CN102569288B - 静电保护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静电保护结构，包括第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管；第二NPN异质结晶体管的基极、集电极接第一NPN异质结晶体管的集电极，第二NPN异质结晶体管的发射极作为静电进入端，第一NPN异质结晶体管的基极、发射极短接作为静电放出端。本发明的静电保护结构，利用第二NPN异质结晶体管实现高增益放大倍数，利用第一NPN异质结晶体管实现高反向耐压能力，可以在不明显增加寄生电容的情况下，保证较高的静电泻放能力，增强击穿电压。

Description

静电保护结构
技术领域
本发明涉及半导体静电保护技术，特别涉及一种静电保护结构。
背景技术
用于静电保护的结构，作为锗硅工艺主要是使用异质结晶体管。
NPN异质结晶体管如图1所示，P型衬底上形成一个N型埋层，一N型外延，一个N型阱，一个N+扩散区，两个隔离墙，其中N型阱、N+扩散区位于同一N型外延层中，位于N型外延中的N+扩散区形成集电极，N型外延上覆盖有P型SiGe形成基极，N型外延上覆盖的SiGe材料上开出发射极窗口，其上淀积N型多晶硅并由焊垫引出形成发射极。
常见的NPN异质结晶体管用于静电保护时如图2所示，是将基极同发射极短接作为一端，将集电极作为另一端，接于输入输出管脚同电源或地之间，常见的NPN异质结晶体管静电保护结构在进行静电泻放所采用的是基极和发射极短接作为静电放出的一端，集电极作为静电进入的一端，这种结构的缺点在于在进行静电泻放时候的三极管开启并非是通过到发射极到集电极/基极短接放出，而是集电极到基极/发射极短接放出，这样开启的三极管的放大倍数低得多，导致单位面积泻流能力较低，但一旦增大面积，又会导致寄生电容的增加。
NPN异质结晶体管如果使用图3所示的静电保护电路，虽然采用了发射极到集电极/基极短接放出的形式，寄生电容较小，但是发射极到基极结的击穿电压较低(仅1～2V)，无法满足正常工作的应用(3.3V)。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种静电保护结构，静电泻放能力高，寄生电容小，反向耐压能力高，并可运用于锗硅工艺。
为解决上述技术问题，本发明的静电保护结构，包括第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管；
第二NPN异质结晶体管的基极、集电极接第一NPN异质结晶体管的集电极，第二NPN异质结晶体管的发射极作为静电进入端，第一NPN异质结晶体管的基极、发射极短接作为静电放出端。
静电保护结构还包括第三NPN异质结晶体管；
第三NPN异质结晶体管以二极管形式接于第二NPN异质结晶体管的基极与第二NPN异质结晶体管的集电极之间，第三NPN异质结晶体管的集电极接第二NPN异质结晶体管的基极，第三NPN异质结晶体管的基极接第二NPN异质结晶体管的集电极。
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管从左到右依次排列，之间两两被场氧化区和P型埋层隔离；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管，均是在P型衬底上形成有一个N型埋层、一N型外延、一个N型阱、一个N+扩散区，其中N型阱、N+扩散区均位于同一N型外延层中，位于N型外延中的N+扩散区形成集电极；N型外延上覆盖P型SiGe材料形成基极；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管，均在N型外延上覆盖SiGe材料并开出发射极窗口，其上淀积N型多晶硅形成发射极。
本发明的静电保护结构，将两个NPN异质结晶体管串接，寄生电容小；第二NPN异质结晶体管由于采用了发射极到集电极/基极短接放出的形式，放大倍数高，电流泻放能力强；而同第二NPN异质结晶体管串接的第一NPN异质结晶体管是采用集电极到基极/发射极短接放出的形式，具有较高的反向耐压能力，能防止第二NPN异质结晶体管由于静电电流从反向端(第二NPN异质结晶体管的发射极)进入而导致器件损坏。本发明的静电保护结构，利用第二NPN异质结晶体管实现高增益放大倍数，利用第一NPN异质结晶体管实现高反向耐压能力，可以在不明显增加寄生电容的情况下，保证较高的静电泻放能力，增强击穿电压；同时在第二NPN异质结晶体管的集电极和基极之间增加一个以基极和集电极连接成二极管形式的NPN异质结晶体管，进一步增强了第二NPN异质结晶体管的集电极/基极到发射极的正向导通电流放大能力。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是NPN异质结晶体管结构示意图；
图2是常见的NPN异质结晶体管用于静电保护的电路；
图3是另一种NPN异质结晶体管用于静电保护的电路；
图4是本发明的静电保护结构一实施方式示意图；
图5是本发明的静电保护结构的电路图。
具体实施方式
本发明的静电保护结构一实施方式如图4所示，包括第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管以及第三NPN异质结晶体管，第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管从左到右依次排列，之间两两被场氧化区和P型埋层隔离；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管，均是在P型衬底上形成有一个N型埋层、一N型外延、一个N型阱、一个N+扩散区，其中N型阱、N+扩散区均位于同一N型外延层中，位于N型外延中的N+扩散区形成集电极；N型外延上覆盖P型SiGe材料形成基极；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管，均在N型外延上覆盖SiGe材料并开出发射极窗口，其上淀积N型多晶硅形成发射极；
第三NPN异质结晶体管以二极管形式接于第二NPN异质结晶体管的基极与第二NPN异质结晶体管及第一NPN异质结晶体管的集电极之间，第三NPN异质结晶体管的集电极接第二NPN异质结晶体管的基极，第三NPN异质结晶体管的基极接第二NPN异质结晶体管及第一NPN异质结晶体管的集电极；
第二NPN异质结晶体管的发射极作为静电进入端，第一NPN异质结晶体管的发射极、基极短接作为静电放出端。
如图4所示的静电保护结构的等效电路如图5所示，第三NPN异质结晶体管的基极和集电极组成一二极管，第三NPN异质结晶体管的基极作为二极管的阳极与第一NPN异质结晶体管的集电极、第二NPN异质结晶体管的集电极相连，第三NPN异质结晶体管的集电极作为二极管的阴极与第二NPN异质结晶体管的基极相连，第一NPN异质结晶体管的基极、发射极短接；
图4所示的静电保护结构，可以将第二NPN异质结晶体管的发射极、第一NPN异质结晶体管的发射极/基极分别接在输入输出管焊垫同地或电源之间组成静电保护电路。
本发明的静电保护结构，将两个NPN异质结晶体管串接，寄生电容小；第二NPN异质结晶体管由于采用了发射极到集电极/基极短接放出的形式，放大倍数高，电流泻放能力强；而同第二NPN异质结晶体管串接的第一NPN异质结晶体管是采用集电极到基极/发射极短接放出的形式，具有较高的反向耐压能力，能防止第二NPN异质结晶体管由于静电电流从反向端(第二NPN异质结晶体管的发射极)进入而导致器件损坏。本发明的静电保护结构，充分了第二NPN异质结晶体管的高增益放大倍数、第一NPN异质结晶体管的高反向耐压能力的特点进行静电电流泻放，可以在不明显增加寄生电容的情况下，保证较高的静电泻放能力，增强击穿电压；同时在第二NPN异质结晶体管的集电极和基极之间增加一个以基极和集电极连接成二极管形式的NPN异质结晶体管，进一步增强了第二NPN异质结晶体管的集电极/基极到发射极的正向导通电流放大能力。
本发明的静电保护结构，相对于传统的NPN异质结晶体管静电保护结构来说，静电释放的能力得到极大的提高，而寄生电容却可做到比传统的NPN异质结晶体管结构更低，并且可运用于锗硅工艺，特别是仅有锗硅异质结晶体管的工艺，不用额外增加工艺步骤即可实现。

Claims (1)

1.一种静电保护结构，其特征在于，包括第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管；
第二NPN异质结晶体管的基极、集电极接第一NPN异质结晶体管的集电极，第二NPN异质结晶体管的发射极作为静电进入端，第一NPN异质结晶体管的基极、发射极短接作为静电放出端；
第三NPN异质结晶体管以二极管形式接于第二NPN异质结晶体管的基极与第二NPN异质结晶体管的集电极之间，第三NPN异质结晶体管的集电极接第二NPN异质结晶体管的基极，第三NPN异质结晶体管的基极接第二NPN异质结晶体管的集电极；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管从左到右依次排列，之间两两被场氧化区和P型埋层隔离；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管、第三NPN异质结晶体管，均是在P型衬底上形成有一个N型埋层、一N型外延、一个N型阱、一个N+扩散区，其中N型阱、N+扩散区均位于同一N型外延层中，位于N型外延中的N+扩散区形成集电极；N型外延上覆盖P型SiGe材料形成基极；
第一NPN异质结晶体管、第二NPN异质结晶体管，均在N型外延上覆盖SiGe材料并开出发射极窗口，其上淀积N型多晶硅形成发射极。
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