DE102004028695B3

DE102004028695B3 - Halbleiterbauelement mit einem Bruchsensor

Info

Publication number: DE102004028695B3
Application number: DE200410028695
Authority: DE
Inventors: Rainald Sander; Veli Dr. Kartal; Helmut Hertrich; Christoph Schwarzer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - einen ersten Halbleiterkörper (100) mit einem Rand (101), einem Zentralbereich (103) und mit einem zwischen dem Rand (101) und dem Zentralbereich (103) angeordneten Randbereich (102), DOLLAR A - wenigstens einen im Randbereich (102) angeordneten elektrischen Bruchsensor (30) und DOLLAR A - eine an den wenigstens einen Bruchsensor (30) angeschlossene Auswerteschaltung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, der einen Rand, einen Zentralbereich und einen zwischen dem Rand und dem Zentralbereich angeordneten Randbereich aufweist.
Der Zentralbereich dient bei derartigen Bauelementen zur Realisierung aktiver Bauelementbereiche von beliebigen Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Dioden, Transistoren oder Speicherzellen. Der Rand entsteht bei solchen Bauelementen durch Unterteilen eines Halbleiterwafers, der eine Vielzahl gleicher Halbleiterkörper bzw. Halbleiterchips umfasst, in die einzelnen Chips. Dieses Zerteilen erfolgt üblicherweise durch Zersägen des Wafers in die einzelnen Chips.
Durch das Zersägen kann es zu Beschädigungen der einzelnen Chips im Randbereich, insbesondere zu Ausbrüchen, sogenannten "Chippings", oder zu einer Rissbildung kommen.
Um das Vordringen solcher Beschädigungen vom Randbereich in den Zentralbereich zu verhindern, ist es bekannt, im Randbereich sogenannte Chippingstopper vorzusehen. Solche Chippingstopper sind beispielsweise als Oxidationsschicht realisiert, die den Zentralbereich an einer Seite, üblicherweise der Vorderseite, des Halbleiterkörpers ringförmig umgeben.
Chips werden nach dem Zersägen des Wafers sowohl einer optischen Kontrolle als auch einer elektrischen Kontrolle unterzogen, um Beschädigungen zu erkennen. Die elektrische Kontrolle umfasst einen Funktionstest des Bauelements, der zu einem negativen Ergebnis führt, wenn durch das Sägen starke Beschädigungen entstanden sind, die sich bis in den Zentralbereich erstrecken.
Es besteht nun die Gefahr, dass durch das Zersägen des Wafers kleinste Beschädigungen entstehen, die unmittelbar nach dem Zersägen weder optisch erkennbar sind, noch zu einer erkennbaren elektrischen Fehlfunktion führen und die dadurch zunächst unerkannt bleiben. Derartige Beschädigungen, insbesondere feinste Risse, können sich allerdings während des Betriebs des Bauelements ausbreiten und erst im Lauf der Zeit zu einer Beschädigung und damit zu Fehlfunktion des Bauelements führen. Die Ausbreitung solcher feiner Risse kann insbesondere durch thermische Spannungen gefördert werden, die aufgrund von Temperaturschwankungen, denen ein Halbleiterbauelement während des Betriebs ausgesetzt ist, erheblich sein können. Übliche Temperaturbereiche, für welche beispielsweise Halbleiterchips für Automobilanwendungen spezifiziert sein müssen liegen zwischen -40° C und +150° C.

Die US 6,431,814 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Aussortieren beschädigter Halbleiterwafer noch vor Beginn der Fertigung von Halbleiterbauelementen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement zur Verfügung zu stellen, bei dem eine sich während des Betriebs ausgehend vom Rand ausbreitende Beschädigung erkannt werden kann, bevor eine elektrische Fehlfunktion des Bauelements auftritt.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Halbleiterkörper mit einem Rand, einem Zentralbereich und einem zwischen dem Rand und dem Zentralbereich angeordneten Randbereich, und wenigstens einen im Randbereich angeordneten elektrischen Bruchsensor sowie eine an den wenigstens einen Bruchsensor angeschlossene Auswerteschaltung.

Der Bruchsensor ist dazu ausgebildet, dass sich sein elektrisches Verhalten bei Auftreten einer Beschädigung des Halbleiterkörpers im Randbereich, insbesondere bei einer Rissbildung, ändert.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bruchsensor als Sensorbauelement ein kapazitives Bauelement umfasst, an welches die Auswerteschaltung angeschlossen ist. Man macht sich hierbei zunutze, dass kapazitive Bauelemente bei einer Gleichspannungsbelastung keinen nennenswerten Strom zwischen deren Anschlüssen, abgesehen von einem anfänglichen Ladestrom, ermöglichen. Kommt es nun zu einer Beschädigung des Halbleiterkörpers im Randbereich, insbesondere zu einer Rissbildung, durch welche auch das kapazitive Sensorbauelement infolge der Rissbildung bestätigt wird, so ändert sich dessen elektrisches Verhalten, das durch die Auswertschaltung ausgewertet wird. Wegen der Rissbildung dringt Feuchtigkeit in den Halbleiterkörper ein und verringert im Bereich des Risses den elektrischen Widerstand zwischen den Anschlüssen des kapazitiven Sensorbauelementes, wobei bereits die normale Luftfeuchtigkeit genügt, um eine nennenswerte Reduktion dieses Widerstandes zu bewirken und so bei Anlegen einer Gleichspannung über dem kapazitiven Sensorbauelement einen nennenswertes Strom detektieren zu können.

Selbst wenn der Halbleiterkörper bzw. Halbleiterchip von einem Gehäuse umgeben sind, gelangt Feuchtigkeit zu dem Halbleiterchip, da die üblicherweise zur Realisierung von Gehäusen verwendeten Pressmassen nicht feuchtigkeitsdicht sind. Der eigentliche Schutz des Halbleiterchips vor Feuchte erfolgt durch eine unmittelbar auf den Chip aufgebrachte Passivierungsschicht, beispielsweise aus einem Polyimid. Diese Passivierung bricht bei einer Rissbildung an dem Chip jedoch ebenfalls auf und ermöglicht so ein Eindringen von Feuchtigkeit.

Das kapazitive Sensorelement im Randbereich des Halbleiterkörpers kann auf verschiedene Weise realisiert werden.

So ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass das kapazitive Bauelement eine auf den Halbleiterkörper im Randbereich aufgebrachte Isolationsschicht, eine auf die Isolationsschicht aufgebrachte erste Elektrodenschicht, eine auf die erste Elektrodenschicht aufgebrachte Dielektrikumsschicht und eine auf die Dielektrikumsschicht aufgebrachte zweite Elektrodenschicht umfasst. Die erste und zweite Elektrodenschicht bilden dabei Kondensatorplatten des kapazitiven Sensorbauelements, die über Anschlusskontakte kontaktiert sind.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine erste Elektrode des kapazitiven Bauelementes durch eine in den Halbleiterkörper eingebrachte dotierte Halbleiterzone eines ersten Leitungstyps realisiert ist, dass auf diese dotierte Halbleiterzone eine Dielektrikumsschicht aufgebracht ist, und dass auf die Dielektrikumsschicht eine Elektrodenschicht, die eine zweite Elektrode des kapazitiven Bauelements bildet, aufgebracht ist.

Der Bruchsensor kann als Sensorbauelement auch ein Bauelement mit einem pn-Übergang umfassen, wobei dieser pn-Übergang durch die Auswerteschaltung in Sperrrichtung betrieben ist, so dass bei unbeschädigtem Halbleiterkörper das Sensorbauelement von keinem nennenswerten Strom durchflossen ist. Kommt es aufgrund einer Beschädigung im Randbereich zur Bildung von Rissen im Bereich des Sensorbauelementes, in welche Feuchtigkeit eindringt, so reduziert sich hierdurch der Widerstand des Bauelementes in Sperrrichtung erheblich, wodurch bei Anlegen einer Gleichspannung ein durch die Auswerteschaltung detektierbarer Strom durch das Sensorbauelement fließt.

Die Auswerteschaltung, die an den Bruchsensor angeschlossen ist, umfasst beispielsweise eine an den Bruchsensor angeschlossene Spannungsquelle sowie einen Stromdetektor zur Detektion eines den Bruchsensor durchfließenden Stromes. Dieser Stromdetektor umfasst beispielsweise eine Stromquellenanordnung, die in Reihe zu dem Bruchsensor geschaltet ist und Detektionsmittel zur Erfassung einer Spannung über der Strom quellenanordnung und zur Bereitstellung eines Auswertesignals.

Die Auswerteschaltung kann insbesondere in demselben Halbleiterkörper integriert sein, in dessen Randbereich der Bruchsensor angeordnet ist.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Auswerteschaltung in einem separaten Halbleiterkörper zu integrieren, wobei dieser Halbleiterkörper in Chip-on-Chip-Technologie auf den ersten Halbleiterkörper aufgebracht sein kann, oder in Chip-by-Chip-Technologie neben dem ersten Halbleiterkörper angeordnet sein kann.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist vorgesehen, mehrere Bruchsensoren beabstandet zueinander im Randbereich anzuordnen, um den Ort der Rissbildung im Randbereich eingrenzen zu können.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt in Draufsicht einen Halbleiterkörper eines Halbleiterbauelements mit einem Zentralbereich, einem Randbereich und einem im Randbereich angeordneten kapazitiven Bruchsensor.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit einem im Randbereich eines Halbleiterkörpers angeordneten Bruchsensor ausschnittsweise in Seitenansicht im Querschnitt (2a) und das elektrische Ersatzschaltbild des Bruchsensors (2b)
3 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper mit einem im Randbe reich angeordneten kapazitiven Bruchsensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper mit einem im Randbereich angeordneten, einen pn-Übergang aufweisenden Bruchsensor (4a) und das elektrische Ersatzschaltbild des Bruchsensors (4b).
5 veranschaulicht die Verschaltung des Bruchsensors mit einer Auswerteschaltung.
6 zeigt in Draufsicht einen Halbleiterkörper mit mehreren im Randbereich angeordneten Bruchsensoren.
7 veranschaulicht die Verschaltung mehrerer Bruchsensoren mit einer Auswerteschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
8 veranschaulicht die Verschaltung mehrerer Bruchsensoren mit einer Auswerteschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile, Bauelementbereiche und Signale mit gleicher Bedeutung.
1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Halbleiterkörpers 100 eines Halbleiterbauelements. Der Halbleiterkörper umfasst einen Zentralbereich 103, in dem nicht näher dargestellte aktive Bauelementbereiche von integrierten Halbleiterbauelementen realisiert sind. Derartige Halbleiterbauelemente sind beispielsweise Dioden, Transistoren oder Speicherzellen. Der Halbleiterkörper 100 ist in lateraler Richtung von einem Rand 101 begrenzt, wobei zwischen diesem Rand 101 und dem Zentralbereich 103 ein Randbereich 102 liegt, in dem keine aktiven Bauelementbereiche der in dem Halbleiterkörper integrierten Schaltung vorhanden sind.
Erfindungsgemäß ist in diesem Randbereich 102 ein Bruchsensor 30 angeordnet, der den Zentralbereich 103 in lateraler Richtung beispielsweise vollständig umgibt. An diesen Bruchsensor 30 ist in noch zu erläuternder, in 1 nicht dargestellter Weise eine Auswerteschaltung angeschlossen. Der Bruchsensor 30 umfasst ein Sensorbauelement, das derart ausgebildet ist, dass sich dessen elektrisches Verhalten bei einer Rissbildung im Randbereich und einem mit der Rissbildung einhergehenden Eindringen von Feuchtigkeit in den Halbleiterkörper 100 verändert.
Optional ist im Randbereich zwischen dem Rand 101 und dem Bruchsensor 30 ein sogenannter "Chipping"-Stopper 20 angeordnet, der beispielsweise durch Aufbringen einer Isolationsschicht, beispielsweise aus Siliziumoxid auf den Halbleiterkörper 100 realisiert ist. Dieser Chipping-Stopper 20 ist insbesondere ringförmig ausgebildet und umschließt den Zentralbereich 103 vollständig. Aufgabe dieses Chipping-Stoppers 20 ist es, die Ausbreitung von Rissen, die beispielsweise bei der Vereinzelung eines Halbleiterwafers in einzelne Halbleiterkörper 100 durch Sägen entstehen können, zu begrenzen, und eine Ausbreitung dieser Risse in den elektrisch aktiven Bauelementbereich 103 zu verhindern. Der Bruchsensor 30 dient dazu, zu erkennen, ob sich solche Risse erst während des Betriebs des Bauelementes, beispielsweise bedingt durch thermische Spannungen, trotz Chipping-Stopper weiter in Richtung des elektrisch aktiven Zentralbereiches 103 ausbreiten.
2a zeigt in Seitenansicht im Querschnitt einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Halbleiterbauelementes, in dessen Randbereich ein Bruchsensor 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel realisiert ist. Eine üblicherweise auf den Chip aufgebrachte Passivierungsschicht, die den Chip in intaktem Zustand vor Feuchte schützt, ist in der Figur nicht dargestellt.
Der Bruchsensor 30 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a als kapazitiver Bruchsensor realisiert und umfasst eine auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 aufgebrachte Isolationsschicht 31, eine auf diese Isolationsschicht 31 aufgebrachte erste Elektrodenschicht 32, eine auf die erste Elektrodenschicht 32 aufgebrachte Dielektrikumsschicht 33 und eine auf die Dielektrikumsschicht 33 aufgebrachte zweite Elektrodenschicht 34. Die Isolationsschicht 31 und die Dielektrikumsschicht 33 können beispielsweise aus einem Halbleiteroxid, insbesondere Siliziumoxid, bestehen. Die Elektrodenschichten 32, 34 bestehen beispielsweise aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, oder einem hochdotierten Halbleitermaterial, insbesondere einem polykristallinen Halbleitermaterial, wie beispielsweise Polysilizium. Es besteht insbesondere die Möglichkeit, die Elektrodenschichten 32, 34 aus unterschiedlichen Materialien zu realisieren, beispielsweise die erste Elektrodenschicht 32 als hochdotiertes Halbleitermaterial und die zweite Elektrodenschicht 34 als Metallschicht zu realisieren. Die Elektrodenschichten 32, 34, die durch die Dielektrikumsschicht 33 voneinander getrennt sind, bilden Kondensatorplatten des kapazitiven Sensorbauelementes und sind jeweils über Anschlüsse 301, 302, die in 2a nur schematisch dargestellt sind, kontaktiert.
Das elektrische Ersatzschaltbild dieses in 2a gezeigten, im Randbereich 102 auf dem Halbleiterkörper 100 realisierten kapazitiven Bruchsensor ist in 2b dargestellt. Dieser Bruchsensor stellt sich im Ersatzschaltbild als Kondensator C mit den Anschlüssen 301, 302 dar.
Legt man an einen solchen kapazitiven Bruchsensor eine Gleichspannung an, so fließt, abgesehen von vernachlässigbaren parasitären Leckströmen und abgesehen von einem anfänglichen Ladestrom, kein Strom zwischen den Anschlüssen 301, 302 des Sensors 30. Kommt es nun während des Betriebs des Bauelementes zu einer Rissbildung im Randbereich 102, die sich in lateraler Richtung bis in den Bereich des Bruchsensors 30, die sich innerhalb des Bruchsensors in vertikaler Richtung zwischen den beiden Elektrodenschichten 32, 34 erstreckt und die zu einem Aufbrechen der Passivierungsschicht (nicht dargestellt) führt, und dringt durch diese Rissbildung Feuchtigkeit, beispielsweise Feuchtigkeit aus der umgebenden Atmosphäre, in dem Bereich des kapazitiven Bruchsensors 30 vor, so kommt es bedingt durch den Riss und die eingedrungene Feuchtigkeit zu einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den beiden Elektrodenschichten 301, 302, die in 2b gestrichelt als Ohmscher Widerstand R dargestellt ist. Hierdurch kommt es bei Anlegen einer Gleichspannung zwischen den Anschlussklemmen 301, 302 permanent zu einem Stromfluss zwischen diesen Anschlussklemmen 301, 302. Dieser Stromfluss kann mittels der noch zu erläuternden Auswerteschaltung detektiert werden.
In dem Zentralbereich 103 des Halbleiterkörpers ist bezugnehmend auf 2a beispielsweise ein Zellenfeld eines MOS-Transistors angeordnet. 2a zeigt schematisch einen Ausschnitt einer solchen Transistorzelle, die eine in dem Halbleiterkörper 100 realisierte Body-Zone 41, eine in der Body-Zone 41 realisierte Source-Zone 42 sowie eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper 100 angeordnete Gate-Elektrode 43 aufweist. Die Gate-Elektrode 43 ist mittels einer Isolationsschicht 44 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 und einer die Source-Zone 42 kontaktierenden Source-Elektrode 45 angeordnet. Selbstverständlich können im Zentralbereich des Halbleiterkörper beliebige weitere Halbleiterbauelemente realisiert sein.
3 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt ein weiteren Ausführungsbeispiel eines kapazitiven Bruchsensors 30. Dieser Bruchsensor umfasst als erste Elektrode oder Kondensatorplatte eine in den Halbleiterkörper 100 eingebrachte dotierte Halbleiterzone 35, die durch einen der Anschlusskontakte 302 kontaktiert ist. Auf diese dotierte Halbleiterzone 35 ist eine Dielektrikumsschicht 36, beispielsweise aus Siliziumoxid, aufgebracht. Auf dieser Dielektrikumsschicht 36 ist eine Elektrodenschicht 37 angeordnet, die beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Polysilizium besteht, und die die zweite Elektrode bzw. die zweite Kondensatorplatte des kapazitiven Bruchsensors 30 bildet. Diese Elektrodenschicht 37 ist durch die Anschlusselektrode 301 des Bruchsensors 30 kontaktiert.
Das elektrische Ersatzschaltbild dieses in 3 dargestellten Bruchsensors entspricht dem in 2b dargestellten Ersatzschaltbild des Bruchsensors gemäß 2a.
Die in dem Halbleiterkörper 100 integrierte dotierte Halbleiterzone 35 ist vorzugsweise komplementär dotiert zu dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 100, der diese dotierte Halbleiterzone 35 umgibt, um bei Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlussklemmen 301, 302 des Bruchsensors 30 einen Stromfluss über die Anschlusselektrode 302 in den Halbleiterkörper 100 zu vermeiden. Die Art der Dotierung der Halbleiterzone 35 ist dabei abhängig von der Polung der zwischen den Anschlüssen 301, 302 anliegenden Spannung und dem Potential, auf welchem der die Halbleiterzone 35 umgebende Halbleiterbereich während des Betriebs des Halbleiterbauelementes liegt.
4a zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt des Halbleiterkörpers 100 mit einem Bruchsensor 30 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dieser Bruchsensor 30 umfasst eine Diode, die durch eine in den Halbleiterkörper 100 eingebrachte Halbleiterzone 38 eines ersten Leitungstyps und eine sich an diese erste Halbleiterzone 38 anschließende komplementär zu der ersten Halbeiterzone 38 dotierte zweite Halbleiterzone 39 realisiert ist. Die erste Halbleiterzone 38 ist in dem Beispiel p-dotiert und die zweite Halbleiterzone 39 ist in dem Bespiel n-dotiert. Es sei darauf hingewiesen, dass eine dieser beiden Halbleiterzonen 38, 39 durch einen eine Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 aufweisenden Abschnitt dieses Halbleiterkörpers 100 gebildet sein kann, so dass zur Realisierung dieser Diode lediglich ein Dotierungsschritt zur Herstellung der anderen der beiden Halbleiterzonen erforderlich ist. Die Kontaktierung der beiden dotierten Halbleiterzonen 38, 39 erfolgt über Anschlusselektroden 381, 391, die an die Anschlüsse 302, 301 angeschlossen sind.
Das elektrische Ersatzschaltbild des in 4a dargestellten Bruchsensors 30, das eine in Sperrrichtung zwischen den Anschlüssen 301, 302 geschaltete Diode D umfasst, ist in 4b dargestellt. Bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen den Anschlüssen 301, 302 während des Betriebs sperrt der Bruchsensor 30, so dass abgesehen von parasitären Leckströmen kein nennenswerter Strom zwischen dem ersten und zweiten Anschluss 301, 302 des Bruchsensors 30 fließen kann. Kommt es nun während des Betriebs des Bauelementes zur Bildung eines Risses, der sich bezugnehmend auf 4a zwischen den die Halbleiterzonen 38, 39 kontaktierenden Anschlusselektroden 381, 391 erstreckt, so reduziert sich aufgrund einer unweigerlich in diesen Riss eindringenden Feuchtigkeit der Widerstand des Bruchsensors 30 zwischen den Anschlüssen 301, 302 erheblich, wodurch es bei Anlegen einer Gleichspannung zu einem permanenten Stromfluss zwischen den Anschlüssen 301, 302 kommt, der durch die in 4 nicht näher dargestellte Auswerteschaltung detektiert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel für die bereits zuvor erwähnte Auswerteschaltung und die Verschaltung des Bruchsensors 30 innerhalb dieser Auswerteschaltung wird nachfolgend anhand von 5 erläutert.
Der Bruchsensor ist in 5 schematisch als Block mit dem Bezugszeichen 30 und den Anschlüssen 301, 302 dargestellt. Dieser Bruchsensor 30 kann beispielsweise ein kapazitiver Bruchsensor gemäß der 2 und 3 oder ein Diodenbruch sensor gemäß 4, oder auch ein beliebiger weiterer Bruchsensor sein, dessen elektrisches Leitfähigkeitsverhalten sich bei Bildung eines Risses im Randbereich des Halbleiterkörpers und dadurch eindringender Feuchtigkeit ändert.
Die Auswerteschaltung umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Spannungsquelle 55 zum Anlegen einer positiven Spannung V+ zwischen den Anschlussklemmen 301, 302 des Bruchsensors 30 und eine Stromdetektorschaltung 54, die einen aufgrund der an den Bruchsensor 30 anliegenden Spannung fließenden Sensorstrom detektiert. Die Stromdetektorschaltung 54 umfasst in dem Ausführungsbeispiel eine Stromquelle 50, die in Reihe zu dem Bruchsensor 30 geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung mit dem Bruchsensor 30 und der Stromquelle 50 an die Spannungsquelle 55 angeschlossen ist. Der von der Stromquelle 50 gelieferte Strom Is ist so gewählt, dass er größer ist als ein Strom, der den Bruchsensor 30 im fehlerfreien Zustand bei Anlegen der Spannung V+ über dem Bruchsensor 30 durchfließt. Über der Stromquelle 50 ist eine Sensorspannung Vs abgreifbar, die durch eine Vergleicheranordnung mit einem Komparator 51 und einer Referenzspannungsquelle 52 ausgewertet wird, um ein Auswertesignal S51 zur Verfügung zu stellen. Der Komparator 51 vergleicht die Sensorspannung Vs mit einer von der Referenzspannungsquelle 52 bereitgestellten Referenzspannung Vref, um das Auswertesignal S51 zu erzeugen, wobei der Auswertesignal S51 in dem dargestellten Beispiel einen High-Pegel annimmt, wenn die Sensorspannung Vs den Wert der Referenzspannung Vref übersteigt.
Im fehlerfreien Betrieb, wenn der den Bruchsensor 30 bei Anlegen der Spannung V+ durchfließende Strom kleiner ist, als der von der Stromquelle 50 bereitgestellte Strom, beträgt die Sensorspannung Vs annähernd Null, wodurch das Auswertesignal S51 einen Low-Pegel annimmt.
Kommt es aufgrund eines Risses im Randbereich des Halbleiterkörpers aufgrund der angelegten Spannung zu einem permanenten Stromfluss durch den Bruchsensor 30, der größer ist als der von der Stromquelle 50 bereitgestellte Strom Is, so steigt die Sensorspannung Vs auf einen Wert an, der annähernd der bereitgestellten Versorgungsspannung V+ entspricht, und der größer als die Referenzspannung Vref ist, so dass das Auswertesignal S51 einen High-Pegel annimmt. Dieser High-Pegel weist auf einen fehlerbehafteten Zustand des Halbleiterbauelements, insbesondere einen Riss oder Bruch des Bauelements im Randbereich, hin.
Die Auswerteschaltung kann in nicht näher dargestellter Weise in dem Zentralbereich 103 (1) des Halbleiterkörpers integriert sein und kann über hinlänglich bekannte elektrisch leitende Verbindungen an die Anschlüsse 301, 302 des Bruchsensors angeschlossen sein. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Auswerteschaltung in einem von dem Halbleiterkörper 100 separaten Halbleiterkörper zu realisieren, wobei dieser separate Halbleiterkörper in Chip-on-Chip-Technologie auf dem Halbleiterkörper 100 oder in Chip-by-Chip-Technologie neben dem Halbleiterkörper 100 angeordnet sein kann. Chip-on-Chip-Technologien und Chip-by-Chip-Technologien sind hinlänglich bekannt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung hier verzichtet werden kann.
6 zeigt anhand einer Draufsicht auf einen Halbleiterkörper 100 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes, bei dem mehrere Bruchsensoren 30A-30D realisiert sind, die jeweils zwischen dem Rand 101 und dem Zentralbereich 103 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sind, und die in lateraler Richtung jeweils beabstandet zueinander angeordnet sind.
Das Vorsehen mehrerer solcher Bruchsensoren 30A-30D und das Erzeugen einer der Anzahl der Bruchsensoren entsprechenden Anzahl Auswertesignale ermöglicht es, die örtliche Position eines aufgetretenen Risses einzugrenzen. Diese Information über die örtliche Lage eines aufgetretenen Risses kann bei spielsweise dazu verwendet werden, um abhängig von der örtlichen Lage des aufgetretenen Risses unterschiedlich zu reagieren. So könnte das Halbleiterbauelement beispielsweise abhängig davon, an welcher örtlichen Position der Riss aufgetreten ist, noch unterschiedlich lange betrieben werden, bis es vollständig deaktiviert wird.
7 zeigt ein Beispiel für eine Auswerteschaltung zur Bereitstellung von vier, je einem der Sensoren 30A-30D zugeordneten Auswertesignale S51A-S51D. Die Auswertschaltung umfasst hierbei vier Auswerteinheiten, die je einem der Sensoren 30A-30D zugeordnet sind, und die jeweils entsprechend der Auswerteschaltung gemäß 5 realisiert sind. Jede dieser einzelnen Auswerteeinheiten umfasst eine in Reihe zu dem jeweiligen Sensor 30A-30D geschaltete Stromquelle 50A-50D, sowie an die Stromquellen 50A-50D angeschlossene Vergleicheranordnung mit einem Komparator 51A-51D und einer Referenzspannungsquelle 52A-52D. An den Ausgängen der Komparatoren 51A-51D stehen jeweils die Auswertesignale S51A-S51D zur Verfügung. Die Referenzspannungsquellen 52A-52D können derart realisiert sein, dass sie verschiedene Referenzspannungen VrefA-VrefD erzeugen, um beispielsweise unterschiedliche Fehlerschwellen einstellen zu können. Darüber hinaus besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Referenzspannungsquellen gleiche Referenzspannungen erzeugen, wobei dann in nicht dargestellter Weise die Bereitstellung einer Referenzspannungsquelle genügt, die an die Minus-Eingänge aller Komparatoren 51A-51D angeschlossen ist.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auswerteschaltung für mehrere Bruchsensoren 30A-30D. Diese Auswerteschaltung umfasst in Reihe zu den Bruchsensoren 30A-30D geschaltete Stromquellen 50A-50D, über denen die Sensorspannungen VsA-VsD abgreifbar sind. Diese Sensorspannungen VsA-VsD sind einem Multiplexer 53 zugeführt, der angesteuert durch eine Steuerschaltung 54 jeweils eine der Sensorspannungen VsA-VsD einer Vergleicheranordnung mit einem Komparator 56 und einer Referenzspannungsquelle 57 zuführt. Am Ausgang des Komparators 56 steht ein Auswertesignal S56 zur Verfügung, das jeweils in dem Takt, mit dem der Multiplexer 53 durch die Ansteuerschaltung 54 angesteuert ist, das Ergebnis des Vergleiches zwischen einer der Sensorspannungen Vsa-VSd und der durch die Referenzspannungsquelle 57 bereitgestellten Referenzspannung Vref wiederspiegelt. Bei der weiteren Verarbeitung dieses Auswertesignals S56 ist dabei die getaktete Umschaltung des Multiplexers 53 zu berücksichtigen.
Zusammenfassend besteht der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem Bereitstellen eines Bruchsensors im Randbereich eines Halbleiterkörpers, wobei der Bruchsensor dahingehend ausgebildet ist, dass sich dessen elektrisches Verhalten bei einer Rissbildung im Randbereich und einem mit der Rissbildung einhergehenden Eindringen von Feuchtigkeit verändert.

C: Kondensator
R: Widerstand
S51A-S51D: Auswertesignale
S56: Auswertesignal
Vref: Referenzspannung
VrefA-VrefD: Referenzspannungen
Vs: Sensorspannung
VsA-VsD: Sensorspannungen
30A-30D: Bruchsensoren
50A-50D: Stromquellen
51A-51D: Komparatoren
52A-52D: Referenzspannungsquellen
20: Chipping-Stopper
30: Bruchsensor
31: Isolationsschicht
33: Dielektrikumsschicht
35: dotierte Halbleiterzone
36: Dielektrikumsschicht
37: Elektrodenschicht
41: Body-Zone
42: Source-Zone
43: Gate-Elektrode
44: Isolationsschicht
45: Source-Elektrode
50: Stromquelle
51: Komparator
52: Referenzspannungsquelle
53: Multiplexer
54: Steuerschaltung
54: Stromdetektoranordnung
55: Spannungsquelle
56: Komparator
57: Referenzspannungsquelle
32, 34: Elektrodenschichten
100: Halbleiterkörper
100: Rand des Halbleiterkörpers
113: Zentralbereich des Halbleiterkörpers
301, 302: Anschlüsse des Bruchsensors
301, 302: komplementär dotierte Halbleiterzonen
381, 391: Anschlusselektroden

Claims

Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – einen ersten Halbleiterkörper (100) mit einem Rand (101), einem Zentralbereich (103) und mit einem zwischen dem Rand (101) und dem Zentralbereich (103) angeordneten Randbereich (102), gekennzeichnet durch – wenigstens einen im Randbereich (102) angeordneten elektrischen Bruchsensor (30), und – eine an den wenigstens einen Bruchsensor (30) angeschlossene Auswerteschaltung (50, 51, 52).
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Bruchsensor (30) ein kapazitives Bauelement umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, bei dem das kapazitive Bauelement folgende Merkmale umfasst: – eine auf den Halbleiterkörper aufgebrachte Isolationsschicht (31), – eine auf die Isolationsschicht (31) aufgebrachte erste Elektrodenschicht (32), – eine auf die erste Elektrodenschicht (32) aufgebrachte Dielektrikumsschicht (33), – eine auf die Dielektrikumsschicht (32) aufgebrachte zweite Elektrodenschicht (34).
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, bei dem das kapazitive Bauelement folgende Merkmale umfasst: – eine in den Halbleiterkörper eingebrachte dotierte Halbleiterzone (35) eines ersten Leitungstyps, die eine erste Elektrode des kapazitiven Bauelements bildet, – eine auf die dotierte Halbleiterzone (35) aufgebrachte Dielektrikumsschicht (36), – eine auf die Dielektrikumsschicht aufgebrachte Elektrodenschicht (37), die eine zweite Elektrode des kapazitiven Bauelements bildet.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem eine die dotierte Halbleiterzone (35) umgebende Halbleiterzone komplementär zu dieser Halbleiterzone (35) dotiert ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der Bruchsensor (30) ein Bauelement mit einem pn-Übergang umfasst.
Halbleiterbauelement nach einem der vorabgehenden Ansprüche, bei dem die Auswerteschaltung eine Spannungsquelle (55), die an den wenigstens einen Bruchsensor (30) angeschlossen ist und eine Stromdetektorschaltung (54) zur Detektion eines den Bruchsensor (30) durchfließenden Stromes umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, bei dem die Stromdetektorschaltung (54) eine in Reihe zu dem wenigstens einen Bruchsensor (30) geschaltete Stromquellenanordnung (50) und Detektionsmittel (51, 52) zur Erfassung einer Spannung (Vs) über der Stromquellenanordnung (50) und Bereitstellung eines Auswertesignals (S51) umfasst.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, bei dem die Detektionsmittel (51, 52) folgende Merkmale umfassen: – eine Referenzspannungsquelle (52), die eine Referenzspannung (Vref) bereitstellt, und – eine Vergleicheranordnung (51), die die Spannung über der Stromquellenanordnung (50) mit der Referenzspannung (Vref) vergleicht und die abhängig von diesem Vergleich das Auswertesignal (S51) erzeugt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein Bruchsensor (30) vorhanden ist, der den Zentralbereich (103) vollständig umgibt.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem mehrere Bruchsensoren (30A, 30B, 30C, 30D) vorhanden sind, die beabstandet zueinander im Randbereich (102) angeordnet sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, bei dem an jeden der mehreren Bruchsensoren (30A-30D) eine dem jeweiligen Bruchsensor (30A-30D) zugeordnete Auswerteschaltung (51A-51D, 52A-52D) angeschlossen ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, bei dem wenigstens zwei der mehreren Bruchsensoren (30A-30D) an eine gemeinsame Auswerteschaltung (...) angeschlossen sind.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Auswerteschaltung (50, 51; 51A-51D, 52A-52D) in dem ersten Halbleiterkörper (100) integriert ist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die wenigstens eine Auswerteschaltung in einem zweiten Halbleiterkörper integriert ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, bei dem der zweite Halbleiterkörper auf dem ersten Halbleiterkörper (100) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, bei dem der zweite Halbleiterkörper neben dem ersten Halbleiterkörper (100) angeordnet ist.