DE102021130953A1 - crack sensor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Chip bereitgestellt, umfassend eine Kernschaltlogik; einen Dichtring, der die Kernschaltlogik zumindest teilweise umgibt; zumindest einen Risssensor, der außerhalb des Dichtrings und der Kernschaltlogik angeordnet ist, wobei der zumindest eine Risssensor über eine Halbleiterschicht, die sich unterhalb von Metallschichten befindet, elektrisch mit der Kernschaltlogik verbunden ist. Außerdem wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Status von zumindest einem Risssensor vorgeschlagen.A chip is provided, comprising core circuitry; a sealing ring at least partially surrounding the core circuitry; at least one crack sensor disposed outside of the sealing ring and the core circuitry, wherein the at least one crack sensor is electrically connected to the core circuitry via a semiconductor layer underlying metal layers. A method for determining a status of at least one crack sensor is also proposed.
Description
Die Aufgabe besteht darin, vorhandene Lösungen zur Detektion mechanischer Fehler zu verbessern und insbesondere dazu in der Lage zu sein, Risse in horizontaler Richtung über einen Chip zu detektieren.The task is to improve existing solutions for detecting mechanical failures and in particular to be able to detect cracks in the horizontal direction across a chip.
Dies wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.This is achieved according to the features of the independent claims. Further embodiments are evident from the dependent claims.
Die hierin vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf zumindest einer der folgenden Lösungen basieren. Kombinationen der folgenden Merkmale können zum Erreichen eines gewünschten Ergebnisses genutzt werden. Die Merkmale des Verfahrens könnten mit (einem) beliebigen Merkmal(en) der Vorrichtung kombiniert werden oder umgekehrt.The examples proposed herein can be based in particular on at least one of the following solutions. Combinations of the following features can be used to achieve a desired result. The features of the method could be combined with any feature(s) of the device or vice versa.
Es wird ein Chip vorgeschlagen, umfassend
- - eine Kernschaltlogik;
- - einen Dichtring, der die Kernschaltlogik zumindest teilweise umgibt;
- - zumindest einen Risssensor, der außerhalb des Dichtrings und der Kernschaltlogik angeordnet ist,
- - wobei der zumindest eine Risssensor über eine Halbleiterschicht, die sich unterhalb von Metallschichten befindet, elektrisch mit der Kernschaltlogik verbunden ist.
- - a core circuitry;
- - a sealing ring at least partially surrounding the core circuitry;
- - at least one crack sensor, which is arranged outside of the sealing ring and the core switching logic,
- - wherein the at least one crack sensor is electrically connected to the core circuitry via a semiconductor layer located beneath metal layers.
Der Chip kann eine Halbleitervorrichtung, umfassend ein Halbleitermaterial, z.B. Silizium, und mehrere Metallschichten, die elektrische Pfade bilden, sein. Die Kernschaltlogik ist ein Abschnitt des Chips, der eine elektronische Funktionalität implementiert. Die Kernschaltlogik kann eine beliebige Verarbeitungsvorrichtung, Steuerung oder kombinierte Schaltlogik umfassen oder sein.The chip may be a semiconductor device comprising a semiconductor material, e.g., silicon, and multiple layers of metal forming electrical paths. The core circuitry is a section of the chip that implements electronic functionality. The core circuitry may include or be any processing device, controller, or combination circuitry.
Gemäß einer Ausführungsform umgibt der zumindest eine Risssensor jeweils zumindest teilweise den Dichtring.According to one embodiment, the at least one crack sensor at least partially surrounds the sealing ring.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Risssensor elektrisch mit der Kernschaltlogik verbunden, ohne den Dichtring zu unterbrechen.According to one embodiment, the crack sensor is electrically connected to the core circuitry without breaking the sealing ring.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der Risssensor zumindest teilweise in einer AOI-Zone.According to one embodiment, the crack sensor is located at least partially in an AOI zone.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Risssensor eine elektrische Verbindung über verschiedene Metallschichten.According to one embodiment, the crack sensor comprises an electrical connection via different metal layers.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Risssensor eine elektrische Verbindung, die gewunden über verschiedene Metallschichten verläuft.According to one embodiment, the crack sensor includes an electrical connection that is tortuous over various metal layers.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Halbleiterschicht zumindest eines von Folgendem:
- - ein dotiertes Substrat,
- - einen dotierten Bereich innerhalb des Substrats,
- - eine Polysiliziumschicht,
- - eine Salicide-Schicht.
- - a doped substrate,
- - a doped region within the substrate,
- - a polysilicon layer,
- - a salicide layer.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der zumindest eine Risssensor verschiedene Segmente, wobei jedes Segment im Wesentlichen parallel zu einer Kante der Kernschaltlogik angeordnet ist.According to one embodiment, the at least one crack sensor comprises different segments, each segment being arranged substantially parallel to an edge of the core circuitry.
Gemäß einer Ausführungsform wird jeder der Risssensoren durch ein gemultiplextes Signal angesteuert.According to one embodiment, each of the crack sensors is driven by a multiplexed signal.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kernschaltlogik zum Auswerten des Status des zumindest einen Risssensors angeordnet.According to one embodiment, the core circuitry is arranged to evaluate the status of the at least one crack sensor.
Außerdem wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Status von zumindest einem Risssensor bereitgestellt,
- - wobei sich der zumindest eine Risssensor in einem Chip befindet,
- - wobei der zumindest eine Risssensor außerhalb eines Dichtrings und einer Kernschaltlogik des Chips angeordnet ist, wobei der Dichtring die Kernschaltlogik zumindest teilweise umgibt,
- - wobei der zumindest eine Risssensor über eine Halbleiterschicht, die sich unterhalb von Metallschichten befindet, elektrisch mit der Kernschaltlogik verbunden ist,
- - wobei der Status des zumindest einen Risssensors durch die Kernschaltlogik bestimmt wird.
- - wherein the at least one crack sensor is located in a chip,
- - wherein the at least one crack sensor is arranged outside of a sealing ring and a core circuitry of the chip, wherein the sealing ring at least partially surrounds the core circuitry,
- - wherein the at least one crack sensor is electrically connected to the core circuitry via a semiconductor layer located below metal layers,
- - wherein the status of the at least one crack sensor is determined by the core circuitry.
Gemäß einer Ausführungsform, wenn über die Kernschaltlogik ein mechanischer Fehler im zumindest einen Risssensor detektiert wird, wird eine vorbestimmte Aktion durch die Kernschaltlogik ausgelöst.According to one embodiment, if a mechanical error in the at least one crack sensor is detected via the core circuitry, a predetermined action is triggered by the core circuitry.
Die vorbestimmte Aktion kann umfassen: Ausgeben einer (Alarm-)Benachrichtigung und/oder Ausschalten der betroffenen Kernschaltlogik.The predetermined action may include: issuing an (alert) notification and/or powering down the affected core circuitry.
Ausführungsformen sind Bezug nehmend auf die Zeichnungen gezeigt und veranschaulicht. Die Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung des Grundprinzips, sodass nur Gesichtspunkte, die für das Verständnis des Grundprinzips erforderlich sind, veranschaulicht werden. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche Merkmale.
-
1 zeigt eine beispielhafte Anordnung, umfassend eine Kernschaltlogik, die von einem Dichtring und (zumindest teilweise) von einem Risssensor umgeben ist; -
2 zeigt eine Auswahl des Risssensors in einem optionalen undbeispielhaften Bereich 105 entlang der Schnittansicht C-C in der x-z-Ebene; -
3 zeigt eine Auswahl des Risssensors in einemBereich 104 entlang der Schnittansicht A-A in der x-z-Ebene; -
4 zeigt eine Auswahl des Risssensors entlang der Schnittansicht B-B in der y-z-Ebene und -
5 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, umfassend die Kernschaltlogik mit einer Detektionseinheit, wobei verschiedene Risssensoren mit der Detektionseinheit verbunden sind.
-
1 Figure 12 shows an exemplary arrangement including core circuitry surrounded by a sealing ring and (at least partially) a crack sensor; -
2 shows a selection of the crack sensor in an optional andexemplary area 105 along the sectional view CC in the xz plane; -
3 shows a selection of the crack sensor in aregion 104 along the sectional view AA in the xz plane; -
4 shows a selection of the crack sensor along the sectional view BB in the yz plane and -
5 12 shows an exemplary diagram comprising the core circuitry with a detection unit, with various crack sensors connected to the detection unit.
Hierin beschriebene Beispiele beziehen sich insbesondere auf eine Lösung für (zumindest einen) Risssensor, der eine Kernschaltlogik teilweise oder vollständig umlaufen oder umgeben kann.In particular, examples described herein relate to a solution for (at least one) crack sensor that may partially or fully circumvent or surround core circuitry.
Der vorgeschlagene Risssensor kann eine physische Struktur in der Nähe der Kernschaltlogik umfassen. Ohne Verformung umfasst der Risssensor zumindest einen leitenden Pfad, der potenziellen Defekten ausgesetzt ist. Wenn zum Beispiel der leitende Pfad unterbrochen wird (oder sein Widerstand geändert oder wiederholt beeinträchtigt wird), kann der Defekt durch die Kernschaltlogik detektiert werden.The proposed crack sensor may include a physical structure in close proximity to the core circuitry. Without deformation, the crack sensor includes at least one conductive path that is subject to potential failure. For example, if the conductive path is broken (or its resistance is changed or repeatedly degraded), the failure can be detected by the core circuitry.
Ein Dichtring kann eine spezifische Gestaltung aufweisen, die die Kernschaltlogik umgibt, um die Kernschaltlogik vor externen Einflüssen, z.B. Feuchtigkeit oder mechanischer Belastung (Rissen, Abblättern, Delaminierung usw.), zu schützen. Ein solcher Schutz kann über einen fortlaufenden Metallschutzring umgesetzt werden, der aus Metallstreifen besteht, die über Stäbe in allen metallhaltigen Schichten verbunden sind.A sealing ring may have a specific design surrounding the core circuitry to protect the core circuitry from external influences such as moisture or mechanical stress (cracking, peeling, delamination, etc.). Such protection can be implemented via a continuous metal protection ring consisting of metal strips connected by rods in all metal containing layers.
Der Dichtring befindet sich insbesondere zwischen dem zumindest einen Risssensor und der Kernschaltlogik.The sealing ring is located in particular between the at least one crack sensor and the core switching logic.
Mechanische Defekte an Chipkanten können ein Ergebnis von Trennen, Transport, Abholung und/oder Montage sein. Kritische Defekte können sich horizontal von einer Seitenwand in den aktiven Bereich des Chips, d.h. die Kernschaltlogik, ausbreiten, wodurch Zuverlässigkeitsprobleme und Ertragsverlust verursacht werden. Solche Defekte können tief innerhalb der (Silizium-)Struktur vergraben sein, und sie können durch optische Mittel nicht detektierbar sein.Mechanical defects at chip edges can be a result of separating, shipping, picking up and/or assembly. Critical defects can propagate horizontally from a sidewall into the active area of the chip, i.e. the core circuitry, causing reliability problems and yield loss. Such defects may be deeply buried within the (silicon) structure and may not be detectable by optical means.
Hierin beschriebene Beispiele richten sich insbesondere auf einen Chip (oder eine Vorrichtung), umfassend
- - eine Kernschaltlogik,
- - einen Dichtring, der die Kernschaltlogik zumindest teilweise umgibt, und
- - einen Risssensor, der den Dichtring (und somit die Kernschaltlogik) zumindest teilweise umgeben kann.
- - a core switching logic,
- - a sealing ring at least partially surrounding the core circuitry, and
- - A crack sensor that can at least partially surround the sealing ring (and thus the core switching logic).
Der Risssensor ist über eine Halbleiterschicht, die sich unterhalb (oder oberhalb) der Metallschichten befindet, elektrisch mit der Kernschaltlogik verbunden.The crack sensor is electrically connected to the core circuitry via a semiconductor layer located below (or above) the metal layers.
Somit kann der Risssensor außerhalb des Dichtrings (und der Kernschaltlogik) platziert sein. Der Risssensor kann die Kernschaltung einkapseln, um mechanische Defekte zu detektieren, bevor sie die Kernschaltlogik erreichen.Thus, the crack sensor can be placed outside of the sealing ring (and the core circuitry). The crack sensor can encapsulate the core circuitry to detect mechanical failures before they reach the core circuitry.
Als eine Option kann der Risssensor eine (teilweise) Ringstruktur aufweisen. Der Risssensor kann die Kernschaltlogik (und den Dichtring) insbesondere vollständig oder teilweise umlaufen. Es ist außerdem eine Option, dass der Risssensor eine lineare oder eine beliebige andere Struktur als die Ringstruktur aufweist.As an option, the crack sensor can have a (partial) ring structure. In particular, the crack sensor may completely or partially encircle the core circuitry (and the sealing ring). It is also an option that the crack sensor has a linear or any structure other than the ring structure.
Es ist eine weitere Option, dass verschiedene Risssensoren bereitgestellt werden oder dass eine Risssensorstruktur verschiedene Risssensoren umfasst, die die Kernschaltlogik (und den Dichtring) (teilweise) umlaufen.It is another option that different crack sensors are provided or that a crack sensor structure includes different crack sensors that (partially) circumscribe the core circuitry (and the sealing ring).
Der Risssensor kann elektrisch mit der Kernschaltlogik verbunden sein, ohne den Dichtring zu unterbrechen. Dies kann durch eine elektrische Verbindung zwischen dem Risssensor und der Kernschaltlogik erreicht werden, die durch eine Halbleiterschicht des Chips getunnelt ist.The crack sensor can be electrically connected to the core circuitry without breaking the sealing ring. This can be achieved by an electrical connection between the crack sensor and the core circuitry tunneled through a semiconductor layer of the chip.
Die Halbleiterschicht kann zumindest eines von Folgendem umfassen: ein dotiertes Substrat, einen dotierten Bereich innerhalb des Substrats, eine Polysiliziumschicht oder eine Salicide-Schicht.The semiconductor layer may include at least one of: a doped substrate, a doped region within the substrate, a polysilicon layer, or a salicide layer.
Der Risssensor kann Sensorleitungen umfassen, die derart in Schleifen angeordnet sind, dass parasitäre Spulen- und Antenneneffekte reduziert, insbesondere minimiert werden. Es können auch Lücken zwischen Risssensoren und/oder Segmente eines Risssensors bereitgestellt werden.The crack sensor can include sensor lines that are arranged in loops in such a way that parasitic coil and antenna effects are reduced, in particular minimized. Gaps between crack sensors and/or segments of a crack sensor can also be provided.
Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Risssensor 103 auf eine physische Struktur bezieht, die über Verbindungen 301, 302 mit der Kernschaltlogik 101 verbunden ist. Der Risssensor 103 umfasst einen leitenden Pfad, der insbesondere Metallschichten um den Dichtring 102 nutzen kann und - wenn er nicht aufgrund von Rissen oder anderen physischen Defekten beeinträchtigt ist - eine elektrische Verbindung für die auszuwertende Kernschaltlogik 101 bereitstellt. Zum Beispiel kann durch die Kernschaltlogik 101 ein elektrisches Signal an die Verbindung 301 des Risssensors 103 angelegt werden. Wenn das elektrische Signal an der Verbindung 302 ankommt, bestimmt die Kernschaltlogik 101, dass kein Fehler aufgetreten ist. Entsprechend, wenn kein Signal an der Verbindung 302 detektiert wird, kann die Kernschaltlogik 101 bestimmen, dass der Risssensor 103 aufgrund eines mechanischen Fehlers unterbrochen ist. Als eine Option kann das elektrische Signal ein moduliertes Signal sein, um auch einen Widerstandswert und/oder eine Änderung des Widerstandswerts über den Risssensor 103 zu bestimmen.It should be noted that
Die in
Schnittansichten A-A, B-B und C-C, die verschiedene Ebenen nutzen, sind in den nachfolgenden Figuren gezeigt.Sectional views A-A, B-B and C-C using different planes are shown in the figures below.
In z-Richtung umfasst der Chip sieben Metallschichten M1 bis M7. Der jeweilige Abschnitt der Metallschicht ist in vertikaler z-Richtung über Stäbe mit einem anderen Abschnitt einer angrenzenden Metallschicht elektrisch verbunden, wie durch die dicken Linien 202 angegeben.The chip comprises seven metal layers M1 to M7 in the z-direction. Each portion of the metal layer is electrically connected in the vertical z-direction via rods to another portion of an adjacent metal layer, as indicated by
In dem in
Entsprechend kann ein elektrisches Signal bei 205 ankommen und gewunden durch die Metallschichten M5-M6-M7-M6-M5-M6-M7-M6-M5-M4-M3-M2-M1-M2-M3-M4-M3-M2-M1-M2-M3-M4 verlaufen und die Struktur bei 206 verlassen.Accordingly, an electrical signal may arrive at 205 and loop through the metal layers M5-M6-M7-M6-M5-M6-M7-M6-M5-M4-M3-M2-M1-M2-M3-M4-M3-M2-M1 -M2-M3-M4 and exit the structure at 206.
In diesem Beispiel kann der Risssensor Schleifen nutzen, um einen Antenneneffekt zu vermeiden oder zu reduzieren.In this example, the crack sensor can use loops to avoid or reduce an antenna effect.
Zusätzlich zu den in
Somit startet der Risssensor 301 in dem in
Es ist jedoch eine Option, dass der Risssensor 301 verschiedene Abschnitte umfasst, die miteinander verbunden sind oder die jeweils mit der Kernschaltlogik 101 verbunden sind. Das Letztere bezieht sich auch auf verschiedene Risssensoren, die um den Dichtring 102 (und die Kernschaltlogik 101) bereitgestellt werden, wobei jeder solche Risssensor elektrisch mit der Kernschaltlogik 101 verbunden ist.However, it is an option that the
Es ist eine Option, verschiedene Risssensoren zu verwenden. Sie können in Abschnitten um den Dichtring 102 und/oder zumindest teilweise umeinander angeordnet sein.It is an option to use different crack sensors. They can be arranged in sections around the sealing
Zum Beispiel kann der Risssensor 103 in vier Segmente, jedes Segment entlang einer Kante der Kernschaltlogik 101, geteilt werden. Die vier Segmente können parallel verbunden werden, um die gleichen Verbindungen 301, 302 zu der Kernschaltlogik 101 zu nutzen. Eine solche Segmentierung ermöglicht eine verbesserte Positionsbestimmung des Defekts.For example, the
Es ist insbesondere eine Option, verschiedene Risssensoren in verschiedenen Abständen von der Kernschaltlogik bereitzustellen.In particular, it is an option to provide different crack sensors at different distances from the core circuitry.
Ferner kann den Risssensoren das elektrische Signal auf gemultiplexte Weise bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Zeitmultiplexverfahren verwendet werden, um das Signal zu verschiedenen Zeitscheiben an verschiedene Risssensoren anzulegen.Furthermore, the electrical signal can be provided to the crack sensors in a multiplexed manner. For example, time multiplexing can be used to apply the signal to different crack sensors at different time slices.
Außerdem ermöglicht das Verwenden verschiedener Risssensoren das Bestimmen oder Eingrenzen der Stelle eines Defekts.In addition, using different crack sensors allows the location of a defect to be determined or narrowed down.
Das dem Risssensor zugeführte elektrische Signal kann durch einen (Ring-)Oszillator bereitgestellt werden, der das Bestimmen einer Beeinträchtigung des Widerstands des Risssensors ermöglicht.The electrical signal supplied to the crack sensor can be provided by a (ring) oscillator, which enables a deterioration in the resistance of the crack sensor to be determined.
Hier ist gezeigt, wie die Verbindung 301 unter Nutzung der N-Wanne unterhalb der Metallschichten des Dichtrings 102 von dem Risssensor 103 zu der Kernschaltlogik 101 geführt wird.Here it is shown how the
Außerdem ist gezeigt, dass der Dichtring 102 in z-Richtung die Metallschichten M1 bis M7 und zwei zusätzliche Metallschichten M8 und das „letzte Metall“ umfasst. Die letzte Metallschicht kann Aluminium oder dergleichen sein.It is also shown that the sealing
Es sei darauf hingewiesen, dass die Detektionseinheit 501 ein integraler Bestandteil der Kernschaltlogik sein kann. Außerdem können mehr als zwei Risssensoren verwendet werden.It should be noted that the
Jeder der Risssensoren 103a, 103b und 103c kann sich außerhalb des Dichtrings 102 befinden, der die Kernschaltlogik 101 umläuft.Each of the
Die Detektionseinheit 501 kann einen (Ring-)Oszillator und/oder einen Multiplexer zum Bereitstellen des elektrischen Signals an die Risssensoren 103a und 103b/103c umfassen.The
Gemäß einem Beispiel kann der Chip (umfassend die Kernschaltlogik), während und/oder nach der Herstellung eines Chips, durch Aktivieren des Risssensors auf Risse geprüft werden. Dies kann durch eine Inspektionseinheit erfolgen, die ein über die Verbindungen (siehe 301 und 302 in
In einem anderen Anwendungsfall kann der Risssensor nach dem Herstellungsprozess, z.B. während der Laufzeit der Kernschaltlogik, genutzt werden. Ein durch die Detektionseinheit 501 detektierter Riss kann weiter verarbeitet werden, z.B. durch Ausschalten der Kernschaltlogik, die von dem Defekt betroffen sein kann, und/oder durch Umschalten auf einen anderen (redundanten) Chip und/oder durch Initiieren anderer vordefinierter (Sicherheits-)Maßnahmen.In another application, the crack sensor can be used after the manufacturing process, e.g. during the runtime of the core circuitry. A crack detected by the
Der Risssensor kann sich in einer AOI-Zone (AOI: automatische optische Inspektion) befinden. Die AOI-Zone kann eine Größe im Bereich von 4 µm bis 10 µm aufweisen, während der Risssensor eine Größe von 0,8 µm bis 3 µm aufweisen kann (siehe
Wenngleich verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbart wurden, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der Erfindung erreichen, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass andere Komponenten, die die gleichen Funktionen durchführen, auf geeignete Weise ersetzt werden können. Es sei erwähnt, dass Bezug nehmend auf eine spezifische Figur erklärte Merkmale mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, und zwar selbst in den Fällen, in denen dies nicht explizit erwähnt wurde. Ferner können die Verfahren der Erfindung in entweder allen Softwareimplementierungen, unter Verwendung der geeigneten Prozessoranweisungen, oder in hybriden Implementierungen, die eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik nutzen, um die gleichen Ergebnisse zu erreichen, erreicht werden. Solche Modifikationen des Erfindungskonzepts sollen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt werden.While various exemplary embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made that will achieve some of the advantages of the invention without departing from the spirit and scope of the invention. It is obvious to a person skilled in the art that other components performing the same functions can be appropriately substituted. It should be noted that features explained with reference to a specific figure can be combined with features of other figures, even in cases where this is not explicitly mentioned. Furthermore, the methods of the invention can be used in either All software implementations, using the appropriate processor instructions, or in hybrid implementations that use a combination of hardware logic and software logic to achieve the same results. Such modifications of the inventive concept are intended to be covered by the appended claims.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 8253420 B2 [0001]US8253420B2[0001]
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |