JP2003017574A - Semiconductor and protection circuit used therefor - Google Patents

Semiconductor and protection circuit used therefor

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JP2003017574A
JP2003017574A JP2001196900A JP2001196900A JP2003017574A JP 2003017574 A JP2003017574 A JP 2003017574A JP 2001196900 A JP2001196900 A JP 2001196900A JP 2001196900 A JP2001196900 A JP 2001196900A JP 2003017574 A JP2003017574 A JP 2003017574A
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信夫 小林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection circuit having a parasite capacity, large voltage resistance, a large surge current capacity, high response speed and a small area. SOLUTION: An emitter is connected to a semiconductor emission element (protected element) 1 and first and second constant voltage diodes D1 , D2 and an anode electrode 5 connected reversely serially between an anode electrode 5 and a cathode electrode 6 of the protected element 1, a collector is connected to the cathode 6, the collector is connected a first bipolar transistor Q1 and the anode electrode 5 connecting a base at a connection point P of the first and second constant voltage diode D1 , D2 , the emitter is connected to the cathode electrode 6, and at least a second bipolar transistor Q2 connecting the base is possessed at a connection point of the first and second constant voltage diode D1 , D2 .

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はサージ耐圧が比較的
低い低被保護素子と、この被保護素子を過大な電圧から
保護する保護回路とからなる半導体装置に係り、特に、
保護回路をモノリシックに集積化する構造、及びこの保
護回路と被保護素子とをハイブリッドに集積化する構造
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device including a low protected element having a relatively low surge breakdown voltage and a protection circuit for protecting the protected element from an excessive voltage, and more particularly,
The present invention relates to a structure in which a protection circuit is monolithically integrated, and a structure in which the protection circuit and a protected element are integrated in a hybrid manner.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、青色系の半導体発光素子として、
窒素ガリウム(GaN)系化合物半導体を用いた半導体
装置が注目されている。しかし、GaN系化合物半導体
を用いた半導体発光素子はリン化ガリウム(GaP)系
化合物半導体を用いた半導体発光素子に比べてサージ電
圧に対する耐圧が特に低く、数十V程度で破壊されてし
まうという問題がある。
2. Description of the Related Art Recently, as a blue semiconductor light emitting device,
A semiconductor device using a gallium nitride (GaN) -based compound semiconductor has attracted attention. However, a semiconductor light emitting device using a GaN-based compound semiconductor has a particularly low withstand voltage against a surge voltage as compared with a semiconductor light emitting device using a gallium phosphide (GaP) -based compound semiconductor, and is broken at about several tens of volts. There is.

【0003】この様な半導体発光素子の他に、電子機器
内部の半導体集積回路等も、通信線や配電線を通じて侵
入するサ一ジにより破損する場合があるのは良く知られ
ている。静電気サージのような、サージ電圧が大きいが
エネルギーの小さいサージによっても同様である。更
に、静電気サージは半導体装置の製造工程においても発
生する。
It is well known that, in addition to such a semiconductor light emitting device, a semiconductor integrated circuit or the like inside an electronic device may be damaged by a surge entering through a communication line or a distribution line. The same applies to a surge having a large surge voltage but a small energy, such as an electrostatic surge. Further, the electrostatic surge also occurs in the manufacturing process of the semiconductor device.

【0004】上記問題を鑑み、図16に示すように半導
体発光素子(被保護素子)1と逆向きに、定電圧ダイオ
ード91を保護回路として半導体発光素子1のアノード
電極5とカソード電極6の間に接続する試みがある。こ
の様に保護回路として定電圧ダイオード91を用いるこ
とにより、一定電圧以上の過電圧は定電圧ダイオード9
1を介して流れるので、半導体発光素子1にサージ電圧
が印加されるのを防止することができる。
In view of the above problem, as shown in FIG. 16, between the anode electrode 5 and the cathode electrode 6 of the semiconductor light emitting element 1 in the opposite direction to the semiconductor light emitting element (device to be protected) 1 using the constant voltage diode 91 as a protection circuit. There is an attempt to connect to. By using the constant voltage diode 91 as the protection circuit in this way, the constant voltage diode 9 can prevent an overvoltage exceeding a predetermined voltage.
Since it flows through the semiconductor light emitting device 1, it is possible to prevent the surge voltage from being applied to the semiconductor light emitting device 1.

【0005】更に、2つの定電圧ダイオードを互いに逆
向きに直列接続(以下、「双方向定電圧ダイオード」と
略記する。)することも提案されている。同一半導体基
板上に、保護回路としての双方向定電圧ダイオード2を
構成した例を図17に示す(特開2001-15815
号公報参照)。図17においては、p型半導体基板7
上にp型半導体領域41が配置されている。p型半導体
領域41の表面に、第1のp型半導体領域45、n
型半導体領域42が配置されている。n型半導体領域
42の表面に、第2のp型半導体領域43が配置されて
いる。更に、第2のp型半導体領域43の表面に、第2
のp型半導体領域44が配置されている。そして全面
に絶縁膜15が配置され、この絶縁膜15の開口部を介
して第1のp型半導体領域上に第1の端子電極52
が、第2のp型半導体領域44上に第2の端子電極6
2がそれぞれ配置されている。
Further, it has been proposed to connect two constant voltage diodes in series in opposite directions (hereinafter abbreviated as "bidirectional constant voltage diode"). FIG. 17 shows an example in which a bidirectional constant voltage diode 2 as a protection circuit is formed on the same semiconductor substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15815).
(See the official gazette). In FIG. 17, the p + type semiconductor substrate 7 is shown.
The p-type semiconductor region 41 is arranged on the top. On the surface of the p-type semiconductor region 41, the first p + -type semiconductor region 45, n +
The type semiconductor region 42 is arranged. The second p-type semiconductor region 43 is arranged on the surface of the n + -type semiconductor region 42. Further, the second p-type semiconductor region 43 has a second
P + -type semiconductor region 44 is arranged. Then, the insulating film 15 is arranged on the entire surface, and the first terminal electrode 52 is formed on the first p + type semiconductor region through the opening of the insulating film 15.
The second terminal electrode 6 on the second p + type semiconductor region 44.
2 are arranged respectively.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図16に示すように保
護回路として定電圧ダイオード91を用いることによ
り、半導体発光素子(被保護素子)1の破壊をある程度
は抑制出来る。しかし、半導体発光素子1の逆方向耐圧
が定電圧ダイオード91の順方向電圧の値により決定さ
れることとなる。定電圧ダイオード91の順方向電圧は
1V以下であるので、ダイナミック点灯回路により半導
体発光素子1を駆動するには不向きである。
By using a constant voltage diode 91 as a protection circuit as shown in FIG. 16, destruction of the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1 can be suppressed to some extent. However, the reverse breakdown voltage of the semiconductor light emitting device 1 is determined by the value of the forward voltage of the constant voltage diode 91. Since the forward voltage of the constant voltage diode 91 is 1 V or less, it is not suitable for driving the semiconductor light emitting device 1 by the dynamic lighting circuit.

【0007】一般に、半導体発光素子(被保護素子)1
が製造工程の途中において破壊されたか否かは、逆方向
に微小な電圧を印加し、漏れ電流を検出して検査すれば
判定出来る。しかし、図16に示すように定電圧ダイオ
ード91が半導体発光素子1に並列接続されている場
合、逆方向に(カソード電極6にアノード電極5に対し
て正の)電圧を印加すると、定電圧ダイオード91には
順方向に電圧が印加されることとなる。即ち、図18に
示すように、非常に大きな定電圧ダイオード91の順方
向電流が流れることにより、半導体発光素子1の逆方向
漏れ電流がマスクされ、漏れ電流は検出することができ
なくなる。図18は、図16のカソード電極6に印加す
る電圧(逆方向電圧)と出力電流の関係を表す。この様
に半導体発光素子と定電圧ダイオードとを並列に接続し
た構造の半導体装置の検査工程においては、逆方向に電
圧を印加しても不良品の選別は不可能である。
Generally, a semiconductor light emitting device (device to be protected) 1
Whether or not was destroyed in the middle of the manufacturing process can be determined by applying a minute voltage in the opposite direction and detecting a leak current to inspect. However, when the constant voltage diode 91 is connected in parallel to the semiconductor light emitting element 1 as shown in FIG. 16, if a voltage is applied in the opposite direction (the cathode electrode 6 is positive with respect to the anode electrode 5), the constant voltage diode 91 A voltage is applied to 91 in the forward direction. That is, as shown in FIG. 18, a very large forward current of the constant voltage diode 91 flows, so that the reverse leakage current of the semiconductor light emitting device 1 is masked and the leakage current cannot be detected. FIG. 18 shows the relationship between the voltage (reverse voltage) applied to the cathode electrode 6 of FIG. 16 and the output current. In the inspection process of the semiconductor device having the structure in which the semiconductor light emitting element and the constant voltage diode are connected in parallel as described above, it is impossible to select defective products even if a voltage is applied in the opposite direction.

【0008】この時、半導体発光素子の順方向電圧の測
定により、漏れ電流発生に伴い電圧値が低くなる現象に
より不良品を選別する方法も考えられる。しかし、良品
のプロセス・バラつきによる電圧値変動幅を考慮する
と、順方向電圧値の選別範囲の設定は困難である。よっ
て、本来良品である半導体発光素子を不良品と判断して
しまうことも起こり得る。結果的に、歩留りは著しく低
下することとなる。
At this time, a method of selecting a defective product by measuring a forward voltage of the semiconductor light emitting device and a phenomenon that a voltage value becomes low due to generation of a leakage current may be considered. However, it is difficult to set the selection range of the forward voltage value in consideration of the voltage value fluctuation range due to the process variation of non-defective products. Therefore, a semiconductor light emitting element that is originally a good product may be determined to be a defective product. As a result, the yield will be significantly reduced.

【0009】一方、サージ電圧の保護回路、更には同一
実装体内に被保護素子とこの被保護素子のための保護回
路をハイブリッドに組み込んだ半導体装置においては、
サージ応答速度の向上、制限電圧特性の向上、サージ電
流容量の向上、小型・軽量化などが求められている。
On the other hand, in a semiconductor device in which a surge voltage protection circuit, and further, a protected element and a protection circuit for this protected element are hybrid-assembled in the same mounting body,
Improvements in surge response speed, improvement in limiting voltage characteristics, improvement in surge current capacity, and reduction in size and weight are required.

【0010】図17に示すように保護回路として双方向
定電圧ダイオード2を用いればダイナミック点灯回路で
も駆動可能となる。この場合、保護回路(双方向定電圧
ダイオード)2に流れる電流容量を増大させるために
は、双方向定電圧ダイオード2の並列接続数を増やすこ
とが必要になる。しかし双方向定電圧ダイオードの並列
接続数を増やせば、pn接合の寄生容量が比例して増加
する。この為ダイナミック点灯の際、スイッチング特性
におけるライズタイム・フォールタイムが増加し、これ
に伴う電気的・光学的特性面におけるスイッチングロス
の増加を引き起こすこととなる。
If a bidirectional constant voltage diode 2 is used as a protection circuit as shown in FIG. 17, a dynamic lighting circuit can be driven. In this case, in order to increase the current capacity flowing in the protection circuit (bidirectional constant voltage diode) 2, it is necessary to increase the number of parallel connections of the bidirectional constant voltage diode 2. However, if the number of bidirectional constant voltage diodes connected in parallel is increased, the parasitic capacitance of the pn junction increases proportionally. Therefore, during dynamic lighting, the rise time and fall time in the switching characteristics increase, which causes an increase in switching loss in terms of electrical and optical characteristics.

【0011】上記問題点を鑑み、本発明は、寄生容量の
小さく、電流容量の大きな保護回路、及びこの保護回路
と被保護素子とをハイブリッドに集積化した半導体装置
を提供することを目的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a protection circuit having a small parasitic capacitance and a large current capacity, and a semiconductor device in which this protection circuit and a protected element are hybrid-integrated. .

【0012】更に本発明は、飛躍的に電流容量が大き
く、サージ耐圧が高く、サージ応答速度を速くすること
が可能な、保護回路内蔵型の半導体装置を提供すること
を目的とする。
A further object of the present invention is to provide a semiconductor device with a built-in protection circuit, which has a dramatically large current capacity, a high surge withstand voltage, and a high surge response speed.

【0013】本発明の他の目的は、被保護素子のスイッ
チ特性を制御可能な保護回路と、この保護回路を内蔵し
た半導体装置を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a protection circuit capable of controlling the switch characteristics of a protected element, and a semiconductor device having the protection circuit built therein.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の特徴は、(イ)アノード電極及びカ
ソード電極を有する被保護素子;(ロ)このアノード電
極及びカソード電極を有する被保護素子のアノード電極
とカソード電極との間に、互いに逆方向に直列接続され
た第1及び第2の定電圧ダイオード;(ハ)アノード電
極にエミッタが接続され、カソード電極にコレクタが接
続され、第1及び第2の定電圧ダイオードとの接続点に
ベースが接続された第1のバイポーラトランジスタ(B
JT);(ニ)アノード電極にコレクタが接続され、カ
ソード電極にエミッタが接続され、第1及び第2の定電
圧ダイオードとの接続点にベースが接続された第2のバ
イポーラトランジスタ(BJT)とを少なくとも有する
ことを特徴とする半導体装置であることを要旨とする。
ここで、「アノード電極及びカソード電極を有する被保
護素子」とは、例えば、小信号用のダイオードやGaN
系半導体発光素子等の比較的サージ耐圧の低いダイオー
ド等を意味する。
In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is (a) a protected element having an anode electrode and a cathode electrode; First and second constant voltage diodes connected in series in opposite directions between the anode electrode and the cathode electrode of the protected element having: (c) The emitter is connected to the anode electrode and the collector is connected to the cathode electrode. A first bipolar transistor (B having a base connected to a connection point with the first and second constant voltage diodes).
JT); (d) a second bipolar transistor (BJT) having a collector connected to the anode electrode, an emitter connected to the cathode electrode, and a base connected to the connection point with the first and second constant voltage diodes. The gist is that the semiconductor device is characterized by having at least.
Here, the "protected element having an anode electrode and a cathode electrode" means, for example, a small signal diode or GaN.
It means a diode or the like having a relatively low surge withstand voltage such as a semiconductor light emitting device.

【0015】本発明の第1の特徴に係る半導体装置の構
造によれば、バイポーラトランジスタの高速で大電流に
対する増幅作用を利用して、電流容量が大きくサージ耐
圧の高い半導体装置を構成することができる。よって、
双方向定電圧ダイオードのみの場合に比してpn接合に
よる寄生容量を抑えることができる。その結果、ダイナ
ミック点灯回路で発光ダイオードを高速に駆動させるこ
とが可能となる。
According to the structure of the semiconductor device of the first aspect of the present invention, it is possible to construct a semiconductor device having a large current capacity and a high surge withstand voltage by utilizing the amplifying action of a bipolar transistor with respect to a large current at a high speed. it can. Therefore,
The parasitic capacitance due to the pn junction can be suppressed as compared with the case where only the bidirectional constant voltage diode is used. As a result, the dynamic lighting circuit can drive the light emitting diode at high speed.

【0016】本発明の第1の特徴の半導体装置の構造に
おいて、更にアノード電極にソース及びゲートが接続さ
れ、前記カソード電極にドレインが接続された第1の絶
縁ゲート型トランジスタ、アノード電極にドレインが接
続され、前記カソード電極にソース及びゲートが接続さ
れた第2の絶縁ゲート型トランジスタとを具備すること
ができる。第1及び第2の絶縁ゲート型トランジスタと
してはMOS電界効果トランジスタ(FET),MIS
FET,MOS静電誘導とトランジスタ(SIT),M
ISSIT,高電子移動度とトランジスタ(HEMT)
等が使用可能である。
In the structure of the semiconductor device of the first feature of the present invention, further, a source and a gate are connected to the anode electrode and a drain is connected to the cathode electrode, and a drain is connected to the anode electrode. A second insulated gate transistor connected to the cathode electrode and having a source and a gate connected thereto may be provided. As the first and second insulated gate transistors, a MOS field effect transistor (FET), MIS
FET, MOS electrostatic induction and transistor (SIT), M
ISSIT, high electron mobility and transistor (HEMT)
Etc. can be used.

【0017】絶縁ゲート型トランジスタは、電圧駆動型
素子であるので、電流駆動型のバイポーラトランジスタ
よりもスイッチングスピードを高速に出来る。又、絶縁
ゲート型トランジスタはバイポーラトランジスタよりも
寄生容量が少ない構造の実現が容易である。更に、バイ
ポーラトランジスタと共に絶縁ゲート型トランジスタを
集積化した構造を用いることにより、絶縁ゲート型トラ
ンジスタの耐圧を超えるサージ電圧には、バイポーラト
ランジスタを駆動しサージ電圧を吸収出来る。よって、
バイポーラトランジスタと共に絶縁ゲート型トランジス
タを用いることにより、非常に高速でしかもサージ耐圧
の高く寄生容量の少ない保護回路を構成出来る。
Since the insulated gate type transistor is a voltage drive type element, the switching speed can be made higher than that of a current drive type bipolar transistor. Further, the insulated gate transistor can easily realize a structure having less parasitic capacitance than the bipolar transistor. Further, by using the structure in which the insulated gate type transistor is integrated with the bipolar transistor, the surge voltage exceeding the breakdown voltage of the insulated gate type transistor can be driven to absorb the surge voltage. Therefore,
By using the insulated gate type transistor together with the bipolar transistor, it is possible to construct a protection circuit having a very high speed, a high surge withstand voltage and a small parasitic capacitance.

【0018】更に本発明の第1の特徴に係る半導体装置
において、第1及び第2のトランジスタの接続点にスイ
ッチ端子を接続することにより、被保護素子を強制的に
ターン・オフする機能を付加することができる。更に、
被保護素子が発熱等した際に、トランジスタの導通電圧
の温度特性を利用した、過熱保護回路の構成が容易にな
る。
Further, in the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, a function of forcibly turning off the protected element is added by connecting the switch terminal to the connection point of the first and second transistors. can do. Furthermore,
When the element to be protected generates heat, the configuration of the overheat protection circuit using the temperature characteristic of the conduction voltage of the transistor is facilitated.

【0019】特に、本発明の第1の特徴に係る半導体装
置の第1及び第2の定電圧ダイオード、第1及び第2の
バイポーラトランジスタ及び第1及び第2の絶縁ゲート
型トランジスタとを、同一半導体基板上にモノリシック
に集積化することにより、既存の被保護素子と容易に接
続可能な構造を有した保護回路(半導体集積回路)を構
成出来る。この時、被保護素子に特別な工程設計は全く
必要ない。同時に、保護回路の小型化・軽量化を計るこ
とができる。
Particularly, the first and second constant voltage diodes, the first and second bipolar transistors, and the first and second insulated gate transistors of the semiconductor device according to the first feature of the present invention are the same. By monolithically integrating on a semiconductor substrate, a protection circuit (semiconductor integrated circuit) having a structure that can be easily connected to an existing protected element can be configured. At this time, no special process design is required for the protected element. At the same time, the protection circuit can be made smaller and lighter.

【0020】本発明の第2の特徴は、(イ)第1導電型
の半導体基板;(ロ)この半導体基板上に配置された第
2導電型の埋め込み層;(ハ)埋め込み層の上部に配置
された第2導電型のエピタキシャル層;(ニ)エピタキ
シャル層の周囲において、エピタキシャル層の表面から
半導体基板に到達する第1導電型の分離領域;(ホ)エ
ピタキシャル層の表面に配置された第1導電型のベース
領域及び第2導電型のコレクタコンタクト領域;(ヘ)
ベース領域の表面に配置された第2導電型のエミッタコ
ンタクト領域及び第2導電型の第1の端子電極コンタク
ト領域;(ト)エミッタコンタクト領域とコレクタコン
タクト領域と分離領域とを短絡する表面配線とを少なく
とも有することを特徴とする保護回路であることを要旨
とする。ここで「第1導電型」と「第2導電型」とは互
いに反対導電型である。即ち、第1導電型がn型であれ
ば、第2導電型はp型であり、第1導電型がp型であれ
ば、第2導電型はn型である。
The second feature of the present invention is: (a) a semiconductor substrate of the first conductivity type; (b) a buried layer of the second conductivity type disposed on this semiconductor substrate; and (c) an upper portion of the buried layer. The second conductivity type epitaxial layer arranged; (d) the first conductivity type isolation region reaching the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer around the epitaxial layer; (e) the first conductivity type isolation region arranged on the surface of the epitaxial layer. A first conductivity type base region and a second conductivity type collector contact region;
A second conductivity type emitter contact region and a second conductivity type first terminal electrode contact region disposed on the surface of the base region; and (g) a surface wiring that short-circuits the emitter contact region, the collector contact region, and the isolation region. The gist is that the protection circuit is characterized by having at least. Here, the "first conductivity type" and the "second conductivity type" are opposite conductivity types. That is, if the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and if the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type.

【0021】本発明の第2の特徴に係る保護回路の構造
によれば、第1の特徴で述べた第1及び第2の定電圧ダ
イオード、第1及び第2のバイポーラトランジスタを同
一の半導体基板上にモノリシックに集積化した構造に対
応する。よって、既存の被保護素子のアノード電極側に
第1の端子電極を接続し、カソード電極側に第2の端子
電極を接続することが可能な構造になっている。第1の
端子電極コンタクト領域上に第1の端子電極をオーミッ
ク接触させ、半導体基板の裏面に第2の端子電極をオー
ミック接触させることができるデバイス構造になってい
る。即ち半導体基板は、第2の端子電極のコンタクト領
域として機能する。
According to the structure of the protection circuit of the second aspect of the present invention, the first and second constant voltage diodes and the first and second bipolar transistors described in the first aspect are formed on the same semiconductor substrate. Corresponds to the monolithically integrated structure above. Therefore, the structure is such that the first terminal electrode can be connected to the anode electrode side and the second terminal electrode can be connected to the cathode electrode side of the existing protected element. The device structure is such that the first terminal electrode can be in ohmic contact with the first terminal electrode contact region and the second terminal electrode can be in ohmic contact with the back surface of the semiconductor substrate. That is, the semiconductor substrate functions as a contact region for the second terminal electrode.

【0022】本発明の第2の特徴に係る保護回路の構造
において、エミッタコンタクト領域は円環状の平面パタ
ーンを有し、第1の端子電極コンタクト領域はエミッタ
コンタクト領域内部において同心円状の平面パターンを
有して配置されていることが好ましい。エミッタコンタ
クト領域及び第1の端子電極コンタクト領域をこの様な
平面パターンにすることにより、加工精度に左右されに
くい対称性の高い保護回路を構成することが可能とな
る。又、本発明の第2の特徴の保護回路において、ベー
ス領域にベース電流を制御するスイッチ電極をオーミッ
ク接触させることにより、被保護素子のスイッチング特
性を制御可能なスイッチ機能を付加することができる。
In the structure of the protection circuit according to the second aspect of the present invention, the emitter contact region has an annular plane pattern, and the first terminal electrode contact region has a concentric plane pattern inside the emitter contact region. It is preferable to have and arrange. By forming the emitter contact region and the first terminal electrode contact region in such a plane pattern, it becomes possible to construct a protection circuit having high symmetry, which is hardly influenced by processing accuracy. Further, in the protection circuit of the second feature of the present invention, a switch function capable of controlling the switching characteristics of the protected element can be added by bringing the switch electrode for controlling the base current into ohmic contact with the base region.

【0023】本発明の第3の特徴は、(イ)第1導電型
の半導体基板;(ロ)この半導体基板上に配置された第
2導電型のエピタキシャル層(ハ)エピタキシャル層の
周囲において、エピタキシャル層の表面から半導体基板
に到達する第1導電型の分離領域;(ニ)エピタキシャ
ル層の表面に配置された第1導電型の第1の端子電極コ
ンタクト領域;(ホ)第1導電型の第1の端子電極コン
タクト領域を両側から挟むように接して、エピタキシャ
ル層の表面に配置された1組のベースコンタクト領域;
(ヘ)ベースコンタクト領域のそれぞれと分離領域との
間に挟まれるようにエピタキシャル層の表面に配置され
た第1導電型のコレクタ/エミッタコンタクト兼用半導
体領域とを少なくとも有する保護回路であることを要旨
とする。ここでコレクタ/エミッタコンタクト兼用半導
体領域は、半導体基板に第1の端子電極コンタクト領域
側を正とするサージ電圧が印加された場合は、コレクタ
コンタクト領域として機能し、第1の端子電極コンタク
ト領域に半導体基板側を正とするサージ電圧が印加され
た場合は、エミッタコンタクト領域として機能する。
A third feature of the present invention is: (a) a semiconductor substrate of the first conductivity type; (b) an epitaxial layer of the second conductivity type disposed on the semiconductor substrate (c) around the epitaxial layer, A first conductivity type isolation region reaching the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer; (d) a first conductivity type first terminal electrode contact region disposed on the surface of the epitaxial layer; (v) a first conductivity type A set of base contact regions arranged on the surface of the epitaxial layer so as to be in contact with each other so as to sandwich the first terminal electrode contact region from both sides;
(F) A protection circuit having at least a first conductivity type collector / emitter contact / semiconductor region arranged on the surface of an epitaxial layer so as to be sandwiched between each of the base contact regions and an isolation region. And Here, the collector / emitter contact / combined semiconductor region functions as a collector contact region when a surge voltage having a positive value on the first terminal electrode contact region side is applied to the semiconductor substrate, and the collector / emitter contact semiconductor region is formed on the first terminal electrode contact region. When a surge voltage whose positive side is the semiconductor substrate side is applied, it functions as an emitter contact region.

【0024】本発明の第3の特徴に係る保護回路の構造
によると、本発明の第2の特徴に係る保護回路と同じ
く、第1及び第2の定電圧ダイオード、第1及び第2の
トランジスタを同一の半導体基板上にモノリシックに構
成することができる。又、本発明の第3の特徴の保護回
路において、ベースコンタクト領域にスイッチ電極をオ
ーミック接触させることにより、被保護素子のスイッチ
ング特性を制御可能なスイッチ機能を付加することがで
きる。
According to the structure of the protection circuit of the third aspect of the present invention, like the protection circuit of the second aspect of the present invention, the first and second constant voltage diodes, the first and second transistors are provided. Can be monolithically formed on the same semiconductor substrate. Further, in the protection circuit of the third feature of the present invention, a switch function capable of controlling the switching characteristics of the protected element can be added by bringing the switch electrode into ohmic contact with the base contact region.

【0025】本発明の第4の特徴は、(イ)第1導電型
の半導体基板;(ロ)この半導体基板上に配置された第
2導電型のエピタキシャル層;(ハ)エピタキシャル層
の周囲において、エピタキシャル層の表面から半導体基
板に到達する第1導電型の分離領域;(ニ)分離領域に
接して第2導電型のエピタキシャル層の表面に配置され
た3つの第1導電型のコレクタ/エミッタコンタクト兼
用半導体領域;(ホ)エピタキシャル層の表面に配置さ
れた第1の端子電極コンタクト領域;(ヘ)第1の端子
電極コンタクト領域とコレクタ/エミッタコンタクト兼
用半導体領域に接してエピタキシャル層の表面に配置さ
れたベースコンタクト領域;(ト)エピタキシャル層の
表面に配置されたゲート絶縁膜;(チ)第1の端子電極
コンタクト領域上にオーミック接触した第1の端子電
極;(リ)第1の端子電極に接続されて第1の端子電極
コンタクト領域から第1導電型の分離領域に至るように
ゲート絶縁膜の上部に配置された第1のゲート電極;
(リ)第1導電型分離領域にオーミック接触し、分離領
域から第1の端子電極コンタクト領域に至るようにゲー
ト酸化膜の上部に配置された1組の第2のゲート電極と
を少なくとも有することを特徴とする保護回路であるこ
とを要旨とする。
A fourth feature of the present invention is: (a) a first conductivity type semiconductor substrate; (b) a second conductivity type epitaxial layer disposed on this semiconductor substrate; and (c) around the epitaxial layer. A first conductivity type isolation region reaching the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer; (d) three first conductivity type collector / emitters disposed on the surface of the second conductivity type epitaxial layer in contact with the isolation region. Contact / semiconductor region; (e) first terminal electrode contact region disposed on the surface of the epitaxial layer; (f) on the surface of the epitaxial layer in contact with the first terminal electrode contact region and the collector / emitter contact / semiconductor region. Arranged base contact region; (G) Gate insulating film arranged on the surface of the epitaxial layer; (H) On the first terminal electrode contact region A first terminal electrode in ohmic contact; (i) a first terminal electrode which is connected to the first terminal electrode and is disposed above the gate insulating film from the contact region of the first terminal electrode to the isolation region of the first conductivity type; 1 gate electrode;
(I) At least one set of second gate electrodes that are in ohmic contact with the first conductivity type isolation region and are disposed above the gate oxide film from the isolation region to the first terminal electrode contact region. The gist is that the protection circuit is characterized by.

【0026】本発明の第4の特徴に係る保護回路の構造
によると、双方向定電圧ダイオード、第1及び第2のバ
イポーラトランジスタ、第1及び第2の絶縁ゲート型ト
ランジスタを同一の半導体基板上に構成出来る。よって
絶縁ゲート型トランジスタとバイポーラトランジスタを
併用することにより、サージ応答速度及びサージ電流容
量の向上を実現したコンパクトな保護回路を構成出来
る。更に本発明の第4の特徴に係る保護回路の構造にお
いて、ベースコンタクト領域に絶縁膜に設けられた開口
部を介してスイッチ電極をオーミック接触させることに
より、被保護素子のスイッチ特性を制御可能なスイッチ
機能を付加することができる。
According to the structure of the protection circuit of the fourth aspect of the present invention, the bidirectional constant voltage diode, the first and second bipolar transistors, and the first and second insulated gate transistors are formed on the same semiconductor substrate. Can be configured into Therefore, by using the insulated gate transistor and the bipolar transistor together, it is possible to configure a compact protection circuit that realizes improvement in surge response speed and surge current capacity. Further, in the structure of the protection circuit according to the fourth aspect of the present invention, the switch characteristics of the protected element can be controlled by bringing the switch electrode into ohmic contact with the base contact region through the opening provided in the insulating film. A switch function can be added.

【0027】本発明の第5の特徴は、(イ)被保護素
子;(ロ)第1導電型の半導体基板;(ハ)この半導体
基板上に配置された第2導電型の埋め込み層;(ニ)埋
め込み層の上部に配置された第2導電型のエピタキシャ
ル層;(ホ)エピタキシャル層の周囲において、エピタ
キシャル層の表面から半導体基板に到達する第1導電型
の分離領域;(ヘ)エピタキシャル層の表面に配置され
た第1導電型のベース領域及び第2導電型のコレクタコ
ンタクト領域;(ト)ベース領域の表面に配置された第
2導電型のエミッタコンタクト領域及び第2導電型の第
1の端子電極コンタクト領域;(チ)エミッタコンタク
ト領域とコレクタコンタクト領域と分離領域とを短絡す
る表面配線とを少なくとも有する半導体装置であること
を要旨とする。
A fifth feature of the present invention is: (a) protected element; (b) first conductivity type semiconductor substrate; (c) second conductivity type buried layer disposed on this semiconductor substrate; D) a second conductivity type epitaxial layer disposed on the buried layer; (e) a first conductivity type isolation region that reaches the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer around the epitaxial layer; (f) an epitaxial layer. A first conductivity type base region and a second conductivity type collector contact region disposed on the surface of the substrate; (g) a second conductivity type emitter contact region and a second conductivity type first region disposed on the surface of the base region. (H) A semiconductor device having at least a surface wiring for short-circuiting an emitter contact region, a collector contact region, and an isolation region.

【0028】本発明の第5の特徴に係る半導体装置の構
造によると、半導体装置中の定電圧ダイオードのpn接
合による寄生容量を少なく保ち、サージ耐圧の高いハイ
ブリッド集積化構造の半導体装置を構成している。よっ
て被保護素子として例えば半導体発光素子等を用いた場
合、ダイナミック点灯回路でも駆動させることが可能と
なる。更に、検査工程において被保護素子の漏れ電流を
検出出来る半導体装置を構成出来る。
According to the structure of the semiconductor device of the fifth aspect of the present invention, the parasitic capacitance due to the pn junction of the constant voltage diode in the semiconductor device is kept small, and the semiconductor device of the hybrid integrated structure having a high surge withstand voltage is constructed. ing. Therefore, when a semiconductor light emitting element or the like is used as the protected element, it can be driven even by the dynamic lighting circuit. Further, it is possible to configure a semiconductor device capable of detecting the leakage current of the protected element in the inspection process.

【0029】本発明の第5の特徴に係る被保護素子は半
導体チップ状に構成し、半導体基板上にフリップチップ
構造で搭載することができる。この結果、実装時におけ
る小面積化・小型化が達成出来る。
The protected element according to the fifth feature of the present invention can be formed in the shape of a semiconductor chip and can be mounted on a semiconductor substrate in a flip chip structure. As a result, it is possible to reduce the area and size when mounting.

【0030】本発明の第6の特徴は、(イ)被保護素
子;(ロ)第1導電型の半導体基板;(ハ)この半導体
基板上に配置された第2導電型のエピタキシャル層
(ニ)エピタキシャル層の周囲において、エピタキシャ
ル層の表面から半導体基板に到達する第1導電型の分離
領域;(ホ)エピタキシャル層の表面に配置された第1
導電型の第1の端子電極コンタクト領域;(ヘ)第1導
電型の第1の端子電極コンタクト領域を両側から挟むよ
うに接して、エピタキシャル層の表面に配置された1組
のベースコンタクト領域;(ト)ベースコンタクト領域
のそれぞれと分離領域との間に挟まれるようにエピタキ
シャル層の表面に配置された第1導電型のコレクタ/エ
ミッタコンタクト兼用半導体領域とを少なくとも有する
半導体装置であることを要旨とする。
The sixth feature of the present invention is: (a) protected element; (b) first conductivity type semiconductor substrate; (c) second conductivity type epitaxial layer (d) disposed on this semiconductor substrate. ) A first conductivity type isolation region reaching the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer around the epitaxial layer;
Conductive type first terminal electrode contact region; (f) A set of base contact regions arranged on the surface of the epitaxial layer so as to contact the first conductive type first terminal electrode contact region so as to sandwich it from both sides; (G) A semiconductor device having at least a first conductivity type collector / emitter contact / semiconductor region arranged on the surface of an epitaxial layer so as to be sandwiched between each of the base contact regions and an isolation region. And

【0031】本発明の第6の特徴に係るハイブリッド集
積化構造の半導体装置の構造によると、被保護素子とし
て半導体発光素子を用いた場合は、ダイナミック点灯回
路でも駆動可能となる。加えて被保護素子の漏れ電流が
検出可能な半導体装置が構成出来る。又、本発明の第6
の特徴の半導体装置は、被保護素子を構成した半導体チ
ップを半導体基板上に搭載する際、整合性良くフリップ
チップ構造で搭載出来る。
According to the structure of the semiconductor device having the hybrid integrated structure according to the sixth aspect of the present invention, when the semiconductor light emitting element is used as the protected element, the dynamic lighting circuit can be driven. In addition, a semiconductor device capable of detecting the leak current of the protected element can be configured. The sixth aspect of the present invention
The semiconductor device having the feature (1) can be mounted in a flip chip structure with good matching when mounting the semiconductor chip forming the protected element on the semiconductor substrate.

【0032】本発明の第7の特徴は、(イ)被保護素
子;(ロ)第1導電型の半導体基板;(ハ)この半導体
基板上に配置された第2導電型のエピタキシャル層;
(ニ)エピタキシャル層の周囲において、エピタキシャ
ル層の表面から半導体基板に到達する第1導電型の分離
領域;(ホ)分離領域に接して第2導電型のエピタキシ
ャル層の表面に配置された3つの第1導電型のコレクタ
/エミッタコンタクト兼用半導体領域;(ヘ)エピタキ
シャル層の表面に配置された第1の端子電極コンタクト
領域;(ト)第1の端子電極コンタクト領域とコレクタ
/エミッタコンタクト兼用半導体領域に接してエピタキ
シャル層の表面に配置されたベースコンタクト領域;
(チ)エピタキシャル層の表面に配置されたゲート絶縁
膜;(リ)第1の端子電極コンタクト領域上にオーミッ
ク接触した第1の端子電極;(ヌ)第1の端子電極に接
続されて第1の端子電極コンタクト領域から第1導電型
の分離領域に至るようにゲート絶縁膜の上部に配置され
た第1のゲート電極;(ル)第1導電型分離領域にオー
ミック接触し、分離領域から第1の端子電極コンタクト
領域に至るようにゲート酸化膜の上部に配置された1組
の第2のゲート電極とを少なくとも有することを特徴と
する半導体装置であることを要旨とする。
The seventh feature of the present invention is: (a) protected element; (b) first conductivity type semiconductor substrate; (c) second conductivity type epitaxial layer disposed on this semiconductor substrate;
(D) A first conductivity type isolation region that reaches the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer around the epitaxial layer; (e) Three isolation regions arranged on the surface of the second conductivity type epitaxial layer in contact with the isolation region. First conductivity type collector / emitter contact / semiconductor region; (f) First terminal electrode contact region disposed on the surface of the epitaxial layer; (g) First terminal electrode contact region and collector / emitter contact / semiconductor region. A base contact region disposed on the surface of the epitaxial layer in contact with;
(H) a gate insulating film arranged on the surface of the epitaxial layer; (b) a first terminal electrode in ohmic contact with the first terminal electrode contact region; and (e) a first terminal electrode connected to the first terminal electrode. A first gate electrode disposed above the gate insulating film so as to extend from the terminal electrode contact region to the first conductivity type isolation region; (l) ohmic contact with the first conductivity type isolation region, and from the isolation region to the first conductivity type isolation region; A gist of the semiconductor device is that it has at least one set of second gate electrodes arranged above the gate oxide film so as to reach one terminal electrode contact region.

【0033】本発明の第7の特徴に係るハイブリッド集
積化構造の半導体装置の構造によると、被保護素子とし
て半導体発光素子を用いた場合、絶縁ゲート型トランジ
スタの高速なスイッチングスピードにより半導体発光素
子を静電放電(ESD)等の高速サージから保護するこ
とができる。又、絶縁ゲート型トランジスタはバイポー
ラトランジスタよりも寄生容量成分が少ないので、ダイ
ナミック点灯回路により半導体発光素子を駆動させるの
に更に好適である。本発明の第7の特徴に係る半導体装
置においても不良品の選別は可能であり更にフリップチ
ップ構造を適用することができる。
According to the structure of the semiconductor device having the hybrid integrated structure according to the seventh aspect of the present invention, when the semiconductor light emitting element is used as the protected element, the semiconductor light emitting element is driven by the high switching speed of the insulated gate transistor. It is possible to protect from high-speed surges such as electrostatic discharge (ESD). Moreover, since the insulated gate transistor has less parasitic capacitance component than the bipolar transistor, it is more suitable for driving the semiconductor light emitting element by the dynamic lighting circuit. Also in the semiconductor device according to the seventh aspect of the present invention, defective products can be selected and a flip chip structure can be applied.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】次に、被保護素子として半導体発
光素子を例に、図面を参照して本発明の第1〜第3の実
施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一
又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との
関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なること
に留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法
は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又図面
相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分
が含まれていることは勿論である。更に、以下のいずれ
の実施の形態の説明においても、半導体チップ中の不純
物拡散領域等の内部構造を把握しやすくするために、表
面配線及びパッシベーション絶縁膜、層間絶縁膜、フィ
ールド絶縁膜等の半導体チップ上の絶縁膜の図示を一部
省略している。実際には、pn接合部への光照射による
漏れ電流を少なくするため、pn接合部にはAlによる
フィールドプレート(目隠し)を施すことが望ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a semiconductor light emitting element as an example of a protected element. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
However, it should be noted that the drawings are schematic and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following description. Also, it is needless to say that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios. Further, in the description of any of the following embodiments, in order to easily understand the internal structure of the impurity diffusion region in the semiconductor chip, semiconductors such as surface wiring and passivation insulation film, interlayer insulation film, field insulation film, etc. Illustration of the insulating film on the chip is omitted. Actually, in order to reduce the leakage current due to the light irradiation to the pn junction, it is desirable to provide the pn junction with a field plate (blind) made of Al.

【0035】(実装体の構造)まず、本発明の第1〜第
3の実施の形態の説明に入る前に、被保護素子として半
導体発光素子と、この保護回路をハイブリッドに集積化
した実装体の構造を説明する。本発明の第1〜第3の実
施の形態において例示する半導体装置は、図1(a)に
示すようなランプ型実装体、又は図1(b)に示すよう
なチップ型実装体のいずれにも適用可能である。
(Structure of Mounted Body) First, before the description of the first to third embodiments of the present invention, a semiconductor light emitting element as a protected element and a mounted body in which this protective circuit is hybridly integrated. The structure of is explained. The semiconductor device illustrated in each of the first to third embodiments of the present invention is either a lamp type mounting body as shown in FIG. 1A or a chip type mounting body as shown in FIG. 1B. Is also applicable.

【0036】図1(a)に示すランプ型実装体はアノー
ド端子51、アノード端子51に対向したカソード端子
61とからなるリードフレームと、このリードフレーム
のカソード端子61に搭載された被保護素子(半導体発
光素子)1及び保護回路31とからなる。更に、このラ
ンプ型実装体は、半導体発光素子(被保護素子)1のア
ノード電極5とアノード端子51とを接続させる第1の
ボンディングワイヤ71、半導体発光素子1のカソード
電極6とカソード端子61とを接続させる第3のボンデ
ィングワイヤ73を有する。保護回路31は同一半導体
基板(同一半導体チップ)上にモノリシックに集積化さ
れた半導体集積回路である。更に、保護回路31の第1
の端子電極52とアノード端子51とは第2のボンディ
ングワイヤ72により接続されている。被保護素子とし
ての半導体発光素子1は、例えば、サファイア等の光透
過性絶縁体基板1c、n型GaN半導体領域1b、p型
GaN半導体領域1cにより構成されている。保護回路
31は裏面に第2の端子電極62を有し、この第2の端
子電極62は半田付けや導電性接着剤によりカソード端
子61と電気的に接続されている。
The lamp-type mounting body shown in FIG. 1A has a lead frame including an anode terminal 51 and a cathode terminal 61 facing the anode terminal 51, and a protected element mounted on the cathode terminal 61 of the lead frame ( The semiconductor light emitting device) 1 and the protection circuit 31. Further, the lamp-type mounting body includes a first bonding wire 71 for connecting the anode electrode 5 of the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1 and the anode terminal 51, the cathode electrode 6 of the semiconductor light emitting element 1 and the cathode terminal 61. Has a third bonding wire 73 for connecting to. The protection circuit 31 is a semiconductor integrated circuit monolithically integrated on the same semiconductor substrate (same semiconductor chip). Furthermore, the first of the protection circuit 31
The terminal electrode 52 and the anode terminal 51 are connected by a second bonding wire 72. The semiconductor light emitting device 1 as a protected device is composed of, for example, a light transmissive insulator substrate 1c such as sapphire, an n-type GaN semiconductor region 1b, and a p-type GaN semiconductor region 1c. The protection circuit 31 has a second terminal electrode 62 on the back surface, and the second terminal electrode 62 is electrically connected to the cathode terminal 61 by soldering or a conductive adhesive.

【0037】図1(b)に示すチップ型実装体は、例え
ば、セラミックス基板等の絶縁基板33上に金属膜から
なるアノード端子51とカソード端子61とによりディ
スク型パッケージを構成している。そして、このディス
ク型パッケージのカソード端子61の上に被保護素子
(半導体発光素子)1のチップと保護回路31のチップ
が並べて配置されている。ランプ型実装体として実装す
る場合と同じくチップ型実装体においてもアノード端子
51に、半導体発光素子1のアノード電極5、保護回路
31の第1の端子電極52がそれぞれ第1のボンディン
グワイヤ71、第2のボンディングワイヤ72により接
続されている。一方、カソード端子61には半導体発光
素子1のカソード電極6が第3のボンディングワイヤ7
3により接続されている。更にカソード端子61と保護
回路31の裏面の第2の端子電極とは、半田付け等によ
り接続されている。
The chip-type mounting body shown in FIG. 1B constitutes a disk-type package with an anode terminal 51 and a cathode terminal 61 made of a metal film on an insulating substrate 33 such as a ceramic substrate. The chip of the protected element (semiconductor light emitting element) 1 and the chip of the protection circuit 31 are arranged side by side on the cathode terminal 61 of this disk type package. As in the case of mounting as a lamp-type mounting body, the anode terminal 51 of the semiconductor light-emitting element 1 and the first terminal electrode 52 of the protection circuit 31 are respectively connected to the first bonding wire 71 and the first bonding wire 71 in the chip-type mounting body. Two bonding wires 72 are connected. On the other hand, at the cathode terminal 61, the cathode electrode 6 of the semiconductor light emitting device 1 is connected to the third bonding wire 7
Connected by 3. Further, the cathode terminal 61 and the second terminal electrode on the back surface of the protection circuit 31 are connected by soldering or the like.

【0038】図1では、最も単純化した被保護素子(半
導体発光素子)1を例示しているが、現実にはクラッド
層やオーミックコンタクト層を加えたシングルヘテロ
(SH)構造や、ダブルヘテロ(DH)を採用可能であ
ることは勿論である。又、光透過性絶縁体基板1cの代
わりに導電性基板を用い、n型GaN半導体領域1bを
導電性基板を介して直接カソード端子61に半田付け
し、カソード電極6とカソード端子61との間の第3の
ボンディングワイヤ73を省略する構造でも良い。
In FIG. 1, the simplest protected element (semiconductor light emitting element) 1 is illustrated. However, in reality, a single hetero (SH) structure including a cladding layer or an ohmic contact layer or a double hetero (SH) structure is used. Of course, DH) can be adopted. In addition, a conductive substrate is used instead of the light transmissive insulator substrate 1c, and the n-type GaN semiconductor region 1b is directly soldered to the cathode terminal 61 via the conductive substrate so that the cathode electrode 6 and the cathode terminal 61 are connected to each other. The third bonding wire 73 may be omitted.

【0039】(第1の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態に係る半導体装置は図2(a)に示すように被保
護素子としての半導体発光素子1と、半導体発光素子
(被保護素子)1のアノード電極5とカソード電極6と
の間に並列に接続された保護回路31とから構成され
る。この保護回路31は双方向定電圧ダイオード2と、
この双方向定電圧ダイオード2に並列に接続された第1
のnpn型バイポーラトランジスタQ、第2のnpn
型バイポーラトランジスタQとを少なくとも有する。
双方向定電圧ダイオード2は互いにアノード電極を接続
した逆向きの定電圧ダイオードDとDとから構成され
ている。第1のバイポーラトランジスタQ及び第2の
バイポーラトランジスタQのベース電極はそれぞれ共
に定電圧ダイオードDとDとの接続点Pに接続されて
いる。又図2(b)に示すように、図2(a)に示す双
方向定電圧ダイオード2、第1のバイポーラトランジス
タQ、第2のバイポーラトランジスタQとからなる保
護回路31は同一半導体基板上にモノリシックに集積化
されている。
(First Embodiment) As shown in FIG. 2A, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention includes a semiconductor light emitting element 1 as a protected element, and a semiconductor light emitting element (target element). The protection element 1 is composed of a protection circuit 31 connected in parallel between the anode electrode 5 and the cathode electrode 6. This protection circuit 31 includes a bidirectional constant voltage diode 2 and
First bidirectional constant voltage diode 2 connected in parallel
Npn bipolar transistor Q 1 , second npn
Type bipolar transistor Q 2 .
The bidirectional constant voltage diode 2 is composed of reverse constant voltage diodes D 1 and D 2 whose anode electrodes are connected to each other. The base electrodes of the first bipolar transistor Q 1 and the second bipolar transistor Q 2 are both connected to the connection point P between the constant voltage diodes D 1 and D 2 . Further, as shown in FIG. 2B, the protection circuit 31 including the bidirectional constant voltage diode 2, the first bipolar transistor Q 1 and the second bipolar transistor Q 2 shown in FIG. 2A has the same semiconductor substrate. It is monolithically integrated on top.

【0040】図2(a)に示す等価回路の構造は、現実
には、図1に示すような半導体発光素子(被保護素子)
1と保護回路31を同一実装体内に実装したハイブリッ
ド集積化構造として実現される。即ち、半導体発光素子
(被保護素子)1を搭載した第1の半導体チップ(Ga
Nチップ)と、図2(b)のように双方向定電圧ダイオ
ード2、第1及び第2のトランジスタQ、Qとをモノ
リシックに集積化した第2の半導体チップ(Siチッ
プ)とをハイブリッド集積回路として狭い領域内に実装
することが可能となる。又、このハイブリッド集積回路
の構造はボンディングワイヤも3本で済む。この為、特
別な工程設計及びフレーム、基板の新規設計を行う必要
はない。したがって、ローコストで半導体装置を構成す
ることができる。
The structure of the equivalent circuit shown in FIG. 2A is actually a semiconductor light emitting device (device to be protected) as shown in FIG.
It is realized as a hybrid integrated structure in which 1 and the protection circuit 31 are mounted in the same mounting body. That is, the first semiconductor chip (Ga) mounted with the semiconductor light emitting element (protected element) 1 is mounted.
N chip) and a second semiconductor chip (Si chip) in which the bidirectional constant voltage diode 2 and the first and second transistors Q 1 and Q 2 are monolithically integrated as shown in FIG. 2B. The hybrid integrated circuit can be mounted in a small area. The structure of this hybrid integrated circuit requires only three bonding wires. Therefore, there is no need to perform special process design and new design of frame and substrate. Therefore, the semiconductor device can be constructed at low cost.

【0041】図2(b)に示す保護回路31を搭載した
第2の半導体チップは第1の端子電極52と第2の端子
電極62とを有する。この第1の端子電極52と第2の
端子電極62との間に、半導体発光素子(被保護素子)
1を搭載した第1の半導体チップを外付けすることが可
能な構造になっている。第2の端子電極62のコンタク
ト層となるp型半導体基板7上に、n型埋め込み層
8を介してn型のエピタキシャル成長層9(以下「エピ
タキシャル層」と略記する。)が配置されている。この
エピタキシャル層9はp型分離領域10で周囲を囲ま
れ、他の領域とは電気的に区切られている。エピタキシ
ャル層9の表面には、図3に示すように矩形の平面パタ
ーンを有してp型ベース領域11、n型コレクタコ
ンタクト領域12が配置されている。更に、p型ベー
ス領域11の表面に円環状のn型エミッタコンタクト
領域13が配置されて、この円環状のエミッタコンタク
ト領域13の内部に同心円状としてn型の第1の端子
電極コンタクト領域14が配置されている。ここで、第
1の端子電極コンタクト領域14とp型ベース領域1
1とにより第1の定電圧ダイオード(ツェナーダイオー
ド)Dを構成する。又、p型ベース領域11とn
型エミッタコンタクト領域13により第2の定電圧ダイ
オード(ツェナーダイオード)Dを構成する。
The second semiconductor chip mounting the protection circuit 31 shown in FIG. 2B has a first terminal electrode 52 and a second terminal electrode 62. A semiconductor light emitting element (element to be protected) is provided between the first terminal electrode 52 and the second terminal electrode 62.
The structure is such that the first semiconductor chip on which 1 is mounted can be externally attached. An n-type epitaxial growth layer 9 (hereinafter abbreviated as “epitaxial layer”) is arranged on the p + -type semiconductor substrate 7 serving as a contact layer of the second terminal electrode 62 via the n + -type buried layer 8. There is. The epitaxial layer 9 is surrounded by the p + -type isolation region 10 and is electrically separated from other regions. On the surface of the epitaxial layer 9, as shown in FIG. 3, a p + type base region 11 and an n + type collector contact region 12 having a rectangular plane pattern are arranged. Moreover, p + -type n + -type emitter contact region 13 surface of the annular base region 11 is disposed, a first terminal electrode contact of n + -type a concentrically inside the annular emitter contact region 13 The area 14 is arranged. Here, the first terminal electrode contact region 14 and the p + type base region 1
1 and 1 form a first constant voltage diode (Zener diode) D 1 . In addition, the p + type base region 11 and the n +
The type emitter contact region 13 constitutes a second constant voltage diode (Zener diode) D 2 .

【0042】そしてエピタキシャル層9の表面の全面に
絶縁膜15が配置され、絶縁膜15に設けられた開口部
(コンタクトホール)を介して第1の端子電極コンタク
ト領域14に第1の端子電極52がオーミック接触して
いる。絶縁膜15としては熱酸化膜等の酸化膜(SiO
膜)が使用可能である。又、n型コレクタコンタク
ト領域12、n型エミッタコンタクト領域13、p
型分離領域10は同一の表面配線16で短絡されてい
る。表面配線16としては、例えばAl配線、Al−S
i配線、Cu配線、W配線等の金属配線、若しくは不純
物を添加した多結晶シリコン(ポリシリコン)配線や、
これらのシリサイドを用いたポリサイド配線等が使用出
来る。この結果、n型エミッタコンタクト領域13、
型コレクタコンタクト領域12、エピタキシャル層
9、p型分離領域10、p型半導体基板7、n
埋め込み層8は同電位に保たれる。一方、p型半導体
基板7の裏面にはp型半導体基板7にオーミック接触
する第2の端子電極62が接続されている。
The insulating film 15 is disposed on the entire surface of the epitaxial layer 9, and the first terminal electrode 52 is formed in the first terminal electrode contact region 14 through the opening (contact hole) formed in the insulating film 15. There is ohmic contact. As the insulating film 15, an oxide film such as a thermal oxide film (SiO 2
2 membranes) can be used. In addition, n + type collector contact region 12, n + type emitter contact region 13, p +
The mold separation region 10 is short-circuited by the same surface wiring 16. As the surface wiring 16, for example, Al wiring, Al-S
metal wiring such as i wiring, Cu wiring, W wiring, or polycrystalline silicon (polysilicon) wiring to which impurities are added,
Polycide wiring using these silicides can be used. As a result, the n + -type emitter contact region 13,
The n + type collector contact region 12, the epitaxial layer 9, the p + type isolation region 10, the p + type semiconductor substrate 7, and the n + type buried layer 8 are kept at the same potential. On the other hand, the rear surface of the p + -type semiconductor substrate 7 and the second terminal electrode 62 is connected in ohmic contact with the p + -type semiconductor substrate 7.

【0043】ここで、第1及び第2の定電圧ダイオード
D、Dの共通のアノード領域となるp型ベース領域
11は、npn型の第1のバイポーラトランジスタQ
及び第1のバイポーラトランジスタQの共通のベース
領域になる。即ち、第1の端子電極コンタクト領域1
4、n型エミッタコンタクト領域13はそれぞれ第1
のバイポーラトランジスタQのコレクタ領域、エミッ
タ領域となる。一方、同電位のn型埋め込み層8、n
型コレクタコンタクト領域12、エピタキシャル層9
は、それぞれnpn型のバイポーラトランジスタQ
コレクタ領域となり、n型の第1の端子電極領域14
はバイポーラトランジスタQのエミッタ領域となる。
Here, the first and second constant voltage diodes
The p + -type base region 11, which serves as a common anode region for D 1 and D 2 , has a first npn-type bipolar transistor Q 1
And the common base region of the first bipolar transistor Q 1 . That is, the first terminal electrode contact region 1
4, n + -type emitter contact region 13 is the first
Will become the collector region and the emitter region of the bipolar transistor Q 1 . On the other hand, the n + -type buried layers 8 and n having the same potential
+ Type collector contact region 12, epitaxial layer 9
Respectively become the collector regions of the npn-type bipolar transistor Q 2 , and the n + -type first terminal electrode region 14
Becomes the emitter region of the bipolar transistor Q 2 .

【0044】次に、図2を用いて本発明の第1の実施の
形態に係る保護回路の動作を説明する。
Next, the operation of the protection circuit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0045】(a)アノード電極側を正とするサージ電
圧が印加された場合: (イ)半導体発光素子(被保護素子)1のアノード電極
5からカソード電極6(第1の端子電極52から第2の
端子電極62)へ、アノード電極5側を正とするサージ
電圧が印加された場合は、n型第1の端子電極領域1
4をカソード領域、p型半導体領域11をアノード領
域とする第1の定電圧ダイオードDがツェナー降伏し
て導通する; (ロ)第1の定電圧ダイオードDが導通するとn
第1の端子電極領域14、p型半導体領域11、n
型半導体領域13からなる第1のバイポーラトランジス
タQのベース領域11に、ツェナー電流が流れ込むこ
とにより第1のトランジスタQがターン・オンする。
型半導体領域13とp型分離領域10とは同電位
に保たれているので、結局、第1の端子電極52と第2
の端子電極62の間が短絡され、サージ電圧を吸収出来
る。
(A) When a surge voltage having a positive polarity on the anode electrode side is applied: (a) The anode electrode 5 to the cathode electrode 6 (first terminal electrode 52 to the first terminal electrode 52 of the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1) When a surge voltage whose positive electrode is on the anode electrode 5 side is applied to the second terminal electrode 62), the n + -type first terminal electrode region 1
The first constant voltage diode D 1 having the cathode region 4 and the p + type semiconductor region 11 as the anode region conducts by zener breakdown; (b) When the first constant voltage diode D 1 conducts, the n + type diode 1 terminal electrode region 14, p + type semiconductor region 11, n +
The Zener current flows into the base region 11 of the first bipolar transistor Q 1 formed of the type semiconductor region 13, so that the first transistor Q 1 is turned on.
Since the n + type semiconductor region 13 and the p + type isolation region 10 are kept at the same potential, after all, the first terminal electrode 52 and the second
The terminal electrodes 62 of are short-circuited and the surge voltage can be absorbed.

【0046】(b)カソード電極側を正とするサージ電
圧が印加された場合: (イ)一方、半導体発光素子(被保護素子)1のカソー
ド電極6からアノード電極5(第2の端子電極62から
第1の端子電極52)へ、カソード電極6側を正とする
サージ電圧が印加された場合は、n型半導体領域13
をカソード領域、p型半導体領域11をアノード領域
とする第2の定電圧ダイオードDがツェナー降伏して
導通する。 (ロ)第2の定電圧ダイオードDが導通すると第2の
バイポーラトランジスタQのベース領域となるp
半導体領域11にツェナー電流が流れ込み、第2のバイ
ポーラトランジスタQがターン・オンする。この結
果、第1の端子電極コンタクト領域14と半導体基板7
間が短絡されサージ電圧を吸収することができる。
(B) When a surge voltage having a positive polarity on the cathode electrode side is applied: (a) On the other hand, from the cathode electrode 6 to the anode electrode 5 (second terminal electrode 62) of the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1. From the first terminal electrode 52) to the cathode electrode 6 side, a positive surge voltage is applied to the n + type semiconductor region 13
Is a cathode region and the p + -type semiconductor region 11 is an anode region, and the second constant voltage diode D 2 is zener-breakdown and conducts. (B) the second constant voltage diode D 2 conducts Zener current flows into the p + -type semiconductor region 11 as a second bipolar transistor Q 2 of the base region, the second bipolar transistor Q 2 is turned on . As a result, the first terminal electrode contact region 14 and the semiconductor substrate 7
The short circuit between them can absorb the surge voltage.

【0047】第1の実施の形態によれば、図2(a)に
示すように、半導体発光素子(被保護素子)1のアノー
ド電極5を保護回路31の第1の端子電極52に、カソ
ード電極6を第2の端子電極62に接続することによ
り、既存の半導体発光素子(被保護素子)1を簡単且つ
コンパクトな構造でハイブリッド実装し、サージ電圧か
ら保護し、且つサージ耐圧の高い半導体装置を構成出来
る。この時、双方向定電圧ダイオード2の電流容量は、
第1及び第2のバイポーラトランジスタQ 、Q が導通
するために、必要な程度の電流容量値を実現することが
できる。更に、図3の平面図から明らかなように加工精
度に左右されにくい対称性の高い平面パターンを有した
保護回路を構成することが可能となる。半導体発光素子
(被保護素子)1のアノード電極5、カソード電極6の
いずれにサージ電圧が印加されても、同様のサージ耐圧
が得られる。
According to the first embodiment, as shown in FIG.
As shown, the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1
The cathode electrode 5 to the first terminal electrode 52 of the protection circuit 31,
By connecting the lead electrode 6 to the second terminal electrode 62,
The existing semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 can be easily and easily
It is a hybrid structure with a compact structure.
It is possible to configure a semiconductor device that is protected from
It At this time, the current capacity of the bidirectional constant voltage diode 2 is
First and second bipolar transistor Q1 , QTwo Is conducting
In order to achieve the required current capacity value.
it can. Furthermore, as is clear from the plan view of FIG.
It had a highly symmetrical flat pattern that is not easily influenced by the degree.
It becomes possible to configure a protection circuit. Semiconductor light emitting element
(Protected element) 1 of the anode electrode 5 and the cathode electrode 6
No matter which surge voltage is applied, the same surge withstand voltage
Is obtained.

【0048】次に、本発明の第1の実施の形態の変形例
に係る半導体装置(被保護素子)の保護回路を図4及び
図5を用いて説明する。図4に示すように、本発明の第
1の実施の形態の変形例に係る半導体装置の保護回路
は、絶縁膜15の開口部(コンタクトホール)を介し
て、p型ベース領域11にオーミック接触するスイッ
チ電極17を有している。平面図を省略しているが、ス
イッチ電極17は、第1の端子電極52を中心として第
1の端子電極52と表面配線16の間に同心円環状に配
置される。他は図2(b)及び図3に示した構造と同様
であるので重複した説明は省略する。
Next, a protection circuit for a semiconductor device (element to be protected) according to a modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the protection circuit of the semiconductor device according to the modification of the first embodiment of the present invention has an ohmic contact with the p + -type base region 11 through the opening (contact hole) of the insulating film 15. It has a switch electrode 17 in contact therewith. Although the plan view is omitted, the switch electrode 17 is arranged concentrically between the first terminal electrode 52 and the surface wiring 16 around the first terminal electrode 52. Others are the same as the structure shown in FIG. 2B and FIG. 3, and thus duplicated description will be omitted.

【0049】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る
半導体装置の保護回路は、図2に示した第1の実施の形
態の半導体装置の保護回路と同じく、p型ベース領域
11が第1及び第2のバイポーラトランジスタQ 、Q
の共通のベース領域となる。即ち、図5に示すよう
に第1の定電圧ダイオードDと第2の定電圧ダイオー
ドDとの接続点Pにスイッチ電極を有している。よっ
て、スイッチ電極17を介して外部からベース領域11
に電流を流すことにより強制的に第1及び第2のバイポ
ーラトランジスタQ 、Qのいずれかをターン・オン
し、半導体発光素子(被保護素子)1のアノード電極5
とカソード電極6との間を強制的に短絡し、被保護素子
としての半導体発光素子1を不点灯にすることができ
る。即ち、スイッチ電極17を半導体発光素子(被保護
素子)1を強制的に不点灯にするための電流端子とする
ことができる。
The protection circuit of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention, as well as the protection circuit of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 2, p + -type base region 11 Are the first and second bipolar transistors Q 1 and Q
2 common base regions. That is, as shown in FIG. 5, a switch electrode is provided at the connection point P between the first constant voltage diode D 1 and the second constant voltage diode D 2 . Therefore, the base region 11 is externally applied via the switch electrode 17.
Current is forced to turn on one of the first and second bipolar transistors Q 1 and Q 2 , and the anode electrode 5 of the semiconductor light emitting element (protected element) 1 is turned on.
The cathode and the cathode electrode 6 can be forcibly short-circuited to turn off the semiconductor light emitting device 1 as the protected device. That is, the switch electrode 17 can be used as a current terminal for forcibly turning off the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1.

【0050】(第2の実施の形態)図7に示すように、
本発明の第2の実施に形態に係る半導体装置は、半導体
発光素子(被保護素子)1と、この半導体発光素子(被
保護素子)1の保護回路34とから構成されている。こ
の保護回路34は双方向定電圧ダイオード2に並列に接
続された第1のpnp型バイポーラトランジスタQ
第2のpnp型バイポーラトランジスタQとを少なく
とも有する。第1の実施に形態では第1及び第2のバイ
ポーラトランジスタQ1及びQ2が、npn型であったので
バイポーラトランジスタの極性が異なる。更に、双方向
定電圧ダイオード2が、互いにカソード電極を接続した
逆向きの定電圧ダイオードDとDとから構成されてい
る点が、第1の実施に形態とは異なる。第1のバイポー
ラトランジスタQ及び第2のバイポーラトランジスタQ
のベース電極はそれぞれ共に定電圧ダイオードDとD
との接続点Pに接続されているのは、第1の実施に形
態と同様である。
(Second Embodiment) As shown in FIG.
The semiconductor device according to the second embodiment of the present invention includes a semiconductor light emitting element (protected element) 1 and a protection circuit 34 for the semiconductor light emitting element (protected element) 1. The protection circuit 34 includes a first pnp-type bipolar transistor Q 3 connected in parallel with the bidirectional constant-voltage diode 2,
And at least a second pnp-type bipolar transistor Q 4 . In the first embodiment, since the first and second bipolar transistors Q 1 and Q 2 are npn type, the polarities of the bipolar transistors are different. Furthermore, the bidirectional constant-voltage diode 2 is different from that of the first embodiment in that the bidirectional constant-voltage diode 2 is composed of reverse-direction constant-voltage diodes D 3 and D 4 whose cathode electrodes are connected to each other. First bipolar transistor Q 3 and second bipolar transistor Q
The base electrodes of 4 are both constant voltage diodes D 1 and D
It is connected to the connection point P with 2 as in the first embodiment.

【0051】図6は図7に示す本発明の第2の実施の形
態に係る半導体装置に用いる保護回路34の詳細を示
す。図6に示すように、保護回路34は、p型半導体
基板7、p型半導体基板7上のp型の分離領域によ
り分離されてp型半導体基板7上に配置されたn型の
エピタキシャル層9、n型エピタキシャル層9の表面に
配置された第1の端子電極コンタクト領域18、第1の
端子電極コンタクト領域18を両側から挟むように、第
1の端子電極コンタクト領域18に接してn型エピタキ
シャル層9の表面に配置された1組のn型ベースコン
タクト領域19a、19b、1組のn型ベースコンタ
クト領域19a、19bのそれぞれとp型の分離領域
10との間に挟まれるようにn型エピタキシャル層9の
表面に配置されたp型コレクタ/エミッタコンタクト
兼用半導体領域20a、20bとを少なくとも有する。
型コレクタ/エミッタコンタクト兼用半導体領域2
0aとn型ベースコンタクト領域19a及びp型の
分離領域10とはそれぞれ互いに金属学的に接触してい
る。同様にp型コレクタ/エミッタコンタクト兼用半
導体領域20bとn型ベースコンタクト領域19b及
びp型の分離領域10とはそれぞれ互いに金属学的に
接触している。
FIG. 6 shows details of the protection circuit 34 used in the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 6, the protection circuit 34, p + -type semiconductor substrate 7, the p + type is separated by the p + type isolation regions on the semiconductor substrate 7 and p + -type semiconductor substrate 7 arranged n-type on Contacting the first terminal electrode contact region 18 so as to sandwich the first terminal electrode contact region 18 and the first terminal electrode contact region 18 arranged on the surfaces of the epitaxial layer 9 and the n-type epitaxial layer 9 from both sides. Between the pair of n + type base contact regions 19a and 19b, one pair of n + type base contact regions 19a and 19b, and the p + type isolation region 10 disposed on the surface of the n type epitaxial layer 9. It has at least p + -type collector / emitter contact / semiconductor regions 20a and 20b arranged on the surface of the n-type epitaxial layer 9 so as to be sandwiched between the two.
p + type collector / emitter contact dual-use semiconductor region 2
0a, the n + type base contact region 19a and the p + type isolation region 10 are in metallurgical contact with each other. Similarly, the p + type collector / emitter contact / semiconductor region 20b, the n + type base contact region 19b, and the p + type isolation region 10 are in metallurgical contact with each other.

【0052】ここで、p型の第1の端子電極コンタク
ト領域18とn型ベースコンタクト領域19a、19
bにより、1組の第1の定電圧ダイオード(ツェナーダ
イオード)Dを構成する。又、n型半導体領域19
aとp型コレクタ/エミッタコンタクト兼用半導体領
域20aにより、第1の定電圧ダイオード(ツェナーダ
イオード)Dを構成し、n型半導体領域19bとp
型コレクタ/エミッタコンタクト兼用半導体領域20
bにより、第2の定電圧ダイオード(ツェナーダイオー
ド)Dを構成している。p型コレクタ/エミッタコ
ンタクト兼用半導体領域20a、20bのそれぞれとp
型分離領域10は金属学的に接触し、電気的に短絡
(ショート)している。即ち、p型コレクタ/エミッ
タコンタクト兼用半導体領域20a、20b、p型分
離領域10、p型半導体基板7は互いに連続した同一
導電型の半導体領域として同電位に保たれている。そし
て全面に絶縁膜15が配置され、絶縁膜15に設けられ
た開口部(コンタクトホール)を介して第1の端子電極
コンタクト領域18上に、第1の端子電極52がオーミ
ック接触している。一方、p型半導体基板1の裏面に
は第2の端子電極62がオーミック接触している。
Here, the p + type first terminal electrode contact region 18 and the n + type base contact regions 19a, 19 are formed.
b constitutes a set of first constant voltage diodes (Zener diodes) D 3 . In addition, the n + type semiconductor region 19
The first constant voltage diode (Zener diode) D 4 is constituted by the semiconductor region 20a serving also as the p + type collector / emitter contact a, and the n + type semiconductor region 19b and the p + type semiconductor region 19b.
+ Type collector / emitter contact semiconductor region 20
b constitutes a second constant voltage diode (Zener diode) D 4 . p + type collector / emitter contact dual-use semiconductor regions 20a and 20b and p
The + type isolation region 10 is in metallurgical contact and is electrically short-circuited. That is, the p + type collector / emitter contact / semiconductor regions 20a and 20b, the p + type isolation region 10 and the p + type semiconductor substrate 7 are kept at the same potential as continuous semiconductor regions of the same conductivity type. The insulating film 15 is disposed on the entire surface, and the first terminal electrode 52 is in ohmic contact with the first terminal electrode contact region 18 through the opening (contact hole) provided in the insulating film 15. On the other hand, the second terminal electrode 62 is in ohmic contact with the back surface of the p + type semiconductor substrate 1.

【0053】ここで、n型半導体領域19a,19b
は第1のpnp型バイポーラトランジスタQのベース
コンタクト領域、n型エピタキシャル層9は第1のpn
p型バイポーラトランジスタQのベース領域になる。
そして、p型の第1の端子電極領域18は第1のpn
p型バイポーラトランジスタQのエミッタ領域にな
る。同電位のp型半導体基板7とp型半導体領域2
0a,20bは第1のpnp型バイポーラトランジスタ
Qのコレクタコンタクト領域となる。一方、n 型ベ
ースコンタクト領域19a,19bは第2のpnp型バ
イポーラトランジスタQのベースコンタクト領域にな
り、n型エピタキシャル層9は第2のpnp型バイポー
ラトランジスタQのベース領域になる。そして、第1
の端子電極コンタクト領域18は第2のpnp型バイポ
ーラトランジスタQのコレクタ領域となり、同電位の
型半導体基板7とp型半導体領域20a,20b
は第2のpnp型バイポーラトランジスタQのエミッ
タコンタクト領域となる。
Where n+Type semiconductor regions 19a and 19b
Is the first pnp-type bipolar transistor QThreeBase of
The contact region and the n-type epitaxial layer 9 are the first pn
p-type bipolar transistor QThreeWill be the base area.
And p+The first terminal electrode region 18 of the mold has a first pn
p-type bipolar transistor QThreeIn the emitter area of
It Same potential p+Type semiconductor substrate 7 and p+Type semiconductor region 2
0a and 20b are first pnp bipolar transistors
QThreeWill be the collector contact region of. On the other hand, n +Type
The source contact regions 19a and 19b are the second pnp type barriers.
Ipolara transistor QFourIn the base contact area of
The n-type epitaxial layer 9 is a second pnp-type bipolar layer.
Rat transistor QFourWill be the base area. And the first
The terminal electrode contact region 18 of the second pnp-type bipolar
-Transistor QFourOf the same potential
p+Type semiconductor substrate 7 and p+Type semiconductor regions 20a, 20b
Is the second pnp bipolar transistor QFourEmi of
It becomes the contact area.

【0054】次に、図6及び図7を用いて、本発明の第
2の実施の形態に係る保護回路の動作を説明する。
Next, the operation of the protection circuit according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0055】(a)アノード電極側を正とするサージ電
圧が印加された場合: (イ)アノード電極5からカソード電極6(第1の端子
電極52から第2の端子電極62)へ、アノード電極5
側を正とするサージ電圧が印加された場合は、p型の
第1の端子電極コンタクト領域18をエミッタ領域、n
型ベースコンタクト領域19a,19bをベースコン
タクト領域、n型エピタキシャル層9をベース領域、p
型半導体基板7をコレクタ領域とする第1のpnp型
バイポーラトランジスタQのエミッタ−ベース間が順
バイアスされて導電する。
(A) When a surge voltage whose positive side is the anode electrode side is applied: (a) From the anode electrode 5 to the cathode electrode 6 (from the first terminal electrode 52 to the second terminal electrode 62), the anode electrode 5
When a positive surge voltage is applied to the p + -type first terminal electrode contact region 18,
+ Type base contact regions 19a and 19b are base contact regions, n type epitaxial layer 9 is a base region, p
+ First pnp-type bipolar transistor Q 3 of the emitter of the type semiconductor substrate 7 and the collector region - between the base is conductive is forward biased.

【0056】(ロ)第1のpnp型バイポーラトランジ
スタQのエミッタ−ベース間が導電すると、n型ベ
ースコンタクト領域19a,19bをカソード領域、p
型コレクタ/エミッタコンタクト兼用半導体領域20
a,20bをアノード領域とする第2の定電圧ダイオー
ドDがツェナー降伏して導通する。
[0056] (b) the emitter of the first pnp-type bipolar transistor Q 3 - the inter-base is electrically conductive, n + -type base contact region 19a, and 19b cathode region, p
+ Type collector / emitter contact semiconductor region 20
a, 20b of the second constant voltage diode D 4 to the anode region is rendered conductive in zener breakdown.

【0057】(ハ)第2の定電圧ダイオードDが導通
すると第1のpnp型バイポーラトランジスタQのベ
ースにベース電流が流れ込みトランジスタQがターン
・オンする。よって、第1の端子電極52と第2の端子
電極62との間が短絡してサージ電圧を吸収する。
(C) When the second constant voltage diode D 4 is turned on, the base current flows into the base of the first pnp bipolar transistor Q 3 and the transistor Q 3 is turned on. Therefore, the first terminal electrode 52 and the second terminal electrode 62 are short-circuited to absorb the surge voltage.

【0058】(b)カソード電極側を正とするサージ電
圧が印加された場合: (イ)一方、カソード電極6からアノード電極5(第2
の端子電極62から第1の端子電極52)へ、カソード
電極6側を正とするサージ電圧が印加された場合は、第
1の端子電極コンタクト領域18をコレクタ領域、n
型半導体領域19a,19bをベースコンタクト領域、
n型エピタキシャル層9をベース領域、p型半導体基
板7をエミッタ領域とする第2のpnp型バイポーラト
ランジスタQのエミッタ−ベース間が順バイアスされ
導電する。
(B) When a positive surge voltage is applied to the cathode electrode side: (a) On the other hand, from the cathode electrode 6 to the anode electrode 5 (second
When a surge voltage whose positive electrode is on the cathode electrode 6 side is applied from the terminal electrode 62 of the first terminal electrode 52) to the first terminal electrode contact region 18 of the collector region, n +
The type semiconductor regions 19a and 19b are base contact regions,
The second pnp-type bipolar transistor Q 4 having the n-type epitaxial layer 9 as the base region and the p + -type semiconductor substrate 7 as the emitter region is forward-biased and conductive between the emitter and the base.

【0059】(ロ)第2のpnp型バイポーラトランジ
スタQのエミッタ−ベース間が導電すると、p型第
1の端子電極コンタクト領域18をアノード領域、n
型半導体領域19a,19bをカソード領域とする第1
の定電圧ダイオードDがツェナー降伏し導通する。
(B) When the emitter-base of the second pnp-type bipolar transistor Q 4 conducts, the p + -type first terminal electrode contact region 18 becomes the anode region and n +.
First semiconductor regions 19a and 19b serving as cathode regions
The constant voltage diode D 3 of zener breakdowns and conducts.

【0060】(ハ)第1の定電圧ダイオードDが導電
すると、第2のpnp型バイポーラトランジスタQ
ベースにベース電流が流れ込み第2のpnp型バイポー
ラトランジスタQがターン・オンする。よって第2の
端子電極62と第1の端子電極52との間が短絡してサ
ージ電圧を吸収する。
[0060] (c) a first constant voltage diode D 3 When conductive, the second pnp bipolar transistor Q 4 base current flows to the base of the second pnp bipolar transistor Q 4 is turned on. Therefore, the second terminal electrode 62 and the first terminal electrode 52 are short-circuited to absorb the surge voltage.

【0061】この様に第2の実施の形態によれば、第1
の実施の形態と同じく半導体発光素子(被保護素子)1
のアノード電極5、カソード電極6のいずれにサージ電
圧が印加されても、同様のサージ耐圧が得られる。
As described above, according to the second embodiment, the first
Semiconductor light emitting element (element to be protected) 1 as in the embodiment of
Even if a surge voltage is applied to either the anode electrode 5 or the cathode electrode 6, the same surge withstand voltage can be obtained.

【0062】図9に示すように本発明の第2の実施の形
態の変形例に係る半導体装置は、半導体発光素子(被保
護素子)1と、この半導体発光素子(被保護素子)のア
ノード電極5とカソード電極6との間に接続された保護
回路34とから構成されている。保護回路34の第1及
び第2の定電圧ダイオードDとDとの接続点Pにスイ
ッチ端子81を有している点が、図7とは異なる。図8
(a)は、図9に示した保護回路34の上面略図で、図
8(b)は図8(a)の、A−A方向に沿ったにおける
模式的な断面図である。図8(b)に示すように、n
型半導体領域19上に絶縁膜15に設けられた開口部
(コンタクトホール)を介してn型半導体領域19に
オーミック接触するスイッチ電極17を有している。
又、図8(a)に示すように正方形の第1の端子電極5
2と正方形のスイッチ電極17とが一定距離を隔てて配
置されている。又、3つのp型半導体領域20i、2
0j、20kのそれぞれとp型分離領域10が金属学
的に接触していることにより、p型コレクタ/エミッ
タコンタクト兼用半導体領域20i、20j、20k、
型分離領域10、p型半導体基板7は同電位に保
たれている。但し、n型ベースコンタクト領域19と
3つのp型半導体領域20i、20j、20kのそれ
ぞれとにより構成される3つの第2の定電圧ダイオード
Dがそれぞれ接触出来るように、n型半導体領域1
9とp型分離領域10との接続箇所を3箇所としてい
る。
As shown in FIG. 9, the semiconductor device according to the modification of the second embodiment of the present invention includes a semiconductor light emitting element (protected element) 1 and an anode electrode of this semiconductor light emitting element (protected element). 5 and the cathode electrode 6 are connected to each other, and a protection circuit 34 is connected. 7 is different from FIG. 7 in that a switch terminal 81 is provided at a connection point P between the first and second constant voltage diodes D 3 and D 4 of the protection circuit 34. Figure 8
8A is a schematic top view of the protection circuit 34 shown in FIG. 9, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 8A. As shown in FIG. 8B, n +
The switch electrode 17 is provided on the type semiconductor region 19 and is in ohmic contact with the n + type semiconductor region 19 through an opening (contact hole) provided in the insulating film 15.
Also, as shown in FIG. 8A, the square first terminal electrode 5 is
2 and the square switch electrode 17 are arranged at a constant distance. In addition, the three p + type semiconductor regions 20i, 2
Since 0j and 20k are in metallurgical contact with the p + type isolation region 10, the p + type collector / emitter contact / semiconductor regions 20i, 20j, 20k,
The p + type isolation region 10 and the p + type semiconductor substrate 7 are kept at the same potential. However, three second constant voltage diodes configured by the n + type base contact region 19 and each of the three p + type semiconductor regions 20i, 20j, 20k
N + type semiconductor region 1 so that D 4 can contact each other
9 and the p + -type isolation region 10 are connected at three places.

【0063】サージ電圧が印加された場合は、図6及び
図7に示した保護回路と同一の動作により、サージ電圧
を吸収することができる。又図9において、半導体発光
素子(被保護素子)1に順方向電流が流れ点灯している
とき、スイッチ電極17から第1のバイポーラトランジ
スタQが導通するのに充分なベース電流を第1のバイ
ポーラトランジスタQのベースに注入した場合には、
アノード電極5から流れ込んだ電流は第1のバイポーラ
トランジスタQを流れるため、被保護素子としての半
導体発光素子1は不点灯となる。
When a surge voltage is applied, the surge voltage can be absorbed by the same operation as that of the protection circuits shown in FIGS. 6 and 7. Further, in FIG. 9, when a forward current flows to the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1 and the semiconductor light emitting element 1 is lit, a sufficient base current for making the first bipolar transistor Q 3 conductive from the switch electrode 17 is supplied. When injected into the base of the bipolar transistor Q 3 ,
Since the flown current from the anode electrode 5 through the first bipolar transistor Q 3, the semiconductor light emitting element 1 as the protected element is unlighted.

【0064】(第3の実施の形態)図10(b)に示す
ように本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置は、
半導体発光素子(被保護素子)1、半導体発光素子(被
保護素子)のアノード電極5とカソード電極6との間に
接続された保護回路36とから構成されている。保護回
路36は、半導体発光素子(被保護素子)のアノード電
極5とカソード電極6との間に、互いに逆方向に直列接
続された第1及び第2の定電圧ダイオードD 、D、ア
ノード電極5にエミッタが接続され、カソード電極6に
コレクタが接続され、第1及び第2の定電圧ダイオード
D、Dとの接続点Pにベースが接続された第1のpn
p型バイポーラトランジスタQ、アノード電極5にコ
レクタが接続され、カソード電極6にエミッタが接続さ
れ、第1及び第2の定電圧ダイオードD、Dとの接続
点Pにベースが接続された第2のpnp型バイポーラト
ランジスタQ、アノード電極5にソース及びゲートが
接続され、カソード電極6にドレインが接続された第1
の絶縁ゲート型トランジスタQ、アノード電極5にド
レインが接続され、カソード電極6にソース及びゲート
が接続された第2の絶縁ゲート型トランジスタQとを
少なくとも有している。又、第1及び第2の定電圧ダイ
オードD、Dとの接続点Pにはスイッチ電極17が接
続されている。本発明の第3の実施の形態では、絶縁ゲ
ート型トランジスタQ及びQとしてpMOSFETを
用いている。図10(b)に示すように本発明の第3の
実施の形態に係る半導体装置に搭載する保護回路36
は、図7に示した第2の実施の形態に係る保護回路に更
に、第3及び第4のMOSFET(絶縁ゲート型トラン
ジスタ) Q及びQを追加した構造に対応する。
(Third Embodiment) As shown in FIG. 10 (b).
As described above, the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention is
Semiconductor light emitting element (protected element) 1, semiconductor light emitting element (protected element)
Between the anode electrode 5 and the cathode electrode 6 of the protection element)
The protection circuit 36 is connected. Protection times
The path 36 is an anode electrode of the semiconductor light emitting device (device to be protected).
Series connection between the pole 5 and the cathode electrode 6 in opposite directions.
First and second constant voltage diodes D connected Three, DFour, A
The emitter is connected to the node electrode 5 and the cathode electrode 6 is connected.
First and second constant voltage diodes with collectors connected
DThree, DFourThe first pn whose base is connected to the connection point P with
p-type bipolar transistor QThree, The anode electrode 5
Is connected to the cathode and the cathode is connected to the emitter.
The first and second constant voltage diodes DThree, DFourConnection with
Second pnp-type bipolar transistor whose base is connected to point P
Langista QFour, The source and gate are on the anode electrode 5.
First connected, with drain connected to cathode electrode 6
Insulated gate transistor Q5, The anode electrode 5
Rain is connected to the cathode 6 and the source and gate
Second insulated gate transistor Q connected to6And
Have at least. Also, the first and second constant voltage die
Aether DThree, DFourThe switch electrode 17 is connected to the connection point P with
Has been continued. In the third embodiment of the present invention, an insulating gate is used.
Type transistor Q5And Q6As pMOSFET
I am using. As shown in FIG. 10B, the third aspect of the present invention
The protection circuit 36 mounted on the semiconductor device according to the embodiment
Is the same as the protection circuit according to the second embodiment shown in FIG.
And the third and fourth MOSFETs (insulated gate transistors
Dista) Q5And Q6It corresponds to the structure with added.

【0065】図11(a)、図11(b)はそれぞれ図
10(a)のA−A方向に沿った、B−B方向に沿った
断面図を示す。但し、図10、図11においては半導体
発光素子(被保護素子)1のスイッチ電極17及びスイ
ッチ端子81を設けているが、スイッチ電極17及びス
イッチ端子81が無い構造においても動作可能であるこ
とは勿論である。
11 (a) and 11 (b) are cross-sectional views taken along the line BB in FIG. 10 (a), respectively. However, although the switch electrode 17 and the switch terminal 81 of the semiconductor light emitting element (protected element) 1 are provided in FIGS. 10 and 11, it is possible to operate even in a structure without the switch electrode 17 and the switch terminal 81. Of course.

【0066】第3の実施の形態に係る保護回路36は図
10(a)及び図11に示すようにp型の半導体基板
7、半導体基板上に配置されたp型の分離領域10に
より分離されて半導体基板上7に配置されたn型のエピ
タキシャル層9、エピタキシャル層9の表面に配置され
た第1の端子電極コンタクト領域18、p型の分離領
域10に接してn型のエピタキシャル層9の表面に配置
された3つのp型コレクタ/エミッタコンタクト兼用
半導体領域20i、20j、20k、p型半導体領域
20i、20j、20kと第1の端子電極コンタクト領
域18に接してn型のエピタキシャル層9の表面に配置
されたn型ベースコンタクト領域19、エピタキシャ
ル層9の表面に配置されたゲート絶縁膜27、第1の端
子電極コンタクト領域18上にオーミック接触した第1
の端子電極52、第1の端子電極52に接続され、第1
の端子電極コンタクト領域18から分離領域10に至る
ようにゲート絶縁膜27の上部に配置された第1のゲー
ト電極24、分離領域10にオーミック接触し、分離領
域10から第1の端子電極コンタクト領域18に至るよ
うにゲート絶縁膜27の上部に配置された1組の第2の
ゲート電極23a、23bとを少なくとも有する。
As shown in FIGS. 10A and 11, the protection circuit 36 according to the third embodiment includes a p + type semiconductor substrate 7 and a p + type isolation region 10 arranged on the semiconductor substrate. The n-type epitaxial layer 9 separated and arranged on the semiconductor substrate 7, the first terminal electrode contact region 18 arranged on the surface of the epitaxial layer 9, and the p + -type separation region 10 in contact with the n-type epitaxial layer The three p + type collector / emitter contact / cumulative semiconductor regions 20 i , 20 j, 20 k, the p + type semiconductor regions 20 i , 20 j, 20 k and the n-type contacting the first terminal electrode contact region 18 arranged on the surface of the layer 9 of n disposed on the surface of the epitaxial layer 9 + -type base contact region 19, the gate insulating film 27 disposed on the surface of the epitaxial layer 9, a first terminal electrode Conta The was ohmic contact on the preparative region 18 1
Connected to the first terminal electrode 52 of the
Ohmic contact with the first gate electrode 24 and the isolation region 10 disposed on the gate insulating film 27 from the terminal electrode contact region 18 to the isolation region 10, and the isolation region 10 to the first terminal electrode contact region At least one set of second gate electrodes 23 a and 23 b is provided on the gate insulating film 27 so as to reach the position 18.

【0067】ここで、第1の端子電極コンタクト領域1
8とn型ベースコンタクト領域19により、第1の定
電圧ダイオード(ツェナーダイオード)Dを構成す
る。又、n型ベースコンタクト領域19と3つのp
型半導体領域20i、20j、20kにより、3つの定
電圧ダイオード(ツェナーダイオード)Dを構成す
る。又、3つのp型コレクタ/エミッタコンタクト兼
用半導体領域20i、20j、20kのそれぞれとp
型分離領域10は金属学的に互いに接触している。この
結果、3つのp型コレクタ/エミッタコンタクト兼用
半導体領域20i、20j、20k、p型分離領域1
0、p型半導体基板7は同電位に保たれている。n
型半導体領域19は第1のpnp型バイポーラトランジ
スタQのベースコンタクト領域になり、又、n型エピ
タキシャル層9は第1のpnp型バイポーラトランジス
タQのベース領域になる。p型の第1の端子電極領
域18はバイポーラトランジスタQのエミッタコンタ
クト領域になる。更に、同電位のp型半導体基板7と
3つのp型半導体領域20i、20j、20kはバイ
ポーラトランジスタQのコレクタコンタクト領域とな
る。一方、n型ベースコンタクト領域19は第2のp
np型バイポーラトランジスタQのベースコンタクト
領域になり、n型エピタキシャル層9はバイポーラトラ
ンジスタQのベース領域になる。又、第1の端子電極
コンタクト領域18はバイポーラトランジスタQのコ
レクタ領域となり、同電位のp型半導体基板7と3つ
のp型半導体領域20i、20j、20kはバイポー
ラトランジスタQのエミッタコンタクト領域となる更
に、第1のゲート電極24は第1のp絶縁ゲート型トラ
ンジスタQのゲート電極となる。即ち、第1の端子電
極領域18は第1のp絶縁ゲート型トランジスタQ
ソース領域となり、p型分離領域は第1のp絶縁ゲー
ト型トランジスタQのドレイン領域となる。一方、1
組の第2のゲート電極23a、23bは、1組の第2の
p絶縁ゲート型トランジスタQのゲート電極となる。
即ち、第1の端子電極領域18は第2のp絶縁ゲート型
トランジスタQのドレイン領域となり、p型分離領
域10は第2のp絶縁ゲート型トランジスタQのソー
ス領域となる。
Here, the first terminal electrode contact region 1
The first constant voltage diode (Zener diode) D 3 is constituted by 8 and the n + type base contact region 19. In addition, the n + type base contact region 19 and the three p +
-Type semiconductor region 20i, 20j, the 20k, 3 single constant voltage diode (Zener diode) constituting the D 4. Further, each of the three p + -type collector / emitter contact / combined semiconductor regions 20i, 20j, 20k and p +
The mold separation regions 10 are metallurgically in contact with each other. As a result, three p + type collector / emitter contact / semiconductor regions 20i, 20j, 20k, p + type isolation region 1 are formed.
The 0 and p + type semiconductor substrates 7 are kept at the same potential. n +
The type semiconductor region 19 becomes a base contact region of the first pnp type bipolar transistor Q 3 , and the n type epitaxial layer 9 becomes a base region of the first pnp type bipolar transistor Q 3 . The p + type first terminal electrode region 18 becomes an emitter contact region of the bipolar transistor Q 3 . Further, the p + type semiconductor substrate 7 having the same potential and the three p + type semiconductor regions 20i, 20j, 20k serve as collector contact regions of the bipolar transistor Q 3 . On the other hand, the n + type base contact region 19 has the second p
It becomes the base contact region of the np type bipolar transistor Q 4 , and the n type epitaxial layer 9 becomes the base region of the bipolar transistor Q 4 . The first terminal electrode contact region 18 becomes the collector region of the bipolar transistor Q 4 , and the p + type semiconductor substrate 7 and the three p + type semiconductor regions 20i, 20j, 20k having the same potential are the emitter contacts of the bipolar transistor Q 4 . Further, the first gate electrode 24 becomes a region and becomes the gate electrode of the first p-insulated gate transistor Q 5 . That is, the first terminal electrode region 18 becomes the source region of the first p insulated gate transistor Q 5 , and the p + type isolation region becomes the drain region of the first p insulated gate transistor Q 5 . On the other hand, 1
The pair of second gate electrodes 23a and 23b serve as the gate electrodes of the pair of second p-insulated gate type transistors Q 6 .
That is, the first terminal electrode region 18 becomes the drain region of the second p insulated gate transistor Q 6 and the p + type isolation region 10 becomes the source region of the second p insulated gate transistor Q 6 .

【0068】図10及び図11を用いて、第3の実施の
形態に係る半導体装置の動作を説明する。但し、本発明
の第2の実施の形態と同一の動作の説明については一部
省略する。
The operation of the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. However, the description of the same operation as that of the second embodiment of the present invention will be partially omitted.

【0069】(a)アノード電極側を正とするサージ電
圧が印加された場合: (イ)アノード電極5からカソード電極6(第1の端子
電極52から第2の端子電極62)へ、アノード電極5
側を正とするサージ電圧が印加された場合は、第1の端
子電極52が正電位、第2の端子電極62が負電位とな
り、第2の端子電極62と同電位であり、第1の端子電
極52と離間して配置されている第2のゲート電極23
a、23bも負電位となる。
(A) When a surge voltage having a positive polarity on the anode electrode side is applied: (a) Anode electrode 5 to cathode electrode 6 (first terminal electrode 52 to second terminal electrode 62), anode electrode 5
When a surge voltage whose side is positive is applied, the first terminal electrode 52 has a positive potential, the second terminal electrode 62 has a negative potential, and the first terminal electrode 52 has the same potential as the second terminal electrode 62. The second gate electrode 23 which is arranged apart from the terminal electrode 52.
a and 23b also have a negative potential.

【0070】(ロ)ゲート電極23a、23bの下部の
n型エピタキシャル層6中に正孔のチャネルが形成さ
れ、第2のp絶縁ゲート型トランジスタQがターン・
オンする。
[0070] (b) a gate electrode 23a, the hole of the channel is formed in the n-type epitaxial layer 6 bottom of the 23b, the second p insulated gate transistor Q 6 is turned
Turn on.

【0071】(ハ)サージ電圧が更に増大して、第2の
p絶縁ゲート型トランジスタQの耐圧を超える場合
は、第1のpnp型バイポーラトランジスタQがター
ン・オンする。
(C) When the surge voltage further increases and exceeds the withstand voltage of the second p insulated gate transistor Q 6 , the first pnp bipolar transistor Q 3 is turned on.

【0072】(b)カソード電極側を正とするサージ電
圧が印加された場合: (イ)一方、カソード電極6からアノード電極5(第2
の端子電極62から第1の端子電極52)へ、カソード
電極6側を正とするサージ電圧が印加された場合は、第
2の端子電極62が正電位、第1の端子電極52が負電
位となり、第1の端子電極52に接続されている第1の
ゲート電極24も負電位となる。
(B) When a surge voltage having a positive polarity on the cathode electrode side is applied: (a) On the other hand, from the cathode electrode 6 to the anode electrode 5 (second
When a surge voltage having a positive side on the cathode electrode 6 side is applied from the terminal electrode 62 of the first terminal electrode 52) to the first terminal electrode 52), the second terminal electrode 62 has a positive potential and the first terminal electrode 52 has a negative potential. Therefore, the first gate electrode 24 connected to the first terminal electrode 52 also has a negative potential.

【0073】(ロ)ゲート電極24が負電位となると、
ゲート電極24の下部のn型エピタキシャル層6中に正
孔のチャネルが形成され、第1のp絶縁ゲート型トラン
ジスタQがターン・オンする。
(B) When the gate electrode 24 has a negative potential,
A channel for holes is formed in the n-type epitaxial layer 6 below the gate electrode 24, and the first p-insulated gate transistor Q 5 is turned on.

【0074】(ハ)サージ電圧が更に増大して、第1の
p絶縁ゲート型トランジスタQの耐圧を超える場合
は、第2のpnp型バイポーラトランジスタQがター
ン・オンする。
(C) When the surge voltage further increases and exceeds the withstand voltage of the first p insulated gate transistor Q 5 , the second pnp bipolar transistor Q 4 is turned on.

【0075】本発明の第3の実施の形態においては、第
1及び第2のp絶縁ゲート型トランジスタQ、Qは電
圧駆動型トランジスタであり、スイッチングスピードが
電流駆動型のバイポーラトランジスタに比べ非常に高速
である。この利点を生かして、バイポーラトランジスタ
との組み合わせにより応答速度の速く、サージ電流容量
の大きい保護回路36を構成出来る。特に、静電放電の
ように高速なサージに対して効果的に機能する。更に、
第1及び第2のp絶縁ゲート型トランジスタQ 、Q
寄生容量が少ないので、ダイナミック点灯回路でも駆動
可能な被保護素子としての半導体発光素子1の保護回路
36を構成することができる。
In the third embodiment of the present invention,
1st and 2nd p insulated gate transistor Q5, Q6Is electric
It is a voltage drive type transistor and its switching speed is
Extremely faster than current-driven bipolar transistors
Is. Taking advantage of this advantage, bipolar transistors
In combination with the fast response speed, surge current capacity
A protection circuit 36 having a large size can be configured. Especially for electrostatic discharge
So it works effectively against fast surges. Furthermore,
First and second p insulated gate transistor Q 5, Q6Is
Since the parasitic capacitance is small, it can be driven by a dynamic lighting circuit.
Protection circuit for semiconductor light emitting device 1 as possible protected device
36 can be configured.

【0076】(その他の実施の形態)本発明は上記の実
施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論
述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべ
きではない。この開示から当業者には様々な代替実施の
形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other Embodiments) Although the present invention has been described by the above embodiments, it should not be understood that the description and drawings forming a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0077】例えば、図1に示した実装構造とは異なる
実装構造によりハイブリッド集積化することも可能であ
る。例えば、図14は、図1に対応するランプ型実装体
又はチップ型実装体をフリップチップ実装した例であ
る。図14(a)に示すランプ型実装体は、アノード端
子51、スイッチ端子81、カソード端子61からなる
リードフレーム上に、保護回路31とフリップチップ配
置の半導体発光素子(被保護素子)1とが実装されてい
る。即ち、リードフレームのカソード端子61にAgペ
ースト等の導電性接着剤により保護回路31が固着さ
れ、この保護回路31上にフリップチップ配置の半導体
発光素子(被保護素子)1が搭載されている。半導体発
光素子(被保護素子)1のアノード電極5と保護回路3
1の第1の端子電極52とはマイクロバンプ26aで接
続され、半導体発光素子(被保護素子)1のカソード電
極6と保護回路31のバンプ電極25とはマイクロバン
プ26bで接続されている。一方、保護回路31の第1
の端子電極52とアノード端子51とは第2のボンディ
ングワイヤ72で接続され、保護回路31のスイッチ電
極17とスイッチ端子81とは第4のボンディングワイ
ヤ74で接続されている。更に、保護回路31とフリッ
プチップ配置の半導体発光素子(被保護素子)1の全面
を被覆して光透過性樹脂32が形成されている。導電性
接着剤としては、半田やAgペーストが使用可能であ
る。
For example, hybrid integration can be achieved by a mounting structure different from the mounting structure shown in FIG. For example, FIG. 14 is an example in which the lamp-type mounting body or the chip-type mounting body corresponding to FIG. 1 is flip-chip mounted. In the lamp-type mounting body shown in FIG. 14A, the protection circuit 31 and the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 in the flip chip arrangement are provided on a lead frame composed of the anode terminal 51, the switch terminal 81, and the cathode terminal 61. It is implemented. That is, the protection circuit 31 is fixed to the cathode terminal 61 of the lead frame with a conductive adhesive such as Ag paste, and the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 in the flip chip arrangement is mounted on the protection circuit 31. Anode electrode 5 of semiconductor light emitting element (element to be protected) 1 and protection circuit 3
The first first terminal electrode 52 is connected with the micro bump 26a, and the cathode electrode 6 of the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 and the bump electrode 25 of the protection circuit 31 are connected with the micro bump 26b. On the other hand, the first protection circuit 31
The terminal electrode 52 and the anode terminal 51 are connected by the second bonding wire 72, and the switch electrode 17 and the switch terminal 81 of the protection circuit 31 are connected by the fourth bonding wire 74. Further, a light transmitting resin 32 is formed so as to cover the entire surface of the protection circuit 31 and the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1 in the flip chip arrangement. As the conductive adhesive, solder or Ag paste can be used.

【0078】図14(b)に示すチップ型実装体は、例
えば、セラミックス等の基板33上にアノード端子51
とカソード端子61とが形成されている。そしてカソー
ド端子61の上にAgペースト等の導電性接着剤により
保護回路31が固着されている。更に、フリップチップ
により保護回路31上に半導体発光素子(被保護素子)
1が搭載されている。一方、アノード端子51と保護回
路31の第1の端子電極を接続する第2のボンディング
ワイヤ72と、スイッチ端子81と保護回路31のスイ
ッチ電極とを接続する第4のボンディングワイヤ74と
を有している。
The chip-type mounting body shown in FIG. 14B has, for example, an anode terminal 51 on a substrate 33 made of ceramics or the like.
And a cathode terminal 61 are formed. The protective circuit 31 is fixed on the cathode terminal 61 with a conductive adhesive such as Ag paste. Further, a semiconductor light emitting element (element to be protected) is provided on the protection circuit 31 by flip chip.
1 is installed. On the other hand, it has a second bonding wire 72 connecting the anode terminal 51 and the first terminal electrode of the protection circuit 31, and a fourth bonding wire 74 connecting the switch terminal 81 and the switch electrode of the protection circuit 31. ing.

【0079】図12及び図13は、フリップチップ実装
構造の詳細を、第2の実施の形態の変形例に係る保護回
路31を用いて示す。即ち、第2の実施の形態の変形例
に係る保護回路31を構成する第2の半導体チップ上
に、フリップチップ構造により被保護素子を構成する第
1の半導体チップ28を搭載した例である。図13
(a)、図13(b)はそれぞれ、図12に示す半導体
装置のA−A方向に沿った、B−B方向に沿った断面図
を示している。
12 and 13 show details of the flip-chip mounting structure using a protection circuit 31 according to a modified example of the second embodiment. That is, this is an example in which the first semiconductor chip 28 constituting a protected element having a flip chip structure is mounted on the second semiconductor chip constituting the protection circuit 31 according to the modification of the second embodiment. FIG.
FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views taken along the line BB of the semiconductor device shown in FIG.

【0080】図13(a)に示すように、A−A面での
断面構造は、図8に示す第2の実施の形態の変形例に係
る保護回路31の断面構造とほぼ同一である。図13
(b)に示すように、被保護素子を構成する第1の半導
体チップ28として半導体発光素子を用いる場合はチッ
プ状の半導体発光素子(被保護素子)1のカソード電極
6に接続されるバンプ電極25は、p型分離領域10
にオーミック接続し、p 型半導体基板7の裏面の第2
の端子電極62と同電位となるよう構成されている。更
に、半導体発光素子(被保護素子)1のアノード電極5
は、マイクロバンプ26aにより保護回路31のバンプ
電極(第1の端子電極)52に接続される。この結果、
半導体発光素子(被保護素子)1のカソード電極と、保
護回路31の第2の端子電極62は同電位となる。一
方、半導体発光素子(被保護素子)1のカソード電極6
は、マイクロバンプ26bにより保護回路31のバンプ
電極25と接続される。
As shown in FIG. 13A, on the A-A plane
The cross-sectional structure is the same as that of the modification of the second embodiment shown in FIG.
The protection circuit 31 has substantially the same cross-sectional structure. FIG.
As shown in (b), the first semiconductor element that constitutes the protected element.
When a semiconductor light emitting device is used as the body chip 28,
Cathode electrode of semiconductor light emitting device (device to be protected) 1
The bump electrode 25 connected to 6 is p+Mold separation area 10
Ohmic connection to p +On the back surface of the semiconductor substrate 7
It is configured to have the same potential as the terminal electrode 62. Change
The anode electrode 5 of the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1
Is a bump of the protection circuit 31 by the micro bump 26a.
It is connected to the electrode (first terminal electrode) 52. As a result,
The cathode electrode of the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1
The second terminal electrode 62 of the protection circuit 31 has the same potential. one
On the other hand, the cathode electrode 6 of the semiconductor light emitting element (element to be protected) 1
Is a bump of the protection circuit 31 by the micro bump 26b.
It is connected to the electrode 25.

【0081】図14(a)に示すようなフリップ実装構
造の半導体装置は、例えば以下のようにすれば形成出来
る。
A semiconductor device having a flip mounting structure as shown in FIG. 14A can be formed, for example, as follows.

【0082】(イ)まず、ボンディングワイヤの接続部
を有するスイッチ端子81とアノード端子51及び素子
搭載部を有するカソード端子61となるリードフレーム
を用意する。
(A) First, a lead frame to be the switch terminal 81 having a bonding wire connecting portion, the anode terminal 51, and the cathode terminal 61 having an element mounting portion is prepared.

【0083】(ロ)一方、半導体発光素子(被保護素
子)1にスタッド方式によりマイクロバンプ26a、2
6bを形成し、保護回路31上に超音波接着等により半
導体発光素子(被保護素子)1を接続する。
(B) On the other hand, the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 is provided with the micro bumps 26a, 2 by the stud method.
6b is formed, and the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 is connected to the protection circuit 31 by ultrasonic bonding or the like.

【0084】(ハ)次いで保護回路31及び半導体発光
素子(被保護素子)1を、導電性のAgペースト78に
よりカソード端子61の素子搭載部に接着固定する。
(C) Next, the protection circuit 31 and the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 are adhesively fixed to the device mounting portion of the cathode terminal 61 by the conductive Ag paste 78.

【0085】(ニ)そしてスイッチ端子81の接続部と
保護回路31のスイッチ電極17とを第4のボンディン
グワイヤ74により接続する。又アノード端子51の接
続部と保護回路31の第1の端子電極52とを第2のボ
ンディングワイヤにより接続する。
(D) Then, the connection portion of the switch terminal 81 and the switch electrode 17 of the protection circuit 31 are connected by the fourth bonding wire 74. Further, the connection portion of the anode terminal 51 and the first terminal electrode 52 of the protection circuit 31 are connected by the second bonding wire.

【0086】(ホ)最後に、トランスファモールド法に
より全体に光透過性樹脂32を形成する。
(E) Finally, the light-transmitting resin 32 is formed on the entire surface by the transfer molding method.

【0087】本発明の他の実施の形態においては、図1
に示す半導体発光素子(被保護素子)1に接続される第
1及び第3のボンディングワイヤ71、73が不要とな
り小型化が達成出来る。更に上記のようなフリップチッ
プ構造は、言うまでもなく本発明の第1〜第3の実施の
形態のいずれの保護回路にも適用出来る。
In another embodiment of the present invention, FIG.
The first and third bonding wires 71 and 73 connected to the semiconductor light emitting device (device to be protected) 1 shown in FIG. Further, needless to say, the flip chip structure as described above can be applied to any of the protection circuits of the first to third embodiments of the present invention.

【0088】又、既に述べた第1〜第3の実施の形態の
説明においては、被保護素子として窒素ガリウム(Ga
N)系化合物半導体を用いた半導体発光素子に用いる保
護回路について説明したが、ガリウムヒ素(GaA
s)、ガリウムヒ素リン(GaAsP)等のガリウムヒ
素系化合物半導体を用いた半導体発光素子を始め、様々
な半導体発光素子に適用出来る。
Further, in the description of the first to third embodiments already described, gallium nitride (Ga) is used as the protected element.
The protection circuit used for the semiconductor light emitting device using the N) compound semiconductor has been described.
s) and a semiconductor light emitting device using a gallium arsenide-based compound semiconductor such as gallium arsenide phosphide (GaAsP).

【0089】又、本発明の被保護素子として半導体発光
素子を用いた半導体装置は、寄生容量が少なくダイナミ
ック点灯回路で駆動させることができるが、言うまでも
なくスタティック点灯回路やデュプレックス点灯回路で
も駆動可能である。更に従来では不良品の選別は困難で
あったが、本発明の半導体装置の検査工程においては、
図15に示すように半導体発光素子のアノード電極にカ
ソード電極を正とする電圧を印加して、半導体発光素子
の漏れ電流を検出することができる。即ち、双方向定電
圧ダイオードの電圧・電流特性を利用して、半導体発光
素子の漏れ電流を低電圧ダイオードの出力電流にマスク
されずに検出している。この様に、本発明の第1〜第3
の実施の形態の半導体装置のいずれにおいても不良品は
選別可能となり、半導体装置の製造工程において従来よ
りも歩留りを向上させることができる。
Further, the semiconductor device using the semiconductor light emitting element as the protected element of the present invention has a small parasitic capacitance and can be driven by the dynamic lighting circuit, but it goes without saying that it can also be driven by the static lighting circuit or the duplex lighting circuit. is there. Further, conventionally, it was difficult to select defective products, but in the inspection process of the semiconductor device of the present invention,
As shown in FIG. 15, by applying a voltage with the cathode electrode being positive to the anode electrode of the semiconductor light emitting element, the leakage current of the semiconductor light emitting element can be detected. That is, the leak current of the semiconductor light emitting element is detected without being masked by the output current of the low voltage diode by utilizing the voltage-current characteristic of the bidirectional constant voltage diode. Thus, the first to third aspects of the present invention
In any of the semiconductor devices of the above embodiments, defective products can be sorted, and the yield can be improved in the manufacturing process of the semiconductor device as compared with the conventional case.

【0090】更に上記第3の実施の形態では、第1及び
第2のpnp型バイポーラトランジスタQとQ、第
1及び第2のp絶縁ゲート型トランジスタQとQ
互いにカソードを接続させた第1及び第2の定電圧ダイ
オードDとDにより保護回路を構成した。しかし図1
0及び図11において半導体領域の導電型を全て逆にす
ることにより、第1及び第2の定電圧ダイオードDとD
を、互いにアノードを接続させた双方向定電圧ダイオ
ードとすることができる。又第1及び第2のpnp型バ
イポーラトランジスタQとQを、第1及び第2のn
pn型バイポーラトランジスタとすることができる。更
に第1及び第2のpチャネルの絶縁ゲート型トランジス
タQとQを、第1及び第2のnチャネルの絶縁ゲー
ト型トランジスタとすることができることは勿論であ
る。npn型バイポーラトランジスタはpnp型バイポ
ーラトランジスタよりも一般的に高速で動作する。よっ
て、サージ応答速度の更に向上が期待出来る。
Furthermore, in the third embodiment, the first and second pnp type bipolar transistors Q 3 and Q 4 , the first and second p insulated gate type transistors Q 5 and Q 6 ,
A protection circuit is constituted by the first and second constant voltage diodes D 3 and D 4 whose cathodes are connected to each other. But Figure 1
0 and FIG. 11, the conductivity types of the semiconductor regions are all reversed so that the first and second constant voltage diodes D 3 and D
4 can be a bidirectional constant voltage diode whose anodes are connected to each other. In addition, the first and second pnp bipolar transistors Q 3 and Q 4 are connected to the first and second n
It can be a pn-type bipolar transistor. Further, it is needless to say that the first and second p-channel insulated gate transistors Q 5 and Q 6 can be first and second n-channel insulated gate transistors. Npn-type bipolar transistors generally operate faster than pnp-type bipolar transistors. Therefore, further improvement of the surge response speed can be expected.

【0091】この様に、本発明はここでは記載していな
い様々な実施の形態を含むことは勿論である。したがっ
て、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請
求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるも
のである。
As described above, needless to say, the present invention includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the scope of claims appropriate from the above description.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明によれば、既存の被保護素子に対
して簡単に接続可能で、汎用性が高く、サージ応答速
度、サージ耐圧、サージ電流容量の高い保護回路、及び
この保護回路をハイブリッド集積化した半導体装置を提
供することが可能となる。
According to the present invention, a protection circuit that can be easily connected to an existing protected element, has high versatility, and has high surge response speed, surge withstand voltage, and surge current capacity, and this protection circuit are provided. A hybrid integrated semiconductor device can be provided.

【0093】又、本発明によれば、検査工程において不
良の被保護素子が容易に選別可能な保護回路、及びこの
保護回路をハイブリッド集積化した半導体装置を提供す
ることが可能となる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a protection circuit in which a defective protected element can be easily selected in an inspection process, and a semiconductor device in which this protection circuit is hybrid-integrated.

【0094】更に、本発明によれば、保護回路の小型化
・軽量化が可能となり、更にこの保護回路をハイブリッ
ド集積化した半導体装置を小型化・軽量化することが可
能となる。
Further, according to the present invention, the protection circuit can be reduced in size and weight, and the semiconductor device in which the protection circuit is hybrid-integrated can be reduced in size and weight.

【0095】更に、本発明によれば、被保護素子として
半導体発光素子を用いた場合にはダイナミック点灯回路
でも駆動可能な寄生容量の少ない半導体発光装置を実現
出来る。
Further, according to the present invention, when a semiconductor light emitting element is used as a protected element, it is possible to realize a semiconductor light emitting device with a small parasitic capacitance that can be driven even by a dynamic lighting circuit.

【0096】更に、本発明によれば、被保護素子に対し
てスイッチ機能を有する保護回路、及びこの保護回路を
ハイブリッド集積化した半導体装置を提供することが可
能となる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a protection circuit having a switch function for a protected element, and a semiconductor device in which this protection circuit is hybrid-integrated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1(a)は本発明の実施の形態に係る半導体
装置をランプ型実装体で構成した模式的な全体図で、図
1(b)はチップ型実装体で構成した模式的な全体図で
ある。
FIG. 1 (a) is a schematic overall view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention configured with a lamp-type mounting body, and FIG. 1 (b) is a schematic overall configuration with a chip-type mounting body. It is a general view.

【図2】図2(a)は本発明の第1の実施の形態に係る
半導体装置の等価回路で、図2(b)は本発明の第1の
実施の形態に係る半導体装置に用いる保護回路の模式的
な断面図である。
2A is an equivalent circuit of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a protection used for the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. It is a typical sectional view of a circuit.

【図3】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置に
用いる保護回路の上面略図である。
FIG. 3 is a schematic top view of a protection circuit used in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導
体装置に用いる保護回路の模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a protection circuit used in a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導
体装置の等価回路である。
FIG. 5 is an equivalent circuit of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図6】図6(a)は本発明の第2の実施の形態に係る
半導体装置に用いる保護回路の上面略図で、図6(b)
は図6(a)のA−A方向に沿った模式的な断面図であ
る。
FIG. 6A is a schematic top view of a protection circuit used in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along the AA direction in FIG.

【図7】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の
等価回路である。
FIG. 7 is an equivalent circuit of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】図8(a)は、本発明の第2の実施の形態の変
形例に係る半導体装置に用いる保護回路の上面略図で、
図8(b)は図8(a)のA―A間の模式的な断面図であ
る。
FIG. 8A is a schematic top view of a protection circuit used in a semiconductor device according to a modification of the second embodiment of the present invention,
FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図9】本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導
体装置の等価回路である。
FIG. 9 is an equivalent circuit of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment of the present invention.

【図10】図10(a)は本発明の第3の実施の形態に
係る半導体装置に用いる保護回路の上面略図で、図10
(b)は本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の
等価回路である。
10A is a schematic top view of a protection circuit used in a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
(B) is an equivalent circuit of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図11】図11(a)は図10のA−A方向に沿った
模式的な断面図で、図11(b)は図10のB−B方向
に沿った模式的な断面図である。
11 (a) is a schematic cross-sectional view taken along the direction AA of FIG. 10, and FIG. 11 (b) is a schematic cross-sectional view taken along the direction BB of FIG. .

【図12】本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の
模式的な全体図である。
FIG. 12 is a schematic overall view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図13】図13(a)は図12のA−A方向に沿った
模式的な断面図で、図13(b)は図12のB−B方向
に沿った模式的な断面図である。
13A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 12, and FIG. 13B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB of FIG. .

【図14】図14(a)は本発明の他の実施の形態に係
るランプ型実装体の模式的な全体図で、図14(b)は
チップ型実装体の模式的な上面略図である。
FIG. 14 (a) is a schematic overall view of a lamp-type mounting body according to another embodiment of the present invention, and FIG. 14 (b) is a schematic top-view schematic diagram of a chip-type mounting body. .

【図15】本発明の半導体装置の検査方法における電圧
−電流特性の関係を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between voltage-current characteristics in the semiconductor device inspection method of the present invention.

【図16】従来の定電圧ダイオードを保護回路として用
いた半導体発光装置の等価回路である。
FIG. 16 is an equivalent circuit of a semiconductor light emitting device using a conventional constant voltage diode as a protection circuit.

【図17】従来の双方向定電圧ダイオードを同一半導体
基板上にモノリシックに集積化した構造の模式的な断面
図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a structure in which conventional bidirectional constant voltage diodes are monolithically integrated on the same semiconductor substrate.

【図18】従来の半導体発光素子と定電圧ダイオードを
並列接続した場合の電圧−電流特性である。
FIG. 18 shows voltage-current characteristics when a conventional semiconductor light emitting element and a constant voltage diode are connected in parallel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体発光素子(被保護素子) 1a p型GaN半導体領域 1b n型GaN半導体領域 1c 光透過性絶縁性基板 2 双方向定電圧ダイオード 5 アノード電極 6 カソード電極 7 p型半導体基板 8 埋め込み層 9 エピタキシャル層 10 p型分離領域 11 ベース領域 12 コレクタコンタクト領域 13 エミッタコンタクト領域 14 第1の端子電極コンタクト領域 15 絶縁膜(例えば酸化膜) 16 表面配線 17 スイッチ電極 18 第1の端子電極コンタクト領域 19、19a、19b ベースコンタクト領域 20a、20b、20i、20j、20k コレクタ/
エミッタコンタクト兼用半導体領域 23 第2のMOS FETのゲート電極 24 第1のMOS FETのゲート電極 25 バンプ電極 26a,26b マイクロバンプ 27 ゲート絶縁膜 28 被保護素子が構成されている半導体チップ 31、34、36 保護回路 32 光透過性樹脂 33 セラミックス基板 34、78 Agペースト 51 アノード端子 52 第1の端子電極 61 カソード端子 62 第2の端子電極 71 第1のボンディングワイヤ 72 第2のボンディングワイヤ 73 第3のボンディングワイヤ 74 第4のボンディングワイヤ 81 スイッチ端子 91 定電圧ダイオード 91a 第1の定電圧ダイオード 91b 第2の定電圧ダイオード D、D 第1の定電圧ダイオード D、D 第2の定電圧ダイオード Q、Q第1のバイポーラトランジスタ Q、Q第2のバイポーラトランジスタ Q第1の絶縁ゲート型トランジスタ Q第2の絶縁ゲート型トランジスタ
1 Semiconductor Light Emitting Element (Protected Element) 1a p-type GaN semiconductor region 1b n-type GaN semiconductor region 1c Light-transmissive insulating substrate 2 Bidirectional constant voltage diode 5 Anode electrode 6 Cathode electrode 7 p + type semiconductor substrate 8 Embedded layer 9 Epitaxial layer 10 p + type isolation region 11 Base region 12 Collector contact region 13 Emitter contact region 14 First terminal electrode contact region 15 Insulating film (eg oxide film) 16 Surface wiring 17 Switch electrode 18 First terminal electrode contact region 19 , 19a, 19b Base contact regions 20a, 20b, 20i, 20j, 20k Collector /
Emitter contact / semiconductor region 23 Gate electrode 24 of the second MOS FET 24 Gate electrode 25 of the first MOS FET 25 Bump electrodes 26a, 26b Micro bump 27 Gate insulating film 28 Semiconductor chips 31, 34 on which a protected element is formed, 36 Protective Circuit 32 Light Transmissive Resin 33 Ceramic Substrate 34, 78 Ag Paste 51 Anode Terminal 52 First Terminal Electrode 61 Cathode Terminal 62 Second Terminal Electrode 71 First Bonding Wire 72 Second Bonding Wire 73 Third bonding wires 74 fourth bonding wire 81 switch terminal 91 constant-voltage diode 91a first constant voltage diode 91b the second constant voltage diode D 1, D 3 first constant voltage diode D 2, D 4 second constant voltage Diodes Q 1 and Q 3 First bipolar transistor Data Q 2, Q 4 second bipolar transistor Q 5 first insulated gate transistor Q 6 second insulated gate transistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 33/00 Fターム(参考) 5F003 AP06 BJ03 BJ06 BJ10 BJ12 5F038 BH04 BH06 BH15 EZ20 5F041 AA02 AA23 CA40 DA01 DA07 DA43 DA83 DB01 5F082 AA03 AA33 BA02 BA26 BA31 BA47 BA48 BC03 BC04 BC09 BC11 BC20 DA02 FA01 FA16 GA02 GA04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H01L 33/00 F Term (Reference) 5F003 AP06 BJ03 BJ06 BJ10 BJ12 5F038 BH04 BH06 BH15 EZ20 5F041 AA02 AA23 CA40 DA01 DA07 DA43 DA83 DB01 5F082 AA03 AA33 BA02 BA26 BA31 BA47 BA48 BC03 BC04 BC09 BC11 BC20 DA02 FA01 FA16 GA02 GA04

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アノード電極及びカソード電極を有する
被保護素子と、 前記アノード電極とカソード電極との間に、互いに逆方
向に直列接続された第1及び第2の定電圧ダイオード
と、 前記アノード電極にエミッタが接続され、前記カソード
電極にコレクタが接続され、前記第1及び第2の定電圧
ダイオードとの接続点にベースが接続された第1のバイ
ポーラトランジスタと、 前記アノード電極にコレクタが接続され、前記カソード
電極にエミッタが接続され、前記第1及び第2の定電圧
ダイオードとの接続点にベースが接続された第2のバイ
ポーラトランジスタとを少なくとも有することを特徴と
する半導体装置。
1. A protected element having an anode electrode and a cathode electrode, first and second constant voltage diodes serially connected in opposite directions between the anode electrode and the cathode electrode, and the anode electrode. An emitter is connected to the cathode electrode, a collector is connected to the cathode electrode, a base is connected to a connection point with the first and second constant voltage diodes, and a collector is connected to the anode electrode. And a second bipolar transistor having an emitter connected to the cathode electrode and a base connected to a connection point with the first and second constant voltage diodes.
【請求項2】 前記アノード電極にソース及びゲートが
接続され、前記カソード電極にドレインが接続された第
1の絶縁ゲート型トランジスタと、 前記アノード電極にドレインが接続され、前記カソード
電極にソース及びゲートが接続された第2の絶縁ゲート
型トランジスタとを更に有することを特徴とする請求項
1記載の半導体装置。
2. A first insulated gate transistor having a source and a gate connected to the anode electrode and a drain connected to the cathode electrode; and a drain connected to the anode electrode and a source and a gate connected to the cathode electrode. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second insulated gate transistor connected to.
【請求項3】 前記第1及び第2の定電圧ダイオードの
接続点に前記第1及び第2のバイポーラトランジスタの
ベース電流を制御するスイッチ端子を有していることを
特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
3. The switch terminal for controlling the base currents of the first and second bipolar transistors is provided at a connection point of the first and second constant voltage diodes. 2. The semiconductor device according to 2.
【請求項4】 前記第1及び第2の定電圧ダイオード
と、前記第1及び第2のバイポーラトランジスタとを同
一半導体基板上にモノリシックに集積化したことを特徴
とする請求項1又は3記載の半導体装置。
4. The first and second constant voltage diodes and the first and second bipolar transistors are monolithically integrated on the same semiconductor substrate according to claim 1 or 3. Semiconductor device.
【請求項5】 前記第1及び第2の定電圧ダイオード
と、前記第1及び第2のバイポーラトランジスタと、前
記第1及び第2の絶縁ゲート型トランジスタとを同一半
導体基板上にモノリシックに集積化したことを特徴とす
る請求項2記載の半導体装置。
5. The first and second constant voltage diodes, the first and second bipolar transistors, and the first and second insulated gate transistors are monolithically integrated on the same semiconductor substrate. The semiconductor device according to claim 2, wherein:
【請求項6】 第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板上に配置された第2導電型の埋め込み層
と、 該埋め込み層の上部に配置された第2導電型のエピタキ
シャル層と、 該エピタキシャル層の周囲において、該エピタキシャル
層の表面から前記半導体基板に到達する第1導電型の分
離領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置された第1導電型の
ベース領域及び第2導電型のコレクタコンタクト領域
と、 前記ベース領域の表面に配置された第2導電型のエミッ
タコンタクト領域及び第2導電型の第1の端子電極コン
タクト領域と、 前記エミッタコンタクト領域と前記コレクタコンタクト
領域と前記分離領域とを短絡する表面配線とを少なくと
も有することを特徴とする保護回路。
6. A semiconductor substrate of a first conductivity type, a buried layer of a second conductivity type arranged on the semiconductor substrate, an epitaxial layer of a second conductivity type arranged on the buried layer, A first conductivity type isolation region that reaches the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer, a first conductivity type base region and a second conductivity type collector that are disposed on the surface of the epitaxial layer, around the epitaxial layer. A contact region, a second conductivity type emitter contact region and a second conductivity type first terminal electrode contact region disposed on the surface of the base region, the emitter contact region, the collector contact region, and the isolation region. A protection circuit having at least a surface wiring for short-circuiting.
【請求項7】 前記エミッタコンタクト領域は円環状の
平面パターンを有し、前記第1の端子電極コンタクト領
域は前記エミッタコンタクト領域内部において同心円状
の平面パターンを有して配置されていることを特徴とす
る請求項6記載の保護回路。
7. The emitter contact region has an annular plane pattern, and the first terminal electrode contact region is arranged inside the emitter contact region to have a concentric plane pattern. The protection circuit according to claim 6.
【請求項8】 第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板上に配置された第2導電型のエピタキシャ
ル層と、 該エピタキシャル層の周囲において、該エピタキシャル
層の表面から前記半導体基板に到達する第1導電型の分
離領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置された第1導電型の
第1の端子電極コンタクト領域と、 該第1の端子電極コンタクト領域を両側から挟むように
接して、前記第2導電型のエピタキシャル層の表面に配
置された1組の第2導電型のベースコンタクト領域と、 該ベースコンタクト領域のそれぞれと前記分離領域との
間に挟まれるように前記エピタキシャル層の表面に配置
された第1導電型のコレクタ/エミッタコンタクト兼用
半導体領域とを少なくとも有することを特徴とする保護
回路。
8. A first-conductivity-type semiconductor substrate, a second-conductivity-type epitaxial layer disposed on the semiconductor substrate, and a periphery of the epitaxial layer, which reaches the semiconductor substrate from a surface of the epitaxial layer. A first conductivity type isolation region, a first conductivity type first terminal electrode contact region disposed on the surface of the epitaxial layer, and contacting the first terminal electrode contact region so as to sandwich the first terminal electrode contact region from both sides, A set of second-conductivity-type base contact regions arranged on the surface of the second-conductivity-type epitaxial layer, and a surface of the epitaxial layer so as to be sandwiched between each of the base-contact regions and the isolation region. A protection circuit comprising at least a first conductivity type collector / emitter contact / semiconductor region arranged.
【請求項9】 第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板上に配置された第2導電型のエピタキシャ
ル層と、 該エピタキシャル層の周囲において、該エピタキシャル
層の表面から前記半導体基板に到達する第1導電型の分
離領域と、 該分離領域に接して前記エピタキシャル層の表面に配置
された3つの第1導電型のコレクタ/エミッタコンタク
ト兼用半導体領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置された第1の端子電
極コンタクト領域と、該第1の端子電極コンタクト領域
と前記コレクタ/エミッタコンタクト兼用半導体領域に
接して、前記第2導電型のエピタキシャル層の表面に配
置されたベースコンタクト領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置されたゲート絶縁膜
と、 前記第1の端子電極コンタクト領域上にオーミック接触
した第1の端子電極と、 該第1の端子電極に接続され、前記第1の端子電極コン
タクト領域から前記分離領域に至るように前記ゲート絶
縁膜の上部に配置された第1のゲート電極と、 前記分離領域にオーミック接触し、前記分離領域から前
記第1の端子電極コンタクト領域に至るように前記ゲー
ト絶縁膜の上部に配置された1組の第2のゲート電極と
を少なくとも有することを特徴とする保護回路。
9. A semiconductor substrate of a first conductivity type, an epitaxial layer of a second conductivity type disposed on the semiconductor substrate, and a periphery of the epitaxial layer, which reaches the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer. A first-conductivity-type isolation region, three first-conductivity-type collector / emitter contact / semiconductor regions arranged on the surface of the epitaxial layer in contact with the first isolation-type isolation region, and on the surface of the epitaxial layer. A first terminal electrode contact region, a base contact region disposed on the surface of the second conductivity type epitaxial layer in contact with the first terminal electrode contact region and the collector / emitter contact / semiconductor region, and the epitaxial region A gate insulating film disposed on the surface of the layer and an ohmic contact on the first terminal electrode contact region And a first gate electrode that is connected to the first terminal electrode and that is disposed on the gate insulating film so as to extend from the first terminal electrode contact region to the isolation region. And at least one set of second gate electrodes disposed above the gate insulating film so as to make ohmic contact with the isolation region and reach from the isolation region to the first terminal electrode contact region. And a protection circuit.
【請求項10】 前記ベース領域にオーミック接触する
スイッチ電極を更に有していることを特徴とする請求項
6又は7記載の保護回路。
10. The protection circuit according to claim 6, further comprising a switch electrode in ohmic contact with the base region.
【請求項11】 前記ベースコンタクト領域にオーミッ
ク接触するスイッチ電極を更に有していることを特徴と
する請求項8又は9記載の保護回路。
11. The protection circuit according to claim 8, further comprising a switch electrode in ohmic contact with the base contact region.
【請求項12】 被保護素子と、 第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板上に配置された第2導電型の埋め込み層
と、 該埋め込み層の上部に配置された第2導電型のエピタキ
シャル層と、 該エピタキシャル層の周囲において、該エピタキシャル
層の表面から前記半導体基板に到達する第1導電型の分
離領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置された第1導電型の
ベース領域及び第2導電型のコレクタコンタクト領域
と、 前記ベース領域の表面に配置された第2導電型のエミッ
タコンタクト領域及び第2導電型の第1の端子電極コン
タクト領域と、 前記エミッタコンタクト領域と前記コレクタコンタクト
領域と前記分離領域とを短絡する表面配線とを少なくと
も有することを特徴とする半導体装置。
12. An element to be protected, a semiconductor substrate of a first conductivity type, a buried layer of a second conductivity type arranged on the semiconductor substrate, and a second conductivity type arranged on the buried layer. An epitaxial layer; a first-conductivity-type isolation region that reaches the semiconductor substrate from the surface of the epitaxial layer, and a first-conductivity-type base region and a first-conductivity-type region that are disposed on the surface of the epitaxial layer; A second conductivity type collector contact region, a second conductivity type emitter contact region and a second conductivity type first terminal electrode contact region arranged on the surface of the base region, the emitter contact region and the collector contact region And a surface wiring that short-circuits the isolation region with each other.
【請求項13】 被保護素子と、 第1導電型の半導体基板と、該半導体基板上に配置され
た第2導電型のエピタキシャル層と、 該エピタキシャル層の周囲において、該エピタキシャル
層の表面から前記半導体基板に到達する第1導電型の分
離領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置された第1導電型の
第1の端子電極コンタクト領域と、 該第1の端子電極コンタクト領域を両側から挟むように
接して、前記第2導電型のエピタキシャル層の表面に配
置された1組の第2導電型のベースコンタクト領域と、 該ベースコンタクト領域のそれぞれと前記分離領域との
間に挟まれるように前記エピタキシャル層の表面に配置
された第1導電型のコレクタ/エミッタコンタクト兼用
半導体領域とを少なくとも有することを特徴とする半導
体装置。
13. A device to be protected, a semiconductor substrate of a first conductivity type, a second conductivity type epitaxial layer arranged on the semiconductor substrate, a periphery of the epitaxial layer, and a surface of the epitaxial layer from the surface. A first conductivity type isolation region reaching the semiconductor substrate, a first conductivity type first terminal electrode contact region disposed on the surface of the epitaxial layer, and the first terminal electrode contact region sandwiched from both sides. A pair of second-conductivity-type base contact regions disposed on the surface of the second-conductivity-type epitaxial layer, and sandwiched between each of the base-contact regions and the isolation region. A semiconductor device comprising at least a first conductivity type collector / emitter contact / semiconductor region arranged on the surface of an epitaxial layer.
【請求項14】 被保護素子と、 第1導電型の半導体基板と、 該半導体基板上に配置された第2導電型のエピタキシャ
ル層と、 該エピタキシャル層の周囲において、該エピタキシャル
層の表面から前記半導体基板に到達する第1導電型の分
離領域と、 該分離領域に接して前記エピタキシャル層の表面に配置
された3つの第1導電型のコレクタ/エミッタコンタク
ト兼用半導体領域と、前記エピタキシャル層の表面に配
置された第1の端子電極コンタクト領域と、 該第1の端子電極コンタクト領域と前記コレクタ/エミ
ッタコンタクト兼用半導体領域に接して、前記第2導電
型のエピタキシャル層の表面に配置されたベースコンタ
クト領域と、 前記エピタキシャル層の表面に配置されたゲート絶縁膜
と、前記第1の端子電極コンタクト領域上にオーミック
接触した第1の端子電極と、 該第1の端子電極に接続され、前記第1の端子電極コン
タクト領域から前記分離領域上に至るように前記ゲート
絶縁膜の上部に配置された第1のゲート電極と、 前記分離領域にオーミック接触し、前記分離領域から前
記第1の端子電極コンタクト領域に至るように前記ゲー
ト絶縁膜の上部に配置された1組の第2のゲート電極と
を少なくとも有することを特徴とする半導体装置。
14. A protected element, a semiconductor substrate of a first conductivity type, an epitaxial layer of a second conductivity type disposed on the semiconductor substrate, a periphery of the epitaxial layer, and a surface of the epitaxial layer from the surface of the epitaxial layer. A first conductivity type isolation region reaching the semiconductor substrate, three first conductivity type collector / emitter contact / semiconductor regions arranged on the surface of the epitaxial layer in contact with the isolation region, and a surface of the epitaxial layer A first terminal electrode contact region, and a base contact disposed on the surface of the second conductivity type epitaxial layer in contact with the first terminal electrode contact region and the collector / emitter contact / semiconductor region. A region, a gate insulating film disposed on the surface of the epitaxial layer, and on the first terminal electrode contact region A first terminal electrode that is in ohmic contact with the first terminal electrode, and a first terminal electrode that is connected to the first terminal electrode and that is disposed on the gate insulating film so as to extend from the first terminal electrode contact region to the isolation region. And a pair of second gate electrodes that are in ohmic contact with the isolation region and that are disposed on the gate insulating film so as to reach the isolation region from the isolation region to the first terminal electrode contact region. A semiconductor device having.
【請求項15】 前記ベース領域にオーミック接触する
被保護素子のスイッチ電極を更に有していることを特徴
とする請求項12記載の半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 12, further comprising a switch electrode of a protected element that makes ohmic contact with the base region.
【請求項16】 前記ベースコンタクト領域にオーミッ
ク接触する被保護素子のスイッチ電極を更に有している
ことを特徴とする請求項13又は14記載の半導体装
置。
16. The semiconductor device according to claim 13, further comprising a switch electrode of the protected element that makes ohmic contact with the base contact region.
【請求項17】 前記被保護素子が構成されている半導
体チップは、前記半導体基板上にフリップチップ構造で
搭載されていることを特徴とする請求項12〜16のい
ずれか1項記載の半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 12, wherein the semiconductor chip in which the protected element is formed is mounted on the semiconductor substrate in a flip chip structure. .
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