[发明专利]一种新型的GaN基ESD保护电路

说明书

本发明属于半导体器件及集成电路技术领域，公开了一种GaN基静电放电(ESD)保护电路解决方案。所述ESD保护电路包含增强型p‑GaN HEMT器件和限流电阻。本发明由触发电路和静电流泄放电路组成，利用增强型p‑GaN HEMT器件的栅漏二极管连接方式控制触发电压，并利用限流电阻控制漏电流和泄放电路，同时利用栅极与源极同电位时，能够反向导通的能力，从而实现二极管组防护电路所不具备的双向防护功能。在相同的防护等级下，该发明与二极管组防护电路相比能显著降低漏电流，从而降低由漏电流引起的功耗。

技术领域

本发明属于半导体器件及集成电路技术领域，具体涉及一种新型的GaN基静电放电(ESD)保护电路。

背景技术

氮化镓(GaN)作为一种典型的第三代半导体材料，凭借其带隙大、电子饱和速率高、耐高温、耐高压等优点，被广泛应用于高频率和高功率的射频功率放大器件。且GaN基HEMT器件具有较低的导通电阻、转换效率高、较小寄生电容、开关频率高、较高的击穿电压等优势，逐渐取代硅基电子器件在高温、高压与高频等领域的应用。

常规的AlGaN/GaN HEMT是天然的耗尽型也就是常开型器件，而GaN HEMT器件作为功率开关器件的应用，出于电路安全、简化电路以及降低成本的目的，我们更希望获得増强型器或者常关型器件。Cascode结构、凹槽栅结构、F离子注入方案以及p型栅结构是当下实现增强型GaN HEMT的四个主流方案，其中p-GaN增强型器件已经实现商业化。p-GaN增强型器件结构，是利用在AlGaN/GaN异质结上外延一层p型GaN层，与栅极下方的2DEG形成pn结，实现导带的提升作用，最终耗尽2DEG，从而使得器件具有常关型特性。

由于p-GaN HEMTs器件特有的Metal/p-GaN/AlGaN栅极结构限制了栅极工作电压范围，当前常见的商业化的p-GaN HEMTs器件栅极的工作电压范围约为-4～6V。同时，在实际应用中，为了降低器件工作时的导通电阻，栅极工作电压一般在5V左右，这就导致p-GaNHEMT器件在工作时的安全电压范围很低。另外，由于p-GaN HEMT器件栅极Metal/p-GaN结部分为肖特基接触，当栅极施加正压时Metal/p-GaN结部分反偏，所以在p-GaN HEMTs栅极施加高压时，栅极极易击穿导致器件失效。

根据前期研究结果表明，p-GaN HEMTs栅极与源极之间在基于HBM模型的ESD可靠性测试中，失效电压仅200～400V，远低于2000V的工业标准。因此急需一种栅极防护器件，为p-GaN型器件栅极提供防护，来提高p-GaN HEMTs器件的栅极防护能力。

发明内容

本发明在提供了一种具有双向保护的能力，正向防护电压在6～10V之间，反向防护电压在-2V，防护电压等级更高，且触发电压可控，漏电流更小更稳定，省去了传统的触发二极管组，使芯片面积相对更小的新型的GaN基ESD保护电路。