應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)和使用該電路系統(tǒng)的集成電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)包括：用于提供傳感器輸出信號(hào)SSensor的傳感器裝置，其中，所述傳感器輸出信號(hào)SSensor基于在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ；用于處理傳感器輸出信號(hào)SSensor和取決于在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ提供控制信號(hào)SControl的處理裝置；以及用于基于控制信號(hào)SControl提供具有振蕩器頻率fOSC的振蕩器輸出信號(hào)SOSC的振蕩器裝置，其中控制信號(hào)SControl控制振蕩器輸出信號(hào)SOSC，并且其中控制信號(hào)SControl減小在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ對(duì)振蕩器輸出信號(hào)SOSC的影響，使得振蕩器電路系統(tǒng)提供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)和使用該電路系統(tǒng)的集成電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及集成電路的領(lǐng)域，并且更具體地涉及應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系 統(tǒng)和使用該電路系統(tǒng)的集成電路的領(lǐng)域。此外，本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有機(jī)械應(yīng)力/應(yīng)變補(bǔ) 償?shù)钠险袷幤鳌?br>【背景技術(shù)】
[0002] 集成電路系統(tǒng)或集成電路（1C)通常安裝在塑料封裝中以保護(hù)敏感的集成電路系 統(tǒng)免于環(huán)境影響。然而，在塑料封裝中安裝集成電路系統(tǒng)可以對(duì)半導(dǎo)體材料施加相當(dāng)大的 機(jī)械應(yīng)力，并且因此對(duì)集成電路系統(tǒng)的半導(dǎo)體襯底施加相當(dāng)大的機(jī)械應(yīng)力。
[0003] 存在于半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體材料中且作用于集成電路系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力或機(jī)械應(yīng) 變通常難以再現(xiàn)，因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力取決于針對(duì)半導(dǎo)體襯底和針對(duì)封裝使用的材料的組合，并 且此外，取決于集成電路本身的封裝工藝。
[0004] 因此，機(jī)械應(yīng)力問(wèn)題由封裝、焊接、塑料封裝中的濕度改變、管芯(半導(dǎo)體襯底）的 彎曲效應(yīng)、對(duì)鄰近器件的溝槽影響等引起。機(jī)械不穩(wěn)定性導(dǎo)致參考電路中的電流和電壓改 變以及導(dǎo)致無(wú)源部件(如片上電感器、電容器及電阻器)和有源部件(例如，晶體管、二極管 等）的改變，該改變?yōu)榉謩e由無(wú)源和有源部件中的應(yīng)力或應(yīng)變誘發(fā)的壓電效應(yīng)引起的標(biāo)稱(chēng) 值的大約3%。
[0005] 總之，機(jī)械應(yīng)力似乎是終生效應(yīng)，但實(shí)際上集成電路的行為的偏移效應(yīng)的90%由封 裝、焊接、濕度和管芯（即，半導(dǎo)體襯底)上的溫度梯度引起，因?yàn)樗芰戏庋b的膨脹導(dǎo)致芯片 的彎曲。
[0006] 因此，到目前為止，可以實(shí)現(xiàn)在集成電路系統(tǒng)的壽命和溫度范圍內(nèi)的僅1%到3%的 準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，即使用對(duì)晶片的修整方案。
[0007] 因此，存在對(duì)改進(jìn)的集成電路的需要，該集成電路以高精度和高壽命穩(wěn)定性連同 非常低的溫度偏移和低功率或相位噪聲來(lái)工作。因此，針對(duì)沒(méi)有外部部件的片上振蕩器的 準(zhǔn)確和便宜的低功率或低相位噪聲為具有數(shù)字協(xié)議或RF接口的許多集成電路（1C)所需 要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，包括：用于提供傳感器輸出信 號(hào)SSenscir的傳感器裝置，其中，所述傳感器輸出信號(hào)S Senscir基于在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力 或應(yīng)變分量σ;用于處理傳感器輸出信號(hào)&_。4卩取決于在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變 分量σ提供控制信號(hào)S Ccintell的處理裝置;以及用于基于控制信號(hào)SCcintol提供具有振蕩器頻率 f 0SC的振蕩器輸出信號(hào)Sosc的振蕩器裝置，其中控制信號(hào)Scontrol控制振蕩器輸出信號(hào)Sosc(例 如，振蕩器輸出信號(hào)Sosc的振蕩器頻率S QSC或幅度AQSC)，并且其中，控制信號(hào)^^堿小在半 導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ對(duì)振蕩器輸出信號(hào)Sosc的影響，使得振蕩器電路系統(tǒng)提 供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)。
[0009] 本發(fā)明的實(shí)施例還提供了包括應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的集成電路，該應(yīng)力補(bǔ)償 振蕩器電路系統(tǒng)具有：用于提供傳感器輸出信號(hào)s Senscir的傳感器裝置，其中，所述傳感器輸 出信號(hào)Ssensor基于在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量〇 ;用于處理傳感器輸出信號(hào) sSe3nscir和取決于在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ提供控制信號(hào)S Ccintrcil的處理裝置； 以及用于基于控制信號(hào)提供具有振蕩器頻率fQSC的振蕩器輸出信號(hào)S QSC的振蕩器裝 置，其中控制信號(hào)Scontrol控制振蕩器輸出信號(hào)Sosc(例如，振蕩器輸出信號(hào)Sosc的振蕩器頻率 Sosc或幅度Aosc)，并且其中控制信號(hào)Scontrol減小在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ對(duì) 振蕩器輸出信號(hào)Sosc的影響，使得振蕩器電路系統(tǒng)提供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)；以及用于 基于由應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)提供的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)執(zhí)行處理操作的處理電 路系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 為了更完全理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)與附圖結(jié)合做出的下面描述進(jìn)行參考， 在附圖中： 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的示意框圖； 圖2a-b示出了在半導(dǎo)體襯底的表面平面中的晶向的一般定義； 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的集成電路的示意框圖； 圖4示出了示范性(張弛)振蕩器的振蕩器輸出頻率與半導(dǎo)體襯底中的X和y方向上的不 同應(yīng)力分量的相關(guān)性的圖形說(shuō)明； 圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有不同示范性傳感器元件的傳感器裝置的不同 實(shí)施方式的示意框圖； 圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器布置的示范性傳感器元件的示意實(shí)施方式； 圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器裝置的示范性傳感器元件的示意頂視圖說(shuō) 明和布置在傳感器元件附近的深溝槽對(duì)作用在傳感器元件上的不同應(yīng)力分量以及對(duì)傳感 器元件的不同壓電系數(shù)的影響的示意頂視圖說(shuō)明； 圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的傳感器裝置的示范性傳感器元件的示意橫截面說(shuō) 明和布置在示范性傳感器元件附近的深溝槽對(duì)作用在傳感器元件上的不同應(yīng)力分量以及 對(duì)傳感器元件的不同壓電系數(shù)的影響的示意橫截面說(shuō)明； 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形式為應(yīng)力敏感電流鏡電路的傳感器裝置的實(shí)施方 式的示意圖； 圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有經(jīng)由數(shù)字分?jǐn)?shù)值的應(yīng)力補(bǔ)償?shù)腜LL振蕩器的示 意框圖； 圖8b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的針對(duì)具有經(jīng)由數(shù)字分?jǐn)?shù)值的應(yīng)力補(bǔ)償?shù)腜LL振蕩器 的示范性分?jǐn)?shù)PLL的示意框圖； 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的直接應(yīng)力補(bǔ)償LC振蕩器的示意框圖； 圖10a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有針對(duì)積分器電流的校正DAC的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩 器的示意框圖； 圖10b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通過(guò)使用具有不同應(yīng)力分量的器件的組合而具有 應(yīng)力補(bǔ)償積分器電流的張弛振蕩器的示意框圖；以及 圖。 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有應(yīng)力傳感器和溫差傳感器的LC振蕩器的示意
【具體實(shí)施方式】
[0011]在使用附圖更詳細(xì)地討論本發(fā)明之前，要指出的是，在附圖中同樣元件和具有相 同功能和/或相同的技術(shù)或物理效應(yīng)的元件被提供有相同的參考數(shù)字，使得在不同實(shí)施例 中圖示的這些元件及其功能的描述是相互可交換的，或者可以在不同的實(shí)施例中彼此應(yīng) 用。
[0012]更具體地說(shuō)，下面詳細(xì)討論本發(fā)明的實(shí)施例，然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，本發(fā)明提供了 許多適用的發(fā)明概念，其可以被體現(xiàn)在各種各樣的具體聯(lián)系中。所討論的具體實(shí)施例僅僅 說(shuō)明制作和使用本發(fā)明的具體方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。在對(duì)實(shí)施例的下面描述中， 具有相同功能的相同或類(lèi)似元件具有與之相關(guān)聯(lián)的相同參考標(biāo)記，并且對(duì)每個(gè)實(shí)施例將不 重復(fù)對(duì)這樣的元件的描述。
[0013]在下文中，將關(guān)于在集成振蕩器電路(例如LC或PLL振蕩器電路）的上下文中的實(shí) 施例描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可以被應(yīng)用于其它集成電路，如任何集成電路，其輸出信 號(hào)不旨在是依賴(lài)于物理輸入信號(hào)（例如要被測(cè)量的信號(hào)，諸如外部磁場(chǎng)或溫度或傳感器信 號(hào)電壓）的信號(hào)。發(fā)明概念也可以應(yīng)用于穩(wěn)定電壓或電流參考或基于電阻器或電容器值的 參考。
[0014] 圖1是用于提供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)Sos。的應(yīng)力補(bǔ)償(集成)振蕩器電路系統(tǒng) 10的示意框圖。應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10包括傳感器裝置100,并且配置成提供傳感器輸 出信號(hào)Ssens。!·，其中傳感器輸出信號(hào)S se_r基于在半導(dǎo)體襯底20中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量〇。
[0015] 應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10還包括處理(呈現(xiàn))裝置200,其配置成處理或呈現(xiàn)傳 感器輸出信號(hào)Ssmsor并且配置成取決于在半導(dǎo)體襯底20中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量(如由傳 感器裝置1〇〇測(cè)量)提供控制信號(hào)
[0016] 應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10還包括振蕩器裝置300,其配置成提供具有振蕩器頻 率f CISC的振蕩器輸出信號(hào)s。％，其中振蕩器輸出信號(hào)基于來(lái)自處理裝置200的控制信號(hào) Scontrol 〇
[0017] 控制信號(hào)Secured(由處理裝置200提供給振蕩器裝置300的控制輸入端（未示出在 圖1中）)控制振蕩器輸出信號(hào)s_ (例如，振蕩器輸出信號(hào)Sosc的振蕩器頻率fosc或振蕩器幅 度a。％)，其中控制信號(hào)。。^^減小半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量（如由傳感器裝置 100測(cè)量)對(duì)振蕩器輸出信號(hào)s。％(例如，對(duì)振蕩器輸出信號(hào)Seise的振蕩器頻率f CISC或振蕩器幅 度aQS。)的影響，使得振蕩器電路系統(tǒng)10提供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)S_。
[0018] 傳感器裝置100、處理裝置200和振蕩器裝置300可以被布置或集成在相同半導(dǎo)體 襯底20上。
[0019] 如以上指示的，由處理裝置提供的控制信號(hào)s_trQl在傳感器輸出信號(hào)Sse_ r的基 礎(chǔ)上被處理或呈現(xiàn)，并且控制振蕩器裝置，以便減小在半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分 量(如由傳感器裝置100測(cè)量)對(duì)振蕩器輸出信號(hào)S。％的影響。因此，振蕩器電路系統(tǒng)10提供 了應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)S QUt。因此，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的輸出信號(hào)在不受在半導(dǎo) 體襯底20中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量的影響的公差范圍內(nèi)。
[0020] 關(guān)于以上指示的"公差范圍"，要指出的是，在本領(lǐng)域中存在與在物理學(xué)的所有領(lǐng) 域中的理論理想情況的偏差，根據(jù)本發(fā)明補(bǔ)償概念的功能的這些偏差僅需要足夠小，即，在 半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)Sosc的振蕩器頻率f CISC或振蕩器幅 度a。％的影響被減小至少50%、80%、90%、99%、99 · 9%，即處于與理想(不受應(yīng)力影響）的振蕩器 輸出信號(hào)的50%、20%、10%、1 %或0.1 %的公差范圍內(nèi)。
[0021] 此外，為了便于理解用于提供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)的半導(dǎo)體襯底上本發(fā)明的 應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的下面詳細(xì)描述，提供了關(guān)于以下使用的定義的圖2a-b的簡(jiǎn)要表 示，該以下使用的定義涉及所使用的半導(dǎo)體材料和關(guān)于半導(dǎo)體材料的晶體取向的在半導(dǎo)體 材料上的預(yù)定義方向。半導(dǎo)體表面(管芯或晶片表面)與晶面相關(guān)聯(lián)。為了確定立方晶體的 相應(yīng)平面，使用所謂的密勒指數(shù)，其被指示在背景中（下面）。例如，圖2a示出了在（100)平面 中切入的例如半導(dǎo)體晶片的平面視圖。
[0022]在晶片平面中的主晶向關(guān)于硅晶片處的所謂"主平坦部"被標(biāo)記在圖2a_b中。通 常，半導(dǎo)體芯片上的電路結(jié)構(gòu)的矩形幾何形狀邊緣與主平坦部平行和/或垂直于主平坦部 延伸。在圖2a中，特別地，晶向和/或晶軸被表示在半導(dǎo)體晶片的平面中，這些在下面被表 示在方括號(hào)中。坐標(biāo)系通常被采用，以使得[110]方向垂直于主平坦部延伸，而[110]方向與 主平坦部平行延伸。這里，方向[010]和[100]以相對(duì)于[110]方向的+/-45°的角度延伸。
[0023] 另外，角度Φ是相對(duì)于[110]方向定義的，角度Φ是在晶片的頂側(cè)的平面視圖中從 [110]方向開(kāi)始以逆時(shí)針的方式計(jì)算的。通常，個(gè)體芯片位于晶片處，使得方向Φ= 0°和Φ = 90°分別對(duì)應(yīng)于1C垂直和水平方向。
[0024] 因?yàn)榉庋b的集成電路芯片通常以分層的方式來(lái)結(jié)構(gòu)化，所以對(duì)平面應(yīng)力條件的限 制是可能的，即對(duì)兩個(gè)正應(yīng)力分量σχχ, σγγ和一個(gè)切應(yīng)力分量〇xy的限制，如圖2b中不范 性圖示的那樣。根據(jù)定義，X軸和y軸布置成與半導(dǎo)體襯底的邊緣平行。剩余應(yīng)力分量基本上 是小到可以忽略的，并且僅對(duì)電子電路部件有較小影響。在離半導(dǎo)體芯片的邊緣的足夠大 的距離處并且特別是在半導(dǎo)體襯底的中心中，切應(yīng)力分量σχγ通常小到可以忽略。因此，基本 上僅兩個(gè)正應(yīng)力分量(^和^咐仍被考慮。
[0025] 此外，在半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體材料中存在各種壓電效應(yīng)，諸如壓阻 效應(yīng)、壓電M0S效應(yīng)、壓電結(jié)型效應(yīng)、壓電霍爾效應(yīng)和/或壓電隧道效應(yīng)。這些壓電效應(yīng)中的 每個(gè)可能由于在集成電路操作期間集成電路的半導(dǎo)體襯底中的機(jī)械應(yīng)力而單獨(dú)或組合地 對(duì)集成電路的相關(guān)電氣和/或電子參數(shù)有影響。關(guān)于下面描述，一般術(shù)語(yǔ)"在半導(dǎo)體襯底中 的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量"（即，壓電效應(yīng)以及還有純應(yīng)變效應(yīng))一般指代在半導(dǎo)體材料中的 機(jī)械應(yīng)力的影響下集成在半導(dǎo)體襯底中的電路系統(tǒng)的電氣和/或電子參數(shù)的改變。
[0026] 在半導(dǎo)體材料中的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致電荷載流子的關(guān)于電荷載流子輸運(yùn)的性質(zhì)（諸 如，迀移率、碰撞時(shí)間、散射因子等）的變化。更一般地來(lái)說(shuō)，壓阻效應(yīng)確定相應(yīng)的半導(dǎo)體材 料的具體歐姆電阻在機(jī)械應(yīng)力的影響下將如何表現(xiàn)。壓電結(jié)型效應(yīng)例如導(dǎo)致二極管和雙極 晶體管的特性的改變。壓電隧道效應(yīng)發(fā)生在反向操作、高摻雜、淺橫向ρη結(jié)處。該電流由帶 間隧道效應(yīng)支配，并且也取決于應(yīng)力。因此，作為傳感器裝置100的傳感器(例如壓電應(yīng)力傳 感器)的傳感器輸出信號(hào)可以用于補(bǔ)償壓電應(yīng)力的影響。
[0027] 根據(jù)實(shí)施例，傳感器裝置100的壓電應(yīng)力傳感器的傳感器輸出信號(hào)SsensQr也可以用 來(lái)補(bǔ)償應(yīng)變效應(yīng)。更具體說(shuō)，（LC)振蕩器的金屬電感線圈的擴(kuò)展例如僅根據(jù)芯片(=半導(dǎo)體 襯底)彎曲而變化。然而，可以忽略在金屬線圈中的壓電效應(yīng)。僅僅由于芯片彎曲，線圈元件 的大小改變，并且因此它的電感以及導(dǎo)電跡線的寬度和相應(yīng)地其內(nèi)部電阻改變。這些效應(yīng) 是純應(yīng)變效應(yīng)，并且由于胡克定律可描述(彈性形變的情況）。
[0028] 根據(jù)實(shí)施例，處理裝置200可以配置成考慮塑性形變情況和粘彈性形變情況，其中 溫度和應(yīng)力的歷史由傳感器裝置100檢測(cè)并且被鎖存在與處理裝置200相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器(未 示出在圖1中）中，其中基于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的信息和由傳感器裝置100測(cè)量的瞬時(shí)應(yīng)力或 應(yīng)變分量，處理裝置200可以生成和提供控制信號(hào)(例如，校正信號(hào)），其中可能包括多個(gè)部 分控制信號(hào)或不同的校正信號(hào)的控制信號(hào)取決于測(cè)量的應(yīng)力或應(yīng)變的方向和在半導(dǎo)體襯 底中的溫度偏差(或溫度梯度）。
[0029] 根據(jù)實(shí)施例，傳感器裝置、處理裝置和振蕩器裝置被集成在相同半導(dǎo)體襯底上。
[0030] 根據(jù)實(shí)施例，該傳感器裝置包括多個(gè)傳感器元件，每個(gè)傳感器元件感測(cè)在半導(dǎo)體 材料20中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量σ。
[0031] 根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)傳感器元件配置成感測(cè)彼此正交的和在關(guān)于半導(dǎo)體襯底表面的 平面中的瞬時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變分量σχχ， 〇yy。
[0032] 根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)傳感器元件是壓電敏感傳感器元件。
[0033] 根據(jù)實(shí)施例，壓電敏感傳感器元件在半導(dǎo)體材料中關(guān)于半導(dǎo)體材料的表面橫向 和/或垂直延伸，并且具有高的溫度系數(shù)同步，例如在1〇%、5%或更少(+/-10%，+/_5%或更少） 的公差范圍內(nèi)。
[0034] 根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)傳感器元件包括L形傳感器元件并且跨半導(dǎo)體襯底的表面空間 分布。
[0035] 根據(jù)實(shí)施例，L形傳感器元件是壓電敏感的擴(kuò)散電阻器，其例如具有所產(chǎn)生的應(yīng)力 系數(shù)，該系數(shù)獨(dú)立于在半導(dǎo)體襯底中的影響應(yīng)力或應(yīng)變的方向。
[0036] 根據(jù)實(shí)施例，該多個(gè)壓電敏感傳感器元件包括具有第一應(yīng)力系數(shù)的第一數(shù)目的壓 電敏感傳感器元件，并且包括具有第二應(yīng)力系數(shù)的第二數(shù)目的壓電敏感傳感器元件，其中 第一和第二應(yīng)力系數(shù)是不同的。
[0037] 根據(jù)實(shí)施例，第一數(shù)目的壓電敏感傳感器元件提供具有第一應(yīng)力分量相關(guān)性的第 一應(yīng)力相關(guān)傳感器信號(hào)，并且第二數(shù)目的壓電敏感傳感器元件提供具有第二應(yīng)力分量相關(guān) 性的第二應(yīng)力相關(guān)傳感器輸出信號(hào)，其中第一應(yīng)力相關(guān)信號(hào)具有關(guān)于半導(dǎo)體襯底中的正應(yīng) 力分量總和(σ χχ + 〇yy)的應(yīng)力分量相關(guān)性，并且其中第二數(shù)目的壓電敏感傳感器元件提供 具有關(guān)于半導(dǎo)體襯底中的正應(yīng)力分量差(σ χχ - 〇yy)的應(yīng)力分量相關(guān)性的第二應(yīng)力相關(guān)信 號(hào)。
[0038] 根據(jù)實(shí)施例，該應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)還包括在半導(dǎo)體襯底上或半導(dǎo)體襯底中 的溫度傳感器元件，用于提供關(guān)于半導(dǎo)體襯底的瞬時(shí)溫度的溫度傳感器信號(hào)。
[0039] 根據(jù)實(shí)施例，該溫度傳感器裝置包括空間分布在半導(dǎo)體襯底的表面之上的多個(gè)溫 度傳感器元件。
[0040] 根據(jù)實(shí)施例，多個(gè)溫度傳感器元件形成溫差傳感器裝置。
[0041] 根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置配置成執(zhí)行前饋傳感器輸出信號(hào)處理，即沒(méi)有反饋回路， 用于將控制信號(hào)作為應(yīng)力補(bǔ)償信號(hào)提供給振蕩器裝置。
[0042] 根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置配置成檢索查找表或基于傳感器輸出信號(hào)計(jì)算多項(xiàng)式函 數(shù)，以便確定控制信號(hào)。
[0043]根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置配置成處理傳感器輸出信號(hào)，以便提供作為多個(gè)部分控 制信號(hào)的組合的控制信號(hào)，其中每個(gè)部分控制信號(hào)控制振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率，并 減小在半導(dǎo)體襯底中的不同瞬時(shí)分量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的影響。
[0044]根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置處理第一和第二應(yīng)力相關(guān)傳感器信號(hào)以提供第一和第二 (部分)控制信號(hào)(分離振蕩器的X應(yīng)力和Y應(yīng)力相關(guān)性），其中第一控制信號(hào)被處理以減小振 蕩器裝置的X應(yīng)力相關(guān)性，其中第二控制信號(hào)被處理以減小振蕩器裝置的Y應(yīng)力相關(guān)性。 [0045]根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置配置成處理傳感器輸出信號(hào)以便提供控制信號(hào)，其中控 制信號(hào)包括第一 (X控制信號(hào)）和第二(y控制信號(hào)）部分控制信號(hào)以針對(duì)半導(dǎo)體襯底中的振 蕩器裝置的不同應(yīng)力分量相關(guān)性提供第一和第二(不同）部分校正信號(hào)。
[0046]根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置配置成處理來(lái)自多個(gè)溫度傳感器元件的傳感器輸出信號(hào) 以確定針對(duì)半導(dǎo)體襯底中的溫度梯度誘發(fā)的溫度相關(guān)應(yīng)力效應(yīng)，并且提供控制信號(hào)，該控 制信號(hào)減小半導(dǎo)體材料中瞬時(shí)溫度或溫度梯度對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的影響，使 得針對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的熱梯度誘發(fā)的應(yīng)力效應(yīng)被減小或補(bǔ)償。
[0047]根據(jù)實(shí)施例，振蕩器裝置包括分?jǐn)?shù)PLL回路中的振蕩器，其中分?jǐn)?shù)PLL回路具有(例 如數(shù)字)分?jǐn)?shù)分頻器，其中該處理裝置配置成處理傳感器輸出信號(hào)，并且提供控制信號(hào)，其 中控制信號(hào)控制振蕩器裝置的分?jǐn)?shù)PLL回路的分?jǐn)?shù)分頻器，以便減小半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí) 應(yīng)力分量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的影響。
[0048]根據(jù)實(shí)施例，振蕩器裝置包括:直接應(yīng)力補(bǔ)償LC振蕩器或具有用于偏置電流、可切 換電容和/或電壓相關(guān)電容的校正DAC的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器。
[0049]根據(jù)實(shí)施例，振蕩器裝置包括利用應(yīng)力補(bǔ)償積分器電流或應(yīng)力補(bǔ)償參考電壓或應(yīng) 力補(bǔ)償集成電容的張弛振蕩器。
[0050] 根據(jù)實(shí)施例，該處理裝置配置成提供多個(gè)部分控制信號(hào)以調(diào)整至少兩個(gè)下面的電 氣特性的組合，電氣特性包括積分器電流、參考電壓和/或積分器電容，以便減小半導(dǎo)體襯 底中的瞬時(shí)應(yīng)力分量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的影響。
[0051] 根據(jù)實(shí)施例，集成電路包括應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，以及用于基于或使用由應(yīng) 力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)提供的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)執(zhí)行處理操作的處理電路系統(tǒng)。 [0052]根據(jù)實(shí)施例，將應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)和處理電路系統(tǒng)集成在相同半導(dǎo)體襯底 上。
[0053]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的處理裝置和處理電路系統(tǒng)在半導(dǎo)體襯底 上通常共享或雙重使用集成硬件。
[0054]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的處理裝置和處理電路系統(tǒng)通常使用具有 在相同半導(dǎo)體襯底上定義的溫度系數(shù)的ADC溫度傳感器、電壓參考、電壓供給和。
[0055]本發(fā)明的實(shí)施例是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗鼈兲峁?yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，用于提供 具有高精度和壽命穩(wěn)定性結(jié)合非常低的溫度偏移和低功率或相位噪聲的（應(yīng)力補(bǔ)償)振蕩 器輸出信號(hào)f osc。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，沒(méi)有外部部件的準(zhǔn)確和便宜的、低功率噪聲 或低相位噪聲片上振蕩器對(duì)于具有數(shù)字協(xié)議或RF接口的大量各種不同集成電路是可實(shí)現(xiàn) 和可行的。根據(jù)實(shí)施例，甚至在不對(duì)晶片進(jìn)行修整的情況下，可以實(shí)現(xiàn)在壽命和溫度范圍內(nèi) 的非常高的精度和穩(wěn)定性。
[0056] 基于發(fā)明概念，現(xiàn)在有可能取代晶體振蕩器，以便可以避免附加的引腳和昂貴的 外部部件。
[0057] 此外，根據(jù)發(fā)明概念，用于補(bǔ)償封裝效應(yīng)的以預(yù)定頻移對(duì)晶片的修整可以被避免。 根據(jù)發(fā)明概念，不僅可以對(duì)系統(tǒng)的改變進(jìn)行補(bǔ)償，而且可以考慮頻移的非統(tǒng)計(jì)傳播。此外， 可以預(yù)先補(bǔ)償不可預(yù)知的壽命變化。
[0058] 此外，實(shí)施例是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗鼈兲峁┝藢?duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的可能同步，而不需要 使用額外引腳或同步開(kāi)銷(xiāo)，并且不需要附加的PLL電路。
[0059]此外，實(shí)施例是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗鼈兲峁┝伺cMEMS振蕩器相比時(shí)的自動(dòng)化應(yīng)力補(bǔ) 償振蕩器電路系統(tǒng)概念，MEMS振蕩器仍然需要用昂貴技術(shù)的微處理器芯片的頂上的分離芯 片，并且不如晶體振蕩器那么準(zhǔn)確且難以穩(wěn)定。
[0060]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10的處理裝置200處理來(lái)自傳感器裝置100 的傳感器輸出信號(hào)，并確定針對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的應(yīng)力補(bǔ)償?shù)目刂菩盘?hào)或多個(gè)部分控制信 號(hào)(分量）?？刂菩盘?hào)(應(yīng)力相關(guān)的影響信號(hào))不一定需要用于存儲(chǔ)比較值的存儲(chǔ)器。
[0061 ]根據(jù)實(shí)施例，執(zhí)行頻率確定分量與不同應(yīng)力分量的組合，使得不同的應(yīng)力分量抵 消。例如，具有正應(yīng)力系數(shù)(即，橫向η擴(kuò)散)的第一電阻元件(如L形的裝置)和具有負(fù)應(yīng)力系 數(shù)(例如，垂直η擴(kuò)散)的第二電阻元件(如L形的裝置)用于傳感器裝置100的傳感器元件。 [0062]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力傳感器(具有多個(gè)傳感器元件的應(yīng)力傳感器裝置100)被使用，其 中所產(chǎn)生的應(yīng)力信號(hào)（按傳感器的傳感器輸出信號(hào)）與振蕩器電路系統(tǒng)的非期望影響參數(shù) "關(guān)聯(lián)"，并且應(yīng)力信號(hào)被用于應(yīng)力補(bǔ)償，即由處理裝置200使用以用于確定控制信號(hào) Sc。ntr。l。例如，應(yīng)力傳感器提供了（σχχ+σγγ)應(yīng)力相關(guān)信號(hào)（取決于正應(yīng)力分量的相加)和 (σχχ - σγγ)應(yīng)力相關(guān)信號(hào)（取決于正應(yīng)力分量差），以針對(duì)半導(dǎo)體襯底(傳感器管芯）中的X 方向和y方向確定不同的校正信號(hào)（不同的控制信號(hào)Sccmtrol)。在這一點(diǎn)上，它指出如下事 實(shí):平行于溝槽的長(zhǎng)電阻器具有除了特定于該溝槽以外的另一種應(yīng)力影響。
[0063]根據(jù)實(shí)施例，使用應(yīng)力補(bǔ)償RC張弛振蕩器，該張弛振蕩器控制（分?jǐn)?shù))PLL回路中的 LC振蕩器。
[0064]根據(jù)實(shí)施例，使用溫差傳感器來(lái)確定特別是在LC振蕩器中的應(yīng)力效應(yīng)(連同應(yīng)力 補(bǔ)償或單獨(dú)），以便補(bǔ)償熱梯度誘發(fā)的應(yīng)力效應(yīng)。
[0065]圖3示出了包括圖1的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10和處理電路系統(tǒng)40的集成電路 30的示意框圖，該處理電路系統(tǒng)40用于基于或使用由應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10提供的應(yīng) 力補(bǔ)償振蕩器信號(hào)Sos。執(zhí)行處理操作。
[0066]根據(jù)實(shí)施例，可以將應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10和處理電路系統(tǒng)40集成在相同半 導(dǎo)體襯底20上。
[0067]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10的處理裝置200和處理電路系統(tǒng)40在半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上通常共享或雙重使用集成硬件元件40a。通常共享的集成硬件通過(guò)虛線區(qū)40a (即，集成電路30的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10和處理電路系統(tǒng)40的重疊區(qū)域)指示在圖3 中。
[0068]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路310的處理裝置200和處理電路系統(tǒng)40在與通常 共享的集成硬件40a相同的半導(dǎo)體襯底20上通常使用例如具有定義的溫度系數(shù)的ADC、溫度 傳感器、電壓參考、電壓供給和/或偏置電流供給。
[0069] 處理電路系統(tǒng)40可以包括或可以被實(shí)施為微處理器或RF芯片（即，處理或提供RF 信號(hào)的電路系統(tǒng)）。因此，處理電路系統(tǒng)40可以被實(shí)施為專(zhuān)用信號(hào)處理電路。
[0070] 根據(jù)實(shí)施例，集成電路30包括:應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10,以及用于基于由應(yīng)力 補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10提供的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)執(zhí)行處理操作的處理電路系統(tǒng)40。
[0071] -般地，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)可以被視為一般電子電路系統(tǒng)，該電子電路系 統(tǒng)用于提供"恒定"（例如自生成）的輸出信號(hào)，即，與用于檢測(cè)環(huán)境變量(例如，外部磁場(chǎng)或 溫度相關(guān)信號(hào)或電壓相關(guān)信號(hào)）的傳感器裝置相對(duì)。因此，發(fā)明概念也可以應(yīng)用到任何電路 系統(tǒng)，諸如應(yīng)用到電壓、電流電阻器或電容器參考，它們應(yīng)該沒(méi)有對(duì)其它物理或老化效應(yīng)的 交叉敏感度。
[0072]根據(jù)實(shí)施例，集成電路30可以是具有片上振蕩器(例如具有微處理器、存儲(chǔ)元件、 帶有片上信號(hào)處理器的傳感器IC、RF信號(hào)處理芯片（例如，WLAN)、收發(fā)器芯片等）的單片集 成整體系統(tǒng)。
[0073] 本發(fā)明的實(shí)施例是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗鼈兿啾扔诩冋袷幤餍酒峁┝舜罅康母郊庸?能或主要功能。此外，集成電路30允許借助于應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10對(duì)半導(dǎo)體芯片上 的另外的集成硬件(例如ADC、溫度傳感器、電壓參考、電壓供給和/或具有定義的溫度系數(shù) 的偏置電流的提供等)的雙重使用。
[0074] 本發(fā)明的實(shí)施例是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樗鼈兲峁┝思呻娐?0,該集成電路30比先前 已知方案在封裝中需要更少的面積、更少的互連和更少的芯片。
[0075] 集成電路30允許芯片生產(chǎn)期間的共同調(diào)整，使得關(guān)聯(lián)的調(diào)整努力被減少。集成電 路30通過(guò)忽略原本必要的互連驅(qū)動(dòng)器而具有減小的功耗。集成電路30允許借助于微處理器 或WLAN芯片控制振蕩器10的接通和關(guān)斷，以在閑置中斷中節(jié)省能量并且允許快速喚醒行 為，快速喚醒行為本來(lái)將需要附加的引腳(互連)和硬件。根據(jù)實(shí)施例，集成電路30提供對(duì)微 處理器芯片的廣泛溫度測(cè)量，其中廣泛的閃速或EEPR0M存儲(chǔ)選項(xiàng)和軟件或現(xiàn)有硬件的廣泛 選項(xiàng)允許非常復(fù)雜和廣泛補(bǔ)償算法的提供。
[0076] 圖4示出了（對(duì)示范性的低功率R-C張弛振蕩器的)應(yīng)力測(cè)量的示意圖，其示出振蕩 器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的典型偏移行為對(duì)半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量。以半導(dǎo) 體襯底中的X方向（導(dǎo)致X-偏移)和y方向（導(dǎo)致y-偏移）的應(yīng)變分量的不同瞬時(shí)面內(nèi)應(yīng)力指 不振蕩器輸出信號(hào)的偏移。
[0077] 如由圖4的測(cè)量值所示出的，關(guān)于施加應(yīng)力的X方向和y方向（例如，在彎曲試驗(yàn)中） 存在(張弛)振蕩器的不同相關(guān)性。因此，圖4的圖示出了 X方向和y方向上不同的應(yīng)力校正或 應(yīng)力補(bǔ)償?shù)囊饬x和關(guān)聯(lián)性，例如確定半導(dǎo)體襯底20中的X方向和y方向上的不同壓電應(yīng)力分 量的關(guān)聯(lián)性。
[0078]如圖4中指示的這樣的效應(yīng)（即，電路系統(tǒng)的X方向和y方向上的不同應(yīng)力相關(guān)性） 由于如下事實(shí)而出現(xiàn)：電阻器和/或晶體管或其它電氣或電子元件具有相對(duì)于半導(dǎo)體襯底 (1C)的邊緣的不同位置或具有相對(duì)于相鄰的絕緣溝槽的不同位置。這些效應(yīng)仍將在例如關(guān) 于圖5a_b、6a_b和11的下文中被徹底地描述。
[0079]圖5a_b示出了應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10的傳感器裝置100的進(jìn)一步實(shí)施例。更 具體地，圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的針對(duì)傳感器裝置100的不同實(shí)施方式的不同的、 示范性的傳感器元件110、120和130的示意框圖。
[0080] 如在圖5a中指示的，第一L形電阻器110包括第一和第二電阻器元件110-1、110-2， 第二L形電阻器120包括第一和第二電阻器元件120-1、120-2并且第三電阻器包括第一和第 二電阻器元件130-1、130-2。電阻器中的每一個(gè)優(yōu)選地連接在供應(yīng)信號(hào)源140和接地觸點(diǎn)之 間。傳感器輸出信號(hào)Sse_r由形式為σ/Τ-ADC電路的讀出電路150來(lái)提供，σ/Τ-ADC電路由參 考電壓Vref提供。σ/Τ-ADC電路可以以復(fù)合序列測(cè)量應(yīng)力分量（即，σ χχ+σγγ=σ和σχχ-σγγ=σ和溫 度Τ)。可以?xún)?yōu)選地以?xún)H一次溫度測(cè)量(單個(gè)溫度修整點(diǎn))做出振蕩器頻率以及應(yīng)力和溫度傳 感器的調(diào)整。
[0081] 如在圖5a中指示的，讀出電路150根據(jù)不同互連選項(xiàng)可連接到第一、第二和/或第 三電阻器110、120和130。用于讀出第一、第二和第三L形電阻器的不同配置被詳細(xì)指示在下 文中。
[0082] 第一和第二電阻器110和120是具有相同大小的兩個(gè)電阻器元件的所謂L電阻器， 該兩個(gè)電阻器元件被布置成使得它們彼此垂直并且在半導(dǎo)體襯底20中/在半導(dǎo)體襯底20上 處于"直接"相鄰于彼此。此外，兩個(gè)正交布置的電阻器元件并聯(lián)(元件110-1和110)或串聯(lián) (元件120-1、120-2)電連接，或者電阻器元件連接到多路復(fù)用器，多路復(fù)用器允許以順序的 方式對(duì)電阻器元件進(jìn)行測(cè)量。
[0083] 如在圖5b中指示的，左邊電阻器元件示出L形電阻器110或120的電阻器元件110_ 1、110-2、120-1、120-2的可能實(shí)現(xiàn)。如在圖5b的左圖中示出的，電阻器元件被指示為電阻器 元件Riv,n。索引η(= η擴(kuò)散)指示：電阻器元件是兩個(gè)接觸結(jié)構(gòu)"η觸點(diǎn)"之間的半導(dǎo)體襯底中 的η摻雜電阻區(qū)(η外延層或η講沖的電阻元件。此外，索引"lv"指示具有橫向部分和垂直部 分的兩個(gè)接觸區(qū)之間的電流流動(dòng)。
[0084] 如在圖5b中指示的，右邊電阻器元件指示第三電阻器130的電阻器元件130-1、 130-2的可能實(shí)施方式。如關(guān)于電阻器元件Rv,n示出的，該電阻器元件也是η擴(kuò)散電阻器元 件，然而，僅僅具有從η觸點(diǎn)穿過(guò)η外延層或η阱到具有可忽略橫向串聯(lián)電阻的η埋層的垂直 電流方向。
[0085]在圖5a中，指示了所產(chǎn)生的電阻與半導(dǎo)體襯底中的應(yīng)力或應(yīng)變分量的相關(guān)性。此 外，指示了第一L電阻器110相對(duì)于第二L電阻器120角度偏移45°。
[0086] 如在圖5a中指示的，左邊45°-L電阻器110(包括電阻器元件110-1和110-2)提供了 應(yīng)力相關(guān)輸出電壓，該應(yīng)力相關(guān)輸出電壓具有(σχχ - σγγ)敏感度E!，其中Ei = 1 + 155.6% GPa(〇xx-〇YY)。因此，L電阻器110提供了應(yīng)力相關(guān)輸出信號(hào)，該應(yīng)力相關(guān)輸出信號(hào)取決于半 導(dǎo)體襯底中的正應(yīng)力分量 σΧΧ、σΥΥ之間的差，并且σ = σχχ _ σΥΥ。
[0087] 此外，如作為在圖5a中的另外選項(xiàng)被指示的，第二L電阻器120和垂直電阻器130之 間的信號(hào)差（電壓差)提供應(yīng)力相關(guān)電壓，該應(yīng)力相關(guān)電壓具有(σχχ + 〇yy)敏感度E2,其中E2 =1 + (43.2-22.5)%/GPa。因此，第二和第三電阻器120、130的組合關(guān)于正應(yīng)力分量的和敏 感，并且 σ = σχχ + σγγ。
[0088] 圖6a_b示出了根據(jù)實(shí)施例的布置在示范性電路元件（其確定了振蕩器頻率）附近 的深溝槽對(duì)作用到電路元件的不同應(yīng)力分量和電路元件的不同壓電系數(shù)的影響的示意圖 (作為頂視圖和作為橫截面視圖）。示范性電路元件例如是RC張弛振蕩器的電阻元件、應(yīng)力 傳感器元件和/或用于電流鏡電路的晶體管元件(其提供偏置電流給LC振蕩器)等。
[0089] 圖6a提供了電阻器(n-MOS或poly)、晶體管(未示出）和絕緣溝槽114的示范性布局 布置(頂視圖）。絕緣溝槽(深或淺的溝槽）114具有相對(duì)于襯底20的硅材料非常不同的彈性 模量(modulus)。因此，隔離溝槽114生成甚至具有均勻y平面內(nèi)應(yīng)力的不同應(yīng)力變化。這通 過(guò)不同應(yīng)力分量σγγ和σχχ指不。如所指不的，局部生成的應(yīng)力σχχ、σγγ可以在大小和方向方面 不同。
[0090] 此外，存在另外的電路元件（電阻器、晶體管(未示出在圖6a中）等），它們被布局在 特定方向上，并且因此也示出對(duì)X和y應(yīng)力或應(yīng)變的不同反應(yīng)。因此，這些電路元件（未示出 在圖6a中）相對(duì)于溝槽或芯片邊緣的位置是相關(guān)的，并且應(yīng)當(dāng)在借助于處理裝置200處理和 確定控制信號(hào)時(shí)被考慮。在這方面，它進(jìn)一步向外指向關(guān)于圖4的解釋。
[0091] 圖6b示出了根據(jù)本發(fā)明的布置在示范性電路元件或傳感器元件附近的深溝槽對(duì) 作用到電路元件或傳感器元件的不同應(yīng)力分量和電路元件或傳感器元件的不同壓電系數(shù) 的影響的示意圖（作為橫截面視圖）。
[0092]圖6b示出了在半導(dǎo)體襯底116b的η外延區(qū)116a內(nèi)的形式為η溝道晶體管116的示范 性電路元件。FET 116借助于深溝槽116c與鄰近的電路元件(未示出在圖6b中）分離。金屬化 層118(Metl，Met2)提供到另外電路元件（未示出在圖6b中）的電氣互連。
[0093]如在圖6b中指示的，在半導(dǎo)體襯底的深區(qū)中，應(yīng)力分量(深應(yīng)力）可以在電路元件 中發(fā)生。表面上的晶體管或電阻器受該局部應(yīng)力效應(yīng)影響。即，η擴(kuò)散源極和漏極觸點(diǎn)之間 的η溝道晶體管的迀移率受應(yīng)力影響。
[0094]根據(jù)實(shí)施例，下面的考慮基于關(guān)于圖5a_b和6a_b的解釋?zhuān)⑶姨峁┻M(jìn)一步信息以 用于提供針對(duì)應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10的改進(jìn)的應(yīng)力傳感器裝置100。
[0095] 在下文中，可以根據(jù)實(shí)施例結(jié)合兩個(gè)考慮。 1) 應(yīng)力分量σχχ和σγγ的任何組合可以基于兩個(gè)信號(hào)（即，信號(hào)Sp= σχχ + σγγ和信號(hào)Sm =〇χχ - σγγ)πχ?^||0 2) 針對(duì)Sp和Sm的應(yīng)力傳感器可以以高敏感度以及由于溫度變化和制造公差引起的較 小誤差測(cè)量?jī)蓚€(gè)組合的應(yīng)力傳感器分量Sp = σχχ + σγγ和Sm = σχχ - σγγ。
[0096] 從例如以上描述的示例可以采用針對(duì)Sp的應(yīng)力傳感器。為此，可以比較兩個(gè)不同 摻雜電阻元件(例如，η摻雜與p摻雜電阻器或NM0S與PM0S或低摻雜η電阻器與高摻雜η電阻 器）。替代地，具有不同壓電應(yīng)力相關(guān)性的橫向和垂直電阻元件可以彼此比較，其中第一個(gè) 具有主要在橫向方向（平行于芯片表面)上的電流流動(dòng)，并且后者具有主要是在垂直于芯片 表面的方向上的電流流動(dòng)。上一個(gè)解決方案的優(yōu)點(diǎn)是更好的溫度差和更低的技術(shù)擴(kuò)散。 [0097]然后，當(dāng)機(jī)械張力或應(yīng)力變化時(shí)，電阻器之間的比率變化，或例如，M0S晶體管的電 導(dǎo)率和雙極晶體管的VBE或β(所有的壓電效應(yīng)）。
[0098] 通過(guò)在布局中旋轉(zhuǎn)電阻器或M0S晶體管的矩形布置45°，可以測(cè)量σχγ而不是σχχ -σγγ，其中，用ρ摻雜元件，針對(duì)σχγ產(chǎn)生更高敏感度，并且用η摻雜元件，針對(duì)σχχ -σγγ產(chǎn)生更高 的敏感度。
[0099]針對(duì)Sp和Sm的組合手段可以是線性組合，例如利用任何系數(shù)kl，k2(特別是，kl = 1和k2 = 1或k2 = -1)的kl*Sp+k2*Sm。非線性組合也是可能的，諸如利用實(shí)值指數(shù)el和e2 的kl*Sp~el+k2*Sp~e2或（kl*Sp+k2*Sm)~el。
[0100]因此，可以在X方向上不同于在Y方向上校正應(yīng)力敏感度。這例如對(duì)不同鄰近布局 (例如溝槽)或到芯片邊緣的不同距離是必要的。
[0101] 圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的形式為應(yīng)力敏感電流鏡電路的傳感器裝置100的示意圖。 應(yīng)力敏感電流鏡電路包括MOSFET 119a、119b，它們以+/-45° L形布局被布置在半導(dǎo)體襯底 中，使得通過(guò)第一 FET 119a的產(chǎn)生的電流沿[010]方向流動(dòng)（參見(jiàn)圖2a)和通過(guò)第二FET 11%的產(chǎn)生的電流沿[100]方向流動(dòng)(參見(jiàn)圖2a)。
[0102] 基于FET 119a、119b的該電路配置，產(chǎn)生的應(yīng)力分量σ=σχχ-σγγ可以經(jīng)由針對(duì)圖7中 的n-Mos晶體管的電流lout與I in的比率來(lái)測(cè)量。
[0103] 替代地，如果將使用n-MOS晶體管的0°/ 90°L形布局(未示出在圖7中）而不是+/-45°布局（如圖7中示出），則產(chǎn)生的應(yīng)力分量σ=σχχ+σγγ可以經(jīng)由電流lout與Iin的比率來(lái)測(cè) 量。
[0104] 圖8a示出了根據(jù)實(shí)施例的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)11的示意框圖，其中振蕩器裝 置300包括具有經(jīng)由數(shù)字分?jǐn)?shù)值的應(yīng)力補(bǔ)償?shù)腜LL振蕩器320。圖8b示出了根據(jù)實(shí)施例的示 范性分?jǐn)?shù)PLL320(PLL為鎖相環(huán)）的示意框圖。
[0105] 如圖8a中所示，傳感器裝置100包括應(yīng)力傳感器102并可選地包括溫度傳感器104。 按傳感器的傳感器輸出信號(hào)被提供給處理裝置200,其中處理裝置200包括多路復(fù)用器210、 LP-ADC 220(低功率模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)和電路230,電路230用于查詢(xún)表(例如查找表)或用 于計(jì)算多項(xiàng)式函數(shù)（即，多項(xiàng)式函數(shù)或分段線性函數(shù)或任何其它數(shù)學(xué)函數(shù)的項(xiàng)）。這些函數(shù) 可以包括溫度相關(guān)系數(shù)。
[0106] 處理電路200作為輸出信號(hào)提供控制信號(hào)Sccintrcil給振蕩器裝置300。振蕩器裝置 300包括精密張弛振蕩器310、用于提供補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào) Scis。的分?jǐn)?shù)PLL振蕩器320和可 選地包括可編程計(jì)數(shù)器或分頻器電路330。
[0107] 圖8b示出了分?jǐn)?shù)PLL電路的示例。如圖8b中所示，分?jǐn)?shù)PLL振蕩器320包括作為參考 源sref，其例如采用精密張弛振蕩器310的形式。分?jǐn)?shù)PLL振蕩器320包括相位檢測(cè)器PFD 321、濾波電路322、和電壓控制振蕩器323、以及反饋回路中的固定1/A分頻器電路324和分 數(shù)1/N分頻器電路325。
[0108] 相位檢測(cè)器321比較它的兩個(gè)輸入信號(hào)，并產(chǎn)生誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)與其相位差 成比例。誤差信號(hào)然后在電路322中被低通濾波，并且用于驅(qū)動(dòng)壓控振蕩器VC0 323,壓控振 蕩器VC0 323創(chuàng)建輸出相位。通過(guò)分頻器（固定分頻器電路324和分?jǐn)?shù)分頻器電路325)將輸 出信號(hào)反饋到系統(tǒng)的輸入，從而產(chǎn)生負(fù)反饋回路。分?jǐn)?shù)分頻器電路325配置成根據(jù)數(shù)字分?jǐn)?shù) 分頻器的下面的關(guān)系提供參考頗鑾的韭整教倍，
其中項(xiàng)k/M取決于控制信號(hào)s_trcii。
[0109] 分?jǐn)?shù)分頻器電路還可以與偽隨機(jī)或Sigma Delta調(diào)制組合，以便降低在振蕩器輸 出信號(hào)處的噪聲。振蕩器輸出信號(hào)具有低相位噪聲，并且同時(shí)被溫度和應(yīng)力補(bǔ)償。
[0110]在下文中，如圖8a_b中圖示的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)100的功能根據(jù)實(shí)施例進(jìn) 行詳細(xì)解釋。
[0111] 應(yīng)力傳感器102和(可選地)溫度傳感器104不時(shí)經(jīng)由多路復(fù)用器210用低功率ADC 220來(lái)查詢(xún)，例如每0.5"_2ms進(jìn)行查詢(xún)以便能夠遵循熱瞬態(tài)時(shí)間，或在1C已處于休眠模式時(shí) 甚至每幾秒進(jìn)行查詢(xún)。數(shù)字結(jié)果經(jīng)由在多項(xiàng)式計(jì)算(例如，一階和二階）的幫助下計(jì)算數(shù)字 分頻比(N+k/M)的計(jì)算單元23或查找表影響分?jǐn)?shù)PLL320的數(shù)字分頻器325。
[0112]應(yīng)力相關(guān)分頻比可以被疊加到不同分頻比用于精細(xì)調(diào)諧輸出頻率(未示出在附圖 中）。
[0113]在分?jǐn)?shù)PLL320中的高(但精細(xì)調(diào)諧和應(yīng)力補(bǔ)償）的輸出頻率fQSC可以例如由LC振蕩 器(例如，2.4 GHz)生成，LC振蕩器最初不是非常準(zhǔn)確的。準(zhǔn)確(但仍然是應(yīng)力補(bǔ)償）的精密 張弛振蕩器310以fref(例如100 kHz)提供參考信號(hào)Sref，通過(guò)該參考信號(hào)將輸出的分?jǐn)?shù)分頻 振蕩器頻率fose下分頻。
[0114] 通過(guò)分?jǐn)?shù)分頻(例如，分頻比間歇地從1/N變化到l/(N+k/M)，例如1/4變化到1/5)， 非常精細(xì)調(diào)諧的輸出頻率可以被設(shè)置，并且因此非常精細(xì)調(diào)諧的溫度和應(yīng)力補(bǔ)償和精細(xì)調(diào) 諧的振蕩器頻率可以被執(zhí)行。
[0115] 優(yōu)點(diǎn)是精密張弛振蕩器示出非常良好的基本精度，但僅提供固定頻率，而輸出信 號(hào)可以是非常精細(xì)調(diào)諧的，并示出低的相位噪聲。
[0116] 此外，可以通過(guò)s igma-de 1 ta方法在時(shí)間上分布分?jǐn)?shù)分頻比，使得其可以被容易地 過(guò)濾，以提供低噪聲輸出頻率。
[0117] 通過(guò)下分頻該輸出頻率，也可以提供非常準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)用于其它應(yīng)用（以虛線 示出）。例如，對(duì)于特定的協(xié)議要求或?qū)τ诰哂凶鳛閰⒖嫉臅r(shí)間基準(zhǔn)的傳感器。
[0118] 可以例如利用下述公式來(lái)形成多項(xiàng)式：
其中 ΔΤ = T-Tref T為測(cè)量溫度 Tref為參考或調(diào)整溫度 Doutl為數(shù)字多項(xiàng)式部分結(jié)果 Doutlref為數(shù)字參考值
其中 Δσ = oxx-oxxref σχχ為在針對(duì)晶片管芯的晶向的X方向上測(cè)量的壓電效應(yīng) 〇xxrrf為在參考時(shí)間的應(yīng)力測(cè)量值 Dout2為數(shù)字多項(xiàng)式部分結(jié)果 Dout2ref為數(shù)字參考值
其中 Δ〇 = Oyy-Oyyref 〇yy為在針對(duì)晶片管芯的晶向的X方向上測(cè)量的壓電效應(yīng) 〇yyrrf為在參考時(shí)間處的應(yīng)力測(cè)量值 Dout2為數(shù)字多項(xiàng)式部分結(jié)果 Dout2ref為數(shù)字參考值 0XX和Oyy可以從提供例如0XX +Oyy或0XX -Oyy的優(yōu)選壓電分量傳感器進(jìn)行計(jì)算。
[0119] 如圖8b所示，由處理裝置200提供的控制信號(hào)控制分?jǐn)?shù)PLL振蕩器320的分?jǐn)?shù)分頻 器電路325。
[0120] 圖9示出了根據(jù)另一實(shí)施例的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)12的示意框圖，其中應(yīng)力 補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)12包括直接應(yīng)力補(bǔ)償LC振蕩器340。
[0121] 如圖9中所示，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)10包括具有應(yīng)力傳感器電路102和可選的 溫度傳感器電路104的傳感器裝置100。處理裝置200包括多路復(fù)用器電路210、LP-ADC電路 220和用于查詢(xún)LUT(查找表)或計(jì)算多項(xiàng)式函數(shù)(即，多項(xiàng)式函數(shù)的項(xiàng)）的電路230和DAC電路 240(DAC為數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器)240。
[0122] 振蕩器裝置300包括用于提供具有振蕩器輸出頻率fQSC的振蕩器輸出信號(hào)Sosc的LC 振蕩器340。
[0123] 振蕩器340可以是LC振蕩器，但是張弛振蕩器或環(huán)形振蕩器的使用也是可能的，其 被提供在芯片20上并且經(jīng)由DAC 240根據(jù)AD轉(zhuǎn)換應(yīng)力和/或溫度信號(hào)Sse_r被直接校正。為 此，數(shù)字應(yīng)力和溫度信號(hào)經(jīng)由查找表再次被讀出或借助于電路230經(jīng)受多項(xiàng)式計(jì)算。通常， 多項(xiàng)式計(jì)算需要少得多的EEPR0M存儲(chǔ)器位和較少參考點(diǎn)。
[0124] 在這方面，指出的是，溫度傳感器直接對(duì)振蕩器的模擬補(bǔ)償也將是可能的，但更復(fù) 雜的補(bǔ)償和更高階的補(bǔ)償以及傳感器之間和到振蕩器的交叉耦合可能阻礙調(diào)整。壓電應(yīng)力 分量本身例如是溫度相關(guān)的。將應(yīng)力電壓轉(zhuǎn)化到振蕩器頻率的模擬復(fù)制電路可能具有本身 的不準(zhǔn)確性，該不準(zhǔn)確性也可以是溫度和應(yīng)力相關(guān)的（例如，在模擬復(fù)制電路中的0PV(運(yùn)算 放大器)的偏移）。如上述的，模擬元件的精細(xì)調(diào)諧可能難以執(zhí)行。
[0125] 圖10a示出了應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)13,其中傳感器裝置100包括用于提供傳感 器輸出信號(hào)sse_ r給處理裝置200的應(yīng)力傳感器。處理裝置200包括ADC電路210、用于查詢(xún)查 找表或用于計(jì)算多項(xiàng)式函數(shù)(即多項(xiàng)式函數(shù)的項(xiàng)）的電路230和用于提供控制信號(hào)^^^的 數(shù)字校正DAC電路250。
[0126] 振蕩器裝置300可以包括張弛振蕩器360,張弛振蕩器360具有由電壓參考提供器 362提供給比較器364的電壓參考VH、VL。可上下切換積分器電流366-1，366-2,兩個(gè)閾值比 較器364和控制信號(hào)Sc^ntroi，例如應(yīng)力以及可選地溫度相關(guān)的DAC補(bǔ)償信號(hào)。如圖10a中所 示，對(duì)積分電流366-1，366-2進(jìn)行調(diào)諧。
[0127] 如圖10a所不，由DAC 240輸出的控制信號(hào)Scontroi可以切換積分器電流366-1，366_ 2。替代地或者附加地，DAC 240也可以改變電壓參考(例如，具有電壓輸出的DAC)或切換電 容場(chǎng)(C陣列，C-DAC)。因此，圖10a示出了具有針對(duì)積分器電流的校正DAC的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩 器。
[0128] 圖10b示出了類(lèi)似于圖10a的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)的本發(fā)明的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩 器電路系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)施例。圖l〇b示出了應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)14,其中傳感器裝置 1〇〇包括用于提供傳感器輸出信號(hào)Ssensor給處理裝置200的應(yīng)力傳感器。處理裝置200處理傳 感器輸出信號(hào)s se_r并且提供"模擬"控制信號(hào)&^^。振蕩器裝置300可以包括張弛振蕩器 360,張弛振蕩器360具有由電壓參考提供器362提供給比較器364的電壓參考VH、VL以及積 分器電流366-1，366-2。
[0129] 如圖10b中所示，在張弛振蕩器360中指示積分電流也可以以模擬方式進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ) 償。如所提到的：實(shí)際實(shí)施方式可能更難且不太準(zhǔn)確，但更加面積高效?？梢酝ㄟ^(guò)混合具有 不同應(yīng)力相關(guān)性的電流生成子電流。這在下面的公式中被指示。因此，圖l〇b示出了通過(guò)使 用具有不同應(yīng)力分量的設(shè)備的組合而具有應(yīng)力補(bǔ)償積分器電流的張弛振蕩器。
[0130] 針對(duì)用于補(bǔ)償電路中的應(yīng)力效應(yīng)的加權(quán)偏置電流生成的示例：
示例:張弛型振蕩器360使用積分電流Iint、兩個(gè)參考電壓VH = Vref+和VL = Vref-以 及積分電容器Cint。通過(guò)在電容器Cint上對(duì)電流Int進(jìn)行上下積分直到達(dá)到參考電壓Vref+或 Vr ef-，建立輸出頻率f osc。
[0131] 基于帶隙的參考電壓Vref+或Vref-是溫度補(bǔ)償?shù)牟⑶抑挥幸稽c(diǎn)點(diǎn)應(yīng)力相關(guān)（由于 小的壓電結(jié)型效應(yīng)和所使用的電阻器的壓阻效應(yīng)的小的影響，這改變偏置電流，并且因此 僅由于從集電極電流到Vbe的對(duì)數(shù)函數(shù)而Vbe=Vntat)。電容器C int也是幾乎應(yīng)力獨(dú)立的。在 比較器364中的延遲針對(duì)振蕩器頻率fQSC減小一點(diǎn)點(diǎn)并且是有點(diǎn)應(yīng)力相關(guān)的，因?yàn)樵诓罘州?入對(duì)中的迀移率由于壓電M0S效應(yīng)=晶體管溝道中的壓阻效應(yīng)而有點(diǎn)應(yīng)力相關(guān)。主應(yīng)力影響 來(lái)自帶隙中所使用的偏置電阻器，其具有大的壓阻效應(yīng)，并被鏡像到積分電流I int。
[0132] 用低技術(shù)擴(kuò)散的積分電流Iint的溫度補(bǔ)償可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn):加上或減去來(lái) 自于具有不同溫度梯度的帶隙電路中使用的電壓(Vptat和Vntat)的電流。在兩個(gè)電壓分支 中，相同電阻器類(lèi)型的電阻器通常用來(lái)抑制對(duì)I int的TC(溫度系數(shù))的技術(shù)影響力。最后，Iint 或Cint被修整成期望的f_，但其通?？梢灾辉谝粋€(gè)溫度下完成。
[0133] 所產(chǎn)生的fw。主要與1/R應(yīng)力相關(guān)，其中R=f(〇)。經(jīng)常使用的η摻雜多晶硅電阻器具 有-11%/GPa的應(yīng)力系數(shù)，這由于正常的封裝工藝導(dǎo)致在芯片的中間和周?chē)?00MPa的平面 內(nèi)應(yīng)力下大約3%的頻移，并且由于濕度改變和壽命效應(yīng)以及焊接導(dǎo)致大約+/-0.7%不穩(wěn)定 性。
[0134] 但是在溝槽的附近，應(yīng)力可以以不同的方式(X或X相關(guān)性的值)改變，但是仍與全 局應(yīng)力相關(guān)聯(lián)。這可以用第二恒定電流來(lái)補(bǔ)償，這也使用帶隙固有電壓Vptat和Vntat來(lái)實(shí) 現(xiàn)溫度補(bǔ)償。例如，具有+4.4%/GPa的L形P摻雜電阻器可以被添加在相同或不同的帶隙電路 中，該帶隙電路具有與基于η多晶硅的電流相比大約4.4/11的電流比。L形的擴(kuò)散電阻器對(duì) 于使應(yīng)力系數(shù)獨(dú)立于應(yīng)力方向是重要的。
[0135] L形臂的差異可以用于分離振蕩器的X和Υ應(yīng)力相關(guān)性。所產(chǎn)生的Iint現(xiàn)在可以被設(shè) 計(jì)成幾乎被應(yīng)力補(bǔ)償或兩種電阻器類(lèi)型之間的比率現(xiàn)在可以被調(diào)整成補(bǔ)償比較器延遲或 參考電壓或電容器中的剩余應(yīng)力效應(yīng)。對(duì)于應(yīng)力和溫度的一階補(bǔ)償而言，用固定的比率調(diào) 整它是足夠的。
[0136] 圖11示出了根據(jù)進(jìn)一步實(shí)施例的形式為具有應(yīng)力傳感器和溫差傳感器(即經(jīng)由差 分電壓測(cè)量的應(yīng)力測(cè)量)的LC振蕩器的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)15。根據(jù)實(shí)施例，圖11示出 了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)15的示意圖，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng) 15例如具有LC振蕩器340以及在半導(dǎo)體襯底20上的應(yīng)力傳感器102-1到102-4和溫差傳感器 104-1到104-4。
[0137] L形45°電阻器102-1、102-3與垂直電阻器102-2( 102-4)-起提供針對(duì)X和Y應(yīng)力相 關(guān)性的補(bǔ)償信號(hào)VdPV2:
因此，針對(duì)X和Y方向的不同應(yīng)力補(bǔ)償信號(hào)可用于補(bǔ)償在(LC)振蕩器360中的應(yīng)力效應(yīng)。 這些應(yīng)力效應(yīng)與芯片的機(jī)械彎曲效應(yīng)相關(guān)聯(lián)，并且主要負(fù)責(zé)于壽命變化或封裝效應(yīng)。
[0138] 圖11的LC振蕩器340的布局布置包括對(duì)稱(chēng)圍繞的應(yīng)力傳感器102-1到102-4,用于 確定應(yīng)力平均值和溫度平均值，并且如果可能的話，對(duì)應(yīng)力梯度不示出反應(yīng)。對(duì)稱(chēng)布置的溫 度傳感器104-1到104-4被布置用于經(jīng)由平均值確定溫度而非溫度梯度。此外，溫度傳感器 是徑向布置的，其中溫度差測(cè)量可以在對(duì)稱(chēng)布置的溫度傳感器之間進(jìn)行以確定溫度梯度。 可以例如稍微改變線圈在管芯上的位置或周界的溫度梯度(例如，由線圈中的功率引起)或 位置可能受梯度引起的應(yīng)力效應(yīng)影響。
[0139] 在下文中，以上關(guān)于圖1-11描述的不同實(shí)施例的不同方面的概述被提供用于方便 理解具有應(yīng)力補(bǔ)償以減小封裝和壽命變化的片上振蕩器的發(fā)明的實(shí)施方式。
[0140]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)使用從應(yīng)力傳感器導(dǎo)出的數(shù)字值來(lái)改變分 數(shù)分頻器的數(shù)字輸入。
[0141]根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)使用管芯的全局X和Y方向應(yīng)力效應(yīng)到局部 X和Y應(yīng)力效應(yīng)之間的關(guān)聯(lián)性。
[014 2 ]根據(jù)實(shí)施例，執(zhí)行頻率確定分量與不同應(yīng)力分量的組合，使得不同的應(yīng)力分量抵 消。例如，具有正應(yīng)力系數(shù)(即，橫向η擴(kuò)散)的第一電阻元件(如L形的裝置)和具有負(fù)應(yīng)力系 數(shù)(例如，垂直η擴(kuò)散)的第二電阻元件(如L形的裝置)被用于傳感器裝置100的傳感器元件。
[0143] 根據(jù)實(shí)施例，應(yīng)力傳感器(具有多個(gè)傳感器元件的應(yīng)力傳感器裝置100)被使用，其 中所產(chǎn)生的應(yīng)力信號(hào)（按傳感器的傳感器輸出信號(hào)）與振蕩器電路系統(tǒng)的非期望影響參數(shù) "關(guān)聯(lián)"，并且應(yīng)力信號(hào)被用于應(yīng)力補(bǔ)償，即由處理裝置200使用以用于確定控制信號(hào) Sc。ntr。l。例如，應(yīng)力傳感器提供了（σχχ+σγγ)應(yīng)力相關(guān)信號(hào)（取決于正應(yīng)力分量的相加)和 (σχχ-σγγ)應(yīng)力相關(guān)信號(hào)(取決于正應(yīng)力分量的差），以針對(duì)半導(dǎo)體襯底(傳感器管芯）的X和y 方向確定不同的校正信號(hào)(不同的控制信號(hào)8。。1^。1)。在這方面，它指向如下事實(shí)，平行于溝 槽的長(zhǎng)電阻器具有除了特定于該溝槽以外的另一種應(yīng)力影響。
[0144] 根據(jù)實(shí)施例，使用應(yīng)力補(bǔ)償RC張弛振蕩器，其控制在（分?jǐn)?shù))PLL回路中的LC振蕩 器。
[0145] 根據(jù)實(shí)施例，使用溫差傳感器來(lái)確定特別是在LC振蕩器中的應(yīng)力效應(yīng)(連同應(yīng)力 補(bǔ)償或單獨(dú)），以便補(bǔ)償熱梯度誘發(fā)的應(yīng)力效應(yīng)。
[0146] 附加或替代地，一些應(yīng)力分量可以用溫差傳感器在頂部上進(jìn)行測(cè)量。
[0147] 恒定的電流參考或應(yīng)力相關(guān)偏置電流可以通過(guò)使具有不同機(jī)械應(yīng)力系數(shù)的兩個(gè) 不同溫度恒定(或具有帶隙定義的溫度系數(shù))電流源相加或相減被建立。這可以通過(guò)在電流 源和基于帶隙的復(fù)制電路中使用兩個(gè)不同的電阻器類(lèi)型來(lái)完成。
[0148] 根據(jù)實(shí)施例，對(duì)晶片平坦部的45°和具有〇xx+〇yy = -24%/GPa (總和）以及〇xx-〇yy =+155.6%/Gpa的正壓阻效應(yīng)的橫向L形η擴(kuò)散或η阱電阻器與具有〇xx+〇yy = +52%/GPa (總 和）的垂直η擴(kuò)散或η阱電阻器結(jié)合使用。借此，不同（X和Y)應(yīng)力相關(guān)校正信號(hào)可以被導(dǎo)出。 該校正信號(hào)可以是模擬電壓或電流或電阻器或經(jīng)由ADC從應(yīng)力傳感器導(dǎo)出的數(shù)字校正信 號(hào)。
[0149] 以上關(guān)于圖1-11描述的實(shí)施例的優(yōu)勢(shì)在于相應(yīng)地實(shí)施的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系 統(tǒng)10示出了為現(xiàn)有技術(shù)的相當(dāng)?shù)恼袷幤麟娐废到y(tǒng)的1/5到1/10的封裝變化。此外，可以提供 具有低得多的壽命變化和更高穩(wěn)定性的低成本和低變化的片上解決方案。此外，封裝中的 焊接和工藝改變或封裝中濕度改變不導(dǎo)致頻率改變。只需要在任何溫度用振蕩器輸出頻率 fosc針對(duì)振蕩器輸出信號(hào)Sos。的單點(diǎn)調(diào)整。對(duì)于更高的精度而言，兩點(diǎn)調(diào)整也是可能的。然 而，沒(méi)有針對(duì)應(yīng)力補(bǔ)償?shù)倪M(jìn)一步兩點(diǎn)調(diào)整是需要的。此外，固定的應(yīng)力系數(shù)可以用于集成電 路的一個(gè)特定設(shè)計(jì)。發(fā)明的振蕩器電路系統(tǒng)還提供在通電后快得多的穩(wěn)定時(shí)間（例如10倍 的速度）。基于發(fā)明概念，對(duì)于許多應(yīng)用，可以將晶體振蕩器電路或MEMS振蕩器電路從集成 電路中移除。
[0150]雖然本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被詳細(xì)地描述，但是應(yīng)該理解的是，在不脫離由所附權(quán) 利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在本文中做出各種變化、替換和改變。 [0151]此外，本申請(qǐng)的范圍不限于在說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器、制造商、物質(zhì)成分、手 段、方法以及步驟的特定實(shí)施例。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員之一將容易地從本申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi) 容認(rèn)識(shí)到的那樣，可以根據(jù)本發(fā)明利用與在本文中描述的相應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行基本上相同的功 能或者實(shí)現(xiàn)基本上相同的結(jié)果的、目前存在的或后來(lái)要被開(kāi)發(fā)的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)成 分、手段、方法、或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在在其范圍內(nèi)包括這樣的工藝、機(jī)器、制造、 物質(zhì)成分、手段和步驟的方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)（10; 11; 12; 13; 14; 15)，包括： 傳感器裝置（100)，用于提供傳感器輸出信號(hào)（Ssenscir),其中傳感器輸出信號(hào)(Ssenscir)基 于在半導(dǎo)體襯底(20)中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量(σ); 處理裝置(200)，用于處理傳感器輸出信號(hào)（Ssenscir)和取決于在半導(dǎo)體襯底(20)中的瞬 時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量(σ)提供控制信號(hào)(SecintoI); 振蕩器裝置(300)，用于基于控制信號(hào)（Sccintol)提供具有振蕩器頻率(f〇s。)的振蕩器輸 出信號(hào)（Sosc); 其中控制信號(hào)(Scontrol)控制振蕩器輸出信號(hào)(SqSC)，并且其中控制信號(hào)(Scontrol)減小在 半導(dǎo)體襯底(20)中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分量(〇)對(duì)振蕩器輸出信號(hào)(S_)的影響，使得振蕩器 電路系統(tǒng)（1 〇 )提供應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器輸出信號(hào)(Sosc)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路，其中傳感器裝置（100)、處理裝置 (200)和振蕩器裝置（300)被集成在相同半導(dǎo)體襯底（20)上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路，其中傳感器裝置（100)包括多個(gè)傳 感器元件（110; 120; 130)，每個(gè)傳感器元件感測(cè)在半導(dǎo)體材料(20)中的瞬時(shí)應(yīng)力或應(yīng)變分 量(〇)〇4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器元件（110; 120; 130)配置成感測(cè)彼此正交的和在關(guān)于半導(dǎo)體襯底(20)的表面的平面中的瞬時(shí)應(yīng)力和 應(yīng)變分量(σχχ, 0yy)。5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器元件 (110;120;130)是壓電敏感傳感器元件。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中壓電敏感傳感器元件關(guān)于半 導(dǎo)體材料的表面在半導(dǎo)體材料中橫向和/或垂直延伸。7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中多個(gè)傳感器元件包括L形 傳感器元件并且跨半導(dǎo)體襯底的表面空間分布。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中L形傳感器元件是壓電敏感擴(kuò) 散電阻器。9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中的任一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中所述多個(gè)壓電 敏感傳感器元件包括具有第一應(yīng)力系數(shù)的第一數(shù)目的壓電敏感傳感器元件，并且包括具有 第二應(yīng)力系數(shù)的第二數(shù)目的壓電敏感傳感器元件，其中第一和第二應(yīng)力系數(shù)是不同的。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中第一數(shù)目的壓電敏感傳感器 元件提供具有第一應(yīng)力分量相關(guān)性的第一應(yīng)力相關(guān)傳感器信號(hào)，并且第二數(shù)目的壓電敏感 傳感器元件提供具有第二應(yīng)力分量相關(guān)性的第二應(yīng)力相關(guān)傳感器輸出信號(hào)，其中第一應(yīng)力 相關(guān)信號(hào)具有關(guān)于在半導(dǎo)體襯底中的正應(yīng)力分量總和( 〇xx + 0yy)的應(yīng)力分量相關(guān)性，并且 其中第二數(shù)目的壓電敏感傳感器元件提供具有關(guān)于在半導(dǎo)體襯底中的正應(yīng)力分量的差(σ χχ -〇yy)的應(yīng)力分量相關(guān)性的第二應(yīng)力相關(guān)信號(hào)。11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，進(jìn)一步包括： 半導(dǎo)體襯底上或半導(dǎo)體襯底中的溫度傳感器元件，用于提供關(guān)于半導(dǎo)體襯底的瞬時(shí)溫 度的溫度傳感器信號(hào)。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中溫度傳感器裝置包括空間 分布在半導(dǎo)體襯底的表面之上的多個(gè)溫度傳感器元件。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中所述多個(gè)溫度傳感器元件 形成溫差傳感器裝置。14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中處理裝置 配置成執(zhí)行前饋傳感器輸出信號(hào)處理，以將控制信號(hào)作為應(yīng)力補(bǔ)償信號(hào)提供給振蕩器裝 置。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中處理裝置配置成檢索查找 表或基于傳感器輸出信號(hào)計(jì)算多項(xiàng)式函數(shù)或分段線性函數(shù)，以便確定控制信號(hào)。16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中處理裝置 配置成處理傳感器輸出信號(hào)，以便提供作為多個(gè)部分控制信號(hào)的組合的控制信號(hào)，其中每 個(gè)部分控制信號(hào)控制振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率，并減小在半導(dǎo)體襯底中的不同瞬時(shí)分 量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的影響。17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中處理裝置 配置成處理傳感器輸出信號(hào)以便提供控制信號(hào)，其中控制信號(hào)包括第一和第二部分控制信 號(hào)，以提供針對(duì)半導(dǎo)體襯底中的振蕩器裝置的不同應(yīng)力分量相關(guān)性的第一和第二部分校正 信號(hào)。18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中處理裝置 配置成處理來(lái)自所述多個(gè)溫度傳感器元件的傳感器輸出信號(hào)，以確定針對(duì)半導(dǎo)體襯底中的 溫度梯度誘發(fā)的溫度相關(guān)應(yīng)力效應(yīng)，并且配置為提供控制信號(hào)，所述控制信號(hào)減小在半導(dǎo) 體材料中的瞬時(shí)溫度或溫度梯度對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的影響，使得對(duì)振蕩器輸 出信號(hào)的振蕩器頻率的熱梯度誘發(fā)的應(yīng)力效應(yīng)被減小。19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中振蕩器裝 置包括在分?jǐn)?shù)PLL回路中的振蕩器，其中分?jǐn)?shù)PLL回路具有分?jǐn)?shù)分頻器，其中處理裝置配置 成處理傳感器輸出信號(hào)并且提供控制信號(hào)，其中控制信號(hào)控制振蕩器裝置的分?jǐn)?shù)PLL回路 的分?jǐn)?shù)分頻器，以便減小半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力分量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器頻率的 影響。20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中振蕩器裝 置包括直接應(yīng)力補(bǔ)償LC振蕩器或具有針對(duì)偏置電流、可切換電容和/或電壓相關(guān)電容的校 正DAC的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器。21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中振蕩器裝 置包括具有應(yīng)力補(bǔ)償積分器電流或應(yīng)力補(bǔ)償參考電壓或應(yīng)力補(bǔ)償集成電容的張弛振蕩器。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)，其中處理裝置配置成提供多個(gè) 部分控制信號(hào)以調(diào)整至少兩個(gè)下面的電氣特性的組合，電氣特性包括積分器電流、參考電 壓和/或積分器電容，以便減小半導(dǎo)體襯底中的瞬時(shí)應(yīng)力分量對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的振蕩器 頻率的影響。23. -種集成電路(30)，包括： 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)（10);和 處理電路系統(tǒng)(40)，用于基于由應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)（10)提供的應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器 輸出信號(hào)執(zhí)行處理操作。24. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的集成電路，其中應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)（10)和處理電路 系統(tǒng)(40 )被集成在相同半導(dǎo)體襯底(20 )上。25. 根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的集成電路，其中應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)（10)的處理 裝置(200)和處理電路系統(tǒng)(40)通常共享半導(dǎo)體襯底(20)上的集成硬件(40a)。26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的集成電路，其中應(yīng)力補(bǔ)償振蕩器電路系統(tǒng)（10)的處理裝置 (200)和處理電路(40)通常使用具有在相同半導(dǎo)體襯底上定義的溫度系數(shù)的ADC溫度傳感 器、電壓參考、電壓供給和偏置電流供給。
【文檔編號(hào)】H03B5/04GK105897166SQ201610084598
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年2月14日
【發(fā)明人】M.莫茨
【申請(qǐng)人】英飛凌科技股份有限公司