專利名稱：基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路中的靜電保護(hù)(ESD)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
越來越多的高頻、射頻電路中，采用鍺硅(SiGe)工藝來做異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 (HBT，Heterojunction Bipolar ^Transistor)，以提高產(chǎn)品的高頻性能。而針對高頻電路的輸入輸出端口，為了不影響產(chǎn)品的正常工作性能，不僅需要其靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的電流瀉放能力，還需要其靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)本身具有盡可能小的寄生電容。請參閱圖1，這是現(xiàn)有的高頻電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)。在地電位(Ground)和輸入輸出端口 anput PAD)之間具有一個(gè)二極管10，該二極管10的陽極連接地電位，陰極連接輸入輸出端口。在輸入輸出端口和電源電位(VDD)之間也具有一個(gè)二極管20，該二極管20的陽極連接輸入輸出端口，陰極連接電源電位。圖1中作為靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)二極管10、20或者是在η阱中進(jìn)行ρ型重?fù)诫s離子注入所形成的PN結(jié)二極管(稱為η阱/p+ 二極管)，或者是在ρ阱中進(jìn)行η型重?fù)诫s離子注入所形成的PN結(jié)二極管(稱為ρ阱/n+二極管)。為了制造這種靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，必須在鍺硅工藝平臺(tái)的基礎(chǔ)上集成傳統(tǒng)的CMOS工藝。而針對純鍺硅工藝平臺(tái)，由于不包括傳統(tǒng) CMOS工藝，因而無法形成圖1所示的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于高頻電路的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，該靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)可以在純鍺硅工藝平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)為在地電位和輸入輸出端口之間具有第一 HBT (異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)，該第一 HBT的基極通過一個(gè)反向的二極管接地電位，集電極接地電位，發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管接輸入輸出端口 ；在輸入輸出端口和電源電位之間具有第二 HBT，該第二 HBT的基極通過一個(gè)反向的二極管接輸入輸出端口，集電極接輸入輸出端口，發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管接電源電位。本發(fā)明基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)可起到良好的靜電保護(hù)效果，并具有較小的整體電容值。


圖1是現(xiàn)有的高頻器件的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明高頻器件的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明高頻器件的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的部分剖面示意圖。圖中附圖標(biāo)記說明
10,20為CMOS工藝平臺(tái)下的二極管；11,21為HBT ；12、13、22、23為鍺硅工藝平臺(tái)
下的二極管。
具體實(shí)施例方式請參閱圖2，本發(fā)明基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)為在地電位和輸入輸出端口之間具有第一HBT11，該第一HBTll的基極通過一個(gè)反向的二極管12接地電位，即二極管12的陽極連接地電位，陰極連接第一 HBTll的基極。該第一 HBTll的集電極直接連接地電位。該第一 HBTll的發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管13接輸入輸出端口，即二極管13的陽極連接第一 HBTll的發(fā)射極或與之串聯(lián)的二極管13的陰極，二極管13的陰極連接輸入輸出端口或與之串聯(lián)的二極管13的陽極。在輸入輸出端口和電源電位之間具有第二 HBT21，該第二 HBT21的基極通過一個(gè)反向的二極管22接輸入輸出端口，即二極管22的陽極連接輸入輸入端口，陰極連接第二 HBT21的基極。該第二 HBT21的集電極直接連接輸入輸出端口。該第二 HBT21的發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管23接電源電位，即二極管23的陽極連接第二 HBT21的發(fā)射極或與之串聯(lián)的二極管23的陰極，二極管23的陰極連接電源電位或與之串聯(lián)的二極管 23的陽極。純鍺硅工藝平臺(tái)中無法制造η阱/p+ 二極管或ρ阱/n+ 二極管，圖2中各個(gè)二極管12、13、22、23均可采用HBT的基極和發(fā)射極之間的寄生二極管來取代。該寄生二極管的陽極為HBT的基極，陰極為HBT的發(fā)射極。請參閱圖3，這是圖2中第一 HBTll及其連接的二極管12、13的剖面示意圖，第二 HBT21及其連接的二極管22、23可以與之相同。其中第一 HBTll為鍺硅HBT，HBTll具有η 型多晶硅發(fā)射極、P型鍺硅基極和η型集電極。二極管12、13則是鍺硅HBT的ρ型鍺硅基極和η型多晶硅發(fā)射極之間形成的寄生二極管，其中ρ型鍺硅基極作為陽極，η型多晶硅發(fā)射極作為陰極。第一 HBTll和二極管12之間被隔離結(jié)構(gòu)和ρ型埋層相隔離。第一 HBTll和二極管13之間也被隔離結(jié)構(gòu)和ρ型埋層相隔離。隔離結(jié)構(gòu)例如是場氧隔離(LOCOS)或淺槽隔離(STI)。圖2中二極管13、23示意性地表示為三個(gè)，其個(gè)數(shù)由輸入輸出端口的應(yīng)用電壓決定，這幾個(gè)二極管13、23用來提高整體結(jié)構(gòu)的耐壓，以保證正常電壓應(yīng)用下，此結(jié)構(gòu)不會(huì)被擊穿。二極管13的面積要大于二極管12的面積，二極管23的面積要大于二極管22的面積。由于二極管12、13、22、23都是由HBT的基極和發(fā)射極所形成的，二極管的面積就是對應(yīng)的HBT的發(fā)射極窗口的面積。例如，二極管13、23的面積通常為幾十個(gè)μ m2，而二極管 12,22的面積通常小于1 μ m2。本發(fā)明所述靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的工作原理為當(dāng)靜電電流由地電位流入時(shí)，可利用鍺硅HBTll對電流的高增益正向放大能力，因而可經(jīng)受較大的靜電電流通過，并經(jīng)輸入輸出端口流出。由于該HBTll的基極和二極管12的陰極相連接，當(dāng)靜電電壓發(fā)生時(shí)，可確保此 HBTll工作在放大區(qū)，利于電流的泄放。并且此二極管12僅用以提供很小的基區(qū)電流，其面積可以做的很小，以減小寄生電容。該HBTll的發(fā)射極串聯(lián)多個(gè)二極管13，用以提高發(fā)射極到集電極的耐壓，以滿足正常的電路應(yīng)用。這些串聯(lián)的二極管13會(huì)有較大的靜電電流通過，因而其面積要足夠大。但即使它們本身寄生電容很大，由于它們同HBTll相串聯(lián)，因而不會(huì)增加整個(gè)靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)的等效電容值。對于靜電電流從地電位流入到輸入輸出端口流出為正向電流，從輸入輸出端口進(jìn)入從地電位流出稱為反向電流。本發(fā)明所述靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)無法承受大的反向電流。但由于器件整體的耐壓高，反向電流不會(huì)發(fā)生，因而避免了這個(gè)問題。同樣地，在輸入輸出端口與電源電位間也需要一組這樣的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)靜電電流由輸入輸出端口進(jìn)入時(shí)，就能通過電源電位泄放掉。本發(fā)明基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，可運(yùn)用于鍺硅工藝，特別是僅有鍺硅 HBT的工藝，不用額外增加工藝步驟即可實(shí)現(xiàn)。其主要采用鍺硅HBT，由于HBT面積小，因而寄生電容也較小，且其電流增益大，可起到良好的靜電保護(hù)效果。同時(shí)，與HBT的基極相連的二極管面積很小，僅用以提供基極電流以及HBT工作于放大區(qū)時(shí)的偏置電壓，對整體電容值增加不大。同時(shí)，與HBT的發(fā)射極相連的二極管需要較大的面積，用于提高整體的耐壓以滿足電路的正常應(yīng)用。由于其采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也有助于降低整體方案的電容值。
權(quán)利要求
1.一種基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征是，所述靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)為在地電位和輸入輸出端口之間具有第一 HBT (異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)，該第一 HBT的基極通過一個(gè)反向的二極管接地電位，集電極接地電位，發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管接輸入輸出端口；在輸入輸出端口和電源電位之間具有第二 HBT，該第二 HBT的基極通過一個(gè)反向的二極管接輸入輸出端口，集電極接輸入輸出端口，發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管接電源電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的HBT均為鍺硅HBT，所述的二極管均為鍺硅HBT的基極和發(fā)射極之間的寄生二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征是，所述鍺硅HBT 包括η型多晶硅發(fā)射極、ρ型鍺硅基極和η型集電極，所述二極管為鍺硅HBT的ρ型鍺硅基極和η型多晶硅發(fā)射極之間形成的寄生二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征是，與第一HBT的發(fā)射極相連接的二極管面積大于與第一 HBT的基極相連接的二極管面積，與第二 HBT的發(fā)射極相連接的二極管面積大于與第二 HBT的基極相連接的二極管面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，在地電位和輸入輸出端口之間具有第一HBT，該第一HBT的基極通過一個(gè)反向的二極管接地電位，集電極接地電位，發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管接輸入輸出端口；在輸入輸出端口和電源電位之間具有第二HBT，該第二HBT的基極通過一個(gè)反向的二極管接輸入輸出端口，集電極接輸入輸出端口，發(fā)射極通過一個(gè)或多個(gè)正向串聯(lián)的二極管接電源電位。本發(fā)明基于鍺硅工藝平臺(tái)的靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)可起到良好的靜電保護(hù)效果，并具有較小的整體電容值。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102487194SQ20101056804
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者王邦麟 申請人:上海華虹Nec電子有限公司