专利名称：用于测量电子器件参数的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子器件，尤其是测量绝缘体上的硅(SOI)和类似器件的参数的改进技术。
图1表示具有其它元件构成的两种半导体器件102和103从而形成半桥电路的现有技术结构示例。器件可以是MOS器件、SOI、或其它类型器件。一般利用公知技术制造器件，其中在衬底201上沉积各种所需的层，如图2所示。器件102和103一般均制备在芯片上，边界125表示芯片的外边缘。
如图1所示，一种标准应用包括使用外电容器105和106来测量半桥的输出。传感引线107通常与芯片的外侧相连，芯片外侧上存在SOI器件102和103。利用标准设备可测量传感引线。用外部元件的剩余部分、电感器108、电容器109和115以及电阻110，形成标准谐振输出电路。
在工作中，高电压电容器105将交流信号传送到传感引线107，该信号输送到测量器件，以便从外部设备监控SOI器件的运行。该结构基本上令人满足，但利用外部部件增加了成本，降低了可靠性。
在各种应用中需要外部监控。例如，在一些开关电路中，希望器件的运行保持在所谓软开关区中。如果接近硬开关区，实现该目的的唯一方法是监控器件的运行并提供修正。
鉴于上述，希望构建不需要如此多的附加部件的传感设备。也希望使该器件的制备成本最低。另一目的是希望不需要附加的外电容器。
按照本发明，克服以前技术的上述和其它问题，涉及实现用于传感的所需电容器的技术，而无需增加成本以及以前技术一般所需的连接。具体而言，单独的传感引线由器件衬底传送到外引脚(externalpin)。在衬底与漏之间的固有剩余电容用作传感电容器。通常认为该剩余电容是不需要的寄生电容。应用包括使用该内传感电容器以便控制逻辑门，调节或控制外部器件，或保持器件处于软开关区。在另一实施例中，也可使用在衬底与器件的其它部分(例如栅极或源极)之间的固有电容。
图1是具有SOI器件和几个外部电容器的已有技术结构的例子；图2表示SOI器件的物理结构的横截面；图3描述了表示源与漏的传统内连接的已有技术结构的例子；图4表示按照本发明连接的器件的结构例子；图5表示本发明的另一实施例；和图6描述了和一个或多个外部逻辑门一起应用本发明。
图2表示典型SOI器件的横截面，SOI器件包括衬底层201和掩埋氧化物层202。按照该器件的标准制造技术，表示剩余层。该器件包括源极204、栅极205和漏极206。存在多种市售器件，而所用的特定器件并不是本发明的关键。
在典型应用中，衬底层204直接与源层相连，如图3所示。该连接位于半导体芯片内，如图3所示，虚线边缘309表示器件的外边缘。通常，单个外封装包括表示源、栅和漏的3个端子以及也与漏极相连的小接头。
图1中使用外部电容器105和106，未能利用衬底201与漏极206之间的固有电容的优点，如图3的电容307所示。该电容只是制备这些器件中所固有的物理特性、尺寸和其它参数的结果。该固有电容307由本领域的技术人员容易计算出并存在于器件上，而无需增加任何成本。电容器307的值取决于漏极的尺寸、图2的衬底201的面积以及掩埋氧化物层202的面积。
具体而言，参考图2，因为掩埋氧化物层202充当漏极206与衬底201之间的绝缘体，形成电容。然后，漏极206和衬底201充当电容器的极板。因此，可使用用于计算平行板电容器的电容的标准等式。
应当注意，在衬底层201与在掩埋氧化物层202之上器件的其它部分之间也存在固有电容。因为漏的典型面积大得足以提供更高值的电容器，选择并应用漏/衬底电容，高值电容器通常是测量电路所需要的，以确保在软开关区内运行。因此，为便于说明，在此将漏衬底电容用作例子。然而，本发明并未排除使用衬底/栅极电容，或衬底/源极电容当作有价值的测量元件。
如图4所示，本发明设想源与衬底内部不相连。取而代之，从衬底引出单个针到器件的外侧，用于测量目的。一个方便技术包括在器件封装的外侧使用小接头。具体而言，在部件例如标准T0-220的外侧上的接头，有时用作散热片并经常与漏极相连，接头可与衬底连接，而代替与漏极连接。这可使用传统器件封装，而不用改型。
如图4所示，传感针406随后在器件外部与测量设备相连。测量设备410与传感器406和公共接地连接。由于电容器307可使变化的信号通过，却抑制直流，图4的衬底传感器406是表示漏极电压的衍生物的信号。
由此漏极/衬底电容307用作传感机构。具体而言，电容器307上的电流是测量漏极206处电压相对时间的变化。由于该固有电容器提供必要的信号，可取消外部电容器105。
图5表示本发明的一个实施例，其中电阻501与内部电容307串联布置。按照沉积电阻的传统技术，电阻制备在具有SOI器件的芯片上。然后传感针511从外部引到芯片，传感针表示电容器307与内电阻501之间的电压部分。因此，在图5的实施例中，固有电容307用作分压电路的部件。
图6表示本发明的另一实施例，包括与上述内电阻501串联的固有电容307。此时，一组逻辑电路601加入到传感点，控制针602处产生的输出。逻辑电路接收与电容器307两端的电压变化比率成比例的信号。可使用逻辑来控制门(例如如果电压变化太快，则将其切断)。注意逻辑电路601包括一个或多个逻辑门，并在芯片或外部上起作用。
上述讨论相对于漏极与衬底之间的固有电容，在衬底与栅极之间、以及衬底与源极之间也存在电容。由于衬底经图4的针406引到器件外部点，又可提供这些低电容。
上面描述了优选实施例，本领域的技术人员可进行各种改型/添加。具体而言，相对本发明可改变外部和内部所用的结构。将衬底201引到芯片外部的传感针406或511可与各种电容器、电阻或其它电子部件连接。基于测量参数而改变器件运行的控制电路可与在此所示的有所不同，本领域的技术人员可采用其它传感针。上述均被如下权利要求所包括。
权利要求
1.一种电子器件，具有源极(204)、栅极(205)和漏极(206)，所述电子器件位于衬底(201)上，所述电子器件和衬底在具有外部针(406)的芯片内，所述衬底与外部针(406)电连接，而不与所述源极连接。
2.按权利要求1所述的器件，还包括在所述衬底和所述源极之间相连的电阻(501)，所述电阻在所述芯片内。
3.按权利要求2所述的器件，其中所述电阻在公共点连接到所述衬底与至少一个逻辑门(601)，以便监控所述点处的电启动。
4.一种测量SOI器件中固有电容器上的电压变化的方法，所述方法包括步骤将所述器件的外部分(406)直接与所述衬底连接，以及测量所述外部分上的电信号。
5.按权利要求4所述的方法，其中所述芯片内的附加电气元件(501)连接在所述衬底与所述源极之间。
6.一种半导体器件，包括导电衬底层(201)、半导体层(202)和漏极(206)，所述半导体器件位于芯片上并包括与衬底(201)连接而不与源极连接的针(406)，针(406)延伸到所述芯片外部的点。
7.按权利要求6所述的半导体，还包括与所述芯片外部的所述点相连的至少一个逻辑门(601)。
8.按权利要求6所述的半导体器件，还包括位于所述芯片上并连接在所述源极与所述衬底之间的电阻(501)。
9.按权利要求8所述的半导体器件，还包括与此相连的测量设备。
10.一种测量器件的电启动的方法，器件具有源极(204)、栅极(205)、漏极(206)和衬底(201)，该方法包括在衬底与接地之间连接测量器件(410)；利用所述测量器件(410)，测量所述衬底(201)上产生的信号变化的比率，和基于所述测量步骤，调节所述器件的运行。
11.按权利要求10的方法，其中所述调节步骤包括利用逻辑门(601)进行处理。
12.一种形成包括电容器的电子电路的方法，包括如下步骤制备包括源极(204)、栅极(205)和漏极(206)的SOI器件；计算在所述衬底与所述源极(204)、所述漏极(206)或所述栅极(205)任一之间的电容值；计算在包括所述SOI器件外的元件的电路中所需的电容器值；和连接包括多个电气元件的电路，使得在所述衬底与所述源极(204)、所述漏极(206)或所述栅极(205)任一之间的电容用作所述需要的电容器，或形成其部分。
13.按权利要求12所述的方法，还包括在所述SOI器件上制备电阻(501)的步骤。
全文摘要
利用衬底与SOI器件的漏极之间的固有电容作为电路的部分。衬底与引到芯片外部的传感针连接，并与其它电气元件形成环路，形成包括衬底与漏极之间的固有电容的电路，该电路利用衬底与漏极之间的电容运行。
文档编号H01L29/786GK1421047SQ01802316
公开日2003年5月28日 申请日期2001年7月20日 优先权日2000年8月7日
发明者L·布尔迪永 申请人:皇家菲利浦电子有限公司