一种ESD保护电路制造技术

本申请实施例公开了一种ESD保护电路，包括负向ESD保护模块和正向ESD保护模块，负向ESD保护模块包括第一电阻、充电电容、第一场效应管和第二场效应管，正向ESD保护模块包括第四场效应管。当出现负向ESD事件时，P型GAN增强型功率器的栅极相对于源极会出现一个较大的瞬态电压，从而再充电电容上产生一个从P型GAN增强型功率器的源极到栅极的位移电流，该位移电流在第一电阻上产生压降可以使得第一场效应管开启时，第一场效应管和第二场效应管形成一个通路，从而释放来自于栅极相对于源极的负向ESD能量。同时当栅极相对于源极施加一负向稳态电压时，第一场效应管处于关断状态，所以可以兼容稳态下的负向电压测试。

An ESD Protection Circuit

The embodiment of this application discloses an ESD protection circuit, including a negative ESD protection module and a positive ESD protection module. The negative ESD protection module includes a first resistor, a charging capacitor, a first field effect transistor and a second field effect transistor, and the positive ESD protection module includes a fourth field effect transistor. When the negative ESD event occurs, the gate of P-type GAN-enhanced power converter will have a large transient voltage relative to the source, thus a displacement current from the source to the gate of P-type GAN-enhanced power converter will be generated on the rechargeable capacitor. The displacement current on the first resistor will produce a voltage drop that will make the first FET open, and the first FET and the second FET shape. A pathway is formed to release negative ESD energy from the gate relative to the source. At the same time, when a negative steady-state voltage is applied to the gate relative to the source, the first field effect transistor is turned off, so it can be compatible with the negative voltage test in the steady-state.

【技术实现步骤摘要】
一种ESD保护电路
本申请涉及半导体
，尤其涉及一种ESD保护电路。
技术介绍
宽禁带半导体功率器件是基于第三代半导体材料的功率器件，主要包括金刚石功率器件、碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN功率器件等。其中，GaN功率器件由于具有高击穿电场、高电子饱和速度和异质结构中的高电子迁移率等优点，被业界广泛应用。当前主流的横向GaN功率器件是基于铝镓氮AlGaN/GaN异质结结构，通过引入特殊的栅极结构耗尽沟道下方的二维电子气实现增强型(即常关型器件，定义为阈值电压Vth>0)工作已适用于功率转化器及其相关驱动电路。所述的特殊栅极结构，包括并不只限于P型GaN栅极结构(含肖特基型栅极金属接触型与欧姆栅极金属接触型)栅极结构。图1是一种基于P型GaN肖特基栅极金属接触型栅极结构的增强型横向GaN功率器件的结构示意图。其中源极和漏极通过欧姆金属与AlGaN/GaN界面的二维电子气相连，栅极金属与P型GaN相连，并与之形成肖特基接触。某种情形下，该器件由于栅极相连的P型GaN，AlGaN势垒层及AlGaN表面的介质(SiO2，SiN等)中的缺陷或制作工艺的残留物的存在，可能导致栅极漏电大，并影响该器件的正常工作和长期可靠性。为了保证器件的可靠性，需要通过相关的测试已筛除不正常工作或有可靠性风险的器件。其中一项有效的测试方法是通过在栅极施加一个负电压(此时源极接地)，观测其漏电电流的大小并判断其是否有可靠性风险。另一方面，由于P型GaN栅极结构的GaN增强型功率器件具有栅极电容小的特点，且其栅极的最大耐受电压低(长时间直流电压小于6V，瞬态电压小于10V)，导致其器件自身对静电放电(electro-staticdischarge，ESD)事件的抵御能力较差。具体来讲，当带静电的人体或机器带与P型GaN增强型功率器件的引脚接触时，会产生静电放电事件将带电体的静电通过器件的管脚泄放到地。如静电泄放通道不通畅或器件自身电容较小，静电就会在器件上感应出一较高电压，当该感应电压高于器件各端之间的耐受电压时，器件就会烧毁。为了提升GaN器件的ESD能力，图2示出了一种传统的氮化镓基ESD保护电路，其两端分别与功率器件的栅极与源极相连。该ESD保护电路主要包含三个部分：钳位二极管串1，二维电子气电阻2，ESD泄放低压增强型器件3。其工作原理如下：当P型GAN增强型功率器件30的栅极相对于源极经历正向ESD事件时，钳位二极管串1导通，其导通电流在二维电子气电阻2上形成一个正向电压降。当该电压降的电压高于ESD泄放低压增强型器件3的阈值电压时，ESD泄放低压增强型器件3导通，释放来自于栅极的正向ESD能量，保证P型GAN增强型功率器件30的栅极电压不会超过其正向耐受电压。当P型GAN增强型功率器件30的栅极相对于源极经历负向ESD事件时，ESD泄放低压增强型器件3反向导通，释放栅极的负向ESD能量，保证P型GAN增强型功率器件30的栅极电压不会超过其正向耐受电压。然而，由于上述ESD电路在P型GAN增强型功率器件30的栅极和源极有反向电压偏置时导通电流较大，导致该ESD电路与检测栅极相关缺陷的栅极负压测试不兼容，从而使器件很难同时兼顾可靠性和ESD耐受性。
技术实现思路
本申请提供了一种氮化镓基ESD保护电路，其可与P型GAN增强型功率器件的栅极负压测试兼容，且同时提升功率器件ESD事件耐受能力。第一方面，本申请提供了一种ESD保护电路，包括：负向ESD保护模块和正向ESD保护模块，所述正向ESD保护模块和所述负向ESD保护模块并联连接，所述正向ESD保护模块和所述负向ESD保护模块的两端分别连接P型GaN增强型功率器件的栅极和源极；其中，所述负向ESD保护模块包括第一电阻、充电电容、第一场效应管和第二场效应管；所述第一电阻的一端与所述P型GaN增强型功率器件的栅极相连接，另一端分别连接所述第一场效应管的栅极和所述充电电容的一端；所述第一场效应管的漏极与所述P型GaN增强型功率器件的栅极相连接，源极与所述第二场效应管的漏极相连接；所述第二场效应管的栅极和源极连接所述P型GaN增强型功率器件的源极；所述正向ESD保护模块包括第四场效应管；所述第四场效应管的栅极和漏极与P型GaN增强型功率器件的栅极相连接，所述第四场效应管的源极连接所述P型GaN增强型功率器件的源极。采用本实现方式，由于负向ESD是一个脉冲宽度很短的较高的负电压，当P型GAN增强型功率器出现负向ESD事件时，P型GAN增强型功率器的栅极相对于源极会出现一个较大的瞬态电压，从而再充电电容上产生一个从P型GAN增强型功率器的源极到栅极的位移电流，该位移电流在第一电阻上产生压降。当该电压降大于第一场效应管的阈值电压时，第一场效应管开启，第一场效应管和第二场效应管形成一个通路，从而释放来自于P型GAN增强型功率器栅极相对于源极的负向ESD能量。同时当P型GAN增强型功率器的栅极相对于源极施加一负向稳态电压时，由于没有位移电流，所以第一电阻两端没有电压降，第一场效应管处于关断状态。由于栅源之间的漏电很小，所以，该负向ESD保护电路单元可以兼容稳态下的负向电压测试。结合第一方面的实现方式，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述正向ESD保护模块还设置有钳位二极管串，所述钳位二极管串的阳极与所述P型GaN增强型功率器件的栅极相连接，所述钳位二极管串的阴极连接所述P型GaN增强型功率器件的源极。结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述钳位二极管串的阴极与所述P型GaN增强型功率器件之间还设置有第二电阻和第五场效应管；所述钳位二极管串的的阴极分别连接所述第二电阻的一端和所述第五场效应管的栅极，所述第五场效应管的漏极与所述第四场效应管的源极相连接，所述第二电阻的另一端和所述第五场效应管的源极连接所述P型GaN增强型功率器件的源极。结合第一方面或第一方面第一至二种可能的实现方式其中任意一种，在第一方面第三种可能的实现方式中，当负向ESD时，所述第四场效应管截止。结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，当负向ESD时，所述第一电阻上产生电压，控制所述第一场效应管导通。结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，当正向ESD时，第二场效应管截止。第二方面，本申请提供了一种ESD保护电路，其特征在于，包括：正向ESD保护模块和负向ESD保护模块，其中：所述负向ESD保护模块包括第一电阻、充电电容和第一场效应管，所述第一电阻的一端分别与所述第一场效应管的漏极和P型GaN增强型功率器件的栅极相连接，另一端分别与所述第一场效应管的栅极和充电电容的一端相连接；所述充电电容的另一端和所述第一场效应管的源极连接所述P型GaN增强型功率器件的源极；所述正向ESD保护模块包括第六场效应管，所述第六场效应管的源极连接所述P型GaN增强型功率器件的源极，栅极和漏极均与所述第一场效应管的漏极相连接；所述第一电阻与所述第一场效应管之间还连接一第三场效应管，所述第三场效应管的栅极与所述第一电阻的一端相连接，源极与所述第一场效应管的漏极相连接，漏极与P型GaN增强型功率器件的栅极相连接。当P型GAN增强型功率器出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电放电ESD保护电路，其特征在于，包括：负向ESD保护模块(110)和正向ESD保护模块(100)，所述正向ESD保护模块(100)和所述负向ESD保护模块(110)并联连接，所述正向ESD保护模块(100)和所述负向ESD保护模块(110)的两端分别连接P型GaN增强型功率器件(30)的栅极和源极；其中，所述负向ESD保护模块(110)包括第一电阻(111)、充电电容(112)、第一场效应管(113)和第二场效应管(114)；所述第一电阻(111)的一端与所述P型GaN增强型功率器件(30)的栅极相连接，另一端分别连接所述第一场效应管(113)的栅极和所述充电电容(112)的一端；所述第一场效应管(113)的漏极与所述P型GaN增强型功率器件(200)的栅极相连接，源极与所述第二场效应管(114)的漏极相连接；所述第二场效应管(114)的栅极和源极连接所述P型GaN增强型功率器件(30)的源极；所述正向ESD保护模块(100)包括第四场效应管(101)；所述第四场效应管(101)的栅极和漏极与P型GaN增强型功率器件(30)的栅极相连接，所述第四场效应管(101)的源极连接所述P型GaN增强型功率器件(30)的源极。...

【技术特征摘要】
1.一种静电放电ESD保护电路，其特征在于，包括：负向ESD保护模块(110)和正向ESD保护模块(100)，所述正向ESD保护模块(100)和所述负向ESD保护模块(110)并联连接，所述正向ESD保护模块(100)和所述负向ESD保护模块(110)的两端分别连接P型GaN增强型功率器件(30)的栅极和源极；其中，所述负向ESD保护模块(110)包括第一电阻(111)、充电电容(112)、第一场效应管(113)和第二场效应管(114)；所述第一电阻(111)的一端与所述P型GaN增强型功率器件(30)的栅极相连接，另一端分别连接所述第一场效应管(113)的栅极和所述充电电容(112)的一端；所述第一场效应管(113)的漏极与所述P型GaN增强型功率器件(200)的栅极相连接，源极与所述第二场效应管(114)的漏极相连接；所述第二场效应管(114)的栅极和源极连接所述P型GaN增强型功率器件(30)的源极；所述正向ESD保护模块(100)包括第四场效应管(101)；所述第四场效应管(101)的栅极和漏极与P型GaN增强型功率器件(30)的栅极相连接，所述第四场效应管(101)的源极连接所述P型GaN增强型功率器件(30)的源极。2.根据权利要求1所述的ESD保护电路，其特征在于，所述正向ESD保护模块(100)还设置有钳位二极管串(102)，所述钳位二极管串(102)的阳极与所述P型GaN增强型功率器件(30)的栅极相连接，所述钳位二极管串(102)的阴极连接所述P型GaN增强型功率器件(30)的源极。3.根据权利要求2所述的ESD保护电路，其特征在于，所述钳位二极管串(102)的阴极与所述P型GaN增强型功率器件(30)之间还设置有第二电阻(103)和第五场效应管(104)；所述钳位二极管串(102)的的阴极分别连接所述第二电阻(103)的一端和所述第五场效应管(104)的栅极，所述第五场效应管(104)的漏极与所述第四场效应管(101)的源极相连接，所述第二电阻(103)的另一端和所述第五场效应管(104)的源极连接所述P型GaN增强型功率器件(30)的源极。4.根据权利要求1-3任一项所述的ESD保护电路，其特征在于，当负向ESD时，所述第四场效应管(101)截止。5.根据权利要求4所述的ESD保护电路，其特征在于，当负向ESD时，所述第一电阻(111)上产生电压，控制所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋其梦，李玉山，王汉星，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44