[發明專利]用于測量微電子元件分層金屬化結構中機械應力的傳感器

有效

• 申請號: 201911081720.4
• 申請日: 2019-11-07
• 公開（公告）號: CN111157152B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: G·西布羅特;L·克爾朱卡
• 申請（專利權）人: IMEC非營利協會
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L5/162;H01L21/66
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 楊潔

1.一種被結合在分層結構中的應力傳感器，所述分層結構包括多層(M_n、M_n+1)，所述多層包括電導體和用于互連不同層的導體的通孔連接，各層的所述導體和通孔連接被嵌入在介電材料的層中，所述應力傳感器包括：

-在所述分層結構的第一層(M_n)中的第一導體，所述第一導體執行晶體管的柵電極的功能；

-與所述第一導體接觸的介電層，所述介電層執行所述晶體管的柵極介電的功能；

-在所述介電層上的半導體材料的一部分，半導體材料的該部分執行所述晶體管的溝道的功能；以及

-與所述溝道電接觸的第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔分別執行晶體管的源極和漏極的功能，所述第一通孔和所述第二通孔在與所述第一層(M_n)相鄰的第二層(M_n+1)中被電連接到各個導體，

其中，所述第一通孔和所述第二通孔中的至少一者對應于偽通孔(pseudo-via)，所述偽通孔由其電阻對沿所述第一通孔和所述第二通孔方向作用在分層結構上的機械應力敏感的材料形成，并且其中所述偽通孔的電阻對機械應力的敏感性足以通過在所述晶體管處于導通狀態時讀出所述晶體管的漏極電流來促進對應力的測量。

2.如權利要求1所述的應力傳感器，其特征在于，所述溝道和所述偽通孔由同一材料形成。

3.如權利要求2所述的應力傳感器，其特征在于，所述偽通孔和所述溝道被摻雜，并且其中所述偽通孔中的摻雜劑密度與所述溝道中的密度不同。

4.如權利要求2所述的應力傳感器，其特征在于，所述偽通孔由非晶硅或多晶硅形成。

5.如權利要求2所述的應力傳感器，其特征在于，所述偽通孔由銦鎵鋅氧化物(IGZO)形成。

6.如權利要求2所述的應力傳感器，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔兩者都對應于偽通孔。

7.如權利要求1所述的應力傳感器，其特征在于，所述偽通孔由非晶硅或多晶硅形成。

8.如權利要求1所述的應力傳感器，其特征在于，所述偽通孔由銦鎵鋅氧化物(IGZO)形成。

9.如權利要求1所述的應力傳感器，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔兩者都對應于偽通孔。

10.如權利要求1所述的應力傳感器，其特征在于，僅所述第一通孔是偽通孔，并且其中所述第二通孔通過所述第二通孔和所述溝道之間的接觸材料被連接到所述溝道。

11.如權利要求1所述的應力傳感器，其特征在于，所述偽通孔的電阻的敏感性高于或等于50ppm/MPa。

12.一種包括分層結構的微電子元件，所述分層結構包括多層(M_n、M_n+1)，所述多層包括電導體和用于互連不同層的導體的通孔連接，各層的所述導體和通孔連接被嵌入在介電材料的層中，并且其中根據權利要求1所述的至少一個傳感器被結合在所述微電子元件的分層結構中。

13.如權利要求12所述的元件，其特征在于，多個傳感器跨所述分層結構的至少一部分的表面區域分布，并且其中所述多個傳感器能夠通過耦合到所述傳感器的柵電極的字線和通過多個位線來訪問，每個位線將傳感器子組的源電極或漏電極互連。

14.如權利要求13所述的元件，其特征在于，所述傳感器以規則間隔的二維陣列布置。

15.如權利要求13所述的元件，其特征在于，所述元件是集成電路管芯，并且其中所述分層結構是管芯的后道工藝(BEOL)部分。