(57)【要約】  熱イベントセンサは、基板上に形成され、初期電荷を保つように構成され、温度に応じた速度で電荷を損失するように構成された電荷蓄積コンポーネントを含む。センシングインターフェースは、電荷蓄積コンポーネントに結合され、読み出し機構は、センシングインターフェースに結合される。読み出し機構は、電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷をセンシングし、残留電荷を示す読み出し値を提供する。
2018527586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された電荷蓄積コンポーネントであって、初期電荷を保つように、および前記電荷蓄積コンポーネントの温度に応じた速度で電荷を損失するように構成された、電荷蓄積コンポーネントと、
前記電荷蓄積コンポーネントに結合されたセンシングインターフェースと、
前記センシングインターフェースに結合された読み出し機構であって、前記電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷を、前記残留電荷を実質的に変化させることなくセンシングするように構成され、前記残留電荷を示す読み出し値を提供するように構成された、読み出し機構と
を備える、熱イベントセンサ。
【請求項２】
前記電荷蓄積コンポーネントが浮遊ゲートを含み、前記センシングインターフェースが、前記浮遊ゲートに近接しかつゲート酸化膜を介して浮遊ゲートに結合された少なくとも1つの電界効果トランジスタチャネルを含む、請求項1に記載のセンサ。
【請求項３】
前記浮遊ゲートが、ポリシリコン材料の単一層で形成される、請求項2に記載のセンサ。
【請求項４】
前記電荷蓄積コンポーネントが、フィールド酸化膜の対応する層によって分離された複数の金属層を含み、前記複数の金属層が、互いに電気的に結合され、前記浮遊ゲートに電気的に結合される、請求項2に記載のセンサ。
【請求項５】
前記センシングインターフェースが、前記浮遊ゲートに結合された少なくとも2つの電界効果トランジスタチャネルを含み、前記少なくとも2つの電界効果トランジスタチャネルが、互いに対して横方向の構成に形成される、請求項4に記載のセンサ。
【請求項６】
前記センシングインターフェースが、前記浮遊ゲートに近接した制御ゲートをさらに含む、請求項2に記載のセンサ。
【請求項７】
前記読み出し機構が、前記電界効果トランジスタチャネルに結合された読み出し回路であり、前記読み出し回路が、前記電界効果トランジスタチャネルを通るセンス電流を検出するように構成される、請求項2に記載のセンサ。
【請求項８】
前記センシングインターフェースに結合され、前記電荷蓄積コンポーネント上に初期電荷を置くように構成された帯電機構をさらに備える、請求項1に記載のセンサ。
【請求項９】
前記帯電機構が、ファウラーノルドハイムトンネリングおよびホットキャリア注入のうちの少なくとも1つにより、前記電荷蓄積コンポーネント上に前記初期電荷を置くように構成される、請求項8に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記帯電機構が、前記電荷蓄積コンポーネント上に前記初期電荷を置いた後、無効にされるように構成される、請求項8に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記電荷蓄積コンポーネントが、前記初期電荷をトラップすることによって前記初期電荷を保つように構成されたドープ誘電体を含む、請求項1に記載のセンサ。
【請求項１２】
帯電機構により、第1の時間において第1の電荷を電荷蓄積コンポーネント上に提供するステップであって、前記電荷蓄積コンポーネントが温度に応じた速度で電荷を損失するように構成される、ステップと、
第2の時間において前記電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷をセンシングするステップと、
前記センシングした残留電荷を前記第1の電荷と比較するステップと
を含む、熱イベントを検出する方法。
【請求項１３】
前記残留電荷をセンシングするステップが、前記電荷蓄積コンポーネントに近接したトランジスタチャネルの伝導性をセンシングするステップを含み、前記残留電荷が、前記トランジスタチャネルに電界効果を及ぼす、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
電荷蓄積コンポーネント上に第1の電荷を提供するステップが、フィールド酸化膜の対応する層によって分離された複数の金属層に電荷を堆積させるステップを含み、前記複数の金属層が、互いに電気的に結合される、請求項12に記載の方法。
【請求項１５】
前記比較に基づいて前記電荷蓄積コンポーネントが熱イベントに露出されたかどうかを決定するステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１６】
前記第1の電荷を提供した後に前記帯電機構を無効にするステップをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１７】
帯電機構により、第1の時間において第1の電荷を電荷蓄積コンポーネント上に提供するステップであって、前記電荷蓄積コンポーネントが温度に応じた速度で電荷を損失するように構成される、ステップと、
第2の時間において前記電荷蓄積コンポーネント上に残留している予期される電荷を決定するステップと、
前記第2の時間において前記電荷蓄積コンポーネント上に残留している第2の電荷をセンシングするステップと、
前記第2の電荷を前記予期される電荷と比較するステップと、
前記比較に基づいて前記電荷蓄積コンポーネントが許容範囲外の温度変化に露出されたかどうかを決定するステップと
を含む、温度変化を検出する方法。
【請求項１８】
前記残留電荷をセンシングするステップが、前記電荷蓄積コンポーネントに近接したトランジスタチャネルの伝導性をセンシングするステップを含み、前記残留電荷が、前記トランジスタチャネルに電界効果を及ぼす、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
電荷蓄積コンポーネント上に第1の電荷を提供するステップが、フィールド酸化膜の対応する層によって分離された複数の金属層に電荷を堆積させるステップを含み、前記複数の金属層が、互いに電気的に結合される、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記第1の電荷を提供した後に前記帯電機構を無効にするステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、あらゆる目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、「PASSIVE CMOS THERMAL SENSOR」と題する、2015年7月10日に出願した同時係属中の米国仮特許出願第62/191,015号の利益を主張するものである。
【０００２】
連邦政府資金による研究
本発明は、DARPA/MTOから助成を受けた契約第HR0011-15-C-0009号の下、政府からの支援により行われたものである。政府は、本発明において特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
多くの半導体および集積回路、またはそれらをコンポーネントとするデバイスおよび製品は、細かい性能規格に合わせて設計され、そのような規格に準拠していることが認定され得るか、または特定の性能基準を達成すると言明され得る。サプライチェーンにおける改ざんにより、部品、コンポーネント、組立品、デバイス、またはシステムが予期されるレベルで機能しなくなる場合があるか、または極端な結果をもたらす恐れのある即座の故障をそれらに引き起こす場合がある。したがって、最初のコンポーネント製造から最終的なデバイスまたはシステム組立てに至るまで、サプライチェーンにおける部品、コンポーネント、および組立品に対する改ざんの可能性を検出する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、センサ、および具体的には、極端な温度イベントへの露出をセンシングすることによって、デバイスまたはコンポーネントが改ざんまたは他の負の操作もしくは効果を施された可能性があるかどうかを示すことができる、半導体ベースのセンサに関する。
【０００５】
一態様に従って、熱イベントセンサが提供される。熱イベントセンサは、初期電荷を保つように、および電荷蓄積コンポーネントの温度に応じた速度で電荷を損失するように構成された電荷蓄積コンポーネントを含む。センシングインターフェースは、電荷蓄積コンポーネントに結合され、読み出し機構が電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷と相互作用することができるように構成される。
【０００６】
一実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、基板上に形成される。
【０００７】
一実施形態において、熱イベントセンサは、センシングインターフェースに結合され、残留電荷をセンシングするように構成された読み出し機構をさらに含む。この実施形態に付け加えて、読み出し機構は、残留電荷を示す読み出し値を提供するように構成され得る。
【０００８】
一実施形態において、読み出し機構は、残留電荷を実質的に変化させることなく残留電荷をセンシングする。代替実施形態において、読み出し機構は、残留電荷をセンシングするとき、電荷を変化させ得るか、または除去し得る。
【０００９】
一実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、浮遊ゲートを含み、センシングインターフェースは、浮遊ゲートに近接しかつゲート酸化膜を介して浮遊ゲートに結合された少なくとも1つの電界効果トランジスタチャネルを含む。
【００１０】
さらなる実施形態において、浮遊ゲートは、ポリシリコン材料の単一層で形成される。
【００１１】
一実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、フィールド酸化膜の対応する層によって分離された複数の金属層を含み、複数の金属層は、互いに電気的に結合され、浮遊ゲートに電気的に結合される。
【００１２】
一実施形態において、センシングインターフェースは、浮遊ゲートに結合された少なくとも2つの電界効果トランジスタチャネルを含み、少なくとも2つの電界効果トランジスタチャネルは、互いに対して横方向の構成に形成される。
【００１３】
一実施形態において、センシングインターフェースは、浮遊ゲートに近接した制御ゲートを含む。
【００１４】
一実施形態において、読み出し機構は、電気機構、光学機構、赤外線機構、または光ルミネセンス機構のうちの1つである。
【００１５】
一実施形態において、読み出し機構は読み出し回路である。さらなる実施形態において、読み出し回路は、電界効果トランジスタチャネルに結合され、電界効果トランジスタチャネルを通るセンス電流を検出するように構成される。
【００１６】
一実施形態において、帯電機構は、センシングインターフェースに結合され、電荷蓄積コンポーネント上に初期電荷を置くように構成される。この実施形態に付け加えて、帯電機構は、電気機構、光学機構、赤外線機構、または光ルミネセンス機構のうちの1つである。この実施形態に付け加えて、帯電機構は、ファウラーノルドハイムトンネリングおよびホットキャリア注入のうちの少なくとも1つにより電荷蓄積コンポーネント上に初期電荷を置くように構成され得、帯電機構は、電荷蓄積コンポーネント上に初期電荷を置いた後、無効にされるように構成され得る。
【００１７】
一実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、初期電荷をトラップすることによって初期電荷を保つように構成されたドープ誘電体を含む。
【００１８】
別の態様において、熱イベントを検出する方法が提供される。本方法は、帯電機構により、第1の時点において電荷蓄積コンポーネント上に第1の電荷を提供するステップであって、電荷蓄積コンポーネントが温度に対応する速度で電荷を損失するように構成される、ステップと、第2の時点において電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷をセンシングするステップと、センシングした残留電荷を第1の電荷と比較するステップとを含む。
【００１９】
一実施形態において、残留電荷をセンシングするステップは、電荷蓄積コンポーネントに近接したトランジスタチャネルの伝導性をセンシングするステップを含み、残留電荷が、トランジスタチャネルに電界効果を及ぼす。
【００２０】
一実施形態において、電荷蓄積コンポーネント上に第1の電荷を提供するステップは、フィールド酸化膜の対応する層によって分離された複数の金属層に電荷を堆積させるステップを含み、複数の金属層は互いに電気的に結合される。
【００２１】
一実施形態において、本方法は、比較に基づいて電荷蓄積コンポーネントが熱イベントに露出されたかどうかを決定するステップをさらに含む。
【００２２】
一実施形態において、本方法は、第1の電荷を提供した後に帯電機構を無効にするステップをさらに含む。
【００２３】
別の態様において、温度変化を検出する方法が提供される。本方法は、帯電機構により、第1の時点において電荷蓄積コンポーネント上に第1の電荷を提供するステップであって、電荷蓄積コンポーネントが温度に対応する速度で電荷を損失するように構成される、ステップと、第2の時点において電荷蓄積コンポーネント上に残留している予期される電荷を決定するステップと、第2の時間において電荷蓄積コンポーネント上に残留している第2の電荷をセンシングするステップと、第2の電荷を予期される電荷と比較するステップと、比較に基づいて電荷蓄積コンポーネントが許容範囲外の温度変化に露出されたかどうかを決定するステップとを含む。
【００２４】
一実施形態において、残留電荷をセンシングするステップは、電荷蓄積コンポーネントに近接したトランジスタチャネルの伝導性をセンシングするステップを含み、残留電荷が、トランジスタチャネルに電界効果を及ぼす。
【００２５】
一実施形態において、電荷蓄積コンポーネント上に第1の電荷を提供するステップは、フィールド酸化膜の対応する層によって分離された複数の金属層に電荷を堆積させるステップを含み、複数の金属層は互いに電気的に結合される。
【００２６】
一実施形態において、本方法は、第1の電荷を提供した後に帯電機構を無効にするステップをさらに含む。
【００２７】
これらの例示的な態様および実施形態のさらに他の態様、実施形態、および利点が以下に詳細に論じられる。本明細書に開示される実施形態は、本明細書に開示される原理のうちの少なくとも1つと一致する任意の様式で他の実施形態と組み合わされ得、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「代替実施形態」、「様々な実施形態」、「1つの実施形態」などへの言及は、必ずしも相互に排他的ではなく、説明される特定の特徴、構造、または特性が少なくとも1つの実施形態に含まれ得ることを示すことが意図される。本明細書内のそのような用語の登場は、必ずしもすべて同じ実施形態について言及しているとは限らない。
【００２８】
少なくとも1つの実施形態の様々な態様は、正寸であることが意図されない添付の図面を参照して以下に論じられる。図面は、様々な態様および実施形態の例証およびさらなる理解を提供するために含まれるものであり、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するが、本発明の制限の定義として意図されない。図面において、様々な図面において例証されるそれぞれの同一またはほぼ同一のコンポーネントは、同様の数字で表される。明確性の目的のため、すべてのコンポーネントがすべての図面においてラベル付けされるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の態様に従う熱イベントセンサのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の態様に従う熱イベントセンサの一例の模式図である。
【図２Ｂ】本発明の態様に従う熱イベントセンサの別の例の模式図である。
【図３Ａ】本発明の態様に従う読み出し回路例の模式図である。
【図３Ｂ】本発明の態様に従う読み出し回路の別例の模式図である。
【図４Ａ】本発明の態様に従う熱イベントセンサに関する経時的な温度露出例のグラフである。
【図４Ｂ】本発明の態様に従う熱イベントセンサに関する図4Aの温度露出に対する電荷レベル反応例のグラフである。
【図５】本発明の態様に従う熱イベントセンサの寿命例に対する1つの電荷レベル反応を例証する図である。
【図６】本発明の態様に従う熱イベントセンサの寿命例に対する別の電荷レベル反応を例証する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
従来の温度センサは、任意の所与の瞬間に温度を示し、動作中に電力を必要とする。本明細書に開示されるような熱イベントセンサおよび方法の態様および実施形態によると、熱イベントは、受動的に検出され、センサの読み出しが、コンポーネントまたはデバイスが正常な予期される範囲外の温度にさらされたかどうかの指標、つまり改ざんを示し得る指標を提供する。本明細書に開示されるような熱イベントセンサの実施形態は、ルーチン処理中に安定した(またはゆっくりと減衰する)電荷を呈し得るが、極端な温度イベントにさらされたときにかなりの電荷損失を呈する電荷蓄積コンポーネントを利用する。
【００３１】
電荷蓄積コンポーネントは、電荷を蓄積またはトラップすることができる1つまたは複数の基板層を含み得、他のコンポーネントおよび材料から誘電体分離される。電荷蓄積コンポーネント基板材料は、導体、半導体、または誘電材料であり得る。例えば、電荷蓄積コンポーネント基板材料は、電荷を保つことまたはトラップすることができる、金属、ポリシリコン、ドープ誘電体、もしくは他の材料、またはこれらのいずれかの組み合わせであり得る。少なくとも1つの実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、1つまたは複数の金属層、および集積回路構造体に対するポリシリコン浮遊ゲートインターフェースを含む。別の実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、電荷トラップのために構成された非導電性誘電材料であり得る。様々な実施形態において、電荷蓄積コンポーネントは、1つまたは複数の基板層を含み、集積回路製作技法に対応している。
【００３２】
以下により詳細に論じられるように、電荷蓄積コンポーネントの基板構造は、様々なイベントの熱の痕跡を検出するために受動様式または能動様式のいずれかで利用され得る内在する熱依存の電荷損失機構を呈する。熱依存の電荷損失機構は、基板層の幾何学的形状を修正することおよび/または代替材料の他の基板を様々な幾何学的形状で追加することによって、変化され得るか、または調整され得る。一度製作されると、電荷が受動機構および/または能動機構のいずれかによって電荷蓄積コンポーネントに転送され得、蓄積された電荷は、電荷を乱すまたは電荷を実質的に変化させることがないような様式で受動技法または能動技法によりセンシングされ得、それにより蓄積された電荷のその後のさらなるセンシングを可能にする。
【００３３】
本明細書に開示される実施形態は、任意の所与の時間において電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷を検出すること、および残留電荷を任意のこれまでに分かっている電荷状態と比較することによって、熱イベントが起こったかどうかを決定するために使用され得る。少なくとも1つの実施形態において、電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の浮遊ゲート(FG)である、電荷蓄積コンポーネントのポリシリコン結合素子により検出され得る。電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷は、浮遊ゲートを通じてMOSFETのチャネルに影響を与える。MOSFET半導体チャネルの反応は、以下に説明されるような残留電荷に依存し、読み出し機構によって検出され得る。例えば、少なくとも1つの実施形態において、単一ポリの横方向メモリセル構造は、読み出し回路が電荷蓄積コンポーネント上の電荷を検出することを可能にするために好適なインターフェースを提供し得るが、これは、蓄積された電荷が、浮遊ゲートインターフェースを通じて作用して、半導体チャネルの伝導性に影響を与えるからである。
【００３４】
極端な温度は、放電の速度に劇的に影響を与える。したがって、任意の特定の時間における残留電荷は、温度がデバイスの使用または格納のための正常な予期される温度範囲の著しく外側であると本明細内では定義される温度逸脱への露出の累積履歴を示すことができる。いくつかの実施形態において、電荷蓄積コンポーネント上に置かれた初期電荷は、センサの全耐用年数(例えば、センサが使用されるデバイスの寿命)にわたって十分であり、その結果、残留電荷はいかなるときにも検出に十分であり、センサは消去、再設定、または再充電される必要がない。加えて、センサから読み出しは、センサの蓄積された電荷または温度履歴の記録を変更、再設定、または消去することのない非侵襲的な作業であり得る。
【００３５】
本明細書で論じられる方法および装置の実施形態は、応用においては、以下の説明に記載されたまたは添付の図面に例証されたコンポーネントの構築の詳細および配置に限定されないことを理解されたい。本方法および装置は、他の実施形態での実装が可能であり、および様々な方式で実践または実行されることが可能である。特定の実装形態の例は、例証の目的のみで本明細書に提供され、限定することを意図しない。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明の目的のためであり、限定すると見なされるべきではない。「含む(including)」「備える(comprising)」、「有する(having)」、「含む(containing)」、「伴う(involving)」、およびそれらのバリエーションの本明細書での使用は、その言葉の後に列挙される項目、およびその等価物、ならびに追加項目を包含することを意味する。「または」という言及は、包含的と解釈され得るため、「または」を使用して説明されるいかなる項目も、1つ、2つ以上、および説明した項目のすべてのいずれかを示し得る。前および後、左および右、上および底、上方および下方、ならびに垂直および水平へのいかなる言及も、説明の簡便性を意図するものであり、本システムおよび方法またはそれらの構成要素をいかなる1つの位置または空間的配向に制限するものではない。
【００３６】
図1を参照すると、熱イベントセンサの一例の高水準ブロック図が例証されている。図1の熱イベントセンサは、電荷蓄積デバイス100、センシングインターフェース200、読み出し機構300、および帯電機構400を含む。読み出し機構300は、センシングインターフェース200を介して電荷蓄積デバイス100に結合される。帯電機構400もまた、センシングインターフェース200を介して電荷蓄積デバイス100に結合される。帯電機構400は、電荷蓄積デバイス100上に初期電荷を置くために使用され得、後になって新しい電荷を置くため、または電荷蓄積デバイス100を放電するために使用可能であり得る。帯電機構400は、センサの定期的な帯電のためにセンサに搭載され得るが、代替的に、最初の製造または初期の帯電中にのみ使用され得、除去され得るか、破壊され得るか、またはそうでなければセンサの一部ではない場合がある。加えて、初期電荷がセンサ上に、即ち、センサの電荷蓄積デバイス100上に置かれると、電荷蓄積デバイス100もしくはセンシングインターフェース200、またはその両方は、温度逸脱への露出の今後の指標に対する改ざんを防ぐために電荷をこれ以上置くことを許容しないように構成され得る。
【００３７】
電荷蓄積デバイス100、センシングインターフェース200、読み出し機構300、および帯電機構400の少なくとも1つの例が、以下に詳細に説明される。読み出し機構300および帯電機構400はそれぞれ、例えば、電気回路、光学、光ルミネセンス、赤外線などを含み得、電子、光子など、静止質量ありまたはなしで、荷電または中性の、様々な粒子との相互作用に関与し得る。
【００３８】
電荷蓄積デバイス100およびセンシングインターフェース200の実施形態例は、図2Aに例証される。示されるように、電荷蓄積デバイス100の例は、110nに至るまで各金属層110a間にフィールド酸化膜120およびビア130がある金属層110の多層構成である。金属層110は、電荷を保つおよび分散させることができる任意の好適な材料であり得る。フィールド酸化膜120は、電荷を導通しないが、金属層110からの熱電子放出中に金属層110からの電子がフィールド酸化膜120内を通り抜けるまたは拡散することを許容または許可し得、電子が、例えばイオン汚染に起因して、フィールド酸化膜120内で過剰イオンによって捕捉されることを許可し得る層間誘電体である。ビア130は、例えば金属などの導電性材料製であり、ビア130が金属層110を電気的に接続し、その結果、金属層110のうちの1つまたは複数が一緒に作用して、蓄積された電荷を分散させるか、または共有する。図2Aの実施形態例において、電荷蓄積デバイス100はまた、1つまたは複数のビア130aを通じて金属層110に電気的に結合された浮遊ゲート112を含む。浮遊ゲート112は、センシングインターフェース200と相互作用する電荷蓄積デバイス100のコンポーネントであり、以下にさらに説明されるように、ポリシリコンまたは他の材料であり得る。図2Aの電荷蓄積デバイス100の例は、フィールド酸化膜によって分離された金属層の積み重ねとして示されるが、様々な実施形態において、電荷蓄積デバイス100は他の形態をとり得る。例えば、電荷蓄積デバイス100は、電荷トラップ誘電材料の形態であり得るか、または、導体、半導体、および非導体の様々な配置を含み得る。加えて、電荷蓄積デバイス100の様々な実施形態は、いくつかの半導体製作技法に対応し得、それ故に、本明細書に開示される熱イベントセンサが半導体コンポーネントおよびデバイスに組み込まれるのに適切であり得る。
【００３９】
金属酸化膜半導体は概して、および図2Aの電荷蓄積デバイス100の例は、金属層110などのそれらのコンポーネント上の電荷に影響を与える機構を呈する。上で述べた2つのそのような機構としては、熱電子放出およびイオン汚染が挙げられる。簡単に説明すると、熱電子放出とは、電子が温度の結果として有する運動エネルギーに部分的に起因する、物体、例えば金属層110の表面からの電子の放出である。イオン汚染は、隣接する材料、例えばフィールド酸化膜120内の正電荷を持つイオン(典型的には、H+イオン)に対して、1つの材料の表面近くの電子の損失を引き起こす。電子の負の電荷は、正イオンを引き付け、正イオンが材料を通っておよび電子を「捕捉」する範囲内で移動するようにさせ得る。フィールド酸化膜120中のイオン汚染の密度が、イオン汚染による電荷漏洩の速度に影響を与える。加えて、金属層110とフィールド酸化膜120との間の、表面積の広さ、つまりインターフェース面積が、イオン汚染および熱電子放出の両方の機構による電荷漏洩の速度に影響を与える。両方の機構は温度に敏感であり、その結果、高温は、イオン汚染および熱電子放出の両方に起因して電荷漏洩速度を増大させる。
【００４０】
図2Aの電荷蓄積デバイス100の例のフィールド酸化膜120と接触している金属層110など、誘電体と接触している帯電した金属を前提として、熱電子放出およびイオン汚染はそれぞれ、異なる時定数で指数関数的減衰を引き起こす。時定数は、温度に依存する。構成パラメータおよび電荷の量に応じて、高温は著しい電荷損失を引き起こし得るが、一方で正常な動作温度は目的の期間にわたってごく少量の電荷漏洩を引き起こし得る。別の言い方をすると、正常な動作温度は、感知できる電荷損失がセンサ寿命の一部分にわたって発生しないそのような長い時定数と関連付けられ得る一方、起動レベルを超える温度は、より短い時定数と関連付けられ得、その結果、高温が短期間しか持続されない場合でも測定可能な電荷損失が発生する。
【００４１】
加えて、イオン汚染は、著しい数のイオンが中和される(電子を捕捉したことによって)ため経時的に減少し、その結果、イオン汚染に起因する電荷損失は高温であってもごく少量になり得るか、または完全に終了し得る。様々な実施形態において、処理中、例えば組立ておよびはんだ付け中に予期される電荷損失が、イオン汚染のかなりの割合を中和する傾向があり、その結果、熱電子放出が組立て後の優勢な機構になるように、初期電荷が選択され得る。
【００４２】
電荷蓄積デバイス100は、様々な材料を用いて、ならびに様々な数および幾何学形状の金属層110およびビア130を用いて設計され得、フィールド酸化膜120は、イオン汚染レベルを制御され得る。様々な設計パラメータは、例えば、蓄積され得る電荷の総量、露出した電荷と総電荷の比率(例えば、材料接合面近くの電荷)、およびデバイスの熱伝導に影響を与える。パッケージングおよびデバイス周辺の他の物理的構造も熱伝導性に影響を与える。これらおよび他の設計パラメータを制御することによって、電荷蓄積デバイス100は、特定の動作パラメータまたは用途のために設計され得る。少なくとも1つの実施形態において、電荷蓄積デバイス100は、はんだ付けおよびリフローなどの様々な動作中の温度逸脱を伴うデバイスまたはコンポーネント組立ておよび製造にセンサが対応するように、合計電荷容量および電荷損失(例えば、漏洩)機構のために設計され得る。
【００４３】
少なくとも1つの実施形態において、電荷蓄積デバイス100は、組立ておよびパッケージングの最中に見込まれる処理および見込まれる電荷損失機構の後、電荷の残留量が公称温度でごく少量の電荷損失を呈するように、十分な初期電荷を受容するように設計され得る。将来のいかなる温度逸脱への露出も、残留電荷をさらに減少させ、それは、センサを読み込むことによって、即ち、電荷蓄積デバイス100内の残留電荷をセンシングすることによって検出され得る。モジュール組立て、再加工、およびシステム組立て後の、電荷の読み出し、即ち、残留電荷をセンシングすることは、例えば、参照用のセンシングされた電荷レベルを確立し、この参照用のセンシングされた電荷レベルは、部品、コンポーネント、またはシステムがさらなる温度逸脱にさらされない限りは本質的に未変更のままである。さらなる温度逸脱への露出は、部品またはコンポーネントの不正除去、例えばはんだ吸い取り、および部品またはコンポーネントの別の組立てにおける再使用、例えば追加のはんだ付けなどの改ざんを示し得る。
【００４４】
少なくとも1つの実施形態において、電荷蓄積デバイス100は、すべての予期される処理および再加工の後に得られる組立て後電荷レベルでは100℃の温度でごく少量の電荷損失を呈するという特性を持って設計され得る。少なくとも1つの他の実施形態において、電荷蓄積デバイス100は、組立て後電荷レベルでは120℃の温度でごく少量の電荷損失を呈するように設計され得る。他の実施形態は、他の公称温度でごく少量の電荷損失のために設計され得る。残留電荷の量は、電荷損失がごく少量であるかどうかに影響し得、それ故に、様々な実施形態において、電荷蓄積デバイス100の総電荷容量、または容量に関係なく電荷蓄積デバイス100上に置かれる初期電荷は、システム組立て後の残留電荷が、公称温度でごく少量の電荷損失を呈する範囲内であるが、部品またはコンポーネントが温度逸脱、例えば公称温度を著しく超える温度にさらされる場合に追加の電荷損失を検出するのに十分であるように確立され得る。
【００４５】
様々な実施形態において、可変的かつカスタマイズ可能な設計が、動作要件または用途の変更のために提供される。例えば、より多くまたはより少ない金属層110を製作のために選択することは、製造業者が異なる用途または使用のための異なる特性を有する複数の熱イベントセンサを作製することを可能にし得る。複数の金属層110を有するセンサは、ビア130のうちの1つまたは複数を除去して、電気的に共に結合された金属層110の数を減少させることによってカスタマイズ可能にされ得る。ビア130により接続された金属層110の数を増加または減少させることは、積分器がセンサを特定の用途または動作パラメータに合わせてカスタマイズすることを可能にする。金属層110は、図2Aに示されるビア130のうちの1つまたは複数の代わりに、1つまたは複数の金属層110を相互接続するスイッチングトランジスタを使用することなどによって、互いとの接続または非接続を電気的に切り替えられるように構成され得る。さらに、漏洩速度および/または温度に対する漏洩速度の関係性に影響を与える寄生素子など、追加の素子を提供することができ、それにより感度、寿命、および他のパラメータの多くのバリエーションを可能にする。
【００４６】
また、図2Aに示されるのは、電荷蓄積デバイス100のセンシングインターフェース200の実施形態例である。図2Aのセンシングインターフェース200例は、浮遊ゲート112に近接しているが、誘電絶縁層またはゲート酸化膜250、典型的には、例えば二酸化ケイ素(Si02)などの酸化膜によって分離されたドープチャネル212、222、232を有する3つの電界効果トランジスタ(FET)コンポーネント210、220、230を含む。3つのFETコンポーネント210、220、230の各々は、ドレイン接点214、224、234、ソース接点216、226、236、およびバルク接点218、228、238を有する。3つのFETコンポーネント210、220、230は、以下により詳細に説明されるように、個々に、制御ゲート、トンネルゲート、およびセンストランジスタの機能を果たす。浮遊ゲート112は、ポリシリコン材料などの半導体層であり、ゲート酸化膜250および図2Aに示される下層の半導体構造体と組み合わせて、単一ポリ浮遊ゲート横方向メモリセルに類似した金属-酸化膜-半導体(MOS)デバイスを形成する。他の実施形態において、浮遊ゲート112およびセンシングインターフェース200は、多重ポリ積層ゲートセルとして構成され得る。例えば、センシングインターフェース200は、浮遊ゲート112が片面では制御ゲートおよび別の片面ではFETチャネルにより位置決めされ、したがって制御ゲートおよび浮遊ゲートが互いに対して「積層」されるように、追加層上に設置された制御ゲートを含み得る。
【００４７】
浮遊ゲート112は、ビア130aを通じて金属層110と電気的に接触している電荷蓄積デバイス100の一部であり得る。浮遊ゲート112は、ビア130aを通じて金属層110aにより互いと電気的な接続状態にある3つの個別の浮遊ゲートであり得るか、または浮遊ゲート112は、図2Aには示されない様式で、例えば別の平面図においては、接続された1つの連続した浮遊ゲートであり得る。他の実施形態において、浮遊ゲート112は、異なって構成され得る。
【００４８】
以下により詳細に論じられるように、FETコンポーネント210、220、230のうちの1つは、ファウラーノルドハイム(FN)トンネリングなどのトンネリングプロセスまたはホットキャリア注入(HCI)を通じて電荷蓄積デバイス100上に初期電荷を置くように構成および使用される。FETコンポーネント210、220、230のうちの別の1つは、後の時点で電荷蓄積デバイス100上の残留電荷をセンシングするように構成および使用される。第3のFETコンポーネントは、初期電荷を置くときまたは残留電荷をセンシングするとき、浮遊ゲート112を介して、電荷蓄積デバイス100上へ電界を制御して与えるように構成および使用される。
【００４９】
いくつかの実施形態においては、より多くまたはより少ないFETコンポーネント210、220、230が存在し得る。例えば、制御機能、トンネル機能、またはセンス機能のうちのいずれかは、異なる物理的構造体によって収容され得る。したがって、図2Aの実施形態例に対するバリエーションは、より多くのまたはより少ないFETコンポーネント210、220、230を有し得、本明細書に開示されるデバイスおよび技法の実施形態は、3つのFETの使用に限定されない。加えて、異なる構成を有するセンシングインターフェース200が、様々な実施形態において提供され得る。例えば、図2Aのセンシングインターフェース200例は、各PドープウェルがFETコンポーネント210、220、230のうちの1つのバルクを形成する、複数のPドープウェルを含む共通のNドープウェルを有するPドープ基板として示されるが、他の実施形態は、異なるドープ配置、ならびに異なる数および/または配置の基板および/またはウェルを含み得る。加えて、例えば、カーボンナノチューブ構造、ナノワイヤ、または非CMOSデバイスなど、図2Aに示されるものとは異なるセンシングインターフェース構造が様々な実施形態において提供され得る。
【００５０】
図2Bは、3つのFETコンポーネント210、220、230の接続性の例に関する詳細とともにセンシングインターフェース200のさらなる模式図を示す。図2Bのセンシングインターフェース200例は、読み出し機構300として、簡略化された電気読み出し回路と、帯電機構400として、簡略化された帯電電気回路とともに示される。
【００５１】
図2Aおよび図2Bのセンシングインターフェース例200では、以下にさらに説明されるように、機能は、3つのFETコンポーネント210、220、230のそれぞれに割り当てられる。
【００５２】
図2Bの実施形態例では、FETコンポーネント230は、センスFET230である。センスFET230のチャネル、即ちセンスチャネル232の伝導性は、以下にさらに論じられるように、電荷蓄積デバイス100上の残留電荷の測定値を決定するためにセンス電流350を用いて試験され得る。
【００５３】
図2Bの実施形態例では、FETコンポーネント210は、制御FET210であり、電気的に結び付けられて単一の制御端子310を形成する、ドレイン接点214、ソース接点216、およびバルク接点218とともに示される。制御FET210は、キャパシタのように機能して容量結合を通じて浮遊ゲート112に対する電圧を増加または減少させ、それにより、センス電圧340が制御端子310に印加されるとき、電荷蓄積デバイス100およびセンスチャネル232に対する電圧を増加または減少させる。このようにしてセンス電圧340を制御端子310に印加することによって、センスチャネル232の伝導性は変化され得る。さらに、印加されたセンス電圧340の影響は、電荷蓄積デバイス100上の残留電荷の量に依存し、したがって残留電荷は、センス電圧340が制御端子310に印加されるとき、センス電流350により検出されるように、センスチャネル232の伝導性によってセンシングされ得る。いくつかの実施形態において、印加されるセンス電圧340は、ゼロボルトであり得、そのような場合、センスチャネル232の伝導性は、浮遊ゲート112のみを介して電荷蓄積デバイス100上の残留電荷の影響下で直接測定される。読み出し回路300a例およびセンシング動作は、以下により詳細に説明される。
【００５４】
また、図2Bの実施形態例では、FETコンポーネント220は、2つの端子とともに示されるトンネルFET220である。端子の一方は、トンネルFET220のドレイン接点224に電気接続を提供するD端子410であり、端子の他方は、結び付けられたソース接点226およびバルク接点228に電気接続を提供するSB端子420である。トンネルFET220は、正確かつ意図的に電荷を確立する、または電荷蓄積デバイス100から電荷を除去するために、制御FET210と組み合わせて使用され得る。したがって、トンネルFET220は、最初に電荷蓄積デバイス100上に電荷を置くために使用されるか、または後になって残留電荷を除去し、任意選択的に電荷蓄積デバイス100上に新しい電荷を置くために使用され得る。様々な実施形態において、トンネルFET220は、初期電荷が電荷蓄積デバイス100上に置かれた後、改ざんを防ぐため、即ち、誰かが電荷蓄積デバイス100上に新しい電荷を置くことによってセンサの履歴を消去することを防ぐために、無効にされ得る。
【００５５】
通常使用では、センサは、電荷損失を通じて温度逸脱イベントに反応する。したがって、センサの正常動作は、受動的であり得、センサが最初に充電された後は電力を必要としない。センシングインターフェース200は、常に残留電荷をセンシングするためのインターフェースを提供するが、センシングインターフェース200はまた、例えば、バイアス電圧を生成して感度または起動レベルを調節することによって、正常動作中に電荷蓄積デバイス100と相互作用するために使用され得る。センシングインターフェース200、ならびに、したがって、制御FET210、トンネルFET220、およびセンスFET230は、熱イベントの受動センシングに関与することを要求されない。電荷蓄積デバイス100は、起動レベルに達するのに十分に高い温度に露出されるときに特に、センシングインターフェース、またはFETコンポーネント210、220、230のうちのいずれかからの相互作用なしに、受動的に酸化膜への電荷を損失する。上で論じられるように、および以下により詳細に論じられるように、FETコンポーネント210、220、230は、電荷蓄積デバイス100上に初期電荷を置くために使用され得る。また、上で論じられるように、および以下により詳細に論じられるように、制御FET210およびセンスFET230は、電荷蓄積デバイス100上の残留電荷を読み出し、即ちセンシングして、温度逸脱への露出、つまり熱イベントが発生したかどうかを検出または決定するために使用され得る。
【００５６】
電荷蓄積デバイス100上の残留電荷をセンシングする、または決定するための動作は、読み出し機構300の実施形態例を示す図3Aを参照して説明される。図3Aの例では、読み出し機構300は、センシングインターフェース200と組み合わせて使用され得る読み出し回路300aとして示される。電荷蓄積デバイス100上の残留電荷をセンシングするために、センス電圧340が、制御FET210に提供され、センスFET230によって流れることを許可されたセンス電流350が測定される。上で論じられるように、図3Aの例ではオペアンプ360によって制御端子310に印加されたセンス電圧340は、センスチャネル232の伝導性を変化させる。様々な用途および動作パラメータに従って、センスFET230を通る特定のセンス電流350が選択され得るか、または、例えばオフからオンへなど、センスFET230の特定の状態遷移が、残留電荷をセンシングするための測定点または測定基準として選択され得る。例えば、センス電圧340は、センス電流350が測定点に達するまで変化し得る。所与のセンス電流350を達成するセンス電圧340は、読み出し電圧であり、電荷蓄積デバイス100上の残留電荷を示すものである。例えば、100マイクロアンペア(100uA)のセンス電流350が選択され得、100uAのセンス電流350を産出するセンス電圧340は、読み出し電圧であり、残留電荷を示すものである。
【００５７】
代替的に、制御端子310に印加される電圧は、センスFET230が遷移するまで変化し得る。遷移が発生するときの電圧は、電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷を示すものであり得る。
【００５８】
代替的に、いくつかの実施形態において、特定のセンス電圧340が測定基準として選択され得、結果として生じるセンスFET230を通る電流が、電荷蓄積コンポーネント上の残留電荷を示すために測定され得る。
【００５９】
代替的に、例えば先の参照読み出し値に基づく予期される残留電荷は、熱イベントが発生しなかった場合の予期される設定点または遷移点を確立することで知られ得、またそのために使用され得る。次いで、読み出し回路300aは、その設定点を確立し、読み出し値が予期される値から逸脱するかどうかを検出し、そうである場合には、熱イベントが発生した可能性があることを決定するか、示すことができる。
【００６０】
いかなる実施形態においても、センス電圧340が所与のセンス電流350に対して測定されるにしろ、またはセンス電流350が所与のセンス電圧340に対して測定されるにしろ、決定された値(電圧または電流)は、残留電荷の指標として直接使用され得る。
【００６１】
図3Bは、読み出し回路300aの実施形態の例部分を示し、示される部分は、センス電流350を測定し、積分回路370およびカウンタ回路380を含む。積分回路370は、積分増幅器として接続されたフィードバックキャパシタ374および出力部376とともにオペアンプ372を含む。半導体センスチャネル232(図2A〜2B参照)は、積分回路370への電流源として機能する。カウンタ回路380は、比較器382、参照電圧384、制御論理386、リセットスイッチ388、および計数器390を含む。センスチャネル232がセンス電流350が流れることを許可すると、フィードバックキャパシタ374が帯電し、出力部376が参照電圧384に達する。このようにして、積分回路370が、キャパシタ374にわたる電流を積分する。比較器382は、出力部376が参照電圧384に達する(フィードバックキャパシタ374の帯電により)度に制御論理386をトリガし、参照電圧に到達する度に、制御論理386は、リセットスイッチ388を通じてフィードバックキャパシタ374を放電することによって積分回路370をリセットし、制御論理386は、積分器サイクルが完了したということを計数器390に示す。計数器390は、積分器サイクルが完了するのに要した時間を測定し、積分器サイクルが完了するのに要した時間は、センス電流350を示すものである。
【００６２】
図3Aおよび図3Bは、上で説明されるような読み出し回路として様々な実施形態において使用され得る回路の部分を示す。他の実施形態は、回路コンポーネントの追加もしくは異なる配置、または完全に異なる読み出し機構を使用し得る。開示される読み出し回路コンポーネント例は、センシングインターフェース200の特定の実施形態に関して論じられたものである。センシングインターフェース200の様々な実施形態は、互換性のために異なる読み出し機構を必要とし得る。同様に、読み出し機構300の様々な実施形態は、異なるセンシングインターフェースを必要とし得る。様々な実施形態において、センシングインターフェース200および読み出し機構300は、電荷蓄積デバイス100上の残留電荷をセンシングするために任意の好適な配置を含み得る。
【００６３】
様々な実施形態において、残留電荷の決定は、そのまま、例えばクーロンでの電荷の数値的決定ではなく、むしろ残留電荷は、読み出し電圧など、電荷に関連する値または電荷を示す値を決定するためにセンシングされる。さらに、例えば読み出し電圧の数値は、電荷の相対的変動を示すことができる間接的な測定値である。数値は、残留電荷の量と線形に関連してもしなくてもよい。
【００６４】
電荷蓄積デバイス100が電荷を損失するためには、電荷蓄積デバイス100は帯電状態から開始しなければならない。FETコンポーネント210、220、230の組み合わせは、電荷蓄積デバイス100上に電荷を置く(または除去する)ために使用され得る。例えば、および図2Bに示される帯電機構400例の簡略化された例証を参照すると、制御端子310に印加される電圧レベルと組み合わせて、ある電圧レベルがトンネルFET220の端子410、420に印加され得る。例えば、負電圧がトンネル端子410、420に印加され、正電圧が制御端子310に印加される場合、制御FET210とトンネルFET220との間の結果として生じる電圧差は、ファウラーノルドハイム(FN)トンネリングを引き起こして、浮遊ゲート112を介して、電荷蓄積デバイス100上に電子を堆積させるのに十分であり得る。同様に、トンネルFET220における正電圧および制御FET210における負電圧は、ファウラーノルドハイムトンネリングを引き起こして電子を除去するのに十分であり得る。
【００６５】
所望の初期電荷は、例えば、予期される期間にわたって電子を堆積させること、上記のように電荷をセンシングすること、および所望の初期電荷が得られるまで電子をさらに堆積させる、または除去することによって確立され得る。堆積された実際の電荷の正確な量は、重要ではない場合がある。それは、最初の時点でのセンシングされた電荷の指標を単に決定する(上記のように)には十分であり得る。
【００６６】
電荷蓄積デバイス100上に電荷を置く代替方法は、ホットキャリア注入(HCI)によるものである。少なくとも1つの実施形態において、電荷蓄積デバイス100上に置かれるべきキャリアは電子であり、したがってこの動作は、キャリアホット電子注入(CHEI)と称され得る。ここでも図2Bの実施形態例を参照すると、トンネルFET220の制御端子310およびドレイン端子410がそれぞれ、残りの端子よりも大きい電圧に接続される場合、図面の左側から右側への著しい電場勾配は、構造体にわたって電子流を、一部は高速(即ち、高温)で、誘導し、電子の一部を、ゲート酸化膜層を通って、ならびに浮遊ゲート112上へ、およびそれにより電荷蓄積デバイス100上へ進ませるのに十分であり得る(即ち、注入される)。
【００６７】
少なくとも1つの実施形態の様々な動作のための端子接続のセットが、以下のTable1(表1)に示される。実際の電圧および極性は、例えば、基板材料、ドーピング因子、チャネル長、酸化膜厚、および他の幾何学的形状などを含む多数の因子に依存し、異なる実施形態では異なる場合がある。
【００６８】
【表１】
2018527586.tif 000003
【００６９】
様々な実施形態において、読み出し電圧、例えばセンス電圧340は、電荷蓄積デバイス100上の電荷を示す。図4Aおよび図4Bは、本明細書に開示される態様および実施形態に従う熱イベントセンサの温度プロファイルに対する反応を、センサが2つの熱イベントに露出される期間にわたって、例証するグラフである。図4Aは、センサの温度露出を示し、図4Bは、電荷蓄積デバイス100上に残留している電荷を示すものである対応する読み出し電圧を示す。例証されたシナリオでは、温度は、公称動作温度である100℃のすぐ下に維持された。熱イベント、つまり温度逸脱が、例証では約20分および40分で適用され、この温度は、短期間でおよそ230℃まで上昇する。下方のグラフは、温度が公称レベルに維持される公称期間430中は、電荷蓄積デバイス100上の電荷が実質的に一定のままであるが、熱イベント440中は、電荷が実質的に減少することを示す。
【００７０】
本明細書に開示される態様および実施形態に従う熱イベントセンサの全寿命をおそらくは含む、より広い期間にわたって、熱イベントセンサは、コンポーネント、デバイス、またはシステムが公称動作温度より実質的に高い温度に露出されたかどうかを示すことができる。上で論じられるように、温度逸脱への露出は、コンポーネント、デバイス、またはシステムに対する改ざんの証拠であり得る。
【００７１】
本明細書に開示される態様および実施形態に従う熱イベントセンサの寿命例は、図5に例証される。図5の下方部分は、センサのライフイベントを例証し、上方部分は、電荷蓄積デバイス100上の電荷(読み出し電圧によって示され得る)のグラフである。センサは、時間500でウェハまたは半導体ダイの部品上に製作され得る。一旦製作されると、初期電荷が、時間510で、上で論じられるように電荷蓄積デバイス100上に置かれ得る。初期電荷を堆積させた後、帯電機構は、新しい電荷を再確立することによるセンサに対する改ざんを防ぐために無効にされ得るか、あるいは破壊され得る。初期電荷は、時間520で読み出され、初期センサ読み出しである参照値522を確立するために記録され得、そのため、電荷損失を発生させる今後のいかなる熱イベントも検出され得る。センサ、またはセンサが統合される部品もしくはコンポーネントは、時間530の間に、パッケージング、格納、輸送、倉庫保管などを伴うサプライチェーンを通過し得、センサは、電荷損失が発生しなかったこと、即ち、温度逸脱への露出が発生しなかったことを確認するために、この期間中に定期的な間隔で読み出され得る。
【００７２】
最終的に、センサ、部品、またはコンポーネントは、時間540の間に、デバイス、製品、またはシステムに組み立てられる。組立ての間、センサ、部品、またはコンポーネントは、それがデバイスまたはシステムに組み立てられている間、加工、はんだ付け、リフロー、および再加工中に予測されるような温度逸脱に露出され得る。したがって、組立て時間540の間、電荷蓄積デバイス100上の電荷は、減少する電荷レベル542によって示されるように、減少し得る。最終組立てが完了すると、組立て後時間550において、組立て後読み出しが、新しい組立て後参照値552を確立し得る。システムが導入560にあるの間の定期的読み出しは、センサが改ざんを示し得る温度逸脱イベントに露出されたかどうかを決定するために参照値552と比較され得る。
【００７３】
様々な実施形態または用途において、センサ寿命および電荷プロファイルは、上記のものとは異なり得る。例えば、いくつかの処理、例えば、パッケージングステップなどは、センサを高温に露出して電荷損失を引き起こし得る時間520での初期センサ読み出しの前に発生し得、したがって参照値522は、時間510で置かれる初期電荷よりも低い場合がある。さらに、電荷を減少させるサプライチェーンにおける追加の予測される処理が存在し得、新しい参照値は、時間540でのシステム組立ての前に確立され得る(および認可または認証され得る)。実際のライフタイムイベントおよび電荷プロファイルは異なり、多数の因子によって左右し得、変化する動作パラメータまたは用途に適合され得る。
【００７４】
詳細は、電荷蓄積デバイス100ならびに補助のセンシングインターフェース200および読み出し機構300の少なくとも1つの実施形態に関して説明されているが、様々な実施形態は、センサと統合された追加の補助の電気回路を含み得、センサと共同して機能する追加の設備および機能性を含み得る。例えば、電荷蓄積デバイス100、センシングインターフェース200、および読み出し機構300を含む本明細書に開示される態様および実施形態に従うセンサはまた、センサのワイヤレスインテロゲーションを支援するために、RFID、Bluetooth（登録商標）、Zigbee、Wi-Fi、セル方式などの無線周波数(RF)インターフェースを含み得る。センサは、読み出し値(例えば、読み出し電圧)と一緒に報告される固有の識別子でプログラムされたメモリまたはデータストレージを含み得る。携帯式または固定式のインテロゲータが、センサによる応答をトリガしてその固有の識別子および現在の読み出し値を提供するRF信号を提供し得る。センサは、各インテロゲーションまたは読み出し値をメモリまたはデータストレージに記録し得る。インテロゲータは、読み出し値、固有の識別子、および日付-時間グループをデータベースにさらに記録し得る。参照値が記録されるとき、参照値は、今後の参照のためにデータベース内に認証された参照値として記録されるように記録権限に送信され得る。定期的な間隔で実施されるセンサ読み出しは、読み出し値を記録権限からの参照値と比較し得る。
【００７５】
図6は、本明細書に開示される様々な態様および実施形態に従うセンサを使用して改ざんイベントを検出する例を例証する。図6の例証は、図5と類似しており、下方部分ではセンサの一連のライフイベントを、上方部分では電荷蓄積デバイス100上の電荷のグラフを示している。センサは、時間600でウェハまたはダイの部品として製作され、特定の部品またはコンポーネント、例えば、パッケージされた集積回路に統合され得る。初期電荷は、時間610で電荷蓄積デバイス100上に置かれ、帯電機構は破壊される。初期電荷は、時間620でセンシング、例えば読み出しされ、参照値622が、中央権限、例えば集積回路の製造業者により記録される。センサは、販売業者へと配送され得、販売業者が、時間630で定期的な読み出しを実施し、定期的な値632を参照値622と比較してその部品が温度逸脱に露出されなかったことを確認する。図6では、熱イベントは時間640で発生する。熱イベントは、例えば、この特定の部品を取り出してそれに回路基板をはんだ付けした人がいることを示し得る。その後、部品は後で回路から除去され、新しい部品の在庫に戻され得るが、はんだ付けおよびはんだ吸い取り作業は、故障に対する部品の回復力を著しく損なったか、または部品の寿命を短くした可能性がある。本明細書に開示される熱イベントセンサの実施形態は、このような改ざんの可能性を検出するため、および警告を提供するための方法を提供する。時間650でのその後の定期的な読み出しは、参照値622よりも低い(および前の定期的な値632よりも低い)読み出し値652を有し、そのことは、時間620での初期読みだしまたは時間630での以前の定期的な読み出しのいずれかの以後に、部品(センサ)が改ざんの可能性を示す温度逸脱にさらされたことを示す。
【００７６】
このようにして、熱イベントセンサを提供する態様および実施形態が開示されている。様々な実施形態において、熱イベントセンサは、センシング期間中に電力または能動的な外部制御を必要とせずに温度履歴の可読指標を作成することが可能なCMOS互換である。熱イベントセンサは、温度逸脱への露出を監視および検出するための低電力および低費用の能力を可能にする。
【００７７】
少なくとも1つの実施形態のいくつかの態様を上に説明したが、様々な変更、修正、および改善が当業者には容易に想定できることを理解されたい。そのような変更、修正、および改善は、本開示の一部であることが意図され、また本発明の範囲内であることが意図される。したがって、先述の説明および図面は、単に例であり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の適切な構築により決定されるものとする。
【符号の説明】
【００７８】
100  電荷蓄積デバイス
110  金属層
110a  金属層
112  浮遊ゲート
120  フィールド酸化膜
130  ビア
130a  ビア
200  センシングインターフェース
210  FETコンポーネント
210  制御FET
212  ドープチャネル
214  ドレイン接点
216  ソース接点
218  バルク接点
220  FETコンポーネント
220  トンネルFET
222  ドープチャネル
224  ドレイン接点
226  ソース接点
228  バルク接点
230  FETコンポーネント
230  センスFET
232  センスチャネル
232  ドープチャネル
234  ドレイン接点
236  ソース接点
238  バルク接点
250  ゲート酸化膜
300  読み出し機構
300a  読み出し回路
310  制御端子
340  センス電圧
350  センス電圧
360  オペアンプ
370  積分回路
374  フィードバックキャパシタ
376  出力部
380  カウンタ回路
382  比較器
384  参照電圧
386  制御論理
388  リセットスイッチ
390  計数器
400  帯電機構
410  D端子
420  SB端子
430  公称期間
440  熱イベント
500  時間
510  時間
520  時間
522  参照値
530  時間
540  時間
542  電荷レベル
550  組立て後時間
552  組立後参照値
560  導入
600  時間
610  時間
620  時間
622  参照値
630  時間
632  定期的な値
640  時間
650  時間
652  読み出し値
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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