DE102021106641A1

DE102021106641A1 - In kaskade geschaltete messschaltungen zum erfassen und überwachen von rissen in einer integrierten schaltung

Info

Publication number: DE102021106641A1
Application number: DE102021106641.7A
Authority: DE
Inventors: Nicholas A. Polomoff; Dewei Xu; Eric D. Hunt-Schroeder
Original assignee: GlobalFoundries US Inc
Current assignee: GlobalFoundries US Inc
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-11-18
Also published as: US20220057445A1; US20210356514A1; US11215661B2; US11693048B2; CN113658938A

Abstract

Mit Ausführungsformen der Offenbarung wird ein System zum Erfassen und Überwachen von Rissen geschaffen, das enthält:eine Vielzahl elektrisch leitender Strukturen, die sich um eine Schutzbarriere herum erstrecken, die in einem inaktiven Bereich einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, wobei ein aktiver Bereich der integrierten Schaltung innerhalb der Schutzbarriere eingeschlossen ist; sowie eine Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe verbunden sind und eine Änderung einer elektrischen Kenngröße jeder der Vielzahl von Strukturen messen und ein Aktivierungs-Signal empfangen, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist, die Änderung der elektrischen Kenngröße Beschädigung der jeweiligen Struktur anzeigt, und jede Messschaltung eine Schaltung zum selektiven Erzeugen des Aktivierungs-Signals für eine nächste Messschaltung der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen einschließt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf integrierte Schaltungen und insbesondere auf in Kaskade geschaltete Messschaltungen zum Erfassen und Überwachen von Rissen in einer integrierten Schaltung (integrated circuit - IC).
Prozesse, beispielsweise das sog. Dicing von Wafern, können zur Bildung und Ausbreitung von Rissen in einer integrierten Schaltung führen. Derartige Risse bilden sich oft an den Grenzflächen zwischen dielektrischen Materialien und Metallleitungen/Kontakten in der integrierten Schaltung.
Integrierte Schaltungen sind häufig rauen, aggressiven und belastenden Umgebungsbedingungen ausgesetzt (z.B. beim Einsatz in Kraftfahrzeugen, der Luft- und Raumfahrt, beim Militär, etc.). Schwankungen der Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und barometrische Fluktuationen) können Mechanismen des langsamen Wachstums von Rissen bei entstehenden und ruhenden Rissen (z. B. Risse, die beim Dicing eines Wafers entstehen) in den integrierten Schaltungen verstärken bzw. auslösen. Kontinuierliche Schwankungen der Umgebungsbedingungen können das Wachstum entstehender und ruhender Risse im Laufe der Zeit fördern und potentiell zu Ausfall integrierter Schaltungen führen.
Sogenannte Rissstopper (crackstops) (z. B. eine zusammenhängende Struktur aus Metallleitungen und Kontaktlöchern) sind hergestellt und eingesetzt worden, um Ausbreitung von Rissen in einen aktiven Bereich einer integrierten Schaltung hinein aufzuhalten. Derartige Rissstopper sind in der Regel am äußeren Rand der integrierten Schaltung ausgebildet und umschließen den inneren Kern (aktiven Bereich) der integrierten Schaltung.
Obwohl sie wirkungsvoll sind, sind Rissstopper nicht immer in der Lage, zu verhindern, dass sich ein Riss in den aktiven Bereich einer integrierten Schaltung hinein ausbreitet. Daher sind Risserfassungs-Strukturen entwickelt worden, die im aktiven Bereich einer integrierten Schaltung innerhalb des Rissstoppers positioniert werden, um das Vorhandensein eines Risses zu erfassen, der sich an dem Rissstopper vorbei in den aktiven Bereich des IC-Chips hinein ausgebreitet hat. Derartige Risserfassungs-Strukturen sind jedoch an sich mangelhaft, da sie so ausgelegt sind, dass sie einen Riss erkennen, wenn es zu spät ist und der Riss bereits den aktiven Bereich des IC-Chips erreicht hat.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft ein System zum Erfassen und Überwachen eines Risses in einer integrierten Schaltung, das enthält:

eine Vielzahl elektrisch leitender Strukturen, die sich um eine Schutzbarriere herum erstrecken, die in einem inaktiven Bereich einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, wobei ein aktiver Bereich der integrierten Schaltung innerhalb der Schutzbarriere eingeschlossen ist; sowie eine Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe verbunden sind und eine Änderung einer elektrischen Kenngröße jeder der Vielzahl von Strukturen messen und ein Aktivierungs-Signal empfangen, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist, die Änderung der elektrischen Kenngröße Beschädigung der jeweiligen Struktur anzeigt, und jede Messschaltung eine Schaltung zum selektiven Erzeugen des Aktivierungs-Signals für eine nächste Messschaltung der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen einschließt.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Erfassen und Überwachen eines Risses in einer integrierten Schaltung, das einschließt:

Bereitstellen einer Vielzahl elektrisch leitender Strukturen in einem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung, wobei sich die Vielzahl elektrisch leitender Strukturen um eine Schutzbarriere herum erstreckt, die in dem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung ausgebildet ist, und ein aktiver Bereich der integrierten Schaltung innerhalb der Schutzbarriere eingeschlossen ist; Koppeln einer Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe mit der Vielzahl elektrisch leitender Strukturen verbunden sind, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist; Aktivieren der Messschaltung in einer Stufe N der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen; Überwachen einer elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur durch die aktivierte Messschaltung; und Ausgeben eines Aktivierungs-Signals zum Aktivieren der Messschaltung in einer stromab liegenden Stufe N+1 der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen durch die aktivierte Messschaltung in Reaktion auf Erfassen einer Änderung der elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren, das einschließt:

Koppeln einer Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe mit einer Vielzahl elektrisch leitender Strukturen an einer integrierten Schaltung verbunden sind, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist; Aktivieren der Messschaltung in einer Stufe N der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen; Überwachen einer elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur durch die aktivierte Messschaltung; und Ausgeben eines Aktivierungs-Signals zum Aktivieren der Messschaltung in einer stromab liegenden Stufe N+1 der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen durch die aktivierte Messschaltung in Reaktion auf Erfassen einer Änderung der elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur.

Die oben aufgeführten und andere Merkmale der Offenbarung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung ersichtlich.
Figurenliste
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen gleiche Kennzeichnungen gleiche Elemente bezeichnen.

1 zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung, die ein System zum Erfassen und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen enthält.
2 zeigt eine Schnittansicht der integrierten Schaltung in 1 entlang Linie A - A gemäß Ausführungsformen.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung, die ein System zum Erfassen und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen enthält, wobei das System zum Erfassen und Überwachen von Rissen Umgrenzungslinien (PLINEs) und Überbrückungsverbindungen einschließt.
4 zeigt eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf die integrierte Schaltung in 3 gemäß Ausführungsformen.
5 zeigt eine Teil-Schnittansicht einer Umgrenzungslinie der integrierten Schaltung in 3 gemäß Ausführungsformen.
6 zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung, die ein System zum Erfassen und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen enthält, wobei das System zum Erfassen und Überwachen von Rissen Umgrenzungslinien und Tunnelverbindungen einschließt.
7 zeigt eine vergrößerte, Teil-Draufsicht auf die integrierte Schaltung in 6 gemäß Ausführungsformen.
8 zeigt eine Teil-Schnittansicht einer Umgrenzungslinie (PLINE) der integrierten Schaltung in 6 gemäß Ausführungsformen.
9 zeigt eine Teil-Schnittansicht der integrierten Schaltung in 6 entlang Linie B-B gemäß Ausführungsformen.
10 zeigt eine Schnittansicht einer Umgrenzungslinie zum Leiten und Fixieren eines sich ausbreitenden Risses gemäß Ausführungsformen.
11A, 11B und 11C zeigen ein Beispiel der Funktion zum Leiten und Fixieren von Rissen der Umgrenzungslinie in 10 gemäß Ausführungsformen.
12 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen und Überwachen von Rissen in einer integrierten Schaltung gemäß Ausführungsformen.
13 zeigt eine Draufsicht auf eine Integrierte Schaltung, die ein System zum Erfassen und Überwachen von Rissen gemäß anderen Ausführungsformen enthält.
14 zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung, die ein System zum Erfassen und Überwachen des Wachstums von Rissen gemäß Ausführungsformen enthält.
15 zeigt ein Schaltbild einer Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung, die eine Kaskadenanordnung von Messschaltungen gemäß Ausführungsformen enthält.
16 zeigt ein Schaltbild einer Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung, die eine Kaskadenanordnung von Messschaltungen gemäß Ausführungsformen enthält.

Es ist anzumerken, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Offenbarung darstellen und sollten daher nicht als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen steht gleiche Nummerierung für gleiche Elemente in den verschiedenen Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen zur Veranschaulichung konkrete beispielhafte Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die vorliegende Lehre praktisch umgesetzt werden kann. Diese Ausführungsformen sind hinreichend detailliert beschrieben, um dem Fachmann die praktische Umsetzung der vorliegenden Lehre zu ermöglichen, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen eingesetzt und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Lehre abzuweichen. Die folgende Beschreibung dient daher lediglich der Veranschaulichung.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung, die ein System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen gemäß Ausführungsformen enthält, mit dem das Wachstum von Rissen erfasst und überwacht wird. Die integrierte Schaltung 102 ist auf einem Halbleitersubstrat 104 (z. B. einem Silizium-Wafer) ausgebildet und enthält einen inneren Kern (im Folgenden aktiver Bereich 106), der von einem Schutzring 110 umgeben und gegenüber einem inaktiven Bereich 108 isoliert ist, sowie wenigstens einen Rissstopper 112, 114. Der aktive Bereich 106 schließt üblicherweise eine Vielzahl aktiver und passiver Komponenten (z. B. Transistoren, Widerstände usw.) ein. Der Schutzring 110 und die Rissstopper 112, 114 schützen gegen Umgebungseinflüsse und bieten elektrischen Schutz (z. B. stellt der Schutzring eine elektrische Erde dar) und/oder mechanischen Schutz für den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102. Die Rissstopper 112, 114 können beispielsweise eingesetzt werden, um Ausbreitung von Rissen aus dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 in den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hinein zu verhindern. Der Schutzring 110 und die Rissstopper 112, 114 können herkömmlicher Art sein und mit allen gegenwärtig bekannten oder in Zukunft zu entwickelnden Verfahren/Technologien geschaffen werden.
Gemäß Ausführungsformen ist das System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen so ausgeführt, dass es das Wachstum eines Risses oder mehrerer Risse in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 erfasst und überwacht - bevor sich Risse in den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hinein ausbreiten. Im Allgemeinen kann, wie in 1 dargestellt, das System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen wenigstens eine elektrisch leitende Umgrenzungslinie (PLINE) enthalten, die in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet ist. Zum Beispiel können eine erste Umgrenzungslinie 120, eine zweite Umgrenzungslinie 122 und eine dritte Umgrenzungslinie 124 in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein. In dem vorliegenden Beispiel kann, wie in 1 gezeigt, die erste Umgrenzungslinie 120 um einen Außenumfang des Schutzrings 110 zwischen dem Schutzring 110 und dem Rissstopper 112 ausgebildet sein. Die zweite Umgrenzungslinie 122 kann um einen Außenumfang des Rissstoppers 112 herum zwischen dem Rissstopper 112 und dem Rissstopper 114 ausgebildet sein. Die dritte Umgrenzungslinie 124 kann um einen Außenumfang des Rissstoppers 114 herum ausgebildet sein. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform drei Umgrenzungslinien 120, 122, 124 zum Einsatz kommen, sollte klar sein, dass das System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen eine größere oder kleinere Anzahl von Umgrenzungslinien (z. B. eine oder mehr) enthalten kann. Darüber hinaus können Umgrenzungslinien an anderen Positionen in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein, und/oder können eine Vielzahl von Umgrenzungslinien in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 benachbart zueinander ausgebildet sein. Verschiedene andere Ausführungsformen, die derartige Positionierungen von Umgrenzungslinien veranschaulichen, werden im Folgenden beschrieben.
Jede Umgrenzungslinie 120, 122, 124 ist unabhängig mit einer Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt. Die Funktionalität der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 kann in der vorliegenden Ausführungsform und in anderen Ausführungsformen, wie dargestellt, durch die integrierte Schaltung 102 oder über eine externe Schaltung (nicht dargestellt) erbracht werden. Gemäß Ausführungsformen können Verbindungen über und/oder unter dem Schutzring 110, Rissstopper 112 oder/und Rissstopper 114 vorhanden sein, um die Umgrenzungslinien 120, 122, 124 mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 zu koppeln. Daher wird je nach Ausführungsform die Integrität des Schutzrings 110, des Rissstoppers 112 und des Rissstoppers 114 durch die Verbindungen nicht oder nur minimal beeinträchtigt (z. B. sind keine Löcher in dem Schutzring 110, dem Rissstopper 112 oder dem Rissstopper 114 oder durch sie hindurch ausgebildet).
Die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 ist so ausgeführt, dass sie eine Änderung einer elektrischen Kenngröße (z.B. Widerstandswert) jeder unabhängigen Umgrenzungslinie 120, 122, 124 misst, wobei die Änderung der elektrischen Kenngröße das Vorhandensein eines Risses an Umgrenzungslinie 120, 122, 124 anzeigt. Die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 kann auch so ausgeführt sein, dass sie die Ausbreitung eines erfassten Risses durch den inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 hindurch überwacht und einen Endanwender bezüglich eines Status und/oder eines Gefahrenpotenzials des erfassten Risses (z. B. bevorstehender Durchbruch des Risses in den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hinein) warnt. Wenn sich beispielsweise ein Riss 130 (z. B. beim Dicing des Siliziumwafers ausgebildet, der die integrierte Schaltung 102 enthält) bis zu Umgrenzungslinie 124 ausbreitet und einen Bruch in sie hinein/durch sie hindurch erzeugt, kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Anstieg (z. B. um Größenordnungen) des Widerstandswertes von Umgrenzungslinie 124 (z. B. aufgrund des Vorhandenseins eines offenen Stromkreises in Umgrenzungslinie 124) erfassen. Daher kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Endanwender darüber informieren, dass ein Riss in/durch Umgrenzungslinie 124 hinein/hindurch aufgetreten ist, und ihn in Alarmbereitschaft versetzen. Wenn sich der Riss 130 über den Rissstopper 114 hinaus weiter durch den inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 hindurch ausbreitet und einen Bruch in/durch Umgrenzungslinie 122 erzeugt, kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Anstieg des Widerstandswertes von Umgrenzungslinie 122 erfassen und einen Endanwender darüber informieren, dass Wachstum des Risses 130 fortschreitet. Darüber hinaus kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 den Endanwender darüber informieren, dass die integrierte Schaltung 102 in einer ungefähren Zeitspanne (z. B. 12 Monate) ausgetauscht werden sollte, um einen Ausfall der integrierten Schaltung 102 zu vermeiden. Wenn sich der Riss 130 durch den Rissstopper 112 hindurch und darüber hinaus sowie und in/durch Umgrenzungslinie 120 ausbreitet, kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Anstieg des Widerstandswertes von Umgrenzungslinie 120 erfassen und den Endanwender darüber informieren, dass ein Ausfall der integrierten Schaltung 102 unmittelbar bevorsteht und dass die integrierte Schaltung 102 sofort ausgetauscht werden sollte.
Wie oben beschrieben und in 1 dargestellt, kann das System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen so ausgeführt sein, dass es Früh-, Zwischen- und Endwarnungen vor einem bevorstehenden Rissdurchbruch in den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hinein ausgibt. In anderen Ausführungsformen kann das System zum Erfassen und Überwachen von Rissen so ausgeführt werden, dass es Alterungsinformationen liefert. Beispielsweise kann das System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen so kalibriert werden, dass eine ungefähre Zeit bis zum Ausfall einer integrierten Schaltung 102 bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann in einer stabilen Betriebsumgebung die Wachstumsrate eines Risses in einer Test-IC 102 bestimmt/geschätzt werden (z. B. x Mikrometer pro Jahr). Basierend auf der Wachstumsrate können die Umgrenzungslinien 120, 122, 124 in bestimmten Abständen zu dem aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 angeordnet werden, wobei die Abstände unterschiedlichen Rest-Lebensdauerzeiten der integrierten Schaltung 102 entsprechen. Wenn sich ein Riss in/durch eine bestimmte Umgrenzungslinie hinein/hindurch ausbreitet, kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Endanwender dahingehend warnen, dass ein Riss diese Umgrenzungslinie erreicht hat und dass der Riss, wenn die Bedingungen stabil bleiben, in einer bestimmten Zeitspanne eine andere Position auf der integrierten Schaltung 102 (z. B. den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102) erreichen kann. Eine solche Warnmeldung kann z. B. lauten: „Ein Riss hat Umgrenzungslinie A erreicht, die B Mikrometer von dem aktiven Bereich des Chips entfernt ist. Wenn die Bedingungen stabil bleiben, kann der Riss in ca. 16 Monaten den aktiven Bereich der integrierten Schaltung erreichen. Um einen Ausfall zu vermeiden, tauschen Sie die integrierte Schaltung innerhalb von 12 Monaten aus.“
2 zeigt eine Teil-Schnittansicht der integrierten Schaltung 102 in 1 entlang der Linie A - A gemäß Ausführungsformen. Die Rissstopper 112, 114 können, wie gezeigt, unter Verwendung einer Vielzahl von Schichten aus Metallsegmenten 140 ausgebildet werden, die über eine Vielzahl von Zwischenverbindungen 142 aus Metall (z. B. Kontaktlöcher, Kontaktstangen (viabars) etc.) miteinander verbunden und in ein dielektrisches Material 144 eingebettet sind. Die Metallsegmente 140 können in Metallisierungs-Schichten M1, M2, ..., Mn der integrierten Schaltung 102 (z. B. BEOL-Metallisierungsschichten) ausgebildet sein. Die Rissstopper 112, 114 können ähnlich wie in 2 dargestellt konstruiert sein oder können andere Konstruktionen aus Metallsegmenten 140 und/oder Zwischenverbindungen 142 aus Metall einschließen (z. B. können Anzahl, Formen, Abstände, Abmessungen usw. der Metallsegmente 140 und Zwischenverbindungen 142 aus Metall zwischen den Rissstoppern 112, 114 variieren).
Jede Umgrenzungslinie 120, 122, 124 kann eine Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitenden Metallsegmenten 150 einschließen, die mittels einer Vielzahl elektrisch leitender Zwischenverbindungen 152 aus Metall (z. B. Kontaktlöcher, Kontaktstangen etc.) miteinander verbunden und in das dielektrische Material 144 eingebettet sind. Die Umgrenzungslinien 120, 122, 124 (und andere hier offenbarte Umgrenzungslinien) können in den gleichen Verarbeitungsschritten wie die Rissstopper 112, 114 ausgebildet werden und können aus jedem geeigneten Metall bestehen, das beispielsweise Kupfer, Wolfram, Aluminium, Silber, Gold, anderen Metalle oder deren Legierungen einschließt. Die Metallsegmente 150 können auch in Metallisierungsschichten M1, M2, M3, ..., Mn der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein. Wie bei den Rissstoppern 112, 114 können die Umgrenzungslinien 120, 122, 124 ähnliche oder andere Konstruktionen aus Metallsegmenten 150 und/oder Zwischenverbindungen 152 aus Metall aufweisen (z. B. können die Anzahl, Formen, Abstände, Abmessungen usw. der Metallsegmente 150 und Zwischenverbindungen 152 aus Metall zwischen den Umgrenzungslinien 120, 122, 124 variieren).
Gemäß Ausführungsformen können die Umgrenzungslinien mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 über Verbindungen gekoppelt sein, die sich über (z. B. Überbrückungsverbindungen) oder unter (z. B. Tunnelverbindungen) dem Schutzring 110, Rissstopper 112 oder/und Rissstopper 114 erstrecken. Beispielsweise ist in 3 - 5, auf die gleichzeitig Bezug genommen wird, eine integrierte Schaltung 102 dargestellt, die ein System 200 zum Erfassen und Überwachen von Rissen mit elektrisch leitenden Umgrenzungslinien 220, 222, 224 sowie elektrisch leitenden Überbrückungsverbindungen 230, 232, 234 aus Metall gemäß Ausführungsformen enthält. 3 zeigt eine Draufsicht auf die integrierte Schaltung 102. 4 zeigt eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf die integrierte Schaltung in 3. 5 zeigt eine Teil-Schnittansicht entlang einer Länge einer Umgrenzungslinie (z. B. Umgrenzungslinie 220 in 3). Obwohl in dieser Ausführungsform drei Umgrenzungslinien 220, 222, 224 zum Einsatz kommen, sollte klar sein, dass das System 200 zum Erfassen und Überwachen von Rissen eine größere oder kleinere Anzahl von Umgrenzungslinien (z. B. eine oder mehr) enthalten kann. Darüber hinaus können Umgrenzungslinien an anderen Positionen in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein, und/oder können eine Vielzahl von Umgrenzungslinien in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 benachbart zueinander ausgebildet sein.
Ähnlich wie bei dem in 1 dargestellten System 100 zum Erfassen und Überwachen von Rissen ist das System 200 zum Erfassen und Überwachen von Rissen so ausgeführt, dass es das Wachstum eines Risses oder mehrerer Risse in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 erfasst und überwacht, bevor sich Risse in den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hinein ausbreiten. Im Allgemeinen kann das System 200 zum Erfassen und Überwachen von Rissen wenigstens eine Umgrenzungslinie enthalten, die in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet ist. Beispielsweise können, wie in 3 gezeigt, eine erste Umgrenzungslinie 220, eine zweite Umgrenzungslinie 222 und eine dritte Umgrenzungslinie 224 in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein und können über entsprechende Überbrückungsverbindungen unabhängig mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung gekoppelt sein.
Die erste Umgrenzungslinie 220 kann um einen Außenumfang des Schutzrings 110, zwischen dem Schutzring 110 und dem Rissstopper 112 ausgebildet sein. Die zweite Umgrenzungslinie 222 kann um einen Außenumfang des Rissstoppers 112 herum zwischen dem Rissstopper 112 und dem Rissstopper 114 ausgebildet sein. Die dritte Umgrenzungslinie 224 kann um einen Außenumfang des Rissstoppers 114 herum ausgebildet sein. Einander gegenüberliegende Enden 240 der ersten Umgrenzungslinie 220 können über Überbrückungsverbindungen 230 aus Metall mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein. Die Überbrückungsverbindungen 230 aus Metall können sich über den Schutzring 110 erstrecken und von diesem elektrisch isoliert sein. Einander gegenüberliegende Enden 242 der zweiten Umgrenzungslinie 222 können über Überbrückungsverbindungen 232 aus Metall mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein. Die Überbrückungsverbindungen 232 aus Metall können sich, wie gezeigt, über den Rissstopper 112, Umgrenzungslinie 220 und den Schutzring 110 erstrecken und von diesen elektrisch isoliert sein. Einander gegenüberliegende Enden 244 der dritten Umgrenzungslinie 224 können über Überbrückungsverbindungen 234 aus Metall mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein. Die Überbrückungsverbindungen 234 aus Metall können sich über den Rissstopper 114, den Rissstopper 112, Umgrenzungslinie 222, Umgrenzungslinie 220 und den Schutzring 110 erstrecken und von diesen elektrisch isoliert sein. Elektrische Isolierung kann beispielsweise unter Verwendung einer oder mehrerer Schicht/en eines dielektrischen Materials 144 und/oder dergleichen erfolgen.
Eine Schnittansicht entlang eines Endabschnitts von Umgrenzungslinie 220 in 3 gemäß Ausführungsformen ist in 5 dargestellt. Die Umgrenzungslinien 222 und 224 können jeweils ähnlich wie oder anders als Umgrenzungslinie 220 konstruiert sein. Umgrenzungslinie 220 kann, wie gezeigt, eine Vielzahl elektrisch leitender Metallabschnitte 250 enthalten, die über eine abwechselnde Abfolge unterer und oberer elektrisch leitender Metallverbinder 252, 254 miteinander verkettet (z. B. geheftet) sein können. Die Metallverbinder 252, 254 können gleiche oder unterschiedliche Längen haben. Die Längen der Metallverbinder 252, 254 können die Genauigkeit von Riss-Erfassung von Umgrenzungslinie 220 beeinflussen. Beispielsweise kann eine größere Anzahl (z. B. höhere Dichte) von Metallabschnitten 250 miteinander verkettet werden, wenn kürzere Metallverbinder 252, 254 eingesetzt werden. Im Allgemeinen können die minimalen Längen der Metallverbinder 252, 254 durch die Verarbeitungsrichtlinien bestimmt werden, die beim Ausbilden der integrierten Schaltung 102 zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es möglich, dass mit den beim Herstellen der Metallverbinder 252, 254 in jeweiligen Metallisierungsschichten der integrierten Schaltung 102 zum Einsatz kommenden Lithographie-Werkzeugen, nur Metallleitungen mit einer bestimmten minimalen Länge in einer bestimmten dielektrischen Schicht erzeugt werden können.
Gemäß Ausführungsformen können die unteren Metallverbinder 252 beispielsweise in einer unteren BEOL-Metallisierungsschicht der integrierten Schaltung 102 (z. B., wie gezeigt, M1-Metallisierungsschicht) ausgebildet sein. Die oberen Metallverbinder 254 können in einer oberen Metallisierungsschicht der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsformen können die Längen der Metallverbinder 252, 254 beispielsweise im Bereich von einigen zehn Nanometern bis zu einigen Mikrometern liegen (z. B. in Abhängigkeit von Fertigungsbeschränkungen und/oder anderen Faktoren). Wie in 5 gezeigt, kann ein Riss 130, der sich in/durch Umgrenzungslinie 220 hinein/hindurch ausbreitet, einen Bruch in/durch einen oder mehrere der Metallabschnitte 250 hinein/hindurch bilden, der von der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gemessen werden kann (z. B. als Anstieg des Widerstandswertes von Umgrenzungslinie 220).
Die Metallabschnitte 250 können eine Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitenden Metallsegmenten 260 einschließen, die unter Einsatz einer Vielzahl elektrisch leitender Zwischenverbindungen 262 aus Metall (z. B. Kontaktlöcher, Kontaktstangen etc.) miteinander verbunden und in ein dielektrisches Material 144 eingebettet sind. Die Metallsegmente 262 können in Metallisierungsschichten der integrierten Schaltung 102 (z. B., wie gezeigt, Metallisierungsschichten M2-M5) ausgebildet sein. Eine oder mehrere Zwischenverbindung/en 262 aus Metall kann/können auch eingesetzt werden, um die Metallabschnitte 250 mit jeweiligen unteren und oberen Metallverbindern 252, 254 zu koppeln. Der obere Metallverbinder 254, der sich an einem Ende 240 von Umgrenzungslinie 220 befindet, kann über eine Zwischenverbindung 262 aus Metall mit einer Überbrückungsverbindung 230 aus Metall gekoppelt sein.
Gemäß Ausführungsformen können, wie oben beschrieben, Umgrenzungslinien mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 über Verbindungen gekoppelt sein, die sich über (z. B. Überbrückungsverbindungen) oder unter (z. B. Tunnelverbindungen) dem Schutzring 110, Rissstopper 112 oder/und Rissstopper 114 erstrecken. Eine integrierte Schaltung 102, die ein System 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen einschließt, das Tunnelverbindungen gemäß Ausführungsformen enthält, ist in 6 - 9 dargestellt, auf die gleichzeitig Bezug genommen wird. Beispielsweise zeigt 6 eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung 102, die eine Vielzahl unabhängiger und elektrisch leitender Umgrenzungslinien 320, 322, 324 sowie elektrisch leitende Tunnelverbindungen 330, 332, 334 einschließt. 7 zeigt eine vergrößerte Teil-Draufsicht auf die integrierte Schaltung 102 in 6. 8 zeigt eine Teil-Schnittansicht entlang einer Länge einer Umgrenzungslinie (z. B. Umgrenzungslinie 320) in 6. 9 zeigt eine Teil-Schnittansicht des Systems 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen entlang Linie B - B in 6. Obwohl in dieser Ausführungsform drei Umgrenzungslinien 320, 322, 324 zum Einsatz kommen, sollte klar sein, dass das System 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen eine größere oder kleinere Anzahl von Umgrenzungslinien (z. B. eine oder mehr) enthalten kann. Darüber hinaus können Umgrenzungslinien an anderen Positionen in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein, und/oder kann eine Vielzahl von Umgrenzungslinien in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 benachbart zueinander ausgebildet sein.
Ähnlich wie bei den in 1 und 3 dargestellten Systemen 100, 200 zum Erfassen und Überwachen von Rissen ist das System 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen so ausgeführt, dass es das Wachstum von Rissen in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 erfasst und überwacht, bevor sich Risse in den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hinein ausbreiten. Im Allgemeinen kann das System 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen wenigstens eine Umgrenzungslinie enthalten, die in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet ist. Beispielsweise können, wie in 6 gezeigt, eine erste Umgrenzungslinie 320, eine zweite Umgrenzungslinie 322 und eine dritte Umgrenzungslinie 324 in dem inaktiven Bereich 108 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein.
Umgrenzungslinie 320 kann um einen Außenumfang des Schutzrings 110 zwischen dem Schutzring 110 und dem Rissstopper 112 ausgebildet sein. Die zweite Umgrenzungslinie 322 kann um einen Außenumfang des Rissstoppers 112 herum zwischen dem Rissstopper 112 und dem Rissstopper 114 ausgebildet sein. Die dritte Umgrenzungslinie 324 kann um einen Außenumfang des Rissstoppers 114 herum ausgebildet sein.
Einander gegenüberliegende Enden 340 der ersten Umgrenzungslinie 320 können über elektrisch leitende Halbleiter-Tunnelverbindungen 330 mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein. Die Tunnelverbindungen 330 können sich unter dem Schutzring 110 erstrecken und von diesem elektrisch isoliert sein. Einander gegenüberliegende Enden 342 der zweiten Umgrenzungslinie 322 können über Halbleiter-Tunnelverbindungen 332 mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein. Die Tunnelverbindungen 332 können sich, wie gezeigt, unter dem Rissstopper 112 und dem Schutzring 110 erstrecken und von diesen elektrisch isoliert sein. Einander gegenüberliegende Enden 344 der dritten Umgrenzungslinie 324 können über Halbleiter-Tunnelverbindungen 334 mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein. Die Tunnelverbindungen 334 können sich unter dem Rissstopper 114, dem Rissstopper 112 und dem Schutzring 110 erstrecken und von diesen elektrisch isoliert sein. Gemäß Ausführungsformen können die Tunnelverbindungen 344 auch von den Umgrenzungslinien 320, 322 elektrisch isoliert sein und können die Tunnelverbindungen 342 auch von Umgrenzungslinie 320 elektrisch isoliert sein. Die Tunnelverbindungen 340, 342, 344 können, wie im Folgenden beschrieben, unter Verwendung dotierter Bereiche des Substrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet werden.
Eine Schnittansicht entlang eines Endabschnitts von Umgrenzungslinie 320 in 6 gemäß Ausführungsformen ist in 8 dargestellt. Die Umgrenzungslinien 322 und 324 können jeweils ähnlich wie oder anders als Umgrenzungslinie 320 konstruiert sein. Umgrenzungslinie 320 kann, wie gezeigt, eine Vielzahl elektrisch leitender Metallabschnitte 350 enthalten, die durch eine abwechselnde Abfolge elektrisch leitender unterer Metallverbinder 352 (nur einer dargestellt) und elektrisch leitender oberer Metallverbinder 354 miteinander verkettet sein können. Die Metallverbinder 352, 354 können gleiche oder unterschiedliche Längen haben. Die Längen der Metallverbinder 352, 354 können die Genauigkeit von Riss-Erfassung von Umgrenzungslinie 320 beeinflussen. Beispielsweise kann eine größere Anzahl (z. B. höhere Dichte) von Metallabschnitten 350 miteinander verkettet werden, wenn kürzere Metallverbinder 352, 354 eingesetzt werden. Im Allgemeinen können die minimalen Längen der Metallverbinder 352, 354 durch die Verarbeitungsrichtlinien bestimmt werden, die beim Ausbilden der integrierten Schaltung 102 zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist es möglich, dass mit beim Herstellen der Metallverbinder 352, 354 in jeweiligen Metallisierungsschichten der integrierten Schaltung 102 zum Einsatz kommenden Lithographie-Werkzeugen nur Metallleitungen mit einer bestimmten minimalen Länge in einer bestimmten dielektrischen Schicht erzeugt werden können. Gemäß Ausführungsformen können die unteren Metallverbinder 352 beispielsweise in einer unteren BEOL-Metallisierungsschicht der integrierten Schaltung 102 (z. B., wie gezeigt, M1-Metallisierungsschicht) ausgebildet sein. Die oberen Metallverbinder 354 können in einer oberen Metallisierungsschicht der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein. Gemäß Ausführungsformen können die Längen der Metallverbinder 352, 354 beispielsweise im Bereich von einigen zehn Nanometern bis zu einigen Mikrometern liegen (z. B. in Abhängigkeit von Fertigungsbeschränkungen und/oder anderen Faktoren).
Die Metallabschnitte 350 können eine Vielzahl von Schichten elektrisch leitender Metallsegmente 360 einschließen, die mittels einer Vielzahl elektrisch leitender Zwischenverbindungen 362 aus Metall (z. B. Kontaktlöcher, Kontaktstangen etc.) miteinander verbunden und in ein dielektrisches Material 144 eingebettet sind. Die Metallsegmente 362 können in Metallisierungsschichten der integrierten Schaltung 102 (z. B., wie gezeigt, BEOL-Metallisierungsschichten M1-M5) ausgebildet sein. Eine oder mehrere Zwischenverbindung/en 362 aus Metall kann/können auch eingesetzt werden, um benachbarte Metallabschnitte 350 mit jeweiligen oberen Metallverbindem 352 zu koppeln. Das unterste Metallsegment 360 (z.B. M1-Metallisierungsschicht) wenigstens eines der Metallabschnitte 350 kann mit einem dotierten Bereich 356 des Halbleitersubstrats 104 über wenigstens eine Zwischenverbindung 362 aus Metall und eine Zwischenverbindung 364 aus dotiertem Halbleiter gekoppelt sein.
Der dotierte Halbleiterbereich 356 kann, wie in 8 dargestellt, in einem dotierten Abschnitt 358 des Halbleitersubstrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet sein. Wenigstens eine Zwischenverbindung 364 aus dotiertem Halbleiter kann über dem dotierten Halbleiterbereich 356 ausgebildet sein, um einen Metallabschnitt 350, der sich an einem Ende 340 von Umgrenzungslinie 320 befindet, mit einer Tunnelverbindung 330 zu koppeln, die in der vorliegenden Ausführungsform durch eine dotierte Halbleiterwanne gebildet wird, die in dem dotierten Abschnitt 358 des Halbleitersubstrats 104 ausgebildet ist. Der Metallabschnitt 350 kann unter Verwendung einer oder mehrerer Zwischenverbindung/en 362 aus Metall mit der Zwischenverbindung 364 aus dotiertem Halbleiter gekoppelt sein. Die Dotierung des Halbleiterbereiches 356, der Zwischenverbindung 364 aus Halbleitermaterial und der Tunnelverbindung 330 ermöglicht den Durchgang eines elektrischen Signals beim Messen der elektrischen Kenngröße (z. B. des Widerstandswertes) von Umgrenzungslinie 320. Der Halbleiterbereich 356 und die Zwischenverbindung 364 aus Halbleitermaterial können, wie in 8 gezeigt, n⁺-dotiert sein, oder in anderen Ausführungsformen p⁺-dotiert sein. Die Dotierung kann z. B. unter Einsatz von Ionenimplantation oder jedes anderen geeigneten Verfahrens erfolgen.
Bei Einsatz eines n⁺-dotierten Halbleiterbereiches 356 (mit einer Zwischenverbindung 364 aus n⁺-dotiertem Halbleiter) kann, wie in 8 dargestellt, der n⁺-dotierte Halbleiterbereich 356 in einem p-dotierten Bereich 358 des Halbleitersubstrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet werden. Bei diesem Dotierverfahren kann, wie des Weiteren in 8 dargestellt, der n⁺-dotierte Halbleiterbereich 356, der benachbart zu einem Ende 340 von Umgrenzungslinie 320 angeordnet ist, mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 über eine Tunnelverbindung 330 gekoppelt werden, die unter Verwendung einer n-dotierten Halbleiterwanne (n-dotierte Wanne) ausgebildet wird, die in dem p-dotierten Bereich 358 des Halbleitersubstrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet ist.
Gemäß anderen Ausführungsformen können ein p⁺-dotierter Halbleiterbereich und eine Zwischenverbindung aus p⁺-dotiertem Halbleiter anstelle des n⁺-dotierten Halbleiterbereiches 356 und der Zwischenverbindung 364 aus n⁺-dotiertem Halbleiter eingesetzt werden. Der p⁺-dotierte Halbleiterbereich kann in einem n⁺-dotierten Bereich des Halbleitersubstrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet werden. Darüber hinaus kann der p⁺-dotierte Halbleiterbereich, der benachbart zu dem Ende 340 von Umgrenzungslinie 320 angeordnet ist, über eine Tunnelverbindung 330 einer p-dotiertem Halbleiterwanne, die in dem n-dotierten Bereich des Substrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet ist, mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt werden.
9 zeigt eine Teil-Schnittansicht der integrierten Schaltung 102 entlang Linie B - B in 6 gemäß Ausführungsformen. Eine Tunnelverbindung 332 aus einer n-dotierten Halbleiterwanne (im Folgenden n-dotierte Tunnelverbindung 332) in dem p-dotierten Bereich 358 des Substrats 104 der integrierten Schaltung 102 ausgebildet werden, um den n⁺-dotierten Halbleiterbereich 356 benachbart zu einem Ende 342 von Umgrenzungslinie 322 über eine I/O-Verbindung 370 mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 zu koppeln. Umgrenzungslinie 322 kann über wenigstens eine Zwischenverbindung 364 aus n⁺-dotiertem Halbleiter mit dem n⁺-dotieren Halbleiterbereich 356 gekoppelt sein. Wenigstens eine Zwischenverbindung 364 aus n⁺-dotiertem Halbleiter kann auch eingesetzt werden, um die n-dotierte Tunnelverbindung 332 mit der I/O-Verbindung 370 zu koppeln.
Der Rissstopper 114 kann über dem p-dotierten Bereich 358 des Halbleitersubstrats 104 positioniert werden. Der Rissstopper 114 kann über wenigstens eine Zwischenverbindung 364 aus n⁺-dotiertem Halbleiter mit dem p-dotierten Halbleiterbereich 358 gekoppelt sein. Eine Vorspannung, die an den p-dotierten Bereich 358 angelegt wird, kann dazu dienen, den/die pn-Übergang/Übergänge, der/die zwischen dem p-dotierten Bereich 358 und der wenigstens einen Zwischenverbindung 364 aus n⁺-dotiertem Halbleiter ausgebildet ist/sind, in Sperrrichtung vorzuspannen, um den Rissstopper 114 elektrisch von dem p-dotierten Bereich 358 zu isolieren.
Die n-dotierte Tunnelverbindung 332 verläuft unterhalb des Rissstoppers 112 und des Schutzrings 110 und ist von diesen elektrisch isoliert. Der Rissstopper 112 kann unter Einsatz wenigstens einer Zwischenverbindung 366 aus p⁺-dotiertem Halbleiter mit der n-dotierten Tunnelverbindung 332 gekoppelt sein. Desgleichen kann der Schutzring 110 unter Einsatz wenigstens einer Zwischenverbindung 366 aus p⁺-dotiertem Halbleiter mit der n-dotierten Tunnelverbindung 332 gekoppelt sein. Die in Sperrrichtung vorgespannten pn-Übergänge, die zwischen der/den Halbleiter Zwischenverbindung(en) 366 aus p⁺-dotiertem Halbleiter und der n-dotierten Tunnelverbindung 332 ausgebildet sind, isolieren den Rissstopper 112 und den Schutzring 110 elektrisch von der n-dotierten Tunnelverbindung 332.
Gemäß anderen Ausführungsformen können bei jedem der hier beschriebenen Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen beide Typen von Verbindungsstrukturen eingesetzt werden, um Umgrenzungslinien elektrisch mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 zu verbinden. Beispielsweise kann eine erste Umgrenzungslinie in einem System zum Erfassen und Überwachen von Rissen unter Einsatz von Überbrückungs-verbindern aus Metall elektrisch mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 verbunden sein, kann eine zweite Umgrenzungslinie in demselben System zum Erfassen und Überwachen von Rissen unter Einsatz von Tunnelverbindern aus dotiertem Halbleiter elektrisch mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 verbunden sein, während eine dritte Umgrenzungslinie in demselben System zum Erfassen und Überwachen von Rissen unter Einsatz sowohl von Überbrückungs- als auch Tunnelverbindern verbunden sein kann.
Jede/alle der hier beschriebenen Umgrenzungslinie/s kann/können so ausgeführt sein, dass ein Riss, der sich durch den inaktiven Bereich 108 einer integrierten Schaltung 102 hindurch ausbreitet, geleitet und fixiert wird. Eine Schnittansicht einer Umgrenzungslinie 400 gemäß Ausführungsformen zum Leiten und Fixieren eines Risses ist beispielsweise in 10 dargestellt. Umgrenzungslinie 400 enthält, wie gezeigt, einen ersten und einen zweiten elektrisch leitenden Metallabschnitt 402, 404, die miteinander verbunden sind. Die Metallabschnitte 404 können eine Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitenden Metallsegmenten 406 einschließen, die unter Einsatz einer Anordnung elektrisch leitender Zwischenverbindungen 408 aus Metall (z. B. Kontaktlöcher, Kontaktstangen etc.) hoher Dichte miteinander verbunden und in ein dielektrisches Material 144 eingebettet sind. Die Metallabschnitte 402 können auch eine Vielzahl von Schichten aus elektrisch leitenden Metallsegmenten 406 einschließen, die unter Einsatz einer Anordnung von Zwischenverbindungen 408 aus Metall hoher Dichte miteinander verbunden und in ein dielektrisches Material 144 eingebettet sind. Darüber hinaus kann eine Vielzahl (in dem vorliegenden Beispiel 2) der Metallsegmente 406 in dem Metallabschnitt 402 unter Einsatz einer Anordnung elektrisch leitender Zwischenverbindungen 410 aus Metall (z. B. Kontaktlöcher, Kontaktstangen etc.) niedriger Dichte miteinander verbunden sein. Die Zwischenverbindungen 410 aus Metall bilden einen geschwächten Bereich 412 in dem Metallabschnitt 402, der einen sich in Richtung Umgrenzungslinie 400 ausbreitenden Riss effektiv anzieht. Ein längliches Metallsegment 406' in dem Metallabschnitt 402 kann über eine Zwischenverbindung 410 aus Metall auch mit einem länglichen Metallsegment 406' in dem Metallabschnitt 404 gekoppelt sein. Der Metallabschnitt 404 kann des Weiteren einen Fixier-Bereich 414 enthalten, der verstärkt wurde, um einen Riss zu fixieren/verlangsamen, nachdem er sich durch den geschwächten Bereich 412 in dem Metallabschnitt 402 ausgebreitet hat. Der Fixier-Bereich 414 kann beispielsweise verstärkt werden, indem eine Gruppe größerer/stärkerer Zwischenverbindungen 416 aus Metall (z. B. breiter/dicker als die Zwischenverbindung 408 aus Metall) bereitgestellt wird und/oder indem der Satz von Zwischenverbindungen 416 aus Metall (oder sogar der gesamte Metallabschnitt 404) in ein stärkeres dielektrisches Material 418 eingebettet wird, das weniger anfällig für Risse ist (z. B. im Vergleich zu dem dielektrischen Material 144).
Gemäß Ausführungsformen können die Anordnung von Zwischenverbindungen 408 aus Metall mit hoher Dichte und die Anordnung von Zwischenverbindungen 410 aus Metall mit niedriger Dichte auf verschiedene Weise bereitgestellt werden. Beispielsweise können die Zwischenverbindungen 408, 410 aus Metall in dem gleichen Muster angeordnet sein, können jedoch die Zwischenverbindungen 408 aus Metall dicker sein als die Zwischenverbindungen 410 aus Metall. Bei einem anderen Beispiel können die Zwischenverbindungen 408, 410 aus Metall die gleiche Dicke haben, können jedoch die Zwischenverbindungen 408 aus Metall näher beieinander angeordnet sein als die Zwischenverbindungen 410 aus Metall.
11A, 11B und 11C stellen ein Beispiel der Funktion zum Leiten und Fixieren von Rissen von Umgrenzungslinie 400 in 10 gemäß Ausführungsformen dar. In 11A wird ein Riss 130, der sich durch den inaktiven Bereich 108 einer integrierten Schaltung hindurch ausbreitet, in Richtung des geschwächten Bereiches 412 angezogen, der durch die Zwischenverbindungen 410 aus Metall in dem Metallabschnitt 402 gebildet wird. In 11B verläuft der Riss 130 durch die Anordnung von Zwischenverbindungen 410 aus Metall mit niedriger Dichte in dem Metallabschnitt 402 hindurch in Richtung des Fixier-Bereiches 414. In 11C wird der Riss durch die Zwischenverbindungen 416 aus Metall in dem Fixier-Bereich 414 fixiert/verlangsamt und wird seine Energie verteilt. Der Bruch in dem Metallabschnitt 402 führt zu einem Anstieg des Widerstandswertes von Umgrenzungslinie 400, der von der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gemessen wird. Wenn kein Fixier-Bereich 414 zum Einsatz kommt, kann der Riss 130 durch die Anordnung der Zwischenverbindungen 408 aus Metall in dem Metallabschnitt 404 fixiert/verlangsamt werden.
In 12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen und Überwachen von Rissen in einer integrierten Schaltung gemäß Ausführungsformen. dargestellt. In Prozess A1 wird eine elektrische Kenngröße (z.B. Widerstandswert) einer Vielzahl von Umgrenzungslinien, die in einem inaktiven Bereich einer integrierten Schaltung positioniert sind, durch eine Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung (kontinuierlich oder periodisch) überwacht. Wenn die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung eine Änderung der elektrischen Kenngröße einer Umgrenzungslinie misst, die darauf hinweist, dass sich ein Riss in/durch die Umgrenzungslinie hinein/hindurch ausgebreitet hat (JA in Prozess A2), geht der Ablauf zu Prozess A3 über. Andernfalls (NEIN in Prozess A2), kehrt der Ablauf zu Prozess A1 zurück.
In Prozess A3 gibt die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung eine Warnmeldung (z. B. E-Mail, Textnachricht, Systemmeldung und/oder dergleichen) an einen Endanwender aus, die anzeigt, dass ein Rissdurchbruch an der Umgrenzungslinie aufgetreten ist. Die Art der Warnmeldung kann beispielsweise von der Position der Umgrenzungslinie in dem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung abhängen (z.B. ist die Warnmeldung umso dringlicher, je näher die Umgrenzungslinie an dem aktiven Bereich der integrierten Schaltung liegt). Der Ablauf kehrt dann zu Prozess A1 zurück.
13 zeigt eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung 102, die ein System 500 zum Erfassen und Überwachen von Rissen gemäß anderen Ausführungsformen enthält. Ähnlich wie die Systeme 100, 200, 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen kann das System 500 zum Erfassen und Überwachen von Rissen eine elektrisch leitende Umgrenzungslinie 502, die um einen Außenumfang des Rissstoppers 114 herum ausgebildet ist, sowie eine elektrisch leitende Umgrenzungslinie 504 enthalten, die um einen Außenumfang des Rissstoppers 112 zwischen dem Rissstopper 112 und dem Rissstopper 114 ausgebildet ist. Im Unterschied zu den Systemen 100, 200, 300 zum Erfassen und Überwachen von Rissen kann das System 500 zum Erfassen und Überwachen von Rissen jedoch eine Vielzahl (z. B. > 2) zueinander benachbarter, elektrisch leitender Umgrenzungslinien enthalten, die um einen Außenumfang des Rissstoppers 110 herum zwischen dem Rissstopper 110 und dem Rissstopper 112 ausgebildet sind. Beispielsweise können, wie in 13 gezeigt, fünf Umgrenzungslinien 506, 508, 510, 512, 514 zwischen dem Rissstopper 110 und dem Rissstopper 112 vorhanden sein. Jede Umgrenzungslinie 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514 kann, wie oben beschrieben, unterbrochen (oder durchgehend) sein und kann über entsprechende Überbrückungs- oder Tunnelverbindungen mit der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 gekoppelt sein.
Die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 kann so ausgeführt sein, dass sie in Funktion einen ersten Typ Warnmeldung ausgibt, wenn sich ein Riss in/durch die Umgrenzungslinien 502, 504 hinein/hindurch ausbreitet, und einen zweiten Typ Warnmeldung ausgibt, wenn sich ein Riss in/durch die Umgrenzungslinien 506, 508, 510, 512, 514 hinein/hindurch ausbreitet. Beispielsweise kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 so ausgeführt sein, dass sie an einen Endanwender anfängliche Warnmeldungen ausgibt, wenn sich ein Riss in/durch die Umgrenzungslinien 502, 504 hinein/hindurch ausbreitet. Diese Warnmeldungen können beispielsweise so lauten: „Ein Rissdurchbruch ist in der integrierten Schaltung aufgetreten“ und „Ein Riss breitet sich weiter in das Innere der integrierten Schaltungen hinein aus“.
Das System 500 zum Erfassen und Überwachen von Rissen kann des Weiteren so ausgeführt sein, dass es Alterungs-Informationen bezüglich der erwarteten Restlebensdauer (z. B. ungefähre Betriebsdauer bis zum Ausfall) der integrierten Schaltung 102 bereitstellt, wenn sich ein Riss in/durch die Umgrenzungslinien 506, 508, 510, 512, 514 hinein/hindurch ausbreitet. Um diese Funktionalität zu gewährleisten, kann die Wachstumsrate eines Risses in einer Test-IC 102 bestimmt werden. Auf Basis der Wachstumsrate können die Umgrenzungslinien 506, 508, 510, 512, 514 in bestimmten Abständen zu dem aktiven Bereich 106 einer integrierten Schaltung 102 angeordnet werden, wobei jeder Abstand für eine andere Restlebensdauer der integrierten Schaltung 102 steht. Wenn sich ein Riss in/durch eine bestimmte Umgrenzungslinie hinein/hindurch ausbreitet, kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Endanwender dahingehend warnen, dass ein Riss diese Umgrenzungslinie erreicht hat und dass der Riss, wenn die Bedingungen unverändert bleiben, den aktiven Bereich der integrierten Schaltung 102 möglicherweise in einer bestimmten Anzahl von Tagen/Monaten/Jahren (z. B. in 18 Monaten) erreicht. Warnmeldungen können beispielsweise lauten: „Ein Riss nähert sich dem aktiven Bereich der integrierten Schaltung.“, „Es ist zu erwarten, dass die integrierte Schaltung in ungefähr 18 Monaten ausfällt.“ Wenn sich ein Riss in/durch eine bestimmte Umgrenzungslinie hinein/hindurch ausbreitet, die näher an dem aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 liegt, kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 126 einen Endanwender dahingehend warnen, dass ein Riss diese Umgrenzungslinie erreicht hat und dass der Riss, wenn die Bedingungen unverändert bleiben, den aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 möglicherweise in einer bestimmten Anzahl von Tagen/Monaten/Jahren (z. B. in 12 Monaten) erreicht.
Gemäß Ausführungsformen kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung wenigstens eine Messschaltung zum Erfassen und Überwachen eines Widerstandswertes wenigstens einer Umgrenzungslinie enthalten. Die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung kann beispielsweise eine serielle (Kaskaden-) Anordnung mehrerer Stufen von Messschaltungen enthalten, wobei jede Messschaltung so ausgeführt ist, dass sie den Widerstandswert einer entsprechenden Umgrenzungslinie misst. Ein von einer Messschaltung erzeugtes Aktivierungs-Signal dient dazu, die nächste Messschaltung der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen zu aktivieren, wenn sich ein Riss durch die integrierte Schaltung hindurch ausbreitet.
14 stellt eine Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 602 gemäß Ausführungsformen dar, die in einem System 600 zum Erfassen und Überwachen von Rissen eingesetzt werden kann, das eine Vielzahl von Umgrenzungslinien (z.B. Umgrenzungslinie 604, Umgrenzungslinie 606, Umgrenzungslinie 608) einschließt, wobei Umgrenzungslinie 608 näher an dem aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 liegt als Umgrenzungslinie 606 und Umgrenzungslinie 606 näher an dem aktiven Bereich 106 liegt als Umgrenzungslinie 604. Die Schaltung 602 zum Erfassen und Überwachen von Rissen kann, wie in 14 gezeigt, eine Vielzahl von N (N = 3 in diesem Beispiel) Stufen in Kaskade geschalteter Messschaltungen enthalten. Beispielsweise kann die Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 602 eine Messschaltung 610 der ersten Stufe zum Messen des Widerstandswertes R_PL0 von Umgrenzungslinie 604, eine Messschaltung 612 der zweiten Stufe zum Messen des Widerstandswertes R_PL1 von Umgrenzungslinie 606 und eine Messschaltung 614 der dritten Stufe zum Messen des Widerstandswertes R_PL2 von Umgrenzungslinie 608 einschließen. Die Messschaltungen 610, 612, 614 können in Reihe (z. B. in Kaskade geschaltet) so angeordnet sein, dass die Messschaltung 612 erst aktiviert wird, nachdem die Messschaltung 610 einen Riss an Umgrenzungslinie 604 erfasst hat. Desgleichen wird die Messschaltung 614 erst aktiviert, nachdem die Messschaltung 612 einen Riss an Umgrenzungslinie 606 erfasst hat. 15, auf die gleichzeitig mit 14 Bezug genommen wird, zeigt ein Schaltbild 700 der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 602, die eine Kaskadenanordnung von Messschaltungen 610, 612, 614 gemäß Ausführungsformen einschließt.
Die Schaltung 700 ist so ausgeführt, dass sie in Funktion eine Vielzahl verschiedener Flags ausgibt, die das Vorhandensein und Wachstum eines Risses 130 in Richtung des aktiven Bereiches 106 der integrierten Schaltung 102 anzeigen. Das heißt, jede der in Kaskade geschalteten Messschaltungen 610, 612, 614 ist so ausgeführt, dass sie ein entsprechendes Flag setzt, wenn sich der Riss 130 näher zu dem aktiven Bereich 106 der integrierten Schaltung 102 hin ausbreitet. In Reaktion auf die Flags können entsprechende Warnmeldungen an einen Endanwender der integrierten Schaltung 102 ausgegeben werden.
Die Messschaltung 610 der ersten Stufe empfängt eine Eingangsspannung VIN0, die von einem Spannungsteiler der ersten Stufe 702 erzeugt wird. Desgleichen empfängt die Messschaltung 612 der zweiten Stufe eine durch einen Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe erzeugte Eingangsspannung VIN1, während die Messschaltung 614 der dritten Stufe eine durch einen Spannungsteiler 706 der dritten Stufe erzeugte Eingangsspannung VIN2 empfängt.
Der Spannungsteiler 702 der ersten Stufe wird durch einen Bezugswiderstand R0 und einen Widerstand R_PL0 gebildet, der den Widerstandswert von Umgrenzungslinie 604 repräsentiert. Gemäß Ausführungsformen kann Umgrenzungslinie 604 in intaktem Zustand einen Widerstandswert R_PL0 von ungefähr 10 kΩ und bei Beschädigung durch einen Riss von mehr als 1 MΩ haben. Der Widerstand R0 kann einen Widerstandswert haben, der viel größer ist als der Widerstandswert R_PL0 von Umgrenzungslinie 604 in intaktem Zustand. Widerstand R0 kann beispielsweise einen Widerstandswert von ungefähr 100 kΩ haben. VIN0 ist die Spannung an einem Knoten 708 des Spannungsteilers 702 zwischen Widerstand R0 und Widerstand R_PL0.
Der Drain eines n-Typ-Feldeffekttransistors (NFET) N0 ist mit dem Knoten 708 gekoppelt. Eine Source des n-Typ-Feldeffekttransistors N0 ist mit einer Erdspannung VSS (z. B. 0 V) gekoppelt. Der Drain eines p-Typ-Feldeffekttransistors (PFET) P0 ist mit R0 gekoppelt, wobei eine Source des p-Typ-Feldeffekttransistors P0 mit einer Speisespannung VDD (z. B. 1 V) gekoppelt ist.
Die Messschaltung 610 der ersten Stufe kann durch ein Aktivierungs-Signal ENN selektiv aktiviert werden. Außerdem wird das Aktivierungs-Signal ENN an die Gates des n-Typ-Feldeffekttransistors N0 und des p-Typ-Feldeffekttransistors P0 des Spannungsteilers 702 der ersten Stufe angelegt. Wenn das Aktivierungs-Signal ENN = 1 V (z. B. VDD) ist, ist die Messschaltung 610 der ersten Stufe deaktiviert, und es wird kein Strom (nur nA Leckströme) durch die Messschaltung 610 der ersten Stufe verbraucht. Wenn das Aktivierungs-Signal ENN = 1 V ist, wird außerdem p-Typ-Feldeffekttransistor P0 ausgeschaltet und wird n-Typ-Feldeffekttransistor N0 angeschaltet, wodurch die Spannung VIN0 an Knoten 708 auf Erde gezogen wird (z. B. VIN0 = 0 V). Insofern wird, wenn ENN = 1V, kein Strom durch die Messschaltung 610 der ersten Stufe verbraucht und fließt kein Gleichstrom durch den Spannungsteiler 702 der ersten Stufe.
Jede Messschaltung 610, 612, 614 empfängt eine Bezugsspannung VREF. VREF kann unter Verwendung einer Bandgap-Spannungs-Bezugswertschaltung (bandgap voltage reference circuit) oder auf jede andere geeignete Weise durch einen Spannungsteiler 720 bereitgestellt werden, der, wie in 15 gezeigt, aus zwei Widerständen RR0 und RR1 besteht. Der Spannungsteiler 720 ist so ausgeführt, dass er, wenn davon ausgegangen wird, dass RR0 = RR1, eine Bezugsspannung VREF = VDD/2 (z. B. VREF = -0,5 V) ausgibt.
Wenn ENN = 0, ist die Messschaltung 602 der ersten Stufe aktiviert, ist n-Typ-Feldeffekttransistor N0 ausgeschaltet und ist p-Typ-Feldeffekttransistor P0 angeschaltet. Die Messschaltung 610 der ersten Stufe ist so ausgeführt, dass sie in aktiviertem Zustand (z. B. ENN = 0 V), die Spannungen VIN0 und VREF vergleicht und ein Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 erzeugt, das dem Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe und der Messschaltung 612 der zweiten Stufe bereitgestellt wird. Die Messschaltung 610 der ersten Stufe kann auch ein Flag F0 erzeugen, das den Zustand von Umgrenzungslinie 604 anzeigt.
In intaktem Zustand kann Umgrenzungslinie 604 einen Ersatzwiderstand R_PL0 von 10 kΩ aufweisen. Daher gibt, wenn ENN = 0 V (Freigabe der Messschaltung 610 der ersten Stufe), der Spannungsteiler 702 der ersten Stufe folgende Spannung VIN0 an Knoten 708 aus: $VDD * (R_{PL 0} / (R_{PL 0} + R 0)) = VDD * (10 k/ (10 k + 100 k)) = ~ 0,009 * VDD = ~ 0 V .$
In Reaktion darauf setzt, da VIN0 kleiner ist als die Bezugsspannung VREF, die Messschaltung 610 der ersten Stufe CRACKN_S0 = 1V, wodurch die Messschaltung 612 der zweiten Stufe deaktiviert wird, und setzt F0 = 0V, damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 604 intakt ist.
Wenn Umgrenzungslinie 604 durch einen Riss beschädigt worden ist, kann sich ihr Widerstandswert R_PL0 um mehrere Größenordnungen erhöhen
(z. B. von 10 kΩ auf > 1 MΩ). In dieser Situation gibt der Spannungsteiler 702 der ersten Stufe folgende Spannung VIN0 an Knoten 708 aus: $VDD * (R_{PL 0} / (R_{PL 0} + R 0)) = VDD * (1 M/ (1 M + 100 k)) = ~ 0,9 * VDD = ~ VDD .$
In Reaktion darauf setzt, da VIN0 nunmehr größer ist als die Bezugsspannung VREF, die Messschaltung 610 der ersten Stufe CRACKN_S0 = 0V, wodurch die Messschaltung 612 der zweiten Stufe aktiviert wird, und setzt F0 = 1V, damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 604 beschädigt worden ist. Gemäß Ausführungsformen ist das Flag F0 der Kehrwert des Aktivierungs-Signals CRACKN_S0.
Der Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe wird durch einen Bezugswiderstand R1 und einen Widerstand R_PL1 gebildet, der den Widerstandswert von Umgrenzungslinie 606 repräsentiert. Der Spannungsteiler 706 der dritten Stufe schließt einen Bezugswiderstand R2 und einen Widerstand R_PL2 ein, der den Widerstandswert von Umgrenzungslinie 608 repräsentiert. Die Umgrenzungslinien 606, 608 können in intaktem Zustand einen Widerstandswert R_PL1, bzw. R_PL2 von ungefähr 10 kΩ bei Beschädigung durch einen Riss von mehr als 1 MΩ haben. Die Widerstände R1, R2 können einen Widerstandswert von ungefähr 100 kΩ haben. VIN1 ist die Spannung an Knoten 710 des Spannungsteilers der zweiten Stufe 704. VIN2 ist die Spannung an einem Knoten 712 des Spannungsteilers 706 der dritten Stufe.
Bei dem Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe sind der Drain und die Source eines n-Typ-Feldeffekttransistors N1 mit Knoten 710 bzw. mit Erde gekoppelt. Der Drain und die Source eines p-Typ-Feldeffekttransistors P1 sind mit Widerstand R1 bzw. VDD gekoppelt.
Die Messschaltung 612 der zweiten Stufe kann durch das von der Messschaltung 612 der ersten Stufe erzeugte Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 selektiv aktiviert werden. Außerdem wird das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 an die Gates von n-Typ-Feldeffekttransistor N1 und von p-Typ-Feldeffekttransistor P1 des Spannungsteilers 704 der zweiten Stufe angelegt. Wenn das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 = 1V (damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 604 intakt ist), ist die Messschaltung 612 der zweiten Stufe deaktiviert und verbraucht keinen Strom. Wenn das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 = 1V, wird außerdem p-Typ-Feldeffekttransistor P1 ausgeschaltet und wird n-Typ-Feldeffekttransistor N1 angeschaltet, wodurch die Spannung VIN1 an Knoten 710 auf Erde gezogen wird (z. B. VIN1 = 0 V).
Wenn das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 = 0 V (damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 604 beschädigt worden ist), wird die Messschaltung 612 der zweiten Stufe aktiviert, wird n-Typ-Feldeffekttransistor N1 ausgeschaltet und wird p-Typ-Feldeffekttransistor P1 angeschaltet. Die Messschaltung 612 der zweiten Stufe ist so ausgeführt, dass sie in aktiviertem Zustand (z. B. CRACKN_0 = 0V) die Spannungen VIN1 und VREF vergleicht und ein Aktivierungs-Signal CRACKN_S1 für die Messschaltung 614 der dritten Stufe erzeugt. Die Messschaltung 612 der zweiten Stufe kann auch ein Flag F1 (z.B. der Kehrwert von CRACKN_S1) erzeugen, das den Zustand von Umgrenzungslinie 606 anzeigt.
In intaktem Zustand kann Umgrenzungslinie 606 einen Ersatzwiderstand R_PL1 von 10 kΩ aufweisen. In diesem Fall gibt, wenn CRACKN_S0 = 0V, der Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe folgende Spannung VIN1 an Knoten 710 aus: $VDD * (R_{PL 1} / (R_{PL 1} + R 1)) = VDD * (10 k/ (10 k + 100 k)) = ~ 0,009 * VDD = ~ 0 V .$
In Reaktion darauf setzt, da VIN1 kleiner ist als die Bezugsspannung VREF, die Messschaltung 612 der zweiten Stufe CRACKN_S1 = 1V, wodurch die Messschaltung 614 der dritten Stufe deaktiviert wird, und setzt F1 = 0V, damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 606 intakt ist.
Wenn Umgrenzungslinie 606 durch einen Riss beschädigt worden ist, erhöht sich ihr Widerstandswert R_PL1 um mehrere Größenordnungen (z. B. von 10 kΩ auf > 1 MΩ). Daher gibt der Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe folgende Spannung VIN1 an Knoten 710 aus: $VDD * (R_{PL 1} / (R_{PL 1} + R 1)) = VDD * (1 M/ (1 M + 100 k)) = ~ 0,9 * VDD = ~ VDD .$
In Reaktion darauf setzt, da VIN1 nunmehr größer ist als die Bezugsspannung VREF, die Messschaltung 612 der zweiten Stufe CRACKN_S1 = 0V, wodurch die Messschaltung 614 der dritten Stufe aktiviert wird, und setzt F1 = 1V, damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 606 beschädigt worden ist.
Bei dem Spannungsteiler 706 der dritten Stufe sind der Drain und die Source eines n-Typ-Feldeffekttransistors N2 mit Knoten 712 bzw. mit Erde gekoppelt. Der Drain und die Source eines p-Typ-Feldeffekttransistors P2 sind mit Widerstand R2 bzw. VDD gekoppelt.
Die Messschaltung 614 der dritten Stufe kann durch das von der Messschaltung 614 der zweiten Stufe erzeugte Aktivierungs-Signal CRACKN_S1 selektiv aktiviert werden. Das Aktivierungs-Signal CRACKN_S1 kann auch an die Gates von n-Typ-Feldeffekttransistor N2 und von p-Typ-Feldeffekttransistor P2 des Spannungsteilers 706 der dritten Stufe angelegt werden. Wenn das Aktivierungs-Signal CRACKN_S1 = 1V (damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 606 intakt ist), ist die Messschaltung 614 der dritten Stufe deaktiviert und verbraucht keinen Strom, ist p-Typ-Feldeffekttransistor P2 ausgeschaltet und ist n-Typ-Feldeffekttransistor N2 angeschaltet, wodurch die Spannung VIN2 an Knoten 712 auf Erde gezogen wird (z.B. VIN2 = 0V).
Wenn das Aktivierungs-Signal CRACKN_S1 = 0 V (damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 606 beschädigt worden ist), wird die Messschaltung 613 der dritten Stufe aktiviert, wird n-Typ-Feldeffekttransistor N2 ausgeschaltet und wird p-Typ-Feldeffekttransistor P2 angeschaltet. Die Messschaltung 614 der dritten Stufe vergleicht die Spannungen VIN2 und VREF und erzeugt ein Aktivierungs-Signal CRACKN_S2 sowie ein Flag F2 (z. B. der Kehrwert von CRACKN_S2), das den Zustand von Umgrenzungslinie 608 anzeigt. Da die Messschaltung 614 der dritten Stufe in der beschriebenen Ausführungsform die letzte der in Kaskade geschalteten Messschaltungen ist, wird das Aktivierungs-Signal CRACKN_S2 nicht zum Aktivieren einer nachfolgenden Messschaltung genutzt.
In intaktem Zustand kann Umgrenzungslinie 608 einen Ersatzwiderstand R_PL2 von 10 kΩ aufweisen. In diesem Fall gibt, wenn CRACKN_S1 = 0V, der Spannungsteiler 706 der dritten Stufe folgende Spannung VIN2 an Knoten 712 aus: $VDD * (R_{PL 2} / (R_{PL 2} + R 2)) = VDD * (10 k/ (10 k + 100 k)) = ~ 0,009 * VDD = ~ 0 V .$
Da VIN2 kleiner ist als die Bezugsspannung VREF, setzt die Messschaltung 614 der dritten Stufe CRACKN_S2 = 1V und setzt F2 = 0V, damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 608 intakt ist.
Wenn Umgrenzungslinie 608 durch einen Riss beschädigt worden ist, erhöht sich ihr Widerstandswert R_PL2 um mehrere Größenordnungen (z. B. von 10 kΩ auf > 1 MΩ). Daher gibt der Spannungsteiler 706 der dritten Stufe folgende Spannung VIN2 an Knoten 712 aus: $VDD * (R_{PL 2} / (R_{PL 2} + R 2)) = VDD * (1 M/ (1 M + 100 k)) = ~ 0,9 * VDD = ~ VDD .$
In Reaktion darauf setzt, da VIN2 nunmehr größer ist als die Bezugsspannung VREF, die Messschaltung 614 der dritten Stufe CRACKN_S2 = 0V und setzt F2 = 1V, damit anzeigend, dass Umgrenzungslinie 608 beschädigt worden ist.
16 zeigt ein ausführlicheres Schaltbild 800 der Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung 602, die eine Kaskadenanordnung von Messschaltungen 610, 612, 614 gemäß Ausführungsformen einschließt. In der Messschaltung 6 der ersten Stufe wird, wie in 16 gezeigt, das Aktivierungs-Signal ENN zu dem Gate eines p-Typ-Feldeffekttransistors T1 gekoppelt. Die Source von p-Typ-Feldeffekttransistor T1 ist mit VDD gekoppelt und der Drain von p-Typ-Feldeffekttransistor T1 ist mit den Source-Anschlüssen eines p-Typ-Feldeffekttransistors T2 und eines p-Typ-Feldeffekttransistors T3 gekoppelt.
Die Eingangsspannung VIN0 an Knoten 708 des Spannungsteilers 702 der ersten Stufe ist mit dem Gate eines n-Typ-Feldeffekttransistors T4 gekoppelt. Die Source von n-Typ-Feldeffekttransistor T4 ist mit Erde gekoppelt, und der Drain von n-Typ-Feldeffekttransistors T4 ist mit dem Drain von p-Typ-Feldeffekttransistor T2 sowie den Gate-Anschlüssen der p-Typ-Feldeffekttransistoren T2 und T3 gekoppelt. Der Drain von p-Typ-Feldeffekttransistor T3 und der Drain von n-Typ-Feldeffekttransistor T5 sind an einem Knoten 802 verbunden. Das Gate von n-Typ-Feldeffekttransistor T5 ist mit der Bezugsspannung VREF gekoppelt.
Das Aktivierungs-Signal ENN aktiviert die Messschaltung 610, wenn ENN = 0 V, wodurch der p-Typ-Feldeffekttransistor T1 angeschaltet wird. Wenn ENN = 1 V (z. B. VDD) wird p-Typ-Feldeffekttransistor T1 ausgeschaltet und wird die Messschaltung 610 deaktiviert. Außerdem wird, wenn ENN = 1V, durch die Bezugsspannung VREF, die einen Wert von -VDD/2 hat, n-Typ-Feldeffekttransistor T5 angeschaltet und die Spannung OUTO an Knoten 802 auf Erde (0V) gezogen.
Die Spannung OUTO an Knoten 802 wird durch einen ersten Inverter 804 geleitet, um das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 zu erzeugen, das zu dem Spannungsteiler 704 der zweiten Stufe und der Messschaltung 612 der zweiten Stufe geleitet wird. Das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 wird ebenfalls durch einen zweiten Inverter 806 geleitet, um das Flag F0 zu erzeugen. Wenn ENN =1V, gilt OUTO = 0V, CRACKN_S0 = 1V, und F0 = 0V.
Ein Aktivierungs-Signal ENN = 0V aktiviert sowohl die Messschaltung 610 der ersten Stufe als auch den Spannungsteiler 702 der ersten Stufe, der eine Eingangsspannung VIN0 an Knoten 708 ausgibt. Der n-Typ-Feldeffekttransistor T4 wird durch die Eingangsspannung VIN0 gattergesteuert, die je nach Integrität (intakt bzw. unterbrochen) von Umgrenzungslinie 604 ~0V oder VDD beträgt. Die Messschaltung 610 ist so ausgeführt, dass sie den Strom durch n-Typ-Feldeffekttransistor T5 aufgrund der Bezugsspannung VREF mit dem Strom durch n-Typ-Feldeffekttransistor T4 aufgrund der Eingangsspannung VIN0 vergleicht. Wenn ENN = 0V und Umgrenzungslinie 604 vollkommen intakt ist (keine Beschädigung), dann gilt VIN0 = 0V, OUTO = 0V, CRACKN_S0 = 1V und F0 = 0V. Wenn ENN = 0V und Umgrenzungslinie 604 beschädigt ist, dann gilt VIN0 = -VDD (1V), CRACKN_S0 = 0V, und F0 = 1V. In dieser Situation wird durch das Aktivierungs-Signal CRACKN_S0 = 0V die Messschaltung 612 der nächsten (zweiten) Stufe aktiviert. Die Messschaltungen 612, 614 der zweiten und dritten Stufe arbeiten ähnlich wie die Messschaltung 610 der ersten Stufe, auf Basis des Wertes ihrer jeweiligen Aktivierungs-Signale CRACKN_S0, CRACKN_S1.
Die Messschaltung 610 verbraucht keinen Strom, wenn die Umgrenzungslinie 604 intakt ist (keine Beschädigung). In diesem Fall gilt VIN0 = ~0V, wodurch n-Typ-Feldeffekttransistor T4 ausgeschaltet und die MID0-Spannung erdfrei (floated) ist. Da für die Bezugsspannung (oder je nach Implementierung eine andere Bezugsspannung) VREF = VDD/2 gilt, wird die Spannung OUTO sicher auf 0V gezogen und nachfolgenden Schaltungen wird ein bekannter Ausgang bereitgestellt. Die Messschaltung 604 verbraucht nur dann Strom, wenn Umgrenzungslinie 604 beschädigt worden ist (z. B. wenn ENN = 0V und VIN0 = 1V).
Ausführungsformen der Offenbarung können verschiedene technische und ökonomische Vorteile bieten, von denen einige hier beispielhaft erläutert werden. Die hier offenbarten Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen sind so ausgeführt, dass sie das Vorhandensein eines Risses in einem inaktiven Bereich einer integrierten Schaltung erfassen und einen Endanwender bezüglich des Vorhandenseins des Risses und seines fortschreitenden Wachstums in Richtung des aktiven Bereiches der integrierten Schaltung warnen. Darüber hinaus sind die hier offenbarten Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen so konzipiert, dass sie einen Endanwender bezüglich eines drohenden katastrophalen Ausfalls warnen, bevor es zu einem tatsächlichen katastrophalen Ausfall kommt, bei dem sich ein Riss in den aktiven Bereich der integrierten Schaltung hinein ausbreitet. Dies ermöglicht es einem Endanwender, eine integrierte Schaltung zu ersetzen, bevor sie aufgrund von Rissausbreitung ausfällt. Die Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen können so eingerichtet und kalibriert werden, dass sie einen ungefähren Zeitrahmen bis zum unmittelbar bevorstehenden Ausfall einer integrierten Schaltung angeben.
Die hier offenbarten Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen können Überbrückungs- oder Tunnelverbindungen mit einer Erfassungs-und-Überwachungs-Schaltung einschließen, die einen/mehrere Rissstopper und/oder eine/mehrere Führungsschiene/n entweder über die oberen Metallschichten (BEOL) oder über vergrabene Halbleiterwannen in einem Halbleitersubstrat einer integrierten Schaltung umgehen und traversieren. Die hier offenbarten Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen können auch bewusst angelegte Schwachstellen enthalten, die Rissausbreitung an gewünschte Positionen leiten, an denen ein Riss fixiert und seine Energie dispergiert wird.
Die hier offenbarten Systeme zum Erfassen und Überwachen von Rissen können eine mehrstufige, seriell geschaltete (z. B. in Kaskade geschaltete) Anordnung von Messschaltungen zum Überwachen von Strukturen (z. B. Umgrenzungslinien) an einer integrierten Schaltung enthalten. Vorteilhafterweise wird eine Messschaltung für eine Stufe N+1 erst dann aktiviert, wenn die Messschaltung für eine vorgelagerte Stufe N Schaden an ihrer jeweiligen Struktur erfasst hat, und verbraucht erst dann Strom.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dazu, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben, und soll die Offenbarung nicht einschränken. Die hier verwendeten Singularformen „ein/eine“ sowie „der/die/das“ sollen auch die Pluralformen einschließen, sofern dies aus dem Kontext nicht eindeutig anderweitig hervorgeht. Es versteht sich des Weiteren, dass die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Formulierungen „umfasst“ und/oder „umfassend“ das Vorhandensein von angeführten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht ausschließen. „Optional“ oder „wahlweise“ bedeutet, dass der nachfolgend beschriebene Vorgang oder Umstand eintreten oder nicht eintreten kann, und dass die Beschreibung Fälle, in denen der Vorgang eintritt, sowie Fälle einschließt, in denen er nicht eintritt.
Näherungen benennende Formulierungen, wie sie in der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, können dazu dienen, etwaige quantitative Darstellungen zu modifizieren, bei denen Abweichungen zulässig sind, ohne dass sie zu einer Änderung der grundlegenden Funktion führen, auf die sie sich beziehen. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriff/e wie „ungefähr“, „annähernd“ und „im Wesentlichen“ modifiziert wird, nicht auf den angegebenen konkreten Wert zu beschränken. In wenigstens einigen Fällen können die Näherung benennenden Formulierungen der Genauigkeit eines Messgerätes entsprechen, mit dem der Wert gemessen wird. Im vorliegenden Fall und in der gesamten Beschreibung sowie den Ansprüchen können Beschränkungen von Bereichen kombiniert und/oder ausgetauscht werden, sind diese Bereiche umrissen und schließen alle darin enthaltenen Teilbereiche ein, sofern dies aus dem Kontext und den Formulierungen nicht eindeutig anderweitig hervorgeht. Wenn „annähernd“ auf einen bestimmten Wert eines Bereiches angewendet wird, gilt es für beide Werte, und kann, sofern nicht anderweitig von der Genauigkeit des Instrumentes zum Messen des Wertes abhängig, +/- 10 % des/der angeführten Wertes/Werte angeben.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Vorgänge und Äquivalente aller Mittel oder Schritte und Funktionen einschließender Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen einschließen, wie sie konkret beansprucht werden. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung dient der Veranschaulichung und Beschreibung, ist jedoch nicht als erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt zu verstehen. Für den Fachmann ergeben sich Abwandlungen und Änderungen, die keine Abweichung vom Umfang und Geist der Offenbarung darstellen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und anderen Fachleuten Verständnis der Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Abwandlungen zu ermöglichen, die für den jeweiligen Einsatz geeignet sind.

Claims

System zum Erfassen und Überwachen von Rissen, das umfasst: eine Vielzahl elektrisch leitender Strukturen, die sich um eine Schutzbarriere herum erstrecken, die in einem inaktiven Bereich einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, wobei ein aktiver Bereich der integrierten Schaltung innerhalb der Schutzbarriere eingeschlossen ist; sowie eine Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe verbunden sind und eine Änderung einer elektrischen Kenngröße jeder der Vielzahl von Strukturen messen und ein Aktivierungs-Signal empfangen, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist und die Änderung der elektrischen Kenngröße Beschädigung der jeweiligen Struktur anzeigt, wobei jede Messschaltung eine Schaltung zum selektiven Erzeugen des Aktivierungs-Signals für eine nächste Messschaltung der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Strukturen eine Vielzahl elektrisch leitender Umgrenzungslinien umfasst, und die Änderung der elektrischen Kenngröße ein Vorhandensein eines Risses in der Struktur anzeigt.
System nach Anspruch 1, wobei die elektrische Kenngröße einen elektrischen Widerstandswert der Struktur umfasst.
System nach Anspruch 3, wobei die Messschaltung jeder Stufe der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen des Weiteren umfasst: eine Spannungsteilerschaltung, die mit dem durch die Messschaltung empfangenen Aktivierungs-Signal gekoppelt ist, um auf Basis eines Schadens-Status der mit der Messschaltung gekoppelten Struktur ein Spannungseingangs-Signal VIN an die Messschaltung auszugeben.
System nach Anspruch 4, wobei die Spannungsteilerschaltung des Weiteren umfasst: einen ersten Widerstand, der einen elektrischen Widerstandswert der Struktur repräsentiert; sowie einen Bezugswiderstand, der an einem Ausgangsknoten mit dem ersten Widerstand gekoppelt ist, wobei der Bezugswiderstand einen elektrischen Widerstandswert hat, der größer ist als der elektrische Widerstandswert der Struktur in unbeschädigtem Zustand der Struktur und kleiner als der elektrische Widerstandswert der Struktur in beschädigtem Zustand der Struktur.
System nach Anspruch 5, wobei die Spannungsteilerschaltung des Weiteren umfasst: einen ersten Feldeffekttransistor; und einen zweiten Feldeffekttransistor; wobei ein erster Anschluss des ersten Feldeffekttransistors mit dem Ausgangsknoten gekoppelt ist, ein zweiter Anschluss des ersten Feldeffekttransistors mit Erde gekoppelt ist, ein erster Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors mit dem Bezugswiderstand gekoppelt ist, und ein zweiter Anschluss des zweiten Feldeffekttransistors mit einer Speisespannung gekoppelt ist, und wobei ein Gate des ersten Feldeffekttransistors und ein Gate des zweiten Feldeffekttransistors mit dem Aktivierungs-Signal gekoppelt sind.
System nach Anspruch 4, wobei die Schaltung zum selektiven Erzeugen des Aktivierungs-Signals für die nächste Messschaltung des Weiteren umfasst: einen Eingang zum Empfangen einer Bezugsspannung VREF; einen Eingang zum Empfangen des Spannungseingangs-Signals VIN von der Spannungsteilerschaltung; eine Schaltung zum Erzeugen eines Ausgangs-Signals OUT auf Basis der Bezugsspannung VREF und des Spannungseingangs-Signals VIN; sowie eine Schaltung zum Erzeugen des Aktivierungs-Signals für die nächste Messschaltung auf Basis des OUT-Signals.
System nach Anspruch 7, das des Weiteren eine Schaltung zum Ausgeben eines Flags umfasst, das einen Beschädigungs-Status der mit der Messschaltung gekoppelten Struktur anzeigt.
Verfahren zum Erfassen und Überwachen eines Risses in einer integrierten Schaltung, das umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl elektrisch leitender Strukturen in einem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung, wobei sich die Vielzahl elektrisch leitender Strukturen um eine Schutzbarriere herum erstreckt, die in dem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung ausgebildet ist, und ein aktiver Bereich der integrierten Schaltung innerhalb der Schutzbarriere eingeschlossen ist Koppeln einer Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe mit der Vielzahl elektrisch leitender Strukturen verbunden sind, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist; Aktivieren der Messschaltung in einer Stufe N der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen; Überwachen einer elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur durch die aktivierte Messschaltung; und Ausgeben eines Aktivierungs-Signals zum Aktivieren der Messschaltung in einer stromab liegenden Stufe N+1 der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen durch die aktivierte Messschaltung in Reaktion auf Erfassen einer Änderung der elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur.
Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren Ausgeben eines Flags umfasst, das die Änderung der elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren Bereitstellen einer Warnmeldung in Reaktion auf das Flag umfasst, wobei die Warnmeldung anzeigt, dass die jeweilige, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelte Struktur beschädigt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Änderung der elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur auf einen Riss zurückzuführen ist, der sich durch den inaktiven Bereich der integrierten Schaltung hindurch ausbreitet, und das Verfahren des Weiteren umfasst, dass die Warnmeldung bereitgestellt wird, bevor sich der Riss von dem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung in den aktiven Bereich der integrierten Schaltung hinein ausgebreitet hat.
Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren Positionieren der mit der Stufe N der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen gekoppelten Struktur umfasst, die näher an dem aktiven Bereich der integrierten Schaltung liegt als die mit der Stufe N+1 der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen gekoppelte Struktur.
Verfahren, das umfasst: Koppeln einer Vielzahl von Stufen von Messschaltungen, die in Reihe mit einer Vielzahl elektrisch leitender Strukturen an einer integrierten Schaltung verbunden sind, wobei jede Messschaltung mit einer jeweiligen Struktur der Vielzahl von Strukturen gekoppelt ist; Aktivieren der Messschaltung in einer Stufe N der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen; Überwachen einer elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur durch die aktivierte Messschaltung; und Ausgeben eines Aktivierungs-Signals zum Aktivieren der Messschaltung in einer stromab liegenden Stufe N+1 der Vielzahl von Stufen von Messschaltungen durch die aktivierte Messschaltung in Reaktion auf Erfassen einer Änderung der elektrischen Kenngröße der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur.
Verfahren nach Anspruch 14, das des Weiteren Erzeugen einer Warnmeldung umfasst, die Beschädigung der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 15, das des Weiteren umfasst: Überwachen einer Ausbreitung eines Risses durch die integrierte Schaltung hindurch auf Basis der Warnmeldung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die elektrische Kenngröße einen Widerstandswert der jeweiligen, mit der aktivierten Messschaltung gekoppelten Struktur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl elektrisch leitender Strukturen elektrisch leitende Umgrenzungslinien in einem inaktiven Bereich der integrierten Schaltung umfasst, und die Änderung der elektrischen Kenngröße ein Vorhandensein eines Risses in einer Umgrenzungslinie anzeigt.