保护元件、半导体装置及电子系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种保护元件，所述保护元件具有更适当地保护被保护电路的功能并同时具有小的电路面积。此外，本发明专利技术提供一种使用所述保护元件的半导体装置及一种电子系统。所述保护元件包括：第一配线，当电流接通时其被提供有信号电压；第二配线，其被提供有基准电压；检测电路，其连接于第一配线与第二配线之间，并用于检测输入至第一配线上的所述信号电压；反相电路，其包括连接于第一配线与第二配线之间的多个反相器，当电流接通时，所述反相电路在第奇数个反相器与第偶数个反相器之间被提供有与信号电压具有相同电平的参考电压；以及保护晶体管，其连接于第一配线与第二配线之间，并具有用于接收反相电路的输出的门极。

【技术实现步骤摘要】
保护元件、半导体装置及电子系统
本专利技术涉及一种保护元件以及一种包括所述保护元件的半导体装置，所述保护元件用于保护被保护电路免受由外部静电引起的静电放电。此外，本专利技术还涉及一种包括所述半导体装置的电子系统。
技术介绍
一般而言,在例如大规模集成电路(Large Scale Integration ;LSI)等半导体集成电路中，随着电路尺寸小型化且低电压化，保护被保护电路免受浪涌电流变得越来越重要，所述浪涌电流发生于具有预定功能的内部电路(在下文中被称为“被保护电路”)的电源线上。作为发生于电源线上的典型浪涌电流，静电放电(electrostatic discharge ；ESD)浪涌引起了人们的广泛关注，静电放电(ESD)浪涌是在电源线外部端子上由静电放电引起的电源线电压的骤增。用于保护被保护电路免受ESD浪涌的元件或电路(在下文中被称为“保护元件”)需要具有判断输入电信号是否为ESD浪涌的功能。在此种保护元件中，如果判定输入电信号是ESD浪涌，则将所述输入的电信号转移至外部；如果判定输入的电信号不是ESD浪涌，则容许所述输入电信号直接通过被保护电路。在作为典型保护元件的门极接地型金属氧化物半导体(Gate Grounded MetalOxide Semiconductor ;GGM0S)中，基于输入电压进行所述判断。例如,在被保护电路通常的工作电压为2V且耐受电压为4V的情形中，用于保护所述被保护电路的GGMOS被调整为在3V的输入电压处工作。因此，例如如果输入电压变成3V或更高，则GGMOS会转移电流，因此被保护电路得到保护。此外，作为另一典型的保护元件，提供一种具有RCMOS结构的保护元件。在RCMOS结构中，电阻器及电容器连接至CMOS型反相器。RCMOS通常用作保护电源电路的保护元件，并通过输入脉冲的上升时间来判断输入电信号是否为ESD浪涌电流。在电源电路中，接通电源的脉冲的上升时间长，且ESD浪涌的上升时间短。因此，在RCMOS中，如果输入电信号的脉冲的上升时间短，则判定输入电流为ESD浪涌电流，并将所述电流转移至外部，如果输入电信号的脉冲的上升时间长，则判定输入电流为电源电流，并容许所述电流流至所述电源电路中。未经审查的日本专利申请公开案第2010-50312号公开了一种包括保护电路部及控制电路部的ESD保护电路的构造。在此种构造中，控制电路部检测由保护电路部所检测到的电压是否超出阈值电压X，从而保护被保护电路免受ESD浪涌。在未经审查的日本专利申请公开案第2010-50312号中，可通过设置控制电路部来防止在接通电源时出现的具有急剧转换速率(slew rate)的电压被错误地检测为ESD浪涌。然而，在ESD保护电路如上所述包括保护电路部及控制电路部的构造中，所述电路构造比简单的RCMOS复杂，因此电路面积也大。因此对于保护元件来说，期望的是不仅具有适当地保护被保护电路的功能，而且还期望电路面积更小。
技术实现思路
鉴于上述观点，本专利技术提供一种保护元件，所述保护元件具有更适当地保护被保护电路的功能并同时具有小的电路面积。此外，本专利技术提供一种使用所述保护元件的半导体装置及一种电子系统。根据本专利技术的实施例，提供一种保护元件，其包括:第一配线，当电流接通时所述第一配线被提供有信号电压；第二配线，其被提供有基准电压；检测电路，其连接于所述第一配线与所述第二配线之间，并用于检测输入至所述第一配线上的所述信号电压；反相电路，其包括连接于所述第一配线与所述第二配线之间的多个反相器，当电流接通时，所述反相电路在第奇数个反相器与第偶数个反相器之间被提供有与所述信号电压具有相同电平的参考电压；以及保护晶体管，其连接于所述第一配线与所述第二配线之间，并具有用于接收所述反相电路的输出的门极。在根据本专利技术的保护元件中，在电路组装时，所述保护晶体管通过所述最后一级的反相器的输出而进行工作。此外，在电流接通时，当所述参考电压与输入至所述第一配线上的所述信号为相同电平时，所述保护晶体管变成断开状态，且如果输入至所述第一配线上的所述信号高于所述参考电压，则所述保护晶体管变成接通状态。根据本专利技术的另一实施例，提供一种半导体装置，所述半导体装置包括上述保护元件及连接至所述第一配线的被保护电路。根据本专利技术的半导体装置包括上述保护元件，因此在组装电路时，如果浪涌电流在电流接通时流动，则被保护电路受到保护。此外，如果预定的正常信号在电流接通时流动，则所述信号会流过所述被保护电路。根据本专利技术的另一实施例，提供一种包括上述半导体装置的电子系统。根据本专利技术的电子系统包括上述保护元件，因此在组装电路时，如果浪涌电流在电流接通时流动，则被保护电路受到保护。此外，如果预定的正常信号在电流接通时流动，则所述信号会流过所述被保护电路。通过本专利技术可获得一种保护元件，所述保护元件具有更适当地保护被保护电路的功能并具有小的电路面积。此外，本专利技术通过并入所述保护元件可获得可靠性高的一种半导体装置及一种电子系统。【附图说明】图1是包括根据本专利技术实施例的保护元件的半导体装置的电路构造图；图2是半导体装置在组装时的电路图；图3是当ESD浪涌在组装时进入至第一配线上时，流过保护晶体管的电流I1及流过被保护电路的电流I2的模拟结果；图4是半导体装置在电流接通时的电路图；图5是当电流接通时流过保护晶体管的电流I1及流过被保护电路的电流I2的模拟结果；图6是在电流接通时ESD浪涌进入的情形中半导体装置的电路图；图7是在电流接通时ESD浪涌进入的情形中，保护晶体管漏极处的电流I3及电压V1以及流过保护晶体管的电流I1的模拟结果；图8是在电流接通时ESD浪涌进入的情形中，流过保护晶体管的电流I1及流过被保护电路的电流I2的模拟结果；图9是根据本专利技术实施例的半导体装置的电路图；图10是图示包括电熔丝的被保护电路在未连接保护元件的状态中的示例的电路图；图11是在其中GGMOS作为保护元件连接至图10所示电路的情形中的电路图(两幅图中的第I图)；以及图12是在其中GGMOS作为保护元件连接至图10所示电路的情形中的电路图(两幅图中的第2图)。【具体实施方式】在阐述本专利技术的实施例之前，将阐述其中包括现有技术的GGMOS的保护元件连接至包括电熔丝的被保护电路的示例。图10是图示包括电熔丝21的被保护电路在未连接保护元件的状态中的示例的电路图。图11及图12是在GGM0S22作为保护元件连接至图10所示电路的情形中的电路图。一般而言，在包括电熔丝的半导体装置中，电路中设置有多根电熔丝。选定的电熔丝在必要时会熔断，使得可执行所期望的处理。图10至图12中给出了其中一根电熔丝21与后一级的两个MOS晶体管Ml及M2串联的电路的示例。此外，在图11及图12中，GGM0S22连接至电熔丝21的前一级。在上述构造中，在图10至图12中，电熔丝21被构造成在电压为4V时熔断。且在图11及图12中，GGM0S22被构造成在3.5V的输入电压处工作。首先，将阐述如下情形:在图10所示的处于未连接GGM0S22状态的电路构造中，在组装电路时由ESD浪涌引起的电流I流动。在组装电路时，不对所述两个MOS晶体管Ml及M2的门电极施加电位，因此每一所述门电极均处于电位浮动状态(浮动状态)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保护元件，其包括：第一配线，当电流接通时所述第一配线被提供有信号电压；第二配线，其被提供有基准电压；检测电路，其连接于所述第一配线与所述第二配线之间并用于检测输入至所述第一配线上的所述信号电压；反相电路，其包括连接于所述第一配线与所述第二配线之间的多个反相器，当电流接通时，所述反相电路在第奇数个反相器与第偶数个反相器之间被提供有与所述信号电压具有相同电平的参考电压；以及保护晶体管，其连接于所述第一配线与所述第二配线之间，并具有用于接收所述反相电路的输出的门极。

【技术特征摘要】
2012.07.18 JP 2012-1597881.一种保护元件，其包括: 第一配线，当电流接通时所述第一配线被提供有信号电压； 第二配线，其被提供有基准电压； 检测电路，其连接于所述第一配线与所述第二配线之间并用于检测输入至所述第一配线上的所述信号电压； 反相电路，其包括连接于所述第一配线与所述第二配线之间的多个反相器，当电流接通时，所述反相电路在第奇数个反相器与第偶数个反相器之间被提供有与所述信号电压具有相同电平的参考电压；以及 保护晶体管，其连接于所述第一配线与所述第二配线之间，并具有用于接收所述反相电路的输出的门极。2.如权利要求1所述的保护元件，其中， 所述参考电压被提供至最后一级的反相器的输入端子，以及 当电流断开时，处于所述最后一级的反相器的前一级的反相器的输出被输入至所述最后一级的反相器的所述输入端子中。3.如权利要求2所述的保护元件，其中， 如果当电流接通时大于所述参考电压的电压被输入至所述第一配线上，则处于所述最后一级的反相器...

【专利技术属性】
技术研发人员：巽孝明，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：