应力补偿振荡器电路系统和使用该电路系统的集成电路技术方案

一种应力补偿振荡器电路系统包括：用于提供传感器输出信号SSensor的传感器装置，其中，所述传感器输出信号SSensor基于在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ；用于处理传感器输出信号SSensor和取决于在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ提供控制信号SControl的处理装置；以及用于基于控制信号SControl提供具有振荡器频率fOSC的振荡器输出信号SOSC的振荡器装置，其中控制信号SControl控制振荡器输出信号SOSC，并且其中控制信号SControl减小在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ对振荡器输出信号SOSC的影响，使得振荡器电路系统提供应力补偿振荡器输出信号。

Stress compensated oscillator circuit system and integrated circuit using the same

Including a stress compensation oscillator circuit system: for the sensor device, providing the sensor output signal of the SSensor, the sensor output signal instantaneous SSensor in a semiconductor substrate based on the stress or strain component; for processing the output signal of the sensor and the SSensor depends on the instantaneous in semiconductor substrate stress or strain component provides processing device control signal SControl; and for the oscillator device control signal SControl output signal of the oscillator with SOSC frequency oscillator based on fOSC, the control signal of SControl controlled oscillator output signal and the control signal SOSC, SControl reduce the instantaneous in the semiconductor substrate to the stress or strain component on the oscillator output signal SOSC, the the oscillator circuit system provides stress compensation oscillator output signal.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及集成电路的领域，并且更具体地涉及应力补偿振荡器电路系统和使用该电路系统的集成电路的领域。此外，本专利技术的实施例涉及具有机械应力/应变补偿的片上振荡器。
技术介绍
集成电路系统或集成电路（IC）通常安装在塑料封装中以保护敏感的集成电路系统免于环境影响。然而，在塑料封装中安装集成电路系统可以对半导体材料施加相当大的机械应力，并且因此对集成电路系统的半导体衬底施加相当大的机械应力。存在于半导体衬底的半导体材料中且作用于集成电路系统的机械应力或机械应变通常难以再现，因为机械应力取决于针对半导体衬底和针对封装使用的材料的组合，并且此外，取决于集成电路本身的封装工艺。因此，机械应力问题由封装、焊接、塑料封装中的湿度改变、管芯（半导体衬底）的弯曲效应、对邻近器件的沟槽影响等引起。机械不稳定性导致参考电路中的电流和电压改变以及导致无源部件（如片上电感器、电容器及电阻器）和有源部件（例如，晶体管、二极管等）的改变，该改变为分别由无源和有源部件中的应力或应变诱发的压电效应引起的标称值的大约3%。总之，机械应力似乎是终生效应，但实际上集成电路的行为的偏移效应的90%由封装、焊接、湿度和管芯（即，半导体衬底）上的温度梯度引起，因为塑料封装的膨胀导致芯片的弯曲。因此，到目前为止，可以实现在集成电路系统的寿命和温度范围内的仅1%到3%的准确性和稳定性，即使用对晶片的修整方案。因此，存在对改进的集成电路的需要，该集成电路以高精度和高寿命稳定性连同非常低的温度偏移和低功率或相位噪声来工作。因此，针对没有外部部件的片上振荡器的准确和便宜的低功率或低相位噪声为具有数字协议或RF接口的许多集成电路(IC)所需要。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了应力补偿振荡器电路系统，包括：用于提供传感器输出信号SSensor的传感器装置，其中，所述传感器输出信号SSensor基于在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ；用于处理传感器输出信号SSensor和取决于在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ提供控制信号SControl的处理装置；以及用于基于控制信号SControl提供具有振荡器频率fOSC的振荡器输出信号SOSC的振荡器装置，其中控制信号SControl控制振荡器输出信号SOSC（例如，振荡器输出信号SOSC的振荡器频率SOSC或幅度AOSC），并且其中，控制信号SControl减小在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ对振荡器输出信号SOSC的影响，使得振荡器电路系统提供应力补偿振荡器输出信号。本专利技术的实施例还提供了包括应力补偿振荡器电路系统的集成电路，该应力补偿振荡器电路系统具有：用于提供传感器输出信号SSensor的传感器装置，其中，所述传感器输出信号SSensor基于在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ；用于处理传感器输出信号SSensor和取决于在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ提供控制信号SControl的处理装置；以及用于基于控制信号SControl提供具有振荡器频率fOSC的振荡器输出信号SOSC的振荡器装置，其中控制信号SControl控制振荡器输出信号SOSC（例如，振荡器输出信号SOSC的振荡器频率SOSC或幅度AOSC），并且其中控制信号SControl减小在半导体衬底中的瞬时应力或应变分量σ对振荡器输出信号SOSC的影响，使得振荡器电路系统提供应力补偿振荡器输出信号；以及用于基于由应力补偿振荡器电路系统提供的应力补偿振荡器输出信号执行处理操作的处理电路系统。附图说明为了更完全理解本专利技术及其优点，现在对与附图结合做出的下面描述进行参考，在附图中：图1示出了根据本专利技术的实施例的应力补偿振荡器电路系统的示意框图；图2a-b示出了在半导体衬底的表面平面中的晶向的一般定义；图3示出了根据本专利技术的实施例的集成电路的示意框图；图4示出了示范性（张弛）振荡器的振荡器输出频率与半导体衬底中的x和y方向上的不同应力分量的相关性的图形说明；图5a示出了根据本专利技术的实施例的具有不同示范性传感器元件的传感器装置的不同实施方式的示意框图；图5b示出了根据本专利技术的实施例的传感器布置的示范性传感器元件的示意实施方式；图6a示出了根据本专利技术的实施例的传感器装置的示范性传感器元件的示意顶视图说明和布置在传感器元件附近的深沟槽对作用在传感器元件上的不同应力分量以及对传感器元件的不同压电系数的影响的示意顶视图说明；图6b示出了根据本专利技术的实施例的传感器装置的示范性传感器元件的示意横截面说明和布置在示范性传感器元件附近的深沟槽对作用在传感器元件上的不同应力分量以及对传感器元件的不同压电系数的影响的示意横截面说明；图7示出了根据本专利技术的实施例的形式为应力敏感电流镜电路的传感器装置的实施方式的示意图；图8a示出了根据本专利技术的实施例的具有经由数字分数值的应力补偿的PLL振荡器的示意框图；图8b示出了根据本专利技术的实施例的针对具有经由数字分数值的应力补偿的PLL振荡器的示范性分数PLL的示意框图；图9示出了根据本专利技术的实施例的直接应力补偿LC振荡器的示意框图；图10a示出了根据本专利技术的实施例的具有针对积分器电流的校正DAC的应力补偿振荡器的示意框图；图10b示出了根据本专利技术的实施例的通过使用具有不同应力分量的器件的组合而具有应力补偿积分器电流的张弛振荡器的示意框图；以及图11示出了根据本专利技术的实施例的具有应力传感器和温差传感器的LC振荡器的示意图。具体实施方式在使用附图更详细地讨论本专利技术之前，要指出的是，在附图中同样元件和具有相同功能和/或相同的技术或物理效应的元件被提供有相同的参考数字，使得在不同实施例中图示的这些元件及其功能的描述是相互可交换的，或者可以在不同的实施例中彼此应用。更具体地说，下面详细讨论本专利技术的实施例，然而，应当领会的是，本专利技术提供了许多适用的专利技术概念，其可以被体现在各种各样的具体联系中。所讨论的具体实施例仅仅说明制作和使用本专利技术的具体方式，并且不限制本专利技术的范围。在对实施例的下面描述中，具有相同功能的相同或类似元件具有与之相关联的相同参考标记，并且对每个实施例将不重复对这样的元件的描述。在下文中，将关于在集成振荡器电路（例如LC或PLL振荡器电路）的上下文中的实施例描述本专利技术。然而，本专利技术也可以被应用于其它集成电路，如任何集成电路，其输出信号不旨在是依赖于物理输入信号（例如要被测量的信号，诸如外部磁场或温度或传感器信号电压）的信号。专利技术概念也可以应用于稳定电压或电流参考或基于电阻器或电容器值的参考。图1是用于提供应力补偿振荡器输出信号sosc的应力补偿（集成）振荡器电路系统10的示意框图。应力补偿振荡器电路系统10包括传感器装置100，并且配置成提供传感器输出信号ssensor，其中传感器输出信号ssensor基于在半导体衬底20中的瞬时应力或应变分量σ。应力补偿振荡器电路系统10还包括处理（呈现）装置200，其配置成处理或呈现传感器输出信号ssensor并且配置成取决于在半导体衬底20中的瞬时应力或应变分量（如由传感器装置100测量）提供控制信号scontrol。应力补偿振荡器电路系统10还包括振荡器装置300，其配置成提供具有振荡器频率fOSC的振荡器输出信号sosc，其中振荡器输出信号基于来自处理装置200的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应力补偿振荡器电路系统（10；11；12；13；14； 15），包括：传感器装置（100），用于提供传感器输出信号（SSensor），其中传感器输出信号（SSensor）基于在半导体衬底（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）；处理装置（200），用于处理传感器输出信号（SSensor）和取决于在半导体衬底（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）提供控制信号（SControl）；振荡器装置（300），用于基于控制信号（SControl）提供具有振荡器频率（fosc）的振荡器输出信号（SOSC）；其中控制信号（SControl）控制振荡器输出信号（SOSC），并且其中控制信号（SControl）减小在半导体衬底（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）对振荡器输出信号（Sosc）的影响，使得振荡器电路系统（10）提供应力补偿振荡器输出信号（SOSC）。

【技术特征摘要】
2015.02.13 DE 102015202694.91.一种应力补偿振荡器电路系统（10；11；12；13；14；15），包括：传感器装置（100），用于提供传感器输出信号（SSensor），其中传感器输出信号（SSensor）基于在半导体衬底（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）；处理装置（200），用于处理传感器输出信号（SSensor）和取决于在半导体衬底（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）提供控制信号（SControl）；振荡器装置（300），用于基于控制信号（SControl）提供具有振荡器频率（fosc）的振荡器输出信号（SOSC）；其中控制信号（SControl）控制振荡器输出信号（SOSC），并且其中控制信号（SControl）减小在半导体衬底（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）对振荡器输出信号（Sosc）的影响，使得振荡器电路系统（10）提供应力补偿振荡器输出信号（SOSC）。2.根据权利要求1所述的应力补偿振荡器电路，其中传感器装置(100)、处理装置(200)和振荡器装置(300)被集成在相同半导体衬底(20)上。3.根据权利要求1或2所述的应力补偿振荡器电路，其中传感器装置（100）包括多个传感器元件（110；120；130），每个传感器元件感测在半导体材料（20）中的瞬时应力或应变分量（σ）。4.根据权利要求3所述的应力补偿振荡器电路系统，其中所述多个传感器元件（110；120；130）配置成感测彼此正交的和在关于半导体衬底（20）的表面的平面中的瞬时应力和应变分量（σxx,σyy）。5.根据权利要求3或4所述的应力补偿振荡器电路系统，其中所述多个传感器元件（110；120；130）是压电敏感传感器元件。6.根据权利要求5所述的应力补偿振荡器电路系统，其中压电敏感传感器元件关于半导体材料的表面在半导体材料中横向和/或垂直延伸。7.根据权利要求3至6所述的应力补偿振荡器电路系统，其中多个传感器元件包括L形传感器元件并且跨半导体衬底的表面空间分布。8.根据权利要求7所述的应力补偿振荡器电路系统，其中L形传感器元件是压电敏感扩散电阻器。9.根据权利要求5至8中的任一项所述的应力补偿振荡器电路系统，其中所述多个压电敏感传感器元件包括具有第一应力系数的第一数目的压电敏感传感器元件，并且包括具有第二应力系数的第二数目的压电敏感传感器元件，其中第一和第二应力系数是不同的。10.根据权利要求9所述的应力补偿振荡器电路系统，其中第一数目的压电敏感传感器元件提供具有第一应力分量相关性的第一应力相关传感器信号，并且第二数目的压电敏感传感器元件提供具有第二应力分量相关性的第二应力相关传感器输出信号，其中第一应力相关信号具有关于在半导体衬底中的正应力分量总和（σxx+σyy）的应力分量相关性，并且其中第二数目的压电敏感传感器元件提供具有关于在半导体衬底中的正应力分量的差（σxx-σyy）的应力分量相关性的第二应力相关信号。11.根据前述权利要求中的任一项所述的应力补偿振荡器电路系统，进一步包括：半导体衬底上或半导体衬底中的温度传感器元件，用于提供关于半导体衬底的瞬时温度的温度传感器信号。12.根据权利要求11所述的应力补偿振荡器电路系统，其中温度传感器装置包括空间分布在半导体衬底的表面之上的多个温度传感器元件。13.根据权利要求12所述的应力补...

【专利技术属性】
技术研发人员：M莫茨，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE