半导体器件及检测半导体器件损坏的方法
半导体器件及检测半导体器件损坏的方法
【技术领域】
[0001]实施例涉及半导体器件并特别涉及包括膜结构的半导体器件及检测半导体器件膜结构损坏的方法。
【背景技术】
[0002]对于包括膜结构的半导体器件，如例如对于集成压力传感器，一个主要的产量和可靠性风险是膜结构的裂缝。对检测这些裂缝用尽了一定的努力。例如，可通过光学检测来联机检测这些裂缝。可能期望提供具有更舒适的裂缝检测的半导体器件。
【发明内容】
[0003]一些实施例涉及包括可移动结构的微机电器件。该可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则该测试结构改变电特性。
[0004]一些实施例涉及半导体器件。该半导体器件包括布置在半导体衬底的至少一部分和膜结构之间的腔。膜结构包括电测试结构，如果膜结构被损坏，则该电测试结构改变电特性。
[0005]一些实施例涉及监测半导体器件损坏的方法。该半导体器件包括布置在半导体衬底的至少一部分和膜结构之间的腔。该膜结构包括电测试结构。该方法包括如果膜结构被损坏，则检测电测试结构的电特性的改变。
【附图说明】
[0006]下面，将仅通过示例的方式，并且参考附图，描述装置和/或方法的一些实施例，在所述附图中:
[0007]图1示出半导体器件的截面示意图；
[0008]图2a和2b示出半导体器件的截面示意图；
[0009]图3示出半导体器件的截面示意图；
[0010]图4示出半导体器件的截面示意图；
[0011]图5a示出半导体器件的截面示意图；
[0012]图5b示出膜结构的截面；
[0013]图6示出检测半导体器件损坏的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]现在，将参考其中图示了一些示例实施例的附图更全面描述各种示例实施例。在图中，为了清楚起见可放大线、层和/或区域的厚度。
[0015]相应地，虽然示例实施例能够有各种修改和替换形式，但是其实施例通过图中示例的方式示出，并将在这里详细描述。应该理解，并不意图将示例实施例限制为公开的特别形式，而相反地，示例实施例将覆盖落入到公开范围内的所有修改、等效和替换。在整个图的描述中相同的数字指代相同或类似的元件。
[0016]将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以是直接连接或耦合到另一元件或可存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，则没有中间元件存在。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式来解释(例如“在......之间”对“直接在......之间”，“邻近”对“直接邻近”等)。
[0017]在这里使用的术语用于仅描述特别的实施例的目的而不意图是对示例实施例进行限制。如在这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“这个”意图还包括复数形式，除非上下文另有明确的指示。还将进一步理解术语“包括”，“包括有”，“包含”和/或“包含有”当在这里使用时指定所陈述的特征、整数、动作、操作、元件和或部件的存在，并不排除一个或多个其他特征、整数、动作、操作、元件、部件和/或其组成的组的存在或添加。
[0018]除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与示例实施例所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解例如在通常使用的字典中限定的那些术语的术语应该被解释为具有与在相关领域上下文中他们的含义一致的含义，并且将不以理想化的或过度正式的意义来解释，除非在这里明确限定。
[0019]一些实施例涉及包括可移动结构的微机电器件。该可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则测试结构改变电特性。
[0020]通过将测试结构集成到可移动结构，可移动结构的损坏可以是容易可检测的。而且，损坏的检测独立于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)可以是可能的。
[0021]损坏可以是任何不期望的可移动结构的改变或变更。例如，损坏可由在可移动结构内或穿过可移动结构的即将来临的或现有的裂缝，或干扰可移动结构的制造的不期望的粒子而引起。
[0022]这样的损坏可通过连接至可移动结构的缺陷检测电路而是可检测的。例如，缺陷检测电路可测量测试结构的电特性或可检测测试结构的电特性的改变，并且可比较测量的值或检测的改变与预先限定的上或下阈值。可选地，缺陷检测电路可指示(例如通过生成缺陷检测信号)在上限之上的增加或下限之下的降低。
[0023]即将来临的或现有的损坏在微机电器件的制造、组装和/或操作期间可以是可检测的。
[0024]可移动结构可以是由微机电器件使用的任何可移动元件。例如，可移动结构可以是悬臂、桥梁或膜结构。可移动结构可由于外力(例如变化的压力或加速度)而变形。换言之，与支撑可移动结构的微机电器件的一部分相比，可移动结构的至少一部分可以是可移动的或重复可变形的。
[0025]微机电器件可包括布置在衬底的至少一部分和可移动结构之间的腔。可替换地，例如，可移动结构可以是衬底的一部分并且该衬底可包括在可移动结构后面或下面的穿过衬底的孔，其为可移动结构的移动提供足够的空间。
[0026]衬底例如可以是半导体衬底，玻璃衬底或熔融石英衬底。
[0027]在下面示出了进一步的示例。这些示例涉及微机电器件，其是包括具有膜结构的半导体衬底的半导体器件。然而，下述的细节或方面也可适用于上述示例(例如其它衬底或其它可移动结构)。
[0028]图1示出根据示例的半导体器件100的截面示意图。半导体器件100包括半导体衬底120。半导体器件100包括膜结构130。半导体器件100包括布置在半导体衬底120的至少一部分和膜结构130之间的腔110。膜结构130包括电测试结构140。万一膜结构130例如由于膜结构中的裂缝而被损坏，电测试结构140的电特性(例如漏电流、电阻或击穿电压、隧道电流)由于损坏的膜结构130而改变。
[0029]腔110例如可被形成在半导体衬底120的主表面的顶部上或邻近于半导体衬底120的主表面。半导体衬底120的主表面可以是朝向半导体衬底的顶部上的金属层、绝缘层或钝化层的器件的半导体表面。与半导体衬底120的基本垂直边缘(例如由从其它半导体管芯分离半导体管芯产生)比较，半导体衬底120的主表面可以是横向延伸的基本水平表面。
[0030]腔110例如还可以至少部分在半导体衬底120内或上。例如腔110可被形成在半导体衬底120上。例如膜结构130可被布置在半导体衬底120上方。膜结构130的至少一部分例如可被设置在离半导体衬底120—距离处以形成腔110。可替换地，腔110可被布置在半导体衬底120内并且保留在腔上方的半导体衬底120的一部分可形成膜结构130的膜层(微机电元件)。
[0031]半导体器件的半导体衬底120例如可以是硅基半导体衬底、碳化硅基半导体衬底、砷化镓基半导体衬底或氮化镓基半导体衬底。半导体衬底120例如可以是单晶硅衬底、多晶娃衬底、非晶娃衬底或微晶娃衬底。此外，半导体衬底120例如可以是N型半导体衬底或P型半导体衬底。
[0032]膜结构130例如可以是微机电系统(MEMS)结构。膜结构130至少可包括是电测试结构140的一部分或承载电测试结构140的膜层(微机电元件)131。响应于所施加的力，膜层131可以是移动的。膜结构130例如可以被夹在半导体衬底120或周围层(例如金属层)的一个或多个边缘处以便形成悬挂于腔110上方的结构。例如，在膜结构130和半导体衬底120之间的空间形成腔110。膜结构130可包括在两横向方向上比在垂直方向上显著大的尺寸(例如大于2倍、大于5倍或大于10倍)。
[0033]因为膜结构130包括电测试结构140，所以如例如膜结构130中的裂缝的损坏可在制造的任何阶段中和在现场寿命的任何阶段处被检测到。电测试结构140例如可以是膜结构130上和/或中的功能结构，或至少可以在膜结构130的一部分中。膜结构130 (例如膜层131)的损坏可用电测试结构140检测。
[0034]例如，电测试结构140可以是或包括膜结构130的导电 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 边缘上并可连接到例如惠斯登桥配置中的彼此。压力的施加可引起膜的偏转，其可生成桥的偏移电压中的变化。通过使用合适的电子电路(例如感测电路)检测电压变化，可以是可能的是，导出期望的压力信息。
[0058]电容性传感器的操作可基于容量的改变，即当施加的压力变化时基于两电极之间的距离改变修改容量的能力。例如电容性传感器的第一电极或背侧电极可以是半导体器件上或半导体器件上方的腔或金属化层的面积中的半导体器件。第二或前侧电极可以是膜层本身或膜层的背侧上(即膜层面向腔的的一侧上)的金属化层。压力的施加可引起第一和第二电极之间距离中的变化，其可生成容量中的变化。通过使用合适的电子电路(例如感测电路)检测容量变化，可以是可能的是，导出期望的压力信息。
[0059]半导体器件300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。
[0060]图4示出根据另外的示例的半导体器件400的截面示意图。在结合图4所示的示例中，半导体器件400包括半导体衬底420。半导体器件400包括膜结构430。半导体器件400包括布置在半导体衬底420的至少一部分和膜结构430之间的腔410。膜结构430例如可包括在膜结构430的第一横向掺杂区域450和膜结构430的第二横向掺杂区域460之间的pn结455。
[0061]附加地，膜结构430可包括浅沟槽隔离蜿蜒结构，其横向分离电测试结构的两个导电梳状结构。可替换地，膜结构430可包括至少两个浅沟槽隔离梳状结构，其通过电测试结构的导电蜿蜒结构而被横向分离。电测试结构可与膜结构430的膜层绝缘。以这样的方式，导电结构可被集成到膜结构430，如果损坏发生，由于电特性(例如漏电流、电阻或击穿电压)的改变，膜结构430能够检测膜结构430的一部分或整体膜结构430的损坏。
[0062]可替换地，P掺杂的区域例如可被布置在η掺杂的区域上方或反之亦然，并且浅沟槽隔离(STI)蜿蜒或梳状结构470可形成穿过第一掺杂区域到达第二掺杂区域中的沟槽。P掺杂区域和/或η掺杂区域(例如通过浅沟槽隔离蜿蜒结构划分的掺杂区域)可形成电测试结构。
[0063]缺陷检测电路440可连接到第一横向掺杂区域450和第二横向掺杂区域460。缺陷检测电路440可检测第一横向掺杂区域450和第二横向掺杂区域460之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。膜结构430的第一横向掺杂区域450和膜结构430的第二横向掺杂区域460例如可形成平面二极管。
[0064]膜结构430可包括浅沟槽隔离(STI)蜿蜒结构470。STI蜿蜒结构例如可包括用于在集成电路中的电分离或分开的氧化物隔离沟槽以便避免例如各种器件之间的寄生泄漏路径。与通常可用于具有可比较的空间占用面积(footprint)的给定集成电路器件相比，形成为“梳状晶体管”或蜿蜒结构的凹进STI针对宽晶体管产出增加的驱动电流(1n)。
[0065]半导体器件400可包括对应于上述概念或一个或多个实施例的一个或多个附加特征。
[0066]图5a示出根据示例的半导体器件500的截面示意图。半导体器件500包括半导体衬底520。半导体器件500包括膜结构530。半导体器件500包括布置在半导体衬底520的至少一部分和膜结构530之间的腔510。在图5a和5b所示的示例中，膜结构530包括夹在上部膜层531和下部膜层532之间的介电隔离层533，从而表示电测试结构。
[0067]而且，缺陷检测电路540可连接到上部膜层531和下部膜层532。缺陷检测电路540例如可检测上部膜层531和下部膜层532之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。
[0068]当在膜结构530中，例如在上部膜层531和/或下部膜层532中出现裂缝时，在上部膜层531和下部膜层532之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低可通过缺陷检测电路540来检测。在上部膜层531和下部膜层532之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低例如可指示在膜结构530中或至少在膜结构530的一部分中的裂缝。
[0069]半导体器件500可包括对应于上述概念或一个或多个上述实施例的一个或多个附加的特征。
[0070]图5b更详细示出图5a的膜结构530的截面。膜结构530包括上部膜层531和下部膜层532。膜结构530包括夹在上部膜层531和下部膜层532之间的介电隔离层533。上部膜层531和下部膜层532连接到缺陷检测电路540。膜结构530例如可包括氮化物层550。
[0071]氮化物层550例如可由氮化硅层制成或至少部分地由氮化硅层构成，并且可面向腔510。氮化物层550例如可减少上面多晶硅层上的应力。可替换地，层550还可由氧化硅层制成或至少部分地由氧化硅层构成。可选地，氮化物层500或氧化物层可被布置在膜结构的仅一侧处或两侧处，以用于提供对膜结构的钝化或保护。
[0072]包括上部膜层531、下部膜层532和介电隔离层533的膜结构530例如可具有总共200到400nm的厚度，例如在250和350nm之间，例如300nm。上部膜层例如可由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅制成或至少部分地由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅构成。下部膜例如可由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅制成或至少部分地由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅构成。上部膜层和下部膜层例如可由相同材料制造出。可替换地，上部膜层和下部膜层例如可由不同材料制造出。介电隔离层533例如可由二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)制成或至少部分地由二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)构成。
[0073]图6示出检测微机电器件的损坏的方法的流程图600，微机电器件包括可移动结构。该可移动结构包括改变电特性的测试结构(例如，如果可移动结构被损坏)。方法600包括检测610可移动结构的电测试结构的电特性的改变并指示620电特性从预先限定的容许的范围的偏离。
[0074]预先限定的容许的范围例如可以是通过校准获得的值的范围或可以从测试器件或参考器件导出。
[0075]而且，检测半导体器件的损坏的方法可包括一个或多个可选的附加特征或动作，其对应于结合上述的所描述的概念或一个或多个实施例提到的一个或多个方面。
[0076]一些实施例涉及包括根据上述的所描述的概念或一个或多个实施例的半导体器件的压力传感器器件或麦克风器件。换言之，上述的半导体器件例如可实现压力传感器器件或麦克风器件。
[0077]所提出的器件可使得能够进行(例如在不看测量/传感器信号的情况下)例如柔性MEMS元件中的现有的或即将来临的裂缝的直接确定。
[0078]一些实施例涉及电裂缝检测的集成方案和方法，例如针对压力传感器或(集成的)压力传感器电裂缝检测。实施例涉及使用插入在传感器薄片本身之中/之上的电检测结构。实施例涉及非常敏感的电传感器薄片完整性结构的实现，其在制造/现场寿命的任何阶段处检测薄片裂缝。电测试结构将被裂缝彻底地牵制。
[0079]例如可读出在EPI薄片和其栅多晶覆盖层之间的由栅氧化物分离的泄露控制配置。
[0080]提出的半导体器件不需要额外的制造成本，不需要集成方案的改变，不需要芯片面积的损失，可降低裂缝检测成本，可增加不合格捕捉率，可降低百万分之(PPm)不合格率，可用于例如在制造工艺的任何阶段处和在现场寿命期间评估传感器薄片完整性。
[0081]集成的(电)裂缝检测例如可以使得能够在集成的传感器的情况下可使用标准CMOS步骤/模块而不增加晶片成本，以在薄片上/中设置功能结构来电检验器件完整性。而且，电裂缝检测在前端处理、预组装、组装期间以及在现场在寿命期间可以是可应用的。由于增加的检测比率，这将改善器件的可靠性。此外，可降低检测成本。而且，寿命期间的完整性监测可以是销售论点(selling argument)。
[0082]一些实施例涉及将电可评估/可测试的“完整性检测”结构实现到薄片(膜结构)内/上。例如，在栅多晶层(或者FG，浮栅)和EPI (外延)薄片之间的漏电流/贯穿电流可被检测。例如适当的标准gox/tox/dgox(栅氧化物，隧道氧化物)被布置在薄片和栅多晶之间。例如如果裂缝存在或发展，则漏电流将增加。
[0083]实施例 涉及例如薄片顶表面面积中的三阱梳状蜿蜒结构的离子注入。可选择地，可集成STI蜿蜒结构。例如，具有阱贯穿测量的平面二极管可用于裂缝检测。例如，可使用栅多晶硅乃至W/0栅多晶下方的FG梳状蜿蜒。例如，可使用FG栅多晶泄漏/贯穿结构。例如，梳状电阻或(梳状-蜿蜒)贯穿电压的检测可导致薄片(膜结构)中的裂缝检测。
[0084]上述实施例可能例如在具有例如碳牺牲层的FEOL (前端制程)/BEOL (后端制程)之间的薄的薄片变体的情况下。例如可使用在多晶片之间具有介电隔离的双薄片。然而，在薄的多晶薄片中实现裂缝检测结构伴随成本增加者(adder)发生。检测上部和下部多晶片之间的漏电流可用于薄片(膜结构)的裂缝检测。关于实施例，多晶薄片可具有例如300nm的整体厚度。
[0085]当在计算机或处理器上执行计算机程序时，实施例还可提供具有用于执行上述方法之一的程序代码的计算机程序。本领域技术人员会容易意识到各种上述方法的动作可通过编程的计算机来执行。因此，一些实施例还意图覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，其是指令的机器或计算机可读的并且编码机器可执行的或计算机可执行的程序，其中指令执行上述方法的动作中的一些或全部。程序存储设备例如可以是数字存储器、例如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘或可选可读的数字数据存储介质。实施例还意图覆盖编程以执行上述方法的动作的计算机，或者编程以执行上述方法的动作的(现场)可编程的逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F) PGA)。
[0086]描述和附图仅示出了本公开的原理。由此应该理解本领域技术人员将能够想出个种布置，尽管没有在这里明确描述或示出，这些布置体现了本公开的原理并被包括在其精神和范围内。而且，在这里引用的所有示例主要意图明白地仅用于教育目的以帮助读者理解由一个或多个发明人贡献的本公开和概念的原理来促进本领域，并被解释为不具有对这样具体叙述的示例和条件的限制。而且，在这里叙述本公开的原理、方面和实施例，以及其具体的示例的所有的陈述意图包括其等效形式。
[0087]表示为“用于......的装置”(执行特定的功能)的功能块应该被理解为功能块包括配置成分别执行特定功能的电路。因此“用于某事物的装置”还可被理解为“配置成或适于某事物的装置”。因此配置成执行特定功能的装置不暗示这样的装置有必要正执行该功能(在给定的时刻处)。
[0088]图中示出的各种元件的功能(包括标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成传输信号的装置”等的任何功能块)可通过使用专用硬件以及能够执行与适合软件相关联的软件的硬件来提供，所述专用硬件例如是“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等。而且，在这里描述为“装置”的任何实体可对应于或作为“一个或多个模块”、“一个或多个器件”、“一个或多个单元”等实现。当通过处理器提供时，功能可通过单个专用处理器，通过单个共享处理器或通过多个单独处理器(其中的一些处理器可被共享)来提供。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应该被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，而可暗中包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、以及非易失性存储设备。还可包括其他的硬件，常规的和/或定制的。
[0089]本领域技术人员应该理解在这里的任何框图表示体现本公开的原理的例证电路的概念上的视图。类似地，应该理解任何流程表，流程图，状态传输图，伪码等表示可基本上在计算机可读介质中表示并由计算机或处理器执行的各种过程，无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
[0090]而且，下面的权利要求在此并入到详细的描述中，其中每个权利要求可作为分开的实施例独立存在。虽然每个权利要求可作为分开的实施例独立存在，但是应该注意尽管从属权利要求可在权利要求中指代一个或多个其他权利要求的特定组合，其他实施例还可包括具有彼此从属或独立的权利要求的主题的从属权利要求的组合。在这里提出这样的组合除非说明了特定组合不是意图的。而且，意图还包括权利要求对任何其它独立权利要求的特征，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
[0091]还应该注意说明书或权利要求中公开的方法可通过具有用于执行这些方法的相应动作中的每一个的装置的器件来实现。
[0092]而且，应该理解说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为按照特定的次序。因此，多个动作或功能的公开内容将不将其限制到特别的次序，除非这些动作或功能因技术原因而不可相互交换。而且，在一些实施例中，单个的动作可包括或可被分解为多个子动作。这些子动作可被包括在该单个动作的公开内容中且可以是该单个动作的公开内容的部分。除非明确排除。
【主权项】
1.一种微机电器件，包括: 可移动结构，其中可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则测试结构改变电特性。2.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括表示布置在可移动结构的微机电元件上方的并且与微机电元件电隔离的膜结构的测试结构的至少一部分的导电层。3.根据权利要求2的微机电器件，其中缺陷检测电路连接到微机电元件和导电层。4.根据权利要求3的微机电器件，其中缺陷检测电路检测导电层和微机电元件之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。5.根据权利要求2的微机电器件，其中导电层与半导体器件的晶体管的栅电极同时制造。6.根据权利要求2的微机电器件，其中导电层通过与微机电器件的晶体管的栅氧化物可同时制造的氧化物来与微机电元件隔离。7.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括可移动结构的第一横向掺杂区域和可移动结构的第二横向掺杂区域之间的Pn结。8.根据权利要求6的微机电器件，其中缺陷检测电路连接到第一横向掺杂区域和第二横向掺杂区域。9.根据权利要求7的微机电器件，其中缺陷检测电路被配置成检测第一横向掺杂区域和第二横向掺杂区域之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。10.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括浅沟槽隔离蜿蜒结构。11.根据权利要求10的微机电器件，其中可移动结构包括横向分离测试结构的两个导电梳状结构的浅沟槽隔离蜿蜒结构。12.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括夹在上部膜层和下部膜层之间的介电隔离层。13.根据权利要求12的微机电器件，其中缺陷检测电路连接到上部膜层和下部膜层。14.根据权利要求13的微机电器件，其中缺陷检测电路被配置成检测上部膜层和下部膜层之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。15.根据权利要求1的微机电器件，包括连接到可移动结构的缺陷检测电路，其中缺陷检测电路被配置成独立于检测可移动结构的主要功能的感测电路而检测测试结构的电特性的改变。16.根据权利要求1的微机电器件， 其中测试结构包括与膜结构的膜层电绝缘的导电结构， 其中导电结构是到达遍及大于整个膜层的50 %的层，梳状结构或蜿蜒结构。17.根据权利要求1的微机电器件， 其中微机电器件包括布置在衬底的至少一部分和表不可移动结构的膜结构之间的腔， 其中膜结构包括如果膜结构被损坏则改变电特性的测试结构。18.根据权利要求1的微机电器件，包括配置成感测膜结构的扭曲的感测电路。19.一种包括根据权利要求1的微机电器件的压力传感器器件。20.一种检测微机电器件的损坏的方法，微机电器件包括可移动结构，其中可移动结构包括改变电特性的测试结构，该方法包括:检测可移动结构的电测试结构的电特性的改变；以及指示电特性从预先限定的容许的范围的偏离。
【专利摘要】本发明涉及半导体器件及检测半导体器件损坏的方法。一种包括可移动结构的微机电器件，其中该可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则测试结构改变电特性。
【IPC分类】B81B5/00, B81B7/02
【公开号】CN104891420
【申请号】CN201510187614
【发明人】D·梅因霍尔德
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】DE102015102734A1, US20150253375
【技术领域】
[0001]实施例涉及半导体器件并特别涉及包括膜结构的半导体器件及检测半导体器件膜结构损坏的方法。
【背景技术】
[0002]对于包括膜结构的半导体器件，如例如对于集成压力传感器，一个主要的产量和可靠性风险是膜结构的裂缝。对检测这些裂缝用尽了一定的努力。例如，可通过光学检测来联机检测这些裂缝。可能期望提供具有更舒适的裂缝检测的半导体器件。
【发明内容】
[0003]一些实施例涉及包括可移动结构的微机电器件。该可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则该测试结构改变电特性。
[0004]一些实施例涉及半导体器件。该半导体器件包括布置在半导体衬底的至少一部分和膜结构之间的腔。膜结构包括电测试结构，如果膜结构被损坏，则该电测试结构改变电特性。
[0005]一些实施例涉及监测半导体器件损坏的方法。该半导体器件包括布置在半导体衬底的至少一部分和膜结构之间的腔。该膜结构包括电测试结构。该方法包括如果膜结构被损坏，则检测电测试结构的电特性的改变。
【附图说明】
[0006]下面，将仅通过示例的方式，并且参考附图，描述装置和/或方法的一些实施例，在所述附图中:
[0007]图1示出半导体器件的截面示意图；
[0008]图2a和2b示出半导体器件的截面示意图；
[0009]图3示出半导体器件的截面示意图；
[0010]图4示出半导体器件的截面示意图；
[0011]图5a示出半导体器件的截面示意图；
[0012]图5b示出膜结构的截面；
[0013]图6示出检测半导体器件损坏的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]现在，将参考其中图示了一些示例实施例的附图更全面描述各种示例实施例。在图中，为了清楚起见可放大线、层和/或区域的厚度。
[0015]相应地，虽然示例实施例能够有各种修改和替换形式，但是其实施例通过图中示例的方式示出，并将在这里详细描述。应该理解，并不意图将示例实施例限制为公开的特别形式，而相反地，示例实施例将覆盖落入到公开范围内的所有修改、等效和替换。在整个图的描述中相同的数字指代相同或类似的元件。
[0016]将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以是直接连接或耦合到另一元件或可存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，则没有中间元件存在。用于描述元件之间关系的其他词语应该以类似的方式来解释(例如“在......之间”对“直接在......之间”，“邻近”对“直接邻近”等)。
[0017]在这里使用的术语用于仅描述特别的实施例的目的而不意图是对示例实施例进行限制。如在这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“这个”意图还包括复数形式，除非上下文另有明确的指示。还将进一步理解术语“包括”，“包括有”，“包含”和/或“包含有”当在这里使用时指定所陈述的特征、整数、动作、操作、元件和或部件的存在，并不排除一个或多个其他特征、整数、动作、操作、元件、部件和/或其组成的组的存在或添加。
[0018]除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与示例实施例所属的领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解例如在通常使用的字典中限定的那些术语的术语应该被解释为具有与在相关领域上下文中他们的含义一致的含义，并且将不以理想化的或过度正式的意义来解释，除非在这里明确限定。
[0019]一些实施例涉及包括可移动结构的微机电器件。该可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则测试结构改变电特性。
[0020]通过将测试结构集成到可移动结构，可移动结构的损坏可以是容易可检测的。而且，损坏的检测独立于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)可以是可能的。
[0021]损坏可以是任何不期望的可移动结构的改变或变更。例如，损坏可由在可移动结构内或穿过可移动结构的即将来临的或现有的裂缝，或干扰可移动结构的制造的不期望的粒子而引起。
[0022]这样的损坏可通过连接至可移动结构的缺陷检测电路而是可检测的。例如，缺陷检测电路可测量测试结构的电特性或可检测测试结构的电特性的改变，并且可比较测量的值或检测的改变与预先限定的上或下阈值。可选地，缺陷检测电路可指示(例如通过生成缺陷检测信号)在上限之上的增加或下限之下的降低。
[0023]即将来临的或现有的损坏在微机电器件的制造、组装和/或操作期间可以是可检测的。
[0024]可移动结构可以是由微机电器件使用的任何可移动元件。例如，可移动结构可以是悬臂、桥梁或膜结构。可移动结构可由于外力(例如变化的压力或加速度)而变形。换言之，与支撑可移动结构的微机电器件的一部分相比，可移动结构的至少一部分可以是可移动的或重复可变形的。
[0025]微机电器件可包括布置在衬底的至少一部分和可移动结构之间的腔。可替换地，例如，可移动结构可以是衬底的一部分并且该衬底可包括在可移动结构后面或下面的穿过衬底的孔，其为可移动结构的移动提供足够的空间。
[0026]衬底例如可以是半导体衬底，玻璃衬底或熔融石英衬底。
[0027]在下面示出了进一步的示例。这些示例涉及微机电器件，其是包括具有膜结构的半导体衬底的半导体器件。然而，下述的细节或方面也可适用于上述示例(例如其它衬底或其它可移动结构)。
[0028]图1示出根据示例的半导体器件100的截面示意图。半导体器件100包括半导体衬底120。半导体器件100包括膜结构130。半导体器件100包括布置在半导体衬底120的至少一部分和膜结构130之间的腔110。膜结构130包括电测试结构140。万一膜结构130例如由于膜结构中的裂缝而被损坏，电测试结构140的电特性(例如漏电流、电阻或击穿电压、隧道电流)由于损坏的膜结构130而改变。
[0029]腔110例如可被形成在半导体衬底120的主表面的顶部上或邻近于半导体衬底120的主表面。半导体衬底120的主表面可以是朝向半导体衬底的顶部上的金属层、绝缘层或钝化层的器件的半导体表面。与半导体衬底120的基本垂直边缘(例如由从其它半导体管芯分离半导体管芯产生)比较，半导体衬底120的主表面可以是横向延伸的基本水平表面。
[0030]腔110例如还可以至少部分在半导体衬底120内或上。例如腔110可被形成在半导体衬底120上。例如膜结构130可被布置在半导体衬底120上方。膜结构130的至少一部分例如可被设置在离半导体衬底120—距离处以形成腔110。可替换地，腔110可被布置在半导体衬底120内并且保留在腔上方的半导体衬底120的一部分可形成膜结构130的膜层(微机电元件)。
[0031]半导体器件的半导体衬底120例如可以是硅基半导体衬底、碳化硅基半导体衬底、砷化镓基半导体衬底或氮化镓基半导体衬底。半导体衬底120例如可以是单晶硅衬底、多晶娃衬底、非晶娃衬底或微晶娃衬底。此外，半导体衬底120例如可以是N型半导体衬底或P型半导体衬底。
[0032]膜结构130例如可以是微机电系统(MEMS)结构。膜结构130至少可包括是电测试结构140的一部分或承载电测试结构140的膜层(微机电元件)131。响应于所施加的力，膜层131可以是移动的。膜结构130例如可以被夹在半导体衬底120或周围层(例如金属层)的一个或多个边缘处以便形成悬挂于腔110上方的结构。例如，在膜结构130和半导体衬底120之间的空间形成腔110。膜结构130可包括在两横向方向上比在垂直方向上显著大的尺寸(例如大于2倍、大于5倍或大于10倍)。
[0033]因为膜结构130包括电测试结构140，所以如例如膜结构130中的裂缝的损坏可在制造的任何阶段中和在现场寿命的任何阶段处被检测到。电测试结构140例如可以是膜结构130上和/或中的功能结构，或至少可以在膜结构130的一部分中。膜结构130 (例如膜层131)的损坏可用电测试结构140检测。
[0034]例如，电测试结构140可以是或包括膜结构130的导电 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 边缘上并可连接到例如惠斯登桥配置中的彼此。压力的施加可引起膜的偏转，其可生成桥的偏移电压中的变化。通过使用合适的电子电路(例如感测电路)检测电压变化，可以是可能的是，导出期望的压力信息。
[0058]电容性传感器的操作可基于容量的改变，即当施加的压力变化时基于两电极之间的距离改变修改容量的能力。例如电容性传感器的第一电极或背侧电极可以是半导体器件上或半导体器件上方的腔或金属化层的面积中的半导体器件。第二或前侧电极可以是膜层本身或膜层的背侧上(即膜层面向腔的的一侧上)的金属化层。压力的施加可引起第一和第二电极之间距离中的变化，其可生成容量中的变化。通过使用合适的电子电路(例如感测电路)检测容量变化，可以是可能的是，导出期望的压力信息。
[0059]半导体器件300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。
[0060]图4示出根据另外的示例的半导体器件400的截面示意图。在结合图4所示的示例中，半导体器件400包括半导体衬底420。半导体器件400包括膜结构430。半导体器件400包括布置在半导体衬底420的至少一部分和膜结构430之间的腔410。膜结构430例如可包括在膜结构430的第一横向掺杂区域450和膜结构430的第二横向掺杂区域460之间的pn结455。
[0061]附加地，膜结构430可包括浅沟槽隔离蜿蜒结构，其横向分离电测试结构的两个导电梳状结构。可替换地，膜结构430可包括至少两个浅沟槽隔离梳状结构，其通过电测试结构的导电蜿蜒结构而被横向分离。电测试结构可与膜结构430的膜层绝缘。以这样的方式，导电结构可被集成到膜结构430，如果损坏发生，由于电特性(例如漏电流、电阻或击穿电压)的改变，膜结构430能够检测膜结构430的一部分或整体膜结构430的损坏。
[0062]可替换地，P掺杂的区域例如可被布置在η掺杂的区域上方或反之亦然，并且浅沟槽隔离(STI)蜿蜒或梳状结构470可形成穿过第一掺杂区域到达第二掺杂区域中的沟槽。P掺杂区域和/或η掺杂区域(例如通过浅沟槽隔离蜿蜒结构划分的掺杂区域)可形成电测试结构。
[0063]缺陷检测电路440可连接到第一横向掺杂区域450和第二横向掺杂区域460。缺陷检测电路440可检测第一横向掺杂区域450和第二横向掺杂区域460之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。膜结构430的第一横向掺杂区域450和膜结构430的第二横向掺杂区域460例如可形成平面二极管。
[0064]膜结构430可包括浅沟槽隔离(STI)蜿蜒结构470。STI蜿蜒结构例如可包括用于在集成电路中的电分离或分开的氧化物隔离沟槽以便避免例如各种器件之间的寄生泄漏路径。与通常可用于具有可比较的空间占用面积(footprint)的给定集成电路器件相比，形成为“梳状晶体管”或蜿蜒结构的凹进STI针对宽晶体管产出增加的驱动电流(1n)。
[0065]半导体器件400可包括对应于上述概念或一个或多个实施例的一个或多个附加特征。
[0066]图5a示出根据示例的半导体器件500的截面示意图。半导体器件500包括半导体衬底520。半导体器件500包括膜结构530。半导体器件500包括布置在半导体衬底520的至少一部分和膜结构530之间的腔510。在图5a和5b所示的示例中，膜结构530包括夹在上部膜层531和下部膜层532之间的介电隔离层533，从而表示电测试结构。
[0067]而且，缺陷检测电路540可连接到上部膜层531和下部膜层532。缺陷检测电路540例如可检测上部膜层531和下部膜层532之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。
[0068]当在膜结构530中，例如在上部膜层531和/或下部膜层532中出现裂缝时，在上部膜层531和下部膜层532之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低可通过缺陷检测电路540来检测。在上部膜层531和下部膜层532之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低例如可指示在膜结构530中或至少在膜结构530的一部分中的裂缝。
[0069]半导体器件500可包括对应于上述概念或一个或多个上述实施例的一个或多个附加的特征。
[0070]图5b更详细示出图5a的膜结构530的截面。膜结构530包括上部膜层531和下部膜层532。膜结构530包括夹在上部膜层531和下部膜层532之间的介电隔离层533。上部膜层531和下部膜层532连接到缺陷检测电路540。膜结构530例如可包括氮化物层550。
[0071]氮化物层550例如可由氮化硅层制成或至少部分地由氮化硅层构成，并且可面向腔510。氮化物层550例如可减少上面多晶硅层上的应力。可替换地，层550还可由氧化硅层制成或至少部分地由氧化硅层构成。可选地，氮化物层500或氧化物层可被布置在膜结构的仅一侧处或两侧处，以用于提供对膜结构的钝化或保护。
[0072]包括上部膜层531、下部膜层532和介电隔离层533的膜结构530例如可具有总共200到400nm的厚度，例如在250和350nm之间，例如300nm。上部膜层例如可由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅制成或至少部分地由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅构成。下部膜例如可由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅制成或至少部分地由铝(Al)、铜(Cu)或多晶硅构成。上部膜层和下部膜层例如可由相同材料制造出。可替换地，上部膜层和下部膜层例如可由不同材料制造出。介电隔离层533例如可由二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)制成或至少部分地由二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiN)构成。
[0073]图6示出检测微机电器件的损坏的方法的流程图600，微机电器件包括可移动结构。该可移动结构包括改变电特性的测试结构(例如，如果可移动结构被损坏)。方法600包括检测610可移动结构的电测试结构的电特性的改变并指示620电特性从预先限定的容许的范围的偏离。
[0074]预先限定的容许的范围例如可以是通过校准获得的值的范围或可以从测试器件或参考器件导出。
[0075]而且，检测半导体器件的损坏的方法可包括一个或多个可选的附加特征或动作，其对应于结合上述的所描述的概念或一个或多个实施例提到的一个或多个方面。
[0076]一些实施例涉及包括根据上述的所描述的概念或一个或多个实施例的半导体器件的压力传感器器件或麦克风器件。换言之，上述的半导体器件例如可实现压力传感器器件或麦克风器件。
[0077]所提出的器件可使得能够进行(例如在不看测量/传感器信号的情况下)例如柔性MEMS元件中的现有的或即将来临的裂缝的直接确定。
[0078]一些实施例涉及电裂缝检测的集成方案和方法，例如针对压力传感器或(集成的)压力传感器电裂缝检测。实施例涉及使用插入在传感器薄片本身之中/之上的电检测结构。实施例涉及非常敏感的电传感器薄片完整性结构的实现，其在制造/现场寿命的任何阶段处检测薄片裂缝。电测试结构将被裂缝彻底地牵制。
[0079]例如可读出在EPI薄片和其栅多晶覆盖层之间的由栅氧化物分离的泄露控制配置。
[0080]提出的半导体器件不需要额外的制造成本，不需要集成方案的改变，不需要芯片面积的损失，可降低裂缝检测成本，可增加不合格捕捉率，可降低百万分之(PPm)不合格率，可用于例如在制造工艺的任何阶段处和在现场寿命期间评估传感器薄片完整性。
[0081]集成的(电)裂缝检测例如可以使得能够在集成的传感器的情况下可使用标准CMOS步骤/模块而不增加晶片成本，以在薄片上/中设置功能结构来电检验器件完整性。而且，电裂缝检测在前端处理、预组装、组装期间以及在现场在寿命期间可以是可应用的。由于增加的检测比率，这将改善器件的可靠性。此外，可降低检测成本。而且，寿命期间的完整性监测可以是销售论点(selling argument)。
[0082]一些实施例涉及将电可评估/可测试的“完整性检测”结构实现到薄片(膜结构)内/上。例如，在栅多晶层(或者FG，浮栅)和EPI (外延)薄片之间的漏电流/贯穿电流可被检测。例如适当的标准gox/tox/dgox(栅氧化物，隧道氧化物)被布置在薄片和栅多晶之间。例如如果裂缝存在或发展，则漏电流将增加。
[0083]实施例 涉及例如薄片顶表面面积中的三阱梳状蜿蜒结构的离子注入。可选择地，可集成STI蜿蜒结构。例如，具有阱贯穿测量的平面二极管可用于裂缝检测。例如，可使用栅多晶硅乃至W/0栅多晶下方的FG梳状蜿蜒。例如，可使用FG栅多晶泄漏/贯穿结构。例如，梳状电阻或(梳状-蜿蜒)贯穿电压的检测可导致薄片(膜结构)中的裂缝检测。
[0084]上述实施例可能例如在具有例如碳牺牲层的FEOL (前端制程)/BEOL (后端制程)之间的薄的薄片变体的情况下。例如可使用在多晶片之间具有介电隔离的双薄片。然而，在薄的多晶薄片中实现裂缝检测结构伴随成本增加者(adder)发生。检测上部和下部多晶片之间的漏电流可用于薄片(膜结构)的裂缝检测。关于实施例，多晶薄片可具有例如300nm的整体厚度。
[0085]当在计算机或处理器上执行计算机程序时，实施例还可提供具有用于执行上述方法之一的程序代码的计算机程序。本领域技术人员会容易意识到各种上述方法的动作可通过编程的计算机来执行。因此，一些实施例还意图覆盖程序存储设备，例如数字数据存储介质，其是指令的机器或计算机可读的并且编码机器可执行的或计算机可执行的程序，其中指令执行上述方法的动作中的一些或全部。程序存储设备例如可以是数字存储器、例如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘或可选可读的数字数据存储介质。实施例还意图覆盖编程以执行上述方法的动作的计算机，或者编程以执行上述方法的动作的(现场)可编程的逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F) PGA)。
[0086]描述和附图仅示出了本公开的原理。由此应该理解本领域技术人员将能够想出个种布置，尽管没有在这里明确描述或示出，这些布置体现了本公开的原理并被包括在其精神和范围内。而且，在这里引用的所有示例主要意图明白地仅用于教育目的以帮助读者理解由一个或多个发明人贡献的本公开和概念的原理来促进本领域，并被解释为不具有对这样具体叙述的示例和条件的限制。而且，在这里叙述本公开的原理、方面和实施例，以及其具体的示例的所有的陈述意图包括其等效形式。
[0087]表示为“用于......的装置”(执行特定的功能)的功能块应该被理解为功能块包括配置成分别执行特定功能的电路。因此“用于某事物的装置”还可被理解为“配置成或适于某事物的装置”。因此配置成执行特定功能的装置不暗示这样的装置有必要正执行该功能(在给定的时刻处)。
[0088]图中示出的各种元件的功能(包括标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成传输信号的装置”等的任何功能块)可通过使用专用硬件以及能够执行与适合软件相关联的软件的硬件来提供，所述专用硬件例如是“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等。而且，在这里描述为“装置”的任何实体可对应于或作为“一个或多个模块”、“一个或多个器件”、“一个或多个单元”等实现。当通过处理器提供时，功能可通过单个专用处理器，通过单个共享处理器或通过多个单独处理器(其中的一些处理器可被共享)来提供。而且，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应该被解释为排他地指代能够执行软件的硬件，而可暗中包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、以及非易失性存储设备。还可包括其他的硬件，常规的和/或定制的。
[0089]本领域技术人员应该理解在这里的任何框图表示体现本公开的原理的例证电路的概念上的视图。类似地，应该理解任何流程表，流程图，状态传输图，伪码等表示可基本上在计算机可读介质中表示并由计算机或处理器执行的各种过程，无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
[0090]而且，下面的权利要求在此并入到详细的描述中，其中每个权利要求可作为分开的实施例独立存在。虽然每个权利要求可作为分开的实施例独立存在，但是应该注意尽管从属权利要求可在权利要求中指代一个或多个其他权利要求的特定组合，其他实施例还可包括具有彼此从属或独立的权利要求的主题的从属权利要求的组合。在这里提出这样的组合除非说明了特定组合不是意图的。而且，意图还包括权利要求对任何其它独立权利要求的特征，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
[0091]还应该注意说明书或权利要求中公开的方法可通过具有用于执行这些方法的相应动作中的每一个的装置的器件来实现。
[0092]而且，应该理解说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为按照特定的次序。因此，多个动作或功能的公开内容将不将其限制到特别的次序，除非这些动作或功能因技术原因而不可相互交换。而且，在一些实施例中，单个的动作可包括或可被分解为多个子动作。这些子动作可被包括在该单个动作的公开内容中且可以是该单个动作的公开内容的部分。除非明确排除。
【主权项】
1.一种微机电器件，包括: 可移动结构，其中可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则测试结构改变电特性。2.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括表示布置在可移动结构的微机电元件上方的并且与微机电元件电隔离的膜结构的测试结构的至少一部分的导电层。3.根据权利要求2的微机电器件，其中缺陷检测电路连接到微机电元件和导电层。4.根据权利要求3的微机电器件，其中缺陷检测电路检测导电层和微机电元件之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。5.根据权利要求2的微机电器件，其中导电层与半导体器件的晶体管的栅电极同时制造。6.根据权利要求2的微机电器件，其中导电层通过与微机电器件的晶体管的栅氧化物可同时制造的氧化物来与微机电元件隔离。7.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括可移动结构的第一横向掺杂区域和可移动结构的第二横向掺杂区域之间的Pn结。8.根据权利要求6的微机电器件，其中缺陷检测电路连接到第一横向掺杂区域和第二横向掺杂区域。9.根据权利要求7的微机电器件，其中缺陷检测电路被配置成检测第一横向掺杂区域和第二横向掺杂区域之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。10.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括浅沟槽隔离蜿蜒结构。11.根据权利要求10的微机电器件，其中可移动结构包括横向分离测试结构的两个导电梳状结构的浅沟槽隔离蜿蜒结构。12.根据权利要求1的微机电器件，其中可移动结构包括夹在上部膜层和下部膜层之间的介电隔离层。13.根据权利要求12的微机电器件，其中缺陷检测电路连接到上部膜层和下部膜层。14.根据权利要求13的微机电器件，其中缺陷检测电路被配置成检测上部膜层和下部膜层之间的漏电流的增加或贯穿电压的降低。15.根据权利要求1的微机电器件，包括连接到可移动结构的缺陷检测电路，其中缺陷检测电路被配置成独立于检测可移动结构的主要功能的感测电路而检测测试结构的电特性的改变。16.根据权利要求1的微机电器件， 其中测试结构包括与膜结构的膜层电绝缘的导电结构， 其中导电结构是到达遍及大于整个膜层的50 %的层，梳状结构或蜿蜒结构。17.根据权利要求1的微机电器件， 其中微机电器件包括布置在衬底的至少一部分和表不可移动结构的膜结构之间的腔， 其中膜结构包括如果膜结构被损坏则改变电特性的测试结构。18.根据权利要求1的微机电器件，包括配置成感测膜结构的扭曲的感测电路。19.一种包括根据权利要求1的微机电器件的压力传感器器件。20.一种检测微机电器件的损坏的方法，微机电器件包括可移动结构，其中可移动结构包括改变电特性的测试结构，该方法包括:检测可移动结构的电测试结构的电特性的改变；以及指示电特性从预先限定的容许的范围的偏离。
【专利摘要】本发明涉及半导体器件及检测半导体器件损坏的方法。一种包括可移动结构的微机电器件，其中该可移动结构包括测试结构，如果可移动结构被损坏，则测试结构改变电特性。
【IPC分类】B81B5/00, B81B7/02
【公开号】CN104891420
【申请号】CN201510187614
【发明人】D·梅因霍尔德
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】DE102015102734A1, US20150253375
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