[发明专利]应力诱导电阻变化的补偿

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对半导体电阻器元件的电阻的应力诱导(stress induced)变化进行补偿的装置，并且涉及对半导体电阻器元件的电阻的应力诱导变化进行补偿的相关方法，特别是非排他性地参考RC振荡器。

背景技术

在使用期间或者由于制造工艺的原因，半导体器件(例如，硅芯片)能够受到应力的作用。例如，硅芯片的封装能够在某种程度上在其中造成应力，就其大小和方向而言，该应力是难以预测的。应力是由封装的性质、引线框、固化材料、固化温度和许多其他因素来确定的。该应力产生硅晶片(silicon die)的应变，并且与应力变化被施加之前电阻器的阻值相比，应力变化可以引起电阻器改变阻值。应力变化及相关的应变变化还可以由其他方式(例如，温度改变、诸如将硅芯片安装在印刷电路板上等之类的机械方式、或者通过封装材料性质的缓慢改变)引起。

能够在集成电路上实现的半导体器件的具体实例是诸如RC振荡器之类的电子振荡器。根据前述讨论，显而易见的是，不论在对硅芯片施加应力之前RC振荡器是否进行了精确的校准，在硅芯片受到应力时，经封装的RC振荡器将发生频移。众所周知的是，为了消除自然存在的晶圆间的工艺变化，需要对RC振荡器进行精确的校准。通常地，该校准过程可以是在制造工艺期间或者在制作过程之后不久(例如，在晶圆探测时)执行的。众所周知的是，为了对装置相对于温度的响应进行校准，这时需要执行温度扫描，使得随后依赖于温度的变化可以被消除。然而，这些已知的校准过程没有考虑到由硅芯片的封装所诱导的应力变化而引起的RC产品中的后续变化。

封装诱导的应力很难完全预测，并且本发明是基于封装应力的补偿需要一系统在进行适当的补偿之前对封装应力或者其影响进行监控来预测的。众所周知的是，使用用于对应力诱导的应变进行机械测量的应变仪，但是通常这些装置依赖于未应变的参考元件(其与受到应变的一个或多个元件进行比较)。或者，已知的参考量(例如，电压或电流)可以用于测量应变仪特性。这代表了在硅晶片上实施的主要障碍，因为该晶片上的所有元件某种程度上都受到应力，并且不存在理想的参考元件或参考量。

发明内容

在本发明的实施例中的至少一些实施例中，本发明解决了上述的问题和需要。具体地，本发明提供了用于对RC振荡器中的应力诱导变化进行补偿的方法和装置。然而，本发明可以被更一般地应用于对用于其他目的的半导体电阻器元件的电阻的应力诱导变化进行补偿。例如，本发明可以与带隙参考系统、压阻式器件、传感器或者其他要求电阻精密控制的半导体器件相结合来使用。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于对半导体电阻器元件的电阻的应力诱导变化进行补偿的方法，所述方法包括以下步骤：

提供半导体器件，所述半导体器件包括所述半导体电阻器元件和参考设备，其中，所述参考设备包括金属参考电阻器和半导体参考电阻器；

通过对所述金属参考电阻器的电阻和所述半导体参考电阻器的电阻的应力诱导改变或者与所述应力诱导改变在功能上相关的至少一个量进行测量，来产生补偿参数；以及

使用所述补偿参数来对所述半导体电阻器元件的电阻的应力诱导变化进行补偿。

本发明利用由金属材料和半导体材料所表现出的对应力的不同灵敏度来确定和量化由应力所诱导的电阻变化。

通常地，半导体电阻器元件和半导体参考电阻器是由相同的半导体材料形成的。有利地，至少半导体参考电阻器和可选择的金属参考电阻器位于接近于半导体电阻器元件的位置处。

有利地，补偿参数是通过对金属参考电阻器的电阻与半导体参考电阻器的电阻的第一比值进行测量来产生的。便利地，补偿参数是通过对第一比值和金属参考电阻器的电阻与半导体参考电阻器的电阻的第二参考比值进行比较来产生的，该第二参考比值是在参考条件下确定的。通常地，第二参考比值是在制造时间时或者制造时间之后不久(例如，在晶圆探测时)进行确定的。这能够作为可能包括温度依赖关系校准的较粗略的校准过程的一部分来执行。在优选的实施例中，补偿参数是通过对第一比值与第二比值的比值，或者与第一比值与第二比值的比值在功能上相关的量进行获取来产生的。