JPH06139915A - 過電圧過電流に対する保護装置 - Google Patents

過電圧過電流に対する保護装置

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JPH06139915A
JPH06139915A JP28624692A JP28624692A JPH06139915A JP H06139915 A JPH06139915 A JP H06139915A JP 28624692 A JP28624692 A JP 28624692A JP 28624692 A JP28624692 A JP 28624692A JP H06139915 A JPH06139915 A JP H06139915A
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JP
Japan
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semiconductor
terminal
junction
overcurrent
fuse
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JP28624692A
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English (en)
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Riyouta Taniguchi
両太 谷口
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小電流の過電圧に対しても、微小電圧の過
電流に対しても有効に半導体回路などを保護する過電圧
過電流に対する保護装置を提供する。 【構成】 第1端子と第2端子とのあいだに過電流に対
し溶断するヒューズBが接続され、第1端子と第3端子
とのあいだに半導体接合部Aが接続され、半導体接合部
Aはp+ 型領域5a、5b、5cとn型領域4a、4
b、4c、4dの交互の接合体で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は過電圧過電流に対する保
護装置に関する。さらに詳しくは、外部からのサージな
どの過大な電圧および過大な電流の双方に対し、半導体
回路などを保護するための過電圧過電流に対する保護装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体回路などを外部からの過大
な電圧や電流から保護するため、鉛合金や金線などから
なるヒューズやツェナーダイオードの逆耐圧を利用した
ものが用いられている。
【0003】すなわち、ヒューズは半導体回路などと直
列に接続しておき、過大な電流が流れたばあいに溶断し
て半導体回路を保護するものである。また、ツェナーダ
イオードは半導体回路などと並列に逆方向に接続してお
き、動作電圧程度では逆方向に接続されているため、半
導体回路などに何ら影響を与えず、動作電圧より高い電
圧が印加されたばあいには、ダイオードの逆方向のブレ
ークダウンを利用して高電圧を吸収するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記ヒューズによる保
護は、サージ電圧のように電流が殆ど流れないで高電圧
が印加されるばあいには、半導体回路などが充分に保護
されず、回路装置内に高電圧が加わって、放電して不良
が発生するという問題がある。
【0005】また、ツェナーダイオードのブレークダウ
ンを利用するものでは、ブレーク電圧より低い電圧の過
電流に対しては保護されない。ツェナーダイオードをバ
ックツウバックで用いるばあい、数個のダイオードを直
列に連結しなければならないという問題がある。
【0006】本発明の目的は、このような問題を解決し
て、低電圧で過電流のノイズ入力に対しても、また高電
圧で微小電流のノイズ入力に対しても、有効に半導体回
路などを保護する過電圧過電流に対する保護装置を提供
することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の過電圧過電流に
対する保護装置は、p型領域とn型領域が交互に接合さ
れて少なくとも一組のpn接合とnp接合が形成される
半導体接合部と、過電流に対して溶断するヒューズとか
らなり、該ヒューズの両端がそれぞれ第1端子および第
2端子として導出され、前記半導体接合部の一端側が前
記第1端子もしくは第2端子またはそのあいだに接続さ
れ、該半導体接合部の他端側が第3端子として導出され
ていることを特徴とする。
【0008】また、前記半導体接合部をポリシリコンで
形成すれば、逆耐圧は低くなるが製造プロセスが簡単で
容易に製造できる。
【0009】さらに、ヒューズとしてアルミニウム配線
などにより半導体基板上に形成すれば、半導体接合部の
製造プロセスと同様に形成でき、容易に製造できる。
【0010】
【作用】本発明の保護装置によれば、過電流に対し溶断
するヒューズと、p型領域とn型領域が交互に接合さ
れ、pn接合とnp接合を少なくとも一組有する半導体
接合部を具備し、ヒューズの両端子である第1端子と第
2端子を保護すべき半導体回路などに直列に接続し、半
導体接合部の第3端子を並列に接続できるようにされて
いるため、低電圧過電流に対してはヒューズが溶断して
半導体回路などを保護し、微小電流過電圧に対しては半
導体接合部でショートして半導体回路などを保護する。
そのため、いかなる過電圧、過電流のノイズに対しても
有効に半導体回路などを保護できる。
【0011】また本発明による保護装置の半導体接合部
はp型領域とn型領域を多段に接合して形成しているた
め、半導体回路などの動作電圧に応じて多段の数を増や
すことにより、高い耐圧のものを形成でき、面積の小さ
なチップで高耐圧の保護装置を形成できる。
【0012】
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明について説
明する。図1は、本発明の過電圧、過電流に対する保護
装置(以下、保護装置という)の一実施例を示す正面
図、図2は図1の保護装置のII−II線断面図、図3は図
1の半導体接合部の要部拡大図、図4は図1の半導体接
合部の電圧−電流特性を示すグラフ、図5〜7はそれぞ
れ本発明の半導体接合部の他の実施例を示す要部拡大
図、図8は本発明の半導体接合部のさらに他の実施例を
示す断面説明図、図9は本発明の半導体接合部のさらに
他の実施例を示す断面説明図である。
【0013】本発明の保護装置の一実施例は図1〜3に
示されるように構成される。すなわち、本発明の保護装
置は半導体接合部AとヒューズBとからなっている。
【0014】本実施例による半導体接合部は、たとえば
p型半導体基板1の上層のp型エピタキシャル層2にp
+ 型領域5が形成され、その中にn型領域4a、4b、
4c、4dが形成され、n型領域4a、4b、4c、4
dのあいだのp型領域5a、5b、5cとの接合面にp
n接合またはnp接合3が形成されている。
【0015】前記エピタキシャル層2の表面には、CV
D法によるSiO膜6が設けられ、さらにその表面に
SiN膜8が形成されている。そして第1のn型領域4
aおよび第4のn型領域4dの上方のSiO膜6およ
びSiN膜8が一部除去されて開口部7c,7bが形成
され、ボンディングパッド9c、9bが形成されてい
る。ボンディングパッド9bは、開口部7bからアルミ
ニウム配線10により導出されて離間したSiN膜8の表
面の適当な位置に形成されている。そして、ボンディン
グパッド9cおよび9bの上部にはボンディングワイヤ
11c,11bが接続され、外部リードに接続されてそれぞ
れ第3端子と第2端子とされている。
【0016】叙上のように構成される半導体接合部は、
n型領域およびp+ 型領域が交互に形成されることによ
り、複数個のダイオードがバックツウバックに配置され
た構造になっている。したがって、双方向ツェナーダイ
オードとして機能する。たとえば、図4に示されるよう
に比較的低い電圧がpn接合3に印加されているときは
電流はほとんど流れない(区間C)。しかし、ある電圧
以上(または−V以下)の電圧が印加されれば、
ツェナー降伏が起こり、pn接合部3内部に電流が大量
に流れ出す(区間D)。これにより、高電圧の印加をス
トップさせることができ、保護されるべき半導体回路な
どの破壊を防止できる。このpn接合部が多数形成され
ればされる程前記降状電圧Vは高くなり、目的に応じ
てpn接合の段数が決められる。
【0017】また、図1に示されるように、本実施例に
よるヒューズBは金線21がボンディングパッド9aと9
bのあいだに接続され、それぞれワイヤボンディングな
どで外部リードに接続されて第1端子、第2端子とされ
ている。この金線21は保護されるべき半導体回路などの
電流値に応じて太さが決められ、ある一定以上の電流が
入力されたばあいには溶断するようになっている。ま
た、金線21のパターンによっても破壊耐量は決定され
る。このヒューズBは金線21でなくも、アルミニウムな
どの配線膜で半導体プロセスの一環として形成すること
もでき、また鉛合金などの低融点金属材料で形成するこ
ともできる。
【0018】本発明の保護装置はこのような構成になっ
ており、第1端子と第2端子が保護されるべき半導体回
路などと直列になるように接続され、第1端子と第3端
子が保護されるべき半導体回路などと並列になるように
接続されれば、低電圧で過電流が入力されたときはヒュ
ーズBが溶断して半導体回路などが保護され、微小電流
で過電圧が入力されたときは半導体接合部Aで短絡され
て半導体回路などが保護される。
【0019】前記実施例では矩形形状にp+ 型領域また
はn型領域を形成しているが、円形状や直線状に形成さ
れてもよく、また図5に示されるように、角部に円弧部
12を設けたり、図6に示されるように、角部に面取り部
13を設けると一層耐圧を向上させることができる。ま
た、円弧部12または面取り部13により角部に電界を集中
させないことによってSiN膜8(図2参照)の応力を
分散させることができ、過電流破壊などが防止でき、信
頼性が向上する。
【0020】さらに、図7に示されるように、p+ 型領
域5a、5b、5c…とn型領域4a、4b、4c…の
接合面を波状に構成することにより、pn接合3の面積
が増大し、耐圧が向上する。
【0021】つぎに半導体接合部のさらに他の実施例を
説明する。図8に示されるように、n形半導体基板14の
上のn+ 形エピタキシャル層15の離間した位置にイオン
注入などにより2つのp型領域16c,16bが形成され、
+ 型エピタキシャル層15の一部およびp型領域16c,
16bによってpn接合およびnp接合が形成されたもの
である。
【0022】また、前記各実施例ではpn、np接合を
横方向に形成する例を示したが、図9に示されるよう
に、半導体基板17内部に縦方向にn型領域18およびp型
領域19を交互に積層し、上下の端面に電極板20c,20b
が設けられてなる構造でもよい。
【0023】なお、前述の各実施例では一例として、半
導体基板、エピタキシャル層およびn型、p型の導電型
を決めたが、それぞれ逆の導電型で形成してもよい。ま
たp型領域とn型領域の接合段数は、使用目的の耐圧に
応じて適宜決められる。
【0024】さらに、半導体接合部は必ずしも半導体単
結晶基板を使用しなくても、ポリシリコンで形成するこ
とができる。単結晶Siでの静電破壊耐量は約800 V程
度であるのに対し、ポリシリコンでは約400 V程度と低
いが、製造工程が簡単で、簡易に製造するばあいに適し
ている。
【0025】
【発明の効果】本発明による保護装置は、過電流により
溶断するヒューズと、過電圧のばあいに短絡する半導体
接合部とを具備しているため、低電圧過電流に対しても
微小電流高電圧に対しても遮断することができ、有効に
半導体回路などを保護することができる。
【0026】さらに本発明によれば、半導体接合部をp
型領域とn型領域の連続接合で形成しているため、段数
を増やすことにより保護すべき過電圧を設定でき、高電
圧で使用する装置の保護にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の保護装置の一実施例を示す正面図であ
る。
【図2】図1の保護装置のII−II線断面図である。
【図3】図1の半導体接合部の要部拡大図である。
【図4】図1の半導体接合部の電圧−電流特性を示すグ
ラフである。
【図5】本発明の半導体接合部の他の実施例を示す要部
拡大図である。
【図6】本発明の半導体接合部のさらに他の実施例を示
す要部拡大図である。
【図7】本発明の半導体接合部のさらに他の実施例を示
す要部拡大図である。
【図8】本発明の半導体接合部のさらに他の実施例を示
す断面説明図である。
【図9】本発明の半導体接合部のさらに他の実施例を示
す断面説明図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 3 pn接合 4 n型領域 5 p+ 型領域 9a 第1のボンディングパッド(第1端子) 9b 第2のボンディングパッド(第2端子) 9c 第3のボンディングパッド(第3端子) 21 金線 A 半導体接合部 B ヒューズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型領域とn型領域が交互に接合されて
    少なくとも一組のpn接合とnp接合が形成される半導
    体接合部と、過電流に対して溶断するヒューズとからな
    り、該ヒューズの両端がそれぞれ第1端子および第2端
    子として導出され、前記半導体接合部の一端側が前記第
    1端子もしくは第2端子またはそのあいだに接続され、
    該半導体接合部の他端側が第3端子として導出されてな
    る過電圧過電流に対する保護装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体接合部がポリシリコンで形成
    されてなる請求項1記載の保護装置。
  3. 【請求項3】 前記ヒューズが半導体基板上にアルミニ
    ウム配線により形成されてなる請求項1記載の保護装
    置。
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