半导体器件及检测半导体器件损坏的方法_2

文档序号:8915086阅读:来源:国知局
层。例如压力传感器或麦克风的膜结构130或膜层131中的裂缝可造成产量和可靠性的损耗。通过在膜结构中集成电测试结构140以检测损坏,器件完整性可被电检验。在不增加任何晶片成本的情况下可使用例如标准CMOS步骤和/或模块来设置在膜结构130或膜层131上和/或在膜结构130或膜层131中的功能结构。通过使用如在这里实施例中描述的半导体器件100,电损坏检测(如例如膜结构130中的裂缝检测)在前端处理、预组装、组装期间以及在现场在半导体器件寿命期间可以是可应用的。通过损坏检测,例如可增加半导体器件100的可靠性。此外,电测试结构140不引起芯片面积损失。
[0035]膜结构130例如可包括导电层。导电层可表示膜结构130的电测试结构140的至少一部分。导电层例如可被布置在膜结构130的膜层131的至少一部分上方。例如,导电层可被布置在整个膜结构130上方或仅在膜结构130的特定部分上方。导电层可与膜层131电隔离。导电层例如可由多晶硅、铝(Al)、铜(Cu)等制成或至少部分地由多晶硅、铝(Al)、铜(Cu)等构成。
[0036]缺陷检测电路例如可连接到膜131和导电层。缺陷检测电路例如可集成在半导体器件100中。例如,膜结构和缺陷检测电路可在相同半导体管芯上实现。通过使用集成的缺陷检测电路,标准COMS步骤和/或模块可用于制造。使用标准COMS步骤和/或模块可用来设置膜结构上和/或膜结构中的功能结构以在不增加晶片成本的情况下电检验半导体器件完整性。而且不存在半导体器件的集成方案的改变。裂缝检测的成本可被显著降低。
[0037]膜结构130中的裂缝可导致增加的漏电流。缺陷检测电路例如可检测漏电流的增加。膜结构130中的裂缝还可导致导电层和膜层131之间的贯穿电压(breakthroughvoltage)的下降。缺陷检测电路替换地或附加地检测导电层和膜层131之间的贯穿电压的降低。这样,漏电流的增加或者替换地或附加地导电层和膜层131之间的贯穿电压的降低可指示在膜结构130中或至少在膜结构130的一部分中(例如在膜层131中)的裂缝。
[0038]图2a示出根据示例包括集成压力传感器的半导体器件200的截面示意图。半导体器件200包括半导体衬底220。半导体器件200包括膜结构230。半导体器件200包括腔210,其被布置在半导体衬底220的至少一部分和形成压力敏感元件的膜结构230之间。半导体衬底220例如可以是单晶硅,包括例如N型衬底。膜结构230可包括外延层。P+型和N+型区域被布置为电极区域,接触区域240和半导体衬底220上方的其他区域。
[0039]半导体器件200包括通导孔250,其提供了到膜结构230的示例通路。在具有通导孔250的情况下,环境的压力可例如由于膜结构230的移动而被检测到。如果环境压力高于膜结构230下方的腔210中的压力,则腔210的体积将被压缩。另外,如果环境压力低于膜结构230下方的腔210中的压力,则腔210的体积将被解压缩。由于压力对膜结构230的作用,膜结构230的扭曲可导致膜结构240下方的腔210的压缩或解压缩。膜结构230的扭曲可由感测电路检测。感测电路例如可被集成在半导体器件200中。如图2a所示的半导体器件包括多层结构260。多层结构260例如可包括多个孔和集成在半导体器件200的各层中的另外的电部件,如例如晶体管、电阻器等。
[0040]例如,连接到可移动结构的缺陷检测电路可独立于检测可移动结构的主要功能(例如压力或加速度测量或提供麦克风或执行器功能)的感测电路而检测测试结构的电特性的改变。
[0041]而且,膜层231例如可以是外延层或例如是多晶硅层。外延层例如可具有I到8 μπι之间的厚度,例如2到7 μ m之间或例如2.7到6.7 μ m之间。
[0042]膜结构230可与半导体器件的晶体管的栅电极同时实现。栅材料(例如多晶硅)例如可用作导电层且可与膜层通过栅氧化物绝缘。栅材料和由此的膜结构的导电层例如可具有100到300nm的厚度或100到200nm之间的厚度,例如180nm、170nm或150nm。栅材料例如还可用作例如在后段制程处用于传感器释放刻蚀的刻蚀阻挡层。
[0043]半导体器件200可包括一个或多个附加特征,所述附加特征对应于上述概念或一个或多个实施例。
[0044]图2b示出图2a所示的半导体器件的膜结构部分的微观图像。腔210被布置在半导体衬底220和膜结构230之间,所述膜结构230包括布置在半导体衬底210上方的膜层231。膜结构230包括如例如电测试结构的一部分的导电层240。
[0045]图3示出根据示例的半导体器件300的截面示意图。半导体器件300包括半导体衬底320。半导体器件300包括膜结构330。半导体器件300包括布置在半导体衬底320的至少一部分和膜结构330之间的腔310。膜结构330包括电测试结构340。万一膜结构330例如由于膜结构中的裂缝而被损坏,电测试结构340的电特性可由于损坏的膜结构330或膜结构330的至少一部分(例如膜层)而被改变。
[0046]膜结构330可包括导电层340。导电层340可表示膜结构的电测试结构的至少一部分。导电层340可被布置在膜层的至少一部分上方。导电层340可与膜层电隔离。
[0047]导电层可以是可制造的或可与半导体器件的晶体管的栅电极同时制造。由此,可避免附加的工艺步骤。可替换地,导电层例如可与半导体器件的晶体管的栅电极分开制造。导电层例如可由栅氧化物(gox)、薄氧化物(tox)或双栅氧化物(dgox)制成或至少部分地由栅氧化物(gox)、薄氧化物(tox)或双栅氧化物(dgox)构成。
[0048]导电层例如可与膜通过可制造的或与半导体器件的晶体管的栅氧化物同时制造的氧化物隔离。由此,可避免附加的工艺步骤。
[0049]缺陷检测电路350可与电测试结构连接以测量例如电测试结构的电特性的改变。例如,缺陷检测电路350可测量作为电测试结构的一部分的导电层340和膜层331之间的漏电流(A)的增加。缺陷检测电路350可替换地或附加地检测导电层340和膜层331之间的贯穿电压的降低。
[0050]此外,电测试结构可包括与膜结构的膜层电绝缘的导电结构。导电结构可到达遍及大于整个膜层的50%,例如梳状结构或蜿蜒结构。例如,导电结构可到达遍及大于整个膜层的60%,或例如大于70%,或大于80%,或大于90%,或例如100%。
[0051]半导体器件300可包括感测电路,其被配置成感测膜结构330的扭曲。感测电路例如可基于检测依赖于膜结构330的扭曲的容量改变来感测膜结构330的扭曲。感测电路可例如基于使用压阻结构来感测膜结构330的扭曲。
[0052]可替换地,感测电路例如可包括电容性感测元件。电容性感测元件例如可包括背侧电极360,其可与作为电容性感测元件的前侧电极的膜层一起形成容量,所述容量具有由于膜结构330的扭曲而变化的电容。
[0053]根据示例,半导体器件例如可以是压力传感器、麦克风或任何其它包括布置在腔上方的膜并被用于使用与半导体器件的膜的移动组合的物理效应的电半导体器件。例如半导体器件可以是微机电系统(MEMS)。
[0054]压力传感器将压力中的变化转换为电量变化(例如电阻或电容)。在半导体传感器的情况下,通过半导体材料或用于半导体器件的层的另一材料(例如包括铝(Al)或铜(Cu))的膜来检测压力变化,该膜覆盖在腔上面并能够在机械应力下经受偏转。
[0055]使用半导体技术的压力传感器可在例如医药、在家用电器、消费电子设备(手机、PDA-个人数字助手),以及在汽车领域找到它们的应用。特别地,在后者区段,压力传感器可用于检测机动车辆的轮胎的压力,并可由用于发出报警信号的控制单元使用。另一方面,压力传感器还可以用于监测安全气囊压力,用于控制ABS的击穿压力,以及用于监测引擎中的油压,燃料的注入压力等。
[0056]例如使用半导体技术制造的现有的传感器例如可以是压阻或电容性传感器。
[0057]压阻传感器的操作可基于压阻率,也就是当施加的压力变化时一些材料修改其电阻率的能力。压敏电阻器可被形成在悬挂的膜(或隔膜)的
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