霍尔抵消的封装应力传感器制造技术

本公开涉及霍尔抵消的封装应力传感器。基于半导体霍尔板的传感器可以提供有关封装应力的信息，并且基本上不受磁场的影响。在实例中，传感器可以包括霍尔板和激励电路。激励电路可以向霍尔板的各个节点对提供信号。测量电路可以响应于激励信号的第一部分在第一对节点处接收关于第一电信号的信息，并且可以响应于激励信号的第二部分在第二对节点处收到关于第二电信号的消息。第一和第二电信号可指示半导体的电荷载流子迁移率特性，其可用于指示传感器上的物理应力。传感器上的物理应力。传感器上的物理应力。

【技术实现步骤摘要】
霍尔抵消的封装应力传感器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求于2021 8月13日提交的美国临时专利申请序列号63/233096(代理人卷宗号3867.802PRV)的优先权，标题为“封装应力传感器”，其全文通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]半导体可受到机械应力的影响，例如由于温度或湿度等环境影响。应力或应力变化会影响半导体器件的性能或灵敏度。
[0004]霍尔效应是指在磁场存在的情况下，可在导电体上产生的电压差。产生的电压的方向可以横向于导体中的电流和垂直于电流的磁场。霍尔传感器是基于霍尔效应的磁场传感器。
[0005]在实例中，霍尔传感器可以提供与影响传感器的磁场分量成比例的电输出信号。霍尔传感器可以包括霍尔元件或元件组以及用于接收和解释来自一个或多个元件的信号的处理器。在实例中，霍尔传感器包括封装在外壳中的集成电路，并且传感器或其封装可能受到机械应力的影响。当使用霍尔传感器表征磁场时，需要消除机械应力对传感器本身的影响。同样，当使用应力传感器表征应力或应力变化时，可需要消除任何可能影响或损坏应力指示器的霍尔效应。

技术实现思路

[0006]除其他外，本专利技术者已经认识到，要解决的问题包括确定封装集成电路上封装应力的适当补偿。本专利技术者已经认识到，解决方案可以包括或使用传感器，该传感器被配置为测量机械应力，同时减轻磁场的影响，否则会破坏应力测量。该解决方案可以包括表征应力方向和应力幅值。反过来，有关应力方向和大小的信息可以与其他电路一起使用，以抵消应力对其他电路元件或性能参数的影响。例如，关于应力方向和幅值的信息可用于抵消电压或电流信号参考生成器中的误差项，或用于校准转换器电路的偏移。
[0007]在实例中，该解决方案可以包括或使用配置为提供关于封装应力的信息的基于半导体霍尔板的传感器。在实例中，传感器可以包括霍尔板和激励电路。激励电路可以向霍尔板的各个节点对提供信号。测量电路可以响应于激励信号的第一部分在第一对节点处接收关于第一电信号的信息，并且可以响应于激励信号的第二部分在第二对节点处收到关于第二电信号的消息。第一和第二电信号可指示半导体的电荷载流子迁移率特性，其可用于指示传感器上的物理应力。
[0008]在实例中，该解决方案可以包括或使用基于半导体的应力传感器，该传感器包括具有多个(例如，第一和第二)集电极端子的双极晶体管器件。激励电路可以向双极晶体管器件的基极
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发射极结提供激励信号，并且可以基于响应于激励信号在集电极端子处测量的信号之间的关系来提供半导体的物理应力指示器。在实例中，物理应力指示器可以基于晶体管器件的基极区域的电流偏转特性。
[0009]本摘要并非旨在提供对本专利技术的排他性或详尽解释。包括详细描述以提供关于本
专利申请的进一步信息。
附图说明
[0010]为了便于识别对任何特定元素或行为的讨论，参考编号中的一个或多个最高有效数字是指首次引入该元素的图号。
[0011]图1一般性地示出了半导体晶片及其晶面的示例。
[0012]图2A和图2B大体示出了矩形霍尔板的示例。
[0013]图3A和图3B大体示出霍尔板上的机械应力的示例。
[0014]图4A和图4B大体示出了在晶片上具有不同取向的霍尔板的示例。
[0015]图5大体上示出了用于应力感测的非矩形霍尔板的示例。
[0016]图6图示了根据一个实施例的主题的一个方面。
[0017]图7A大体示出了第一双极结型晶体管的物理布局的顶视图的示例。
[0018]图7B大体示出了第一双极结型晶体管的物理布局的截面图的示例。
[0019]图7C大体示出了差分信号测量电路的示意图的示例。
[0020]图8A大体示出了第二双极结型晶体管的物理布局的顶视图的示例。
[0021]图8B大体示出了第二双极结型晶体管的物理布局的截面图的示例。
[0022]图9一般性地示出了建立在半导体晶片上的参考发生器电路的示例。
[0023]图10大体上示出了可以包括使用双极晶体管器件来提供物理应力指示器的方法的示例。
[0024]图11大体示出了参考发生器电路的示例，该参考发生器电路包括具有分离集电极的双极结型晶体管。
[0025]图12是说明能够执行本文所讨论的各种技术的方面的示例计算设备的框图。
具体实施方式
[0026]可以安装或封装集成电路(IC)，以帮助保护敏感集成电路免受压力或环境影响。然而，这种封装或安装可能是构成IC的半导体材料上的机械应力源。例如，机械应力可以影响或改变电路行为，因为它可以改变电荷载流子(例如电子或空穴)的迁移率和散射因子。这种变化可能导致电阻、磁灵敏度、晶体管行为或压电相关效应等参数的漂移或偏移。在一些示例中，机械应力可能由于外部环境影响而随时间变化，或者可能由于长期漂移和材料老化而变化。
[0027]为了补偿封装应力，可以配置应力传感器以感测特定芯片或基板上的器件所经历的应力。在一个示例中，晶体管或体电阻器可用于通过测量电子迁移率(例如，对于n型材料)或空穴迁移率(例如，对于p型材料)的变化来感测应力。然而，此类设备可能对磁场的存在敏感，这会在应力测量中引入误差。换句话说，洛伦兹力会导致传感器中的电流偏转，例如在存在磁场的情况下。此外，一些压力传感器未配置为感测压力的方向。本专利技术人已经认识到这些和其他问题的解决方案。
[0028]本专利技术人已经认识到应力测量问题的解决方案可以包括或使用传感器，该传感器被配置为测量机械应力，同时减轻可能破坏应力测量的磁场的影响。该解决方案可以包括表征应力方向和应力大小。关于应力方向和大小的信息又可以与其他电路一起使用，以抵
消应力对其他电路元件或性能参数的影响。例如，关于应力方向和大小的信息可用于抵消电压或电流信号参考发生器中的误差项，或校准转换器电路的偏移。
[0029]在一个示例中，该解决方案可以包括或使用霍尔板。使用多次测量的结果，电路可用于消除磁场引起的误差，或估计灵敏度或漂移，或提供相应的应力补偿信号。在一个示例中，该解决方案可以包括或使用多个半导体层，例如包括具有多个集电器(或一个分叉或进一步分离以分离端子的集电器)的双极晶体管。关于不同集电极中各自电流密度的信息可用于表征包括晶体管的封装中的应力方向或大小。在一些示例中，晶体管可以包括参考生成器电路的一部分或者可以用于提供偏移信号以校正不同的参考生成器电路。
[0030]本文讨论的各种解决方案提供了优于现有应力传感器的各种优点。例如，与将绝对迁移率测量为电阻或晶体管电流相比，使用霍尔板中迁移率分量的非对角线测量可以提供有关应力分量大小和方向的更多信息。此外，可以通过取非对角分量与绝对电阻的比值来实现一阶温度补偿。此外，附近磁场的影响可以使用两次测量来抵消霍尔效应电压。
[0031]图1一般性地说明了晶体结构的米勒指数的示例。可以从硅晶棒切割例如包括硅的半导体晶片，使得晶片表面与晶面重合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：测量来自霍尔板的第一节点的第一电信号，所述第一电信号响应于第一刺激，并且所述第一电信号指示半导体器件在第一方向上的载流子迁移率特性；测量来自所述霍尔板第二节点的第二电信号，所述第二电信号响应于第二刺激，并且所述第二电信号指示所述半导体器件在相同第一方向上的载流子迁移率特性；和基于所述第一电信号和所述第二电信号之间的关系确定关于包括霍尔板的半导体器件的物理应力指示器。2.权利要求1所述的方法，包括：在所述霍尔板的第二节点处提供第一刺激，并作为响应，测量所述第一电信号；和在所述霍尔板的第一节点处提供第二刺激，并作为响应，测量所述第二电信号。3.权利要求2所述的方法，其中所述霍尔板包括掺杂半导体，该掺杂半导体围绕在所述第一节点之间延伸的第一轴对称，并且围绕在所述第二节点间延伸的第二轴对称。4.权利要求2所述的方法，其中测量第一电信号包括测量第一电压信号，以及其中所述第一刺激包括第一电流信号；和其中测量第二电信号包括测量第二电压信号，以及其中所述第二刺激包括第二电流信号。5.权利要求4所述的方法，还包括在各自不同的时间提供第一和第二电流信号，其中所述第一和第二电流信号具有共同的幅度特性。6.权利要求4所述的方法，其中确定物理应力指示器包括：将关于所述第一和第二电压信号的幅度的信息求和以提供电压和；使用所述电压和以及所述关于第一和第二电流信号幅度的信息，确定霍尔板的一部分的电阻特性；和使用确定的电阻特性确定所述物理应力指示器，包括关于所述霍尔板上物理应力幅度的信息。7.权利要求2所述的方法，其中测量第一电信号包括测量第一电流信号，以及其中所述第一刺激包括第一电压信号；和其中测量所述第二电信号包括测量第二电流信号，以及其中所述第二刺激包括第二电压信号。8.权利要求7所述的方法，还包括在各自不同的时间提供所述第一和第二电压信号。9.权利要求1所述的方法，其中测量第一和第二电信号包括关于霍尔板的相同非对角电荷载流子迁移率组件的测量信息。10.权利要求1所述的方法，还包括提供与所述物理应力指示器指示的应力幅度或方向相对应的校正信号。11.权利要求1所述的方法，包括：确定所述霍尔板的绝对电阻特性；基于测量的第一和第二电信号确定所述霍尔板的非对角电阻特性；和基于所述非对角电阻特性与所述霍尔板绝对电阻特性的比率提供温度补偿信号。12.应力传感器，包括：半导体器件，包括具有第一和第二对信号节点的霍尔板；
激励电路，被配置为使用所述第一或第二对节点向所述霍尔板提供激励信号；和处理器电路，被配置为：接收关于在所述第一对信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：