[发明专利]应力传感器和用于求取梯度补偿的机械应力分量的方法

说明书

本文描述的创新方案涉及一种基于晶体管的应力传感器，具有带有第一和第二MOS晶体管装置的半导体衬底。第一MOS晶体管装置可以具有第一和第二MOS晶体管，分别带第一和第二源极漏极沟道区，其中第一和第二MOS晶体管相互取向成使得第一源极漏极沟道区中的电流流动方向与第二源极漏极沟道区中的电流流动方向相反。第二MOS晶体管装置可以具有第三和第四MOS晶体管，分别带第三和第四源极漏极沟道区，其中第三和第四MOS晶体管相互取向成使得第三源极漏极沟道区中的电流流动方向与第四源极漏极沟道区中的电流流动方向相反。基于晶体管的应力传感器提供梯度补偿的输出信号，输出信号用于确定作用在半导体衬底上的机械应力分量。

技术领域

本文描述的创新方案涉及一种布置在半导体衬底上的基于晶体管的应力传感器。该基于晶体管的应力传感器用于确定作用在半导体衬底上的机械应力分量。由于基于晶体管的应力传感器内的各个晶体管具有本文描述的创新布置，可以完全或至少部分地补偿可能影响确定应力分量的参量梯度。因此，本文描述的基于晶体管的应力传感器能够实现对机械应力分量的梯度补偿的确定。本文描述的创新方案还涉及一种用于借助这种基于晶体管的应力传感器来梯度补偿地求取机械应力分量的方法。

背景技术

应力传感器被设计成求取机械应力分量，例如机械剪应力、机械总应力或机械微分应力。本文描述的应力传感器是具有多个晶体管的基于晶体管的应力传感器。根据基于晶体管的应力传感器的输出信号，可以求取机械应力分量。

该输出信号可以被不期望的效应叠加，所述不期望的效应可能导致在确定应力分量时的不精确性。不随时间变化的静态效果可以用相对简单的手段来补偿。相反，时间上可变的效应(其大小随时间变化)明显更难补偿。因此，在电子电路元件中随着不断老化经常出现所谓的老化效应，所述老化效应可能导致不期望的特性。然而，这种老化效应只能被困难地校准或补偿。

特定参量的时间变化可以用梯度来描述。梯度例如可以说明相应参量的相应时间变化的方向和数值。例如，热源随着电流供应的增加而产生增加的热量。这种增加的热量可以用热梯度表示。

该时间上可变的基于梯度的效应以不期望的方式影响应力传感器的输出信号，也就是说，使应力传感器的输出信号失真。更一般地说，应力传感器的输出信号在存在一个或多个梯度的情况下通过相应的梯度的方向和/或数值不期望地被影响或失真。因此，例如在热梯度存在的情况下随着热量增加获得应力传感器的越来越失真的输出信号。

因此期望提供一种应力传感器，该应力传感器提供梯度补偿的输出信号，使得输出信号基本无梯度。待补偿的梯度优选是一阶梯度。

这种基于梯度的效应可能具有不同的原因。热梯度例如可以根据可变的加热功率改变。但是也存在布局梯度，布局梯度可以根据电路在半导体衬底上的相应布局而改变。可能由于塑料壳体中的变化的全局应力而出现的变化的不均匀应力效应也不期望地影响确定机械应力分量。对此包括例如可变的全局应力，全局应力可能由于封装过程本身、由于潮湿或者由于焊接而引起。

基于晶体管的应力传感器可以优选地是集成到半导体衬底中作为电路装置一部分的电路。集成电路装置或集成电路(IC＝集成电路)通常安装在壳体中，以保护敏感的集成电路装置免受环境影响。然而在此作为不期望的副作用观察到的是，将集成电路装置安置和安装在壳体中已经能将显著的机械应力施加到半导体材料上、并且因此施加到集成电路装置的半导体衬底上。这尤其适用于低成本的、设计为批量产品的壳体形状，例如对于适用于这样的壳体形状：其中集成电路装置由浇注料注塑包封。

通过在半导体材料中的不同的压电效应，例如通过压阻效应、压电MOS效应、压电结效应、压电霍尔效应和压电隧道效应，通过集成电路装置的起作用的机械应力也影响集成电路装置的重要电气参数或电子参数。在此，在进一步说明的上下文中，“压电效应”一般被称为：在半导体材料中的机械应力的影响下，集成在半导体材料中的电路装置的电气参数或者电子参数的改变。