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CN102487194B - 基于锗硅工艺平台的静电保护结构 - Google Patents

基于锗硅工艺平台的静电保护结构 Download PDF

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CN102487194B
CN102487194B CN201010568044.6A CN201010568044A CN102487194B CN 102487194 B CN102487194 B CN 102487194B CN 201010568044 A CN201010568044 A CN 201010568044A CN 102487194 B CN102487194 B CN 102487194B
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王邦麟
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Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
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Abstract

本发明公开了一种基于锗硅工艺平台的静电保护结构，在地电位和输入输出端口之间具有第一HBT，该第一HBT的基极通过一个反向的二极管接地电位，集电极接地电位，发射极通过一个或多个正向串联的二极管接输入输出端口；在输入输出端口和电源电位之间具有第二HBT，该第二HBT的基极通过一个反向的二极管接输入输出端口，集电极接输入输出端口，发射极通过一个或多个正向串联的二极管接电源电位。本发明基于锗硅工艺平台的静电保护结构可起到良好的静电保护效果，并具有较小的整体电容值。

Description

基于锗硅工艺平台的静电保护结构
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路中的静电保护(ESD)结构。
背景技术
越来越多的高频、射频电路中，采用锗硅(SiGe)工艺来做异质结双极型晶体管(HBT，Heterojunction Bipolar Transistor)，以提高产品的高频性能。而针对高频电路的输入输出端口，为了不影响产品的正常工作性能，不仅需要其静电保护结构具有较强的电流泻放能力，还需要其静电保护结构本身具有尽可能小的寄生电容。
请参阅图1，这是现有的高频电路的静电保护结构。在地电位(Ground)和输入输出端口(Input PAD)之间具有一个二极管10，该二极管10的阳极连接地电位，阴极连接输入输出端口。在输入输出端口和电源电位(VDD)之间也具有一个二极管20，该二极管20的阳极连接输入输出端口，阴极连接电源电位。
图1中作为静电保护结构的两个二极管10、20或者是在n阱中进行p型重掺杂离子注入所形成的PN结二极管(称为n阱/p+二极管)，或者是在p阱中进行n型重掺杂离子注入所形成的PN结二极管(称为p阱/n+二极管)。为了制造这种静电保护结构，必须在锗硅工艺平台的基础上集成传统的CMOS工艺。而针对纯锗硅工艺平台，由于不包括传统CMOS工艺，因而无法形成图1所示的静电保护结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于高频电路的静电保护结构，该静电保护结构可以在纯锗硅工艺平台上实现。
为解决上述技术问题，本发明基于锗硅工艺平台的静电保护结构为：在地电位和输入输出端口之间具有第一HBT(异质结双极型晶体管)，该第一HBT的基极通过一个反向的二极管接地电位，集电极接地电位，发射极通过一个或多个正向串联的二极管接输入输出端口；
在输入输出端口和电源电位之间具有第二HBT，该第二HBT的基极通过一个反向的二极管接输入输出端口，集电极接输入输出端口，发射极通过一个或多个正向串联的二极管接电源电位。
本发明基于锗硅工艺平台的静电保护结构可起到良好的静电保护效果，并具有较小的整体电容值。
附图说明
图1是现有的高频器件的静电保护结构的示意图；
图2是本发明高频器件的静电保护结构的示意图；
图3是本发明高频器件的静电保护结构的部分剖面示意图。
图中附图标记说明：
10、20为CMOS工艺平台下的二极管；11、21为HBT；12、13、22、23为锗硅工艺平台下的二极管。
具体实施方式
请参阅图2，本发明基于锗硅工艺平台的静电保护结构为：在地电位和输入输出端口之间具有第一HBT11，该第一HBT11的基极通过一个反向的二极管12接地电位，即二极管12的阳极连接地电位，阴极连接第一HBT11的基极。该第一HBT11的集电极直接连接地电位。该第一HBT11的发射极通过一个或多个正向串联的二极管13接输入输出端口，即二极管13的阳极连接第一HBT11的发射极或与之串联的二极管13的阴极，二极管13的阴极连接输入输出端口或与之串联的二极管13的阳极。
在输入输出端口和电源电位之间具有第二HBT21，该第二HBT21的基极通过一个反向的二极管22接输入输出端口，即二极管22的阳极连接输入输入端口，阴极连接第二HBT21的基极。该第二HBT21的集电极直接连接输入输出端口。该第二HBT21的发射极通过一个或多个正向串联的二极管23接电源电位，即二极管23的阳极连接第二HBT21的发射极或与之串联的二极管23的阴极，二极管23的阴极连接电源电位或与之串联的二极管23的阳极。
纯锗硅工艺平台中无法制造n阱/p+二极管或p阱/n+二极管，图2中各个二极管12、13、22、23均可采用HBT的基极和发射极之间的寄生二极管来取代。该寄生二极管的阳极为HBT的基极，阴极为HBT的发射极。
请参阅图3，这是图2中第一HBT11及其连接的二极管12、13的剖面示意图，第二HBT21及其连接的二极管22、23可以与之相同。其中第一HBT11为锗硅HBT，HBT11具有n型多晶硅发射极、p型锗硅基极和n型集电极。二极管12、13则是锗硅HBT的p型锗硅基极和n型多晶硅发射极之间形成的寄生二极管，其中p型锗硅基极作为阳极，n型多晶硅发射极作为阴极。第一HBT11和二极管12之间被隔离结构和p型埋层相隔离。第一HBT11和二极管13之间也被隔离结构和p型埋层相隔离。隔离结构例如是场氧隔离(LOCOS)或浅槽隔离(STI)。
图2中二极管13、23示意性地表示为三个，其个数由输入输出端口的应用电压决定，这几个二极管13、23用来提高整体结构的耐压，以保证正常电压应用下，此结构不会被击穿。
二极管13的面积要大于二极管12的面积，二极管23的面积要大于二极管22的面积。由于二极管12、13、22、23都是由HBT的基极和发射极所形成的，二极管的面积就是对应的HBT的发射极窗口的面积。例如，二极管13、23的面积通常为几十个μm2，而二极管12、22的面积通常小于1μm2。
本发明所述静电保护结构的工作原理为：当静电电流由地电位流入时，可利用锗硅HBT11对电流的高增益正向放大能力，因而可经受较大的静电电流通过，并经输入输出端口流出。由于该HBT11的基极和二极管12的阴极相连接，当静电电压发生时，可确保此HBT11工作在放大区，利于电流的泄放。并且此二极管12仅用以提供很小的基区电流，其面积可以做的很小，以减小寄生电容。该HBT11的发射极串联多个二极管13，用以提高发射极到集电极的耐压，以满足正常的电路应用。这些串联的二极管13会有较大的静电电流通过，因而其面积要足够大。但即使它们本身寄生电容很大，由于它们同HBT11相串联，因而不会增加整个静电保护结构的等效电容值。
对于静电电流从地电位流入到输入输出端口流出为正向电流，从输入输出端口进入从地电位流出称为反向电流。本发明所述静电保护结构无法承受大的反向电流。但由于器件整体的耐压高，反向电流不会发生，因而避免了这个问题。
同样地，在输入输出端口与电源电位间也需要一组这样的静电保护结构，这样当静电电流由输入输出端口进入时，就能通过电源电位泄放掉。
本发明基于锗硅工艺平台的静电保护结构，可运用于锗硅工艺，特别是仅有锗硅HBT的工艺，不用额外增加工艺步骤即可实现。其主要采用锗硅HBT，由于HBT面积小，因而寄生电容也较小，且其电流增益大，可起到良好的静电保护效果。同时，与HBT的基极相连的二极管面积很小，仅用以提供基极电流以及HBT工作于放大区时的偏置电压，对整体电容值增加不大。同时，与HBT的发射极相连的二极管需要较大的面积，用于提高整体的耐压以满足电路的正常应用。由于其采用串联结构，也有助于降低整体方案的电容值。

Claims (4)

1.一种基于锗硅工艺平台的静电保护结构，其特征是，所述静电保护结构为：
在地电位和输入输出端口之间具有第一HBT，该第一HBT的基极通过一个反向的二极管接地电位，集电极接地电位，发射极通过一个或多个正向串联的二极管接输入输出端口；
在输入输出端口和电源电位之间具有第二HBT，该第二HBT的基极通过一个反向的二极管接输入输出端口，集电极接输入输出端口，发射极通过一个或多个正向串联的二极管接电源电位。
2.根据权利要求1所述的基于锗硅工艺平台的静电保护结构，其特征是，所述的HBT均为锗硅HBT，所述的二极管均为锗硅HBT的基极和发射极之间的寄生二极管。
3.根据权利要求2所述的基于锗硅工艺平台的静电保护结构，其特征是，所述锗硅HBT包括n型多晶硅发射极、p型锗硅基极和n型集电极，所述二极管均为锗硅HBT的p型锗硅基极和n型多晶硅发射极之间形成的寄生二极管。
4.根据权利要求1所述的基于锗硅工艺平台的静电保护结构，其特征是，与第一HBT的发射极相连接的二极管面积大于与第一HBT的基极相连接的二极管面积，与第二HBT的发射极相连接的二极管面积大于与第二HBT的基极相连接的二极管面积。
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