專利名稱：用于測量在半導(dǎo)體芯片接合期間的靜電放電(esd)事件的量值的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路(IC)。更具體來說，本發(fā)明涉及IC組裝，且更具體來說， 涉及測量經(jīng)組裝的IC中的靜電放電(ESD)事件。
背景技術(shù)：
靜電放電(ESD)事件常見于日常生活中，且一些較大放電可由人類感官檢測到。 較小放電不被人類感官所注意到，因?yàn)榉烹姀?qiáng)度與發(fā)生放電的表面積的比率非常小。在過去數(shù)十年中，集成電路(IC)已以難以置信的速率縮小。舉例來說，IC中的晶體管已縮小到32·，且將可能繼續(xù)縮小。隨著晶體管在大小上縮小，在晶體管周圍的支持組件通常也縮小。IC尺寸的縮小減少晶體管的ESD容限，由此增加集成電路對ESD應(yīng)力的敏感度。當(dāng)處于第一電位的對象靠近或接觸處于第二電位的對象時(shí)，發(fā)生ESD事件，從而導(dǎo)致單一放電事件。發(fā)生從第一對象到第二對象的電荷的快速轉(zhuǎn)移，使得兩個(gè)對象處于大致相等的電位。在具有較低電荷的對象為IC的情況下，所述放電試圖找到經(jīng)由IC到接地的具有最小電阻的路徑。通常，此路徑流過互連件。此路徑的不能承受與放電相關(guān)聯(lián)的能量的任何部分遭受損壞。進(jìn)行集成電路的制造的制造場地具有成熟且已實(shí)施的程序來防止在制造期間的 ESD事件。舉例來說，設(shè)計(jì)規(guī)則確保大電荷不會在制造期間聚積。常規(guī)上，ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)還建置于襯底中且連接到裝置以用于保護(hù)。這些結(jié)構(gòu)消耗襯底上相當(dāng)大的面積(對于每一 ESD 緩沖器為數(shù)十到數(shù)百平方微米)，所述面積原本可用于有效電路。進(jìn)一步增進(jìn)IC能力的一項(xiàng)最近研發(fā)為堆疊IC以形成3D結(jié)構(gòu)或具有多個(gè)層的堆疊式IC。舉例來說，可將高速緩沖存儲器建置于微處理器的頂部上。所得堆疊式IC具有顯著較高的裝置密度，但還需要比個(gè)別IC顯著復(fù)雜的制造方法。對于堆疊式IC，制造商可在第一制造場地產(chǎn)生第一層IC，且在第二制造場地產(chǎn)生第二層IC。第三制造或組裝場地可接著將所述層組裝成堆疊式IC。當(dāng)在第三制造場地處在裸片到裸片接合期間接合IC的層時(shí)，所述層可能經(jīng)歷ESD事件，因?yàn)槊恳粚涌赡鼙怀潆姷讲煌娢?。在裸片到裸片接合期間的這些ESD事件的量值是未知的。此外，尚未實(shí)施用于處置堆疊式IC的標(biāo)準(zhǔn)程序。結(jié)果，需要測量且記錄在裸片到裸片接合期間的ESD事件的值，使得可開發(fā)適當(dāng)?shù)奶幹贸绦蚯铱蓛?yōu)化堆疊式IC上的ESD電路。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于記錄在半導(dǎo)體組裝期間的ESD事件的量值的電路包括連接于第一電位與第二電位之間的分壓器。所述分壓器提供具有與所述第一電位和所述第二電位不同的離散電壓電平的節(jié)點(diǎn)。所述電路還包括測量塊，所述測量塊耦合到所述節(jié)點(diǎn)且具有記錄所述離散電壓電平的記錄器裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種測量在半導(dǎo)體組裝期間的ESD事件的方法包括從第一測量塊中的第一記錄器裝置讀出第一電壓。所述方法還包括從第二測量塊中的第二記錄器裝置讀出第二電壓。所述方法進(jìn)一步包括從所述第一電壓和所述第二電壓確定所述ESD 事件的量值。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種用于測量集成電路中的ESD事件的電路包括用于將在所述ESD事件期間發(fā)生的電壓劃分成多個(gè)離散電壓電平的裝置。所述電路還包括用于記錄離散電壓電平的多個(gè)裝置。每一記錄裝置耦合到所述劃分裝置且從所述劃分裝置接收電流。前文已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢以便可更佳地理解隨后的詳細(xì)描述。下文將描述形成本發(fā)明的權(quán)利要求書的主題的額外特征和優(yōu)勢。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，所揭示的概念和具體實(shí)施例可易于用作修改或設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識到，這些等效構(gòu)造并不脫離如所附權(quán)利要求書中所陳述的本發(fā)明的技術(shù)。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，從以下描述將更佳地理解據(jù)信為本發(fā)明所特有的新穎特征(關(guān)于其組織和操作方法兩者)以及其它目的和優(yōu)勢。然而，應(yīng)明確理解，僅為說明和描述的目的而提供所述圖中的每一者，且其并不意欲作為本發(fā)明的限制的定義。


為了更完全地理解本發(fā)明，現(xiàn)參看結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述。圖1為展示其中可有利地使用本發(fā)明的一實(shí)施例的示范性無線通信系統(tǒng)的方框圖。圖2為說明用于所揭示的半導(dǎo)體集成電路封裝的電路、布局和邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的方框圖。圖3為說明兩層堆疊式IC的方框圖。圖4為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的ESD事件的示范性記錄器的電路示意圖。圖5為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在實(shí)施pFET電容器的堆疊式IC的第一層與第二層之間的ESD事件的示范性記錄器的電路示意圖。圖6為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在實(shí)施nFET電容器的堆疊式IC的第一層與第二層之間的ESD事件的示范性記錄器的電路示意圖。圖7為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于ESD記錄器的示范性校準(zhǔn)電路的電路示意圖。圖8為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在第二層芯片上的電連接的方框圖。圖9為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的在第一層芯片上的電連接的方框圖。
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圖10為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于具有并聯(lián)分流器的ESD記錄器的示范性校準(zhǔn)電路的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1為展示其中可有利地使用本發(fā)明的一實(shí)施例的示范性無線通信系統(tǒng)100的方框圖。為了說明的目的，圖1展示三個(gè)遠(yuǎn)程單元120、130和150和兩個(gè)基站140。應(yīng)認(rèn)識到，無線通信系統(tǒng)可具有多得多的遠(yuǎn)程單元和基站。遠(yuǎn)程單元120、130和150包括IC裝置 125AU25B和125C (其包括所揭示的ESD記錄器)。應(yīng)認(rèn)識到，含有IC的任何裝置還可包括此處揭示的ESD記錄器，包括基站、開關(guān)裝置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。圖1展示從基站140到遠(yuǎn)程單元120、130和150的前向鏈路信號180和從遠(yuǎn)程單元120、130和150到基站140的反向鏈路信號190。在圖1中，遠(yuǎn)程單元120展示為移動(dòng)電話，遠(yuǎn)程單元130展示為便攜式計(jì)算機(jī)，且遠(yuǎn)程單元150展示為在無線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠(yuǎn)程單元。舉例來說，遠(yuǎn)程單元可為移動(dòng)電話、手持式個(gè)人通信系統(tǒng)(PCQ單元、例如個(gè)人數(shù)據(jù)助理的便攜式數(shù)據(jù)單元、具備 GPS功能的裝置、導(dǎo)航裝置、機(jī)頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、例如儀表讀取設(shè)備的固定位置數(shù)據(jù)單元，或存儲或檢索數(shù)據(jù)或計(jì)算機(jī)指令的任何其它裝置，或其任何組合。盡管圖1說明根據(jù)本發(fā)明的教示的遠(yuǎn)程單元，但本發(fā)明不限于這些示范性所說明單元。本發(fā)明的實(shí)施例可合適地用于包括集成電路的任何裝置中。圖2為說明用于所揭示的半導(dǎo)體集成電路的電路、布局和邏輯設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作站的方框圖。設(shè)計(jì)工作站200包括含有操作系統(tǒng)軟件、支持文件和例如Cadence或OrCAD等設(shè)計(jì)軟件的硬盤201。設(shè)計(jì)工作站200還包括顯示器以促進(jìn)對電路設(shè)計(jì)210的設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)210可為如下所揭示的封裝。提供存儲媒體204以用于有形地存儲電路設(shè)計(jì)210。電路設(shè)計(jì)210可以例如⑶SII或GERBER等文件格式存儲于存儲媒體204上。存儲媒體204 可為⑶_R0M、DVD、硬盤、快閃存儲器或其它適當(dāng)?shù)难b置。此外，設(shè)計(jì)工作站200包括用于接受來自存儲媒體204的輸入或?qū)⑤敵鰧懭氲酱鎯γ襟w204的驅(qū)動(dòng)設(shè)備203。記錄于存儲媒體204上的數(shù)據(jù)可指定邏輯電路配置、用于光刻掩模的圖案數(shù)據(jù)或用于例如電子束光刻等串行寫入工具的掩模圖案數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包括例如與邏輯仿真相關(guān)聯(lián)的時(shí)序圖或網(wǎng)狀電路等邏輯驗(yàn)證數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)提供于存儲媒體204上通過減少用于設(shè)計(jì)半導(dǎo)體IC的工藝數(shù)目而促進(jìn)對電路設(shè)計(jì)210的設(shè)計(jì)。以下將描述允許記錄在多個(gè)IC的接合期間發(fā)生的ESD事件的脈沖電流電平的ESD 記錄器電路。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，這對于監(jiān)視在堆疊式IC的裸片到裸片接合期間的ESD事件是有利的。將ESD記錄器放置于堆疊式IC中的襯底上。在接合一個(gè)或一個(gè)以上層后，可經(jīng)由耦合到ESD記錄器的接觸墊來讀出ESD記錄器。因此，可在接合后讀出在裸片到裸片接合期間發(fā)生的ESD事件的量值。從記錄器讀取的信息可用以(例如)優(yōu)化制造程序或設(shè)計(jì)用于堆疊式IC的ESD保護(hù)電路。圖3為說明兩層堆疊式IC的方框圖。堆疊式IC 300包括第一層IC 310和第二層 IC320?？稍诜珠_的處理線中或在不同設(shè)施處制造每一 IC 310、320。因此，第一層IC 310 與第二層IC 320可為分開的組件。舉例來說，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一層IC 310可為微處理器，且第二層IC 320可為例如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)或快閃存儲器的存儲器裝置。第一層IC 310包括封裝連接件312。封裝連接件312將第一層 IC 310中的電路耦合到外部裝置(未圖示)，且根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可為球柵格陣列。封裝連接件312還可為(例如)細(xì)球柵格陣列、引腳柵格陣列或焊盤柵格陣列。第一層IC 310的互連件314耦合到封裝連接件312和穿硅通孔316。穿硅通孔316延伸穿過第一層IC 310 到接觸墊318。另外，互連件314的一部分可將封裝連接件312耦合到第一層IC 310中的電路。第二層IC 320包括可為(例如)球陣列或凸塊陣列的層到層連接件322。層到層連接件322可具有與封裝連接件312不同的類型或相同的類型。層到層連接件322耦合到接觸墊318以為信號提供從第一層IC 310或耦合到第一層IC 310的其它電路耦合到第二層IC 320的路徑?；ミB件3M將層到層連接件322耦合到第二層IC 320中的電路(未圖示)°當(dāng)分開地制造第一層IC 310與第二層IC 320時(shí)，稍后將其接合以耦合接觸墊 318和層到層連接件322。在第一層IC 310與第二層IC 320的接合期間，當(dāng)存儲于第一層 IC310上的靜電電荷與存儲于第二層IC 320上的電荷處于不同電位時(shí)，發(fā)生ESD事件。在接合期間發(fā)生的ESD事件可損壞IC 310,320內(nèi)的敏感電路?，F(xiàn)將描述用于記錄在接合期間發(fā)生的ESD事件的量值的設(shè)計(jì)。所呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)無意限于裸片到裸片接合，而是可用于測量和/或記錄在可能經(jīng)受ESD事件的任何制造或處置 (例如，IC到封裝襯底的倒裝芯片接合)期間發(fā)生的ESD事件。所述設(shè)計(jì)還可用以監(jiān)視組裝廠以確定其是否符合ESD控制準(zhǔn)則。圖4為說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的ESD事件的示范性記錄器的電路示意圖。ESD記錄器400包括用于耦合到ESD源403的一個(gè)端子的接觸墊402和用于耦合到ESD源403的第二端子的接觸墊404。ESD事件由ESD源403表示為施加到接觸墊402、404的電壓。舉例來說，當(dāng)?shù)谝?IC耦合到第二 IC時(shí)，第一 IC與第二 IC之間的電壓差可由ESD源403表示。 第一 IC與第二 IC可處于分開的襯底上(與堆疊式IC 一樣)，或其可為在源襯底上的多個(gè)裸片，例如多核處理器或多組存儲器裝置。分壓器階梯(voltage divider ladder) 405耦合到接觸墊402、404。分壓器階梯 405通過使用能量耗散裝置406的串聯(lián)連接而將接觸墊402、404之間的電壓差劃分成離散電平。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述能量耗散裝置406為實(shí)質(zhì)上相等大小的電阻器，但所述能量耗散裝置406還可為(例如)電容器、電感器、二極管或熔絲。能量耗散裝置406的數(shù)目部分地確定可測量的離散電壓電平的數(shù)目，且能量耗散裝置406的值部分地確定ESD記錄器400 的敏感度。在從ESD源403預(yù)期的操作區(qū)域中，能量耗散裝置406應(yīng)具有線性性質(zhì)。舉例來說，如果能量耗散裝置406具有不足以處置ESD源403的能力，則歸因于加熱或停止起作用 (在極端情況下)，其可能非線性地操作。在電阻器的情況下，可選擇電阻器的尺寸以確保線性行為。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電阻器可為P+多晶硅電阻器。標(biāo)準(zhǔn)IOOns傳輸線脈沖(TLP) 的電壓容限為4. OV/ μ m,對于Ins脈沖，其轉(zhuǎn)變?yōu)?5V/ μ m。為了實(shí)現(xiàn)90V的容限，電阻器長度應(yīng)為6 μ m。通過將長度增加到8 μ m來提供額外保護(hù)。對于ρ+多晶硅的為757 Ω/sqr 的電阻率和為1000 Ω的所要電阻值，電阻器的寬度為6.0 μ m。從R = LXp/w計(jì)算電阻率，其中R為電阻，L為電阻器長度，w為電阻器寬度，且P為電阻率。對于pFET或nFET，
7可根據(jù)下式通過適當(dāng)?shù)仁絹碛?jì)算從一個(gè)脈沖長度到第二脈沖長度的轉(zhuǎn)變
權(quán)利要求
1.一種用于記錄在半導(dǎo)體組裝期間的ESD事件的量值的電路，所述電路包含分壓器，其連接于第一電位與第二電位之間，所述分壓器提供具有與所述第一電位和所述第二電位不同的離散電壓電平的節(jié)點(diǎn)；以及測量塊，其耦合到所述節(jié)點(diǎn)且包含記錄所述離散電壓電平的記錄器裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述分壓器包含串聯(lián)連接于所述第一電位與所述第二電位之間的多個(gè)能量耗散裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述多個(gè)能量耗散裝置包含電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述分壓器包含與所述第一電位和所述第二電位并聯(lián)連接的多個(gè)能量耗散裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述多個(gè)能量耗散裝置包含電阻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述記錄器裝置包含能夠被所述ESD事件損壞的氧化物層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中所述記錄器裝置包含電容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中每一測量塊進(jìn)一步包含實(shí)現(xiàn)對每一測量塊的讀出的至少一個(gè)接觸墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中每一測量塊進(jìn)一步包含電壓偏移裝置，所述電壓偏移裝置使所述分壓器與在所述讀出期間施加到所述至少一個(gè)接觸墊的讀出電壓隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述記錄器裝置包含電阻器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路，其中每一測量塊進(jìn)一步包含ESD保護(hù)電路，所述ESD 保護(hù)電路保護(hù)所述記錄器裝置免受在讀出期間發(fā)生的第二 ESD事件影響。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述ESD保護(hù)電路包含多個(gè)二極管。
13.—種測量在半導(dǎo)體組裝期間的ESD事件的方法，所述方法包含從第一測量塊中的第一記錄器裝置讀出第一電壓；從第二測量塊中的第二記錄器裝置讀出第二電壓；以及從所述第一電壓和所述第二電壓確定所述ESD事件的量值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中讀出所述第一電壓包含測量所述第一記錄器裝置的第一電流-電壓曲線，且讀出所述第二電壓包含測量所述第二記錄器裝置的第二電流-電壓曲線。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包含確定所述第一記錄器裝置是否被損壞；確定所述第二記錄器裝置是否被損壞；以及當(dāng)所述第一記錄器裝置被損壞且所述第二記錄器裝置未損壞時(shí)，確定所述ESD事件處于在與所述第一測量塊相關(guān)聯(lián)的第一離散電平與和所述第二測量塊相關(guān)聯(lián)的第二離散電平之間的一電平處。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進(jìn)一步包含當(dāng)在讀出所述第一電壓前將具有所述第一和第二記錄器裝置的第一層IC與第二層IC 堆疊時(shí)，產(chǎn)生所述ESD事件，所述ESD事件至少損壞所述第一記錄器裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述損壞包含致使至少在所述第一記錄器裝置中的柵極氧化物裝置被擊穿。
18.一種用于測量集成電路中的ESD事件的電路，所述電路包含用于將在所述ESD事件期間發(fā)生的電壓劃分成多個(gè)離散電壓電平的裝置；以及用于記錄離散電壓電平的多個(gè)裝置，每一記錄裝置耦合到所述劃分裝置且從所述劃分裝置接收電流。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其中所述記錄裝置包含用于存儲電荷的裝置，所述存儲裝置能夠在所述ESD事件期間被損壞。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電路，其進(jìn)一步包含用于偏移耦合到所述記錄裝置的電壓的裝置。
全文摘要
一種用于記錄在半導(dǎo)體組裝期間的ESD事件的量值的電路包括連接于輸入與接地之間的分壓器。所述電路還包括具有記錄器裝置的測量塊。每一測量塊從所述分壓器的一區(qū)段接收電流。所述ESD事件的所述量值是基于在所述ESD事件后的對測量裝置的讀出來確定。所述記錄器裝置可為將在所述ESD事件期間被損壞的電容器。在所述ESD事件期間，所述電容器可能被損壞。讀出所述記錄器裝置確定所述ESD事件的所述量值是否超過損壞所述電容器的閾值量值。
文檔編號G01R29/22GK102341713SQ201080010981
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者尤金·R·沃利, 布雷恩·馬修·亨德森 申請人:高通股份有限公司