JP2022000900A - 電気的過剰ストレス検出デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】開示された技術は、概して、電気的過剰ストレス保護デバイスに関し、より具体的には、半導体デバイスにおける電気的過剰ストレス事象を検出するための電気的過剰ストレスモニタリングデバイスに関する。【解決手段】一態様において、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象をモニタリングするように構成されたデバイスは、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成された離間した導電性構造体の対を含み、離間した導電性構造体は、アーク放電が離間した導電性構造体の形状に検出可能な変化を引き起こすような材料で形成され、かつそのような形状を有し、デバイスは、離間した導電性構造体の形状の変化がＥＯＳモニタとして働くために検出可能であるように構成される。【選択図】図１Ａ

Description

本出願は、２０１６年９月２７日に出願された米国仮特許出願第ＵＳ６２／４００，５７２号の優先権の利益を主張し、参照によりその全体を組み込む。

開示された技術は、概して、電気的過剰ストレスに対処するためのデバイスに関し、より具体的には、半導体デバイスにおける電気的過剰ストレス事象を検出、モニタリング、および／または保護するためのデバイスに関する。

特定の電子システムは、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象にさらされる可能性がある。そのような事象は、電子デバイスが電子デバイスの特定の限界を超える電流および／または電圧を経験する結果として、電子デバイスに損傷を引き起こす可能性がある。例えば、電子デバイスは過渡的信号事象、または短期間持続し、急激に変化する電圧／または電流を有し、高電力を有する電気信号を経験することがある。過渡的信号事象は、例えば、物体または人から電子システムへの電荷の急激な放出に起因する静電放電（ＥＳＤ）事象、または電子デバイスの電源からの電圧／電流スパイクを含み得る。加えて、ＥＯＳ事象は、デバイスが電源供給されているかどうかにかかわらず発生する可能性がある。

過渡的信号事象などの電気的過剰ストレス事象は、例えば、ＩＣの比較的小さな領域における過電圧状態および高レベルの電力消散のために、集積回路（ＩＣ）を損傷する可能性がある。高い電力消散はＩＣ温度を上昇させ、ゲート酸化膜パンチスルー、接合損傷、金属損傷、表面電荷蓄積など、またはそれらの任意の組み合わせなどの多くの問題をもたらす可能性がある。

デバイスの故障を診断する、またはデバイスの寿命を予測するためには、例えば電圧、電力、エネルギー、および持続時間に関してＥＯＳ事象を特徴付けることは有用であり得る。しかしながら、例えば、いくつかのＥＯＳ事象の持続時間が非常に短い可能性があるので、そのような特徴付けは困難である。したがって、警告を検出し中継することができ、少なくとも半定量的なＥＯＳ事象に関する情報を提供することができるＥＯＳモニタを開発する必要がある。

米国特許出願第１４／６７１，７６７号 米国特許第６，２３６，０８７号 特表２００５−５１７２９７号公報 特開昭６２−０８１０５０号公報 特開２００５−１３６０８８号公報 国際公開第２０１２／１０５４９７号 国際公開第２０１２／０９０７３１号

一態様において、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象をモニタリングするように構成されたデバイスは、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成された離間した導電性構造体の対を備え、離間した導電性構造体の対は、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成され、離間した導電性構造体は、アーク放電が離間した導電性構造体の形状に検出可能な変化を引き起こすような材料で形成され、かつそのような形状を有し、デバイスは、離間した導電性構造体の形状の変化がＥＯＳモニタとして働くために検出可能であるように構成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、ギャップ距離の増加を引き起こすためにアーク放電に応答して局所的に溶融するように選択された材料で形成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、金属で形成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、それぞれが鋭利な先端を有する離間した突起の対を備える。

いくつかの実施形態では、形状の観察可能な変化は、離間した導電性構造体の間のギャップ距離の観察可能な増加を含む。

いくつかの実施形態では、デバイスは、ＥＯＳ事象の発生を示すギャップ距離の増加が、視覚的に検出することができるように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、ＥＯＳ事象の発生を示すギャップ距離の増加が、可視光顕微鏡を使用して検出することができるように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、ギャップ距離が変化したかどうかを判定するために、開回路電圧を、離間した導電性構造体の対にわたって電気的に測定するように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、漏れ電流を離間した導電性構造体の対にわたって電気的に測定するように構成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、半導体基板に集積される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、半導体基板に集積されたメタライゼーションレベルで形成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、メタライゼーションレベルで形成された誘電体層によって少なくとも部分的に埋め込まれる。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、離間した導電性構造体が誘電体層を通して電気的にアークするように構成されるように、メタライゼーションレベルで形成された誘電体層によって電気的に分離される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、電気的に並列接続された複数の突起の対を備える。

いくつかの実施形態では、２つ以上の突起の対は異なる分離距離を有し、分離距離に比例する異なる過剰ストレス電圧に応答してアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、２つ以上の突起の対は、アーク放電の前に異なる分離距離を有する。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、ヒューズに直列接続される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象からデバイスを保護するように構成された電気的過剰ストレス保護（ＥＯＳ）デバイスとして働く。

いくつかの実施形態では、デバイスは、離間した導電性構造体の対に電気的に接続された半導体ベースの電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）保護デバイスをさらに備え、ＥＯＳ保護デバイスは離間した導電性構造体の対と比較してより高い電流量を分流するように構成される。

いくつかの実施形態では、半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスは、離間した導電性構造体の対に電気的に並列接続される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、コア回路をさらに備え、離間した導電性構造体の対がコア回路内に発生するＥＯＳ事象をモニタリングするためのモニタデバイスとして働くように、離間した導電性構造体の対とコア回路は少なくとも１つの共通電気端子に電気的に接続される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、コア回路が電気的に作動されているかどうかにかかわらず、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、コア回路および離間した導電性構造体の対は、半導体パッケージ内に集積される。

いくつかの実施形態では、コア回路および離間した導電性構造体の対は、同じ半導体ダイに集積される。

いくつかの実施形態では、コア回路および離間した導電性構造体の対は、異なる半導体ダイに配置される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）保護デバイスとして働く。

別の態様では、半導体デバイスをモニタリングする方法は、その間にギャップを有する導電性構造体の対を提供することを含み、離間した導電性構造体の対は、半導体基板に集積され、そして電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象に応答して電気的にアークするように構成され、および電気パルスが離間した導電性構造体の対の間のギャップにわたってアークしたかどうかを判定するために導電性構造体の対をモニタリングすることを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、ギャップにわたる開回路電圧の変化を測定することによって半導体デバイス内にＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、ギャップを含む電気通路に沿った漏れ電流の変化を測定することによって半導体デバイス内にＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、離間した導電性構造体の対に直列接続されたヒューズ両端の開回路を検出することによって半導体デバイス内にＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、ギャップに境する導電性構造体の末端を外観の変化として視覚的に検査することによって、半導体デバイス内にＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、半導体デバイスを提供することは、それぞれがその間にギャップを有する複数の導電性構造体の対を提供することを含み、導電性構造体の対は、電気的に並列接続されている。

いくつかの実施形態では、導電性構造体の対は、異なるギャップを有し、かつ異なるギャップに関連する過剰ストレス電圧に応答してアークするように構成され、モニタリングすることは、アークした離間した導電性構造体の対の中で最も大きい分離距離を有する離間した導電性構造体の対を識別することと、ＥＯＳ事象に関連付けられる最大電圧を推定することと、を含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、導電性構造体の対にわたってキャパシタンスの変化を測定することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、離間した導電性構造体の対に直列接続された溶断したヒューズの兆候を視覚的に検出することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

別の態様では、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタリングデバイスは、その間に複数の異なるサイズのギャップを有する複数の導電性構造体の対を備え、導電性構造体の対は、電気的に並列接続され、異なるサイズのギャップは、相応して異なる電気的過剰ストレス電圧に応答して電気的にアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、導電性構造体の対は、アーク放電を経験したことに対してモニタリングされるように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、ギャップにおける導電性構造体への損傷の目視検査を可能にするように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、導電性構造体がアーク放電に応答して変化したかどうかを電気的にモニタリングするように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、異なって離間した導電性構造体の対と電気的に接続された半導体ベースの電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）保護デバイスをさらに備える。

いくつかの実施形態では、半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスは、異なって離間した導電性構造体の対がアークするように構成されている電圧より高い電圧でトリガするように構成される。

いくつかの実施形態では、半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスは、トリガ電圧でトリガすると、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスにわたる電圧がトリガ電圧よりも低い電圧にスナップバックしないように構成される。

いくつかの実施形態では、半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスは、アバランシェダイオードを含む。

いくつかの実施形態では、半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスは、トリガ電圧でトリガすると、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスにわたる電圧がトリガ電圧よりも低い電圧にスナップバックするように構成される。

いくつかの実施形態では、より低い電圧は、異なって離間した導電性構造体の対がアークするように構成されている電圧よりも高い。

いくつかの実施形態では、半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスは、バイポーラ接合トランジスタを含む。

いくつかの実施形態では、異なって離間した導電性構造体の対は、コア回路に接続されるように構成され、離間した導電性構造体の対およびコア回路は、離間した導電性構造体の対が、コア回路内に発生するＥＯＳ事象をモニタリングするためのモニタデバイスとして働くように、少なくとも１つの共通電気端子に電気的に接続される。

いくつかの実施形態では、電気的にアーク放電すると、異なって離間した導電性構造体の対のそれぞれは、異なって離間した導電性構造体の対のそれぞれにわたる電圧がコア回路の電源電圧より高い電圧にスナップバックするように構成される。

別の態様では、装置は、コア回路と、コア回路に電気的に接続されコア回路からＥＯＳ事象に起因する電流を分流するように構成された電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）保護デバイスと、コア回路に電気的に接続されたＥＯＳモニタデバイスであって、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークし、離間した導電性構造体の形状の変化を受けるように構成された、離間した導電性構造体の対を備える、ＥＯＳモニタデバイスと、を備える。

いくつかの実施形態では、デバイスは、離間した導電性構造体の対が検出されてＥＯＳモニタとして働くように構成されるように、構成される。

別の態様では、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象を感知するための集積されたセンサーを有するデバイスは、基板と、基板に集積された離間した導電性構造体の対またはスパークギャップ構造体とを含み、離間した導電性構造体は、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、アーク放電が離間した導電性構造体の形状に検出可能な変化を引き起こすような材料で形成され、かつそのような形状を有し、デバイスは、離間した導電性構造体が検出されてＥＯＳモニタとして働くように構成されるように、構成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、デバイスのメタライゼーションレベルで形成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、誘電体層によって少なくとも部分的に埋め込まれる。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、誘電体材料によって電気的に分離される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、その間に分離距離を有する離間した突起の対を含む。

いくつかの実施形態では、デバイスは、電気的に並列接続された複数の突起の対を含む。

いくつかの実施形態では、突起の対は、異なる分離距離を有し、分離距離に関連する異なる過剰ストレス電圧に応答してアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、異なる過剰ストレス電圧は分離距離に比例する。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対はヒューズに直列接続される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、ＥＯＳ事象が離間した導電性構造体の対にわたってアーク放電を引き起したかどうかを視覚的に検出することができるように、デバイス内で視認可能に構成される。

いくつかの実施形態では、ＥＯＳ事象が離間した導電性構造体の対にわたってアーク放電を引き起したかどうかは、顕微鏡を使用して視覚的に検出することができる。

いくつかの実施形態では、デバイスは、離間した導電性構造体の対に電気的に接続された半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスをさらに含む。

いくつかの実施形態では、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスは、離間した導電性構造体の対に電気的に並列接続される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、離間した導電性構造体の対に電気的に接続されたコア回路をさらに含み、離間した導電性構造体の対はコア回路が電気的に作動されているかどうかにかかわらずＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、静電放電（ＥＳＤ）保護デバイスとして働く。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、半導体静電放電（ＥＳＤ）保護デバイスに接続されたモニタデバイスとして働く。

いくつかの実施形態では、デバイスは、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングを含む、微細加工技術によって形成される。

いくつかの実施形態では、基板は半導体基板である。

別の態様では、デバイス、例えば半導体デバイスをモニタリングする方法は、その間にギャップを有する導電性構造体の対を提供することを含む。導電性構造体の対は、半導体基板に集積され、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象に応答してギャップにわたって電気的にアークするように構成される。本方法は、離間した導電性構造体の対の間のギャップにわたって電気的アークが発生したかどうかを判定するために導電性構造体の対をモニタリングすることを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、離間した導電性構造体の対にわたる開回路電圧の変化を測定することによって、半導体デバイスにＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、離間した導電性構造体の対の間のキャパシタンスの変化を測定することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、ギャップを含む電気通路に沿った漏れ電流の変化を測定することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、離間した導電性構造体の対に直列接続されたヒューズ両端の開回路を検出することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、離間した導電性構造体の対に直列接続されたヒューズが溶断したことを視覚的に検出することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングすることは、ギャップに境する導電性構造体の先端または末端を視覚的に検査することによって、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に発生したかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、デバイスを提供することは、それぞれがそれらの間にギャップを有する複数の導電性構造体の対を提供することを含み、導電性構造体の対は電気的に並列接続されている。

いくつかの実施形態では、導電性構造体の対は、異なるギャップを有し、かつ異なるギャップに関連する過剰ストレス電圧に応答してアークするように構成され、モニタリングすることは、アークした離間した導電性構造体の対の中で最も大きい分離距離を有する離間した導電性構造体の対を識別することと、ＥＯＳ事象に関連付けられる最大電圧を推定することと、を含む。

別の態様では、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタリングデバイスは、それらの間に異なるサイズのギャップを有する複数の離間した導電性構造体の対を含み、導電性構造体の対は電気的に並列接続され、異なるサイズのギャップは、相応して異なる電気的過剰ストレス電圧に応答して電気的にアークするように構成される。

いくつかの実施形態では、導電性構造体の対は、アーク放電を経験したことに対してモニタリングされるように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、ギャップにおける導電性構造体への損傷の目視検査を可能にするように構成される。

いくつかの実施形態では、デバイスは、導電性構造体がアーク放電に応答して変化したかどうかを電気的にモニタリングするように構成される。

いくつかの実施形態では、ＥＯＳモニタリングデバイスは、異なって離間した導電性構造体の対と電気的に接続された半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスをさらに含む。

いくつかの実施形態では、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスは、異なって離間した導電性構造体の対がアークするように構成されている電圧よりも高い電圧でトリガするように構成される。

いくつかの実施形態では、トリガすると、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスは、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスにわたる電圧がより低い電圧にスナップバックしないように構成される。

いくつかの実施形態では、トリガすると、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスは、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスにわたる電圧が、異なって離間した導電性構造体の対がアークするように構成されている電圧より高い電圧にスナップバックするように構成される。

いくつかの実施形態では、トリガすると、半導体ベースの電気的過剰ストレス保護デバイスは、異なって離間した導電性構造体の対がアークするように構成されている電圧にスナップバックしないように、またはより高い電圧にスナップバックしないように構成される。

いくつかの実施形態では、異なって離間した導電性構造体の対は、コア回路に接続され、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じるマイノリティ電流を引き出すように構成され、それによりＥＯＳ過剰ストレス事象のモニタリングデバイスとして働く。

いくつかの実施形態では、電気的にアーク放電すると、異なるサイズのギャップを有する離間した導電性構造体の対のそれぞれは、各ギャップにわたる電圧がコア回路への電源電圧よりも高い電圧にスナップバックするように構成される。

本開示の実施形態は、非限定的な例として、添付の図面を参照して次に説明される。

実施形態による、コア回路および離間した導電性構造体を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスを有する半導体デバイスの概略図である。 コア回路例を備えた図１Ａに図示された半導体デバイスの一具体化を図示する。 実施形態による、ＥＯＳ事象に応答して電気的アーク放電する前後の、離間した導電性構造体の対を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスの概略図である。 実施形態による、電気的に並列接続された複数の離間した導電体の対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図である。 実施形態による、電気的にヒューズと直列接続された離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図示である。 実施形態による、多数レベルの相互接続メタライゼーションを有する半導体デバイスの概略断面図であり、１つ以上の多数レベルはＥＯＳモニタデバイスを含むことができる。 実施形態による、様々なメタライゼーションレベルで形成された導電性構造体のアーク放電電圧と間隔との間で実験的に観察された相関関係を図示したグラフである。 実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された複数の離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図である。 実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された複数の離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図である。 実施形態による、ＥＯＳ事象に対してコアデバイスを保護するために静電放電（ＥＳＤ）デバイスとして働くように構成された複数の離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳ保護デバイスの概略図である。 実施形態による、ＥＯＳ事象に対してコアデバイスを保護するために静電放電（ＥＳＤ）デバイスとして働くように構成された複数の離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳ保護デバイスの概略図である。 実施形態による、離間した導電性構造体の対およびＥＳＤデバイスの概略的準静的電流−電圧曲線を図示する。 実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された離間した導電性構造体の複数の直列接続された対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図である。 実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された離間した導電性構造体の複数の直列接続された対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図である。 実施形態による、ＥＯＳ事象に対してコアデバイスを保護するための静電放電（ＥＳＤ）デバイスとして構成された離間した導電性構造体の複数の直列接続された対を含むＥＯＳ保護およびモニタリング仕組みの概略図である。 実施形態による、ＥＯＳ事象をモニタリングするように構成された離間した導電性構造体の複数の直列接続された対とＥＯＳ事象に対してコアデバイスを保護するように構成された別個の静電放電（ＥＳＤ）デバイスとを含むＥＯＳ保護およびモニタリング仕組みの概略図である。 実施形態による、異なるトリガ電圧に対応する異なるギャップを有して電気的に並列接続された離間した導電性構造体の複数の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、リソグラフィによってパターン化され、堆積された金属層の概略トップダウン図であり、電気的に並列接続された離間した導電性構造体の対の異なる構成を示す。 実施形態による、異なるトリガ電圧に対応する異なるギャップを有して電気的に並列接続された離間した導電性構造体の複数の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、リソグラフィによってパターン化され、堆積された金属層の概略トップダウン図であり、電気的に並列接続された離間した導電性構造体の対の異なる構成を示す。 実施形態による、スパークギャップデバイスと直列接続することができるヒューズの概略トップダウン図である。 実施形態による、電気的に並列接続された複数の離間した導電体の対を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスで測定された実験的な電流−電圧曲線を図示する。 実施形態による、アーク放電電圧とそれぞれが半導体デバイス内のバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）メタライゼーションのための様々なメタライゼーションレベルで形成された離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスの間隔との間の実験的に観察された関係を図示したグラフである。 実施形態による、ＥＯＳ事象に応答して電気的アーク放電する前後の、離間した導電性構造体の対を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスの概略図示である。 実施形態による、ＥＯＳ事象に応答して電気的アーク放電する前後の、離間した導電性構造体の対を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスの概略図示である。 実施形態による、離間した導電性構造体の対間のアーク放電電圧と間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示したグラフである。 実施形態による、アーク放電電圧（ブレークダウン電圧またはＢＶとも称される）と金属１レベルで形成された離間した導電性構造体の対間の間隔との間の実験的に観察されたウェハレベルの関係を図示したグラフである。 実施形態による、アーク放電電圧と金属３レベルで形成された離間した導電性構造体の対間の間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示したグラフである。 実施形態による、金属１および３レベルで形成された離間した導電性構造体の対間のアーク放電電圧と間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示したグラフである。 実施形態による、金属３レベルで形成された離間した導電性構造体の対のアーク放電電圧と間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示したグラフである。 実施形態による、金属１レベルで形成された離間した導電性構造体の対の公称間隔のためのウェハにわたるアーク放電電圧の実験的に観察された再現性を示したグラフである。 実施形態による、パッシベーションで覆われた、電気的に並列接続された離間した導電性構造体の複数の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、電気的に並列接続され、ギャップを含む露出部分を有する複数の離間した導電性構造体の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、複数の離間した導電性構造体の対（図２５Ｂに示した）にわたってＤＣスイープの電流−電圧（ＩＶ）曲線を図示する。 電子回路の印加パルス幅に対する故障に至る電力密度の依存性を概略的に図示するグラフ（Ｗｕｎｓｃｈ−Ｂｅｌｌ曲線）である。 実施形態による、異なるギャップを有する離間した導電性構造体の様々な対のトリガ電圧の温度依存性を図示するグラフである。 実施形態による、金属２構造体を用いて製造された離間した導電性構造体の対上で測定された非常に高速の伝送線パルス（ＶＦＴＬＰ）電流−電圧（ＩＶ）曲線を図示する。 図２６ＡのＶＦＴＬＰ ＩＶ曲線に対応するオーバーレイされた電圧−時間（Ｖ−ｔ）曲線および電流−時間（Ｉ−ｔ）曲線を図示する。 伝送線パルス（ＴＬＰ）試験条件下でギャップ距離に異なる材料で形成された離間した導電性構造体の対のトリガ電圧の依存性を図示するグラフである。 異なる負荷値を有する伝送線路を用いた伝送線路パルス試験下で有効なホールド電圧を実験的に制御することを概略的に図示する。 図２８Ａに関して図示されたホールド電圧に対する負荷値の影響の実験的検証を図示する。 実施形態による、ギャップを含み、異なる材料で充填されたパッシベーション層に形成された開口部を有する電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、ギャップを含み、異なる材料で充填されたパッシベーション層に形成された開口部を有する電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、ギャップを含み、異なる材料で充填されたパッシベーション層に形成された開口部を有する電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、マイクロ流体チャネルと重なるパッシベーション層内に形成された開口部を有する電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対の概略トップダウン図である。 実施形態による、ＥＯＳモニタ上にマイクロ流体チャネルを作り上げるためのプロセスフローである。 実施形態による、フレキシブル基板をＥＯＳニタと集積するためのプロセスフローである。 一実施形態による電気的過剰ストレス検出回路を含む例示的な電子デバイスの概略図である。 １つ以上の実施形態で実施することができる電気的過剰ストレス保護デバイスの一例を図示する。 １つ以上の実施形態で実施することができる電気的過剰ストレス保護デバイスの一例を図示する。 １つ以上の実施形態で実施することができる電気的過剰ストレス保護デバイスの一例を図示する。 １つ以上の実施形態で実施することができる電気的過剰ストレス保護デバイスの一例を図示する。 一実施形態による電子デバイスのピンで電気的過剰ストレス事象を検出するように構成された例示的な電子デバイスの一部の概略図である。 一実施形態による蓄電素子にわたる電気的過剰ストレス事象を検出するように構成された例示的な電子デバイスの一部の概略図である。 一実施形態による検出回路および電気的過剰ストレス保護デバイスを含む概略図である。 別の実施形態による検出回路および電気的過剰ストレス保護デバイスを含む概略図である。 別の実施形態による検出回路および電気的過剰ストレス保護デバイスを含む概略図である。 別の実施形態による検出回路および電気的過剰ストレス保護デバイスを含む概略図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス事象に関連付けられる情報を検出し保存するように構成された例示的回路の概略図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス事象検出回路を有する電子デバイスの一部の概略図である。 一実施形態による機能安全回路を含むダイを含んでいる積み重ねダイの図である。 一実施形態による機能安全回路を含むパッケージ内のシステムの図である。 一実施形態による機能安全回路を含むシステムの図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス事象に関連付けられる電荷を蓄積し、電気的過剰ストレス事象の発生を検出するように構成された例示的な電子デバイスの概略図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス保護デバイスのレイアウト例の平面図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス保護デバイスの別のレイアウト例の平面図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス保護デバイスの別のレイアウト例の平面図である。 一実施形態による電流サージが下の層へ垂直方向に伝導される別の電気的過剰ストレス保護デバイスを図示する。 一実施形態による電荷を蓄えるために電気的過剰ストレス事象を活用することができるスケールアップされた構造体を有する垂直統合システムの一例を図示する。 一実施形態による電気的過剰ストレス保護および過剰ストレスモニタ回路を含む垂直統合システムの概略図である。 一実施形態による単一チップ上の電気的過剰ストレス保護および過剰ストレスモニタ回路を含む垂直統合システムの概略図である。 一実施形態による電気的過剰ストレス保護デバイス、蓄電素子、および処理回路を備えたダイを図示する。 別の実施形態による電気的過剰ストレス保護デバイス、蓄電素子、および処理回路を備えたダイを図示する。 一実施形態による外部ケーシング内に埋め込まれた導管を有する外部ケーシングを含むモバイルデバイスの実施形態を図示する。 一実施形態による外部ケーシング内に埋め込まれた導管を有する外部ケーシングを含むモバイルデバイス実施形態を図示する。 一実施形態による外部ケーシング内に埋め込まれた導管を有する外部ケーシングを含むウェアラブルデバイス実施形態を図示する。

ある実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な説明を提示する。しかしながら、本明細書に記載された技術革新は、多数の異なる方法で具体化することができ、例えば、特許請求の範囲によって定義されかつ網羅される。この記載において、図面が参照されここで同様の参照番号は同一または機能的に類似の要素を指すことができる。図面に示された要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解されよう。それに加えて、ある実施形態は、図面に図示されたより多くの要素および／または図示された要素のサブセットを含むことができることが理解されるであろう。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の適切な組み合わせを組み入れることができる。本明細書で提供される見出しは便宜上のものであり、必ずしも請求項の範囲または意味に影響を及ぼすものではない。

低電圧ＣＭＯＳプロセスを使用して製造される自動車用および民生用電子機器を含む様々な用途のための様々な電子デバイスは、比較的高い双方向電圧で動作する入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースピンをますます使用している。これらのデバイスは、比較的過酷な環境で動作することが多く、適用可能な静電放電（ＥＳＤ）および電磁気妨害耐性（ＥＭＩ）仕様に準拠しなければならない。集積回路（ＩＣ）は、ＥＳＤ事象のような電気的過剰ストレス（ＥＯＣ）事象から特に損傷されやすい。電子デバイスは、通常の動作条件を超える広範囲の高電圧過渡電気事象の影響を受け易いので、頑強なＥＳＤおよびＥＭＩ耐性が望ましい。高電圧事象は自動車用電子分野で特に一般的である。

過渡的な電気事象は、例えば、静電放電（ＥＳＤ）事象のような急速に変化する高エネルギー信号であり得る。過渡的な電気事象は、ユーザ接触または他の物体との接触によって引き起こされる過電圧事象に関連付けられることがあり、または単に電気システムの誤動作から起こり得る。他の状況では、過渡的な電気的事象は、定義されたストレス条件下でトランシーバ集積回路のロバスト性をテストするために製造業者によって発生することができ、ストレス条件は電子機器技術評議会（ＪＥＤＥＣ）、国際電気標準会議（ＩＥＣ）、および自動車技術評議会（ＡＥＣ）など、様々な組織によって設定された基準によって記述できる。

これらの損傷を与える過渡的な電気的事象に対抗するＩＣのように、電子デバイスのコアまたは主回路を保護するために様々な技術を使用することができる。一部のシステムは、過渡的な静電気および電磁気事象に応答してコア電子システムが損傷を受けないことを確実にするために、外部のオフチップ保護デバイスを使用する。しかしながら、性能、コスト、および空間的な問題のために、主回路、すなわち保護される回路にモノリシックに集積された保護デバイスに対するニーズが高まっている。

保護デバイス、例えばＥＳＤ保護デバイスを設けることによって電子回路の信頼性を高めることができる。このような保護デバイスは、ある位置で比較的高い電圧レベル、例えばＩＣ高電源電圧（Ｖ_ｄｄ）を、過渡的な電気的事象の電圧がトリガ電圧に達するとき高インピーダンス状態から低インピーダンス状態に遷移することによって所定の安全範囲内に維持することができる。その後、過渡的電気的事象の電圧がＩＣ損傷の最も共通した原因の１つに導く正または負の故障電圧に達する前に、保護デバイスは、過渡的な電気的事象に関連付けられる電流の少なくとも一部を、例えば接地に分流することができる。保護デバイスは、例えば、ＩＣの高電源レベルおよび低電源（例えば、接地）レベルを超える過渡信号から内部回路を保護するように構成することができる。保護デバイスは、異なる電流および電圧（Ｉ−Ｖ）ブロッキング特性に対して構成可能であり、高速動作性能と通常の動作電圧条件での低い静的電力消費を備えて、正および負の過渡的な電気的事象に対する保護を提供できることが望ましいことがある。

離間した導電性構造体を有する電気的過剰ストレスモニタデバイスおよび保護デバイス。
典型的な電気的過剰ストレス保護デバイスは、潜在的に損傷を与える電気的過剰ストレス事象からコア回路を保護するように設計される。ＥＯＳ保護デバイスは、コア回路が使用中に受けると予想されるＥＯＳ条件の範囲に基づいて、コア回路を保護するようにしばしば設計される。しかしながら、ＥＯＳ保護デバイスは、損傷しているＥＯＳ事象がトリガ条件、例えばトリガ電圧または閾値電圧、を超えたときにトリガするように設計されているため、トリガ事象は、例えばどのくらいの程度の指標もなしに、トリガ条件を超過したことを示すだけである。さらに、ＥＯＳ保護デバイスのトリガ条件に近いがそれを超えない潜在的に損傷を与えるＥＯＳ事象が発生したとき、そのようなＥＯＳ事象の繰り返し発生が、最終的にコア回路および／またはＥＯＳ保護デバイスの実際の損傷および故障につながる可能性があるとしても、警告は提供されない。したがって、ＥＯＳ保護デバイスがトリガされたかどうかにかかわらず、ＥＯＳ事象の損傷に関する半定量的または定量的情報、例えば損傷を与えるＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および消散エネルギーを提供することができるモニタデバイスに対するニーズがある。そのようなモニタデバイスは、例えば予防保全として、コア回路の閾値電圧の限界を超えるより破壊的なＥＯＳがデバイスに影響を与える前に、ＥＯＳ事象を検出し、警告をユーザに伝えることができる。加えて、ＥＯＳ事象によってデバイスが損傷したとき、モニタデバイスは、デバイスに損傷を引き起こした可能性のあるＥＯＳ事象の履歴を提供することができ、それにより、ＥＯＳ事象の根本原因を判定するための貴重な診断情報を提供する。

これらの利点および他の利点を提供するために、電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタリングデバイスが様々な実施形態に従って開示される。ＥＯＳモニタリングデバイスは、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成される離間した導電性構造体の対を備える。有利なことに、コア回路が、ＥＯＳ保護デバイスを有するにもかかわらず、損傷を与えるＥＯＳ事象により故障するとき、またはＥＳＣ保護デバイス自体が、ＥＯＳ事象の損傷の結果として故障するとき、損傷を与えるＥＯＳ事象の性質に関する情報は、ＥＯＳモニタデバイスを用いて得ることができる。そのような情報は、例えば、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーを含んでもよい。加えて、ＥＯＳ保護デバイスのトリガ条件に近いがそれを超えない潜在的に損傷を与えるＥＯＳ事象が発生するとき、そのようなＥＯＳ事象の繰り返し発生がコア回路および／またはＥＯＳ保護デバイスの実際の損傷または故障をもたらすことを防ぐことができるように、ＥＯＳモニタリングデバイスは警告を提供するために使用することができる。加えて、ＥＯＳモニタリングデバイスは、ＥＯＳ保護デバイス自体として働くように有利に構成することができる。さらに、ＥＯＳモニタリングデバイスは、コア回路が作動しているかどうかにかかわらず、モニタおよび／またはＥＯＳ保護デバイスとして働くことができる。以下の説明および図面において、「ＥＳＤ保護デバイス」という用語は、ＥＯＳモニタリングデバイスのラベルを容易に区別するために使用されるが、当業者は、いわゆる「ＥＳＤ」保護デバイスが、より広範なＥＯＳ事象に対して保護してもよく、ＥＳＤ事象に対する保護に限定されないことを認識するであろう。

このように、ＥＯＳ事象の発生に関連付けられる情報、例えばＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーは、本明細書で開示されるＥＯＳモニタリングデバイスを使用する電子システムに利用できないようにすることができる。様々な実施形態は、様々な用途においてより信頼性の高い回路動作を提供することができる。例えば、様々な実施形態は、自動車または他の車両内の電子機器の故障を低減し、運転者および／または乗客の安全性を向上させることができる。別の例として、心拍数モニタリング用途のような正常性管理用途の電子機器においては、実施形態は、変化を検出することに応答して適切な処置を取ることができるように、生理学的パラメータの変化をより確実に検出するために使用することができる。そのようなヘルスケア用途の回路が故障すると、正常性に悪影響を与える可能性がある。信頼性の高い回路動作が必要な用途では、本明細書で開示される実施形態は、クリティカル回路に対する未知の潜在的な損傷を低減または最小化することができる。さらに、「モニタリング」機能はリアルタイムで応答する必要はない。むしろ、診断目的のために故障した部分で何回またはどんなレベルのＥＯＳ事象が発生したかを判定するために、デバイス故障後に検査することができるモニタリングデバイスを有することは有用である。このような情報は、以下の説明によって理解されるように、例えば、使用中または故障後の電気的モニタリングによって、または故障した部分の目視検査によって得ることができる。ＥＯＳ事象の程度に関する診断情報は、そのような事象を将来回避するか、そのような事象に対してより耐性があるように部品を設計するために、ＥＯＳ事象の原因を正確に示すのに有用であり得る。

上述のように、本開示は、例示目的で「ＥＳＤ」保護デバイスまたは回路およびＥＳＤ事象を論じているが、本明細書で論じられる原理および利点のいずれも、任意の他の電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）状態に適用することができることが理解されるであろう。ＥＯＳ事象は、約１ナノ秒以下持続する過渡的な信号事象、数百ナノ秒間持続する過渡的な信号事象、１マイクロ秒程度持続する過渡的な信号事象、および直流（ＤＣ）過剰ストレスを含む非常に長い持続期間の事象を含む様々な事象を包含することができる。

図１Ａは、実施形態による、コア回路１０４および離間した導電性構造体を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイス１０８ａ、１０８ｂを有する電子デバイス１００の概略図である。離間した導電性構造体は、スパークギャップデバイスと称され得、導電性構造体間の誘電体ギャップにわたってアーク放電を生じさせるように構成さる。コア回路１０４は、保護されるべき任意の適切な半導体ベースの回路であってもよく、数ある回路要素の中でも、トランジスタ、ダイオードおよび抵抗器を含むことができる。コア回路１０４は、例えばＶ_ｄｄまたはＶ_ｃｃのような高電圧電源１１２ａおよび例えばＶ_ｓｓまたはＶ_ｅｅのような低電圧電源１１２ｂに接続されてもよい。コアデバイス１０４は、入力電圧端子１１４ａ、１１４ｂおよび出力端子１１６を含む。高電圧電源１１２ａと低電圧電源１１２ｂとの間に電気的に接続され、コア回路１０４と電気的に並列にそれぞれ離間した導電性構造体を有するＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂがある。図示された実施形態において、モニタデバイス１０８ａ、１０８ｂのそれぞれは、アノードとして働く高電圧電源１１２ａに接続された第１の導電性構造体およびカソードとして働く低電圧電源１１２ｂに接続された第２の導電性構造体を含む。設計された距離の少なくとも１つのギャップが、第１および第２の導電性構造体の間に設けられる。図１Ａにおいて、それぞれのＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂは、平行に形成された３つのギャップを有し、後述するように、３つのギャップは３つの異なるサイズを有することができる。ＥＳＤ事象に応答して、ＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂは、電気的にアークするように構成される。ＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂのそれぞれの離間した導電性構造体は、ＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂのそれぞれが、トリガ電圧Ｖ_ＴＲでアークするように構成されるような材料で形成され、かつそのような形状を有し、第１および第２の導電性構造体の間で離間している。ＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂが多数のギャップを有する場合、それぞれのギャップはそれ自身のトリガ電圧Ｖ_ＴＲを有する。アークは、ＥＯＳ電圧がアークする距離よりも小さいすべてのギャップにわたって発生してもよい。

図１Ｂは、実施形態による、離間した導電性構造体を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイス１０８ａ、１０８ｂに電気的に接続されたコア回路１０４の一例を図示する電子デバイス１００の概略図である。コア回路１０４は、数ある回路要素の中でも、１つ以上の抵抗器、例えばＲ、Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６、および／または１つ以上のダイオード、および／または１つ以上のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ４、Ｑ５を備える。

例示の目的で、図１Ａおよび図１Ｂの図示された実施形態において、ＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂは、高電圧電源（Ｖ^＋）１１２ａと低電圧電源（Ｖ⁻）１１２ｂとの間に配置されている。しかしながら、実施形態はそれに限定されず、他の実施形態では、ＥＯＳモニタデバイスは、ＥＯＳモニタデバイス１０８ａ、１０８ｂの代わりに、またはそれらに加えて、その間に電気的過剰ストレス状態が発生するかもしれないＶ^＋１１２ａ、Ｖ⁻１１２ｂ、Ｖ_１、Ｖ_２およびＶ_ｏｕｔの任意の２つの電圧ノード間に配置することができる。

図１Ｃは、実施形態による、ＥＯＳ事象に応答して電気的アーク放電する前（１１６Ａ）および後（１１６Ｂ）の、離間した導電性構造体の対１１６Ａ／１１６Ｂを含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスの概略図である。離間した導電性構造体の対１１６Ａは、アーク放電前のカソード１２０Ａおよびアノード１２４Ａを含み、離間した導電性構造体の対１１６Ｂは、アーク放電後に起こるカソード１２０Ｂおよびアノード１２４Ｂを含む。

ＥＳＤ事象に起因するアーク放電を経験する前に、離間した導電性構造体の対１１６Ａは、アーク前の電極間間隔１２８Ａを有する。以下に説明するように、アーク前の電極間間隔１２８Ａは、他の要因の中でもとりわけ、結果として得られるＥＯＳモニタデバイスが所望のトリガ電圧Ｖ_ＴＲでアークするよう構成されるようにチューニングすることができる。アーク放電を経験すると、離間した導電性構造体の対１１６Ｂは、アーク前の電極間隔１２８Ａよりも大きいアーク後の電極間間隔１２８Ｂを有する。以下に説明するように、アーク後の電極間間隔１２８Ｂがアーク前の電極間間隔１２８Ａに対して増加する量は、数ある要因の中でも、アーク放電中に消散するエネルギーの大きさ、ならびに導電性構造体の対の材料に依存する。アーク放電を経験した後、増加した電極間間隔１２８Ｂのために、離間した導電性構造体の対１１６Ｂのトリガ電圧Ｖ_ＴＲは増加する。離間した導電性構造体の対１１６Ａの構造および材料は、数ある要因の中でも、結果として生じる増加したＶ_ＴＲが初期Ｖ_ＴＲよりも所望の量だけ高くなるようにチューニングすることができる。こうして、いくつかの実施形態によれば、ＥＯＳ事象が発生したかどうかは、アーク放電前の離間した導電性構造体の対１１６Ａに対するアーク放電後の導電性構造体の対１１６Ｂにわたる開回路電圧の増加を測定することによって判定することができる。ギャップの変化は、ギャップを含む経路を通る漏れ電流の変化として検出されてもよい。変化は、破損したチップは目視検査から明らかなので、視覚的にも検出することができる。したがって、デバイスは、顕微鏡を使用するなど、目視検査を可能にする仕方で（例えば、集積回路の金属レベルで）集積されてもよい。

いずれの理論にも限定されることなく、離間した導電性構造体のアーク放電は、カソード１２０Ａからアノード１２４Ａへの電流の流れによって発生する電気放電の結果として開始することができる。電流の流れは、数あるメカニズムの中でも、電界放出、二次放出および熱放出などの様々なメカニズムによって発生することができる。例えば、いくつかの状況下では、離間した導電性構造体のアーク放電は、静電界によって誘導された電子の放出を指す電界放出によるアーク放電中にカソード１２０Ａによって放出される自由電子によって開始され、促進されまたは持続させることができる。電界放出は、自由電子が金属表面から引き出される比較的強い電界（例えば、１０^７Ｖ／ｃｍ）下で発生することができる。一旦開始されると、いくつかの状況下では、離間した導電性構造体のアーク放電は、熱電子放出によるカソード１２０Ａによって放出された自由電子によってさらに促進または持続させることができる。例えば、カソード１２０Ａとアノード１２０Ｂとの間の電流の流れは、カソード１２０Ａの導電性材料の温度を上昇させることができ、その中の自由電子の運動エネルギーを増加させ、それにより陰極１２０Ａの導電性材料の表面から電子を放出させる。

このように発生された自由電子（例えば、電界または熱イオン放出によって）は、ＥＯＳ事象に起因するカソード１２０Ａとアノード１２０Ｂとの間の電位差のためにアノード１２０Ｂに向かって加速することができる。このような電子は、電極間材料の原子をさらに荷電粒子に分解することができ、ＥＯＳ事象の高電界の下で高速度を発達させることができる。カソード１２０Ａからアノード１２０Ｂに向かって移動するこれらの高速電子は、カソード１２０Ａとアノード１２０Ｂとの間の電極間材料、例えば空気または誘電体材料、の原子と衝突し、それらを荷電粒子、すなわち電子およびイオンに分解する。

上記のように、自由電子および荷電粒子がアークの開始およびその維持に関与する。いかなる科学理論にも同意することなく、カソード１２０Ａによって電子を放出することは、カソードおよび／またはアノードの仕事関数およびイオン化電位のような材料特性、ならびにそれらの物理的形状および寸法を含むいくつかの要因に依存する。加えて、上記のように、アーク放電時にＶ_ＴＲが増加する量は、カソードおよびアノードの融点などの材料特性、ならびにそれらの物理的形状および寸法を含むいくつかの要因に依存する。

数ある要因の中でも、上記の放出特性および溶融特性を考慮して、カソード１２０Ａおよびアノード１２０Ｂの一方は、様々な実施形態に従って、例えば、ｎドープされたポリシリコンおよびｐドープされたポリシリコン、Ｃ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｗなどの金属、導電性金属窒化物、タンタルシリサイド、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、コバルトシリサイド、チタンシリサイドを含む導電性金属シリサイド、ＲｕＯ_２を含む導電性金属酸化物、上記の混合物または合金など、の適切な導体および／または半導体材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、カソード１２０Ａおよびアノード１２０Ｂの両方の一方は、遷移金属を含むことができ、例えば、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮまたはＴａＣＮのような遷移金属窒化物であってもよい。

いくつかの実施形態では、カソード１２０Ａおよびアノード１２０Ｂは、同じ導電性材料から形成または同じ導電性材料を含んでもよく、一方他の実施形態では、カソード１２０Ａおよびアノード１２０Ｂは、異なる導電性材料から形成または異なる導電性材料を含んでもよい。

図１Ｄは、実施形態に従って、電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイス１３２の概略図である。ＥＯＳモニタデバイス１３２は、複数の離間した導電性構造体の対を含む。複数の離間した導電性構造体の対は、複数のカソード導電性構造体１３６_１、１３６_２、１３６_３を含むカソード１３６、および複数の対応するアノード導電性構造体１４０_１、１４０_２、１４０_３を含むアノード１４０によって形成される。

図９Ａおよび１０Ａを参照して、様々な実施形態において、複数の離間した導電性構造体の対は、少なくとも１つの対のサブセットが対応するカソードとアノードとの間に異なる間隔を有する異なって離間した導電性構造体の対であることができる。離間した導電性構造体の異なって離間した対は、その間に多数のサイズのギャップＤ１、Ｄ２、．．．およびＤｎを有するものとして記述することができ、ここでｎはペアの数である。

様々な他の実施形態において、複数の離間した導電性構造の対は、対応するカソードとアノードとの間に名目上同じ間隔を有することができる。

いかなる科学理論にも同意することなく、上記のように、場合によっては、カソードとアノードとの間にアーク放電を引き起こすための電子の発生は、その間の電界に依存することができる。その結果、カソードとアノードとの間の間隔は、異なる閾値またはトリガ電圧でアークするように選択または構成することができる。

したがって、いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、異なって離間した導電性構造体の対を有利に含むことができる。これらの実施形態は、ＥＳＤ事象の実際の電圧を推定するのに有利であることができる。例えば、ＥＳＤ事象の後に、離間した導電性構造体のアークした対の中で最大の分離距離を有する離間した導電性構造体の対を識別することによって、ＥＯＳ事象に関連付けられる過剰ストレス電圧を推定することができる。それぞれのギャップに関連付けられるトリガ電圧は事前に知ることができ、別のギャップに損傷を与えることなく、あるギャップに境するチップへの損傷は、２つのギャップの閾値電圧間の事象を指すことができる。

しかしながら、実施形態はそれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、離間した導電性構造体の対は、名目上同じ間隔を有することが有利であり得る。

再び図１Ｄを参照して、複数の離間した導電性構造体の対は、複数のカソード導電性構造体１３６_１、１３６_２、１３６_３を含むカソード１３６、および複数の対応するアノード導電性構造体１４０_１、１４０_２、１４０_３を含むアノード１４０によって形成される。図示された実施形態では、カソード導電性構造体１３６_１、１３６_２、１３６_３、およびアノード導電性構造体１４０_１、１４０_２、１４０_３によって形成された離間した導電性構造体の３つの対が図示されている。しかしながら、様々な実施形態において、ＥＯＳモニタデバイス１３２は、カソード導電性構造体およびアノード導電性構造体の任意の適切な数の対を含むことができる。導電性フィンガ１３６_１および１４０_１によって表されたスパークギャップデバイスが損傷しているとして示されており、それはＥＯＳ事象が最も左のスパークギャップデバイスのトリガ電圧を超えていることを指し、およびＥＯＳ事象が導電性フィンガ対１３６_２／１４０_２および１３６_３／１４０_３によって表される他の２つのスパークギャップデバイスのトリガ電圧よりも低かったことも指している。

図１Ｅは、いくつかの実施形態による、第１の端子１４６、例えば高電圧端子、および第２の端子１４２、例えば低電圧端子、を含むＥＯＳモニタデバイス１４４の概略図である。実施形態によれば、第１および第２の端子１４６、１４８の間には、ヒューズ１５２と電気的に直列接続された複数の離間した導電性構造体の対を含むスパークギャップモニタデバイス１４８が配置されている。複数の離間した導電性構造体の対１４８は、図１Ｄに関して上述したものと同様である。いくつかの他の実施形態では、第１の端子１４６は低電圧端子であり、第２の端子１４８は高電圧端子であってもよい。

ヒューズ１５２を有することは、いくつかの理由に対して有利であり得る。例えば、様々な実施形態によれば、ヒューズ１５２は、ＥＯＳ事象に関連付けられる電流、速度および／またはエネルギーを推定するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ヒューズ１５２は、回路を中断することなくヒューズが連続的に流すことができる最大電流に基づいて定格を付けることができる。そのような実施形態は、離間した導電性構造体１４８が推定に使用することができるＥＯＳ事象の電圧に加えて、ＥＯＳ事象によって発生される電流を得ることが望ましい場合に有利であり得る。いくつかの他の実施形態では、ヒューズ１５２は、どれだけの電流が流れるか、およびヒューズが作成される材料に依存して、ヒューズ１５２が溶断する速度に基づいて定格を定めることができる。動作時間は固定間隔ではなく、電流が増加するにつれて減少する。このような実施形態は、スパークギャップモニタデバイス１４８の離間した導電性構造体が推定に使用され得る損傷ＥＯＳ事象の電圧に加えて、ＥＯＳ事象の持続時間を得ることが望ましいときに、ヒューズ１５２の電流定格がＥＯＳ事象の電流を推定するために使用することができるときに有利であることができる。いくつかの実施形態では、ヒューズ１５２は、回路を中断することなくヒューズが連続的に導通することができる最大エネルギーに基づいて定格を付けることができる。そのような実施形態は、離間した導電性構造体１４８が推定に使用され得るＥＯＳ事象の電圧に加えて、ＥＯＳ事象によって発生されるエネルギーを得ることが望ましいときに有利であることができる。例えば、エネルギー定格はＩ^２ｔの値に基づくことができ、ここでＩは電流を表し、ｔはＥＯＳ事象の持続時間を表す。様々な実施形態において、Ｉ^２ｔは、ヒューズ１５２の材料を溶融させることに関連するエネルギーに比例する。ヒューズのＩ^２ｔ定格は、溶融前にヒューズ１５２が消費するエネルギーに比例するので、ＥＯＳ事象によって作り出される熱的損傷の尺度となり得る。

さらに図１Ｅを参照して、ヒューズ１５２は、オペアンプ１５６を含むことができる、例えば感知回路１４４を用いるスパークギャップモニタデバイス１４８に直列接続されているヒューズ１５２にわたる開回路を検出することによってＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定するためにさらに有利であることができる。

さらに図１Ｅを参照して、ヒューズ１５２は、コア回路を含む他の回路への損傷を防止するために、ＥＯＳ事象後にヒューズ１５２を流れる電流を遮断するためにさらに有利であることができる。これは、一度トリガされると、スパークギャップモニタデバイス１４８は、以下に論じるように、それにわたる電圧がホールド電圧を下回るまで、特に、ＥＯＳ事象中に電源が接続されている場所に高レベルの電流を流し続ける。直列にヒューズ１５２を有することによって、スパークギャップモニタデバイス１４８が経験するＥＯＳ事象に関連付けられる所定の電流、時間および／またはエネルギーを超えると、スパークギャップモニタデバイス１４８の導電性構造体を通る電流の流れが遮断され、こうしてコア回路および他の接続されたデバイスに対する損傷を制限する。

図２Ａは、実施形態による、基板と多数のレベルの相互接続メタライゼーションを含む半導体デバイスの概略断面図であり、多数レベルの相互接続メタライゼーションのうちの１つ以上はＥＯＳモニタデバイスを含む。半導体デバイスは、基板に集積された離間した導電性構造体の対を含むスパークギャップモニタデバイスを含み、離間した導電性構造体は、図１Ａ〜１Ｄに関して上述したように、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成される。図示された相互接続メタライゼーションのレベルは、例えばＣｕベース（デュアルまたはシングルダマシンプロセスベース）、Ａｌベース（サブトラクティブパターニングベース）または他の適切なメタライゼーション技術に基づくものであることができる。図２Ａの図示された半導体デバイスは、半導体基板２００、例えばシリコン基板を含む。半導体デバイスは、いくつか例を挙げると、例えば、浅溝分離（ＳＴＩ）領域などの分離領域２０２、ウェル、金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタおよびＰＮ接合を含む、１つ以上の様々なフロントエンド構造体を含む。半導体デバイスは、接点２０５（ビア０）、ビア２１５（ビア１）、２２５（ビア２）および２３５（ビア３）を含む多層相互接続メタライゼーション構造体をさらに含む。半導体デバイスは、相互接続メタライゼーションレベル２１０（金属１）、２２０（金属２）、２３０（金属３）および２４０（金属４）をさらに含み、金属ｎと金属ｎ＋１はビアｎによって相互接続される。離間した導電性構造体の対を含む１つ以上のＥＯＳモニタデバイスは、１つ以上のメタライゼーションレベル２１０、２２０、２３０および２４０に形成することができる。加えて、いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体に直列接続されたヒューズも、１つ以上の同一または異なるメタライゼーションレベル２１０、２２０、２３０および２４０に形成することができる。当然のことながら、半導体デバイスは追加の金属レベルを含むことができ、スパークギャップモニタデバイスは、半導体基板のバックエンドオブラインメタライゼーション層内の任意の適切な金属レベルに形成することができることが理解されるであろう。さらに、他の実施形態では、基板は、スタンドアローンＥＯＳモニタダイ用の異なる材料（例えば、ガラス）であってもよい。他のデバイスに集積されているか否か、および半導体基板上に形成されているか否かにかかわらず、フォトリソグラフィおよびエッチングのような、半導体製造技術を、フィンガのような、スパークギャップデバイスの離間した導電性構造体を規定するために使用することができる。スパークギャップデバイスがスタンドアローンモニタダイに形成されているのか、または半導体デバイス回路に集積されているのかにかかわらず、製造は、その後ダイシングされるウェハレベルで行うことができる。

さらに図２Ａを参照して、メタライゼーション（金属１から金属４）またはビア（ビア０からビア３）のそれぞれは、１つ以上の誘電体層内に形成または埋め込まれる。本開示では、２つの隣接する金属レベル間の誘電体は、層間誘電体（ＩＬＤ）と称され、一方金属相互接続層を埋め込んだ誘電体は、金属内誘電体（ＩＭＤ）と称される。図２Ａに示すように、誘電体層２１７、２２７、および２３７はＩＬＤ層であり、一方誘電体層２１２、２２２、２３２および２４２はＩＭＤ層である。半導体デバイスは、加えて、誘電体層２０６（ＩＬＤ０）、２１２（ＩＭＤ１）、２１７（ＩＬＤ１）、２２２（ＩＭＤ２）、２２７（ＩＬＤ２）、２３２（ＩＭＤ３）、２３７（ＩＬＤ３）および２４２（ＩＭＤ４）を含む。半導体デバイスは、相互接続メタライゼーションレベルの一番上に、ワイヤボンド２５０および金属バンプ２６０を含むパッシベーション層をさらに含むことができ、それは、例えば、フリップチップパッケージングにおいて使用することができる。例示の目的のために、図２Ａの相互接続メタライゼーションプロセスアーキテクチャは、金属の４つのレベル、すなわち金属１（２１０）、金属２（２２０）、金属３（２３０）および金属４（２４０）を有する。しかし、実施形態はそれに限定されず、様々な実施形態による相互接続メタライゼーションプロセスアーキテクチャは、より多くの（５つ以上）またはそれより少ない（３つまたはそれ未満）メタルレベルを含むことができる。図示したマルチレベルメタル相互接続プロセスアーキテクチャでは、メタライゼーションの交互レベルは、レベル間干渉を最小にするために、上下のレベルに直交して走ることができる。加えて、各相互接続メタライゼーションレベルのピッチは、より低い相互接続メタライゼーションレベルに比べて高くすることができる。半導体デバイスは、実施形態に従って、頂部に、例えばＡｌワイヤボンド（例えば、ワイヤボンド２５０）またははんだボール（例えば、金属バンプ２６０）を通して不動態化されたＩ／Ｏ出力をさらに含むことができる。

さらに図２Ａを参照して、メタライゼーションレベルおよびビアのそれぞれは、上記の任意の適切な金属で形成することができる。様々な実施形態によれば、離間した導電性金属構造体の対は、金属レベル１〜ｎのいずれかに形成され、０．１マイクロｍ〜１０マイクロｍ、０．１マイクロｍ〜５マイクロｍ、０．１マイクロｍ〜１マイクロｍ、０．１マイクロｍ〜０．５マイクロｍ、０．５マイクロｍ〜１マイクロｍ、またはこれらの値によって規定される任意の範囲の厚さを有することができる。

ＩＭＤおよびＩＬＤ層のそれぞれは、いくつかの実施形態によれば、適切な誘電材料、例えば、二酸化ケイ素または窒化ケイ素で形成することができる。いくつかの他の実施形態によれば、ＩＭＤおよびＩＬＤ層は、適切な低ｋ材料、少し例を挙げれば、例えばフッ素ドープ二酸化ケイ素、炭素ドープ二酸化ケイ素、多孔質二酸化ケイ素、多孔質炭素ドープ二酸化ケイ素、スピンオン有機高分子誘電体材料およびスピンオンケイ素系高分子誘電体材料のような材料、で形成することができる。

図２Ｂは、実施形態による、メタライゼーションレベル１〜５を含む様々なメタライゼーションレベルで形成された離間した導電性構造体の対をそれぞれが含むＥＯＳモニタデバイスのアーク放電電圧と間隔との間の実験的に観察された相関関係を図示するグラフ２７０である。このグラフは、カソードとアノード間のミクロン単位の間隔（ｘ軸）の関数として、図１Ａ〜図１Ｅに関して上述したものと類似の様々な離間した導電性構造体の電圧（ｙ軸）でアーク放電電圧をプロットしている。上記で論じたように、アーク放電電圧とカソードとアノード間の間隔との間には概して線形関係を観察することができる。追加の実験的に観察された相関関係が、図１３にさらに図示されている。

図３は、実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された、複数の異なって離間した導電性構造体の対３１６を含むＥＯＳモニタデバイス３００の概略図である。複数の異なって離間した導電性構造体の対３１６は、その間に異なるギャップをそれぞれ有する導電性構造体の対３１６−１、３１６−２、．．．３１６−ｎを含み、導電性構造体の異なって離間した対３１６−１、３１６−２、．．．３１６−ｎは、それぞれ、電気的に並列接続され、異なる電気的過剰ストレス電圧Ｖ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎに応答して電気的にアークするように構成される。複数の異なって離間した導電性構造体の対３１６は、一端における高電圧電源、高電圧ピンまたは高電圧ノード３０４と、他端における複数のヒューズ３２０および複数の感知回路３２４との間に接続される。複数のヒューズ３２０は、一端は複数の異なって離間した導電性構造体３１６に接続され、他端は低電圧電源、低電圧ピンまたは低電圧ノード３０８に接続される。複数のヒューズ３２０は、導電性構造体の異なって離間した対３１６−１、３１６−２、．．．３１６−ｎに直列接続されたヒューズ３２０−１、３２０−２、．．．３２０−ｎを含む。ヒューズ３２０−１、３２０−２、．．．３２０−ｎは、図１Ｅに関して上述したように、異なるレベルの電流、異なる持続時間および／または異なるエネルギーに応答して溶断するように構成される。ヒューズ３２０−１、３２０−２、．．．３２０−ｎは、感知回路３２４−１，３２４−２、．．．、３２４−ｎに接続され、感知されるように構成される。

さらに図３を参照して、ＥＯＳモニタデバイス３００は、ＥＳＤデバイス３１２と名付けられたＥＯＳ保護デバイスを追加して含み、それは半導体ベースのＥＯＳ保護デバイスであることができ、複数の異なって離間した導電性構造体の対３１６および複数のヒューズ３２０に並列接続される。ＥＯＳモニタデバイス３００は、コア回路（図示せず）に電気的に接続されている。

動作中、ＥＯＳ事象に応答して、ＥＳＤデバイス３１２はＥＳＤトリガ電圧Ｖ_{ＴＲ ＥＳＤ}でトリガされ、続いてそれぞれＶ_{ＴＲ ＥＳＤ}よりも低いＶ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎで複数の離間した導電性構造体３１６が続く。トリガすると、コア回路に接続されたＥＳＤデバイス３１２は、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じるマジョリティ電流Ｉ１を引き出すように構成され、コア回路に接続された異なって離間した導電性構造体の対３１６は、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じるマイノリティ電流Ｉ２を引き出すように構成される。様々な実施形態において、ＥＯＳモニタ装置３００は、実施形態によれば、複数の異なって離間した導電性構造体３１６が、ＥＳＤデバイス３１２に対して比較的高いレベルの電流を引き出すことなく、ＥＯＳ過剰ストレス事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするためのモニタリングデバイスとして主に働くように構成されるように、Ｉ２がＩ１の５０％以下、Ｉ１の１０％以下、またはＩ１の２％以下であるように構成することができる。しかしながら、ヒューズ３２４は、特にＥＯＳ事象が電源に接続されている間に発生する可能性のある用途に対して、過度の電流の流れから保護する。

図４は、実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された、複数の異なって離間した導電性構造体の対４１６を含むＥＯＳモニタデバイス４００の概略図である。ＥＯＳモニタデバイス４００は、図３に関して上述したＥＯＳモニタデバイス３００といくつかの点で同様に構成され、その類似点は詳細には説明されない。ＥＯＳモニタデバイス４００において、複数の異なって離間した導電性構造体の対４１６は、一端における高電圧電源、高電圧ピンまたは高電圧ノード３０４と、他端における複数のヒューズ４２０および複数の感知回路４２４との間に接続される。複数のヒューズ３２０は、一端は複数の異なって離間した導電性構造体４１６に接続され、他端は低電圧電源、低電圧ピンまたは低電圧ノード３０８に接続される。しかしながら、図３に関して上述したＥＯＳモニタデバイス３００とは違って、導電性構造体の異なって離間した対４１６−１、４１６−２、．．．４１６−ｎに直列接続されたヒューズ４２０−１、４２０−２、．．．４２０−ｎのそれぞれは、今度は複数のヒューズ素子を含む。ヒューズ４２０−１、４２０−２、．．．４２０−ｎは、図１Ｅに関して上述したように、異なるレベルの電流、異なる持続時間および／または異なるエネルギーに応答して溶断するように構成される。加えて、それぞれのヒューズ４２０−１、４２０−２、．．．４２０−ｎのそれぞれの並列ヒューズ素子は、図１Ｅに関して上述したように、今度は異なるレベルの電流、異なる持続時間および／または異なるエネルギーに応答して溶断するように構成される。

こうして、ＥＯＳモニタデバイス３００（図３）および４００（図４）は、異なるギャップを有し、ＥＯＳ事象に応答して、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧が推定され得るように関連した、例えば、異なるギャップに直線的に関連した過剰ストレス電圧に応答してアークするように構成された導電性構造体の対を備える。例えば、離間した導電性構造体のアークした対の中で最大の分離距離を有する離間した導電性構造体の対を識別し、そこからＥＯＳ事象に関連付けられる最大電圧を推定することによって電圧を推定することができる。

加えて、ＥＯＳモニタデバイス３００（図３）および４００（図４）は、ＥＯＳ事象に応答して、ＥＯＳ事象に関連付けられるエネルギーが推定され得るような異なるギャップを有する導電性構造体の異なる対に直列接続された１つ以上の異なるヒューズを備える。例えば、エネルギーは、アークした導電性構造体の所与の対に対して、溶断したヒューズのエネルギー定格を識別することによって（図３）、または（まだ高いエネルギー定格のヒューズが溶断せずに残っていると仮定して）溶断したヒューズの中で最大のエネルギー定格を有するヒューズのエネルギー定格を識別することによって（図４）、およびそこからＥＯＳ事象に関連付けられるエネルギーを推定することによって、推定することができる。

図５Ａは、実施形態による、コアデバイスをＥＯＳ事象から保護するためのＥＯＳ保護デバイスとして構成された、複数の異なって離間した導電性構造体の対５１６を含むＥＯＳ保護デバイス５００Ａの概略図である。図３および図４に関して説明したＥＯＳモニタデバイスとは違って、ＥＯＳ保護デバイス５００Ａは、１つ以上のヒューズを含まなくてもよい。ＥＯＳ保護デバイス５００Ａは、それぞれその間に異なるギャップを有する、異なって離間した導電性構造体の対５１６−１、５１６−２、．．．５１６−ｎを含む複数の異なって離間した導電性構造体の対５１６を含み、導電性構造体の異なって離間した対５１６−１、５１６−２、．．．５１６−ｎは、それぞれ、電気的に並列接続され、異なる電気的過剰ストレス電圧Ｖ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎに応答して電気的にアークするように構成される。複数の異なって離間した導電性構造体の対５１６は、一端における高電圧電源、高電圧ピンまたは高電圧ノード３０４と、他端における低電圧電源、低電圧ピンまたは低電圧ノード３０８との間に接続される。

動作中、ＥＯＳ保護デバイス５００Ａは、保護デバイスおよびモニタデバイスの両方として構成され、コア回路に接続された異なって離間した導電性構造体の対５１６は、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じる電流の大部分または実質的にすべてを引き出し、それを接地、低電圧電源、低電圧ピンまたは低電圧ノード３０８に導く。

図５Ｂは、実施形態による、１つ以上のＥＯＳ事象の電圧の最大レベルの判定を可能にするＥＯＳモニタデバイスとして構成された複数の異なって離間した導電性構造体の対５１６を含む、ＥＯＳ保護デバイス５００Ｂの概略図である。

図５Ａに関して上述したＥＯＳ保護デバイス５００Ａとは違って、ＥＯＳ保護デバイス５００Ｂは、ＥＳＤデバイス３１２と名付けられた、ＥＯＳ保護デバイスを追加して含み、それは、複数の異なって離間した導電性構造体５１６に電気的に並列接続された、半導体ベースのＥＳＤデバイスとすることができる。ＥＯＳモニタデバイス５００Ｂは、コア回路（図示せず）に電気的に接続されている。ＥＳＤデバイス３１２に加えてＥＯＳ保護デバイス５００Ａを有することは、ＥＳＤデバイス３１２自体が高電流下で損傷を受ける可能性がある場合に有利であり得る。

動作中、ＥＯＳ事象に応答して、図３に関して上述したのと同様の方法で、ＥＳＤデバイス３１２はＥＳＤトリガ電圧Ｖ_{ＴＲ ＥＳＤ}でトリガされ、続いてそれぞれＶ_{ＴＲ ＥＳＤ}よりも低いＶ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎで複数の離間した導電性構造体５１６が続く。トリガすると、ＥＯＳ保護デバイス５００Ｂは保護デバイスとして構成され、コア回路に接続された異なって離間した導電性構造体の対５１６は、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じる電流の大部分または実質的にすべてを引き出すように構成され、それを低電圧電源、低電圧ピンまたは低電圧ノード３０８に導く。コア回路に接続されたＥＳＤデバイス３１２は、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じるマイノリティ電流Ｉ１を引き出すように構成することができ、一方、コア回路に接続された異なって離間した導電性構造体の対３１６は、ＥＯＳ過剰ストレス事象から生じるマジョリティ電流Ｉ２を引き出すように構成される。様々な実施形態において、ＥＯＳモニタデバイス３００は、実施形態に従って、複数の異なって離間した導電性構造体５１６が、コア回路を保護するためのＥＯＳ保護デバイスとして主に働くように構成されるように、Ｉ２がＩ１の５０％以上、Ｉ１の９０％以上、またはＩ１の９８％以上となるように構成することができる。

図５Ａおよび図５Ｂでは、明確にするために、図示されたＥＯＳ保護デバイス５００Ａおよび５００Ｂは、高電圧ノード３０４と低電圧ノード３０８との間にそれぞれ直接接続された離間した導電性構造体の対５１６−１、．．．、５１６−ｎを含み、様々な実施形態では、離間した導電性構造体５１６のそれぞれは、電気的過剰ストレス事象に応答して離間した導電性構造体がトリガされたかどうかを検出するために、例えば直列接続されたヒューズまたは直列接続された抵抗などの感知素子に接続、例えば直列接続されてもよい。これらの構成は、本明細書の他の箇所、例えば図７Ａおよび図７Ｂを参照して、さらに図示されている。

図６は、実施形態による、離間した導電性構造体の対およびＥＯＳ保護デバイスの概略的準静的電流−電圧（ＩＶ）曲線６０４、６０８をそれぞれ図示するグラフ６００である。ＩＶ曲線６０４は、ＥＯＳ事象に対する離間した導電性構造体の対（例えば、図５Ｂの５１６）の準静的応答を概略的に図示しており、曲線６０８は、ＥＯＳ事象に対するＥＯＳ保護デバイス（例えば、図５Ｂの３１２）の準静的応答を概略的に図示する。ｘ軸およびｙ軸はそれぞれ準静的電圧および対応する電流を表す。ＩＶ曲線６０４および６０８は、原点とそれぞれのブレークダウン電圧Ｖ_ＢＤ１およびＶ_ＢＤ２との間の非常に高いインピーダンスによってそれぞれ特徴付けられる、それぞれの阻止領域（「オフ」領域）６０４ａおよび６０８ａを有する。Ｖ_ＢＤ１は、離間した導電性構造体の対のトリガ電圧（Ｖ_ＴＲ）に対応してもよく、Ｖ_ＢＤ２は、ＥＳＤデバイスのＢＪＴまたはアバランシェダイオードのトリガ電圧（Ｖ_ＴＲ）または閾値電圧（Ｖ_ＴＨ）に対応してもよい。ＥＯＳ事象の電圧がＶ_ＢＤ２を超えるとき、ｄＶ／ｄＩがゼロになり、ＥＯＳ保護デバイスのスイッチングが発生する。ＥＯＳ保護デバイスのスイッチングの後、離間した導電性構造体をわたる電圧がＶ_ＢＤ２を超えるとき離間した導電性構造体のスイッチングが続き、ｄＶ／ｄＩがゼロになり、離間した導電性構造体の対のスイッチングが生じる。阻止領域６０４ａおよび６０８ａの後には、それぞれＶ_ＢＤ１と第１のホールド電圧Ｖ_Ｈ１との間、およびＶ_ＢＤ２と第２のホールド電圧Ｖ_Ｈ２との間の、それぞれの負抵抗領域６０４ｂおよび６０８ｂ（「スナップバック領域」とも称される）が続き、その後それぞれの正の抵抗領域（「オン」領域）６０４ｃおよび６０８ｃが続く。ホールド電圧Ｖ_Ｈ１およびＶ_Ｈ２において、対応するホールド電流値はそれぞれＩ_Ｈ１およびＩ_Ｈ２であり、それは、それぞれのデバイスの「オン」状態を維持することができる電流の最小レベルを表すことができる。実施形態によれば、離間した導電性構造体の対およびＥＯＳ保護デバイスは、準静的状態下に、または比較的長い持続期間（例えば、約１００ｎｓより長く、または約１マイクロｓより長い）を有する電圧信号に応答するように構成され、ＥＯＳ保護デバイスがＥＯＳ事象に応答して低インピーダンス状態に切り換えられた後導通したままである間に、離
間した導電性構造体の対がトリガされるように、離間した導電性構造体のＶ_ＢＤ１は、ＥＯＳ保護デバイスのＶ_ＢＤ２およびＶ_Ｈ２よりも低い。離間した導電性構造体Ｖ_ＢＤ１がＥＯＳ保護デバイスのＶ_ＢＤ２およびＶ_Ｈ２よりも高いとき、離間した導電性構造体の対はトリガしないかもしれないことが理解されよう。

コア回路がパワーアップされている動作条件下で、一度作動すると、高電圧電源電圧３０４（図３−５Ｂ）が離間した導電性構造体のホールド電圧Ｖ_Ｈ１に対してより高い電圧にあるならば、離間した導電性構造体の対は、ＥＯＳ事象が終了した後であっても、高レベルの電流を導通し続けてもよいことが理解されよう。こうして、さらに図６を参照して、様々な実施形態では、そのホールド電圧が高電圧電源電圧Ｖ_ＰＷＲよりも大きいように構成されたＥＯＳモニタデバイスを有することが望ましい場合がある。以下では、図７Ａ〜８Ｂを参照して、Ｖ_ＰＷＲよりも高いホールド電圧を有するＥＯＳモニタデバイスおよびＥＯＳ保護デバイスの実施形態が説明される。

図７Ａは、実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された、複数の直列接続された離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイス７００Ａの概略図である。ＥＯＳモニタデバイス７００Ａは、ＥＯＳモニタデバイス７００Ａが第２から第ｚの複数の異なって離間した導電性構造体の対７１６を追加して含むことを除いて、図３に関して上述したＥＯＳモニタデバイス３００と同様に構成され、それぞれは、その間に異なるギャップをそれぞれ有する導電性構造体の異なって離間した対７１６−１、７１６−２、．．．７１６−ｎを含む。導電性構造体の異なって離間した対７１６−１、７１６−２、．．．７１６−ｎのそれぞれは、一端で高電圧電源３０４に接続され、それぞれが、その間に異なるギャップを有する導電性構造体の異なって離間した対３１６−１、３１６−２、．．．３１６−ｎの対応する１つに直列接続される。それぞれが直列接続された対、例えば、７１６−１／３１６−１、７１６−２／３１６−２、．．．および７１６−ｎ／３１６−ｎは、今度は、導電性構造体のみの各対よりも大きい正味のホールド電圧をもたらすために電気的に並列接続される。こうして、それぞれが直列接続された対、例えば、７１６−１／３１６−１、７１６−２／３１６−２、．．．または７１６−ｎ／３１６−ｎは、異なる電気的過剰ストレス電圧Ｖ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎにそれぞれ応答して電気的にアークするように構成される。

図７Ｂは、実施形態による、ＥＯＳ事象に関連付けられる電圧および／またはエネルギーをモニタリングするように構成された複数の直列接続された離間した導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスの概略図である。ＥＯＳモニタデバイス７００Ｂは、ＥＯＳモニタデバイス７００Ａが第２から第ｚの複数の異なって離間した導電性構造体の対７１６を追加して含むことを除いて、図４に関して上述したＥＯＳモニタデバイス４００と同様に構成され、それぞれは、その間に異なるギャップをそれぞれ有する導電性構造体の異なって離間した対７１６−１、７１６−２、．．．７１６−ｎを含む。図７ＡのＥＯＳモニタデバイス７００Ａに関して上述したのと類似の方法で、直列接続された対、例えば、７１６−１／４１６−１、７１６−２／４１６−２、．．．および７１６−ｎ／４１６−ｎは、今度は、導電性構造体のみの各対よりも大きい正味のホールド電圧をもたらすために電気的に並列接続される。こうして、それぞれが直列接続された対、例えば、７１６−１／４１６−１、７１６−２／４１６−２、．．．または７１６−ｎ／４１６−ｎは、異なる電気的過剰ストレス電圧Ｖ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎにそれぞれ応答して電気的にアークするように構成される。

図８Ａおよび８Ｂは、実施形態による、それぞれが、コアデバイスをＥＯＳ事象から保護するためのＥＯＳ保護デバイスとして構成された複数の直列接続された離間した導電性構造体の対を含む、ＥＯＳ保護デバイス８００Ａおよび８００Ｂ、それぞれの概略図である。ＥＯＳ保護デバイス８００Ａおよび８００Ｂのそれぞれは、ＥＯＳ保護デバイス８００Ａおよび８００Ｂのそれぞれが第２から第ｚの複数の異なって離間した導電性構造体の対８１６を追加して含むことを除いて、それぞれ、上述したＥＯＳモニタデバイス５００Ａ（図５Ａ）および５００Ｂ（図５Ｂ）と同様に構成され、そのそれぞれは、それぞれその間に異なるギャップを有する導電性構造体の異なって離間した対８１６−１、８１６−２、．．．８１６−ｎを含む。図７Ａおよび７ＢのＥＯＳモニタデバイス７００Ａおよび７００Ｂのそれぞれに関して上述したのと類似の方法で、それぞれの直列接続された対、例えば、８１６−１／５１６−１、６１６−２／６１６−２、．．．および８１６−ｎ／５１６−ｎは、今度は、導電性構造体のみの各対よりも大きい正味のホールド電圧をもたらすために電気的に並列接続される。こうして、それぞれが直列接続された対、例えば、８１６−１／５１６−１、８１６−２／５１６−２、．．．または８１６−ｎ／６１６−ｎは、異なる電気的過剰ストレス電圧Ｖ_ＴＲ１、Ｖ_ＴＲ２、．．．Ｖ_ＴＲｎにそれぞれ応答して電気的にアークするように構成される

したがって、図６に戻って、複数の直列接続された離間した導電性構造体の対を含むことによって、直列接続された導電性構造体の対を通る導通がＥＳＤ事象が終了したときに終了するように、ＥＯＳモニタデバイスおよびＥＳＤデバイスの実施形態は、コア回路に供給されるＶ_ＰＷＲより高いホールド電圧を有し、それによって、過度のＥＳＤ事象後の漏れおよび／またはコア回路への損傷を防止する。

図９Ａは、実施形態による、電気的に並列接続された異なって離間した導電性構造体の複数の対９００の概略トップダウン図である。図示された実施形態では、複数の対９００は、鋭利な先端を有する突起形状のフィンガを含む離間した導電性構造体のｎ個の対９００−１、９００−２、．．．および９００−ｎを有する。数ｎは、範囲が１〜１００、２〜１０、例えば５の任意の適切な数であることができる。各突起は、幅９１２、タブ（Ｔ）９０４、および面取り（Ｃ）９０８を有するものとして説明することができ、突起の対９００−１、９００−２、．．．および９００−ｎは、それぞれ、その間にギャップＤ１、Ｄ２、．．．およびＤｎを有するものとして説明することができる。一定量的具体化は、以下のパラメータを有する：
● 公称アーク放電電圧＝８００Ｖ／マイクロｍ
● １０Ａに対してタブＴ＝２０マイクロｍ
● Ｄ＝０．１５マイクロｍに対して可変面取りＣ＝２．５マイクロｍ、５マイクロｍ、２０マイクロｍ、４０マイクロｍ、１００マイクロｍ
● ５−フィンガ構造体に対してＣ＝１０マイクロｍ
● メタライゼーションレベル：Ｍｅｔ３／２／１の１つのデフォルト構造を有する、Ｍｅｔ５、Ｍｅｔ４
● ６０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．０７５マイクロｍ
● ８０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．１マイクロｍ
● １００Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．１２５マイクロｍ
● １２０Ｖ（デフォルト）のアーク放電電圧に対してＤ＝０．１５マイクロｍ
● １４０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．１７５マイクロｍ
● １６０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．２マイクロｍ
● ２２４Ｖ（測定値２２０Ｖ）のアーク放電電圧に対してＤ＝０．２８マイクロｍ
● メタライゼーションの厚さ＝Ｍｅｔ１〜Ｍｅｔ４に対して０．５３マイクロｍ、Ｍｅｔ５に対して０．９５〜０．９９マイクロｍ。

図９Ｂは、実施形態による、電気的に並列接続された鋭利な先端を有する離間した導電性構造体の対の異なる構成を示すパターン化された金属層９２４、９２８および９３２の概略トップダウン図である。パターンは、半導体製造技術を使用してフォトリソグラフィで規定することができる。実施形態によれば、鋭利な先端は、１０〜１７０度、１０〜５０度、５０〜９０度、９０〜１３０度、１３０〜１７０度の角度、またはこれらの値の間の任意の角度を形成する２つの辺によって形成された先端または頂点を有することができる。

図１０Ａは、実施形態による、電気的に並列接続された離間した導電性構造体の複数の対１０００の概略トップダウン図である。図示された実施形態では、複数の対１０００は、鈍いまたは丸い先端を有する突起形状のフィンガを含む離間した導電性構造体のｎ個の対１０００−１、１０００−２、．．．および１０００−ｎを有する。数ｎは、範囲が１〜１００、２〜１０、例えば５の任意の適切な数であることができる。各突起は、幅１０１２、タブ（Ｔ）１００４、および面取り（Ｃ）１００８を有するものとして説明することができ、そして突起の対１０００−１、１０００−２、．．．および１０００−ｎは、それぞれ、その間にギャップＤ１、Ｄ２、．．．およびＤｎを有するものとして説明することができる。一定量的具体化は、以下のパラメータを有する：
● 公称アーク放電電圧＝８００Ｖ／マイクロｍ
● １０Ａ、Ｃ＝Ｔ／２に対してタブＴ＝２０マイクロｍ
● デフォルトは５ｘフィンガ構造
● メタライゼーションレベル：Ｍｅｔ３／２／１の１つのデフォルト構造を有する、Ｍｅｔ５、Ｍｅｔ４
● ６０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．０７５マイクロｍ
● ８０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．１マイクロｍ
● １００Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．１２５マイクロｍ
● １２０Ｖ（デフォルト）のアーク放電電圧に対してＤ＝０．１５マイクロｍ
● １４０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．１７５マイクロｍ
● １６０Ｖのアーク放電電圧に対してＤ＝０．２マイクロｍ
● 計算値２２４Ｖ（測定値２２０Ｖ）のアーク放電電圧に対してＤ＝０．２８マイクロｍ
● Ｄ＝０．１５マイクロｍに対して可変面取りＣ
● Ｔ＝５マイクロｍ、１０マイクロｍ、４０マイクロｍ
● メタライゼーションの厚さ＝Ｍｅｔ１〜Ｍｅｔ４に対して０．５３マイクロｍ、Ｍｅｔ５に対して０．９５〜０．９９マイクロｍ。

図１０Ｂは、実施形態による、電気的に並列接続された丸い先端を有する離間した導電性構造体の対の異なる構成を示すパターン化された金属層９２４、９２８および９３２の概略トップダウン図である。パターンは、半導体製造技術を使用してフォトリソグラフィで規定することができる。

図１１は、実施形態による、ヒューズ１１００の概略トップダウン図である。図示の実施形態では、ヒューズは、接続部１１０２によって接続された２つの端部１１１４ａ、１１１４ｂを有する。ヒューズの端部１１１４ａ／１１１４ｂは、幅１１１２、タブ（Ｔ）１１０４および面取り（Ｃ）１１０８を有するとして説明することができ、接続部は幅１１０２として説明することができる。一定量的具体化は、以下のパラメータを有する：
● Ｍｅｔ１〜Ｍｅｔ４の過渡電流密度＝０．４５Ａ／マイクロｍ
● Ｍｅｔ５の過渡電流密度＝０．９Ａ／マイクロｍ
● Ｍｅｔ５ 電流２Ａに対してＷ＝２マイクロｍ
● Ｍｅｔ５ 電流５Ａに対してＷ＝５マイクロｍ
● Ｍｅｔ５ 電流１０Ａに対してＷ＝１０マイクロｍ
● Ｍｅｔ３ 電流２Ａに対してＷ＝４マイクロｍ
● Ｍｅｔ３ 電流５Ａに対してＷ＝１０マイクロｍ
● Ｍｅｔ３ 電流１０Ａに対してＷ＝２０マイクロｍ
● Ｍｅｔ１ 電流２Ａに対してＷ＝４マイクロｍ
● Ｍｅｔ１ 電流５Ａに対してＷ＝１０マイクロｍ
● Ｍｅｔ１ 電流１０Ａに対してＷ＝２０マイクロｍ
● 面取りされた接続
● Ｌ＝５０マイクロｍ
● メタライゼーションの厚さ＝Ｍｅｔ１〜Ｍｅｔ４に対して０．５３マイクロｍ、Ｍｅｔ５に対して０．９５〜０．９９マイクロｍ

図１２は、実施形態による、電気的に並列接続された複数の離間した導電体の対を含む電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスで測定された実験的電流−電圧（ＩＶ）曲線を図示するグラフ１２００である。特に、ＩＶ曲線は、電気的に並列接続された異なって離間した導電性構造体の５つの対を有するＥＯＳモニタデバイスのものであり、図９Ｂに関して上述したものと類似している。

図１３は、実施形態による、アーク放電電圧とＥＯＳモニタデバイスの導電性構造体の間隔と間の実験的に観察された相関関係を図示するグラフ１３００であり、それぞれは、様々なメタライゼーションレベル（金属１〜金属５）で形成された離間した導電性構造体の対を含む。電圧−間隔関係は、電気的に並列接続された複数の異なって離間した導電構造体の対を有するＥＯＳモニタデバイスのものであり、図９Ａおよび９Ｂに関して上述したものと類似している。それぞれのメタライゼーションレベルで形成された構造体は、アーク放電電圧と間隔、またはギャップサイズとの間に概して線形関係を示す。このような相関関係に基づいて、約２０Ｖ〜約１０００Ｖの電圧範囲に対してトリガ電圧の正確なチューニングを得ることができる。追加の実験的に観察された相関関係が、図２Ｂに関してさらに図示されている。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、実施形態による、ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークする前（図１４Ａ）および後（図１４Ｂ）の、離間した導電性構造体の対１４００Ａ／１４００Ｂを含み、集積された電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイスとして働くためのスパークギャップデバイスの概略図である。図１Ｂに関して上述した電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタの概略図と同様に、離間した導電性構造体の対１４００Ａは、アーク放電の前にカソード１２０Ａおよびアノード１２４Ａを含み、離間した導電性構造体の対１４００Ｂは、アーク放電後のアノード１２０Ｂおよびアノード１２４Ｂを含む。加えて、ＥＯＳモニタデバイスは、カソードおよびアノードモニタプローブ１４０４Ａ／１４０４Ｂおよび１４０８Ａ、１４０８Ｂを、それぞれ含む。図１４Ａを参照して、アーク放電の前に、カソードおよびアノードモニタプローブ１４０４Ａおよび１４０８Ａは、カソード１２０Ａおよびアノード１２４Ａにそれぞれ接触する。図１４Ｂをして、アーク放電の結果として、カソードおよびアノードモニタプローブ１４０４Ｂおよび１４０８Ｂの一方または両方ともが、カソード１２０Ｂおよびアノード１２４Ｂからそれぞれ切り離される。こうして、カソードおよびアノードにわたってアーク放電が発生したか否かを視覚的に判定することができ、またはカソード１２０Ｂとカソードプローブ１４０４Ｂとの間、および／またはアノード１２４Ｂとアノードプローブ１４０８Ｂとの間で開回路が検出されたか否かに基づいて判定できる。

図１５は、実施形態による、アーク放電電圧と離間した導電性構造体の対の間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示するグラフ１５００である。測定は異なる型のテスタを使用して行われた。ＴＬＰ測定は伝送線路パルスモードで行われ、一方他の測定はＤＣ型モードで行われた。

図１６は、実施形態による、アーク放電電圧と金属１レベルで形成された離間した導電性構造体の対の間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示するグラフ１６００である。測定は、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）テスタを用いてＤＣ型モードで行われた。ＲＢ、ＬＢ、ＲＴ、ＬＴおよびＣは、それぞれ、試験されたウェハの右下、左下、右上、左上、および中心位置を指す。

図１７は、実施形態による、アーク放電電圧と金属３レベルで形成された離間した導電性構造体の対の間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示するグラフ１７００である。測定は、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）テスタを用いてＤＣ型モードで行われた。ＲＢ、ＬＢ、ＲＴ、ＬＴおよびＣは、それぞれ、試験されたウェハの右下、左下、右上、左上、および中心位置を指す。

図１８は、実施形態による、アーク放電電圧と金属１および金属３レベルで形成された離間した導電性構造体の対の間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示するグラフ１８００である。測定は、ケースレー（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ）テスタを用いてＤＣ型モードで行われた。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、およびＤ４は、試験されたウェハの異なる位置を指す。

図１９は、実施形態による、アーク放電電圧と離間した導電性構造体の対の間隔との間の実験的に観測されたウェハレベルの関係を図示するグラフでありグラフ１９００である。測定は、異なる型のテスタを使用して行われた。ＴＬＰ測定は伝送線路パルスモードで行われ、一方他の測定はＤＣ型モードで行われた。

図２０は、実施形態による、金属１レベルで形成された離間した導電性構造体の対の公称間隔に対するウェハにわたるアーク放電電圧の実験的に観察された再現性を図示するグラフである。試験したギャップは、０〜１２０Ｖの５ｓランプで測定した０．０７５ミクロンのギャップと、０〜１５０Ｖの５ｓランプで測定した０．１ミクロンのギャップであった。

図２１は、実施形態による、パッシベーション（図示せず）で覆われた、電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対２１００のトップダウン図の概略図である。パッシベーションで覆われているとき、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内で発生したかどうかは、離間した導電性構造体の対にわたる漏れ電流の変化を測定することによって、離間した導電性構造体の対に直列接続されたヒューズにわたる開回路を検出することによって、判定することができる。

ＥＯＳ事象の視覚的および電気的検出例
上述したように、本明細書で開示される様々な実施形態によれば、離間した導電性構造体の対またはスパークギャップ構造を含むＥＯＳモニタデバイスを使用して電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象をモニタリングすることができ、ＥＯＳモニタデバイスから収集された情報はコア回路への損傷を防ぐために使用できる。いくつかの実施形態では、モニタリングはリアルタイムで応答しないことがある。むしろ、例えば、診断目的のためにＥＯＳ事象の数および大きさを判定するために、ＥＯＳ事象が発生した後に検査可能なモニタリングデバイスを有することは有用であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、電気的モニタリングは、ＥＯＳモニタデバイスの目視検査によって実行することができる。例えば、ＥＯＳ事象の程度に関する診断情報は、そのような事象を将来回避するか、またはそのような事象に対してより耐性のある部品を設計するためにＥＯＳ事象の原因を判定するのに有用であり得る。以下において、デバイス例は、これらの利点および他の利点を提供する。

図２２は、実施形態による、例えばパッシベーションの開口部によって形成された、露出部分２２０４を有する電気的に並列接続された離間した導電性構造体の複数の対２２００のトップダウン図の概略図である。上述した方法に加えて、導電性構造体の一部が露出しているときに、ＥＯＳ事象が半導体デバイス内に生じたかどうかは、外観の変化に基づいて視覚的に判定することによって判定することができる。いくつかの実施形態では、外観の変化は肉眼で検出することができ、一方いくつかの他の実施形態では、外観の変化は、光学的および／または電子顕微鏡検査技術を用いて検出することができる。露出部分を有することは、例えば導電性構造体の腐食または劣化をモニタリングするなどの他の用途を有することができる。

図２３は、実施形態による、複数の離間した導電性構造体の対にわたるＤＣスイープの電流−電圧（ＩＶ）曲線２５００を示す。ＩＶ曲線２５００が図示するように、複数の離間した導電性構造体の対にわたって印加される電圧が増加すると、電流は、ベースライン領域２５０４において最初は徐々に増加し、プリトリガ領域２５０８において非常に急速に増加し、トリガ領域２５１２においてピークとなる。ＩＶ曲線２５００は、本明細書に記載の様々な実施形態による離間した導電性構造体の対のいくつかの利点を図示する。いくつかの実施形態によれば、ＩＶ曲線２５００の様々な領域は、導電性構造体の対のトリガ電圧以上での、すなわち、アーク放電事象が発生した後のＥＯＳ事象を検出するために使用することができるだけでなく、トリガ電圧よりも低い電圧での、すなわち、アーク放電事象が発生する前にＥＯＳ事象を検出するためにも使用することができる。例えば、導電性構造体の対の間の空間にわたって電流がいくつかの要因によって、例えば約２０Ｖ、１０Ｖ、または５Ｖ未満で１０年以上、増加するとき、ユーザは、実際のＥＯＳ事象が発生する前に、ＥＯＳ事象が発生しようとしていることを推論するかもしれない。加えて、図示のように、そのような検出には、比較的少量の電流（例えば、５ｎＡ未満または１ｎＡ未満）で十分であり得る。

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体は、スパークギャップ先端への損傷によって引き起こされる様々な他の測定可能な、もしくは観察可能なパラメータの変化、例えば、離間した導電性構造体の対の間の静電容量の変化、または離間した導電性構造体の対に関連付けられる磁気特性の変化、を測定することによってＥＯＳ事象が発生したかどうかを判定するように構成することができる。

異なる持続時間レジームにおけるＥＯＳ事象の検出
上記で論じたように、離間した導電性構造体の対の間のアーク放電事象の発生に基づいて、電気的過剰ストレス事象をモニタリングするために、様々な離間した導電性構造体を使用することができる。本発明者らは、例えば、図１９に関して上に例示したように、たとえ異なる試験方法が導電性構造体にわたって異なる有効パルス幅を有するパルスを印加するとしても、導電性構造体にわたるアーク放電事象の発生は、試験方法とは比較的無関係であることを見出した。離間した導電性構造体を有するモニタデバイスは１つの持続時間レジームで得られた試験結果に基づいて設計することができ、一方モニタデバイスおよび／またはコア回路がさらされる実際のＥＯＳ事象は異なる持続時間レジームであるかもしれないので、結果として生じるアーク放電電圧に対する印加パルス幅の相対的独立性は有利であり得る。以下において、この利点および他の利点を例示する試験結果が説明される。

図２４は、時折Ｗｕｎｓｃｈ−Ｂｅｌｌ曲線と称され、電子回路に対する印加パルス幅に対する故障に至る電力密度の依存性を概略的に図示する、グラフ２６００である。いかなる理論に束縛されことなく、グラフ２６００は、断熱レジーム２６０４、熱拡散制御レジーム２６０８およびＤＣ／定常状態レジーム２６１２を含む、依存関係の３つのレジームを図示すると考えてもよい。断熱レジーム２６０４では、故障に至る電力密度（Ｐ_ｆ／Ａ）は、１／τに比例することができ、Ｐ_ｆは故障に至る電力であり、Ａは電流が流れるデバイスの断面積であり、τは観察された故障に至る時間である。熱拡散制御レジーム２６０８では、Ｐ_ｆ／Ａは、１／τ^１／２に比例することができ、ＤＣ／定常状態レジーム２６１２において、Ｐ_ｆ／Ａは定数（Ｋ）に比例することができる。グラフ２６００はまた、様々なＥＳＤモデルレジーム、例えば，人体モデル（ＨＢＭ）、電界誘起デバイス帯電モデル（ＦＩＣＤＭ）、ＥＭＣ／ＩＳＯパルスおよびＤＣ／ＡＭＲ、に対応する持続時間を図示する。過去において、断熱領域２６０４を含む比較的速いパルスレジームにおけるＥＯＳ事象の試験は比較的困難であった。以下では、これらの比較的短い持続時間レジームにおける試験結果が、例えば伝送線路パルス（ＴＬＰ）試験方法を用いて説明される。本明細書で説明するように、ＴＬＰ試験は、例えば１ｎｓ〜１．６マイクロｓのパルス幅を有し、０．１ｎｓ〜４５ｎｓの立ち上がり時間を有する方形波のパルスを送るために、伝送線路、例えば荷電５０オーム伝送線路、を使用して実行される。

図２５は、実施形態による、異なるギャップを有する様々な離間した導電性構造体２８２４のトリガ電圧の温度依存性を図示するグラフ２７００である。Ｙ軸に表された離間した導電性構造体のトリガ電圧は、ＴＬＣ試験条件下で測定された。試験された離間した導電性構造体は、金属４の導電性構造体を使用して製造され、曲線２７０４、２７０８、２７１２、２７１６および２７２０は、それぞれ０．０７５マイクロｍ、０．１マイクロｍ、０．１７５ｍｍ、０．２マイクロｍおよび０．２８マイクロｍを有する導電性構造体に対して測定されたトリガ電圧をプロットしている。本発明者らは、２５°Ｃ〜２００°Ｃの試験温度範囲において、トリガ電圧が比較的温度に依存しないことを見出した。相対的温度非依存性は、様々な理由により有利であり得る。例えば、離間した導電性構造体を有するコア回路およびモニタデバイスが変化する温度にさらされ得る一方で、離間した導電性構造体のトリガ電圧は比較的一定のままであり、それによって、少なくとも２５°Ｃ〜２００°Ｃに包含される通常の動作温度範囲内では、モニタ結果の精度を温度とは比較的無関係に保つ。

図２６Ａ〜２６Ｂは、離間した導電性構造体の対２８２４を試験することによる電気的および視覚的モニタリング結果を図示する。図２６Ａは、金属２構造体を使用して製造された離間した導電性構造体の対上で測定された非常に速いＴＬＰ（ＶＦＴＬＰ）ＩＶ曲線２８００Ａを図示する。ＩＶ曲線２８００Ａは、荷電５０オーム伝送線路を用いて試験された導電性構造体２８２４のＩＶ応答に対応する。ＩＶ曲線２８００Ａが図示するように、印加されたＶＦＴＬＰ電圧が増加すると、離間した導電性構造体の対にわたる電圧は、最初はベースライン領域２８０４に比例して増加し、トリガ領域２８０８において急速に減少し始め、ホールド領域２８１２のホールド電圧にスナップする。ＶＦＴＬＰ電流は、最初はベースライン領域２８０４においてゆっくりと増加し、トリガ領域２８０８からホールド領域２８１２へ非常に急速に増加する。

図２６Ｂは、図２６Ａに関して説明されたＶＦＴＬＰ ＩＶ曲線に対応するオーバーレイ電圧−時間（Ｖ−ｔ）曲線２８１６および電流−時間（Ｉ−ｔ）曲線２８２０を図示するグラフ２８００Ｂである。時間ゼロにおいて、導電性構造体の対にわたる５ｎｓのＶＦＴＬＰ電圧パルスを印加すると、その間にわたる電圧に急激な上昇が生じる。トリガ領域２８０８において、電圧は崩落し、離間した導電性構造体の対を流れる電流の急激な上昇を伴う。

離間した導電性構造体の材料、厚さおよび／またはギャップ距離を変化させることによるトリガ電圧のチューニング
図１５〜１９に関して上述したように、離間した導電性構造体の対のトリガ電圧は、離間した導電性構造体の対の間の距離を変化させることによって、ならびに離間した導電性構造体の対の厚さを変化させることによってチューニングすることができる。加えて、図９Ａ、９Ｂ、１０Ａ、１０Ｂに関して上述したように、本発明者は、離間した導電性構造体の対のトリガ電圧が、トリガ電圧のチューニングに関して別の自由度を提供できることを見出した。さらに、本発明者らは、異なる材料を用いて離間した導電性構造体を形成することが、トリガ電圧をチューニングすることに関してさらに別の自由度を提供することができることを見出した。

図２７は、ＴＬＰ条件下で、ギャップ距離に異なる材料で形成された離間した導電性構造体のトリガ電圧の依存性を図示するグラフ２９００である。トリガ電圧対ギャップ距離（Ｖ−ｄ）曲線２９０４、２９０８、２９１２および２９１６は、金属５構造体、金属４構造体、多結晶シリコンおよび炭素系薄膜材料をそれぞれ用いて形成された離間した導電性構造体の対のトリガ電圧の依存性を示す。Ｖ−ｄ曲線２９０４、２９０８、２９１２および２９１６に対応する離間した導電性構造体の公称ギャップ距離および形状は同じである。他方で、Ｖ−ｄ曲線２９０４、２９０８に対応する離間した導電性構造体の対は、同じ材料で形成されるが異なる厚さを有し、上記で論じたように、厚さが厚いほどトリガ電圧が低くなることを示す。加えて、より薄い材料で形成された離間した導電性構造体は、短絡による実質的な歩留まり損失を被る前に、比較的小さなギャップ距離を有するように設計することができる。Ｖ−ｄ曲線２９０８、２９１２、２９１６に対応する離間した導電性構造体の対は、同じ厚さを有しながら異なる材料で形成され、離間した導電性構造体の対の材料のより高い抵抗が、より高いトリガ電圧をもたらすことができることを示している。

離間した導電性構造体のホールド電圧に関する設計考慮事項
図６に関して上述したように、離間した導電性構造体の対をトリガすると、ＩＶ曲線の対応する部分は、「スナップバック」領域によって特徴付けられ、その後ホールド電圧Ｖ_Ｈへの電圧の崩落が続く。いくつかの用途、例えば給電されたコア回路のＥＯＳモニタリング、では、離間した導電性構造体の対のＶ_Ｈは、望ましくは所定の値より高い値に制御されてもよい。例えば、モニタデバイスが、電気的に並列接続されたいくつかの回路、例えば電源回路、と一体化されているとき、離間した導電性構造体の対のＶ_Ｈは、電源回路の電圧より高くてもよい。これは、例えばＶ_Ｈが電源電圧よりも低い場合、ＥＯＳ事象に応答して離間した導電性構造体の対をトリガすると、離間した導電性構造体の対にわたる電圧がＶ_Ｈに崩落する結果となり、ＥＯＳ事象終了後に電源がラッチアップすることがある。以下に、この効果を実証する実験結果を記載する。したがって、様々な実施形態によれば、離間した導電性構造体の対を含むモニタデバイスは、コア回路用の電源の電圧よりも高いホールド電圧を有する。

図２８Ａは、異なる負荷値を有する伝送線路を使用するＴＬＰ試験において有効Ｖ_Ｈを実験的に制御することを概略的に図示する。図示のように、離間した導電性構造体の対がトリガされるとき、ＩＶ曲線は、より高い負荷値、例えば５００オームを有する伝送線路を使用する伝送線路の負荷値によって規定される負荷ラインに従って負の勾配を有するので、より低い負荷値、例えば５０オームを有する伝送線路を使用するときに生じるＶ_Ｈと比較して、離間した導電性構造体にわたる電圧がより低いＶ_Ｈに崩落する結果をもたらす。図２８Ｂは、図２８Ａに関して概略的に図示されたＶ_Ｈに対する負荷値の影響の実験的検証を図示する。図示のように、比較的低い負荷（例えば、５０オーム伝送線路）を使用するＴＬＰ試験から得られたＶ_Ｈ値３２０８Ａと比較して、名目上同じトリガ電圧を有する導電性構造体の対に対して、より高い負荷値（例えば、５００オーム、１５００オーム）を有する伝送線路を使用して得られたＶ_Ｈ値３２０８Ｂは、比較的低いＶ_Ｈ値を有する。

図２９Ａ〜２９Ｃは、実施形態による、異なる材料で充填されたパッシベーション層に形成された開口部を有する電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対の概略トップダウン図である。開口部は、半透膜／ゲル（図２９Ａ）、（反応性）金属材料（図２９Ｂ）または導電性構造体間のギャップ内の（絶縁性）材料で充填することができる。

図３０は、実施形態による、マイクロ流体チャネルと重なるパッシベーション層内に形成された開口部を有する電気的に並列接続された複数の離間した導電性構造体の対を有するモニタデバイスの概略トップダウン図である。図示した離間した導電性構造体の対は、アーク放電すると、導電性構造体（例えば、金属構造体）間のギャップが増加し、流体が特定の方向に流れるためのより広い経路またはチャネルを作り出すことができる。離間した導電性構造体の対を含むモニタデバイスは、流体が特定の経路に沿って流れる経路を創造または修正するように電気的に修正することができる。いくつかの実施形態では、導電性構造体、例えば金属構造体は、チャネル内の流体と反応するように構成することができる。いくつかの実施形態では、アーク放電前後の流体の測定／分析は、生物医学的または化学的分析における用途のために、化学変化、例えばｐＨまたはガス濃度の変化、に関連付けられる電気的識別特性を提供することができる。

図３１および図３２は、いくつかの実施形態による離間した導電性構造体の対を有するモニタデバイスを図示しており、封止されたチャネルを形成（流体が通過するために）することができるように、キャップまたは保護カバーが、離間した導電性構造体の対を覆って形成される。図３０に関して図示されたモニタデバイスと同様に、キャップによって囲まれた導電性構造体、例えば金属構造体は、チャネル内の流体と反応するように構成することができる。いくつかの実施形態では、アーク放電前後の流体の測定／分析は、生物医学的または化学的分析における用途のために、化学変化、例えばｐＨまたはガス濃度の変化、に関連付けられる電気的識別特性を提供することができる。いくつかの実施形態では、基板は、着用可能な用途のためにフレキシブルであることができる。

電気的過剰ストレス事象の検出および記録
本開示のさらなる態様は、電気的過剰ストレス事象の検出および記録に関する。電気的過剰ストレス事象は検出することができ、電気的過剰ストレス事象を指す情報はメモリに格納することができ、および／または外部に電子デバイスに伝えることができる。検出回路は、電気的過剰ストレス事象および、場合によっては、電気的過剰ストレス事象の強度を検出することができる。物理メモリは、過剰ストレス事象の強度および／または電気的過剰ストレス事象の発生回数を指す情報を格納することができる。検出回路およびメモリは、電気的過剰ストレス保護回路と同じ集積回路（例えば、同じダイ上および／または同じパッケージ内の）の一部であることができる。一実施形態では、検出回路およびメモリは、複合型検出およびメモリ回路によって実装することができる。

メモリに記憶された電気的過剰ストレス事象に関連付けられる情報は、機能安全のために有用であることができる。例えば、この情報は、デバイスの耐久力または寿命の指標として働くことができ、電子デバイスが潜在的に損傷していること、電子デバイスによって提供されるデータが潜在的に壊れていること、電子デバイスによって提供される測定値が潜在的に不正確であること、その類似、またはそれらの任意の組み合わせを示す。電気的過剰ストレス事象に関連付けられる情報は、電気的過剰ストレス保護回路の機能安全および／または電気的過剰ストレス保護回路によって保護された内部回路についての情報を提供するために報告することができる。電子的過剰ストレス検出および報告回路は、炭鉱のカナリアに類似した悪条件の早期の指標を提供することができる。過酷な環境では、電子的過剰ストレス検出および報告回路は、電子デバイスおよび／または電子システムの寿命のインジケータを提供することができる。電気的過剰ストレス事象を記録および報告することによって電子デバイスの寿命を追跡することは、クリティカル回路のよりよい信頼性および／または交換時期の予測可能性をもたらすことができる。これは、安全性を脅かす可能性のある車両の故障を防ぐことおよび／または医療用途のような、様々な用途において有利であり得る。

例えば、電子デバイス内で動作するカスタム半導体ダイは、半導体ダイのメモリに電気的過剰ストレス（例えば、過電圧および／またはＥＳＤ）事象の発生を指す情報を記録することができる。過剰ストレス事象の発生は、電子デバイス内に故障があることを指すかもしれない。電気的過剰ストレス事象の発生は、別のチップまたはボード上の別個の保護回路などの外部保護回路、すなわちカスタム半導体ダイに接続された回路が半導体ダイが保護されるべき回路の仕様外でサージおよび／または電流スパイクを経験するような欠陥であることを指すこともあり、保護されるべき回路はカスタム半導体ダイ上またはカスタム半導体ダイの外側にあってもよい。一例として、外部保護回路のためのはんだ接合部が劣化することがあり、したがって過電圧事象からの望ましい保護を提供しない。半導体ダイは、半導体ダイの外部および／または半導体ダイを含む電子デバイスの外部の電気的過剰ストレス事象の発生を指す情報を提供することができる。これは、電気的過剰ストレス保護回路がもはや所望のレベルで機能していないことを電子システムに知らせるための診断として働くことができる。

特殊な半導体ダイは、半導体ダイのメモリ内の過剰ストレス事象を指す検出および記録情報を含めて、電気的過剰ストレスの取り扱いに専念することができる。特化された半導体ダイは、ＥＯＳ事象に関連付けられるエネルギーを収穫し、および／またはＥＯＳ保護を提供するためにも働くことができる。特定の実装では、ＥＯＳ保護機能とは異なる半導体ダイ上に記録機能を実装することができる。

場合によっては、集積回路は限定された／規定された寿命を有してもよい。これは、例えば過酷な電気環境にあることから生じることがある。電気的過剰ストレス検出および報告回路は、電子システムに対するフラグとして電気的過剰ストレス事象の強度および／または電気的過剰ストレス事象の発生回数についての情報を提供することができる。規定された数の電気的過剰ストレス事象が検出された後、電子システムは、電子デバイスの寿命が短くなっているというフラグを提供することができる。そのようなフラグは、電子デバイスが比較的すぐにまたは規定された期間内に置換されるべきであることを示すことができる。デバイスの寿命を追跡することは、クリティカル回路の信頼性を向上させ、および／または交換時期のより良い予測をもたらすことができる。

電気的過剰トレス事象を指す情報は、電気的過剰ストレス事象を経験する電子デバイスに、または分離されたモニタ回路またはデバイスに外部から供給されてもよい。例えば、無線および／または誘導回路は、電子デバイスを含む電子デバイスまたは電子システムの警告および／またはヒース状態を提供するために電子デバイスに遠隔の信号を提供することができる。そのような警告は、システムの寿命および／または総合的システム正常性のインジケータを提供することができる。これにより、新／置換電子デバイスを電子システムに含めるための計画を可能にする。これらの原理および利点は、自動車および／または他の車両の電子システム、および／または医療用途の電子システムのような様々な電子システムに適用することができる。

電気的過剰ストレス事象を検出および記録することに関連するこれらのおよび他の態様は、米国特許出願第１４／６７１，７６７号に記載されており、その全体の技術的開示は参照により本明細書に組み込まれる。

米国特許出願第１４／６７１，７６７号では、様々な半導体ベースのＥＳＤセンサーおよび半導体ベースのＥＳＤ保護デバイスを使用して、電気的過剰ストレス事象に対する検出および保護が行われている。さらに、そのように検出された電気的過剰ストレス事象は、物理メモリに記録される。以下では、半導体ベースのＥＳＤセンサー／ＥＳＤ保護デバイスが、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイス／ＥＳＤ保護デバイスに加えて置き換えられるまたは含まれる様々な実施形態が記載される。ＥＯＳモニタデバイス／ＥＳＤ保護デバイスは、上述したように、検出および保護を提供することに加えて、視覚的または電気的に検出および推定することができるＥＳＤ事象の不揮発性記録を提供することができる。

電気的過剰ストレス事象の検出
上に論じたように、本開示の態様は、ＥＳＤ事象のような電気的過剰ストレス事象を検出することに関する。ＥＯＳ事象に関連付けられる情報は、記録および／または報告することができる。これは、回路、ダイ、集積回路システム、などの機能安全についての情報を提供することができる。そのような情報は、ＥＯＳ事象の強度、ＥＯＳ事象の持続時間、および／または検出されたＥＯＳ事象の発生回数を示すことができる。いくつかの実施形態では、ＥＯＳ事象に関連付けられる情報は、ＥＯＳ事象が任意の波形を有することができるので、ＥＯＳ事象のパルス幅で示すことができる。そのような情報は、それぞれのＥＯＳパルスごとに記録することができ、および／または複数の記録をパルスごとに取り込むことができる。次に、ＥＯＳ事象検出に関連する例示的な実施形態を説明する。

図３３は、一実施形態による電気的過剰ストレス検出回路を含む例示的な電子デバイス８の概略図である。電子デバイス８は、様々な用途で実施することができる。いくつかの例として、本明細書で説明する電子デバイス８および／または他の電子デバイスは、自動車電子システム、航空電子システム、医療モニタ電子システム、などに含めることができる。図示のように、電子デバイス８は、入力接点１０、ＥＯＳ保護デバイス１１、ＥＯＳ分離デバイス１２、内部回路１３、ＥＯＳ感知デバイス１４、抵抗素子１５、検出回路１６、メモリ１７、報告回路１８、および出力接点１９を含む。いくつかの実施形態では、ＥＯＳ保護デバイス１１およびＥＯＳ感知デバイス１４の一方または両方は、本明細書で説明するように、離間した導電性構造体の対を含むことができる。電子デバイス８の図示された要素は、単一のパッケージ内に含むことができる。電子デバイス８は、図示されているより多くの要素および／または図示された要素のサブセットを含むことができる。電子デバイス１０は、例えばダイとすることができる。そのように、場合によっては、電子デバイス８の図示された要素を単一のダイ上に具体化することができる。

電子デバイス８は、入力接点１０で入力信号を受信するように構成され、入力接点１０は、図示のように入力ピンとすることができる。ＥＯＳ保護デバイス１１は、電気的過剰ストレス事象からの保護を提供するように構成される。図示されたＥＯＳ保護デバイス１１は、入力接点１０上の信号が、保護されているデバイスのＥＯＳ能力、例えば電圧ブレークダウンを超えたとき、ＥＯＳ事象に関連付けられる電流をグラウンドに迂回させることによって、入力接点１０に電気的に接続された回路を保護するように構成される。ＥＯＳ保護デバイス１１は、電気的過剰ストレス事象から内部回路１３および抵抗素子１５を保護することができる。ＥＯＳ保護デバイス１１は、入力接点１０に電気的に接続された任意の他の回路を保護することもできる。ＥＯＳ分離デバイス１２は、内部回路１３と図３３のピンとの間に配置されている。ＥＯＳ分離デバイス１２は、例えば、抵抗とすることができる。図３３において、ＥＯＳ保護デバイス１１は、入力接点１０と接地との間に配置される。ＥＯＳ保護デバイス１１は、入力接点１０と任意の他の適切な低電圧基準との間に配置することができる。ＥＯＳ保護デバイス１１は、例えば、ＥＳＤ保護を提供するように構成されたＥＳＤ保護デバイスとすることができる。

ＥＯＳ感知デバイス１４はＥＯＳ保護デバイスである。例えば、ＥＯＳ感知デバイス１４は、ＥＯＳ保護デバイス１１の高インピーダンスの縮小化されたものであってもよい。ＥＯＳ感知デバイス１４は、ＥＯＳ事象が発生すると考えられる信号レベルでトリガするように構成することができる。ＥＯＳ事象の大きさを検出する目的のために、比較的小さな割合のＥＯＳ事象電流が抵抗要素１５を通して提供することができる。したがって、ＥＯＳ感知デバイス１４を介して検出回路１６に供給される信号は、ＥＯＳ事象に関連付けられる信号の縮小化されたものであることができる。いくつかの実施形態では、ＥＯＳ感知デバイス１４は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ、図７Ｂ）に従って上記で説明したように、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスであるか、またはそれを含むものであってもよい。

抵抗素子１５は、ＥＯＳ感知素子１４と接地との間に電気的に結合することができる。これは、例えば、検出回路に供給される信号が電気的過剰ストレス事象に関連付けられる電圧よりも低い電圧になるような電圧降下を提供することができる。抵抗素子１４は、比較的低い抵抗（例えば、特定の用途では約１オーム）を有することができ、その結果、検出回路１６は、電気的過剰ストレス事象に関連付けられる電圧よりも低い電圧レベル（例えば、数ボルト）の電圧信号を受信することができる。抵抗素子１５によってもたらされる電圧降下は、検出回路１６が電気的過剰ストレス事象によって損傷されるのを防ぐことができる。いくつかの実施形態では、抵抗素子１５は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ、図７Ｂ）に従って上で説明したように、ヒューズであるか、ヒューズを含むことができる。

図示のように、検出回路１６は、ＥＯＳ感知デバイス１４に電気的に結合され、電気的過剰ストレス事象の発生を検出するように構成される。例えば、検出回路１６は、電気的過剰ストレス事象に関連付けられる電圧を基準電圧と比較するように構成された比較器を含むことができる。そのような比較器は、電気的過剰ストレス事象が発生したという指標を発生することができる。検出回路１６は、電圧レベルおよび／または電流レベルなどの、特定の実施形態による１つ以上の比較器および／またはアナログ−デジタル変換器を使用して電気的過剰ストレス事象に関連付けられる強度を検出することができる。

特定の実施形態において、検出回路１６は、カウンタ回路などの、ＥＯＳ事象の持続時間を決定するための回路を含むことができる。ＥＯＳパルスの持続時間は、ＥＯＳ事象に関連付けられるエネルギーの量を示すことができる。ＥＯＳパルスの持続時間を検出することによって、検出回路１６は、長いＤＣパルス対短い過渡パルスなどの、異なるタイプのＥＯＳ事象を区別することができる。異なるタイプのＥＯＳ事象は、そのようなＥＯＳ事象にさらされる電子システムの機能安全に様々な影響を与えることができる。したがって、ＥＯＳ事象の持続時間を検出することは、特定の用途において電子システムの機能安全についての追加の情報を提供することができる。

検出回路１６は、電気的過剰ストレス事象を示す情報をメモリ１７に提供することができる。メモリ１７は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリなどのそのような情報を格納するための任意の適切な物理的回路を含むことができる。特定の実施形態では、メモリ１７は、ヒューズ素子を含むことができる。メモリ１７は、ＥＯＳ事象を示す情報を格納することができる。例えば、メモリ１７は、１つ以上のＥＯＳ事象の強度を示す情報、検出回路１６によって検出されたＥＯＳ事象の数を示す情報、ＥＯＳ事象の型を示す情報、ＥＯＳ事象の持続時間を示す情報、など、またはその任意の組み合わせを格納することができる。

報告回路１８は、電子デバイス１の外部の回路などの、外部回路に１つ以上の電気的過剰ストレス事象を示す情報を提供することができる。図示のように、報告回路１８は、メモリ１７からそのような情報を受信することができる。いくつかの他の実施形態では、報告回路１８は、情報が電子デバイス１０のメモリに格納されることなく、検出回路１６からそのような情報を受信することができ、その情報を報告することができる。報告回路１８は、１つ以上の電気的過剰ストレス事象を示す情報を出力接点１９に提供することができ、出力接点は図示のようなピンとすることができる。特定の実施形態によれば、報告回路１８は、そのような情報を無線で送信する、および／またはそのような情報を誘導的に送信することができる。報告回路１８は、特定の実施形態では、アンテナ送信回路および／または通信バス送信機を含むことができる。

静電放電保護デバイスは、図３３および／または他の図に示すＥＯＳ保護デバイスなどの電気的過剰ストレス保護デバイスの例である。図３４Ａ〜３４Ｄは、１つ以上の実施形態で実施することができる静電放電保護デバイス例を図示する。図３４Ａ〜３４Ｄに図示される静電放電保護デバイスのいずれかは、電気的過剰ストレス事象検出に関連する任意の適切な実施形態に関連して実施することができ、電気的過剰ストレス事象に関連付けられるエネルギーを収穫し、電気的過剰ストレス事象が発生する可能性が高いという指標に応答して、電気的過剰ストレス保護デバイスおよび／または蓄電素子を、または任意のその組み合わせを構成する。いくつかの実施形態では、図３４Ａ〜３４Ｄに図示するＥＯＳ保護デバイスのそれぞれは、いくつかの実施形態（例えば、図３３のＥＳＤ１２）に従って上記で説明したように、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイス／ＥＯＳ保護デバイスに加えておよび接続されて提供されるＥＯＳ保護デバイスであることができる。

図３４Ａは、ダイオードベースのＥＳＤ保護デバイス２０ａを図示する。図３４Ａは、一方向性ブロッキング接合ダイオード２０ａ１、順バイアス導通および逆ブロッキング電圧の比例増加のための直列順方向ブロッキング接合ダイオード２０ａ２、逆並列接続の低電圧降下導通および減結合ダイオード２０ａ３、および高背面合わせダイオードベースの双方向ブロッキングデバイス２０ａ４を図示する。

図３４Ｂは、ＮＰＮ ＥＳＤデバイス２０ｂ１およびＰＮＰ ＥＳＤデバイス２０ｂ２を含むバイポーラトランジスタベースのＥＳＤ保護デバイス２０ｂを図示する。コレクタ−エミッタ間（ＮＰＮ）およびエミッタ−コレクタ間（ＰＮＰ）で、バイポーラトランジスタは、その点でデバイスがトリガし、その端子間に低い導電路と高いホールド電圧を提供する、ブレークダウン電圧に達するまで比較的高いブロッキング電圧素子として機能する。反対の電圧極性では、順方向バイアス接合が得られる。

図３４Ｃは、結合された一方向性ＮＰＮおよびＰＮＰサイリスタ仕様のＥＳＤ保護デバイス２０ｃを図示する。図３４Ｃに示すＥＳＤ保護デバイスは、半導体制御整流器と称され得る。場合によっては、半導体制御整流器はシリコン制御整流器（ＳＣＲ）である。ＮＰＮおよびＰＮＰサイリスタ仕様のＥＳＤデバイスは、トリガ電圧が低くなるフローティングＮＰＮベースの２０ｃ１、中間のトリガ電圧につながるベース−エミッタ抵抗を有するコレクタ−エミッタブレークダウン電圧モードＮＰＮの２０ｃ２、最大のサイリスタトリガ電圧のための固定ベース抵抗を有する伝統的構成２０ｃ３、およびサイリスタバイポーラベースの外部ラッチトリガおよびラッチリリース制御２０ｃ４を備えた構成を含む。

図３４Ｄは、結合されたＮＰＮ−ＰＮＰ−ＮＰＮ双方向高ブロッキングサイリスタ仕様ＥＳＤ保護デバイス２０ｄを図示する。このデバイスの双方向ブレークダウン電圧は、このデバイスの中央に図示されているＰＮＰデバイスのベース−エミッタ接合によって厳密に規定することができる。

ＥＯＳ事象は、本明細書で論じられる原理および利点に従って、電子デバイス内の様々なノードで検出することができる。本明細書で論じるＥＯＳ事象検出は、特定の実施形態では、電子デバイスのピンで感知することができる。図３５は、一実施形態による電子デバイス３０のピン３１での静電放電事象を検出するように構成された例示的な電子デバイス３０の一部の概略図である。図３５に示すように、任意の適切な入力／出力（Ｉ／Ｏ）ピンであるピン３１でＥＳＤ事象が発生することができ、ピン３１でＥＳＤ事象を感知することができる。ＥＳＤ感知デバイス３４は、ピン３１と図３３の検出回路１６の一例であるＥＳＤ事象検出回路３６との間に配置することができる。ＥＳＤ事象検出回路３６は、図３３と同様のメモリおよび／または報告回路（図示せず）にＥＳＤ事象の発生を示す情報を提供することができる。図３５において、抵抗器３５がＥＳＤ感知デバイス３４と接地との間に配置される。図示のように、抵抗器はまた、ＥＳＤ事象検出回路３６への入力と接地との間に配置される。ＥＳＤ保護デバイス３３は、ＥＳＤ感知デバイス３４および抵抗器３５を保護することができる。ＥＳＤ保護デバイス３３は、ピン３１に電気的に接続された任意の他の回路を保護することもできる。ＥＳＤ保護デバイス３３は、図３５のＥＳＤ感知デバイス３４と抵抗器３５との直列結合と並列である。ＥＳＤブロッキング／ステアリングデバイス３２は、ピン３１と内部回路（図示せず）との間に配置することができる。

ＥＯＳ事象は、代替的にまたは付加的に、特定の回路要素にわたって検出することができる。したがって、特定の回路素子の機能安全を示す情報を記録および／または報告することができる。図３６は、一実施形態による、蓄電素子にわたる静電放電事象を検出するように構成された例示的な電子デバイス４０の一部の概略図である。図３６において、ＥＳＤ事象に関連付けられるエネルギーは、キャパシタ４８にわって電荷として蓄積することができる。そのようなエネルギー収穫に関する詳細は後で提供される。図３６のＥＳＤ事象検出回路３６は、キャパシタ４８にわたるＥＳＤ事象を検出することができる。図３５のＥＳＤ事象検出回路３６は、キャパシタ４８にわたって検出されたＥＳＤ事象の数を追跡するためのカウンタを含むことができる。図３６のＥＳＤ事象検出回路３６は、例えばＥＳＤ事象に関連付けられる抵抗器３５にわたる電圧を検出することによって、ＥＳＤ事象の強度を検出することができる。図３６において、第１のＥＳＤ保護デバイス３４および抵抗器３５は、図３５と同様に機能する。第１のＥＳＤ保護デバイス３４は、高インピーダンスＥＳＤ保護デバイスとすることができ、モニタリングしたいＥＳＤ事象のレベルによってトリガすることができる。それで、第１のＥＳＤ保護デバイス３４は、他の図示されたＥＳＤ保護デバイス３３、４２および／または４６および／またはダイオード４４と整合する必要はない。第１のＥＳＤ保護デバイス３４の高インピーダンスは、抵抗器３５を通る電流を制限することができＥＳＤ事象に関連付けられる比較的小さなパーセンテージの電流を伝導してもよい。

図３５および３６において、ＥＳＤ感知デバイス３４は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ、図７Ｂ）に従って上記で説明したように、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスであるか、それを含むことができる。加えて、抵抗器５５は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ、図７Ｂ）に従って上記で説明したように、ヒューズであるか、ヒューズを含むことができる。

ＥＯＳ事象を検出するために、様々な検出回路３６を実装することができる。検出回路３６は、ＥＯＳを検出するように構成された任意の適切な回路を含むことができる。４つの例示的な検出回路３６ａ、３６ｂ、３６ｃおよび３６ｄについて、図３７、３８、３９および４０を参照して説明する。これらの検出回路は、本明細書で論じられる原理および利点のいずれかと関連して実施することができる検出回路例である。さらに、検出回路例のいずれかの特徴は、他の検出回路例のいずれかと組み合わせて実施することができる。

図４９は、一実施形態による検出回路３６ａおよびＥＳＤ保護デバイス３４を含む概略図である。検出回路３６ａは、比較器を含む。図示のように、抵抗器３５は、ＥＳＤ保護デバイス３４と接地との間に配置される。抵抗器３５にわたって発生する電圧は、基準電圧ＶＲＥＦと比較することができる。抵抗器３５の抵抗値および基準電圧は、ＥＳＤ事象が発生したことを示すために、閾値レベルを超えるＥＳＤ事象が比較器をトリガするように選択することができる。抵抗器３５の抵抗値は、比較器に与えられる抵抗器３５にわたる電圧が、比較器を損傷しそうにない電圧レベルであるように選択することができる。比較器は、抵抗器３５にわたる電圧が、ＥＳＤ事象が発生したことを示す閾値を超えるときを検出するように構成された、任意の適切な回路によって実施することができる。

図３８は、別の実施形態による検出回路３６ｂおよびＥＳＤ保護デバイス３４を含む概略図である。検出回路３６ｂは、それぞれ、抵抗器３５にわたる電圧を異なる基準電圧（それぞれ、ＶＲＥＦ１、ＶＲＥＦ２、およびＶＲＥＦＮ）と比較するように構成された、複数の比較器３６ｂ１、３６ｂ２、および３６ｂＮを含む。任意の適切な数の比較器を実装することができる。複数の比較器３６ｂ１、３６ｂ２、および３６ｂＮを使用して、ＥＳＤ事象の強度またはレベルを検出することができる。ＥＳＤ事象のレベルは、ＥＳＤ事象の発生を検出する複数の比較器のうち比較器に供給される最大基準電圧の大きさに対応することができる。そのようにして、検出回路３６ｂは、ＥＳＤ事象の発生およびＥＳＤ事象の強度を検出することができる。

図３９は、別の実施形態による検出回路３６ｃおよびＥＳＤ保護デバイス３４を含む概略図である。図示のように、検出回路３６ｃは、比較器７２、サンプルスイッチ７４、およびアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）７６を含む。ＡＤＣ７６は、ＥＳＤ事象のレベルを決定するために使用することができる。図３７の検出回路３６ａと同様に、比較器７２は、ＥＳＤ事象の発生を検出することができる。抵抗器３５の抵抗値および基準電圧ＶＲＥＦの電圧レベルによって決定されるレベルを超えるＥＳＤ事象の発生を検出することに応答して、コンパレータ７２の出力はトグルされる。これは、サンプルスイッチ７４が抵抗器３５にわたる電圧をサンプリングすること生じさせる。サンプリングされた電圧は、ＡＤＣ７６によってデジタル電圧レベルに変換することができる。ＡＤＣ７６の出力は、ＥＳＤ事象のレベルを示すことができる。そのようにして、検出回路３６ｃは、検出されたＥＳＤ事象に関連付けられる情報を提供することができ、その情報は、ＥＳＤ事象の発生およびＥＳＤ事象に関連付けられるレベルを指すことができる。

図４０は、別の実施形態による検出回路３６ｄおよびＥＳＤ保護デバイス３４を含む概略図である。検出回路３６ｄは、ＥＳＤ保護デバイス３４にわたる電圧が比較器７２をトリガし、ＥＳＤ事象のレベルを検出するために使用されることを除いて、検出回路３６ｃと同様である。ＥＳＤ保護デバイス３４がトリガされると、スナップバックモードに入り、抵抗値を有するホールド電圧に保持することができる。ホールド電圧は、ＥＳＤ事象の発生およびＥＳＤ事象のレベルを検出するために使用することができる。ＥＳＤ保護デバイス３４は特徴付けることができ、その後、特徴付けデータは、ＥＳＤ事象のレベルを判定するために使用することができる。

図３７、図３８、図３９および図４０に示すように、ＥＳＤ保護デバイス３４は、いくつかの実施形態（例えば、図５Ａ、図７Ａ）に従って上述したように、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタまたは保護デバイスであることができ、またはそれを含むことができる。加えて、抵抗器３５は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ）に従って上述したように、ヒューズであるか、またはヒューズを含むことができる。

様々なメモリは、本明細書で論じる検出回路によって検出される電気的過剰ストレス事象を示す情報を格納することができる。そのようなメモリは、不揮発性メモリおよび／または揮発性メモリを含むことができる。

特定の実施形態では、ＥＯＳの検出は、特定の条件下でデータを記憶するように構成されたメモリ素子によって実施することができる。図４１は、一実施形態によるＥＳＤ事象に関連付けられる情報を検出し記憶するように構成された例示的な検出およびメモリ回路９０の概略図である。検出およびメモリ回路９０は、図３３の検出回路１６およびメモリ１７の機能を実施することができる。

検出およびメモリ回路９０は、ヒューズを含む。ヒューズは、データを記憶し、および／または製造後のデバイス機能を変更することができる不揮発性メモリの一種である。検出およびメモリ回路９０は、ヒューズバンク９２および９４、ヒューズバンク選択回路９６、およびヒューズバンク読み出し回路９８を含む。１つ以上のヒューズバンクのヒューズは、所定のＥＳＤ事象レベルで溶断するように構成することができる。選択されたヒューズバンクの異なるヒューズは、異なるＥＳＤ事象レベルで溶断することができる。ヒューズバンク読み出し回路９８は、１つ以上のヒューズバンク９２および９４から読み出して、ＥＳＤ事象が発生したかどうか、およびＥＳＤ事象に関連付けられるレベルを判定することができる。例えば、ヒューズのいずれかが溶断した場合、ＥＳＤ事象の発生を検出することができる。ＥＳＤ事象に関連付けられるレベルは、どのヒューズが溶断されたかに基づいて検出することができる。検出およびメモリ回路９０は、電子デバイスに電力が供給されていなくても動作することができる。ヒューズバンク内のヒューズが溶断されると、ヒューズバンク選択回路９６は、ＥＳＤ事象を検出するために異なるヒューズバンクを選択することができるように、ヒューズはワンタイムプログラム可能であり得る。検出およびメモリ回路９０は、正および負の両方の極性のＥＳＤ事象を検出することができる。図４１は、例示の目的でヒューズを参照して説明されているが、この図で論じた原理および利点は、アンチヒューズのような他のヒューズ素子、および／または異なる電圧によって選択的に活性化することのできる他のメモリ素子にも適用することができる。

ＥＯＳ事象検出は、デバイスを完全に損傷させることなくデバイスを時間経過させる非致命的なＥＯＳ事象を検出できる。そのような機能は、他の回路よりもわずかに低いブレークダウンを有する回路をモニタリングすることができ、回路に関する時間経過情報を提供する。図４２は、一実施形態によるＥＳＤ事象検出回路３６を有する電子デバイス１００の一部の概略図である。電子デバイスは、第１のＥＳＤ保護デバイス１０２および第２のＥＳＤ保護デバイス１０４を含む。

第１のＥＳＤ保護デバイス１０２は、比較的低いブレークダウン電圧および比較的小さな物理面積を有するダイオードであり、第２のＥＳＤ保護デバイス１０４は、比較的高いブレークダウン電圧および比較的大きな物理面積を有するダイオードであることができる。これらのＥＳＤ保護デバイスはダイオードとして図示されているが、他の適切なＥＳＤ保護デバイスを代わりに実装することもできる。第１のＥＳＤ保護デバイス１０２は、第２のＥＳＤ保護デバイス１０４よりも低い電圧でトリガすることができる。例示的な例では、第１の保護デバイス１０２は約６．５ボルトでトリガすることができ、第２のＥＳＤ保護デバイス１０４は約７ボルトでトリガすることができる。第２のＥＳＤ保護デバイス１０４は、第１のＥＳＤ保護デバイス１０２より多くの電流を取り扱うことができる。例えば、熱暴走を防止し、および／または検出回路３６に電圧を供給するために、抵抗器３５を第１のＥＳＤ保護デバイス１０２と直列にすることができる。図３６において、ＥＳＤ保護デバイス１０２は、様々な実施形態（例えば、図５Ａ、図７Ａ）に従って上述したように、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタまたは保護デバイスで置き換えるか、それを含むことができる。加えて、抵抗器３５は、様々な実施形態（例えば、図７Ａ）に従って上述したように、ヒューズであるか、ヒューズを含むことができる。

第１のＥＳＤ保護デバイス１０２で、第２のＥＳＤ保護デバイス１０４をトリガするための閾値を下回るＥＳＤ事象を検出することができ、関連データは、部品の「正常性」の年齢／状態を判定するために使用することができる。第１のＥＳＤ保護デバイス１０２によって提供されるＥＳＤ保護は、内部回路を保護するのに十分ではないかもしれないが、第１のＥＳＤ保護デバイス１０２によって提供されるＥＳＤ保護は、第２のＥＳＤ保護デバイス１０４の有効性を低下させるはずである、第２のＥＳＤ保護デバイス１０４と直列の抵抗を含んでいない第２のＥＳＤ保護デバイス１０４で、何が起きているかをモニタリングする方法を提供することができる。

検出回路３６は、抵抗器３５にわたる電圧を用いてＥＳＤ事象を検出することができる。検出回路３６は、ＥＳＤ事象が検出されるたびに、ヒューズを溶断する、および／または別のメモリをロードすることができる。一定数のＥＳＤ事象（例えば、１０の事象）が検出された後、警報信号を提供することができる。例えば、すべてのヒューズが溶断する、および／またはメモリセルがオーバフローする可能性があるときに、警報信号をトグルすることができる。警報信号は、デバイスがＥＳＤ事象によって老朽化していることを警告する警報を提供することができる。

ＥＯＳ検出回路は、ダイレベルおよび／またはシステムレベルで機能安全情報を提供することができる。ダイレベルでは、ＥＯＳ事象の記録およびモニタリングは、ダイの機能安全性の指標を提供することができる。そのような情報は、ダイの外部に報告することができる。ダイの機能安全に関する警告を提供するために、および／またはダイの交換のような措置を取ることを示唆するために、警報信号をダイの外部に提供することができる。システムレベルでは、ＥＯＳ事象を検出することは、システムレベルでの機能安全に関する情報を提供できる。そのような情報は、例えば、予知保全のために使用することができる。

ＥＯＳ事象を検出するように構成された機能安全回路は、ダイ内に、および／またはシステムレベルで組み込むことができる。モニタリングの信頼性および／または品質が望まれる、ある高価なおよび／またはカスタムの集積回路システムにとって、ＥＯＳ事象（例えば、システムの外部から印加された電流サージおよび／または電圧サージ）を感知する能力を有すること、および、検出されたＥＯＳ事象に関連付けられる情報を、例えば外部的に、記録し提供することができること、は有利であり得る。そのような情報は、集積回路システムの外部に提供することができ、および／または機能安全問題があることを示すために集積回路システム内に警報を設定することができる。機能安全回路は、３Ｄ垂直統合システム内の積み重ねダイおよび／または予め製造された層／構成要素を含む様々な状況で実装することができる。様々な実施形態によれば、ＥＯＳ事象を検出するように構成された機能安全回路は、安全回路が集積されたスタンドアロンデバイスとして、単一のダイレベルで機能安全を提供するように構成された集積回路ダイの一部として、システムインパッケージ（ＳＩＰ）／モジュールの機能安全がモニタリングされ通信される（例えば、無線で）ような機能安全回路を含む部品／チップ／組立構造の一部として、または外部保護デバイス（例えば、外部ダイオード）の「正常性」／寿命／有効性がモニタリングされ、いくつかの状況下で外部通信／警報が作動されるような機能安全回路を包含するモジュール／ＳＩＰ／垂直統合システムの一部として、実装することができる。

図４３は、一実施形態による機能安全回路を含むダイ１１２を含む積み重ねダイ１１０の図である。積み重ねダイ１１０は、１つ以上の他のダイ１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと積み重ねられたダイ１１２を含むことができる。機能安全回路は、ＥＯＳ事象の検出、ＥＯＳ事象に関連付けられる情報の格納、ＥＯＳ事象の報告、ＥＯＳおよび／またはＥＳＤ保護の提供、など、またはその任意の組み合わせに関連付けられた、本明細書で論じる特徴の任意の組み合わせを実装することができる。例えば、ダイ１１２の機能安全回路は、過電圧事象または別のＥＯＳ事象を検出および記録することができる。いくつかの例では、機能安全回路は、ＥＯＳ事象の強度、持続時間、周波数、またはそれらの任意の組み合わせを記録することができる。機能安全回路は、積み重ねダイ１１０の外部のデバイスに、例えば、一実施形態ではアンテナによって無線で、記録された情報を外部に送信することができる。

図４４は、一実施形態による機能安全回路を含むシステムインパッケージ（ＳＩＰ）１２０の図である。機能安全回路を含むダイ１１２は、回路ボード１２２上に他の部品と共に配置することができる。ダイ１１２および他の部品は、単一のパッケージ内に収容することができる。パッケージ１２０内のシステムは、ダイ１１２および他の部品を封入する封入材および／またはモールドコンパウンド１２４を含むことができる。本実施形態では、機能安全回路は、システムの有効な正常性に関してインジケータを提供することができる。インジケータは、ダイ１１２および／または他の部品によって、例えば、無線で、またはパッケージ１２０内のシステムの出力接点に提供されることによって、システムから外部に伝達されることができる。

図４５は、一実施形態による機能安全回路を含む集積回路システム１３０の図である。集積回路システム１３０は、様々な用途を対象とする機能を提供するように構成することができる。例えば、集積回路システム１３０は、自動車用途（例えば、パワーステアリング）用に構成された自動車電子システムとすることができる。別の例として、集積回路システム１３０は、航空機用途のために構成された航空電子システムなどの車両電子システムとすることができる。別の例では、集積回路システム１３０は、医療モニタリング（例えば、心拍数のモニタリングおよび／または別の生理学的パラメータのモニタリング）および／または他の医療用途のために構成された医療電子システムとすることができる。図示の集積回路システム１３０は、図４４のパッケージ１２０内のシステムおよびシステムボード１３２上の他の部品を含む。パッケージ１２０内のシステムの機能安全回路は、パッケージ１２０内のシステムの外部にある集積回路システム１３０の保護デバイスで潜在的な故障を示す情報を提供することができる。例えば、集積回路システム１３０の故障したダイオードは、ある望ましくない静電流および／または電流サージを防止することができないかもしれない。パッケージ１２０内のシステムの機能安全回路は、そのようなＥＯＳ事象をモニタリングし、記録することができる。機能安全回路は、そのような問題の外部警告を提供することができる。機能安全回路は、集積回路システム１３０の寿命の指標を提供することができる。

図４６は、一実施形態による、電気的過剰ストレス事象に関連付けられる電荷を蓄積し、電気的過剰ストレス事象の発生を検出するように構成された例示的な電子デバイス１５０の概略図である。電子デバイス１５０は、過剰ストレスモニタリング回路をＥＯＳ事象を検出するように構成された検出回路とどのように組み合わせることができるかの例を図示する。ＥＳＤ事象の脈絡の中で別の例が図３６に示されている。図４６において、ＥＳＤ感知デバイス１４は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ）に従って上述したように、その間にギャップを有する導電性構造体の対を含むＥＯＳモニタデバイスであるか、それを含むことができる。加えて、抵抗器１５は、いくつかの実施形態（例えば、図７Ａ）に従って上述したように、ヒューズであるか、またはヒューズを含むことができる。

高性能化のために、ＥＳＤ保護デバイスの特定の物理レイアウトを実装することができる。以下で論じる物理的レイアウトは、本明細書で論じるＥＯＳ保護デバイスのいずれかと関連して実装することができる。物理的レイアウト例が図４７Ａ〜４７Ｃに図示されている。

図４７Ａは、ＥＳＤ保護デバイス２３０の物理的レイアウトの例を提供する。図４７Ａにおいて、ＥＳＤ保護デバイスは、平面図で環状構造である。これは、比較的高い電流処理能力を可能にすることができる。ＥＳＤ保護デバイス２３０のアノード２３２およびカソード２３４は、ボンドパッド２３６の周囲に設けることができる。ＥＳＤ保護デバイスの最も弱い点は、間隔、抵抗、および／または曲率の増加があっても、典型的には最も高い電場を有する場所であるため、フィンガの端にある可能性がある。環状ＥＳＤシリコン制御整流器（ＳＣＲ）は、ボンドパッドを囲む円形デバイスに似せてシステムレベルＥＳＤ保護のために使用することができる。このようなＳＣＲは、米国特許第６，２３６，０８７号に記載されている特徴の任意の組み合わせを含むことができ、その全技術開示は参照により本明細書に組み込まれる。

平面図で環状形状のＥＳＤ保護デバイスは、比較的大きな周囲面積を有することができ、したがって電流が流れることができる比較的大きな断面積を有することができる。一例として、周囲長は約４００マイクロｍとすることができ、ダイオード接合は約３マイクロｍの深さとすることができ、したがって断面積は約１２００マイクロｍ２とすることができる。加えて、環状構造では、４つの側面のボンドパッドから金属が出ることができる。これは、ＥＳＤザップに対する抵抗を実質的に最小にするために結合することができ、したがって、チップ内部の敏感な回路によって経験される電圧を実質的に最小化することができる。ＥＳＤザップに対するより低い抵抗経路を提供し得る別のアプローチは、純粋な垂直ダイオードであり、ここで伝導はシリコンを通して垂直下向きである。そのようなダイオードでは、１００マイクロｍ×１００マイクロｍのパッドの場合、断面積は１０，０００マイクロｍ２であり、一方の側には厚い低抵抗の金属パドルがあり、他方の側には近接している低抵抗のボンディングワイヤーがあることができるので、金属抵抗も比較的小さい。

いくつかの例では、円形構造の場合、接合部全体に実質的に同じ電界が存在し得るので、理想的なＥＳＤデバイスは円形であり得る。円形ＥＳＤデバイスのレイアウトは面積効率が悪く、および／または内部アノードが外部カソードよりも接合面積が小さくなってしまう。円形ＥＳＤデバイスレイアウトは、ほぼ同じ面積を消費する他の一般的なＥＳＤレイアウトよりも大きな電流を導通することができる。円形ＥＳＤデバイスレイアウトは、ＥＯＳ事象に関連付けられる電流のような比較的大きな電流を導通することができる。したがって、そのようなＥＳＤデバイスレイアウトは、ＥＳＤデバイスが、ＥＯＳ事象に関連付けられるエネルギーを収穫するために使用される特定の用途において望ましいものとなり得る。

図４７Ｂは、ＥＳＤデバイス２３７の物理的レイアウトの例を提供する。ＥＳＤデバイス２３７の物理的レイアウトは、平面的に見て比較的大きな円形である。これは、アノード２３２とカソード２３４との間の接合面積の差を小さくすることができる。

図４７Ｃは、ＥＳＤデバイス２３８の物理的レイアウトの例を提供する。ＥＳＤデバイス２３８は、小さい円形ＥＳＤデバイス２３９の比較的高密度のアレイによって実装される。小さな円形ＥＳＤデバイス２３９は、横方向および／または縦方向にお互いに突き合わせることができる。小さな円形ＥＳＤデバイス２３９のアレイは、例えば、スマートウォッチなどのウェアラブルコンピューティングデバイスに実装することができる。

図４８は、別のＥＳＤ保護デバイス２４０を図示しており、ここで、電流サージは下の層に垂直に導通する。ＥＳＤ保護デバイス２４０において、電流は、Ｎ領域２４２の下の面２４４を通して接地に消散することができる。Ｎ領域２４２を半円筒として考えると、ＥＳＤ保護デバイス２４０は対応する環状形状のＥＳＤ保護デバイスよりも大きな面積２４４を有するので、ＥＳＤ保護デバイス２４０は環状ＥＳＤ保護構造に比べてより大きな電流を流すことができる。これらの原理は、ＥＳＤザップ／電流サージを利用する構造体の電流搬送能力を最適化するときに適用することができる。

いくつかの実施形態では、ＥＯＳ事象に関連付けられる電荷を蓄積するためにＥＯＳ事象を利用することができるスケールアップされた構造体を、垂直統合システム内に設けることができる。図３７は、そのような機能を有する垂直統合システム２５０の例を提供する。垂直統合システム２５０は、より大きなサージを処理することができ、かつ／または蓄電層とリンクすることができるように、分離および／またはスケールアップされたＥＯＳ保護デバイスを含むことができる。垂直統合システム２５０は、ＥＳＤ保護層２５２、絶縁層２５４、および蓄電層２５６を含む。ＥＳＤ保護層２５２は、ＥＳＤ保護デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＥＳＤ保護層２５２は、ＥＳＤ事象を検出するための検出回路を含むことができる。ＥＳＤ保護層２５２は、信号が垂直統合システム２５０の外部に無線送信されることを可能にするコイル２５３または他の構造体を含むことができる。代替的にまたは追加して、垂直統合システム２５０の１つ以上の他の層は、信号が垂直統合システム２５０の外部に無線送信されることを可能にするコイル２５３または他の構造体を含むことができる。コイルまたは他の構造体は、ＥＳＤ事象を示す情報および／または外部システム安全保護に欠陥があるいるという警告を送ることができる。絶縁層２５４は、ＥＳＤ保護層２５２を蓄電層２５６から絶縁する役割を果たすことができる。１つ以上のビア２５５および／または他の電気経路が、ＥＳＤ層から蓄電層２５６に電荷が流れることを可能にする。蓄電層２５６は、ＥＳＤ事象に関連付けられる電荷を蓄積するように構成された１つ以上のキャパシタおよび／または他の蓄電素子のような、本明細書で論じる蓄電素子のいずれか１つを含むことができる。蓄電層２５６に蓄えられた電荷は、他の回路に提供することができる。

図５０は、一実施形態による、ＥＳＤ保護および過剰ストレスモニタリング回路を含む垂直統合システム２６０の概略図である。垂直統合システム２６０は、ＥＳＤ保護チップ２６１、蓄電チップ２６３、および能動側２６５を有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２６４を含む。ワイヤボンド２６６は、ＥＳＤ保護チップ２６１および／またはＡＳＩＣ２６４に電気的接続を提供することができる。モールドコンパウンド２６７は、他の図示された素子を単一パッケージ内に収容することができる。ＥＳＤ保護チップ２６１は、ＥＳＤ事象に関連付けられるエネルギーを蓄電チップ２６３の蓄電素子に提供するように構成されたＥＳＤ保護デバイスを含むことができる。図示のように、ＥＳＤ保護チップ２６１と蓄電チップ２６３は、ＡＳＩＣ２６４と垂直積み重ねで配置される。誘電体層または他のダイアタッチ層のような絶縁層２６２が、図３８の異なるチップ間に図示されている。

ＥＳＤ保護デバイスをＡＳＩＣ２６４とは別のチップ上に有することにより、ＥＳＤ保護デバイスは、ＥＳＤ保護デバイスがＡＳＩＣ２６４に含まれる場合より強い大きさのＥＳＤ事象を処理するように構成することができる。ＥＳＤ保護チップ２６１は、蓄電チップ２６３と電気的に接続されている。蓄電チップ２６３は、ＡＳＩＣ２６４に電気的に接続することができる。図３８のチップ間の電気的接続は、ワイヤボンド、シリコンビアを通して、などを含むことができる。蓄電層２６３は、ＥＳＤ事象から収穫されたエネルギーを使用してＡＳＩＣ２６４の動作に給電することができる。集積回路システム２６０は、外部的に発生したＥＳＤ事象がＡＳＩＣ２６４を給電するために使用することができるパッケージ内のシステムを提供することができる。比較的少量の電力がＥＳＤ事象から収穫されても、全システムが比較的多数（例えば、数百または数千）の垂直統合システムを含む場合には、総システム電力の累積的削減が時間的に有意であり得る。

図５１は、一実施形態による、単一チップ上のＥＳＤ保護および過剰ストレスモニタリング回路を含む垂直統合システム２７０の概略図である。結合されたＥＳＤ保護および蓄電チップ２７２は、ＥＳＤ事象からのエネルギーを利用することができる回路と、ＥＳＤ事象に関連付けられる電荷を蓄積するように構成された蓄電素子とを含む。結合されたＥＳＤ保護および蓄電チップ２７２は、ＡＳＩＣ２６４と積み重ねることができる。ＥＳＤ保護デバイスと蓄電素子を単一のダイに結合することにより、ピラミッド構成で積み重ねられた２つの別個のダイに対して、垂直統合されたシステムの高さを低減することができる。ＥＳＤ保護デバイスと蓄電素子を単一のダイに結合することにより、別々に積み重ねられた２つのダイに対するサージ導通点および蓄電素子からの経路の長さおよび／または抵抗を低減することができる。ＡＳＩＣ２６４は、結合されたＥＳＤ保護および蓄電チップ２７２の蓄電素子から電荷を受け取ることができる。ＡＳＩＣとは別のチップに過剰ストレスモニタリング回路を有することは、ＥＳＤ保護デバイスなどのＥＯＳ保護デバイスが、より大きなＥＳＤ事象などのより大きなＥＯＳ事象から電荷を蓄積するようにスケールアップすることができる。

図５２は、一実施形態による、ＥＯＳ保護デバイス２８２、蓄電素子２８４、および処理回路２８６を備えたダイ２８０を図示する。マイクロレベルでは、ＥＯＳ保護デバイス２８２は、同じダイ２８０内の蓄電素子２８４および処理回路２８６から分離することができる。図示した実施形態では、ダイ２８０は、蓄電素子２８４が電源として処理回路２８６に電気的に接続されるチップ内でシステムを実現するように区画化されている。図示のように、ダイ２８０は、同心型セクションに分割される。ダイ２８０の異なるセクションは、シリコン基板などの単一の半導体基板上で組み合わせることができる。選択部分を基板から分離することができるトレンチアイソレーション型作成プロセスが、ダイ２８０の異なる部分を製造するために使用することができる。

図５３は、一実施形態による、ＥＯＳ保護デバイス２８２、蓄電素子２８４、および処理回路２８６を備えたダイ２９０を示す。ダイ２９０は、異なる回路区画２８２、２８４、２８６が分離障壁２９２によって分離され、並んで配置されるよう構成された区画化された配置を含む。分離障壁２９２は、レンチアイソレーションを含むことができる。トレンチは、誘電材料などの絶縁材料を含むことができる。一実施形態では、分離層は、区画化されたダイのＥＯＳ保護デバイスの一部またはすべての周囲に含めることができる。代替的または追加的に、誘電体層のような絶縁層は、ＥＯＳ保護デバイス２８２および／または蓄電素子２８４を覆うことができる。

過剰ストレスモニタリング回路は、モバイルおよび／またはウェアラブルデバイスに実装することができる。図５４Ａおよび図５４Ｂは、外部ケーシング３０２内に埋め込まれた導管３０４を有する外部ケーシング３０２を含むモバイルおよび／またはウェアラブルデバイス３００の実施形態を図示する。携帯電話および／または他のハンドヘルドデバイスなどのモバイルデバイスは、静電荷などの外部の電荷源を収穫するように配置された導管３０４を含むことができる。図５４Ｂに示すように、電気接続３０６は、導管３０４から過剰ストレスモニタリング回路に電荷を転送することができる。過剰ストレスモニタリング回路は、図示のように、パッケージ１２０内のシステムに具体化することができる。外部ケーシング３０２は、モバイルデバイスの外部ケーシング３０２内に含まれる過剰ストレスモニタリング回路への電荷の送達を強化および／または最適化するように構成することができる。モバイルおよび／またはウェアラブルデバイス３００はまた、ＥＯＳ電荷を増強、例えば最大化、するように構成されたシステム内に組み入れることもできる。例えば、発生したＥＳＤが最適化／最大化されるように、摩擦電気系列表に基づいて材料を選択することができる。ウェアラブルデバイスはまた、デバイスが装着されている間の摩擦／移動／相互作用が発生したＥＳＤ電荷を増強、例えば最大化、するような材料に取り付け、または接続することができる。いくつかの実施形態では、上述した導電性構造体の対は、ウェアラブルデバイス３００で発生したＥＳＤ電荷から収集されたエネルギーを蓄積するための蓄積キャパシタの電極として働くことができる。すなわち、電荷を発生させる異なる材料から構築された動く機械部品と同様に、同様の原理をウェアラブルデバイス３００に適用することができる。

例えば、モバイルまたはウェアラブルデバイスは、（ユーザによる）動きが電荷を発生するために層間に摩擦および／または動きを引き起こすように、異なる材料／織物で形成されたリストストラップを組み入れることができる。材料／衣類は、衣類（またはウェアラブルデバイス）が着用されるとき、電荷（これは、その後、蓄電素子に転送する導電性ビアを通して収穫することができる）を発生するように、異なる材料／複合材料／層から構築することができる。例えば、材料は、着用者の屈曲／動きに応じて互いに擦るように構成された構成部品／繊維／層で構築することができる。リストストラップ（皮膚に接触することができる導電性ビアを有する図５４Ｃに示されたものと同様のモジュールに接続されている）は、着用者の動きに応じて互いに擦る構成部品／繊維／可動部品で構築することもできる。

人は標準的な運動活動を通して電荷を発生させる。アース用ストラップは、操作よって発生したＥＳＤから敏感なデバイス／システムを保護するために、電子業界全体で広く使用されている。ＥＳＤ電荷の発生は、衣服／リストストラップ／皮膚に接して置くことができる構造体を構築することによって（また、この出願に示されているような他のデバイス／部品／回路に接続して）収穫のために増強することができる。特定の用途（例えば、運動／持久力活動）において、激しい動きは、特定の比較的低い電力および／または断続的な機能を実行するために（電荷を伝導／収穫／分配するために埋め込まれた関連する回路および蓄電装置を有する適切に構築された材料と結合された）十分な量の電荷を発生することができる。他の用途（例えば、医療）では、ウェアラブルデバイス３００は、いくつかのモニタリング活動に給電するのに十分なエネルギーを収穫するように構成することができる。

モバイルデバイス３００の特徴の任意の組み合わせは、スマートウォッチおよび／またはウェアラブルヘルスケアモニタリングデバイスなどの任意の適切なウェアラブルデバイスに適用することができる。例えば、図５４Ａおよび／または５４Ｂの実施形態の原理および利点のいずれかは、ウェアラブルデバイスに適用することができる。図５４Ｃは、外部ケーシング３０２および導管３０４を有するウェアラブルデバイス３０５を図示する。ウェアラブルデバイス３０５は、皮膚と接触するように構成することができる。外部ケーシング３０２上の導管３０４は、外部源からのＥＯＳ事象からの電荷の収穫を増強および／または最適化するように構成することができる。導管３０４の材料の形状および／または配置は、電荷の収穫を増強および／または最適化することができる。例えば、発生したＥＳＤが最適化／最大化されるように、摩擦電気系列表に基づいて材料を選択することができる。ウェアラブルデバイスはまた、デバイスが装着されている間の任意の摩擦／動き／相互作用が発生したＥＳＤ電荷を最大にするように、材料に取り付けられるかまたは接続することができる。これは、着用している間に相互作用し／擦れ合う異なる材料を結合することによって達成することができる。例えば、スマートウォッチ／医療デバイスのストラップは、（摩擦電気系列表に基づいて）着用している間に最大のＥＳＤ電荷を発生する材料から構築することができる。また、蓄電素子（電荷を収穫するための）／導管（蓄電素子からＥＳＤ事象の現場までの）／および電荷を分配するためのシステムは、ＥＳＤを発生／収穫するために特別に構築された衣類／織物内に埋め込むことができる。

結び
上述の実施形態において、電気的過剰ストレス事象を感知するための装置、システム、および方法が、特定の実施形態に関連して記載されている。しかしながら、実施形態の原理および利点は、電気的過剰ストレス事象に対する感知および／または保護を必要とする任意の他のシステム、装置、または方法に使用することができることが理解されよう。

本明細書に記載の原理および利点は、様々な装置において実施することができる。そのような装置の例には、民生用電子製品、民生用電子製品の部品、電子試験装置などを含むことができるが、これらに限定されない。民生用電子製品の部品の例には、クロッキング回路、アナログ−デジタル変換器、増幅器、整流器、プログラマブルフィルタ、減衰器、可変周波数回路などが含まれる。電子デバイスの例は、メモリチップ、メモリモジュール、光ネットワークまたは他の通信ネットワークの回路、およびディスクドライバ回路を含むこともできる。民生用電子製品には、無線デバイス、携帯電話（例えば、スマートフォン）、セルら基地局、電話、テレビ、コンピュータモニタ、コンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＣＤプレーヤー、デジタルビデオレコーダー（ＤＶＲ）、ＶＣＲ、ＭＰ３プレーヤー、ラジオ、カムコーダー、カメラ、デジタルカメラ、携帯用メモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機／乾燥機、コピー機、ファクシミリ、スキャナ、腕時計、スマートウォッチ、時計、ウェアラブルヘルスモニタリングデバイスなどを含むことができるが、これらに限定されない。さらに、装置は、未製品を含むことができる。

文脈が明らかに他に必要としない限り、明細書および特許請求の範囲を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの語は、排他的または網羅的な意味ではなく、包括的な意味で解釈されるべきである。言い換えれば、「含むが、これに限定されない」という意味である。本明細書で概して使用される、「結合された」または「接続された」という用語は、直接接続されるか、または１つ以上の中間要素によって接続され得る２つ以上の要素を指す。加えて、本出願で使用される場合、「本明細書」、「上」、「下」および類似の用語は、本出願全体を参照するものとし、本出願の特定部分には言及しないものとする。文脈が許す限り、単数または複数の数字を用いた詳細な説明の中の語は、それぞれ複数または単数を含んでもよい。２つ以上の項目のリストを参照して「または」という語は、次のすべての語の解釈、すなわちリスト内の項目のいずれか、リスト内のすべての項目、およびリスト内の項目の任意の組み合わせ、を網羅することを意図している。本明細書で提供されるすべての数値は、測定誤差内で類似した値を含むことを意図している。

さらに、とりわけ、「できる（ｃａｎ）」、「できる（ｃｏｕｌｄ）」、「してもよい（ｍｉｇｈｔ）」、「してもよい（ｍａｙ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「〜のような」などのような、本明細書で使用される条件言語は、特に明記しない限り、または使用されている文脈の中で他の意味で理解されない限り、特定の実施形態は含むが、他の実施形態は特定の特徴、要素および／または状態を含まないことを伝えることを概して意図している。

本明細書で提供される本発明の教示は、必ずしも上記のシステムではなく、他のシステムにも適用することができる。上記の様々な実施形態の要素および動作は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本明細書で論じる方法の動作は、適宜、任意の順序で実行することができる。さらに、本明細書で論じる方法の動作は、適宜、直列または並列で実行することができる。

本発明の特定の実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は単なる例示として提示されたものであり、本開示の範囲を限定するものではない。実際に、本明細書に記載の新規の方法およびシステムは、様々な他の形態で具体化することができる。さらに、本開示の精神から逸脱することなく、本明細書に記載の方法およびシステムの形態における様々な省略、置換および変更がなされてもよい。添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物は、本開示の範囲および精神に含まれるようなそのような形態または改変を包含するように意図されている。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲を参照して定義される。

１００ 電子デバイス
１０４ コア回路
１０８ａ、１０８ｂ 電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）モニタデバイス
１１２ａ 高電圧電源
１１２ｂ 低電圧電源
１１４ａ、１１４ｂ 入力電圧端子
１１６ 出力端子

Claims (1)

1. 電気的過剰ストレス（ＥＯＳ）事象をモニタリングするように構成されたデバイスであって、
   ＥＯＳ事象に応答して電気的にアークするように構成された離間した導電性構造体の対を備え、前記離間した導電性構造体は、アーク放電が前記離間した導電性構造体の形状に検出可能な変化を引き起こすような材料で形成され、かつそのような形状を有し、前記デバイスは、前記離間した導電性構造体の前記形状の変化がＥＯＳモニタとして働くために検出可能であるように構成される、デバイス。

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