CN100388452C - 检测半导体装置过热的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用以检测半导体装置过热的装置(1，11，21)及方法，其包含一种温度测量装置(3，13，23)，而当半导体装置的温度变化时，该温度测量装置(3，13，23)会改变其导电性。

Description

检测半导体装置过热的装置及方法

技术领域

本发明有关于一种用以检测半导体装置过热的装置(1，11，21)及方法。

背景技术

半导体装置，适当的例子像是集成(模拟或是数字)计算电路、半导体内存装置[例如功能性内存装置(PLAs、PALs等)]、以及表内存装置(table memory device)(例如，ROMs或是RAMs，特别是SRAMs以及DRAMs，如SDRAMs)等，当此等半导体装置在其制造程序以及随后之过程期间会受到综合的测试。

例如，甚至在晶片上所有预期的制程步骤已经完成之前(换言之，已经在半导体装置的半完成状态)，此等(半完成)装置(其仍然在晶片上)可能透过一个或是多个测试装置，在一个或是多个测试站而受到适当的测试方法[例如，在晶片切割框(scrib frame)上所谓的kerf测量]。

在完成半导体装置之后(即，在执行所有的晶片处理步骤之后)，半导体装置可能在一个或是多个(另外的)测试站受到其它的测试方法，例如，可藉由适当的(另外的)测试装置来对仍然在晶片上的已完成装置进行适当的测试。

在晶片的切割(sawing)[或是切割(scribing)、以及裂片(breaking)]之后，此装置然后可做为一个个别的装置来利用，并且将其加载至所谓的载体而可能在一个或是多个(另外的)测试站受到适当的其它测试方法。

相同的，可(在相对应的其它测试站，以及利用对应的、另外的测试装置)执行一个或是多个另外的测试，此等测试的执行是在，例如，在对应的半导体外壳中的半导体装置的安装之后及/或在半导体外壳中的半导体装置的安装(与各自合并的半导体装置)之后，而于适当的电子模块(所谓的模块测试)进行。

半导体装置(例如SDRAMs)对于强烈加热的反应是非常敏感的。

在将半导体装置加热至特定阀值温度之下时，半导体装置可能分别受到不可逆的损害，或者可能被破坏。

此类的损害，例如发生在半导体装置制造过程，但是也可发生在制程之后，但是仅发生于，例如对应装置的焊接期间或是操作期间。

特别是在透过以上所述的测试方法而不能检测到或是需要相当高的努力才可检测到的部分损害。

本发明的一个目的是提供一种新颖的装置以及新颖的方法来检测半导体装置的过热现象。

此目的通过一种用以检测半导体装置过热的装置和方法来实现。

所述装置包含一温度测量装置，当所述半导体装置的温度超过一预定的阈值温度时，所述温度测量装置不可逆地改变其导电性。

所述方法使用一在所述半导体的温度超过一预定的阈值温度时会不可逆地改变其导电性的温度测量装置，所述方法包含下列步骤：检测所述温度测量装置的导电性，以检测所述半导体装置是否曾经过热。另外还给出了本发明其它有利的扩展。

发明内容

根据本案的基本概念，本案提供了一种用以检测半导体装置过热现象的装置，所述装置包含一温度测量装置，当半导体装置的温度至少有一次超过一预定的阈值温度时，温度测量装置会不可逆地改变其导电性。本案还提供了一种用以检测一半导体装置过热的方法，其使用一在所述半导体装置的温度至少有一次超过一预定的阈值温度时会不可逆地改变其导电性的温度测量装置，所述方法包含下列步骤：检测所述温度测量装置的导电性，以检测所述半导体装置是否曾经过热。

因此，对于判定是否半导体装置是暂时过热与因此可能已受到不可逆的损害或是破坏的风险是相对的更加简单。

附图说明

接着，本案将藉由几个实施例与所附的图标来说明。

第1A图系为根据本发明的第一个实施例，显示与一用以检测半导体装置过热的半导体装置一起提供的装置的概要表示，其为在半导体装置已经受到相当高温之前的一个状态。

第1B图系为于第1A图中所示的装置在半导体装置已经受到相当高温之后的一个状态的概要表示。

第1C图系为于第1A图与第1B图所示装置的顶视图，其为在第1A图中所示在半导体装置已经受到相当高温之前的状态。

第2A图系为根据本发明的第二个实施例，显示与一用以检测半导体装置过热的半导体装置一起提供的装置的概要表示，其为在半导体装置已经受到相当高温之前的一个状态。

第2B图系为于第2A图中所示的装置在半导体装置已经受到相当高温之后的一个状态的概要表示。

第2C图系为于第2A图与第2B图所示装置的顶视图，其为在第2A图中所示在半导体装置已经受到相当高温之前的状态。

第3A图系为根据本发明的第三个实施例，显示与一用以检测半导体装置过热的半导体装置一起提供的装置的剖面图，其为在半导体装置已经受到相当高温之前的一个状态。

第3B图系为于第3A图中所示的装置在半导体装置已经受到相当高温之后的一个状态的剖面图。

第3C图系为于第3A图与第3B图所示装置的顶视图，其为在第2A图中所示在半导体装置已经受到相当高温之前的状态。

第3D图系为于第3A图与第3B图所示装置的顶视图，其为在第3B图中所示在半导体装置已经受到相当高温之后的状态。

具体实施方式

第1A图中，系为根据本发明的第一个实施例而显示一种与用以检测半导体装置过热的半导体装置一起提供的装置1的概要、侧视图，其为在半导体装置已经受到相当高温之前的一个状态。

举例而言，此种过热检测装置1可直接设置在一相对应半导体装置的表面，或是例如设置在半导体装置的内部。

举例而言，此种半导体装置可以是一种适当的集成(模拟或是数字)计算电路、或是例如一种半导体内存装置[像是功能性内存装置(PLA、PAL等)]、或是一种表内存装置(table memory device)(例如，ROM或是RAM，特别是SRAM或是DRAM，如SDRAM)，以及/或是一种组合的计算电路/内存装置等。

根据第1A图，过热检测装置1包含两种接触组件2a、2b，在两接触组件(2a及2b)之间设置有一对应的测量片段3。

如第1C图所示，接触组件2a、2b的断面可(自顶部观看)为长方形(举例而言)、或者例如是圆形、椭圆形等。

再次参考第1A图，设置在接触组件2a、2b的下方且在接触组件2a、2b间的测量片段3是以一种适当的半导体材料所制造，而半导体材料举例而言可以是硅(例如，可以是与半导体装置剩余部分相对应类似或是相同的基本材料)。

测量片段3的部分区域3’实际上是设置在接触组件2a、2b间的中间处，此部分区域3’是经(相当强的)掺杂，例如相当强的n-掺杂或是相当强的p--掺杂，也就是说具有相当好的传导性。

与此相较之下，测量片段的两个部分区域3”(设置在接触组件2a、2b正下方或是分别邻近接触组件2a、2b或是接触到接触组件2a、2b)则是非掺杂的(或是，可选择地：仅弱的n-掺杂或是p-掺杂)，也就是说没有或是仅弱的传导性。

由于掺杂的部分区域3’，在或是接近想象平面A垂直穿过部分区域3’处(也就是在中间区域)可能是掺杂最大之处，并且掺杂可能随着与想象平面A的侧面距离增加而持续的降低。

举例而言，掺杂的部分区域3’可藉由将一掺杂物局部地注入最初是未掺杂的区域3而产生(例如，利用习用的扩散方法、(离子)注入方法等)。

如第1A图与第1C图，掺杂的部分区域3’的宽度w₁最初是如此的小，而在该部分区域3’的横边区域与接触组件2a、2b之间存在一特定距离a₁(初始状态)。

因此，可传导的部分区域3’系处于初始的状态(根据第1A图与第1C图，由于在部分区域3’与各自的接触组件2a、2b之间设置有各自的非传导的部分区域3”)，因而将部分区域3’与接触组件2a、2b电隔开。

当加热半导体装置时，掺杂的部分区域3’的外部边界或是各自的横边区域，由于在部分区域3’中所包含掺杂原子相对应地于该接触组件2a、2b的方向横向的扩散(如第1A图中箭号B所示)，因而会分别地移位。

如第1B图所示，部分区域3’的尺寸、掺杂强度、接触组件2a、2b的尺寸等可以做适当的选择，使得当半导体装置的温度超过一预定的阀值温度T时(其中的加热举例来说必须仅占有一特定且相当短的期间t，例如t＜5秒，或是，例如t＜1秒，或是，例如t＜0.5秒)，而掺杂的部分区域3’的外部边界或是各自的分别的横边区域，系分别横向地移位达到该部分区域3’至少部分地(例如在区域C)接触到各自的接触组件2a、2b的下边界区域的程度。

因此，在该半导体装置的过热之后(超过阀值温度T)，接触组件2a、部分区域3’以及接触组件2b会彼此不可逆地电连接(第二状态)。

以上所述的阀值温度T是可进行选择而使得从此温度向上升高时半导体装置将会有不可逆的损害或是破坏的风险。

第一个和第二个接触组件2a、2b举例来说可能透过适当的焊线而直接地连接到容纳半导体装置的装置外壳的相对应接脚(pin)，或是例如透过提供在半导体上或是半导体内的适当线路而间接地连接到容纳半导体装置的装置外壳的相对应接脚(pin)。

与第一个接触组件2a连接的第一个接脚例如可被连接到一测试装置的一第一终端，而与第二个接触组件2b连接的第二个接脚则可被连接到第二测试装置终端(举例而言)。

在第一测试装置终端与第二测试装置终端之间(且因此为在第一个与第二个接触组件之间2a、2b)施加适当的电压，随后测量一相对应的电流是否因此流经接触组件2a、2b之间(或是电流的强度是否超过一预定的阀值)，其可能判定在接触组件之间2a、2b是否没有电连接存在(初始状态，第1A图，“通过测试”)，或是，是否接触组件2a、2b系如上所述在半导体装置过热之后会彼此地电连接(第二状态，第1A图，“未通过测试”)，此意味着半导体装置因为过热而可能已经受到损害或是破坏。

第2A图系为根据本发明的第二个实施例，显示与一用以检测半导体装置过热的半导体装置一起提供的装置的概要、侧视图，其为在半导体装置已经受到相当高温之前的一个状态。

此种过热检测装置11，举例而言可直接设置在一相对应半导体装置的表面，或是例如设置在半导体装置的内部。

此种半导体装置，举例而言可以是一种适当的集成(模拟或是数字)计算电路、或是例如一种半导体内存装置[像是功能性内存装置(PLA、PAL等)]、或是一种表内存装置(table memory device)(例如，ROM或是RAM，特别是SRAM或是DRAM，如SDRAM)，以及/或是一种组合的计算电路/内存装置等。

根据第2A图，过热检测装置11包含两种接触组件12a、12b，在两接触组件(12a及12b)之间设置有一对应的测量片段13。

接触组件12a、12b(对应类似于如第1A图、第1B图中所示实施例，特别是对应类似于如第1C图中所示)例如可具有(自顶部观看)长方形、或者例如是圆形、椭圆形的断面等。

如第2A图中所示，设置在接触组件12a、12b的下方且在接触组件12a、12b间的测量片段13是以一种适当的半导体材料所制造，而半导体材料举例而言可以是硅(例如，可以是与半导体装置剩余部分相对应类似或是相同的基本材料)。

在过热检测装置11的制造期间，设置于接触组件12a、12b的下方且在接触组件12a、12b间的测量片段13的整个区域(也就是整个测量片段区域)，首先，举例而言其可利用习用的扩散、(离子)注入方法等，相当强的掺杂(例如，相当强的n-掺杂或是相当强的p-掺杂)，而使得整个的测量片段区域(或分别是整个测量片段13)然后具有相当好的传导性。

接着，测量片段的部分区域13’实际上是设置在接触组件12a、12b间的中间处，此部分区域13’是藉由习用的方法技术来进行处理，使得上述的半导体材料可从初始的无-非晶态的(non-amorphous)、结晶状态改变为一种非晶态的状态。

其可被部分区域13’(如第2C图中所示-其上方边界区域D)所影响一短暂的时间-以激光所提供的激光束从顶部幅照，且因此可快速而强烈的加热，随后再非常快速而强烈的冷却。

测量片段的两个部分区域13(设置在接触组件12a、12b的正下方或是分别邻近接触组件12a、12b或是接触到接触组件12a、12b)则仍是如上所述为结晶的状态，也就是传导的状态。

因为如在第2A图与第2C图中所示，非晶态而也因此是非传导的部分区域13’系延伸过测量片段13的整个宽度b以及测量片段13的整个高度h，非传导的部分区域13’系由非传导的材料所围绕。根据第2A图中所示，设置在左边且与接触组件12a接触的结晶形、传导的部分区域13”，系透过设置在该等传导部分区域13”之间的非传导部分区域13’，而与位于图式右边且与接触组件12b接触的结晶形、传导的部分区域13”电隔开。

因此，由于在第2A图与第2C图中所示过热检测装置11的初始状态，根据第2A图与第2C图，接触组件12a系透过设置在该等传导部分区域13”之间的非传导部分区域13’而与接触组件12b电隔开。

假使将半导体装置加热至一预定阀值温度T之下(其中的加热举例来说必须仅占有一特定且相当短的期间t，例如t＜5秒，或是，例如t＜1秒，或是，例如t＜0.5秒)，于部分区域13’中的非晶态的结构会再度的改变为对应的结晶形结构，此种状况使得部分区域13’变成可导电的(再次)。

因此，在该半导体装置的过热之后(超过阀值温度T)，接触组件12a以及接触组件12b会彼此不可逆地电连接(第二状态)。

透过适当的选择(半导体)材料、部分区域13’的尺寸、激光处理的持续时间及/或强度等，上述的阀值温度T可被分别的修改或是调整(依据超过该部分区域13’变成导电(再次)的温度)(或是于下将仔细说明的测试方法-在变成对应地可传导至该测试得到“未通过测试”结果的程度)。

阀值温度T是可进行有利的选择，因为从此温度向上升高时，半导体装置将会有不可逆的损害或是破坏的风险。

第一个和第二个接触组件12a、12b举例来说可能透过适当的焊线而直接地连接到容纳半导体装置的装置外壳的相对应接脚(pin)，或是例如透过提供在半导体上或是半导体内的适当线路而间接地连接到容纳半导体装置的装置外壳的相对应接脚(pin)。

与第一个接触组件12a连接的第一个接脚例如可被连接到一测试装置的一第一终端，而与第二个接触组件12a连接的第二个接脚则可被连接到第二测试装置终端(举例而言)。

在第一测试装置终端与第二测试装置终端之间(且因此为在第一个与第二个接触组件之间12a、12b)施加适当的电压，随后测量一相对应的电流是否因此流经接触组件12a、12b之间(或是电流的强度是否超过一预定的阀值)，其可能判定在接触组件之间12a、12b是否没有电连接存在(初始状态，第2A图，“通过测试”)，或是，是否接触组件12a、12b系如上所述在半导体装置过热之后会彼此地电连接(第二状态，第2B图，“未通过测试”)，此意味着半导体装置因为过热而可能已经受到损害或是破坏。

第3A图系为根据本发明的第三个实施例，显示与一用以检测半导体装置过热的半导体装置一起提供的装置的概要、侧视图，其为在半导体装置已经受到相当高温之前的一个状态。

过热检测装置21-特别是提供至此装置的两个接触组件22a、22b，以及设置在其间的金属层-特别是一种软金属层24(具有相当好的传导性)，例如可直接设置在相对应半导体装置的表面，或是例如设置在特定的基板上，或是例如设置在半导体装置的内部。

过热检测装置21是被非传导性材料所包围，半导体材料举例而言可以是非掺杂的硅(例如，可以是与半导体装置剩余部分相对应类似或是相同的非掺杂的基本材料)。

此种半导体装置，举例而言可以是一种适当的集成(模拟或是数字)计算电路、或是例如一种半导体内存装置[像是功能性内存装置(PLA、PAL等)]、或是一种表内存装置(table memory device)(例如，ROM或是RAM，特别是SRAM或是DRAM，如SDRAM)，以及/或是一种组合的计算电路/内存装置等。

如第3A图中所示，在过热检测装置21中，一对应的测量片段23是透过两种接触组件12a、12b所形成，而金属层24则设置在两接触组件12a、12b之间。

如第3C图中所示，接触组件22a、22b可具有(自顶部观看)长方形、或者例如是圆形、椭圆形的断面等。

再次参考第3A图，设置在图式左边的金属层24的区域系与接触组件22a接触，而设置在图式右边的金属层24的区域系与接触组件22b接触，在此实施例中，当金属层24延伸时，在两接触组件22a、22b之间系具有实际上固定的高度h。

如第3C图中所示，金属层24在接触组件22a、22b的区域或是接近接触组件22a、22b的区域中具有相当大的宽度b1。

在大概是在位于接触组件22a、22b间的中间的区域中，金属层24是相当强的尖削(tapered)而使得金属层24仅具有相当小的宽度b2，而此宽度b2总计可能仅为小于在接触组件22a、22b上或是接近接触组件22a、22b的金属层24宽度b1的一半，例如小于三分之一或是小于四分之一。

如第3A图与第3C图中所示的结果，(左边的)接触组件2a是(由于以上所述金属层24的设计)与(右边的)接触组件2b透过金属层24而导电连接(初始状态)。

如第3B图与第3C图中所示，金属层24的尺寸、接触组件22a、22b的尺寸以及特别是形成金属层(金属或是金属合金等)的材料可以做适当的选择，使得当半导体装置的温度超过一预定的阀值温度T时(其中的加热必须仅占有一特定且相当短的期间t，例如t＜5秒，或是，例如t＜1秒，或是，例如t＜0.5秒)，金属层24系被“部分熔化”。

以上所述的阀值温度T是可进行选择，此阀值温度T将使得从此温度向上升高时半导体装置将会有不可逆的损害或是破坏的风险。

为了调整阀值温度T，可特别进行选择所使用来建构金属层24的材料(特别是金属/合金)，使得材料的熔点几乎是与上述的阀值温度T相同。

在金属曾24部分熔化之后，在上述的仅具有宽度b2的尖削状区域-两个分开的金属层部分24a、24b，此等金属层部分24a、24b彼此间系为电隔开(透过彼此间的空气)，且根据第3A图及第3D图所示，此等金属层部分24a、24b已经从原来的一片金属层24而产生。

因此，在半导体装置的过热之后(超过阀值温度T)，接触组件22a以及接触组件22b会不可逆彼此电隔开(第二状态)。

在金属层24已经被部分熔化之后，藉由以上所述金属层24的设计，其可预防已经产生的两个单一的金属层部分24a、24b可能会彼此再次的合并(稍后)的可能。

特别是透过由以上的例子以及以上的详细说明而于此所选择金属层结构，以及由于相对应作用的毛细管作用力而于部分熔化状态中所建构之金属层24的金属或是合金材料，将使在两个接触组件22a、22b上形成以上所述的金属层部分24a、24b成为可能。

此效用也可被支持，例如，透过适当的选择位于金属层24下方基板的特性及/或材料(以及可能具体选择)，特别是在考虑到用于在基板上金属材料24的材料的润湿(wetting)特性时。

第一个和第二个接触组件22a、22b举例来说可透过适当的焊线而直接地连接到容纳半导体装置的装置外壳的相对应接脚(pin)，或是例如透过提供在半导体上或是半导体内的适当线路而间接地连接到容纳半导体装置的装置外壳的相对应接脚(pin)。

与第一个接触组件22a连接的第一个接脚例如可被连接到一测试装置的一第一终端，而与第二个接触组件22b连接的第二个接脚则可被连接到第二测试装置终端。

在第一测试装置终端与第二测试装置终端之间(且因此为在第一个与第二个接触组件之间22a、22b)施加适当的电压，随后测量一相对应的电流是否因此流经接触组件22a、22b之间，其可能判定在接触组件之间22a、22b是否有透过金属层24的电连接存在(初始状态，第3A图，“通过测试”)，或是，是否接触组件22a、22b系如上所述在半导体装置过热及金属层24因此受到影响之后会彼此地电隔开(第二状态，第3A图，“未通过测试”)，此意味着半导体装置因为过热而可能已经受到损害或是破坏。

复数个(例如，二个、三个或是更多个)过热检测装置1、11、21可代替上述每一个的单一过热检测装置1、11、21(例如每一个类似于以上所述而对应建构者)也可设置在相同的半导体装置上(举例而言，每一个在相同或是实际上相同的阀值温度T会变成导电的或是非传导的，或是依据所使用不同(可能是相当不同)的阀值温度T1、T2、T3、T4的数目，包含半导体装置最大承受温度的温度范围(T1 T2、T2-T3等)可针对该半导体装置而决定)。

Claims (19)

1.一种用以检测半导体装置过热的装置(1，11，21)，所述装置包含一温度测量装置(3，13，23)，当所述半导体装置的温度至少有一次超过一预定的阈值温度时，所述温度测量装置(3，13，23)不可逆地改变其导电性。

2.如权利要求1所述的装置(1，11)，其中所述温度测量装置(3，13)在温度增加时会增加其导电性。

3.如权利要求2所述的装置(1，11)，其中所述温度测量装置(3，13)在超过所述阀值温度(T)之前是非导电的。

4.如前述权利要求任一项所述的装置(1，11)，其中所述温度测量装置(3，13)包含由一半导体材料构成的一区域(3’，3”，13’，13”)。

5.如权利要求4所述的装置(1，11)，其中所述半导体材料区域(3’，3”)包含一非掺杂或是弱掺杂的部分区域(3”)以及一较强掺杂的部分区域(3’)。

6.如权利要求5所述的装置(1)，包含至少一接触组件(2a)，所述接触组件(2a)最初仅接触所述半导体材料区域(3’，3”)的所述非掺杂或是弱掺杂的部分区域(3”)，但不接触所述较强掺杂的部分区域(3’)。

7.如权利要求6所述的装置(1)，其中所述接触组件(2a)以及所述半导体材料区域(3’，3”)以在温度增加时，所述较强掺杂的部分区域(3’)会透过扩散而延伸至与所述接触组件(2a)接触的所述非掺杂或是弱掺杂的部分区域(3”)至一程度的方式设置。

8.如权利要求4所述的装置(11)，其中所述半导体材料区域(13’，13”)包含一非晶质部分区域(13’)。

9.如权利要求8所述的装置(1)，其中所述半导体材料区域(13’，13”)另外包含一晶质部分区域(13”)。

10.如权利要求9所述的装置(1)，包含至少一接触组件(12a)，所述接触组件(12a)与所述半导体材料区域(13’，13”)的所述晶质部分区域(13”)相接触。

11.如权利要求8至第10项中任一项所述的装置(1)，其中所述非晶质部分区域(13”)以在温度增加时，其会变成晶质的方式建构。

12.如权利要求1所述的装置(21)，其中所述温度测量装置(23)在温度增加时会降低其导电性。

13.如权利要求12所述的装置(21)，其中所述温度测量装置(23)在超过所述阀值温度(T)之前是可导电的。

14.如权利要求12或13所述的装置(21)，其中所述温度测量装置(23)包含一金属层(24)。

15.如权利要求14所述的装置(21)，其中所述金属层(24)包含一或是更多凹槽(recess)或是尖削(tapering)。

16.如权利要求15所述的装置(21)，另外包含二接触组件(22a，22b)，所述接触组件(22a，22b)与所述金属层(24)接触，以及，其中所述凹槽或是所述尖削是设置在所述接触组件(22a，22b)之间。

17.如权利要求15或16所述的装置(1)，其中所述金属层(24)是一软金属层。

18.如前述权利要求任一项所述的装置(1，11，21)，其中所述温度测量装置(3，13，23)是直接设置在所述半导体装置上。

19.一种用以检测一半导体装置过热的方法，其使用一在所述半导体装置的温度至少有一次超过一预定的阈值温度时会不可逆地改变其导电性的温度测量装置(3，13，23)，所述方法包含下列步骤：检测所述温度测量装置(3，13，23)的导电性，以检测所述半导体装置是否曾经过热。

Images