protection circuit including a MOS transistor includes: a ground power supply line; A signal line connected between the input pad and the internal circuit; A plurality of MOS transistors connected in parallel between the signal line and the ground power supply line; A plurality of resistors connected in series between a gate terminal of the first MOS transistor adjacent to the input pad and a gate terminal of the last MOS transistor, and each connection node connected to a gate terminal of the corresponding MOS transistor; And a first resistor connected between the gate terminal of the last MOS transistor and the ground power line.

정전기 방전, 이에스디, 기생 캐패시턴스, 바이폴라, 면적Electrostatic Discharge, ESD, Parasitic Capacitance, Bipolar, Area

Description

반도체 소자의 정전기 보호회로{ELECTRO STATIC DISCHARGE CIRCUIT IN SEMICONDUCTOR DEVICE} Electrostatic protection circuit of semiconductor device {ELECTRO STATIC DISCHARGE CIRCUIT IN SEMICONDUCTOR DEVICE}             

도1은 종래기술에 따라 정전기 보호회로로 사용되는 게이트 커플 엔모스 트랜지스터와 저항 등을 도시한 회로도,1 is a circuit diagram showing a gate couple NMOS transistor and a resistor used as an electrostatic protection circuit according to the prior art;

도1b는 또 다른 종래기술에 따라 기생 캐패시턴스를 이용하는 정전기 보호회로용 게이트 커플 엔모드 트랜지스터와 저항등을 도시한 회로도, FIG. 1B is a circuit diagram showing a gate coupled n-mode transistor and a resistor for an electrostatic protection circuit using parasitic capacitance according to another prior art; FIG.

도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로를 도시한 평면도,Figure 2a is a plan view showing a static electricity protection circuit according to an embodiment of the present invention,

도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로를 도시한 회로도,Figure 2b is a circuit diagram showing a static electricity protection circuit according to an embodiment of the present invention;

도3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 보호회로를 도시한 평면도,3A is a plan view showing a static electricity protection circuit according to another embodiment of the present invention;

도3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 보호회로를 도시한 회로도,3B is a circuit diagram illustrating a static electricity protection circuit according to another embodiment of the present invention;

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

11 : 입력패드 12 : 게이트 커플 NMOS11: Input Pad 12: Gate Couple NMOS

13 : 캐패시터 14 : 저항13 capacitor 14 resistance

15 : 내부회로 21 : 기판15: internal circuit 21: substrate

22 : 소자분리막 23 : 게이트 전극22 device isolation layer 23 gate electrode

100 : 입력패드 101 : 내부회로100: input pad 101: internal circuit

103 : 기생 캐패시터 104 : 저항103: parasitic capacitor 104: resistance

삭제delete

본 발명은 정전기 보호회로에 관한 것으로, 특히 게이트가 입력패드와 커플된 방식의 모스 트랜지스터를 정전기 보호회로에 적용하는 경우에, 소자의 면적을 감소시킬 수 있으면서도, 정전기 보호회로의 빠른 동작을 가능케한 발명에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic protection circuit. In particular, when a MOS transistor having a gate coupled to an input pad is applied to an electrostatic protection circuit, the area of the device can be reduced, but the fast operation of the electrostatic protection circuit is possible. It is about invention.

정전기는, 상호 절연되어 있던 물체가 접촉할 때 양 물체간의 매우 큰 전압차에 따른 전류가 순간적으로 흐르는 현상을 일컫는다. 따라서, 전원전압이 통상 5V 이하로 설계되어 있는 반도체 내부회로를 통해서 정전기에 의한 전류가 흐르면,각 회로 소자들의 치명적인 손상을 입힐 우려가 있다.Static electricity refers to a phenomenon in which current flows instantaneously due to a very large voltage difference between two objects when two insulated objects come into contact with each other. Therefore, if a current caused by static electricity flows through a semiconductor internal circuit, which is usually designed to have a power supply voltage of 5 V or less, there is a risk of fatal damage of each circuit element.

이러한 정전 방전은 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있는데, 하나는 외부 물체의 전위가 반도체 칩의 전위 보다 높은 경우이고, 다른 하나는 외부 물체의 전위가 반도체 칩의 전위 보다 낮은 경우이다.The electrostatic discharge can be divided into two types, one of which is when the potential of the external object is higher than the potential of the semiconductor chip, and the other is when the potential of the external object is lower than the potential of the semiconductor chip.

전자의 경우에 정전 방전에 의한 전류는 외부 물체로부터 반도체 칩으로 흐 르고, 후자인 경우에 정전 방전에 의한 전류는 반도체 칩에서 외부 물체로 흐르게 된다. In the former case, the current due to the electrostatic discharge flows from the external object to the semiconductor chip, and in the latter case, the current due to the electrostatic discharge flows from the semiconductor chip to the external object.

통상 후자에 비하여 전자에 의한 정전 방전 전류가 반도체 칩 내의 회로 소자들을 크게 열화시키므로, 반도체 장치의 정전기 보호 회로는 축적된 전하를 안정적으로 방전할 수 있도록 설계될 필요가 있다.In general, since the electrostatic discharge current caused by the former significantly degrades the circuit elements in the semiconductor chip, as compared with the latter, the electrostatic protection circuit of the semiconductor device needs to be designed to stably discharge the accumulated charge.

정전기 방전(Electro Static Discharge : ESD)에 의한 내부회로 손상에 대해설명하면 다음과 같다. 먼저, ESD 펄스(Pulse)에 의해 입력단자를 통해 정전기 전류가 인가되면, 인가된 정전기 전류가 내부회로를 거쳐 최종적으로 다른 단자를 빠져나가된다. 이때, 정전기 전류에 의해 발생하는 주울(joule) 열로 인해, 취약한 곳에서 정션 스파이킹(junction spiking) 또는 산화막 균열 현상 등이 발생하여 소자가 손상된다.The following describes the internal circuit damage caused by electrostatic discharge (ESD). First, when an electrostatic current is applied through an input terminal by an ESD pulse, the applied electrostatic current finally exits another terminal through an internal circuit. At this time, due to the joule heat generated by the electrostatic current, junction spiking or oxide film cracking occurs in a weak place, thereby damaging the device.

따라서, 대부분의 반도체 집적회로는 이러한 손상으로부터 주요 회로를 보호하기 위해 입출력 패드와 내부회로 사이에 정전기 방전 보호회로를 구비하고 있으며, 입출력 버퍼들도 정전기 보호기능을 하는 경우가 많다. Therefore, most semiconductor integrated circuits have an electrostatic discharge protection circuit between the input / output pad and the internal circuit to protect the main circuit from such damage, and the input / output buffers also often have an electrostatic protection function.

이러한, 정전기 보호회로의 동작에 관해서는 "A. Amerasekera and C. Duvvury, ESD in Silicon Integrated Circuits, 2nd Edition, Wiley(2002)" 에 상세히 설명되어 있다.The operation of the static electricity protection circuit is described in detail in "A. Amerasekera and C. Duvvury, ESD in Silicon Integrated Circuits, 2nd Edition, Wiley (2002)".

종래에는 정전기 보호소자로서, BJT(Bipolar Junction Transistor) 또는 다이오드가 많이 사용되었으나, 최근에는 게이트가 접지된 NMOS 트랜지스터(GGNMOS : Grounded Gate NMOS)가 많이 사용되고 있다.Conventionally, a Bipolar Junction Transistor (BJT) or a diode is widely used as an electrostatic protection device. Recently, a gated NMOS transistor (GGNMOS) is used.

GGNMOS 트랜지스터는 게이트가 접지된 트랜지스터로서, 통상적인 MOS 트랜지스터처럼 채널형성에 의해 턴온(turn on)되어 동작하는 것이 아니라, 브레이크 다운(break down) 현상에 의해 엔모스 트랜지스터의 npn 구조가 마치 BJT(Bipolar Junction Transistor) 처럼 동작하여(기생 바이폴라 동작이라고도 함) 대량의 전류를 방전시키도록 만들어진 소자이다.The GGNMOS transistor is a transistor whose gate is grounded. Like the conventional MOS transistor, the GGNMOS transistor is not turned on and operated by channel formation, but the npn structure of the NMOS transistor is caused by a breakdown phenomenon. It is a device designed to discharge a large amount of current by operating like a junction transistor (also called a parasitic bipolar operation).

한편, 반도체 기술이 발전함에 따라 게이트 산화막의 두께는 더욱 얇아지게 되었고, 그에 따라 정전기 방전 펄스(ESD Pulse)에 의해 게이트 산화막이 손상받기가 더욱 쉽게 되었다.On the other hand, with the development of semiconductor technology, the thickness of the gate oxide film becomes thinner, and thus, the gate oxide film is more easily damaged by the ESD pulse.

즉, 게이트 산화막의 두께가 얇아지게 되면, 게이트 산화막이 손상을 입는 전압레벨 또한 낮아지게 되어, 기존에 사용되는 방법을 그대로 사용할 경우, 정전기 펄스에 의해 게이트 산화막이 손상을 받는 문제가 자주 발생하였다.That is, when the thickness of the gate oxide film is reduced, the voltage level at which the gate oxide film is damaged is also lowered. When the conventional method is used as it is, the gate oxide film is frequently damaged by an electrostatic pulse.

따라서, 이를 해결하기 위해서 여러가지 방법이 제안되었는 바, 그 중에서 다음과 같은 방법이 제안되었다.Therefore, various methods have been proposed to solve this problem, among which the following methods have been proposed.

이 방법은 게이트 산화막이 얇아짐에 따라 게이트 산화막이 손상을 받는 전압에 도달하는 시간이 짧아진 만큼, 그에 상응하여 정전기 보호회로도 역시 빨리 동작하도록 하는 방법이다.This method is such that as the gate oxide film becomes thinner, the time for the gate oxide film to reach the damaged voltage is shortened, so that the electrostatic protection circuit also operates quickly.

즉, 정전기 보호회로로 사용된 모스 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작이 빨리 일어나도록 하여, 게이트 산화막이 손상을 받기 전에 정전기 펄스를 방전시켜 주는 방법이다. That is, the parasitic bipolar operation of the MOS transistor used as the electrostatic protection circuit is performed quickly, and the electrostatic pulse is discharged before the gate oxide film is damaged.

한편, 정전기 보호회로의 기생 바이폴라 동작이 활성화되는 시간은 접합 항 복전압(Junction Breakdown Voltage)에 비례하므로, 이 방법에서는 접합 항복전압이 작아지도록 접합영역의 불순물 농도를 조절하는 방법을 적용하였다.On the other hand, since the parasitic bipolar operation time of the electrostatic protection circuit is activated in proportion to the junction breakdown voltage, in this method, a method of controlling the impurity concentration in the junction region is applied to reduce the junction breakdown voltage.

하지만, 접합영역의 불순물 농도를 조절하는 방법은, 접합 특성에 대한 최적화 작업이 별도로 요구될 뿐만 아니라, 정상동작시에는 오히려 누설전류량이 증가하기 때문에 오동작의 가능성이 증가하는 단점이 있었다.However, the method of controlling the impurity concentration in the junction region requires not only a separate optimization task for the bonding characteristics, but also increases the leakage current in normal operation, which increases the possibility of malfunction.

다음으로, 정전기 방전으로 인한 내부회로의 손상을 막기 위한 다른 방법을 도1a를 참조하여 소개하면 다음과 같다. Next, another method for preventing damage to the internal circuit due to electrostatic discharge will be described with reference to Figure 1a.

이 방법에서는 정전기 보호소자로 엔모스 트랜지스터(NMOS Transistor)를 사용하면서, ESD 펄스 인가시, 엔모스 트랜지스터의 게이트가 빨리 턴온되도록 게이트와 입력패드를 커플(couple)시키는 방법을 적용하였다.In this method, while using an NMOS transistor as an electrostatic protection device, a method of coupling a gate and an input pad so that the gate of the NMOS transistor turns on quickly when an ESD pulse is applied is applied.

도1a를 참조하면, 입력패드(11)와 내부회로(15)가 도시되어 있으며, 입력패드와 내부회로는 배선으로 연결되어 있다. 또한, 상기 입력패드와 접지단(Ground) 사이에는 캐패시터(13)와 저항(14)이 직렬로 연결되어 있다.Referring to FIG. 1A, an input pad 11 and an internal circuit 15 are illustrated, and the input pad and the internal circuit are connected by wires. In addition, a capacitor 13 and a resistor 14 are connected in series between the input pad and the ground.

또한, 입력패드(11)와 접지단 사이에는 엔모스 트랜지스터(12)가 연결되어 있는데, 이 엔모스 트랜지스터의 드레인은 입력패드에 연결되어 있으며, 소스는 접지단에, 게이트는 캐패시터(13)와 저항(14)이 직렬로 연결된 노드에 접속되어 있다.In addition, an NMOS transistor 12 is connected between the input pad 11 and the ground terminal. A drain of the NMOS transistor is connected to the input pad, a source is connected to the ground terminal, and a gate is connected to the capacitor 13. The resistor 14 is connected to a node connected in series.

이와같이 구성된 정전기 보호회로의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 높은 주파수의 ESD 펄스가 입력패드(11)에 인가되면, ESD 펄스에 의한 전류가 캐패시터(13)와 저항(14)을 통하여 접지단으로 빠져나가게 된다. The operation of the electrostatic protection circuit configured as described above is as follows. First, when a high frequency ESD pulse is applied to the input pad 11, the current caused by the ESD pulse is discharged to the ground terminal through the capacitor 13 and the resistor (14).

이때, 저항(14)을 지나가는 전류에 의해 전압강하가 발생하게 되고 따라서, 게이트 전압이 상승하게 된다. 즉, 평상시에는 접지되어 있던 게이트 전압이 상기의 전압강하분 만큼 상승하게 되면, 엔모스 트랜지스터(12)가 턴온되어 정전기 전류가 엔모스 트랜지스터(12)의 채널(channel)을 통해 흐르게 되며, 이 전류에 의해 엔모스 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작을 빨리 일어나도록 하는 방법이다.At this time, the voltage drop is generated by the current passing through the resistor 14, and thus the gate voltage is increased. That is, when the gate voltage which is normally grounded rises by the voltage drop, the NMOS transistor 12 is turned on so that an electrostatic current flows through the channel of the NMOS transistor 12. By this method, the parasitic bipolar operation of the NMOS transistor can be performed quickly.

참고로, 기생 바이폴라 동작시에 기판(substrate 또는 well)은 바이폴라 트랜지스터의 베이스(base)에 해당하며, 엔모스 트랜지스터의 소스영역은 에미터 (emmitter)에 해당하고, 엔모스 트랜지스터의 드레인 영역은 콜렉터(collector)에 해당한다.For reference, in the parasitic bipolar operation, the substrate (substrate or well) corresponds to the base of the bipolar transistor, the source region of the NMOS transistor corresponds to the emitter, and the drain region of the NMOS transistor is the collector. Corresponds to (collector).

이때, 상기 저항(14)을 통한 전압강하가 1 volt 이상이 되도록 제안된 연구가 있다.(J. Chen, Amerasekera and C. Duvvury, Design Methology for optimizing Gate Driven ESD Protection Circuti in Submicron CMOS Processes, in Proc. 19th EOS/ESD Symposium, pp.230 - 239(1997))At this time, there is a study proposed that the voltage drop through the resistor 14 is 1 volt or more. (J. Chen, Amerasekera and C. Duvvury, Design Methology for optimizing Gate Driven ESD Protection Circuti in Submicron CMOS Processes, in Proc 19th EOS / ESD Symposium, pp. 230-239 (1997))

또한, 도1a에 도시된 바와같은 별도의 캐패시터(13)를 사용하는 대신에, 기생 캐패시턴스를 사용하는 방법이 제안되었다.Also, instead of using a separate capacitor 13 as shown in FIG. 1A, a method of using parasitic capacitance has been proposed.

이 방법을 도1b를 참조하여 설명한다. 도1b는 추가적인 캐패시터를 사용하는 대신에 기생 캐패시턴스를 이용하는 방법으로, 게이트-드레인 프린징 캐패시턴스 (gate-drain fringing capacitance)(도1b에서 A 로 표시된 부분)와 게이트-드레인 오버랩 캐패시턴스(gate-drain overlap capacitance)(도1b에서 B 로 표시된 부분)를 기생 캐패시턴스로 사용하였다. 도1b에 도시된 회로의 동작 역시, 도1a에 도시 된 회로와 유사하므로 이에 대한 설명은 생략한다.This method is described with reference to FIG. 1B. FIG. 1B is a method of using parasitic capacitance instead of using an additional capacitor, in which a gate-drain fringing capacitance (part denoted by A in FIG. 1B) and a gate-drain overlap capacitance are shown. capacitance) (part denoted by B in FIG. 1B) was used as the parasitic capacitance. Since the operation of the circuit shown in FIG. 1B is similar to the circuit shown in FIG. 1A, description thereof will be omitted.

하지만, 도1a 또는 도1b에 도시된 회로를 정전기 보호회로로 사용할 경우에는, 다음과 같은 문제점이 발생하였다.However, when the circuit shown in FIG. 1A or 1B is used as an electrostatic protection circuit, the following problem occurs.

먼저, 도1a 또는 도1b에 도시된 정전기 보호회로가 빨리 동작하기 위해서는 게이트가 턴온될 만큼, 저항(14)에서 1 volt 이상의 전압강하가 필요함은 전술한 바와같다. First, as described above, in order for the electrostatic protection circuit shown in FIG. 1A or 1B to operate quickly, a voltage drop of 1 volt or more at the resistor 14 is required so that the gate is turned on.

하지만, 1 volt 이상의 전압강하를 가능케 하려면, 수 ㏀ 이상의 저항이 필요하며 더구나, 효율적인 정전기 방전을 위해 여러개의 ESD 트랜지스터(12)가 병렬로 배치될 경우에는, 각각의 ESD 트랜지스터마다 각각의 저항이 필요하게 되므로, 그 면적이 크게 늘어난다. 때문에, 칩의 사이즈 역시 늘어나게 되며, 칩의 제조비용도 증가하는 단점이 있었다.However, in order to enable voltage drops of more than 1 volt, more than a few kΩ resistors are required, and moreover, if several ESD transistors 12 are arranged in parallel for efficient electrostatic discharge, each resistor requires a respective resistor. As a result, the area is greatly increased. As a result, the size of the chip is also increased, and the manufacturing cost of the chip is also increased.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 면적을 감소시키면서도 빠른 동작이 가능한 정전기 보호회로를 제공함을 그 목적으로 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an electrostatic protection circuit capable of fast operation while reducing an area.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모스 트랜지스터를 포함하여 구성된 정전기 보호회로에 있어서, 접지전원 라인; 입력패드와 내부회로 사이에 연결된 신호라인; 상기 신호라인과 상기 접지전원 라인 사이에 병렬접속된 복수개의 모스 트랜지스터; 상기 입력패드에 인접한 최초의 상기 모스 트랜지스터의 게이트단과 최후의 상기 모스 트랜지스터의 게이트단 사이에 직렬로 접속되고 각 접속노드가 대응하는 상기 모스 트랜지스터의 게이트단에 연결된 복수개의 저항; 및 최후의 상기 모스 트랜지스터의 게이트단과 상기 접지전원라인 사이에 접속된 제 1 저항을 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the present invention provides an electrostatic protection circuit including a MOS transistor, comprising: a ground power supply line; A signal line connected between the input pad and the internal circuit; A plurality of MOS transistors connected in parallel between the signal line and the ground power supply line; A plurality of resistors connected in series between a gate terminal of the first MOS transistor adjacent to the input pad and a gate terminal of the last MOS transistor, and each connection node connected to a gate terminal of the corresponding MOS transistor; And a first resistor connected between the gate terminal of the last MOS transistor and the ground power line.

본 발명에서는 게이트와 입력패드가 커플링된 모스 트랜지스터(Gate Coupled MOS : GCMOS)를 정전기 보호소자로 사용한 발명으로, 상기 모스 트랜지스터가 입력패드와 접지단 사이에 복수개 병렬연결된 경우에, 빠른 정전기 방전 동작을 수행함과 더불어 모스 트랜지스터의 게이트와 접지단 사이를 연결하는 저항의 면적을 감소시켜 종래보다 칩의 면적을 감소시킨 발명이다. 또한, 본 발명에서는 정전기 보호기능을 하는 각각의 모스 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작시점을 균일하게 할 수 있었다.In the present invention, a gate-coupled MOS transistor (GCMOS) is used as an electrostatic protection device. In the case where a plurality of MOS transistors are connected in parallel between an input pad and a ground terminal, a rapid electrostatic discharge operation is performed. In addition, the present invention reduces the area of the chip compared to the prior art by reducing the area of the resistor connecting the gate and the ground terminal of the MOS transistor. In the present invention, the parasitic bipolar operation time of each MOS transistor having an electrostatic protection function can be made uniform.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention.

도2a 내지 도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로를 도시한 도면으로, 도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로가 반도체 기판 상에 구현된 모습을 도시한 평면도이며, 도2b는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로를 회로적으로 도시한 회로도이다.2A and 2B are diagrams illustrating an electrostatic protection circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2A is a plan view showing a state in which an electrostatic protection circuit according to an embodiment of the present invention is implemented on a semiconductor substrate. 2B is a circuit diagram schematically illustrating an electrostatic protection circuit according to an embodiment of the present invention.

이를 설명하기에 앞서, 본 발명의 일실시예에서는 정전기 보호소자로, 게이트가 입력패드와 커플링된 모스 트랜지스터(Gate Coupled MOS : GCMOS)를 사용하였으며, 그중에서도 엔모스 트랜지스터를 사용하였다.(GCNMOS) 그리고, 도1a에 도시된 바와같은 추가적인 캐패시터 대신에 도1b에 도시된 바와같은 기생 캐패시터를 사용하였다.Before describing this, in the embodiment of the present invention, a gate-coupled MOS transistor (GCMOS) coupled with an input pad is used as an electrostatic protection device, and among them, an NMOS transistor is used. And instead of an additional capacitor as shown in Fig. 1A, a parasitic capacitor as shown in Fig. 1B was used.

이와같은 점을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하되, 먼저 도2b를 참조하여 설명한다.An embodiment of the present invention will be described with reference to such a point, but with reference to FIG. 2B.

도2b에는 입력패드(100)와 내부회로(101)가 도시되어 있으며, 입력패드(100)와 내부회로(101)는 배선으로 연결되어 있다. In FIG. 2B, the input pad 100 and the internal circuit 101 are illustrated, and the input pad 100 and the internal circuit 101 are connected by wires.

그리고, 입력패드(100)와 접지단(Ground) 사이에는 N 개의 게이트 커플 엔모스 트랜지스터(GCNMOS)(TrN ∼ Tr1)가 병렬로 연결되어 있다.N gate-coupled NMOS transistors GCNMOS TrN to Tr1 are connected in parallel between the input pad 100 and the ground terminal.

이하에서는, N 번째 게이트 커플 엔모스 트랜지스터인 TrN 을 제 N 트랜지스터라 칭하기로 하며, 첫번째 게이트 커플 엔모스 트랜지스터인 Tr1 을 제 1 트랜지스터라 칭하기로 한다.Hereinafter, TrN, the N-th gate couple NMOS transistor, will be referred to as an N-th transistor, and Tr1, the first gate-coupled NMOS transistor, will be referred to as a first transistor.

여기서, 각각의 트랜지스터들은 다음과 같은 접속을 갖는다. 먼저, 트랜지스터의 소스(source)는 접지단에 연결되어 있으며, 트랜지스터의 드레인은 입력패드(100)에 연결되어 있다.Here, each transistor has the following connection. First, a source of a transistor is connected to the ground terminal, and a drain of the transistor is connected to the input pad 100.

그리고, 트랜지스터의 게이트는 기생 캐패시터(103)와 저항(104)이 직렬로 연결된 노드(node)에 접속되어 있다. 여기서, 기생 캐패시터(103)는 게이트-드레인 프린징 캐패시턴스와 게이트-드레인 오버랩 캐패시턴스를 이용하며, 기생 캐패시터(103)는 입력패드(100)와 트랜지스터의 게이트 사이에 접속되어 있다. The gate of the transistor is connected to a node in which the parasitic capacitor 103 and the resistor 104 are connected in series. Here, the parasitic capacitor 103 uses a gate-drain fringe capacitance and a gate-drain overlap capacitance, and the parasitic capacitor 103 is connected between the input pad 100 and the gate of the transistor.

다음으로, 저항(104)의 접속관계를 설명하면 다음과 같다. 먼저, 각각의 트랜지스터 마다 하나씩의 저항이 대응되어 구비되어 있으며, 각 저항의 일측은 각 트랜지스터의 게이트 및 기생 캐패시터(103)에 접속되어 있다. Next, the connection relationship of the resistor 104 will be described. First, one resistor is provided corresponding to each transistor, and one side of each resistor is connected to the gate and parasitic capacitor 103 of each transistor.

그리고, 각 저항의 타측은 인접 트랜지스터의 게이트에 접속된 저항과 직렬로 연결되어 있다.The other side of each resistor is connected in series with a resistor connected to a gate of an adjacent transistor.

이와같은 저항의 연결관계를 제 N 트랜지스터와 제 N-1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터와 제 1 트랜지스터를 중심으로 설명하면 다음과 같다.The connection of such a resistor will be described with reference to the Nth transistor, the N-1 transistor, the second transistor, and the first transistor as follows.

먼저, 제 N 트랜지스터의 게이트에는 저항(104)이 연결되어 있으며, 이 저항의 다른 노드는 제 N-1 트랜지스터의 게이트에 접속된 또 다른 저항과 직렬로 연결되어 있다. First, a resistor 104 is connected to the gate of the N-th transistor, and another node of the resistor is connected in series with another resistor connected to the gate of the N-th transistor.

그리고, 제일 끝단에 구비된 제 1 트랜지스터(Tr1)의 경우, 제 1 트랜지스터의 게이트(Tr1)와 연결된 저항(104a)은 제 2 트랜지스터(Tr2)의 게이트에 연결된 저항(104)과 직렬로 접속되어 있으며, 제 1 트랜지스터(Tr1)의 게이트와 연결된 저항(104a)의 다른 한쪽 노드는 접지단에 연결되어 있다. In the case of the first transistor Tr1 provided at the far end, the resistor 104a connected to the gate Tr1 of the first transistor is connected in series with the resistor 104 connected to the gate of the second transistor Tr2. The other node of the resistor 104a connected to the gate of the first transistor Tr1 is connected to the ground terminal.

즉, 제 N 트랜지스터(TrN)의 게이트와 접지단 사이에는 N개의 저항이 직렬로 연결된 구성이 되며, 제 N-1 트랜지스터(TrN-1)의 게이트와 접지단 사이에는 N-1 개의 저항이 직렬로 연결된 구성이 된다. That is, N resistors are connected in series between the gate and the ground terminal of the N-th transistor TrN, and N-1 resistors are connected between the gate and the ground terminal of the N-th transistor TrN-1. It becomes the connected configuration.

또한, 제 1 트랜지스터(Tr1)의 경우, 제 1 트랜지스터(Tr1)의 게이트와 접지단 사이에는 1 개의 저항(104a)이 연결되어 있다. 참고로, 이와 같이 제 1 트랜지스터(Tr1)와 접지단 사이에 저항(104a)이 연결되는 구조는, 도1a 내지 도1b에 도시된 트랜지스터의 게이트와 접지단 사이에 저항이 연결되는 구조와 동일하다.In the case of the first transistor Tr1, one resistor 104a is connected between the gate and the ground terminal of the first transistor Tr1. For reference, the structure in which the resistor 104a is connected between the first transistor Tr1 and the ground terminal is the same as the structure in which the resistor is connected between the gate and the ground terminal of the transistor illustrated in FIGS. 1A to 1B. .

그리고, 후술할 것이지만, 제 1 트랜지스터(Tr1)와 접지단 사이에 연결된 저항(104a)(접지단에 가장 가까운 저항)은 가변저항으로 구현함이 바람직하다.In addition, as will be described later, the resistor 104a (the resistor closest to the ground terminal) connected between the first transistor Tr1 and the ground terminal is preferably implemented as a variable resistor.

도2a는 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로를 반도체 기판 상에 구현한 모습을 도시한 평면도면으로서, 이를 참조하면 우선 일렬로 배열되어 형성된 복수개의 트랜지스터가 도시되어 있다.2A is a plan view showing an implementation of an electrostatic protection circuit on a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to this, first, a plurality of transistors arranged in a line is illustrated.

그리고, 각 트랜지스터의 드레인 영역과 소스영역에는 콘택이 형성되어 있으다. 도2a에는 도시되어 있지는 않지만, 드레인 영역은 콘택을 통해 입력패드와 연결되어 있으며, 소스 영역은 콘택을 통해 접지단과 연결되어 있다.A contact is formed in the drain region and the source region of each transistor. Although not shown in FIG. 2A, the drain region is connected to the input pad through the contact, and the source region is connected to the ground terminal through the contact.

참고로, 본 발명의 일실시예에서는 엔모스 트랜지스터를 사용하였으므로, 트랜지스터의 소스/드레인 영역은 고농도로 도핑된 n형 이온주입영역으로 이루어져 있음을 알 수 있다.For reference, since the NMOS transistor is used in one embodiment of the present invention, it can be seen that the source / drain region of the transistor is composed of a highly doped n-type ion implantation region.

그리고, 각 트랜지스터의 게이트에는 전도물질로 이루어진 저항이 직렬로 연결되어 있음을 알 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 저항으로 사용된 전도물질은 게이트 전극과 동일한 물질(예를 들면 폴리실리콘)을 사용하거나, 회로에서 배선으로 사용되는 전도물질을 사용할 수도 있다. 또는, 불순물이 도핑된 반도체 기판을 저항으로 이용할 수도 있다.In addition, it can be seen that a resistor made of a conductive material is connected in series to the gate of each transistor. In one embodiment of the present invention, the conductive material used as the resistor may use the same material as the gate electrode (for example, polysilicon), or a conductive material used as wiring in a circuit. Alternatively, a semiconductor substrate doped with impurities may be used as a resistor.

마지막으로, 가장 우측에 형성된 제 1 트랜지스터(Tr1)를 설명하면, 제 1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에는 저항(104a)이 연결되어 있으며, 이 저항(104a)은 콘택을 통해 접지단과 연결되어 있다. 그리고 앞서 말한 바와같이, 제 1 트랜지스터(Tr1)의 게이트에 연결된 저항(104a)은 가변저항으로 함이 바람직하다.Finally, referring to the rightmost first transistor Tr1, a resistor 104a is connected to a gate of the first transistor Tr1, and the resistor 104a is connected to a ground terminal through a contact. As described above, the resistor 104a connected to the gate of the first transistor Tr1 is preferably a variable resistor.

본 발명의 일실시예에서는 이와같은 형태로 저항 및 기생 캐패시터와 접속된 게이트 커플 모스 트랜지스터가 복수개 구비되어 입력패드와 접지단 사이에 병렬로 연결되어 있다.In one embodiment of the present invention, a plurality of gate MOS transistors connected to resistors and parasitic capacitors are provided in this manner and are connected in parallel between the input pad and the ground terminal.

다음으로 도2a 내지 도2b에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 정전기 보호회로의 동작을 설명한다.Next, the operation of the static electricity protection circuit according to an embodiment of the present invention shown in Figures 2a to 2b will be described.

먼저, 입력패드에 정전기 펄스가 인가되면, 제 N 트랜지스터가 가장 먼저 기생 바이폴라 동작을 시작한다. 왜나하면, 제 N 트랜지스터의 경우, 게이트에 가장 큰 저항이 연결되어 있기 때문에(N개의 저항이 직렬로 연결됨), 이 저항으로 인한 전압강하 역시 가장 크게 되므로, 게이트에 큰 전압이 인가된다.First, when an electrostatic pulse is applied to the input pad, the Nth transistor first starts parasitic bipolar operation. This is because in the case of the Nth transistor, since the largest resistance is connected to the gate (N resistors are connected in series), the voltage drop due to this resistance is also the largest, so that a large voltage is applied to the gate.

따라서, 제 N 트랜지스터가 턴온되어 흐르는 트랜지스터의 채널 전류 역시 게이트에 인가되는 전압에 비례하여 흐르게 되므로, 이러한 채널전류가 제 N 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작시점을 앞당기게 되는 것이다.Therefore, since the channel current of the transistor in which the Nth transistor is turned on also flows in proportion to the voltage applied to the gate, the channel current accelerates the parasitic bipolar operation time of the Nth transistor.

이와같이 제 N 트랜지스터가 기생 바이폴라 동작을 시작하게 되면, 기판 또는 웰(기생 바이폴라 트랜지스터의 베이스 역할을 함)의 전체적인 전위가 올라가게 되며, 따라서 나머지 트랜지스터들도 차례로 기생 바이폴라 동작을 시작하여 정전 기 전류를 접지단으로 흘려준다. As such, when the Nth transistor starts the parasitic bipolar operation, the overall potential of the substrate or the well (which serves as the base of the parasitic bipolar transistor) rises, so that the remaining transistors in turn start the parasitic bipolar operation to restore the electrostatic current. Flow it to ground.

즉, 본 발명의 일실시예에서는 게이트에 저항이 가장 크게 연결된 제 N 트랜지스터에 의해, ESD 펄스 인가시에 기생 바이폴라 동작을 더욱 빠르게 할 수 있는 장점이 있다. That is, in one embodiment of the present invention, the parasitic bipolar operation can be made faster by the N-th transistor having the largest resistance connected to the gate when the ESD pulse is applied.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 제 N 트랜지스터에 큰 저항을 연결하기 위해서, 도2a에 도시된 바와같이 일렬로 배치된 복수개의 트랜지스터의 게이트에 직렬로 저항을 연결하여 주었기 때문에, 종래기술보다 칩의 면적을 크게 감소시킬 수 있었다.In addition, in one embodiment of the present invention, since a resistor is connected in series to the gates of a plurality of transistors arranged in a line as shown in FIG. The area of can be greatly reduced.

그리고, 도2a 내지 도2b에 도시된, 접지단에 가장 가까운 저항(104a)을 가변저항으로 구성하게 되면, 이 저항값을 조절함으로써 ESD 펄스 인가시에 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압을 조절할 수 있는 장점이 있다.When the resistor 104a closest to the ground terminal shown in Figs. 2A to 2B is formed of a variable resistor, by adjusting this resistance value, it is possible to adjust the voltage applied to the gate of the transistor during the application of an ESD pulse. There is an advantage.

다음으로 도3a 내지 도3b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에서는 기판의 저항 또는 웰(well)의 저항도 함께 고려하여 정전기 보호회로의 기생 바이폴라 동작시점을 한층 균일하게 할 수 있었다. 이하에서는 웰(well) 역시 기판이라 칭하기로 한다.Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3B. In another embodiment of the present invention, the parasitic bipolar operation time of the electrostatic protection circuit can be made more uniform in consideration of the resistance of the substrate or the resistance of the well. Hereinafter, wells will also be referred to as substrates.

즉, 기판은 고농도로 도핑된 영역으로, 단위 쉬트(sheet) 당 저항값이 크다(수백 내지 수천 Ω/square). 이점을 이용하여, 기생 바이폴라 동작시점이 늦는 트랜지스터에 대해 베이스 전압을 올려주는 보상을 수행하게 되면, 각 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작시점을 한층 균일하게 해줄 수 있다.In other words, the substrate is a highly doped region, and has a large resistance value per unit sheet (hundreds to thousands of square micrometers / square). By taking advantage of this, if the compensation for raising the base voltage is performed for the transistors having a late parasitic bipolar operating point, the parasitic bipolar operating point of each transistor can be made more uniform.

즉, 입력패드에 정전기 펄스가 인가되었을 때에는, 엔모스 트랜지스터의 기판 저항에 의한 전압강하에 의해 기판의 전위가 상승하게 된다. 이는 곧, 기생 바이폴라 트랜지스터의 베이스 전압을 올려주는 것에 대응하므로, 엔모스 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작이 빠르게 활성화되도록 한다. That is, when an electrostatic pulse is applied to the input pad, the potential of the substrate is increased by the voltage drop caused by the substrate resistance of the NMOS transistor. This corresponds to raising the base voltage of the parasitic bipolar transistor, thereby enabling the parasitic bipolar operation of the NMOS transistor to be quickly activated.

본 발명의 다른 실시예에서도 역시 정전기 보호소자로, 게이트가 입력패드와 커플링된 모스 트랜지스터(Gate Coupled MOS : GCMOS)를 사용하였으며, 그중에서도 엔모스 트랜지스터를 사용하였다.(GCNMOS) 그리고, 도1a에 도시된 바와같은 추가적인 캐패시터 대신에 도1b에 도시된 기생 캐패시터를 사용하였다.In another embodiment of the present invention, a gate-coupled MOS transistor (GCMOS), in which a gate is coupled to an input pad, is also used as an electrostatic protection device. Among them, an NMOS transistor is used (GCNMOS). The parasitic capacitor shown in FIG. 1B was used instead of the additional capacitor as shown.

먼저, 도3a를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.First, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3A.

도3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 보호회로를 반도체 기판 상에 구현한 모습을 도시한 평면도면이다. 이를 도2a에 도시된 구조를 비교해 보면, 대부분 동일한 구성소자로 구성되어 있으며, 대부분 동일한 접속관계를 갖고 있으나, 기판과 접지단과 접속되는 기판 픽업(pickup)영역이 제 N 트랜지스터쪽에 형성되어 있는 점이 다른 점이다.3A is a plan view illustrating a state in which an electrostatic protection circuit according to another embodiment of the present invention is implemented on a semiconductor substrate. Comparing the structure shown in FIG. 2A, most of the components are composed of the same components, and most have the same connection relationship, except that a substrate pick-up region connected to the substrate and the ground terminal is formed on the N-th transistor side. Is the point.

즉, 제 N 트랜지스터의 입장에서는, 기판과 접지단이 연결되는 기판 픽업영역이 가장 가깝게 형성되어 있으므로, 가장 작은 기판 저항을 갖게 된다. That is, from the standpoint of the Nth transistor, since the substrate pickup region to which the substrate and the ground terminal are connected is formed nearest, the substrate resistance has the smallest substrate resistance.

하지만, 제 1 트랜지스터의 입장에서는 기판과 접지단이 연결되는 기판 픽업영역이 가장 멀게 형성되어 있으므로, 가장 큰 기판 저항을 갖게 된다. 이를 회로적으로 표현하자면, 상기 기판 픽업영역으로부터 멀리 떨어진 트랜지스터일수록 복수개의 저항이 직렬연결된 구조를 갖는 셈이다.However, from the standpoint of the first transistor, since the substrate pickup region that is connected to the substrate and the ground terminal is formed farthest, the substrate has the largest substrate resistance. In terms of circuit, the transistors farther from the substrate pickup region have a structure in which a plurality of resistors are connected in series.

도3a를 참조하면, 일렬로 배열되어 형성된 복수개의 트랜지스터(TrN ∼ Tr1)가 도시되어 있으며, 각 트랜지스터의 드레인 영역과 소스영역에는 콘택이 형성되어 있다.Referring to FIG. 3A, a plurality of transistors TrN to Tr1 arranged in a row are illustrated, and contacts are formed in the drain region and the source region of each transistor.

여기서, 도3a에는 도시되어 있지는 않지만, 트랜지스터의 드레인 영역은 콘택을 통해 입력패드와 연결되어 있으며, 트랜지스터의 소스영역은 콘택을 통해 접지단과 연결되어 있다.Although not shown in FIG. 3A, the drain region of the transistor is connected to the input pad through the contact, and the source region of the transistor is connected to the ground terminal through the contact.

그리고 전술한 바와같이. 기판과 접지단과 접속되는 기판 픽업(pickup)영역이 제 N 트랜지스터쪽에 형성되어 있다.And as described above. A substrate pick-up region connected to the substrate and the ground terminal is formed on the Nth transistor side.

참고로, 본 발명의 다른 실시예에서도 엔모스 트랜지스터를 사용하였으며, 각 트랜지스터의 게이트에는 전도물질로 이루어진 저항이 직렬로 연결되어 있음을 알 수 있다. For reference, another embodiment of the present invention uses the NMOS transistor, and it can be seen that a resistor made of a conductive material is connected in series to the gate of each transistor.

본 발명의 다른 실시예에서, 저항으로 사용된 전도물질은 게이트 전극과 동일한 물질(예를 들면 폴리실리콘)을 사용하거나, 회로에서 배선으로 사용되는 전도물질을 사용할 수도 있다. 또는, 불순물이 도핑된 반도체 기판을 저항으로 이용할 수도 있다.In another embodiment of the present invention, the conductive material used as the resistor may use the same material as the gate electrode (for example, polysilicon) or a conductive material used as wiring in a circuit. Alternatively, a semiconductor substrate doped with impurities may be used as a resistor.

도3a에서 가장 우측에 형성된 제 1 트랜지스터를 설명하면, 제 1 트랜지스터의 게이트에는 저항(104a)이 연결되어 있으며, 이 저항(104a)은 콘택을 통해 접지단과 연결되어 있다. 그리고 앞서 말한 바와같이, 제 1 트랜지스터의 게이트에 연결된 저항(접지단에 가장 가까운 저항)(104a)은 가변저항으로 구현함이 바람직하다.Referring to the rightmost transistor formed in FIG. 3A, a resistor 104a is connected to a gate of the first transistor, and the resistor 104a is connected to a ground terminal through a contact. As described above, the resistor (a resistance closest to the ground terminal) 104a connected to the gate of the first transistor is preferably implemented as a variable resistor.

다음으로 도3b를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 보호회로를 회로적으로 살펴보면 다음과 같다.Next, referring to FIG. 3B, the electrostatic protection circuit according to another embodiment of the present invention will be described as follows.

일단, 도3b에 도시된 회로와 도2b에 도시된 회로롤 비교해 보면, 기판 저항이 접속되는 구성을 제외하고는 나머지 접속관계는 동일함을 알 수 있다.When comparing the circuit shown in Fig. 3B with the circuit shown in Fig. 2B, it can be seen that the remaining connection relations are the same except for the configuration in which the substrate resistance is connected.

따라서, 트랜지스터의 소스/드레인 및 게이트가 어떻게 접속되는지에 대한 설명은 생략하기로 하며, 저항(104, 104a) 및 기생 캐패시터(103)의 접속관계에 대한 설명도 생략하기로 한다.Therefore, a description of how the source / drain and the gate of the transistor are connected will be omitted, and a description of the connection relationship between the resistors 104 and 104a and the parasitic capacitor 103 will be omitted.

이어서, 트랜지스터의 기판저항에 대해 설명하면 먼저, 트랜지스터의 기판과 접지단이 연결되는 기판 픽업영역은 제 N 트랜지스터 쪽에 형성되므로, 제 N 트랜지스터는 가장 작은 기판 저항을 갖게 된다. Subsequently, the substrate resistance of the transistor will be described. First, since the substrate pickup region to which the substrate and the ground terminal of the transistor are connected is formed on the Nth transistor side, the Nth transistor has the smallest substrate resistance.

다음으로 작은 기판 저항을 갖는 트랜지스터는 제 N-1 트랜지스터이다. 즉, 제 N-1 트랜지스터의 경우에는 기판과 접지단 사이에 한개의 기판저항(105)이 직렬연결된 것으로 표현할 수 있다. 여기서 도면부호 '105' 는 기판 저항을 모델링한 것이다.Next, the transistor having the small substrate resistance is the N-th transistor. That is, in the case of the N-th transistor, one substrate resistor 105 is connected in series between the substrate and the ground terminal. Reference numeral '105' is a model of the substrate resistance.

마찬가지로, 제일 우측에 형성된(다른 말로는 기판과 접지단 사이를 연결하는 기판 픽업영역으로부터 가장 멀리 떨어져 있는) 제 1 트랜지스터의 경우에는 기판과 접지단 사이에 N개의 기판 저항이 직렬연결된 구조를 갖는다. Similarly, in the case of the first transistor formed at the rightmost side (in other words, farthest from the substrate pickup region connecting between the substrate and the ground terminal), N substrate resistors are connected in series between the substrate and the ground terminal.

다음으로 도3a 내지 도3b에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 보호회로의 동작을 설명한다.Next, the operation of the static electricity protection circuit according to another embodiment of the present invention shown in Figures 3a to 3b.

먼저, 입력패드에 정전기 펄스가 인가되면, 제 N 트랜지스터가 가장 먼저 기 생 바이폴라 동작을 시작하게 된다. 즉, 제 N 트랜지스터의 경우, 게이트에 가장 큰 저항이 연결되어 있기 때문에(N개의 저항이 직렬로 연결됨), 이 저항으로 인한 전압강하 역시 가장 크게 되므로, 게이트에 큰 전압이 인가된다.First, when an electrostatic pulse is applied to the input pad, the Nth transistor first starts parasitic bipolar operation. That is, in the case of the Nth transistor, since the largest resistance is connected to the gate (N resistors are connected in series), the voltage drop due to this resistance is also the largest, so that a large voltage is applied to the gate.

따라서, 제 N 트랜지스터가 턴온되어 흐르는 트랜지스터의 채널 전류 역시 게이트에 인가되는 전압에 비례하여 흐르게 되므로, 이러한 채널전류가 제 N 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작시점을 앞당기게 되는 것이다.Therefore, since the channel current of the transistor in which the Nth transistor is turned on also flows in proportion to the voltage applied to the gate, the channel current accelerates the parasitic bipolar operation time of the Nth transistor.

이러한 매커니즘에 따르면, 게이트에 가장 작은 저항이 연결되어 있는 제 1 트랜지스터가 가장 늦게 기생 바이폴라 동작을 시작할 것이라고 예상되지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 기판 저항을 이용하여 이를 보완해 주었다.According to this mechanism, the first transistor having the smallest resistance connected to the gate is expected to start the parasitic bipolar operation at the latest, but in another embodiment of the present invention, the substrate resistance is used to compensate for this.

즉, 도2b에 도시된 제 1 트랜지스터의 경우, 게이트에 연결된 저항이 가장 작기 때문에, ESD 펄스 인가시에 기생 바이폴라 동작이 늦게 활성화 될 수 있다. 하지만, 도3b에 도시된 제 1 트랜지스터의 경우에는, 기판 저항이 가장 크도록 회로가 구성되어 있기 때문에, 제 1 트랜지스터의 기생 바이폴라 동작이 늦는 것을 보상해 줄수 있다.That is, in the case of the first transistor illustrated in FIG. 2B, since the resistance connected to the gate is the smallest, the parasitic bipolar operation may be activated late when the ESD pulse is applied. However, in the case of the first transistor shown in Fig. 3B, since the circuit is configured to have the largest substrate resistance, the parasitic bipolar operation of the first transistor can be compensated for late.

즉, 입력패드에 정전기 펄스가 인가되었을 때에는, 엔모스 트랜지스터의 기판저항에 의한 전압강하에 의해 기판의 전위가 상승하게 된다. 이때, 기판의 전위는 곧 기생 바이폴라 트랜지스터에서 베이스 전압에 해당하므로, 기판전위의 상승은 기생 바이폴라 동작이 빠르게 활성화되는데 도움을 준다.That is, when an electrostatic pulse is applied to the input pad, the potential of the substrate is increased by the voltage drop caused by the substrate resistance of the NMOS transistor. At this time, since the potential of the substrate corresponds to the base voltage in the parasitic bipolar transistor, an increase in the substrate potential helps to quickly activate the parasitic bipolar operation.

이때, 제 1 트랜지스터는 가장 큰 기판저항을 갖고 있으므로, 이로 인한 기판 전위의 상승도 가장 크게 되며, 따라서, 기생 바이폴라 동작시점도 앞당겨 지게 된다. At this time, since the first transistor has the largest substrate resistance, the rise of the substrate potential is also the largest, and therefore, the parasitic bipolar operation time is also advanced.

이와같이 본 발명의 다른 실시예에서는, 게이트 저항이 작은 트랜지스터(제 1 트랜지스터)에서 기생 바이폴라 동작의 활성화 시점이 늦어지는 점을, 기판저항을 이용하여 보상해 주었다.As described above, in another embodiment of the present invention, the substrate resistance is compensated for the delayed time of activation of the parasitic bipolar operation in the transistor having a low gate resistance (first transistor).

이로인해, 본 발명의 다른 실시예에서는 병렬로 연결된 복수개의 정전기 보호용 엔모스 트랜지스터가 기생 바이폴라 동작하는 시점을 한층 균일하게 해줄 수 있어, 우수한 정전기 방전효과를 얻을 수 있다.As a result, in another embodiment of the present invention, the timing of the parasitic bipolar operation of a plurality of NMOS transistors connected in parallel can be made more uniform, thereby obtaining an excellent electrostatic discharge effect.

전술한 본 발명의 각 실시예에서는 엔모스 트랜지스터를 예로 들어 설명하였지만, 이와같은 본 발명의 기술적 사상은 피모스 트랜지스터를 정전기 보호소자로 사용하는 경우에도 적용가능하다.In the above-described embodiments of the present invention, the NMOS transistor has been described as an example, but the technical idea of the present invention can be applied to the case where the PMOS transistor is used as an electrostatic protection element.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and the present invention may be variously substituted, modified, and changed without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

상기한 바와같은 본 발명을 적용하게 되면, 종래의 정전기 보호회로에 비해, 칩 상에서 차지하는 면적을 크게 감소시킬 수 있으면서도 정전기 보호회로의 동작시점을 빠르게 할 수 있어, 얇은 게이트 산화막이 적용되는 고속 동작용 반도체 소 자에 값싸게 제조할 수 있는 장점이 있다.By applying the present invention as described above, compared to the conventional electrostatic protection circuit, it is possible to greatly reduce the area occupied on the chip, and to speed up the operation time of the electrostatic protection circuit, and for high-speed operation to which a thin gate oxide film is applied. There is an advantage that it can be cheaply manufactured in semiconductor devices.

또한, 본 발명을 적용하게 되면, 복수개의 정전기 방전용 트랜지스터가 기생 바이폴라 동작하는 시점을 한층 균일하게 해줄 수 있어, 정전기 방전의 효율을 높일 수 있다.

In addition, if the present invention is applied, the timing of the parasitic bipolar operation of the plurality of electrostatic discharge transistors can be made more uniform, and the efficiency of electrostatic discharge can be improved.

Claims (10)

입력패드와 내부회로 사이에 연결된 신호라인;A signal line connected between the input pad and the internal circuit; 상기 신호라인과 접지전원단 사이에 병렬접속된 다수의 엔모스 트랜지스터; 및A plurality of NMOS transistors connected in parallel between the signal line and a ground power supply terminal; And 인접한 엔모스 트랜지스터의 게이트단 사이에 접속된 다수의 저항 - 마지막 저항은 상기 입력패드로부터 가장 먼 엔모스 트랜지스터의 게이트와 상기 접지전압단 사이에 접속됨 - 을 구비하며,A plurality of resistors connected between gate ends of adjacent NMOS transistors, the last resistor being connected between the gate of the NMOS transistor furthest from the input pad and the ground voltage terminal, 각 엔모스 트랜지스터의 채널은 상기 접지전원단에 접속되며, 각 엔모스 트랜지스터의 게이트단과 상기 신호라인 사이에는 일정한 기생 캐패시턴스가 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정전기 보호회로.A channel of each NMOS transistor is connected to the ground power supply terminal, and a static parasitic capacitance is present between the gate terminal of each NMOS transistor and the signal line. 입력패드와 내부회로 사이에 연결된 신호라인;A signal line connected between the input pad and the internal circuit; 상기 신호라인과 접지전원단 사이에 병렬접속된 다수의 엔모스 트랜지스터; 및A plurality of NMOS transistors connected in parallel between the signal line and a ground power supply terminal; And 인접한 엔모스 트랜지스터의 게이트단 사이에 접속된 다수의 저항 - 마지막 저항은 상기 입력패드로부터 가장 먼 엔모스 트랜지스터의 게이트와 상기 접지전압단 사이에 접속됨 - 을 구비하며,A plurality of resistors connected between gate ends of adjacent NMOS transistors, the last resistor being connected between the gate of the NMOS transistor furthest from the input pad and the ground voltage terminal, 상기 입력패드로부터 가장 가까운 엔모스 트랜지스터에 인접하도록 하나의 접지전원 인가용 픽업 영역을 배치하여, 상기 입력패드로부터 거리가 멀어질수록 각 엔모스 트랜지스터의 채널에 인가되는 접지전압이 점진적으로 증가하는 웰 저항값에 의해 높아지도록 하며, 각 엔모스 트랜지스터의 게이트단과 상기 신호라인 사이에는 일정한 기생 캐패시턴스가 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정전기 보호회로.A pick-up area for applying ground power is disposed to be adjacent to the NMOS transistor closest to the input pad, and as the distance from the input pad increases, the ground voltage applied to the channel of each NMOS transistor gradually increases. And a parasitic capacitance is present between the gate terminal of each NMOS transistor and the signal line so as to be increased by a resistance value. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 마지막 저항은 가변저항인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정전기 보호회로.The last resistor is a static resistance circuit of the semiconductor device, characterized in that the variable resistor. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 다수의 저항은 각각 상기 다수의 엔모스 트랜지스터의 게이트 전극 물질, 배선 물질, 도핑된 기판 중 선택된 어느 하나로 구현하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정전기 보호회로.And each of the plurality of resistors is one selected from a gate electrode material, a wiring material, and a doped substrate of the plurality of NMOS transistors. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 기생 캐패시턴스는 각 엔모스 트랜지스터의 게이트-드레인 프린징 캐패시턴스와 게이트-드레인 오버랩 캐패시턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 정전기 보호회로.And said parasitic capacitance comprises gate-drain fringing capacitance and gate-drain overlap capacitance of each NMOS transistor. 삭제delete
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