(57)【要約】【課題】  過電圧印加されていない場合の信頼性を維持しつつ、動作電圧を低減することができるアンチヒューズ素子を提供する。【解決手段】  本発明のアンチヒューズ素子は、絶縁層２２と、絶縁層２２の下面に形成された下部電極層２１と、絶縁層の上面に形成された上部電極層２３からなるアンチヒューズ機能部２０と、アンチヒューズ機能部２０の上面に形成された発熱体５１を備え、発熱体５１とアンチヒューズ機能部２０が、一対の外部接続電極４４、４５間に並列接続されていることを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、前記絶縁層の下面に形成された下部電極層と、前記絶縁層の上面に形成された上部電極層からなるアンチヒューズ機能部と、
前記アンチヒューズ機能部の上面に形成された発熱体を備え、
前記発熱体と前記アンチヒューズ機能部が、一対の外部接続電極間に並列接続されていることを特徴とするアンチヒューズ素子。
【請求項２】
前記発熱体の抵抗温度特性が負の温度特性を持つ材料からな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。
【請求項３】
前記負の温度特性を持つ材料がＳｉもしくはＳｉを主成分とする物質からなることを特徴とする、請求項２に記載のアンチヒューズ素子。
【請求項４】
前記上部電極層の電極層内に上部電極未形成領域を少なくとも１つ含んでいることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のアンチヒューズ素子。
【請求項５】
前記上部電極層が、
前記発熱体と接する部分を有する少なくとも１つの第１の領域と、
前記発熱体と接する部分を有しない少なくとも１つの第２の領域に分割されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のアンチヒューズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンチヒューズ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般のヒューズは所定の電圧以上になると切れ、電流を遮断する。これとは逆に、所定以上の電圧が印加されると短絡し、電流が流れるようになるアンチヒューズ素子が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、図７の断面図に示す構造のアンチヒューズ素子が開示されている。このアンチヒューズ素子１１０は、絶縁層１２２と、この絶縁層１２２の上下面に形成された下部電極層１２１、上部電極層１２３とを有する容量部（アンチヒューズ機能部）１２０を備える。そして、下部電極層１２１、上部電極層１２３は各々引出電極１４１を介して外部電極１４２、１４３に接続されている。
【０００４】
外部電極１４２、１４３間に電圧を印加した場合、所定の電圧以下では絶縁状態を保持し、外部電極１４２、１４３間に電流は流れない。しかし、一旦所定以上の電圧が印加されると短絡し、外部電極１４２、１４３間は導通状態となる。このメカニズムを以下に説明する。
【０００５】
図８は、アンチヒューズ素子１１０の、絶縁状態から導通状態へと変化する場合のメカニズムを示すための模式図である。
【０００６】
図８（ａ）は、所定以下の電圧が印加された場合の容量部１２０の図である。この場合、上部電極層１２３と下部電極層１２１とは絶縁層１２２を介して絶縁状態にある。
【０００７】
このアンチヒューズ素子１１０に、絶縁層１２２の絶縁破壊電圧以上の電圧が印加されると、絶縁層１２２で絶縁破壊が生じる。絶縁層１２２に絶縁破壊が生じると、下部電極層１２１と上部電極層１２３間に一時的に電流が流れ込む。この電流によりジュール熱が発生し、この熱により下部電極層１２１および上部電極層１２３の一部が溶融し、玉化する。絶縁層１２２はこの玉化部１２５ａ、１１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂの溶融熱により加熱されて、図８（ｂ）のようにクラック１２４が発生する。
【０００８】
その後も容量部１２０には継続して電流が流れ込み、時間経過とともに下部電極層１２１と上部電極層１２３の溶融が進む。そして図８（ｃ）のように、玉化部１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂは矢印の方向に肥大化し、絶縁層１２２は完全に分断される。
【０００９】
溶融がさらに進むと、玉化部１２５ａ、１２５ｂ、１２６ａ、１２６ｂの肥大化も進行し、肥大化した玉化部同士が分断された絶縁層１２２を巻き込むような状態で溶着して一体化する。そして図８（ｄ）のように、接合部１２７を形成して導通状態となる。導通状態になると、通電による発熱が抑えられて温度が低下し、低抵抗化する。そのため、大電流がアンチヒューズ素子１１０内を流れるようになる。
【００１０】
このような構成のアンチヒューズ素子１１０は、例えばＬＥＤ照明のような直列に複数個のＬＥＤが接続された回路で、ＬＥＤのオープン不良対策部品として用いられる。
【００１１】
図９のような、直列にｎ個のＬＥＤ１６１Ａ、１６１Ｂ、・・・１６１ｎが接続された回路の場合、アンチヒューズ素子１６２Ａ、１６２Ｂ、・・・１６２ｎは、各ＬＥＤに対して並列に接続された状態で使用される。このＬＥＤの順方向電圧降下の電圧値をＶｆとすると、例えばＬＥＤ１６１Ａがオープン不良となった場合、このＬＥＤ１６１Ａに並列接続されたアンチヒューズ素子１６２Ａの両端に、おおよそＶｆ×ｎの電圧がかかる。この過電圧によりこのアンチヒューズ素子１６２Ａは絶縁破壊して導通状態となる。その結果、電流がアンチヒューズ素子１６２Ａを迂回して流れるため、他のＬＥＤ１６１Ｂ、１６１Ｃ、・・・１６１ｎは点灯し続けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／００４８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
アンチヒューズ素子は、過電圧印加の場合には確実に導通状態となって動作し、過電圧印加していない場合には確実に絶縁状態を保つ事が求められる。ここで、絶縁状態を確実に維持するには絶縁層を厚くする必要があるが、そうすると動作電圧（導通状態になる電圧）も上昇してしまう。
【００１４】
近年、ＬＥＤ照明の低消費電力化等にともない、アンチヒューズ素子にも動作電圧の低減が求められている。しかし、アンチヒューズ素子において信頼性を維持しつつ、動作電圧を低減することは困難であった。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、過電圧印加されていない場合の信頼性を維持しつつ、動作電圧を低減することができるアンチヒューズ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係るアンチヒューズ素子は、絶縁層と、前記絶縁層の下面に形成された下部電極層と、前記絶縁層の上面に形成された上部電極層からなるアンチヒューズ機能部と、前記アンチヒューズ機能部の上面に形成された発熱体を備え、前記発熱体と前記アンチヒューズ機能部が、一対の外部接続電極間に並列接続されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明では、アンチヒューズ機能部上に発熱体を設けているので、過電圧印加の場合には発熱体が発熱し、この温度上昇により絶縁層の絶縁破壊や電極層の溶融が促進される。その結果、低い電圧で導通状態となる。一方、過電圧印加されていない場合は、発熱体にはわずかに漏れ電流が流れるのみであるため、特段の変化は発生せず、絶縁状態の信頼性は損なわれない。これにより、過電圧印加されていない場合の信頼性を維持しつつ、動作電圧を低減することが可能なアンチヒューズ素子を提供することができる。
【００１８】
また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、前記発熱体の抵抗温度特性が負の温度特性を持つ材料からなることが好ましい。
【００１９】
この場合、発熱体が、温度上昇に伴い電気抵抗が減少する負の温度特性を有しているので、発熱体の発熱により発熱体の抵抗が低下し、発熱体を流れる電流が増加して更に発熱体が発熱する、というサイクルが加速する。その結果、発熱体の発熱効果が大きくなり、動作電圧をより低下させることができる。
【００２０】
また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、前記負の温度特性を持つ材料がＳｉもしくはＳｉを主成分とする物質からなることが好ましい。
【００２１】
この場合にも、発熱体が、温度上昇に伴い電気抵抗が減少する負の温度特性を有するＳｉであるため、発熱体の発熱により発熱体の抵抗が低下し、発熱体を流れる電流が増加して更に発熱体が発熱する、というサイクルが加速する。その結果、発熱体の発熱効果が大きくなり、動作電圧をより低下させることができる。
【００２２】
また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、前記上部電極層の面内に上部電極未形成領域を少なくとも１つ含んでいることが好ましい。
【００２３】
この場合、発熱体で発熱した熱の上部電極を経由した放熱が出来にくくなる。その結果、発熱体の発熱効果が大きくなり、動作電圧をより低下させることができる。
【００２４】
また、本発明に係るアンチヒューズ素子は、前記上部電極層が、前記発熱体と接する部分を有する少なくとも１つの第１の領域と、前記発熱体と接する部分を有しない少なくとも１つの第２の領域に分割されていることが好ましい。
【００２５】
この場合にも、発熱体で発熱した熱の上部電極を経由した放熱が出来にくくなる。その結果、発熱体の発熱効果が大きくなり、動作電圧をより低下させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るアンチヒューズ素子では、過電圧印加されていない場合の信頼性を維持しつつ、動作電圧を低減することができるアンチヒューズ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るアンチヒューズ素子を示す平面図である。
【図７】従来のアンチヒューズ素子を示す断面図である。
【図８】従来のアンチヒューズ素子の、絶縁状態から通電状態へと変化する場合のメカニズムを示す模式図である。
【図９】従来のアンチヒューズ素子の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係るアンチヒューズ素子１０を示す平面図、図２は図１の矢印Ａ−Ａ部分の断面図である。ここで、図１は平面図であるが、発明の理解を深めるため、内挿されている上部電極２３および発熱体５１の透視構造を、上部電極２３は破線とハッチング、発熱体５１は破線にて重ね書きしている。以下、アンチヒューズ素子１０の、より具体的な構造について説明する。
【００２９】
アンチヒューズ素子１０は、基板１１を備える。基板１１には、たとえばＳｉ単結晶基板が用いられる。基板１１の表面には、絶縁性を確保するため、酸化物層１２が形成される。酸化物層１２には、たとえばＳｉＯ２が用いられる。さらに、酸化物層１２上には、密着層１３が形成される。密着層１３は、酸化物層１２と、次に説明する下部電極層２１との密着性を確保するためのものであり、たとえば次に説明する絶縁層２２と同じ材質が用いられる。
【００３０】
密着層１３上には、下部電極層２１、絶縁体薄膜層２２、上部電極層２３が順に形成され、アンチヒューズ機能部２０が構成される。短絡後のアンチヒューズ素子１０には長時間電流が流れるが、酸化による抵抗上昇などの不具合を防ぐため、下部電極２１、上部電極層２３には、たとえば、金、銀、白金、パラジウムなどの貴金属が用いられる。下部電極層２１、上部電極層２３の厚みは、たとえば１００〜５００ｎｍ程度である。絶縁体薄膜層２２には、たとえば（Ｂａ、Ｓｒ）ＴｉＯ３（以下「ＢＳＴ」という）、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５などが用いられる。絶縁層２２の厚みは、たとえば５０〜２００ｎｍ程度である。
【００３１】
上部電極層２３上には、必要に応じて第１の無機保護層３１が形成される。第１の無機保護層３１は、上部電極層２３などからのリーク電流を低減するためのものであり、たとえば絶縁層２２と同じ材質が用いられる。
【００３２】
これらの上には、さらに、第２の無機保護層３２、第１の有機保護層３３が形成される。第２の無機保護層３２、第１の有機保護層３３は、両者で、内部に水分が侵入するのを防ぐなどのために形成される。第２の無機保護層３２には、たとえばＳｉＮｘ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などが、第１の有機保護層３３には、たとえばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。
【００３３】
そして、下部電極層２１は、第１の引出電極層４１を介して第１の有機保護層３３上の第１の外部接続電極４４に接続される。上部電極層２３は、第２の引出電極層４２を介して第１の有機保護層３３上の第２の外部接続電極４５に接続される。
【００３４】
更に、上部電極層２３の上部には、第２の引出電極層４２を介して発熱体５１が形成される。発熱体５１には、たとえばＳｉやＧｅもしくはこれらを主成分とする物質が用いられる。そして発熱体５１は、第３の引出電極層４３、第１の引出電極層４１を介して、第１の外部接続電極４４に接続される。
【００３５】
最後に、外部接続電極４４の一部を露出させるように、全体に第３の有機保護層３５が形成されて、アンチヒューズ素子１０が構成される。第３の有機保護層３５にも、たとえばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などが用いられる。
【００３６】
かかる構造からなるアンチヒューズ素子１０は、たとえば次の方法で製造される。
【００３７】
最初に、表面にＳｉＯ２からなる酸化物層１２が形成された、Ｓｉからなる基板１１を用意する。この酸化物層１２上に、化学溶液堆積法（ＣＳＤ：Chemical  Solution  Deposition）で、膜厚約５０ｎｍのＢＳＴからなる密着層１３を形成する。具体的には、化学量論組成のＢＳＴ原料溶液をスピンコートにより塗布し、乾燥させ、加熱処理して形成する。
【００３８】
次に、密着層１３上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、膜厚３００ｎｍのＰｔからなる下部電極層２１を形成する。
【００３９】
次に、下部電極層２１上に、密着層１３と同様の方法で、膜厚約１００ｎｍのＢＳＴからなる絶縁層２２を形成する。
【００４０】
次に、絶縁層２２上に、下部電極層２１と同様の方法で、膜厚３００ｎｍのＰｔからなる上部電極層２３を形成する。
【００４１】
次に、上部電極層２３上に、密着層１３や絶縁層２２と同様の方法で、膜厚約１００ｎｍのＢＳＴからなる第１の無機保護層３１を形成する。
【００４２】
そして、イオンミリング法により、第１の無機保護層３１および上部電極層２３をエッチングして所定の形状とする。このとき、第１の無機保護層３１および上部電極層２３には、第１の引出電極層４１を通すための開口も設けておく。同様に、続けて絶縁層２２、下部電極層２１および密着層１３をエッチングして所定の形状とする。
【００４３】
その後、これらの積層構造に熱処理をおこなう。
【００４４】
次に、これらの積層構造の上面および側面を覆うように、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ：Plasma  Enhanced  Chemical  Vapor  Deposition）で、ＳｉＯ２からなる第２の無機保護層３２を形成する。
【００４５】
次に、第２の無機保護層３２上に、ポリイミド樹脂からなる第１の有機保護層３３を形成する。具体的には感光性ポリイミドをスピンコートし、露光、現像、キュアすることにより形成する。
【００４６】
そして、第１の有機保護層３３をマスクパターンとして利用し、ＣＨＦ３ガスを用いて第２の無機保護層３２、第１の無機保護層３１および絶縁層２２をパターニングする。これにより、下部電極層２１および上部電極層２３の一部をそれぞれ露出させる。
【００４７】
次に、引出電極層４１、４２を形成する。具体的には、まず、ＲＦマグネトロンスパッタを用いて、下部および上部電極層２１、２３の各露出部とその開口部側面、および、第１の有機保護層３３上の全面に、Ｔｉ層、Ｃｕ層の連続膜からなる金属膜を形成する。そして、その金属膜を、フォトリソグラフィ法によってレジスマスクを形成し、ウエットエッチング法により所定のパターンにして引出電極層４１、４２を形成する。
【００４８】
次に、外部接続電極４４、４５を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法によってレジストマスクを形成し、開口部に電解めっきにより、Ｎｉ層、Ａｕ層を順に形成し、外部接続電極４４、４５を形成する。
【００４９】
次に、第２の引出電極層４２の上部電極層２３と接する面の反対の面に側に、発熱体５１を形成する。具体的には、リフトオフ法を用いて、膜厚１００ｎｍのＳｉ膜を蒸着法により形成する。
【００５０】
次に、ポリイミド樹脂からなる第２の有機保護層３４を、発熱体５１の一部、第１の引出電極層４１の一部、および、外部接続電極４４、４５が露出するように形成する。具体的には感光性ポリイミドをスピンコートし、露光、現像、キュアすることにより形成する。
【００５１】
次に、第３の引出電極層４３を形成する。具体的には、リフトオフ法を用いて、発熱体５１と第１の引出電極層４１の各露出部同士を接続し、第２の有機保護膜３４の開口部側面を覆うように、蒸着法によりＴｉ層、Ｃｕ層を順次成膜する。
【００５２】
次に、ポリイミド樹脂からなる第３の有機保護膜３５を外部接続電極４４、４５の一部が露出するように形成する。具体的には感光性ポリイミドをスピンコートし、露光、現像、キュアすることにより形成する。
【００５３】
最後に、ダイシングにより素子を分離する。これによりアンチヒューズ素子１０は完成される。
【００５４】
上述した構造からなり、上述した方法で製造したアンチヒューズ素子１０は、約１２Ｖの電圧印加で低抵抗化した。一方、発熱体５１、第２の有機保護層３４および第３の引出電極層４３を設けずに、同様に作成した素子では、約２０Ｖの電圧を印加しなければ低抵抗化することはできなかった。これは、発熱体５１が発熱し、その温度上昇により絶縁層の絶縁破壊や電極層の溶融が促進されたためと考えられる。特に、発熱体５１に負の温度特性を有するＳｉを用いたことにより、発熱によって発熱体の抵抗が低下し、発熱体を流れる電流が増加して更に発熱体が発熱する、というサイクルが加速され、その結果、発熱効果が大きくなったためでもあると考えられる。
【００５５】
なお、アンチヒューズ素子の定格電圧（４Ｖ）印可時には素子の自己発熱による温度上昇は確認されず、定格電圧印可時の寿命は発熱体５１等を設けていない場合と変わらなかった。
【００５６】
［第２の実施形態］
図３は本発明の第２の実施形態に係るアンチヒューズ素子７０を示す平面図、図４は図３の矢印Ａ−Ａ部分の断面図である。第１の実施形態に係るアンチヒューズ素子１０と同じ構造部分については同じ符号を付し、同じように図示してある。
【００５７】
第２の実施形態に係るアンチヒューズ素子７０は、図３のように、上部電極層２３が、発熱体５１と接する部分を有する第１の領域６１と、発熱体５１と接する部分を有しない第２の領域６２に分割されている。
【００５８】
このアンチヒューズ素子７０は、第１の実施形態のアンチヒューズ素子１０の製法を一部変更するだけで同様に作成できる。
【００５９】
具体的には、第１の無機保護層３１と上部電極層２３をエッチングする時に、上部電極未形成領域６３に該当する領域もエッチングする。加えて、第１の有機保護層３３をマスクパターンとして利用して第２の無機保護層３２および第１の無機保護層３１をパターニングし、第２の引出電極４２を形成する時に、第１の領域６１上だけでなく第２の領域６２上の第１の無機保護層３１の一部をパターニングして第２の引出電極層４２を形成する。
【００６０】
上述した構造および方法で製造したアンチヒューズ素子７０は、約１０Ｖの印加電圧で低抵抗化した。これは、発熱体で発熱した熱の上部電極を経由した放熱が出来にくくなり、発熱体の発熱効果が大きくなったためと考えられる。
［第３の実施形態］
図５は本発明の第３の実施形態に係るアンチヒューズ素子８０を示す平面図である。第１、第２の実施形態に係るアンチヒューズ素子１０、７０と同じ構造部分については同じ符号を付し、同じように図示してある。
【００６１】
第２の実施形態に係るアンチヒューズ素子７０は、図３のような形状に限られるものではない。図５のように第１の領域６１が上部電極層２３の周辺部に形成した構造でも、発熱体で発熱した熱の上部電極を経由した放熱が出来にくくなり、発熱体の発熱効果が大きくなることにより、動作電圧をより低下させることができる。
［第４の実施形態］
図６は本発明の第４の実施形態に係るアンチヒューズ素子９０を示す平面図である。第１〜第３の実施形態に係るアンチヒューズ素子１０、７０、８０と同じ構造部分については同じ符号を付し、同じように図示してある。
【００６２】
図６のように上部電極層２３内に上部電極未形成領域６３を形成した構造でも、発熱体で発熱した熱の上部電極を経由した放熱が出来にくくなり、発熱体の発熱効果が大きくなることにより、動作電圧をより低下させることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、７０、８０、９０：アンチヒューズ素子
１１：基板
１３：密着層
２０：アンチヒューズ機能部
２１：下部電極層
２２：絶縁層
２３：上部電極層
３１：第１の無機保護層
３２：第２の無機保護層
３３：第１の有機保護層
３４：第２の有機保護層
３５：第３の有機保護層
３６：外部接続電極開口部
４１：第１の引出電極層
４２：第２の引出電極層
４３：第３の引出電極層
４４：第１の外部接続電極
４５：第２の外部接続電極
５１：発熱体
６１：第１の領域
６２：第２の領域
６３：上部電極未形成領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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