JPH05129527A - モノリシツク過電圧保護デバイス - Google Patents
モノリシツク過電圧保護デバイスInfo
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- JPH05129527A JPH05129527A JP3198273A JP19827391A JPH05129527A JP H05129527 A JPH05129527 A JP H05129527A JP 3198273 A JP3198273 A JP 3198273A JP 19827391 A JP19827391 A JP 19827391A JP H05129527 A JPH05129527 A JP H05129527A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/87—Thyristor diodes, e.g. Shockley diodes, break-over diodes
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
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- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低いエネルギー過電圧パルスに対してはクリ
ッピングモードで動作し、高いエネルギー過電圧パルス
に対してのみ短絡モードで動作可能な保護デバイスを提
供する。 【構成】 ２つの供給端子（Ａ、Ｂ）間に発生する過電
圧に対する過電圧保護デバイスにおいて、前記供給端子
（Ａ、Ｂ）間に、所定のブレークオーバー電圧（ＶBO）
を有するアバランシェトリガサイリスタ（６）と、該ア
バランシェトリガサイリスタ（６）と並列逆方向接続さ
れるツェナーダイオード（４）とを有する。ツェナーダ
イオード（４）のアバランシェ電圧（ＶBR）はサイリス
タのブレークオーバー電圧（ＶBO）より低く、予め決め
られたしきい値より長い持続時間または振幅を有する過
電圧に対してのみ高くなるように選択される。
ッピングモードで動作し、高いエネルギー過電圧パルス
に対してのみ短絡モードで動作可能な保護デバイスを提
供する。 【構成】 ２つの供給端子（Ａ、Ｂ）間に発生する過電
圧に対する過電圧保護デバイスにおいて、前記供給端子
（Ａ、Ｂ）間に、所定のブレークオーバー電圧（ＶBO）
を有するアバランシェトリガサイリスタ（６）と、該ア
バランシェトリガサイリスタ（６）と並列逆方向接続さ
れるツェナーダイオード（４）とを有する。ツェナーダ
イオード（４）のアバランシェ電圧（ＶBR）はサイリス
タのブレークオーバー電圧（ＶBO）より低く、予め決め
られたしきい値より長い持続時間または振幅を有する過
電圧に対してのみ高くなるように選択される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、過電圧保護デバイスと
モノリシック半導体装置としての実施に関する。
モノリシック半導体装置としての実施に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、保護デバイス１の従来の配置を
示す図である。保護デバイス１は入力端子Ａ，Ｂ間に置
かれており、その入力端子Ａ，Ｂ間に利用可能な電源供
給電圧が与えられたとき、電子回路２は保護される。
示す図である。保護デバイス１は入力端子Ａ，Ｂ間に置
かれており、その入力端子Ａ，Ｂ間に利用可能な電源供
給電圧が与えられたとき、電子回路２は保護される。
【０００３】通常，保護デバイスとして、主に２つの種
類が使われている。第１の種類の保護デバイスとして
は、例えばツェナーダイオードがあり、そのツェナーダ
イオードは端子Ａ，Ｂ間に発生する過電圧パルスをクリ
ップするように設計されている。この装置の電流（Ｉ）
−電圧（Ｖ）特性は、図２Ａに示されているタイプであ
り、すなわち、ツェナーダイオードの端子間にかかる電
圧が、一定の電圧、いわゆるツェナーダイオードのブレ
ークダウン電圧またはアバランシェ電圧ＶBRを越えると
すぐに、その電流は実質的に定電圧にまで増加する。従
って、図２Ｂに示すように、全波整流電圧のような供給
電圧に加えられたパルスＰ１およびＰ２はクリップさ
れ、正常な供給電圧が再び保護すべきデバイス２の端子
間にかかりそのパルスの端部上に現れる。
類が使われている。第１の種類の保護デバイスとして
は、例えばツェナーダイオードがあり、そのツェナーダ
イオードは端子Ａ，Ｂ間に発生する過電圧パルスをクリ
ップするように設計されている。この装置の電流（Ｉ）
−電圧（Ｖ）特性は、図２Ａに示されているタイプであ
り、すなわち、ツェナーダイオードの端子間にかかる電
圧が、一定の電圧、いわゆるツェナーダイオードのブレ
ークダウン電圧またはアバランシェ電圧ＶBRを越えると
すぐに、その電流は実質的に定電圧にまで増加する。従
って、図２Ｂに示すように、全波整流電圧のような供給
電圧に加えられたパルスＰ１およびＰ２はクリップさ
れ、正常な供給電圧が再び保護すべきデバイス２の端子
間にかかりそのパルスの端部上に現れる。
【０００４】第２の種類の保護デバイスとしては、例え
ばアバランシェトリガサイリスタがあり、そのアバラン
シェトリガサイリスタは図３Ａに示した電流（Ｉ）−電
圧（Ｖ）特性を説明する。このデバイスに供給された電
圧が値ＶBOが、ブレークオーバー値を越えるとすぐに、
デバイスは導通状態になり、その端子にかかる電圧は非
常に低い値に低下する。このとき、システムはその供給
電流が保持電流ＩH より低い値に減少しない限り、導通
状態のままである。例として、電圧ＶBOは約数百ボルト
であり、電圧ＶH は約１０ボルトである。そのような全
波整流電圧の保護システムの効果を図３Ｂに示してい
る。デバイス２には、パルスＰ１から次の半周期まで電
圧がもはや供給されないことに、特に注意されたい。
ばアバランシェトリガサイリスタがあり、そのアバラン
シェトリガサイリスタは図３Ａに示した電流（Ｉ）−電
圧（Ｖ）特性を説明する。このデバイスに供給された電
圧が値ＶBOが、ブレークオーバー値を越えるとすぐに、
デバイスは導通状態になり、その端子にかかる電圧は非
常に低い値に低下する。このとき、システムはその供給
電流が保持電流ＩH より低い値に減少しない限り、導通
状態のままである。例として、電圧ＶBOは約数百ボルト
であり、電圧ＶH は約１０ボルトである。そのような全
波整流電圧の保護システムの効果を図３Ｂに示してい
る。デバイス２には、パルスＰ１から次の半周期まで電
圧がもはや供給されないことに、特に注意されたい。
【０００５】上述した各保護デバイスの利点及び欠点に
ついて説明する。ツェナーダイオードシステムの主要な
欠点は、パルスの持続時間が長い時には、ダイオードが
その端子にかかる高電圧（例えば、主保護デバイスに対
して約４００ボルト）を保持しているけれども、そのパ
ルス持続時間に高電流が流れる。そのため、ダイオード
の温度の上昇を引き起こす。従って、大きいサイズで高
価なダイオードを設けることが必要である。
ついて説明する。ツェナーダイオードシステムの主要な
欠点は、パルスの持続時間が長い時には、ダイオードが
その端子にかかる高電圧（例えば、主保護デバイスに対
して約４００ボルト）を保持しているけれども、そのパ
ルス持続時間に高電流が流れる。そのため、ダイオード
の温度の上昇を引き起こす。従って、大きいサイズで高
価なダイオードを設けることが必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】アバランシェサイリス
タ形のデバイスの主要な欠点は、過電圧の後、供給電圧
を再設定するまで供給が中断されることである。そのた
めに、保護デバイスに電圧を加えられない、電圧降下を
緩和するための高容量入力タンクコンデンサを有さなけ
ればならないといった不具合が発生する。この欠点にも
かかわらず、過電圧により高いエネルギー（大きな振幅
または持続時間）を生じやすいとき、このタイプの保護
デバイスは使用されている。
タ形のデバイスの主要な欠点は、過電圧の後、供給電圧
を再設定するまで供給が中断されることである。そのた
めに、保護デバイスに電圧を加えられない、電圧降下を
緩和するための高容量入力タンクコンデンサを有さなけ
ればならないといった不具合が発生する。この欠点にも
かかわらず、過電圧により高いエネルギー（大きな振幅
または持続時間）を生じやすいとき、このタイプの保護
デバイスは使用されている。
【０００７】しかしながら、実際には、遭遇した問題点
は少々異なっている。図４は実際にヨーロッパの電話加
入者線で行った統計調査の結果を示している。この調査
は１１２日の加入者線の観測に相当し、１００９例の過
電圧の発生を示している。更に、図４は決められた振幅
と持続時間の過電圧発生の確率を示すテーブルである。
図４では、観測した過電圧の２９．４４％が、標準主電
圧以上の２００〜３００ボルトの範囲の値で１〜３マイ
クロ秒の範囲の持続時間である。これに対して、観測し
た過電圧の０．４２％のみが、６００〜７００ボルトの
範囲の値で３〜１０マイクロ秒の持続時間である。
は少々異なっている。図４は実際にヨーロッパの電話加
入者線で行った統計調査の結果を示している。この調査
は１１２日の加入者線の観測に相当し、１００９例の過
電圧の発生を示している。更に、図４は決められた振幅
と持続時間の過電圧発生の確率を示すテーブルである。
図４では、観測した過電圧の２９．４４％が、標準主電
圧以上の２００〜３００ボルトの範囲の値で１〜３マイ
クロ秒の範囲の持続時間である。これに対して、観測し
た過電圧の０．４２％のみが、６００〜７００ボルトの
範囲の値で３〜１０マイクロ秒の持続時間である。
【０００８】観測した過電圧は、高いエネルギーの過電
圧と低いエネルギーの過電圧の２種類に分類できる。高
いエネルギーの過電圧は、比較的低い振幅（例えば３０
０ボルト以下）でも持続時間が長い（例えば１０マイク
ロ秒以上）、また、比較的短い持続時間（例えば１マイ
クロ秒以下）でも振幅が高い（例えば６００ボルト以
上）という特徴がある。低いエネルギーの過電圧は、こ
れらと相補的特性をもつ。上述の例は、振幅が６００ボ
ルト以下で持続時間が１０マイクロ秒以下のものであ
る。
圧と低いエネルギーの過電圧の２種類に分類できる。高
いエネルギーの過電圧は、比較的低い振幅（例えば３０
０ボルト以下）でも持続時間が長い（例えば１０マイク
ロ秒以上）、また、比較的短い持続時間（例えば１マイ
クロ秒以下）でも振幅が高い（例えば６００ボルト以
上）という特徴がある。低いエネルギーの過電圧は、こ
れらと相補的特性をもつ。上述の例は、振幅が６００ボ
ルト以下で持続時間が１０マイクロ秒以下のものであ
る。
【０００９】図４のテーブルを参照すると、低いエネル
ギーパルスは観測した場合の９６．３８％の発生である
のに対して、観測した場合の高い電流の過電圧は僅か
３．６２％の発生であることに、特に注意されたい。し
かしながら、通常、高いエネルギーの過電圧を考慮する
と、ツェナーダイオードのようなクリップ形保護デバイ
スでは十分でなく、アバランシェサイリスタのような短
絡形保護デバイスにたよることが必要である。
ギーパルスは観測した場合の９６．３８％の発生である
のに対して、観測した場合の高い電流の過電圧は僅か
３．６２％の発生であることに、特に注意されたい。し
かしながら、通常、高いエネルギーの過電圧を考慮する
と、ツェナーダイオードのようなクリップ形保護デバイ
スでは十分でなく、アバランシェサイリスタのような短
絡形保護デバイスにたよることが必要である。
【００１０】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解決し、低いエネルギー過電圧パルスに対してはクリ
ッピングモードで動作し、高いエネルギー過電圧パルス
に対してのみ短絡モードで動作可能な保護デバイスを提
供することにある。本発明の他の目的は、このような従
来の問題点を解決し、保護デバイスの種々の装置の相対
的な特性の所定の調整を可能とするデバイスのようなモ
ノリシック半導体装置としての実施を提供することにあ
る。
を解決し、低いエネルギー過電圧パルスに対してはクリ
ッピングモードで動作し、高いエネルギー過電圧パルス
に対してのみ短絡モードで動作可能な保護デバイスを提
供することにある。本発明の他の目的は、このような従
来の問題点を解決し、保護デバイスの種々の装置の相対
的な特性の所定の調整を可能とするデバイスのようなモ
ノリシック半導体装置としての実施を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】これらの目的お
よび他の目的を達成するために、本発明は、２つの供給
端子（Ａ、Ｂ）間に発生する過電圧に対する過電圧保護
デバイスにおいて、前記供給端子（Ａ、Ｂ）間に、所定
のブレークオーバー電圧（ＶBo）を有するアバランシェ
トリガサイリスタ（６）を設けたものである。さらに、
この回路は、該アバランシェトリガサイリスタ（６）と
並列逆方向接続されたダイオードを設けており、このダ
イオードは、アバランシェ電圧（ＶBR）が前記ブレーク
オーバー電圧（ＶBo）より低く、予め決められたしきい
値より長い持続時間または振幅を有する過電圧に対して
のみ高くなるように選択されている。
よび他の目的を達成するために、本発明は、２つの供給
端子（Ａ、Ｂ）間に発生する過電圧に対する過電圧保護
デバイスにおいて、前記供給端子（Ａ、Ｂ）間に、所定
のブレークオーバー電圧（ＶBo）を有するアバランシェ
トリガサイリスタ（６）を設けたものである。さらに、
この回路は、該アバランシェトリガサイリスタ（６）と
並列逆方向接続されたダイオードを設けており、このダ
イオードは、アバランシェ電圧（ＶBR）が前記ブレーク
オーバー電圧（ＶBo）より低く、予め決められたしきい
値より長い持続時間または振幅を有する過電圧に対して
のみ高くなるように選択されている。
【００１２】本発明によるデバイスは、モノリシック半
導体装置として過電圧保護デバイスを組み込むことがで
き、そのモノリシック半導体装置は、Ｎ形半導体基板
（２０）と、第１の垂直な部分に、前記アバランシェト
リガサイリスタ（６）を形成するために適合した層（２
１，２２，２３）と、第２の垂直な部分に、ツェナーダ
イオード（４）を形成するために適合した層（２５，２
６）と、前記ツェナーダイオードのアノードと前記サイ
リスタのカソードとを短絡する金属化された上部表面
（２８）と、前記ツェナーダイオードのカソードと前記
サイリスタのアノードとを短絡する金属化された下部表
面（２９）とを有し、前記Ｎ形半導体基板（２０）と上
部Ｐ層（２１，２５）との間のアバランシェモードがト
リガされるＮＰ接合は、サイリスタ部分よりツェナーダ
イオード部分でより高い濃度勾配を有する。
導体装置として過電圧保護デバイスを組み込むことがで
き、そのモノリシック半導体装置は、Ｎ形半導体基板
（２０）と、第１の垂直な部分に、前記アバランシェト
リガサイリスタ（６）を形成するために適合した層（２
１，２２，２３）と、第２の垂直な部分に、ツェナーダ
イオード（４）を形成するために適合した層（２５，２
６）と、前記ツェナーダイオードのアノードと前記サイ
リスタのカソードとを短絡する金属化された上部表面
（２８）と、前記ツェナーダイオードのカソードと前記
サイリスタのアノードとを短絡する金属化された下部表
面（２９）とを有し、前記Ｎ形半導体基板（２０）と上
部Ｐ層（２１，２５）との間のアバランシェモードがト
リガされるＮＰ接合は、サイリスタ部分よりツェナーダ
イオード部分でより高い濃度勾配を有する。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面により詳細
に説明する。図５は、本発明の一実施例を示す保護デバ
イスを示している。保護デバイスは、供給端子Ａおよび
Ｂの間に、アバランシェトリガサイリスタ６と逆並列の
ツェナーダイオード４とが設けられる。すなわち、サイ
リスタ６は、その供給端子ＡとＢとの間にかかる電圧が
所定値より高くなったとき、スイッチがオンされるゲー
トレスサイリスタである。
に説明する。図５は、本発明の一実施例を示す保護デバ
イスを示している。保護デバイスは、供給端子Ａおよび
Ｂの間に、アバランシェトリガサイリスタ６と逆並列の
ツェナーダイオード４とが設けられる。すなわち、サイ
リスタ６は、その供給端子ＡとＢとの間にかかる電圧が
所定値より高くなったとき、スイッチがオンされるゲー
トレスサイリスタである。
【００１４】図６は、本発明の実施例による保護デバイ
スの動作（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。ツェナーダイ
オードはアバランシェ電圧ＶBRを有しており、その端子
にかかる電圧がこの値ＶBRを越えるとすぐに、電圧が実
質的に一定である間、その電流は急に増大する。 しか
しながら、ツェナーダイオードは所定の動的な抵抗を持
っている。
スの動作（Ｉ−Ｖ特性）を示す図である。ツェナーダイ
オードはアバランシェ電圧ＶBRを有しており、その端子
にかかる電圧がこの値ＶBRを越えるとすぐに、電圧が実
質的に一定である間、その電流は急に増大する。 しか
しながら、ツェナーダイオードは所定の動的な抵抗を持
っている。
【００１５】本発明はこの動的な抵抗が可変であり、特
にツェナー接合の温度に依存するという事実を利用す
る。長いパルスの存在において、ダイオード温度は上昇
し、その動的な抵抗は増加する。図６では、曲線１１は
短いパルスの場合に対応し、曲線１２は中間のパルスの
場合に対応し、曲線１３は長いパルスの場合に対応す
る。
にツェナー接合の温度に依存するという事実を利用す
る。長いパルスの存在において、ダイオード温度は上昇
し、その動的な抵抗は増加する。図６では、曲線１１は
短いパルスの場合に対応し、曲線１２は中間のパルスの
場合に対応し、曲線１３は長いパルスの場合に対応す
る。
【００１６】サイリスタ６はそのブレークオーバー電圧
ＶBoがツェナーダイオードのアバランシェ電圧ＶBRより
高いように選ばれる。値ＶBoとＶBRとの差は、長いパル
ス（曲線１３）、または短かいけれども高いパルス（曲
線１２の延長を図示せず）のみがＶBOに達するように選
ばれる。電圧ＶBoに到達したとき、サイリスタ６にアバ
ランシェ効果が現れ、ブレークオーバー現象が現れる。
すなわち、端子にかかる電圧が曲線１５によって示され
たように値ＶH と実質的に等しい低電圧に到達するため
に、曲線１４によって示されたように急に減少する。従
って、サイリスタ６が再びブロックされるのは、供給電
圧が減少し、その電流が電流ＩH より低くなったときだ
けである。従って、低い電流パルスに対してはクリップ
回路として、高い電流パルスに対しては短絡回路として
動作するデバイスが得られる。
ＶBoがツェナーダイオードのアバランシェ電圧ＶBRより
高いように選ばれる。値ＶBoとＶBRとの差は、長いパル
ス（曲線１３）、または短かいけれども高いパルス（曲
線１２の延長を図示せず）のみがＶBOに達するように選
ばれる。電圧ＶBoに到達したとき、サイリスタ６にアバ
ランシェ効果が現れ、ブレークオーバー現象が現れる。
すなわち、端子にかかる電圧が曲線１５によって示され
たように値ＶH と実質的に等しい低電圧に到達するため
に、曲線１４によって示されたように急に減少する。従
って、サイリスタ６が再びブロックされるのは、供給電
圧が減少し、その電流が電流ＩH より低くなったときだ
けである。従って、低い電流パルスに対してはクリップ
回路として、高い電流パルスに対しては短絡回路として
動作するデバイスが得られる。
【００１７】当業者は、回路を保護することを要求され
るパルスの持続時間及びパルスの振幅限界の関数として
値ＶBoとＶBRとの差を選択する。例えば、当業者は、そ
れぞれ４５０および４００ボルトか、５００および４５
０ボルトの値を選択する。電圧ＶBRとＶBoとの間の差を
正確にセットする方法は、ツェナーダイオード４および
アバランシェトリガサイリスタ６をモノリシック装置と
して組み込むことにある。
るパルスの持続時間及びパルスの振幅限界の関数として
値ＶBoとＶBRとの差を選択する。例えば、当業者は、そ
れぞれ４５０および４００ボルトか、５００および４５
０ボルトの値を選択する。電圧ＶBRとＶBoとの間の差を
正確にセットする方法は、ツェナーダイオード４および
アバランシェトリガサイリスタ６をモノリシック装置と
して組み込むことにある。
【００１８】そのようなモノリシック装置の第１の実施
例を図７に示す。図７の右側の部分はサイリスタ６に対
応し、左の部分はツェナーダイオード４に対応する。こ
の装置は、Ｎ形半導体基板２０から製造される。
例を図７に示す。図７の右側の部分はサイリスタ６に対
応し、左の部分はツェナーダイオード４に対応する。こ
の装置は、Ｎ形半導体基板２０から製造される。
【００１９】サイリスタ６の側では、Ｐ形層２１と、Ｎ
形カソードつまり通常エミッタ短絡のエミッタ層２２が
基板の上にもうけられる。基板２０の他の側の下側表面
には、Ｐ形アノード層２３がもうけられる。ダイオード
の側では、Ｐ形アノード層２５が基板２０の上の表面に
作られ、Ｎ+ 形カソード層２６が基板の下の表面に作ら
れる。
形カソードつまり通常エミッタ短絡のエミッタ層２２が
基板の上にもうけられる。基板２０の他の側の下側表面
には、Ｐ形アノード層２３がもうけられる。ダイオード
の側では、Ｐ形アノード層２５が基板２０の上の表面に
作られ、Ｎ+ 形カソード層２６が基板の下の表面に作ら
れる。
【００２０】金属層２８が素子の上部表面を覆って、ダ
イオードのアノードおよびサイリスタのカソードを構成
する。金属層２９は素子の下部表面を覆って、ダイオー
ドのカソードおよびサイリスタのアノードを構成する。
ダイオード４のアバランシェを決定する接合は、Ｎ形基
板２０およびとＰ形層２５の間の接合である。サイリス
タ６のアバランシェを決定する接合は基板２０およびＰ
形層２１との間の接合である。アバランシェモードがサ
イリスタより前にダイオード４に対して設定されるため
に、不純物の濃度勾配は接合３１よりも接合３０で高い
ことが必要である。
イオードのアノードおよびサイリスタのカソードを構成
する。金属層２９は素子の下部表面を覆って、ダイオー
ドのカソードおよびサイリスタのアノードを構成する。
ダイオード４のアバランシェを決定する接合は、Ｎ形基
板２０およびとＰ形層２５の間の接合である。サイリス
タ６のアバランシェを決定する接合は基板２０およびＰ
形層２１との間の接合である。アバランシェモードがサ
イリスタより前にダイオード４に対して設定されるため
に、不純物の濃度勾配は接合３１よりも接合３０で高い
ことが必要である。
【００２１】濃度勾配の差を与える方法は当業者に周知
である。例えばドーパントを領域２１に注入して第１の
アニールを行ない、次いで、ドーパントを領域２５に注
入して第２のアニールを行ない、その間に領域２１のド
ーピング原子が拡散を続けるようにする。
である。例えばドーパントを領域２１に注入して第１の
アニールを行ない、次いで、ドーパントを領域２５に注
入して第２のアニールを行ない、その間に領域２１のド
ーピング原子が拡散を続けるようにする。
【００２２】図７の構造は簡単である。しかしながら、
アバランシェ電圧の値が基板２０の濃度に高く依存する
ことが知られている。しかし、この濃度は、同じウェハ
ー特定の領域であってもウエハー毎に大きく相違する。
２つの素子のアバランシェ値の差は効果的に得られる
が、各素子のアバランシェ電圧の絶対値は比較的変動す
る。
アバランシェ電圧の値が基板２０の濃度に高く依存する
ことが知られている。しかし、この濃度は、同じウェハ
ー特定の領域であってもウエハー毎に大きく相違する。
２つの素子のアバランシェ値の差は効果的に得られる
が、各素子のアバランシェ電圧の絶対値は比較的変動す
る。
【００２３】この欠点を避けるために、図８の実施例を
示す。ここで図７と同じ部分は同一の参照番号で示す。
この実施例で、層２１および２５は単一のステップの間
に作られる。接合部の濃度勾配は、アバランシェモード
にセットされる接合部のＮ側の濃度を調節することによ
り行なわれる。
示す。ここで図７と同じ部分は同一の参照番号で示す。
この実施例で、層２１および２５は単一のステップの間
に作られる。接合部の濃度勾配は、アバランシェモード
にセットされる接合部のＮ側の濃度を調節することによ
り行なわれる。
【００２４】この目的のために、層２１〜２５を形成す
る前に、より高くドープされたＮ形領域３５および３６
が、基板の表面の、サイリスタとダイオードの側に各々
形成される。このとき、問題の接合は、層２１と３５の
間の接合４１、及び層３６と２５の間の接合４０であ
る。領域３５と３６の形成は、ダイオードとサイリスタ
の側に異なるドーパントを注入した後アニール処理を行
なうか、又は、第１のドーパントの注入及びアニール処
理と第２のドーパントの注入とアニール処理の２工程で
行なう。図８の方法によると、層３５と３６に関する接
合部の濃度と濃度勾配を正確に調節し、正確なアバラン
シェ電圧をもった装置を得ることができる。
る前に、より高くドープされたＮ形領域３５および３６
が、基板の表面の、サイリスタとダイオードの側に各々
形成される。このとき、問題の接合は、層２１と３５の
間の接合４１、及び層３６と２５の間の接合４０であ
る。領域３５と３６の形成は、ダイオードとサイリスタ
の側に異なるドーパントを注入した後アニール処理を行
なうか、又は、第１のドーパントの注入及びアニール処
理と第２のドーパントの注入とアニール処理の２工程で
行なう。図８の方法によると、層３５と３６に関する接
合部の濃度と濃度勾配を正確に調節し、正確なアバラン
シェ電圧をもった装置を得ることができる。
【００２５】本発明は一般的な方法で、好ましい実施例
と関連して開示された。当業者は様々な変形および修正
を行なうことが可能である。特に、ツェナーダイオード
およびサイリスタ以外の同様の機能の他の装置の利用が
可能である。 一方、単方向の保護デバイスについて述
べたが、本発明は同様に２方向の保護装置に適合するこ
ともできる。２方向の保護装置のための設計は一方向の
装置から当業者にとって容易である。
と関連して開示された。当業者は様々な変形および修正
を行なうことが可能である。特に、ツェナーダイオード
およびサイリスタ以外の同様の機能の他の装置の利用が
可能である。 一方、単方向の保護デバイスについて述
べたが、本発明は同様に２方向の保護装置に適合するこ
ともできる。２方向の保護装置のための設計は一方向の
装置から当業者にとって容易である。
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低いエネルギー過電圧パルスに対してはクリッピングモ
ードで動作し、高いエネルギー過電圧パルスに対しての
み短絡モードで動作可能な保護デバイスを実現できる。
低いエネルギー過電圧パルスに対してはクリッピングモ
ードで動作し、高いエネルギー過電圧パルスに対しての
み短絡モードで動作可能な保護デバイスを実現できる。
【図１】保護デバイス１の従来の配置を示す図である。
【図２】従来のツェナーダイオードの電流（Ｉ）−電圧
（Ｖ）特性及びアバランシェ電圧と時間との関係を示す
図である。
（Ｖ）特性及びアバランシェ電圧と時間との関係を示す
図である。
【図３】従来のアバランシェトリガサイリスタのＩ−Ｖ
特性及び保護デバイスの効果を説明するための図であ
る。
特性及び保護デバイスの効果を説明するための図であ
る。
【図４】実際にヨーロッパの電話加入者線で行った統計
調査の結果を示す図である。
調査の結果を示す図である。
【図５】本発明による保護デバイスの回路図である。
【図６】本発明による動作を示す電流−電圧曲線であ
る。
る。
【図７】本発明による装置のモノリシック半導体回路と
しての実施例を示す図である。
しての実施例を示す図である。
【図８】本発明による装置のモノリシック保護デバイス
の変形例を示す図である。
の変形例を示す図である。
４ ツェナーダイオード ６ アバランシェトリガサイリスタ ２０ 半導体基板
Claims (4)
- 【請求項１】 ２つの供給端子（Ａ、Ｂ）間に発生する
過電圧に対する過電圧保護デバイスにおいて、 前記供給端子（Ａ、Ｂ）間に、所定のブレークオーバー
電圧（ＶBO）を有するアバランシェトリガサイリスタ
（６）と、 該アバランシェトリガサイリスタ（６）と並列逆方向接
続されるツェナーダイオード（４）とを有し、 ツェナーダイオード（４）のアバランシェ電圧（ＶBR）
が前記ブレークオーバー電圧（ＶBO）より低く、予め決
められたしきい値より長い持続時間または振幅を有する
過電圧に対してのみ前記ブレークオーバー電圧より高く
なるように選択されたことを特徴とする過電圧保護デバ
イス。 - 【請求項２】 請求項１記載による過電圧保護デバイス
を組み込んだモノリシック半導体装置において、 Ｎ形半導体基板（２０）と、 第１の垂直な部分に、前記アバランシェトリガサイリス
タ（６）を形成するために適合した層（２１，２２，２
３）と、 第２の垂直な部分に、ツェナーダイオード（４）を形成
するために適合した層（２５，２６）と、 前記ツェナーダイオードのアノードと前記サイリスタの
カソードとを短絡する金属化された上部表面（２８）
と、 前記ツェナーダイオードのカソードと前記サイリスタの
アノードとを短絡する金属化された下部表面（２９）と
を有し、 前記Ｎ形半導体基板（２０）と上部Ｐ層（２１，２５）
との間のアバランシェ効果でトリガされるＮＰ接合は、
前記第１の部分より前記第２の部分で高い濃度勾配を有
することを特徴とするモノリシック半導体装置。 - 【請求項３】 請求項２記載のモノリシック半導体装置
において、 前記半導体基板（２０）の上部面に、前記サイリスタに
対する前記第１の位置に第１のＰ領域（２１）が、前記
ダイオードに対する位置に第２のＰ領域（２５）が形成
され、該第２のＰ領域（２５）は前記第１のＰ領域（２
１）より高い濃度勾配を有することを特徴とするモノリ
シック半導体装置。 - 【請求項４】 請求項２記載のモノリシック半導体装置
において、 前記半導体基板（２０）の上部面には、前記サイリスタ
のＰベース領域（２１，２５）及び前記ダイオードのア
ノード領域の下に、それぞれ前記サイリスタの基板より
高いドーピングレベルを有する第１のＮ領域（３５）
と、前記ダイオードの第１の領域より高いドーピングレ
ベルを有する第２のＮ領域（３６）とを設けたことを特
徴とするモノリシック半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9009265A FR2664760B1 (fr) | 1990-07-13 | 1990-07-13 | Dispositif de protection contre des surtensions et sa realisation monolithique. |
| FR9009265 | 1990-07-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129527A true JPH05129527A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=9398922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3198273A Withdrawn JPH05129527A (ja) | 1990-07-13 | 1991-07-15 | モノリシツク過電圧保護デバイス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5245499A (ja) |
| EP (1) | EP0467799B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05129527A (ja) |
| DE (1) | DE69122190T2 (ja) |
| FR (1) | FR2664760B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017189015A (ja) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | ファナック株式会社 | 入力過電圧保護回路 |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2256744A (en) * | 1991-06-11 | 1992-12-16 | Texas Instruments Ltd | A monolithic semiconductor component for transient voltage suppression |
| JP3111576B2 (ja) * | 1992-01-06 | 2000-11-27 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| US5532894A (en) | 1994-07-11 | 1996-07-02 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Overvoltage protection circuit |
| FR2769142B1 (fr) * | 1997-09-29 | 1999-12-17 | Sgs Thomson Microelectronics | Circuit de protection associable a un filtre |
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| US6249423B1 (en) * | 1998-04-21 | 2001-06-19 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Electrolytic capacitor and multi-anodic attachment |
| US6187028B1 (en) | 1998-04-23 | 2001-02-13 | Intermedics Inc. | Capacitors having metallized film with tapered thickness |
| US6110233A (en) * | 1998-05-11 | 2000-08-29 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Wound multi-anode electrolytic capacitor with offset anodes |
| DE19824154C2 (de) * | 1998-05-29 | 2003-07-17 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zum Schutz einer integrierten Schaltung |
| US6275729B1 (en) | 1998-10-02 | 2001-08-14 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Smaller electrolytic capacitors for implantable defibrillators |
| US6556863B1 (en) | 1998-10-02 | 2003-04-29 | Cardiac Pacemakers, Inc. | High-energy capacitors for implantable defibrillators |
| US6385222B1 (en) | 1998-11-19 | 2002-05-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module, and method for driving the semiconductor laser module |
| US6996145B2 (en) | 1999-11-01 | 2006-02-07 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module, and method for driving the semiconductor laser module |
| US6385490B1 (en) | 1999-12-16 | 2002-05-07 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Capacitors with recessed rivets allow smaller implantable defibrillators |
| EP1168537A1 (en) * | 2000-06-22 | 2002-01-02 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser module, and method for driving the semiconductor laser module |
| US6426864B1 (en) | 2000-06-29 | 2002-07-30 | Cardiac Pacemakers, Inc. | High energy capacitors for implantable defibrillators |
| EP2325263B1 (en) * | 2000-09-29 | 2013-01-23 | Life Technologies Corporation | Modified carbocyanine dyes and their conjugates |
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| DE102012111061A1 (de) * | 2012-11-16 | 2014-05-22 | Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg | Schutzschaltung für einen Stromwandler und Stromwandler mit einer Schutzschaltung |
| FR3004019A1 (fr) * | 2013-03-29 | 2014-10-03 | St Microelectronics Tours Sas | Composant de protection contre des surtensions |
| US10050436B2 (en) * | 2015-08-11 | 2018-08-14 | Eaton Intelligent Power Limited | Protection device for an electrical power system |
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| SE414357B (sv) * | 1978-08-17 | 1980-07-21 | Asea Ab | Overspenningsskydd for skydd av halvledarkomponenter av lageffekttyp |
| US4322767A (en) * | 1980-02-11 | 1982-03-30 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Bidirectional solid-state protector circuitry using gated diode switches |
| JPS62110435A (ja) * | 1985-11-04 | 1987-05-21 | シ−メンス、アクチエンゲゼルシヤフト | 加入者線の過電圧保護用集積回路装置 |
| FR2598043A1 (fr) * | 1986-04-25 | 1987-10-30 | Thomson Csf | Composant semiconducteur de protection contre les surtensions et surintensites |
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| WO1990003681A1 (en) * | 1988-09-20 | 1990-04-05 | Raychem Limited | Circuit protection arrangement |
-
1990
- 1990-07-13 FR FR9009265A patent/FR2664760B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-07-09 DE DE69122190T patent/DE69122190T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-09 EP EP91420237A patent/EP0467799B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-12 US US07/728,226 patent/US5245499A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-15 JP JP3198273A patent/JPH05129527A/ja not_active Withdrawn
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| JP2017189015A (ja) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | ファナック株式会社 | 入力過電圧保護回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2664760A1 (fr) | 1992-01-17 |
| US5245499A (en) | 1993-09-14 |
| EP0467799B1 (fr) | 1996-09-18 |
| EP0467799A1 (fr) | 1992-01-22 |
| DE69122190T2 (de) | 1997-04-24 |
| FR2664760B1 (fr) | 1996-09-27 |
| DE69122190D1 (de) | 1996-10-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981008 |