緊湊型靜電放電(esd)保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】緊湊型靜電放電(ESD)保護(hù)結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)專利串請案
[0002]本申請案主張由周培明-丹尼爾(Pe1-Ming Daniel Chow)、郭永林(Yon-LinKok)、朱京(Jing Zhu)及史蒂文謝爾(Steven Schell)于2013年5月3日申請的標(biāo)題為“緊湊型ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)(Compact ESD Protect1n Structure) ”的共同擁有的第61/819，252號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)，且所述美國臨時專利申請案特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，特定來說，涉及靜電放電(ESD)保護(hù)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0004]肖特基(Schottky)柵極耗盡型場效應(yīng)裝置由于其精細(xì)金屬柵極結(jié)構(gòu)(0.5 μπι或更小金屬柵極長度)而對ESD損壞敏感。不同于CMOS硅或雙極晶體管過程，在高電子迀移率晶體管(HEMT)過程中不存在可用于形成緊湊型ESD保護(hù)二極管的強(qiáng)健P-N結(jié)二極管。HEMT (也被稱為異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET (HFET)或調(diào)制摻雜FET (MODFET))為替代經(jīng)摻雜區(qū)(如通常為MOSFET的情形)在具有不同帶隙的兩種材料之間并入有結(jié)(S卩，異質(zhì)結(jié))作為通道的場效應(yīng)晶體管。存在數(shù)個版本的HEMT，例如，假晶HEMT (pHEMT)、變質(zhì)HEMT (mHEMT)、感應(yīng)HEMT等。形成有PHEMT裝置的柵極的數(shù)個大肖特基二極管必須串聯(lián)級聯(lián)以充分保護(hù)有源HEMT電路。此多個肖特基二極管消耗昂貴GaAs集成電路裸片中的大區(qū)域。
[0005]肖特基二極管(也被稱為熱載流子二極管)為具有低正向電壓降及非常快速的切換動作的半導(dǎo)體二極管。當(dāng)電流流經(jīng)二極管時，跨越二極管端子存在小電壓降。正常二極管將具有在0.6伏特到1.7伏特之間的電壓降，而肖特基二極管電壓降通常在0.15伏特與0.45伏特之間。此較低電壓降提供較好的系統(tǒng)效率及較高的切換速度。在肖特基二極管中，半導(dǎo)體-金屬結(jié)形成于半導(dǎo)體與金屬之間，因此形成肖特基勢皇。N型半導(dǎo)體充當(dāng)陰極且金屬側(cè)充當(dāng)肖特基二極管的陽極。此肖特基勢皇既導(dǎo)致低正向電壓降又導(dǎo)致非?？焖俚那袚Q?？赏ㄟ^級聯(lián)數(shù)個大的肖特基二極管來提供ESD保護(hù)。由于肖特基二極管的低接通電壓，因此需要數(shù)個經(jīng)堆疊二極管來處理操作電壓，且需要大區(qū)域來處理電流。因此，使用肖特基二極管配置需要大的裸片區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，需要一種與不需要使用肖特基二極管的HEMT及其它半導(dǎo)體裝置兼容的高效且緊湊型ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。
[0007]根據(jù)一實施例，一種靜電放電(ESD)保護(hù)裝置可包括:場效應(yīng)晶體管(FET)，其具有漏極、至少兩個柵極及源極，其中所述場效應(yīng)晶體管的所述漏極可耦合到將被保護(hù)以免受ESD事件的電路的節(jié)點；至少一個二極管，其耦合在所述FET的所述源極與電力供應(yīng)器共同點之間；第一電阻器，其耦合在所述FET的所述至少兩個柵極之間；及第二電阻器，其耦合到所述至少兩個柵極及所述電力供應(yīng)器共同點中的一者。
[0008]根據(jù)又一實施例，所述至少兩個柵極中的一者可為觸發(fā)柵極且所述至少兩個柵極中的另一者可為放電柵極。根據(jù)又一實施例，所述FET可為耗盡型FET。根據(jù)又一實施例，所述至少一個二極管可為串聯(lián)連接在所述FET的所述源極與電力供應(yīng)器共同點之間的兩個二極管。根據(jù)又一實施例，所述電力供應(yīng)器共同點可耦合到電接地。根據(jù)又一實施例，所述耗盡型FET可為高電子迀移率晶體管(HEMT)。根據(jù)又一實施例，所述HEMT可為假晶HEMT (pHEMT)。根據(jù)又一實施例，所述HEMT可為變質(zhì)HEMT (mHEMT)。根據(jù)又一實施例，所述HHMT可為感應(yīng)HHMT。
[0009]根據(jù)又一實施例，所述FET、所述至少一個二極管以及所述第一電阻器及所述第二電阻器可制作于集成電路裸片上且耦合到所述電路節(jié)點，所述電路節(jié)點可耦合到所述集成電路裸片的外部連接。根據(jù)又一實施例，所述集成電路裸片的所述外部連接的功能可選自由以下各項組成的群組:模擬輸入、數(shù)字輸入、模擬輸出、數(shù)字輸出、模擬輸入/輸出、數(shù)字輸入/輸出、電力連接、偏置輸入及外部補(bǔ)償電容器。
[0010]根據(jù)另一實施例，一種靜電放電(ESD)保護(hù)裝置可包括:第一場效應(yīng)晶體管(FET)，其具有漏極、至少兩個柵極及源極，其中所述第一場效應(yīng)晶體管的所述漏極可耦合到將被保護(hù)以免受ESD事件的電路的節(jié)點；至少一個第一二極管，其具有耦合到所述第一FET的所述源極的陽極；第一電阻器，其耦合在所述第一 FET的所述至少兩個柵極之間；及第二電阻器，其耦合到所述至少兩個柵極及所述至少一個第一二極管的陰極中的一者；第二場效應(yīng)晶體管(FET)，其具有漏極、至少兩個柵極及源極，其中所述第二場效應(yīng)晶體管的所述漏極可耦合到電力供應(yīng)器共同點；至少一個第二二極管，其具有耦合到所述至少一個第一二極管的所述陰極的陰極；第三電阻器，其耦合在所述第二 FET的所述至少兩個柵極之間；及第四電阻器，其耦合到第二 FET的所述至少兩個柵極及所述至少一個第二二極管的陰極中的一者。
[0011]根據(jù)又一實施例，所述第一 FET及所述第二 FET的所述至少兩個柵極中的一者可為觸發(fā)柵極且所述第一 FET及所述第二 FET的所述至少兩個柵極中的另一者可為放電柵極。根據(jù)又一實施例，所述第一 FET及所述第二 FET可為耗盡型FET。根據(jù)又一實施例，所述至少一個第一二極管及所述至少一個第二二極管可為各自串聯(lián)連接在所述第一 FET的所述源極與所述第二 FET的所述源極之間的兩個二極管。根據(jù)又一實施例，所述電力供應(yīng)器共同點可耦合到電接地。根據(jù)又一實施例，所述第一耗盡型FET及所述第二耗盡型FET可為高電子迀移率晶體管(HEMT)。根據(jù)又一實施例，所述HEMT可選自由以下各項組成的群組:假晶 HEMT (pHEMT)、變質(zhì) HEMT (mHEMT)及感應(yīng) HEMT。
[0012]根據(jù)又一實施例，所述第一 FET及所述第二 FET、所述至少一個第一二極管及所述至少一個第二二極管以及所述第一電阻器、所述第二電阻器、所述第三電阻器及所述第四電阻器可制作于集成電路裸片上且耦合到所述電路節(jié)點，所述電路節(jié)點可耦合到所述集成電路裸片的外部連接。根據(jù)又一實施例，所述集成電路裸片的所述外部連接的功能可包括射頻信號輸入。根據(jù)又一實施例，所述集成電路裸片的所述外部連接的功能可包括射頻信號輸出。
【附圖說明】
[0013]通過參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下說明可獲取對本發(fā)明的更完整理解，附圖中:
[0014]圖1圖解說明根據(jù)本發(fā)明的教示的HEMT裝置的示意性等角橫截面圖；
[0015]圖2圖解說明用于直流(DC)及控制端口的現(xiàn)有技術(shù)單極性耗盡型FET ESD保護(hù)裝置的示意圖；
[0016]圖3圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例性實施例的用于直流(DC)及控制端口的單極性多柵極肖特基耗盡型FET ESD保護(hù)裝置的示意圖；
[0017]圖4圖解說明圖2中所展示的ESD保護(hù)裝置的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的示意性平面圖；
[0018]圖5圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例性實施例的圖3中所展示的ESD保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)的示意性平面圖；
[0019]圖6圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例性實施例的圖3中所展示的ESD保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)示意性平面圖；
[0020]圖7圖解說明根據(jù)本發(fā)明的另一特定實例性實施例的用于射頻(RF)端口的雙極性多柵極肖特基耗盡型FET ESD保護(hù)裝置的示意圖；及
[0021]圖8及8A圖解說明根據(jù)本發(fā)明的特定實例性實施例的圖7中所展示的ESD保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。
[0022]雖然本發(fā)明易于作出各種修改及替代形式，但已在圖式中展示并在本文中詳細(xì)描述本發(fā)明的特定實例性實施例。然而，應(yīng)理解，本文對特定實例性實施例的說明并不打算將本發(fā)明限制于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本發(fā)明打算涵蓋如由所附權(quán)利要求書所定義的所有修改及等效形式。
【具體實施方式】
[0023]根據(jù)各個實施例，假晶高電子迀移率晶體管(pHEMT)(也被稱為異質(zhì)結(jié)構(gòu)FET或調(diào)制摻雜FET)在本文中作為實例用來描述根據(jù)本文中所揭示的各個實施例的緊湊型ESD保護(hù)裝置的概念。迄今為止，數(shù)個大肖特基二極管必須形成有PHEMT裝置的柵極且經(jīng)串聯(lián)級聯(lián)以增加電壓并充分保護(hù)有源電路。此多個二極管裝置消耗昂貴GaAs集成電路裸片中的大區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的各個實施例，提出使用多柵極HEMT來形成緊湊型ESD保護(hù)裝置。HEMT裝置的多柵極可用于形成ESD觸發(fā)及電荷泄放路徑以用于保護(hù)在所述ESD保護(hù)裝置及結(jié)構(gòu)之后的電路?？蓪SD保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)布設(shè)在比多個二極管ESD裝置結(jié)構(gòu)小得多的區(qū)域中。預(yù)期且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種類型的HEMT裝置(例如，pHEMT、mHEMT、感應(yīng)HEMT等)可與本文中所揭示的ESD保護(hù)裝置一起使用。
[0024]現(xiàn)在參考圖式，其示意性地圖解說明實例性實施例的細(xì)節(jié)。圖式中，將由相似編號表示相似元件，且將由帶有不同小寫字母后綴的相似編號表示類似元件。
[0025]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的教示描繪HEMT裝置的示意性等角橫截面圖。出于說明性目的展示PHEMT，但預(yù)期且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可根據(jù)本發(fā)明的教示類似地使用其它HEMT裝置。HEMT裝置可包括襯底112、二維電子氣體層110、間隔物108、勢皇106、覆蓋層104，以及金屬漏極、源極及柵極電極102。源極、柵極及漏極金屬102可包括(但不限于)金。勢皇106可包括(但不限于)砷化鋁鎵(AlGaAs)。間隔物108可包括(但不限于)砷化鎵(GaAs)。二維電子氣體層110可包括(但不限于)砷化銦鎵(InGaAs)。襯底可包括(但不限于)高電阻率GaAs。第一電阻器210可具有從約500歐姆到約2000歐姆的電阻值。第二電阻器212可具有約2000歐姆的電阻值。
[0026]參考圖2及4，描繪用于直流(DC)及控制端口的現(xiàn)有技術(shù)單極性耗盡型FET ESD保護(hù)裝置的示意圖，以及圖2中所展示的ESD保護(hù)裝置的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的示意性平面圖。單極性單柵極ESD保護(hù)裝置202已用于保護(hù)集成電路封裝(未展示)的電路2