DE10339939B4

DE10339939B4 - Intergierte Schaltungsanordnung und Verfahren zur Herstellung und Beurteilung derselben

Info

Publication number: DE10339939B4
Application number: DE10339939A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2023-08-30
Also published as: US7429498B2; US20070063309A1; US7255010B2; CN100505238C; US20050045879A1; US20060286688A1; US7353712B2; DE10339939A1; CN1604326A

Abstract

Integrierte Schaltungsanordnung (10) auf einem Halbleitersubstrat (12), mit folgenden Merkmalen:
einer integrierten Schaltung (14), die in einem Schaltungsbereich (14a) des Halbleitersubstrats angeordnet ist,
einer streßempfindlichen Struktur (16) auf dem Halbleitersubstrat (12) zum Erfassen einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12), wobei die streßempfindliche Struktur (16) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine elektrische Anregung und auf eine mechanische Streßkomponente ein von der mechanischen Streßkomponente abhängiges Ausgangssignal (S_out) zu liefern, wobei die streßempfindliche Struktur (16) in einem Sensorbereich (16a) des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist, wobei der Schaltungsbereich und der Sensorbereich räumlich getrennt sind; und
einer Ausgabeeinrichtung zum externen Bereitstellen eines Funktionsbeurteilungssignals (S_out; S'_out ₎ basierend auf dem von der mechanischen Streßkomponente abhängigen Ausgangssignal (S_out), wobei das Funktionsbeurteilungssignal (S_out; S'_out) eine Information aufweist, mit der der Einfluß der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12) auf die Funktionsfähigkeit der in dem Halbleitersubstrat (12) integrierten Schaltung (14) beurteilt werden kann;
wobei die...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf in einem Halbleitersubstrat integrierte Schaltungsanordnungen und ein Verfahren zum Herstellen derselben, wobei es mittels der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsanordnungen ermöglicht wird, den Einfluß einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat auf die Funktionsfähigkeit der auf dem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnung zu beurteilen.
Integrierte Schaltungsanordnungen bzw. integrierte Schaltkreise (ICs = integrated circuits) werden üblicherweise in Gehäusen montiert, um die empfindlichen integrierten Schaltungsanordnungen vor Umwelteinflüssen zu schützen. Dabei ist jedoch als unangenehmer Nebeneffekt zu beobachten, daß bereits die Unterbringung und Montage der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse eine erhebliche mechanische Verspannung auf das Halbleitermaterial und damit auf das Halbleitersubstrat der integrierten Schaltungsanordnung ausübt. Dies trifft insbesondere für kostengünstige, als Massenartikel ausgestaltete Gehäuseformen zu, wie z. B. für solche Gehäuseformen, bei denen die integrierte Schaltungsanordnung von einer Vergußmasse umspritzt wird. Diese Vergußmasse härtet dann aus, indem die Vergußmasse ausgehend von einer Temperatur von etwa 150°C–185°C auf Umgebungstemperatur abkühlt. Da das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung und das Kunststoffvergußmaterial des die integrierte Schaltungsanordnung umgebenden Gehäuses nicht übereinstimmende, thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, zieht sich das Kunststoffmaterial bei Abkühlung auf Umgebungstempe ratur (Zimmertemperatur) stärker zusammen und übt somit einen schwer vorhersagbaren und damit nicht besonders gut reproduzierbaren, mechanischen Streß auf das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung aus. Das Kunststoffmaterial weist im allgemeinen einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung auf, wobei als Halbleitermaterial zumeist Silizium aber auch Germanium, Galliumarsenid GaAs, InSb, InP, usw. verwendet wird.
Der mechanische Streß (bzw. die mechanische Verspannung) in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats, der (die) auf die integrierte Schaltungsanordnung wirkt, kann im allgemeinen deswegen schlecht reproduziert werden, weil der mechanische Streß von der Kombination der verwendeten Materialien für das Halbleitersubstrat und für die Vergußmasse und darüber hinaus von den Verarbeitungsparametern, wie z. B. der Aushärtetemperatur und Aushärtezeit der Verbundmasse des Gehäuses der integrierten Schaltungsanordnung, abhängt.
Durch verschiedene Effekte in dem Halbleitermaterial, sogenannte Piezo-Effekte, wie insbesondere durch den piezoresistiven Effekt, Piezo-MOS-Effekt, Piezo-Junction-Effekt und Piezo-Hall-Effekt, werden durch einen mechanischen Streß in dem Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung auch wichtige elektrische Parameter in der integrierten Schaltungsanordnung beeinflußt. Dabei werden unter dem allgemeinen Begriff „Piezo-Effekte” in diesem Zusammenhang die Änderungen von elektrischen Parametern des Halbleitermaterials unter dem Einfluß einer mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial bezeichnet. Insbesondere bei indirekten Halbleitern, wie z. B. Silizium, Germanium, sind diese Piezo-Effekte stark ausgeprägt. Als indirekte Halbleitermaterialien werden solche Halbleiter bezeichnet, bei denen das Energiemaximum des Valenzbandes und das Energieminimum des Leitungsbandes bei verschiedenen Kristallimpulsen vorliegen. Direkte Halbleitermaterialien, wie z. B. GaAs und InSb, sind dagegen solche Halbleiter, bei denen das Energiemaximum des Valenzbandes und das Energieminimum des Leitungsbandes bei identischen Kristallimpulsen vorliegt.
Die mechanische Verspannung in einem Halbleitermaterial kann vergleichbar mit einer elastischen Formänderungsarbeit als eine Art Anregungsenergie angesehen werden, die zur Energiebilanz in dem Halbleitermaterial hinzugezählt werden muß. Insbesondere führt eine mechanische Verspannung in dem Halbleitermaterial zu einer Änderung der Bandstruktur des Halbleiters. Bei indirekten Halbleitermaterialien kommt es dabei zu einer Aufspaltung von Energieminima, die eigentlich im verspannungsfreien Fall identisch sind. Dies bewirkt als weitere Folge eine Umbesetzung dieser Energieminima mit freien Ladungsträgern, wobei ein überwiegender Anteil der Ladungsträger den energetisch günstigeren Zustand annehmen wird. Da die Krümmung der Bandkanten, d. h. die Kanten der Energiebänder der freien Ladungsträger im Halbleiterkristall, also die Leitungsbandkante für die freien Elektronen und die Valenzbandkante für die freien Löcher, in den unterschiedlichen Energieminima ebenfalls unterschiedlich ist, kann den Ladungsträgern in diesen Energieminima eine unterschiedliche effektive Masse zugeordnet werden, wodurch sich ihr Verhalten hinsichtlich des Ladungsträgertransports unterscheidet. Auf diese Weise bewirkt eine mechanische Verspannung in dem Halbleitermaterial, daß sich die Eigenschaften der Ladungsträger hinsichtlich des Ladungsträgertransports, wie z. B. Beweglichkeit, Kollisionszeit, Streufaktor, Hallkonstante, usw. ändern.
So gibt der piezoresistive Effekt an, wie sich der spezifische Ohmsche Widerstand des jeweiligen Halbleitermaterials unter dem Einfluß einer mechanischen Verspannung verhält. Der Piezo-Junction-Effekt gibt an, wie mechanische Spannungen in Halbleitern zu einer Verschiebung der Energieniveaus des Halbleitermaterials führen. Daraus resultieren u. a. Veränderungen der Kennlinien von Dioden und Bipolartransistoren. Der Piezo-Hall-Effekt beschreibt die Abhängigkeit der Hallkonstante des Halbleitermaterials von dem mechanischen Spannungszustand in dem Halbleitermaterial.
Es wird somit deutlich, daß bei einer übermäßig hohen mechanischen Verspannung die elektrische Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung beeinträchtigt werden kann, wobei zunächst im allgemeinen nur die elektronische Leistungsfähigkeit (Performance) der integrierten Schaltungsanordnung nachlassen wird. Dieses Nachlassen der Leistungsfähigkeit ist beispielsweise in Form einer Beeinträchtigung des Aussteuerbereichs, der Auflösung, der Bandbreite, der Stromaufnahme, der Genauigkeit, usw. zu beobachten, wobei beachtet werden sollte, daß es bei einer höheren mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial zu einem teilweisen oder auch gänzlichen Funktionsausfall der integrierten Schaltungsanordnung kommen kann, der im allgemeinen aber noch reversibel ist. Bei einer noch weiter erhöhten Verspannung in dem Halbleitermaterial wird schließlich eine Rißbildung in dem Halbleitermaterial auftreten, wobei der Halbleiterchip letztendlich brechen kann, so daß ein irreversibler Schaden der integrierten Schaltungsanordnung auftreten wird. Üblicherweise treten die Übergänge zwischen den verschiedenen Stufen der Beeinträchtigung der elektronischen Leistungsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung allmählich auf.
In der wissenschaftlichen Veröffentlichung „CMOS Stress Sensors an (100) Silicon” von R. C. Jaeger u. a., in IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 35, Nr. 1, Januar 2000, S. 85–94, werden analoge CMOS-Streßsensorschaltungen basierend auf dem piezoresistiven Verhalten von MOSFETs dargestellt. Die theoretischen und experimentellen Ergebnisse sollen zusätzliche Entwurfsregeln zur Berechnung und Minimierung der Empfindlichkeit herkömmlicher analoger Schaltungen hinsichtlich mechanischer Verspannungen in einem Halbleitermaterial liefern, die aufgrund der Unterbringung eines Halbleiterchips in ein Gehäuse hervorgerufen werden.
Die Auswirkungen von mechanischen Verspannungen auf das Transistorverhalten sind für Hersteller moderner integrierter Schaltungen von großer Bedeutung, da durch die verschiedenen Herstellungsschritte und durch eine Vielzahl von Häusungsprozessen einschließlich der Chipbefestigung und Verkapselung hohe Werte von mechanischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial hervorgerufen werden können. Die hervorgerufenen mechanischen Verspannungen können das Verhalten sowohl analoger als auch digitaler Schaltungen negativ beeinträchtigen oder auch zu einem vollständigen Versagen der integrierten Schaltungsanordnung führen.
Es hat sich gezeigt, daß widerstandsbasierende piezoresistive Streßsensoren ein leistungsstarkes Hilfsmittel für eine experimentelle Strukturanalyse von gehäusten integrierten Schaltungsanordnungen darstellen. Die Werte integrierter Widerstände werden vor und nach dem Häusungsprozeß charakterisiert, wobei die Widerstandswerte aufgrund des piezoresistiven Effekts verwendet werden, um die mechanischen Verspannung in dem Material der Halbleitersubstrate zu berechnen. Falls die piezoresistiven Sensoren über einen weiten Temperaturbereich kalibriert sind, können auch thermisch hervorgerufene mechanische Verspannungen gemessen werden. Schließlich kann auch eine vollständige Abbildung der Streßverteilung über der Oberfläche des Chips unter Verwendung speziell entworfener Testchips erhalten werden, die ein Array aus Sensorrosetten aufweisen.
Die oben genannte wissenschaftliche Veröffentlichung bezieht sich somit auf speziell entworfene Testchips mit speziellen Streßsensoren, um die mechanischen Verspannungen auf einem Halbleiterchip experimentell zu erfassen, und um aus den experimentell erhaltenen Ergebnissen Simulations- und Entwurfsregeln für Schaltungsanordnungen auf einem Halbleiterchip vorzugeben, so daß die aufgrund der Unterbringung in einem Gehäuse hervorgerufenen mechanischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial und die damit verbundenen Änderungen der elektrischen Charakteristika der Schaltungsanordnungen bei der Simulation und bei dem Entwurf der Schaltungsanordnungen berücksichtigt werden können.
Da die mechanischen Verspannungen an einer integrierten Schaltungsanordnung in einem Halbleitermaterial im allgemeinen aber schlecht reproduzierbar sind, weil diese von der Kombination der verwendeten Materialien und den Verarbeitungsparametern, wie z. B. Aushärtetemperatur und Aushärtezeit der Verbundmasse des Gehäuses der integrierten Schaltungsanordnung, abhängen, kann aber eine einmalige Charakterisierung aller beteiligten Parameter im Labor üblicherweise nicht zum gewünschten Ziel führen.
Durch einen fachgerechten Montageprozeß bei der Häusung der integrierten Schaltungsanordnung (IC) soll daher verhindert werden, daß die mechanische Streßbelastung des Halbleitermaterials des Halbleiter-Chips unzulässig hohe Werte annimmt. Dabei wird aber in erster Linie nur darauf geachtet, daß das Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung nicht bricht. Performancebeeinträchtigungen treten aber sehr produktspezifisch auf und können somit bei der Gehäuseentwicklung nicht immer ausreichend berücksichtigt werden.
Darüber hinaus sollte beachtet werden, daß es immer wieder notwendig ist, kleinere Änderungen im Montageprozeß bei der Häusung der integrierten Schaltungsanordnung durchzuführen. So kann es gelegentlich vorkommen, daß der Lieferant für eine Vergußmasse gewechselt werden muß, oder es soll aus bestimmten Gründen, wie z. B. wegen Umweltschutzmaßnahmen, auf ein spezielles Vergußmaterial, z. B. auf ein halogenfreies Vergußmaterial, umgerüstet werden. In der Praxis werden bei solchen Änderungen im allgemeinen Nachqualifikationen bezüglich des Montageprozesses bei der Häusung der integrierten Schaltungsanordnung durchgeführt. Da diese Änderungen jedoch sehr viele unterschiedliche Produkte betreffen können, werden in diesem Fall die Nachqualifikationen im allgemeinen nur an ausgewählten IC-Gruppen exemplarisch für die ganze IC-Produktfamilie durchgeführt. Die diversen Einflußmöglichkeiten von mechanischem Streß auf die Funktionsweise einer hochintegrierten Schaltungsanordnung sind aber mannigfaltig und nicht ohne weiteres ersichtlich, so daß es häufig vorkommt, daß bei einer solchen Änderung ein Produkt durch einen der obigen Effekte seine Eigenschaften verschlechtert.
Besonders problematisch ist die oben erläuterte Problematik bei automotiven Produkten, d. h. Produkten für den Fahrzeugbereich, da diese Produkte häufig extremen Temperaturen bzw. Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, aber im Fall von Sen soren für Sicherheitssysteme, wie beispielsweise ABS-Sensoren, Airbag-Sensoren usw., über die gesamte Lebensdauer höchstzuverlässig funktionieren müssen. Aus dieser Gruppe von Produkten sind die automotiven Sensoren aber auch besonders anfällig für Piezo-Wechselwirkungen, da diese automotiven Sensoren häufig einsatzbedingt besonders extremen Temperaturen ausgesetzt sind und als Sensoren in Sicherheitssystemen auch wesentlich genauer arbeiten müssen, als dies bei einfachen digitalen integrierten Schaltungsanordnungen der Fall ist.
Die oben erörterte Problematik wird noch weiter verstärkt, wenn die in einem Gehäuse untergebrachten integrierten Schaltungsanordnungen nochmals in einem Modul zusammengefügt (assembliert) werden. In der Automobiltechnik muß dieses Modul oftmals vergossen werden, um es vor Umwelteinflüssen zu schützen, wie z. B. vor Motoröl, Staub, Salzwasser usw. Bei diesem Vergießen können nochmals erhebliche mechanische Verspannungen in dem Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnung hervorgerufen werden. Es ist aber mit einem vernünftigen technischen Aufwand im allgemeinen nicht möglich, die Fertigungsparameter dieser Verarbeitungsabläufe hinlänglich reproduzierbar zu halten, so daß es auch im Laufe der Produktion der oben erwähnten Module zu nennenswerten Schwankungen der mechanischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial der integrierten Schaltungsanordnungen auf dem Halbleiterchip kommen kann. Somit kann die in der eingangs genannten Veröffentlichung dargestellte Vorgehensweise zur Simulation und Auswertung der mechanischen Verspannungen in einem Halbleitermaterial auch nicht zufriedenstellend angewendet werden.
Ferner sollte im Zusammenhang der Beurteilung des Einflusses mechanischer Verspannungen auf die elektrischen Charakteristika von integrierten Schaltungsanordnungen berücksichtigt werden, und insbesondere wenn die mechanischen Verspannungen aufgrund der Unterbringung in einem Gehäuse verursacht werden, daß die Piezo-Effekte besonders stark bei tiefen Temperaturen auftreten. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, daß die piezoresistiven Konstanten mit sinkender Temperatur ansteigen, wobei andererseits die Verspannung der im heißen Zustand ausgehärteten Vergußmaterialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten ansteigt. Da die Module bereits eine erhebliche Masse, im allgemeinen mehrere 100 Gramm, aufweisen, ist es ferner aufgrund des sehr hohen technischen Aufwands und damit aus Kostengründen im wesentlichen nicht möglich, am Ausgang der Fertigungsstraße alle hergestellten Module bei der minimalen Betriebstemperatur auf die Problematik hinsichtlich Piezo-Effekte zu testen. Aufgrund der erheblichen Masse von beispielsweise mehreren 100 Gramm wäre eine relativ lange Zeitdauer erforderlich, um jedes vollständige Modul auf die minimale Betriebstemperatur abzukühlen.
Darüber hinaus versucht man im allgemeinen während der Produktion der Module keine Temperaturen unter dem Taupunkt zu applizieren, da dadurch Kondenswasser entstehen kann und dieses bei genauen elektrischen Messungen Ableitströme provoziert. Daher müßte vor der Verpackung des Moduls dasselbe hinlänglich ausgeheizt werden. Dies wäre auch schon deshalb erforderlich, um eine Korrosion des Moduls in der Verpackung zu verhindern.
Aufgrund der oben dargestellten Problematik bezüglich der Streßempfindlichkeit von integrierten Schaltungsanordnungen wird daher im Rahmen der Produktqualifikation dahingehend auf den Einfluß der Piezo-Effekte geachtet, daß anhand von einzelnen ausgewählten integrierten Schaltungsanordnungen, sogenannte Prozeßsplitlose, Worst-Gase-Fälle bezüglich der Piezo-Effekte erzeugt und die integrierten Schaltungsanordnungen bzw. Schaltungsmodule untersucht werden. Fertigungsbegleitend werden sowohl bei dem Halbleiterhersteller als auch bei dem Modulhersteller Stichprobentests durchgeführt, da es äußerst aufwendig und kostspielig wäre, an allen fertiggestellten Halbleiterbauteilen bzw. Modulen entsprechende Funktionstests durchzuführen.
Da mechanische Verspannungen in dem Halbleitermaterial einer integrierten Schaltungsanordnung als Zuverlässigkeitsrisiko erkannt worden sind, hat man nun begonnen, den mechanischen Streß zu überwachen. Der Ansatz gemäß dem Stand der Technik besteht nun darin, jene elektrischen Eigenschaften der integrierten Schaltungsanordnung zu ermitteln, die besonders anfällig für die Piezo-Effekte sind, wobei diese Eigenschaften dann in einem Funktionstest nach der Montage des Moduls bzw. der Unterbringung der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse untersucht werden. Dies kann beispielsweise bei der Halbleiter-Chip-Herstellung geschehen, wobei es jedoch im allgemeinen nicht möglich ist, daß nach der Modulherstellung derart aufwendige elektronische Tests durchgeführt werden, da sich die integrierte Schaltungsanordnung (IC) bereits mit zahlreichen anderen Komponenten in einem komplexen System befindet und nicht mehr einzeln zugänglich ist.
Darüber hinaus kommt erschwerend hinzu, daß Piezo-Effekte auf zum Teil sehr schwer (oder überhaupt nicht) vorhersehbaren Umwegen ein System in Mitleidenschaft ziehen können. Insbesondere können mechanische Verspannungen in einem Halbleiterchip nur relativ geringfügige, beobachtbare Änderungen in der integrierten Schaltungsanordnung hervorrufen, wobei es jedoch im Zusammenspiel mit anderen Systemkomponenten dann zu einem Ausfall oder einer Performanceeinbuße der integrierten Schaltungsanordnung bzw. des Schaltungsmoduls kommen kann.
Darüber hinaus sollte beachtet werden, daß gemäß dem Stand der Technik noch ein Temperaturvorhalt für diese Effekte eingerechnet werden muß, da man diese Effekte bei der minimalen Betriebstemperatur der integrierten Schaltungsanordnung (wie oben erläutert) weder messen will noch kann. Aufgrund der auftretenden Nichtlinearitäten der verwendeten Schaltungsstrukturen ist dies aber größtenteils nicht ausreichend möglich. Darüber hinaus sollte beachtet werden, daß solche Temperaturvorhalte auch wieder mit Toleranzen behaftet sind.
Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, daß es bei der Chip- bzw. Modulherstellung sehr aufwendig ist, die Funktionsfähigkeit aller in einem Gehäuse bzw. Modul untergebrachten integrierten Schaltungsanordnungen hinsichtlich des Einflusses mechanischer Verspannungen in dem Halbleitermaterial zu untersuchen.
Bei der Simulation der mechanischen Streßwerte in dem Halbleitermaterial einer integrierten Schaltungsanordnung, die vorgesehen ist, um Vorhersagen bezüglich der Funktionsfähigkeit der Schaltungsanordnung treffen und den Schaltungsentwurf derselben geeignet anpassen zu können, sollte jedoch beachtet werden, daß bereits geringfügige Veränderungen der Gehäusematerialien, des Herstellungsablaufs oder einzelner Prozeßschritte die Brauchbarkeit und den Nutzen der simulierten Werte hinfällig werden lassen können.
Die Patentveröffentlichung DE 10 154 495 A1 betrifft ein Konzept zur Kompensation der Einflüsse externer Störgrößen auf physikalische Funktionsparameter von integrierten Schaltungen. Darin ist ein erster Schaltungsteil gezeigt, der im Wesentlichen als eine Sensoranordnung ausgebildet ist, wobei die Sensoranordnung basierend auf einer zu erfassenden physikalischen Größe in die Sensoranordnung eingeprägten Steuersignale ein von der physikalischen Größe abhängiges Ausgangssignal erzeugt. In der Praxis wird nun aber die Erfassung der physikalischen Größe durch sog. Störeinflüsse, wie beispielsweise durch eine mechanische Spannungskomponente in dem Halbleitermaterial, beeinträchtigt, so dass auch das Ausgangssignal der Sensoranordnung durch diese Störgröße beeinträchtigt wird. Daher wird nun eine weitere Anordnung verwendet, die die externe Störgröße erfasst und basierend auf der erfassten Störgröße das Steuersignal der Sensoranordnung so verändert, dass sich der Einfluss der externen Störgröße auf das Ausgangssignal der Sensoranordnung verringert.
Die Patentveröffentlichung US 6,496,016 B1 beschreibt ein Halbleiterbauelement zur Verwendung in einer integrierten Beurteilungsschaltungsanordnung. Bei einem Beurteilungswerkzeug zur Verwendung beim Beurteilen einer LSI (Large Scale Integrated Circuit) sind eine Piezo-Diffusionswiderstandseinheit und eine Temperaturüberwachungseinheit nahe aneinander in einer ersten Ebene, beispielsweise in einem Eckbereich und einem Mittenbereich auf einem Si-Substrat angeordnet. Ein Polysiliziumwiderstandsarray ist in dem Bereich des Si-Substrats angeordnet, das diejenigen Positionen ausschließt, an denen die Piezo-Diffusions-Widerstandseinheit und die Temperaturüberwachungseinheit angeordnet sind. über diesen Elementen sind eine Al-Verdrahtungsebene oder eine zweite Ebene mit einer dazwischenliegenden Isolationszwischenschicht angeordnet. Somit ist das Beurteilungswerkzeug mit einer stufenförmigen Struktur versehen, die im Wesentlichen einer Struktur eines tatsächlichen LSI-Produkts ähnelt.
Die Patentveröffentlichung US-6,441,396 B1 beschreibt eine elektrische Überwachungseinrichtung zum Messen eines mechanischen Stresses an der Bauelementebene auf einem Halbleiterwafer, und insbesondere einen IC, der mittels Dioden den mechanischen Stress an einem Ort auf dem IC misst und nach außen ausgibt.
Die Patentveröffentlichung JP 02045194 A beschreibt eine IC-Karte. Ein Kartengrundkörper einer IC-Karte ist durch ein vergleichsweise starres Kunststoffmaterial mit einer geringen Flexibilität und einer Dicke von etwa 0,78 mm gebildet. Daraufhin wird ein IC-Chip in Form eines eingefügten IC-Moduls in einer Ausnehmung des Kartengrundmaterials eingebaut. Ferner sind ein Stresssensors, eine Alarmausgabeeinrichtung und eine Energieversorgungszelle in einem mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt des Kartengrundmaterials versehen. Der IC-Chip bricht, wenn mechanischer Stress von über 100 MPa als Zugstress und etwa –500 MPa als Druckstress erzeugt wird. Wenn der Stresssensor einen Stresswert von 50 bis 80% des Werts der Bruchgrenze erfasst, wird ein Alarmton von der Alarmtonausgabeeinrichtung ausgegeben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein vereinfachtes Konzept zur Beurteilung des Einflusses mechanischer Verspannungen auf eine integrierte Schaltungsanordnung zu schaffen, um damit die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung auch nach deren Häusung unabhängig von dem jeweiligen Häusungsprozeß einfach und zuverlässig beurteilen zu können.
Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in einem Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 17 oder durch ein Verfahren zum Herstellen und Beurteilen einer gehäusten, in einem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 25 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer integrierten Schaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat auf die Funktionsfähigkeit einer auf dem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnung die mechanische Streßkomponente(n) in dem Halbleitersubstrat direkt von einer streßempfindlichen Struktur auf dem Halbleitersubstrat erfaßt wird (werden), wobei die streßempfindliche Struktur ein von der mechanischen Streßkomponente abhängiges Ausgangssignal bereitstellt, das eine Information aufweist, mit der der Einfluß der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat auf die Funktionsfähigkeit der in dem Halbleitersubstrat integrierten Schaltung beurteilt werden kann. Die Beurteilung des Einflusse wird vorzugsweise durch den Vergleich eines bereitgestellten Vergleichswerts mit dem von der Streßkomponente abhängigen Ausgangssignal durchgeführt.
Erfindungsgemäß ist es nun möglich, das Ausgangssignal der streßempfindlichen Struktur direkt an einem Ausgangsanschluß der integrierten Schaltungsanordnung bereitzustellen. Alternativ ist es auch möglich, das Ausgangssignal der streßempfindlichen Struktur einer Weiterverarbeitungseinrichtung, die der integrierten Schaltungsanordnung auf dem Halbleitersubstrat zugeordnet ist, zuzuführen, um das unveränderte Ausgangssignal oder ein aufbereitetes Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluß der integrierten Schaltungsanordnung bereitzustellen.
Eine weitere erfindungsgemäße Alternative besteht darin, das Ausgangssignal der streßempfindlichen Struktur einem signalverarbeitenden Abschnitt der integrierten Schaltung (als Be standteil der integrierten Schaltungsanordnung auf dem Halbleitersubstrat) zuzuführen, so daß an einem Ausgangsanschluß der integrierten Schaltungsanordnung das unveränderte Ausgangssignal oder ein aufbereitetes Ausgangssignal der streßempfindlichen Struktur ausgegeben werden kann.
Dadurch wird ermöglicht, daß durch die Doppelnutzung der integrierten Schaltung keine zusätzlichen Ausgangsanschlußstifte (Pins) zum Bereitstellen des Ausgangssignals der streßempfindlichen Struktur an der integrierten Schaltungsanordnung vorgesehen werden müssen. Dies kann auch erreicht werden, wenn mehrere Streßsensoren auf dem Halbleitersubstrat verteilt angeordnet sind. Mehrere Streßsensoren können beispielsweise vorgesehen sein, um die gesamte Streßverteilung in dem Halbleitersubstrat zu erfassen.
Eine Doppelnutzung der integrierten Schaltung wird erreicht, indem die integrierte Schaltung sowohl in einem Testbetriebsmodus als auch in einem Normalbetriebsmodus betreibbar ist. Während des Normalbetriebsmodus führt die integrierte Schaltung ihre üblichen Operationen aus, wobei während des Testbetriebsmodus das Ausgangssignal der streßempfindlichen Struktur beispielsweise von einem Signalverarbeitungsabschnitt der integrierten Schaltung weiterverarbeitet und an einem Ausgangsanschlußstift der integrierten Schaltungsanordnung ausgegeben werden kann. Dabei wird während des Testbetriebsmodus zum Ausgeben des Ausgangssignals und während des Normalbetriebsmodus zum Ausgeben des üblichen Ausgangssignals der gleiche Ausgangsanschluß der integrierten Schaltungsanordnung verwendet.
Ist die integrierte Schaltung der integrierten Schaltungsanordnung bereits eine Sensoreinrichtung, z. B. ein Magnet feldsensor oder ein Drucksensor, so ist es meist relativ einfach anstelle der Sensoreinrichtung, wie z. B. der Magnetfeldsonde oder des Drucksensors, die streßempfindliche Struktur an den Eingang eines signalverarbeitenden Schaltungsabschnitts der integrierten Schaltung anzulegen. Somit kann das von der mechanischen Streßkomponente abhängige Ausgangssignal der streßempfindlichen Struktur an dem Ausgangsanschluß der integrierten Schaltungsanordnung im Testbetriebsmodus in der gleichen Weise zur Verfügung gestellt werden, wie das zu erfassende Meßsignal, wie z. B. Magnetfeld- oder Drucksignal, während des Normalbetriebsmodus der integrierten Schaltung.
Es sollte beachtet werden, daß die integrierte Schaltung der integrierten Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung auch während des Normalbetriebsmodus diese Testbetriebsmoden eigenständig bzw. selbsttätig aktivieren und somit dem Gesamtsystem (Modul) diesen wichtigen Parameter „mechanischer Streß in dem Halbleitersubstrat der integrierten Schaltungsanordnung” mitteilen kann. Damit läßt sich auf einfache und unaufwendige Weise die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems, z. B eines Moduls mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, steigern.
Natürlich ist es auch denkbar, daß die integrierte Schaltungsanordnung diesen Testbetriebsmodus während des Normalbetriebsmodus erst nach einer Aufforderung eines anderen Bausteins, z. B. einer zugeordneten Mikrosteuerungseinrichtung (microcontroller), ausführt, wobei der Ausdruck „nach einer Aufforderung” im Gegensatz zu dem Ausdruck „selbsttätig” zu betrachten ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß zusätzlich zu dem Aus gangssignal der streßempfindlichen Struktur, das einen Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat darstellt, ein Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat bereitgestellt wird, wobei der Vergleichswert bezüglich des erfaßten Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente eine Information aufweist, mit der eine Aussage getroffen werden kann, ob die momentane mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung beeinträchtigt.
Um nun letztendlich zu beurteilen, ob die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung beeinträchtigt ist, wird der Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente verglichen, um ein Vergleichsergebnis mit zumindest einem ersten und einem zweiten Ergebniswert zu erhalten, wobei der erste bzw. zweite Ergebniswert einen Hinweis auf die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung durch die mechanische Streßkomponente aufweist. Der Vergleichswert gibt nun im allgemeinen einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente an, bis zu dem die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung gewährleistet werden kann.
Vorzugsweise wird der bei verschiedenen Temperaturen maximal zulässige Wert ausgehend von einem Referenzwert bei einer Referenztemperatur extrapoliert. Das spart Speicherplatz, da man keine großen Tabellen speichern muß, und führt zu einem geringen Rechenaufwand, da man nur den Referenzwert und eine zumeist lineare Extrapolation im Digitalteil verrechnen muß.
Für die Montage des ICs im Modul durch den Kunden wird es bevorzugt, einen ähnlichen Testmode zu implementieren: In diesem Testmode extrapoliert die Recheneinheit ausgehend von der aktuellen Temperatur den voraussichtlichen maximalen Streß (zumeist bei minimal erlaubter Temperatur) und signalisiert dem Anwender, ob bei diesen „worst-case”-Bedingungen der Stress voraussichtlich noch im erlaubten Bereich liegt. Dadurch erspart sich der Anwender einen Test bei worst-case Temperatur, der teuer (zumeist nicht ökonomisch vertretbar) ist (wegen der hohen thermischen Masse des Moduls und der dadurch bedingten langen Abkühlzeit).
Das Vergleichsergebnis kann nun darin bestehen, daß sich bei einem Vergleich des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente ergibt, daß der Vergleichswert von dem Momentanwert unterschritten wird, wobei in diesem Fall der erste Ergebniswert als Anzeige für das Unterschreiten des Vergleichswerts ausgegeben wird, um anzuzeigen, daß keine Beeinträchtigung vorliegt. Ergibt nun der Vergleich, daß der Vergleichswert von dem Momentanwert überschritten wird, wird in diesem Fall der zweite Ergebniswert als Anzeige für das Überschreiten des Vergleichswerts ausgegeben, um anzuzeigen, daß eine Beeinträchtigung vorliegt bzw. wahrscheinlich auftreten wird.
Es wird deutlich, daß dem ersten und zweiten Vergleichsergebnis beliebige unterschiedliche Werte beispielsweise in Form logischer Pegel (high, low, Zwischenwerte) oder auch Bitkombinationen usw. zugeordnet werden können.
Entsprechend kann auch der Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente durch einen logischen Pegel (high, low, Zwi schenwerte) oder auch durch Bitkombinationen usw. dargestellt werden. Der Vergleichswert kann dann sehr einfach beispielsweise in einer Speichereinrichtung zum Speichern des Vergleichswertes abgelegt und bei Bedarf für eine Auswertung bereitgestellt werden, um dem Vergleich des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente durchzuführen. Da der Vergleichswert vorzugsweise einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente angibt, kann durch das Vergleichsergebnis angegeben werden, ob die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung noch gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß kann der Vergleichswert auch eine Vielzahl von Einzelwerten aufweisen, die jeweils verschiedenen Momentanwerten einer oder mehrerer Umgebungsvariablen wie z. B. Temperatur, Druck usw. des Halbleiterchips zugeordnet sein können, um beispielsweise ein Kennfeld für die Einzelwerte des Vergleichswerts in Abhängigkeit der Umgebungsvariable vorzugeben.
Der Vergleichswert (bzw. die Vergleichseinzelwerte), der (die) einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente angibt (angeben), kann (können) beispielsweise „experimentell” durch den Halbleiterhersteller vorzugsweise für jeden Typ von integrierten Schaltungsanordnungen ermittelt und bereitgestellt werden.
Bei einer mechanischen Verspannung des Halbleitermaterials liefern die streßempfindlichen Strukturen, die beispielsweise als sog. Streßsensoren ausgebildet sind, das von der Streßkomponente abhängige Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal ist bei bekannten Streßsensoren, die beispielsweise Piezo- Widerstandsrosetten oder MOS-Transistoren oder Bipolartransistoren aufweisen, in guter Näherung linear zum mechanischen Streß, wobei diese wiederum in guter Näherung linear zur Temperaturdifferenz vom Glasbildungspunkt (Glassivierungspunkt) des Vergußmaterials für die Häusung der integrierten Schaltungsanordnung ist.
Daher können in guter Näherung ausgehend von einem Meßwert bei einer bestimmten Temperatur dahingehend Aussagen getroffen werden, inwieweit auch bei anderen (höheren oder tieferen) Temperaturen des Betriebstemperaturbereichs der integrierten Schaltungsanordnung die dann hervorgerufenen mechanischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial noch innerhalb bestimmter (maximaler) Grenzwerte liegen.
Somit kann ein Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente bereitgestellt werden, wobei der Vergleichswert ein kritisches Ausgangssignal als Grenzwert sowie notwendige Temperaturvorhalte des Streßsensors berücksichtigen kann. Damit kann bei beliebigen Umgebungstemperaturen ein Endtest nach der Zusammenfügung der integrierten Schaltungsanordnung bzw. nach der Zusammenfügung eines Moduls unter Verwendung der integrierten Schaltungsanordnung durchgeführt werden, wobei das Ausgangssignal des Streßsensors während des Testbetriebsmodus ausgelesen und mit dem Vergleichswert verglichen wird. Dadurch kann mit der Bestimmung nur eines Meßwerts (Ausgangssignals) bezogen auf eine Momentantemperatur der integrierten Schaltungsanordnung festgestellt werden, ob der Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat noch zulässig ist, um auch in einem festgelegten Betriebstemperaturbereich zwischen einer vorgebbaren Minimaltemperatur und einer vorgebbaren Maximaltemperatur der integrierten Schaltungsanordnung noch eine ausreichend gute Funktionsfä higkeit der integrierten Schaltungsanordnung zu gewährleisten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine integrierte Schaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat gemäß einem Vergleichsbeispiel;
2 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der integrierten Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in einem Halbleitersubstrat auf die Funktionsfähigkeit einer auf dem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnung; und
4 eine schematische Darstellung in Diagrammform eines erfaßten Ausgangssignals S_out einer streßempfindlichen Struktur über der Temperatur bezogen auf einen bereitgestellten Vergleichswert.
Anhand von 1 wird nun im folgenden ein Vergleichsbeispiel einer integrierten Schaltungsanordnung 10 erläutert.
Wie in 1 dargestellt ist, umfaßt die integrierte Schaltungsanordnung 10 auf einem Halbleitersubstrat 12 eine integrierte Schaltung 14, die in einem Schaltungsbereich 14a des Halbleitersubstrats 12 angeordnet ist, und eine streßempfindliche Struktur 16 in einem Sensorbereich 16a auf dem Halbleitersubstrat 12 zum Erfassen einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12.
Die integrierte Schaltung 14 weist eine Mehrzahl von Anschlußbereichen 18 auf, die wiederum Anschlußflächen 20 der integrierten Schaltungsanordnung 10 zugeordnet sind, wobei die in 1 dargestellte Anzahl von Anschlußflächen 20 für die integrierte Schaltungsanordnung 10 lediglich beispielhaft gewählt ist. Die streßempfindliche Struktur 16 weist ferner Anschlußbereiche 22 auf. Die Anschlußbereiche 22 der streßempfindlichen Struktur 16 sind vorgesehen, um ansprechend auf eine Anregung, z. B. eine Spannungs- oder Stromeinprägung in die streßempfindliche Struktur 16, und ansprechend auf eine mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 ein von der mechanischen Streßkomponente abhängiges Ausgangssignal S_out bereitzustellen. Wie in 1 dargestellt ist, ist die integrierte Schaltung 14 in dem Schaltungsbereich 14a auf dem Halbleitersubstrat angeordnet, wobei die streßempfindliche Struktur 16 in dem Sensorbereich 16a des Halbleitersubstrats 12 angeordnet ist, wobei der Schaltungsbereich 14a und der Sensorbereich 16a räumlich voneinander getrennt sind.
In 1 ist dargestellt, daß die streßempfindliche Struktur 16 beispielsweise mittels einer Strom- oder Spannungseinprägung von außen angeregt wird und das Ausgangssignal S_out der streßempfindlichen Struktur außen an einer Anschlußfläche 20 der integrierten Schaltungsanordnung 10 direkt abgreifbar ist.
In 2 ist eine Alternative der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsanordnung 10 dargestellt, bei der die streßempfindliche Struktur 16 mit der integrierten Schaltung 14 verbunden ist. Die streßempfindliche Struktur 16 wird beispielsweise von der integrierten Schaltung 14 angeregt und stellt das streßabhängige Ausgangssignal S_out der integrierten Schaltung 14 bereit. Die integrierte Schaltung 14 verarbeitet das streßabhängige Ausgangssignal S_out der streßempfindlichen Struktur 16, so daß das unveränderte Ausgangssignal S_out oder ein aufbereitetes Ausgangssignal S'_out der streßempfindlichen Struktur 16 über einen der Ausgangsanschlüsse 20 der integrierten Schaltungsanordnung 10 abgreifbar ist.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise der in 1 und 2 dargestellten integrierten Schaltungsanordnung 10 erläutert.
Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, daß die integrierte Schaltung 14 der integrierten Schaltungsanordnung 10 beispielsweise eine integrierte Sensoranordnung, z. B. einen Magnetfeldsensor oder Drucksensor, im Automobilbereich darstellt. Wie bereits eingangs zum Stand der Technik dargelegt, unterliegen integrierte Schaltungen aufgrund der Einwirkung mechanischen Verspannungen in dem Halbleitermaterial einer Veränderung ihrer elektrischen bzw. elektronischen Charakteristika. Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß auf dem Halbleitersubstrat 12 benachbart zu der integrierten Schaltung 14 die streßempfindliche Struktur 16 angeordnet, wobei die streßempfindliche Struktur 16 ausgebildet ist, um ansprechend auf eine Anregung und auf eine mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 ein von der mechanischen Streßkomponente abhängiges Ausgangssignal S_out bereitzustellen.
Die Anregung der streßempfindlichen Struktur 16 kann dabei beispielsweise mittels einer Stromeinprägung oder einer Span nungseinprägung in die streßempfindliche Struktur 16 vorgenommen werden. Bei einer Spannungseinprägung in die streßempfindliche Struktur 16 liegt zwischen zwei Anschlußbereichen 22 der streßempfindlichen Struktur 16 eine feste Spannung, die sog. Anregungsspannung, an, wobei sich entsprechend des streßempfindlichen und streßabhängigen Widerstands der streßempfindlichen Struktur 16 ein Strom durch dieselbe einstellt. Ergibt sich nun aufgrund des Einflusses einer mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial 12 eine Widerstandsänderung R ± ΔR der streßempfindlichen Struktur 16, so ändert sich entsprechend des Ohmschen Gesetztes [U/(R ± ΔR) = I ± ΔI] bei fest eingeprägter Spannung U der Strom I ± ΔI durch die streßempfindliche Struktur 16 entsprechend der ausgeübten mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 12.
Bei einer Stromeinprägung in die streßempfindliche Struktur 16 wird ein fester Stromwert, der sog. Anregungsstrom, in die streßempfindliche Struktur 16 eingeprägt, wobei sich entsprechend des streßempfindlichen und streßabhängigen Widerstands der streßempfindlichen Struktur 16 eine Spannung an den zwei Anschlußflächen 22 der streßempfindlichen Struktur 16 abgreifbar ist. Ergibt sich nun aufgrund des Einflusses einer mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial eine Widerstandsänderung ΔR der streßempfindlichen Struktur 16, so ändert sich entsprechend des Ohmschen Gesetztes [U ± ΔU = R·(I ± ΔI)] bei fest eingeprägtem Strom I die Spannung U ± ΔU über der streßempfindlichen Struktur 16 entsprechend der ausgeübten mechanischen Verspannung in dem Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 12.
In 1 ist dargestellt, daß die Anregung der streßempfindlichen Struktur 16 mittels Strom- oder Spannungseinprägung durch eine externe Anordnung (nicht gezeigt) vorgenommen wird, wobei in 2 die Anregung der streßempfindlichen Struktur 16 mittels Strom- oder Spannungseinprägung vorzugsweise von der integrierten Schaltung 14 vorgenommen wird.
Das von der mechanischen Streßkomponente abhängige Ausgangssignal S_out der streßempfindlichen Struktur 16, z. B. eine streßabhängige Spannung oder ein streßabhängiger Strom, weist somit eine Information bezüglich des jeweiligen Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 auf. Vorzugsweise weist das Ausgangssignal S_out der streßempfindlichen Struktur 16 somit eine Information auf, mit der der Einfluß der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit der in dem Halbleitersubstrat 12 integrierten Schaltung 14 beurteilt werden kann.
Es sollte aber auch beachtet werden, daß die streßempfindliche Struktur 16 über deren Anschlußbereiche 22 mit vorgegebenen Anschlußbereichen 18 der integrierten Schaltung 14 verbunden ist, wie dies auch in 2 dargestellt ist. Dabei ist die streßempfindliche Struktur 16 vorzugsweise mit dem Eingang eines signalverarbeitenden Abschnitts der integrierten Schaltung 14 verbunden. Die integrierte Schaltung 14 der integrierten Schaltungsanordnung 10 ist so ausgelegt, um wahlweise in einem Normalbetriebsmodus und einem Testbetriebsmodus betreibbar zu sein. Während des Normalbetriebsmodus führt die integrierte Schaltung 14 der integrierten Schaltungsanordnung 10 ihren üblichen Betrieb, z. B. eine Meßwerterfassung als Sensoreinrichtung, durch und stellt an den zugeordneten Ausgangsanschluß bereichen der integrierten Schaltungsanordnung 10 die entsprechend aufbereiteten Meßergebnisse bereit.
Während des Testbetriebsmodus wird nun der integrierten Schaltung 14 der integrierten Schaltungsanordnung 10, d. h. dem Eingang eines signalverarbeitenden Abschnitts der integrierten Schaltung 14, das Ausgangssignal S_out der streßempfindlichen Struktur 16 zugeführt, so daß an den zugeordneten Ausgangsanschlußbereichen der integrierten Schaltungsanordnung 10 das entsprechend aufbereitete Ausgangssignal S'_out bereitgestellt werden kann. Die integrierte Schaltung 14 ist daher zwischen dem Normalbetriebsmodus und dem Testbetriebsmodus umschaltbar, wobei das aufbereitete Ausgangssignal S'_out oder das Ausgangssignal S_out in bestimmten vorgegebenen Intervallen und/oder auf Aufforderung einer zugeordneten Steuereinrichtung an einem Ausgangsanschluß 18 der integrierten Schaltung 14 und damit an dem entsprechenden Ausgangsanschluß 20 der integrierten Schaltungsanordnung 10 bereitgestellt werden kann.
Ist nun die integrierte Schaltung 14 selbst bereits eine Sensoreinrichtung, z. B. ein Magnetfeldsensor oder ein Drucksensor, so kann anstelle der jeweiligen Magnetfeldsonde oder des Drucksensors die streßempfindliche Struktur 16 in Form eines Streßsensors während des Testbetriebsmodus an einen Eingang eines signalverarbeitenden Abschnitts der integrierten Schaltung 16 angelegt werden. Somit kann das von der Streßkomponente abhängige Ausgangssignal S_out bzw. das aufbereitete Ausgangssignal S'_out der streßempfindlichen Struktur 16 an einem Ausgangsanschluß 20 während eines Testbetriebsmodus der integrierten Schaltungsanordnung 10 in der gleichen Weise zur Verfügung gestellt werden, wie das Ausgangssignal, wie z. B. das Meß- oder Sensorsignal (Magnetfeld- oder Drucksignal), der integrierten Schaltung 14 während des Normalbetriebsmodus.
Wenn nun beispielsweise die integrierte Schaltung 14 der integrierten Schaltungsanordnung 10 ein ABS-Sensor ist, der die im zeitlichen Ablauf des detektierten Magnetfelds enthaltene Information als digital codierte Pulsfolge an seinem Ausgang zur Verfügung stellt, so kann die integrierte Schaltung 14 während des Testbetriebsmodus zum Erfassen des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 mittels der streßempfindlichen Struktur die Information der auf dem Halbleitersubstrat 12 angeordneten streßempfindlichen Struktur (On-Chip-Streßsensor) an dem Ausgang der integrierten Schaltung 14 wiederum als eine digital codierte Pulsfolge zur Verfügung stellen. Umfaßt die integrierte Schaltung 14 beispielsweise einen linearen Magnetfeldsensor, der beispielsweise eine zur Magnetfeldlinie linear proportionale Spannung an einem Ausgangsanschlußstift bereitstellt, so kann erfindungsgemäß während des Testbetriebsmodus zur Erfassung des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 an dem Ausgang der integrierten Schaltung 14 und damit an dem normalen Ausgangsanschlußstift der integrierten Schaltungsanordnung 10 eine analoge Spannung ausgegeben werden, die linear proportional zum Momentanwert der mechanischen Streßkomponente auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 ist.
Durch diese Vorgehensweise ist es erfindungsgemäß möglich, die in der integrierten Schaltungsanordnung 10 ohnehin vorhandene integrierte Schaltung 14 mit deren Signalverarbeitungsabschnitten zur Signalverarbeitung des jeweiligen Meßsignals, z. B. Magnetfeldsignals, Drucksignals usw., während des Normalbetriebsmodus zu verwenden, und auch während des Testbetriebsmodus zur Erfassung einer mechanischen Verspannung in Form des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 der integrierten Schaltungsanordnung 10 zu verwenden.
Bezüglich der in 1 und 2 dargestellten integrierten Schaltungsanordnung 10 sollte beachtet werden, daß die streßempfindliche Struktur 16, die beispielsweise in Form eines On-Chip-Streßsensors vorliegt, vorzugsweise möglichst nahe an den bezüglich mechanischen Verspannungen empfindlichsten Teilen der integrierten Schaltung 14 liegen sollte, um auch bei einer inhomogenen Verteilung der mechanischen Verspannung in dem Halbleitersubstrat 12 relevantes Signal liefern zu können, um den Einfluß einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung 14 zu beurteilen.
Da die streßempfindlichsten Schaltungsteile der integrierten Schaltung zumeist im Inneren des Halbleitersubstrats 12, d. h. üblicherweise im Zentrum des jeweiligen Halbleiterchips, liegen, und üblicherweise nicht an den Substraträndern, sollte auch die streßempfindliche Struktur 16 dort angeordnet sein. Alternativ können natürlich auch mehrere streßempfindliche Strukturen 16 auf dem Halbleitersubstrat 12 an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden, um somit beispielsweise die gesamte Verteilung der mechanischen Verspannung auf dem Halbleitersubstrat 12 beurteilen zu können.
Ferner sollte beachtet werden, daß die mechanische Verspannung auf dem Halbleitersubstrat durch mehrere Komponenten des mechanischen Spannungstensors vorgegeben ist, so daß bei einem erweiterten System mit mehreren Streßsensoren auch unter schiedliche Streßsensoren verwendet werden können, die auf verschiedene Komponenten bzw. auf verschiedene Kombinationen von Komponenten des mechanischen Streßtensors reagieren. Der Verspannungszustand in einem Halbleitermaterial ist im allgemeinen sehr komplex darzustellen, da es für den mechanischen Spannungstensor allein sechs unabhängige Komponenten gibt. Für den ebenen Spannungszustand, wie er auf die Oberfläche einer integrierten Schaltung einwirkt, kann man die Anzahl der interessierenden Komponenten des Spannungstensors auf drei reduzieren, d. h. auf zwei Normalspannungskomponenten und eine Schubspannungskomponente. Somit kann beispielsweise die Differenz der Normalspannungskomponenten des Streßtensors in der Ebene des Halbleitersubstrats 12 und die Schubspannungskomponente in der Ebene des Halbleitersubstrats 12 gemessen werden.
Mit der in 2 dargestellten integrierten Schaltungsanordnung 10 ist es also vorteilhafterweise möglich, ohne zusätzliche Ausgangsanschlüsse (eins) die Streßteststrukturen in Form der streßempfindlichen Strukturen 16 auf dem Halbleitersubstrat 12 zu verwenden. Dies wird erreicht, indem die streßempfindliche Struktur 16 auf dem Halbleitersubstrat 12 zum Erfassen gewisser Komponenten oder Komponentenkombinationen des mechanischen Streßtensors auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 (bzw. in denselben) durch verschiedene Testbetriebsmoden (bzw. während derselben) zugänglich gemacht wird. Die Testbetriebsmoden können dann beispielsweise benutzt werden, um festzustellen, ob infolge des Fertigungsprozesses zur Unterbringung der integrierten Schaltungsanordnung 10 in einem Gehäuse ein zu großer mechanischer Streß auf die in dem Gehäuse untergebrachte integrierte Schaltungsanordnung 10 ausgeübt wird.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß ein Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente bereitgestellt werden, wie dies im folgenden anhand der weiteren 3 und 4 noch ausführlich erläutert wird.
Der Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente gibt beispielsweise einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 an, bis zu dem die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltung 14 und damit der integrierten Schaltungsanordnung 10 gewährleistet werden kann. Bei diesem maximal zulässigen Wert für die mechanische Verspannung in dem Halbleitersubstrat liefert die streßempfindliche Struktur 16 ein gewisses Ausgangssignal S_out-max. Dieses Ausgangssignal S_out-max ist bei allen bekannten Verfahren zur Erfassung der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12, beispielsweise mit Piezo-Widerstandsrosetten oder MOS-Transistoren oder Bipolartransistoren, in guter Näherung linear zu der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12, wobei der mechanische Streß wiederum in guter Näherung linear zur Temperaturdifferenz vom Glasbildungspunkt bei der Unterbringung der integrierten Schaltungsanordnung 10 in einem Gehäuse ist. Somit kann das Ausgangssignal S_out der streßempfindlichen Struktur 16 durch einen Vergleich mit dem Vergleichswert S_out-max erfindungsgemäß zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit der auf dem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnung 10 verwendet werden, wie dies im folgenden anhand der 3 und 4 nun detailliert erläutert wird.
Der mechanische Stress hat ein Vorzeichen. Zumeist ist es ausreichend, wenn der Betrag des mechanischen Stresses kleiner als ein max. zulässiger Wert ist. Allgemeiner gesagt, wird jedoch ein unteres Smin- und ein oberes Smax-Limit definiert, wobei der Stress dann zulässig ist, wenn gilt Smin < S < Smax.
Wie in 3 dargestellt ist, weist die Vorrichtung zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit der auf dem Halbleitersubstrat 12 integrierten Schaltungsanordnung 10, eine Vergleichswertbereitstellungseinrichtung 30 und eine Vergleichseinrichtung 40 und optional eine Temperaturerfassungseinrichtung 32 auf.
Unter Verwendung der streßempfindlichen Struktur 16 der integrierten Schaltungsanordnung 10 wird ein Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 erfaßt und als Ausgangssignal S_out (bzw. S'_out) an dem Ausgang der integrierten Schaltungsanordnung 10 beispielsweise während des Testbetriebsmodus derselben bereitgestellt. Falls, wie in 1 dargestellt, ein eigener Ausgangsanschlußstift für das Ausgangssignal S_out vorgesehen ist, kann das Ausgangssignal S_out an dem Ausgang der integrierten Schaltungsanordnung 10 beispielsweise auch permanent bereitgestellt werden.
Ferner wird mittels der Vergleichswertbereitstellungseinrichtung 30 ein Vergleichswert S_out-max für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 bereitgestellt, wobei der Vergleichswert S_out-max bezüglich des erfaßten Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente eine Information aufweist, mit der eine Aussage getroffen werden kann, ob die momentane mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltung 14 und damit der integrierten Schaltungsanordnung 10 beeinträchtigt.
Wie in 3 dargestellt ist, wird nun der Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 in Form des Ausgangssignals S_out mit dem Vergleichswert S_out-max für die mechanische Streßkomponente mittels der Vergleichseinrichtung 14 verglichen, um an dem Ausgang der Vergleichseinrichtung 40 ein Vergleichsergebnis mit einem ersten oder zweiten Ergebniswert zu erhalten, wobei der erste und zweite Ergebniswert einen Hinweis auf die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung durch die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 aufweist. Der Vergleichswert gibt nun vorzugsweise einen maximal zulässigen Wert S_out-max für die mechanische Streßkomponente an, bis zu dem die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltung gewährleistet werden kann.
In diesem Zusammenhang wird ferner auf 4 verwiesen, die eine beispielhafte, rein schematische Darstellung in Diagrammform eines erfaßten, normierten Ausgangssignals S_out einer streßempfindlichen Struktur 16 über der Temperatur bezogen auf einen bereitgestellten Vergleichswert S_out-max darstellt.
Ergibt nun der Vergleich des Vergleichswert S_out-max mit dem Momentanwert S_out, daß der Vergleichswert von dem Momentanwert unterschritten wird (vgl. S_out-1 in 4), wird beispielsweise in diesem Fall der erste Ergebniswert als Anzeige für das Unterschreiten des Vergleichswerts ausgegeben. Ergibt dagegen der Vergleich, daß der Vergleichswert von dem Momentanwert überschritten wird (vgl. S_out-2 in 4), wird in diesem Fall der zweite Ergebniswert als Anzeige für das Überschreiten des Vergleichswerts ausgegeben. Da der Vergleichswert vorzugsweise einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente angibt, kann durch das Vergleichsergebnis angege ben werden, ob die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung mit der integrierten Schaltungsanordnung 10 noch gewährleistet ist oder nicht.
Zur Vereinfachung der Weiterverarbeitung des ersten und zweiten Vergleichsergebnisses können dieselben beispielsweise beliebige unterschiedliche Pegel in Form logischer Werte (high, low, Zwischenwerte) oder auch Bitkombinationen aufweisen. Auch der Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente kann in Form eines logischen Werts (high, low, Zwischenwerte) oder auch einer Bitkombination vorliegen, so daß der Vergleichswert beispielsweise in einer Speichereinrichtung zum Speichern des Vergleichswertes abgelegt und bei Bedarf bereitgestellt werden kann, um dem Vergleich des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente durchzuführen.
Der Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 wird mittels des Ausgangssignals S_out an dem Ausgang der integrierten Schaltungsanordnung 10 bereitgestellt, wie dies ausführlich bereits anhand der integrierten Schaltungsanordnung 10 von 1 und 2 erläutert wurde.
Im folgenden wird nun erläutert, wie der Vergleichswert S_out-max für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12, der einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 angibt, bis zu dem die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltung 14 und damit der gesamten integrierten Schaltungsanordnung 10 gewährleistet werden kann, ermittelt wird und der Vergleichseinrichtung 40 zur Verfügung gestellt wird.
Der Halbleiterhersteller kann beispielsweise durch verschiedene Versuchsaufbauten einen maximal zulässigen Wert (S_out-max) für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 feststellen, ab der die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltung beeinträchtigt bzw. nicht mehr (vollständig) gewährleistet werden kann. Da die Auswirkungen mechanischer Streßkomponenten in dem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit der auf dem Halbleitersubstrat 12 integrierten Schaltungsanordnung 10 auch von bestimmten Umgebungsvariablen und vor allem von der Temperatur abhängen kann, weist der Vergleichswert vorzugsweise eine Mehrzahl von Einzelwerten auf, wobei jedem Einzelwert ein Momentanwert der Umgebungsvariable zugeordnet ist, d. h. vorzugsweise ist jedem Einzelwert des Vergleichswerts für die mechanische Streßkomponente der entsprechende Temperaturwert zugeordnet.
Der Vergleichswert bzw. die Mehrzahl von Einzelwerten mit den zugeordneten Temperaturwerten können nun beispielsweise in einer Speichereinrichtung oder auf eine sonstige Weise abgespeichert oder dokumentiert werden. Die in 3 optional vorgesehene Temperaturerfassungseinrichtung 32 ist nun vorgesehen (falls erforderlich), einen Momentanwert der Temperatur an der integrierten Schaltungsanordnung 10 der Vergleichswertbereitstellungseinrichtung 30 bereitzustellen.
Da bei dieser maximal zulässigen mechanischen Verspannung in dem Halbleitersubstrat 12 die integrierte Schaltungsanordnung 10 mittels der streßempfindlichen Struktur 16 ein gewisses Ausgangssignal S_out-max liefert, das bei im wesentlichen allen bekannten Verfahren, z. B. mit Piezo-Widerstandsrosetten oder MOS-Transistoren oder Bipolartransistoren, in guter Näherung linear zur mechanischen Verspannung in dem Halbleitersubstrat 12 ist, und diese mechanische Verspannung wiederum in guter Näherung linear zur Temperaturdifferenz ausgehend vom Glasbildungspunkt bei der Unterbringung der integrierten Schaltungsanordnung 30 in einem Gehäuse ist, kann auch eine Rechenvorschrift bzw. Formel in der Vergleichswertbereitstellungseinrichtung 30 abgelegt werden, die ausgehend von einer momentanen Umgebungstemperatur an der integrierten Schaltungsanordnung 10 den Vergleichswert S_out-max in Abhängigkeit von der Momentantemperatur der integrierten Schaltungsanordnung 10 für die mechanische Streßkomponente berechnet bzw. vorgibt.
Somit kann für die integrierte Schaltungsanordnung 10 ein kritisches Ausgangssignal S_out-max sowie notwendige Temperaturvorhalte der streßempfindlichen Struktur 16 vorgegeben werden. Damit kann bei einer beliebigen Temperatur ein Endtest der integrierten Schaltungsanordnung 10 nach deren Zusammenfügung in einem Modul, d. h. nach einer Unterbringung auch mit anderen Komponenten in einem Gehäuse, durchgeführt werden, wobei der Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 unter Verwendung der streßempfindlichen Struktur 16 der integrierten Schaltungsanordnung 10 ermittelt wird. Dieser Momentanwert wird nun mit einem durch die Vergleichswertbereitstellungseinrichtung 30 bereitgestellten Vergleichswert mittels der Vergleichseinrichtung 40 verglichen, um festzustellen, ob dieser Momentanwert noch zulässig ist, um in dem gesamten Betriebstemperaturbereich der integrierten Schaltungsanordnung 10, d. h. zwischen einer vorgebbaren Minimalbetriebstemperatur und Maximalbetriebstemperatur, noch ein ausreichend gutes Funktionieren der integrierten Schaltungsanordnung 10 gewährleisten zu können.
Das erfindungsgemäße Konzept zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit der auf dem Halbleitersubstrat 12 integrierten Schaltungsanordnung 10 kann dahingehend noch erweitert werden, daß auch während des normalen Betriebsmodus der integrierten Schaltungsanordnung die Testbetriebsmoden eigenständig (selbsttätig) aktiviert werden und somit einem Gesamtsystem der wichtige Parameter „mechanischer Streß auf dem Halbleitersubstrat 12'' mitgeteilt werden kann. Damit läßt sich die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems weiter steigern. Natürlich ist es auch denkbar, daß die integrierte Schaltungsanordnung 10 den Testbetriebsmodus während des normalen Betriebs erst nach einer Aufforderung eines anderen Bausteins, z. B. einer Mikrosteuerungseinrichtung (microcontroller), ausführt, wobei dies im Gegensatz zu „selbsttätig” verstanden werden soll.
Ferner ist in 3 optional eine direkte Verbindung (gestrichelte Linie) zwischen der integrierten Schaltungsanordnung 10 und der Vergleichwertbereitstellungseinrichtung 30 dargestellt, die andeuten soll, daß die Bereitstellung des Ausgangssignals S_out der integrierten Schaltungsanordnung 10 während des Testbetriebsmodus und die Bereitstellung des Vergleichswerts durch die Vergleichwertbereitstellungseinrichtung 30 beispielsweise mittels einer Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt in 3) für den Vergleich durch die Vergleichseinrichtung 40 zeitlich abgestimmt und koordiniert werden können.
Ferner ist das erfindungsgemäße Konzept insbesondere für den Fall einsetzbar, daß von dem Halbleiterhersteller gefordert wird, nur mehr die „nackten” integrierten Schaltungsanordnungen, die nicht in einem Gehäuse untergebracht sind, geliefert werden sollen, wobei der Häusungsprozeß erst später durchgeführt wird. Dies wird als eine sog. Bare-Die-Lieferung be zeichnet (bare die = nackter Chip). Dadurch kann das Gesamtsystem in Form eines Moduls weniger aufwendig und damit kostengünstiger hergestellt werden, da man mit nur einer Montage der integrierten Schaltungsanordnung 10 in einem Modul anstelle zweier Montageprozesse auskommt. Andererseits hat man bei der Endmodulherstellung mehr Möglichkeiten und muß nicht mehr unbedingt auf Standardgehäuse der Mikroelektronik zurückgreifen, wie sie bei der Halbleiterherstellung im allgemeinen eingesetzt werden.
Falls die integrierte Schaltungsanordnung 10 nach der Montage und Unterbringung in dem Modul nicht mehr funktionsfähig ist, davor im Wafertest bei der Halbleiterherstellung aber noch voll funktionsfähig war, kann mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Konzept nun auf einfache Weise beurteilt werden, ob die integrierte Schaltungsanordnung 10 zu anfällig für Piezo-Einflüsse ist oder ob bei der Modulherstellung (durch den Halbleiterhersteller selbst oder durch einen Kunden) aufgrund der Unterbringung in einem Gehäuse eine zu große mechanische Verspannung auf die integrierte Schaltungsanordnung 10 einwirkt. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept kann nun vorteilhaft für den Halbleiterhersteller ein eindeutiges Kriterium für die Funktionsfähigkeit seines nackten IC, d. h. seiner nackten integrierten Schaltungsanordnung 10, angegeben werden, um nachvollziehen zu können, welcher Produktionsschritt für eine mögliche Fehlfunktion der integrierten Schaltungsanordnung 10 verantwortlich ist.
Somit wird durch das erfindungsgemäße Konzept zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in einem Halbleitersubstrat 12 auf die Funktionsfähigkeit einer auf dem Halbleitersubstrat 12 integrierten Schaltungsanordnung 10 eine saubere Schnittstelle zwischen den verschiedenen Produk tionsstufen und somit auch im Zweifel zwischen dem Halbleitehersteller und dem Kunden geschaffen.
Mittels des erfindungsgemäßen Konzepts kann nun vorteilhaft eine gehäuste, in einem Halbleitersubstrat integrierte Schaltungsanordnung 10 hergestellt und realisiert werden, wobei die integrierte Schaltungsanordnung die integrierte Schaltung 14 und die streßempfindliche Struktur 16 auf dem Halbleitersubstrat 12 aufweist. Dazu wird zuerst eine ungehäuste, integrierte Schaltungsanordnung 10 bereitgestellt, wobei daraufhin die Funktionsfähigkeit der ungehäusten integrierten Schaltungsanordnungen entweder noch On-Wafer oder bereits im vereinzelten Zustand ermittelt wird. Daraufhin wird die integrierte Schaltungsanordnung 10 in einem Gehäuse untergebracht, woraufhin der Einfluß des Unterbringens der integrierten Schaltungsanordnung 10 in einem Gehäuse auf deren Funktionsfähigkeit ermittelt wird, indem der Momentanwert der mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat unter Verwendung der streßempfindlichen Struktur 16 erfaßt wird, der Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat 12 bereitgestellt wird und der Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente verglichen wird.
Der Vergleichswert weist bezüglich des erfaßten Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente eine Information auf, mit der eine Aussage getroffen werden kann, um die momentane mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung (10) beeinträchtigt. Bei dem Vergleich des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente wird ein Vergleichsergebnis mit einem ersten oder zweiten Ergebniswert erhalten, wobei der erste und zweite Ergebniswert einen Hinweis auf die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung (10) durch die mechanische Streßkomponente aufweist.

Claims

Integrierte Schaltungsanordnung (10) auf einem Halbleitersubstrat (12), mit folgenden Merkmalen: einer integrierten Schaltung (14), die in einem Schaltungsbereich (14a) des Halbleitersubstrats angeordnet ist, einer streßempfindlichen Struktur (16) auf dem Halbleitersubstrat (12) zum Erfassen einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12), wobei die streßempfindliche Struktur (16) ausgebildet ist, um ansprechend auf eine elektrische Anregung und auf eine mechanische Streßkomponente ein von der mechanischen Streßkomponente abhängiges Ausgangssignal (S_out) zu liefern, wobei die streßempfindliche Struktur (16) in einem Sensorbereich (16a) des Halbleitersubstrats (12) angeordnet ist, wobei der Schaltungsbereich und der Sensorbereich räumlich getrennt sind; und einer Ausgabeeinrichtung zum externen Bereitstellen eines Funktionsbeurteilungssignals (S_out; S'_out ₎ basierend auf dem von der mechanischen Streßkomponente abhängigen Ausgangssignal (S_out), wobei das Funktionsbeurteilungssignal (S_out; S'_out) eine Information aufweist, mit der der Einfluß der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12) auf die Funktionsfähigkeit der in dem Halbleitersubstrat (12) integrierten Schaltung (14) beurteilt werden kann; wobei die Ausgabeeinrichtung Teil der integrierten Schaltung (14) ist, und wobei die integrierte Schaltung (14) ausgebildet ist, um in einem Testbetriebsmodus und einem Normalbetriebsmodus betrieben zu werden, um das Ausgangssignal (S_out) oder ein daraus aufbereitetes Ausgangssignal (S'_out) während des Testbetriebsmodus bereitzustellen, wobei während des Testbetriebsmodus zum Ausgeben des Ausgangssignals und während des Normalbetriebsmodus zum Ausgeben des üblichen Ausgangssignals der selbe Ausgangsanschluss der integrierten Schaltungsanordnung verwendet wird.
Integrierte Schaltungsanordnung (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Funktionsbeurteilungssignal (S_out; S'_out) das Ausgangssignal (S_out) oder ein durch eine Verarbeitungseinrichtung aufbereitetes Ausgangsignal (S'_out) aufweist.
Integrierte Schaltungsanordnung (10) gemäß Anspruch 2, wobei die Verarbeitungseinrichtung Teil der integrierten Schaltung (14) ist.
Integrierte-Schaltungsanordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausgangssignal (S_out) der streßempfindlichen Struktur oder das aufbereitete Ausgangssignal (S'_out) einen Momentanwert der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12) angibt.
Integrierte Schaltungsanordnung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (14) eine Sensorschaltung aufweist.
Integrierte Schaltungsanordnung (10) gemäß einem der vorherhegenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltungsanordnung (10) eine Mehrzahl von streßempfindlichen Strukturen (16) aufweist.
Integrierte Schaltungsanordnung (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Mehrzahl von streßempfindlichen Strukturen (16) vor gesehen ist, um die Verteilung einer mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12) zu erfassen.
Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Tabelle mit für die integrierte Schaltung maximal zulässigen Streßwerten umfaßt.
Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, bei der die Tabelle maximal zulässige Stresswerte für verschiedene Temperaturen umfaßt.
Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, die ferner eine Einrichtung (30) zum Bereitstellen eines Vergleichswerts für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12) aufweist, wobei durch einen Vergleich des Vergleichswerts mit dem erfaßten Momentanwert der mechanischen Streßkomponente eine Aussage getroffen werden kann, ob die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung (10) beeinträchtigt.
Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, die ferner eine Einrichtung (40) aufweist zum Vergleichen des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente, um ein Vergleichsergebnis mit einem ersten oder zweiten Ergebniswert zu erhalten, wobei einer der Ergebniswerte einen Hinweis auf die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung durch die mechanische Streßkomponente angibt.
Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei das Funktionsbeurteilungssignal den ersten oder zweiten Ergebniswert aufweist.
Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Vergleichswert einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente angibt, bis zu dem die Funktionsfähigkeit der integrierte Schaltungsanordnung (10) durch die mechanische Streßkomponente nicht beeinträchtigt wird.
Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Vergleichswert eine Mehrzahl von Einzelwerten aufweist, wobei jedem Einzelwert ein Momentanwert einer Umgebungsvariable zugeordnet ist.
Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, wobei die Umgebungsvariable die Umgebungstemperatur oder die Momentantemperatur des Halbleitermaterials der integrierten Schaltungsanordnung (10) ist.
Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltungsanordnung ferner eine Einrichtung (32) zum Erfassen einer Umgebungsvariable aufweist.
Verfahren zur Beurteilung des Einflusses einer mechanischen Streßkomponente in einem Halbleitersubstrat (12) auf die Funktionsfähigkeit einer auf dem Halbleitersubstrat (12) integrierten Schaltungsanordnung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen eines Momentanwerts (S_out) der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12) unter Verwendung der streßempfindlichen Struktur (16) auf dem Halbleitersubstrat (12); externes Bereitstellen des Funktionsbeurteilungssignals (S_out; S'_out) basierend auf dem Ausgangssignal der mechanischen Streßkomponente; und Bereitstellen eines Vergleichswerts (S_out-max) für die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat (12), wobei durch einen Vergleich des Vergleichswerts mit dem erfaßten Momentanwert der mechanischen Streßkomponente eine Aussage getroffen werden kann, ob die mechanische Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung (10) beeinträchtigt; und Vergleichen des Momentanwerts der mechanischen Streßkomponente in dem Halbleitersubstrat mit dem Vergleichswert für die mechanische Streßkomponente, um ein Vergleichsergebnis mit einem ersten oder zweiten Ergebniswert zu erhalten, wobei einer der Ergebniswerte einen Hinweis auf die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung durch die mechanische Streßkomponente angibt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Funktionsbeurteilungssignal den ersten oder zweiten Ergebniswert aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der Vergleichswert einen maximal zulässigen Wert für die mechanische Streßkomponente angibt, bis zu dem die Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltungsanordnung (10) durch die mechanische Streßkomponente nicht beeinträchtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Vergleichswert eine Mehrzahl von Einzelwerten aufweist, wobei jedem Einzelwert ein Momentanwert einer Umgebungsvariable zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Umgebungsvariable die Umgebungstemperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem die Schritte des Erfassens, externen Bereitstellens und Vergleichens während des Testbetriebsmodus der integrierten Schaltungsanordnung (10) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt des Bereitstellens ein Nachschlagen in einer Tabelle mit für die integrierte Schaltung maximal zulässigen Streßwerten umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 23, bei der die Tabelle maximal zulässige Stresswerte für verschiedene Temperaturen umfaßt.
Verfahren zum Herstellen und Beurteilen einer gehäusten, in einem Halbleitersubstrat integrierten Schaltungsanordnung (10), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer ungehäusten, integrierten Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16; Ermitteln der Funktionsfähigkeit der ungehäusten integrierten Schaltungsanordnung; Unterbringen der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse; und Ermitteln des Einflusses des Unterbringens der integrierten Schaltungsanordnung in einem Gehäuse auf deren Funktionsfähigkeit gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24.