DE10355333B3

DE10355333B3 - Einrichtung und Verfahren zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements

Info

Publication number: DE10355333B3
Application number: DE10355333A
Authority: DE
Inventors: Georg Eggers; Norbert Wirth; Herbert Benzinger; Thomas Huber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: US20050133785A1; CN100388452C; CN1622305A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung (1, 11, 21) zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements, welche eine Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) aufweist, welche bei Änderung der Temperatur des Halbleiter-Bauelements ihre elektrische Leitfähigkeit ändert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements.
Halbleiter-Bauelemente, z. B. entsprechende, integrierte (analoge bzw. digitale) Rechenschaltkreise, Halbleiter-Speicherbauelemente wie z. B. Funktionsspeicher-Bauelemente (PLAs, PALs, etc.) und Tabellenspeicher-Bauelemente (z. B. ROMS oder RAMs, insbesondere SRAMs und DRAMs, z. B. SDRAMs), etc. werden im Verlauf des Herstellprozesses, und nach der Herstellung umfangreichen Tests unterzogen.
Beispielsweise können – noch bevor am Wafer sämtliche gewünschten Bearbeitungsschritte durchgeführt wurden (d. h. bereits in einem halbfertigen Zustand der Halbleiter-Bauelemente) – an einer oder mehreren Test-Stationen mit Hilfe eines oder mehrerer Testgeräte die (noch auf dem Wafer befindlichen, halbfertigen) Bauelemente entsprechenden Testverfahren unterzogen werden (z. B. sog. Kerf-Messungen am Waferritzrahmen).
Nach der Fertigstellung der Halbleiter-Bauelemente (d. h. nach der Durchführung sämtlicher Wafer-Bearbeitungsschritte) können die Halbleiter-Bauelemente an einer oder mehreren (weiteren) Test-Stationen weiteren Testverfahren unterzogen werden – beispielsweise können mit Hilfe entsprechender (weiterer) Testgeräte die – noch auf dem Wafer befindlichen, fertiggestellten – Bauelemente entsprechend getestet werden („Scheibentests").
Nach dem Zersägen (bzw. dem Ritzen, und Brechen) des Wafers können die – dann einzeln zur Verfügung stehenden, und in sog. Carrier (Umverpackung) geladenen – Bauelemente an einer oder mehreren (weiteren) Test-Stationen entsprechenden weiteren Testverfahren unterzogen werden.
Auf entsprechende Weise können ein oder mehrere weitere Tests (an entsprechenden weiteren Test-Stationen, und unter Verwendung entsprechender, weiterer Testgeräte) z. B. nach dem Einbau der Halbleiter-Bauelemente in die entsprechenden Halbleiter-Bauelement-Gehäuse durchgeführt werden, und/oder z. B. nach dem Einbau der Halbleiter-Bauelement-Gehäuse (samt den darin jeweils eingebauten Halbleiter-Bauelementen) in entsprechende elektronische Module (sog. Modultests), etc.
Halbleiter-Bauelemente, z. B. SDRAMs, reagieren empfindlich auf starke Erhitzung.
Durch eine Erwärmung über bestimmte Grenztemperaturen hinaus kann ein Halbleiter-Bauelement irreversibel beschädigt bzw. zerstört werden.
Derartige Beschädigungen können z. B. im Verlauf des Halbleiter-Bauelement-Herstellprozesses auftreten, aber z. B. auch erst nach der Herstellung, z. B. beim Auflöten des entsprechenden Bauelements, oder beim Betrieb.
Insbesondere partielle Schädigungen sind durch die o. g. Testverfahren nicht bzw. nur mit relativ großem Aufwand zu erkennen.

Aus der DE 196 30 902 A1 ist eine Einrichtung zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements bekannt, welche eine Temperatur-Mess-Einrichtung aufweist, welche bei Änderung der Temperatur des Halbleiter-Bauelements ihre elektrische Leitfähigkeit ändert.

In der EP 0 735 351 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Erfassen der Temperatur eines Leistungs-Halbleiterbauelements beschrieben, bei welcher der Sperrstrom eines in thermischen Kontakt mit dem Leistungs-Halbleiterbauelement stehenden Transistors einem verstärkenden Stromspiegel zugeführt wird.

Aus der Druckschrift EP 0 780 672 A1 ist ein Halbleiter-Bauelement mit Temperatursensor, und unterschiedlich dotierten Bereichen bekannt.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine neuartige Einrichtung und ein neuartiges Verfahren zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements zur Verfügung zu stellen.

Sie erreicht dieses und weitere Ziele durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 19.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1a eine schematische Darstellung einer bei einem Halbleiter-Bauelement vorgesehenen Einrichtung zum Nachweis einer Überhitzung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
1b eine schematische Darstellung der in 1a gezeigten Einrichtung, in einem Zustand, nachdem das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
1c eine Draufsicht auf die in 1a und 1b gezeigte Einrichtung, in dem in 1a gezeigten Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
2a eine schematische Darstellung einer bei einem Halbleiter-Bauelement vorgesehenen Einrichtung zum Nachweis einer Überhitzung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
2b eine schematische Darstellung der in 2a gezeigten Einrichtung, in einem Zustand, nachdem das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
2c eine Draufsicht auf die in 2a und 2b gezeigte Einrichtung, in dem in 2a gezeigten Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
3a eine Schnittansicht einer bei einem Halbleiter-Bauelement vorgesehenen Einrichtung zum Nachweis einer Überhitzung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einem Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
3b eine Schnittansicht der in 3a gezeigten Einrichtung, in einem Zustand, nachdem das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde;
3c eine Draufsicht auf die in 3a und 3b gezeigte Einrichtung, in dem in 3a gezeigten Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde; und
3d eine Draufsicht auf die in 3a und 3b gezeigte Einrichtung, in dem in 3b gezeigten Zustand, nachdem das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde.
In 1a ist eine schematische, seitliche Schnittansicht einer bei einem Halbleiter-Bauelement vorgesehenen Einrichtung 1 zum Nachweis einer Überhitzung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, und zwar in einem Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde.
Die Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 1 kann z. B. direkt an der Oberfläche eines entsprechenden Halbleiter-Bauelements angeordnet sein, oder z. B. im Inneren des Halbleiter-Bauelements.
Bei dem Halbleiter-Bauelement kann es sich z. B. um einen entsprechenden, integrierten (analogen bzw. digitalen) Rechenschaltkreis handeln, oder z. B. um ein Halbleiter-Speicherbauelement wie z. B. ein Funktionsspeicher-Bauelement (PLA, PAL, etc.) oder ein Tabellenspeicher-Bauelement (z. B. ein ROM oder RAM, insbesondere ein SRAM oder DRAM, z. B. ein SDRAM), und/oder um ein kombiniertes Rechenschaltkreis-/Speicher-Bauelement, etc.
Die Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 1 weist gemäß 1a zwei Kontakt-Elemente 2a, 2b auf, zwischen denen eine entsprechende Messstrecke 3 angeordnet ist.
Wie in 1c gezeigt ist, können die Kontakt-Elemente 2a, 2b im Querschnitt (von oben her betrachtet) z. B. rechteckförmig sein, oder z. B. auch kreisrund, oval, etc.
Wieder bezogen auf 1a ist die – in einem Bereich unterhalb und zwischen den Kontakt-Elementen 2a, 2b liegende – Messstrecke 3 aus einem entsprechenden Halbleiter-Material, z. B. Silizium gefertigt (z. B. aus einem entsprechenden ähnlichen bzw. identischen Grundmaterial, wie der übrige Teil des Halbleiter-Bauelements).
Ein – im wesentlichen mittig zwischen den Kontakt-Elementen 2a, 2b liegender – Teilbereich 3' der Messstrecke 3 ist (relativ stark) dotiert, z. B. relativ stark n-dotiert oder relativ stark p-dotiert, d. h. relativ gut leitfähig.
Demgegenüber sind die beiden – direkt unter den Kontakt-Elementen 2a, 2b liegenden bzw. an die Kontakt-Elemente 2a, 2b angrenzenden bzw. diese kontaktierenden – Teilbereiche 3'' der Messstrecke 3 undotiert (oder alternativ: nur schwach n- oder p-dotiert), d. h. nicht bzw. nur schlecht leitfähig.
Beim dotierten Teilbereich 3' kann die Dotierung bei bzw. nahe bei einer gedachten, zentral senkrecht durch den Teilbereich 3' hindurchgehenden Ebene A (d. h. an einem Zentralbereich) am größten sein, und mit zunehmenden seitlichen Abstand von dieser gedachten Ebene A immer weiter abnehmen.
Der dotierte Teilbereich 3' kann z. B. dadurch erzeugt werden, dass in den – zunächst undotierten – Bereich 3 lokal eine Dotierung injiziert wird (z. B. mittels herkömmlicher Diffusionsverfahren, (Ionen-)Implantationsverfahren, etc.).
Wie aus 1a und 1c hervorgeht, ist – zunächst – die Weite w₁ des dotierten Teilbereichs 3' so klein, dass – seitlich – jeweils ein gewisser Abstand a₁ zwischen den seitlichen Randbereichen des Teilbereichs 3', und den Kontakt-Elementen 2a, 2b gegeben ist (Ausgangszustand).
Damit ist der – leitfähige – Teilbereich 3' im Ausgangszustand (aufgrund des jeweiligen, gemäß 1a und 1c zwischen dem Teilbereich 3', und dem jeweiligen Kontakt-Element 2a, 2b liegenden, nicht-leitfähigen Teilbereichs 3'') elektrisch von den Kontakt-Elementen 2a, 2b getrennt.
Wird das Halbleiter-Bauelement erwärmt, verschiebt sich – durch entsprechende Diffusion der im Teilbereich 3' vorhandenen Dotieratome – die äußere Grenze bzw. der jeweilige seitliche Randbereich des dotierten Teilbereichs 3' (wie in 1a durch die Pfeile B veranschaulicht) seitlich in Richtung der Kontakt-Elemente 2a, 2b.
Wie in 1b veranschaulicht ist, sind die Abmessungen des Teilbereichs 3', die Dotierungsstärke, die Abmessungen der Kontakt-Elemente 2a, 2b, etc., entsprechend so gewählt, dass dann, wenn die Temperatur des Halbleiter-Bauelements eine vorbestimmte Grenztemperatur T überschreitet (wobei die Erwärmung z. B. nur eine bestimmte, relativ kleine Zeitdauer t vorherrschen muß, z. B. t < 5 sec, oder z. B. t < 1 sec, oder t < 0.5 sec), die äußere Grenze bzw. der jeweilige seitliche Randbereich des dotierten Teilbereichs 3' soweit seitlich verschoben wird, dass der Teilbereich 3' – zumindest teilweise (hier z. B.: bei einem Bereich C) – mit der unteren Begrenzungsfläche des jeweiligen Kontakt-Elements 2a, 2b in Kontakt kommt.
Damit sind – nach dem Überhitzen des Halbleiter-Bauelements (Überschreiten der Grenztemperatur T) – das Kontakt-Element 2a, der Teilbereich 3', und das Kontakt-Element 2b – irreversibel – elektrisch miteinander verbunden (2. Zustand).
Die o. g. Grenztemperatur T ist so gewählt, dass ab dieser Temperatur die Gefahr bestehen würde, dass das Halbleiter-Bauelement irreversibel beschädigt bzw. zerstört werden kann.
Das erste und zweite Kontakt-Element 2a, 2b können z. B. direkt mittels entsprechender Bond-Drähte, oder z. B. indirekt mittels entsprechender, im oder am Halbleiter-Bauelement vorgesehener Leitungen an entsprechende Pins des Bauelement-Gehäuses angeschlossen sein, in das das Halbleiter-Bauelement montiert ist.
Der erste – mit dem ersten Kontakt-Element 2a verbundene – Pin kann z. B. an einen ersten Anschluß eines Testgeräts angeschlossen werden, und der zweite – mit dem zweiten Kontakt-Element 2b verbundene – Pin z. B. an einen zweiten Testgerät-Anschluß.
Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung zwischen dem ersten und zweiten Testgerät-Anschluss (und damit zwischen dem ersten und zweiten Kontakt-Element 2a, 2b), und darauffolgendes Messen, ob zwischen den Kontakt-Elementen 2a, 2b dann ein entsprechender Strom fließt, oder nicht (bzw. ob die Stärke des fließenden Stroms einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet), kann ermittelt werden, ob zwischen den Kontakt-Elementen 2a, 2b keine elektrische Verbindung besteht (Ausgangszustand, 1a, „Test bestanden"), oder ob die Kontakt-Elemente 2a, 2b – wie oben erläutert – nach dem Überhitzen des Halbleiter-Bauelements elektrisch miteinander verbunden sind (2. Zustand, 1b, „Test nicht bestanden"), wodurch angezeigt wird, dass das Halbleiter-Bauelement – aufgrund Überhitzung – beschädigt bzw. zerstört worden sein könnte.
In 2a ist eine schematische, seitliche Schnittansicht einer bei einem Halbleiter-Bauelement vorgesehenen Einrichtung 11 zum Nachweis einer Überhitzung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, und zwar in einem Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde.
Die Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 11 kann z. B. direkt an der Oberfläche eines entsprechenden Halbleiter-Bauelements angeordnet sein, oder z. B. im Inneren des Halbleiter-Bauelements.
Bei dem Halbleiter-Bauelement kann es sich z. B. um einen entsprechenden, integrierten (analogen bzw. digitalen) Rechenschaltkreis handeln, oder z. B. um ein Halbleiter-Speicherbauelement wie z. B. ein Funktionsspeicher-Bauelement (PLA, PAL, etc.) oder ein Tabellenspeicher-Bauelement (z. B. ein ROM oder RAM, insbesondere ein SRAM oder DRAM, z. B. ein SDRAM), und/oder um ein kombiniertes Rechenschaltkreis-/Speicher-Bauelement, etc.
Die Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 11 weist gemäß 2a zwei Kontakt-Elemente 12a, 12b auf, zwischen denen eine entsprechende Messstrecke 13 angeordnet ist.
Die Kontakt-Elemente 12a, 12b können z. B. (entsprechend ähnlich wie bei dem in 1a, 1b, 1c gezeigten Ausführungsbeispiel, insbesondere entsprechend ähnlich wie in 1c gezeigt) im Querschnitt (von oben her betrachtet) z. B. rechteckförmig sein, oder z. B. auch kreisrund, oval, etc.
Wie in 2a gezeigt ist, ist die – in einem Bereich unterhalb und zwischen den Kontakt-Elementen 12a, 12b liegende – Messstrecke 13 aus einem entsprechenden Halbleiter-Material, z. B. Silizium gefertigt (z. B. aus einem entsprechenden ähnlichen bzw. identischen Grundmaterial, wie der übrige Teil des Halbleiter-Bauelements).
Bei der Herstellung der Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 11 wird zunächst der gesamte, unter und zwischen den Kontakt-Elementen 12a, 12b liegende Bereich der Messstrecke 13 (z. B. der gesamte Messstrecken-Bereich) z. B. mittels herkömmlicher Diffusionsverfahren, (Ionen-)Implantationsverfahren, etc. relativ stark dotiert, z. B. relativ stark n-dotiert oder relativ stark p-dotiert, so dass der gesamte Messstrecken-Bereich (bzw. die gesamte Messstrecke 13) dann – relativ gut – leitfähig ist.
Daraufhin wird ein – im wesentlichen mittig zwischen den Kontakt-Elementen 12a, 12b liegender – Teilbereich 13' der Messstrecke 13 mittels entsprechender, herkömmlicher Verfahrenstechnologien so behandelt, dass der o. g. Halbleiter-Material von einem – zunächst nicht-amorphen, kristallinen – Zustand in einen amorphen Zustand überwechselt.
Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass der Teilbereich 13' (z. B. – wie in 2c gezeigt – dessen obere Grenzfläche D) – kurzzeitig – von oben her mit einem von einem Laser bereitgestellten Laserstrahl bestrahlt wird, und dadurch sehr schnell sehr stark erhitzt, und dann sehr schnell wieder sehr stark abgekühlt wird.
Dabei verbleiben die beiden – direkt unter den Kontakt-Elementen 12a, 12b liegenden bzw. an die Kontakt-Elemente 12a, 12b angrenzenden bzw. diese kontaktierenden – Teilbereiche 13'' der Messstrecke 13 im o. g. kristallinem, d. h. leitfähigen Zustand.
Da sich – wie in 2a und 2c dargestellt – der amorphe, und damit nicht-leitfähige Teilbereich 13' über die gesamte Breite b und die gesamte Höhe h der – von nicht-leitendem Material umgebenen – Messstrecke 13 erstreckt, ist – durch den zwischen den leitfähigen Teilbereichen 13'' liegenden nicht-leitfähigen Teilbereich 13' – der in der Zeichnung gemäß 2a links liegende, das Kontakt-Element 12a kontaktierende, kristalline, leitfähige Teilbereich 13'' elektrisch vom dem in der Zeichnung rechts liegenden, das Kontakt-Element 12b kontaktierenden, kristallinen, leitfähigen Teilbereich 13 getrennt.
Damit ist – bei dem in 2a und 2c gezeigten Ausgangszustand der Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 11 – durch den gemäß 2a und 2c zwischen den leitenden Teilbereichen 13'' liegenden nicht-leitenden Teilbereich 13' das Kontakt-Element 12a elektrisch vom Kontakt-Element 12b getrennt.
Wird das Halbleiter-Bauelement über eine bestimmte Grenztemperatur T hinaus erwärmt (wobei die Erwärmung z. B. nur eine bestimmte, relativ kleine Zeitdauer t vorherrschen muß, z. B. t < 5 sec, oder z. B. t < 1 sec, oder t < 0.5 sec), wandeln sich die im Teilbereich 13' vorherrschenden amorphen Strukturen wieder in entsprechende kristalline Strukturen um, wodurch der Teilbereich 13' (wieder) elektrisch leitfähig wird.
Damit sind – nach dem Überhitzen des Halbleiter-Bauelements (Überschreiten der Grenztemperatur T) – das Kontakt-Element 12a und das Kontakt-Element 12b – irreversibel – elektrisch miteinander verbunden (2. Zustand).
Durch entsprechende Wahl der (Halbleiter-)Materialien, der Abmessungen des Teilbereichs 13', der Dauer und/oder Stärke der Laserbehandlung, etc. kann die o. g. Grenztemperatur T, verändert bzw. eingestellt werden (bei deren Überschreiten der Teilbereich 13' (wieder) elektrisch leitfähig wird (bzw. – für das weiter unten im Detail erläuterte Testverfahren – entsprechend so hoch leitfähig wird, dass der Test ein Resultat „nicht bestanden" liefert).
Die Grenztemperatur T kann vorteilhaft so gewählt sein, dass ab dieser Temperatur die Gefahr bestehen würde, dass das Halbleiter-Bauelement irreversibel beschädigt bzw. zerstört werden kann.
Das erste und zweite Kontakt-Element 12a, 12b können z. B. direkt mittels entsprechender Bond-Drähte, oder z. B. indirekt mittels entsprechender, im oder am Halbleiter-Bauelement vorgesehener Leitungen an entsprechende Pins des Bauelement-Gehäuses angeschlossen sein, in das das Halbleiter-Bauelement montiert ist.
Der erste – mit dem ersten Kontakt-Element 12a verbundene – Pin kann z. B. an einen ersten Anschluß eines Testgeräts angeschlossen werden, und der zweite – mit dem zweiten Kontakt-Element 12b verbundene – Pin z. B. an einen zweiten Testgerät-Anschluß.
Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung zwischen dem ersten und zweiten Testgerät-Anschluss (und damit zwischen dem ersten und zweiten Kontakt-Element 12a, 12b), und darauffolgendes Messen, ob zwischen den Kontakt-Elementen 12a, 12b dann ein entsprechender Strom fließt, oder nicht (bzw. ob die Stärke des fließenden Stroms einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet), kann ermittelt werden, ob zwischen den Kontakt-Elementen 12a, 12b keine elektrische Verbindung besteht (Ausgangszustand, 2a, „Test bestanden"), oder ob die Kontakt-Elemente 12a, 12b – wie oben erläutert – nach dem Überhitzen des Halbleiter-Bauelements elektrisch miteinander verbunden sind (2. Zustand, 2b, „Test nicht bestanden"), wodurch angezeigt wird, dass das Halbleiter-Bauelement – aufgrund Überhitzung – beschädigt bzw. zerstört worden sein könnte.
In 3a ist eine schematische, seitliche Schnittansicht einer bei einem Halbleiter-Bauelement vorgesehenen Einrichtung 21 zum Nachweis einer Überhitzung des Halbleiter-Bauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, und zwar in einem Zustand, bevor das Halbleiter-Bauelement relativ hohen Temperaturen ausgesetzt wurde.
Die Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 21 – insbesondere zwei bei dieser vorgesehene Kontakt-Elemente 22a, 22b, und eine dazwischenliegende (relativ gut elektrisch leitfähige) Metall-, insbesondere Weichmetall-Schicht 24 – kann z. B. direkt an der Oberfläche des entsprechenden Halbleiter-Bauelements angeordnet sein, oder z. B. auf einem speziellen Substrat, oder z. B. im Inneren des Halbleiter-Bauelements.
Die Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 21 ist von nicht-leitfähigem Material umgeben, z. B. – undotiertem – Silizium (z. B. einem entsprechenden ähnlichen bzw. identischen – undotierten – Grundmaterial, wie beim übrigen Teil des Halbleiter-Bauelements).
Bei dem Halbleiter-Bauelement kann es sich z. B. um einen entsprechenden, integrierten (analogen bzw. digitalen) Rechenschaltkreis handeln, oder z. B. um ein Halbleiter-Speicherbauelement wie z. B. ein Funktionsspeicher-Bauelement (PLA, PAL, etc.) oder ein Tabellenspeicher-Bauelement (z. B. ein ROM oder RAM, insbesondere ein SRAM oder DRAM, z. B. ein SDRAM), und/oder um ein kombiniertes Rechenschaltkreis-/Speicher-Bauelement, etc.
Bei der Überhitzungs-Nachweis-Einrichtung 21 wird – wie z. B. in 3a gezeigt ist – durch deren zwei Kontakt-Elemente 22a, 22b, und die dazwischenliegende Metall-Schicht 24 eine entsprechende Messstrecke 23 ausgebildet.
Wie in 3c gezeigt ist, können die Kontakt-Elemente 22a, 22b im Querschnitt (von oben her betrachtet) z. B. rechteckförmig sein, oder z. B. auch kreisrund, oval, etc.
Wieder bezogen auf 3a kontaktiert ein – in der Zeichnung links liegender – Bereich der Metall-Schicht 24 das Kontakt-Element 22a, und ein – in der Zeichnung rechts liegender – Bereich der Metall-Schicht 24 das Kontakt-Element 22b, wobei sich die Metall-Schicht 24 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mit im wesentlichen konstanter Höhe h zwischen den beiden Kontakt-Elementen 22a, 22b erstreckt.
Wie in 3c gezeigt ist, weist die Metall-Schicht 24 im Bereich bei bzw. nahe bei den Kontakt-Elementen 22a, 22b eine – relativ große – Breite b1 auf.
Bei einem ungefähr in der Mitte zwischen den Kontakt-Elementen 22a, 22b liegenden Bereich ist die Metall-Schicht 24 – relativ stark – verjüngt, so dass die Metall-Schicht 24 dort nur noch eine – relativ geringe – Breite b2 aufweist, die nur noch weniger als die Hälfte, z. B. weniger als ein Drittel oder weniger als ein Viertel der Breite b1 der Metall-Schicht 24 bei bzw. nahe bei den Kontakt-Elementen 22a, 22b betragen kann.
Wie aus 3a und 3c hervorgeht, ist (aufgrund der oben erläuterten Ausgestaltung der Metall-Schicht 24) das (linke) Kontakt-Element 22a – über die Metall-Schicht 24 – elektrisch leitend mit dem (rechten) Kontakt-Element 22b verbunden (Ausgangszustand).
Wie in 3b und 3c veranschaulicht ist, sind die Abmessungen der Metall-Schicht 24, die Abmessungen der Kontakt-Elemente 22a, 22b, bzw. – insbesondere – das die Metall-Schicht ausbildende Material (Metall bzw. Metall-Legierung, etc.), entsprechend so gewählt, dass dann, wenn die Temperatur des Halbleiter-Bauelements eine vorbestimmte Grenztemperatur T überschreitet (wobei die Erwärmung z. B. nur eine bestimmte, relativ kleine Zeitdauer t vorherrschen muß, z. B. t < 5 sec, oder z. B. t < 1 sec, oder t < 0.5 sec), die Metall-Schicht 24 „aufgeschmolzen" wird.
Die o. g. Grenztemperatur T ist so gewählt, dass ab dieser Temperatur die Gefahr bestehen würde, dass das Halbleiter-Bauelement irreversibel beschädigt bzw. zerstört werden kann.
Zur Einstellung der Grenztemperatur T kann insbesondere das zum Aufbau der Metall-Schicht 24 jeweils verwendete Material, insbesondere Metall/Legierung jeweils so gewählt werden, dass der Schmelzpunkt des Materials ungefähr identisch mit der o. g. Grenztemperatur T ist.
Nach dem Aufschmelzen der Metall-Schicht 24 – am o. g., verjüngten, lediglich die Breite b2 aufweisenden Bereich – sind aus der ursprünglichen, einstückigen Metall-Schicht 24 gemäß 3a, 3d zwei – elektrisch (durch die dazwischenliegende Luft) voneinander getrennte – separate Metall-Schicht-Teile 24a, 24b entstanden.
Damit sind – nach dem Überhitzen des Halbleiter-Bauelements (Überschreiten der Grenztemperatur T) – das Kontakt-Element 22a und das Kontakt-Element 22b – irreversibel – elektrisch voneinander getrennt (2. Zustand).
Durch die oben beschriebene Ausgestaltung der Metall-Schicht 24 wird verhindert, dass sich – nach dem einmal erfolgten Aufschmelzen der Metall-Schicht 24 – die dann entstandenen zwei einzelnen Metall-Schicht-Teile 24a, 24b (später) wieder miteinander verbinden können.
Möglich ist dies insbesondere durch die – hier beispielhaft gewählte, oben näher erläuterte – Metallstruktur, bei der das Metall- bzw. Legierungs-Material der Metall-Schicht 24 im aufgeschmolzenen Zustand bei den beiden Kontakt-Elementen 22a, 22b jeweils – aufgrund entsprechend wirkender Kapillarkräfte – zu den o. g. Metall-Schicht-Teilen 24a, 24b zusammengezogen wird.
Unterstützt werden kann dieser Effekt z. B. auch durch entsprechende Wahl des Materials und/oder der Beschaffenheit des – direkt unterhalb der Metall-Schicht 24 liegenden (ggf. speziell ausgewählten) – Substrats, insbesondere unter Berücksichtigung der Benetzungseigenschaften des für die Metall-Schicht 24 verwendeten Materials auf dem Substrat.
Das erste und zweite Kontakt-Element 22a, 22b können z. B. direkt mittels entsprechender Bond-Drähte, oder z. B. indirekt mittels entsprechender, im oder am Halbleiter-Bauelement vorgesehener Leitungen an entsprechende Pins des Bauelement-Gehäuses angeschlossen sein, in das das Halbleiter-Bauelement montiert ist.
Der erste – mit dem ersten Kontakt-Element 22a verbundene – Pin kann z. B. an einen ersten Anschluß eines Testgeräts angeschlossen werden, und der zweite – mit dem zweiten Kontakt-Element 22b verbundene – Pin z. B. an einen zweiten Testgerät-Anschluß.
Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung zwischen dem ersten und zweiten Testgerät-Anschluss (und damit zwischen dem ersten und zweiten Kontakt-Element 22a, 22b), und darauffolgendes Messen, ob zwischen den Kontakt-Elementen 22a, 22b dann ein entsprechender Strom fließt, oder nicht, kann ermittelt werden, ob zwischen den Kontakt-Elementen 22a, 22b – über die Metall-Schicht 24 – eine elektrische Verbindung besteht (Ausgangszustand, 3a, „Test bestanden"), oder ob die Kontakt-Elemente 22a, 22b – wie oben erläutert – nach dem Überhitzen des Halbleiter-Bauelements, und dem dadurch bewirkten Aufschmelzen der Metall-Schicht 24 elektrisch voneinander getrennt sind (2. Zustand, 3b, „Test nicht bestanden"), wodurch angezeigt wird, dass das Halbleiter-Bauelement – aufgrund Überhitzung – beschädigt bzw. zerstört worden sein könnte.
Statt jeweils einer einzelnen der oben beschriebenen Überhitzungs-Nachweis-Einrichtungen 1, 11, 21 können auf demselben Halbleiter-Bauelement auch jeweils mehrere – z. B. zwei, drei oder mehr – (z. B. jeweils entsprechend ähnlich wie oben beschrieben aufgebaute) Überhitzungs-Nachweis-Einrichtungen 1, 11, 21 angeordnet sein (die jeweils z. B. bei der gleichen oder im wesentlichen der gleichen Grenztemperatur T elektrisch leitend bzw. nicht-leitend werden, oder z. B. jeweils bei – ggf. relativ stark – unterschiedlichen Grenztemperaturen T1, T2, T3, T4, etc. (so dass – abhängig von der Anzahl der jeweils verwendeten, unterschiedlichen Grenztemperaturen T1, T2, T3, T4 – für das Halbleiter-Bauelement der Temperatur-Bereich (T1–T2, T2–T3, etc.) ermittelt werden kann, in der diejenige Temperatur liegt, der das Halbleiter-Bauelement maximal ausgesetzt war)).

Claims

Einrichtung (1, 11, 21) zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements, welche eine Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) aufweist, welche dann, wenn die Temperatur des Halbleiter-Bauelements eine bestimmte Grenz-Temperatur (T) überschreitet ihre elektrische Leitfähigkeit ändert, wobei die Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) so ausgestaltet ist, dass die beim Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) auftretende Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) irreversibel ist.
Einrichtung (1, 11) nach Anspruch 1, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13) beim Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) ihre elektrische Leitfähigkeit erhöht, insbesondere leitfähig wird.
Einrichtung (1, 11) nach Anspruch 2, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13) vor dem Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) nicht-leitend, insbesondere stark nicht-leitend ist.
Einrichtung (1, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13) einen aus einem Halbleiter-Material bestehenden Bereich (3', 3'', 13', 13'') aufweist.
Einrichtung (1) nach Anspruch 4, bei welcher der Halbleiter-Material-Bereich (3', 3'') einen undotierten oder schwach dotierten Teil-Bereich (3''), und einen stärker dotierten Teil-Bereich (3') aufweist.
Einrichtung (1) nach Anspruch 5, mit mindestens einem Kontakt-Element (2a), welches – solange das Halbleiter-Bauelement die bestimmte Grenztemperatur noch nicht überschritten hat – nur den undotierten oder schwach dotierten Teil-Bereich (3'') des Halbleiter-Material-Bereichs (3', 3'') kontaktiert, nicht aber den stärker dotierten Teil-Bereich (3').
Einrichtung (1) nach Anspruch 6, bei welcher das Kontakt-Element (2a) und die Halbleiter-Material-Bereiche (3', 3'') so ausgestaltet und angeordnet sind, dass beim Überschreiten der Grenz-Temperatur (T), – durch Diffusion – der stärker dotierte Teil-Bereich (3') sich so weit in den undotierten oder schwach dotierten Teil-Bereich (3'') hinein ausbreitet, dass er das Kontakt-Element (2a) kontaktiert.
Einrichtung (11) nach Anspruch 4, bei welcher der Halbleiter-Material-Bereich (13', 13'') einen amorphen Teil-Bereich (13') aufweist.
Einrichtung (1) nach Anspruch 8, bei welcher der Halbleiter-Material-Bereich (13', 13'') zusätzlich einen kristallinen Teil-Bereich (13'') aufweist.
Einrichtung (1) nach Anspruch 9, mit mindestens einem Kontakt-Element (12a), welches den kristallinen Teil-Bereich (13'') des Halbleiter-Material-Bereichs (13', 13'') kontaktiert.
Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welcher der amorphe Teil-Bereich (13'') so ausgestaltet und eingerichtet ist, dass er beim Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) kristallin wird.
Einrichtung (21) nach Anspruch 1, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (23) beim Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) ihre elektrische Leitfähigkeit verringert, insbesondere nicht-leitend wird.
Einrichtung (21) nach Anspruch 12, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (23) vor dem Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) leitend, insbesondere stark leitend ist.
Einrichtung (21) nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (23) eine Metallschicht (24) aufweist.
Einrichtung (21) nach Anspruch 14, bei welcher die Metallschicht (24) eine oder mehrere Aussparungen, oder eine Verjüngung aufweist.
Einrichtung (21) nach Anspruch 15, welche zusätzlich zwei mit der Metallschicht (24) in Kontakt stehende Kontakt-Elemente (22a, 22b) aufweist, und bei welcher die Aussparung oder Aussparungen, oder die Verjüngung zwischen den Kontakt-Elementen (22a, 22b) liegend angeordnet ist.
Einrichtung (21) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welcher die Metallschicht (24) eine Weichmetallschicht ist.
Einrichtung (1, 11, 21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) direkt auf dem Halbleiter-Bauelement angeordnet ist.
Verfahren zum Nachweis einer Überhitzung eines Halbleiter-Bauelements, unter Verwendung einer Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23), welche dann, wenn die Temperatur des Halbleiter-Bauelements eine bestimmte Grenz-Temperatur (T) überschreitet ihre elektrische Leitfähigkeit ändert, wobei die Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) so ausgestaltet ist, dass die beim Überschreiten der Grenz-Temperatur (T) auftretende Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Temperatur-Mess-Einrichtung (3, 13, 23) irreversibel ist, und wobei das Verfahren den Schritt aufweist: Ermitteln der Leitfähigkeit der Temperatur-Mess- Einrichtung (3, 13, 23) zum Ermitteln, ob das Halbleiter-Bauelement überhitzt worden ist.