化合物半导体电路应用中的瞬态过应力保护的装置和方法制造方法及图纸

公开了化合物半导体电路应用中的瞬态过应力保护的装置和方法。本文提供了用于化合物半导体保护钳位器的装置和方法。在某些配置中，化合物半导体保护钳位器包括电阻器‑电容器(RC)触发网络和金属‑半导体场效应晶体管(MESFET)钳位器。RC触发网络检测ESD/EOS事件何时存在于第一节点和第二节点之间，并且响应于检测到ESD/EOS事件而激活MESFET钳位器。当MESFET钳位器被激活时，MESFET钳位器在第一和第二节点之间提供低阻抗路径，从而提供ESD/EOS保护。当被禁用时，MESFET钳位器在第一和第二节点之间提供高阻抗，并且因此以低泄漏电流和小静态功率耗散操作。

【技术实现步骤摘要】
化合物半导体电路应用中的瞬态过应力保护的装置和方法
本专利技术的实施例涉及电子系统，更具体地涉及化合物半导体保护装置。
技术介绍
电子电路可以暴露于瞬态过应力事件或具有快速变化的电压和高功率的相对短持续时间的电信号。瞬态过应力事件包括静电放电/电过载(ESD/EOS)事件，例如由电荷从物体或人突然释放到电子电路引起的那些事件。瞬态过应力事件可由于过压条件和/或在IC的相对小的区域上的高功率耗散水平而损坏集成电路(IC)。高功率耗散可增加电路温度，并且可导致许多问题，诸如结损坏、金属损坏和/或表面电荷累积。
技术实现思路
在一个方面，提供了一种化合物半导体电路。化合物半导体电路包括第一节点，第二节点和电连接在第一节点和第二节点之间的化合物半导体保护钳位器。化合物半导体保护钳位器包括电阻器-电容器(RC)触发网络，其被配置为检测第一节点和第二节点之间的瞬态过应力事件的存在，并响应于检测到瞬态过应力事件而产生激活控制信号。该化合物半导体保护钳位器还包括金属-半导体场效应晶体管(MESFET)钳位器，其被配置为从RC触发网络接收激活控制信号，并且基于激活控制选择性地激活第一节点和第二节点之间的放电路径信号。在另一方面，提供一种化合物半导体保护钳位器。该化合物半导体保护钳位器包括RC触发网络，其被配置为检测第一节点和第二节点之间的瞬态过应力事件的存在，并且响应于检测到该瞬态过应力事件而产生激活控制信号。化合物半导体保护钳位电路还包括高电子迁移率晶体管(HEMT)钳位电路，其包括异质结结构，设置在异质结结构上的源极区域，设置在异质结结构上的漏极区域和设置在异质结结构上方并定位在源极区和漏极区之间。栅极区域从RC触发网络接收激活控制信号，并基于激活控制信号选择性地激活第一节点和第二节点之间的放电路径。在另一方面，提供了一种保护化合物半导体电路的方法。该方法包括使用化合物半导体保护钳位器的RC触发网络来检测第一节点和第二节点之间的瞬态过应力事件的存在，响应于使用RC触发网络检测到瞬态过应力事件来生成激活控制信号，接收所述激活控制信号作为所述化合物半导体保护钳位器的金属-半导体场效应晶体管(MESFET)钳位器的输入，以及使用所述MESFET钳位器基于激活控制信号而选择性地激活所述第一节点和所述第二节点之间的放电路径。附图说明图1是根据一个实施例的单片微波集成电路(MMIC)的示意图。图2A是根据一个实施例的化合物半导体保护钳位器的示意图。图2B是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的示意图。图3是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的电路图。图4A是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的电路图。图4B是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的电路图。图5A是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的电路图。图5B是根据一个实施例的多栅极高电子迁移率晶体管(HEMT)的注释横截面。图6是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的示意图。图7是根据另一实施例的化合物半导体保护钳位器的电路图。图8是图4B的化合物半导体保护钳位器的一个实施方案的传输线脉冲(TLP)电流对TLP电压的曲线图。图9是图4B的化合物半导体保护钳位器的一个实施方式的泄漏电流对电压的曲线图。图10是根据一个实施例的HEMT的横截面。图11是根据一个实施例的非均匀集成化合物半导体电路的横截面。具体实施方式以下某些实施例的详细描述呈现了本专利技术的具体实施例的各种描述。然而，本专利技术可以以由权利要求限定和涵盖的多种不同方式来体现。在本说明书中，参考附图，其中相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。为了帮助确保电子系统是可靠的，制造商可以在限定的应力条件下测试电子系统，其可以由各种组织设定的标准描述，诸如联合电子设备工程委员会(JEDEC)，国际电工技术协会委员会(IEC)和/或国际标准化组织(ISO)。标准可以覆盖大量的瞬态过应力事件，包括静电放电(ESD)事件和/或电过载(EOS)事件。例如，单片微波集成电路(MMIC)可以被规定为根据约200V或更大的人体模型(HBM)ESD事件来承受ESD事件。可难以实现具有针对瞬态过应力事件(例如充电/电过载(ESD/EOS)事件)的鲁棒保护的化合物半导体电路。在一个示例中，用于制造MMIC的工艺可以不包括p型注入。在这样的实现中，不能使用使用p-n结实现的保护电路来保护MMIC不受ESD/EOS事件的影响。在另一个示例中，化合物半导体保护钳用于在采用化合物半导体的异质集成的应用中提供足够的鲁棒性。例如，可以使用各种工艺(诸如组合半导体晶片键合和底切的离子切割工艺)将化合物半导体电路集成在异质衬底上。本文提供了用于化合物半导体保护钳位器的装置和方法。在某些配置中，化合物半导体保护钳位器包括电阻器-电容器(RC)触发网络和金属-半导体场效应晶体管(MESFET)钳位器。RC触发网络检测何时在第一节点和第二节点之间存在ESD/EOS事件，并且响应于检测到ESD/EOS事件而激活MESFET钳位器。当MESFET钳位器被激活时，MESFET钳位器在第一和第二节点之间提供低阻抗路径，从而提供ESD/EOS保护。当被禁用时，MESFET钳位器在第一和第二节点之间提供高阻抗，并且因此以低泄漏电流和小静态功率耗散操作。MESFET钳位器可以以多种方式实现，包括使用高电子迁移率晶体管(HEMT)，诸如砷化镓(GaAs)HEMT，磷化铟(InP)HEMT或氮化镓(GaN)HEMT。本领域技术人员将理解，HEMT也可以称为调制掺杂场效应晶体管(MODFET)或异质结场效应晶体管(HFET)。在某些实施方式中，MESFET钳位器包括一个或多个假晶HEMT。在一个实施例中，MESFET钳位器包括具有由RC触发网络控制的栅极的耗尽模式(D模式)HEMT。为了在存在正常操作电压电平的情况下保持D模式HEMT关断，D模式HEMT与一个或多个肖特基栅极二极管串联电连接，以当不存在ESD/EOS事件时用负栅极-源极电压来偏置D模式HEMT。在某些配置中，每个肖特基栅极二极管使用HEMT的栅极-沟道接口来实现。肖特基栅极二极管提供电压降，其在正常操作条件期间维持D模式HEMT关断。然而，当RC触发网络检测到ESD/EOS事件存在时，RC触发网络激活D模式HEMT，以通过D模式HEMT和肖特基栅极二极管在第一和第二节点之间提供导电路径。在另一实施例中，使用多栅极实施MESFET钳位HEMT由RC触发网络控制。在一个实施方式中，多栅极HEMT包括第一D模式栅极，第二D模式栅极和增强模式(E模式)栅极，其位于所述第一和第二D模式栅极之间并由其控制RC触发网络。多栅极HEMT的源极电连接到第一节点和第一D模式栅极，并且多栅极HEMT的漏极电连接到第二节点和第二D-模式栅极。在某些配置中，化合物半导体保护钳位器进一步实施为包括误触发保护电路，其用于在正常操作期间防止RC触发网络意外激活MESFET钳位器。误触发保护电路可以用于基于对第一和第二节点之间的电压差进行低通滤波来生成滤波电压，并且基于滤波后的电压控制MESFET钳位器的激活。由误触发保护电路提供的反馈可以防止某些瞬时信号传送条件无意地激活误触发保护电路。如果没有触发器保护方案，与正常信号条件相关联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体电路，包括：第一节点；第二节点；和电连接在所述第一节点和所述第二节点之间的化合物半导体保护钳位器，其中所述化合物半导体保护钳位器包括：电阻器‑电容器(RC)触发网络，被配置为检测在第一节点和第二节点之间存在瞬态过应力事件，其中，所述RC触发网络被配置为响应于检测到所述瞬态过应力事件而生成激活控制信号；和金属‑半导体场效应晶体管(MESFET)钳位器，被配置为从所述RC触发网络接收所述激活控制信号，并基于所述激活控制信号而选择性地激活所述第一节点和第二节点之间的放电路径。

【技术特征摘要】
2016.02.23 US 15/050,8761.一种化合物半导体电路，包括：第一节点；第二节点；和电连接在所述第一节点和所述第二节点之间的化合物半导体保护钳位器，其中所述化合物半导体保护钳位器包括：电阻器-电容器(RC)触发网络，被配置为检测在第一节点和第二节点之间存在瞬态过应力事件，其中，所述RC触发网络被配置为响应于检测到所述瞬态过应力事件而生成激活控制信号；和金属-半导体场效应晶体管(MESFET)钳位器，被配置为从所述RC触发网络接收所述激活控制信号，并基于所述激活控制信号而选择性地激活所述第一节点和第二节点之间的放电路径。2.根据权利要求1所述的化合物半导体电路，其中，所述MESFET钳位器包括增强模式(E模式)高电子迁移率晶体管(HEMT)，其中所述E模式HEMT包括被配置为接收所述激活控制信号的栅极，电连接到第二节点的漏极，以及电连接到第一节点的源极。3.根据权利要求1所述的化合物半导体电路，其中，所述MESFET钳位器包括串联电连接的耗尽模式(D模式)HEMT和一个或多个肖特基栅极二极管，其中所述D模式HEMT包括被配置为接收所述激活控制信号的栅极，电连接到所述第二节点的漏极，以及经由所述一个或多个肖特基栅极二极管电连接到所述第一节点的源极。4.根据权利要求1所述的化合物半导体电路，其中，所述MESFET钳位器包括多栅极HEMT，所述多栅极HEMT包括第一D模式栅极，第二D模式栅极，位于第一和第二D模式栅极之间的E-模式栅极，其中，所述E-模式栅极被配置为从所述RC触发网络接收所述激活控制信号。5.根据权利要求1所述的化合物半导体电路，其中，所述化合物半导体保护钳位器实现为没有任何p型注入区。6.根据权利要求1所述的化合物半导体电路，其中，所述RC触发器网络响应于正极性瞬态过应力事件而产生激活信号，该正极性瞬态过应力事件相对于所述第一节点的电压增加所述第二节点的电压，其中所述化合物半导体保护钳位器进一步包括反向保护电路，其包括响应于负极性瞬态过应力事件激活的肖特基栅极二极管结构，该负极性瞬态过应力事件相对于第一节点的电压降低第二节点的电压。7.根据权利要求1所述的化合物半导体电路，还包括误触发保护电路，被配置为基于所述第一节点和所述第二节点之间的电压差而生成误触发保护信号，其中所述MESFET钳位器还被配置为基于所述误触发保护信号而选择性地激活所述第一节点和所述第二节点之间的放电路径。8.根据权利要求7所述的化合物半导体电路，其中所述误触发保护电路被配置为基于所述第一节点和所述第二节点之间的电压差的低通滤波而产生低通滤波电压，其中，误触发保护电路基于低通滤波电压而产生误触发保护信号。9.根据权利要求7所述的化合物半导体电路，其中所述误触发保护电路包括晶体管，所述晶体管产生相对于流过MESFET钳位器的电流变化的镜像电流，其中所述误触发保护电路被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·帕萨萨拉希，J·A·塞尔瑟多，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国,US