JP3785644B2 - 半導体素子 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は保護ダイオードアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
図1Aは保護ダイオードアレイを示し、ダイオードD1−1,D1−2,D1−3,…D1−nは保護対象の線に結合する第1端子T1−1,T1−2,T1−3,…T1−nと、基準電位に結合する第2共通端子T2とを有する。図示の例では全てのダイオードは共通のカソードを有するが、アノードを共通にしてカソードを保護対象の線に結合する対称アレイも可能である。
【0003】
図1Aのダイオードアレイをモノリシック部品として作成する従来の技術の断面を図1Bに示す。アレイはN型基板1にモノリシック半導体素子として実現される。P型領域P1−1,P1−2,P1−3,…P1−nが基板1の表面に形成される。高ドープのN型領域N1が基板1の下部表面に形成される。素子の上部表面は絶縁層(例えば酸化シリコン層2)でコートされ、金属M1−1,M1−2,M1−3,…M1−nが各々領域P1−1,P1−2,…P1−nに接触する。金属M2が裏面に形成されて領域N1に接触する。金属M1−1〜M1−nはダイオードD1〜Dnのアノードを形成し、裏面金属M2は共通カソードを形成する。素子は、例えば溶接で、金属ベース3に搭載される。
【0004】
図1Cは上面図で、素子1が搭載される金属ベース3はリードフレームの一部である。リードフレームは金属板で、適当に切断されて、ベース3、ピン(図1Cのハッチング)を構成する細片T1−1〜T1−n+2、及び接続時にフレームを機械的に保持するためのリンク素子(図1Cのマル印)とをふくむ。接続は、ワイヤW(通常は金線)による、チップの金属領域M1−1〜M1−nの、ピンT1−1〜T1−nへの接続をふくむ。最後の2つのピンT1−n+1とT1−n+2はベース3の延長である。実際には、2点(ピンと金属層)の間を糸で溶接する機械は非常に精密で、所定の高さ(ピンとチップの上表面)の2点、異なる高さの点、又は同じ高さの点(ピンとベース)の間の溶接を正確に調節することは困難である。
【0005】
チップがリードフレームのベースに溶接され、金属領域が金線でフレームのピンを構成する素子に接続されると、チップは図1Cの点線5で示すパターンに従ってプラスチックに埋め込まれ、リードフレームのピンの間の結合素子(図1Cのマル印)は切断されて除去される。図1Cは本発明が解決しようとする問題点のみを示している。実際にはケーシングはSO20のごとく2列のピンをもつことができる。
【0006】
図1Cで明らかなごとく、ベース3に対応するカソード接続は、不可避的に外側のピン例えばT1−n+2と対応するピンに結合する。カソード端子(単数又は複数)は接地されることが多く、従ってユーザは接地端子が特定のピン例えば第3ピン又は第7ピンに近接していることを希望し、外側のピン(片側に10ピンの場合はピン10とピン20、又はピン1とピン11)には近接しないことを希望する。図1Cの構成ではそのような配置は不可能である。
【0007】
一方、半導体の製造技術は進歩している。半導体チップの注入や拡散などの工程は複合動作であり素子の機能に影響を与える。これらの工程(前工程と呼ぶ)は、後工程と呼ばれる、チップをケースに実装する技術に比べて、必要なコストが少ない。従って、実装工程を単純化するために、シリコンに拡散する工程が複雑化しても、全体として素子のコストは低下する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、共通端子がケースの任意のピンに接続可能な、実装作業の容易なモノリシック素子を提供することにある。
【0009】
本発明の別の目的は、上記構成において、ダイオードの直列抵抗を最小にする素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体素子は、半導体ウェハーの垂直方向に構成される保護ダイオードの配列を集積化した半導体素子であって、各ダイオードの第1電極は素子の上表面の少なくともひとつの列にそって配列され、前記ダイオードの第2電極は前記素子の底表面に対応する半導体素子において、前記上表面には前記列のほぼ全長にわたってのびる接続電極がもうけられ、該接続電極は2つの逆並列の垂直ダイオードを介して底表面電極に接続される半導体素子である。
【0011】
ひとつの実施例によると、前記半導体ウェハーは第1導電型であり、該ウェハーは、該ウェハーの上表面にもうけられ複数の第1電極をコートされる第2導電型の複数の第1領域と、前記ウェハーの上表面にもうけられる第2導電型の第2領域及び第1導電型の第3領域を有し、前記接続電極は前記第2及び第3領域と接触し、前記ウェハーは、更に、前記底表面にもうけられ前記第1及び第2領域と対向する第1導電型の第4領域と、前記底表面にもうけられ前記第3領域と対向する第2導電型の第5領域と、前記第4及び第5領域と接触する第2電極とを有する。
【0012】
ひとつの実施例によると、複数の第1領域は上表面の辺にそう少なくともひとつの列にそってのび、第2及び第3領域は前記列に平行な線にそってのびる。
【0013】
なお、第1導電型及び第2導電型とは、各々P型導電型(P型半導体)及びN型導電型(N型半導体)の一方を指し、第1導電型がP型のときは第2導電型はN型であり、第1導電型がN型のときは第2導電型はP型である。
【0014】
【実施例】
以下の各図において、寸法、及び断面図における厚さは図示と説明のためのもので、実際のものとは相違する。
【0015】
図2Aにおいて、本発明による素子は低ドープのN型半導体基板10、通常はシリコン、により作成される。P型拡散領域P1−1〜P1−nが基板10の上表面に構成される。領域P1−1〜P1−nと基板10のドーピングレベルは、アバランシェダイオードが所望の降伏電圧をもつように決定される。領域P1−1〜P1−nの下部には、基板10の下表面から高ドープのN型領域N1がもうけられる。領域P1−1〜P1−nは金属M1−1〜M1−nと対応し、基板10の下表面は金属M2と対応する。
【0016】
上述の構成は従来の技術と同じであるが、本発明の特徴は、追加の層とそれに関連する構成にある。
【0017】
本発明によると、基板10の上表面はP型領域P2とN型領域N2の層をふくむ。領域P2とN2は金属M3に関連する。領域P2は領域N1の部分の前にのび、領域N2は基板の下表面にもうけられるP型領域P3の前にのびる。金属M2は領域N1とP3をコートする。
【0018】
3つのパスがシリコン金属化層M2を金属層M3に結合する。第1のパスは領域N1から領域P2にのび、カソードをM2に、アノードをM3に結合するダイオードを構成し、このダイオードは図3のD2で示される。第2のパスは領域P3から領域N2にのび、アノードをM2に、カソードをM3に結合するダイオードを構成し、このダイオードは図3のD3で示される。第3のパスは基板の厚さ(層N2の厚さを減じる)に対応する抵抗Rで構成される。本発明の素子の接続の極性にかかわらず、金属層M2とM3の電位はダイオード(D2またはD3)の順方向電圧降下分だけ相違する。
【0019】
従って、図2Aと図3の構造は金属層i(i=1〜n)と金属層M3の間に順方向バイアスされたダイオードに直列に保護ダイオードD1−iを提供する。接続すべき全ての金属はチップの上表面にあり、下表面には接続されない。従って、リードフレームは容易にM1−1〜M1−n及びM3に接続される。何故ならこれらの金属は素子の同じ表面の同じレベルにあるからである。
【0020】
本発明の別の実施例を図2B〜2Dにより説明する。ここでは、金属層M3はチップの上表面の全長にわたってのび、例えば、各ダイオードM1−1〜M1−nがチップの縁に配置されるときはチップの中央をのびる。
【0021】
図2Bは図2AのB−B断面で、金属層をふくまない素子の上面図である。この実施例では、領域P1−1〜P1−nは素子の縁の2本の平行線にそって配置される。拡散層P2は2つに分割され、一方(P2−1)は図の右側にのび、他方(P2−2)は領域P1−1〜P1−nの2列の間にのびる。同様に、拡散N2は2つに分割され、N2−1は領域P1−1〜P1−nの2列の間にのび、N2−2は図の右側にのびる。
【0022】
当業者による種々の変更が可能で、例えば領域P2−1とN2−1を省略してP2−2とN2−2のみとしてもよい。
【0023】
図2Cは図2Aの断面で、金属層のみを示す。図2Cにおいて、金属層M3は2列の金属層の列M1−1〜M1−nの間にのびると共に図の右側にのびる。右側の部分はオプションである。又、別のオプションとして、左側に、P2−1及びN2−1に対称に金属層M3を配置してもよい。
【0024】
図2Dは図2Aの底面図で、金属M2は省かれている。領域N1は、上表面のP1とP2の全領域の下部にのび、領域P3は上表面のN2の下部にのびる。従って、N2−1の下にP3−1があり、N2−2の下にP3−2がある。
【0025】
追加の層P2,N2,P3及びM3をもうけることにより、金属層M3は実装工程を複雑化せずにどのピンにも接続することができ、素子のケーシング工程が簡略化される。従って、図2Cにおいて、ケースのどのピンも糸により中央金属層M3に接続でき、同じチップと同じリードフレームを使って、中央金属層M3に接続するピンを交換するのみで、ユーザの特殊な要望に応じることができる。
【0026】
実施例として、ケースSO20に18個の保護ダイオードをもつチップを実装した。チップのサイズは1.5×3mmで、厚さは0.35mmである。ダイオードの降伏電圧は10ボルトである。半導体の導電型は上述と逆で、基板10はP型でドーピングレベル1017atoms/cm3 である。層P1,P2,N2,P3(各々N型、N型、P型、N型)の表面濃度は全て1020atoms/cm3 の範囲内である。
【0027】
【発明の効果】
素子の接続端子の全てが素子の上表面にあり、共通端子M3をケースのどのピンにも接続することができ、リードフレームへの接続が容易であると共に、ユーザの特殊な要望に応じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】共通カソードをもつ保護ダイオードのアレイの回路を示す。
【図1B】図1Aのダイオードアレイのモノリシック構造の断面図である。
【図1C】図1Bのリードフレームに関する上面図である。
【図2A】本発明によるダイオードアレイのモノリシック構造の図2BのA−A断面である。
【図2B】図2AのB−Bにそった上面図である。
【図2C】図2Aの素子に金属端子をもうけた構造の上面図である。
【図2D】図2AのD−Dにそった上面図である。
【図3】本発明による素子の等価回路である。
【符号の説明】
1,10 基板
P1−1〜P1−n,N1,P2,N2,P3 拡散領域
M1−1〜M1−n,M2,M3 金属化層
D1−1〜D1−n ダイオード
Claims (3)
- 半導体ウェハー(10)の垂直方向に構成される保護ダイオード(D1−1〜D1−n)の配列を集積化した半導体素子であって、各ダイオードの第1電極(P1−1〜P1−n)は素子の上表面の少なくともひとつの列にそって配列され、前記ダイオードの第2電極(M2)は前記素子の底表面に対応する半導体素子において、
前記上表面には前記列のほぼ全長にわたってのびる接続電極(M3)がもうけられ、
該接続電極は2つの逆並列の垂直ダイオード(D2,D3)を介して底表面電極に接続されることを特徴とする半導体素子。 - 前記半導体ウェハー(10)は第1導電型であり、
該ウェハーは、
該ウェハーの上表面にもうけられ複数の第1電極(M1−1〜M1−n)をコートされる第2導電型の複数の第1領域(P1−1〜P1−n)と、
前記ウェハーの上表面にもうけられる第2導電型の第2領域(P2)及び第1導電型の第3領域(N2)を有し、
前記接続電極(M3)は前記第2及び第3領域と接触し、
前記ウェハーは、更に、
前記底表面にもうけられ前記第1及び第2領域と対向する第1導電型の第4領域(N1)と、
前記底表面にもうけられ前記第3領域と対向する第2導電型の第5領域(P3)と、
前記第4及び第5領域(N1−P3)と接触する第2電極(M2)とを有する、請求項1記載の半導体素子。 - 前記第1領域が素子の辺にそう少なくともひとつの線にそってもうけられ、前記第2及び第3領域が前記線に平行な線にそってのびる、請求項2記載の半導体素子。
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