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Die
Erfindung betrifft einen Die, eine Die-Anordnung sowie ein Verfahren
zum Testen eines Dies.
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Beim
Herstellen von Dies, beispielsweise mit elektronischen Schaltkreisen,
kann es im Rahmen der Herstellung und des Häusens derselben zu Schädigungen
der Metallstrukturen auf den oberen Metallisierungsebenen des Dies
kommen.
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Hierfür kann es
eine Vielzahl unterschiedlicher Gründe geben, beispielsweise Schädigungen durch
das Handling und den Transport der Wafer bzw. der Dies während des
Herstellungsprozesses, eine Verschlechterung der Handling-Werkzeuge sowie Prozessmängel im
Rahmen des Back-End-Of-Line-Prozesses
(BEOL) während
des Betriebs der Handling-Werkzeuge. Ein weiterer Grund für die Schädigung der
Metallstrukturen kann in dem Häusungs-Prozess,
beispielsweise im Gießen
des Mouldmaterials, liegen. Die Schäden in den Metallstrukturen
sind üblicherweise
nur sehr schwer zu erkennen, da sie häufig beispielsweise einen 100 bis
1000 ppm-Effekt darstellen und somit nur sehr selten im Rahmen des
Herstellungsprozesses auftreten, jedoch eine sehr negative Auswirkung
haben können
für das
Vertrauen der Endnutzer bzw. der Abnehmer in das Produkt und in
den Hersteller, da der Endnutzer bzw. der Abnehmer im Rahmen der
Halbleiterfertigung sehr hohe Qualitätsansprüche an das Produkt stellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schädigungen von Metallstrukturen
in einem Die auf kostengünstige
und einfache Weise zu erkennen.
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Die
Aufgabe wird durch einen Die, eine Die-Anordnung sowie durch ein
Verfahren zum Test eines Dies mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Ein
Die weist mindestens eine Leiterbahn-Teststruktur auf, welche eine
erste leitfähige Struktur
und eine zweite leitfähige
Struktur aufweist, die zum Erfassen eines Kurzschlussschadens zwischen
der ersten leitfähigen
Struktur und der zweiten leitfähigen
Struktur angeordnet sind. Die erste leitfähige Struktur weist einen Anschluss
auf zum Anlegen eines ersten elektrischen Potentials und die zweite leitfähige Struktur
weist einen Anschluss auf zum Anlegen eines zweiten elektrischen
Potentials. Das erste elektrische Potential und das zweite elektrische Potential
können
unterschiedlich sein, womit es auf einfache Weise möglich wird,
einen Kurzschluss, der zwischen den ursprünglich voneinander elektrisch isolierten
zwei leitfähigen
Strukturen aufgrund eines Mangels im Rahmen des Herstellungsprozesses
entstehen kann, zu ermitteln.
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Eine
Die-Anordnung weist einen oder mehrere Die(s) auf. Der Die weist
mindestens eine Leiterbahn-Teststruktur auf, welche eine erste leitfähige Struktur
und eine zweite leitfähige
Struktur aufweist, die zum Erfassen eines Kurzschlussschadens zwischen
der ersten leitfähigen
Struktur und der zweiten leitfähigen
Struktur angeordnet sind. Die erste leitfähige Struktur weist einen Anschluss
auf zum Anlegen eines ersten elektrischen Potentials und die zweite leitfähige Struktur
weist einen Anschluss auf zum Anlegen eines zweiten elektrischen
Potentials. Die Die-Anordnung weist ferner einen Die-externen Anschluss
zum Anlegen des ersten elektrischen Potentials an den Anschluss
der ersten leitfähigen
Struktur auf. Der Die-externe Anschluss kann ein Anschluss sein,
der dem Gehäuse
der Die-Anordnung zugehörig
ist, beispielsweise n dem Fall, in dem das Gehäuse ein BGA (Ball Grid Array)-Gehäuse ist,
eine Lotkugel oder ein Anschluss-Pin des Gehäuses, welche oder welcher vorgesehen
ist zum Anlegen des ersten elektrischen Potentials. In diesem Fall
ist beispielsweise der Anschluss-Pin bzw. die Lotkugel elektrisch kontaktiert
mit dem Anschluss der ersten leitfähigen Struktur.
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Bei
einem Verfahren zum Testen eines Dies, wobei der Die mindestens
eine Leiterbahn-Teststruktur aufweist, welche eine erste leitfähige Struktur
und eine zweite leitfähige
Struktur aufweist, die zum Erfassen eines Kurzschlussschadens zwischen
der ersten leitfähigen
Struktur und der zweiten leitfähigen Struktur
angeordnet sind, wird ein erstes elektrisches Potential an einen
Anschluss der ersten leitfähigen Struktur
angelegt und ein zweites elektrisches Potential wird an einen Anschluss
der zweiten elektrisch leitfähigen
Struktur angelegt. Ferner wird ermittelt, ob ein elektrischer Kurzschlussstrom
zwischen der ersten leitfähigen
Struktur und der zweiten leitfähigen Struktur
fließt.
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In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass der elektrische Kurzschlussstrom
erheblich, beispielsweise um eine oder mehrere Größenordnungen,
größer ist
als ein durch die übliche
Isolation zwischen den zwei elektrisch leitfähigen Strukturen fließender Leckstrom
bzw. Tunnelstrom, der auftritt, wenn an die beiden elektrisch leitfähigen Strukturen unterschiedliche
elektrische Potentiale angelegt werden.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Soweit
sinnvoll gelten die im Folgenden dargelegten beispielhaften Ausgestaltungen
sowohl für
den Die, die Die-Anordnung als auch für das Verfahren zum Testen
eines Dies.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind die erste leitfähige Struktur und die zweite
leitfähige
Struktur in einer gemeinsamen Prozessierungsebene angeordnet, beispielsweise
nebeneinander.
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Der
Die kann einen oder mehrere elektrische Schaltkreise mit einer oder
mehreren, üblicherweise einer
Vielzahl, beispielsweise Tausenden oder Millionen von elektrischen
Komponenten, beispielsweise Transistoren, Kapazitäten, Induktivitäten, ohmsche Widerstände, etc.,
aufweisen, die gemäß der Funktionalität der elektrischen
Schaltkreise miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels
Leiterbahnen, die in einer oder mehreren über den elektrischen Schaltkreisen
angeordneten Metallisierungsebenen angeordnet sind. Somit weist
gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung der Die mindestens eine Metallisierungsebene
auf, die mindestens eine Leiterbahn aufweist zum Verbinden elektrischer
Komponenten des Dies.
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Die
Leiterbahn-Teststruktur kann angeordnet sein in der Metallisierungsebene,
alternativ über
einer oder mehreren oder allen Metallisierungsebenen oder unter
mindestens einer oder mehreren oder allen Metallisierungsebenen,
in welchem Fall die Leiterbahn-Teststruktur unmittelbar oberhalb
der elektrischen Komponenten innerhalb des Die angeordnet wäre.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterbahn-Teststruktur in einem oberen Bereich
der Metallisierungsebenen, beispielsweise in der obersten oder in
der zweit-obersten Metallisierungsebene angeordnet, wodurch erreicht
wird, dass ein Schaden in den oberen Metallstrukturen sehr zuverlässig erfassbar
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Leiterbahn-Teststruktur
unterhalb einer Passivierungsschicht, beispielsweise hergestellt
aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, angeordnet ist. Alternativ
kann die Leiterbahn-Teststruktur in ein für das Gehäuse des Dies verwendetes Moldmaterial
eingebettet sein, wobei als Moldmaterial beispielsweise ein Harz
verwendet werden kann. Die Leiterbahn-Teststruktur kann ferner in
einer Umverdrahtungs-Schicht (Redistribution Layer, RDL) vorgesehen
sein, die vorgesehen sein kann, um Anschluss-Pads, die in ungewünschten
Bereichen des Dies angeordnet sind, mit Anschluss-Pads in den gewünschten
Anschluss-Bereichen umzuverdrahten.
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Die
erste leitfähige
Struktur und die zweite leitfähige
Struktur können
zumindest teilweise parallel nebeneinander angeordnet sein, wobei
die beiden Strukturen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eine beliebige Struktur und einen beliebigen Verlauf
aufweisen können.
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Die
erste leitfähige
Struktur und die zweite leitfähige
Struktur sind gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zumindest teilweise parallel nebeneinander entlang
mindestens im Wesentlichen einer Kantenlänge des Dies angeordnet.
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Beispielsweise
können
die leitfähigen
Strukturen zumindest teilweise parallel nebeneinander in einer Doppel-Ringstruktur
angeordnet sein, alternativ kammförmig oder mäanderförmig, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ineinander verzahnt.
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Allgemein
können
die leitfähigen
Strukturen, wie oben dargestellt, eine beliebige Form und einen beliebigen
Verlauf aufweisen, so lange gewährleistet ist,
dass statistische Schäden
in den Metallstrukturen mit ausreichender vorgebbarer Sicherheit
erkannt werden können,
das heißt
sie sollten in ausreichend nahem Abstand zueinander angeordnet sein
in einem ausreichend großen
Bereich, so dass nicht nur punktuelle Schädigungs-Effekte erfasst werden
können,
sondern dass ein ausreichend großer Bereich innerhalb des Dies
hinsichtlich möglicher
Schädigungen überwacht
werden kann.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen
sein kann, dass in einer Prozessierungsebene mehrere Leiterbahn-Teststrukturen,
verteilt über
die gesamte oder einen Teil der Oberfläche des Dies, angeordnet sein können. Ferner
können
auch mehrere Leiterbahn-Teststrukturen in unterschiedlichen Metallisierungsebenen
oder in unterschiedlichen Ebenen des Schichtenstapels des Dies,
bzw. des Stapels von mehreren Metallisierungsebenen, angeordnet
sein.
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Die
erste leitfähige
Struktur und die zweite leitfähige
Struktur können
in einem Randbereich des Dies angeordnet sein, wobei die erste leitfähige Struktur
und/oder die zweite leitfähige
Struktur in einem Abstand von dem Rand des Dies, beispielsweise
von der Kante des Dies, beispielsweise von maximal 100 μm, beispielsweise
von maximal 20 μm,
angeordnet sein können/kann.
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Die
erste leitfähige
Struktur und die zweite leitfähige
Struktur können
in einem Abstand voneinander angeordnet sein derart, dass ein Kurzschlussschaden
mit ausreichender Sicherheit erfassbar ist. Die erste leitfähige Struktur
und die zweite leitfähige Struktur
sind beispielsweise in einem Abstand von maximal 10 μm, beispielsweise
von maximal 5 μm, beispielsweise
von maximal 2 μm,
beispielsweise von maximal 1,5 μm,
beispielsweise von maximal 1 μm,
voneinander angeordnet.
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Der
Die kann mit einem Gehäuse
beliebiger Bauart versehen sein, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
mit einem Ball Grid Array-Gehäuse (BGA-Gehäuse), beispielsweise
einem Fine Pitch Ball Grid Array-Gehäuse (FBGA-Gehäuse), alternativ
mit einem Chip Scale Package-Gehäuse (CSP-Gehäuse) oder
einem anderen geeigneten Gehäuse.
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Die
erste leitfähige
Struktur und/oder die zweite leitfähige Struktur können/kann
in direktem Kontakt mit dem Moldmaterial, welches für das Gehäuse verwendet
wird, sein.
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Ferner
kann die mindestens eine Leiterbahn-Teststruktur eine dritte leitfähige Struktur,
allgemein eine beliebige Anzahl von zusätzlichen leitfähigen Strukturen,
aufweisen zum Erfassen eines Kurzschlussschadens zwischen der ersten
leitfähigen Struktur
und der dritten leitfähigen
Struktur und/oder zwischen der zweiten leitfähigen Struktur und der dritten
leitfähigen
Struktur, allgemein zwischen den jeweils verwendeten leitfähigen Strukturen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Die-Anordnung ist der Die-externe Anschluss maximal zusätzlich mit
einer oder mehreren elektrischen Komponenten des Dies gekoppelt,
die beim Kurzschluss-Testen aufgrund des angelegten ersten Potentials
einen Stromfluss durch die eine oder mehreren Komponenten bewirkt
oder bewirken, der kleiner ist als ein vorgebbarer Schwellenwert,
beispielsweise kleiner als 100 μA,
beispielsweise kleiner als 50 μA,
beispielsweise kleiner als 20 μA.
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Die
eine oder mehreren Komponente(n) kann/können beim Kurzschluss-Testen
inaktiv sein bzw. gegebenenfalls inaktiv geschaltet werden. In diesem
Fall wird dafür
gesorgt, dass durch die eine oder mehreren Komponente(n) während des
Kurzschluss-Testens kein Strom gezogen wird, der ein Testen des
Kurzschlussstroms verfälschen
würde.
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Der
Die-externe Anschluss kann auch nur mit dem Anschluss der ersten
leitfähigen
Struktur gekoppelt sein, anders ausgedrückt, der Die-externe Anschluss
ist in diesem Ausführungsbeispiel
ausschließlich
für den
Anschluss mit der ersten leitfähigen
Struktur vorgesehen und ist mit keiner weiteren elektrischen Komponente
des Dies elektrisch gekoppelt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf eine Die-Anordnung mit Die-externen Anschlüssen gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3 eine
Draufsicht auf eine Die-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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4 eine
Draufsicht auf eine Die-Anordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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5 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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6 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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7 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß noch einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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9 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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10 eine
Draufsicht auf einen Die gemäß noch einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Im
Folgenden sind, soweit sinnvoll, gleiche oder identische Elemente
mit identischen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
anschaulich das Layout der obersten Metallisierungsebene eines Halbleiterchips 100,
im Folgenden auch als Die 100 bezeichnet.
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In
einer Vielzahl von Designs sind so genannte Guard-Ringe aus Metall
vorgesehen, welche mit unterschiedlichen Spannungspegeln gekoppelt sein
können,
beispielsweise mit der Versorgungsspannung VDD oder
dem Massepotential. Dieser Randbereich ist anfällig hinsichtlich Metallisierungsschäden, wobei
die Metallisierungsschäden
auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen sein können. Einige der üblicherweise
verwendeten Backend-Handling-Werkzeuge berühren die Chips (Dies) in ihrem
Randbereich, um eine Prozessierung der Dies zu ermöglichen
(beispielsweise Aufnahme-Werkzeuge, welche die Dies von einem Wafer aufnehmen
und sie auf einem Package-Substrat
platzieren; diese Tools werden auch als Pick-and-Place-Werkzeuge bezeichnet).
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Zusätzliche
Schutzschichten wie beispielsweise eine Passivierungsschicht, beispielsweise
aus Polyimid, sind oftmals in diesen Bereichen nicht oder nur in
einer sehr geringen Schichtdicke vorgesehen, die geringer ist als
die Schichtdicke der Schutzschicht im Innenbereich des Dies 100.
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Zusätzlich zu
nicht gezeigten elektrischen Komponenten, die in dem Die 100 vorgesehen
sind und beispielsweise einen oder mehrere flüchtige oder nicht flüchtige Speicher
realisieren oder, in alternativen Ausführungsformen der Erfindung,
Logikfunktionen beliebiger Art realisieren, sind Leiterbahn-Strukturen, vorgesehen
zum Verbinden der elektrischen Komponenten gemäß der Funktionalität, die für die jeweilige
elektrische Schaltung bzw. die elektrischen Schaltkreise vorgesehen
ist.
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Die
Leiterbahn-Strukturen sind üblicherweise
in einer oder mehreren Metallisierungsebenen realisiert, die über den
elektrischen Komponenten, welche beispielsweise Transistoren, beispielsweise Feldeffekttransistoren
oder Bipolartransistoren, ohmsche Widerstände, Kondensatoren und/oder
Induktivitäten
sind, angeordnet und von diesen und voneinander mittels elektrisch
isolierenden Materials, auch bezeichnet als Intermetall-Dielektrikum
elektrisch isoliert, wobei gemäß der jeweiligen
Kontaktierungsvorschrift die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen unterschiedlicher
Metallisierungsebenen miteinander mittels Kontaktvias elektrisch
verbunden sind.
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In
der obersten Metallisierungsebene sind zusätzlich zu den nicht dargestellten
Leiterbahnen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine erste leitfähige
Struktur 101 aus demselben oder einem anderen elektrisch
leitfähigen
Material vorgesehen, wie sie für
die Leiterbahnen verwendet werden, beispielsweise aus einem Metall
wie Kupfer oder Aluminium.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist die erste leitfähige
Struktur 101 ringförmig
in einem Randbereich des Dies 100 angeordnet und in einem
ersten Abstand d1 103 zu einer
Kante 102 des Dies, wobei der erste Abstand d1 103 in
einem Bereich von 0 μm
bis 100 μm
liegt, beispielsweise in einem Bereich von 0 μm bis 20 μm.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die erste leitfähige Struktur 101 als
geschlossene ringförmige
Struktur ausgebildet, anders ausgedrückt, sie verläuft entlang
des gesamten Dies 100 in dem Randbereich in dem vorgegebenen
ersten Abstand d1 103 entlang aller
Kanten 102 des Dies 100. Es ist darauf hinzuweisen,
dass in alternativen Ausführungsformen
der erste Abstand d1 103 von der ringförmigen ersten
leitfähigen
Struktur 101 von den Kanten 102 entlang des Verlaufs
der ersten leitfähigen
Struktur 101 variieren kann.
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Innerhalb
des von der ersten leitfähigen Struktur 101 gebildeten
Ringes ist eine zweite leitfähige
Struktur 105 vorgesehen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung aus demselben Material gebildet ist wie die erste
leitfähige
Struktur 101, in alternativen Ausführungsformen der Erfindung
jedoch aus anderen Materialien gebildet sein kann.
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Die
zweite leitfähige
Struktur 105 ist gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ebenfalls als ringförmige Struktur 105 ausgebildet, womit
eine Doppel-Ringstruktur als eine Kurzschluss-Teststruktur 106 in
der obersten Metallisierungsebene des Dies 100 ausgebildet
ist.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass eine Kurzschluss-Teststruktur 106,
wie sie gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt ist, oder wie sie auch in den folgenden
Ausführungsbeispielen der
Erfindung beschrieben werden, nicht notwendigerweise in der obersten
Metallisierungsebene angeordnet sein muss, sie kann auch über oder
unter der obersten Metallisierungsebene angeordnet sein, wobei sie
in einer Metallisierungsebene und damit gleichzeitig hergestellt
werden kann wie die Leiterbahnen der jeweiligen Metallisierungsebene,
sie kann jedoch auch zwischen den Metallisierungsebenen angeordnet
sein, wie gewünscht.
Ferner kann sie beispielsweise in einer Umverdrahtungsschicht in
einem Harz als Dielektrikum vorgesehen sein.
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Die
Ring-äußere Kante 107 der
zweiten leitfähigen
Struktur 105 ist von der Ring-inneren Kante 108 der
ersten leitfähigen
Struktur 101 in einem zweiten Abstand d2 104 angeordnet,
der ausreichend klein ist, um mit ausreichender Sicherheit statistisch auftretende
Metallisierungsschäden
im Rahmen der Back-End-Of-Line(BEOL)-Fertigung zu erfassen. Zu diesem
Zweck sind die beiden leitfähigen
Strukturen 101, 105 voneinander elektrisch isoliert,
beispielsweise mittels eines Dielektrikums, beispielsweise mittels
desselben Dielektrikums, mittels dessen die Leiterbahnen in den
Metallisierungsebenen voneinander elektrisch isoliert sind (auch
bezeichnet als Intermetall-Dielektrikum).
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Der
zweite Abstand d2 104 zwischen
der Ring-äußeren Kante 107 der
zweiten leitfähigen Struktur 105 und
der Ring-inneren Kante 108 der ersten leitfähigen Struktur 101 kann
beispielsweise maximal 10 μm
betragen, beispielsweise maximal 5 μm, beispielsweise maximal 2 μm, beispielsweise
maximal 1,5 μm,
beispielsweise maximal 1 μm,
jedoch sollte der zweite Abstand d2 104 ausreichend
groß sein,
um zu gewährleisten,
dass ohne einen auftretenden Metallisierungsschaden die elektrisch
leitfähigen
Strukturen 101, 105 voneinander ausreichend gut
elektrisch isoliert sind.
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Die
oben beschriebenen Abstände
gelten sowohl für
die vollständige
Ringstruktur, wie sie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellt ist,
wie auch für
die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele in den jeweiligen Teilbereichen,
die von den leitfähigen
Strukturen gebildet werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist es vorgesehen, das Design der obersten Metallisierungsebene
derart auszubilden, dass zwei geschlossene, in dem Randbereich angeordnete
Metallringe in der obersten Metallisierungsebene gebildet werden.
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Die
beiden Metallringe, beispielsweise die im Folgenden beschriebenen
leitfähigen
Strukturen 101, 105, sind in einem sehr geringen
Abstand zueinander entlang des gesamten Verlaufs der Ringstrukturen ausgebildet.
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Es
ist ferner gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass beide leitfähigen Strukturen 101, 105 mit
unterschiedlichen elektrischen Potentialen, anders ausgedrückt mit
unterschiedlichen Spannungspegeln, belegt werden, anders ausgedrückt, gekoppelt
sind, und dass einer dieser Spannungspegel mittels eines speziell
vorgesehenen und zugeordneten Anschluss-Pads und einem externen
Package-Anschluss-Pin
bereitgestellt wird, welche beispielsweise nicht mit anderen im
Testbetrieb verwendeten und damit im Testbetrieb aktiven Haupt-Strukturen
beispielsweise Haupt-Komponenten
des Dies 100 gekoppelt sind, so dass kein oder nur ein
sehr geringer und damit im Rahmen des Kurzschluss-Testens vernachlässigbarer
Strom von anderen Komponenten des Dies 100 außer den
leitfähigen Strukturen 101, 105,
die auf einen Kurzschluss zwischen denselben getestet werden sollen,
von dem dedizierten Anschlussbereich fließt. Diese Struktur ist aus
dem Grund vorgesehen, weil Metallschädigungen, die in Kurzschlüssen zwischen
den elektrisch leitfähigen
Strukturen 101, 105 resultieren, auf diese Weise
sehr einfach im Rahmen des Wafer-Testens oder des End-Testens des
Dies 100 mittels Leckstrom-Messens, anders ausgedrückt mittels
eines Kurzschlussstrom-Testens, ermittelt werden kann. Wenn ein
ausreichend hoher Leckstrom, der einem Kurzschlussstrom zwischen
den leitfähigen Strukturen 101, 105 entspricht, auftritt,
kann somit darauf geschlossen werden, dass der Die 100 mechanisch
beschädigt
wurde. Manchmal resultieren mechanische Schäden in einer Deformation des
Dies 100, womit die leitfähigen Strukturen 101, 105 in
extrem große
Nähe zueinander
kommen, im Extremfall in elektrischen Kontakt, womit ein Kurzschlussstrom ermittelt
wird.
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Im
Rahmen dieser Beschreibung wird unter einem Kurzschlussstrom jedoch
auch ein Leckstrom zwischen den leitfähigen Strukturen 101, 105 verstanden,
der zwischen den leitfähigen
Strukturen 101, 105 fließt, selbst durch eine sehr
dünne dielektrische
Schicht zwischen diesen leitfähigen
Strukturen 101, 105, wenn der Strom größer ist
als ein vorgegebener Schwellenwert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der vorgegebene Schwellenwert 1 μA, alternativ
10 μA, weiter
alternativ 50 μA, in
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung 100 μA. In anderen Ausführungsformen
der Erfindung kann der vorgegebene Schwellenwert einen beliebigen
anderen geeigneten Wert aufweisen.
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Ohne
die leitfähigen
Strukturen, allgemein ohne die Kurzschluss-Teststruktur, gemäß den Ausführungsformen
der Erfindung könnte
es passieren, dass trotz der mechanischen Schädigung der Metallisierungsschichten
und damit der Leiterbahnen in den Metallisierungsebenen der Dies
in dem End-Test keinen
Fehler zeigt, jedoch nach einer bestimmten Betriebsdauer beim Kunden
ein Fehler auftritt.
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Durch
die oben beschriebene Vorgehensweise wäre es ferner ermöglicht,
die involvierten Teststrukturen mit erheblich erhöhten Spannungen zu
belasten, beispielsweise mittels der im Wesentlichen ausschließlich hierfür vorgesehenen
Spannungs-Anschlüsse, wie
sie im Folgenden noch beschrieben werden, an die keine anderen Chip-Komponenten
angeschlossen werden, welche durch die sehr hohen Spannungen einer
großen
Belastung ausgesetzt wären,
was nicht wünschenswert
ist. In einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung liegt die an die Spannungs-Anschlüsse angelegte Spannung in einem
Bereich von ungefähr 2,5
V bis ungefähr
10 V, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 3 V bis ungefähr 5 V.
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2 zeigt
eine Die-Anordnung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei aus Gründen
der einfacheren Darstellung des Ausführungsbeispiels lediglich der
Die 100 sowie Anschluss-eins 201 eines externen
Gehäuses
dargestellt sind.
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Das
Gehäuse
kann ein BGA-Gehäuse,
beispielsweise ein FBGA-Gehäuse oder
ein CSP-Gehäuse
sein.
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Der
Die 100 entspricht dem Die 100, wie er in 1 dargestellt
ist, mit dem Unterschied, dass zusätzlich die elektrischen Schaltkreise
des Dies 100 (symbolisiert in 2 mittels
eines Transistors 202) dargestellt ist, der mit einem Masse-Anschluss-Stift (Anschluss-Pin) 203 der
Die-Anordnung 200 mittels eines ersten Bonddrahtes 204 gekoppelt
ist.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das Gehäuse
ein FBGA-Gehäuse
und die äußere ringförmige leitfähige Struktur 101 ist
mit einem extra für
diese erste leitfähige
Struktur 101 vorgesehenen und dieser zugeordneten Anschluss-Stift 205,
gekoppelt, an welchem das Versorgungspotential VDD anzulegen ist.
Der Versorgungspotential-Anschluss-Pin 205 ist mittels
eines zweiten Bonddrahtes 206 mit einem Anschlussbereich
der ersten leitfähigen
Struktur 101 gekoppelt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Versorgungspotential-Anschluss-Pin 205 mit
keiner anderen elektrischen Komponente des elektrischen Schaltkreises 202 gekoppelt.
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Der
innere Metallring, anders ausgedrückt, gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, die zweite leitfähige
Struktur 105, ist mittels eines dritten Bonddrahtes 207 über einen
Anschlussbereich der zweiten leitfähigen Struktur 105 mit
dem Massepotential-Anschluss-Pin 203 gekoppelt.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Massepotential-Anschluss-Pin 203 ferner
mit den elektrischen Komponenten 202 des Dies 100 gekoppelt,
wobei jedoch in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung der
Massepotential-Anschluss-Pin 203 auch
ausschließlich
zum Anschluss der zweiten elektrischen leitfähigen Struktur 105 vorgesehen
sein kann.
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Die
Vorgehensweise zum Testen eines Metallisierungsschadens in dem Die 100 wird
im Folgenden anhand einer Die-Anordnung 300, die in 3 gezeigt
ist, näher
beschrieben.
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3 zeigt
die Die-Anordnung 300, welche die Die-Anordnung 200 enthält sowie
zusätzlich
eine Test-Anordnung 301, welche ein Messgerät 302,
einen Prozessor 303, beispielsweise einen Mikroprozessor,
sowie einen oder mehrere Speicher 304, flüchtig oder
nicht flüchtig,
aufweist, wobei die Komponenten der Test-Anordnung 301 miteinander
und mit einer Eingangs-Ausgangs-Schnittstelle 305 mittels
eines internen Busses 306 gekoppelt ist.
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Das
Messgerät 302 ist
derart eingerichtet, dass in Antwort auf eine entsprechende Steuerung mittels
des Prozessors 303 elektrische Potentiale für die jeweiligen
externen Anschluss-Pins 201 und
damit für
die jeweils mit diesem Anschluss-Pin 201 gekoppelten elektrischen
Komponenten und die leitfähigen
Strukturen 101, 105 angelegten Potentiale gemäß den vorgesehenen
Test-Routinen bereitgestellt werden.
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Ferner
wird mittels des Messgeräts 302 beispielsweise
der zwischen der ersten leitfähigen Struktur 101 und
der zweiten leitfähigen
Struktur 105 fließende
elektrische Strom aufgrund der angelegten Potentiale (beispielsweise
das Versorgungspotential VDD an den Betriebspotential-Anschluss-Pin 205 und
das Massepotential an dem Massepotential-Anschluss-Pin 203)
ermittelt. Dies erfolgt dadurch, dass beispielsweise der ermittelte
Strom verglichen wird mit einem Kurzschlussstrom-Schwellenwert, der von einem Benutzer
der Test-Anordnung 301 vorgebbar ist. Ist der Strom größer als
der vorgegebene Kurzschlussstrom-Schwellenwert, so ermittelt das
Messgerät 302,
dass zwischen den leitfähigen
Strukturen 101, 105 ein Kurzschluss existiert
und gibt eine entsprechende Meldung an den Benutzer der Test-Anordnung 301 aus,
mit der angezeigt wird, dass eine Metallisierungsschädigung in
der Die-Anordnung 200 ermittelt wurde. Ist der fließende Strom
zwischen den leitfähigen
Strukturen 101, 105 jedoch kleiner als der vorgegebene
Kurzschlussstrom-Schwellenwert, so gibt das Messgerät 302 als
Ergebnis der Testprozedur aus, dass die Die-Anordnung 200 fehlerfrei ist, und
dass kein Metallisierungsschaden festgestellt wurde.
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Die
Messwerte werden in dem Speicher 304 gespeichert und aus
diesem gegebenenfalls wieder ausgelesen. Mit anderen Worten werden
während des
Testens die erforderlichen elektrischen Potentiale an die Anschluss-Pins,
beispielsweise 203, 205, angelegt und es wird
ermittelt, beispielsweise mittels des Messgeräts 302, ob ein ausreichend
großer Leckstrom,
im Rahmen dieser Beschreibung auch bezeichnet als Kurzschlussstrom,
durch den Versorgungspotential-Anschluss-Pin 205 fließt, da in
diesem Fall die leitfähigen
Strukturen 101, 105 beschädigt wären, womit darauf geschlossen
werden kann, dass in der Die-Anordnung 200 ein
oder mehrere Metallisierungsschäden
aufgetreten sind.
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Um
eine zusätzliche
Belastung (Stress) zu erzeugen, kann es in einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen sein, an dem Versorgungspotential-Anschluss-Pin 205 ein
erhöhtes
elektrisches Potential anzulegen, was möglich ist, ohne andere elektrische
Komponenten der elektrischen Schaltkreise des Dies 100 zu
belasten, beispielsweise ohne die in den elektrischen Schaltkreisen
möglicherweise
vorgesehenen Transistoren der erhöhten elektrischen Spannung
auszusetzen, wobei die Transistoren möglicherweise dieser hohen Belastung nicht
stand halten und zerstört
werden könnten.
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In
den 4 bis 10 sind
Beispiele für Dies
gemäß anderen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung dargestellt. Alle im Folgenden beschriebenen Dies
der 4 bis 10 können in
entsprechender Weise in der Die-Anordnung 200 bzw. 300 vorgesehen
sein.
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4 zeigt
einen Die 400 gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste leitfähige Struktur 401 eine
geschlossene Ringstruktur ist und die zweite leitfähige Struktur 402 eine
unterbrochene leitfähige
Ringstruktur mit einer oder mehreren Öffnungen 403, auch
bezeichnet als Unterbrechungen 403, an einer oder mehreren
Seiten des Dies 400.
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5 zeigt
einen Die 500 gemäß noch einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Gemäß dem Die 500 ist
die erste leitfähige Struktur 501 ebenfalls
eine vollständige
Ringstruktur, jedoch wird die zweite leitfähige Struktur 502 gebildet aus
einer Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Streifenelementen, wobei
ein erstes Streifenelement 503 eine L-Form aufweist, wobei
ein erster Schenkel 504 des ersten Streifenelements 503 im
Wesentlichen vollständig
entlang einer Kante der ersten leitfähige Struktur 501 vorgesehen
ist und ein zweiter Schenkel 505 des ersten Streifenelements 503 nur
entlang eines Teils einer zweiten Kante der ersten leitfähigen Struktur 501 verläuft. Ferner
sind ein zweites Streifenelement 506, ausgebildet als Winkelstruktur,
sowie zwei linienförmige
Streifenelemente (drittes Streifenelement 507 und viertes
Streifenelement 508) in der zweiten leitfähigen Struktur 502 vorgesehen.
-
Die
zweite leitfähige
Struktur 502 verläuft
teilweise parallel zu der ersten leitfähigen Struktur 501, anders
ausgedrückt,
die Teilelemente, anders ausgedrückt,
die Streifenelemente 503, 506, 507, 508,
verlaufen teilweise parallel zu der ersten leitfähigen Struktur 501 und
sind in der von der ersten leitfähigen Struktur
umschlossenen Fläche
angeordnet.
-
6 zeigt
einen Die 600 gemäß noch einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, gemäß welchem
die erste leitfähige
Struktur 601 entlang lediglich nur einer Kante 602 des
Dies 600 verläuft,
wobei jedoch die erste leitfähige
Struktur im Wesentlichen entlang der vollständigen Kante 602 verläuft. Ferner
ist die zweite leitfähige
Struktur 603 wiederum in Wesentlichen parallel zu der ersten
leitfähigen
Struktur 601 angeordnet, wobei die zweite leitfähige Struktur 603 die
gleiche Form aufweisen kann wie die erste leitfähige Struktur 601,
also als ein gerader Streifen ausgebildet sein kann. In der in 6 dargestellten
Ausführungsform
ist die zweite leitfähige
Struktur 603 L-förmig
ausgebildet.
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7 zeigt
einen Die 700 gemäß noch einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei welchem die erste leitfähige Struktur 701 eine ringförmige, jedoch
unterbrochene Struktur aufweist mit einer oder mehreren Unterbrechungen 702 in dem
Ring 701. In dem Ausführungsbeispiel
gemäß 7 ist
innerhalb der ersten leitfähigen
Struktur die zweite leitfähige
Struktur 703 als geschlossene Ringstruktur ausgebildet,
wobei die Ringstruktur gemäß weiteren
Ausgestaltungen der Erfindung auch als unterbrochene Ringstruktur
ausgebildet sein kann.
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8 zeigt
einen Die 800 gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sowohl die erste leitfähige Struktur 801 als
auch die zweite leitfähige
Struktur 802 als gerade Streifen ausgebildet sind, die
im Wesentlichen vollständig
entlang einer Kante des Dies 800, in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 8 an
der verglichen mit der Ausführungsform
gemäß 6 gegenüberliegenden
Kante des Dies 600 angeordnet sind.
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9 zeigt
einen Die 900 gemäß noch einem
anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung weisen sowohl die erste leitfähige Struktur 901 als
auch die zweite leitfähige
Struktur 902 eine L-Form auf, wobei die leitfähigen Strukturen 901, 902 parallel
verlaufen zu zwei Kanten des Dies 900.
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10 zeigt
einen Die 1000 gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Kurzschluss-Teststruktur 1001 eine Kammform aufweist,
anders ausgedrückt,
wobei die erste leitfähige
Struktur 1002 einen ersten Kamm bildet und die zweite leitfähige Struktur 1003 einen
zweiten Kamm bildet, der mit seinen Zacken in den Zwischenräumen zwischen
den Zacken der ersten leitfähigen
Struktur 1002 angeordnet ist derart, dass sich die jeweiligen Zacken
der beiden leitfähigen
Strukturen nicht berühren
und im Normalbetrieb, das heißt
ohne Auftreten der Metallisierungsschäden, voneinander elektrisch isoliert
sind.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass in anderen Ausführungsformen der Erfindung
solche kammförmigen
Strukturen, in anderen Ausführungsformen auch
mäanderförmige Strukturen,
in anderen Bereichen des Dies 1000 angeordnet sein können, welche beispielsweise
besonders anfällig
sind hinsichtlich eines auftretenden Metallisierungsschadens.
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Solche
Bereiche können
Bereiche sein auf der Oberfläche
des Dies 1000, die in direktem Kontakt mit der für das Gehäuse verwendeten
Moldmasse kommt und in welchem daher eine Schädigung durch das Eingießen des
Moldmaterials auftreten kann. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist
jede leitfähige
Struktur 1002, 1003 des Dies 1000 mindestens
vier Zacken auf, die ineinander verzahnt angeordnet sind. Dabei
ist jede Zacke jeweils mit einer anderen Spannung belegt als die
beiden jeweils diese Zacke umgebenden Zacken.
-
Der
Die 1000 weist gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ferner Tape-Material 1004 auf, welches an
der oberen Oberfläche
des Dies 1000 angebracht ist.
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Der
Tape-freie Bereich 1005 des Dies 1000, in welchem
sich beispielsweise die Leiterbahn-Teststruktur 1001 befindet,
ist gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in direktem Kontakt mit dem Moldmaterial des FBGA-Gehäuses.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird somit eine systematische Überwachung von Metallisierungsschäden in oberen
oder in der obersten Metallisierungsebene eines Dies während des
Wafer-Tests bzw. des End-Tests des Dies bereitgestellt, indem die Überwachungsstrukturen
auf Die-Ebene, beispielsweise in der obersten Metallisierungsebene
des Dies, an verschiedenen Orten angeordnet sind.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
sind Überwachungsringe
(Guard Rings) als solche Kurzschluss-Teststrukturen vorgesehen.
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- 100
- Die
- 101
- erste
leitfähige
Struktur
- 102
- Kante
Die
- 103
- erster
Abstand
- 104
- zweiter
Abstand
- 105
- zweite
leitfähige
Struktur
- 106
- Randbereich
- 107
- Ring-äußere Kante
zweite leitfähige
Struktur
- 108
- Ring-innere
Kante erste leitfähige
Struktur
- 200
- Die-Anordnung
- 201
- Anschluss-Pin
- 202
- elektrischer
Schaltkreis
- 203
- Massepotential-Anschluss-Pin
- 204
- erster
Bonddraht
- 205
- Betriebsversorgungspotential-Anschluss-Pin
- 206
- zweiter
Bonddraht
- 207
- dritter
Bonddraht
- 300
- Die-Anordnung
- 301
- Test-Anordnung
- 302
- Messgerät
- 303
- Prozessor
- 304
- Speicher
- 305
- Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle
- 306
- Bus
- 400
- Die
- 401
- erste
leitfähige
Struktur
- 402
- zweite
leitfähige
Struktur
- 403
- Unterbrechung
zweite leitfähige
Struktur
- 500
- Die
- 501
- erste
leitfähige
Struktur
- 502
- zweite
leitfähige
Struktur
- 503
- erstes
Streifenelement
- 504
- erster
Schenkel erstes Streifenelement
- 505
- zweiter
Schenkel erstes Streifenelement
- 506
- zweites
Streifenelement
- 507
- drittes
Streifenelement
- 508
- viertes
Streifenelement
- 600
- Die
- 601
- erste
leitfähige
Struktur
- 602
- Kante
Die
- 603
- zweite
leitfähige
Struktur
- 700
- Die
- 701
- erste
leitfähige
Struktur
- 702
- Unterbrechung
erste leitfähige
Struktur
- 703
- zweite
leitfähige
Struktur
- 800
- Die
- 801
- erste
leitfähige
Struktur
- 802
- zweite
leitfähige
Struktur
- 900
- Die
- 901
- erste
leitfähige
Struktur
- 902
- zweite
leitfähige
Struktur
- 1000
- Die
- 1001
- Leiterbahn-Teststruktur
- 1002
- erste
leitfähige
Struktur
- 1003
- zweite
leitfähige
Struktur
- 1004
- Tape