DE102005040342A1

DE102005040342A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102005040342A1
Application number: DE102005040342A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kariya Yamashita; Tadashi Kariya Kunou
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2025-08-26
Also published as: KR20070065271A; KR20060051269A; DE102005040342B4; KR100730231B1; US7564101B2; CN100420022C; JP2006086211A; US20060054999A1; CN1750263A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (100) weist wenigstens eine Zener-Diode (Z1, Z2) auf, welche zwischen einen Außenanschluss (t1, t2) und Masse (g) geschaltet ist, sowie einen Widerstand (Ra), der mit der Zener-Diode (Z1, Z2) in Serienverbindung ist. Die Zener-Diode (Z1, Z2) und der Widerstand (Ra) teilen eine Rausch- oder Störspannung, so dass die Halbleitervorrichtung (100) eine hohe Rauschtoleranz hat, auch wenn keine Zener-Diode verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, bei der zwischen einem Außenanschluss und Masse (GND) eine Zener-Diode angeordnet ist.

Eine Halbleitervorrichtung, bei der eine Zener-Diode zwischen einem Außenanschluss und GND angeordnet ist, ist beispielsweise in der JP 7-147727 A beschrieben. Die Zener-Diode wird verwendet, um einen Schaltkreis vor Zerstörungen auf Grund einer elektrostatischen Entladung (ESD) und Störrauschen oder einem Einschaltstoß zu schützen.

Die 5A und 5B der beigefügten Zeichnung sind schematische Ansichten eines Halbleiters, bei dem eine Zener-Diode zwischen einem Außenanschluss und GND angeordnet ist. 5A ist eine schematische Darstellung eines Äquivalentschaltkreises im Beereich von Außenanschlüssen t1 und t2 in einer Halbleitervorrichtung 90 und 5B ist eine schematische Draufsicht auf die Anordnung von Schaltkreiselementen in einem Halbleiterchip 90c.

In 5A sind die Außenanschlüsse t1 und t2 ein Leistungsanschluss bzw. ein Ausgangsanschluss. Die Halbleitervorrichtung 90 weist Zener-Dioden Z1 und Z2 auf, von denen jede drei Dioden in Serienschaltung enthält und die zwischen die Außenanschlüsse t1 und t2 und GND geschaltet sind, um einen Rauschstrom, beispielsweise ESD oder einen Einschaltstoß abzuführen.

Wie in 5B gezeigt, verbindet die Halbleitervorrichtung die Zener-Dioden Z1 und Z2 nahe den Außenanschlüssen t1 und t2 und einem GND-Anschluss g durch einen kurzen Draht oder eine kurze Leitung, um den Störstrom so rasch als möglich auf GND abzuleiten.

In der letzten Zeit sind Zener-Dioden Z1 und Z2 mit einer hohen Rauschtoleranz wünschenswert geworden. Da jedoch die Größe von Zener-Dioden Z1 und Z2 größer wird, um die hohe Rauschtoleranz zu erhalten, wird auch der Halbleiter selbst größer und die Herstellungskosten steigen an.

Angesichts des obigen Problems ist es eine Aufgabe, eine Halbleitervorrichtung zu geringen Kosten mit hoher Rauschtoleranz zu schaffen.

Erfindungsgemäß weist eine Halbleitervorrichtung wenigstens eine Zener-Diode auf, welche zwischen einem Außenanschluss und Masse angeordnet ist, sowie wenigstens einen Widerstand, der in Serienschaltung mit der Zener-Diode ist. Eine Rauschspannung wird von der Zener-Diode und dem Widerstand unterteilt, so dass die Halbleitervorrichtung eine hohe Rauschtoleranz haben kann, selbst wenn sie eine kleine Zener-Diode verwendet. Somit kann eine Halbleitervorrichtung zu geringen Kosten mit hoher Rauschtoleranz erhalten werden.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Es zeigt:
1A in schematischer Darstellung einen Äquivalentschaltkreis im Bereich eines Außenanschlusses eines Halbleiters;
1B eine schematische Draufsicht auf die Anordnung der Schaltkreiselemente von 1A;
1C und 1D vergrößerte Ansichten des Ausschnittes "A", der in 1B gestrichelt dargestellt ist;
2 in einer Graphik ein Untersuchungsergebnis der Rauschtoleranz bei einem Rauscheinspeisungstest;
3 eine Draufsicht auf die Anordnung von Schaltkreiselementen;
4A eine schematische Ansicht eines Äquivalentschaltkreises im Bereich eines Außenanschlusses im Halbleiter;
4B und 4C jeweils Drauf sichten auf Anordnungen der Schaltkreiselemente von 4A;
5A eine schematische Darstellung eines Äquivalentschaltkreises im Bereich eines Außenanschlusses eines Halbleiters nach dem Stand der Technik; und
5B eine Draufsicht auf die Anordnung der Schaltkreiselemente von 5A.
Gemäß 1A sind als Außenanschlüsse ein Leistungs(versorgungs)anschluss und ein Ausgangsanschluss vorgesehen. Zener-Dioden Z1 und Z2, von denen jede beispielsweise drei Dioden in Serienschaltung enthält, sind zwischen die Außenanschlüsse t1 bzw. t2 und Masse geschaltet. Die Zener-Dioden Z1 und Z2 befinden sich in Serienschaltung mit einem Widerstand Ra und eine Verbindung zwischen den Außenanschlüssen t1 und t2 und Masse erfolgt über den Widerstand Ra. Daher wird eine Rausch- oder Störspannung, beispielsweise ESD oder ein Einschaltstoß, welche an die Außenanschlüsse t1 und/oder t2 angelegt wird, von den Zener-Dioden Z1 und Z2 und dem Widerstand Ra unterteilt, so dass die Halbleitervorrichtung 100 eine hohe Rauschtoleranz haben kann, selbst wenn sie kleine Zener-Dioden Z1 und Z2 verwendet.
Der Widerstand Ra wird bevorzugt durch einen Aluminiumdraht gebildet, wie in 1B gezeigt. Der Widerstand Ra kann auch durch eine dünne Schicht aus Chrom-Silizium (Cr-Si) oder eine Siliziumschicht mit eindiffundierter Verunreinigung gebildet sein.
Der Widerstand Ra wird aber bevorzugt in einem Aluminiumverdrahtungsprozess gebildet, in welchem auch Schaltkreiselemente üblicher Weise miteinander verbunden werden, so dass andere Prozessabläufe, beispielsweise die Ausbildung eines Dünnschichwiderstands aus Cr-Si nicht notwendig ist. Damit kann der Halbleiter zu geringen Kosten hergestellt werden.
Die Breite der Verdrahtung oder des Verlaufs des Widerstands Ra beträgt mehr als 40 Mikrometer, so dass eine zulässige Stromdichte im Widerstand Ra erhöht werden kann. Damit kann eine Zerstörung des Widerstands Ra durch hohe Störungen, beispielsweise ESD oder einen Einschaltstoß verhindert werden.
Der Verdrahtungsverlauf des Widerstands Ra erfolgt bevorzugt am Umfang des Halbleiterchips 100c. Obgleich ein langer Verdrahtungslauf notwendig ist, da Aluminium einen geringen Widerstandswert hat und die Breite der Verdrahtung groß ist, muß ein anderer Verdrahtungsverlauf nicht modifiziert werden, da der Verdrahtungsverlauf aus Aluminium am Umfang erfolgt.
Weiterhin kann eine Platzredundanz, die aus der Ausbildung des Widerstands Ra entsteht, beseitigt werden.
Gemäß 1C kann eine Ecke des Verdrahtungsverlaufs des Widerstands Ra bevorzugt abgerundet werden. Gemäß 1D kann die Ecke auch breiter als die sonstige Drahtbreite w gemacht werden. Ein starkes Rauschen oder eine starke Störung, beispielsweise ESD oder ein Einschaltstoß, wird durch die Ecke verringert, so dass eine Zerstörung des Widerstands Ra an der Ecke verhindert werden kann.
In einem zugehörigen Halbleiter befinden sich zwei Zener-Dioden, von denen jede beispielsweise drei Dioden in Serienverbindung enthält, nahe dem Außenanschluss und dem Masseanschluss angeordnet. Die Dioden sind mit den Anschlüssen durch den kurzen Aluminiumdraht verbunden. Der Widerstand des Aluminiumdrahts beträgt ungefähr 0,2 Ohm. Gemäß 2 beträgt die Rauschtoleranz bei einem Rauscheinspeisungstest des Halbleiters ungefähr 1,3 kV. Bei der vorliegenden Erfindung wird gemäß 2, wenn der Widerstandswert des Aluminiumdrahts 2,9 Ohm oder 3,5 Ohm beträgt, die Rauschtoleranz ungefähr 2,4 kV bzw. 2,8 kV.
Der Widerstandswert Ra kann bevorzugt mehr als 2 Ohm betragen, so dass die tolerierte Größe bei der Rauscheinspeisung größer als 2 kV wird.
Der Verdrahtungsverlauf für den Widerstand Ra kann eine mehrfach umgefaltete oder abgelenkte Form, also mehrere Knickstellen haben, wie beispielsweise in 3 gezeigt, so dass der Widerstand Ra Platz auf dem Halbleiterchip 100c einsparen kann. Der Verdrahtungsverlauf kann auch nur einmal abgelenkt oder umgefaltet sein.
Wie in den 4A bis 4C gezeigt, kann der Außenanschluss t1 mit der Zener-Diode Z1 in Serie mit einem Widerstand Rc1 oder Rd1 verbunden sein und der andere Außenanschluss t2 und die Zener-Diode Z2 können in Serie mit einem Widerstand Rt2 oder Rd2 verbunden sein. D.h., jeder Widerstand ist unabhängig mit jeder der Zener-Dioden Z1 und Z2 verbunden.
Gemäß den 1A und 1B, sowie 3 ist ein Widerstand gemeinsam für beide Zener-Dioden Z1 und Z2 vorhanden, so dass der Platzbedarf für den Widerstand verringert ist. Damit kann die Halbleitervorrichtung klein sein und dennoch hohe Rauschtoleranz haben. Weiterhin kann der Widerstand nicht nur "stromabwärts" (auf Seiten des GND-Anschlusses) angeordnet sein, wie in den 4A bis 4C gezeigt, sondern auch "stromaufwärts" hiervon (auf Seiten des Außenanschlusses) der Zener-Dioden Z1 und Z2. Weiterhin kann der Widerstand auf beiden Seiten der Zener-Dioden Z1 und Z2 angeordnet werden.
Wie oben beschrieben, weisen die Halbleiter 100 bis 103, welche Zener-Dioden Z1 und Z2 zwischen Außenanschlüssen t1 und t2 und GND auf einem Halbleiterchip 100c aufweisen, wenigstens einen Widerstand auf, der mit den Zener-Dioden Z1 und Z2 in Serienschaltung ist, so dass der Halbleiter der vorliegenden Erfindung eine preiswerte Halbleitervorrichtung mit hoher Rauschtoleranz darstellt.

Claims

Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) mit wenigstens einer Zener-Diode (Z1, Z2), welche zwischen wenigstens einem Außenanschluss (t1, t2) und Masse (GND, g) angeordnet ist, wobei die Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) gekennzeichnet ist durch wenigstens einen Widerstand (Ra, Rb; Rc1, Rc2, Rd1, Rd2), welcher in Serienverbindung mit der Zener-Diode (Z1, Z2) ist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Mehrzahl von Zener-Dioden (Z1, Z2), die zwischen eine Mehrzahl von Außenanschlüssen (t1, t2) und Masse (GND, g) geschaltet sind, wobei jede aus der Mehrzahl der Zener-Dioden mit nur einem Widerstand (Ra, Rb) in Serienverbindung ist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Widerstand (Ra, Rb; Rc1, Rc2, Rd1, Rd2) durch einen Verdrahtungsverlauf eines Aluminiumdrahts gebildet ist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach Anspruch 3, wobei die Breite des Verdrahtungsverlaufs mehr als 40 Mikrometer beträgt.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach Anspruch 3 oder 4, wobei wenigstens eine Ecke im Verdrahtungsverlauf abgerundet ist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach Anspruch 3 oder 4, wobei wenigstens eine Ecke des Verdrahtungsverlaufs breiter als die Breite (w) des Drahts ist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Wert des Widerstands (Ra, Rb; Rc1, Rc2, Rd1, Rd2) mehr als 2 Ohm beträgt.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Verdrahtungsverlauf an einem Umfang des Halbleiterchips (100c; 102c; 103c) angeordnet ist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Verdrahtungsverlauf wenigstens eine Umlenk- oder Knickstelle aufweist.
Eine Halbleitervorrichtung (100; 101; 102; 103) nach Anspruch 9, wobei der Verdrahtungsverlauf eine Mehrzahl von Umlenk- oder Knickstellen aufweist.