化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件的制作方法
【專利摘要】一種化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，包含一多柵極增強(qiáng)型場效晶體管或數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管，其中每一個柵極電極通過至少一第一電阻直流電連于源極電極、漏極電極或多柵極增強(qiáng)型場效晶體管中兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域，且至少一個柵極電極通過至少一柵極電容交流電連于前述源極電極、漏極電極或多柵極增強(qiáng)型場效晶體管中兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域。本發(fā)明使用整合于芯片上的靜電保護(hù)電路能大幅縮小化合物半導(dǎo)體集成電路模塊的尺寸，且能大幅簡化集成電路工藝。
【專利說明】化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種化合物半導(dǎo)體元件，尤指一種具有靜電保護(hù)功能的化合物半導(dǎo)體元件。
【背景技術(shù)】
[0002]與外部連接的集成電路容易受到來自操作環(huán)境及外圍設(shè)備如人體或機(jī)器所產(chǎn)生的靜電放電(electrostaticdischarge, ESD)脈沖所破壞，一次靜電放電事件可能在短短幾百奈秒(nanosecond)的時間內(nèi)產(chǎn)生瞬間高電流或高電壓脈沖而導(dǎo)致元件性能下降或損壞，為了保護(hù)脆弱的集成電路不受靜電放電脈沖的損害，應(yīng)使集成電路主要元件的對外接點(diǎn)皆與靜電保護(hù)電路連接。
[0003]化合物半導(dǎo)體元件已被廣泛運(yùn)用于射頻電路產(chǎn)業(yè)，如化合物半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管(highelectronmobilitytransistor, HEMT)開關(guān)，因其在射頻波段的高性能表現(xiàn)，近年來常被應(yīng)用于3G行動通訊；然而，缺乏良好的靜電保護(hù)裝置已成為高電子遷移率晶體管開關(guān)在應(yīng)用上的一個主要缺點(diǎn)。傳統(tǒng)上，靜電保護(hù)電路是由串聯(lián)連接的二極管所構(gòu)成，而將一個增強(qiáng)型場效晶體管(enhancement-modeFET, E-FET)的柵極以一電阻連接到源極,可使其等效于一個具有不同正向(Vm—fOTTOd)及反向(Vm—啟動電壓的二極管，如圖9所示；因此，以一電阻連接其柵極與源極的增強(qiáng)型場效晶體管可作為一靜電保護(hù)元件。為滿足保護(hù)電路的要求，此靜電保護(hù)元件整體正向及反向啟動電壓可通過將增強(qiáng)型場效晶體管等效二極管以同向或反向方式串聯(lián)來進(jìn)行修改。將此一靜電保護(hù)元件應(yīng)用于一個具有化合物半導(dǎo)體增強(qiáng)型場效晶體管的單晶微波集成電路中，則該靜電保護(hù)元件與其他電路元件可制作于同一磊晶結(jié)構(gòu)。上述靜電保護(hù)元件的問題是:當(dāng)電路在射頻范圍操作時常會產(chǎn)生非線性信號，尤其是在高射頻功率范圍時，將導(dǎo)致諧波失真(harmonicdistortions, HDs)以及交互調(diào)變失真(intermodulationdistortion, IMD)等非線性失真信號的產(chǎn)生；此非線性信號產(chǎn)生于增強(qiáng)型場效晶體管的柵極對源極電壓接近零伏時；柵極與源極間以及柵極與漏極間寄生電容Cgs以及Cgd的電容值會隨偏壓變化而變化，尤其在次臨界電壓區(qū)域，電容對電壓變化具有高度相關(guān)性；由于增強(qiáng)型場效晶體管的夾止電壓通常很小，因此施加于Cgs以及Cgd的射頻信號將經(jīng)歷上述對電壓變化具高度相關(guān)性的電容值，并產(chǎn)生非線性失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其使用數(shù)個化合物半導(dǎo)體單柵極增強(qiáng)型場效晶體管或一個化合物半導(dǎo)體多柵極增強(qiáng)型場效晶體管，使包含增強(qiáng)型場效晶體管的集成電路與其靜電保護(hù)電路能被整合于同一芯片上，因此能大幅縮小化合物半導(dǎo)體集成電路模塊的尺寸，并大幅改進(jìn)集成電路工藝。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其使用數(shù)個化合物半導(dǎo)體單柵極增強(qiáng)型場效晶體管或一個化合物半導(dǎo)體多柵極增強(qiáng)型場效晶體管，其中至少一柵極通過一柵極電容交流電連于源極、漏極或兩相鄰柵極間的區(qū)域；該柵極電容平行于增強(qiáng)型場效晶體管柵極一源極間寄生電容(以Cgs表示)；柵極電容的引入可降低Cgs兩端的射頻偏壓以及由Cgs產(chǎn)生的非線性信號，因此能改進(jìn)靜電保護(hù)元件在射頻區(qū)域運(yùn)作時的線性特性。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種化合物半導(dǎo)靜電保護(hù)元件，包含數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管、至少一第一電阻以及至少一柵極電容，其中前述數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管以序列方式相連，每一個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管包括一源極電極、一漏極電極以及一柵極電極，其中每一個漏極電極連接于相連單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極，每一個柵極電極通過前述第一電阻直流電連于前述數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極或漏極電極之一，至少一個前述柵極電極通過前述柵極電容交流電連于前述數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極或漏極電極之一。
[0007]本發(fā)明也提供另一種化合物半導(dǎo)靜電保護(hù)元件，其將上述化合物半導(dǎo)靜電保護(hù)元件中的兩個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的柵極電極以一第二電阻連接。
[0008]此外，本發(fā)明也提供一種化合物半導(dǎo)靜電保護(hù)元件，包括一多柵極增強(qiáng)型場效晶體管、至少一第一電阻以及至少一柵極電容，其中前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管包括一源極電極、一漏極電極以及數(shù)個位于源極電極與漏極電極間的柵極電極，其中每一個柵極電極通過前述第一電阻直流電連于前述源極電極、漏極電極或兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域，且至少一個柵極電極通過前述柵極電容交流電連于前述源極電極、漏極電極或兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域。
[0009]本發(fā)明更提供另一種化合物半導(dǎo)靜電保護(hù)元件，其將上述化合物半導(dǎo)靜電保護(hù)元件的多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的數(shù)個柵極電極中的兩個以一第二電阻連接。
[0010]于實(shí)施時，前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一砷化鎵(GaAs)場效晶體管。
[0011]于實(shí)施時，前述砷化鎵多柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一高電子遷移率場效晶體管(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效晶體管(pHEMT)。
[0012]于實(shí)施時，前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一氮化鎵(GaN)場效晶體管。
[0013]于實(shí)施時，前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極以及漏極電極為多指型電極，彼此交叉相鄰，而前述數(shù)個柵極電極為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間彼此交叉相鄰的多指型電極。
[0014]于實(shí)施時，前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極以及漏極電極為多指型電極，彼此交叉相鄰，而前述數(shù)個柵極電極為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間的曲折型電極。
[0015]于實(shí)施時，前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的每一個柵極電極的寬度介于0.1至IOmm之間。
[0016]于實(shí)施時，前述第一電阻及第二電阻的電阻值為介于2X IO2至2X IO4歐姆之間。
[0017]于實(shí)施時，前述柵極電容的電容值為介于0.5至5.0pF之間。
[0018]為對于本發(fā)明的特點(diǎn)與作用能有更深入的了解，茲借實(shí)施例配合圖式詳述于后。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1A至IG為本發(fā)明所提供的使用復(fù)數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖。
[0020]圖2A及2B為本發(fā)明所提供的使用一雙柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件兩種實(shí)施例的電路圖。
[0021]圖3A及3B為圖2A所示電路的實(shí)施例的電路布局示意圖。
[0022]圖4A至4D為本發(fā)明所提供的使用一三柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖。
[0023]圖5A及5B分別為圖4A及4B所示電路的實(shí)施例的電路布局示意圖。
[0024]圖6A至6H為本發(fā)明所提供的使用一四柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖。
[0025]圖7為圖6B所示電路的實(shí)施例的電路布局示意圖。
[0026]圖8A為本發(fā)明所提供的使用一雙柵極砷化鎵增強(qiáng)型偽晶型高電子遷移率場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件一種實(shí)施例的電路圖。
[0027]圖8B及8C分別為圖8A中的電路圖包含柵極電容(A線)及不包含柵極電容(B線)時橫跨Cgs及Cgd兩端的射頻電壓變化的模擬結(jié)果圖。
[0028]圖9為先前技術(shù)中一增強(qiáng)型場效晶體管靜電保護(hù)元件及其等效二極管的電路圖，以及其1-V曲線示意圖。
[0029]其中:
[0030]S、S1_S4 源極電極
[0031]D、D1_D4 漏極電極
[0032]G1-G4柵極電極
[0033]Gla_G4a、Glb 柵極電極墊
[0034]100-103單柵極增強(qiáng)型場效晶體管
[0035]150、151、250_252 第一電阻
[0036]140、141、240、241 柵極電容
[0037]160-162、260_262 第二電阻
[0038]200-202多柵極增強(qiáng)型場效晶體管。
【具體實(shí)施方式】
[0039]1.使用數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的靜電保護(hù)元件
[0040]圖1A-1G為本發(fā)明所提供的使用數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖，每一圖底部顯示有該電路的等效二極管的電路，前述靜電保護(hù)元件包括數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管(100至103)、至少一第一電阻(150及151)以及至少一柵極電容(140及141)，前述靜電保護(hù)元件可更包括至少一第二電阻(160至162)用以連接兩個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的柵極電極，每一個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管包括一源極電極(S)、一漏極電極(D)以及一柵極電極(G)，前述數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管以序列方式相連，一單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的漏極電極連接于相連單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極，每一個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的柵極電極通過前述第一電阻直流電連于前述數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管中的一源極或漏極電極，且至少一個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的柵極電極通過前述柵極電容交流電連于前述數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管中的一源極或漏極電極；在本說明書中「電連」一詞包含直接電連與間接電連，例如在圖1A-1G中，柵極電極Gl通過第一電阻150直接直流電連于源極電極SI，在圖1G中，柵極電極G2通過第一電阻151直接直流電連于源極電極S2，在圖1A-1F中，柵極電極G2通過第二電阻160與第一電阻150間接直流電連于源極電極SI，而在圖1B、1D以及IE中，柵極電極G3通過第二電阻160、161與第一電阻150間接直流電連于源極電極SI。
[0041]2.使用多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的靜電保護(hù)元件
[0042]圖2A、2B、4A_4D以及6A-6H為本發(fā)明所提供的使用一多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖，每一圖底部顯示有該電路的等效二極管電路。前述靜電保護(hù)元件包括一個多柵極增強(qiáng)型場效晶體管(200至202)、至少一第一電阻(250至252)以及至少一柵極電容(240及241);前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管包括一源極電極(S)、一漏極電極⑶以及數(shù)個位于源極電極與漏極電極間的柵極電極(Gl至G4);每一個柵極電極通過前述第一電阻直流電連于前述源極電極、前述漏極電極或兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域，且至少一個柵極電極通過前述柵極電容交流電連于前述源極電極、前述漏極電極或兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域；前述實(shí)施例中的靜電保護(hù)元件可更包括一或多個第二電阻(260至262)用以連接數(shù)個柵極電極中的兩個。
[0043]圖2A及2B為使用一雙柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件兩種實(shí)施例的電路圖。在圖2A中，柵極電極Gl通過第一電阻250直流電連于源極電極S，并通過柵極電容240交流電連于源極電極S，而柵極電極G2通過第二電阻260及第一電阻250直流電連于源極電極S ;在圖2B中，柵極電極Gl通過第一電阻250直流電連于源極電極S，并通過柵極電容240交流電連于源極電極S，而柵極電極G2通過第一電阻251直流電連于漏極電極D，并通過柵極電容241交流電連于漏極電極D。
[0044]圖3A為圖2A所示電路的一種實(shí)施例的電路布局示意圖。在本實(shí)施例中，源極電極S與漏極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰，而雙柵極電極Gl與G2為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間彼此交叉相鄰的多指型電極；柵極電極的端點(diǎn)可設(shè)置一較柵極電極寬度為寬的柵極電極墊，用以與其他電子元件電性連接；在本實(shí)施例中，柵極電極Gl的兩端點(diǎn)分別設(shè)置一柵極電極墊Gla以及Glb，而柵極電極G2的一端點(diǎn)設(shè)置一柵極電極墊G2a，柵極電容240連接于柵極電極墊Glb與源極電極S之間，第一電阻250連接于柵極電極墊Gla與最靠近柵極電極墊Gla的源極多指型電極之間，而第二電阻260則連接于柵極電極墊Glb與柵極電極墊G2a之間。
[0045]圖3B為圖2A所示電路的另一種實(shí)施例的電路布局示意圖。在本實(shí)施例中，源極電極S與漏極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰，而雙柵極電極Gl與G2為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間的曲折型電極，柵極電極Gl與G2的一端點(diǎn)分別設(shè)置一柵極電極墊Gla以及G2a，柵極電容240連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第一電阻250連接于柵極電極墊Gla與最靠近柵極電極墊Gla的源極多指型電極之間，而第二電阻260則連接于柵極電極墊Gla與柵極電極墊G2a之間。
[0046]圖4A-4D為使用一三柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖。在圖4A中，柵極電極G1-G3通過第一電阻250直流電連于源極電極S，其中柵極電極G2通過第二電阻260與第一電阻250連接，柵極電極G3通過第二電阻260及261與第一電阻250連接，而柵極電極Gl通過柵極電容240交流電連于源極電極S ;在圖4B及4C中，柵極電極Gl及G2通過第一電阻250直流電連于源極電極S，其中柵極電極G2通過第二電阻260與第一電阻250連接，而柵極電極Gl通過柵極電容240交流電連于源極電極S，柵極電極G2通過第二電阻260及第一電阻250直流電連于源極電極S ;在圖4B中，柵極電極G3通過第一電阻251直流電連于設(shè)于柵極電極G2及G3間的柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)270 ;在圖4C中，柵極電極G3通過第一電阻251直流電連于漏極電極D ;在圖4D中，柵極電極G1-G3直流電連于設(shè)于柵極電極G2及G3間的柵極間區(qū)域的接點(diǎn)270，其中柵極電極Gl及G2通過第一電阻250，而柵極電極G3通過第一電阻251，而柵極電極G2通過柵極電容240交流電連于柵極電極G2及G3間的接點(diǎn)270。
[0047]圖5A為圖4A所示電路的一種實(shí)施例的電路布局示意圖。在本實(shí)施例中，源極電極S與漏極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰，而三柵極電極G1-G3為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間的曲折型電極，柵極電極G1-G3的一端點(diǎn)分別設(shè)置一柵極電極墊Gla、G2a以及G3a，柵極電容240連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第一電阻250連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第二電阻260則連接于柵極電極墊Gla與柵極電極墊G2a之間，而第二電阻261則連接于柵極電極墊G2a與柵極電極墊G3a之間。
[0048]圖5B為圖4B所示電路的一種實(shí)施例的電路布局示意圖。在本實(shí)施例中，源極電極S與漏極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰，而三柵極電極G1-G3為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間的曲折型電極，柵極電極G1-G3的一端點(diǎn)分別設(shè)置一柵極電極墊Gla、G2a以及G3a，柵極電容240連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第一電阻250連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第二電阻260則連接于柵極電極墊Gla與柵極電極墊G2a之間，柵極電極G2及G3間區(qū)域的一轉(zhuǎn)彎處設(shè)計成具有較寬的柵極間隔并將接點(diǎn)270設(shè)置于此轉(zhuǎn)彎處，第一電阻251連接于柵極電極墊G3a與接點(diǎn)270之間。
[0049]圖6A-6H為使用一四柵極增強(qiáng)型場效晶體管的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件數(shù)種實(shí)施例的電路圖。在圖6A中，柵極電極G1-G4通過第一電阻250直流電連于源極電極S，其中柵極電極G2通過第二電阻260與第一電阻250連接，柵極電極G3通過第二電阻260及261與第一電阻250連接，柵極電極G4通過第二電阻260、261及262與第一電阻250連接，而柵極電極Gl通過柵極電容240交流電連于源極電極S ;在圖6B及6C中，柵極電極G1-G3通過第一電阻250直流電連于源極電極S，其中柵極電極G2通過第二電阻260與第一電阻250連接，柵極電極G3通過第二電阻260及261與第一電阻250連接，而柵極電極Gl通過柵極電容240交流電連于源極電極S ;在圖6B中，柵極電極G4通過第一電阻251直流電連于設(shè)于柵極電極G3及G4間的柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)270 ;在圖6C中，柵極電極G4通過第一電阻251直流電連于漏極電極D ;在圖6D及6E中，柵極電極Gl及G2通過第一電阻250直流電連于源極電極S，其中柵極電極G2通過第二電阻260與第一電阻250連接，柵極電極Gl通過柵極電容240交流電連于源極電極S ;在圖6D中，柵極電極G3通過第一電阻251直流電連于設(shè)于柵極電極G2及G3間的柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)270，而柵極電極G4通過第一電阻252直流電連于設(shè)于柵極電極G3及G4間之柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)271 ;在圖6E中，柵極電極G3及G4通過第一電阻251直流電連于設(shè)于柵極電極G2及G3間的柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)270，其中柵極電極G4通過第二電阻261與第一電阻251連接；在圖6F中，柵極電極G1-G3通過第一電阻250直流電連于設(shè)于柵極電極G3及G4間的柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)270，其中柵極電極G2通過第二電阻261與第一電阻250連接，柵極電極Gl通過第二電阻260及261與第一電阻250連接，柵極電極G4通過第一電阻251直流電連于接點(diǎn)270，而柵極電極G3通過柵極電容240交流電連于接點(diǎn)270 ;在圖6G中，柵極電極Gl及G2通過第一電阻250直流電連于設(shè)于柵極電極G2及G3間的柵極間區(qū)域的一接點(diǎn)270，其中柵極電極Gl通過第二電阻260與第一電阻250連接，柵極電極G3及G4通過通過第一電阻251直流電連于接點(diǎn)270，其中柵極電極G4通過第二電阻261與第一電阻251連接；在圖6H中，柵極電極Gl及G2通過第一電阻250直流電連于源極電極S，其中柵極電極G2通過第二電阻260與第一電阻250連接，柵極電極Gl通過柵極電容240交流電連于源極電極S，柵極電極G3及G4通過通過第一電阻251直流電連于漏極電極D，其中柵極電極G3通過第二電阻261與第一電阻251連接，而柵極電極Gl通過柵極電容241交流電連于漏極電極D。
[0050]圖7為圖6B所示電路的一種實(shí)施例的電路布局示意圖。在本實(shí)施例中，源極電極S與漏極電極D為多指型電極，彼此交叉相鄰，而四柵極電極G1-G4為設(shè)置于源極與漏極多指型電極間的曲折型電極，柵極電極G1-G4的一端點(diǎn)分別設(shè)置一柵極電極墊Gla、G2a、G3a以及G4a，柵極電容240連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第一電阻250連接于柵極電極墊Gla與源極電極S之間，第二電阻260則連接于柵極電極墊Gla與柵極電極墊G2a之間，第二電阻261則連接于柵極電極墊G2a與柵極電極墊G3a之間，柵極電極G3及G4間區(qū)域的一轉(zhuǎn)彎處設(shè)計成具有較寬的柵極間隔并將接點(diǎn)270設(shè)置于此轉(zhuǎn)彎處，第一電阻251連接于柵極電極墊G4a與接點(diǎn)270之間。
[0051]以上所述實(shí)施例中的靜電保護(hù)元件使用一個多柵極增強(qiáng)型場效晶體管；然而，本發(fā)明所提供的靜電保護(hù)元件也可包含數(shù)個多柵極增強(qiáng)型場效晶體管，此數(shù)個多柵極增強(qiáng)型場效晶體管可為上述實(shí)施例中所述的多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的任意組合；此外，本發(fā)明所提供的靜電保護(hù)元件也可包含至少一個多柵極增強(qiáng)型場效晶體管及至少一個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管來構(gòu)成所需的等效二極管連接。
[0052]本發(fā)明中柵極電容的連接方式平行于場效晶體管的柵極寄生電容Cgs，如圖8A所示的使用一雙柵極砷化鎵增強(qiáng)型偽晶型高電子遷移率場效晶體管(enhancement-modepHEMT)的靜電保護(hù)元件的電路圖，圖中柵極電容連接于第一柵極，此電路設(shè)計可降低柵極寄生電容Cgs兩端的射頻偏壓及其所產(chǎn)生的非線性信號，柵極電容并具有前饋電容的作用，部分射頻能量輸入通過柵極電容饋入第一柵極的另一邊，并將正電荷汲入在兩個關(guān)閉狀態(tài)柵極電極間電性浮動的柵極間區(qū)域，從而使第一柵極對柵極間區(qū)域的偏壓負(fù)偏移向一個對柵極電容Cgd相關(guān)性較小的偏壓點(diǎn)；圖8B及8C分別為圖8A所示電路中包含柵極電容(A線)及不包含柵極電容(B線)時Cgs及Cgd的射頻電壓變化的模擬結(jié)果圖，模擬中柵極長度為0.5 μ m，柵極寬度為1mm，而柵極電容為5pF，偏壓為3V，而射頻功率為25dBm，如圖所示，當(dāng)電路包含柵極電容時，Cgs的射頻電壓明顯較低，且Cgd的直流偏壓點(diǎn)則因電荷的汲入而往負(fù)值偏移，因此可降低因寄生電容Cgs及Cgd而產(chǎn)生的非線性信號。
[0053]前述的增強(qiáng)型場效晶體管，包括單柵極與多柵極增強(qiáng)型場效晶體管，可以化合物半導(dǎo)體材料砷化鎵(GaAs)或氮化鎵(GaN)所制成，其中砷化鎵增強(qiáng)型場效晶體管可為一高電子遷移率場效晶體管(HEMT)或一偽晶型高電子遷移率場效晶體管(pHEMT);前述多柵極增強(qiáng)型場效晶體管的每一個柵極電極的寬度可介于0.1至IOmm之間，以1_為較佳；前述第一及第二電阻的電阻值為介于2X IO2至2X IO4歐姆之間，以IX IO3至IOX IO3為較佳；而前述柵極電容的電容值為介于0.5至5.0pF之間，以I至3為較佳。
[0054]綜上所述，本發(fā)明確實(shí)可達(dá)到預(yù)期的目的，而提供一種化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):[0055]本發(fā)明所提供的靜電保護(hù)元件使用化合物半導(dǎo)體單柵極或多柵極增強(qiáng)型場效晶體管或同時使用這兩者作為靜電保護(hù)之用，使包含增強(qiáng)型場效晶體管的集成電路與其靜電保護(hù)電路能被整合于同一芯片上；使用整合于芯片上的靜電保護(hù)電路能大幅縮小化合物半導(dǎo)體集成電路模塊的尺寸，且能大幅簡化集成電路工藝。
[0056]本發(fā)明所提供的靜電保護(hù)元件中，連接一柵極與源極、漏極或兩相鄰柵極間區(qū)域的柵極電容可降低與該柵極相關(guān)具有電壓依賴性的寄生電容所產(chǎn)生的非線性信號，因此能改進(jìn)靜電保護(hù)元件在射頻區(qū)域運(yùn)作的線性特性。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，包括: 一個多柵極增強(qiáng)型場效晶體管，其包括一個源極電極、一個漏極電極以及數(shù)個位于該源極電極與該漏極電極間的柵極電極； 至少一個第一電阻，通過該第一電阻使該數(shù)個柵極電極中的每一個直流電連于該源極電極、該漏極電極或兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域；以及 至少一個柵極電容，通過該柵極電容使該數(shù)個柵極電極中的至少一個交流電連于該源極電極、該漏極電極或兩相鄰柵極電極間的柵極間區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該數(shù)個柵極電極中的兩個以一個第二電阻連接。
3.如權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該第二電阻的電阻值為介于2X102至2X104歐姆之間。
4.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該多柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一個砷化鎵場效晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該多柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一個高電子遷移率場效晶體管或一個偽晶型高電子遷移率場效晶體管。
6.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該多柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一個氮化鎵場效晶體管。
7.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該源極電極以及該漏極電極為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該數(shù)個柵極電極為設(shè)置于該源極與漏極多指型電極間的彼此交叉相鄰的多指型電極。
8.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該源極電極以及該漏極電極為多指型電極，彼此交叉相鄰，而該數(shù)個柵極電極為設(shè)置于該源極與漏極多指型電極間的曲折型電極。
9.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，每一個柵極電極的寬度介于0.1至IOmm之間。
10.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該第一電阻的電阻值為介于2X102至2X104歐姆之間。
11.如權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該柵極電容的電容值為介于0.5至5.0pF之間。
12.一種化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，包括: 數(shù)個序列相連的單柵極增強(qiáng)型場效晶體管，其中每一個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管包括一個源極電極、一個漏極電極以及一個柵極電極，其中該漏極電極連接于相連單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極； 至少一個第一電阻，通過該第一電阻使每一個柵極電極直流電連于該數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極或漏極電極； 至少一個柵極電容，通過該柵極電容使至少一個該柵極電極交流電連于該數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管的源極電極或漏極電極。
13.如權(quán)利要求12所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該數(shù)個單柵極增強(qiáng)型場效晶體管中的兩個其柵極電極以一個第二電阻連接。
14.如權(quán)利要求13所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該第二電阻的電阻值為介于2 X IO2至2 X IO4歐姆之間。
15.如權(quán)利要求12所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該單柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一個砷化鎵場效晶體管。
16.如權(quán)利要求15所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該單柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一個高電子遷移率場效晶體管或一個偽晶型高電子遷移率場效晶體管。
17.如權(quán)利要求12所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該單柵極增強(qiáng)型場效晶體管為一個氮化鎵場效晶體管。
18.如權(quán)利要求12所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，每一個該柵極電極的寬度介于0.1至IOmm之間。
19.如權(quán)利要求12所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該第一電阻的電阻值為介于2 X 1O2至2 X IO4歐姆之間。
20.如權(quán)利要求12所述的化合物半導(dǎo)體靜電保護(hù)元件，其特征在于，該柵極電容的電容值為 介于0.5至5.0pF之間。
【文檔編號】H01L27/02GK103915432SQ201310292217
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】高谷信一郎, 鍾榮濤, 王志偉, 苑承剛, 劉世明 申請人:穩(wěn)懋半導(dǎo)體股份有限公司