专利名称：具有保护环的半导体装置、显示驱动器电路和显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有保护环(guard ring)的半导体装置、显示驱动器和显示设备，更具体地讲，涉及一种具有用于将电荷释放到系统地(system ground)的保护环的半导体装置、包括该半导体装置的显示驱动器和包括该显示驱动器的显示设备。
背景技术：
基于显示端口的设备需要经过国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，IEC) 61000-4-2 标准中规定的静电释放(ESD)测试。例如， 经常与手接触的移动电话必须经过第4级(level 4)或更高级别的测试。当在测试期间使用测试机器将电荷发射到目标设备时，电荷注入到包括在设备中的显示驱动器中的半导体装置。此时，半导体装置通常可能因其结构而由注入的电荷导致永久损坏或遭受逻辑异常。
发明内容
本发明的一些实施例提供一种具有用于使永久损坏或异常最小化的结构的半导体装置、包括该半导体装置的显示驱动器电路和包括该显示驱动器电路的显示设备。根据本发明的一些实施例，提供了一种半导体装置，所述半导体装置包括半导体基底，具有第一导电类型；至少两个第一阱区域，在半导体基底中具有第二导电类型和预定深度；至少一个第二阱区域，在每个第一阱区域中具有第一导电类型和预定深度；保护环区域，具有第二导电类型和预定深度，并位于第一阱区域之间，以与第一阱区域分开预定的距离。保护环区域可以连接到地电压。保护环区域可以比第一阱区域深。每个第一阱区域可以包括在每个第一阱区域的表面上的N+层。第二阱区域可以包括在第二阱区域的表面上的P+层。保护环区域可以包括在保护环区域的表面上的N+层。所述半导体装置还可以包括在半导体基底的表面上并在第一阱区域和保护环区域之间的P+层。每个第一阱区域的表面上的N+层、第二阱区域的表面上的P+层和保护环区域的表面上的N+层可以分别连接到电极。连接到保护环区域的表面上的N+层的电极可以连接到地电压。电荷可以注入到与各第一阱区域的表面上的N+层连接的电极之一。第一导电类型可以是P型，第二导电类型可以是N型。根据本发明的其他的实施例，提供了一种制造半导体装置的方法。所述方法下述操作将至少两个第二导电类型的第一阱区域形成为距第一导电类型的半导体基底的表面达预定深度；在每个第一阱区域中形成具有预定深度的至少一个第一导电类型的第二阱区域；在第一阱区域之间形成与第一阱区域分开预定的距离的并具有预定深度的第二导电类型的保护环区域；将保护环区域连接到地电压。形成保护环区域的操作可以包括将保护环区域形成得比第一阱区域深。根据本发明的其他的实施例，提供了一种包括如上所述的半导体装置的显示驱动器电路。根据本发明的其他的实施例，提供了一种包括如上所述的显示驱动器电路显示设备。根据本发明的其他的实施例，提供了一种半导体装置，所述半导体装置包括第一电路区域；第二电路区域；保护环区域，设置在第一电路区域和第二电路区域之间以与第一电路区域和第二电路区域分开预定的距离，并形成为具有预定深度，其中，保护环区域连接到地电压。
通过参照附图对本发明的示例性实施例进行详细地描述，本发明的上面的和其他的特征和优点将变得更明显，在附图中图1是根据本发明的一些实施例的半导体装置的示图；图2是根据本发明的另一些实施例的半导体装置的示图；图3是示出不具有保护环区域的半导体装置的电极的电压随时间的改变的曲线图；图4是示出具有保护环区域的半导体装置的电极的电压随时间的改变的曲线图；图5是根据本发明的一些实施例的制造半导体装置的方法的流程图；图6A是根据本发明的一些实施例的显示设备的示图；图6B是包括图6A中示出的显示设备的系统的示图；图6C是示出电荷传输到图1或图2中示出的半导体装置的过程的示图；图7是根据本发明的一些实施例的半导体芯片的示图；图8A和图8B是用于实现图7中示出的半导体芯片的半导体装置的示图。
具体实施例方式现在，将在下文中参照附图来更充分描述了本发明，在附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该被解释为局限于在这里阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，可夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。相同标号始终指示相同元件。应该理解的是，当元件被称作“连接到”另一元件或者“结合到”另一元件时，该元件可以直接连接到另一元件或者直接结合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接到”另一元件或者“直接结合到”另一元件，不存在中间元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合，并可以被简写为“/”。应该理解的是，虽然可以在这里使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。例如，在不脱离本公开的教导的情况下，第一信号可以被称为第二信号，类似地，第二信号可以被称为
第一信号。这里使用的术语仅为了描述特定示例实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。将进一步理解的是，除非这里明确定义，否则术语(例如在通用的字典中定义的术语)应该被解释为具有与本申请和/ 或相关领域的上下文中它们的意思相一致的意思，而不是理想地或者过于正式地解释它们的思思ο图1是根据本发明的一些实施例的半导体装置100的示图。半导体装置100包括 P型半导体基底10。具有预定深度的N型第一阱区域103和104在P型半导体基底10的表面上形成为彼此分开预定的距离。N+层113和114分别形成在第一阱区域103和104的
表面上。具有预定深度的第二阱区域101和102分别形成在第一阱区域103和104中。P+ 层111和112分别形成在第二阱区域101和102的表面上。第二阱区域101和102可以为 PP阱(PP well)(即袋式P阱(pocket P well)。在第二阱区域101和102中不包括N+层 113和114。N+层113和114以及P+层111和112分别连接到电极VDD、AVDD、VSS和AVSS。半导体装置100包括在第一阱区域103和104之间的具有预定深度的N型保护环区域110。保护环区域110与第一阱区域103和104中的每个阱区域分开预定的距离。保护环区域110包括在其表面上的N+层120。N+层120连接到与系统地电压连接的VGND。保护环区域110、半导体基底10和第一阱区域104形成寄生NPN双极结型晶体管， 该寄生NPN双极结型晶体管以保护环区域110作为发射极，以半导体基底10作为基极，并以第一阱区域104作为集电极。当使用执行静电释放(ESD)测试的机器将电荷发射到显示设备(例如，显示面板) 时，电荷被注入到与面板连接的节点Ni，因此，电极AVDD的电压升高。结果，出现击穿，且空穴从第一阱区域104运动到半导体基底10。然而，包括预定深度的保护环区域110的半导体装置100防止了空穴运动到第一阱区域103以及电极VDD的电压的升高。如果不设置保护环区域110，则半导体装置100将具有寄生NPN双极结型晶体管， 该寄生NPN双极结型晶体管以第一阱区域103作为发射极，以半导体基底10作为基极，并以第一阱区域104作为集电极。当出现击穿时，由ESD测试机器注入到半导体装置100的电荷运动到第一阱区域103，并因此使电极VDD的电压升高，因而在半导体装置100中导致永久损坏或异常。保护环区域110可以比第一阱区域103和104深。此时，空穴可以更有效地流动到保护环区域110中。图2是根据本发明的另一些实施例的半导体装置100'的示图。半导体装置100' 包括P型半导体基底10'。具有预定深度的N型第一阱区域203和204在P型半导体基底10'的表面上形成为彼此分开预定的距离。N+层213和214分别形成在第一阱区域203和 203的表面上。具有预定深度的第二阱区域201和202分别形成在第一阱区域203和204中。P+ 层211和212分别形成在第二阱区域201和202的表面上。第二阱区域201和202可以为 PP阱。在第二阱区域201和202中不包括N+层213和214。半导体装置100'包括在第一阱区域203和204之间的具有预定深度的N型保护环区域210。保护环区域210与第一阱区域203和204中的每个阱区域分开预定的距离。 保护环区域210包括在其表面上的N+层220。N+层220连接到与系统地电压连接的VGND。半导体基底10'包括在其表面上的P+层230和MO。P+层230位于保护环区域 210和第一阱区域203之间，P+层240位于保护环区域210和第一阱区域204之间。P+层 230和240可以与保护环区域210以及第一阱区域203和204分开预定的距离。N+ 层 213 和 214 以及 P+ 层 211、212、230 和 240 分别连接到电极 VDD、AVDD、VSS、 AVSS、VGLl和VGL2。此时，电极VGLl和VGL2可以与同一节点对应。保护环区域210、半导体基底10'和第一阱区域204形成寄生NPN双极结型晶体管，该寄生NPN双极结型晶体管以保护环区域210作为发射极，以半导体基底10 ‘作为基极，并以第一阱区域204作为集电极。当使用ESD测试机器将电荷发射到显示设备(例如，显示面板)时，电荷被注入到与面板连接的节点N2，因此，电极AVDD的电压升高。结果，出现击穿，且空穴从第一阱区域 204运动到半导体基底10'。然而，包括预定深度的保护环区域210的半导体装置100'防止了空穴运动到第一阱区域203以及电极VDD的电压的升高。如果不设置保护环区域210，则半导体装置100'将具有寄生NPN双极结型晶体管，该寄生NPN双极结型晶体管以第一阱区域203作为发射极，以半导体基底10'作为基极，并以第一阱区域204作为集电极。当出现击穿时，由ESD测试机器注入到半导体装置100'的电荷运动到第一阱区域203，并因此使电极VDD的电压升高，因而在半导体装置 100’中导致永久损坏或异常。保护环区域210可以比第一阱区域203和204深。此时，空穴可以更有效地流动到保护环区域210中。在半导体装置100和100'中使用的导电类型不限于在图1和图2 中示出的实施例，且它们可以是相反的。例如，可以将N型改变为P型，并将P型改变为N型。图3是示出不具有保护环区域的半导体装置的电极的电压随时间的改变的曲线图。图4是示出根据本发明的一些实施例的半导体装置100的电极的电压的改变的曲线图。参照图3，当在时刻tl将电荷注入到不具有保护环区域的半导体装置时，电极 AVDD的电压V_AVDD升高，电极VDD的电压V_VDD因空穴的流入而升高超过大约8V。此时， 假设不具有保护环区域的半导体装置为去除了保护环区域110的图1中示出的半导体装置 100。如果半导体装置的电极VDD具有6V的容许电压(allowable voltage)，则半导体装置可能出现故障。参照图4，当在时刻t2将电荷注入到包括保护环区域110的半导体装置100时， 电极AVDD的电压V_AVDD升高，但是因为空穴进入保护环区域110中，所以电极VDD的电压 V_VDD几乎不升高。如果半导体装置100的电极VDD具有6V的容许电压，则因为电极VDD
7的电压V_VDD仅升高达大约0. 5V，所以半导体装置100不具有任何故障。图5是根据本发明的一些实施例的制造半导体装置的方法的流程图。在操作SlOO 中，将至少两个第一阱区域形成为距半导体基底的表面达预定深度。此时，半导体基底可以具有P型导电性，第一阱区域可以具有N型导电性。另外，可以将第一阱区域彼此分开预定的距离。接下来，在操作S200中，可以在每个第一阱区域中形成具有预定深度的至少一个第二阱区域。此后，在操作S300中，在第一阱区域之间形成具有预定深度的保护环区域，以使保护环区域与第一阱区域分开预定的距离。此时，可以将保护环区域形成得比第一阱区域深。另外，可以将保护环区域连接到系统地电压。图6A是根据本发明的一些实施例的显示设备500的示图。显示设备500包括控制器510、栅极驱动器电路520、源极驱动器电路或显示驱动器电路530以及面板MO。控制器510将栅极控制信号GCS提供到栅极驱动器电路520，并将使能信号SEN、 系统时钟信号CLK和数据信号DATA提供到源极驱动器电路530。栅极驱动器电路520将栅极信号提供到栅极线GL1、GL2........GLQ0源极驱动器电路530包括在图1或图2中示出的半导体装置100或100'，并将
数据信号DATA提供到源极线SL1、SL2........SLP。源极驱动器电路530可以包括多个源
极驱动器。在源极驱动器之一可以因使能信号SEN被施加到该源极驱动器而接收数据的同时，其他的源极驱动器可以因使能信号SEN未被施加到源极驱动器而不接收数据。面板540包括分别形成在栅极线GLl至GLQ和源极线SLl至SLP之间的交叉部分处的多个像素，并显示数据信号DATA。图6B是包括在图6A中示出的显示设备500的系统600的示图。参照图6B，系统 600包括显示设备500和柔性印刷电路板(FPCB) 350。系统600通过连接器360连接到系统地电压，因此，在图1和图2中示出的保护环区域110和210可以连接到系统地电压。如标号320所指示的，ESD测试机器发射的电荷可以流动到系统600中，因此，电荷可以流动到源极驱动器530中。图6C是示出ESD测试机器发射的电荷流动到源极驱动器530中并因此传输到图 1或图2中示出的半导体装置100或100'的过程的示图。在图6C中示出的节点至 Nl_n中的每个节点可以与在图1或图2中示出的节点m或N2对应。当ESD测试机器将电荷发射到面板540时，电荷流动到与面板540连接的节点 Nl_l至中。通过分别连接到节点至m_n的正向二极管311、313、315和317将电荷传输到电极AVDD。此时，电荷可以为正电荷，并因分别连接到节点至m_n的反向二极管312、314、316和318而没有被直接施加到电极AVSS。因此，可以防止因ESD测试机器注入的电荷导致出现永久损坏或逻辑异常。图7是根据本发明的一些实施例的半导体芯片的示图。图8A和图8B是用于实现图7中示出的半导体芯片的半导体装置的示图。参照图7，半导体芯片700包括核心区域710和输入/输出(I/O)区域720。核心区域710执行主要处理，并可以包括用于执行处理的集成电路。I/O区域720用作输入和输出信号的接口。I/O区域720可以位于核心区域710的边缘处，以将信号输入到核心区域 710并输出来自核心区域710的信号。在核心区域710和I/O区域720之间可以存在余量空间。在图8A和图8B中示出的半导体装置800和800'具有的结构分别与在图1和图 2中示出的半导体装置100和100'的结构相同。如在图8A和图8B中所示，可以使用半导体装置800和800'中的任意一个来实现在图7中示出的半导体芯片700。具体地讲，在保护环区域810和810'周围，半导体装置800和800 ‘可以分别表示核心区域710和I/O区域720。保护环区域810和810'可以连接到OV的系统地电压。在图7至图8B中示出的实施例中，保护环区域810和810'设置在核心区域710 和I/O区域720之间，但是本发明不限于这些实施例。例如，根据本发明的半导体装置可以应用于防止在诸如核心区域710和I/O区域720的块之间的ESD耦合的所有情况。如上所述，根据本发明的一些实施例，通过引入保护环，提供了一种结构与传统的半导体装置的结构不同的半导体装置，因而使半导体装置的永久损坏或异常最小化。如上所述，根据本发明的一些实施例，提供了一种用于半导体装置的保护环，因而防止了当ESD测试机器将电荷注入到半导体装置时在半导体装置中出现永久损坏或逻辑异常。虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种半导体装置，包括半导体基底，具有第一导电类型；至少两个第一阱区域，在半导体基底中具有第二导电类型和预定深度；至少一个第二阱区域，在每个第一阱区域中具有第一导电类型和预定深度；保护环区域，具有第二导电类型和预定深度，并在第一阱区域之间定位与第一阱区域分开预定的距离，其中，保护环区域连接到地电压。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，保护环区域比第一阱区域深。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其中，每个第一阱区域包括在每个第一阱区域的表面上的N+层，第二阱区域包括在第二阱区域的表面上的P+层，保护环区域包括在保护环区域的表面上的N+层。
4.如权利要求3所述的半导体装置，所述半导体装置还包括在半导体基底的表面上并在第一阱区域和保护环区域之间的P+层。
5.如权利要求3所述的半导体装置，其中，每个第一阱区域的表面上的N+层、第二阱区域的表面上的P+层和保护环区域的表面上的N+层分别连接到电极。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其中，连接到保护环区域的表面上的N+层的电极连接到地电压。
7.如权利要求5所述的半导体装置，其中，电荷注入到与各第一阱区域的表面上的N+ 层连接的电极中的一个电极。
8.如权利要求1所述的半导体装置，其中，第一导电类型是P型，第二导电类型是N型。
9.一种显示驱动器电路，包括如权利要求1所述的半导体装置。
10.一种显示设备，包括如权利要求9所述的显示驱动器电路。
11.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括下述操作将至少两个第二导电类型的第一阱区域形成为距第一导电类型的半导体基底的表面达预定深度；在每个第一阱区域中形成具有预定深度的至少一个第一导电类型的第二阱区域；在第一阱区域之间形成与第一阱区域分开预定的距离的并具有预定深度的第二导电类型的保护环区域；将保护环区域连接到地电压。
12.如权利要求11所述的方法，其中，形成第二导电类型的保护环区域的操作包括将保护环区域形成得比第一阱区域深。
13.如权利要求11所述的方法，其中，形成至少两个第二导电类型的第一阱区域的操作包括在每个第一阱区域的表面上形成N+层。
14.如权利要求13所述的方法，其中，形成至少一个第一导电类型的第二阱区域的操作包括在第二阱区域的表面上形成P+层。
15.如权利要求14所述的方法，其中，形成第二导电类型的保护环区域的操作包括在保护环区域的表面上形成N+层。
16.如权利要求15所述的方法，其中，分别将每个第一阱区域的表面上的N+层、第二阱区域的表面上的P+层和保护环区域的表面上的N+层连接到电极。
17.如权利要求11所述的方法，其中，所述方法还包括在半导体基底的表面上并在第一阱区域和保护环区域之间形成P+层。
18.如权利要求16所述的方法，其中，连接保护环区域的操作包括将连接在保护环区域的表面上的N+层的电极连接到地电压。
19.一种半导体装置，包括 第一电路区域；第二电路区域；保护环区域，设置在第一电路区域和第二电路区域之间以与第一电路区域和第二电路区域分开预定的距离，并形成为具有预定深度， 其中，保护环区域连接到地电压。
20.如权利要求19所述的半导体装置，其中，第一电路区域是核心区域，第二电路区域是输入/输出区域。
全文摘要
本发明提供一种具有保护环的半导体装置、显示驱动器电路和显示设备。该半导体装置包括半导体基底，具有第一导电类型；至少两个第一阱区域，在半导体基底中具有第二导电类型和预定深度；至少一个第二阱区域，在每个第一阱区域中具有第一导电类型和预定深度；保护环区域，具有第二导电类型和预定深度，并位于第一阱区域之间，以与第一阱区域分开预定的距离。保护环区域连接到地电压。
文档编号H01L29/06GK102569356SQ20111043188
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月29日
发明者金昌洙, 金汉求, 金琯英, 金锡震, 高在赫 申请人:三星电子株式会社