DE2943675C2

DE2943675C2 - Verfahren zum Trimmen eines Funktionselements einer integrierten Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2943675C2
Application number: DE2943675A
Authority: DE
Inventors: Jerald G. Tucson Ariz. Graeme
Original assignee: Burr Brown Research Corp
Current assignee: Texas Instruments Tucson Corp
Priority date: 1979-10-29
Filing date: 1979-10-29
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE2943675A1

Description

Die Temperaturempfindlichkeit in Form einer ther-

1.1.1 etaj Temperaturbeaufschlagung der integrier- 20 mischen Drift verschiedener elektrischer Parameter biltes Schaltung mit einem in der integrierten det eine schwerwiegende Einschränkung der Verwend-Schaltung in Nachbarschaft zu deren tempera- barkeit elektronischer Schaltungen. Bei der Herstellung unempfindlichem Teil angeordneten elektri- integrierter Schaltungen müssen häufig einzelne Schalschen Heizelement durchführt, das dazu tungseinheiten verworfen werden, da die thermische

1.1.2 während einer zur Aufheizung des temperatur- 25 Drift eines oder mehrerer elektrischer Parameter die empfindlichen Teils der Schaltung auf etwa ei- höchst zulässigen Werte übersteigt Es werden daher ne vorbestimmte Temperatur fahrenden Zeit- verschiedenste Typen von elektronischen Schaltungen spanne mit der Heizspannung beaufschlagt mit einstellbaren Elementen gefertigt Dabei handelt es wird und sich um Dünnfilmwidersiände, welche mit Hilfe eines

1.2.1 die Messung des elektrischen Parameters nach 30 Lasers »getrimmt« werden können, um die thermische AbI >'/, der vorgenannten Zeitspanne vor- Drift der temperaturempfindlichen Schaltung zu komnimmt und ehe die integrierte Schaltung das pensieren. Ein Beispiel einer temperaturempfindlichen thermische Gleichgewicht erreicht Schaltung, bei der die thermische Drift durch Trimmer.

eines Widerstandes kompensiert werden kann, ist der

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 35 Differenzverstärker. Die thermische Drift der Eingangszeichnet, cffsetspannung eines Differenzverstärkers tritt dann

ein, wenn die Eingangstransistoren einander nicht voll-

Zl daß das Trimmen erfolgt, bevor die Halbleiter- kommen angepaßt sind. Diese thermische Drift kann scheibe in einzelne Chips zerlegt wird. durch Trimmen der Kollektor- xid/oder Emitterwie-

40 derstände des Differenzverstärkers kompensiert wer-

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, den.

dadurch gekennzeichnet, Eine andere Lösung, die in der DE-OS 23 54 719 vor

geschlagen wird, besteht darin, die integrierte Schaltung

3.1 daß das Trimmen einmal anhand einer Gruppe mittels eines Heizelementes über die Umgebungstemvon Messungen des elektrischen Parameters er- 45 peratur aufzuheizen und durch gesteuertes Abschalten fo'S¹· des Heizelementes die Schaltungstemperatur konstant

zu halten. Dieser Vorschlag resultiert aber in äußerst

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, aufwendigen Schaltungen, die darüber hinaus nur in redadurch gekennzeichnet, Iativ niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben

so werden dürfen.

4.1 daß die Messung des elektrischen Parameters Ein wesentlich besseres Temperaturverhalten zeigen

und das Trimmen abwechselnd und mehrmals Schaltungen, deren Bauteile entsprechend getrimmt erfolgen, bis die gewünschte Kompensation er- sind. Das Trimmen von Dünnfilmwiderständen zur ^{reicht ist} Kompensation der thermischen Drift temperaturabhän-

55 giger Parameter erfordert bisher einzelne Messungen

5. Monolithisch integrierte Halbleitereinrichtung an bereits vergossenen oder in einem Gehäuse eingezur Durchführung des Verfahrens nach einem der schlossenen Halbleiterschaltungen. Diese werden zuvor Ansprüche 1 bis 4 mit J_n thermostatisch geregelten Kammern elektrisch getestet Diese Kammern werden als »öfen« bezeichnet Die

5.1 einem temperaturempfindlichen Schaltungsteil 60 Schaltungen liegen hierbei nicht mehr in Form des un-0^2;113): gepackten Halbleiterplättchens vor, sondern sind be-

5.2 einem trimmbaren Funktionselement (92), wel- reits vergossen und müssen im Ofen in eine Fassung ches die thermische Drift eines temperaturemp- eingesteckt werden. Dies ist für die Energiezufuhr und findlichen elektrischen Parameters des tempe- die Testanschlüsse der Schaltungen notwendig. Dabei raturempfindlichen Schaltungsteils beeinflußt 65 werden Gehäuse eines Typs verwendet, bei dem eine ^u.^nd . offene Ausnehmung vorgesehen ist, in der die Halblei-

eine Einrichtung des temperaturempfindlichen terscheibe freiliegt und für einen Laserstrahl während Schaltungsteils, welche die Messung eines tem- des Lasertrimmvorgangs zur Kompensation der thermi-

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sehen Drift zugänglich ist Nach der Laser-Trimmopera- leiterscheibe in einzelne Chips zerlegt wird,

tion wird das Gehäuse mit einem Deckel verschlossen. Vorzugsweise erfolgt das Trimmen einmal anhand ei-

Die gemessenen Daten müssen für spätere Verwendung ner Gruppe von Messungen des elektrischen Paraine-

in Verbindung mit der Trimmoperation gespeichert ters.

werden. Nach der Messung des temperaturempfindli- 5 Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsfonn des chen bzw. temperaturabhängigen Parameters Ober ei- Verfahrens erfolgen das Messen des elektrischen Paranen geforderten Temperaturbereich werden die Schal- meters und das Trimmen abwechselnd und mehrmals, tungen aus dem Ofen entnommen. Normalerweise bis die gewünschte Kompensation erreicht ist
schließt sich daran eine Abkühlperiode an. Sodann wer- Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine den die zu testenden Schaltungen in eine Fassung einge- 10 monolithisch integrierte Halbleitereinrichtung mit eisteckt, und zwar so, daß die Dünnfilm-Kompensations- nem temperaturempfindlichen Schaltungsteil, einen widerstände steuerbar im Pfad eines Laserstrahls posi- trimmbaren Funktionselement, welches die thermische tioniert werden können. Nun erfolgt das Trimmen der Drift eines temperaturempfindlichen elektrischen Para-Dünnfilmkompensatiomwiderstände gemäß der Steue- meters des temperaturempfindlichen Schaltungsteils rung der relativen Positionen des Laserstrahls zum 15 beeinflußt und einer Einrichtung des temperaturemp-Dünnfumkompensationswiderstand Diese Steuerung findlichen Schaltungsteils, welche die Messung eines erfolgt präzise entweder manuell oder von einem Com- temperaturempfindlichen Parameters nach der Tempeputer gesteuert Diese Signale werden entsprechend raturbeaufschlagung der integrierten Schaltung gestatden zuvor erwähnten gespeicherten Meßdaten gebildet tet die gekennzeichnet ist durch ein Heizelement, wel-Sobald der Trimmvorgang beendet ist, wird die inte- 20 ches in solcher Nachbarschaft zum temperaturempfindgrierte Schaltung wieder in den Ofen eingesetzt und der liehen Schaltungsteil in der integrvuten Schaltung vorthermische Testvorgang wird wiederholt, um festzastel- gesehen ist, daß der temperaturemr-findüche Schallen, ob die Kompensation der thermischen Drift erfolg- tungsteil auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt reich war. werden kann, ehe sich in der gesamten integrierten

Der beschriebene Vorgang des Testens, Laser-Trim- 25 Schaltung ein thermisches Gleichgewicht einstellt
mens und des nochmaligen Testens bildet einen be- Das trimmbare Element liegt in Form eines Dünnträchtlichen Anteil der Gesamtkosten für die Herstel- filmwiderstandes bei monolithischer Ausbildung der Erlung solcher Schaltungen, wodurch die Wirtschaftlich- findung vor, und in Form eines Dickfilmwiderstandes keit stark verringert wird, welche im übrigen mit der bei einer integrierten Hybrid-SchaJtung. Das Heizele-Ausführung von monolithischen integrierten Schaltun- 30 ment kann bei monolithischer Ausbildung insbesondere gen und integrierten Hybrid-Schaltungen verbunden ist in Form eines eindiffundierten oder implantierten Wi-Hinsichtlich dieser Kosten sind insbesondere die Kosten derstandes vorgesehen sein, welcher die temperaturfür den Ofen sowie die Fassung und die Datentafeln für empfindliche Schaltung umgibt Im Falle einer integrierdie verschiedenen Packungen zu nennen, sowie die Ko- ten Hybrid-Schaltung kann die temperaturempfindliche sten für die Speicherung der gemessenen Daten wäh- 35 Schaltung von einem Dickfilmwiderstand umgeben sein, rend die Schaltungen in der Laser-Trimmeinrichtung Das Heizelement wird zur Erhöhung der Temperatur bearbeitet werden, sowie die Kosten und die Zeitverlu- der temperaturempfindiichen Schaltung auf einen vorste, welche mit der manuellen Handhabung verbunden bestimmten Wert mit elektrischer Energie beaufschlagt sind, sowie mit dem Einstecken und Entnehmen der EIe- Die vorbestimmte Temperatur wird durch Steuerung mente aus den Fassungen im Ofen und in der Laser- 40 der in dem Heizelement hervorgerufenen Stromstärke trimmeinrichtung. Ferner ergeben sich Kosten aufgrund bestimmt Bei einer Ausführungsform der Erfindung der erforderlichen Zeit für die thermische Stabilisie- wird ein gesondertes Temperaturüberwachungselerung, d. h. für die Einstellung des thermischen Gleichge- ment zusammen mit der temperaturempfindlichen wichts bei der jeweiligen Ofentemperatur vor jeder Schaltung angeordnet. Dieses erzeugt ein Temperatur-Messung des temperaturabhängigen Parameters. Alle 45 überwachungssignal, welches als Maß für die Temperadiese Kosten könnten vermiede," werden, wenn die tür der temperaturempfindiichen Schaltung dienen Kompensation der thermischen Drift vorgenommen kann. Das Temperaturüberwachungssignal dient zur werden könnte, während die Schaltung noch in Form Gewinnung eines negativen Rückkopplungssignals, des Halbleiterbausteins vorliegt Letzteres wird einer Schaltung zugeführt, welche die in

Ausgehend vom obengenannten Stand der Technik 50 dem Heizelement erzeugte Stromstärke steuert Auf

ist es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die diese Weise wird die Temperatur der temperaturemp-

herkömirliche Arbeitswaise derart abzuwandeln, daß findlichen Schaltung jeweils auf einem vorbestimmten

das Verfahren rascher und kostengünstiger durchge- Pegel stabilisiert Der temperaturempfindliche elektri-

f ührt werden kann. sch«: Parameter wird mit Hilfe einer Meßschaltung ge-

Dtese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem 55 messen und sodann mit einem Referenzwert verglichen, Oberbegriff des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß wobei ein Vergieichssignal erzeugt wird, das repräsenman eine Temperaturbeaufschlagung der integrierten tativ ist ür den erforderlichen Betrag des Trimmens des Schaltung mit einem in der integrierten Schaltung in trimmbaren Elementes für die zweckentsprechende Nachbarschaft zu deren temperaturempfindiichen Teil Kompensierung der thermischen Drift des temperaturangeordneten elektrischen Heizelement durchführt das 60 empfindlichen Parameters der ternperaturempfindlidazu während einer zur Aufheizung des temperatur- chen Schaltung.

empfindlichen Teils der Schaltung auf etwa eine vorbe- Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind eine stimmte Temperatur führenden Zeitspanne mit der oder mehrere durchschmelzbare Verbindungen in Form Heizspannung beaufschlagt wird und man die Messung von Abgriffen eines Kompensationselementes vorgesedes elektrischen Parameters nach Ablauf der vorge- 65 hen. Einer oder m .hrere dieser durchschmelzbaren leitnannten Zeitspanne vornimmt und ehe die integrierte fähigen Verbindungen werden durch einen Laserstrahl Schaltung das thermische Gleichgewicht erreicht durchschnitten oder durch einen Stromimpuls durchge-

Vorzugsweise erfolgt das Trimmen, bevor die Halb- schmolzen oder verdampft, und zwar ansprechend auf

das Vergleichssignal. Hierdurch wird der Wert des Kompensationselementes eingestellt und somit die thermische Drift des temperaturempfindlichen Parameters der temperaturempfindlichen Schaltung kompensiert

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeich- s nungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht eines Teilbereichs der Oberfläche einer monolithischen integrierten Schaltung mit einer temperaturempfindlichen Schaltung und einem integrierten Widerstandsheizelement;

F i g. 2A und 2B Schnitte durch abgewandelte Ausführungsformen des Heizelementes der Fig. 1;

Fig.3A und 3B Schaltungen von Differenzverstärkern, bei denen die Erfindung anwendbar ist;

F i g. 4A, 4B und 4C weitere elektrische Schaltungen is für die Anwendung der Erfindung;

F i g. 5 eine schematische Anordnung einer monolithischen integrierten Schaltung und einem diese umgebenden Dünnriimwiderstands-Heizelement, sowie einer Vorrichtung zum Testen und Trimmen des Dünnfilms und

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer integrierten Hybrid-Schaltung mit einem eine temperaturempfindliche Schaltung umgebenden Dickfilm-Widerstands-Heizelement.

F i g. 1 zeigt eine Ansicht einer integrierten Schaltung mit einer temperaturempfindlichen Schaltung 12. Die thermisch empfindliche Schaltung 12 ist mit Hilfe von Leitern 13,14 und 15 mit Anschlußstreifen 28,27 bzw. 26 verbunden. Ein Kompensationselement 19 ist mit den Leitern 13 und 14 verbunden, ein Kompensationselement 20 ist mit den Leitern 14 und 15 verbunden. Eine schmelzbare Verbindung 29 verbindet die Leiter 13 und 14, eine weitere abschmelzbarc Verbindung 30 verbindet die Leiter 14 und 15. Die Kompensationselemente 19 und 20 sind Dünnfilmwiderstände und können aus

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Sobald eine ausreichende Energiemenge den Anschlußstreifen 17 und 18 zugeführt worden ist, um die thermisch empfindliche Schaltung 12 auf eine vorbestimmte Temperatur aufzuheizen, wird der temperaturabhängige Parameter getestet Hierzu werden die entsprechenden Anschlußflächen elektrisch mit der Testeinrichtung verbunden, worauf der betreffende elektrische Parameter gemessen wird. Der gemessene Parameter wird mit einem Referenzwert verglichen. Die Vergleichsinfonnation dient sodann zur Durchführung der erforderlichen Einstellvorgänge, und zwar entweder durch Durchschmelzen oder Verdampfen einer oder mehrerer durchschmelzbarer Verbindungen oder durch Trimmen eines oder mehrerer der Kompensationswiderstände im Sinne einer Verringerung der thermischen Drift des temperaturabhängigen Parameters.

Die Fig.2A und 2B zeigen alternative Ausführungsformen des Heizelementes 16. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2A ist die thermisch empfindliche Schaltung 12 in der durch eine gestrichelte Linie umgebenen Region untergebracht und kann naturgemäß Transistoren, Widerstände oder dgl. umfassen, welche in einer bei integrierten Schaltungen üblichen Konfiguration angeordnet sind und durch nicht-gezeigte P+ -Isolationsregionen isoliert sind. Eine Region 36 vom N-Typ, in der die temperaturempfindliche Schaltung 12 untergebracht ist, wird von einer P + - Isolationsregion 37 umgeben, tüne weitere N-Region 38 wird durch die Isolationsregion 37 und die hierzu konzentrische Isolationsregion vom P+ -Typ isoliert Das Heizelement 16 besteht aus einer geschlossenen Region vom P-Typ, welche innerhalb der Region 38 vom N-Typ und in einem Abstand von der Region 37 vom P+ -Typ angeordnet ist Dem Heizelement 16 wird die elektrische Energie in der in F i g. 1 gezeigten Weise zugeführt, obwohl hier die Anschlußflächen 21 und 22 nicht gezeigt sind.

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bei der eine P+ -Region 37 eine N-Region 36 umgibt, in der die thermisch empfindliche Schaltung 12 untergebracht ist. In diesem Falle besteht jedoch das Heizelement 16 aus einem dünnen Nichrom-Film-Widerstand, welcher auf der P+-Isolationsregion 37 ausgebildet ist und die thermisch empfindliche Schaltung 12 umgibt Der Aufbau gemäß F i g. 2B hat einen geringeren Flächenbedarf innerhalb der integrierten Schaltung als der Aufbau gemäß F i g. 2A.

Die Heizelementstrukturen gemäß den F i g. 2A und 2B sind kompatibel mit herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von integrierten Schaltungen. Bei der Ausführungsforrn gemäß F i g. 2A kann die das Heizelement 16 bildende Region vom P-Typ während der Bildung der Basisregion ausgebildet werden. Im Falle des Dünnfilmheizelementes 16 gemäß F i g. 2B kann dieses während der Bildung der Dünnfilm-Widerstände von vielen analogen integrierten Schaltungen hergestellt werden.

Bei der temperaturempfindlichen Schaltung 12 kann es sich um jeden beliebigen Schaltungstyp handeln, bei dem ein Parameter in genügend starkem Maße von der Temperatur abhängt so daß sich bei der Verwendung der thermisch empfindlichen Schaltung Probleme ergeben. Die meisten Arten von Halbleiterschaltungen zeigen in einem gewissen Maße eine Temperaturempfindlichkeit oder eine Temperaturdrift in bezug auf einen oder mehrere elektrische Parameter.

Die Fig.3A, 3B, 4A and 4B zeigen gebräuchliche thermisch empfindliche Schaltungen bei denen die Temperaturdrift oder thermische Drift eines elektrischen Parameters leicht durch Trimmen oder anderweitiges

Einstellen des Widerstandswertes bestimmte! Widerstände kompensiert werden kann, so daß die Änderung des elektrischen Parameters mit der Temperatur verringert oder gar eliminiert wird.

F i g. 3A zeigt eine häufig in Analogschaltungen verwendete Differenzstufe. Im Idealfall sollten die NPN-Eingangstransistoren 51 und 52 vollkommen aneinander ang£ »-aßt sein. Wenn eine vollkommene Anpassung vorliegt, ergibt sich keinerlei Temperaturdrift der Ausgangsspannung Vo. Falls jedoch eine Fehlanpassung der Eingangstransistoren 51 und 52 vorlieg., so zeigt die Schaltung eine thermische Drift der Ausgangsspannung Va welche in direkter Beziehung zum Grad der Fehlanpassung steht Es ist wohlbekannt, daß bei einer Differenzverstärkerstufe der Einfluß von fehlangepaßten Eingangstransistoren durch eine zweckentsprechende Einstellung eines der Emitterwiderstände 53 und 54 und eines der Kollektorwiderstände 56 und 57 kompensiert werden kann. Die ü;ngang3off3ct;pi"~ü"g Vos ksnn durch Trimmen eines der Lastwiderstände 56 und 57 kompensiert werden. Die thermische Drift der Spannung Vo kann durch Einstellung eines der Emitterwiderstände 53 und 54 kompensiert werden. Bei einer Ausführung der Schaltung der F i g. 3a in Form einer integrierten Schaltung kann das Ausmaß der Fehlanpassung der Eingangstransistoren 51 und 52 und das Ausmaß der Variation der Widerstandswerte der Widerstände 53, 54, 56 und 57 aufgrund normaler Toleranzen bei der Herstellung integrierter Schaltungen zu untragbaren Eingangsoffsetspannungen und zu einer untragbaren the: .nischen Drift führen. Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Widerständen 53,54,56 und 57 um Dünnfilmwiderstände. Die Differenzschaltung gemäß F i g. 3a wird mit einer geeigneten Betriebsspannung beaufschlagt, das Heizelement 16 gemäß F i g. 1 wird ebenfalls mit einer vorbestimmten Spannung beaufschlagt Die Auseangsspannung Vn wird bei einer Vielzahl von Temperaturen überwacht oder gemessen. Diese Information wird von einem Computer oder einer Bedienungsperson ausgewertet und dazu verwendet, einen Laser-Trimm-Apparat automatisch oder manuell zu steuern. Der Laser-Trimm-Apparat beschneidet die Emitterwiderstände 53 oder 54 in einem ausreichenden Maße so daß die gewünschte Kompensation der thermischen Drift der Spannung Vo erreicht wird. Typischerweise wird die Ausgangsspannung bei drei verschiedenen Temperaturen gemessen. Die empirischen Daten bezüglich des Ausmaßes der Beschneidung der Widerstände 53 oder 54 werden sodann von der Bedienungsperson des Lasers erfaßt und zur Festlegung des Ausmaßes der Trimmbearbeitung zum Zwecke der Kompensation der thermischen Drift verwendet Falls ein computer-gesteuerter Laser verwendet wird, so werden die empirischen Daten im Computerspeicher abgespeichert und vom Computer zur Gewinnung der Laser-Steuersignale verarbeitet, mit denen sodann die gewünschte Trimmbearbeitung durchgeführt wird.

Fig.3B zeigt eine weitere übliche Differenzstufe, weiche mit derjenigen der F i g. 3A identisch ist mit der Ausnahme, daß nun die bipolaren Transistoren 51 und 52 durch Sperrschicht-Feldeffekttransistoren 61 und 62 ersetzt sind. Zur Kompensation der thermischen Drift der Spannung Vo bei der Schaltung gemäß F i g. 3B werden die gleichen Maßnahmen angewandt wie bei der Kompensation der Schaltung 3A.

Die F i g. 4A und 4B zeigen weitere übliche Schaltungen, bei denen auf einfache Weise eine Kompensation der thermischen Drift durch Lasertrimmen der Dünnfilmwiderstände erfolgen kann. Fig.4A zeigt einen Spannungsregler mit einer Zener-Diode 151, welche einen positiven Temperaturkoeffizienten hat und mit einer »Vfl£«-Multiplizierschaltung 152. Der Temperaturs koeffizient der VWMultiplizierschaltung 152 kann derart eingestellt werden, daß sich ein negativer Temperaturkoeffizient ergibt, welcher dem positiven Temperaturkoeffizienten der Zener-Diode 151 entgegenwirkt Auch dies kann durch Lasertrimmen der Widerstände

ίο 153 und/oder 154 geschehen. Die Fig.4B zeigt eine äußerst einfache Spannungsregelschaltung, bei der der Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung durch Einstellung des Stroms durch die Zener-Diode im Wege einer Lasertrimmung des Widerstandes 161 kompensiert werden kann. Dieses Verfahren ist anwendbar, da der Temperaturkoeffizient von in integrierten Schaltungen enthaltenen Zener-Dioden eine Funktion der Stromdichte ist

Eins Vielzsh! von tsüi^crätursni^findüchen Schsltun-

gen können durch Trimmen von Dünnfilmwiderständen kompensiert werden. Es ist jedoch auch möglich, bestimmte Schaltungen dadurch zu kompensieren, daß man durchschmelzbare Verbindungen durchschmilzt oder verdampft, z. B. die in F i g. 1 gezeigten durchschmelzbaren Verbindungen, so daß die Verbindung von bestimmten Schaltungselementen unterbrochen wird, z. B. die Verbindung von eindiffundierten Widerständen, Transistoren, Dioden, Kondensatoren von integrierten Schaltungen usw, so daß auf diese Weise die Temperaturdrift der temperaturabhängigen Parameter der Schaltung modifiziert wird. Die Methode der Verwendung von durchschmelzbaren Verbindungen zum Zwecke der Kompensation der thermischen Drift hat den Nachteil, daß jedes Ende einer durchschmelzbaren Verbindung mit einer Anschlußfläche versehen werden muß. Dies erfordert eine beträchtlich größere Chipfläche, welche andernfalls für aktive Schaltungselemente verwendet werden könnte. Dennoch sind bei bestimmten Anwendungen die Vorteile dieser Technik größer als die Nachteile.

F i g. 4C zeigt einen Transistor 171 mit einer Vielzahl von Emittern, wobei zwei Emitter 73,74 mit dem Emitter 172 über durchschmelzbare Verbindungen 175 bzw. 176 verbunden sind. Die Emitterflächen der drei Emitter können derart abgestuft werden, daß die Einstellung der Stromdichte im Transistor 171 durch das Durchschmelzen einer oder mehrerer der durchschmelzbaren Verbindungen erreicht werden kann. Eine zusätzlich erwünschte Präzision kann erzielt werden durch die Ausbildung von Emittern mit stärker angenäherter Abstufung und durch Verbindung derselben über durchschmelzbare Verbindungen, wie in F i g. 4C gezeigt Der Transistor 171 könnte z. B. als Eingangstransistor einer Differenzstufe gemäß F i g. 3A verwendet werden.

F i g. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die monolithische integrierte Schaltung 67 umfaßt die temperaturempfindliche Schaltung 12, welche von einem Heizelement 16 umgeben ist Das Heizelement 16 kann eine der in den F i g. 2A und 2B gezeigten Ausbildungen haben. Es ist nicht erforderlich, daß das Heizelement 16 die temperaturempfindliche Schaltung vollständig umgibt Das einzige Erfordernis besteht darin, daß das Heizelement die temperaturempfindliche Schaltung auf eine entsprechende vorbestimmte Temperatur aufheizt Dem Heizelement 16 wird die elektrische Energie über Leiter 70 und 71 zugeführt, welche mit Anschlußflächen 68 bzw. 69 verbunden sind.

Zum Betrieb der temperaturempfindlichen Schaltung 12 wird der elektrische Strom über Leiter zugeführt, welche zu Anschlußstreifen 72 und 73 führen. Ein Dünnfilmwiderstand 92, welcher zur Kompensation der thermischen Drift der temperaturempfindlichen Schaltungen 12 getrimmt werden kann, ist über Leiter 93 und 94 verbunden. Ein temperaturabhängiger elektrischer Parameter, welcher der thermischen Drift unterliegt, wird über einen Leiter 74 von der temperaturempfindlichen Schaltung 12 zur Testschaltung 80 geleitet

Die Testschaltung 80 umfaßt eine Schaltung zur Messung des temperaturabhängigen elektrischen Parameters und zur Erzeugung eines Signals auf einem Leiter 81, welches für den temperaturabhängigen elektrischen Parameter repräsentativ ist Die Testschaltung 80 kann z. B. einen Vergleich zwischen dem elektrischen Parameter und einem Referenzwert durchführen und ein entsprechendes Fehlersignal über den Leiter 81 abgeben. Alternativ kann die Tastschaltung SO ein Signal über den Leiter 81 ausgeben, welches für den elektrischen Parameter selbst repräsentativ ist

Das Ausgangssignal der Testschaltung 80 wird einem Eingang eines Analog-/Digital-Wandlers 83 zugeführt Das digitale Ausgangssignal des Analog-/Digital-Wandlers 83 wird dem Dateneingang eines Prozessors 87 zugeführt Als Analog-/Digital-Wandler 83 können verschiedenste im Handel erhältliche Einrichtungen dienen. Zum Beispiel kann man ein Burr-Brown ADC 100 verwenden. Falls ein Parallel-zu-Seriell-Wandler als Interface zwischen der Testschaltung 80 und dem Prozessor 87 benötigt wird, können im Handel erhältliche Schieberegister leicht zur Erfüllung dieser Funktion verwendet werden.

Der Prozessor 87 empfängt die digitale Information vom Wandler 83 in Digitalform über einen Datenbus 85. Die empfangene Digitalinformation kann die tatsächlichen Meßwerte des temperaturabhängigen elektrischen Parameters bei einer Anzahl verschiedener Temperaturen, welche durch das Heizelement 16 erzeugt werden, repräsentieren, oder sie kann Fehlersignale repräsentieren, welche der oben erwähnten Differenz zwischen dem Meßwert des PtJameters und einem Referenzwert entsprechen. In jedem Falle ruft der Prozessor oder Computer 87 eine zweckentsprechende Subroutine auf, welche von gespeicherten empirischen Daten Gebrauch macht oder Berechnungen anhand gespeicherter Gleichungen durchführt, und Lasersteuersignale erzeugt, welche zur Ansteuerung eines Lasergerätes 89 dienen, so daß dieses den Dünnfilmwiderstand 92 in einem erforderlichen Ausmaß trimmt oder beschneidet und so die Temperaturdrift des Parameters der temperaturempfindlichen Schaltung 12 kompensiert Das Ausmaß des Trimmens kann durch den Prozessor 78 ermittelt werden und zwar anhand einer einzigen Gruppe von Messungen des temperaturabhängigen Parameters. Alternativ kann die thermische Drift während des Trimmvorgangs wiederholt bestimmt werden bis die gewünschte Kompensation erreicht ist

Die digitalen Steuersignale werden über einen Datenbus 88 der Lasereinrichtung und Steuereinrichtung 89 zugeführt Als Prozessor 87 kann man einen im Handel erhältlichen Minicomputer verwenden, z. B. das Gerät PDP 11 der Digital Electronics Coorperation, oder einen im Handel erhältlichen Mikroprozessor, z. B. Motorola MC 6800 oder Intel 8080A.

Im Handel erhältliche Speicher mit beliebigem Zugriff, Festwertspeicher oder elektrisch änderbare Festwertspeicher, sowie Interfaces können vom Durchschnittsfachmann leicht ausgewählt und mit dem Prozessor 87 kombiniert werden, derart, daß die beschriebenen Funktionen durchgeführt werden können. Die empirischen Daten oder Gleichungen können durch em· pirische Messungen an Einheiten, weiche mit den getesteten Einheiten im wesentlichen identisch sind, ermittelt werden. Die Ergebnisse können sodann dazu verwendet werden, die Steuer-Information zu erzeugen, welche für die automatisierte Laser-Trimmbearbeitung

ίο der getesteten Einheit benötigt wird.

Als Laser- und Steuereinheit 89 können im Handel erhältliche Lasertrimm-Maschinen verwendet werden. Diese umfassen Steuerschaltungen zum Empfang von digitalen Eingangssignalen von Computern und zur Erzeugung von Steuersignalen zur Steuerung des Laserstrahls und/oder der X- Y- Bewegung der Einhei: mit dem zu trimmenden Widerstand. Ein üblicher Typ «ines Laser- und -Steuersystems ermöglicht eine automatische Steuerung des Laserstrahls ansprechend auf die

Μ Steuersignale des Prozessors 87. Der Laserstrahl wird präzise abgelenkt und über den Dünnfilm-Widerstand 92 geführt und erzeugt einen Trimmschnitt 96. Hierzu dient ein Spiegelsystem. Der Laserstrahl 90 wird ansprechend auf die Prozessor-Ausgangssignale gesteuert Man kann z. B. ein Lasertrimmsystem Teradyne Modell Nr. W 311 für die Laser- und -Steuereinheit 89 in F i g. 5 verwenden, falls eine automatische Lasersteuerung erwünscht ist
Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung eines manuell steuerbaren Lasers, wobei die Halbleitereinrichtung 67 auf einer einstellbaren Bühne der Lasereinrichtung 89 positioniert wird, und zwar im Pfad des Laserstrahls. Die X- K-Koordinaten der einstellbaren Bühne werden durch eine Bedienungsperson manuell eingestellt so daß der gewünschte Trimmschnitt 96 im Dünnfilmwiderstand 92 erhalten wird.

Auch hierdurch kann die Temperaturdrift der temperaturempfindlichen Schaltung 12 kompensiert werden. Das Testen des temperaturabhängigen Parameters kann kontinuierlich während der Durchführung der manuellen Trimmung erfolgen bis der gewünschte Wert des Testparameters erreicht ist Naturgemäß werden bei dem beschriebenen manuellen System der Prozessor 87 und der Wandler 83 nicht benötigt Zur Verwirklichung eines manuellen Systems kann man im Handel erhältliche manuelle Trimmlaser verwenden, z. B. den Control Laser Model 510.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Heizelement 16 in Verbindung mit einer hybrid-integrierten Schaltung verwendet Das Heizelement 16 ist in Form eines Dickfilmwiderstandes vorgesehen und zwar auf einem keramischen Substrat rund um die temperaturempfindliche Halbleiterschaltung, welche ebenfalls auf dem keramischen Substrat angeordnet ist In F i g. 6 ist ein monolithischer Halbleiterbaustein 113 vorgesehen, welcher eine temperaturempfindliche Schaltung 12 umfaßt Dieser Baustein ist von einem Dickfilm-Widerstand 16 umgeben und befindet sich auf einem keramischen Substrat 112. Der elektrisehe Strom wird dem Heizelement 16 durch Leiter zugeführt, welche entgegengesetzte Enden des Heizelementes mit Anschlüssen 117 und 118 verbinden. Diese Anschlüsse erstrecken sich durch öffnungen in dem keramischen Substrat Die Hybrid-Anordnung kann sodann mit Hilfe dieser Anschlußstifte in eine Fassung oder eine PC-Tafel eingesteckt werden. Das trimmbare Element besteht in F i g. 6 aus einem Dickfilm-Widerstand 92, welcher mit Anschlußflächen verbunden ist

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die wiederum mit der tempersturempfindlichen Schaltung 12 verbunden sind. Andere Halbleiterschaltungen, z. B. eine Schaltung 115 können ebenfalls auf dem keramischen Substrat 112 vorgesehen seia Die Hybrid-Integrationstechnik ist hinlänglich bekannt, so d?ß Einzel- s heiten in F i g. 6 nicht gezeigt sind.

Bei einer Arbeitsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrische Energie für die temperaturempfindliche Schaltung und die elektrische Energie für da; Heizelement im gleichen Zeitpunkt zugeführt Da mit der Erwärmung des Heizelementes 16 und der temperaturempfindlichen Schaltung 12 eine thermische Zeitkonstante verbunden ist, kann man die Geschwindigkeit der Änderung des temperaturabhängige!! Parameters im Laufe einer Zeitspanne is mit Hilfe des Gerätes gemäß F i g. 5 ermitteln, und zwar durch Messungen des Parameters zu Beginn und zum Ende des Zeitintervalls ΔΤ. Man bestimmt somit den Wert ^JV/jT- woKei V Hen temneratiirabhängigsn Parameter und Γ die Temperatur der temperaturempfindlichen Schaffung 12 bezeichnet Die Geschwindigkeit der Änderung der Temperatur der temperaturempfindlichen Schaltung, d. h. ^Jr/j, kann zuvor empirisch ermittelt werden, und zwar für die besondere Konfiguration des Heizelementes, der temperaturempfindlichen Schaltung der Halbleitereinrichtung und der Test- und Trimmeinrichtungen, welche allesamt die Wärmeleitung in der zu testenden Einrichtung beeinflussen. Somit kann die thermische Drift, d. h. die Änderung des Parameters V mit der Temperatur T(^avIjt) bestimmt werden. Die Information bezüglich der thermischen Drift kann sodann (in digitaler Form) vom Prozessor ausgewertet werden, und zwar zum Zwecke der Gewinnung einer Information bezüglich des präzisen Betrages des Trimmens des Dünnfilmkompensationswiderstandes. Dies geschieht anhand empirischer Daten, welche im Prozessor gespeichert sind. Alternativ kann die Driftir.formation von einer Bedienungsperson ausgewertet werden, zum Zwekke der Bestimmung des Betrages des Trimmens und zwar wiederum anhand von empirischen Dat^-n, welche in Form von Kurven oder graphischen r> llungen vorliegen.

Es muß betont werden, daß die Geschwindigkeit der Änderung der Temperatur (mit der Zeit, d. h. ^JT/j,) für die jeweilige Halbleiterscheibe auch durch gesonderte Experimente bestimmt werden kann. Zum Beispiel kann man die Änderung des temperaturempfindlichen Parameters V für die Zeitdauer einer Sekunde unter Verwendung des Gerätes gemäß F i g. 5 bestimmen. Sodann kann das monolithische Halbleiterbauelement 67 in ein Gehäuse eingebracht werden und nach klassischen Techniken behandelt werden, wobei man einen Ofen zur Einstellung des thermischen Gleichgewichtes vor der Messung verwendet Der temperaturempfindliche Parameter V kann nun über einen spezifischen Temperaturbereich gemessen werden. Die Rate der Temperaturänderung der thermisch empfindlichen Schaltung mit der Zeit kann somit ermittelt werdea

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen «>

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Claims

1 2 peraturempfindlichen Parameters nach der Patentansprüche: TemperaturbeaufschJagung der integrierten Schaltung gestattet,

1. Verfahren zum Trimmen eines Funktionselementes einer integrierten Schaltung zur Kompensa- 5 gekennzeichnet durch tion der Temperaturempfindlichkeit der integrierten

Schaltung durch 5.4 _ein Heizelement (16), welches in solcher Nach

barschaft zum temperaturempfindlichen Schal-

1.1 Messung eines temperaturempFindlichen elek- tungsteil (12; 113) in der integrierten Schaltung trischen Parameters der integrierten Schaltung, 10 vorgesehen ist, daß der temperaturempfindliche

1.

2 Ableitung einer Fehlerinformation aus dem ge- Schaltungsteil auf eine vorbestimmte Temperamessenen Wert des elektrischen Parameters tür aufgeheizt werden kann, ehe sich in der ge- ^und samten integrierten Schaltung ein thermisches

Trimmen des den temperaturempfindüchen Gleichgewicht einstellt

elektrischen Parameter beeinflussenden Funk- -5

tionselementes mit einem Laser um einen der

Fehlerinformationen entsprechenden Betrag,
dadurch gekennzeichnet, daß man