DE102015118144A1

DE102015118144A1 - Halbleiterkomponente mit Laser-Fuse-Verbindung und Leckagedetektionsschaltung und Verfahren zum Testen von integrierten Laser-Fuse-Verbindungen

Info

Publication number: DE102015118144A1
Application number: DE102015118144.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Mayer; Sven Lanzerstorfer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-10-24
Also published as: DE102015118144B4

Abstract

Eine Halbleiterkomponente wird hier beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst die Halbleiterkomponente einen Halbleiterkörper, der zumindest teilweise mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps dotiert ist, sowie eine Wannenregion (well region), die in dem Halbleiterkörper eingebettet ist. Die Wannenregion ist mit Dotierstoffen eines zweiten Dotierstofftyps dotiert. Die Halbleiterkomponente umfasst des Weiteren eine Laser-Fuse, die in einer ersten Verdrahtungsschicht gebildet ist, welche über der Wannenregion auf dem Halbleiterkörper angeordnet und von der Wannenregion elektrisch isoliert ist. Eine Leckagedetektionsschaltung ist elektrisch mit der Wannenregion gekoppelt und dazu ausgebildet, basierend auf dem elektrischen Potential der Wannenregion Leckströme zwischen zumindest einem der Folgenden zu detektieren: der Wannenregion und der Laser-Fuse, und der Wannenregion und dem Halbleiterkörper.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft das Gebiet der integrierten Schaltungen, insbesondere sogenannte Laser-Fuses, welche Metallverbindungen sind, die mittels Laserlicht aufgeschmolzen werden können, um permanent eine bestimmte Konfiguration einer integrierten Schaltung einzustellen.
HINTERGRUND
Fuses werden häufig im Design von integrierten Schaltungen (IC) als Elemente zur Konfiguration und zur Abstimmung von Schaltungskomponenten, die in einem Halbleiterchip integriert sind, verwendet. Laser-Fuses sind so gestaltet, dass sie mittels eines Laserstrahls selektiv geschmolzen und abgetragen werden können, um permanent eine bestimmte Konfiguration einer Schaltungskomponente einzustellen.
Laser-Fuses können in der Metallisierungsschicht einer integrierten Schaltung gebildet werden und können als kurze Metall-Leitung angesehen werden, welche mittels eines Laserstrahls durchgeschnitten werden kann. Folglich kann eine Laser-Fuse auhc als einmalig programmierbares Ein-Bit-Speicherelement betrachtet werden, welches aufgeschmolzen (fused) sein kann oder nicht (not fused). Um komplexere Konfigurationen zu ermöglichen, können eine Vielzahl von Laser-Fuses (z.B. ein Feld von 256 Laser-Fuses) in einer integrierten Schaltung verwendet werden. Die Konfiguration der integrierten Schaltung wird üblicherweise mittels einer automatischen Testausrüstung (automatic test equipment, ATE) am Ende des Produktionsprozesses eingestellt. Dabei wird ein Laserstrahl auf bestimmte Fuses auf der Oberfläche des Halbleiterchips gerichtet, um die Fuse mit dem Laserstrahl durchzuschneiden. Während dieses Schmelzprozesses (fusing process) wird ein Teil der Fuse abgetragen und die von der Fuse bewirkte elektrische Verbindung wird aufgetrennt.
Ein Problem, das bei dem Laser-Schmelzprozess auftreten kann, ist eine fehlerhafte Ausrichtung (misalignment) des Laserstrahls. Eine fehlerhafte Ausrichtung kann ein unvollständig aufgeschmolzenes Fuse-Element und/oder Beschädigungen (z.B. Risse) in dem Halbleiterkörper zur Folge haben, was eine Folge der Laser-Energie ist, die in dem Halbleitermaterial anstatt in der Metall-Fuse dissipiert wird. Abhängig von der tatsächlichen Implementierung können Fehler in dem Schmelzprozess durch die ATE schwer detektierbar sein. Andere Optionen wie z.B. redundante Fuses (z.B. um ein Paritätsbit oder eine zyklische Redundanzprüfung (CRC), einen Hamming-Code, etc. zu implementieren) vergrößern die Chipfläche. Folglich besteht ein Bedarf für integrierte Schaltungen, die eine einfache und zuverlässige Prüfung auf fehlerhaft aufgeschmolzene Laser-Fuses ermöglcihen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben erwähnte Aufgabe wird mittels einer Halbleiterkomponente gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zum Testen von Laser-Fuses gemäß Anspruch 12 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Halbleiterkomponente wird hier beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst die Halbleiterkomponente einen Halbleiterkörper, der zumindest teilweise mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps dotiert ist, sowie eine Wannenregion (well region), die in dem Halbleiterkörper eingebettet ist. Die Wannenregion ist mit Dotierstoffen eines zweiten Dotierstofftyps dotiert. Die Halbleiterkomponente umfasst des Weiteren eine Laser-Fuse, die in einer ersten Verdrahtungsschicht gebildet ist, welche über der Wannenregion auf dem Halbleiterkörper angeordnet und von der Wannenregion elektrisch isoliert ist. Eine Leckagedetektionsschaltung ist elektrisch mit der Wannenregion gekoppelt und dazu ausgebildet, basierend auf dem elektrischen Potential der Wannenregion Leckströme zwischen zumindest einem der Folgenden zu detektieren: der Wannenregion und der Laser-Fuse, und der Wannenregion und dem Halbleiterkörper.
Des Weiteren wird hier ein Verfahren zum Test von Laser-Fuses beschrieben; die Laser-Fuses sind in einer auf einem Halbleiterkörper angeordneten ersten Verdrahtungsschicht ausgebildet. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst das Verfahren – nach dem Aufschmelzen von zumindest einer der Laser-Fuses – das Detektieren, basierend auf dem elektrischen Potential einer in den Halbleiterkörper unterhalb der Laser-Fuse eingebetteten Wannenregion, von Leckströmen zwischen zumindest einem der Folgenden: der Wannenregion und der Laser-Fuse, und der Wannenregion und dem Halbleiterkörper.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Die Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und Abbildungen besser verstehen. Die in den Figuren dargestellten Komponenten sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr wird Wert auf die Darstellung der der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien gelegt. Des Weiteren bezeichnen in den Abbildungen gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile. Zu den Abbildungen:
1 ist eine Querschnittsansicht einer Laser-Fuse auf einem Silizium-Substrat vom p-Typ.
2 ist eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Laser-Fuse.
3 ist ein Schaltplan, der die Laser-Fuse aus 1 mit einer Ausleseschaltung repräsentiert.
4 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung gemäß einem Beispiel der Erfindung darstellt mit einer Laser-Fuse auf einem p-Substrat, einer Ausleseschaltung und einer Leckagedetektionsschaltung zur Detektion, ob der Laser während des Schmelzprozesses fehlerhaft ausgerichtet war.
5 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung der in 4 gezeigten Laser-Fuse.
6 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung darstellt mit einer Laser-Fuse auf einem n-Substrat, einer Ausleseschaltung und einer Leckagedetektionsschaltung zur Detektion, ob der Laser während des Schmelzprozesses fehlerhaft ausgerichtet war.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Implementierung der in 6 gezeigten Laser-Fuse.
8 ist ein Diagramm, welches die Funktion einer exemplarischen Implementierung der Leckagedetektionsschaltung, die eine Bias-Stromquelle verwendet, darstellt.
9 ist ein Diagramm, welches die Funktion einer weiteren exemplarischen Implementierung der Leckagedetektionsschaltung, die eine Bias-Widerstand verwendet, darstellt.
10 illustriert eine exemplarische Implementierung der Leckagedetektionsschaltung und der Bias-Schaltung, die in den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
DETAILIERTE BESCHREIBUNG
1 ist eine Querschnittsansicht einer konventionellen Laser-Fuse, die in einer auf einem Halbleitersubstrat 1 angeordneten Verdrahtungsschicht 43 gebildet ist. Im vorliegenden Beispiel ist das Halbleitersubstrat 1 ein Siliziumsubstrat, welches mit Dotierstoffen vom p-Typ dotiert ist und daher als p-Substrat bezeichnet wird. Das Siliziumsubstrat 1 beinhaltet eine n-dotierte Halbleiterregion 2 (folglich als „n-Wanne“ bezeichnet), welche in dem Siliziumsubstrat 1 gebildet ist und sich von der Oberfläche des Siliziumsubstrats in das Substrat hinein erstreckt. Üblicherweise wird die n-Wanne 2 mittels Ionenimplantation, Diffusionsdotieren oder ähnliche Dotierungsprozesse gebildet. Die n-Wanne 2 kann über die n-dotierten Kontaktregionen 21 und 22, die mit höherer Dotierstoffkonzentration dotiert sind als die umgebende n-Wanne 2, elektrisch kontaktiert werden. Gleichermaßen beinhaltet das p-Substrat 1 p-dotierte Kontaktregionen 11 und 12, die mit höherer Dotierstoffkonzentration dotiert sind als das umgebende p-Substrat 1. Im allgemeinen sind Kontaktregionen mit dem gleichen Dotierstofftyp dotiert wie die Halbleiterregion (im vorliegenden Beispiel n-Wanne oder p-Substrat), jedoch mit einer vergleichsweise hohen Dotierstoffkonzentration. Die elektrischen Kontakte können mittels Durchkontaktierungen (Vias) geschaffen werden, die eine elektrische Verbindung zwischen einer Kontaktregion (z.B. eine der Kontaktregionen 11, 12, 21 oder 22) und einer zugehörigen Verdrahtungsschicht bereitstellen. Im vorliegenden Beispiel sind drei Verdrahtungsschichten auf dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet; die erste Verdrahtungsschicht 41 kann eine strukturierte Polysiliziumschicht sein, wohingegen die zweite Verdrahtungsschicht 42 und die dritte Verdrahtungsschicht 43 Metallschichten (z.B. aus Aluminium) sein können.
Eine erste Isolationsschicht 31 ist zwischen der Oberfläche des Substrats 1 und der ersten Verdrahtungsschicht 41 angeordnet. Weitere Isolationsschichten 32 und 33 sind zwischen den Verdrahtungsschichten 41 und 42 bzw. zwischen den Verdrahtungsschichten 42 und 43 angeordnet. Jede Verdrahtungsschicht ist strukturiert, sodass Streifenleitungen, Vias, Pads und dergleichen gebildet werden, um die gewünschten elektrischen Verbindungen bereitzustellen. Die Isolationsschichten 31, 32 und 33 können Öffnungen beinhalten, um elektrische Verbindungen (d.h. Vias) zwischen den Verdrahtungsschichten sowie zwischen den Verdrahtungsschichten und der Oberfläche des Substrats (z.B. den Kontaktregionen 11, 12, 21 und 22) zu ermöglichen.
Im vorliegenden Beispiel sind das p-Substrat 1 und die n-Wanne 2 mit Massepotential GND verbunden, wobei die elektrische Verbindung in 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet wird. Demnach sind die in der zweiten Verdrahtungsschicht 42 gebildeten elektrischen Verbindungen 421 und 424 (z.B. Streifenleitungen) mit Massepotential GND verbunden sowie auch mit den Kontaktregionen 11 und 21 bzw. 12 und 22 mittels Vias verbunden, die durch die Isolationsschichten 31 und 32 und durch die erste Verdrahtungsschicht 41 hindurch verlaufen. Im vorliegenden Beispiel ist die Laser-Fuse 430 in der obersten Verdrahtungsschicht 43 gebildet und hat die Form einer kurzen Streifenleitung, die mittels eines Laserstrahls 50 durchgeschnitten werden kann. Die Laser-Fuse kann jedoch auch in einer zwischenliegenden Verdrahtungsschicht angeordnet sein und muss nicht notwendigerweise in der obersten Verdrahtungsschicht sein. In Leistungselektronikbauelementen ist die den Laststrom tragende Verdrahtungsschicht (power metallization, Leistungsmetallisierung) üblicherweise über jener Verdrahtungsschicht angeordnet, in der die Laser-Fuses ausgebildet sind. Im vorliegenden Beispiel ist die Laser-Fuse 430 mit der ersten Verdrahtungsschicht 41 über die Vias 422 und 423 verbunden. Ein Ende der Laser-Fuse kann elektrisch mit Massepotential GND (über das Via 420 zwischen der ersten Verdrahtungsschicht 41 und der zweiten Verdrahtungsschicht 42), und das andere Ende der Laser-Fuse kann elektrisch über das Segment 410 der Verdrahtungsschicht 41 mit einer Ausleseschaltung (readout circuit) verbunden sein (siehe auch Schaltplan in 3).
2 illustriert eine Draufsicht auf einen horizontalen Schnitt durch die Verdrahtungsschicht 41 in dem Beispiel aus 1. Einige Komponenten und Merkmale, die in der Schnittebene nicht sichtbar sind, sind mittels gestrichelter Linien dargestellt. Im vorliegenden Beispiel sind drei Laser-Fuses 430 nebeneinander in einer Reihe über einer in einem p-Substrat 1 gebildeten n-Wanne 2 angeordnet. Die Laser-Fuses 430 und die Vias 422 und 423, welche die Laser-Fuses kontaktieren, sind mittels gestrichelter Linien dargestellt. Die Vias der elektrischen Verbindungen 421 und 424, welche die Kontaktregionen 11 und 21 bzw. 12 und 22 kontaktieren sind in der Draufsicht in 2 sichtbar. Diese elektrischen Verbindungen schließen die n-Wanne 2 mit dem p-Substrat 1 kurz, sodass beide mit Massepotential GND verbunden sind. Das Via 420, das die Verdrahtungsschicht 41 mit Massepotential GND verbindet ist ebenfalls mittels gestrichelter Linien dargestellt.
3 ist ein Schaltplan, der das Beispiel aus 1 und 2 auf Schaltungsebene darstellt. Die Laser-Fuse 430 ist zwischen Massepotential GND und Ausleseschaltung 60 geschaltet, die dazu ausgebildet ist, zu detektieren, ob die Laser-Fuse 430 aufgeschmolzen wurde oder nicht. Im vorliegenden Beispiel wird diese Detektion bewerkstelligt, indem detektiert wird, ob die Laser-Fuse 430 eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen der Ausleseschaltung und einem Referenzpotential, z.B. Versorgungspotential V_S, bereitstellt oder nicht. In einem einfachen Beispiel kann die Ausleseschaltung im Wesentlichen mittels eines Pull-up-Widerstands gebildet werden. Jedoch kann abhängig von der tatsächlichen Anwendung eine komplexere Schaltung verwendet werden. Die in 1 gezeigten Kontaktregionen 21, 22 werden durch einen Schaltungsknoten repräsentiert, welcher direkt mit der n-Wanne 2 verbunden ist, die durch das die Laser-Fuses 430 einschließende strichpunktierte Rechteck in dem Schaltplan in 3 repräsentiert wird. Dieser Schaltungsknoten (d.h. die Kontaktregionen 21, 22) ist über einen widerstandsbehafteten Strompfad, der durch den Widerstand R₁ repräsentiert wird, mit einem ersten Anschluss der Laser-Fuse 430 (siehe Segment 410 in der Verdrahtungsschicht 41 in 1) und über einen widerstandsbehafteten Strompfad, der durch den Widerstand R₂ repräsentiert wird, mit einem zweiten Anschluss der Laser-Fuse 430 (siehe Via 420 zwischen Verdrahtungsschichten 41 und 42 in 1) gekoppelt. Des Weiteren kann der Schaltungsknoten, der die Kontaktregionen 21, 22 repräsentiert, über einen anderen widerstandsbehafteten Strompfad, der durch den Widerstand R_S repräsentiert wird, mit dem Substrat (Kontaktregionen 11, 12) gekoppelt sein. Im Idealfall ist die Laser-Fuse 430 von der darunterliegenden n-Wanne isoliert und folglich sind die Widerstände R₁ und R₂ vergleichsweise (theoretisch unendlich) hoch. In dem Beispiel aus 1 sind Substrat und n-Wanne kurzgeschlossen und folglich ist der Widerstand R_S null.
Das Beispiel aus 4 illustriert einen Schaltplan, der eine Laser-Fuse-Anordnung repräsentiert, die im Wesentlichen die gleiche ist wie die Laser-Fuse-Anordnung aus 1, wobei jedoch die n-Wanne 2 nicht mit dem Substrat 1 kurzgeschlossen ist, sondern derart vorgespannt (biased), dass der pn-Übergang zwischen p-Substrat 1 und n-Wanne 2 eine pn-Sperrschichtisolation (pn-junction isolation) bildet (d.h. der pn-Übergang ist in Sperrrichtung vorgespannt). In diesem Fall ist das p-Substrat 1 von der n-Wanne 2 isoliert und der Widerstand R_S ist auch vergleichsweise (theoretisch unendlich) hoch. In dem Beispiel aus 4 wird das Potential der n-Wanne 2 mit V_WELL (Wannenpotential) bezeichnet.
Wie weiter oben erwähnt kann eine fehlerhafte Ausrichtung (misalignment) des Lasers während des Prozesses des Aufschmelzens einer Laser-Fuse verschiedene Effekte mit sich bringen. Im Wesentlichen wird die Energie des Laserstrahls zumindest teilweise in dem Halbleitermaterial dissipiert anstatt in dem Metall, das die Laser-Fuse bildet, was zu Defekten (z.B. Rissen) in der Kristallstruktur des Substrats führen kann. Solche Defekte können unter anderem eine Erhöhung des Leckstroms zur Folge haben, der durch die pn-Sperrschichtisolation fließt. Das heißt, der Widerstandswert des Widerstands R_S nimmt ab, und ein Abnehmen des Widerstandswert des Widerstands R_S kann ein Indikator für einen beim Aufschmelzen der Laser-Fuse fehlerhaft ausgerichteter Laser sein. Auch die Isolationsschichten 31, 32 und 33 können von einer fehlerhaften Ausrichtung des Lasers während des Aufschmelzprozesses betroffen sein, und die Widerstandswerte der Widerstände R₁ und R₂ können als Folge des Aufschmelzens mit einem fehlerhaft ausgerichteten Laserstrahl auch abnehmen. Jegliche Änderung der Widerstandswerte der Widerstände R₁, R₂ und/oder R_S kann eine Änderung des Wannenpotentials V_WELL zur Folge haben. Mit der n-Wanne 2 ist eine Leckagedetektionsschaltung 51 gekoppelt; diese ist dazu ausgebildet, eine Änderung des Wannenpotentials V_WELL zu detektieren und daraus zu ermitteln, ob die Laser-Fuse 430 mit einem ordnungsgemäß ausgerichtetem Laserstrahl aufgeschmolzen wurde. In einer einfachem Implementierung wird die Leckagedetektionsschaltung 51 im Wesentlichen durch einen Komparator gebildet, der dazu ausgebildet ist, zu ermitteln, ob das Wannenpotentials V_WELL sich innerhalb eines definierten Bereichs befindet. Falls nicht, kann ein Fehlersignal eine defekte Laser-Fuse anzeigen. Das Vorspannen (biasing) der n-Wanne 2 wird mittels einer Biasing-Schaltung bewerkstelligt, die im vorliegenden Beispiel die Stromquelle Q_BIAS beinhaltet, welche zwischen ein Versorgungspotential VS und die n-Wanne 2 (z.B. die Kontaktregion 21 oder 22) gekoppelt ist. Alternativ kann die Stromquelle Q_BIAS durch einen geeigneten Widerstand ersetzt werden. Die Funktion der Biasing-Schaltung wird später unter Bezugnahme auf 8 noch detaillierter erläutert.
5 illustriert eine exemplarische Implementierung der Laser-Fuse-Anordnung, welche mit dem Schaltplan aus 4 korrespondiert. Das vorliegende Beispiel ist im Wesentlichen das gleiche wie das vorherige Beispiel aus 1 abgesehen davon, dass die elektrischen Verbindungen 421 und 424 nicht die n-Wanne 2 und das p-Substrat 1 kurzschließen, sondern lediglich die n-Wanne 2 kontaktieren, deren Potential V_WELL schwebend (floating) und nicht an Masse gebunden ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Leckagedetektionsschaltung 51 (in 5 nicht dargestellt) wie durch die gestrichelte Linie in 5 angedeutet über die elektrische Verbindung 424 mit der n-Wanne 2 verbunden. Der Widerstand zwischen der n-Wanne 2 und dem p-Substrat 1 (welche eine pn-Sperrschichtisolation bilden) ist in 5 durch den Widerstand R_S symbolisiert.
In dem vorhergehenden Beispiel ist eine n-dotierte Wanne 2 in ein p-dotiertes Substrat 1 eingebettet, welches mit Massepotential verbunden ist. Andere Bauelemente können jedoch in einem n-dotierten Substrat gebildet werden, in dem eine p-dotierte Wanne (p-Wanne) eingebettet ist. In diesem Fall ist das n-Substrat mit einem (positiven) Versorgungspotential V_S verbunden. Diese Situation wird durch den Schaltplan in 6 repräsentiert. Im Allgemeinen ist die Schaltung aus 6 komplementär zu der Schaltung aus 4. Demnach ist die Laser-Fuse 430 zwischen Versorgungspotential V_S und Ausleseschaltung 60 geschaltet, die dazu ausgebildet ist, zu detektieren, ob die Laser-Fuse 430 aufgeschmolzen wurde oder nicht. Im vorliegenden Beispiel wird die Detektion bewerkstelligt, indem detektiert wird, ob die Laser-Fuse 430 eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen der Ausleseschaltung und einem Referenzpotential, z.B. Versorgungspotential V_S, bereitstellt. In einem einfachen Beispiel kann die Ausleseschaltung im Wesentlichen mittels eines Pull-up-Widerstands gebildet werden. Jedoch kann – wie bereits mit Bezug auf das Beispiel aus 4 erwähnt – abhängig von der tatsächlichen Anwendung eine komplexere Schaltung verwendet werden. Die Kontaktregionen 21, 22 (siehe nachfolgende 7) werden durch einen Schaltungsknoten repräsentiert, welcher direkt mit der p-Wanne 2 verbunden ist, die durch das die Laser-Fuses 430 einschließende strichpunktierte Rechteck in dem Schaltplan in 6 repräsentiert wird. Dieser Schaltungsknoten (d.h. die Kontaktregionen 21, 22) ist über einen widerstandsbehafteten Strompfad, der durch den Widerstand R₁ repräsentiert wird, mit einem ersten Anschluss der Laser-Fuse 430 und über einen widerstandsbehafteten Strompfad, der durch den Widerstand R₂ repräsentiert wird, mit einem zweiten Anschluss der Laser-Fuse 430 gekoppelt. Des Weiteren kann der Schaltungsknoten, der die Kontaktregionen 21, 22 der p-Wanne 2 repräsentiert, über einen anderen widerstandsbehafteten Strompfad, der durch den Widerstand R_S repräsentiert wird, mit dem Substrat gekoppelt sein. Im Idealfall ist die Laser-Fuse 430 von der darunterliegenden p-Wanne isoliert und folglich sind die Widerstände R₁ und R₂ vergleichsweise (theoretisch unendlich) hoch. Analog zu dem vorhergehenden Beispiel aus 4 ist die p-dotierte Wanne nicht mit dem n-dotierten Substrat 1 kurzgeschlossen, sondern derart vorgespannt, dass der pn-Übergang zwischen Substrat 1 und p-dotirter Wanne 2 (p-Wanne) eine pn-Sperrschichtisolation bildet (d.h. der pn-Übergang ist in Sperrrichtung vorgespannt). In diesem Fall ist das Substrat 1 von der p-Wanne 2 isoliert und der Widerstand R_S ist ebenso vergleichsweise (theoretisch unendlich) hoch. In dem Beispiel aus 6 wird das Potential in der p-Wanne 2 mit V_WELL bezeichnet (Wannenpotential).
Das Beispiel aus 7 korrespondiert mit dem Schaltplan in 6. Anders als bei den vorhergehenden Beispielen aus 1 und 5 ist die p-Wanne 2 zwischen zwei Trenches (Gräben) 24 und 25 angeordnet, und folglich begrenzen die Trenches 24 und 25 die p-Wanne 2 in lateraler (horizontaler) Richtung. Des Weiteren wird der Halbleiterkörper nicht nur durch das Substrat 1 gebildet, sondern beinhaltet auch eine auf dem Substrat 1 (z.B. auf einem Siliziumwafer) aufgewachsene Epitaxieschicht 1‘. Es sei jedoch angemerkt, dass der Begriff „Substrat“ als Synonym für „Halbleiterkörper“ verwendet werden kann, der sowohl das Substrat 1 (Wafer) als auch die Epitaxieschicht 1‘ einschließt. In dem Beispiel aus 7 ist die Laser-Fuse 430 in der zweiten Verdrahtungsschicht 42 implementiert, welche eine Metallschicht ist. Die darunterliegende erste Verdrahtungsschicht kann aus polykristallinem Silizium (Polysilizium) bestehen. Die p-Wanne 2 ist über die Kontaktregion 21 und/oder 22 und über die Vias 421 und/oder 242 elektrisch mit der Leckagedetektionsschaltung 51 verbunden. Die Laser-Fuse kontaktiert die erste Verdrahtungsschicht 41 durch die Isolationsschicht 32 hindurch. Ein erstes Ende der Laser-Fuse 430 ist mit der Ausleseschaltung 50 (über den Teil 410 der Verdrahtungsschicht 41) verbunden, während ein zweites Ende der Laser-Fuse 430 durch das Via 420 in der zweiten Verdrahtungsschicht 42 mit Versorgungspotential verbunden ist (siehe auch Schaltplan aus 6).
8 und 9 illustrieren anhand eines Strom-Spannungs-Diagramms die Funktionen der Leckagedetektionsschaltung 51 sowie der Biasing-Schaltung. Die Biasing-Schaltung kann auch als Teil der Leckagedetektionsschaltung betrachtet werden. Das Diagramm in 8 passt zu der exemplarischen Ausführungsform aus 4, in dem die Biasing-Schaltung als Stromquelle Q_BIAS implementiert ist, welche zwischen die Wannenregion 2 und einen Schaltungsknoten gekoppelt ist, der auf Versorgungspotential V_S liegt. Die Wannenregion 2 kann z.B. zumindest über eine der Kontaktregionen 21 und 22 kontaktiert werden. Der Strom, der von der Biasing-Schaltung (Stromquelle Q_BIAS) bereitgestellt wird fließt durch die Widerstände R₁, R₂ und R_S, welche effektiv parallel geschaltet sind. Der effektive Widerstand wird in 8 mit R_EFF bezeichnet und berechnet sich aus R_EFF = (R₁ ^–1 + R₂ ^–1 + R_S ^–1)^–1. Der Spannungsabfall über der Stromquelle Q_BIAS beträgt V_S – V_WELL (Versorgungsspannung abzüglich Wannenspannung), und folglich ist der von der Stromquelle Q_BIAS bereitgestellte Bias-Strom i_WELL im Wesentlichen konstant für Wannenspannungen V_WELL unterhalb der Versorgungsspannung V_S und fällt auf null für Wannenspannungen nahe der Versorgungsspannung V_S. Die Kennlinie der Stromquelle Q_BIAS ist in 8 als horizontale Linie (horizontaler Ast) dargestellt, die abrupt (beinah vertikal) auf null abfällt (vertikaler Ast), wenn die Wannenspannung V_WELL nahe an der Versorgungsspannung V_S ist. Die Kennlinie des effektiven Widerstandes R_EFF ist eine gerade Line, welche durch den Ursprung (Nullpunkt) des Diagramms verläuft.
Wenn die Laser-Fuse (siehe z.B. Fuse 430 in 1) ordnungsgemäß aufgeschmolzen wurde, wird der effektive Widerstand R_EFF vergleichsweise hoch, im Bereich von einigen Megaohm (MΩ), sein. In diesem Fall ist die Steigung der Kennlinie des Widerstandes R_EFF klein (durchgezogenen gerade Linie in 8), und die die Kennlinie des Widerstandes R_EFF schneidet den vertikalen Ast der Kennlinie der Stromquelle Q_BIAS bei einer Wannenspannung V₁, die ungefähr V_S ist (V₁ ≈ V_S). Der Schnittpunkt definiert den Arbeitspunkt der Biasing-Schaltung. Wenn die Laser-Fuse (siehe z.B. Fuse 430 in 1) nicht ordnungsgemäß aufgeschmolzen wurde, wird der effektive Widerstand R_EFF vergleichsweise klein, z.B. im Hundert-Kiloohm-Bereich (z.B. 100 kΩ), sein. In diesem Fall ist die Steigung der Kennlinie des Widerstandes R_EFF hoch (gestrichelte Linie in 8), und die Kennlinie des Widerstandes R_EFF schneidet den horizontalen Ast der Kennlinie der Stromquelle Q_BIAS bei einer Wannenspannung V₂, die signifikant kleiner als die Versorgungsspannung V_S ist (V₂ << V_S). Wie man in 8 erkennen kann, lässt sich eine nicht ordnungsgemäß aufgeschmolzene Laser-Fuse mittels eines Komparators, der die Wannenspannungen V₁ und V₂ in den zwei verschiedenen Arbeitspunkten der Biasing-Schaltung unterscheiden kann, leicht detektieren. Das heißt, in einer exemplarische Ausführungsform beinhaltet die Leckagedetektionsschaltung 51 einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, die Wannenspannung V_WELL mit einer Komparatorschwellenspannung V_C zu vergleichen, die zwischen den beiden Arbeitspunkten liegt, d.h. V₂ < V_C < V₁. Wenn die Leckagedetektionsschaltung V_WELL < V_C detektiert, kann einer Steuer- oder Testschaltung (nicht dargestellt) eine defekte Fuse signalisiert werden.
9 illustriert ein weiteres Beispiel, welches dem vorhergehenden Beispiel aus 8 sehr ähnlich ist. 9 bezieht sich jedoch auf eine Situation, in der die Biasing-Schaltung einen Widerstand R_BIAS statt der Stromquelle Q_BIAS enthält. In diesem Fall ist die Kennlinie der Biasing-Schaltung nicht – wie in 8 dargestellt – aus einem horizontalen Ast und einem vertikalen Ast zusammengesetzt, sondern die Kennlinie ist eine gerade Linie mit negativer Steigung und schneidet die Abszisse bei V_WELL = V_S. Die Steigung hängt vom Widerstandswert des Widerstandes R_BIAS ab und entspricht –R_BIAS–1. Analog zu dem vorherigen Beispiel hängt der Arbeitspunkt der Biasing-Schaltung vom Wert des effektiven Widerstandes R_EFF ab. Wenn der effektive Widerstand R_EFF hoch ist (ordnungsgemäß aufgeschmolzene Fuse), dann ist der Arbeitspunkt bei einer vergleichsweise hohen Wannenspannung V_WELL = V₁, und wenn der effektive Widerstand R_EFF gering ist (nicht ordnungsgemäß aufgeschmolzene Fuse), dann ist der Arbeitspunkt bei einer vergleichsweise niedrigen Wannenspannung V_WELL = V₂. Die möglichen Werte V₁ und V₂ der Wannenspannung V_WELL können in der gleichen Weise unterschieden werden wie oben unter Bezugnahme auf 8 erläutert, d.h. indem in der Leckagedetektionsschaltung 51 ein Komparator verwendet wird. Ein geeigneter Komparatorschwellenwert erfüllt wie im vorherigen Beispiel die Ungleichung V₂ < V_C < V₁.
Es sei angemerkt, dass – obwohl zwei einfache Implementierungen gezeigt wurden – auch andere Implementierungen der Biasing Schaltung und der Leckagedetektionsschaltung realisierbar sein können. Komplexere Biasing-Schaltungen können andere Kennlinien aufweisen als die in 8 und 9 gezeigten. Abhängig von der tatsächlichen Implementierung der Biasing-Schaltung kann der in der Leckagedetektionsschaltung verwendete Komparator mehr als einen Schwellenwert aufweisen, um defekte Fuses von ordnungsgemäß aufgeschmolzenen Fuses zu unterscheiden. Des Weiteren sei angemerkt, dass sich 8 und 9 auf das in 4 gezeigte Beispiel beziehen, in dem das Substrat 1 und ein Ende der Fuse 430 auf Massepotential liegen, wobei die Biasing-Schaltung zwischen die Wanne 2 und Versorgungspotential V_S gekoppelt ist. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass der in 6 dargestellte komplementäre Fall in analoger Weise (mit umgekehrten Spannungspegeln) implementiert werden kann.
10 zeigt eine exemplarische Implementierung der in 4 gezeigten Leckagedetektionsschaltung 51. Anders als in dem Beispiel aus 4 beinhaltet die Leckagedetektionsschaltung den Widerstand R_BIAS statt der Stromquelle Q_BIAS. Unabhängig von der Implementierung der Biasing-Schaltung (Widerstand oder Stromquelle) kann die Leckagedetektionsschaltung 51 jedoch eine Komparatorschaltung aufweisen, die mit der Wannenregion 2 gekoppelt und dazu ausgebildet ist, die Wannenspannung V_WELL mit einem Schwellenwert V_C zu vergleichen, wie dies oben mit Bezugnahme auf die 8 und 9 bereits erläutert wurde. Statt eines Komparators kann auch ein Inverter verwendet werden. Üblicherweise hat ein Inverter zwei Schwellenwerte zwischen Masse und Versorgungspotential. Die beiden Schwellenwerte definieren eine Hysterese, um undefinierte Zwischenzustände zu vermeiden.
Die Auslegung der Stromquelle Q_BIAS oder des Bias-Widerstandes R_BIAS wird üblicherweise stark von der tatsächlichen Implementierung der Schaltung und der für die Herstellung der integrierten Schaltungen verwendeten Technologie abhängen. Realistische Werte für den Bias-Strom (Wannenstrom) i_WELL liegen im Bereich von 0.1 µA und 100 µA. Im Falle eines Bias-Widerstandes kann der verwendete Widerstandswert im Bereich von 150 kΩ und 30 MΩ liegen. Der effektive Widerstand R_EFF der Leck-Widerstände R₁, R₂, R₃ kann für defekte Fuses zwischen 50 kΩ und 10 MΩ liegen. Es sei jedoch angemerkt, dass abhängig von der tatsächlichen Implementierung auch andere Werte verwendet werden können.
Während verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, wird es für Fachleute augenscheinlich, dass viele weitere Ausführungsbeispiele innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung möglich sind. Demnach soll die Erfindung beschränkt werden außer im Lichte der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente. Hinsichtlich der verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen, usw.) ausgeführt werden, sollen – sofern nicht s anderes angegeben ist – die Bezeichnungen (einschließlich des Bezugs auf ein „Mittel“), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, auch jeder anderen Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (d.h. die funktional gleichwertig ist), auch wenn sie der offenbarten Struktur, die in den hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung die Funktion ausführt, nicht strukturell gleichwertig ist.

Claims

Eine Halbleiterkomponente, die aufweist: einen Halbleiterkörper, der zumindest teilweise mit Dotierstoffen eines ersten Dotierstofftyps dotiert ist; eine Wannenregion, die in dem Halbleiterkörper eingebettet ist, wobei die Wannenregion ist mit Dotierstoffen eines zweiten Dotierstofftyps dotiert ist; eine Laser-Fuse, die in einer ersten Verdrahtungsschicht gebildet ist, welche über der Wannenregion auf dem Halbleiterkörper angeordnet und von der Wannenregion elektrisch isoliert ist; und eine Leckagedetektionsschaltung, die elektrisch mit der Wannenregion gekoppelt und dazu ausgebildet ist, basierend auf dem elektrischen Potential der Wannenregion Leckströme zwischen zumindest einem der Folgenden zu detektieren: der Wannenregion und der Laser-Fuse, und der Wannenregion und dem Halbleiterkörper.
Die Halbleiterkomponente gemäß Anspruch 1, die weiter aufweist: eine mit der Wannenregion gekoppelte Biasing-Schaltung, die dazu ausgebildet ist, die Wannenregion so vorzuspannen, das der Halbleiterkörper und die darin eingebettete Wannenregion eine pn-Sperrschichtisolation bilden.
Die Halbleiterkomponente gemäß Anspruch 2, wobei die Biasing-Schaltung eine Stromquelle beinhaltet, die elektrisch mit der Wannenregion verbunden ist.
Die Halbleiterkomponente gemäß Anspruch 2, wobei die Biasing-Schaltung einen Widerstand aufweist, der elektrisch mit der Wannenregion verbunden ist.
Die Halbleiterkomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiter aufweist: zumindest zwei Trenches, die sich vertikal in den Halbleiterkörper hinein erstrecken und lateral die Wannenregion begrenzen.
Die Halbleiterkomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wannenregion zumindest eine Wannenkontaktregion aufweist, die mit Dotierstoffen des zweiten Dotierstofftyps jedoch mit höherer Dotierstoffkonzentration als die Wannenregion dotiert ist.
Die Halbleiterkomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Halbleiterkörper entweder mit einem ersten Versorgungspotential oder mit einem zweiten Versorgungspotential, das höher ist als das erste Versorgungspotential, verbunden ist.
Die Halbleiterkomponente gemäß Anspruch 7, wobei die Dotierstoffe des ersten Dotierstofftyps Dotierstoffe vom p-Typ sind und das Versorgungspotential, mit dem der Halbleiterkörper verbunden ist, das erste Versorgungspotential ist.
Die Halbleiterkomponente gemäß Anspruch 7, wobei die Dotierstoffe des ersten Dotierstofftyps Dotierstoffe vom n-Typ sind und das Versorgungspotential, mit dem der Halbleiterkörper verbunden ist, das zweite Versorgungspotential ist.
Die Halbleiterkomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Leckagedetektionsschaltung einen Komparator beinhaltet, der dazu ausgebildet ist, einen in der Wannenregion vorhandenen Spannungspegel mit zumindest einem Schwellenwert zu vergleichen; ein Ausgangssignal des Komparators ist ein Indikator für den Leckstrom.
Die Halbleiterkomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zumindest eine Laser-Fuse in der ersten Verdrahtungsschicht gebildet und von der Wannenregion isoliert ist.
Verfahren zum Testen von Laser-Fuses, die in einer auf einem Halbleiterkörper angeordneten ersten Verdrahtungsschicht ausgebildet sind; das Verfahren umfasst nach dem Aufschmelzen von zumindest einer der Laser-Fuses: Detektieren – basierend auf dem elektrischen Potential einer in dem Halbleiterkörper unterhalb der Laser-Fuse eingebetteten Wannenregion – von Leckströmen zwischen zumindest einem der Folgenden: der Wannenregion und der Laser-Fuse, und der Wannenregion und dem Halbleiterkörper.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Detektieren von Leckströmen umfasst: Vergleichen eines in der Wannenregion vorhandenen Spannungspegels mit zumindest einem Schwellenwert.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Detektieren von Leckströmen umfasst: Vorspannen der Wannenregion; Vergleichen des Spannungspegels in der Wannenregion mit zumindest einem Schwellenwert.