KR101718524B1 - 정전 방전 보호 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

정전 방전 보호 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

열적인 불량을 방지하거나 줄이기 위해 복사 열방출을 이용하는 보호 구조를 갖는 정전 방전 소자가 제공된다. 이 소자는, 전극들(11, 12) 사이에 배치되어 정전 방전 조건에 해당할 때 열을 방출하기 위한 열 복사 표면(40)을 제공하도록 구성되는, 전압 스위칭-가능 폴리머(10)를 포함한다. 복사 전송 물질(19)이 열 복사 표면과, 정전 방전 사건이 발생할 때 열(20)을 복사하기 위한, 주변 환경 사이에 개재될 수 있다. 일 실시예에서는, 전극들을 정밀하게 이격시키기 위한 스페이서(50)가 추가될 수 있다. 소자의 제작을 위한 방법이 추가적으로 도시된다.

Description

정전 방전 보호 소자 및 그 제조 방법 {ESD PROTECTION DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 비반도체 정전 방전(electrostatic discharge; ESD) 보호를 이용하여 반도체 회로를 정전기 방전으로부터 보호하는 기술에 관한 것이다.
정전 방전 현상들은 집적회로 칩 (또는 IC 다이) 상에 통상적으로 형성되는 미세전자 회로들을 파괴할 수 있으며, 이에 따라 보호 수단이 통상적으로 집적회로 소자들 내에 형성된다. 칩 상에는 다이오드들이 배열될 수 있다. 전원 공급 또는 접지 전위 중의 하나의 전압을 초과하는 입출력 패드에 인가되는 전압들은 다이오드의 전도를 유발할 수 있다. 다이오드의 전도는 전압에 의해 유발되는 전류의 단락(shunt)을 가져올 수 있다. 다이오드들의 순간적인 전압 강하 이외에, 반도체의 내부 로직에 의해 보여지는 피크 전압(peak 전압)이 제한될 수 있다. 이러한 기술은 매우 일반적이며, 고속 신호 스위칭을 요구하지 않는 수많은 입출력 회로들에서 효과적이다.
반도체 리소그래피 기술이 점차 진보하여 더 작은 크기의 트랜지스터들을 제작할 수 있게 됨에 따라, 신호 속도는 반도체 회로들 내의 용량성 및 저항성 요소들에 의해 점차 제한되고 있다. 반도체 소자들의 입출력 버퍼들에 사용되는 ESD 보호 소자들은 의도되지 않은 정전용량을 유발하는 소스들 중의 하나이다. 도 1은 전형적인 ESD 보호 회로(100)의 한 예를 도시한다. 입출력 패드 (104)에 부착된 다이오드들(102)은 입출력 패드에 생기는 높은 전압들을, 반도체 칩 장치로부터 전원 공급 장치(이하, “VDD”) 또는 접지(이하, “GND”) 중의 하나로, 전환시키는 위치에 있게 된다. 하지만, (다이오드 피엔 접합의 물리학에 의해 필연적으로) 다이오드들의 추가에 의해 더해진 정전용량은 오늘날 사용되는 그리고 미래에 증가될 것으로 예상되는, 더 빠른 신호 처리에 적합하지 않을 정도로 구조를 느리게 만든다. 입출력 버퍼에서의 정전용량을 줄이기 위한 한가지 방법은 다이오드들을 매우 낮은 정전용량을 갖는 양방향 소자들로 대체하는 것이다. 그 한가지 방법으로, 도전성 입자들이 주입된, 전압 스위칭-가능 폴리머들이 대두되어, 낮은 정전용량을 갖는 양방향 ESD 보호 소자로서의 생명력을 증명해왔다.
전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자들은, 극도로 낮은 정전용량에서 보호 기능을 제공할 수 있는 특징 때문에, 매우 작은 크기로 구조화될 수 있으며 제작될 수 있다는 점에서, 매력적이다. 또한, 이들은 인쇄회로기판 및 집적회로 패키지 기판들에 쉽게 제작될 수 있다. 하지만, 어려움들 중의 한가지로서, 이러한 전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자들은 그것의 크기가 작아짐에 따라 열방출 특성이 저하된다. 예를 들면, 큰 ESD 사건들은 전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자들의 파괴를 가져올 수 있다. 이러한 파괴의 과정에서 이들 소자들은 집적 회로를 한번 보호할 수 있지만, 해당 제품의 수명 동안 여러 번의 ESD 사건들이 발생하는 것이 가능하기 때문에, 이러한 단점에 관한 대안적 구조를 만드는 것이 바람직하다. 전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자들은 작은 정전용량을 갖기 때문에 매력적이다.
본 발명은 반도체 회로를 정전기 방전으로부터 보호하는 정전 방전 보호 소자를 제공한다.
본 발명의 장치는, ESD 사건이 발생할 때, 전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자 내의 잉여 열의 복사를 위해 제공된다. 전압 스위칭-가능 폴리머 물질은 ESD 사건에 의한 열이 복사될 수 있는 열복사 표면을 제공하도록 구성된다. 열복사 표면 바깥의 열린 영역은 전압 스위칭-가능 폴리머보다 큰 열복사 전송 특성을 갖는 물질로 채워질 수 있다. 이는 열이 빠져나갈 수 있는 열전송창(thermal transmission window)을 제공한다. 열 전송 창으로 이용될 수 있는 물질들에는, 공기, 플라스틱 및 진공 등이 포함될 수 있다. 그 결과로서, 장치는 종래의 장치들에 비해 클 열용량 및 낮은 정전용량을 갖는 정전 방전 소자이다. 방법은 정전 방전 소자를 제조하기 위한 수단을 기술한다.
본 발명에 따른 ESD 소자들, 전압 스위칭-가능 폴리머(10), 전극들(11, 12), 열 복사 표면(40), 복사 전송 물질(19), 스페이서(50), 및 소자를 제조하는 방법은 매우 다양한 전자/통신 제품들에 폭넓게 사용되도록 고안된 것이다. 이들은 정전 방전에 대한 특별한 내성이 요구되는 응용 제품들에서 유용할 것으로 기대된다.
앞서 논의된 것처럼, 본 발명의 이용은 입력되는 정보 및 지시들을 속도 및 다양한 용도에서 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따른 ESD 소자들, 전압 스위칭-가능 폴리머(10), 전극들(11 및 12), 열 복사 표면(40), 복사 전송 물질(19), 스페이서(50), 및 소자를 제조하는 방법은 기존의 작업들 및 소자들 등으로 쉽게 제작 및 집적화될 수 있으며, 여기에서 기술될 것과 같은 장점들을 갖기 때문에, 이들은 해당 산업에서 즉시 채택될 것으로 기대된다. 이러한 그리고 다른 이유들 때문에, 본 발명의 이용 및 산업 상의 이용 가능성은 기술적 범위 및 기술적 지속성의 측면 모두에서 중요할 것으로 기대된다.
본 발명은, 동일한 구성요소를 동일한 참조번호로 표시하는 아래 도면들에, 예시적인 방식으로 그렇지만 제한적이지는 않은 방식으로, 도시된다.
도 1은 종래의 다이오드 보호의 개략도이다.
도 2A는 종래의 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 소자의 사시도이다.
도 2B는 도 2A에 도시된 소자의 단면도이다.
도 3A는 도 2A에 도시된 소자에 연결된 ESD를 테스트하는 회로의 개략도이다.
도 3B는 전압 스위칭-가능 폴리머의 과열 및 불량을 유발할 수 있는 도 3A의 테스트 회로를 도시한다.
도 4는 일반적인 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 소자의 예를 도시하는 단면도이다.
도 5A는 본 발명의 제1 실시예의 사시도이다.
도 5B는 도 5A의 실시예의 단면도이다.
도 5C는 테스트 회로 내의 도 5A의 실시예의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예를 구성하기 위한 공정 단계들의 단면도이다.
도 7은 청구된 발명의 제3 실시예의 확대 사시도이다.
도 8은 도 6의 실시예의 소자의 단면도이다.
도 9는 청구된 발명의 제4 실시예를 구성하기 위한 제조 방법의 제2 실시예의 공정 단계들의 단면도이다.
아래의 설명 및 첨부되는 도면들에 있어서, 특정한 용어 및 도면 기호들은 본 발명에 대한 더 나은 이해를 제공하기 위한 것이다. 일부 예들에서, 이러한 용어 및 기호들은, 본 발명을 구현하는데 요구되지 않는, 특정한 세부(details)를 표현하는 것일 수 있다. 예를 들면, 전압 스위칭-가능 폴리머를 언급할 때, 이는, 정전 방전 ("ESD")의 억제를 위한, 전압 스위칭-가능 폴리머, 적당한 전압 스위칭이 가능한 절연성 물질 또는 다공성 절연 물질의 다양성 및 종류를 의미하는 것일 수 있다. 또한, 도전체가 낮은 저항을 갖는 금속 원소들로서 기술되더라도, 낮은 저항 특성을 유사하게 제공할 수 있는 다른 원소들(예를 들면, 반도체 물질들)이 잠재적으로 사용될 수 있으며 더 나아가 배제되지 않는다.
도 1은, 종래 기술로서, 다이오드들(102)을 갖는 ESD 보호 회로(100)를 구현한 일 예를 도시한다. 각각의 다이오드(102)는 전원 또는 접지 전위 중의 어느 하나의 전압을 초과하는 입출력 패드(104)에서의 전압에 의해 도전 상태가 되도록 구성되며, 이에 따라 전압에 의해 유발되는 전류를 단락시킨다. 다이오드들의 일시적인 전압 강하 이외에, 반도체의 내부 로직에서의 피크 전압은 제한된다. 이 기술은 고속 신호 스위칭을 요구하지 않는 많은 입출력 회로에서 일반적으로 사용되는 기술이며 유효하게 동작하는 기술이다.
표준 금속-산화물-실리콘 (“모오스”) 공정에서, 사용되는 다이오드들의 정전용량은 수 피코 패러데이에 근접할 수 있다. 50 MHz 신호 스위칭의 경우, 50 옴 드라이버 임피던스를 주는 2 피코 패러데이 용량성 부하는 대략 200 피코초(picoseconds) 가량의 신호의 라이즈 타임 지연(rise time delay)을 가져온다. 50 MHz의 주기는 20 나노초(nanoseconds)이기 때문에, 200 피코초의 라이즈 타임은 그다지 중요하지 않으며, 따라서 신호 완전성의 문제를 야기하지 않는다. 하지만, 5 GHz의 스위칭 속도가 200 피코초의 라이즈 타임을 갖는 경우, ESD 보호 회로의 반응 시간이 신호 그 자체의 주기와 같아지기 때문에, 신호는 정상적으로 처리될 수 없다.
도 2A는, ESD 보호 소자(200)를 구성하기 위해 사용되는, 전압 스위칭-가능 폴리머의 구현 예를 도시한다. 도 2B는 도 2A의 점선 B-B를 따라 보여지는 소자(200)의 단면도를 도시한다. 3층막 소자(200)는 적당한 전압 스위칭-가능 폴리머막(10) 상에 위치하는 제 1 도전성 전극(11)으로 구성된다. 전압 스위칭-가능 폴리머막(10)은 제 2 도전성 전극(12) 상에 위치한다. 전압 스위칭-가능 폴리머(10)는, 소정의 또는 기설정된 전압 레벨에 도달할 때 전기적으로 도전 특성을 가질 수 있는 (금속 입자들, 나노 금속 입자들, 그래핀, 탄소 나노튜브들, 금속 코팅된 전압 스위칭-가능 폴리머 입자들 등을 포함하는) 다양한 물질들로 형성되거나 이러한 물질들로 채워질 수 있다. 전압 스위칭-가능 폴리머 (또는 물질)은, 소정의 전압까지는 절연물로 동작하는 도전성 물질들과 폴리머의 조합일 수 있다. 전압 스위칭이 가능한 절연성 물질의 구체적인 예는 35%의 폴리머 바인더(polymer binder), 0.5%의 가교제(cross-linking agent), 및 64.5%의 도전성 파우더(conductive powder)로부터 형성된 물질에 의해 제공된다. 폴리머 바인더는 다우 코닝사의 “Silastic”의 상표로 판매되는 35U 실리콘 러버(silicone rubber) 제품을 포함하고, 가교제는 “Varox”의 상표로 판매되는 러버 오가닉 페록사이드 (rubber organic peroxide) 제품을 포함하고, 도전성 파우더는 평균적인 입자 크기가 10마이크론인 니켈을 포함할 수 있다. 전압 스위칭이 가능한 물질은 35%의 폴리머 바인더, 1.0%의 가교제 및 64.0%의 도전성 파우더를 포함하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 폴리머 바인더, 가교제 및 도전성 파우더는 상술한 것들일 수 있다.
전압 스위칭이 가능한 유전 물질에 사용될 수 있는 도전성 입자들, 파우더들 또는 필라멘트들의 다른 예들은, 알루미늄, 베릴륨, 철, 은, 백금, 납, 주석, 청동, 황동, 구리, 비스무스, 코발트, 망간, 몰리브덴, 팔라듐, 탄탈륨 카바이드, 보론 카바이드 및 (바인딩제(binding agent)와 같은 물질 내에 분산될 수 있는 것으로 이 분야에서 알려진) 다른 도전성 물질들을 포함할 수 있다. 비도전성 바인딩 물질은 유기 폴리머들, 세라믹들, 내화재들(refractory materials), 왁스들, 오일들, 및 유리들 뿐만 아니라 (입자들 사이의 스페이싱(inter-particle spacing) 및 입자 서스펜션(particle suspension)이 가능한 이 분유에서 알려진) 다른 물질들을 포함할 수 있다. 전압 스위칭이 가능한 유전 물질의 예들은 미국 등록 특허 번호 4,977,357, 미국 등록 특허 번호 5,068,634, 미국 등록 특허 번호 5,099,380, 미국 등록 특허 번호 5,142,263, 미국 등록 특허 번호 5,189,387, 미국 등록 특허 번호 5,248,517, 미국 등록 특허 번호 5,807,509, PCT 공개 번호 96/02924, 및 PCT 공개 번호 97/26665 등과 같은 자료들에 개시되고 있으며, 이러한 자료들에 개시된 내용들 전부는 이 출원의 일부로서 포함된다. 전압 스위칭이 가능한 유전 물질의 다른 예는, 이 출원의 일부로서 포함되며 수지 물질 내에 배치되는 미세하게 나누어진 도전성 입자들을 개시하는, 미국 등록 특허 번호 3,685,026에 개시되고 있다. 전압 스위칭이 가능한 유전 물질의 또 다른 예는, 이 출원의 일부로서 포함되며 도전성 물질로 형성되는 나누어진 입자들 및 전기적으로 절연성 물질로 코팅된 반도체 물질로 형성되는 나누어진 입자들의 매트릭스(matrix)를 개시하는, 미국 등록 특허 번호 4,726,991에 개시되고 있다. 미국 등록 특허 번호 5,246,388 (콘넥터) 및 미국 등록 특허 번호 4,928,199 (회로 보호 소자)와 같은, 다른 자료들은 기존의 소자들 내에 전압 스위칭이 가능한 유전 물질을 미리 포함시키는 구성을 개시하고 있으며, 이들 두 자료들은 이 출원의 일부로서 포함된다.
일정 전압을 초과하는 경우, 전압 스위칭-가능 폴리머는 어떤 전원 전압의 순간적 증가를 접지로 전도되도록 한다. 도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 접합(13)이 상부 및 하부 도전체들(11, 12) 사이의 중첩된 영역에 의해 정의된다. 두 도전성 전극들의 접합(13)은, 중첩된 영역의 일부가 아닌, 전압 스위칭-가능 폴리머에 의해 둘러싸인다. 상술한 것처럼, ESD 보호 소자를 구성할 때, 해당 소자의 전반적인 정전 용량을 가능한 낮게 유지시키는 것이 중요하다. 정전용량은 중첩된 영역 내에서의 평행한 평판들의 표면적에 비례하기 때문에, 전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자들의 경우, 낮은 정전 용량의 요구는 중첩된 영역의 면적을 최소로 유지함으로써 달성될 수 있다.
도 3A는, ESD 테스트 회로(14) 내에서의, 도 2a 및 도 2b의 현재-사용되는 기술에서의 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 소자를 도시한다. 테스트 회로는 활성화되지 않았다. ESD 사건을 모의실험하기 위한 전하가, 오픈 상태에 있는 테스트 스위치(15a)를 갖는, 커패시터(16) 상에 위치된다. 오픈 상태에 있는 테스트 스위치(15a)에 의해, 전하가 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 소자에 도달하는 것이 방지될 수 있다. 스위치가 닫힌 경우, 커패시터(16) 상의 전하는 도전체들(11, 12)로 흘러간다. 만일 도전체들 사이의 전압 차이가 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머의 천이 전압(transition voltage)을 넘어서면, 접합 영역 (13) 내의 전압 스위칭-가능 폴리머를 경유하는 전도 현상이 발생한다. 도 3B는, 스위치가 닫힌 위치(15b)에 있는 경우, 전압 스위칭-가능 폴리머를 경유하는 전하의 흐름에 의하여, 빠른 속도로 생성된 열(18)이 어떻게 접합 영역(13)으로부터 느리게 확산 방출되는지를 예시적으로 도시한다. 이러한 현상은 물질이 우수한 열적 도전체로 기능하지 않기 때문이다. 화살표 17은 접합 영역으로부터 방출되는 열의 전도를 나타낸다. 전압 스위칭-가능 폴리머를 사용하는 ESD 보호 소자는, 열(18)이 생성되는 접합(13)의 면적이 작을 때 (이에 따라 그것의 정전 용량이 작을 때), 더욱 빠르게 동작한다. 하지만, 작은 접합 면적을 통해 단락되는 ESD 사건들은 작은 접합 부피에서의 국소화된 열 생성과 관련된다. 접합이 ESD 사건으로부터 생성된 열을 충분히 빠른 속도로 방출시키지 못한다면, 온도가 올라가서, 접합 영역은 손상을 입고 정상적인 기능을 더 이상 하지 못할 수 있다. 손상은 단선, 단락, 물질의 탄화(carbonization) 또는 층상 갈라짐(delamination)의 형태로 발생할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
ESD 전압 스위칭-가능 폴리머 접합의 열 방출 능력을 향상시키기 위해, 접합으로부터 열 방출을 향상시키는 부가적인 열 방출 구조들이 추가될 수 있다. 도 4는 부가적인 도전성 물질(21)이 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 접합 근처에 배치되어 어떻게 열 방출 기능(thermal relief)을 제공하는지를 설명하는 소자(300)를 도시한다. 하지만, 효과가 있기 위해서는, 이러한 부가적인 도전성 물질들(21)이 적당한 열적 전도 특성을 갖는 것이 요구되기 때문에, 매우 많은 열이 매우 작은 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머 접합 영역 내에 집중되는 문제를 해결하는 제한된 이점 만을 제공한다. 이에 더하여, 이러한 방식은 고속 동작 성능을 제한한다. 접합 면적을 증가시키지 않기 위해서는, 부가적인 도전성 물질들(21)은 도전체(12)에 전기적으로 연결돼야 하지만, 이는 그러한 부가적인 도전성 물질이 없는 경우에 비해 더 큰 소자 정전 용량을 초래하며, 이는 고속 동작을 위해서는 바람직하지 않다.
본 발명의 제1 실시예가 도 5a에 도시된다. 도 5a는 본 발명에 따른 소자 400을 보여준다. 소자 400은 도 5b에 더 자세하게 도시되고 있다. 도 5b는 도 5a의 점선 B-B에 따른 단면도이다. 소자 400은 제 2 도전성 전극(12) 상에 위치하는 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머층(10) 및 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머층(10) 상에 위치하는 제 1 도전성 전극(11)을 포함한다. 제 1 및 제 2 도전성 전극들(11, 12)는 그들의 중첩 영역에 접합(13)을 형성한다. 전압 스위칭-가능 폴리머(10) 및 접합(13)은 위에서 상세하게 기술되었다. 여기서, ESD 접합(13)을 포함하는 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머 물질(10)은, 개구 영역(19)에 의해, 외곽 물질(50)로부터 분리된다. 이에 따라, 접합(13) 둘레의 주변 표면(40)이 노출되어, 접합으로부터 열적 복사(예를 들면, 적외선 복사(IR))을 위한 빠른 열적 경로를 제공한다. 이러한 개구 영역(19)은, 반드시 그럴 필요는 없지만, 공기, 진공 또는 복사 에너지의 유효한 전송을 위한 어떠한 매질일 수 있다. 따라서, 개구 영역(19)는 "전송 윈도우 " 또는 "전송 물질"로서 언급될 수 있다. 개구 영역(19)는 도 5a 및 도 5b에서 접합(13)을 완전히 둘러싸는 것으로 도시되었지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예들은 ESD 접합(13)에 인접하는 부분적인 개구 영역을 가질 수 있다. (즉, 다른 실시예들에서, 개구 영역은 접합을 필수적으로 완전히 둘러싸지는 않도록 형성될 수 있다.) 또 다른 실시예들에서, 개구 영역(19)는 복사 전송 기판 또는 물질을 포함할 수 있으며, 이들은 영역(19)를 부분적으로 또는 완전히 채울 수 있다.
복사 주변 표면(40)의 반대편은 복사된 열 에너지를 위한 수신 표면(41)이다. 이 실시예에서, 수신 표면(41)은 물질(50)의 내부 주변 표면을 포함한다. 물질(50)은, 제품에 따른 소자의 구성에 적합한 절연성(비도전성) 물질이다. 다른 실시예에서, 물질(50)은 위에서 기술된 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머(10) 또는 전압 스위칭-가능 특성을 갖지 않는 폴리머 물질일 수 있다. 물질(50)은 높은 열전도도를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 실시예들에서, 가능한 물질들(50)은 양극 산화처리된 알루미늄, 산화물, 알루미늄 질화물, 이산화 실리콘, 및 반도체 집적 회로에서 절연(유전)막들로 사용되는 물질들을 포함할 수 있다. 물질(50)은 물질들의 조합을 포함할 수 있다. (태양전지 기술 분야에서 알려진 것처럼 마이크로-구조물을 제공하는 것과 같은) 표면(41)의 복사 흡수 특성을 향상시키기 위한 표면 처리 기술이 사용될 수 있다. 도 5a 및 도 5b와 함께 기술된 실시예는 도 5c에 추가적으로 도시되며, 여기에서는 테스트 회로(14)가 소자(400)에 부착되어 활성화된다. 스위치(15b)가 닫히면, ESD 전하가 두 도전체들(11, 12) 상에 모인다. 이 경우, 접합(13)에서의 전압은 접합(13) 내의 전압 스위칭-가능 폴리머(10)의 전도(conduct)를 유발할 정도로 높다. 외곽의 전압 스위칭-가능 폴리머는 영역(19)에서 제거되어, ESD 사건에 의해 발생된 열(22)은, 외곽의 전압 스위칭-가능 폴리머를 통해 전도해야 하는 것이 아니라, 화살표들(20)에 의해 표시된 것처럼, 주변 표면(40)으로부터 개구 영역(19) 내에서 그리고 이를 가로질러 수신 표면(41)으로 쉽게 복사 방출될 수 있다. 접합(13)의 주변 영역(40)으로부터 더 큰 수신 표면(41)으로 열(22)을 전송하기 위한 주된 수단으로 열 복사(20)를 사용함으로써, 이러한 방식으로 만들어진 ESD 소자는 과열에 의한 불량에 덜 민감할 수 있다.
도 6은 복사 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 소자들을 구성하기 위한 공정(50)의 제2 실시예를 도시한다. ESD 보호 소자들이 형성될 위치들을 정의하는 마스크(31)을 사용하여 금속성 기판(30)이 증착된다. 금속을 식각하여 축받이(pedestal; 36)를 남긴다. 마스크(31)을 제거하여, 축받이들(36)을 갖는 금속성 기저(30)을 남긴다. (이하 “스페이서”라고 부를) 비도전성 물질(50)이 추가된다. 스페이서(50)은 개구 영역들(19)을 갖는 시트 형태이다. 스페이서(50)는 축받이들(36)의 높이를 초과하고, 축받이들(36)과 스페이서(50) 사이의 높이 차이는 각각의 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 소자에서 사용되는 전압 스위칭-가능 폴리머의 최종 두께를 정의하게 된다. ESD 보호 전압 스위칭-가능 폴리머(10)가, 예를 들면, 각각의 축받이(36) 상에, 방울(droplet) 형태로 형성될 수 있다. ESD 보호 전압 스위칭-가능 폴리머(10)는 커버(34)가 위에 덮일 때 축받이의 표면을 덮을 수 있을 정도로 충분한 물질로 분배될 수 있다. 도전성 포일 커버(34)가 조립체의 꼭대기에 위치하여, 개구 영역(19)에 의해 둘러싸인 접합 내의 ESD 전압 스위칭-가능 폴리머 (10)를 평평하게 만든다.
도 7은, 도 6의 공정의 단계(507)에서의, 소자의 제3 실시예의 구성을 도시하는 분해 사시도이다. 이 도면은 포일 커버(34)가, 스페이서(50), ESD 전압 스위칭-가능 폴리머(10)의 방울들, 및 기판(30)의 축받이들(36)을 덮기 전에, 어떻게 배열되는지를 보여준다. 소자들의 개구 영역(19)의 바깥 주변에서의 수신 표면(41)의 위치가 기판(30) 상의 원들(37)에 의해 가상적으로 표시되었다. 각각의 소자들은, 도 6에 도시된 라인들(38)을 따라, 공정의 단계(508) 이후 소자들의 패널로부터 분리(추출)될 수 있다.
도 8은 소자들의 패널로부터 추출된 각각의 ESD 보호 소자를 도시하는 가장자리 단면도이다. 여기서, 전극들(34a) 중의 하나는 다른 전극(30)과 공면을 이루도록(즉, 단면도에서, 라인(39)에 일치하도록) 형성될 수 있으며, 이에 따라, 솔더링 공정을 사용하는 표면 실장에 적합할 수 있다.
도 9는 청구된 발명의 제4 실시예를 구성하기 위한 방법의 제2 실시예의 공정 단계들을 도시하는 단면도이다. 공정(600)에 의해 제작된 소자는, 복사 전압 스위칭-가능 폴리머 ESD 보호 소자들을 구성하기 위한 공정(500)에 의해 제작된 소자들의 포일 커버(34)를 대신하는, 뒤집어진 제 2 축받이 기판을 포함한다. 공정(600)에서, 단계들(601~604)는 두번씩 수행되어, 축받이들(36)을 갖는 두 개의 기판들(30)을 생산한다. 두 기판들(30) 중의 하나는 커버(34b)로서 사용하기 위해 단계(607)에서 뒤집어진다.
본 발명이 그것의 특정한 예시적 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 아래에 첨부되는 청구항들에 제시된 것처럼, 본 발명의 포괄적 사상 및 기술적 범위로부터의 벗어남없이, 다양한 변형 및 변화가 만들어질 수 있음은 명백하다. 따라서, 상세한 설명 및 도면은 제한적인 의미에서가 아니라 예시로서 간주돼야 한다.

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  12. 도전성 기판 상에 마스크 물질을 형성하고,
    상기 마스크 물질을 이용하여 상기 도전성 기판의 일부분들을 식각함으로써 서로 이격된 복수 개의 축받이들(pedestal)을 형성하고;
    상기 마스크 물질을 제거하고;
    상기 도전성 기판 상에 상기 축받이들과 이격되는 스페이서 물질을 추가하고;
    상기 축받이들 상에 정전 방전 전압 스위칭-가능 폴리머를 제공하고; 그리고
    상기 스페이서 물질의 위에 도전성 커버를 추가하고, 상기 정전 방전 전압 스위칭-가능 폴리머를 가압하여, 상기 도전성 기판과 상기 도전성 커버 사이로 퍼지도록 하는 것을 포함하는 정전 방전 보호 소자의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 도전성 커버를 상기 도전성 기판에 부착된 상기 스페이서 물질에 본딩하는 단계를 더 포함하는 정전 방전 보호 소자의 제조 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 정전 방전 전압 스위칭-가능 폴리머는 상기 도전성 커버에 의해 가압될 때, 상기 도전성 기판을 덮도록 제공되는 정전 방전 보호 소자의 제조 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 도전성 커버는 더 감소되어 전극 구조들을 형성하는 정전 방전 보호 소자의 제조 방법.
  16. 마스크 물질로 도전성 기판을 패터닝하고,
    상기 도전성 기판에 대한 미러 이미지로 도전성 커버를 패터닝하고,
    상기 도전성 기판 및 상기 도전성 커버를 식각하여, 상기 마스크 물질 주변에서 상기 도전성 기판 및 상기 도전성 커버의 표면을 감소시켜 상기 도전성 기판 및 상기 도전성 커버 상에 축받이들을 형성하고,
    상기 식각된 상기 도전성 기판 및 상기 도전성 커버 모두에서 상기 마스크 물질을 제거하고,
    상기 식각된 도전성 기판에 스페이서 물질을 추가하고,
    상기 축받이들 상에 정전 방전 전압 스위칭-가능 폴리머를, 상기 식각된 도전성 커버에 대해 가압될 때 상기 식각된 도전성 기판을 덮도록 제공하고,
    상기 스페이서 물질 상에 상기 식각된 도전성 커버를 추가하고, 상기 정전 방전 전압 스위칭-가능 폴리머를 가압하여 상기 식각된 도전성 기판 및 상기 식각된도전성 커버 사이로 퍼지도록 하고,
    상기 식각된 도전성 커버를 상기 식각된 도전성 기판에 부착된 상기 스페이서 물질에 본딩하는 단계를 포함하는 정전 방전 보호 소자의 제조 방법.
  17. 제 1 방향으로 연장하는 도전성 기판;
    상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 연장되고, 상기 도전성 기판과 교차하는 도전성 커버;
    상기 도전성 기판과 상기 도전성 커버의 교차점에서 상기 도전성 기판과 상기 도전성 커버 사이에 제공되는 전압 스위칭-가능 폴리머; 및
    상기 전압 스위칭-가능 폴리머를 둘러싸는 주변 물질을 포함하고,
    상기 전압 스위칭-가능 폴리머의 하면은 상기 도전성 기판과 접하고 상기 전압 스위칭-가능 폴리머의 상면은 상기 도전성 커버와 접하고, 상기 전압 스위칭-가능 폴리머는 상기 상면 및 상기 하면과 수직한 노출된 복사 표면을 포함하고,
    상기 주변 물질은 상기 전압 스위칭-가능 폴리머의 상기 노출된 복사 표면과 이격되며, 상기 노출된 복사 표면으로부터 방출되는 복사 에너지를 흡수하는 노출된 흡수 표면을 포함하는 정전 방전 보호 소자.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 노출된 흡수 표면은 상기 전압 스위칭-가능 폴리머가 제공되지 않은 영역인 갭에 의하여 상기 노출된 복사 표면으로부터 이격되는 정전 방전 보호 소자.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 노출된 흡수 표면은 상기 노출된 복사 표면을 포함하는 물질이 제공되지 않은 영역인 갭에 의하여 상기 노출된 복사 표면으로부터 이격되는 정전 방전 보호 소자.
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