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CN107636815A - 用作腐蚀探测器的触点过孔链 - Google Patents

用作腐蚀探测器的触点过孔链 Download PDF

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CN107636815A CN201680027765.1A CN201680027765A CN107636815A CN 107636815 A CN107636815 A CN 107636815A CN 201680027765 A CN201680027765 A CN 201680027765A CN 107636815 A CN107636815 A CN 107636815A
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Abstract

本发明涉及一种用于确定有故障的半导体元件(101)的探测器(100)，其具有：半导体元件(101)、与所述半导体元件(101)横向间隔开地布置并局部地包围所述半导体元件(101)的触点过孔链(102)、与所述半导体元件(101)横向间隔开地布置的保护环(103)以及布置在所述半导体元件(101)上的分析评价单元(104)，其特征在于，所述分析评价单元(104)被设置为：对所述触点过孔链(102)施加电压、尤其是持久性电压，检测所述触点过孔链(102)的电阻值，并且当所述触点过孔链(102)的电阻值超过阈值时产生输出信号。

Description

用作腐蚀探测器的触点过孔链
技术领域
本发明涉及一种用于确定有缺陷的半导体元件的探测器以及一种用于探测有缺陷的半导体元件的方法。换句话说，本发明涉及一种作为腐蚀和裂纹探测器的触点过孔链(Kontaktviakette)。
背景技术
半导体元件在制造时在晶片上通过锯槽分离，所述锯槽在后续的用于分离的组装工艺中被锯割或其他方法所利用。这些半导体元件相对于锯切沟槽通过保护环、即所谓划线密封(Scribeseal)来保护。保护环的任务是阻止通过晶圆切割造成的裂纹并防止外来分子扩散到电路中。保护环的使用是现有技术。
此外存在各种不同方案来监控保护环的功能。在文献US 6,833,720 B1中描述了作为探测单元的触点过孔链，该触点过孔链专门检查由于水渗入而造成的损坏。此外，文献US6,833,720B1局限于使用低k材料作为电介质的元件。
在文献DE102012105848A1和US20130009663A1中描述了一种触点过孔链，然而其只能在晶片测试中以预定布置在测量垫上被初始分析评价。
文献US2009/0321734A1描述了整个一种总系统，其唯一功能是保护环的控制。通过对电容信号的分析评价来进行分析评价。
发明内容
所述用于确定有故障的半导体元件的探测器包括：半导体元件、与所述半导体元件横向间隔开布置的触点过孔链、也与所述半导体元件横向间隔开布置的保护环以及布置在所述半导体元件上的分析评价单元。根据本发明，所述分析评价单元被设置为：对所述触点过孔链施加电压，探测所述触点过孔链的电阻值，并且当所述触点过孔链的电阻值超过阈值时产生输出信号。该电压尤其持久地施加在所述触点过孔链上。
在此优点在于，及早进行有缺陷的构件的探测，因为施加的电压加速腐蚀过程。另一优点是，分析评价不是通过电容测量而是通过电阻测量来完成，这明显更容易整合。
在扩展方案中，保护环被布置在触点过孔链之外。
在此有利的是，可以获知保护环损坏的风险。
在另一方案中，保护环布置在半导体元件和触点过孔链之间。
根据本发明的用于探测有缺陷的半导体元件的方法包括：给触点过孔链施加电压，检测该触点过孔链的电阻值，并且当触点过孔链的电阻值超过阈值时产生输出信号。在此，该电压特别是永久地或者说永久地施加于触点过孔链上。
在此优点是，保护环可以在初始和在运行中被监控。换句话说，有故障的半导体器件的确定及早进行并且能够可变地在不同时间点进行分析评价，或者在最终产品测试时进行或者在工作中原位进行。此外有利的是，可以探测到增加的保护环故障风险。附加地可以通过改变电阻来探测机械损伤以及由侵入的水或其他异物引起的腐蚀。永久施加电压有效加速了这些腐蚀。由此，这种布置对于否则敏感性较低但经常使用的金属如铝也起作用。
从以下对实施例的描述或从属权利要求中得知其他优点。
附图说明
下面参照优选实施例和附图来解释本发明。附图示出：
图1完整的触点过孔链的基本元件的横截面，
图2保护环内的触点过孔链的原理方框图，
图3保护环外的触点过孔链的原理方框图，
图4部分地包围半导体元件的触点过孔链的原理方框图，
图5分段式或局部式布置的触点过孔链的原理方框图，和
图6用于探测有缺陷的半导体元件的方法。
具体实施方式
图1示出了完整的触点过孔链的基本元件110的横截面100。基本元件110或者说该结构包括触点111、过孔112,113和114以及金属区段115,116和117与阱电阻118的组合互连。在一个构型中，导电路径从触点处开始被引导到最下方的金属或者说第一金属区段115，然后经由过孔112被引导到位于其上方的金属或者说第二金属区段116，类似地直至被引导到最上面的金属或者说最终金属层，例如顶层金属(Top Metall)。触点过孔链的基本元件110然后从顶层金属或者说从最终金属层经由过孔114,113和112以及位于它们之间的金属117,116和115返回到触点层面。两个触点之间的连接通过导电扩散阱来实现，该导电扩散阱相对于衬底119绝缘，例如p掺杂衬底中的n掺杂阱，或者反之。在这种情况下，相邻的阱或者说衬底部分也必须彼此电绝缘，例如通过使用场氧化物或隔离沟道120。在图1中示例性地使用具有四个金属层面的半导体技术。但是也可以使用具有更多或更少金属层面的半导体技术。
对于各个单独金属，例如可以使用铝、金、铜或其它金属以及金属层系例如铜-镍-钯，以及可以使用合金例如AlCu。对于过孔和触点，可以使用钨、铜或其他金属和合金。在此，各个金属层面可以由不同的金属组成以及具有不同的层厚度。通常，这些金属这样构造：使得它们与触点111和过孔112,113和114形成重叠。该重叠在金属层115,116和117之间可以变化。
当链仅部分地构建时，例如仅在第一金属区段115与第二金属区段116之间或仅在第三金属区段117与顶层金属121之间，则得到其他的实施结构。
触点过孔链的所描述的基本元件110可以通过将多个基本元件相继排列而扩展成一个具有电阻的触点过孔链。根据长度和实施结构而定，电阻是变化的。触点过孔链被介电材料122包围或者说嵌入介电材料122中。
图2示出了保护环203内的触点过孔链202的原理方框图200。换句话说，触点过孔链202被用在集成电路的有源区或者说半导体元件201与保护环203之间。触点过孔链202围绕有源区域201。触点过孔链202的端部与分析评价单元204连接。通过分析评价单元204，触点过孔链202在使用处于p掺杂衬底中的n掺杂阱情况下与相对于衬底的正电压连接或者在使用处于n掺杂衬底中的p掺杂阱情况下与相对于衬底的负电压连接。为此例如可以使用供电电压Vdd。
此外，分析评价单元204将该链的电阻与参考值或阈值进行比较。该参考值相应于初始晶片测试时的触点过孔链电阻并存储在构件中。此外还可以使用其他分析评价机制来检测探测损伤，例如两个同类型触点过孔链片段的相对比较。该布置不局限于低k材料。
在下文中列出一些导致电阻变化并可以借助分析评价单元204来探测的机制。由锯切造成并突破保护环的机械裂纹使链断裂。这可以在锯切时初始完成或者在工作中由于裂纹扩展而完成。
在封装过程期间或在工作中，由于封装应力(例如由于模塑物质)，可能在半导体材料的后端部、尤其在半导体元件的边缘区域中出现裂纹或分层。这些导致链的机械断裂。
由于工艺问题，在制造半导体晶片时，可能在半导体材料后端部中发生界面的损坏或污染，这可能导致特别是在半导体元件的边缘区域中的分层，并从而导致链的机械断裂。
如果上述机械故障之一仅导致形成裂纹而不导致链断裂，则所产生的从半导体元件边缘到触点过孔链的间隙可能导致异物向内扩散。这可能包括封装过程中使用的所有类型化学品，例如水、锯割添加物、清洁剂以及来自封装材料的污染物，例如芯片贴装胶或模塑物质。这些异物会在半导体元件的金属层系中引起腐蚀或迁移。电荷或电压的存在促进这种损害。由于触点过孔链相对于衬底持久地处于正电位或负电位，所以有效地加速了链中使用的金属例如铝、钨、铜的腐蚀。触点过孔链的腐蚀引起链的电阻变化，该电阻变化可在杂质或损坏继续侵入到有源区域中之前由分析评价单元探测到。
图3示出了处于保护环303之外的触点过孔链302的原理方框图300，其中，分析评价单元304被布置在半导体元件301上。如果在保护环303外部探测到损坏，则这表示保护环303损坏的风险提高。作为实施方式，该结构只能在保护环303之外或在保护环两侧使用。
图4示出了部分地围绕半导体元件401的触点过孔链402的原理方框图400以及保护环403和分析评价单元404。换句话说，触点过孔链402被用在集成电路的一侧或多侧上。这允许将探测限制到一个或多个方向上。
图5示出分段式或者说区域式布置的触点过孔链502的原理方框图500以及保护环503、分析评价单元504并示例性示出四个电路模块506，507，508和509。这意味着该结构也可以被构建成各个单个分段。这允许空间分辨的或者说方向分辨的探测。由此，对探测到的损坏的反应可以根据相邻电路模块而定地不同地发生。
图6示出了用于探测有缺陷的半导体元件的方法600。方法600从步骤610开始，在该步骤中电压被施加到触点过孔链上。在接下来的步骤620中，检测触点过孔链的电阻值。在接下来的步骤640中，根据该电阻值产生输出信号，具体说当电阻值超过阈值或者说参考值时。可选地，可以在时间上在步骤620和步骤640之间执行的步骤630中将触点过孔链的电阻值存储或者说存放在半导体元件中或者说存储器或分析评价单元中。
方法600可以在不同的时间点执行。初始在晶圆测试时，也用于检查该结构的功能并存储初始值作为参考。在包装过程之后在最终测试步骤中，用于检查包装过程的影响。在每个启动程序在现场并且对于涉及安全性的应用还永久地在现场原地执行。

Claims (4)

1.用于确定有故障的半导体元件(101)的探测器(100)，具有：半导体元件(101)、与所述半导体元件(101)横向间隔开地布置并局部地包围所述半导体元件(101)的触点过孔链(102)、与所述半导体元件(101)横向间隔开地布置的保护环(103)以及布置在所述半导体元件(101)上的分析评价单元(104)，其特征在于，所述分析评价单元(104)被设置为：对所述触点过孔链(102)施加电压、尤其是持久性电压，检测所述触点过孔链(102)的电阻值，并且当所述触点过孔链(102)的电阻值超过阈值时产生输出信号。
2.根据权利要求1所述的探测器(100)，其特征置于，所述保护环(103)布置在所述触点过孔链(102)之外。
3.根据权利要求1所述的探测器(100)，其特征置于，所述保护环(103)布置在所述半导体元件(101)和所述触点过孔链(102)之间。
4.用于探测有缺陷的半导体元件的方法(600)，具有以下步骤：
·给触点过孔链施加(610)电压，
·检测(620)该触点过孔链的电阻值，
·当触点过孔链的电阻值超过阈值时产生(640)输出信号。
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