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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。

概要

背景

特定の電子ステムは、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。

デバイスの故障診断する、またはデバイスの寿命予測するためには、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。

概要

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。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。A

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

電気的過剰ストレス(EOS)事象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。

請求項2

前記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、請求項1に記載のデバイス。

請求項3

前記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、請求項1に記載のデバイス。

請求項4

前記形状の観察可能な変化は、前記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、請求項1に記載のデバイス。

請求項5

前記デバイスは、前記ギャップ距離の前記観察可能な増加が、視覚的に検出することができるEOS事象の発生を示すように構成される、請求項4に記載のデバイス。

請求項6

前記デバイスは、前記ギャップ距離の前記観察可能な増加が、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、請求項5に記載のデバイス。

請求項7

前記デバイスは、EOS事象が発生したかどうかを判定するために、開回路電圧を、前記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ことができるように構成される、請求項4に記載のデバイス。

請求項8

前記デバイスは、EOS事象が発生したかどうかを判定するために、漏れ電流を、前記離間した導電性構造体の対にわたって測定することができるように構成される、請求項4に記載のデバイス。

請求項9

前記離間した導電性構造体の対は、半導体基板集積される、請求項1に記載のデバイス。

請求項10

前記離間した導電性構造体は、前記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、請求項9に記載のデバイス。

請求項11

前記離間した導電性構造体の対は、ヒューズ直列接続される、請求項1に記載のデバイス。

請求項12

半導体デバイスをモニタリングする方法であって、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であって、前記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)事象に応答して電気的にアークするように構成される、提供することと、電気パルスが離間した導電性構造体の対の間の前記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、前記導電性構造体の対をモニタリングすることと、を含む、方法。

請求項13

モニタリングすることは、前記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、前記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、請求項12に記載の方法。

請求項14

モニタリングすることは、前記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前記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、請求項12に記載の方法。

請求項15

モニタリングすることは、前記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前記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、請求項12に記載の方法。

請求項16

モニタリングすることは、外観の変化として前記ギャップに境する前記導電性構造体の末端を視覚的に検査することによって、前記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、請求項12に記載の方法。

請求項17

電気的過剰ストレス(EOS)モニタリングデバイスであって、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、前記導電性構造体の対は、電気的に並列接続され、前記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、電気的過剰ストレス(EOS)モニタリングデバイス。

請求項18

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、請求項17に記載のEOSモニタリングデバイス。

請求項19

前記半導体ベースのEOS保護デバイスは、前記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、請求項18に記載のEOSモニタリングデバイス。

請求項20

前記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、前記離間した導電性構造体の対および前記コア回路は、前記離間した導電性構造体の対が、前記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つの共通電端子に電気的に接続されるように構成される、請求項17に記載のEOSモニタリングデバイス。

技術分野

0001

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。

0002

開示された技術は、概して、電気的過剰ストレス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。

背景技術

0003

特定の電子ステムは、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。

0004

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。

0005

デバイスの故障診断する、またはデバイスの寿命予測するためには、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。

先行技術

0006

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

課題を解決するための手段

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

いくつかの実施形態では、離間した導電性構造体の対は、半導体基板集積される。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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

0024

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。

0025

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分流するように構成される。

0026

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。

0027

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つの共通電端子に電気的に接続される。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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推定することと、を含む。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

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。

0057

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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

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。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

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。

0067

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。

0068

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。

0069

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。

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

いくつかの実施形態では、基板は半導体基板である。

0076

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。

0077

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。

0078

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。

0079

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。

0080

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。

0081

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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

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。

0088

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。

0089

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。

0090

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。

0091

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。

0092

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。

0093

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。

0094

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。

0095

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。

0096

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。

図面の簡単な説明

0097

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。
電子回路印加パルス幅に対する故障に至る電力密度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。

実施例

0098

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。

0099

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。

0100

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トランシーバ集積回路ロバスト性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。

0101

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。

0102

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(Vdd)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。

0103

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診断情報を提供する。

0104

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。

0105

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。

0106

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。

0107

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VddまたはVccのような高電圧電源112aおよび例えばVssまたはVee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VTR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VTR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。

0108

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。

0109

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、V1、V2およびVoutの任意の2つの電圧ノード間に配置することができる。

0110

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。

0111

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VTR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VTR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VTRが初期VTR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。

0112

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、107V/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。

0113

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。

0114

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VTR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。

0115

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、RuO2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。

0116

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。

0117

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1361、1362、1363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1401、1402、1403を含むアノード140によって形成される。

0118

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。

0119

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。

0120

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。

0121

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。

0122

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。

0123

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1361、1362、1363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1401、1402、1403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1361、1362、1363、およびアノード導電性構造体1401、1402、1403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1361および1401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1362/1402および1363/1403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。

0124

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。

0125

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I2t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、I2t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I2t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尺度となり得る。

0126

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。

0127

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。

0128

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。

0129

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。

0130

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。

0131

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。

0132

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。

0133

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VTR1、VTR2、...VTRn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。

0134

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。

0135

動作中、EOS事象に応答して、ESDデバイス312はESDトリガ電圧VTRESDでトリガされ、続いてそれぞれVTR ESDよりも低いVTR1、VTR2、...VTRn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。

0136

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。

0137

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。

0138

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。

0139

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VTR1、VTR2、...VTRn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。

0140

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。

0141

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。

0142

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。

0143

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VTRESDでトリガされ、続いてそれぞれVTR ESDよりも低いVTR1、VTR2、...VTRn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。

0144

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。

0145

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VBD1およびVBD2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。VBD1は、離間した導電性構造体の対のトリガ電圧(VTR)に対応してもよく、VBD2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(VTR)または閾値電圧(VTH)に対応してもよい。EOS事象の電圧がVBD2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VBD2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VBD1と第1のホールド電圧VH1との間、およびVBD2と第2のホールド電圧VH2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VH1およびVH2において、対応するホールド電流値はそれぞれIH1およびIH2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VBD1は、EOS保護デバイスのVBD2およびVH2よりも低い。離間した導電性構造体VBD1がEOS保護デバイスのVBD2およびVH2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。

0146

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VH1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VPWR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、VPWR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。

0147

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VTR1、VTR2、...VTRn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。

0148

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VTR1、VTR2、...VTRn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。

0149

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VTR1、VTR2、...VTRn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

0150

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VPWR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。

0151

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。

0152

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。

0153

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。

0154

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。

0155

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

0156

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。

0157

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。

0158

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。

0159

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。

0160

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、RTLT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。

0161

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。

0162

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。

0163

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。

0164

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。

0165

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。

0166

EOS事象の視覚的および電気的検出
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。

0167

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。

0168

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。

0169

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。

0170

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。

0171

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(Pf/A)は、1/τに比例することができ、Pf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、Pf/Aは、1/τ1/2に比例することができ、DC/定常状態レジーム2612において、Pf/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。

0172

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。

0173

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。

0174

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。

0175

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。

0176

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。

0177

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VH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VH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VHは、電源回路の電圧より高くてもよい。これは、例えばVH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VH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。

0178

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VH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VH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VH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VH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VH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VH値3208Bは、比較的低いVH値を有する。

0179

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。

0180

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。

0181

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。

0182

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。

0183

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。

0184

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。

0185

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。

0186

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。

0187

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。

0188

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。

0189

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。

0190

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。

0191

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。

0192

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。

0193

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。

0194

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。

0195

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。

0196

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。

0197

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。

0198

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。

0199

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。

0200

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。

0201

図34Bは、NPNESD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。

0202

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。

0203

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。

0204

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。

0205

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。

0206

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。

0207

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。

0208

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。

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