包括静电放电电路的半导体器件及其操作方法

包括静电放电电路的半导体器件及其操作方法
【专利说明】包括静电放电电路的半导体器件及其操作方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年5月14日提交的韩国专利申请N0.10-2014-0057863的优先权，该申请的公开以引用方式全文并入本文中。
技术领域
[0003]本发明构思的示例性实施例涉及一种半导体器件，并且更具体地说，涉及一种包括静电放电电路的半导体器件及其操作方法。
【背景技术】
[0004]诸如移动装置的电子装置包括各种半导体集成电路。随着半导体集成电路的尺寸缩小，增强的静电放电保护对于半导体集成电路变得更加重要。例如，静电放电(ESD)电路用于保护半导体芯片或电路抵抗静电。ESD是指通过静电导致的放电现象。例如，由于静电，比电路的给定击穿电压更高的电压会施加在电路的分离部分之间。在这种情况下，会由于通过这种高静电电压导致的大电流而使电路坏掉。例如，在包括MOS (金属氧化物半导体)晶体管的半导体器件中，如果将高静电电压瞬时施加在连接至输入或输出电路的I/O焊盘，则MOS晶体管的栅极绝缘层会被高静电电压损坏或破坏。

【发明内容】

[0005]本发明构思的示例性实施例提供了一种静电放电电路，该静电放电电路被构造为保护内部电路抵抗静电放电并且满足时序需求，并且提供了一种包括这种静电放电电路的半导体器件。
[0006]根据本发明构思的示例性实施例，一种半导体器件可包括:第一驱动器，其被构造为响应于驱动信号将焊盘的电压电平上拉至第一电源电压；第二驱动器，其被构造为响应于驱动信号将焊盘的电压电平下拉至第二电源电压；开关保护电阻器，其被构造为响应于开关控制信号改变焊盘与第二驱动器之间的电阻；以及ESD检测器，其被构造为检测第一电源电压或第二电源电压的电压电平，并且产生开关控制信号。
[0007]根据本发明构思的示例性实施例，一种半导体器件可包括:驱动器，其被构造为根据驱动信号利用第一电源电压或第二电源电压驱动焊盘；开关保护电阻器，其被构造为在焊盘与驱动器之间形成电流通路，该电流通路根据开关控制信号形成为经过保护电阻器或将保护电阻器旁路；以及ESD检测器，其监视第一电源电压或第二电源电压，并产生开关控制信号，产生开关控制信号以当发生ESD事件时形成经过保护电阻器的电流通路。
[0008]根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种操作半导体器件的静电放电电路的方法。该静电放电电路可包括焊盘和驱动焊盘的驱动器。该方法可包括以下步骤:检测半导体器件的电源电压的AC成分；处理AC成分以产生当AC成分升高超过特定电平时能够增大焊盘与驱动器之间的电阻的开关控制信号；以及根据开关控制信号执行开关操作以通过保护电阻器将焊盘连接至驱动器。
[0009]根据本发明构思的示例性实施例，一种半导体器件包括:驱动器，其被构造为根据驱动信号通过第一电源电压或第二电源电压驱动焊盘；开关保护电阻器，其被构造为根据开关控制信号在焊盘与驱动器之间形成第一电流通路和第二电流通路之一，其中第一电流通路经过保护电阻器，并且第二电流通路将保护电阻器旁路；以及静电放电(ESD)检测器，其被构造为监视第一电源电压或第二电源电压，并产生开关控制信号，其中响应于ESD事件的发生而形成第一电流通路。
[0010]根据本发明构思的示例性实施例，一种操作半导体器件中的静电放电(ESD)电路的方法包括步骤:检测半导体器件的电源电压的交流(AC)成分；处理AC成分以产生开关控制信号，所述开关控制信号导致ESD电路的焊盘与ESD电路的驱动器之间的电阻响应于AC成分高于参考值而增大；以及根据开关控制信号执行开关操作以通过包括保护电阻器的第一电流通路将焊盘连接至驱动器。
[0011]根据本发明构思的示例性实施例，一种操作半导体器件中的静电放电(ESD)电路的方法包括步骤:检测ESD事件的发生；产生控制设置在半导体器件中的开关保护电阻器的开关控制信号，其中开关控制信号指示是否检测到ESD事件的发生；响应于指示未检测到ESD事件的发生的开关控制信号，将开关保护电阻器中的开关晶体管导通，其中将开关晶体管导通在半导体器件的焊盘与半导体器件的驱动器之间建立第一电流通路，并且第一电流通路包括开关晶体管而不包括保护电阻器；以及响应于指示已检测到ESD事件的发生的开关控制信号，将开关保护电阻器中的开关晶体管截止，其中将开关晶体管截止在半导体器件的焊盘与半导体器件的驱动器之间建立第二电流通路，并且第二电流通路包括保护电阻器。
【附图说明】
[0012]通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上和其它特征将变得更加清楚，其中:
[0013]图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括静电放电电路的半导体器件的框图；
[0014]图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的开关保护电阻器的示例的电路图；
[0015]图3是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的半导体器件的静电放电电路的电路图；
[0016]图4A和图4B分别是不出根据本发明构思的不例性实施例的图3的第一驱动器和第二驱动器的示例的电路图；
[0017]图5是示出根据本发明构思的示例性实施例的图3的半导体器件在正常操作和ESD导致的异常操作下的电流通路的示例的电路图；
[0018]图6A和图6B分别是示出根据本发明构思的示例性实施例的图5的电路在正常模式和ESD导致的异常模式下操作的电源电压和节点电压的电压电平的时间变化的时序图；
[0019]图7是示出根据本发明构思的示例性实施例的静电放电电路的电路图；
[0020]图8是示出根据本发明构思的示例性实施例的静电放电电路的电路图；
[0021]图9A和图9B是示出根据本发明构思的示例性实施例的图8的静电放电电路的操作的时序图；
[0022]图10是示出根据本发明构思的示例性实施例的静电放电电路的电路图；
[0023]图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的图10的第二驱动器的1-V特征的曲线图；
[0024]图12是示出根据本发明构思的示例性实施例的半导体器件的示意性构造的框图；
[0025]图13是示出应用了本发明构思的示例性实施例的显示装置的框图；以及
[0026]图14是示出应用了本发明构思的示例性实施例的存储器装置的示例的框图。
【具体实施方式】
[0027]下文中将参照附图更加完全地描述本发明构思的示例性实施例。在整个附图中，相同的附图标记可指示相同的元件。在附图中，为了清楚起见，会夸大层和区的尺寸和相对尺寸。
[0028]应该理解，虽然本文中可使用术语例如“第一”、“第二”、“第三”等来描述多个元件、组件、区、层和/或部分，但是这些元件、组件、区、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区、层或部分与另一区、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、第一组件、第一区、第一层或第一部分可被称作第二元件、第二组件、第二区、第二层或第二部分，而没有脱离本发明构思的教导。
[0029]为了方便描述，本文中可使用诸如“在……下方”、“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……下”、“在……之上”、“上”等的空间相对术语，以描述附图中所示的一个元件或特征与另一个(一些)元件或特征的关系。
[0030]本文所用的术语仅是为了描述特定实施例，并且不旨在限制本发明构思。如本文所用的那样，单数形式“一个”、“一”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地指明不是这样。
[0031]应该理解，当一个元件或层被称作“位于”另一元件或层“上”、“连接至”、“结合至”或“邻近于”另一元件或层时，所述一个元件或层可直接位于另一元件或层上、连接至、结合至或邻近于另一元件或层，或者可存在中间元件或层。
[0032]这里，如本领域普通技术人员所理解的那样，当将两个或更多个元件或值描述为彼此基本相同时，应该理解，所述元件或值彼此相同，彼此难以区分，或彼此可区分但功能彼此相同。
[0033]图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括静电放电电路的半导体器件的框图。参照图1，半导体器件100可包括被构造为将驱动信号传递至焊盘Pad的驱动器110和115、开关保护电阻器120、ESD (静电放电)检测器130、箝位电路140和内部电路150。这里，开关保护电阻器120、ESD检测器130、箝位电路140和二极管Dl和D2可构成静电放电电路的至少一部分。
[0034]焊盘Pad可连接至驱动器110和115、开关保护电阻器120和二极管Dl和D2。第一二极管Dl可连接在焊盘Pad与向其施加第一电源电压VDDl的第一电源线之间。第二二极管D2可连接在焊盘Pad与向其施加第二电源电压VDD2的第二电源线之间。在示例性实施例中，第一电源电压VDDl可为正电压，并且第一二极管Dl可处于正向偏压状态，而第二电源电压VDD2可为地电压或负电压，并且第二二极管D2可处于反向偏压状态。
[0035]在大量正电荷被供应至焊盘Pad的情况下，第一二极管Dl可处于正向偏压状态，从而允许正电荷传输至第一电源线。因此，正电荷可经诸如(例如)箝位电路140的静电放电电路被放电至第二电源线。在大量负电荷被供应至焊盘Pad的情况下，第二二极管D2可处于正向偏压状态，从而允许保护内部电路150抵抗静电事件。
[0036]驱动器110和115可被构造为响应于驱动信号DRV将焊盘Pad的电压电平上拉或下拉。驱动器I1和115中的每一个的结构可根据经焊盘Pad发送数据的方式而变化。例如，在半导体器件100中，可基于单级信令(例如，CMOS信号)或差分信令(例如，低电压差分信令(LVDS))发送信号数据，并且驱动器110和115中的每一个可被构造为具有对其适用的结构。
[0037]在近期的用于驱动高分辨率移动显示器的显示驱动器IC(DDI)中，对于低信号电平和高噪声容限的需求增大。例如，期望的是，DDI被构造为以相对低的电压和改进的显示特征来执行信号传输。因此，为了提高发送的信号的可靠性，可严密控制与信号的时序条件关联的转换速率需求。也就是说，可严密控制与焊盘Pad的终端阻抗关联的技术需求。
[0038]开关保护电阻器120可设置在焊盘Pad与第二驱动器115之间。开关保护电阻器120可改变由开关控制信号RSW调整的电阻特性。开关保护电阻器120可包括开关元件和保护电阻器Rp。例如，开关元件可包括与保护电阻器Rp并联连接的高电压晶体管。下文中，开关元件可被称作“开关晶体管”。下面