JPH1084098A - 三重井戸技術を用いた高密度dramのesd保護 - Google Patents

三重井戸技術を用いた高密度dramのesd保護

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JPH1084098A
JPH1084098A JP9209146A JP20914697A JPH1084098A JP H1084098 A JPH1084098 A JP H1084098A JP 9209146 A JP9209146 A JP 9209146A JP 20914697 A JP20914697 A JP 20914697A JP H1084098 A JPH1084098 A JP H1084098A
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JP
Japan
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well
esd protection
conductivity type
substrate
esd
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JP9209146A
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English (en)
Inventor
E Ajith Amerasekera
アメラセケラ イー.アジス
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Texas Instruments Inc
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Texas Instruments Inc
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
    • H10D89/601Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
    • H10D89/711Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using bipolar transistors as protective elements
    • H10D89/713Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using bipolar transistors as protective elements including a PNP transistor and a NPN transistor, wherein each of said transistors has its base region coupled to the collector region of the other transistor, e.g. silicon controlled rectifier [SCR] devices

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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度の集積回路の静電放電に対して、最小
の面積で最大の保護を与えるESD保護装置を提供す
る。 【解決手段】 ESD保護される半導体回路とESD保
護回路。保護される回路は端子(33)と、前記端子に
結合する半導体デバイス(31)と、ESD保護回路
(35)を含む。ESD保護回路は、第1電導度型の基
板(1)と表面(9)を含む。第1電導度型と逆の電導
度型の第1井戸(3)が基板内にあり、前記表面に伸び
る。第1電導度型の第2井戸(5)が前記第1井戸内に
あり、前記基板から離れ、前記表面に伸びる。逆の電導
度型の第3領域(7)が前記第2井戸内にあり、第1井
戸から離れ、前記表面に伸びる。前記基板または第3領
域の少なくとも一方が端子に結合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は集積回路に関し、
より特定すると、集積回路のESD保護に関する。
【0002】
【従来の技術】静電放電(ESD)により、集積回路チ
ップパッケージの取り扱い中に集積回路内の半導体デバ
イスを損傷することがある。これはDRAMを含むMO
S回路の場合に特に多い。したがって、高エネルギーや
高電圧および/または高電流パルスなどのストレス条件
によりこれらの回路が損傷しないように保護する必要が
ある。一般にこのような損傷は、集積回路のチップ内に
保護回路を挿入することにより防止する。一般にこのよ
うな保護回路は、集積回路の通常の動作中は高インピー
ダンスまたは開回路になり、上記のようなストレス状態
になると切り替わって低インピーダンスになる。一般に
このような保護回路は、ESDが起こったときに比較的
大きな電流を流すことのできるスイッチを備える。ES
Dが起こったときに保護する回路を実質的に分路するの
に必要な切り替え機能として、PNPN型のデバイスで
あるシリコン制御整流素子(SCR)など、種々のデバ
イスが用いられている。従来のデバイスとその標準的な
製法については、関連出願シリアル番号第08/30
2,145号に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ESD保護に用いられ
ている従来の回路と構造は高レベルのESDストレスに
耐えることができる。しかし最近の技術の進歩により、
デバイスはますます小型になっている。小型になると、
従来の保護回路のトリガ電圧より低い電圧レベルでデバ
イスが故障することがある。したがって、改良された保
護回路が必要であり、上記のシリアル番号第08/30
2,145号にそのようなESD保護回路の一例が示さ
れている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この発明は、最小の面積
を用いて最大の保護レベルを与える、上記の問題を解決
するESD保護装置を提供する。
【0005】簡単に述べると、この発明はCMOS工程
で垂直バイポーラ/SCR構造を形成する三重井戸を用
いて上記の保護を行う。垂直構造を用いると、水平構造
に比べて電力の消散がよく、ESDレベルが高い。三重
井戸は、基板内および/または他の井戸内に井戸を形成
する従来の技術を用いて、ドープされた基板内に形成す
る。各逐次の井戸は基板または自分を包む井戸とは逆の
電導度型であり、各井戸と基板は、製造されたデバイス
の単一の上表面に伸びる領域を持つ。基板はn型または
p型でよく、基板と異なる電導度型の井戸と同じ電導度
型の井戸を交互に形成する。最後に形成する井戸すなわ
ち領域はより強くドープして、強くドープされた接触領
域が中に形成されないようにする。これにより垂直PN
PN構造が得られ、上表面から全ての領域にアクセスす
ることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
【実施例】図1aは標準のパターン化およびドーピング
により製造する開始構造であってp型基板1を含み、中
に第1n型井戸3を形成する。第1n型井戸3の中にp
型井戸5を形成し、p型井戸5の中に第2n型井戸すな
わち領域7を形成する。井戸3、5、7は全て基板1の
上表面9に伸び、基板の一部も上表面に露出させる。ま
た基板をn型にし各井戸の電導度を逆にした、同等のデ
バイスを作ることもできる。このような実施の形態もこ
の発明に従うと考えてよい。
【0007】図1bと図1cでは、p+接触領域11を
基板1の表面9に形成し、n+接触領域13をn井戸3
の表面9に形成し、p+接触領域15をp井戸5の表面
9に形成し、n井戸すなわち領域7を適当な標準マスキ
ングとドーピングにより最初にn+レベルにドープす
る。パッドおよび/またはリード線を、標準的な方法で
接触領域に取り付ける。すなわち、n井戸7にVN リー
ド線17を、接点15にVPWリード線19を、接点13
にVNWリード線21を、接点11にVPSUBS リード線2
3を取り付ける。図のように2個のバイポーラトランジ
スタが形成される。一方のトランジスタは領域3、5、
7を含むNPNトランジスタであり、他方のトランジス
タは領域1、3、5を含むPNPトランジスタである。
共通の領域3と5があるので最終的にPNPNのSCR
構造になる。
【0008】図1bのSCRをオンにするには、任意の
接合に、たとえばn井戸3と基板1の間の接合や、p井
戸5とn井戸3の間の接合や、p井戸5とn井戸すなわ
ち領域7の間の接合に、順方向のバイアスをかける必要
がある。SCRを導通させる要件は、まずSCRのPN
Pトランジスタ部(これは基板1、n井戸3、p井戸5
を含む)、またはSCRのNPNトランジスタ部(これ
はn井戸3、p井戸5、第2n井戸すなわち領域7を含
む)をオンにすることである。オンにするには、図2の
端子23の電圧をn井戸3の電圧より高くするか、また
は端子17の電圧をp井戸5の電圧より低くすることに
より、PNPトランジスタまたはNPNトランジスタの
ベースに電流を注入する。このターンオン電圧は、従来
のSCRのESD保護回路に比べて非常に低い。それ
は、ターンオン電圧が単に端子23とn井戸3の間の電
圧、または端子17とp井戸5の間の電圧だからであ
る。
【0009】電気的に見た最終構造は、図2に示すよう
にPNPNデバイスであり、各領域1、3、5、7から
リード線が出ている。
【0010】図3に示す構造は図1bの構造と同じであ
るが、p型領域がn型領域に変わりまたn型領域がp型
領域に変わっている点が異なる。また全ての参照記号は
図1bの構造の場合と同じであるが、(’)記号がつい
ている点が異なる。
【0011】図4aは、ESD保護回路35を備える、
MOSトランジスタ31の一般的なESD保護を示す。
ESD保護回路は通常はオフであって、接地に対して非
常に高いインピーダンスを持つ。結合パッド33の電圧
が過大になると、この電圧はESD回路35に、特に端
子17、19と21、23にかかり、PNPまたはNP
NトランジスタのどちらかをオンにしてMOSトランジ
スタ31のまわりの電流を分路し、MOSトランジスタ
が損傷するのを防ぐ。
【0012】図4bは、ESD保護回路39を備える、
PMOSトランジスタ35とNMOSトランジスタ37
(または両方ともNMOSでもよい)の一般的なESD
保護を示す。ESD保護回路は通常はオフであって、接
地に対して非常に高いインピーダンスを持つ。結合パッ
ド41の電圧が過大になると、この電圧はESD回路3
5に、特に端子17、19と21、23にかかり、PN
PまたはNPNトランジスタのどちらかをオンにしてM
OSトランジスタ35と37のまわりの電流を分路し、
MOSトランジスタが損傷するのを防ぐ。
【0013】この発明を特定の好ましい実施の形態に関
して説明したが、多くの変形や修正が可能なことは当業
者に明らかである。したがって、特許請求の範囲は従来
の技術から見てできるだけ広く解釈して、このような変
形や修正を全て含むと解釈するものとする。
【0014】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) ESD保護される半導体回路であって、 (a) 端子と、 (b) 前記端子に結合する半導体デバイスと、 (c) ESD保護回路であって、(i) 第1電導度
型であって表面を持つ基板と、(ii) 前記第1電導
度型とは逆の電導度型の第1井戸であって、前記基板内
にあり、前記表面に伸びる、第1井戸と、(iii)
前記第1電導度型の第2井戸であって、前記第1井戸内
にあり、前記基板から離れ、前記表面に伸びる、第2井
戸と、(iv) 前記逆の電導度型の第3領域であっ
て、前記第2井戸内にあり、前記第1井戸から離れ、前
記表面に伸びる、第3領域、を備えるESD保護回路
と、 (d) 前記端子に結合する前記基板または前記第3領
域の少なくとも一方、を備えるESD保護される半導体
回路。
【0015】(2) 前記半導体デバイスはMOSトラ
ンジスタである、第1項に記載のESD保護される半導
体回路。 (3) 前記第1電導度型はp型である、第1項に記載
のESD保護される半導体回路。
【0016】(4) 前記第1電導度型はp型である、
第2項に記載のESD保護される半導体回路。 (5) 前記第1電導度型はn型である、第1項に記載
のESD保護される半導体回路。 (6) 前記第1電導度型はn型である、第2項に記載
のESD保護される半導体回路。
【0017】(7) ESD保護回路であって、 (a) 第1電導度型であって表面を持つ基板と、
(b) 前記第1電導度型とは逆の電導度型の第1井戸
であって、前記基板内にあり、前記表面に伸びる、第1
井戸と、(c) 前記第1電導度型の第2井戸であっ
て、前記第1井戸内にあり、前記基板から離れ、前記表
面に伸びる、第2井戸と、(d) 前記逆の電導度型の
第3領域であって、前記第2井戸内にあり、前記前記第
1井戸から離れ、前記表面に伸びる、第3領域、を備え
る、ESD保護回路。
【0018】(8) 前記半導体デバイスはMOSトラ
ンジスタである、第7項に記載のESD保護回路。 (9) 前記第1電導度型はp型である、第7項に記載
のESD保護回路。 (10) 前記第1電導度型はp型である、第8項に記
載のESD保護回路。
【0019】(11) 前記第1電導度型はn型であ
る、第7項に記載のESD保護回路。 (12) 前記第1電導度型はn型である、第8項に記
載のESD保護回路。
【0020】(13) ESD保護される半導体回路と
ESD保護回路。保護される回路は端子33と、前記端
子に結合する半導体デバイス31と、ESD保護回路3
5を含む。ESD保護回路は、第1電導度型の基板1と
表面9を含む。第1電導度型と逆の電導度型の第1井戸
3が基板内にあり、前記表面に伸びる。第1電導度型の
第2井戸5が前記第1井戸内にあり、前記基板から離
れ、前記表面に伸びる。逆の電導度型の第3領域7が前
記第2井戸内にあり、第1井戸から離れ、前記表面に伸
びる。前記基板または第3領域の少なくとも一方が端子
に結合する。関連出願の相互参照 この出願は、一連番号第08/302,145号、19
94年9月7日出願(TI−18616)に関連し、そ
の内容を引例としてここに挿入する。
【図面の簡単な説明】
【図1】aはESD保護を行うPNPNのSCRの開始
構造の断面図。bはこの発明の完成されたSCR構造
の、図1aと同様の断面図。cは図1bの回路の略図。
【図2】図1bの完成されたデバイスの略図。
【図3】図1bと同様であるが、n型領域をp型領域に
変え、p型領域をn型領域に変えたデバイスの図。
【図4】aはMOSトランジスタと共に用いて入力トラ
ンジスタを保護する、この発明のESD保護回路を示す
略図。bはMOSトランジスタと共に用いて出力トラン
ジスタを保護する、この発明のESD保護回路を示す略
図。
【符号の説明】
1 第1電導度の基板 3 第1電導度と逆の電導度の第1井戸 5 第1電導度の第2井戸 7 第1電導度と逆の第3領域 9 SCRの表面 31 ESD保護される半導体デバイス 35 ESD保護回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ESD保護される半導体回路であって、 (a) 端子と、 (b) 前記端子に結合する半導体デバイスと、 (c) ESD保護回路であって、(i) 第1電導度
    型であって表面を持つ基板と、(ii) 前記第1電導
    度型とは逆の電導度型の第1井戸であって、前記基板内
    にあり、前記表面に伸びる、第1井戸と、(iii)
    前記第1電導度型の第2井戸であって、前記第1井戸内
    にあり、前記基板から離れ、前記表面に伸びる、第2井
    戸と、(iv) 前記逆の電導度型の第3領域であっ
    て、前記第2井戸内にあり、前記第1井戸から離れ、前
    記表面に伸びる、第3領域、を備えるESD保護回路
    と、 (d) 前記端子に結合する前記基板または前記第3領
    域の少なくとも一方、を備えるESD保護される半導体
    回路。
JP9209146A 1996-08-02 1997-08-04 三重井戸技術を用いた高密度dramのesd保護 Pending JPH1084098A (ja)

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US2305396P 1996-08-02 1996-08-02
US023053 1996-08-02

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SG (1) SG63732A1 (ja)
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TW401637B (en) 2000-08-11
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