DE102021104925A1

DE102021104925A1 - System zum detektieren und überwachen eines risses für einen integrierten schaltkreis

Info

Publication number: DE102021104925A1
Application number: DE102021104925.3A
Authority: DE
Inventors: Nicholas A. Polomoff; Dirk Breuer; Eric D. Hunt-Schroeder; Bernhard J. Wunder; Dewei Xu
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-10-07
Also published as: TWI787743B; CN113497004A; US11105846B1; TW202145395A

Abstract

Ausführungsformen der Offenbarung stellen ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses (130) in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC) (102) bereit, umfassend: wenigstens eine elektrisch leitende Umfangslinie (perimeter line; PLINE) (120, 122, 124), die sich um eine Schutzstruktur (112, 114), die in einer inaktiven Region (108) des IC (102) gebildet ist, erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei eine aktive Region (106) des IC (102) innerhalb der Schutzstruktur (112, 114) umschlossen ist; einen Schaltkreis (126) zum Abtasten einer Änderung einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE (120, 122, 124)), wobei die Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses (130) in der inaktiven Region (108) des IC (102) hinweist; und eine Verbindungsstruktur zum elektrischen Koppeln jeder PLINE mit dem Abtastschaltkreis.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft integrierte Schaltkreise und insbesondere ein System zum Detektieren und Überwachen des Wachstums von Rissen in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC).
Prozesse, wie etwa das Dicing von Wafern, können zur Bildung und Ausbreitung von Rissen in einem IC führen. Derartige Risse bilden sich oft an Schnittstellen zwischen dielektrischen Materialien und Metalllinien/Kontakten in dem IC.
ICs sind oft rauen, feindlichen und beanspruchenden Umgebungen (z.B. Automobil, Luftfahrt, Militär etc.) ausgesetzt. Schwankungen von Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur, Feuchtigkeit und barometrischen Änderungen) können langsame Risswachstumsmechanismen bei entstehenden und ruhenden Rissen (z.B. während des Dicings eines Wafers gebildeten Rissen) in den ICs verschlimmern und aktivieren. Eine kontinuierliche Schwankung der Umgebungsbedingungen kann die Größe von entstehenden und ruhenden Rissen mit der Zeit steigern, was potentiell zu einem IC-Versagen führt.
Rissunterbrecher (z.B. eine zwischenverbundene Struktur von Metalllinien und Durchkontaktierungen) sind gefertigt und eingesetzt worden, um zu verhindern, dass sich Risse in eine aktive Region eines IC ausbreiten. Derartige Rissunterbrecher sind im Allgemeinen um den Umfang des IC gebildet und umgeben den inneren Kern (aktiven Bereich) des IC.
Obwohl sie effektiv sind, kann es sein, dass Rissunterbrecher nicht immer in der Lage sind, zu verhindern, dass sich ein Riss in die aktive Region eines IC ausbreitet. Insofern sind Strukturen zum Detektieren eines Risses, die in der aktiven Region eines IC innerhalb des Rissunterbrechers platziert sind, entwickelt worden, um das Vorhandensein eines Risses zu detektieren, der sich über den Rissunterbrecher hinaus in die aktive Region der IC-Chips ausgebreitet hat. Jedoch sind derartige Strukturen zum Detektieren eines Risses inhärent fehlerbehaftet, da sie dazu ausgelegt sind, einen Riss zu detektieren, nachdem es zu spät ist und der Riss bereits die aktive Region der IC-Chips erreicht hat.
KURZABRISS
Ein Aspekt der Offenbarung ist auf ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC) gerichtet, umfassend: wenigstens eine elektrisch leitende Umfangslinie (perimeter line; PLINE), die sich um eine Schutzstruktur, die in einer inaktiven Region des IC gebildet ist, erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei eine aktive Region des IC innerhalb der Schutzstruktur umschlossen ist; einen Schaltkreis zum Abtasten einer Änderung einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei die Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses in der inaktiven Region des IC hinweist; und eine Verbindungsstruktur zum elektrischen Koppeln jeder PLINE mit dem Abtastschaltkreis.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist auf ein Verfahren zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC) gerichtet, umfassend: Bilden wenigstens einer elektrisch leitenden Umfangslinie (perimeter line; PLINE) um eine Schutzstruktur, die in einer inaktiven Region des IC gebildet ist, wobei eine aktive Region des IC innerhalb der Schutzstruktur umschlossen ist; Überwachen einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei eine Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses in der inaktiven Region des IC hinweist; und Bereitstellen eines Frühwarnalarms in Ansprechung auf die abgetastete Änderung der elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei der Frühwarnalarm bereitgestellt wird, bevor der Riss sich in der aktiven Region des IC ausgebreitet hat.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist auf ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC) gerichtet, umfassend: wenigstens eine elektrisch leitende Umfangslinie (perimeter line; PLINE), die sich um eine Schutzstruktur, die in einer inaktiven Region des IC gebildet ist, erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei eine aktive Region des IC innerhalb der Schutzstruktur umschlossen ist; einen Schaltkreis zum Abtasten einer Änderung einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei die Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses in der inaktiven Region des IC hinweist; und eine Verbindungsstruktur zum elektrischen Koppeln jeder PLINE mit dem Abtastschaltkreis, wobei die Verbindungsstruktur ferner wenigstens eines umfasst von: einem Metall-Überbrückungs(Straddling)-Verbinder, der sich über die Schutzstruktur des IC erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist; und einem dotierten Halbleiter-Tunnel(Tunneling)-Verbinder, der sich unter der Schutzstruktur des IC erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist.
Die vorstehenden und andere Merkmale der Offenbarung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung offensichtlich.
Figurenliste
Die Ausführungsformen dieser Offenbarung werden im Einzelnen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.

1 zeigt eine Draufsicht eines integrierten Schaltkreises (integrated circuit; IC) umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen.
2 zeigt eine Querschnittsansicht des IC von 1 gesehen entlang Linie A - A gemäß Ausführungsformen.
3 zeigt eine Draufsicht eines IC umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen, wobei das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses Umfangslinien (perimeter lines; PLINEs) und Überbrückungs(Straddling)-Verbindungen umfasst.
4 zeigt eine vergrößerte teilweise Draufsicht des IC von 3 gemäß Ausführungsformen.
5 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht einer PLINE in dem IC von 3 gemäß Ausführungsformen.
6 zeigt eine Draufsicht eines IC umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen, wobei das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses PLINEs und Tunnel(Tunneling)-Verbindungen umfasst.
7 zeigt eine vergrößerte, teilweise Draufsicht des IC von 6 gemäß Ausführungsformen.
8 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht einer PLINE in dem IC von 6 gemäß Ausführungsformen.
9 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des IC von 6 gesehen entlang Linie B - B gemäß Ausführungsformen.
10 zeigt eine Querschnittsansicht einer PLINE zum Lenken und Einfangen eines sich ausbreitenden Risses gemäß Ausführungsformen.
11A, 11B und 11C zeigen ein Beispiel für die Funktion zum Lenken und Einfangen eines Risses der PLINE von 10 gemäß Ausführungsformen.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Detektieren und Überwachen von Rissen in einem IC gemäß Ausführungsformen.
13 zeigt eine Draufsicht eines IC umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses gemäß anderen Ausführungsformen.
14 zeigt einen Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen gemäß Ausführungsformen.
15 zeigt einen Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen gemäß zusätzlichen Ausführungsformen.

Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Offenbarung darstellen und sollten deshalb nicht als den Umfang der Offenbarung beschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen repräsentiert die gleiche Nummerierung gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil von dieser bilden, und in denen zur Veranschaulichung spezifische exemplarische Ausführungsformen abgebildet sind, in denen die vorliegenden Lehren praktiziert werden können. Diese Ausführungsformen sind in ausreichendem Detail beschrieben, um es den Fachleuten zu ermöglichen, die vorliegenden Lehren zu praktizieren, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass Änderungen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist daher lediglich veranschaulichend.
1 zeigt eine Draufsicht eines integrierten Schaltkreises (integrated circuit; IC) 102 umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 zum Detektieren und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen. Der Schaltkreis 102 ist auf einem Halbleitersubstrat 104 (z.B. einem Silizium-Wafer) gebildet und umfasst einen inneren Kern (nachstehend aktive Region 106), der durch eine inaktive Region 108 umgeben und von ihr durch einen Schutzring 110 isoliert ist, und wenigstens einen Rissunterbrecher 112, 114. Die aktive Region 106 umfasst typischerweise eine Vielzahl von aktiven und passiven Komponenten (z.B. Transistoren, Widerstände etc.). Der Schutzring 110 und die Rissunterbrecher 112, 114 stellen umgebungsmäßigen, elektrischen (z.B. stellt der Schutzring elektrische Masse bereit) und/oder mechanischen Schutz für die aktive Region 106 des IC 102 bereit. Beispielsweise kann der Rissunterbrecher 112, 114 dazu eingesetzt werden, Risse daran zu hindern, sich von der inaktiven Region 108 des IC 102 in die aktive Region 106 des IC 102 auszubreiten. Der Schutzring 110 und die Rissunterbrecher 112, 114 können von herkömmlicher Art sein und können unter Verwendung jeglicher jetzt bekannter oder später entwickelter Prozesse/Technologien bereitgestellt sein.
Gemäß Ausführungsformen ist das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 dazu konfiguriert, das Wachstum von einem oder mehreren Rissen in der inaktiven Region 108 des IC 102 zu detektieren und zu überwachen - bevor sich irgendwelche Risse in die aktive Region 106 des IC 102 ausbreiten. Im Allgemeinen kann, wie in 1 abgebildet, das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 wenigstens eine elektrisch leitende Umfangslinie (perimeter line; PLINE) umfassen, die in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet ist. Beispielsweise kann eine erste PLINE 120, zweite PLINE 122 und dritte PLINE 124 in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein. Bei diesem Beispiel kann, wie in 1 gezeigt, die erste PLINE 120 um einen äußeren Umfang des Schutzrings 110, zwischen dem Schutzring 110 und dem Rissunterbrecher 112, gebildet sein. Die zweite PLINE 122 kann um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 112, zwischen dem Rissunterbrecher 112 und dem Rissunterbrecher 114, gebildet sein. Die dritte PLINE 124 kann um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 114 gebildet sein. Obwohl bei dieser Ausführungsform drei PLINEs 120, 122, 124 verwendet werden, sollte klar sein, dass das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 eine größere oder kleinere Anzahl an PLINEs (z.B. eine oder mehrere) umfassen kann. Zusätzlich können PLINEs an anderen Orten in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein, und/oder eine Vielzahl von PLINEs kann aneinander angrenzend in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein. Verschiedene andere Ausführungsformen, die derartige Platzierungen von PLINEs abbilden, sind hierin beschrieben.
Jede PLINE 120, 122, 124 ist unabhängig mit einem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt. Die Funktionalität des Schaltkreises zur Detektion und zum Überwachen 126 bei dieser Ausführungsform und anderen Ausführungsformen kann durch den Schaltkreis 102, wie gezeigt, oder über einen externen Schaltkreis (nicht gezeigt), bereitgestellt werden. Gemäß Ausführungsformen können Verbindungen über und/oder unter einem oder mehreren des Schutzrings 110, Rissunterbrechers 112 und Rissunterbrechers 114 bereitgestellt werden, um PLINEs 120, 122, 124 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 zu koppeln. Insofern wird, abhängig von Ausführungsformen, die Integrität des Schutzrings 110, Rissunterbrechers 112 und Rissunterbrechers 114 durch die Verbindungen nicht beeinträchtigt oder wird minimal beeinträchtigt (z.B. werden in dem oder durch den Schutzring 110, Rissunterbrecher 112 oder Rissunterbrecher 114 keine Löcher gebildet).
Der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 ist dazu konfiguriert, eine Änderung einer elektrischen Eigenschaft (z.B. eines Widerstands) jeder unabhängigen PLINE 120, 122, 124 abzutasten, wobei die Änderung der elektrischen Eigenschaft auf das Vorhandensein eines Risses an einer PLINE 120, 122, 124 hinweist. Der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 kann auch dazu konfiguriert sein, das Fortschreiten eines detektierten Risses durch die inaktive Region 108 des IC 102 zu überwachen und einen Endnutzer über einen Status oder ein Bedrohungslevel des detektierten Risses (z.B. einen bevorstehenden Rissdurchbruch in die aktive Region 106 des IC 102) zu alarmieren. Beispielsweise kann, falls sich ein Riss 130 (der z.B. beim Dicing des Silizium-Wafers umfassend den Schaltkreis 102 gebildet wurde) zu der PLINE 124 ausbreitet, und einen Durchbruch in diese/durch diese bildet, der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Anstieg (z.B. um Größenordnungen) des Widerstands der PLINE 124 (z.B. aufgrund des Vorhandenseins eines offenen Schaltkreises in der PLINE 124) detektieren. Insofern kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Endnutzer informieren, dass ein Rissdurchbruch in/durch die PLINE 124 stattgefunden hat und in Alarmbereitschaft zu sein. Falls sich der Riss 130 weiterhin durch die inaktive Region 108 des IC 102 über den Rissunterbrecher hinaus 114 ausbreitet und einen Durchbruch in/durch die PLINE 122 bildet, kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Anstieg des Widerstands der PLINE 122 detektieren und kann einen Endnutzer informieren, dass das Wachstum des Risses 130 sich fortsetzt. Zusätzlich kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 den Endnutzer informieren, dass der Schaltkreis 102 in einem ungefähren Zeitraum (z.B. 12 Monate) ersetzt werden sollte, um ein Versagen des IC 102 zu vermeiden. Falls der Riss 130 sich durch und über den Rissunterbrecher hinaus 112 und in/durch die PLINE 120 ausbreitet, kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Anstieg des Widerstands der PLINE 120 detektieren und kann den Endnutzer informieren, dass ein Versagen des IC 102 bevorsteht und dass der Schaltkreis 102 sofort ersetzt werden sollte.
Wie oben beschrieben, und in 1 gezeigt, kann das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 dazu konfiguriert sein, um frühe, zwischenzeitliche und letzte Warnungen eines bevorstehenden Rissdurchbruchs in die aktive Region 106 des IC 102 bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses dazu konfiguriert sein, Alterungsinformationen bereitzustellen. Beispielsweise kann das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 derart kalibriert sein, dass eine ungefähre Zeit bis zu einem Versagen eines IC 102 bestimmt werden kann. Beispielsweise kann in einer stabilen Betriebsumgebung die Wachstumsrate eines Risses in einem Test-IC 102 bestimmt/geschätzt werden (z.B. X Mikrometer pro Jahr). Basierend auf der Wachstumsrate können die PLINEs 120, 122. 124 in spezifischen Abständen von der aktiven Region 106 des IC 102 beabstandet sein, wobei Abstände verschiedenen verbleibenden Betriebslebenszeiten des IC 102 entsprechen. Wenn sich ein Riss in/durch eine gegebene PLINE ausbreitet, kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Endnutzer alarmieren, dass ein Riss jene PLINE erreicht hat und dass, falls die Bedingungen stabil bleiben, der Riss einen anderen Ort auf dem Schaltkreis 102 (z.B. die aktive Region 106 des IC 102) in einem gewissen Zeitraum erreichen kann. Ein derartiger Alarm kann beispielsweise umfassen: „Ein Riss hat PLINE A erreicht, wobei er sich B Mikrometer von der aktiven Region des Chips befindet. Falls die Bedingungen stabil bleiben, kann der Riss den aktiven Bereich des IC in ungefähr 16 Monaten erreichen. Um ein Versagen zu vermeiden, ersetzen Sie den Schaltkreis innerhalb von 12 Monaten.“
2 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des IC 102 von 1, gesehen entlang Linie A - A gemäß Ausführungsformen. Wie gezeigt, können die Rissunterbrecher 112, 114 unter Verwendung einer Vielzahl von Schichten von Metallsegmenten 140 gebildet sein, die durch eine Vielzahl von Metall-Interconnects 142 (z.B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungsstäben etc.) zwischenverbunden und in einem dielektrischen Material 144 eingebettet sind. Die Metallsegmente 140 können in Metallisierungsschichten M1, M2, ..., Mn des IC 102 (z.B. Back-End-of-Line(BEOL)-Metallisierungsschichten) gebildet sein. Die Rissunterbrecher 112, 114 können eine ähnliche Konfiguration wie in 2 abgebildet aufweisen und können verschiedene Konfigurationen von Metallsegmenten 140 und/oder Metall-Interconnects 142 umfassen (z.B. können die Anzahlen, Formen, Zwischenräume, Abmessungen etc. der Metallsegmente 140 und Metall-Interconnects 142 zwischen den Rissunterbrechern 112, 114 variieren).
Jede PLINE 120, 122, 124 kann eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten 150 umfassen, die durch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Metall-Interconnects 152 (z.B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungsstäben etc.) zwischenverbunden und in einem dielektrischen Material 144 eingebettet sind. PLINEs 120, 122, 124 (und andere hierin offenbarte PLINES) können während der gleichen Prozessierungsschritte wie die Rissunterbrecher 112, 114 gebildet werden und können aus irgendeinem geeigneten Metall, beispielsweise umfassend Kupfer, Wolfram, Aluminium, Silber, Gold, andere Metalle oder Legierungen daraus, gebildet sein. Die Metallsegmente 150 können auch in Metallisierungsschichten M1, M2, M3, ..., Mn des IC 102 gebildet sein. Wie bei den Rissunterbrechern 112, 114 können die PLINEs 120, 122, 124 eine ähnliche oder von den Metallsegmenten 150 und/oder Metall-Interconnects 152 verschiedene Konfiguration aufweisen (z.B. können die Anzahlen, Formen, Zwischenräume, Abmessungen etc. der Metallsegmente 150 und Metall-Interconnects 152 zwischen den PLINEs 120, 122, 124 variieren).
Gemäß Ausführungsformen können PLINEs mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 über Verbindungen gekoppelt sein, die sich über (z.B. Überbrückungs(Straddling)-Verbindungen) oder unter (z.B. Tunnel(Tunneling)-Verbindungen) einem oder mehreren des Schutzrings 110, Rissunterbrechers 112 und Rissunterbrechers 114 erstrecken. Beispielsweise ist ein IC 102 umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 200 mit elektrisch leitenden PLINEs 220, 222, 224 und elektrisch leitenden Überbrückungs(Straddling)-Metall-Verbindungen 230, 232, 234 gemäß Ausführungsformen in 3-5 dargestellt, auf die gleichzeitig Bezug genommen wird. 3 zeigt eine Draufsicht des IC 102. 4 zeigt eine teilweise, vergrößerte Draufsicht des IC von 3. 5 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht entlang einer Länge einer PLINE (z.B. PLINE 220 in 3). Obwohl bei dieser Ausführungsform drei PLINEs 220, 222, 224 verwendet werden, sollte klar sein, dass das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 200 eine größere oder kleinere Anzahl von PLINEs (z.B. eine oder mehrere) umfassen kann. Zusätzlich können PLINEs an anderen Orten in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein, und/oder können eine Vielzahl von PLINEs aneinander angrenzend in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein.
Ähnlich dem in 1 dargestellten System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100 ist das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 200 dazu konfiguriert, die Größe von einem oder mehreren Rissen 130 in der inaktiven Region 108 des IC 102 zu detektieren und zu überwachen, bevor sich irgendwelche Risse in die aktive Region 106 des IC 102 ausbreiten. Im Allgemeinen kann das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 200 wenigstens eine PLINE umfassen, die in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet ist. Beispielsweise können, wie in 3 gezeigt, eine erste PLINE 220, eine zweite PLINE 222 und eine dritte PLINE 224 in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein und können durch jeweilige Überbrückungs(Straddling)-Verbindungen unabhängig mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen gekoppelt sein.
Die erste PLINE 220 kann um einen äußeren Umfang des Schutzrings 110, zwischen dem Schutzring 110 und dem Rissunterbrecher 112 gebildet sein. Die zweite PLINE 222 kann um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 112, zwischen dem Rissunterbrecher 112 und dem Rissunterbrecher 114, gebildet sein. Die dritte PLINE 224 kann um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 114 gebildet sein. Gegenüberliegende Enden 240 der ersten PLINE 220 können über Überbrückungs(Straddling)-Metall-Verbindungen 230 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein. Die Überbrückungs(Straddling)-MetallVerbindungen 230 können sich über dem Schutzring 110 erstrecken und können von diesem elektrisch isoliert sein. Gegenüberliegende Enden 242 der zweiten PLINE 222 können über Überbrückungs(Straddling)-Metall-Verbindungen 232 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein. Wie gezeigt, können sich die Überbrückungs(Straddling)-Metall-Verbindungen 232 über dem Rissunterbrecher 112, der PLINE 220 und dem Schutzring 110 erstrecken und können von diesen elektrisch isoliert sein. Gegenüberliegende Enden 244 der dritten PLINE 224 können über Überbrückungs(Straddling)-Metall-Verbindungen 234 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein. Die Überbrückungs(Straddling)-MetallVerbindungen 234 können sich über dem Rissunterbrecher 114, dem Rissunterbrecher 112, der PLINE 222, der PLINE 220 und dem Schutzring 110 erstrecken und können von diesen elektrisch isoliert sein. Die elektrische Isolierung kann beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Schichten eines dielektrischen Materials 144 und/oder dergleichen bereitgestellt sein.
Eine Querschnitttsansicht entlang eines Endabschnitts der PLINE 220 in 3 gemäß Ausführungsformen ist in 5 dargestellt. Die PLINEs 222 und 224 können jeweils eine ähnliche oder von der PLINE 220 verschiedene Konfiguration aufweisen. Wie gezeigt, kann die PLINE 220 eine Vielzahl von elektrisch leitenden Metallsektionen 250 umfassen, die durch eine alternierende Abfolge von unteren und oberen elektrisch leitenden Metallverbindern 252, 254 als Daisy-Chain miteinander verbunden (z.B. gestitcht) sein können. Die Metallverbinder 252, 254 können ähnliche oder verschiedene Längen aufweisen. Die Längen der Metallverbinder 252, 254 können die Rissdetektionsgenauigkeit der PLINE 220 beeinflussen. Beispielsweise kann eine größere Anzahl (z.B. höhere Dichte) von Metallsektionen 250 als Daisy-Chain miteinander verbunden sein, wenn kürzere Metallverbinder 252, 254 verwendet werden. Im Allgemeinen können die minimalen Längen der Metallverbinder 252, 254 den Prozessierungsregeln unterliegen, die verwendet werden, um den Schaltkreis 102 zu bilden. Beispielsweise können die Lithografie-Werkzeuge, die verwendet werden, um die Metallverbinder 252, 254 in jeweiligen Metallisierungsschichten des IC 102 zu fertigen, nur in der Lage sein, Metalllinien, die eine gewisse minimale Länge aufweisen, in einer speziellen dielektrischen Schicht zu erzeugen.
Gemäß Ausführungsformen können die unteren Metallverbinder 252 beispielsweise in einer unteren BEOL-Metallisierungsschicht des IC 102 (z.B. Metallisierungsschicht M1, wie gezeigt) gebildet sein. Die oberen Metallverbinder 254 können in einer oberen Metallisierungsschicht des IC 102 gebildet sein. Gemäß Ausführungsformen können die Längen der Metallverbinder 252, 254 (z.B. abhängig von Fertigungsbeschränkungen und/oder anderen Faktoren) beispielsweise im Bereich von einigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern sein. Wie in 5 gezeigt, kann ein Riss 130, der sich in/durch die PLINE 220 ausbreitet, einen Durchbruch in/durch eine oder mehrere der Metallsektionen 250 bilden, der (z.B. als Anstieg des Widerstands der PLINE 220) durch den Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 abgetastet werden kann.
Die Metallsektionen 250 können eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten 260 umfassen, die unter Verwendung einer Vielzahl von elektrisch leitenden Metall-Interconnects 262 (z.B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungsstäben etc.) zwischenverbunden und in einem dielektrischen Material 144 eingebettet sind. Die Metallsegmente 262 können in Metallisierungsschichten des IC 102 (z.B. Metallisierungsschichten M2-M5, wie gezeigt) gebildet sein. Einer oder mehrere Metall-Interconnects 262 können auch verwendet werden, um die Metallsektionen 250 mit jeweiligen unteren und oberen Metallverbindern 252, 254 zu koppeln. Der obere Metallverbinder 254, der sich an einem Ende 240 der PLINE 220 befindet, kann durch einen Metall-Interconnect 262 mit einer Überbrückungs(Straddling)-Metallverbindung 230 gekoppelt sein.
Wie oben beschrieben, können gemäß Ausführungsformen PLINEs mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 über Verbindungen gekoppelt sein, die sich über (z.B. Überbrückungs(Straddling)-Verbindungen) oder unter (Tunnel(Tunneling)-Verbindungen) einem oder mehreren des Schutzrings 110, Rissunterbrechers 112 und Rissunterbrechers 114 erstrecken. Ein IC 102 umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 300 umfassend Tunnel(Tunneling)-Verbindungen gemäß Ausführungsformen ist in 6-9 dargestellt, auf die gleichzeitig Bezug genommen wird. Beispielsweise zeigt 6 eine Draufsicht eines IC 102 umfassend eine Vielzahl von unabhängigen und elektrisch leitenden PLINEs 320, 322, 324 und elektrisch leitenden Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 330, 332, 334. 7 zeigt eine vergrößerte, teilweise Draufsicht des IC 102 von 6. 8 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht entlang einer Länge einer PLINE (z.B. PLINE 320) in 6. 9 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 300, gesehen entlang Linie B - B von 6. Obwohl bei dieser Ausführungsform drei PLINEs 320, 322, 324 verwendet werden, sollte klar sein, dass das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 300 eine größere oder kleinere Anzahl von PLINEs (z.B. eine oder mehrere) umfassen kann. Zusätzlich können PLINEs an anderen Orten in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein und/oder können eine Vielzahl von PLINEs aneinander angrenzend in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein.
Ähnlich den Systemen zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100, 200, die in 1 und 3 dargestellt sind, ist das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 300 dazu konfiguriert, das Wachstum von Rissen in der inaktiven Region 108 des IC 102 zu detektieren und zu überwachen, bevor sich irgendwelche Risse in die aktive Region 106 des IC 102 ausbreiten. Im Allgemeinen kann das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 300 wenigstens eine PLINE umfassen, die in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet ist. Beispielsweise können, wie in 6 gezeigt, eine erste PLINE 320, eine zweite PLINE 322 und eine dritte PLINE 324 in der inaktiven Region 108 des IC 102 gebildet sein.
Die erste PLINE 320 kann um einen äußeren Umfang des Schutzrings 110, zwischen dem Schutzring 110 und dem Rissunterbrecher 112, gebildet sein. Die zweite PLINE 322 kann um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 112, zwischen dem Rissunterbrecher 112 und dem Rissunterbrecher 114, gebildet sein. Die dritte PLINE 324 kann um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 114 gebildet sein.
Gegenüberliegende Enden 340 der ersten PLINE 320 können über elektrisch leitende Halbleiter-Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 330 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein. Die Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 330 können sich unter dem Schutzring 110 erstrecken und können von diesem elektrisch isoliert sein. Gegenüberliegende Enden 342 der zweiten PLINE 322 können über Halbleiter-Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 332 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein. Wie gezeigt, können sich die Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 332 unter dem Rissunterbrecher 112 und dem Schutzring 110 erstrecken und von diesen elektrisch isoliert sein. Gegenüberliegende Enden 344 der dritten PLINE 324 können über Halbleiter-Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 334 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein. Die Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 334 können sich unter dem Rissunterbrecher 114, dem Rissunterbrecher 112 und dem Schutzring 110 erstrecken und von diesen elektrisch isoliert sein. Gemäß Ausführungsformen können die Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 344 auch elektrisch isoliert von den PLINEs 320, 322 sein und können die Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 342 auch elektrisch isoliert von der PLINE 320 sein. Wie nachstehend beschrieben, können die Tunnel(Tunneling)-Verbindungen 340, 342, 344 unter Verwendung dotierter Regionen des Substrats 104 des IC 102 gebildet werden.
Eine Querschnitttsansicht entlang eines Endabschnitts der PLINE 320 von 6 gemäß Ausführungsformen ist in 8 dargestellt. Die PLINEs 322 und 324 können jeweils eine ähnliche oder von der PLINE 320 verschiedene Konfiguration aufweisen. Wie gezeigt, kann die PLINE 320 eine Vielzahl von elektrisch leitenden Metallsektionen 350 umfassen, die durch eine alternierende Abfolge von elektrisch leitenden unteren Metallverbindern 352 (nur einer gezeigt) und elektrisch leitenden oberen Metallverbindern 354 als Daisy-Chain miteinander verbunden sein können. Die Metallverbinder 352, 354 können ähnliche oder verschiedene Längen aufweisen. Die Längen der Metallverbinder 352, 354 können die Rissdetektionsgenauigkeit der PLINE 320 beeinflussen. Beispielsweise kann eine große Anzahl (z.B. höhere Dichte) von Metallsektionen 350 als Daisy-Chain miteinander verbunden sein, wenn kürzere Metallverbinder 352, 354 verwendet werden. Im Allgemeinen können die minimalen Längen der Metallverbinder 352, 354 den Prozessierungsregeln unterliegen, die verwendet werden, um den Schaltkreis 102 zu bilden. Beispielsweise können die Lithografie-Werkzeuge, die verwendet werden, um die Metallverbinder 352, 354 in jeweiligen Metallisierungsschichten des IC 102 zu fertigen, nur in der Lage sein, Metalllinien, die eine gewisse minimale Länge aufweisen, in einer speziellen dielektrischen Schicht herzustellen. Gemäß Ausführungsformen können die unteren Metallverbindern 352 beispielsweise in einer unteren BEOL-Metallisierungsschicht des IC 102 gebildet sein (z.B. Metallisierungsschicht M1, wie gezeigt). Die oberen Metallverbinder 354 können in einer oberen Metallisierungsschicht des IC 102 gebildet sein. Gemäß Ausführungsformen können die Längen der Metallverbinder 352, 354 (z.B. abhängig von Fertigungsbeschränkungen und/oder anderen Faktoren) beispielsweise im Bereich von einigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern sein.
Die Metallsektionen 350 können eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten 360 umfassen, die durch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Metall-Interconnects 362 (z.B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungsstäben etc.) zwischenverbunden und in einem dielektrischen Material 144 eingebettet sind. Die Metallsegmente 362 können in Metallisierungsschichten des IC 102 (z.B. BEOL-Metallisierungsschichten M1-M5, wie gezeigt) gebildet sein. Einer oder mehrere Metall-Interconnects 362 können auch verwendet werden, um angrenzende Metallsektionen 350 mit jeweiligen oberen Metallverbindern 352 zu koppeln. Das unterste Metallsegment 360 (z.B. Metallisierungsschicht M1) von wenigstens einer der Metallsektionen 350 kann mit einer dotierten Region 356 des Halbleitersubstrats 104 durch wenigstens einen Metall-Interconnect 362 und dotierten Halbleiter-Interconnect 364 gekoppelt sein.
Wie in 8 abgebildet, kann die dotierte Halbleiterregion 356 in einem dotierten Abschnitt 358 des Halbleitersubstrats 104 des IC 102 gebildet sein. Wenigstens ein dotierter Halbleiter-Interconnect 364 kann über der dotierten Halbleiterregion 356 gebildet sein, um eine Metallsektion 350, die sich an einem Ende 340 der PLINE 320 befindet, mit einer Tunnel(Tunneling)-Verbindung 330 zu koppeln, die, bei dieser Ausführungsform, durch einen dotierter Halbleiter-Well gebildet ist, der in dem dotierten Abschnitt 358 des Halbleitersubstrats 104 gebildet ist. Die Metallsektion 350 kann mit dem dotierten Halbleiter-Interconnect 364 unter Verwendung eines oder mehrerer Metall-Interconnects 362 gekoppelt sein. Das Dotieren der Halbleiterregion 356, des Halbleiter-Interconnects 364 und der Tunnel(Tunneling)-Verbindung 330 erlaubt den Durchgang eines elektrischen Signals beim Messen der elektrischen Eigenschaft (z.B. eines Widerstands) der PLINE 320. Die Halbleiterregion 356 und der Halbleiter-Interconnect 364 können n⁺-dotiert sein, wie in 8 gezeigt, oder in anderen Ausführungsformen p⁺-dotiert sein. Das Dotieren kann beispielsweise unter Verwendung einer Ionenimplantation oder irgendeines anderen geeigneten Prozesses bereitgestellt werden.
Beim Verwenden einer n⁺-dotierten Halbleiterregion 356 (mit einem n⁺-dotierten Halbleiter-Interconnect 364), wie in 8 abgebildet, kann die n⁺-dotierte Halbleiterregion 356 in einer p-dotierten Region 358 des Halbleitersubstrats 104 des IC 102 gebildet sein. Wie ferner in 8 dargestellt, kann bei diesem Dotierschema die n⁺-dotierte Halbleiterregion 356, die sich angrenzend an ein Ende 340 der PLINE 320 befindet, mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 über eine Tunnel(Tunneling)-Verbindung 330 gekoppelt sein, die unter Verwendung eines n-dotierten Halbleiter-Wells (n-dotierten Wells) gebildet ist, der in der p-dotierten Region 358 des Halbleitersubstrats 104 des IC 102 gebildet ist.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine p⁺-dotierte Halbleiterregion und ein p⁺-dotierter Halbleiter-Interconnect anstelle der n⁺-dotierten Halbleiterregion 356 und des n⁺-dotierten Halbleiter-Interconnects 364 verwendet werden. Die p⁺-dotierte Halbleiterregion kann in einer n⁺-dotierten Region des Halbleitersubstrats 104 des IC 102 gebildet sein. Zusätzlich kann die p⁺-dotierte Halbleiterregion, die sich angrenzend an das Ende 340 der PLINE 320 befindet, mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 über eine p-dotierte Halbleiter-Well-Tunnel(Tunneling)-Verbindung 330 gekoppelt sein, die in der n-dotierten Region des Substrats 104 des IC 102 gebildet ist.
9 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des IC 102 gesehen entlang Linie B - B von 6 gemäß Ausführungsformen. Wie gezeigt, kann eine n-dotierte Halbleiter-Well-Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332 (nachstehend n-dotierte Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332) in der p-dotierten Region 358 des Substrats 104 des IC 102 gebildet sein, um die n⁺-dotierte Halbleiterregion 356 angrenzend an ein Ende 342 der PLINE 322 mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 über eine I/O-Verbindung 370 zu koppeln. Die PLINE 322 kann mit der n⁺-dotierten Halbleiterregion 356 durch wenigstens einen n⁺-dotierten Halbleiter-Interconnect 364 gekoppelt sein. Wenigstens ein n⁺-dotierter Halbleiter-Interconnect 364 kann auch verwendet werden, um die n-dotierte Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332 mit der I/O-Verbindung 370 zu koppeln.
Der Rissunterbrecher 114 kann über der p-dotierten Region 358 des Halbleitersubstrats 104 positioniert sein. Der Rissunterbrecher 114 kann mit der p-dotierten Region 358 unter Verwendung wenigstens eines n⁺-dotierten Halbleiter-Interconnects 364 gekoppelt sein. Eine an die p-dotierte Region 358 angelegte Vorspannung kann verwendet werden, um den (die) pn-Übergang (Übergänge) umgekehrt vorzuspannen, der (die) zwischen der p-dotierten Region 358 und dem wenigstens einen n⁺-dotierten Halbleiter-Interconnect 364 gebildet ist (sind), um den Rissunterbrecher 114 von der p-dotierten Region 358 elektrisch zu isolieren.
Die n-dotierte Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332 erstreckt sich unter dem Rissunterbrecher 112 und dem Schutzring 110 und ist von diesen elektrisch isoliert. Der Rissunterbrecher 112 kann mit der n-dotierten Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332 unter Verwendung wenigstens eines p⁺-dotierten Halbleiter-Interconnects 366 gekoppelt sein. In ähnlicher Weise kann der Schutzring 110 mit der n-dotierten Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332 unter Verbindung wenigstens eines p⁺-dotierten Halbleiter-Interconnect 366 gekoppelt sein. Die umgekehrt vorgespannten pn-Übergänge, die zwischen dem (den) p⁺-dotierten Halbleiter-Interconnect(s) 366 und der n- dotierten Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332 gebildet sind, isolieren den Rissunterbrecher 112 und den Schutzring 110 elektrisch von der n-dotierten Tunnel(Tunneling)-Verbindung 332.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann jegliches der hierin beschriebenen Systeme zum Detektieren und Überwachen eines Risses beide Typen von Verbindungsstrukturen verwenden, um PLINEs elektrisch mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 zu verbinden. Beispielsweise kann eine erste PLINE in einem System zum Detektieren und Überwachen eines Risses unter Verwendung von Metall-Überbrückungs(Straddling)-Verbindern elektrisch mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 verbunden sein, kann eine zweite PLINE in demselben Rissdetektions- und Überwachungssystem unter Verwendung dotierter Halbleiter-Tunnel(Tunneling)-Verbinder elektrisch mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 gekoppelt sein, während eine dritte PLINE in demselben Rissdetektions- und Überwachungssystem unter Verwendung von sowohl Überbrückungs(Straddling)- als auch Tunnel(Tunneling)-Verbindern verbunden sein kann.
Jegliche/alle hierin beschriebenen PLINEs können dazu konfiguriert sein, einen Riss, der sich durch die inaktive Region 108 eines IC 102 ausbreitet, zu lenken und einzufangen. Beispielsweise ist in 10 eine Querschnittsansicht einer PLINE 400 gemäß Ausführungsformen zum Lenken und Einfangen eines Risses dargestellt. Wie gezeigt, umfasst die PLINE 400 eine erste und eine zweite elektrisch leitende zwischenverbundene Metallsektion 402, 404. Die Metallsektion 404 kann eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten 406 umfassen, die unter Verwendung einer Anordnung hoher Dichte von elektrisch leitenden Metall-Interconnects 408 (z.B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungsstäben etc.) zwischenverbunden und in einem dielektrischen Material 144 eingebettet sind. Die Metallsektion 402 kann auch eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten 406 umfassen, die unter Verwendung einer Anordnung hoher Dichte der Metall-Interconnects 408 zwischenverbunden und in einem dielektrischen Material 144 eingebettet sind. Zusätzlich kann eine Vielzahl (in diesem Beispiel 2) der Metallsegmente 406 in der Metallsektion 402 unter Verwendung einer Anordnung niedriger Dichte von elektrisch leitenden Metall-Interconnects 410 (z.B. Durchkontaktierungen, Durchkontaktierungsstäben etc.) zwischenverbunden sein. Die Metall-Interconnects 410 bilden einen geschwächten Bereich 412 in der Metallsektion 402, der einen sich zu der PLINE 400 hin ausbreitenden Riss effektiv anzieht. Ein langgestrecktes Metallsegment 406' in der Metallsektion 402 kann auch mit einem langgestreckten Metallsegment 406' in der Metallsektion 404 durch einen Metall-Interconnect 410 gekoppelt sein. Die Metallsektion 404 kann ferner einen Einfangbereich 414 umfassen, der verstärkt worden ist, um einen Riss einzufangen/zu verlangsamen nachdem er sich durch den geschwächten Bereich 412 in der Metallsektion 402 ausgebreitet hat. Der Einfangbereich 414 kann beispielsweise durch Bereitstellen eines Satzes von größeren/stärkeren Metall-Interconnects 416 (z.B. breiter/dicker als die Metall-Interconnects 408) und/oder durch Einbetten des Satzes von Metall-Interconnects 416 (oder sogar der gesamten Metallsektion 404) in einem stärkeren dielektrischen Material 418 verstärkt werden, das weniger anfällig für Rissbildung ist (z.B. verglichen mit dem dielektrischen Material 144)
Gemäß Ausführungsformen kann die Anordnung hoher Dichte von Metall-Interconnects 408 und die Anordnung niedriger Dichte von Metall-Interconnects 410 auf mehrere verschiedene Arten bereitgestellt werden. Beispielsweise können die Metall-Interconnects 408, 410 im gleichen Muster angeordnet sein, aber die Metall-Interconnects 408 können dicker als die Metall-Interconnects 410 sein. Als ein weiteres Beispiel können die Metall-Interconnects 408, 410 die gleichen Dicken aufweisen, aber die Metall-Interconnects 408 können näher beeinander angeordnet sein als die Metall-Interconnects 410.
11A, 11B und 11C zeigen ein Beispiel für die Funktion zum Lenken und Einfangen eines Risses der PLINE 400 von 10 gemäß Ausführungsformen. In 11A wird ein Riss 130, der sich durch die inaktive Region 108 eines IC ausbreitet, zu dem geschwächten Bereich 412 hin angezogen, der durch die Metall-Interconnects 410 in der Metallsektion 402 bereitgestellt wird. In 11B geht der Riss 130 durch die Anordnung niedriger Dichte von Metall-Interconnects 410 in der Metallsektion 402 zu dem Einfangbereich 414 hin hindurch. In 11C ist der Riss eingefangen/verlangsamt, und seine Energie wird durch die Metall-Interconnects 416 in dem Einfangbereich 414 dispergiert. Der Durchbruch in der Metallsektion 402 resultiert in einem Anstieg des Widerstands der PLINE 400, der durch den Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 abgetastet wird. Falls kein Einfangbereich 414 verwendet wird, kann der Riss 130 durch die Anordnung hoher Dichte der Metall-Interconnects 408 in der Metallsektion 404 eingefangen/verlangsamt werden.
Ein Flussdiagramm eines Prozesses zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem IC gemäß Ausführungsformen ist in 12 dargestellt. Bei Prozess A1 wird eine elektrische Eigenschaft (z.B. ein Widerstand) einer Vielzahl von PLINEs, die in einer inaktiven Region einem IC positioniert sind, durch einen Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen (kontinuierlich oder periodisch) überwacht. Falls der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen eine Änderung der elektrischen Eigenschaft einer PLINE abtastet, die darauf hinweist, dass ein Riss sich in der/durch die PLINE ausgebreitet hat (Ja bei Prozess P2), geht der Ablauf zu Prozess P3 über. Andernfalls (Nein bei Prozess P2), geht der Ablauf zurück zu Prozess P1.
Bei Prozess P3 stellt der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen einen Alarm (z.B. Email, Textmitteilung, Systemmitteilung und/oder dergleichen) an einen Endnutzer bereit, der darauf hinweist, dass ein Rissdurchbruch an der PLINE stattgefunden hat. Die Art des Alarms kann beispielsweise von dem Ort der PLINE in dem inaktiven Bereich des IC abhängen (z.B. je näher die PLINE an dem aktiven Bereich des IC ist, umso stärker der Alarm). Der Ablauf geht dann zu Prozess P1 zurück.
13 zeigt eine Draufsicht eines IC 102 umfassend ein System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 500 gemäß anderen Ausführungsformen. Ähnlich den Systemen zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100, 200, 300 kann das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 500 eine elektrisch leitende PLINE 502, die um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 114 gebildet ist, und eine elektrisch leitende PLINE 504 umfassen, die um einen äußeren Umfang des Rissunterbrechers 112, zwischen dem Rissunterbrecher 112 und dem Rissunterbrecher 114, gebildet ist. Jedoch kann, im Gegensatz zu den Systemen zum Detektieren und Überwachen eines Risses 100, 200, 300, das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 500 eine Vielzahl (z.B. > 2) von benachbarten, elektrisch leitenden PLINEs umfassen, die um einen äußeren Umfang des Rissunterbrecher 110s, zwischen dem Rissunterbrecher 110 und dem Rissunterbrecher 112, gebildet sind. Beispielsweise können, wie in 13 abgebildet, fünf PLINEs 506, 508, 510, 512, 514 zwischen dem Rissunterbrecher 110 und dem Rissunterbrecher 112 gebildet sein. Jede PLINE 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514 kann mit dem Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 über jeweilige Überbrückungs(Straddling)- oder Tunnel(Tunneling)-Verbindungen gekoppelt sein.
Beim Betrieb kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 dazu konfiguriert sein, einen ersten Typ von Alarm bereitzustellen, wenn sich ein Riss in/durch die PLINEs 502, 504 ausbreitet, und einen zweiten Typ von Alarm, wenn sich ein Riss in/durch die PLINEs 506, 508, 510, 512, 514 ausbreitet. Beispielsweise kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 dazu konfiguriert sein, anfängliche Alarme einem Endnutzer bereitzustellen, wenn sich ein Riss in/durch die PLINEs 502, 504 ausbreitet. Derartige Alarme können beispielsweise umfassen: „Ein Rissdurchbruch hat in dem IC stattgefunden“ und „Ein Riss breitet sich weiterhin zum Inneren der ICs hin aus“.
Das System zum Detektieren und Überwachen eines Risses 500 kann ferner dazu konfiguriert sein, Alterungsinformationen hinsichtlich der erwarteten verbleibenden Lebensdauer (z.B. ungefähre Zeit bis zu einem Versagen) des IC 102 bereitzustellen, wenn sich ein Riss in/durch die PLINEs 506, 508, 510, 512, 514 ausbreitet. Um diese Funktionalität zu erreichen, kann die Wachstumsrate eines Risses in einem Test-IC 102 bestimmt werden. Basierend auf der Wachstumsrate können die PLINEs 506, 508, 510, 512, 514 in spezifischen Abständen von der aktiven Region 106 eines IC 102 beabstandet sein, wobei jeder Abstand repräsentativ für eine unterschiedliche Betriebslebensdauer des IC 102 ist. Wenn sich ein Riss in/durch eine gegebene PLINE ausbreitet, kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Endnutzer alarmieren, dass ein Riss jene PLINE erreicht hat und dass, falls die Bedingungen gleich bleiben, der Riss die aktive Region des IC 102 in einer gewissen Anzahl von Tagen/Monaten/Jahren (z.B. 18 Monaten) erreichen kann. Alarme können beispielsweise umfassen: „Ein Riss nähert sich dem aktiven Bereich des IC. Es wird erwartet, dass der Schaltkreis in ungefähr 18 Monaten versagt.“ Wenn sich ein Riss in/durch eine andere PLINE ausbreitet, die näher an der aktiven Region 106 des IC 102 ist, kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 126 einen Endnutzer alarmieren, dass ein Riss jene PLINE erreicht hat und dass, falls die Bedingungen gleich bleiben, der Riss die aktive Region 106 des IC 102 in einer gewissen Anzahl von Tagen/Monaten/Jahre (z.B. 12 Monaten) erreichen kann.
Ein Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 600 gemäß Ausführungsformen ist in 14 dargestellt. Wie gezeigt, kann ein bekannter Test-Strom I_Test in eine PLINE 602 eingespeist werden. Die PLINE 602 weist einen niedrigen Widerstand auf, wenn sie intakt ist, und einen viel höheren Widerstand, wenn sie defekt ist. Ein Spannungs-Abtastschaltkreis 604 kann dazu konfiguriert sein, die Spannung V_PLINE der PLINE 602 mit einer Referenzspannung V_REF zu vergleichen und eine logische 1 oder 0 basierend auf der Integrität (intakt oder defekt) der PLINE 602 auszugeben. When die PLINE 602 intakt ist, ist die Spannung V_PLINE der PLINE 602 niedriger als die Referenzspannung V_REF. Wenn die PLINE 602 defekt ist, ist die Spannung V_PLINE der PLINE 602 höher als die Referenzspannung V_REF. Der Abtastschaltkreis 604 kann beispielsweise einen Komparator oder einen anderen geeigneten Spannungs-Abtastschaltkreis umfassen.
Ein Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 700 gemäß zusätzlichen Ausführungsformen ist in 15 dargestellt. Wie gezeigt, kann der Schaltkreis zur Detektion und zum Überwachen 700 einen Spannungsteiler 702 umfassen, die eine PLINE 704 als einen Resistor mit einem unbekannten Widerstand (niedrig (intakt) oder hoch (defekt)) verwendet. Ein Spannungs-Abtastschaltkreis 706 kann dazu konfiguriert sein, die Spannung V_PLINE der PLINE 704 mit einer Referenzspannung V_REF zu vergleichen und eine logische 1 oder 0 basierend auf der Integrität (intakt oder defekt) der PLINE 704 auszugeben. Wenn die PLINE 704 intakt ist, ist die Spannung V_PLINE der PLINE 704 niedriger als die Referenzspannung V_REF. Wenn die PLINE 704 defekt ist, ist die Spannung V_PLINE der PLINE 704 höher als die Referenzspannung V_REF. Der Abtastschaltkreis 706 kann beispielsweise einen Komparator oder einen anderen geeigneten Spannungs-Abtastschaltkreis umfassen.
Ausführungsformen der Offenbarung können mehrere technische und wirtschaftliche Vorteile bieten, von denen einige hier beispielshalber erörtert werden. Die hierin offenbarten Systeme zum Detektieren und Überwachen eines Risses sind dazu konfiguriert, das Vorhandensein eines Risses in einer inaktiven Region eines IC zu detektieren und einen Endnutzer über das Vorhandensein des Risses und sein fortschreitendes Wachstum zu der aktiven Region des IC hin zu alarmieren. Zusätzlich sind die hierin offenbarten Systeme zum Detektieren und Überwachen eines Risses dazu ausgelegt, einen Endnutzer vor einem bevorstehenden katastrophalen Versagen zu warnen, bevor es zu einem tatsächlichen katastrophalen Versagen kommt, bei dem sich ein Riss in die aktive Region dem IC ausbreitet. Dies erlaubt es einem Endnutzer, einen IC zu ersetzen, bevor er aufgrund eines sich ausbreitenden Risses versagt. Die Systeme zum Detektieren und Überwachen eines Risses können derart angeordnet und kalibriert sein, dass sie einen ungefähren zeitlichen Rahmen bis zu einem bevorstehenden Versagen eines IC bereitstellen.
Die hierin offenbarten Systeme zum Detektieren und Überwachen eines Risses umfassen Überbrückungs(Straddling)- oder Tunnel(Tunneling)-Verbindungen zu einem Schaltkreis zum Detektieren und Überwachen, die Rissunterbrecher und/oder Schutzbahnen durch entweder die oberen Metallniveaus (BEOL) oder über vergrabene Halbleiter-Wells in einem Halbleitersubstrat einem IC umgehen oder überqueren. Die hierin offenbarten Systeme zum Detektieren und Überwachen eines Risses können auch absichtlich ausgebildete Schwachpunkte umfassen, die das Wachstum eines Risses zu gewünschten Orten führen, wo ein Riss eingefangen und seine Energie dispergiert wird.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens spezieller Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen umfassen, außer der Kontext gibt klar etwas anderes an. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend,“ wenn sie in dieser Spezifikation verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen von diesen ausschließen. „Optional“ bedeutet, dass das (der) nachfolgende beschriebene Ereignis oder Umstand eintreten kann oder nicht, und dass die Beschreibung Fälle umfasst, wo das Ereignis eintritt und Fälle, wo es nicht eintritt.
Eine Näherungssprache, wie sie hierin durch die Spezifikation und die Ansprüche hindurch verwendet wird, kann angewandt werden, um irgendeine quantitative Repräsentation zu modifizieren, die erlaubterweise variieren könnte, ohne in einer Änderung der grundlegenden Funktion, auf die sie sich bezieht, zu resultieren. Demgemäß soll ein Wert, der durch einen Ausdruck oder Ausdrücke wie „etwa“ „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den spezifizierten präzisen Wert beschränkt sein. In wenigstens einigen Fällen kann die Näherungssprache der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und durch die Spezifikation und Ansprüche hindurch können Bereichsbeschränkungen kombiniert und/oder ausgetauscht werden; derartige Bereiche werden identifiziert und umfassen alle darin enthaltenen Unterbereiche, außer der Kontext oder die Sprache geben etwas anderes an. „Ungefähr“, auf einen speziellen Wert eines Bereichs angewandt, gilt für beide Werte und kann, falls nicht in anderer Weise von der Präzision des Instruments abhängig, das den Wert misst, +/- 10% des (der) angegebenen Wertes (Werte) angeben.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Aktionen und Äquivalente aller Means- oder Step-Plus-Function-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen irgendeine Struktur, irgendein Material oder irgendeine Aktion zum Durchführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elemente, wie im Besonderen beansprucht, umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert worden, aber sie soll nicht erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen werden für die gewöhnlichen Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und der Idee der Offenbarung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen gewöhnlichen Fachleuten zu ermöglichen, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, wie sie für die spezielle in Erwägung gezogene Verwendung passend sind.

Claims

System zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC), umfassend: wenigstens eine elektrisch leitende Umfangslinie (perimeter line; PLINE), die sich um eine Schutzstruktur, die in einer inaktiven Region des IC gebildet ist, erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei eine aktive Region des IC innerhalb der Schutzstruktur umschlossen ist; einen Schaltkreis zum Abtasten einer Änderung einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei die Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses in der inaktiven Region des IC hinweist; und eine Verbindungsstruktur zum elektrischen Koppeln jeder PLINE mit dem Abtastschaltkreis.
System nach Anspruch 1, wobei der Abtastschaltkreis dazu konfiguriert ist, einen Alarm in Ansprechung auf eine abgetastete Änderung der elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die elektrische Eigenschaft einen Widerstand der wenigstens einen PLINE umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Schutzstruktur des IC einen Rissunterbrecher oder einen Schutzring umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsstruktur ferner umfasst: wenigstens einen elektrisch leitenden Überbrückungs(Straddling)-Verbinder, der sich über der Schutzstruktur des IC erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist.
System nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine PLINE ferner eine Vielzahl von elektrisch leitenden Sektionen umfasst, die durch eine alternierende Abfolge von unteren und oberen elektrisch leitenden Verbindern miteinander verbunden sind, und wobei jede elektrisch leitende Sektion der wenigstens einen PLINE ferner umfasst: eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten; und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Interconnects zum Zwischenverbinden der Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten.
System nach Anspruch 6, wobei die alternierende Abfolge von unteren und oberen elektrisch leitenden Verbindern einen unteren Metallverbinder und einen oberen Metallverbinder umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsstruktur ferner umfasst: wenigstens einen elektrisch leitenden Tunnel(Tunneling)-Verbinder, der sich unter der Schutzstruktur des IC erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist.
System nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine PLINE ferner eine Vielzahl von elektrisch leitend Sektionen umfasst, die durch eine alternierende Abfolge von unteren und oberen elektrisch leitenden Verbindern miteinander verbunden sind, und wobei jede elektrisch leitende Sektion der wenigstens einen PLINE ferner umfasst: eine Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten; und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Interconnects zum Zwischenverbinden der Vielzahl von Schichten von elektrisch leitenden Metallsegmenten.
System nach Anspruch 9, wobei die alternierende Abfolge von unteren und oberen elektrisch leitenden Verbindern ferner eine dotierte Halbleiterregion umfasst, die in einem Halbleitersubstrat des IC gebildet ist.
System nach Anspruch 8, wobei der elektrisch leitende Tunnel(Tunneling)-Verbinder einen dotierten Halbleiter-Well umfasst, der in einem Halbleitersubstrat des IC gebildet ist.
System nach Anspruch 2, wobei der Alarm, der in Ansprechung auf eine abgetastete Änderung der elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE bereitgestellt wird, darauf hinweist, dass der Riss sich durch die wenigstens eine PLINE zu der aktiven Region des IC hin ausgebreitet hat, wobei der Alarm bereitgestellt wird, bevor der Riss sich in der aktiven Region des IC ausgebreitet hat.
System nach Anspruch 2, wobei der Alarm, der in Ansprechung auf eine abgetastete Änderung der elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE bereitgestellt wird, eine geschätzte Zeit eines Versagens des IC angibt.
System nach Anspruch 1, wobei der IC eine Vielzahl von Schutzstrukturen umfasst, wobei das System ferner eine Vielzahl der PLINEs umfasst, wobei jede PLINE sich um einen Umfang einer jeweiligen Schutzstruktur erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der PLINEs eine Struktur umfasst, die einen geschwächten Bereich zum Lenken des Risses zu einem verstärkten Bereich hin umfasst, der dazu konfiguriert ist, den Riss einzufangen.
Verfahren zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC), umfassend: Bilden wenigstens einer elektrisch leitenden Umfangslinie (perimeter line; PLINE) um eine Schutzstruktur, die in einer inaktiven Region des IC gebildet ist, wobei eine aktive Region des IC innerhalb der Schutzstruktur umschlossen ist; Überwachen einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei eine Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses in der inaktiven Region des IC hinweist; and Bereitstellen eines Alarms in Ansprechung auf die abgetastete Änderung der elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Alarm bereitgestellt wird, bevor sich der Riss in der aktiven Region des IC ausgebreitet hat.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend: Bestimmen einer Wachstumsrate des Risses in dem IC in einer stabilen Umgebung; und Positionieren jeder PLINE in einem spezifischen Abstand von der aktiven Region basierend auf der Wachstumsrate des Risses, wobei der Abstand auf eine verbleibende Betriebslebensdauer des IC kalibriert ist; wobei der Alarm eine geschätzte Zeit eines Versagens dem IC angibt.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend ein Versehen der wenigstens einen PLINE mit einem geschwächten Bereich zum Anziehen des Risses und einem verstärkten Bereich zum Einfangen des Risses.
System zum Detektieren und Überwachen eines Risses in einem integrierten Schaltkreis (integrated circuit; IC), umfassend: wenigstens eine elektrisch leitende Umfangslinie (perimeter line; PLINE), die sich um eine Schutzstruktur, die in einer inaktiven Region des IC gebildet ist, erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei eine aktive Region des IC innerhalb der Schutzstruktur umschlossen ist; einen Schaltkreis zum Abtasten einer Änderung einer elektrischen Eigenschaft der wenigstens einen PLINE, wobei die Änderung der elektrischen Eigenschaft auf ein Vorhandensein eines Risses in der inaktiven Region des IC hinweist; und eine Verbindungsstruktur zum elektrischen Koppeln jeder PLINE mit dem Abtastschaltkreis, wobei die Verbindungsstruktur ferner wenigstens eines umfasst von: einem Metall-Überbrückungs(Straddling)-Verbinder, der sich über der Schutzstruktur des IC erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist; und einem dotierten Halbleiter-Tunnel(Tunneling)-Verbinder, der sich unter der Schutzstruktur des IC erstreckt und von dieser elektrisch isoliert ist.