專利名稱：用于集成電路芯片的宇宙射線檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路芯片的宇宙檢測(cè)器。
技術(shù)背景地球表面上的正常背景輻射環(huán)境具有有時(shí)影響半導(dǎo)體集成電路 芯片(例如計(jì)算機(jī)中使用的存儲(chǔ)器芯片)的可靠性的電離部分。如 果入侵的粒子接近芯片中的p-n結(jié)，則它可能引起軟錯(cuò)誤，或可能引 起信號(hào)更改電壓并由此導(dǎo)致更改電壓值的數(shù)據(jù)位的單粒子翻轉(zhuǎn)?？?能因擊穿粒子而產(chǎn)生過(guò)量的電子-空穴對(duì)。p-n結(jié)附近的場(chǎng)如果足夠 強(qiáng)，則在這些電子和空穴復(fù)合之前將它們分離，并將相應(yīng)符號(hào)的過(guò) 量載流子清除到附近的裝置觸點(diǎn)。如果這種收集的電荷超過(guò)臨界閾 值，則可能寄存隨機(jī)信號(hào)。中子或質(zhì)子形式的宇宙射線可以隨機(jī)地撞擊芯片中的硅核并將 它們分裂，產(chǎn)生阿爾法粒子和其他再生粒子、包括反沖核子。它們 可能攜帶能量向各個(gè)方向前進(jìn)，其中的能量可能非常高(但是固然 小于進(jìn)入的核子能量)。這樣產(chǎn)生的阿爾法粒子軌跡有時(shí)可能穿過(guò)硅 延伸一百微米。電離粒子的軌跡可能穿過(guò)感興趣芯片體延伸若干分 之一微米到幾個(gè)微米，由此以每3.6eV (電子伏特)能量損失一對(duì)的
速率生成電子-空穴對(duì)。典型的軌跡可以表示百萬(wàn)對(duì)空穴和電子。發(fā)生過(guò)宇宙射線引起的計(jì)算機(jī)崩潰，并且預(yù)期隨著裝置(例如晶體管)在芯片中的尺寸縮小，這種崩潰的情況會(huì)更頻繁。這種問(wèn)題凸顯成為將來(lái)十年內(nèi)計(jì)算機(jī)可靠性的主要限制因素。曽提出多種方法來(lái)消除或減少因芯片中宇宙射線的相互作用導(dǎo)致的軟錯(cuò)誤的數(shù)量。這些方法都不完全成功，特別是由于裝置的尺寸在不斷縮小。另一種方法是接受一些軟錯(cuò)誤的發(fā)生，并設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器和邏輯電 路以在所有計(jì)算中包含冗余性。這種方法包括更多的門(mén)電路和在貢 獻(xiàn)冗余的元件之間包括足夠的空間隔離以避免來(lái)自相同宇宙射線的 相互軟錯(cuò)誤。這種方法對(duì)于許多芯片來(lái)說(shuō)是不可行的。


通過(guò)下文給出的詳細(xì)描述以及本發(fā)明實(shí)施例的附圖，將更全面 地理解本發(fā)明，當(dāng)然這些附圖不應(yīng)視為將本發(fā)明限于所描述的特定 實(shí)施例，而只應(yīng)視為出于解釋和理解目的。圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例包括具有電路的芯片和宇宙射線 檢測(cè)器的系統(tǒng)的示意框圖表示。圖2和圖3分別是才艮據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的圖1中的電路的示 意框圖表示。圖4和圖5分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的芯片的示意框圖表示。圖6是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的具有兩個(gè)芯片的系統(tǒng)。圖7和圖8分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的芯片的示意框圖表示。圖9和圖10分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括芯片和三個(gè)宇 宙射線檢測(cè)器的系統(tǒng)的示意框圖表示。圖11是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括芯片和宇宙射線檢測(cè)器的
系統(tǒng)的示意框圖表示。
圖12是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括芯片和三個(gè)宇宙射線檢測(cè) 器的系統(tǒng)的示意框圖表示。圖13和圖14分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括兩個(gè)宇宙射 線檢測(cè)器的芯片的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。圖15是根椐本發(fā)明一些實(shí)施例、包括兩個(gè)宇宙射線檢測(cè)器的芯 片和封裝的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。圖16、圖17和圖18分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括宇宙 射線檢測(cè)器的芯片的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。圖19是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、包括宇宙射線檢測(cè)器的芯片和 封裝的橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。圖20是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的宇宙射線檢測(cè)器、電流測(cè)量電 路和放大器的示意框圖表示。圖21是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的包括宇宙射線檢測(cè)器的芯片的 橫截面?zhèn)纫晥D的示意框圖表示。圖22和圖23分別是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例、與宇宙射線檢測(cè) 器相關(guān)聯(lián)的芯片的示意框圖表示。圖24和圖25分別是可根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例使用的電路的示 意框圖表示。
具體實(shí)施例方式
A.芯片和系統(tǒng)的示例參考圖1,芯片20包括接收導(dǎo)體22上的輸入信號(hào)并向輸出導(dǎo)體 28提供輸出信號(hào)的電路24。電路24可以包括任何范圍廣泛的電路， 并可以執(zhí)行任何范圍廣泛的功能。宇宙射線檢測(cè)器26檢測(cè)進(jìn)入芯片 20的至少一些宇宙射線。宇宙射線檢測(cè)器26向電路24提供宇宙射 線的檢測(cè)的指示。能以多種方式指示宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。例如，宇 宙射線檢測(cè)信號(hào)可以是導(dǎo)體上從宇宙射線檢測(cè)器26到電路24的邏
輯高電壓，而相同導(dǎo)體上的邏輯低電壓指示未檢測(cè)到宇宙射線，當(dāng)然并非必定如此。宇宙射線檢測(cè)器26與電路24之間可能有圖1中 未示出的附加電路。因此，宇宙射線檢測(cè)信號(hào)可能在宇宙射線檢測(cè) 器26與電路24之間改變它的形式、狀態(tài)或其他特征。如本文所使 用的，術(shù)語(yǔ)"宇宙射線"旨在廣義地解釋為包括可能改變芯片中的 信號(hào)電壓的各種宇宙射線或粒子。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器26通過(guò)檢測(cè)宇宙射線與芯片 或芯片封裝的相互作用來(lái)間接地檢測(cè)宇宙射線，而不是直接檢測(cè)宇 宙射線本身。在其他實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器26直接檢測(cè)宇宙射 線。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器26同時(shí)可以直接和間接地檢 測(cè)宇宙射線?？深A(yù)期一些檢測(cè)到的宇宙射線將導(dǎo)致軟錯(cuò)誤，而其他 檢測(cè)到的宇宙射線不會(huì)導(dǎo)致軟錯(cuò)誤。宇宙射線檢測(cè)器26將不知道宇宙射線是否確實(shí)導(dǎo)致了軟錯(cuò)誤。還可能的是， 一些宇宙射線檢測(cè)器 可能有時(shí)誤識(shí)別宇宙射線，并響應(yīng)誤識(shí)別創(chuàng)建宇宙射線;險(xiǎn)測(cè)信號(hào)。根椐該實(shí)施例，電路24能以多種方式響應(yīng)接收到宇宙射線檢測(cè) 信號(hào)。例如，在一些實(shí)施例中，電路24臨時(shí)性地停止向?qū)w28發(fā) 送輸出信號(hào)。丟棄電路24的一些或所有內(nèi)部信號(hào)，并由電路24再 次處理至少一些#~入信號(hào)。如下文所解釋的，在一些實(shí)施例中，保 存并再次使用一些內(nèi)部信號(hào)，而非將其丟棄。在重新處理輸入信號(hào) 之后，將得到的輸出信號(hào)提供到導(dǎo)體28?？梢酝ㄟ^(guò)阻止時(shí)鐘信號(hào)對(duì) 輸出信號(hào)設(shè)置時(shí)鐘來(lái)臨時(shí)性地停止輸出信號(hào)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo) 體28臨時(shí)性地;故置于高阻抗?fàn)顟B(tài)(也稱為三態(tài)狀態(tài))，當(dāng)然也并非 必定如此。在一些實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到宇宙射線時(shí)，電路24在較早狀態(tài)處 重新啟動(dòng)。這是推測(cè)性執(zhí)行的一個(gè)新變體，其中推測(cè)是將不發(fā)生任 何軟^l晉誤。 一個(gè)或多個(gè)位值可以記錄芯片工作期間邏輯處理單元附 近的宇宙射線事件。對(duì)于許多操作來(lái)說(shuō)，記錄一個(gè)或多個(gè)信號(hào)(潛 在地)遇到錯(cuò)誤就足夠了，即便是在操作完成之后并且結(jié)果正由另
一個(gè)邏輯實(shí)體使用。圖2提供圖1的電路24的示例，然而電路24不一定要包括這 些細(xì)節(jié)。在圖2的示例中，電路24包括子電路SC1、 SC2和SC3。 這些子電路可以是從非常簡(jiǎn)單的電路到非常密集的包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)晶 體管的電路的任何電路。子電路SC1接收輸入信號(hào)，并對(duì)它們執(zhí)行 某些操作以創(chuàng)建內(nèi)部信號(hào)IS1。子電路SC2接收內(nèi)部信號(hào)IS1，并對(duì) 此響應(yīng)以創(chuàng)建內(nèi)部信號(hào)IS2。子電路SC3是輸出電路，它接收內(nèi)部信 號(hào)IS2并選擇性地將它們作為輸出信號(hào)提供到導(dǎo)體28。通過(guò)來(lái)自邏 輯32的輸出控制信號(hào)選擇性地阻止子電路SC3輸出輸出信號(hào)(例如， 通過(guò)阻止時(shí)鐘信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)設(shè)置時(shí)鐘)。子電路SC3可以是簡(jiǎn)單的 邏輯門(mén)或者較復(fù)雜。除了所示的那些信號(hào)外，這些子電路可以接收 輸入和輸出信號(hào)。操作中，通常的情況是，宇宙射線檢測(cè)器26沒(méi)有檢測(cè)到宇宙射 線，并不將宇宙射線檢測(cè)信號(hào)提供到電路24的邏輯32。當(dāng)沒(méi)有接收 到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)時(shí)，邏輯32不使子電路SC3因片企測(cè)到的宇宙射 線(當(dāng)然也可能存在邏輯32阻止輸出信號(hào)的另一個(gè)原因)而阻止信 號(hào)IS2傳到輸出導(dǎo)體28。另一方面，當(dāng)接收到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)時(shí)， 邏輯32使輸出控制信號(hào)臨時(shí)性地使子電路SC3不傳遞內(nèi)部信號(hào)IS2。 在一些實(shí)施例中，不重新啟用子電路SC3，直到IS2適于它進(jìn)行輸出 為止。在圖2中，可以僅通過(guò)在施加新輸入時(shí)更改子電路SC1和SC2 中的內(nèi)部信號(hào)來(lái)丟棄它們。或者，如圖3所示，邏輯32可以向SC1 和SC2提供丟棄信號(hào)以使內(nèi)部信號(hào)被丟棄。在一些實(shí)施例中，邏輯32還可以j吏至少一些輸入信號(hào)再次施加 到電路24或這些子電路中的其中一些。這可以使電路24在信號(hào)的 先前狀態(tài)上工作。在一些實(shí)施例中，將輸入信號(hào)存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器中，并從臨時(shí) 存儲(chǔ)器將其施加到電路24，雖然此類(lèi)臨時(shí)存儲(chǔ)器不包括在所有實(shí)施
例中。在一些實(shí)施例中，還將一些內(nèi)部信號(hào)存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器中以 供再次使用。在這些實(shí)施例中，某些輸入信號(hào)和內(nèi)部信號(hào)的組合可以構(gòu)成較早的狀態(tài)。例如，邏輯32可以指示電路24從臨時(shí)存儲(chǔ)器 讀取。圖4示出具有作為電路24的一部分的臨時(shí)存儲(chǔ)器48的芯片40。 臨時(shí)存儲(chǔ)器48可以包括寄存器、SRAM、 DRAM、閃速存儲(chǔ)器或其 他類(lèi)型的存儲(chǔ)器。圖5示出芯片50,其中臨時(shí)存儲(chǔ)器48從電路24 移除，但是仍在與電路24相同的芯片中。將臨時(shí)存儲(chǔ)器從電路24 移除的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在將臨時(shí)存儲(chǔ)器48與電路24在空間上分開(kāi)的 情況下，如果宇宙射線擊中電路24，則同樣也影響臨時(shí)存儲(chǔ)器48的 可能性不大。圖6圖示包括電路24的芯片60和仍具有臨時(shí)存儲(chǔ)器48 的另一個(gè)芯片66。臨時(shí)存儲(chǔ)器48與電路24之間可能有圖6中未示 出的附加電路。例如，圖7圖示包括電路24的芯片80,該電路24從高速緩存 82接收數(shù)據(jù)和指令。高速緩存82可以表示多個(gè)高速緩存。如圖7所 示，電路24包括提取電路86、流水線88和邏輯92，雖然不一定所 有實(shí)施例中都包括這些元件。在普通操作中，提取電路86從高速緩 存82提取指令。流水線88執(zhí)行所提取的指令的至少一些?？梢灾?接或經(jīng)提取電路86將來(lái)自高速緩存82的數(shù)據(jù)提供到流水線88。當(dāng) 檢測(cè)到宇宙射線時(shí)，由邏輯92接收宇宙射線檢測(cè)信號(hào)，邏輯92可 以與圖2中的邏輯32相同或相似。在圖7的示例中，邏輯92使流 水線88的全部或一部分刷新并臨時(shí)性地阻止向?qū)w28輸出數(shù)據(jù)。 邏輯92使提取電路86重新提取流水線88的指令。流水線88還可 以根據(jù)需要從高速緩存82檢索數(shù)據(jù)。由此，如果因宇宙射線而將錯(cuò) 誤引入到流水線88的一些數(shù)據(jù)或指令中，則可以與數(shù)據(jù)一起重新執(zhí) 行這些指令。圖8與圖7相似，例外的是圖8中的芯片96包括臨時(shí)存儲(chǔ)器48, 它保存數(shù)據(jù)以在檢測(cè)到宇宙射線的情況下供流水線88使用。當(dāng)流水
線88處理指令和數(shù)據(jù)時(shí)，它可以生成可存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器48中以 及在一些實(shí)施例中還存儲(chǔ)在高速緩存82中的內(nèi)部數(shù)據(jù)。當(dāng)邏輯92 檢測(cè)到宇宙射線檢測(cè)信號(hào)時(shí)，邏輯92可以使流水線88根據(jù)需要從 臨時(shí)存儲(chǔ)器48檢索其中的至少一些數(shù)據(jù)。在一些實(shí)施例中，還可以 將來(lái)自高速緩存82的一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在臨時(shí)存儲(chǔ)器48中。在一些實(shí) 施例中，臨時(shí)存儲(chǔ)器48還保存至少一些指令和來(lái)自高速緩存82的 數(shù)據(jù)。還存在一些用于查看數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤的錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)，但是 這不是必需的。
當(dāng)然，所示或所描述的每個(gè)芯片還可以具有各種存儲(chǔ)器，這些 存儲(chǔ)器在附圖中未圖示且臨時(shí)存儲(chǔ)在響應(yīng)檢測(cè)到宇宙射線而重新執(zhí) 行時(shí)可能不使用的多種數(shù)據(jù)。 一些存儲(chǔ)器可以保存重新執(zhí)行時(shí)使用 的一些信號(hào)和重新執(zhí)行時(shí)不使用的其他信號(hào)。
圖9圖示芯片100，它包括具有相關(guān)聯(lián)的臨時(shí)存儲(chǔ)器TS1、 TS2 和TS3的電路C1、電路C2和電路C3。電路C1提供輸出信號(hào)Outl。 電路C2和C3具有相應(yīng)的輸入信號(hào)Outl和Out2，以及相應(yīng)的輸出 信號(hào)Out2和Out3。該電路還可以具有其他輸入信號(hào)(例如圖示輸入 到電路C2中的那些)和其他輸出信號(hào)(未示出)?？梢园ㄅc還輯32 或82相似的邏輯。三個(gè)宇宙射線檢測(cè)器CRD1、 CRD2和CRD3位 于不同位置。在一些實(shí)施例中，CRD1最靠近電路C1， CRD2最靠近 電路C2，以及CRD3最靠近電路C3。在圖10中，芯片110與圖9中的芯片100相似。芯片100和芯 片110之間的一個(gè)不同之處是，芯片110中的臨時(shí)存儲(chǔ)器TS1、 TS2 和TS3組合在存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)116中。相比之下，在圖9中，TS1、 TS2 和TS3在空間上是分開(kāi)的。另一個(gè)不同之處是，在芯片110中，CRD1、 CRD2和CRD3的每一個(gè)向電路Cl、 C2和C3的每一個(gè)提供宇宙射 線檢測(cè)信號(hào)。這樣做的原因是， 一些宇宙射線檢測(cè)器從芯片中任何 地方或芯片的相當(dāng)大體積檢測(cè)宇宙射線。因此，多于一個(gè)的檢測(cè)器 可以檢測(cè)特定的宇宙射線。哪個(gè)宇宙射線檢測(cè)器最靠近宇宙射線相
互作用可能并不清楚。在此情況中，最安全的是將該事件通知所有 電路。如果宇宙射線檢測(cè)器檢測(cè)到僅靠近或非常靠近這些檢測(cè)器的相互作用，則恰當(dāng)?shù)膉故法是讓CRD1、 CRD2和CRD3的每一個(gè)都將 宇宙射線檢測(cè)信號(hào)提供到這些電路的僅其中一個(gè)?？梢允褂酶鼜?fù)雜 的電路來(lái)更精確地確定宇宙射線相互作用發(fā)生在哪里。例如，可以 使用一些三角測(cè)量或定時(shí)電路，但是并非一定如此。在圖9中，將 宇宙射線檢測(cè)信號(hào)提供到所有上游電路。在圖12中，每次將宇宙射 線檢測(cè)信號(hào)僅施加于一個(gè)電路。僅作為示例，圖8中的高速緩存82可以是圖10中的Cl連同包 括在存儲(chǔ)器116中的臨時(shí)存儲(chǔ)器48。圖8可以對(duì)于高速緩存82和流 水線88具有不同的臨時(shí)存儲(chǔ)器，如圖9所示。圖11圖示芯片120和128。電路24向芯片128的電路134提供 輸出信號(hào)。此外，電路24選擇性地向芯片128的宇宙射線響應(yīng)電路 130提供宇宙射線事件信號(hào)。宇宙射線事件信號(hào)指示檢測(cè)到宇宙射 線，并且它可能已經(jīng)導(dǎo)致來(lái)自電路24的輸出信號(hào)中的潛在錯(cuò)誤。宇 宙射線響應(yīng)電路130確定關(guān)于來(lái)自芯片120的輸出信號(hào)中的該潛在 錯(cuò)誤要做什么。例如，在一些實(shí)施例中，宇宙射線響應(yīng)電路130使 電路134忽略輸入信號(hào)，并等待來(lái)自芯片120的新(重新處理的) 輸出信號(hào)。電路130可以請(qǐng)求芯片120重新處理并發(fā)送另一個(gè)輸出 信號(hào)。在其他實(shí)施例中，宇宙射線響應(yīng)電路130可以允許電路134 在對(duì)輸入信號(hào)的多種測(cè)試成功的情況下接受這些輸入信號(hào)，否則忽 略這些輸入信號(hào)并等待新輸入信號(hào)。參考圖24,圖11中的宇宙射線響應(yīng)電路130可以包括錯(cuò)誤檢測(cè) 和校正電路302,以便檢測(cè)輸出信號(hào)中的錯(cuò)誤并校正它們。這些錯(cuò)誤 可能是軟錯(cuò)誤或軟錯(cuò)誤導(dǎo)致的其他錯(cuò)誤。如果沒(méi)有宇宙射線事件信 號(hào)(或如果未聲明它)，則可以將這些輸入信號(hào)(從芯片120輸出的) 傳遞到電路134。如果有宇宙射線事件信號(hào)，則可能的話可以檢測(cè)錯(cuò) 誤，并且可能的話校正錯(cuò)誤。參考圖25,電路24和(該電路)可以
包括錯(cuò)誤檢測(cè)和校正電路306。在這方面，不是重新處理信號(hào)，可 以檢測(cè)響應(yīng)并校正錯(cuò)誤。當(dāng)然，在一些情況中，響應(yīng)檢測(cè)到宇宙射 線，檢測(cè)和/或校正錯(cuò)誤也許是不可能的，重新處理則是恰當(dāng)?shù)摹Ｒ?此，在一些實(shí)施例中，電路24和130沒(méi)有錯(cuò)誤檢測(cè)或錯(cuò)誤校正電路。在電路24與電路134之間可能有附加的電路(未示出)，以及 在電路24與宇宙射線響應(yīng)電路130之間可能有附加電路(未示出)。 因此，輸出信號(hào)和宇宙射線事件信號(hào)可以更改形式、狀態(tài)或其他特 征。而且，可以在相同導(dǎo)體上以并行或串行形式將輸出信號(hào)和宇宙 射線事件信號(hào)時(shí)間復(fù)用或分組化。圖12示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的芯片140的細(xì)節(jié)，但是其他 實(shí)施例不包括這些細(xì)節(jié)。參考圖12，芯片140與圖9中的芯片100 相似。但是，電路C3選擇性地在導(dǎo)體148上提供宇宙射線事件信號(hào)。 宇宙射線事件信號(hào)指示檢測(cè)到與芯片140相關(guān)聯(lián)的宇宙射線。芯片140 還包括將宇宙射線事件信號(hào)從電路Cl提供到C2的導(dǎo)體144和將宇 宙射線事件信號(hào)從電路C2提供到C3的導(dǎo)體146。在一些實(shí)施例中， 導(dǎo)體144上的宇宙射線事件信號(hào)直接來(lái)自于導(dǎo)體150，而在其他實(shí)施 例中，它是間接的。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體146上的宇宙射線事件 信號(hào)直接來(lái)自于導(dǎo)體144或152，而在其他實(shí)施例中，它是間4妄的。 在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體148上的宇宙射線事件信號(hào)直接來(lái)自于導(dǎo)體146 或154，而在其他實(shí)施例中，它是間接的。在不同的實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器可以設(shè)在不同位置。例如， 圖13圖示在襯底172 (也可以是硅)上具有活性(active)硅區(qū)域170 的芯片。宇宙射線檢測(cè)器CRD1和CRD2形成在硅的活性區(qū)中。在 圖14中，宇宙射線檢測(cè)器CRD1和CRD2在襯底182上形成，襯底 182支持活性硅區(qū)域180。在圖15中，宇宙射線檢測(cè)器CRD1和CRD2 形成在封裝196中，封裝196支持其上形成活性硅區(qū)域180的襯底 192。本發(fā)明并不局限于這些細(xì)節(jié)。圖13-19與圖21的芯片可以是倒 裝的(例如采用倒裝芯片設(shè)置)。在圖15中，可以將CRD1和CRD2
i殳在活性石圭180的另一側(cè)。即，可以更改圖15,這樣CRD1和CRD2 在活性硅204上方，而非如圖15所示在它下方(其中"上方"和"下 方"并非一定是地心引力方向)。在一些實(shí)施例中，只有一個(gè)宇宙射線檢測(cè)器用于芯片，而在其 他一些實(shí)施例中，可以有多于一個(gè)的檢測(cè)器，包括許多檢測(cè)器。相對(duì)于芯片的相對(duì)大小，宇宙射線檢測(cè)器可以大于或小于附圖 中的那些檢測(cè)器。實(shí)際上，所有附圖本質(zhì)上是示意的，并不是要在 附圖中示出組件的實(shí)際或相對(duì)尺寸。在不同的實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器相對(duì)于芯片上表面和下表 面處于不同方向。宇宙射線檢測(cè)器可以是與上表面和下表面并行或 垂直或它們可以相對(duì)于上表面和下表面處于其他角度。片，如砷化鎵芯片?？梢允褂枚喾N類(lèi)型的制造處理器。隨著制造技 術(shù)的發(fā)展，芯片可以具有與圖示的不同的特征，本發(fā)明的原理仍將 適用。B.宇宙射線檢測(cè)器可以使用多種類(lèi)型的宇宙射線檢測(cè)器，包括目前可得到的那些 和將會(huì)制造的那些。目前的集成電路芯片具有頂層硅，它包含全部 活性元件且可能只有一微米的厚度。隨著發(fā)展到納米技術(shù)，工作厚 度將可能降低。導(dǎo)致軟錯(cuò)誤的宇宙射線可能導(dǎo)致硅核離散，并在百 微米長(zhǎng)度級(jí)的軌跡上產(chǎn)生細(xì)微的電離碎片。釋放的下一能量可能是 幾百萬(wàn)電子伏特，并且最終產(chǎn)生物可能是每個(gè)粒子的具有幾電子伏 特的典型能量的幾百萬(wàn)個(gè)電子-空穴對(duì)。多種類(lèi)型的宇宙射線檢測(cè) 器可以;險(xiǎn)測(cè)這些電子-空穴對(duì)。在不同實(shí)施例中，宇宙射線4企測(cè)器可以包括電、光學(xué)、^/U械或 聲學(xué)組件或一個(gè)或多個(gè)電、光學(xué)、機(jī)械或聲學(xué)組件的組合。在一些 實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器可以包括非電、光學(xué)、機(jī)械或聲學(xué)組件 的組件。
在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器檢測(cè)宇宙射線的碎片束。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括大的分布式P-N結(jié)以收集電荷。 在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括嵌入到一些光學(xué)透明支持絕 緣體(例如鉆石散熱器)中的光學(xué)宇宙射線檢測(cè)器。例如， 一百萬(wàn) 個(gè)電子-空穴對(duì)可以產(chǎn)生大量的復(fù)合光子。在一些實(shí)施例中，可以 使用閃爍體面板(當(dāng)電荷粒子通過(guò)它時(shí)發(fā)出少量閃爍光(光子))、 將光從閃爍體引出的光導(dǎo)管和光子檢測(cè)器。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括孩史型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 的陣列。MEMS宇宙射線檢測(cè)器可以是機(jī)械元件、傳感器、激勵(lì)器 和電子元件在非常小規(guī)模上的集成。宇宙射線檢測(cè)器可以包括探針(tip)或其他應(yīng)變檢測(cè)器，以便通過(guò)在襯底上傳播的聲波來(lái)檢測(cè)來(lái) 自核;並撞的沖擊波。要理解當(dāng)宇宙射線將硅核分裂時(shí)，在小于1納秒內(nèi)釋放約10Mev(百萬(wàn)電子伏特)或1 pJ (皮焦耳)的能量。在電子與空穴復(fù)合時(shí)， 凈宇宙射線能量以局部發(fā)熱或從沖擊點(diǎn)發(fā)出聲子云的形式出現(xiàn)。假 定復(fù)合在約一納秒內(nèi)發(fā)生且給定聲子速度在約10Km/sec (公里/秒) 的格中，我們看到宇宙射線已經(jīng)轉(zhuǎn)換成具有波陣面(wavefront)可能在 0.01 mm (毫米)厚度級(jí)上的強(qiáng)聲波。在與聲源5mm的距離處，該 波形可能產(chǎn)生0.3 mW/cnr2 (毫瓦/平方厘米)的峰值聲功率密度。 在平方波長(zhǎng)的孔上，可以接收到0.3 nW (納瓦)的峰值功率。對(duì)于 吉赫帶寬(1/ns)(納秒)的此信號(hào)，熱噪聲可能約為10-11瓦特。因 此，對(duì)于此波形，可能有非常大的信噪。可能存在因電路開(kāi)關(guān)所致 的其他噪聲源，但是此形式的發(fā)熱的特征應(yīng)該非常不同。注意實(shí)際 這些數(shù)值在具體示例中可能是有所不同的。通過(guò)將非常靈敏的應(yīng)變宇宙射線檢測(cè)器結(jié)合在懸臂中，可以構(gòu) 建高速聲學(xué)宇宙射線檢測(cè)器。 一種可能性是將掃描隧道顯微鏡STM結(jié)構(gòu)結(jié)合在懸臂中。STM結(jié)構(gòu)可以;險(xiǎn)測(cè)小如原子直徑的1/10000的位 移。在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括將不對(duì)慢速聲波響應(yīng)的
非常小的懸臂。如果懸臂在0.01 mm長(zhǎng)度級(jí)，則它可以最優(yōu)地響應(yīng) 宇宙射線事件的陡峭波形。大很多或小很多的懸臂往往可能忽略這 種大小的擾動(dòng)。但是，期望長(zhǎng)度的懸臂可能因多種因素而有所不同。 懸臂的剛度或其他特性可能影響期望的長(zhǎng)度并可以被選擇為實(shí)現(xiàn)期 望的移動(dòng)?？梢允箲冶鄣牡谝还舱窕蝽憫?yīng)頻率與預(yù)期來(lái)自宇宙射線 的主頻匹配。(當(dāng)然，在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器不包括懸 臂。)在一些實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)宇宙射線檢測(cè)器包括調(diào)諧到來(lái)自 宇宙射線事件的預(yù)期聲波的一個(gè)或多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)。STM結(jié)構(gòu)4果針 可以提供對(duì)聲波的極靈敏應(yīng)變檢測(cè)。整個(gè)事件可以在小于一納秒內(nèi)釋放它的能量。因此，能夠在計(jì) 算進(jìn)行非常遠(yuǎn)之前設(shè)置一個(gè)或多個(gè)軟誤碼。如果使用的話， 一個(gè)或 多個(gè)軟錯(cuò)誤位可以在邏輯32和邏輯82中。圖16圖示具有宇宙射線檢測(cè)器206的芯片202，宇宙射線檢測(cè) 器206包括懸臂212、 STM結(jié)構(gòu)探針204和蝕刻硅探針218。宇宙射 線火球220表示宇宙射線與襯底208中活性硅204附近的硅之間的 相互作用。響應(yīng)該相互作用，波導(dǎo)致STM結(jié)構(gòu)探針214與探針218 之間的距離改變。這種改變被檢測(cè)到，并解釋為由宇宙射線所致。 在宇宙射線檢測(cè)器206與活性硅204之間示出一個(gè)可選的放大器 216。在實(shí)際中，放大器216可以是宇宙射線檢測(cè)器206的一部分、 活性硅204的一部分或位于二者之間。其他附圖中未示出放大器216 和宇宙射線火球220，以避免干擾。圖17圖示與圖16中的芯片202相似的芯片222,例外的是該芯 片在方向上是倒裝的，以便宇宙射線檢測(cè)器206位于支架232支撐 的腔體內(nèi)。圖1S圖示與圖17中的芯片222相似的芯片232，例外的是其腔 體234較之圖17所示的更靠近活性硅204。圖19圖示位于封裝246中的芯片242和腔體234?？梢詫⒂钪?射線檢測(cè)器206設(shè)在活性硅204的另一側(cè)。即，可以更改圖19，這 樣宇宙射線檢測(cè)器206在活性硅204下方，而非如圖19所示在它上 方(其中"上方，，和"下方"并不一定是地心引力方向)。圖20圖示電流測(cè)量電路250,在宇宙射線檢測(cè)器206的一些實(shí) 施例中包括它，但是這在所有實(shí)施例中并非必需的。電流測(cè)量電路250 才金測(cè)探針214與218之間的電流的改變，該電流可以隨探4十之間的 距離改變而改變。在一些實(shí)施例中，電流測(cè)量電路250 ^r測(cè)到電流 的突然改變，并對(duì)此響應(yīng)而向放大器216提供信號(hào)。在其他實(shí)施例 中，電流測(cè)量電路250纟企測(cè)何時(shí)電流達(dá)到某個(gè)閾值量以上或以下。其他可能性是存在的。圖21圖示具有宇宙射線4全測(cè)器270的芯片262,宇宙射線;險(xiǎn)測(cè) 器270具有懸臂274和應(yīng)變儀272。響應(yīng)宇宙射線相互作用事件，應(yīng) 變儀272彎曲。彎曲檢測(cè)電路278確定應(yīng)變儀272的彎曲是否屬于 宇宙射線相互作用事件引起的類(lèi)型。還可以設(shè)有放大器。雖然圖示 彎曲檢測(cè)電路278在襯底266中，但是它可以在懸臂旁邊、活性硅204 中或在襯底266中。宇宙射線4全測(cè)器270可以在其他位置，例如圖17-19 所示。圖22和圖23圖示與宇宙射線檢測(cè)器CRD1、 CRD2和CRD3相 關(guān)聯(lián)的芯片282和286。圖23中的宇宙射線檢測(cè)器比圖22中的小。 宇宙射線檢測(cè)器相對(duì)于芯片尺寸實(shí)際可以比圖示的大或比圖示的 小。如果檢測(cè)器足夠小，則可以經(jīng)濟(jì)地將它們?cè)O(shè)在活性硅中。宇宙 射線檢測(cè)器可以位于活性硅中、位于活性硅上方或下方或位于封裝 中。注意， 一些宇宙射線檢測(cè)器可以檢測(cè)來(lái)自與宇宙射線檢測(cè)器有 相當(dāng)距離的宇宙射線相互作用事件?？梢允褂枚嘤诨蛏儆?個(gè)的檢 測(cè)器。圖22和圖23中的宇宙射線檢測(cè)器可以表示所描述或圖示的 任何宇宙射線檢測(cè)器，包括具有懸臂的那些、具有分布式P-N結(jié)以 收集電荷的那些以及具有光電檢測(cè)器的那些。在不同的實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器相對(duì)于芯片上表面和下表
面處于不同方向。宇宙射線檢測(cè)器可以是與上表面和下表面并行或 垂直或它們可以相對(duì)于上表面和下表面處于其他角度。c.附加信息信是正確的，但是出于多種原因它們可能僅是近似值或有錯(cuò)誤的。 但是，本發(fā)明的原理仍將適用。在圖13-19和圖22中，活性硅區(qū)域圖示為沒(méi)有遍布整個(gè)襯底。 但是，活性硅區(qū)域可以覆蓋整個(gè)襯底或多于或少于附圖所示的范圍。宇宙射線檢測(cè)器能以無(wú)線方式耦合到芯片。如果權(quán)利要求中使用術(shù)語(yǔ)"第一電路"，則它不一定適用于有第 二電路的情況，雖然可能存在第二電路。實(shí)施例是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)或示例。在本說(shuō)明書(shū)中對(duì)"實(shí)施例"、"一 個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例'，或"其他實(shí)施例"的引述表示在本發(fā)明 的至少一些實(shí)施例中包括結(jié)合這些實(shí)施例描述的特定功能特征、結(jié) 構(gòu)或特征，但是并非在所有實(shí)施例中如此。出現(xiàn)"實(shí)施例"、"一個(gè) 實(shí)施例"或"一些實(shí)施例"不一定全部是指同一個(gè)實(shí)施例。如果本說(shuō)明書(shū)提到"可能"、"或許"或"可以"包括組件、功 能特征、結(jié)構(gòu)或特征，則不一定會(huì)包括該特定組件、功能特征、結(jié) 構(gòu)或特征。如果說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求引述"一個(gè)"元素，則不表示僅 存在一個(gè)該元素。如果說(shuō)明書(shū)或權(quán)利要求引述"附加的，，元素，則 不排除存在多于一個(gè)的附加元素。本發(fā)明并不局限于本文所描述的具體細(xì)節(jié)。實(shí)際上，可以在本 發(fā)明范圍內(nèi)設(shè)想前述說(shuō)明和附圖的許多其他變化。因此，定義本發(fā) 明范圍的是所附的權(quán)利要求，包括對(duì)此的任何修改。
權(quán)利要求
1.一種宇宙射線檢測(cè)器，包括具有第一探針的懸臂；第二探針；以及提供信號(hào)的電路，所述信號(hào)指示所述第一探針與第二探針之間的距離會(huì)由宇宙射線相互作用事件引起。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一探針是掃 描隧道顯微鏡結(jié)構(gòu)探針。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電路是用于測(cè) 量所述第 一探針與第二探針之間的電流的電流測(cè)量電路。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一探針與第 二探針之間的距離響應(yīng)與聲音波陣面的相互作用而改變。
5，如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，將所述懸臂的長(zhǎng)度 和剛度設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)如下特征響應(yīng)宇宙射線相互作用事件改變所述 第一探針與第二探針之間的距離，否則不改變。
6. —種芯片，包括 包括第一電路的活性區(qū)； 支撐所述活性區(qū)的襯底；以及 第一宇宙射線檢測(cè)器。
7. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 -險(xiǎn)測(cè)器位于所述活性區(qū)中。
8. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器位于所述襯底中。
9. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器提供宇宙射線檢測(cè)信號(hào)以便由所述第 一 電路接收。
10. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器是微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)宇宙射線檢測(cè)器。
11. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器包括具有第一探針的懸臂； 第二探針；以及提供信號(hào)的電路，所述信號(hào)指示所述第 一探針與第二探針之間 的距離會(huì)由宇宙射線相互作用事件引起。
12. 如權(quán)利要求11所述的芯片，其特征在于，所述第一探針是 掃描隧道顯微鏡結(jié)構(gòu)探針。
13. 如權(quán)利要求11所述的芯片，其特征在于，用于提供信號(hào)的 電路是用于測(cè)量所述第一探針與第二探針之間的電流的電流測(cè)量電 路。
14. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器包括應(yīng)變儀。
15. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器包括分布式P-N結(jié)以收集電荷。
16. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器包括光子檢測(cè)器。
17. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述第一宇宙射線 檢測(cè)器是聲波檢測(cè)器。
18. 如權(quán)利要求6所述的芯片，其特征在于，所述宇宙射線;險(xiǎn)測(cè) 器是第 一宇宙射線檢測(cè)器，以及所述芯片還包括第二電路和第二宇 宙射線檢測(cè)器，以便向所述第二電路提供宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。
19. 如權(quán)利要求18所述的芯片，其特征在于，所述第一和第二 電路均接收所述第一和第二宇宙射線檢測(cè)信號(hào)。
20. —種系統(tǒng)，包括 第一芯片，包括 包括第一電路的活性區(qū)； 支撐所述活性區(qū)的襯底；以及 封裝所述芯片的封裝，其中所述封裝包括第一宇宙射線檢測(cè)器。
21. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一宇宙射 線檢測(cè)器提供宇宙射線檢測(cè)信號(hào)以便由所述第 一 電路接收。
22. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一宇宙射 線檢測(cè)器包括具有第一探針的懸臂；第二#:針；以及提供信號(hào)的電路，所述信號(hào)指示所述第 一探針與第二探針之間 的距離會(huì)由宇宙射線相互作用事件引起。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一探針是 掃描隧道顯微鏡結(jié)構(gòu)探針。
24. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于提供信號(hào)的 電路是用于測(cè)量所述第一探針與第二探針之間的電流的電流測(cè)量電 路。
25. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一宇宙射 線檢測(cè)器包括應(yīng)變儀。
26. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一宇宙射 線檢測(cè)器包括分布式P-N結(jié)以收集電荷。
27. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一宇宙射 線檢測(cè)器包括光子檢測(cè)器。
28. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一宇宙射 線檢測(cè)器是聲波檢測(cè)器。
全文摘要
在一些實(shí)施例中，宇宙射線檢測(cè)器包括具有第一探針的懸臂。該檢測(cè)器還包括第二探針和電路，以便提供信號(hào)，所述信號(hào)指示所述第一探針與第二探針之間的距離是由宇宙射線相互作用事件所引起的。還描述其他實(shí)施例并要求權(quán)利。
文檔編號(hào)G01T1/00GK101160536SQ200580021288
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者E·C·漢納 申請(qǐng)人:英特爾公司