集成电路管芯的自校准热传感器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有于2013年6月11日提交的美国非临时申请13/915,453的优先 权。
技术领域
[0003] 本公开内容的实施例总体上涉及集成电路领域，并且更具体地涉及集成电路（IC) 管芯的自校准热传感器。
【背景技术】
[0004] 新兴的热传感器可以与管芯的电路（例如，CMOS器件）集成。然而，在热传感器 的深亚微米制造中的工艺变化可能会导致这种传感器中的重大的不准确性。为解决这个问 题，可以在组装测试（例如，分类或测试）期间对热传感器进行校准。例如，可以将管芯放 置在具有温度控制的热卡盘上并且可以对热传感器进行校准以读取热卡盘的各种温度。这 种校准技术可能提供不准确的热传感器（例如，在热到冷范围的中间温度处的大约+/-3-5 摄氏度的偏差），这可能导致损失性能机会、在冷却过程中损失能量和/或与功率控制相关 联的其它问题。此外，由于寿命所产生的影响，热传感器的准确度会随时间而降低。在本领 域中（例如，在使用者手中的电子计算设备的最终产品中），当前的热传感器可能不被配备 用于校准，这可能会进一步加剧损失性能机会、在冷却过程中损失能量和/或其它功率控 制问题。
【附图说明】
[0005] 通过结合附图参考以下【具体实施方式】可以容易地理解实施例。为了便于描述，相 似的附图标记表示相似的结构要素。在附图中的图中，通过示例的方式而不是限制的方式 示出了实施例。
[0006] 图1示意性地示出了根据一些实施例的采用晶片形式和单一化形式的集成电路 (IC)管芯的示例性顶视图，所述IC管芯包括一个或多个自校准热传感器。
[0007] 图2示意性地示出了根据一些实施例的自校准热传感器的示例性构造。
[0008] 图3示意性地示出了根据一些实施例的包括多模式谐振器的集成电路（IC)管芯 的截面侧视图。
[0009] 图4示意性地示出了根据一些实施例的被配置成第一模式和第二模式的多模式 谐振器。
[0010]图5是描绘根据一些实施例的用于谐振的第一模式和第二模式的所测量的频率 和温度的关系的曲线图。
[0011] 图6是根据一些实施例的热校准的方法的流程图。
[0012] 图7示意性地示出了根据一些实施例的包括具有如本文中所述的自校准热传感 器和/或谐振器的IC管芯的计算设备。
【具体实施方式】
[0013] 本公开内容的实施例包括集成电路（IC)管芯的自校准热传感器以及相关联的技 术和构造。在以下【具体实施方式】中，参考了形成【具体实施方式】的一部分的附图，其中在整个
【具体实施方式】中，相似的附图标记表示相似的部分，并且其中通过说明的方式示出了可以 实践本公开内容的主题的实施例。应当理解的是，可以利用其它实施例，并且在不脱离本公 开内容的范围的情况下可以做出结构上或逻辑上的改变。因此，下面的【具体实施方式】不能 被理解为限制性意义，并且实施例的范围由所附的权利要求及其等同物来限定。
[0014] 出于本公开内容的目的，短语"A和/或B"表示（A)、（B)或（A和B)。出于本公开 内容的目的，短语"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视的描述，例如顶部/底部、内部/外部、上方/下方等。这 种描述仅用于方便论述，并且并非旨在将本文中所描述的实施例的应用限制于任何特定方 向。
[0016] 描述可以使用短语"在实施例中"，其可以指代相同或不同实施例中的一个或多 个。此外，关于本公开内容的实施例所使用的术语"包括"、"包含"、"具有"等是同义词。
[0017] 本文中可以使用术语"与…耦合"及其衍生词。"耦合"可以表示以下内容中的一 个或多个。"耦合"可以表示两个或更多元件直接物理接触、电接触、或光接触。然而，"耦 合"还可以表示两个或更多元件彼此间接接触，但仍彼此协作或相互作用，并且可以表示一 个或多个其它元件耦合或连接在所述彼此耦合的元件之间。术语"直接耦合"可以表示两 个或更多元件直接接触。
[0018] 在各种实施例中，短语"第一特征形成、沉积、或以其它方式设置在第二特征上"可 以表示第一特征形成、沉积、或设置在第二特征之上，并且第一特征的至少一部分可以与第 二特征的至少一部分直接接触（例如，直接物理和/或电接触）或间接接触（例如，在第一 特征与第二特征之间具有一个或多个其它特征）。
[0019] 如本文中所使用的，术语"模块"或"逻辑单元"可以指以下部件的一部分或包括 以下部件：专用集成电路（ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器（共 享、专用或组）和/或存储器（共享、专用或组）、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能 的其它适合的部件。
[0020] 图1示意性地示出了根据一些实施例的采用晶片形式10和单一化形式100的集 成电路（IC)管芯（在下文中称作"管芯101"）的示例性顶视图，管芯101包括一个或多个 自校准热传感器（在下文中称作"自校准热传感器200"）。在一些实施例中，管芯101可 以是晶片11的多个管芯（例如，管芯101、101a、101b)中的一个。晶片11可以包括由半导 体材料（例如，硅（Si)或其它适合的半导体材料）组成的半导体衬底。个体管芯可以包括 形成在晶片11的表面上的电路103。电路103可以包括例如一个或多个集成电路（IC)器 件，例如，形成在管芯101的有源侧上的晶体管和/或使IC器件与管芯101外部的其它电 子器件电耦合的互连电路。如本文中所述，管芯（例如，管芯101、101a、101b)中的每一个 都可以是包括自校准热传感器200的半导体产品的重复单元。管芯可以与例如结合图2-3 所描述的实施例一致。在一些实施例中，自校准热传感器200可以被嵌入在电路103内。
[0021] 在完成半导体产品的制造过程之后，晶片11将经历单一化过程，其中，管芯（例 如，管芯101、101a、101b)中的每一个彼此分开以提供半导体产品的分立的"芯片"（例如， 采用单一化形式100的管芯101)。晶片11可以是多种尺寸中的任何尺寸。在一些实施例 中，晶片11的直径在从大约25. 4mm到大约450mm的范围内。在其它实施例中，晶片11可 以包括其它尺寸和/或其它形状。根据各种实施例，本文中所述的自校准热传感器可以是 采用晶片形式10或单一化形式100的管芯101的一部分，这取决于晶片11是否被单一化。 管芯101可以被配置为执行各种各样的适合的功能中的任何功能。例如，管芯101可以表 示或包括处理器、存储器或ASIC、或它们的组合。在一个实施例中，管芯101表示或包括中 央处理单元（CPU)。
[0022] 出于讨论的目的，仅作为示例来提供对电路103和自校准热传感器200的描绘。电 路103和自校准热传感器200不限于所描绘的构造，并且根据各种实施例可以包括各种各 样的适合的构造。
[0023] 图2示意性地示出了根据一些实施例的自校准热传感器200的示例性构造。在一 些实施例中，自校准热传感器200可以包括微机电系统（MEMS)谐振器的电路，所述电路可 以包括形成在管芯101上（例如，在图2中可能仅示出了管芯101的一部分）或在管芯101 外的振荡器电路。例如，可以看出，自校准热传感器200可以包括：具有与反馈电路204耦 合的等效电路（在下文中称作"谐振器电路202"）的MEMS谐振器；以及热校准模块206， 其与反馈电路204和/或谐振器电路202耦合。
[0024] 可以看出，谐振器电路202可以包括例如电阻器Rx、电感器Lx和电容器C x，它们互 相串联耦合、并联耦合或采用串并联布置的组合的形式耦合。在一些实施例中，MEMS谐振器 可以被建模为电阻器、电感器和电容器的串联连接，但是这些元件可能物理上是不存在的。 电阻器R x、电感器Lx和电容器C x可以与寄生电容元件C。耦合，寄生电容元件C。可以类似于 谐振器电路202与地面（例如，管芯的衬底）之间的电容。谐振器电路202可以提供用于 任何MEMS谐振器的电气模型，例如所述MEMS谐振器是固支梁（clamped beam)或用于将电 能转换成机械能和/或反之亦然的任何其它谐振器换能器。例如，谐振器电路202的电能 可以使谐振板或谐振梁（在下文中称作"谐振板"）以由谐振板以及电极构造的结构尺寸限 定的自然频率或谐振频率来振荡。这些等效部件（例如，电阻器R x、电感器Lx和电容器(^) 的值可以取决于操作模式和操作模式下的温度。
[0025] 可以看出，谐振器电路202可以采用正反馈配置来与互阻抗放大器205耦合。正 反馈可以用与MEMS谐振器的谐振频率相等的频率来激励并维持MEMS谐振器中的振荡。谐 振板的谐振频率可以随着管芯101的温度而变化，这可以允许通过监测由MEMS谐振器设定 的振荡器的输出频率（例如，图2中的输出模块207的输出）来跟踪管芯101的温度。
[0026] 在一些实施例中，自校准热传感器200可以包括输出模块207,输出模块207被配 置为输出关于振荡器的频率的信息，振荡器的频率由MEMS谐振器的谐振频率来设定。例 如，使MEMS谐振器振荡可以产生与谐振器电路202的谐振频率相对应的正弦电信号。正弦 电信号可以由输出模块输出到热校准模块206。在一些实施例中，热校准模块206或输出模 块207可以包括用于计数正弦电信号的频率的频率计数器电路或逻辑单元。
[0027] 可以看出，反馈电路204还可以包括与互阻抗放大器205耦合的电阻器Rf和缓冲 器209。电阻器Rf可以被配置为设定互阻抗放大器205的增益，并且缓冲器209可以被配 置为隔离反馈电路204的部件（例如，互阻抗放大器205)。自动电平控制（ALC)模块208 可以被配置为提供用于MEMS谐振器的振荡的增益的稳定电平。例如，ALC模块208可以包 括被配置为控制电阻器Rf以设定互阻抗放大器205的增益的逻辑单元。
[0028] 热校准模块206可以可操作地与反馈电路204耦合。例如，热校准模块206可以与 输出模块207耦合，以接收由输出模块207输出的MEMS谐振器的频率。在一些实施例中， 热校准模块206可以与谐振电路202耦合。例如，热校准模块206可以被配置为通过对谐 振板进行偏置来控制谐振板的振荡，以采用诸如第一模式和第二模式等多种模式来进行操 作和/或在第一模式与第二模式之间进行转换。多种模式中的个体模式均可以激励使MEMS 谐振器相对于彼此产生不同的几何位移和幅度的振荡。
[0029] 热校准模块206可以被配置为通过使用热响应曲线方程（例如，例如，方程（1)或 (3))来执行计算，从而执行自校准热传感器200的软调整（soft trim)或热校准。热校准 模块206可以包括被