JP2013197189A

JP2013197189A - 電子部品モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2013197189A
Application number: JP2012060888A
Authority: JP
Inventors: Jun Takagi; 純高木; Yutaka Takeshima; 裕竹島; Toshiyuki Nakaiso; 俊幸中磯
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】動作電圧印加時において、抵抗値の上昇を抑制できるアンチヒューズ素子を提供する。
【解決手段】８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚みを有する誘電体膜と、前記誘電体膜の一方主面に設けられた第１の電極膜と、前記絶縁膜の他方主面に設けられた第２の電極膜と、前記第１の電極膜と接続された第１の引出電極と、前記第２の電極膜と接続された第２の引出電極と、を有し、前記第１の引出電極と前記第２の引出電極が２つ以上設けられていることを特徴とするアンチヒューズ素子
【選択図】図１

Description

本発明は、アンチヒューズ素子に関し、より詳しくは通電時の抵抗上昇を抑制できるアンチヒューズ素子に関する。

近年、低消費電力、長寿命、小型という利点から照明機器のＬＥＤへの置き換えが進んでいる。ＬＥＤ照明機器では、ＬＥＤ素子を直列に接続し電流値で輝度をコントロールする。このとき、１つのＬＥＤ素子が断線不良を起こすと、断線不良を起こしたＬＥＤ素子と直列に接続されているＬＥＤ素子が全て消灯してしまうという課題がある。

このような課題を解決するために、アンチヒューズ素子をＬＥＤ素子と並列に接続することが行われている。アンチヒューズ素子は、ＬＥＤ素子が動作しているときは絶縁状態にあるが、ＬＥＤ素子が断線した場合は、導通状態となって、バイパス回路として機能する。これによって、断線不良を起こしたＬＥＤ素子と直列に接続されているＬＥＤ素子が全て消灯してしまうことを防止できる。

図７は、従来のアンチヒューズ素子の断面図である。図７に示すアンチヒューズ素子１０１は、Ｓｉ単結晶基板１０２の表面に、ＳｉＯ₂膜１０３、密着層１０４を介して貴金属からなる第１の電極膜１０５、誘電体膜１０６、および貴金属からなる第２の電極膜１０７よりなる容量部１０８が形成されている。そして、第１の電極膜１０５は、卑金属からなる第１の引出電極１１０に電気的に接続され、第２の電極膜１０７は、卑金属からなる第２の引出電極１１１に接続され、第１の引出電極１１０および第２の引出電極１１１はそれぞれ、卑金属からなる第１の外部電極１１２および第２の外部電極１１３と接続されている。

上記に示すアンチヒューズ素子１０１を、例えばＬＥＤ素子と並列に接続して使用する場合、ＬＥＤ素子が正常に動作しているときは、第１の電極膜１０５と第２の電極膜１０７は互いに離間し、絶縁状態となっている。一方、アンチヒューズ素子１０１に並列に接続されたＬＥＤ素子が断線不良を起こした場合に、第１の外部電極１１２、第２の外部電極１１３に動作電圧が印加され容量部１０８に電流が流れこむことになる。それに伴い発熱が生じ、第１の電極膜１０５、第２の電極膜１０７が溶融するとともに、誘電体膜１０６が分断され、第１の電極膜１０５と第２の電極膜１０７が融着する。その結果、第１の電極膜１０５と第２の電極膜１０７が導通状態となり、断線不良を起こしたＬＥＤ素子と直列に接続されているＬＥＤ素子が全て消灯してしまうことを防止できる。このようなアンチヒューズ素子１０１は、例えば特許文献１に開示されている。

ＷＯ２０１０／１００９９５号パンフレット

ところで、アンチヒューズ素子１０１において、誘電体膜１０６が分断され、第１の電極膜１０５と第２の電極膜１０７が融着した後に、アンチヒューズ素子１０１に通電した際、素子の抵抗に起因する発熱が生じることがある。そうすると、第１の引出電極１１０、および第２の引出電極１１１が酸化し、アンチヒューズ素子の抵抗値上昇につながることがある。このため、通電時の抵抗値上昇を抑制できるアンチヒューズ素子が求められている。

そこで、この発明の目的は、通電時の抵抗値上昇を抑制できるアンチヒューズ素子を提供しようとすることである。

上記問題点を解決するために、本発明に係るアンチヒューズ素子は、８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚みを有する誘電体膜と、前記誘電体膜の一方主面に設けられた第１の電極膜と、前記誘電体膜の他方主面に設けられた第２の電極膜と、前記第１の電極膜と電気的に接続された第１の引出電極と、前記第２の電極膜と電気的に接続された第２の引出電極と、を有し、前記第１の引出電極と前記第２の引出電極がそれぞれ２つ以上設けられていることを特徴としている。

また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、第１の引出電極と第２の引出電極とがそれぞれ互いに隣り合うように配置されていてもよい。

また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、第１の引出電極と第２の引出電極とが格子状に配置されていてもよい。

また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、少なくとも２つの第１の引出電極と電気的に接続するように設けられた第１の外部電極と、少なくとも２つの第２の引出電極と電気的に接続するように設けられた第２の外部電極とを更に有していてもよい。

本発明に係るアンチヒューズ素子は、通電時の抵抗値上昇を抑制することができる。

本発明に係るアンチヒューズ素子の一例を示す平面図である。図１のアンチヒューズ素子のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂにおける断面図である。本発明に係るアンチヒューズ素子の製造工程を示す断面図である。本発明に係るアンチヒューズ素子の製造工程を示す断面図である。本発明に係るアンチヒューズ素子の別の例を示す平面図である。図５のアンチヒューズ素子のＥ−Ｅ、Ｆ−Ｆにおける断面図である。従来のアンチヒューズ素子の一例を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の一形態に係るアンチヒューズ素子１の平面図である。そして、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａにおける断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂにおける断面図である。

図１に示すとおり、アンチヒューズ素子１は、第１の端子電極１２と、第２の端子電極１３とが、格子状かつ互いに隣り合うように配置されている。

このアンチヒューズ素子１は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、酸化物層３が表面に設けられた基板２上に密着層４が設けられている。そして、密着層４の表面には第１の電極膜５、誘電体膜６、及び第２の電極膜７が順次設けられ、容量部８を形成している。また、第２の電極膜７の表面には、絶縁層９が設けられている。そして、第１の電極膜５には、複数の第１の引出電極１０ａ〜１０ｈが接続されており、第１の引出電極１０ａ〜１０ｈにそれぞれ第１の端子電極１２が接続されている。また、第２の電極膜７には、複数の第２の引出電極１１ａ~１１ｈが接続されており、第２の引出電極１１ａ~１１ｈにそれぞれ第２の端子電極１３が接続されている。そして、容量部８を覆い、第１の端子電極１２および第２の端子電極１３が露出するよう第１の保護膜１４および第２の保護膜１５が設けられている。

基板２には、例えばＳｉＯ₂が形成されたＳｉ基板が使用される。

また、第１の電極膜５および第２の電極膜７には、動作電圧が印加されたときに、通電による発熱で溶融した際に、酸化や高抵抗化しない高融点の貴金属材料を用いることが好ましく、例えば、Ｐｔ、Ａｕなどが挙げられる。

また、誘電体膜６には、例えば（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ₃（以下「ＢＳＴ」略すことがある）が用いられる。誘電体膜の厚みは、動作電圧印加時に分断することができ、動作電圧未満では、絶縁性を確保できるように８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に設定される。

また、絶縁層９には、例えば誘電体膜６と同一の組成系のものが用いられる。絶縁層９の存在により、容量部８のリーク電流を低減することができる。同一の組成系とは、主たる構成要素の比率が異なる材料や、異なる微量元素を含有する材料を含む。また、絶縁層９は密着層４と同一の材料であることがより好ましい。

また、第１の保護膜１４には、例えばＳｉＮ_x（窒化シリコン）やＳｉＯ₂が用いられる。

また、第２の保護膜１５には、例えばポリイミド樹脂が用いられる。

次に、上記アンチヒューズ素子の製造方法の一例を図３〜図４に基づき説明する。

まず、図３（ａ）のように、基板２として、例えば５００〜１０００ｎｍの酸化物層３が形成されたＳｉ基板を用意する。酸化物層３はＳｉ基板を熱処理することにより得られる。

次に、図３（ｂ）のように、密着層４、第１の電極膜５、誘電体膜６、第２の電極膜７、絶縁層９を形成する。

まず、基板上に、密着層４としてＢＳＴ層を形成する。密着層４は例えば化学溶液体積法で形成される。すなわち、酸化物層３が形成されたＳｉ基板の上面に、Ｂａ：Ｓｒ：Ｔｉ＝７０：３０：１００（モル比）となるように、有機金属化合物を含む誘電体原料溶液をスピンコートにより塗布し、３００〜４００℃で乾燥する。その後、６００〜７００℃で１０〜６０分加熱処理する。このようにして厚さ１０〜１００ｎｍのＢＳＴ層からなる密着層４を形成する。

次に、密着層４の表面に第１の電極膜５、誘電体膜６、第２の電極膜７を形成して容量部８を得る。例えば、第１の電極膜５として、密着層４の表面にスパッタリング法を用いて厚さ１００〜５００ｎｍのＰｔ層を形成する。続いて、Ｐｔ層の表面に、前述した密着層４と同様の形成方法で、厚さ８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下のＢＳＴ層からなる誘電体膜６を形成する。更にＢＳＴ層の表面に、前述した第１の電極膜５と同様の形成方法で、厚さ１００〜５００ｎｍのＰｔ層からなる第２の電極膜７を形成する。そして、前述した密着層４と同様の形成方法により厚さ１０〜１００ｎｍのＢＳＴ層からなる絶縁層９を、第２の電極膜７の表面に形成する。

次に、図３（ｃ）のように、絶縁層９および第２の電極膜７のパターニングを行う。まず、絶縁層９のパターニングを行う。例えば、絶縁層９の表面にレジストを塗布し（図示しない）、露光、現像によりレジストパターンを形成する（図示しない）。そして、Ａｒイオンミリング法により、第２の電極膜７が複数の箇所で露出するようにレジストを除去する。

次に、上記と同様の方法で、誘電体膜６が複数の箇所で露出するように、第２の電極膜７をパターニングし、レジストを除去する。

更に、上記と同様の方法で、後述する第１の保護層１４を設ける箇所を確保できるように、密着層４をパターニングし、レジストを除去する。その後、７００〜９００℃で３０分間の熱処理を行う。

次に、図３（ｄ）のように、容量部８と第１の絶縁層９とを被覆するように例えば、ＰＥＣＶＤ法やスパッタリング法により、厚さ２００〜１０００ｎｍの第１の保護層１４を形成する。そして、第１の保護層１４の表面に、例えば感光性樹脂材料をスピンコートし、１２０℃で５分間加熱し、露光、現像、３２０℃で３０分間加熱することで膜厚２〜１０μｍのポリイミド樹脂の第２の保護層１５を形成する。

そして、図４（ａ）のように、例えば、第２の保護層１５をマスクパターンとして使用し、ＣＨＦ₃ガスを用いたドライエッチングで第１の保護層１４と誘電体膜６をパターニングし、第１の電極膜５と第２の電極膜７をそれぞれ４箇所ずつ露出させる。

次に、図４（ｂ）のように、第１の引出電極１０ａ〜１０ｄと第２の引出電極１１ａ〜１１ｄを形成する。第１の引出電極１０ａ〜１０ｄと第２の引出電極１１ａ〜１１ｄは、例えば、マグネトロンスパッタ法を用いて、Ｔｉ層を形成し続いてＣｕ層を連続的に成膜することによって形成できる。その後、第１の引出電極１０ａ〜１０ｄとそれぞれ接続する第１の端子電極１２と第２の引出電極１１ａ〜１１ｄとそれぞれ接続する第２の端子電極１３を形成する。第１の端子電極１２、第２の端子電極１３は、例えば、第１の引出電極１０ａ〜１０ｄと第２の引出電極１１ａ〜１１ｄの表面に、Ｎｉめっき膜、Ａｕめっき膜を順次成膜することによって形成できる。

なお、上記に示す製造方法の一例は、図２（ａ）に対応する箇所について示したが、図２（ｂ）に対応する箇所の製造方法の一例は、上記に示す製造方法と同様であるので省略する。

上記に示すアンチヒューズ素子１を、例えばＬＥＤ素子と並列に接続して使用する場合、ＬＥＤ素子が正常動作している場合は、第１の電極膜５と第２の電極膜７は誘電体膜６を介して絶縁状態にある。

一方、アンチヒューズ素子１に並列に接続されたＬＥＤ素子に断線不良が生じた場合、アンチヒューズ素子１に動作電圧が印加され容量部８に電流が流れ込むことになる。容量部８に流れ込んだ電流により、発熱が生じ、第１の電極膜５及び第２の電極膜７が溶融するとともに、誘電体膜６が分断され、第１の電極膜５と第２の電極膜７が融着する。

この後、アンチヒューズ素子１に通電した際に、第１の引出電極１０ａ〜１０ｈおよび第２の引出電極１１ａ〜１１ｈに、素子の抵抗に起因する熱が伝搬することになるが、本発明のアンチヒューズ素子のように、第１の引出電極と第２の引出電極を複数設けることにより、引出電極１つあたりに伝搬する熱量が低下し、引出電極の酸化を抑制し、通電時の抵抗値上昇を抑制できる。

また、第１の引出電極１０ａ〜１０ｈと第２の引出電極１１ａ〜１１ｈとを互いに隣り合うように配置することで、第１の引出電極から、第１の電極膜と第２の電極膜の融着部を介して第２の引出電極に導通する距離を短くすることができる。これによって、素子の抵抗が低下し、発熱が抑えられるため、第１の引出電極および第２の引出電極の酸化を抑制するとともに、アンチヒューズ素子の抵抗上昇を抑制できる。

また、第１の引出電極１０ａ〜１０ｈと第２の引出電極１１ａ〜１１ｈとを互いに格子状に配置することによって、誘電体膜が分断され第１の電極膜と第２の電極膜が融着する箇所と第１の引出電極および第２の引出電極との距離のばらつきを少なくすることができ、局所的な発熱の発生を防止できる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、第１の端子電極と第２の端子電極が複数設けられているが、図５、６に示すように、複数の第１の端子電極と第２の端子電極をまとめることも可能である。

図５は、本発明の別の実施形態に係るアンチヒューズ素子１ａの平面図である。そして、図６（ａ）は、図５のＥ−Ｅにおける断面図であり、図６（ｂ）は、図５のＦ−Ｆにおける断面図である。

図６(ａ)、（ｂ）に示すように、まず、第１の引出電極１０ｃ、１０ｄ、１０ｇ、１０ｈの表面に形成された第１の端子電極１２とそれぞれ接続する第１の外部引出電極１６と、第２の引出電極１１ａ、１１ｂ、１１ｅ、１１ｆの表面に形成された第２の端子電極１３とそれぞれ接続する第２の外部引出電極１７を設ける。そして、２つの第１の外部引出電極１６と接続する第１の外部電極１８、２０と２つの第２の外部引出電極１７と接続する第２の外部電極１９、２１を設ける。

このようにすることで、第１の端子電極と第２の端子電極をそれぞれ１つにまとめることができる。複数の第１の端子電極と第２の端子電極をまとめることによって、アンチヒューズ素子を実装する際に、ランドパターンが複雑化することを防止できる。また、第１の外部引出電極１６、第２の外部引出電極１７、第１の外部電極１８、第２の外部電極１９を被覆する保護膜２２、２３を設けてもよい。

なお、図６（ａ）、（ｂ）において、第１の引出電極１０ａ、１０ｂ、１０ｅ、１０ｆの表面に形成された第１の端子電極１２は第１の外部引出電極１６、第1の外部電極１８、２０と接続されておらず、また、第２の引出電極１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈの表面に形成された第２の端子電極１３は第２の外部引出電極１７、第２の外部電極１９、２１に接続されていない。しかしながら、第１の引出電極１０ａ〜１０ｈは、第１の電極膜５を介して互いに導通されており、第２の引出電極１１ａ〜１１ｈは、第２の電極膜７を介して互いに導通されている。

よって、第１の外部電極１８、２０に動作電圧が印加されれば、第１の引出電極１０ａ、１０ｂ、１０ｅ、１０ｆにも動作電圧が印加され、第２の外部電極１９、２１に動作電圧が印加されれば、第２の引出電極１１ｃ、１１ｄ、１１ｇ、１１ｈにも動作電圧が印加されることになる。

なお、各構成の層数、膜厚、形成方法、形成条件は単なる例示であり、アンチヒューズ素子の機能を損なわない範囲で任意に変更可能である。

１、１ａアンチヒューズ素子
２基板
３酸化物層
４密着層
５第１の電極膜
６誘電体膜
７第２の電極膜
８容量部
９絶縁層
１０ａ〜１０ｈ第１の引出電極
１１ａ〜１１ｈ第２の引出電極
１２第１の端子電極
１３第２の端子電極
１４第１の保護膜
１５第２の保護膜
１６第１の外部引出電極
１７第２の外部引出電極
１８、２０第１の外部電極
１９、２１第２の外部電極
２２、２３保護膜

Claims

８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の厚みを有する誘電体膜と、前記誘電体膜の一方主面に設けられた第１の電極膜と、前記誘電体膜の他方主面に設けられた第２の電極膜と、前記第１の電極膜と電気的に接続された第１の引出電極と、前記第２の電極膜と電気的に接続された第２の引出電極と、を有し、前記第１の引出電極と前記第２の引出電極がそれぞれ２つ以上設けられているアンチヒューズ素子。
前記第１の引出電極と第２の引出電極とがそれぞれ互いに隣り合うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンチヒューズ素子。
前記第１の引出電極と第２の引出電極とが格子状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンチヒューズ素子。
少なくとも２つの前記第１の引出電極と電気的に接続するように設けられた第１の外部電極と、少なくとも２つの前記第２の引出電極と電気的に接続するように設けられた第２の外部電極とを更に有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンチヒューズ素子。