集成電路管芯的自校準熱傳感器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求享有于2013年6月11日提交的美國非臨時申請13/915,453的優先 權。
技術領域
[0003] 本公開內容的實施例總體上涉及集成電路領域，并且更具體地涉及集成電路（IC) 管芯的自校準熱傳感器。
【背景技術】
[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導致這種傳感器中的重大的不準確性。為解決這個問 題，可以在組裝測試（例如，分類或測試）期間對熱傳感器進行校準。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熱傳感器進行校準以讀取熱卡盤的各種溫度。這 種校準技術可能提供不準確的熱傳感器（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），這可能導致損失性能機會、在冷卻過程中損失能量和/或與功率控制相關 聯的其它問題。此外，由于壽命所產生的影響，熱傳感器的準確度會隨時間而降低。在本領 域中（例如，在使用者手中的電子計算設備的最終產品中），當前的熱傳感器可能不被配備 用于校準，這可能會進一步加劇損失性能機會、在冷卻過程中損失能量和/或其它功率控 制問題。
【附圖說明】
[0005] 通過結合附圖參考以下【具體實施方式】可以容易地理解實施例。為了便于描述，相 似的附圖標記表示相似的結構要素。在附圖中的圖中，通過示例的方式而不是限制的方式 示出了實施例。
[0006] 圖1示意性地示出了根據一些實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管芯包括一個或多個自校準熱傳感器。
[0007] 圖2示意性地示出了根據一些實施例的自校準熱傳感器的示例性構造。
[0008] 圖3示意性地示出了根據一些實施例的包括多模式諧振器的集成電路（IC)管芯 的截面側視圖。
[0009] 圖4示意性地示出了根據一些實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是描繪根據一些實施例的用于諧振的第一模式和第二模式的所測量的頻率 和溫度的關系的曲線圖。
[0011] 圖6是根據一些實施例的熱校準的方法的流程圖。
[0012] 圖7示意性地示出了根據一些實施例的包括具有如本文中所述的自校準熱傳感 器和/或諧振器的IC管芯的計算設備。
【具體實施方式】
[0013] 本公開內容的實施例包括集成電路（IC)管芯的自校準熱傳感器以及相關聯的技 術和構造。在以下【具體實施方式】中，參考了形成【具體實施方式】的一部分的附圖，其中在整個
【具體實施方式】中，相似的附圖標記表示相似的部分，并且其中通過說明的方式示出了可以 實踐本公開內容的主題的實施例。應當理解的是，可以利用其它實施例，并且在不脫離本公 開內容的范圍的情況下可以做出結構上或邏輯上的改變。因此，下面的【具體實施方式】不能 被理解為限制性意義，并且實施例的范圍由所附的權利要求及其等同物來限定。
[0014] 出于本公開內容的目的，短語"A和/或B"表示（A)、（B)或（A和B)。出于本公開 內容的目的，短語"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施例的應用限制于任何特定方 向。
[0016] 描述可以使用短語"在實施例中"，其可以指代相同或不同實施例中的一個或多 個。此外，關于本公開內容的實施例所使用的術語"包括"、"包含"、"具有"等是同義詞。
[0017] 本文中可以使用術語"與…耦合"及其衍生詞。"耦合"可以表示以下內容中的一 個或多個。"耦合"可以表示兩個或更多元件直接物理接觸、電接觸、或光接觸。然而，"耦 合"還可以表示兩個或更多元件彼此間接接觸，但仍彼此協作或相互作用，并且可以表示一 個或多個其它元件耦合或連接在所述彼此耦合的元件之間。術語"直接耦合"可以表示兩 個或更多元件直接接觸。
[0018] 在各種實施例中，短語"第一特征形成、沉積、或以其它方式設置在第二特征上"可 以表示第一特征形成、沉積、或設置在第二特征之上，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或多個其它特征）。
[0019] 如本文中所使用的，術語"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、執行一個或多個軟件或固件程序的處理器（共 享、專用或組）和/或存儲器（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一些實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包括一個或多個 自校準熱傳感器（在下文中稱作"自校準熱傳感器200"）。在一些實施例中，管芯101可 以是晶片11的多個管芯（例如，管芯101、101a、101b)中的一個。晶片11可以包括由半導 體材料（例如，硅（Si)或其它適合的半導體材料）組成的半導體襯底。個體管芯可以包括 形成在晶片11的表面上的電路103。電路103可以包括例如一個或多個集成電路（IC)器 件，例如，形成在管芯101的有源側上的晶體管和/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 都可以是包括自校準熱傳感器200的半導體產品的重復單元。管芯可以與例如結合圖2-3 所描述的實施例一致。在一些實施例中，自校準熱傳感器200可以被嵌入在電路103內。
[0021] 在完成半導體產品的制造過程之后，晶片11將經歷單一化過程，其中，管芯（例 如，管芯101、101a、101b)中的每一個彼此分開以提供半導體產品的分立的"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。在一些實施例 中，晶片11的直徑在從大約25. 4mm到大約450mm的范圍內。在其它實施例中，晶片11可 以包括其它尺寸和/或其它形狀。根據各種實施例，本文中所述的自校準熱傳感器可以是 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、存儲器或ASIC、或它們的組合。在一個實施例中，管芯101表示或包括中 央處理單元（CPU)。
[0022] 出于討論的目的，僅作為示例來提供對電路103和自校準熱傳感器200的描繪。電 路103和自校準熱傳感器200不限于所描繪的構造，并且根據各種實施例可以包括各種各 樣的適合的構造。
[0023] 圖2示意性地示出了根據一些實施例的自校準熱傳感器200的示例性構造。在一 些實施例中，自校準熱傳感器200可以包括微機電系統（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 相串聯耦合、并聯耦合或采用串并聯布置的組合的形式耦合。在一些實施例中，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 能轉換成機械能和/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造的結構尺寸限 定的自然頻率或諧振頻率來振蕩。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激勵并維持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，這可以允許通過監測由MEMS諧振器設定 的振蕩器的輸出頻率（例如，圖2中的輸出模塊207的輸出）來跟蹤管芯101的溫度。
[0026] 在一些實施例中，自校準熱傳感器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設定。例 如，使MEMS諧振器振蕩可以產生與諧振器電路202的諧振頻率相對應的正弦電信號。正弦 電信號可以由輸出模塊輸出到熱校準模塊206。在一些實施例中，熱校準模塊206或輸出模 塊207可以包括用于計數正弦電信號的頻率的頻率計數器電路或邏輯單元。
[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以設定互阻抗放大器205的增益的邏輯單元。
[0028] 熱校準模塊206可以可操作地與反饋電路204耦合。例如，熱校準模塊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。在一些實施例中， 熱校準模塊206可以與諧振電路202耦合。例如，熱校準模塊206可以被配置為通過對諧 振板進行偏置來控制諧振板的振蕩，以采用諸如第一模式和第二模式等多種模式來進行操 作和/或在第一模式與第二模式之間進行轉換。多種模式中的個體模式均可以激勵使MEMS 諧振器相對于彼此產生不同的幾何位移和幅度的振蕩。
[0029] 熱校準模塊206可以被配置為通過使用熱響應曲線方程（例如，例如，方程（1)或 (3))來執行計算，從而執行自校準熱傳感器200的軟調整（soft trim)或熱校準。熱校準 模塊206可以包括被