集成電路管芯的自校準(zhǔn)熱傳感器的制造方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求享有于2013年6月11日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)13/915,453的優(yōu)先 權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例總體上涉及集成電路領(lǐng)域，并且更具體地涉及集成電路（IC) 管芯的自校準(zhǔn)熱傳感器。
【背景技術(shù)】
[0004] 新興的熱傳感器可以與管芯的電路（例如，CMOS器件）集成。然而，在熱傳感器 的深亞微米制造中的工藝變化可能會(huì)導(dǎo)致這種傳感器中的重大的不準(zhǔn)確性。為解決這個(gè)問(wèn) 題，可以在組裝測(cè)試（例如，分類或測(cè)試）期間對(duì)熱傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。例如，可以將管芯放 置在具有溫度控制的熱卡盤上并且可以對(duì)熱傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)以讀取熱卡盤的各種溫度。這 種校準(zhǔn)技術(shù)可能提供不準(zhǔn)確的熱傳感器（例如，在熱到冷范圍的中間溫度處的大約+/-3-5 攝氏度的偏差），這可能導(dǎo)致?lián)p失性能機(jī)會(huì)、在冷卻過(guò)程中損失能量和/或與功率控制相關(guān) 聯(lián)的其它問(wèn)題。此外，由于壽命所產(chǎn)生的影響，熱傳感器的準(zhǔn)確度會(huì)隨時(shí)間而降低。在本領(lǐng) 域中（例如，在使用者手中的電子計(jì)算設(shè)備的最終產(chǎn)品中），當(dāng)前的熱傳感器可能不被配備 用于校準(zhǔn)，這可能會(huì)進(jìn)一步加劇損失性能機(jī)會(huì)、在冷卻過(guò)程中損失能量和/或其它功率控 制問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0005] 通過(guò)結(jié)合附圖參考以下【具體實(shí)施方式】可以容易地理解實(shí)施例。為了便于描述，相 似的附圖標(biāo)記表示相似的結(jié)構(gòu)要素。在附圖中的圖中，通過(guò)示例的方式而不是限制的方式 示出了實(shí)施例。
[0006] 圖1示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的采用晶片形式和單一化形式的集成電路 (IC)管芯的示例性頂視圖，所述IC管芯包括一個(gè)或多個(gè)自校準(zhǔn)熱傳感器。
[0007] 圖2示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的自校準(zhǔn)熱傳感器的示例性構(gòu)造。
[0008] 圖3示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括多模式諧振器的集成電路（IC)管芯 的截面?zhèn)纫晥D。
[0009] 圖4示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的被配置成第一模式和第二模式的多模式 諧振器。
[0010]圖5是描繪根據(jù)一些實(shí)施例的用于諧振的第一模式和第二模式的所測(cè)量的頻率 和溫度的關(guān)系的曲線圖。
[0011] 圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的熱校準(zhǔn)的方法的流程圖。
[0012] 圖7示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括具有如本文中所述的自校準(zhǔn)熱傳感 器和/或諧振器的IC管芯的計(jì)算設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例包括集成電路（IC)管芯的自校準(zhǔn)熱傳感器以及相關(guān)聯(lián)的技 術(shù)和構(gòu)造。在以下【具體實(shí)施方式】中，參考了形成【具體實(shí)施方式】的一部分的附圖，其中在整個(gè)
【具體實(shí)施方式】中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的部分，并且其中通過(guò)說(shuō)明的方式示出了可以 實(shí)踐本公開(kāi)內(nèi)容的主題的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，可以利用其它實(shí)施例，并且在不脫離本公 開(kāi)內(nèi)容的范圍的情況下可以做出結(jié)構(gòu)上或邏輯上的改變。因此，下面的【具體實(shí)施方式】不能 被理解為限制性意義，并且實(shí)施例的范圍由所附的權(quán)利要求及其等同物來(lái)限定。
[0014] 出于本公開(kāi)內(nèi)容的目的，短語(yǔ)"A和/或B"表示（A)、（B)或（A和B)。出于本公開(kāi) 內(nèi)容的目的，短語(yǔ)"A、B、和/或C"表示（A)、（B)、（C)、（A和B)、（A和C)、（B和C)或（A、B 和C) 〇
[0015] 描述可以使用基于透視的描述，例如頂部/底部、內(nèi)部/外部、上方/下方等。這 種描述僅用于方便論述，并且并非旨在將本文中所描述的實(shí)施例的應(yīng)用限制于任何特定方 向。
[0016] 描述可以使用短語(yǔ)"在實(shí)施例中"，其可以指代相同或不同實(shí)施例中的一個(gè)或多 個(gè)。此外，關(guān)于本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施例所使用的術(shù)語(yǔ)"包括"、"包含"、"具有"等是同義詞。
[0017] 本文中可以使用術(shù)語(yǔ)"與…耦合"及其衍生詞。"耦合"可以表示以下內(nèi)容中的一 個(gè)或多個(gè)。"耦合"可以表示兩個(gè)或更多元件直接物理接觸、電接觸、或光接觸。然而，"耦 合"還可以表示兩個(gè)或更多元件彼此間接接觸，但仍彼此協(xié)作或相互作用，并且可以表示一 個(gè)或多個(gè)其它元件耦合或連接在所述彼此耦合的元件之間。術(shù)語(yǔ)"直接耦合"可以表示兩 個(gè)或更多元件直接接觸。
[0018] 在各種實(shí)施例中，短語(yǔ)"第一特征形成、沉積、或以其它方式設(shè)置在第二特征上"可 以表示第一特征形成、沉積、或設(shè)置在第二特征之上，并且第一特征的至少一部分可以與第 二特征的至少一部分直接接觸（例如，直接物理和/或電接觸）或間接接觸（例如，在第一 特征與第二特征之間具有一個(gè)或多個(gè)其它特征）。
[0019] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"模塊"或"邏輯單元"可以指以下部件的一部分或包括 以下部件：專用集成電路（ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的處理器（共 享、專用或組）和/或存儲(chǔ)器（共享、專用或組）、組合邏輯電路、和/或提供所描述的功能 的其它適合的部件。
[0020] 圖1示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的采用晶片形式10和單一化形式100的集 成電路（IC)管芯（在下文中稱作"管芯101"）的示例性頂視圖，管芯101包括一個(gè)或多個(gè) 自校準(zhǔn)熱傳感器（在下文中稱作"自校準(zhǔn)熱傳感器200"）。在一些實(shí)施例中，管芯101可 以是晶片11的多個(gè)管芯（例如，管芯101、101a、101b)中的一個(gè)。晶片11可以包括由半導(dǎo) 體材料（例如，硅（Si)或其它適合的半導(dǎo)體材料）組成的半導(dǎo)體襯底。個(gè)體管芯可以包括 形成在晶片11的表面上的電路103。電路103可以包括例如一個(gè)或多個(gè)集成電路（IC)器 件，例如，形成在管芯101的有源側(cè)上的晶體管和/或使IC器件與管芯101外部的其它電 子器件電耦合的互連電路。如本文中所述，管芯（例如，管芯101、101a、101b)中的每一個(gè) 都可以是包括自校準(zhǔn)熱傳感器200的半導(dǎo)體產(chǎn)品的重復(fù)單元。管芯可以與例如結(jié)合圖2-3 所描述的實(shí)施例一致。在一些實(shí)施例中，自校準(zhǔn)熱傳感器200可以被嵌入在電路103內(nèi)。
[0021] 在完成半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造過(guò)程之后，晶片11將經(jīng)歷單一化過(guò)程，其中，管芯（例 如，管芯101、101a、101b)中的每一個(gè)彼此分開(kāi)以提供半導(dǎo)體產(chǎn)品的分立的"芯片"（例如， 采用單一化形式100的管芯101)。晶片11可以是多種尺寸中的任何尺寸。在一些實(shí)施例 中，晶片11的直徑在從大約25. 4mm到大約450mm的范圍內(nèi)。在其它實(shí)施例中，晶片11可 以包括其它尺寸和/或其它形狀。根據(jù)各種實(shí)施例，本文中所述的自校準(zhǔn)熱傳感器可以是 采用晶片形式10或單一化形式100的管芯101的一部分，這取決于晶片11是否被單一化。 管芯101可以被配置為執(zhí)行各種各樣的適合的功能中的任何功能。例如，管芯101可以表 示或包括處理器、存儲(chǔ)器或ASIC、或它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，管芯101表示或包括中 央處理單元（CPU)。
[0022] 出于討論的目的，僅作為示例來(lái)提供對(duì)電路103和自校準(zhǔn)熱傳感器200的描繪。電 路103和自校準(zhǔn)熱傳感器200不限于所描繪的構(gòu)造，并且根據(jù)各種實(shí)施例可以包括各種各 樣的適合的構(gòu)造。
[0023] 圖2示意性地示出了根據(jù)一些實(shí)施例的自校準(zhǔn)熱傳感器200的示例性構(gòu)造。在一 些實(shí)施例中，自校準(zhǔn)熱傳感器200可以包括微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)諧振器的電路，所述電路可 以包括形成在管芯101上（例如，在圖2中可能僅示出了管芯101的一部分）或在管芯101 外的振蕩器電路。例如，可以看出，自校準(zhǔn)熱傳感器200可以包括：具有與反饋電路204耦 合的等效電路（在下文中稱作"諧振器電路202"）的MEMS諧振器；以及熱校準(zhǔn)模塊206， 其與反饋電路204和/或諧振器電路202耦合。
[0024] 可以看出，諧振器電路202可以包括例如電阻器Rx、電感器Lx和電容器C x，它們互 相串聯(lián)耦合、并聯(lián)耦合或采用串并聯(lián)布置的組合的形式耦合。在一些實(shí)施例中，MEMS諧振器 可以被建模為電阻器、電感器和電容器的串聯(lián)連接，但是這些元件可能物理上是不存在的。 電阻器R x、電感器Lx和電容器C x可以與寄生電容元件C。耦合，寄生電容元件C。可以類似于 諧振器電路202與地面（例如，管芯的襯底）之間的電容。諧振器電路202可以提供用于 任何MEMS諧振器的電氣模型，例如所述MEMS諧振器是固支梁（clamped beam)或用于將電 能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和/或反之亦然的任何其它諧振器換能器。例如，諧振器電路202的電能 可以使諧振板或諧振梁（在下文中稱作"諧振板"）以由諧振板以及電極構(gòu)造的結(jié)構(gòu)尺寸限 定的自然頻率或諧振頻率來(lái)振蕩。這些等效部件（例如，電阻器R x、電感器Lx和電容器(^) 的值可以取決于操作模式和操作模式下的溫度。
[0025] 可以看出，諧振器電路202可以采用正反饋配置來(lái)與互阻抗放大器205耦合。正 反饋可以用與MEMS諧振器的諧振頻率相等的頻率來(lái)激勵(lì)并維持MEMS諧振器中的振蕩。諧 振板的諧振頻率可以隨著管芯101的溫度而變化，這可以允許通過(guò)監(jiān)測(cè)由MEMS諧振器設(shè)定 的振蕩器的輸出頻率（例如，圖2中的輸出模塊207的輸出）來(lái)跟蹤管芯101的溫度。
[0026] 在一些實(shí)施例中，自校準(zhǔn)熱傳感器200可以包括輸出模塊207,輸出模塊207被配 置為輸出關(guān)于振蕩器的頻率的信息，振蕩器的頻率由MEMS諧振器的諧振頻率來(lái)設(shè)定。例 如，使MEMS諧振器振蕩可以產(chǎn)生與諧振器電路202的諧振頻率相對(duì)應(yīng)的正弦電信號(hào)。正弦 電信號(hào)可以由輸出模塊輸出到熱校準(zhǔn)模塊206。在一些實(shí)施例中，熱校準(zhǔn)模塊206或輸出模 塊207可以包括用于計(jì)數(shù)正弦電信號(hào)的頻率的頻率計(jì)數(shù)器電路或邏輯單元。
[0027] 可以看出，反饋電路204還可以包括與互阻抗放大器205耦合的電阻器Rf和緩沖 器209。電阻器Rf可以被配置為設(shè)定互阻抗放大器205的增益，并且緩沖器209可以被配 置為隔離反饋電路204的部件（例如，互阻抗放大器205)。自動(dòng)電平控制（ALC)模塊208 可以被配置為提供用于MEMS諧振器的振蕩的增益的穩(wěn)定電平。例如，ALC模塊208可以包 括被配置為控制電阻器Rf以設(shè)定互阻抗放大器205的增益的邏輯單元。
[0028] 熱校準(zhǔn)模塊206可以可操作地與反饋電路204耦合。例如，熱校準(zhǔn)模塊206可以與 輸出模塊207耦合，以接收由輸出模塊207輸出的MEMS諧振器的頻率。在一些實(shí)施例中， 熱校準(zhǔn)模塊206可以與諧振電路202耦合。例如，熱校準(zhǔn)模塊206可以被配置為通過(guò)對(duì)諧 振板進(jìn)行偏置來(lái)控制諧振板的振蕩，以采用諸如第一模式和第二模式等多種模式來(lái)進(jìn)行操 作和/或在第一模式與第二模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多種模式中的個(gè)體模式均可以激勵(lì)使MEMS 諧振器相對(duì)于彼此產(chǎn)生不同的幾何位移和幅度的振蕩。
[0029] 熱校準(zhǔn)模塊206可以被配置為通過(guò)使用熱響應(yīng)曲線方程（例如，例如，方程（1)或 (3))來(lái)執(zhí)行計(jì)算，從而執(zhí)行自校準(zhǔn)熱傳感器200的軟調(diào)整（soft trim)或熱校準(zhǔn)。熱校準(zhǔn) 模塊206可以包括被