TW201814307A - 過度電性應力檢測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明所揭露之技術內容通常係關於過度電性應力保護裝置，並特別關於用於檢測半導體裝置中過度電性應力事件之過度電性應力監控裝置。於一方面，設置以監控過度電性應力事件之一裝置包括一對間隔導電結構，其係設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧，其中，該間隔導電結構係由一材料所組成並具有使電弧造成該間隔導電結構具有一可檢測形狀改變之一形狀，其中，該裝置係設置使該間隔導電結構之形狀改變為可檢測的，以作為一過度電性應力監測器。

Description

過度電性應力檢測裝置 【引用文獻】

本發明主張於2016年09月27日所提出之美國臨時申請案US 62/400,572之優先權並透過引用方式併入本案中。

本發明所揭露技術內容有關用於解決過電壓之裝置，更進一步關於用於檢測、監控以及/或保護半導體裝置免受過度電性應力事件損害之裝置。

某些電子系統可能會曝露於過度電性應力(electrical overstress，EOS)事件中。由於一電子裝置承受超過該電子裝置規定極限之一電流與/或一電壓，該等事件會對該電子裝置造成損害。例如，一電子裝置可承受一暫態訊號(transient signal)事件，或具有急遽改變電壓與高功率之短暫持續時間之一電訊號。該暫態訊號事件可包括，例如，因電荷自一物體或人體突然釋放至一電子系統所引起之靜電放電(electrostatic discharge，ESD)事件，或來自該電子裝置電源之一電壓/電流尖波(spike)。此外，不論該裝置是否通電，皆可能會發生過度電性應力事件。

由於積體電路其相對較小面積中之過電壓條件與高位準功率耗散，過度電性應力事件，如暫態訊號事件可對積體電路造成損害。高功率耗散會增加積體電路溫度，並導致許多問題發生，如閘極氧化穿透、接合面損傷、金屬損壞、表面電荷累積等或其等之任何組合。

為診斷裝置故障或預測裝置使用壽命，特性化該過度電性應力事件，如關於電壓、功率、能量與持續時間方面可為有用的。然而，因某些過度電性應力事件之持續時間極為短暫，使該特性化難以進行。因此，對於發展可檢測以及發出警告，並可提供關於至少半定量(semi-quantitative)過度電性應力事件之資訊之一過度電性應力監測器有其需求。

於一方面，設置用以監控過度電性應力(electrical overstress，EOS)事件之一裝置包含，設置以響應一過度電性應力事件以形成電弧之一對間隔導電結構，其中，該對間隔導電結構係設置以響應一過度電性應力事件以形成電弧，其中，該間隔導電結構係由一材料所組成，並具有使電弧造成該間隔導電結構具有一可檢測形狀改變之一形狀，以及其中，該裝置係設置使該間隔導電結構之形狀改變為可檢測的以作為一過度電性應力監測器(monitor)。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係由響應於電弧經選擇以局部熔化以使該間距增加之一材料所組成。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係由一金屬所組成。

於某些實施例中，該對間隔導電結構包含一對各自具有一銳化(sharpened)尖端之間隔突出部。

於某些實施例中，該可視形狀改變包括該間隔導電結構之間一間隔距離之一可視增加。

於某些實施例中，該裝置係設置使指示一過度電性應力事件之發生之該間隔距離之增加可被視覺上地檢測。

於某些實施例中，該裝置係設置使指示一過度電性應力事件之發生之該間距之增加可使用一可見光顯微鏡(visible light rmicroscope)所檢測。

於某些實施例中，該裝置係設置以電測量橫跨該對間隔導電結構之一開路電壓(open circuit voltage)以決定該間距是否已改變。

於某些實施例中，該裝置係設置以電測量橫跨該對間隔導電結構之一漏電流(leakage current)。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係與一半導體基板整合。

於某些實施例中，該間隔導電結構形成於與該半導體基板整合之一金屬化層。

於某些實施例中，該間隔導電結構係至少部分地被形成於該金屬化層之一介電層埋藏。

於某些實施例中，該間隔導電結構係由形成於該金屬化層之該介電層電性分離(electrically separated)，使該間隔導電結構係設置以穿過該介電層形成電弧。

於某些實施例中，該裝置包含複數對並聯電性連 接之突出部。

於某些實施例中，至少二對突出部具有不同間隔距離並設置以響應與該間隔距離成比例關係之不同過電壓(overstress voltage)以形成電弧。

於某些實施例中，該至少二對突出部於形成電弧前具有不同間隔距離。

於某些實施例中，該對間隔導電結構串聯連接至一保險絲(fuse)。

於某些實施例中，該對間隔導電結構可作為設置以保護該裝置免受過度電性應力事件損害之一過度電性應力保護裝置。

於某些實施例中，該裝置進一步包含電連接至該對間隔導電結構之一半導體基底(semiconductor-based)過度電性應力保護裝置，相較於該對間隔導電結構，該過度電性應力保護裝置係設置以分流更大量電流。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係並聯電連接至該對間隔導電結構。

於某些實施例中，該裝置進一步包含一核心電路(core circuit)，其中，該對間隔導電結構與該核心電路電連接至少一共用電子端(common electrical terminal)，使該對間隔導電結構作為用於監控發生於該核心電路中之過度電性應力事件之一監控裝置。

於某些實施例中，不論該核心電路是否被電性活化，該對間隔導電結構係設置以響應於一過度電性應力事件以 形成電弧。

於某些實施例中，該核心電路與該對間隔導電結構整合於一半導體封裝(semiconductor package)中。

於某些實施例中，該核心電路與該對間隔導電結構整合於相同半導體晶粒中。

於某些實施例中，該核心電路與該對間隔半導體結構設置於不同半導體晶粒中。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係作為一過度電性應力保護裝置。

於另一方面，一種監控一半導體裝置之方法包含，提供一對具有一間隔於其間之導電結構，該對導電結構與一半導體基板整合並設置以響應一過度電性應力事件形成電弧；以及監控該對導電結構以決定一電脈衝(electrical pulse)是否已橫跨該對間隔導電結構間之該間隔形成電弧。

於某些實施例中，監控包含，透過測量橫跨該間隔之一開路電壓中之變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，監控包含，透過測量沿著包括該間隔之一電性路徑之一漏電流變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，監控包含，透過檢測橫跨與該對間隔導電結構串聯連接之一保險絲之一開路電路決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，監控包含，透過目視檢查相鄰 該間隔之該導電結構之端部外觀上之改變決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，提供該半導體裝置包含，提供複數對各自具有一間隔於其間之導電結構，該對導電結構係並聯電連接。

於某些實施例中，該對導電結構具有不同間隔並設置以響應於與該不同間隔相關之過電壓以形成電弧，以及其中監控包含，識別於間隔導電結構之電弧對中具有最大分離距離之一對間隔導電結構，以及估計與該過度電性應力事件相關之最大電壓。

於某些實施例中，監控包含，透過測量橫跨該對導電結構之電容(capacitance)變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，監控包含，透過目視檢測串聯連接至該對間隔導電結構之一熔斷保險絲之徵兆。

於另一方面，一過度電性應力監控裝置包含，複數對具有複數個不同尺寸大小之間隔於其間之導電結構，其中該複數對導電結構為並聯電連接，以及其中該不同尺寸大小之間隔係設置以響應於相對應之不同過度電性應力電壓以形成電弧。

於某些實施例中，該複數對導電結構係設置為被受監控以承受電弧。

於某些實施例中，該裝置係設置以允許目視檢查於該間隔處之該導電結構之任何損壞。

於某些實施例中，該裝置係設置以電性監控該導 電結構是否響應於電弧進行改變。

於某些實施例中，該裝置進一步包含與該複數對相異間隔之導電結構電性連接之一半導體基底過度電性應力保護裝置。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置以高於該複數對相異間隔之導電結構設置以形成電弧之電壓之一電壓進行觸發。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置使，經以一觸發電壓觸發後，橫跨該半導體基底過度電性應力保護裝置之一電壓並不回彈(snap back)至低於該觸發電壓之一較低電壓。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置包含一雪崩二極體(avalanche diode)。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置使，經以一觸發電壓觸發後，橫跨該半導體基底過度電性應力保護裝置之一電壓並不回彈至低於該觸發電壓之一較低電壓。

於某些實施例中，該較低電壓係高於該複數對相異間隔之導電結構設置以形成電弧之電壓。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置包含一雙極接面電晶體(bipolar junction transistor)。

於某些實施例中，該複數對相異間隔之導電結構係設置以連接一核心電路，其中該複數對間隔導電結構與該核心電路電連接至少一共用電子端，使該對間隔導電結構能作為 用於監控發生於該核心電路中之一過度電性應力事件之一監控裝置。

於某些實施例中，於形成電弧之後，各複數對相異間隔導電結構係設置使橫跨各複數對相異間隔導電結構之一電壓回彈至高於該核心電路之一電源電壓之一電壓。

於另一方面，一裝置包含一核心電路；電連接至該核心電路並設置以分流因一過度電性應力事件所引起來自該核心電路之電流之一過度電性應力保護裝置；以及電連接至該核心電路之一過度電性應力監控裝置，該過度電性應力監控裝置包含設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧以及承受該間隔導電結構之形狀改變之一對間隔導電結構。

於某些實施例中，該裝置係設置使該對間隔導電結構能設置以受檢測並作為一過度電性應力監測器。

於另一方面，具有用於感測過度電性應力事件之一整合式感測器之一裝置包括，一基板以及與該基板整合之一對間隔導電結構或火花隙(spark gap)結構，其中該間隔導電結構係設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧。

於某些實施例中，該間隔導電結構係由一材料所組成並具有使電弧造成該間隔導電結構具有一可檢測形狀改變之一形狀，以及其中該裝置係設置使該間隔導電結構設置以受檢測並作為一過度電性應力監測器。

於某些實施例中，該間隔導電結構形成於該裝置之一金屬化層。

於某些實施例中，該間隔導電結構至少部分地被 一介電層埋藏。

於某些實施例中，該間隔導電結構由一介電材料電性分離。

於某些實施例中，該對間隔導電結構包括一對具有一分離距離於其間之間隔突出部。

於某些實施例中，該裝置包括複數對並聯電連接之突出部。

於某些實施例中，該複數對突出部具有不同分離距離並設置以響應於與該分離距離相關之不同過電壓以形成電弧。

於某些實施例中，該不同過電壓與該分例距離係成比例關係。

於某些實施例中，該對間隔導電結構串聯連接至一保險絲。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係設置以於該裝置中為可視，使不論一過度電性應力事件是否橫跨該對間隔導電結構使電弧產生均可透過目視檢測。

於某些實施例中，不論一過度電性應力事件是否橫跨該對間隔導電結構使電弧產生均可使用一顯微鏡以目視檢測。

於某些實施例中，該裝置進一步包括電連接至該對間隔導電結構之一半導體基底過度電性應力保護裝置。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置並聯電連接至該對間隔導電結構。

於某些實施例中，該裝置進一步包括電連接至該對間隔導電結構之一核心電路，其中不論該核心電路是否被電性活化，該對間隔導電結構係設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係作為一靜電放電(electrostatic discharge，ESD)保護裝置。

於某些實施例中，該對間隔導電結構係作為連接至一半導體靜電放電保護裝置之一監控裝置。

於某些實施例中，該裝置係透過微製程(microfabrication)技術所形成，包括如光微影(photolithography)與蝕刻(etching)。

於某些實施例中，該基板為一半導體基板。

於另一方面，一種監控一裝置之方法，如一半導體裝置，包括提供一對具有一間隔於其間之導電結構。該對導電結構係與一半導體基板整合並設置以響應於一過度電性應力事件橫跨該間隔形成電弧。該方法包括監控該對導電結構以決定橫跨該對間隔導電結構之間之間隔是否產生一電弧。

於某些實施例中，該監控包括，透過測量橫跨該對間隔導電結構之開路電壓中之變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，該監控包括，透過測量該對間隔導電結構之間之電容變化決定半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，該監控包括，透過測量沿著包 括該間隔之一電性路徑之一漏電流變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，該監控包括，透過檢測橫跨與該對間隔導電結構串聯連接之一保險絲之一開路電路決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，該監控包括，透過肉眼檢測串聯連接至該對間隔導電結構之一已熔斷保險絲決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，該監控包括，透過肉眼檢查相鄰該間隔之該導電結構之端部或尖端決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。

於某些實施例中，提供該裝置包括，提供複數對各自具有一間隔於其間之導電結構，該對導電結構係並聯電連接。

於某些實施例中，該對間隔導電結構具有不同間隔並設置以響應於與該不同間隔相關之過電壓以形成電弧，以及該監控包含，識別形成電弧之複數對間隔導電結構中具有最大分離距離之一對間隔導電結構，以及估計與該過度電性應力事件相關之最大電壓。

於另一方面，一過度電性應力監控裝置包括，複數對具有不同尺寸大小之間隔於其間之間隔導電結構，其中該複數對導電結構為並聯電連接，且該不同尺寸大小之間隔係設置以響應於相對應之不同過度電性應力電壓以形成電弧。

於某些實施例中，該複數對導電結構係設置為被受監控以承受電弧。

於某些實施例中，該裝置係設置以允許目視檢查於該間隔處之該導電結構之任何損壞。

於某些實施例中，該裝置係設置以電性監控該導電結構是否響應於電弧進行改變。

於某些實施例中，該過度電性應力監控裝置進一步包括，與該複數對相異間隔導電結構電連接之一半導體基底過度電性應力保護裝置。

於某些實施例中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置以高於該複數對相異間隔之導電結構設置以形成電弧之電壓之一電壓進行觸發。

於某些實施例中，經觸發後，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置使橫跨該半導體基底過度電性應力保護裝置之一電壓不回彈至一較低電壓。

於某些實施例中，經觸發後，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置使橫跨該半導體基底過度電性應力保護裝置之一電壓回彈至高於該複數對相異間隔導電結構設置以形成電弧之電壓之一電壓。

於某些實施例中，經觸發後，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置不回彈至電壓或回彈至高於該複數對相異間隔導電結構設置以形成電弧之電壓之一電壓。

於某些實施例中，該複數對相異間隔導電結構係設置以連接至一核心電路並拉引由過度電性應力事件所造成之一少量電流，藉此作為該過度電性應力事件之一監控裝置。

於某些實施例中，經形成電弧後，各複數對具有 不同尺寸大小間隔之導電結構係設置使橫跨各間隔之一電壓回彈至高於該核心電路之電源電壓之一電壓。

8‧‧‧電子裝置

10‧‧‧輸入接點

11‧‧‧過度電性應力保護裝置

12‧‧‧過度電性應力隔離裝置

13‧‧‧內部電路

14‧‧‧過度電性應力感測裝置

15‧‧‧電阻元件

16‧‧‧檢測電路

17‧‧‧記憶體

18‧‧‧報告電路

19‧‧‧輸出接點

20a‧‧‧二極體基底靜電放電保護裝置

20a1‧‧‧單向阻隔接面二極體

20a2‧‧‧順向串聯阻隔接面二極體

20a3‧‧‧反向平行低電壓降導與去耦合二極體

20a4‧‧‧高背對背二極體基底雙向阻隔裝置

20b‧‧‧雙極型電晶體基底靜電放電保護裝置

20b1‧‧‧NPN靜電放電裝置

20b2‧‧‧PNP靜電放電裝置

20c‧‧‧單向耦合NPN與PNP類閘流體靜電放電保護裝置

20c1‧‧‧浮動NPN基極

20c2‧‧‧基極至射極電阻

20c3‧‧‧固定基極電阻

20c4‧‧‧閘流體基極外部閂鎖觸發與閂鎖釋放控制

20d‧‧‧耦合NPN-PNP-NPN高阻隔類閘流體靜電放電保護裝置

30‧‧‧電子裝置

31‧‧‧接腳

32‧‧‧靜電放電阻隔/導引裝置

33‧‧‧靜電放電保護裝置

34‧‧‧靜電放電感測裝置

35‧‧‧電阻器

36‧‧‧檢測電路

36a‧‧‧檢測電路

36b‧‧‧檢測電路

36b1‧‧‧比較器

36b2‧‧‧比較器

36bN‧‧‧比較器

36c‧‧‧檢測電路

36d‧‧‧檢測電路

40‧‧‧電子裝置

42‧‧‧靜電放電保護裝置

44‧‧‧二極體

46‧‧‧靜電放電保護裝置

48‧‧‧電容器

72‧‧‧比較器

74‧‧‧取樣開關

76‧‧‧類比數位轉換器

90‧‧‧檢測與記憶體電路

92‧‧‧保險絲組

94‧‧‧保險絲組

96‧‧‧保險絲組選擇電路

98‧‧‧保險絲組讀取電路

100‧‧‧電子裝置

102‧‧‧第一靜電放電保護裝置

104‧‧‧核心電路/第二靜電放電保護裝置

108a‧‧‧過度電性應力監控裝置

108b‧‧‧過度電性應力監控裝置

110‧‧‧堆疊晶粒

112‧‧‧晶粒

112a‧‧‧高電源電壓

112b‧‧‧低電源電壓

114a‧‧‧輸入電壓端子/晶粒

114b‧‧‧輸入電壓端子/晶粒

114c‧‧‧晶粒

116‧‧‧輸出端子

116a‧‧‧對

116b‧‧‧對

120‧‧‧系統級封裝

120a‧‧‧陰極

120b‧‧‧陽極

122‧‧‧電路板

124‧‧‧封膜化合物

124a‧‧‧陽極

124b‧‧‧陽極

128a‧‧‧電弧前電極間間隔

128b‧‧‧電弧後電極間間隔

130‧‧‧積體電路系統

132‧‧‧過度電性應力監控裝置

136‧‧‧陰極

1361‧‧‧陰極導電結構

1362‧‧‧陰極導電結構

1363‧‧‧陰極導電結構

140‧‧‧陽極

1401‧‧‧陽極導電結構

1402‧‧‧陽極導電結構

1403‧‧‧陽極導電結構

142‧‧‧第二端子

144‧‧‧過度電性應力監控裝置

146‧‧‧第一端子

148‧‧‧火花隙監控裝置

150‧‧‧電子裝置

152‧‧‧保險絲

156‧‧‧運算放大器

200‧‧‧半導體基板

202‧‧‧隔離區域

205‧‧‧接點

206‧‧‧介電層體

210‧‧‧金屬化層階層

212‧‧‧介電層體

215‧‧‧通道

217‧‧‧層間介電層體

220‧‧‧金屬化層階層

222‧‧‧介電層體

225‧‧‧通道

227‧‧‧層間介電層體

230‧‧‧金屬化層階層/靜電放電保護裝置

232‧‧‧介電層體/陽極

234‧‧‧陰極

235‧‧‧通道

236‧‧‧焊墊

237‧‧‧層間介電層體/靜電放電裝置

238‧‧‧靜電放電裝置

239‧‧‧靜電放電裝置

240‧‧‧金屬化層階層/靜電放電保護裝置

242‧‧‧介電層體/N型區域

244‧‧‧表面/面積

250‧‧‧焊線/垂直整合系統

252‧‧‧靜電放電保護層體

253‧‧‧線圈

254‧‧‧絕緣層體

255‧‧‧通道

256‧‧‧儲存層體

260‧‧‧金屬凸塊/垂直整合系統/積體電路系統

261‧‧‧靜電放電保護晶片

262‧‧‧絕緣層體

263‧‧‧儲存晶片

264‧‧‧特殊應用積體電路

265‧‧‧主動側

266‧‧‧焊線

267‧‧‧封膜化合物

270‧‧‧圖表/垂直整合系統

272‧‧‧儲存晶片

280‧‧‧晶粒

282‧‧‧過度電性應力保護裝置

284‧‧‧儲存元件

286‧‧‧處理電路系統

290‧‧‧晶粒

292‧‧‧隔離障壁

300‧‧‧過度電性應力監控裝置/行動裝置/穿戴式裝置

302‧‧‧外殼

304‧‧‧高電壓節點/通道

305‧‧‧穿戴式裝置

306‧‧‧電連接

308‧‧‧低電壓節點

312‧‧‧靜電放電裝置

316‧‧‧複數對相異間隔之導電結構

316-1‧‧‧對

316-n‧‧‧對

320‧‧‧保險絲

320-1‧‧‧保險絲

320-n‧‧‧保險絲

324‧‧‧感測電路

324-1‧‧‧感測電路

324-n‧‧‧感測電路

400‧‧‧過度電性應力監控裝置

416‧‧‧複數對相異間隔之導電結構

416-1‧‧‧對

416-n‧‧‧對

420‧‧‧保險絲

420-1‧‧‧保險絲

420-n‧‧‧保險絲

424‧‧‧感測電路

424-1‧‧‧感測電路

424-n‧‧‧感測電路

500A‧‧‧過度電性應力保護裝置

500B‧‧‧過度電性應力保護裝置

516‧‧‧複數對相異間隔導電結構

516-1‧‧‧相異間隔導電結構

516-n‧‧‧相異間隔導電結構

600‧‧‧圖表

604‧‧‧曲線

604a‧‧‧阻隔區域

604b‧‧‧負電阻區域

604c‧‧‧正電阻區域

608‧‧‧曲線

608a‧‧‧阻隔區域

608b‧‧‧負電阻區域

608c‧‧‧正電阻區域

700A‧‧‧過度電性應力監控裝置

700B‧‧‧過度電性應力監控裝置

716‧‧‧複數對相異間隔導電結構

716-1‧‧‧相異間隔導電結構

716-n‧‧‧相異間隔導電結構

800A‧‧‧過度電性應力保護裝置

800B‧‧‧過度電性應力保護裝置

816‧‧‧複數對相異間隔導電結構

816-1‧‧‧相異間隔導電結構

816-n‧‧‧相異間隔導電結構

900‧‧‧複數對相異間隔導電結構

900-1‧‧‧間隔導電結構

900-2‧‧‧間隔導電結構

900-n‧‧‧間隔導電結構

904‧‧‧欄標

908‧‧‧倒角

912‧‧‧寬度

924‧‧‧圖案化金屬層體

928‧‧‧圖案化金屬層體

932‧‧‧圖案化金屬層體

1000‧‧‧複數對間隔導電結構

1000-1‧‧‧間隔導電結構

1000-2‧‧‧間隔導電結構

1000-n‧‧‧間隔導電結構

1004‧‧‧欄標

1008‧‧‧倒角

1024‧‧‧圖案化金屬層體

1028‧‧‧圖案化金屬層體

1100‧‧‧保險絲

1102‧‧‧寬度

1104‧‧‧欄標

1108‧‧‧倒角

1112‧‧‧連接部

1114a‧‧‧端部

1200‧‧‧圖表

1300‧‧‧圖表

1400A‧‧‧間隔導電結構

1400B‧‧‧間隔導電結構

1404A‧‧‧陰極監控探針

1404B‧‧‧陰極監控探針

1408A‧‧‧陰極監控探針

1408B‧‧‧陽極監控探針

1500‧‧‧圖表

1600‧‧‧圖表

1700‧‧‧圖表

1800‧‧‧圖表

1900‧‧‧圖表

2000‧‧‧圖表

2100‧‧‧複數對間隔導電結構

2204‧‧‧外露部

2500‧‧‧曲線圖

2600‧‧‧圖表

2700‧‧‧圖表

2704‧‧‧曲線

2708‧‧‧曲線

2712‧‧‧曲線

2716‧‧‧曲線

2720‧‧‧曲線

2800A‧‧‧圖表

2800B‧‧‧圖表

2804‧‧‧基線區域

2808‧‧‧預觸發區域

2812‧‧‧保持區域

2816‧‧‧曲線

2820‧‧‧曲線

2900‧‧‧圖表

2904‧‧‧曲線

2908‧‧‧曲線

2912‧‧‧曲線

2916‧‧‧曲線

3208A‧‧‧數值

3208B‧‧‧數值

於此將透過非限制性之範例及參考圖式描述本發明所揭露之實施例。

圖1A為根據本發明之實施例之一本導體裝置之電路示意圖，其具有一核心電路與包括間隔導電結構之過度電性應力監控裝置。

圖1B描繪圖1A中所示具有一範例核心電路之該半導體裝置之一實施方式。

圖1C為根據本發明實施例包括一對間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置於響應一過度電性應力事件形成電弧前後之一示意圖。

圖1D為根據本發明實施例包括複數對並聯電連接之間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置之一示意圖。

圖1E為根據本發明實施例包括與一保險絲串聯電連接之一對間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置之一示意圖。

圖2A為根據本發明實施例具有多階層互連金屬層之一半導體裝置之一剖面示意圖，其中該多階層中之至少一者可包括一過度電性應力監控裝置。

圖2B為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓與形成於多種金屬化階層之導電結構之間隔兩者間之關聯。

圖3與圖4為根據本發明實施例之過度電性應力監控裝置 之示意圖，其包括設置以監控電壓與/或與過度電性應力事件相關之能量之複數對間隔導電結構。

圖5A與圖5B為根據本發明實施例之過度電性應力保護裝置之示意圖，其包括設置作為靜電放電裝置以保護一核心裝置免受一過度電性應力事件損害之複數對間隔導電結構。

圖6為根據本發明實施例描繪一對間隔導電結構與一靜電放電裝置之準靜態(quasistatic)電流對電壓曲線示意圖。

圖7A與圖7B為根據本發明實施例之過度電性應力保護裝置之示意圖，其包括設置以監控電壓與/或與一過度電性應力事件有關之能量之複數對串聯連接之間隔導電結構。

圖8A為根據本發明實施例之一過度電性應力保護與監控配置之一示意圖，其包括設置作為靜電放電裝置以保護一核心裝置免受一過度電性應力事件損害之複數對串聯連接之間隔導電結構。

圖8B為根據本發明實施例之一過度電性應力保護與監控配置之一示意圖，其包括設置以監控過度電性應力事件之複數對串聯連接之間隔導電結構與設置以保護一核心裝置免受一過度電性應力事件損害之一單獨靜電放電裝置。

圖9A為根據本發明實施例具有對應不同觸發電壓之不同間隔之複數對並聯電連接之間隔導電結構之一俯視圖。

圖9B為根據本發明實施例經光微影圖案化與沉積之金屬層之一俯視圖，其顯示並聯電連接之複數對間隔導電結構之不同設置方式。

圖10A為根據本發明實施例複數對間隔導電結構對應不 同觸發電壓與不同間隔並聯電連接之俯視圖。

圖10B為根據本發明實施例經光微影圖案化與沉積之金屬層之一俯視圖，其顯示並聯電連接之該對間隔導電結構之不同設置方式。

圖11為根據本發明實施例可與火花隙裝置串聯連接之一保險絲之一俯視圖。

圖12為根據本發明實施例測量包括複數對並聯電連接間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置之電流對電壓實驗曲線圖。

圖13為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓與過度電性應力裝置之間隔兩者間之關聯，各過度電性應力裝置包括形成於多種金屬化階層之導電結構並用於一半導體裝置之金屬化後端製程(back end of line，BEOL)之一對間隔導電結構。

圖14A與圖14B為根據本發明實施例包括一對間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置於響應一過度電性應力事件形成電弧前後之一示意圖。

圖15為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓與一對間隔導電結構間之間隔兩者間之晶圓級(wafer-level)關聯性。

圖16為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓(亦稱為崩潰電壓或BV)與形成於第1金屬階層之一對間隔導電結構間之間隔兩者間之晶圓級關聯性。

圖17為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察 形成電弧之電壓與形成於第3金屬階層之一對間隔導電結構間之間隔兩者間之晶圓級關聯性。

圖18為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓與形成於第1與第3金屬階層之一對間隔導電結構間之間隔兩者間之晶圓級關聯性。

圖19為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓與形成於第3金屬階層之一對間隔導電結構間之間隔兩者間之晶圓級關聯性。

圖20為根據本發明實施例之一圖表，其描繪以實驗觀察橫跨形成於第1金屬階層之一對間隔導電結構之標稱(nominal)間隔之晶圓之電弧電壓之重複性(repeatability)。

圖21為根據本發明實施例並聯電連接並以鈍化(passivation)覆蓋之複數對間隔導電結構之一俯視圖。

圖22為根據本發明實施例並聯電連接並具有包括該間隔之一外露部(exposed portion)之複數對間隔導電結構之一俯視圖。

圖23為根據本發明實施例橫跨複數對間隔導電結構(圖25B所示)之一直流掃描(DC sweep)之一電流對電壓(IV)曲線圖。

圖24為一圖表(Wunsch-Bell曲線)，其示意性描失效功率密度(power density to failure)對電子電路應用之脈衝寬度(pulse width)之依賴性。

圖25為根據本發明實施例之一圖表，其描繪具有不同間隔之數對間隔導電結構之觸發電壓對溫度之依賴性。

圖26A為根據本發明實施例描繪於使用第2金屬結構所製造之一對間隔導電結構上所測量之一極快速傳輸線脈衝(very fast transmission line pulse，VFTLP)電流對電壓曲線圖。

圖26B描繪對應圖26A之該極快速傳輸線脈衝電流對電壓曲線之一電壓對時間曲線與一電流對時間曲線之重疊。

圖27為一圖表，其描繪於傳輸線脈衝測試條件下由不同材料所形成之該對間隔導電結構之觸發電壓對該間隔距離之依賴性。

圖28A示意性描繪於傳輸線脈衝測試下使用具有不同負載值(load value)之傳輸線實驗性控制有效保持電壓(holding voltage)。

圖28B描繪關於圖28A所示之負載值對保持電壓影響之實驗驗證。

圖29A為根據本發明實施例與形成於包括該間隔並由不同材料所填充之鈍化層中之一開口並聯電連接之複數對間隔導電結構之俯視圖。

圖29B為根據本發明實施例與形成於包括該間隔並由不同材料所填充之鈍化層中之一開口並聯電連接之複數對間隔導電結構之俯視圖。

圖29C為根據本發明實施例與形成於包括該間隔並由不同材料所填充之鈍化層中之一開口並聯電連接之複數對間隔導電結構之俯視圖。

圖30為根據本發明實施例與形成於與一微流體通道(microfluidic channel)重疊之鈍化層中之一開口並聯電連接 之複數對間隔導電結構之俯視圖。

圖31為根據本發明實施例用於一過度電性應力監測器上製造微流體通道之一流程圖。

圖32為根據本發明實施例將一彈性基板與一過度電性應力監測器整合之一流程圖。

圖33為根據本發明實施例包括過度電性應力檢測電路性統之一例示性電子裝置之一示意圖。

圖34A顯示可實施於至少一實施例中之一範例過度電性應力保護裝置。

圖34B顯示可實施於至少一實施例中之一範例過度電性應力保護裝置。

圖34C顯示可實施於至少一實施例中之一範例過度電性應力保護裝置。

圖34D顯示可實施於至少一實施例中之一範例過度電性應力保護裝置。

圖35為根據本發明一實施例設置以檢測該電子裝置之一接腳處之過度電性應力事件之一範例性電子裝置之一部分之一示意圖。

圖36為根據本發明一實施例設置以檢測橫跨一儲存元件之過度電性應力事件之一範例性電子裝置之一部分之一示意圖。

圖37為根據本發明一實施例包括一檢測電路與一過度電性應力保護裝置之一示意圖。

圖38為根據本發明另一實施例包括一檢測電路與一過度 電性應力保護裝置之一示意圖。

圖39為根據本發明另一實施例包括一檢測電路與一過度電性應力保護裝置之一示意圖。

圖40為根據本發明另一實施例包括一檢測電路與一過度電性應力保護裝置之一示意圖。

圖41為根據本發明一實施例設置以檢測並儲存關於過度電性應力事件之資訊之一範例性電路之一示意圖。

圖42為根據本發明一實施例具有一過度電性應力事件檢測電路之一電子裝置一部分之一示意圖。

圖43為根據本發明一實施例之一堆疊晶粒示意圖，其包括具功能性安全電路系統之一晶粒。

圖44為根據本發明一實施例包括功能性安全電路系統之一系統級封裝(system in a package)之一示意圖。

圖45為根據本發明一實施例包括功能性安全電路系統之一系統之一示意圖。

圖46為根據本發明一實施例設置以儲存與一過度電性應力事件相關之電荷並檢測該過度電性應力事件之發生一範例性電子裝置之一示意圖。

圖47A為根據本發明一實施例之一過度電性應力保護裝置之一範例布局之一平面視圖。

圖47B為根據本發明一實施例之一過度電性應力保護裝置之另一範例布局之一平面視圖。

圖47C為根據本發明一實施例之一過度電性應力保護裝置之另一範例布局之一平面視圖。

圖48為根據本發明一實施例描繪另一過度電性應力保護裝置，其中該電流湧浪(current surge)係垂直傳導至該層體下方。

圖49為根據本發明一實施例之一垂直整合系統之一範例，其具有能利用一過度電性應力事件儲存電荷按比例放大之結構。

圖50為根據本發明一實施例之一垂直整合系統之一示意圖，其包括過度電性應力保護與監控電路系統。

圖51為根據本發明一實施例之一垂直整合系統之一示意圖，其包括一單晶片上之過度電性應力保護與監控電路系統。

圖52為根據本發明一實施例具有過度電性應力保護裝置、儲存元件與處理電路系統之一晶粒。

圖53為根據本發明另一實施例具有過度電性應力保護裝置、儲存元件與處理電路系統之一晶粒。

圖54A為根據本發明一實施例包括一外殼之一行動裝置之一實施例，該外殼具有嵌入於該外殼中之導管。

圖54B為根據本發明一實施例包括一外殼之一行動裝置之一實施例，該外殼具有嵌入於該外殼中之導管。

圖54C為根據本發明一實施例包括一外殼之一行動裝置之一實施例，該外殼具有嵌入於該外殼中之導管。

以下某些實施例之詳細描述呈現本發明特定實施例之各種描述。然而，於此所述之創新可透過各種不同方式所體現，例如，由本發明之申請專利範圍所定義及涵蓋。於此之描述中，參考圖式中相同之符號標記可指示相同或功能相似之 元件。其應可理解圖式中所描繪之元件未必按實際大小繪製。此外，其應可理解某些實施例可包括比一圖式中所示與/或所示元件之子集更多元件。進一步，某些實施例可併入來自至少二圖式之特徵之任何適當組合。於此所提供之標題名稱僅以便利為目的，並不對本發明申請專利範圍之範疇或意義造成影響。

用於各種應用上之各種電子裝置，包括使用低電壓互補式金屬氧化半導體製程所製造之汽車與消費性電子裝置越來越多使用以相對較高之雙向電壓操作輸入/輸出(I/O)介面接腳。該些裝置通常於相對惡劣環境中操作並且應符合適當靜電放電(electrostatic discharge，ESD)與電磁干擾耐受性(electromagnetic interference immunity，EMI)規範。積體電路(Integrated circuits，ICs)特別易受過度電性應力(electrical overstress，EOS)事件損害，如靜電放電事件。電子裝置可能會受到超過一般操作條件之大範圍高電壓暫態電氣事件影響，因此穩健之靜電放電與電磁干擾耐受性為期望之目標。高電壓事件於汽車電子裝置領域特別常見。

該暫態電氣事件可為如一急遽變化之高能量訊號，例如一靜電放電(ESD)事件。該暫態電氣事件可與由一使用者接觸或接觸其他物體或單純因電力系統故障所導致之一過電壓事件有關。於其他情況下，該暫態電氣事件可由一製造商為測試於一定義之壓力條件下該收發器積體電路之穩健性所產生，該壓力條件可透過各種組織所設定之標準描述，如聯合電子裝置工程委員會(Joint Electronic Device Engineering Council，JEDEC)、國際電工委員會(International Electrotechnical Commission，IEC) 與汽車工程委員會(Automotive Engineering Council，AEC)。

可採用多種技術以保護該電子裝置之一核心或一主要電路系統，如積體電路，免受該些暫態電氣事件損害。某些系統採用外部晶片外保護裝置以確保核心電子系統響應該暫態靜電放電與電磁事件不受到損害。然而，鑒於效能、成本與空間考量，對於保護裝置與該主要電路系統，即受保護之電路系統以單晶整合(monolithically integrated)之需求逐漸增長。

透過保護裝置，如靜電放電保護裝置可提高電子電路之可靠性(reliability)。當該暫態電氣事件之電壓達一觸發電壓時，該等保護裝置透過由一高阻抗狀態轉變成一低阻抗狀態於一預定安全範圍內，可於某些位置維持相對較高之電壓位準，如積體電路高電源電壓(V_dd)。此後，該保護裝置可於一暫態電氣事件之電壓達到導致該積體電路損壞最常見原因之一之正或負失效電壓(failure voltage)之前，將與該暫態電氣事件有關之電流之至少一部分分流至如接地面。該保護裝置可被設置以如保護一內部電路(internal circuit)免受超過該積體電路之高電源電壓與低(如接地面)電源電壓位準之暫態訊號損害。一保護裝置可被設置用於不同電源與電壓(I-V)阻隔特性，並能給予於正常操作電壓條件下具有快速操作效能與低靜態功率消耗(static)免受正負瞬態電氣事件損害之保護係為期望之目標。

具有間隔導電結構之過度電性應力監控裝置與保護裝置

典型過度電性應力保護裝置係被設計以保護核心電路系統免於過度電性應力事件潛在威脅。該過度電性應力保 護裝置通常設計以根據該核心電路系統於使用期間所預期發生之過度電性應力狀態範圍保護該核心電路系統。然而，因過度電性應力保護裝置係設計以於該有害之過度電性應力事件超過一觸發條件，如觸發電壓或一閾值電壓進行觸發，一觸發事件僅指示例如已超過該觸發條件，但並未指示超過多少量。進一步，當一潛在有害之過度電性應力事件接近但未超過啟動過度電性應力保護裝置之觸發條件時，並不會提供警示，即便該等過度電性應力事件之重複發生終究會對該核心電路系統與/或該過度電性應力保護裝置造成實際損害與故障。因此，對於一監控裝置於不論該過度電性應力保護裝置是否已被觸發下，可提供關於有害之過度電性應力事件之半定量(semi quantitative)或定量資訊，如與該有害之過度電性應力事件有關之電壓與所消耗能量有其需求。此種監控裝置於更多有害之過度電性應力事件超過影響該裝置之一核心電路之一閾值電壓限制之前，可檢測一過度電性應力事件並對一使用者發出警示，如一預防維護(preventive maintenance)。此外，當該裝置受到一過度電性應力事件損害時，該監控裝置可提供已對該裝置造成損害之過度電性應力事件之歷史記錄，藉以提供有用診斷資訊以確定該過度電性事件之根本原因。

為提供此等或其他優點，根據本發明各種實施例揭露一過度電性應力監控裝置。該過度電性應力監控裝置包含一對間隔導電結構，其設置以響應一過度電性應力事件形成電弧。有利地，儘管具有一過度電性應力保護裝置，當該核心電路系統因一有害之過度電性應力事件發生故障，或當該過度電 性應力保護裝置本身因一有害之過度電性應力事件發生故障時，關於該有害之過度電性應力事件本質之資訊可使用該過度電性應力事件監控裝置取得。該等資訊可包括，如與該過度電性應力事件有關之電壓與/或能量。此外，當潛在有害之過度電性應力事件接近但未超過啟動過度電性應力保護裝置之觸發條件時，該過度電性應力監控裝置可用以提供警示，使該等過度電性應力事件之重複發生不會造成該核心電路系統與/或該過度電性應力保護裝置之實際損害或故障。此外，該過度電性應力監控裝置可有利地設置作為一過度電性應力保護裝置本身。進一步，不論該核心電路系統是否被活化，該過度電性應力監控裝置可作為一監測器與/或該過度電性應力保護裝置。於以下詳細說明或圖式中，該用語「靜電放電保護裝置(ESD protection device)」係用以易於區別該過度電性應力監控裝置之標記；雖然該技術領域通常知識者將理解該所稱「靜電放電保護裝置」可保護免受更廣泛之過度電性應力事件之損害，並不限以保護免受靜電放電事件之損害。

因此，關於一過度電性應力事件之發生之資訊，如有關該過度電性應力事件之電壓/與或能量，可能不適用於此所揭露使用該過度電性性力監控裝置之一電子系統。各種實施例可於各種應用中提供更多可靠之電路操作。例如，各種實施例可減少一汽車或其他車輛中電子設備故障之情形，並提升駕駛人員與/或乘客之安全性。如另一範例，健康照護應用之電子設備，如心率監測應用，本發明之實施例可用以更可靠地檢測一生理參數變化，使響應該所檢測之變化執行適當措施。 當該健康照護應用中之電路故障時，可能會對健康造成負面影響。於需要可靠電路操作之應用中，於此所揭露之實施例可減少或將對關鍵電路之未知潛在損害減到最少。進一步，該「監控」功能不須為即時響應。相反地，於裝置故障後可透過一監控裝置進行檢查，以確定故障組件中發生多少過度電性應力事件或其程度為何以用於診斷目的上係為有益的。例如，可於使用期間或故障後透過電性監控，或透過肉眼檢查該故障組件獲取該等資訊，其將可透過以下詳細描述理解。對於該過度電性應力事件之程度之診斷資訊有利於準確確定該過度電性應力事件之起因，以用於避免未來再發生此等事件或設計能對該等事件更具抵抗性之組件。

如上所述，雖然於此所揭露之內容係以例示性目的討論「靜電放電」保護裝置或電路與靜電放電事件，但將可理解於此所述之任何原理與優點均可應用於任何其他過度電性應力之情況上。過度電性應力事件可包含持續約1奈秒或更少之暫態訊號事件、持續數百奈秒之暫態訊號事件、持續1微秒次序之暫態訊號事件，與持續更長時間之包括直流過載(overstress)之事件。

圖1A為根據本發明之實施例之一電子裝置100之電路示意圖，其具有一核心電路104與包括間隔導電結構之過度電性應力監控裝置108a、108b。該間隔導電結構可指一火花隙裝置，並且其可設置以允許橫跨該等導電結構間之一介電間隔形成電弧。該核心電路104可為任何合適之待保護半導體基底電路，其可包括電晶體、二極體與電阻以及其他電路元件。 該核心電路可連接至一高電源電壓112a，如V_dd或V_cc，與一低電源電壓112b，如V_ss或V_ee。該核心電路104包括輸入電壓端子114a、114b與一輸出端子116。各具有間隔導電結構之過度電性應力監控裝置108a、108b電連接於該高電源電壓112a與該低電源電壓112b之間，並與該核心電路104電性並聯。於該所示實施例中，各監控裝置108a、108b包括連接至作為一陽極(anode)之該高電源電壓112a之一第一導電結構，與連接至作為一陰極(cahode)之該低電源電壓112b之一第二導電結構。於該第一與第二導電結構之間設置至少一預設間隔距離。於圖1中，各過度電性應力監控裝置108a、108b具有三個並聯形成之該等間隔，其將於以下進行描述，該等三個間隔具有三種不同尺寸大小。響應於一靜電放電事件，該等過度電性應力監控裝置108a、108b設置以形成電弧。各過度電性應力監控裝置108a、108b之間隔導電結構係由一材料所組成，並具有形狀以及於該第一與第二導電結構之間距有一間隔，使各過度電性應力監控裝置108a、108b設置以一觸發電壓V_TR形成電弧。其中該過度電性應力監控裝置108a、108b具有數個間隔，各間隔本身具有觸發電壓V_TR。該電弧可發生於橫跨小於該過度電性應力電壓形成電弧所橫跨之距離之所有間隔。

圖1B為根據本發明實施例一電子裝置100之一電路示意圖，其描繪電連接至該等包括間隔導電結構之過度電性應力監控裝置108a、108b之一核心電路104之一範例。該核心電路104可包含至少一電阻，如R、R1、R3、R5、R6與/或至少一二極體，與/或至少一電晶體Q1、Q2、Q4、Q5，以及 其他電路元件。

於圖1A與圖1B所示之實施例中，以例示為目的，各過度電性應力監控裝置108a、108b設置於該高電源電壓(V⁺)112a與該低電源電壓(V^-)112b之間。然而，實施例並不如此限制，於其他實施例中，過度電性應力監控裝置可設置於，替代或除該過度電性應力監控裝置108a、108b之外，該V⁺112a、V^-112b、V₁、V₂與V_out中任兩個電壓節點之間，於其間可能產生一過度電性應力狀態。

圖1C為根據本發明實施例包括一對116a/116b間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置於響應一過度電性應力事件形成電弧前(116a)後(116b)之一示意圖。該對116a間隔導電結構於形成電弧前包括一陰極120a與一陽極124a，該對116b間隔導電結構於形成電弧後包括一陽極120b與一陽極124b。

於因一靜電放電事件承受電弧之前，該對116a間隔導電結構具有一電弧前電極間間隔(pre-arc inter-electrode spacing)128a。如下所述，除其他因素外，該電弧前電極間間隔128a可被調整使該所得之過度電性應力監控裝置設置以一期望觸發電壓V_TR形成電弧。於承受電弧之後，該對116b間隔導電結構具有大於該電弧前電極間間隔128a之一電弧後電極間間隔128b。如下所述，該電弧後電極間間隔128b相對該電弧前電極間間隔128a所增加之量，除其他因素外，取決於形成電弧期間所消耗之能量大小以及該對導電結構之材料特性。因該電極間間隔128b之增加，於承受電弧之後，該對116b間隔導電結構之觸發電壓V_TR增加。該對116a間隔導電結構 之結構與材料可被調整，除其他因素外，使該所得之所增加之V_TR高於該初始V_TR一期望量。因此，根據某些實施例，可透過測量橫跨該對116b間隔導電結構形成電弧後相對該對116a間隔導電結構形成電弧前之一開路電路電壓中之增加量決定是否已發生一過度電性應力事件。該間隔之變化亦可被檢測為通過包括該間隔之路徑之漏電流之變化。因該受損之尖端容易經由肉眼檢查，因此該變化亦可透過肉眼檢測。因此，該裝置可以允許肉眼檢查之一方式，如使用一顯微鏡，進行整合(如與一積體電路之金屬層)。

於不受任何理論限制下，電流由該陰極120a流至該陽極124a之一流動所產生之一靜電放電結果可起始該間隔導電結構之電弧。該電流之流動可透過各種機制產生，如場發射(field emission)、二次發射(secondary emission)與熱發射(thermal emission)以及其他機制。例如，於某些情況下，於形成電弧期間透過場發射由該陰極120a所發射之自由電子可起始、促進或維持該間隔導電結構之電弧，該場發射係指由一靜電場(electrostatic field)所引起之電子發射。場發射可於自由電子自金屬表面被拉出之相對較強之電場(如，10⁷V/cm)下進行。一旦被起始，於某些情況下，該間隔導電結構之電弧可進一步透過熱離子發射(thermionic emission)由該陰極120a所發射之自由電子促進或維持。例如，該陰極120a與該陽極120b之間之電流流動可增加該陰極120a之導電材料之溫度，其增加其中之自由電子之動能，藉此使電子由該陰極120a之導電材料之表面射出。

由於一過度電性應力事件所導致該陰極120a與該陽極120b之間之電位差(potential difference)，可使所產生之自由電子(如透過場發射或熱離子發射)朝該陽極120b方向加速。該電子可進一步將電極間材料之原子分解為於一過度電性應力事件之高強度電場下具有高速度(velocities)之帶電粒子。該等由該陰極120a朝該陽極120b方向移動之高速電子於該陰極120a與該陽極120b之間與該電極間材料，如空氣或一介電材料之原子相撞，並將其分解為帶電粒子，如電子與離子。

如上所述，自由電子與帶電粒子係涉及該電弧之起始與其維持。於不拘泥於任何科學理論下，透過該陰極120a發射電子取決於多種因素，其包括材料特性，如該陰極與/或陽極之功函數(work function)與游離電位(ionization potential)，以及其等之物理形狀與尺寸大小。此外，如上所述，於形成電弧後該V_TR所增加之量取決於多種因素，包括材料特性，如該陰極與該陽極之熔點，以及其等之物理形狀與尺寸大小。

考量上述發射特性與熔點特性以及其他因素，根據本發明各種實施例，該陰極120a與該陽極120b中之一者可由適當導電與/或半導電材料組成，如n-摻雜多晶矽與p-摻雜多晶矽，包括碳(C)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈷(Co)、釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鉑(Pt)、金(Au)、銥(Ir)、鉭(Ta)、與鎢(W)之金屬，導電金屬氮化物(nitrides)，包括矽化鉭(tantalum silicides)、矽化鎢(tungsten silicides)、鎳矽化物(nickel silicides)、鈷矽化物(cobalt silicides)與鈦矽化物(titanium silicides) 之導電金屬矽化物，包括RuO₂之導電金屬氧化物，上述之混合物或合金(alloys)等。於某些實施例中，該陰極120a與該陽極120b中之一者可包含一過渡金屬(transition metal)，並可為例如一過渡金屬氮化物，如TiN、TaN、WN或TaCN。

於某些實施例中，該陰極120a與該陽極120b可由相同導電材料組成或包含相同導電材料，然而於其他實施例中，該陰極120a與該陽極120b可由不同導電材料組成或包含不同導電材料。

圖1D為根據本發明實施例包括複數對並聯電連接之間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置132。該過度電性應力監控裝置132包括複數對間隔導電結構。該複數對間隔導電結構由包括複數個陰極導電結構136₁、136₂、136₃之一陰極136與包括複數個相對應陽極導電結構140₁、140₂、140₃之一陽極140所形成。

請參閱圖9A與圖10A，於各種實施例中，該複數對間隔導電結構可為相異間隔之一對間隔導電結構，其中該複數對中之至少一子集於相對應陰極與陽極之間具有不同間隔。該相異間隔之間隔導電結構對可被描述於其間具有數個大小間隔D1、D2至Dn，其中n為對之數量。

於各種其他實施例中，該複數對間隔導電結構於相對應之陰極與陽極之間名義上具有相同間隔。

於不拘泥任何科學理論下，如上所述，於某些情況下，用於使該陰極與該陽極之間產生電弧之電子之產生取決於其間之電場。因此，該陰極與該陽極之間之間隔可被選擇或 被設置以不同閾值或觸發電壓形成電弧。

因此，於某些實施例中，該對間隔導電結構可有利地包括相異間隔之間隔導電結構對。該些實施例可有利於估計一靜電放電事件之一實際電壓。例如，於一靜電放電事件後，透過於形成電弧對之間隔導電結構中識別具有最大分離距離之一對間隔導電結構，可估計與該過度電性應力事件有關之一過度電性應力電壓。可事先預知與各間隔有關之觸發電壓，且該間隔上相鄰之尖端之損害與不具損害之另一間隔可指示該兩間隔之閾值電壓間之一事件。

然而，實施例並不如此限制。於某些其他實施例中，該對間隔導電結構可有利地於名義上具有相同間隔。

再次參閱圖1D，該複數對間隔導電結構係由包括複數個陰極導電結構136₁、136₂、136₃之一陰極136與包括複數個相對應陽極導電結構140₁、140₂、140₃之一陽極140所形成。於該所示實施例中，係顯示由該等陰極導電結構136₁、136₂、136₃與該等陽極導電結構140₁、140₂、140₃所形成之三對間隔導電結構。然而，於各種實施例中，該過度電性應力監控裝置132可包括任何適當數量之複數對陰極導電結構與陽極導電結構。由該等導電指136₁與140₁所表示火花隙裝置係顯示為受損害，並指示一過度電性應力事件超過該最左側火花隙裝置之觸發電壓，以及亦指示該過度電性應力事件低於由該等導電指對136₂/140₂與136₃/140₃所表示之其他兩個火花隙裝置之觸發電壓。

圖1E為根據本發明某些實施例之一過度電性應力監控裝置144之一示意圖，其包括一第一端子146，如一高電 壓端子，與一第二端子142，如一低電壓端子。根據本發明實施例，包括與一保險絲152串聯電連接之複數對間隔導電結構之一火花隙監控裝置148設置於該第一端子146與該第二端子148之間。該複數對間隔導電結構148係與圖1D中所述相似。於某些其他實施例中，該第一端子146可為一低電壓端子，且該第二端子148可為一高電壓端子。

基於數個原因具有該保險絲152可為有利地。例如，根據本發明各種實施例，該保險絲152可被設置以估計與該過度電性應力事件有關之電流、速度與/或能量。於某些實施例中，該保險絲152可根據該保險絲能持續流動且不阻斷該電路之一最大電流進行額定。當除了該間隔導電結構148被用以估計該過度電性應力事件之電壓之外，此等實施例為有利的，獲得由該過度電性應力事件所產生之電流係為期望目標。於某些其他實施例中，該保險絲152可根據其燒斷之速度進行額定，其取決於有多少電流流過以及製造該保險絲之材料。該操作時間並非一固定間隔，會隨電流增加而減少。當除了該火花隙監控裝置148之間隔導電結構被用以估計該有害之過度電性應力事件之電壓之外，此一實施例為有利的，當期望獲得該過度電性應力事件之持續時間時，該保險絲152之電流額定(current rating)可被用以估計該過度電性應力事件之電流。於某些實施例中，該保險絲152可根據該保險絲能持續流動且不阻斷該電路之一最大電流進行額定。當除了該間隔導電結構148被用以估計該過度電性應力事件之電壓之外，此等實施例為有利的，獲得由該過度電性應力事件所產生之能量係為期望目標。例 如，可根據I²t之數值進行能量額定，其中I表示電流而t表示該過度電性應力之持續時間。於各種實施例中，I²t可與熔化該保險絲152之材料有關之能量成比例關係。因該保險絲之I²t額定係與該保險絲152於熔化前所消耗之能量成比例關係，因此其可作為該過度電性應力事件所產生之熱損害之一測量。

仍參閱圖1E，該保險絲152可更有利地透過使用如可包括一運算放大器(operational amplifier)156之一感測電路系統144，檢測橫跨與該火花隙裝置148串聯連接之該保線絲152之一開路電路以決定是否已發生一過度電性應力事件。

仍參閱圖1E，該保險絲152可進一步有利地於一過度地性應力事件發生後切斷流經該保險絲152之電流，以使包括該核心電路之其他電路系統免受損害。其原因在於，如上所述，特別於該過度電性應力事件期間連接一電源情況下，一旦被觸發後，該火花隙監控裝置148直到橫跨其電壓下降至一保持電壓(holding voltage)之前，會持續輸送高位準電流。透過該串聯之一保險絲152，流經該火花隙監控裝置148之導電結構之電流，其一旦超過與由該火花隙監控裝置所承受之該過度電性應力事件有關之一規定電流、時間與/或能量時可被切斷，藉以限制對於該核心電路與其他相連接之裝置之損害。

圖2A為根據本發明實施例包括一基板與多階層互連金屬化層之一半導體裝置之一剖面示意圖，其中該多階層互連金屬化層中至少一者包括一過度電性監控裝置。該半導體裝置包括一火花隙監控裝置，其包括與該基板整合之一對間隔導電結構，其中該間隔導電結構係設置以響應一過度電性應力事 件形成電弧，如上關於圖1A至圖1D所述。該所示之互連金屬化層之階層可為，如銅基(Cu-based)(雙層或單層金屬鑲嵌製程基礎)，鋁基(相減式圖案化基礎)或根據其他適當金屬化技術。圖2A所示之半導體裝置包括一半導體基板200，如一矽基板。該半導體裝置包括各種前端(front-end)結構中至少一者，其包括如隔離區域202、如淺溝隔離(shallow trench isolation，STI)區域、井(wells)、雙極型接面電晶體與PN接面，僅列舉一部份。該半導體裝置進一步包括多層互連金屬化層結構，其包括接點205(通道0)、通道215(通道1)225(通道2)與235(通道3)。該半導體裝置進一步包括互連金屬化層階層210(金屬1)、220(金屬2)、230(金屬3)與240(金屬4)，其中金屬n與金屬n+1係透過通道n互連。包括一對間隔導電結構之至少一過度電性應力監控裝置可由該等金屬化層階層210、220、230與240中至少一者所組成。此外，於某些實施例中，保險絲係串聯連接至該間隔導電結構並形成於該相同或相異金屬化層階層210、220、230與240中至少一者中。其應當理解，半導體裝置可包括額外金屬階層，且該火花隙監控裝置可形成於一半導體基板之後端製程金屬化層體中任何適當之金屬階層中。進一步，於其他實施例中，該基板可為用於一獨立過度電性應力監控晶粒之一不同材料(如玻璃)。不論是否與其他裝置整合以及不論是否形成於一半導體基板上，半導體製程技術，如光微影(photolithography)與蝕刻(etching)可用以定義該半導體結構，如火花隙裝置之指部。不論該火花隙裝置是否形成於一獨立監控晶粒中或與半導體裝 置電路整合，該製程可以晶圓級進行操作，並隨後進行切割。

仍參閱圖2A，各金屬化層(金屬1至金屬4)或通道(通道0至通道3)形成於或埋藏於至少一介電層體中。於此所揭露之內容中，兩相鄰金屬階層之間之介電層(dielectrics)指層間介電層(inter-layer dielectrics，ILD)，而嵌入一金屬互連層體之介電體指金屬間介電層(intra-metal dielectrics，IMD)。如圖2A中所示，該等介電層體217、227與237為層間介電層體，而該等介電層體212、222、232與242為金屬間介電層體。該半導體裝置進一步包括該等介電層體206(層間介電層0)、212(金屬間介電層1)、217(層間介電層1)、222(金屬間介電層2)、227(層間介電層2)、232(金屬間介電層3)、237(層間介電層3)與242(金屬間介電層4)。該半導體裝置可進一步於該互連金屬化層階層頂上包括一鈍化層體，其包括可用於倒裝晶片封裝(flip chip packaging)之一焊線(wire bond)250與金屬凸塊260。以例示為目的，圖2A之該互連金屬化層之製程架構具有四個金屬階層，稱為金屬1(210)、金屬2(220)、金屬3(230)與金屬4(240)。然而，實施例並未如此限制，根據本發明各種實施例該互連金屬化層製程架構可包括更多(五或更多)或更少(3或更少)金屬階層。此外，各互連金屬化階層之間距要高於一較低互連金屬化層階層。根據本發明實施例，該半導體裝置於頂部可進一步包括經鈍化穿過鋁銲線(如該焊線250)或焊球(如該金屬凸塊260)之I/O輸出。

仍參閱圖2A，各金屬化層階層與通道可由上述任 何適當金屬所組成。根據本發明各種實施例，該對間隔導電金屬結構可形成於任何金屬階層1至n中，且厚度可為0.1微米至10微米、0.1微米至5微米、0.1微米至1微米、0.1微米至0.5微米、0.5微米至1微米或任何該些數值所定義之範圍。

根據本發明某些實施例，各層間介電層與金屬間介電層層體可由一適當介電材料所組成，如二氧化矽(silicon dioxide)或氮化矽。根據本發明某些其他實施例，該金屬間介電層與層間介電層層體可由一適當低介電常數(low-k)材料所組成，如氟摻雜二氧化矽、碳摻雜二氧化矽、多孔二氧化矽、多孔碳摻雜二氧化矽、自旋有機聚合介電材料與自旋矽基聚合介電材料，此僅列舉一部份。

圖2B為根據本發明實施例之一圖表270，其描繪以實驗觀察形成電弧之電壓與過度電性應力監控裝置之間隔兩者間之關聯，該過度電性應力監控裝置包括一對形成於包括金屬化階層1至5之多種金屬化階層之間隔導電結構。該圖表以伏特為單位表示與上述圖1A至圖1E相似之各種間隔導電結構形成電弧之電壓(y軸)，以微米為單位表示該陰極與該陽極之間之間隔(x軸)繪製一函數。如上所述，可觀察到該形成電弧之電壓與該陰極與該陽極之間之間隔呈一般線性關係。圖13將進一步顯示額外實驗觀察所得之關聯性。

圖3為根據本發明實施例之一過度電性應力監控裝置300之一示意圖，其包括設置以監控與一過度電性應力事件有關之電壓與/或能量之複數對相異間隔之導電結構316。該複數對相異間隔之導電結構316包括數對316-1、316-2至316-n 各具有一間隔於其間之導電結構，其中該複數對316-1、316-2至316-n相異間隔導電結構係為並聯電連接，並設置以分別響應不同過度電性應力電壓V_TR1、V_TR2至V_TRn以形成電弧。該複數對相異間隔之導電結構316係一端連接於一高電壓電源、一高電壓接腳或一高電壓節點304，另一端連接複數個保險絲320與複數個感測電路324。該複數個保險絲320係一端連接至複數對相異間隔導電結構316，另一端連接一低電壓電源、一低電壓接腳或一低電壓節點308。該複數個保險絲320包括數個串聯連接至該複數對316-1、316-2至316-n相異間隔之導電結構之保險絲320-1、320-2至320-n。如上關於圖1E所述，該等保險絲320-1、320-2至320-n係設置以響應不同電流程度、不同持續時間與/或不同能量以進行熔斷。該等保險絲320-1、320-2至320-n係連接至該等感測電路324-1、324-2至324-n，並設置以由該等感測電路324-1、324-2至324-n所感測。

仍參閱圖3，該過度電性應力裝置300進一步包括一過度電性應力保護裝置，其標示為靜電放電裝置312，其可為並聯電連接至該複數對相異間隔導電結構316與該複數個保險絲320之一半導體基底過度電性應力保護裝置。該過度電性應力監控裝置300電連接至一核心電路(未顯示出)。

於操作中，響應於一過度電性應力事件，該靜電放電裝置312係以一靜電放電觸發電壓V_{TR ESD}所觸發，接著為該複數對間隔導電結構316以低於該V_{TR ESD}之各V_TR1、V_TR2至V_TRn所觸發。於觸發後，連接至該核心電路之該靜電放電裝置312係設置以拉引由一過度電性應力過載事件所引起之一大量 電流I1，而連接至該核心電路之該複數對相異間隔導電結構316係設置以拉引由一過度電性應力過載事件所引起之一少量電流I2。於各種實施例中，根據本發明實施例，該過度電性應力監控裝置300可設置使I2為I1之50%或更少、I1之10%或更少或I1之2%或更少，使該複數對相異間隔導電結構316設置以主要作為一監控裝置，以監控與該過度電性應力過載事件有關之電壓與/或能量而不相對該靜電放電裝置312拉引一相對較高位準電流。然而，該等保險絲324可保護特別是當連接一電源時可能發生過度電性應力事件之應用免受過度電流之損害。

圖4為根據本發明實施例之一過度電性應力監控裝置400之一示意圖，其包括設置以監控與一過度電性應力事件有關之電壓與/或能量之複數對相異間隔導電結構416。該過度電性應力監控裝置400於某些方面與上述圖3之該過度電性應力監控裝置300設置相似，其相似處將不再詳細說明。於該過度電性應力監控裝置400中，複數對相異間隔導電結構416一端連接於一高電壓電源、一高電壓複數個保險絲420之一高電壓電源、一高電壓接腳或一高電壓節點304，另一端連接至複數個保險絲420與複數個感測電路424。該複數個保險絲320之一端連接至該複數對相異間隔導電結構416，另一端連接至一高電壓電源、一高電壓接腳或一高電壓節點308。然而，不同於圖3所述之該過度電性應力監控裝置300，串聯連接至該複數對相異間隔之導電結構416-1、416-2至416-n之各保險絲420-1、420-2至420-n依序包括複數個保險絲元件。該等保險絲420-1、420-2至420-n係設置以響應不同位準之電流、不同 持續時間與/或不同能量進行熔斷，如上關於圖1E所述。此外，各保險絲420-1、420-2至420-n之各並聯保險絲元件依序響應不同位準之電流、不同持續時間與/或不同能量進行熔斷，如上關於圖1E所述。

因此，該等過度電性應力監控裝置300(圖3)與400(圖4)包含複數對導電結構，其等具有不同間隔並設置以響應與該不同間隔線性相關之過載電壓以形成電弧，使響應一過度電性應力事件後，與該過度電性應力事件有關之一電壓可被估計。例如，可透過識別於形成電弧之複數對間隔導電結構中具有最大分離距離之一對間隔導電結構，並估計與該過度電性應力事件相關之最大電壓估計該電壓。

此外，該過度電性應力監控裝置300(圖3)與400(圖4)包含至少一串聯連接至具有不同間隔之複數對相異間隔導電結構之不同保險絲，使響應一過度電性應力事件時，與該過度電性應力事件有關之能量可被估計。例如，對於一給定形成電弧之一對導電結構，可透過識別該熔斷保險絲(圖3)之能量額定或識別於熔斷保險絲(圖4)中具有最大能量額電之一保險絲之能量額定估計該能量(假定更高之能量額定該等保險絲仍未熔斷)，並估計與該過度電性應力事件有關之能量。

圖5A為根據本發明實施例之一過度電性應力保護裝置500A之一示意圖，其包括設置作為靜電放電裝置以保護一核心裝置免受一過度電性應力事件損害之複數對相異間隔導電結構516。不同於圖3與圖4所示之過度電性應力監控裝置，該過度電性應力監控裝置500A可不包括至少一保險絲。 該過度電性應力保護裝置500A包括複數對相異間隔導電結構516，其包括各具有一不同間隔於其間之複數對相異間隔導電結構516-1、516-2至516-n，其中該複數對相異間隔導電結構516-1、516-2至516-n係為並聯電連接，並設置以分別響應不同過度電性應力電壓V_TR1、V_TR2至V_TRn。該複數對相異間隔導電結構516之一端連接於一高電壓電源、一高電壓接腳或一高電壓節點304，另一端連接於一低電壓電源、一低電壓接腳或一低電壓節點308。

於操作中，該過度電性應力裝置500A係設置作為一保護裝置及一監控裝置，且連接至該核心電路之複數對相異間隔導電結構516係設置以拉引由該過度電性應力過載事件所引起之多數電流或實質上所有電流並導引至接地面、低電源電壓、一低電壓接腳或一低電壓節點308。

圖5B為根據本發明實施例之一過度電性應力保護裝置500B之一示意圖，其包括設置作為過度電性應力監控裝置之複數對相異間隔導電結構516，以允許決定至少一過度電性應力事件之一最大電壓位準。

不同於圖5A所述之該過度電性應力保護裝置500A，該過度電性應力監控裝置500B進一步包括一過度電性應力保護裝置，其標示為一靜電放電裝置312，其可為並聯電連接至該複數對相異間隔導電結構516之一半導體基底靜電放電裝置。該過度電性應力監控裝置500B電連接至一核心電路(未顯示出)。除了該靜電放電裝置312，具有該過度電性應力保護裝置500A對於該靜電放電裝置312本身於高電流情況 下受到損害可為有利地。

於操作中，響應於一過度電性應力事件，以相似於圖3所述之方式，該靜電放電裝置312係以一靜電放電觸發電壓V_{TR ESD}所觸發，接著為該複數對間隔導電結構516以低於該V_{TR ESD}之各V_TR1、V_TR2至V_TRn所觸發。於觸發後，該過度電性應力保護裝置500B係設置作為一保護裝置，而連接至該核心電路之該複數對相異間隔導電結構516係設置以拉引由該過度電性應力過載事件所引起之多數電流或實質上所有電流並將其導引至該低電源電壓、一低電壓接腳或一低電壓節點308。連接至該核心電路之該靜電放電裝置312係設置以拉引由一過度電性應力過載事件所引起之一少量電流I1，而連接至該核心電路之該複數對相異間隔導電結構316係設置以拉引由該過度電性應力過載事件所引起之一大量電流I2。於各種實施例中，根據本發明實施例，該過度電性應力監控裝置300可設置使I2為I1之50%或更多、I1之90%或更多或I1之98%或更多，使該複數對相異間隔導電結構516設置以主要作為一過度電性應力保護裝置，以保護該核心電路。

其應當理解，以簡要為目的，雖於圖5A與圖5B中所示之過度電性應力保護裝置500A與500B包括直接連接於一高電壓節點304與一低電壓節點308之間之複數對間隔導電結構516-1至516-n，於各種實施方式中，各間隔導電結構516可連接，如串聯連接至一感測元件，如一串聯連接之保險絲或一串聯連接之電阻，用於檢測該間隔導電結構於響應一過度電性應力事件後是否已被觸發。該些配置將進一步於本說明 書中其他部分說明，如圖7A與圖7B。

圖6為根據本發明實施例描繪一對間隔導電結構與一過度電性應力保護裝置之準靜態(quasistatic)電流對電壓曲線604、608之一圖表600。該IV曲線604示意性描繪該對間隔導電結構(如圖5B之516)對一過度電性應力事件之一準靜態響應，而該曲線608示意性地描繪一過度電性應力保護裝置(如圖5B之312)對一過度電性應力事件之一準靜態響應。該x軸與y軸分別表示該準靜態電壓與相對應電流。該等IV曲線604與608分別具有高阻抗特性之阻隔區域(「關閉」區域)604a與608a，並位於原始電壓與各崩潰電壓V_BD1與V_BD2之間。該崩潰電壓V_BD1可對應該對間隔導電結構之一觸發電壓(V_TR)，且該崩潰電壓V_BD2可對應該靜電放電裝置之一雙極型接面電晶體或一雪崩二極體(avalanche diode)之一觸發電壓(V_TR)或一閾值電壓(V_TH)。當該過度電性應力事件之電壓超過該崩潰電壓V_BD2時，dV/dI將變為零並發生該過度電性應力保護裝置之切換。當橫跨該間隔導電結構之電壓超過該崩潰電壓V_BD2時，dV/dI將變為零並發生該對間隔導電結構之切換，該過度電性應力保護之切換將於該對間隔導電結構之切換後進行。於該等阻隔區域604a與608a之後為各負電阻區域604b與608b(亦指「回彈區域」)，其等分別位於該崩潰電壓V_BD1與一第一保持電壓V_H1以及該崩潰電壓V_BD2與一第二保持電壓V_H2之間，接續為各正電阻區域(「開啟」區域)604c與608c。於該等保持電壓V_H1與V_H2，該相對應之保持電流值分別為I_H1與I_H2，其表示可維持各裝置之「開啟」狀 態之最小電流位準。根據本發明實施例，該對間隔導電結構與該過度電性應力保護裝置係設置使，於準靜態狀況下或響應具有相對較長持續時間(如長於100奈秒或長於1微秒)之一電壓訊號時，該間隔導電結構之崩潰電壓V_BD1可低於該崩潰電壓V_BD2與該過度電性應力保護裝置之第二保持電壓V_H2，藉以使該對間隔導電結構被觸發，同時該過度電性應力保護裝置響應一過度電性應力事件被切換至一低阻抗狀態後，仍保持導電狀態。其應可理解，當該間隔導電結構之崩潰電壓V_BD1高於該崩潰電壓V_BD2與該過度電性應力保護裝置之第二保持電壓V_H2時，該對間隔導電結構將不會觸發。

其應當理解，當該核心電路於供電之情況下，經活化後，若該高電源電壓304(圖3至圖5B)相對該間隔導電結構之保持電壓V_H1處於一較高電壓時，即便於該過度電性應力事件停止後，該對間隔導電結構仍可持續傳導高位準電流。因此，仍參閱圖6，於各種實施例中，使該過度電性應力監控裝置設置使其保持電壓大於該高電源電壓之電壓V_PWR係為期望之目標。以下，關於圖7與圖8係描述具有高於該高電源電壓之電壓V_PWR之過度電性應力監控裝置與過度電性應力保護裝置。

圖7A為根據本發明實施例一過度電性應力監控裝置700A之一示意圖，其包括設置以監控與一過度電性應力事件有關之電壓與/或能量之複數對串聯連接之間隔導電結構。除該過度電性應力監控裝置700A進一步包括一第二至zth複數對相異間隔導電結構716，其中包括各具有一間隔於其間之複數對相異間隔導電結構716-1、716-2至716-n之外，該過度 電性監控裝置700A係相似上述圖3A之該過度電性應力監控裝置300所設置。各對相異間隔導電結構716-1、716-2至716-n一端連接至該高電源電壓304，另一端串聯連接至具有一間隔於其間之複數對相異間隔導電結構316-1、316-2至316-n中之一相對應者。各串聯連接之對體，如716-1/316-1、716-2/316-2與716-n/316-n係依序並聯電連接，以產生大於各單一對間隔導電結構之一淨保持電壓。因此，各串聯連接之對體，如716-1/316-1、716-2/316-2與716-n/316-n係設置分別相應不同過度電性應力電壓V_TR1、V_TR2至V_TRn以形成電弧。

圖7B為根據本發明實施例一過度電性應力監控裝置之一示意圖，其包括設置以監控與一過度電性應力事件有關之電壓與/或能量之複數對串聯連接之間隔導電結構。除該過度電性應力監控裝置700A進一步包括一第二至zth複數對相異間隔導電結構716，其中包括各具有一間隔於其間之複數對相異間隔導電結構716-1、716-2至716-n之外，該過度電性監控裝置700B係相似上述圖4之該過度電性應力監控裝置400所設置。以類似於圖7A之該過度電性應力監控裝置700A之方式，各串聯連接之對體，如716-1/416-1、716-2/416-2與716-n/416-n係依序並聯電連接，以產生大於各單一對間隔導電結構之一淨保持電壓。因此，各串聯連接之對體，如716-1/416-1、716-2/416-2與716-n/416-n係設置分別相應不同過度電性應力電壓V_TR1、V_TR2至V_TRn以形成電弧。

圖8A與圖8B分別為根據本發明實施例之一過度電性應力保護裝置800A與800B之示意圖，其各包括設置作 為過度電性應力保護裝置之複數對串聯連接之間隔導電結構，以保護一核心電路免受一過度電性應力事件之損害。除各過度電性應力保護裝置800A與800B進一步包括一第二至zth複數對相異間隔導電結構816，其各包括具有一間隔於其間之複數對相異間隔導電結構816-1、816-2至816-n之外，各過度電性應力保護裝置800A與800B係分別相似上述該過度電性應力監控裝置500A(圖5A)與500B(圖5B)所設置。以分別類似上述圖7A與圖7B之該過度電性應力監控裝置700A與700B之方式，各串聯連接之對體，如816-1/516-1、616-2/616-2與816-n/516-n係依序並聯電連接，以產生大於各單一對間隔導電結構之一淨保持電壓。因此，各串聯連接之對體，如816-1/516-1、816-2/516-2或816-n/616-n係設置分別相應不同過度電性應力電壓VTR1、VTR2至VTRn以形成電弧。

因此，再次參閱圖6，透過包括複數對串聯連接之間隔導電結構，過度電性應力監控裝置與靜電放電裝置之實施例具有大於應用於該核心電路之該高電源電壓之電壓V_PWR之保持電壓，使當該靜電放電事件停止時，經由該複數對串聯連接之間隔導電結構之傳導亦停止，藉以防止過多後靜電放電事件洩漏與/或對該核心電路造成損害。

圖9A為根據本發明實施例並聯電連接之複數對相異間隔導電結構900之一俯視圖。於該所示實施例中，該複數對間隔導電結構900具有數量為n對之間隔導電結構900-1、900-2與900-n，其包含具有銳化(sharpened)尖端之突起形狀之指部。數量n可為1至100、2至10之任何適當數量，例 如為5。各突出部可表示為具有一寬度912、一欄標(T)904與一倒角(chamfer，C)908以及分別具有間隔D1、D2至Dn於其間之該等突出部之對體900-1、900-2至900-n。一定量之實施方式具有一下參數：

˙標稱電弧電壓=800V/μm

˙欄標T=20μm用於10A

˙數種倒角C=2.5um、5um、20um、40um、100um用於D=0.15um

˙C=10μm用於5-指部結構

˙金屬化階層：金屬5，金屬4，金屬3/2/1中具有1預設結構

˙D=0.075μm用於60V之電弧電壓

˙D=0.1μm用於80V之電弧電壓

˙D=0.125μm用於100V之電弧電壓

˙D=0.15μm 120V之電弧電壓(預設)

˙D=0.175μm用於140V之電弧電壓

˙D=0.2μm用於160V之電弧電壓

˙D=0.28μm用於224V之電弧電壓(經測量為220V)

˙金屬化層厚度=0.53μm用於金屬1至金屬4；0.95至0.99μm用於金屬5。

圖9B為根據本發明實施例圖案化金屬層體924、928與932之俯視圖，其顯示不同設置方式之具有並聯連接之銳化尖端之複數對間隔導電結構。該等圖案可使用半導體製程技術光微影地所界定。根據本發明實施例，該銳化尖端可具有 由兩側面以10度至170度、10度至50度、50度至90度、90度至130度、130度至170度或任何介於該等數值之間之角度所形成之一尖端或一頂角(apex)。

圖10A為根據本發明實施例並聯電連接之複數對間隔導電結構1000之一俯視圖。於該所示實施例中，該複數對間隔導電結構1000具有數量為n對之間隔導電結構1000-1、1000-2與1000-n，其包含具有鈍化(blunt)或圓弧尖端之突起形狀之指部。數量n可為1至100、2至10之任何適當數量，例如為5。各突出部可表示為具有一寬度1012、一欄標(T)1004與一倒角(chamfer，C)1008以及分別具有間隔D1、D2至Dn於其間之該等突出部之對體1000-1、1000-2至1000-n。一定量之實施方式具有一下參數：

˙標稱電弧電壓=800V/μm

˙欄標T=20μm用於10A，C=T/2

˙預設為5x指部結構

˙金屬化階層：金屬5，金屬4，金屬3/2/1中具有1預設結構

˙D=0.075μm用於60V之電弧電壓

˙D=0.1μm用於80V之電弧電壓

˙D=0.125μm用於100V之電弧電壓

˙D=0.15μm 120V之電弧電壓(預設)

˙D=0.175μm用於140V之電弧電壓

˙D=0.2μm用於160V之電弧電壓

˙D=0.28μm用於224V之電弧電壓(經測量為220V)

˙各種倒角用於D=0.15μm

˙T=5μm、10μm、40m

˙金屬化層厚度=0.53μm用於金屬1至金屬4；0.95至0.99μm用於金屬5。

圖10B為根據本發明實施例圖案化金屬層體924、928、932，之俯視圖，其顯示不同設置方式之具有並聯連接之圓弧尖端之複數對間隔導電結構。該等圖案可使用半導體製程技術光微影地所界定。

圖11為根據本發明實施例之一保險絲1100之俯視圖。於該所示實施例中，該保險絲1100具有由一連接部1102所連接之兩端部1114a、1114b。該保險絲之端部1114a/1114b可表示為具有一寬度1112、一欄標(T)1104與一倒角(chamfer，C)1108，且該連接部1112具有一寬度1102。一定量之實施方式具有一下參數：

˙金屬1至金屬4暫態電流密度=0.45A/μm

˙金屬5暫態電流密度=0.9A/μm

˙金屬5W=2μm用於2A之電流

˙金屬5W=5μm用於5A之電流

˙金屬5W=10μm用於10A之電流

˙金屬3W=4μm用於2A之電流

˙金屬3W=10μm用於5A之電流

˙金屬3W=20μm用於10A之電流

˙金屬1W=4μm用於2A之電流

˙金屬1W=10μm用於5A之電流

˙金屬1W=20μm用於10A之電流

˙倒角化連接

˙L=50μm

˙金屬化層厚度=0.53μm用於金屬1至金屬4；0.95至0.99μm用於金屬5。

圖12為根據本發明實施例測量包括並聯電連接之複數對間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置之電流對電壓實驗曲線圖表1200。特別地，該電流對電壓曲線為對於具有相似於上述圖9B之五對並聯電連接之相異間隔導電結構之一過度電性監控裝置。

圖13為根據本發明實施例之一圖表1300，其描繪以實驗觀察電弧電壓與過度電性應力監控裝置之導電結構之間隔兩者間之關聯，各過度電性應力監控裝置包括形成於多種金屬化階層(金屬1至金屬5)之一對間隔導電結構。該電壓對間隔之關係為對於具有相似於上述圖9A與圖9B之複數對相異間隔導電結構之過度電性應力監控裝置。形成於各金屬化層階層之結構通常於該電弧電壓與該間隔或間隔尺寸大小之間顯示一線性關係。根據該關聯性，觸發電壓之精確調諧可於20V至1000V之一電壓範圍內取得。圖2B係進一步顯示額外實驗所觀察之關聯。

圖14A與圖14B為根據本發明實施例作為包括一對間隔導電結構1400A/1400B之一整合過度電性應力監控裝置之一火花隙裝置，其於響應一過度電性應力事件形成電弧前(圖14A)後(圖14B)之一示意圖。相似於上述圖1B之該 過度電性應力監控裝置示意圖，該對間隔導電結構1400A於形成電弧前包括一陰極120A與一陽極124A，而該對間隔導電結構1400B於形成電弧後包括陽極120B與該陽極124B。此外，該過度電性應力監控裝置分別包括陰極與陽極監控探針1404A/1404B與1408A/1408B。參閱圖14A，於形成電弧前，該陰極與陽極監控探針1404A與1408A分別與該陰極120A與該陽極124A接觸。參閱圖14B，於產生電弧後，該陰極與陽極監控探針1404B與1408B中至少一者將分別與該陰極120B與該陽極124B斷開。因此，橫跨該陰極與該陽極是否形成一電弧可由肉眼確定，或根據該陰極120B與該陰極1404B之間與/或該陽極124B與該陽極1408B之間之一開路電路是否檢測一開路電路所決定。

圖15為根據本發明實施例之一圖表1500，其描繪以實驗觀察電弧電壓與一對間隔導電結構之間隔兩者間之晶圓級(wafer-level)關聯性。該測量係透過使用不同類型之測試器所執行。該傳輸線脈衝(TLP)測量係於一傳輸線脈衝模式下執行，而其他測量則於直流類型模式下執行。

圖16為根據本發明實施例之一圖表1600，其描繪以實驗觀察電弧電壓與形成於第1金屬階層之一對間隔導電結構之間隔兩者間之晶圓級關聯性。該測量係於直流類型模式下使用一Keithley測試器所執行。RB、LB、RT、LT與C係分別表示該所測試晶圓之右下端、左下端、右上端與中心位置。

圖17為根據本發明實施例之一圖表1700，其描繪以實驗觀察電弧電壓與形成於第3金屬階層之一對間隔導電結 構之間隔兩者間之晶圓級關聯性。該測量係於直流類型模式下使用一Keithley測試器所執行。RB、LB、RT、LT與C係分別表示該所測試晶圓之右下端、左下端、右上端與中心位置。

圖18為根據本發明實施例之一圖表1800，其描繪以實驗觀察電弧電壓與形成於第1與第3金屬階層之一對間隔導電結構之間隔兩者間之晶圓級關聯性。該測量係於直流類型模式下使用一Keithley測試器所執行。D1、D2、D3與D4表示該所測試晶圓之不同位置。

圖19為根據本發明實施例之一圖表1900，其描繪以實驗觀察電弧電壓與一對間隔導電結構之間隔兩者間之晶圓級關聯性。該測量係透過使用不同類型之測試器所執行。該傳輸線脈衝測量係於一傳輸線脈衝模式下執行，而其他測量則於直流類型模式下執行。

圖20為根據本發明實施例之一圖表2000，其描繪以實驗觀察橫跨形成於第1金屬階層之一對間隔導電結構之標稱(nominal)間隔之晶圓之電弧電壓之重複性(repeatability)。該所測試之間隔係於5s斜坡下由0至120V所測得之0.075微米間隔，與於5s斜坡下由0至150V所測得之0.1微米間隔。

圖21為根據本發明實施例並聯電連接並以鈍化(未顯示)覆蓋之複數對間隔導電結構2100之一俯視圖。當以鈍化覆蓋時，可透過測量橫跨該對間隔導電結構之一漏電流變化，透過檢測橫跨串聯連接至該對間隔導電結構之一保險絲之一開路電路，決定該半導體裝置中是否發生一過度電性應力事件。

過度電性應力事件其肉眼與電性檢測之範例

如上所述，根據於此所揭露之各種實施例，可使用包括一對間隔導電結構或一火花隙結構之過度電性應力監控裝置監控過度電性應力事件，並收集來自該過度電性應力監控裝置之資訊用以保護核心電路免受損害。於某些實施例中，監控未必即時響應，相反地，以診斷為目於一過度電性應力事件發生後檢查一監控裝置，以決定例該過度電性應力事件之數量與規模係有所助益。例如，於某些實施例中，電性監控透過肉眼檢查該過度電性應力監控裝置所執行。對於該過度電性應力事件之程度之診斷資訊有利於確定該過度電性應力事件之起因，以用於避免未來再發生此等事件或設計能對該等事件更具抵抗性之組件。以下將提供範例裝置與其他優點。

圖22為根據本發明實施例具有如於鈍化中之一開口所形成之一外露部2204之並聯電連接之複數對間隔導電結構2200之一俯視圖。此外，如上所述之方法，當該導電結構之一部分外露時，可根據外觀之變化透過肉眼決定該半導體裝置中是否發生一過度電性應力事件。於某些實施例中該外觀之變化可由肉眼檢測，而於某些其他實施例中，該外觀之變化可使用光學與/或電子顯微鏡技術檢測。具有該外露部分可具有其他應用，如監控該導電結構之腐蝕或降解。

圖23為根據本發明實施例橫跨複數對間隔導電結構之一直流掃描(DC sweep)之一電流對電壓(IV)曲線圖2500。如該電流對電壓曲線圖2500所示，當橫跨複數對間隔導電結構所應用之電壓增加時，起初電流於該基線區域中2504係逐漸增加，於該預觸發區域2508係急遽增加，並於該觸發 區域2512達到最高峰。該電流對電壓曲線圖2500根據於此所揭露之各種實施例顯示複數對間隔導電結構之多個優點。根據本發明某些實施例，該電流對電壓曲線圖2500中之數個區域，不僅可以該複數對間隔導電結構之觸發電壓或其上，如形成電弧之後，檢測一過度電性應力事件，且亦可以低於該觸發電壓之電壓，如於形成電弧之前，檢測一過度電性應力事件。例如，當橫跨一對間隔導電結構間之一間隔之電流增加數個因素時，如小於20V、10V或5V內以十進位(decade)或更多，使用者可於一實際過度電性應力發生前，推斷一過度電性應力事件即將發生。此外，如此所示，相對較低之電流量(如少於5nA或少於1nA)係可足以用於該檢測上。

於某些實施例中，該間隔導電結構可設置透過測量該火花隙尖端因受損害所產生之各種其他可測量或其他可觀察之參數變化，如該對間隔導電結構之間電容之變化，或與該間隔導電結構有關之磁性變化以決定是否發生過度電性應力事件。

於各種不同持續時間方案下過度電性應力事件之檢測

如上所述，各種間隔導電結構可根據橫跨複數對間隔導電結構之一電弧事件之發生以監控過度電性應力事件。本發明人已發現，如上關於圖19所示，即使不同測試方法應用具橫跨該導電結構之不同有效脈衝寬度之脈衝，橫跨該導電結構之一電弧事件之發生係與該測試方式相當無關。因具有該間隔導電結構之監控裝置可根據於一持續時間方案中所獲得之測試結果進行設計，而該監控裝置與/或該核心電路曝露於其中之實際過度電性應力事件可處於不同持續時間方案 中，因此該所應用之脈衝寬度與該所得之電弧電壓兩者間之不相關性可為有利的。以下將描述測試結果與其他優點。

圖24為一圖表2600，有時指Wunsch-Bell曲線，其示意性地描繪失效功率密度與應用電子電路之脈衝寬度之相關性。於不受任何理論限制情況下，該圖表2600可被認為用以描繪該相關性之三個方案，其包括一絕熱方案2604、一熱擴散控制方案2608與一直流/穩定狀態方案2612。於該絕熱方案2604中，該失效功率密度(P_f/A)可與1/τ成比例關係，其中P_f為將失效之功率，A為電流流經該裝置之截面面積，以及τ為所觀察之失效時間。於該熱擴散控制方案中2608，該P_f/A與1/τ^1/2成比例關係，且於該直流/穩定狀態方案2612中，該P_f/A可與一常數(K)成比例關係。該圖表2600亦描繪對應各種靜電放電模型方案之持續時間，如人體模型(human body model，hbm)、電場感應模型(field-induced charge device model，FICDM)，EMC/ISO脈衝與DC/AMR。以往，於包括該絕熱方案2604之相對快速脈衝方案中檢測過度電性應力事件係非常困難。以下，係描述於該些相對較短持續時間方案中所得之測試結果，如使用傳輸線脈衝(TLP)測試方法。如此所示，傳輸線脈衝測試係使用一傳輸線所執行，如一帶電之50歐姆(Ohm)傳輸線，以傳遞一脈衝，如具有1奈米至1.6微秒脈衝寬度與具有0.1奈秒至45奈秒上升時間之一方形波。

圖25為根據本發明實施例之一圖表2700，其描繪溫度對具有不同間隔之各種間隔導電結構2824之觸發電壓之相關性。該間隔導電結構之觸發電壓係於傳輸線脈衝測試條件 下所測量並以y軸表示。該所測試之間隔導電結構係使用金屬4導電結構所製成，且該等曲線2704、2708、2712、2716與2720分別描繪具有0.075m、0.1m、0.175m、0.2m與0.28m之間隔導電結構所測得之觸發電壓。本發明係發現該觸發電壓於該所測試之溫度範圍25℃至200℃內與該溫度較不相關。於各種原因上，與該溫度不具相關性係為有利。例如，當該核心電路與具有間隔導電結構之該監控裝置之溫度易受到溫度變化之影響，該間隔導電結構之觸發電壓仍維持相對恆定，與溫度較不相關，藉以至少於包含25℃至200℃之正常操作溫度範圍內，維持該監控結果之準確性。

圖26A至圖26B描繪測試一對間隔導電裝置2824所得之電性與肉眼監控結果。圖26A根據測量使用金屬2結構所製成之一對間隔導電結構描繪一極快速傳輸線脈衝電流對電壓曲線圖表2800A。該電流對電壓曲線2800A對應使用一帶電之50歐姆傳輸線所測該導電結構2824之電流對電壓響應。如該電流對電壓曲線2800A所示，當該所應用極快速傳輸線脈衝電壓增加時，起初橫跨該對間隔導電結構之電壓於該基線區域中2804係成比例地增加，於一預觸發區域2808係開始急遽下降，並於一保持區域2812中回彈至一保持電壓。起初該極快速傳輸線脈衝電流於該基線區域2804中緩慢增加，並由該觸發區域2808至該保持區域2812急遽增加。

圖26B為一圖表2800B，其描繪關於圖26A對應該極快速傳輸線脈衝電流對電壓曲線，該電壓對時間(V-t)曲線2816與該電流對時間(I-t)曲線2820之堆疊。於時間為 零時，橫跨該對導電結構之一5奈秒極快速傳輸線脈衝之應用使橫跨於其間之電壓快速上升。於該觸發區域2808，電壓崩潰，伴隨流經該對間隔導電結構之電流快速上升。

透過改變該間隔導電結構之材料、厚度與/或間距調諧觸發電壓

如上關於圖15至圖19所述，該間隔導電結構之觸發電壓可透過改便該複數對間隔導電結構間之距離以及改變該複數對間隔導電結構之厚度進行調諧。此外，如上關於圖9A、9B、10A與10B所述，本發明人已發現該複數對間隔導電結構之觸發電壓可提供關於調諧該觸發電壓之另一自由度(degree of freedom)。進一步，本發明人已發現使用不同材料所形成之該間隔導電結構可可提供關於調諧該觸發電壓之另一自由度。

圖27為一圖表2900，其描繪於傳輸線脈衝測試條件下由不同材料所組成之間隔導電結構之觸發電壓對間隔距離之相關性。該觸發電壓對間隔距離(V-d)曲線2904、2908、2912與2916分別顯示使用金屬5結構、金屬4結構、多晶矽與一碳基薄膜材料所組成之複數對導電結構之觸發電壓之相關性。對應該等V-d曲線2904、2908、2912與2916之該間隔導電結構之標稱間隔距離與形狀皆為相同。另一方面，如上所述，對應該等V-d曲線2904、2908之複數對間隔導電結構係由相同材料所組成，但具有不同厚度，較高之厚度獲得較低觸之發電壓。此外，於因短路承受大量產出損失之前，由較薄材料所組成之間隔導電結構可被設計以具有相對較短之間隔距離。對應該等V-d曲線2908、2912、2916之複數對間隔導電 結構係由不同材料所組成，但卻具有相同厚度，該複數對間隔導電結構之材料之高電阻值可得到更高觸發電壓。

對於間隔導電結構之保持電壓之設計考量

如上關於圖6所述，經觸發一對間隔導電結構後，該電流對電壓曲線之相對應部分其特徵在於一「回彈區域」，隨後電壓下降至一保持電壓V_H。於某些實施例中，如供電核心電路系統之過度電性應力監控，該對間隔導電結構之保持電壓V_H可被控制於高於一預定數值之較高電壓。例如，當該監控裝置與某些電路系統並聯電連接整合時，如電源供應電路系統，該對間隔導電結構之保持電壓V_H可高於該電源電路系統之保持電壓V_H。此因，若保持電壓V_H低於該電源電壓，響應於一過度電性應力事件觸發該對間隔導電結構後，會導致橫跨該對間隔導電結構之電壓崩潰至該保持電壓V_H，該電源於該過度電性應力事件後會發生閂鎖。以下所述之實驗結果將證明此效果。因此，根據各種實施例，包括複數對間隔導電結構之監控裝置具有高於該核心電路之電源電壓之保持電壓。

圖28A示意性描繪於傳輸線脈衝測試下使用具有不同負載值之傳輸線實驗性控制有效保持電壓。如此所述，因當該對間隔導電結構被觸發時，該電流對電壓曲線根據使用具有一較高負載值，如500歐姆之一傳輸線，該傳輸線之負載值所界定之負載線具有一負斜率，導致橫跨該間隔導電結構之電壓與當使用具有一較低負載值，如50歐姆之一傳輸線相比，崩潰至一較低保持電壓V_H。圖28B描繪關於圖28A所示之負載值對保持電壓V_H影響之實驗驗證。如此所述，對於標稱地 具有相同觸發電壓之複數對導電結構而言，與使用相對較低負載(如，50歐姆傳輸線)之傳輸線脈衝測試所獲得之保持電壓V_H數值3208A相比，使用具有較高負載值(如500歐姆、1500歐姆)之傳輸線所獲得之保持電壓V_H數值3208B具有相對較低保持電壓V_H數值。

圖29A至圖29C為根據本發明實施例與形成於鈍化層中由不同材料所填充之一開口並聯電連接之複數對間隔導電結構之俯視圖。該開口可於該導電結構之間之間隔中由半透膜/膠體(圖29A)、(反應性)金屬材料(圖29B)或(絕緣)材料所填充。

圖30為根據本發明實施例之一監控裝置之一俯視圖，其具有並聯電連接之複數對間隔導電結，以及具有形成於與一微流體通道重疊之鈍化層中之一開口。該所示之複數對間隔導電結構係設置使，經形成電弧後，可增加該導電結構(如，金屬結構)之間之間隔，其可產生一較寬路徑或通道使流體研一特定方向流動。包括複數對間隔導電結構之一監控裝置可被電性改變以產生或改變一路徑使流體沿一特定路徑流動。於某些實施例中，形成電弧前後之該流體之測量/分析可提供與一化學變化，如pH值或氣體濃度之改變有關之一電性標記(electrical signature)，用於生物醫學或化學分析之應用上。

圖31與圖32描述根據本發明實施例具有複數對間隔導電結構之監控裝置，其中一帽蓋或一防護蓋體形成於該複數對間隔導電結構上，藉以形成一封閉通道(使流體通過)。與圖30所示之監控裝置相似，該導電結構，如由該帽蓋所包 圍之金屬結構可設置以與通道內之流體進行反應。於某些實施例中，形成電弧前後之該流體之測量/分析可提供與一化學變化，如pH值或氣體濃度之改變有關之一電性標記，用於生物醫學或化學分析之應用上。於某些實施例中，該基板可具彈性以用於穿戴式應用上。

檢測與記錄過度電性應力事件

對於本發明所揭露內容與檢測及記錄過度電性應力事件有關之進一步方面。一過度電性應力事件可被檢測且該過度電性應力事件之資訊指示可儲存於記憶體與/或被向外報告至一電子裝置。檢測電路系統可檢測一過度電性應力事件，並於某些範例中，可檢測該過度電性應力事件之強度(intensity)。實體記憶體(Physical memory)可儲存一過載事件之強度與/或過度電性應力事件發生次數之資訊指示。該檢測電路系統與該記憶體可為與該過度電性應力保護裝置相同之積體電路(如於相同晶粒上與/或於相同封裝內)之一部分。於一實施例中，該檢測電路與該記憶體可由一相組合之檢測與記憶體電路所實施。

儲存於記憶體中與該過度電性應力事件有關之資訊對於功能性安全目的上係有所助益。例如，該訊息可作為該裝置之磨耗與壽命之指示，其表示一電子裝置係潛在地損壞，由一電子裝置所提供之資料係潛在地毀損，由一電子裝置所提供之測量係潛在地不準確，或其等之任何組合。與一過度電性應力相關之資訊可被報告以提供關於過度電性應力保護電路系統與/或由該過度電性應力電路系統所保護之內部電路之功能性安全。該電子過載檢測與報告電路系統可提供有害條件之 早期指示，其類似於煤礦裡之金絲雀。於惡劣環境中，該電子過載檢測與報告電路系統可提供一電子裝置與/或一電子系統之壽命指示。透過記錄與報告過度電性應力事件追蹤一電子裝置之壽命可使關鍵電路具更佳可靠性與/或於更換時間上有更佳可預測性。此有利於各種應用上，如於避免車輛故障對安全造成威脅與/或健康照護之應用上。

例如，操作於一電子裝置中之一訂製半導體晶粒可記錄該半導體晶粒之記憶體中一過度電性應力事件(如過電壓與/或靜電放電)之發生之資訊指示。過度電性應力事件之發生可能指示出該電子裝置內出現故障。該過度電性應力事件之發生可能指示出外部保護電路系統，如連接至該訂製半導體晶粒之電路系統，如另一晶片或一電盤上之單獨保護電路系統係為故障的，使一半導體晶粒於受保護之電路系統之規格外承受湧浪與/或電流尖波，其可位於該訂製半導體晶粒上或位於該訂製半導體晶粒外。如一範例，該外部保護電路系統之焊接(solder joint)會發生分解，導致其提供少於對一過電壓事件之期望保護。該半導體晶粒可提供可提供該半導體晶粒外與/或包括該半導體晶粒之一電子裝置外該過度電性應力事件之發生之資訊指示。此可作為一診斷以通知一電子系統該過度電性應力保護裝置不再以一期望位準運行。

一專用半導體晶粒可致力於處理過度電性應力事件，包括檢測與記錄該半導體晶粒之一記憶體中之過度電性應力事件之資訊指示。該專用半導體晶粒亦可用以獲取與過度電性應力事件有關之能量與/或以提供過度電性應力事件之保 護。於某些實施方式中，除了過度電性應力保護功能外，於一不同半導體晶粒上可實施記錄功能。

於某些範例中，一積體電路可能具有一有限/經界定之壽命。其可能係因處於一惡劣電性環境所導致。該過度電性應力檢測與報告電路系統可對一電子系統提供作為標誌之與一過度電性應力事件之強度與/或過度電性應力事件發生次數之資訊。於檢測過度電性應力事件之一界定數量後，該電子系統可提供一電子裝置其壽命減短之一標誌。此一標誌可指示該電子裝置應盡速或一所界定時間期間內進行更換。追蹤一裝置之壽命可使關鍵電路具更佳可靠性與/或於更換時間上有更佳可預測性。

過度電性應力事件之資訊指示可被向外提供至承受該過度電性應力事件之一電子裝置或單獨監控電路系統或裝置。例如，無線與/或感應電路可對遠端電子裝置提供訊號以提供該電子裝置或包括該電子裝置之一電子系統之一警訊與/或一健康狀態。該警訊可提供該系統與/或一般系統健康之壽命指標。此可使用於一全新/替換電子裝置之計畫被包括於該電子系統中。該些原理與優點可應用於各種電子系統上，如於汽車與/或其他車輛與/或健康照護應用中之電子系統。

該些或其他關於檢測與記錄過度電性應力事件係於美國專利第14/671,767號申請案中所述，其完整之技術揭露於此透過引用併入本文中。

於該美國專利第14/671,767號申請案中，係使用各種半導體基底靜電放電感測器與半導體基底靜電放電保護裝置執行過度電性應力事件之檢測與保護免受過度電性應力 事件損害。進一步，該所檢測之過度電性應力事件係記錄於一實體記憶體中。除包括具有一間隔於其間之一對間隔導電結構之一過度電性應力監控裝置/靜電放電保護裝置外，以下係描述包括或取代一半導體基底靜電放電感測器/靜電放電保護裝置之各種實施例。除提供檢測與保護之外，該過度電性應力監控裝置/靜電放電保護裝置可提供該靜電放電事件之一非揮發性記錄，其可以肉眼或電性檢測與估計，如上所述。

檢測過度電性應力事件

如上所述，於此所揭露係關於檢測過度電性應力事件，如靜電放電事件。與過度電性應力事件有關之資訊可被記錄或報告。此可提供關於一電路、一晶粒、一積體電路系統等之功能性安全之資訊。該等資訊可作為一過度電性應力事件強度、一過度電性應力事件之持續時間，與/或所檢測之過度電性應力事件之發述次數之指標。於某些實施例中，因一過度電性應力事件可具有任意波形，因此與過度電性應力事件有關之資訊可作為一過度電性應力事件之一脈衝寬度之指標。該等資訊可被記錄用於各過度電性應力脈衝與/或以每一脈衝捕獲多個記錄。關於過度電性應力事件檢測之示例性實施例將於此進行描述。

圖33為根據本發明一實施例包括過度電性應力檢測電路系統之一範例性電子裝置8之示意圖。以某些範例為例，於此所述之電子裝置8與/或其他電子裝置可被包括於一汽車電子系統、一航空電子系統、一健康照護監控電子系統等中。如此所示，該電子裝置8可包括一輸入接點10、一過度電性應力保護裝置11、一過度電性應力隔離裝置12、一內部電 路13、一過度電性應力感測裝置14、一電阻元件15、一檢測電路16、一記憶體17、一報告電路18以及一輸出接點19。於某些實施例中，該過度電性應力保護裝置11與該過度電性應力感測裝置14之至少一者可包括一對間隔導電結構，如此所述。該電子裝置8所示之元件可被包括於一單一封裝中。該電子裝置8可包括比於此所示與/或所示元件之子集更多元件。該電子裝置10例如可為一晶粒。如此，於某些範例中，該電子裝置8所示之元件可實施於一單一晶粒上。

該電子裝置8係設置以於該輸入接點10處接收一輸入訊號，該輸入接點10可如所示為一輸入接腳。該過度電性應力保護裝置11係設置以提供免受過度電性應力損害之保護。該所示之過度電性應力保護裝置11係設置以當該輸入接點10上之一訊號超過受保護裝置之一過度電性應力能力時，如電壓崩潰時，透過將與一過度電性應力事件有關之電流轉向至接地面，以保護電連接至該輸入接點10之電路系統。該過度電性應力保護裝置11可保護該內部電路13與該電阻元件15免受過度電性應力事件之損害。該過度電性應力保護裝置11亦可保護電連接至該輸入接點10之任何其他電路系統。該過度電性應力隔離裝置12係設置於該內部電路13與圖33中之接腳之間。該過度電性應力隔離裝置12可例如為一電阻。於圖33中，該過度電性應力保護裝置11係設置於該輸入接點10與接地面之間。該過度電性應力保護裝置11可設置於該輸入接點10與任何其他適當低參考電壓之間。該過度電性應力保護裝置11可為設置以提供靜電放電保護之一靜電放電保護裝置。

該過度電性應力感測裝置14為一過度電性應力保護裝置。例如，該過度電性應力感測裝置14可為該過度電性應力保護裝置11之一高阻抗縮小版本。該過度電性應力感測裝置14可排列以被認為發生一過度電性應力事件之一訊號位準進行觸發。以檢測該過度電性應力事件之規模為目的，可提供相對較小百分比之該過度電性應力事件電流流經該電阻元件15。因此，透過該過度電性應力感測裝置14提供至該檢測電路16之訊號可為與一過度電性應力事件有關之一訊號之一縮小版本。於某些實施例中，根據本發明某些實施例(如圖7A、圖7B)，該過度電性應力感測裝置14可為或可包括一過度電性應力監控裝置，其包括具有一間隔於其間之一對導電結構，如上所述。

該電阻元件15可電耦合於該過度電性應力感測裝置14與接地面之間。例如，此可提供一壓降(voltage drop)，使提供至該檢測電路系統之一訊號可為低於與該過度電性應力事件有關之一低壓之一較低電壓。該電阻元件14可具有一相對較低之電阻(例如，於某些應用中為1歐姆)，因此該檢測電路16可接收處於低於與該過度電性應力事件有關之一電壓之一較低電壓位準(如，少量伏特)之一電壓訊號。由該電組元件15所提供之壓降可保護該檢測電路16免受該過度電性應力事件損害。如上所述，根據本發明某些實施例(如圖7A、圖7B)該電阻元件15可為或可包括一保險絲。

如此所示，該檢測電路16係電耦合至該過度電性應力感測裝置14，並設置以檢測一過度電性應力事件之發生。例如，該檢測電路16可包括設置以比較與一過度電性應力事件有 關之一電壓與一參考電壓之一比較器。該比較器可產生一過度電性應力事件發生之一指示。根據本發明某些實施例，該檢測電路16可使用至少一比較器與/或一類比數位轉換器檢測與該過度電性應力事件有關之一強度，如一電壓位準與/或一電流位準。

於某些實施例中，該檢測電路16可包括電路系統，如一計數器電路(counter circuit)，以決定一過度電性應力事件之持續時間。一過度電性應力脈衝之持續時間可為與該過度電性應力事件有關之能量總額之指示。透過檢測一過度電性應力脈衝之持續時間，該檢測電路16可區分不同類型之過度電應力事件間之差異，如長直流脈衝對短暫態脈衝。不同類型之過度電性應力事件可能會對暴露於此等過度電性應力事件之一電子系統之功能安全性造成不同影響。因此，檢測一過度電性應力之持續時間可提供關於某些應用中一電子系統之功能安全性之額外資訊。

該檢測電路16對該記憶體17提供一過度電性應力事件之資訊指示。該記憶體17可包括任何適當電路系統以儲存該資訊，如揮發性記憶體或非揮發性記憶體。於某些實施例中，該記憶體17可包括保險絲元件。該記憶體可儲存該過度電性應例事件之資訊指示。例如，該記憶體17可儲存至少一過度電性應例事件之強度之資訊指示，由該檢測電路16所檢測之過度電性應力事件數量之資訊指示，過度電性應力事件類型之資訊指示，一過度電性應力事件之持續時間之資訊指示，或其等之組合。

該報告電路18可對外部電路系統提供至少一過度 電性應力事件之資訊指示，如該電子裝置外部之電路系統。如圖所示，該報告電路18可接收來自該記憶體17之該資訊。於某些其他實施例中，該報告電路18可接收來自該檢測電路16之該資訊，而不需將該訊息儲存於該電子裝置10之記憶體並回報該資訊。該報告電路18可對該輸出接點19，如此所示為一接腳，提供至少一過度電性應力事件之資訊指示。根據某些實施例，該報告電路18可無線傳送該資訊與/或感應傳送該資訊。於某些實施例中，該報告電路18可包括一天線傳輸電路與/或一通訊匯流排(communication bus)發射器。

靜電放電保護裝置為過度電性應力保護裝置之範例，如圖33與/或其他圖式中所示之過度電性應力保護裝置。圖34A至圖34D描繪可實施於至少一實施例中靜電放電保護裝置之範例。圖34A至圖34D中所示之任何靜電放電保護裝置可透過與過度應力事件檢測，獲取與一過度電性應力事件有關之能量，響應可能會發生一過度電性應力事件之一指示配置一過度電性應力保護裝置與/或一儲存元件，或其等之任何組合相關之任何適當實施例所實施。於某些實施例中，圖34A至圖34D中所示之各過度電性應力保護裝置可為一過度電性應力保護裝置，除設有該裝置外，其亦連接至，如上所述，根據本發明某些實施例(如圖33之靜電放電12)包括具有一間隔於其間之一對導電結構之一過度電性應力監控裝置/過度電性應力保護裝置。

圖34A描繪二極體基底靜電放電保護裝置20a。圖34A描繪一單向阻隔接面二極體20a1、用於成比例增加順向偏 壓傳導與反向阻隔電壓之順向串聯阻隔接面二極體20a2、反向平行低電壓降導(drop-conduction)與去耦合二極體20a3以及一高背對背二極體基底雙向阻隔裝置20a4。

圖34B描繪包括一NPN靜電放電裝置20b1與一PNP靜電放電裝置20b2之雙極型電晶體基底靜電放電保護裝置20b。由集極至射極(NPN)與射極至集極(PNP)，該雙極型電晶體於到達一崩潰電壓前係作用為相對較高阻隔電壓元件，於此時該裝置進行觸發並於其端子間提供一較低傳導路徑與高保持電壓。於相反電壓極性下，將可獲得一順向偏壓接面。

圖34C描繪單向耦合NPN與PNP類閘流體(thyristor-like)靜電放電保護裝置20c。圖34C中所示之該靜電放電保護裝置可指半導體控制整流器(sermiconductor-controlled rectifiers)。於某些範例中，半導體控制整流器為矽控制整流器(SCRs)。該NPN與PNP類閘流體靜電放電保護裝置包括下列配置：產生一較低觸發電壓之浮動NPN基極20c1；具有基極至射極電阻20c2之集極至射極崩潰電壓模式中一NPN，其可產生一中間觸發電壓；具有用於最高閘流體觸發電壓之固定基極電阻20c3之一典型配置；以及閘流體基極外部閂鎖觸發與閂鎖釋放控制20c4。

圖34D描繪一耦合NPN-PNP-NPN高阻隔類閘流體靜電放電保護裝置20d。該裝置中之雙向崩潰電壓可非常接近該裝置之中心所示之該PNP裝置之基極至射極接面所界定。

根據於此所述之原理與優點，過度電性應力事件可於一電子裝置中之各節點處所檢測。於某些實施例中，於此 所述之該過度電性應力事件之檢測可於一電子裝置之一接腳處所感測。圖35為根據本發明一實施例設置以檢測該電子裝置30之一接腳31處之一過度電性應力事件之一範例性電子裝置30之一部分之一示意圖。如圖35中所示，一靜電放電事件可發生於該接腳31處，其可為任何適當輸入/輸出(I/O)接腳，且該靜電放電事件可於該接腳31處所感測。一靜電放電感測裝置34可設置於該接腳31與該靜電放電檢測電路36之間，其可為圖33之該檢測電路16之一範例。該靜電放電事件檢測電路36可對相似於圖33中之一記憶體與/或報告電路提供一靜電放電事件之發生之資訊指示。於圖35中，該電阻器35係設置於該靜電放電感測裝置34與接地面之間。如圖所示，該電阻器35亦設置於該靜電放電事件檢測電路36之一輸入與接地面之間。一靜電放電保護裝置33可保護該靜電放電感測裝置34與該電阻器35。該靜電放電保護裝置33亦可保護電連接至該接腳31之任何其他電路系統。於圖35中，該靜電放電保護裝置33係與該靜電放電感測裝置34與該電阻之串聯組合並聯。一靜電放電阻隔/導引裝置32可設置於該接腳31與一內部電路(未顯示出)之間。

過度電性應力事件可替代地或另外於橫跨某些電路元件被感測。因此，某些電路元件之功能安全性之資訊指示可被記錄與/或報告。圖36為根據本發明一實施例設置以檢測橫跨一儲存元件之一靜電放電事件之一範例性電子裝置40之一部分之一示意圖。於圖36中，與一靜電放電事件有關之能量可作為電荷儲存於一電容器48中。關於獲取該能量之更多 細節將於後續描述。圖36之靜電放電檢測電路36可檢測橫跨該電容器48之一靜電放電事件。圖35之靜電放電事件檢測電路36可包括一計數器以追蹤橫跨該電容器48所檢測之靜電放電事件之數量。例如，透過檢測與該靜電放電事件有關橫跨該電阻器35之一電壓，圖36之靜電放電事件檢測電路36可檢測一靜電放電事件之強度。於圖36中，該第一靜電放電保護裝置34與該電阻34係相似於圖35中所作用。該第一靜電放電保護裝置34可為一高阻抗靜電放電保護裝置，其可由一待監控靜電放電事件之位準所觸發。如此，該第一靜電放電保護裝置34不需與其他所示靜電放電保護裝置33、42與/或46與/或該二極體44匹配。該第一靜電放電保護裝置34之高阻抗可限制流經該電阻器35之電流，並可傳導與一靜電放電事件有關之相對較小百分比之電流。

於圖35與圖36中，如上所述根據本發明某些實施例(如圖7A與7B)，該靜電放電感測裝置34可為或可包括一過度電性應力監控裝置，其包括具有一間隔於其間之一對導電結構。此外，如上所述根據本發明某些實施例(如圖7A與7B)該電阻器55可為或可包括一保險絲。

可實施各種檢測電路36以檢測一過度電性應力事件。該檢測電路36可包括設置以檢測一過度電性應力事件之任何適當電路。圖37、圖38、圖39與圖40將分別描述四個範例性檢測電路36a、36b、36c與36d。該等檢測電路為範例性檢測電路，其可以與此所述有關之任何原理與優點所實施。此外，任何範例檢測電路之特徵可實施於任何其他範例檢測電 路之組合中。

圖49為根據本發明一實施例包括一檢測電路36a與一靜電放電保護裝置34之一示意圖。該檢測電路36a包括一比較器。如圖所示，該電阻器35係設置於該靜電放電保護裝置34與接地面之間。橫跨該電阻器35所產生之一電壓可與一參考電壓VREF相比較。該電阻器35之電阻與該參考電壓可被選擇使高於一閾值位準之靜電放電事件觸發該比較器以指示一靜電放電事件之發生。該電阻器35之電阻可被選擇使提供至該比較器橫跨該電阻器35之電壓係處於不太可能損害該比較器之一電壓位準。該比較器可透過當橫跨該電阻器35之電壓超過指示一靜電放電事件發生之一閾值時設置以進行檢測之任何適當電路系統所實施。

圖38為根據本發明另一實施例包括一檢測電路36b與一靜電放電保護裝置34之一示意圖。該檢測電路36b包括複數個比較器36b1、36b2與36bN，其等係各設置以分別比較橫跨該電阻器35之電壓與不同參考電壓(VREF1、VREF2與VREFN)。可實施任何適當數量之比較器。可使用複數個比較器36b1、36b2與36Bn檢測一靜電放電事件之強度或位準。該靜電放電事件之位準可對應於提供至檢測一靜電放電事件之發生之複數個比較器中之一比較器之最高參考電壓之規模。如此，該檢測電路36可檢測一靜電放電事件之發生或一靜電放電事件之強度。

圖39為根據本發明另一實施例包括一檢測電路36c與一靜電放電保護裝置34之一示意圖。如圖所示，該檢測 電路36c包括一比較器72、一取樣開關74與一類比數位轉換器76。該類比數位轉換器76可用以決定一靜電放電事件之位準。如同圖37之檢測電路36a，該比較器72可檢測一靜電放電事件之發生。響應以檢測高於由該電阻器35之電阻與該參考電壓VREF之電壓位準所決定之一位準所發生之一靜電放電事件，該比較器72之輸出係被觸發。此可使該取樣開關74取樣橫跨該電阻器35之電壓。該所取樣之電壓可透過該類比數位轉換器76轉換成一數位電壓位準。該類比數位轉換器76之輸出可為該靜電放電事件之一位準之指示。如此，該檢測電路36c可提供與一所檢測靜電放電事件有關之資訊，其可指示該靜電放電事件之發生與關於該靜電放電事件之位準。

圖40為根據本發明另一實施例包括一檢測電路36d與一靜電放電保護裝置34之一示意圖。除橫跨該靜電放電保護裝置34之一電壓係用以觸發該比較器72並用以檢測該靜電放電事件之位準，該檢測電路36d係與該檢測電路36c相似。當該靜電放電保護裝置34係被觸發時，其可進入回彈模式並保持於具有一電阻之一保持電壓。該保持電壓可用以檢測一靜電放電事件之發生與該靜電放電事件之位準。該靜電放電保護裝置34可被特性化，且該特性化資料可被用以決定該靜電放電事件之位準。

於圖37、圖38、圖39與圖40中，如上所述，根據本發明某些實施例(如圖5A、圖7A)，該靜電放電保護裝置34可為或可包括一過度電性應力監測器或保護裝置，其包括具有一間隔於其間之一對導電結構。此外，如上所述，根據本發 明某些實施例(如圖7A)該電阻器35可為或可包括一保險絲。

多種記憶體可儲存於此所述由該檢測電路所檢測之一過度電性應力事件之資訊指示。該等記憶體可包括非揮發性與/或揮發性記憶體。

於某些實施例中，於某些情況下檢測一過度電性應力可透過設置以儲存資料之記憶體元件所實施。圖41為根據本發明一實施例設置以檢測與儲存與一靜電放電事件相關之資訊之檢測與記憶體電路90之一示意圖。該檢測與記憶體電路90可實施圖33之記憶體17與檢測電路16之功能性。

該檢測與記憶體電路90包括保險絲。該保險絲為可儲存資料與/或改變一裝置後製程之一類型之非揮發性記憶體。該檢測與記憶體電路90包括保險絲組92、94、一保險絲組選擇電路96與一保險絲組讀取電路98。該保險絲組中至少一者之保險絲可被設置以於預定靜電放電事件位準熔斷。一選定保險絲組之不同保險絲可於不同靜電放電位準熔斷。該保險絲組讀取電路98可讀取該保險絲組92、94中至少一者以決定是否發生一靜電放電事件以及與該靜電路電放事件相關之位準。例如，若該等保險絲中任一者係為熔斷，則一靜電放電事件之發生可被檢測。可根據已熔斷之保險絲檢測與該靜電放電事件相關之位準。即使一電子裝置並未通電，該檢測與記憶體電路90亦可進行運作。該等保險絲可為一次性可程式化(one-time programmable)，使一保險絲組中之一保險絲一旦熔斷時，該保險絲組選擇電路96可選擇一不同保險絲組以檢測一靜電放電事件。該檢測與記憶體電路90可檢測一正極性 與一負極性之靜電放電事件。雖然圖41係以範例性目的參閱保險絲進行描述，圖式所述之該等原理與優點亦可應用於其他保險絲元件，如逆保險絲(anti-fuse)，與/或可由不同電壓選擇性活化之其他記憶體元件。

過度電性應力事件之檢測可檢測非災難性過度電性應力事件，其在不完全損害該裝置情況下老化一裝置。該功能性可監控具有比其他電路略低崩潰之一電路並提供關於該電路之老化資訊。圖42為根據本發明一實施例具有一靜電放電檢測電路36之一電子裝置100之一部分之一示意圖。該電子裝置包括一第一靜電放電保護裝置102與第二靜電放電保護裝置104。

該第一靜電放電保護裝置102可為具有相對較低崩潰電壓與相對較小物理面積之一二極體，而該第二靜電放電保護裝置104可為具有相對較高崩潰電壓與相對較大物理面積之一二極體。雖該等靜電放電保護裝置係顯示為二極體，但其他適當靜電放電保護裝置可交替地被實施。該第一靜電放電保護裝置102可以低於該第二靜電放電保護裝置104之一較低電壓進行觸發。於一說明性範例中，該第一靜電放電保護裝置102可於6.5伏特進行觸發，而該第二靜電放電保護裝置104可於7伏特進行觸發。該第二靜電放電保護裝置104可比該第一靜電放電保護裝置102處理更多電流。例如，一電阻器35可與該第一靜電放電保護裝置102串聯以避免熱散逸(thermal runaway)與/或以提供用於該檢測電路36之一電壓。於圖36中，如上所述根據本發明各種實施例(如圖5A、圖7A)，該靜電放電保護裝置102可由一過度電性應力監測器或保護裝置所替代或包 括一過度電性應力監測器或保護裝置，其包括具有一間隔於其間之一對間隔導電結構。此外，如上所述根據本發明各種實施例(如圖7A)該電阻器35可為或可包括一保險絲。使用該第一靜電放電保護裝置102，低於用於觸發該第二靜電放電保護裝置104之閾值之靜電放電事件可被檢測，且相關資料可被用以決定一零件之老化/「健康」狀態。由該第一靜電放電保護裝置102所給予之靜電放電保護可能不足以保護一內部電路，但由該第一靜電放電保護裝置102所給予之靜電放電保戶可提供一方式，以於不包括與該第二靜電放電保護裝置104串聯並會減少該第二靜電放電保護裝置104之有效性之一電阻情況下監控該第二靜電放電保護裝置104中所發生之情況。

該檢測電路36可使用橫跨該電阻器35之電壓檢測一靜電放電事件。該檢測電路36於每次一靜電放電事件被檢測時可熔斷一保險絲與/或負載另一記憶體。於檢測特定數量之靜電放電事件後(如10個事件)，可提供一警示訊號。例如，當所有保險絲可被熔斷與/或記憶單元可溢流(overflow)時，該警示訊號可被觸發。該警示訊號可提供一警示以警告一裝置已因靜電放電事件而老化。

過度電性應力檢測電路系統可提供於晶粒層級與/或一系統層級之功能性安全資訊。於該晶粒層級，記錄與監控過度電性應力事件可提供該晶粒之功能性安全之一指示。該資訊可被向外報告至該晶粒。一警示訊號可被向外提供至該晶粒以提供關於該晶粒之功能性安全之一警告與/或以建議採取行動，如替換該晶粒。於該系統層級，檢測過度電性應力事件可 提供關於一系統層級上功能安全性之資訊。該資訊可被用於例如預測性維護上。

設置以檢測過度電性應力事件之功能性安全電路系統可於一晶粒與/或一系統層級內合併。對於期望具有監控可靠性與/或品質之某些高昂與/或訂製之積體電路系統而言，具有感測過度電性應力事件之能力(如，由外部朝該系統所施加之電流湧浪與/或電壓突波)與能記錄並提供與該所檢測過度電性應力事件有關之資訊，如外部地可為有益的。該資訊可被向外提供至該積體電路系統與/或可於該積體電路系統內設置一警示以指示功能性安全問題。功能性安全電路系統可於多種層面上實施，其包括一3D垂直整合系統中之堆疊晶粒與/或預製層體/組件。根據本發明各種實施例，設置用於檢測過度電性應力事件之功能性安全電路系統可實施作為：具有安全電路系統整合於其中之一獨立裝置；作為設置以提供單晶粒層級功能性安全之一積體電路晶粒之一部分；作為包括該功能性安全電路系統之一組件/晶片/預製結構之部分，使一系統級封裝/模組之功能性安全可被監控與傳遞(如，無線地)；或作為包含該功能性安全電路系統之一模組/系統級封裝/垂直整合系統之部分，使一外部保護裝置(如外部二極體)之「健康」/壽命/有效性可被監控，並於某些情況下啟動外部通訊/警報。

圖43為根據本發明一實施例包括具有功能性安全電路系統之一晶粒112之堆疊晶粒110之一示意圖。該堆疊晶粒110可包括與至少一其他晶粒114a、114b、114c相堆疊之該晶粒112。該功能性安全電路系統可實施於此所述關於檢測一 過度電性應力事件、儲存有關該過度電性應力事件之資訊、報告該過度電性應力事件、提供過度電性應力與/或靜電放電保護等、或其等任何組合之任何特徵之組合。例如，該晶粒112之功能性安全電路系統可檢測並記錄一過電壓事件或另一過度電性應力事件。於某些範例中，該功能性安全電路系統可記錄該過度電性應力事件之強度、持續時間、頻率或任何其等之組合。該功能性安全電路系統透過如本發明一實施例中之一天線可無線地向外傳輸該所記錄之資訊至該堆疊晶粒110外之一裝置。

圖44為根據本發明一實施例包括功能性安全電路系統之一系統級封裝120之一示意圖。包括功能性安全電路系統之一晶粒112可與其他組件設置於一電路板122上。該晶粒112與其他組件可被包裝於一單一封裝中。該系統級封裝120可包括一封裝膠材(encapsulant)與/或一封膜化合物124，其封裝該晶粒112與其他組件。於此實施例中，該功能性安全電路系統可提供關於該系統之有效健康之指示。該指示可透過該晶粒112與/或其他組件由該系統向外傳遞，例如無線地或被提供至該系統級封裝120之一輸出接點。

圖45為根據本發明一實施例包括功能性安全電路系統之一積體電路系統130之一示意圖。該積體電路系統130可被配置以針對各種應用提供功能性。例如，該積體電路系統130可為設置用於汽車應用(如，動力轉向(power steering))之一汽車電子系統。如另一範例，該積體電路系統130可為一車輛電子系統，如設置用於航空器應用之一航空電子系統。於另一範例中，該積體電路系統130可為一醫療保健電子系統， 其係設置用於醫療保健監控(如監控一心率與/或監控另一生理參數)與/或用於其他醫療保健應用上。該所示之積體電路系統130包括圖44之系統級封裝120與一系統板(system board)130上之其他組件。該系統級封裝120之功能性安全電路系統可利用該系統級封裝120外部之該積體電路系統130之保護裝置提供潛在失效之資訊指示。例如，該積體電路系統130之一故障二極體將無法避免某些非期望靜態電流與/或電流湧浪。該系統級封裝120之功能性安全電路系統考監控與記錄該過度電性應力事件。該功能性安全電路系統可提供此問題之一外部警報。該功能性安全電路系統可提供該積體電路系統130之一壽命之指示。

圖46為根據本發明一實施例一範例性電子裝置150之一示意圖，其係設置以儲存與一過度電性應力事件有關之電荷並偵測該過度電性應力事件之發生。該電子裝置150描繪過載監控電路系統如何與設置以檢測一過度電性應力事件之檢測電路系統組合之一範例。關於靜電放電事件之另一範例係顯示於圖36中。於圖46中，該靜電放電感測裝置14可為或可包括，如上所述根據本發明某些實施例(如圖7A)，包括具有一間隔於其間之一對導電結構之一過度電性應力監控裝置。此外，如上所述根據本發明某些實施例，該電阻器15可為或可包括一保險絲。

靜電放電保護裝置之某些物理布局(physical layout)可被實施用於高效能。以下所述之物理布局可關於任何於此所述之過度電性應力保護裝置所實施。圖47A至圖47C 描繪範例物理布局。

圖47A提供一靜電放電保護裝置230之一物理布局之一範例。於圖47A中，該靜電放電保護裝置為平面視圖中之一環狀結構。此可具有相對較高電流處理能力。該靜電放電保護裝置230之陽極232與陰極234可設置於一焊墊236周圍。即使具有增加之間隔、電阻與/或曲率(curvature)，一靜電放電保護裝置最脆弱點係為一指部之末端，因該位置通常具有最高電場。一環狀靜電放電矽控制整流器可用於系統層級靜電放電保護以仿效包圍一焊墊之一圓形裝置。該矽控制整流器可包括於美國第6,236,087號專利案中所述之特徵之任何組合，與於此以參考文獻合併至本文中之完整技術揭露內容。

於平面視圖中一環狀靜電放電保護裝置可具有相對較大周長(perimeter)面積，因此具有相對較大電流可流經之橫截面面積。如一範例，該周長可為400微米且該二極體接面可為3微米深，使該橫截面面積可為1200平方微米(μm²)。此外，利用該環狀結構，金屬可由一焊墊之四個側邊形成。此可組合以實質上最小化一靜電放電轟擊之電阻，使由該晶片中之感測電路系統所承受之電壓可被實質上最小化。可提供一靜電放電轟擊一更低電阻路徑之另一方法為一純垂直二極體，於其中該傳導係經由該矽垂直向下。於該二極體中，對於100微米乘100微米之焊盤，橫截面面積為10,000平方微米，且該金屬電阻亦可相對較小，因於一側上具有一厚低電阻金屬板，而於靠近另一側上具有一低電阻焊線。

於某些範例中，因實質上相同之電場可沿著該結 構中之一完整接面存在，一理想靜電放電裝置可為圓形。圓形靜電放電裝置布局可能非具面積效率與/或一內部陽極之接面面積小於一外部陰極之接面面積。圓形靜電放電裝置布局比消耗約相同面積之某些其他普通靜電放電布局可傳導更大電流。圓形靜電放電裝置可傳導相對較大電流，如與過度電性應力事件有關之電流。因此，該靜電放電裝置布局對於一靜電放電裝置係用以獲取與一過度電性應力事件相關之能量之某些應用中可為期望之目標。

圖47B提供一靜電放電裝置237之一物理布局之一範例。該靜電放電裝置237之物理布局於平面視圖中為一相對較大之圓形。此可減少該陽極232與該陰極234之間之接面面積之間之差。

圖47C提供一靜電放電裝置238之一物理布局之一範例。該靜電放電裝置238係透過一相對較小且密集之圓形靜電放電裝置239之陣列所實施。該較小圓形靜電放電裝置239可水平與/或垂直彼此對接。一較小圓形靜電放電裝置239之陣列可於穿戴式計算裝置中實施，例如智慧手錶。

圖48描繪另一靜電放電保護裝置240，其中該電流湧浪係垂直向下穿過該層體傳導。於該靜電放電保護裝置240中，電流可經由該N型區域242下方表面244逸散至接地面。考量該N型區域242為一半圓柱體，因該靜電放電保護裝置240比一相對應環狀靜電放電保護裝置具有更大面積244，因此該靜電放電保護裝置240與一環狀靜電放電保護結構相比，能承載更大電流。當最佳化控制該靜電放電轟擊/電流湧 浪之該結構之電流承載能力時，可應用該等原理。

於某些範例中，可於一垂直整合系統內設置能用於儲存與該過度電性應力事件有關之電荷控制一過度電性應力事件之放大結構。圖37提供具有該功能性之一垂直整合系統250之一範例。該垂直整合系統250可包括隔離與/或放大之過度電性應力保護裝置，使其可處理更大量湧浪與/或與一儲存層體連接。該垂直整合系統250包括一靜電放電保護層體252、一絕緣層體254與一儲存層體256。該靜電放電保護層體252可包括靜電放電保護裝置。於某些範例中，該靜電放電保護層體252可包括一檢測電路以檢測一靜電放電事件。該靜電放電保護層體252可包括能使訊號於該垂直整合系統之外部無線地傳送之線圈253或其他結構。或者或此外，該垂直整合系統250之至少一其他層體可包括能使訊號於該垂直整合系統250之外部無線地傳送之線圈253或其他結構。該線圈或其他結構可傳送一靜電放電事件之資訊指示與/或一外部系統安全保護故障之警報。該絕緣層體254可用以將該靜電放電保護裝置252與該儲存層體256隔絕。至少一通道255與/或其他電路徑可使電荷由該靜電放電層體流至該儲存層體256。該儲存層體256可包括於此所述儲存元件之任一者，如設置以儲存與一靜電放電事件有關之電荷之至少一電容器與/或其他儲存元件。儲存於該儲存層體256中之電荷可被提供至其他電路。

圖50為根據本發明一實施例包括靜電放電保護與過載監控電路系統之一垂直整合系統260之一示意圖。該垂直整合系統260包括一靜電放電保護晶片261、一儲存晶片263與具 有一主動側(active side)265之一特殊應用積體電路264。焊線266可提供電連接至該靜電放電保護晶片261與/或該特殊應用積體電路264。一封膜化合物267可將其他所示元件封裝於一單一封裝中。該靜電放電保護晶片261可包括設置以提供與靜電放電事件有關之能量至該儲存晶片263之儲存元件之靜電放電保護裝置。如圖所示，該靜電放電保護晶片261與該儲存晶片263係與該特殊應用積體電路264垂直堆疊配置。該絕緣層體262，如介電或其他晶粒依附層體係顯示於圖38中不同晶片之間。

透過與該特殊應用積體電路264分離之一獨立晶片上設有靜電放電保護裝置，該靜電放電保護裝置相較於被包括於該特殊應用積體電路264內之靜電放電保護裝置，可被設置以處理更大規模之靜電放電事件。該靜電放電保護晶片261電連接至該儲存晶片263。該儲存晶片可電連接至該特殊應用積體電路264。於圖38中晶片之間之電連接可包括穿過矽通道等之焊線。該儲存層體263可使用由一靜電放電事件所獲取之能量對該特殊應用積體電路264之操作進行供電。該積體電路系統260可於一封裝內提供一系統，其中於外部產生之過度電性應力事件可被用以對該特殊應用積體電路264進行供電。即使由過度電性應力事件所獲取之功率相對較少，若該總系統包括相對較大數量(例如，數百或數千)之垂直整合系統，總系統功率之累積減少最終可為顯著的。

圖51為根據本發明一實施例之一垂直整合系統270之一示意圖，其包括一單晶片上之靜電放電保護與過載監控電路系統。一結合之靜電放電保護與儲存晶片272包括能儲 存來自靜電放電事件能量之電路系統與設置以儲存與該靜電放電事件相關之電荷之儲存元件。該結合之靜電放電保護與儲存晶片272可與一特殊應用積體電路264相堆疊。結合該靜電放電保護裝置與儲存元件於一單晶粒中可減少相對堆疊於一錐體結構中之兩分離晶粒之垂直整合系統之高度。結合該靜電放電保護裝置與儲存元件於一單晶粒中可減少由相對兩分離堆疊晶粒之一湧浪導電點與儲存元件之一路徑之長度與/或電阻。該特殊應用積體電路264可接收來自該結合之靜電放電保護與儲存晶片272之儲存元件之電荷。在不同於特殊應用積體電路之一晶片上設有過載監控電路系統可允許過度電性應力保護裝置，如靜電放電保護裝置，依比例放大以儲存來自更大過度電性應力事件(如更大之靜電放電事件)之電荷。

圖52為根據本發明一實施例顯示具有一過度電性應力保護裝置282、一儲存元件284與一處理電路系統286之一晶粒280。於一微觀層級上，該過度電性應力保護裝置282可與相同晶粒280內之該儲存元件284與該處理電路系統286分離。於該所示實施例中，該晶粒280係被分隔化(compartmentalize)以傳送一晶片內之一系統，其中該儲存元件284係電連接至作為電源之該處理電路系統286。如圖所示，該晶粒280係被分割成同心型部分。該晶粒280之不同部分可結合於一單一半導體基板上，如一矽基板。選擇性部分可與該基板隔離之溝槽隔離工藝製程方法，可被用以製造該晶粒280之不同部分。

圖53為根據本發明一實施例顯示具有一過度電性應力保護裝置282、一儲存元件284與一處理電路系統286之 一晶粒280。該晶粒290包括一分隔化排列，其中該等電路系統282、284、286之不同部分係由一隔離障壁292所分離並設置以一並排方式排列。該隔離障壁292可包括溝槽隔離。該溝槽可包括絕緣材料，如介電材料。於一實施例中，一絕緣層體可被包括於一分隔化晶粒之過度電性應力保護裝置其部分或全部周圍。或者或此外，一絕緣層體，如一介電層體可覆蓋該過度電性應力保護裝置282與/或該儲存元件284。

過載監控電路系統可實施於手機與/或穿戴式裝置中。圖54A與圖54B顯示一手機與/或穿戴式裝置300之一實施例，其包括一外殼302，其具有嵌入該外殼302中之導管304。行動裝置，如行動電話與/或其他手持裝置，可包括排列用於獲取外部電荷源，如靜電荷之導管304。如圖54B中所示，電連接306可將來自該導管304之電荷路由至過載監控電路系統。該過載監控電路系統可實施於如圖所示之一封裝120中之一系統。該外殼302可設置以促進與/或優化對包括於該行動裝置之該外殼302內之過載監控電路系統之電荷運送。該行動與/或穿戴式裝置300亦可被併入至設置以促進如，以最大化該過度電性應力電荷之一系統內。例如，可根據摩擦電序(triboelectric series)選擇材料，使該所產生之靜電放電被優化/最大化。該穿戴式裝置亦可貼附或連接至材料，使該裝置於配戴時其摩擦/移動/交互作用可促進，如最大化所產生之靜電放電之電荷。於某些實施例中，如上所述之該對導電結構可作為用於收集該穿戴式裝置300中所產生之靜電放電之電荷之能量之儲存電容器之電極。意即，相似於由產生電荷之不同材料所構成之活動式 機械組件，相似原理可應用於該穿戴式裝置300。

例如，一手機或穿戴式裝置可與由不同材料/織物所形成之一腕帶合併，使移動(透過使用者)於層體間產生摩擦與/或移動以產生電荷。該材料/衣物可由不同材料/複合材料/層體所構成，使該衣物(或穿戴式裝置)於穿戴時，其可產生電荷(其隨後可經由該導電通道獲取並路由至該儲存元件)。例如，一材料可由設置以響應於穿著者之彎曲/移動共同摩擦之組成部分/纖維/層體所構成。一腕帶(連接至相似於圖54C中所示之一模組，其具有可接觸皮膚之導電通道)亦可由設置以響應於穿著者之彎曲/移動共同摩擦之組成部分/纖維/層體所構成。

一般人可透過標準運動活動產生電荷。接地片(ground strap)係廣泛使用於電子產業以透過處理保護敏感裝置/系統免受所產生之靜電放電損害。透過構建可緊鄰皮膚之一衣物/腕帶/結構(與亦可連接至如本文中所示之其他裝置/組件/電路)可增進一靜電放電之電荷之產生用於獲取。於某些應用中(如，運動/耐力活動)，劇烈運動可產生充足之電荷量(結合適當建構之材料，於其中嵌入相關之電路系統與儲存器以執行/獲取/分配該電荷)以執行某些相對較低功率與/或間歇性功能。於其他應用中(如醫療保健)，該穿戴式裝置300可設置以獲取充足能量以對某些監控活動進行供電。

該行動裝置300之任何特徵之組合可應用至任何適當穿戴式裝置，如一智慧手錶與/或一穿戴式醫療保健監控裝置。例如，圖54A與/或圖54B之實施例之任何原理與優點 可應用至一穿戴式裝置上。圖54C描繪具有一外殼302與通道304之一穿戴式裝置305。該穿戴式裝置305可設置以與皮膚接觸。於該外殼302上之該等通道304可被排列以促進與/或優化來自外源之過度電性應力事件之電荷之收集。該等通道304之材料之形狀與/或排列方式可促進與/或優化電荷之取得。例如，可根據摩擦電序選擇材料，使任何所產生之靜電放電被優化/最大化。該穿戴式裝置亦可貼附或連接至材料，使該裝置於配戴時其任何摩擦/移動/交互作用可最大化所產生之靜電放電之電荷。此可透過結合於穿戴時相互作用/摩擦之不同材料所實現。例如一智慧手錶/醫療裝置之錶帶可由於穿戴時可產生最大靜電放電電荷之材料(根據摩擦電序)所構成。此外，該儲存元件(以獲取電荷)/導管(由儲存元件至靜電放電事件處)/與以分配該電荷之系統可嵌入特別構建以產生/獲取靜電放電之衣物/織物中。

結論

於上述實施例中，用於感測過度電性應力事件之裝置、系統與方法係結合特定實施例所描述。然而，其應可理解該等實施例之原理與優點可用於任何需要用於感測與/或保護免受過度電性應力損害之其他系統、裝置或方法。

於此所述之原理與優點可實施於各種裝置中。該等裝置之範例可包括但不限於消費性電子產品、消費性電子產品之組件、電子測試設備等。消費性電子產品之組件之範例可包括時脈電路、類比數位轉換器、放大器、整流器、可程式化濾波器、衰減器、變頻電路等。電子裝置之範例亦可包括記憶 體晶片、記憶體模組、光學網路或其他通訊網路之電路，以及磁碟機電路。消費性電子產品可包括但不限於無線裝置、行動電話(例如，智慧手機)、蜂巢式基地台、電話、電視、電腦螢幕、電腦、手持式電腦、平板電腦、筆記型電腦、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、微波爐、冰箱，立體音響(stereo system)、卡式錄音機或播放器、DVD播放機、CD播放機、數位錄影機(digital video recorder，DVR)、卡式錄影機(VCR)、MP3播放器、收音機，攝錄影機、照相機、數位相機、可攜式記憶體晶片、洗衣機、烘乾機、洗衣機/烘乾機、影印機、傳真機、掃描器、手錶、智慧手錶、時鐘、穿戴式健康監控裝置等。此外，該等裝置可包括未完成之產品。

除非於本文中有明確要求，於實施方式與申請專利範圍中之用語「包含(comprise)」、「包含(comprising)」、「包括(include)」、「包括(including)」等應以一兼含概念解釋，而非以一窮舉或詳舉概念；即「包括，但不限於」之概念。於此通常使用之用語「耦合」或「連接」指至少二元件可為直接連接，或透過至少一中間元件連接。此外，於本申請案中所使用之該等用語「於此」、「上述」、「以下所述」與相似含意之用語應以本申請案之整體觀之，而非本申請案之任何特定部分。於本文允許下，於實施方式中使用單數或複數之用語亦可分別包括複數或單數。關於至少二項目之一列表中之用語「或」係意圖涵蓋該用語之以下所有解釋：該列表中之任何項目、該列表中之所有項目，以及該列表中任何項目之組合。於此所提供之所有數值係意圖包括於一測量誤差內中相似數值。

此外，除非另有明確說明，或如本文中所使用以其他方式理解外，於此所使用之附條件之表達方式，諸如「可以」、「可」、「可能」、「可能」、「如」、「例如」、「諸如」等，係通常意圖表達某些實施例包括，但其他實施例不包括某些特徵、元件與/或狀態。

於此所提供本發明之教示可應用至其他系統，未必為如上所述之系統。如上所述之各種實施例之元件與作用可相結合以提供進一步實施例。於此所述之方法之作用可以任何適當次序執行。此外，於此所述之方法之作用可適當地以串聯或並聯方式執行。

雖已描述本發明之某些實施例，但該些實施例僅以範例方式呈現，並不用以限制本發明所揭露之範圍。確實，於此所述之新穎方法與系統可以各種其他形式所實施。此外，在不脫離本發明所揭露之精神情況下，可對於此所述之方法與系統之形式進行各種省略、替換與改變。所附之申請專利範圍及其均等物係意於涵蓋落入本發明所揭露之範圍與精神內之該等形式或修改。因此，本發明之範圍係由申請專利範圍所定義。

Claims (50)

1. 一種設置以監控過度電性應力事件之裝置，該裝置包含：一對間隔導電結構，其係設置以響應於一過度電性應力事件形成電弧，其中，該間隔導電結構係由一材料所組成並具有使電弧造成該間隔導電結構具有一可檢測形狀改變之一形狀，其中，該裝置係設置使該間隔導電結構之形狀改變為可檢測的，以作為一過度電性應力監測器。
2. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構係由響應於電弧經選擇以局部熔化以使該間距增加之一材料所組成。
3. 如請求項2所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構係由一金屬所組成。
4. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構包含一對各自具有一銳化尖端之間隔突出部。
5. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該可檢測形狀之改變包括該間隔導電結構之間之一間距之一可視增加。
6. 如請求項5所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該裝置係設置使指示一過度電性應力事件之發生之該間距之可視增加可被視覺上地檢測。
7. 如請求項6所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該裝置係設置使該間距之可視增加可使用一 可見光顯微鏡所檢測。
8. 如請求項5所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該裝置係設置以電測量橫跨該對間隔導電結構之一開路電壓以決定是否已發生一過度電性應力事件。
9. 如請求項5所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該裝置係設置以電測量橫跨該對間隔導電結構之一漏電流以決定是否已發生一過度電性應力事件。
10. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構係與一半導體基板整合。
11. 如請求項10所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該間隔導電結構形成於與該半導體基板整合之一金屬化層。
12. 如請求項11所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該間隔導電結構係至少部分地被形成於該金屬化層之一介電層埋藏。
13. 如請求項12所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該間隔導電結構係由形成於該金屬化層之該介電層電性分離，使該間隔導電結構係設置以穿過該介電層形成電弧。
14. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該裝置包含複數對並聯電連接之突出部。
15. 如請求項14所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，至少二對突出部具有不同分離距離並設置以響應於與該分離距離成比例關係之不同過電壓以形成電弧。
16. 如請求項13所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該至少二對突出部於形成電弧前具有不同分離距離。
17. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構係串聯連接至一保險絲。
18. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構係作為設置以保護該裝置免受過度電性應力事件損害之一過度電性應力保護裝置。
19. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，進一步包含電連接至該對間隔導電結構之一半導體基底過度電性應力保護裝置，相較於該對間隔導電結構，該過度電性應力保護裝置係設置以分流更大量電流。
20. 如請求項19所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係並聯電連接至該對間隔導電結構。
21. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，進一步包含一核心電路，其中該對間隔導電結構與該核心電路係電連接至少一共用電子端，使該對間隔導電結構作為用於監控發生於該核心電路中之過度電性應力事件之一監控裝置。
22. 如請求項21所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，不論該核心電路是否被電性活化，該對間隔導電結構係設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧。
23. 如請求項21所述之設置以監控過度電性應力 事件之裝置，其中，該核心電路與該對間隔導電結構係整合於一半導體封裝中。
24. 如請求項21所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該核心電路與該間隔導電結構係整合於相同半導體晶粒中。
25. 如請求項21所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該核心電路與該對間隔導電結構係設置於不同半導體晶粒中。
26. 如請求項1所述之設置以監控過度電性應力事件之裝置，其中，該對間隔導電結構係作為一過度電性應力保護裝置。
27. 一種監控一半導體裝置之方法，該方法包含：提供一對具有一間隔於其間之導電結構，該對間隔導電結構係與一半導體基板整合，並設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧；以及監控該對間隔導電結構以決定一電脈衝是否橫跨該對間隔導電結構之間之該間隔已形成電弧。
28. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該監控包含透過測量橫跨該間隔之一開路電壓中之變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。
29. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該監控包含透過測量沿著包括該間隔之一電性路徑之一漏電流變化決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。
30. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該監控包含透過檢測橫跨與該對間隔導電結構串聯連接之一保險絲之一開路電路決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。
31. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該監控包含透過目視檢查相鄰該間隔之該導電結構之端部外觀上之改變決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。
32. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，提供該半導體裝置包含提供複數對各自具有一間隔於其間之導電結構，該複數對導電結構係為並聯電連接。
33. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該複數對間隔導電結構具有不同間隔並設置以響應於與該不同間隔有關之過電壓以形成電弧，其中該監控包含識別於形成電弧之複數對間隔導電結構中具有最大分離距離之一對間隔導電結構，以及估計與該過度電性應力事件有關之一最大電壓。
34. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該監控包含透過測量橫跨該對導電結構之電容變化以決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。
35. 如請求項27所述之監控一半導體裝置之方法，其中，該監控包含透過目視檢測串聯連接至該對間隔導電結構之一熔斷保險絲之徵兆以決定該半導體裝置中是否已發生一過度電性應力事件。
36. 一種過度電性應力監控裝置，包含：複數對具有複數個不同尺寸大小之間隔於其間之導電結構，該複數對導電結構係為並聯電連接，該等不同尺寸大小之間隔係設置以響應於相對應之不同過度電性應力電壓以形成電弧。
37. 如請求項36所述之過度電性應力監控裝置，其中，該複數對導電結構係設置為被受監控以承受電弧。
38. 如請求項36所述之過度電性應力監控裝置，其中，該裝置係設置以允許目視檢查於該間隔處之該導電結構之任何損壞。
39. 如請求項36所述之過度電性應力監控裝置，其中，該裝置係設置以電性監控該導電結構是否響應於電弧進行改變。
40. 如請求項36所述之過度電性應力監控裝置，進一步包含一半導體基底過度電性應力保護裝置，其係與該複數對相異間隔之導電結構電連接。
41. 如請求項40所述之過度電性應力監控裝置，其中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置以於高於該複數對相異間隔之導電結構設置以形成電弧之電壓之一電壓進行觸發。
42. 如請求項41所述之過度電性應力監控裝置，其中，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置使，經以一觸發電壓觸發後，橫跨該半導體基底過度電性應力保護裝置之一電壓並不回彈至低於該觸發電壓之一電壓。
43. 如請求項42所述之過度電性應力監控裝置，其中，該半導體基底過度電性應力保護裝置包含一雪崩二極體。
44. 如請求項43所述之過度電性應力監控裝置，該半導體基底過度電性應力保護裝置係設置使，經以一觸發電壓觸發後，橫跨該半導體基底過度電性應力保護裝置之一電壓回彈至低於該觸發電壓之一較低電壓。
45. 如請求項44所述之過度電性應力監控裝置，其中，該較低電壓係高於該複數對相異間隔之導電結構設置以形成電弧之電壓。
46. 如請求項40所述之過度電性應力監控裝置，其中，該半導體基底過度電性應力保護裝置包含一雙極型接面電晶體。
47. 如請求項36所述之過度電性應力監控裝置，其中，該複數對相異間隔之導電結構係設置以連接至一核心電路，其中，該複數對間隔導電結構與該核心電路係設置以電連接至少一共用電子端，使該複數對間隔導電結構作為用於監控發生於該核心電路中之一過度電性應力事件之一監控裝置。
48. 如請求項47所述之過度電性應力監控裝置，其中，經形成電弧後，各複數對相異間隔導電結構係設置使橫跨各複數對相異間隔導電結構之一電壓回彈至高於該核心電路之一電源電壓之一電壓。
49. 一種裝置，包含：一核心電路； 一過度電性應力保護裝置，其係電連接至該核心電路，並設置以分流因一過度電性應力事件所引起來自該核心電路之電流；以及一過度電性應力監控裝置，其與核心電路電連接，該過度電性應力監控裝置包含一對間隔導電結構，其係設置以響應於一過度電性應力事件以形成電弧，並承受該間隔導電結構之一形狀改變。
50. 如請求項49所述之裝置，其中，該裝置係設置使該對間隔導電結構係設置以受檢測並作為一過度電性應力監測器。