JPH065708A - モノリシック半導体保護構成要素 - Google Patents

モノリシック半導体保護構成要素

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JPH065708A
JPH065708A JP5012359A JP1235993A JPH065708A JP H065708 A JPH065708 A JP H065708A JP 5012359 A JP5012359 A JP 5012359A JP 1235993 A JP1235993 A JP 1235993A JP H065708 A JPH065708 A JP H065708A
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Robert Pezzani
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常破壊的な過電圧の発生の後でも動作状態
でとどまるモノリシック半導体保護構成要素を提供す
る。 【構成】 モノリシック保護半導体構成要素は半導体チ
ップの第1の表面上に現われる第1の半導体領域(1
1)と、第2の表面上に現われる第2の半導体領域(1
2)との間に接続される。第1の領域(11)はいくつ
かの重複しないエリアに分割される。各エリアは金フィ
ラメント等のヒューズ(26)を介して共通電極(2
7)に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
【0002】
【発明の分野】この発明はモノリシック形状で実現され
る半導体保護構成要素に関する。かかる保護構成要素
は、その端子に与えられる電圧が予め定められたしきい
値を超えるときにその電圧をクリップするように意図さ
れる。クリッピング位相の間、構成要素にかかる電圧
は、構成要素がアバランシェダイオード型の場合は予め
定められたしきい値で維持され、または保護構成要素が
ゲートなしトライアック等のブレークオーバー型の4層
構成要素の場合は実際的に0値へ降下する。
【0003】
【関連技術の議論】図1において、保護構成要素1は、
従来的には、保護されるべき回路5の供給源2と供給入
力端子3および4との間のラインに並列接続される。
【0004】上に示されたように、かかる構成要素は多
様な方法で実現され得る。図2はN型半導体サブストレ
ート10上に形成されるアバランシェダイオードの構造
を示す。このサブストレートの前部表面領域はP型領域
11を含み、かつ後部表面領域はN型のオーバードープ
された領域12を含む。サブストレートの上部表面は、
領域11が形成されるエリアを描くように作用する通常
はシリコン酸化物である分離層13で被覆される。上部
表面は領域11に接触する金属化層15(metallizatio
n )で被覆される。
【0005】慣用的に、サブストレートの下部表面は半
田プリフォーム17によって熱シンクとして作用するベ
ース16上に取付けられ、かつ金属化層15は接続
「爪」に直接溶接される。
【0006】図2に示されるような保護構成要素は金属
化層15とベース16との間の過電流または過電圧を吸
収するように意図される。この構成要素のサイズは予め
定められたエネルギリミットまで過負荷を吸収するよう
に考案される。しかしながら、構成要素を破壊するおそ
れのある過電流レベルが常に存在する。通常、かかる破
壊は上部金属化層と下部金属化層との間の短絡領域18
の発生の結果として生じる。それから一旦過電圧が通過
すると、構成要素は短絡されたままであり、図1に示さ
れるような回路の場合は、回路5は電源2が短絡される
のでその端子3と端子4との間でもう電流を与えられな
い。この状況は二重の欠点を構成する。回路5を再び動
作させるために、構成要素1を脱接続することが必要で
あり、もし回路を保護することが所望されれば、構成要
素1は新しい構成要素と取換えられなければならない。
この動作は常に危機的であり、衛星で使用される回路の
ため等のいくつかの応用においては、保護機能の品質に
悪影響を及ぼす2倍の量の構成要素およびスイッチング
回路の提供を必要とする。
【0007】この問題を解決するために、実務として
は、滅多に発生しない高電圧を吸収することが可能な特
大の保護構成要素を使用することである。
【0008】
【発明の概要】この発明の目的は、通常は破壊的な過電
圧の発生の後でさえも動作状態のままであるモノリシッ
ク半導体保護構成要素を提供することである。
【0009】この目的および他の目的を達成するため
に、この発明は半導体チップの第1の表面上に配置され
る第1の半導体領域と第2の表面上に配置される第2の
半導体領域との間に接続されるモノリシック半導体保護
構成要素を提供する。第1の領域はいくつかの重複しな
いに分割される。各エリアはヒューズを介して共通電極
に接続される。
【0010】この発明の実施例によれば、短絡がヒュー
ズに対応するエリアと第2の領域との間で発生する場
合、各ヒューズは構成要素が接続される回路の通常の給
電条件で開くように寸法決めされる。
【0011】この発明の実施例によれば、各ヒューズは
金フィラメントで作られる。この発明の実施例によれ
ば、各ヒューズは金属化層で作られる。
【0012】この発明の実施例によれば、保護構成要素
はアバランシェダイオードである。第1の領域は第2の
導電型のサブストレートの第1の表面に形成される第1
の導電型の領域であり、かつ第2の領域はサブストレー
トの第2の表面に形成される第2の導電型の領域であ
る。
【0013】この発明の実施例によれば、保護構成要素
は2つの第1の領域を含み、その各々はそれ自身と第2
の領域との間で保護構成要素を形成し、かつ第1の領域
の各々は重複しないに分割される。第1のグループのエ
リアの各エリアはヒューズによって第1の電極に接続さ
れる。第2のグループのエリアの各々のエリアはヒュー
ズによって第2の電極に接続される。
【0014】言換えれば、この発明は、セルが過電圧に
よって破壊されるとき、このセルに関連したヒューズは
破壊されるが構成要素は残りの良好な他のセルのために
動作を続けるような多細胞保護構成要素を提供する。
【0015】この発明に従う保護回路は、保護されるべ
きライン上で非常に高い過電圧が発生したことを示すア
ラーム検出器と関連させることができる。そうすれば、
構成要素はなお動作しておりかつその関連した回路がな
お動作している状態で、都合のよいときにメンテナンス
動作の間に構成要素を変えることが可能である。5セル
構成要素の場合、構成要素は、3つの過電圧が3つの個
々のセルを破壊したとしてもなお動作可能であろうとい
うことが仮定される。
【0016】この発明の前述および他の目的、特徴、局
面および利点は、添付の図面とともに読まれるこの発明
の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【0017】半導体回路の表現において慣用的な半導体
構成要素の断面図を示す様々な図面において、様々な層
のサイズは実寸で描かれず、より特定的にはその厚さは
図面を単純化しかつ図面の判断しやすさを容易にするた
めに恣意的に拡大される。当業者は所望される特性を得
るために様々な厚さを選択することが可能である。
【0018】
【詳細な説明】図3Aはこの発明に従って修正された、
図2の構成要素と同一の型の保護構成要素を示す。これ
らの図面において、同一のエレメントは同一の参照番号
で示される。この発明に従って、P型領域11はいくつ
かの重複しないP型領域21と取換えられ、その各々は
金属化層25で被覆される。各々の金属化層25はヒュ
ーズ26を介して陽極電極27に接続される。表わされ
る実施例において、陽極電極27は接続耳であり、かつ
各ヒューズ26は直径50μmのフィラメント等の金フ
ィラメントで作られる。実務では、これらのフィラメン
トはまたアルミニウムでできてもよく、かつ集積回路チ
ップの金属化層上にコンタクトを得るために通常使用さ
れるフィラメントと類似している。したがって、通常の
動作条件で、図3Aの構造は図2のダイオードと同一の
行動を有する、多細胞構造(表わされる実施例中では4
ダイオード構造)である。
【0019】通常の過電圧の場合、セルはアバランシェ
モードで並列に動作する。そのモノリシック構造のため
に接合が同一でありかつ同一の逆特性を有するので、エ
ネルギはセルの間で均等に分配される。したがって通常
の動作は従来の構成要素と同一である。
【0020】チップの電流の流れの許容量よりも高い値
を有する過電流を結果として生じる、過度の過電圧の場
合、図2に関連して説明された短絡現象が発生する。し
かしながら、図3Bに示されるこの発明に従う構造で
は、短絡領域28は単一のセル上で発生する。この破壊
のモードは、PN接合を短絡させる上部コンタクトと下
部コンタクトとの間でチップ中にヒューズチャネルが発
生することに対応するということを実験は示している。
電流焦点機構に関連したこのチャネルは、破壊が発生す
るとすぐに直径数百μmに制限される。したがって、図
3Bの短絡領域28によって示されるように、単一のセ
ルが破壊される。この破壊現象は約数十マイクロ秒で非
常に迅速に発生しがちである。したがって、図1の取付
図を戻って参照して、電圧ソース2からの電流は、過電
圧の終了の後でも保護構成要素を通って流れる。この発
明によれば、接続フィラメント26はソース電流の影響
下で溶断するように選択される。図3Cに示されるよう
に、すべての短絡されたソース電流はヒューズとして作
用するフィラメントの1つを通過し、かつフィラメント
は溶断し、かつ損傷されたセルを脱接続する。それか
ら、構成要素はその最初の特性(その保護機能)を取り
戻すが、4つのダイオードの代わりに3つの並列ダイオ
ードのみを含む。唯一の違いは、構成要素のセルを破壊
するおそれのある過度の過電圧値は、構成要素が図3A
の構成を有するときよりも図3Cの構成を有するときに
わずかに低いことである。
【0021】上の説明において、この発明の一実施例が
一方向保護ダイオードに関連して説明されてきた。この
発明はまた二方向保護ダイオードの実現にも適用され
る。図4はこの発明に従う二方向保護ダイオードの例証
的実施例を示す。図4は再び、セルの半分が第1の電極
31に接続され、かつ残り半分のセルが第2の電極32
に接続される多細胞ダイオードを示す。ベース16はも
はや電極を構成せず単に熱シンクであり、かつ過電圧の
場合電流が電極31と32との間で流れることを可能に
する後部面導体である。たとえば、電極31上の負の過
電圧の場合、図4の左部分のダイオードはアバランシェ
モードに切換わり、かつ電流は電極31からベース16
に流れ、それからこの場合順方向バイアスされる接合P
Nを通ってベース16から電極32へ流れる。先の例
(図3A−図3Cに示される一方向保護ダイオード)に
おいてと同一の方法で、過度の過電圧の場合、電極31
または32に接続されるフィラメント26の1つは破壊
される。
【0022】金フィラメント26は、約10ミリ秒等の
過電圧パルスの持続期間に対して長時間の持続時間の間
短絡電流が一旦流れると破壊されるように寸法決めされ
る。
【0023】27ボルトのアバランシェ電圧を有する5
つのダイオードの組を含むモノリシックチップを含む、
この発明の具体例において、ダイオードあたりの表面は
1mm2 であり、ダイオードはショック波の間の8/2
0波(つまり8ミリ秒の立上がり時間と20ミリ秒の立
下がり時間とを有する過電圧)と280アンペア強度と
の発生によって破壊され得るということが理解される。
それから金フィラメントが約50μmの直径を有すると
すれば、供給電圧ソースが約15ボルトの電圧を有する
場合、損傷されたダイオードは約10ミリ秒の間の3.
5アンペアの電流によって金フィラメントが溶断するた
めに、短絡される。
【0024】具体例で上に説明されてきたこの発明に対
して様々な修正がなされ得る。上述において、説明され
たヒューズ26は金属化層されたエリアを電極または耳
に接続する金フィラメントによって形成される。当業者
は校正されたフィラメントを実現するために金以外の材
料を使用することができる。加えて、ダイオード金属化
層の各々は、チップ上に形成されたヒューズによって半
導体チップ上に生成された金属エリアによって形成され
る電極に接続されることができ、ヒューズは、たとえば
コンタクトを形成する材料と同一の材料または任意の他
の選択された材料の薄い金属生成の形での任意の公知の
技術によって構成される。
【0025】この発明は、保護構成要素がアバランシェ
モードで動作することを意図されるダイオードである場
合について上に説明されてきた。当業者は他の保護構成
要素がこの発明に従う多細胞構造に役立つことを理解す
るであろう。実際、サイリスタまたはゲートなしトライ
アック等の他の保護構成要素において、保護構成要素の
破壊は保護構成要素の小エリアの短絡に対応する。
【0026】この発明の一具体例を説明してきたが、当
業者にとっては様々な変更、修正および改良が容易に発
生するであろう。この開示によって明らかとなるかかる
変更、修正および改良はここで特には述べないがこの開
示の一部であると意図され、かつこの発明の精神および
範囲内であると意図される。したがって、これまでの説
明は例のみによるのであり、限定的とは意図されない。
この発明は前掲の特許請求の範囲およびその均等物にお
いて規定されるようにのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】現在の技術および遭遇される問題を示すよう意
図される図である。
【図2】現在の技術および遭遇される問題を示すように
意図される図である。
【図3】A、BおよびCは、破壊過電圧の発生前、発生
中、かつ過電圧の発生直後の3つの連続する状態におけ
るこの発明の実施例を示す図である。
【図4】2方向保護構成要素を構成するこの発明の他の
実施例を示す図である。
【符号の説明】
10 サブストレート 11 第1の半導体領域 12 第2の半導体領域 26 ヒューズ 27 共通電極 31 第1の電極 32 第2の電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップの第1の表面上に現われる
    第1の半導体領域(11)と、第2の表面上に現われる
    第2の半導体領域(12)との間に接続される、モノリ
    シック半導体保護構成要素であって、前記第1の領域は
    いくつかの重複しないエリアに分割され、かつ各エリア
    はヒューズ(26)を介して共通電極(27)に接続さ
    れる、保護構成要素。
  2. 【請求項2】 各ヒューズは、短絡が前記ヒューズに対
    応するエリアと前記第2の領域との間で発生するとき、
    前記構成要素が接続される回路の通常の給電条件で開く
    ように寸法決めされる、請求項1に記載の構成要素。
  3. 【請求項3】 各ヒューズは金フィラメント(26)で
    作られる、請求項1に記載の構成要素。
  4. 【請求項4】 各ヒューズは金属化層で作られる、請求
    項1に記載の構成要素。
  5. 【請求項5】 アバランシェダイオードを構成し、第1
    の領域は第2の導電型のサブストレート(10)の第1
    の表面に形成される第1の導電型の領域であり、かつ第
    2の領域は前記サブストレートの第2の表面に形成され
    る第2の導電型の領域である、請求項1に記載の構成要
    素。
  6. 【請求項6】 2つの第1の領域を含み、その各々は前
    記第1の領域と第2の領域との間で保護構成要素を形成
    し、第1の領域の各々は重複しないエリア(21)に分
    割され、第1のグループのエリアの各々のエリアはヒュ
    ーズ(26)を介して第1の電極(31)に接続され、
    かつ第2のグループのエリアの各々のエリアはヒューズ
    を介して第2の電極(32)に接続される、請求項1に
    記載の構成要素。
JP5012359A 1992-01-29 1993-01-28 モノリシック半導体保護構成要素 Withdrawn JPH065708A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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FR9201245A FR2686737A1 (fr) 1992-01-29 1992-01-29 Composant de protection semiconducteur auto-protege.
FR01245 1992-01-29

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JP5012359A Withdrawn JPH065708A (ja) 1992-01-29 1993-01-28 モノリシック半導体保護構成要素

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US (1) US5627711A (ja)
EP (1) EP0554195B1 (ja)
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DE (1) DE69308910T2 (ja)
FR (1) FR2686737A1 (ja)

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