(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流経路に可溶導体を備え、該可溶導体が溶断されることで前記電流経路が遮断される電子デバイスにおいて、
前記可溶導体は、第１の可溶導体と第２の可溶導体とを含み、
該第１の可溶導体は、複数の可溶導体片を備え、各可溶導体片の先端部とは反対側の端部が第１の配線に接続されていることと、
前記第２の可溶導体は、複数の可溶導体片を備え、各可溶導体片の先端部とは反対側の端部が第２の配線に接続されていることと、
前記可溶導体片は、前記先端部と前記第１の配線あるいは第２の配線との接続部との間に、溶断部となる狭窄部を備えていることと、
前記第１の可溶導体の可溶導体片の前記先端部と前記第２の可溶導体の可溶導体片の前記先端部は、相互に離間して対向配置された自由端となっていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記可溶導体は絶縁膜上に形成され、少なくとも前記絶縁膜の一部が除去された空間、あるいは前記絶縁膜上の空間に前記先端部が配置された自由端となり、前記狭窄部は前記絶縁膜上に配置されていることを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流が流れたときに電流経路が遮断される電子デバイスに関し、特に電流経路に可溶導体を備え、この可溶導体が溶断することで電流経路が遮断される電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電流経路に可溶導体を備える電子デバイスであるヒューズ素子は、電流経路に接続する電子回路の特性調整や過電流から保護する目的で広く用いられている。
【０００３】
一般的なヒューズ素子２０は、絶縁膜上に金属薄膜で形成した可溶導体２１が図８に示すような形状で形成されており、可溶導体２１に過電流を印加したり、レーザー光を照射することで、溶断部２２が溶断される。またこの種のヒューズ素子はＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)素子で構成される例も提案されており、ＭＥＭＳマイクロヒューズが特許文献１に開示されている。一般的にヒューズ素子は、一旦溶断されて非導通状態となった可溶導体が再び電流経路として使用されることはない。
【０００４】
一方半導体集積回路では、静電気放電から内部回路を保護するため、ＰＮダイオードからなるＥＳＤ保護素子を備えている。ＥＳＤ保護素子は、１回の静電気放電で破壊されてしまっては内部回路を保護することができず、繰り返して静電気放電が生じた場合でも内部回路を保護する必要がある。そのため、ヒューズ素子は、保護回路の構成素子として使用することはあっても、それ自体をＥＳＤ保護素子として使用することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１４７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のヒューズ素子は、一旦溶断されてしまうと再び電流経路として使用することはできなかった。本発明は、ヒューズ素子のように一旦溶断された場合でも、別の電流経路が残り、ＥＳＤ保護素子としても使用可能な電子デバイス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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、電流経路に可溶導体を備え、該可溶導体が溶断されることで前記電流経路が遮断される電子デバイスにおいて、前記可溶導体は、第１の可溶導体と第２の可溶導体とを含み、該第１の可溶導体は、複数の可溶導体片を備え、各可溶導体片の先端部とは反対側の端部が第１の配線に接続されていることと、前記第２の可溶導体は、複数の可溶導体片を備え、各可溶導体片の先端部とは反対側の端部が第２の配線に接続されていることと、前記可溶導体片は、前記先端部と前記第１の配線あるいは第２の配線との接続部との間に、溶断部となる狭窄部を備えていることと、前記第１の可溶導体の可溶導体片の前記先端部と前記第２の可溶導体の可溶導体片の前記先端部は、相互に離間して対向配置された自由端となっていることを特徴とする。
【０００８】
本願請求項２に係る発明は、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記可溶導体は絶縁膜上に形成され、少なくとも前記絶縁膜の一部が除去された空間、あるいは前記絶縁膜上の空間に前記先端部が配置された自由端となり、前記狭窄部は前記絶縁膜上に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子デバイスは、大きな電圧が加わると、第１の可溶導体片と第２の可溶導体片の間で放電が起こり、電流経路に許容電流密度以上の電流が流れて狭窄部で溶断が生じ、この経路は切断される。しかしながら本発明では可溶導体片を複数備える構成としているため、溶断されずに残る可溶導体片が別の電流経路を形成し、繰り返し動作させることが可能となる。
【００１０】
また本発明の電子デバイスは、一対の可溶導体片の離間寸法を調整することで、放電の開始電圧を調整でき、狭窄部の寸法を調整することで許容電流密度を調整できるため、ヒューズ素子として使用する場合の遮断容量を容易に調整することができる。
【００１１】
さらに本発明の電子デバイスは、例えば半導体集積回路の保護回路として使用することも可能となり、半導体素子であるダイオードで保護回路を構成した場合に避けられない寄生容量が存在しないため、高速応答が可能な保護回路を実現できるという利点がある。
【００１２】
さらにまた本発明の電子デバイスは小型化が可能なＭＥＭＳ素子構造として構成可能であり、通常の電子部品と同様に取り扱うことができる。例えば、すべての電流経路が溶断して使用できなくなった場合には、その電子デバイスを新しい電子デバイスに取り替えるように使用することができ、その取り替え頻度は従来と比較して大幅に少なくすることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の電子デバイスの可溶導体を模式的に示した説明図である。
【図２】本発明の実施例のヒューズ素子の製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施例のヒューズ素子の製造工程を説明する図である。
【図４】本発明の実施例のヒューズ素子の製造工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施例のヒューズ素子の製造工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施例の別のヒューズ素子の製造工程を説明する図である。
【図７】本発明の実施例のヒューズ素子を保護素子として使用する場合の説明図である。
【図８】一般的なヒューズ素子の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の電子デバイスは、電流経路を構成する可溶導体を所定の形状とすることで、一部の可溶導体が溶断した場合でも所定回数だけ繰り返して使用することができる構成となっている。具体的には、本発明の可溶導体を模式的に示した説明図を図１に示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は可溶導体片のいずれかの中心を通る断面図を示している。図１（ａ）に示すように電流経路に形成された可溶導体は、相互に分離した第１の可溶導体１と第２の可溶導体２とからなり、さらにこれらは複数の可溶導体片１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃをそれぞれ備える構造となっている。図１では、それぞれ３個ずつの可溶導体片が形成されている場合を示しているが、２以上の可溶導体片を備える構造とすれば良く、数の制限はない。各可溶導体片は、その先端部とは反対側の端部がそれぞれ第１の配線３ａあるいは第２の配線３ｂに接続している。また可溶導体片１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃには、第１あるいは第２の配線３ａ、３ｂの接続部と先端部１ｐ、２ｐとの間にそれぞれに狭窄部４が形成されている。この狭窄部４は、後述する絶縁膜６上に配置されている。
【００１５】
図１（ｂ）は断面図を示している。各可溶導体片の先端部１ｐ、２ｐは、基板５と基板５上の絶縁膜６の一部が除去されて形成されたキャビティ７上に配置され、自由端となっている。なおキャビティ７は、可溶導体片の先端部１ｐ、２ｐ間で放電が生じた場合に、空中放電される程度の空間を保てば良く、図１（ｂ）に示すように基板５が貫通している必要はない。
【００１６】
このように構成すると、第１の配線３ａと第２の配線３ｂとの間の電流経路に過電圧が印加されると、第１の可溶導体の可溶導体片の１つの先端部と第２の可溶導体の可溶導体片の１つの先端部との間で放電が生じ、そのとき可溶導体１、２に流れる電流が許容電流密度以上となると可溶導体片の狭窄部４で溶断する。このとき放電は最初に放電が始まった１対の可溶導体の間のみで生じ、同時に２対以上の可動導体片で放電が生じることはない。そのため、第１の可溶導体１と第２の可溶導体２は、それぞれ複数の可溶導体片を備えているため、溶断が生じなかった可溶導体片により電流経路が形成された状態を保っている。従って、従来のヒューズ素子のように、１回の溶断により使用できなくなることはなく、少なくとも可溶導体片の対の数だけ繰り返して使用できることになる。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の第１の実施例について、電子デバイスとしてヒューズ素子を構成する場合について、その製造工程に従い説明する。まず、例えばシリコンからなる基板５表面に、シリコンを熱酸化して絶縁膜６を形成する。その後、絶縁膜６上にＣＶＤ法によりポリシリコン膜を積層形成する。このポリシリコン膜は、導電性膜とする。その後、第１の可溶導体１、第２の可溶導体２、第１の配線３ａおよび第２の配線３ｂを含む所定のパターニングを行う（図２）。ここで、第１および第２の可溶導体１、２は、図１（ａ）に示すように可溶導体片１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃを備え、可溶導体片には狭窄部４を備える構造する。ここで狭窄部４の寸法及び可溶導体片の厚さは、許容電流密度の電流値を越えると、狭窄部４で溶断が起こるように設定する。なお、第１の可溶導体１および第２の可溶導体２と、第１の配線３ａ及び第２の配線３ｂとは、必ずしも同一の導電性膜で形成する必要はなく、別工程で、さらに別の金属膜で形成しても良い。
【００１８】
第１の可溶導体片の先端部１ｐと第２の可溶導体片の先端部２ｐの間の寸法は、ヒューズ素子として必要な特性となるように設定する。なお常に先端部で放電が生じるようにするため、先端部は鋭角に形成するのが望ましい。具体的には、第１の可溶導体片の先端部と対向する第２の可溶導体片の先端部との間の寸法を０．１〜０．５μｍとすると、１０〜２０Ｖ程度で放電が開始される。このとき狭窄部４を１〜１０μｍ幅とすると溶断が可能となる。
【００１９】
次に、全面にＣＶＤ法により酸化膜を積層する。その後、他の回路等と接続するための電極とする第１の配線３ａ、第２の配線３ｂの少なくとも一部を露出し、さらに狭窄部４を露出し、この狭窄部４と可溶導体片１、２を取り囲むように酸化膜をパターニングし、枠体８を形成する。狭窄部４は溶断部となるため、絶縁膜６上に配置され、枠体８で覆わず、露出する構造とするのが望ましい。また、基板５の裏面の絶縁膜６の一部を除去し、キャビティ形成予定領域の基板５の裏面側を露出させる（図３）。
【００２０】
基板５の裏面側に残る絶縁膜６をエッチングマスクとして使用し、露出する基板５の一部と絶縁膜６をエッチング除去し、キャビティ７を形成する（図４）。このキャビティ７の形成により、可溶導体片の先端部１ｐ、２ｐは、支持される基板などがない自由端となる。
【００２１】
その後、表面の枠体８上にフィルムレジストを貼り付け、所定の形状にパターニングすることで、リッド９が形成される（図５）。
【００２２】
このように形成されたヒューズ素子は、枠体８で囲まれ、リッド９で覆われた領域に、第１の可溶導体１を構成する第１の可溶導体片が図面左側からキャビティ７上に延出し、第２の可溶導体２を構成する第２の可溶導体片が図面右側からキャビティ７上に延出する構造となっている。図５に示すように、第１の可溶導体１の第１の可溶導体片の先端部１Ｐと第２の可溶導体２を構成する第２の可溶導体片の先端部２Ｐは、一定の寸法を隔てて対向する自由端となっている。また狭窄部４は、枠体８で囲まれた領域内の絶縁膜６上に形成されている。
【００２３】
このような構造のヒューズ素子では、第１の配線３ａと第２の配線３ｂとの間に所定の電圧が印加されると、第１の可溶導体１の１つの可溶導体片の先端部１ｐと第２の可溶導体２の１つの可溶導体片の先端部２ｐとの間で、放電が発生し、両可溶導体片に過電流が流れることになる。ここで許容電流密度以上の電流が流れると最も電流密度が高くなる可溶導体片の狭窄部４が溶断される。このように過電流が流れた両可溶導体片の間では電流経路が遮断され、ヒューズ素子として機能することになる。
【００２４】
ここで、放電が発生する可溶導体片の組み合わせは、最初に放電が発生した組合せに限られ、別の可溶導体片間では同時に放電が発生することはない。従って、他の可溶導体片の組み合わせにより電流経路が形成されている状態となる。このように本実施例では、従来のヒューズ素子のように１回の溶断により使用できなくなることはなく、可溶導体片の組み合わせの数だけ繰り返し使用できることになる。
【００２５】
本発明の電子デバイスはＭＥＭＳ素子であるため、すべての可溶導体片が溶断した場合には、別の電子デバイスに取り替えることも容易である。またこの取り替え頻度は、大幅に少なくすることができる。
【実施例２】
【００２６】
次の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、基板５の一部をエッチング除去して形成したキャビティ７により可溶導体片の先端部１ｐ２ｐをを自由端にする場合について説明したが、別の方法で自由端にすることも可能である。
【００２７】
図６（ａ）は、第１の実施例の図２で説明した基板５表面に、熱酸化により絶縁膜６を形成した後、犠牲層１０を形成し、その後導電性のポリシリコン膜により第１の可溶導体１、第２の可溶導体２、第１の配線３ａおよび第２の配線３ｂを含む所定のパターニングをした状態を示している。第１の可溶導体１および第２の可溶導体２の形状は、前述の実施例と同じとする。
【００２８】
その後、犠牲層１０をエッチング除去すると、先端部１ｐ、２ｐを自由端とすることができる。このような方法で形成すれば、基板５の一部をエッチング除去してキャビティ７を形成する方法と比較し、非常に簡便に形成することが可能となる（図６ｂ）。
【００２９】
犠牲層１０を除去した空間は、第１の可溶導体片の先端部１ｐと第２の可溶導体片の先端部２ｐとの間で放電が生じる広さを確保できれば問題ない。
【実施例３】
【００３０】
次に第３の実施例について説明する。第１あるいは第２のの実施例で説明したヒューズ素子を半導体装置のＥＳＤ保護回路として使用することも可能である。例えば図７に示すように、第１の実施例で説明したヒューズ素子を入力端子１１を有する半導体集積回路１２に接続する。即ち、ヒューズ素子１３は、第１の配線３ａを被保護回路となる半導体集積回路１２の入力端子１１に接続し、第２の配線３ｂを電源電圧に接続する。例えば、一方のヒューズ素子１３は電源電圧Ｖssに接続し、別のヒューズ素子１３はグランド電位に接続する。
【００３１】
図７に示すように構成したＥＳＤ保護回路を備えた半導体集積回路１２では、入力端子１１にサージ電圧が印加されると、第１の配線３ａを介して第１の可溶導体片から第２の可溶導体片へ放電が発生し、第２の配線３ｂに静電気放電電流が流れる。この静電気放電電流が許容電流密度以上となったとき、可溶導体片の狭窄部４が溶断し、サージ電流のエネルギーが消費され、半導体集積回路の内部素子の破壊を防止することができる。
【００３２】
本発明のヒューズ素子１３は、それぞれ複数の可溶導体片を備えているため、溶断が生じなかった可溶導体片により電流経路が形成された状態を保っており、継続してＥＳＤ保護回路として使用可能となる。また、すべての電流経路が使用できなくなったときには、ヒューズ素子１３のみを取り替えることで再び使用可能となる。
【００３３】
さらに本発明のヒューズ素子１３は、寄生容量を持たないため、高速応答が可能な保護素子となる。
【００３４】
以上説明したように本発明の電子デバイスは、一般的なヒューズ素子と同様に可溶導体を溶断することで電流経路を遮断することができる。一方、一般的なヒューズ素子と異なり、１回の溶断で使用できなくなることはなく、複数回使用することができる。すべての可溶導体が溶断した後は、半導体集積回路１２とは別の部品として取り替え可能であり、継続して使用することに何ら問題はない。
【符号の説明】
【００３５】
１：第１の可溶導体、１ａ〜１ｂ：第１の可溶導体片、２：第２の可溶導体、２ａ〜２ｃ：第２の可溶導体片、３ａ：第１の配線、３ｂ：第２の配線、４：狭窄部、５：基板、６：絶縁膜、７：キャビティ、８：枠体、９：リッド、１０：犠牲層、１１：入力端子、１２：半導体集積回路、１３、２０：ヒューズ素子、２１：可溶導体、２２：溶断部
【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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