FR2993983A1 - Procede de compensation d'effets de contraintes mecaniques dans un microcircuit - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de contrôle d'un circuit intégré, le procédé comprenant des étapes consistant à : former dans un circuit intégré (IC) un circuit de mesure (STSS, STS1, STS2, STS3) sensible aux contraintes mécaniques, fournir par le circuit de mesure un signal de mesure (SM, SV) représentatif de contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure, le circuit de mesure étant formé en une position du circuit intégré telle que le signal de mesure soit également représentatif de contraintes mécaniques exercées sur un circuit fonctionnel (FCT) du circuit intégré, déterminer à partir du signal de mesure la valeur d'un paramètre (CV) du circuit fonctionnel, pour diminuer un impact de la variation de contraintes mécaniques sur le fonctionnement du circuit fonctionnel, et fournir la valeur du paramètre au circuit fonctionnel.
Description
PROCEDE DE COMPENSATION D'EFFETS DE CONTRAINTES MECANIQUES DANS UN MICROCIRCUIT La présente invention concerne les circuits intégrés, et plus particulièrement la compensation de dérives de paramètres de fonctionnement des circuits intégrés. En effet, durant leur fabrication, les circuits intégrés subissent de nombreuses contraintes mécaniques successives. Ainsi, les circuits intégrés subissent des actions mécaniques directes, notamment lors de la découpe du wafer pour individualiser les circuits, et de la mise en boitier du circuit. Les circuits intégrés subissent des actions mécaniques indirectes sous l'effet de variations importantes de température. En raison de leur structure composite, les circuits intégrés sont ainsi soumis à des contraintes mécaniques de dilatations différentielles. Le boitier du circuit intégré exerce également sur le circuit des contraintes mécaniques qui peuvent varier notamment en fonction de la température ambiante et de l'âge du circuit. Durant leur utilisation, les circuits intégrés peuvent également subir des variations de température. Par ailleurs, sous l'effet du vieillissement, les propriétés mécaniques des matériaux constituant les circuits intégrés peuvent se modifier, conduisant également à des variations de contraintes mécaniques. Tel est le cas notamment des matériaux constituant les boitiers de circuit intégré.
Il s'avère que les propriétés électriques de certains composants d'un circuit, comme certains transistors et certaines résistances, sont modifiées sous l'effet de variations de contraintes mécaniques exercées sur le circuit. De telles modifications de propriétés électriques peuvent donc modifier les caractéristiques de fonctionnement de certains circuits du circuit intégré.
Ainsi, la fréquence des signaux d'horloge produits par les circuits d'horloge s'avère particulièrement sensible à de telles variations. Or la fréquence d'horloge d'un circuit a une grande influence sur les performances de ce dernier. Il peut être envisagé de réaliser un circuit de manière à ce qu'il soit insensible aux contraintes mécaniques. Cependant, il semble difficile de prévoir l'évolution des contraintes mécaniques sur un circuit durant toute la vie du circuit, ainsi que de prévoir tous les effets de ces contraintes mécaniques, et leur évolution. Il peut donc être souhaitable de détecter des variations de contraintes mécaniques exercées sur un circuit intégré. Il peut être également souhaitable de compenser les effets de ces variations de contraintes sur les performances du circuit intégré, pour limiter des écarts de performances du circuit par rapport à des performances optimales. Il peut être également souhaitable de détecter et de signaler si les contraintes mécaniques qui s'exercent sur un circuit sont excessives.
Des modes de réalisation concernent un procédé de mesure de contraintes mécaniques dans un circuit intégré, le procédé comprenant des étapes consistant à : former dans un circuit intégré un circuit de mesure sensible aux contraintes mécaniques, et fournir par le circuit de mesure un signal de mesure représentatif de contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de comparaison de mesures obtenues à partir de composants du circuit de mesure présentant différentes sensibilités aux contraintes mécaniques, et des sensibilités à des variations de la température ambiante comparables, pour fournir une mesure représentative de contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure, indépendantes des variations de la température ambiante. Des modes de réalisation concernent également un procédé de contrôle d'un circuit intégré, comprenant des étapes consistant à: exécuter le procédé de mesure tel que précédemment défini, le circuit de mesure étant formé en une position du circuit intégré telle que le signal de mesure soit également représentatif de contraintes mécaniques exercées sur un circuit fonctionnel du circuit intégré, déterminer à partir du signal de mesure la valeur d'un paramètre du circuit fonctionnel, pour diminuer un impact de la variation de contraintes mécaniques sur le fonctionnement du circuit fonctionnel, et fournir la valeur du paramètre au circuit fonctionnel. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de sélection dans une table de la valeur du paramètre, en fonction du signal de mesure.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de conversion du signal de mesure en une valeur susceptible d'adresser la table. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes 5 consistant à comparer chaque mesure à des valeurs extrêmes, et si la mesure n'est pas comprise entre les valeurs extrêmes, activer un signal. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes consistant à déterminer un taux de variation entre deux mesures et comparer chaque taux de variation déterminé à une valeur de seuil, révélant un retrait 10 du boitier du circuit intégré, et activer un signal d'alarme si une mesure est inférieure à la valeur de seuil. Des modes de réalisation concernent également un circuit intégré comprenant un circuit fonctionnel sensible aux contraintes mécaniques exercées sur le circuit intégré, et un circuit de mesure de contraintes 15 mécaniques configuré pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle tel que précédemment défini. Selon un mode de réalisation, le circuit de mesure comprend un composant sensibles aux contraintes mécaniques à partir duquel le signal de mesure représentatif de contraintes mécaniques est élaboré. 20 Selon un mode de réalisation, le circuit de mesure comprend un composant présentant une faible sensibilité aux contraintes mécaniques, et un composant présentant une relativement plus grande sensibilité aux contraintes mécaniques, et une sensibilité à la température ambiante comparable à celle du composant ayant une plus grande sensibilité aux 25 contraintes mécaniques, le composant ayant une faible sensibilité aux contraintes mécaniques étant utilisé comme référence pour s'affranchir de variations de la température ambiante. Selon un mode de réalisation, le composant sensible aux contraintes mécaniques est un transistor MOS à grille carrée ou rectangulaire, ou une 30 résistance formée d'au moins une région dopée N+ ou P+ dans le matériau semiconducteur dans lequel est formé le circuit intégré, ou encore une résistance formée en polysilicium dopé N+ ou P+. Selon un mode de réalisation, le composant ayant une faible sensibilité aux contraintes mécaniques est un transistor à grille annulaire de 35 forme octogonale entourant la source ou le drain du transistor, ou bien une résistance formée, dans le matériau semiconducteur du circuit intégré, de branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant deux régions dopées N+ connectées en série de forme allongée et présentant des orientations respectives écartées de 30 à 600 .
Selon un mode de réalisation, le circuit de mesure comprend deux transistors, l'un étant plus sensible aux contraintes mécaniques que l'autre, la mesure représentative des contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure étant dérivée d'un écart de tensions entre des bornes de chacun des deux transistors ou d'un écart de courants circulant dans chacun des deux transistors. Selon un mode de réalisation, le circuit de mesure comprend un oscillateur comportant des composants sensibles aux contraintes mécaniques, et un circuit de mesure de fréquence pour mesurer une fréquence d'un signal de sortie de l'oscillateur, la fréquence du signal de sortie étant représentative des contraintes mécaniques exercées sur l'oscillateur. Selon un mode de réalisation, le circuit de mesure comprend un autre oscillateur formé exclusivement de composants faiblement sensibles aux contraintes mécaniques, la mesure représentative de contraintes mécaniques étant déterminée à partir d'un écart de fréquence entre les fréquences de sortie des deux oscillateurs. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits dans ce qui suit, à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures lA et 1B représentent des nappes de répartition de l'intensité de contraintes mécaniques à la surface d'un circuit intégré, la figure 2 représente schématiquement un circuit intégré équipé d'un ou plusieurs circuit de mesure de contraintes mécaniques, selon un mode de réalisation, la figure 3 représente schématiquement un circuit d'exploitation de mesures de contraintes mécaniques, fournies par l'un des circuits de mesure de la figure 2, selon un mode de réalisation, les figures 4A et 4B représentent des courbes de variation de la mobilité des électrons / trous dans différents types de transistors, en fonction de contraintes mécaniques exercées sur les transistors, les figures 5 à 7 représentent schématiquement des circuits de mesure de contraintes mécaniques, selon divers modes de réalisation, les figures 8 à 10 représentent schématiquement un circuit du circuit de mesure de la figure 7, selon divers modes de réalisation, les figures 11A à 11D représentent différentes configurations de résistances réalisées par des zones dopées dans un matériau semiconducteur, la figure 12 représente des courbes de variation de la mobilité des électrons / trous dans les résistances représentées sur les figures 11A à 11D, en fonction de contraintes mécaniques exercées sur les résistances, les figures 13A et 13B représentent des courbes de variation relative de valeurs de résistances réalisées en polysilicium, en fonction de contraintes mécaniques exercées sur les résistances, la figure 14 représente schématiquement un circuit de mesure de contraintes mécaniques, selon un autre mode de réalisation. Les figures 1A, 1B représentent des nappes de répartition de l'intensité des effets de contraintes mécaniques sur un circuit intégré le long d'une surface de ce dernier. Les effets des contraintes mécaniques sur un circuit intégré peuvent être représentés par la mobilité des électrons / trous dans le matériau semiconducteur du circuit intégré. Il s'avère que l'application de contraintes mécaniques sur un circuit intégré affecte la mobilité des électrons / trous dans le matériau semiconducteur du circuit intégré. Les nappes des figures 1A, 1B ont été obtenues avec le même circuit intégré à des moments différents, par exemple espacés de plusieurs années, ou bien avant et après un traitement tel qu'un traitement de recuit. Les nappes représentées sur les figures 1A, 1B font apparaître que la mobilité des électrons / trous n'est pas uniforme sur toute la surface du circuit intégré, et dépend des contraintes mécaniques exercées sur le circuit. Ainsi, le circuit comprend des zones Zm1, Zm2 où la mobilité des électrons / trous est minimum ou et des zones ZM1, ZM2 où cette mobilité est maximum. Dans les zones Zm1, Zm2, notamment, le circuit intégré subit une compression. Dans les zones ZM1, ZM2, notamment, le circuit intégré subit une tension. L'écart entre les valeurs maximum et minimum de la mobilité des électrons / trous peut atteindre une dizaine de pourcents sur la figure 1A et environ 5 pourcents sur la figure 1B. Il en résulte que les contraintes mécaniques exercées sur un circuit intégré évoluent en fonction du temps et des conditions ambiantes (notamment de température) auxquelles le circuit intégré est soumis. La figure 2 représente un circuit intégré Cl. Selon un mode de réalisation, le circuit intégré CI comprend un ou plusieurs circuits de mesure STSS pour mesurer les effets de contraintes mécaniques exercées sur le circuit intégré dans la zone où est situé le circuit de mesure. Chaque circuit de mesure peut être disposé à proximité d'un circuit du circuit intégré, dont le fonctionnement est sensible aux contraintes mécaniques, et pour lequel il est souhaité appliquer une correction, afin de diminuer l'impact d'une variation de contraintes mécaniques sur le fonctionnement de ce circuit sensible. Cette correction peut consister à modifier un paramètre de fonctionnement de ce circuit sensible. La figure 3 représente un circuit d'exploitation SEC pour exploiter des mesures représentatives de contraintes mécaniques, fournies par le circuit de mesure STSS, selon un mode de réalisation. Le circuit SEC comprend une table TBR associant des valeurs de mesure représentative de contrainte mécanique à des valeurs possibles CV d'un paramètre de fonctionnement d'un circuit fonctionnel FCT du circuit intégré CI, sensible aux contraintes mécaniques. Le circuit FCT est dit "fonctionnel" dans la mesure où il remplit une fonction pour laquelle le circuit intégré a été conçu et réalisé. Chaque valeur CV du paramètre de fonctionnement, associée dans la table TBR à une valeur de mesure, est déterminée pour réduire l'impact de contraintes mécaniques caractérisées par la valeur de mesure, sur le fonctionnement du circuit FCT. Le circuit SEC peut comprendre également un circuit de conversion SGSH pour convertir les mesures représentatives de contraintes mécaniques SM, fournies par le circuit STSS en une valeur SV susceptible d'adresser une valeur de la table TBR. Le circuit SEC peut également comprendre un circuit de conversion CRCP pour convertir chaque valeur CV adressée dans la table TBR en un signal de correction CS susceptible d'être fourni au circuit FCT pour réduire l'impact des contraintes mécaniques sur le fonctionnement du circuit FCT. Le circuit CRCP peut également être configuré pour activer un signal d'erreur WS lorsqu'une mesure SM fournie par le circuit STSS se trouve supérieure ou inférieure aux valeurs représentatives de contraintes mécaniques prises en compte par la table TBR. De cette manière, le signal WS indique si le circuit intégré sort d'une plage de fonctionnement optimal. Le circuit CRCP peut également être configuré pour effectuer un calcul d'interpolation, pour déterminer la valeur de correction CV, si une 5 mesure SM se trouve entre deux valeurs successives représentatives de contraintes mécaniques de la table TBR. Le contenu de la table TBR peut être déterminé uniquement pour un circuit intégré, durant une phase de calibration du circuit intégré. La table TBR peut être également déterminée pour une chaine de fabrication du 10 circuit intégré. Dans ce cas, toutes les tables TBR des circuits intégrés issus de la chaine de fabrication sont identiques. Une contrainte mécanique peut être caractérisée non seulement par une amplitude, mais également par une direction d'application. Par ailleurs, un circuit du circuit intégré CI peut être sensible aux contraintes mécaniques 15 selon une seule direction d'application ou selon deux directions d'application perpendiculaires, par exemple longitudinale et transversale. Le circuit de mesure STSS peut être choisi en fonction des directions des contraintes mécaniques à mesurer. Ainsi, si les contraintes mécaniques doivent être mesurées dans une seule direction, le circuit de mesure STSS peut être 20 configuré et agencé de manière à ne détecter que les contraintes mécaniques exercées suivant cette direction. A cet effet, le circuit de mesure STSS peut comprendre uniquement des composants sensibles aux contraintes mécaniques ayant seulement la direction des contraintes mécaniques à mesurer. 25 Si les contraintes mécaniques doivent être mesurées dans toutes les directions dans le plan de la surface du circuit intégré, le circuit de mesure STSS peut comprendre des composants sensibles aux contraintes mécaniques quelles que soient la direction de ces contraintes. Le circuit de mesure STSS peut également comprendre des composants sensibles au 30 contraintes mécaniques dans une seule direction, ces composants étant agencés dans deux directions différentes pour fournir deux mesures représentatives de contraintes mécaniques exercées suivant deux axes différents (par exemple suivant l'axe longitudinal et suivant l'axe transversal du circuit). Chacune des deux mesures SM est convertie en une valeur de 35 correction CV à appliquer à un paramètre de fonctionnement du circuit FCT, par exemple à l'aide d'une table respective telle que la table TBR. Le paramètre de fonctionnement du circuit FCT à adapter en fonction de la mesure peut être différent selon la direction d'application de la contrainte mécanique. S'il est différent, chacune des deux valeurs de correction est utilisée pour adapter un paramètre correspondant. Si le paramètre de fonctionnement à adapter est le même quelle que soit la direction d'application des contraintes mécaniques, la correction à appliquer à ce paramètre de fonctionnement peut être calculée par une somme pondérée des deux valeurs de correction. Les coefficients de la somme pondérée peuvent être déterminés en fonction de la contribution de chaque direction de contrainte mécanique à la perturbation du fonctionnement du circuit FCT. Le circuit FCT peut être un circuit d'horloge recevant une valeur de fréquence de consigne qui est corrigée par le circuit SEC. Le circuit FCT peut également être un amplificateur de lecture (sense amplifier) par exemple 15 d'une mémoire de type Flash ou EEPROM. Le circuit FCT peut également être un générateur de tension de référence tel qu'un générateur de bande interdite (band gap). Le signal de correction peut être une tension ou une fréquence. La correction du circuit FCT en fonction d'une mesure de contrainte mécanique peut consister également à ajuster la tension 20 d'alimentation du circuit FCT. Les figures 4A, 4B représentent des courbes C11-C13 et C21-C23 de variation relative de la mobilité des électrons / trous dans différents types de transistors MOS, en fonction des contraintes mécaniques exercées sur le matériau semiconducteur dans lequel sont formés les transistors. Les 25 contraintes mécaniques sont exprimées en MPa, et les variations relatives de mobilité des électrons / trous sont exprimées en pourcentage. Les courbes C11, C12, C13 de la figure 4A ont été obtenues avec des transistors à canal N. Les courbes C21, C22, C23 de la figure 4B ont été obtenues avec des transistors à canal P. Les courbes C11 et C21 ont été obtenues avec des 30 transistors dont la grille est sensiblement carrée d'environ 10 x 10 i.tm (à 10% près). Les courbes C12 et C22 ont été obtenues avec des transistors dont la grille est sensiblement rectangulaire d'environ 10 x 0,38 i.tm (à 10% près), les contraintes mécaniques étant appliquées longitudinalement. Les courbes C13 et C23 ont été obtenues avec des transistors à grille annulaire de forme 35 octogonale, entourant la source ou le drain du transistor, la grille présentant une largeur sensiblement égale à 0,38 i.tm (à 10% près), la largeur de la forme octogonale étant sensiblement égale à 10 i.tm (à 10% près). Les courbes C11-C13 et C21-C23 présentent toutes sensiblement la forme de droites linéaires (passant par l'origine des coordonnées). Les courbes C11 à C13 présentent une pente positive, tandis que les courbes C21 à C23 présentent une pente négative. Les courbes C13 et C23 font apparaître que les transistors à grille annulaire octogonale, à canal N ou P, sont quasiment insensibles aux contraintes mécaniques qu'ils subissent (variation de la mobilité des électrons / trous inférieure à 2% entre + et - 150 MPa). Par comparaison, les courbes C11 et C21 montrent que les transistors à grille carrée présentent à des contraintes mécaniques comprises entre + et -150 MPa, des variations de mobilité électron / trou comprises entre environ + et -10% pour les transistors à canal N, et entre environ + et -17% pour les transistors à canal P. Les courbes C12 et C22 montrent que les transistors à grille rectangulaire présentent à des contraintes mécaniques comprises entre + et -150 MPa, des variations de mobilité électron / trou comprises entre environ + et -13% pour les transistors à canal N, et entre environ + et -8% pour les transistors à canal P.
Les figures 5 à 7 représentent schématiquement des circuits de mesure de contrainte mécanique STSS, STS1, STS2, selon divers modes de réalisation. Les circuits STSS, STSS1, STS2 exploitent les différences de sensibilité aux contraintes mécaniques des transistors MOS utilisés pour tracer les courbes C11-C13 et C21-C23. Les figures 5 et 6 représentent des circuits à deux transistors MOS Ml, M2, à canal N, l'un (M1) étant sensible aux contraintes mécaniques, tel qu'un transistor à grille carrée SG ou rectangulaire LG, et l'autre (M2) étant comparativement insensible aux contraintes mécaniques, tel qu'un transistor à grille annulaire octogonale OG. Sur la figure 5, le circuit STSS comprend une source de tension Vd connectée entre le drain et la source des transistors Ml, M2, et une source de tension Vg connectée entre la grille et le drain ou la source des transistors Ml, M2. Les sources de tension Vd et Vg fournissent des tensions sensiblement constantes. L'effet des contraintes mécaniques sur le circuit STSS peut être évalué en comparant les courants de drain 1d1, 1d2 des transistors Ml, M2, sachant que la tension de seuil des transistors Ml, M2 ne varie pas en fonction des contraintes mécaniques exercées sur ces derniers. En d'autres termes, l'effet des contraintes mécaniques exercées sur le circuit STSS varie en fonction de la différence 'di - Id2 entre les courants de drain Id1, Id2 des transistors M1, M2.
Sur la figure 6, le circuit STS1 comprend seulement la source de tension Vd connectée entre le drain et la source des transistors M1, M2. L'effet des contraintes mécaniques sur le circuit STS1 peut être évalué en comparant les tensions de grille Vg1, Vg2 des transistors M1, M2. L'effet des contraintes mécaniques exercées sur le circuit STS1 varie en fonction de la différence Vg1 - Vg2 entre les tensions de grille Vg1, Vg2 des transistors M1, M2. Le circuit SGSH peut alors être configuré pour convertir la différence d'intensités de courant 'di - Id2 ou de tensions Vg1 - Vg2 en une valeur, par exemple numérique, susceptible d'adresser la table TBR, ou susceptible de correspondre aux valeurs représentatives de contraintes mécaniques mémorisées dans la table TBR. Si le transistor M1 dans les figures 5 et 6 est à grille rectangulaire LG, il peut être formé dans le circuit intégré IC de manière à être orienté suivant une direction dans laquelle les contraintes mécaniques sont à détecter et mesurer.
La figure 7 représente le circuit 5T52. Le circuit 5T52 comprend un oscillateur en anneau comportant une porte logique NG1 de type NON OU connectée en sortie à une sortie S du circuit 5T52, ainsi qu'à une première unité UNC1 d'un ensemble d'unités UNC1-UNCn connectées en série. L'ensemble d'unités comprend une dernière unité UNCn connectée en sortie à une entrée de la porte NG1. La porte NG1 reçoit également en entrée un signal d'activation EN à l'état logique 1 lorsque le circuit 5T52 est bloqué, et à l'état logique 0 lorsque le circuit 5T52 est actif. La sortie S du circuit 5T52 à l'état actif fournit un signal carré à une certaine fréquence lorsque le signal EN est inactif.
Les unités UNC1-UNCn peuvent être de simples inverseurs, comme représenté sur la figure 8. Ainsi, la figure 8 représente un circuit UNC correspondant à un mode de réalisation des unités UNC1-UNCn. Le circuit UNC comprend deux transistors MOS, l'un référencé P11 à canal P, et l'autre référencé N11 à canal N, montés en série entre une source de tension d'alimentation et la masse. L'entrée du circuit UNC est connectée aux grilles des transistors P11, N11. La sortie du circuit UNC est connectée aux drains des transistors P11, N11. L'un des transistors P11, N11 est choisi de manière à être insensible aux contraintes mécaniques, comme un transistor à grille annulaire octogonale, tandis que l'autre des transistors P11, N11 est choisi sensible aux contraintes mécaniques comme un transistor à grille carrée ou rectangulaire. Il en résulte que la fréquence du signal de sortie du circuit STS2 varie en fonction des contraintes mécaniques exercées sur le circuit STS2. Le circuit SGSH peut alors être configuré pour mesurer la fréquence du signal de sortie du circuit STS2, et pour convertir la mesure de fréquence obtenue en une valeur susceptible d'adresser la table TBR ou susceptible de correspondre aux valeurs représentatives de contraintes mécaniques mémorisées dans la table TBR. Les figures 9 et 10 représentent chacune un autre mode de réalisation UNCN, UNCP des circuits UNC1-UNCn. Les circuits UNCN et UNCP comprennent chacun l'inverseur formé des transistors P11, N11, montés en série, et dont la grille est connectée à l'entrée du circuit UNCN, UNCP. Dans le circuit UNCN (figure 9), les drains des transistors P11, N11 sont connectés à une grille d'un transistor MOS P13 à canal P, et à une source d'un transistor MOS N12 à canal N. La source et le drain du transistor P13 sont connectés à la source de tension d'alimentation. Le circuit UNCN comprend également un transistor MOS P12 à canal P comprenant une grille connectée à l'entrée du circuit UNCN et à la grille du transistor N12, une source connectée à la source de tension d'alimentation et un drain connecté au drain du transistor N12 et à la sortie du circuit UNCN. Les transistors N1 1 et P13 peuvent être configurés pour être sensibles aux contraintes mécaniques exercées sur le circuit STS2, tandis que les autres transistors du circuit UNCN sont insensibles aux contraintes mécaniques. La sensibilité aux contraintes mécaniques du circuit STS2 peut être augmentée en configurant la grille du transistor P13 par exemple en forme de peigne à plusieurs doigts parallèles. Dans le circuit UNCP (figure 10), les drains des transistors P11, N11 sont connectés à une grille d'un transistor MOS N13 à canal N, et à une source d'un transistor MOS P14 à canal P. La source et le drain du transistor N13 sont connectés à la masse. Le circuit UNCP comprend également un transistor MOS N14 à canal N comprenant une grille connectée à l'entrée du circuit UNCP et à la grille du transistor P14, une source connectée à la masse et un drain connecté au drain du transistor P14 et à la sortie du circuit UNCP. Les transistors P11 et N13 peuvent être configurés pour être sensibles aux contraintes mécaniques exercées sur le circuit STS2, tandis que les autres transistors du circuit UNCP sont insensibles aux contraintes mécaniques. La sensibilité aux contraintes mécaniques du circuit STS2 peut être augmentée en configurant la grille du transistor N13 par exemple en forme de peigne à plusieurs doigts parallèles. Pour s'affranchir d'autres effets tels que des variations de température ambiante, le circuit STS2 peut comprendre un second oscillateur tel que celui représenté sur la figure 7, dans lequel tous les transistors sont insensibles aux contraintes mécaniques, mais sensibles aux variations de température de la même façon que les transistors sensibles aux contraintes mécaniques. Ainsi, tous les transistors du second oscillateur peuvent par exemple comprendre une grille annulaire octogonale. Dans ce cas, la mesure représentative de contraintes mécaniques est obtenue en calculant un écart de fréquence entre les fréquences de sortie des deux oscillateurs du circuit STS2. Au lieu d'utiliser des transistors MOS en tant que composants sensibles aux contraintes mécaniques, il est également possible d'utiliser des résistances réalisées par des zones de semiconducteur dopées N+ ou P+ ou en polysilicium. Il s'avère en effet que les résistances N+ et P+ présentent une sensibilité aux contraintes mécaniques qui dépend de leur configuration. Les figures 11A à 11D représentent différentes configurations de résistances Ra, Rb, Rc, Rd réalisées par des zones dopées N+ et/ou P+. Les résistances Ra à Rd sont réalisées par des zones dopées DZ1-DZ8 reliées entre elles par des pistes électriquement conductrices MT1, MT2. Dans les exemples des figures 11A à 11D, les résistances Ra à Rd comprennent deux branches connectées en parallèle par des pistes MT1, chaque branche comportant deux zones dopées DZ1 et DZ2, DZ1 et DZ3, DZ2 et DZ4, DZ5 et DZ7, DZ6 et DZ8, de forme rectangulaire, connectées en série par une piste MT2. Dans la résistance Ra (figure 11A), les zones dopées DZ1, DZ2 connectées en série dans chaque branche de la résistance sont alignées, et 35 les zones dopées DZ1, DZ2 des deux branches de la résistance Ra sont parallèles les unes aux autres. Les zones dopées DZ1, DZ2 présentent toutes le même dopage N+ ou P+. Dans la résistance Rb (figure 11B), les zones dopées DZ1 et DZ3, DZ2 et DZ4 de chaque branche présentent des orientations distinctes. Ainsi, dans chaque branche, une première zone dopée DZ1, DZ2 est orientée suivant un axe de branche et une seconde zone dopée DZ3, DZ4 présente une orientation formant un angle compris entre 30 et 600, par exemple égal à 45°, avec l'orientation de la première zone dopée de la branche. Toutes les zones DZ1 à DZ4 sont dopées P+.
La résistance Rc (figure 11C) est identique à la résistance Rb, sauf que les zones DZ1 à DZ4 sont dopées N+. Dans la résistance Rd (figure 11D), chaque branche comporte une zone DZ5, DZ8 dopée P+ et une zone DZ6, DZ7 dopée N+, et toutes les zones dopées DZ5-DZ8 présentent une même orientation comprise entre 30 15 et 60°, par exemple égale à 450 par rapport à un axe de branche. La figure 12 représente des courbes C3A à C3D de variation de la mobilité des électrons / trous dans les résistances Ra à Rd, en fonction des contraintes mécaniques exercées sur le matériau semiconducteur formant les résistances. Les courbes C3A à C3D sont sensiblement des droites 20 linéaires (passant par l'origine des coordonnées) à pente négative. La courbe C3A correspond à la configuration de résistance Ra, lorsque les zones DZ1, DZ2 sont dopées P+. La courbe C3A montre que la mobilité des électrons / trous dans la résistance varie entre environ + et -6%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et 25 -150 MPa. La courbe C3B correspond à la configuration de résistance Rb. La courbe C3B montre que la mobilité des électrons / trous dans la résistance varie entre environ + et -9%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa. 30 La courbe C3C correspond à la configuration de résistance Rc. La courbe C3C montre que la mobilité des électrons / trous dans la résistance ne varie pas, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa. La courbe C3D correspond à la configuration de résistance Rd. La 35 courbe C3D montre que la mobilité des électrons / trous dans la résistance varie entre environ + et -3%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa. La résistance Rb étant insensible aux contraintes mécaniques, elle peut être utilisée comme résistance de référence à une mesure représentative de contrainte mécanique. L'une ou l'autre des résistances Ra, Rc, et éventuellement Rd, peut être utilisée comme résistance sensible aux contraintes mécaniques. Les configurations de résistances des figures 11A à 11D présentent les avantages d'être plus sensibles aux contraintes mécaniques, tout en étant insensibles aux variations de température. Bien entendu, il est possible d'utiliser en tant qu'élément sensible aux contraintes mécaniques un simple barreau de silicium dopé convenablement orienté en fonction des contraintes mécaniques à détecter. Pour s'affranchir des variations de température, on peut utilisée un second barreau dopé identique, mais orienté de manière à être insensible aux contraintes mécaniques. Les figures 13A et 13B représentent des courbes de variation relative de valeurs de résistances réalisées en polysilicium de forme allongée, par exemple rectangulaire, en fonction de contraintes mécaniques exercée sur la résistance. Les courbes C41, C42 de la figure 13A ont été obtenues avec des résistances en polysilicium P+. La courbe C41 a été obtenue en exerçant sur la résistance des contraintes mécaniques transversales, et la courbe C42, des contraintes mécanique longitudinales. La courbe C41 montre que la valeur de la résistance varie entre environ + et -0,3%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa, avec une pente négative. La courbe C42 montre que la valeur de la résistance varie entre environ + et -1,6%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa, avec une pente positive. Les courbes C51, C52 de la figure 13B ont été obtenues avec des résistances en polysilicium N+. La courbe C51 a été obtenue en exerçant sur la résistance des contraintes mécaniques transversales, et la courbe C52, des contraintes mécaniques longitudinales. La courbe C51 montre que la valeur de la résistance varie entre environ + et -0,2%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa, avec une pente positive. La courbe C52 montre que la valeur de la résistance varie entre environ + et -2,2%, lorsque la contrainte mécanique exercée sur la résistance varie entre + et -150 MPa, avec une pente négative. Il peut être noté que les courbes des figures 13A, 13B présentent des pentes inversées, et donc que l'impact de contraintes mécaniques peut se compenser entre des résistances en polysilicium P+ et N+. Il en résulte que le circuit formé de deux barreaux connectés en série, l'un étant réalisé en polysilicium P+ et l'autre en polysilicium N+, présente une faible sensibilité aux contraintes mécaniques longitudinales et donc peut servir de résistance de référence pour mesurer les effets de telles contraintes mécaniques, tout en s'affranchissant des variations de température ambiante. Par ailleurs, il peut être également observé que les effets de variations de température peuvent être également pratiquement annulés en connectant en série des résistances dopées P+ et N+. La résistance Rd (figure 11D) peut donc également servir de référence pour s'affranchir des variations de température ambiante. La figure 14 représente un circuit de mesure STS3 pour mesurer l'effet de contraintes mécaniques, selon un autre mode de réalisation. Le circuit STS3 exploite la sensibilité aux contraintes mécaniques des résistances formées par des zones dopées (figures 11A-11C et 12), ou réalisées en polysilicium (figures 13A, 13B). Le circuit STS3 comprend un circuit RC oscillant, à plusieurs étages RC (trois dans l'exemple de la figure 14) connectés en série. Chaque étage RC comprend un condensateur C et une résistance en parallèle, connectée entre une borne du condensateur et la masse. Le noeud de jonction entre le condensateur C et la résistance R d'un dernier des étages RC est connecté à la base d'un transistor bipolaire T. La base du transistor T est également reliée à une source de tension d'alimentation du circuit STS3 par l'intermédiaire d'une résistance R2. Le collecteur du transistor T est connecté au condensateur C d'un premier des étages RC, et est relié à une source de tension d'alimentation du circuit, par l'intermédiaire d'une résistance RL, et à une sortie du circuit STS3 par l'intermédiaire d'un condensateur C2. L'émetteur du transistor T est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R1 en parallèle avec un condensateur Ci. La fréquence f du signal de sortie du circuit STS3 peut être classiquement calculée par l'équation suivante : 1 2nRC,&\1 dans laquelle N est le nombre d'étages RC, R et C étant les valeurs de la résistance R et du condensateur C de chaque étage RC. La résistance R de chaque étage RC est configurée de manière à être sensible aux contraintes mécaniques à détecter. Les autres résistances R1, R2, RL sont configurées de manière à être pratiquement insensibles aux contraintes mécaniques à détecter. Le circuit SGSH peut alors être configuré pour mesurer la fréquence du signal de sortie du circuit STS3, et pour convertir les mesures de fréquence obtenues en valeurs susceptibles d'adresser la table TBR.
Pour s'affranchir d'autres effets tels que des variations de température ambiante, le circuit STS3 peut comprendre deux circuits RC oscillants, tels que celui représenté sur la figure 14. Dans le premier circuit oscillant, seules les résistances R sont sensibles aux contraintes mécaniques. Dans le second circuit oscillant, tous les composants sont insensibles aux contraintes mécaniques, mais sensibles aux variations de température de la même façon que les résistances sensibles aux contraintes mécaniques présentes dans le premier circuit oscillant. Dans ce cas, la mesure représentative de contraintes mécaniques est obtenue en calculant un écart de fréquence entre les fréquences de sortie des deux circuits oscillants du circuit STS3.
Les mesures représentatives de contraintes peuvent être exploitées à d'autres fins que la correction d'un paramètre d'un circuit fonctionnel du circuit intégré. Ainsi, de telles mesures peuvent être exploitées pour détecter une attaque du circuit intégré, consistant à détecter le retrait du boitier du circuit intégré. A cet effet, un taux de variation entre deux mesures représentatives de contraintes mécaniques exercées sur le circuit intégré peut être calculé périodiquement ou à chaque mesure, de manière à détecter une variation rapide de ces contraintes mécaniques. Si les valeurs de mesure fournies par le circuit de mesure STSS (ou STS1-5T53) diminuent avec un taux de variation supérieur à une valeur de seuil, un signal d'alarme peut être activé. Le signal d'alarme activé peut être exploité pour prendre toute mesure appropriée de protection du circuit intégré, tel qu'un blocage ou une réinitialisation du circuit intégré, ou un effacement d'éventuelles mémoires et de registres du circuit intégré, etc.
Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications. En particulier, l'invention n'est pas limitée aux composants sensibles aux contraintes mécaniques précédemment décrits, mais peut être mise en oeuvre avec d'autres composants, dès lors qu'une ou plusieurs de leurs propriétés électriques sont modifiées sous l'effet de telles contraintes mécaniques. Le circuit de mesure permettant d'exploiter ces modifications de propriétés électriques n'est donc pas limité à ceux décrits précédemment. En effet, le circuit de mesure dépend de la propriété électrique modifiée et donc à mesurer pour obtenir une mesure représentative des contraintes mécaniques exercées sur le composant. La correction à appliquer au circuit fonctionnel n'est pas nécessairement déterminée à l'aide d'une table de correspondance telle que la table TBR, mais peut être déterminée par d'autres moyens tels que la mise en oeuvre d'une formule mathématique dépendant de la propriété électrique mesurée et de la nature de la correction à appliquer au circuit fonctionnel. La comparaison de chaque mesure à des valeurs extrêmes n'est pas non plus nécessaire. En effet, cette comparaison dépend de la loi de variation d'un signal de sortie du circuit fonctionnel, ou plus généralement de variation du comportement électrique du circuit fonctionnel, en fonction des contraintes mécaniques qu'il subit. Ainsi, il est possible que le circuit fonctionnel devienne insensible aux contraintes mécaniques lorsque ces dernières excèdent certains seuils, de sorte que la correction à appliquer reste constante au delà d'un certain seuil.25
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de mesure de contraintes mécaniques dans un circuit intégré (IC), le procédé comprenant des étapes consistant à: former dans un circuit intégré (IC) un circuit de mesure (STSS, STS1, 5T52, 5T53) sensible aux contraintes mécaniques, et fournir par le circuit de mesure un signal de mesure (SM, SV) représentatif de contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure.
- 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape de comparaison de mesures obtenues à partir de composants (LG, SG, Ra, Rb, R, OG, Rc) du circuit de mesure (STSS, STS1, 5T52, 5T53) présentant différentes sensibilités aux contraintes mécaniques, et des sensibilités à des variations de la température ambiante comparables, pour fournir une mesure représentative de contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure, indépendantes des variations de la température ambiante.
- 3. Procédé de contrôle d'un circuit intégré, comprenant des étapes consistant à : exécuter le procédé selon la revendication 1 ou 2, le circuit de mesure étant formé en une position du circuit intégré telle que le signal de mesure 20 soit également représentatif de contraintes mécaniques exercées sur un circuit fonctionnel (FCT) du circuit intégré, déterminer à partir du signal de mesure la valeur d'un paramètre (CV) du circuit fonctionnel, pour diminuer un impact de la variation de contraintes mécaniques sur le fonctionnement du circuit fonctionnel, et 25 fournir la valeur du paramètre au circuit fonctionnel.
- 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant une étape de sélection dans une table (TBR) de la valeur du paramètre (CV), en fonction du signal de mesure (SM, SV). 30
- 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant une étape de conversion du signal de mesure (SM) en une valeur (SV) susceptible d'adresser la table (TBR).
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant des étapes consistant à comparer chaque mesure (SM, SV) à des valeurs extrêmes, et si la mesure n'est pas comprise entre les valeurs extrêmes, activer un signal (WS).
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant des étapes consistant à déterminer un taux de variation entre deux mesures et comparer chaque taux de variation déterminé à une valeur de seuil, révélant un retrait du boitier du circuit intégré, et activer un signal d'alarme si une mesure est inférieure à la valeur de seuil.
- 8. Circuit intégré comprenant un circuit fonctionnel sensible aux contraintes mécaniques exercées sur le circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de mesure de contraintes mécaniques (STSS, STS1, STS2, STS3) configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 3 à 7.
- 9. Circuit intégré selon la revendication 8, dans lequel le circuit de 20 mesure (STSS, STS1, STS2, STS3) comprend un composant (LG, SG, Ra, Rb, R) sensibles aux contraintes mécaniques à partir duquel le signal de mesure (SM, SV) représentatif de contraintes mécaniques est élaboré.
- 10. Circuit intégré selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le circuit 25 de mesure comprend un composant (OG, Rc) présentant une faible sensibilité aux contraintes mécaniques, et un composant (LG, SG, Ra, Rb) présentant une relativement plus grande sensibilité aux contraintes mécaniques, et une sensibilité à la température ambiante comparable à celle du composant ayant une plus grande sensibilité aux contraintes mécaniques, 30 le composant ayant une faible sensibilité aux contraintes mécaniques étant utilisé comme référence pour s'affranchir de variations de la température ambiante.
- 11. Circuit intégré selon l'une des revendications 9 et 10, dans lequel 35 le composant sensible aux contraintes mécaniques est un transistor MOS à 2 993 983 grille carrée (SG) ou rectangulaire (LG), ou une résistance (Ra, Rb, Rd) formée d'au moins une région dopée N+ ou P+ dans le matériau semiconducteur dans lequel est formé le circuit intégré (IC), ou encore une résistance formée en polysilicium dopé N+ ou P+. 5
- 12. Circuit intégré selon l'une des revendications 10 et 11, dans lequel le composant ayant une faible sensibilité aux contraintes mécaniques est un transistor à grille annulaire de forme octogonale (OG) entourant la source ou le drain du transistor, ou bien une résistance (Rc) formée, dans le matériau 10 semiconducteur du circuit intégré (IC), de branches connectées en parallèle, chaque branche comprenant deux régions dopées N+ connectées en série de forme allongée et présentant des orientations respectives écartées de 30 à 60°. 15
- 13. Circuit intégré selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel le circuit de mesure (STSS, STS1) comprend deux transistors (M1, M2), l'un étant plus sensible aux contraintes mécaniques que l'autre, la mesure représentative des contraintes mécaniques exercées sur le circuit de mesure étant dérivée d'un écart de tensions entre des bornes de chacun des deux 20 transistors ou d'un écart de courants circulant dans chacun des deux transistors.
- 14. Circuit intégré selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel le circuit de mesure (STS2, STS3) comprend un oscillateur comportant des composants (LG, SG, Ra, Rb) sensibles aux contraintes mécaniques, et un circuit de mesure de fréquence (SGSH) pour mesurer une fréquence d'un signal de sortie de l'oscillateur, la fréquence du signal de sortie étant représentative des contraintes mécaniques exercées sur l'oscillateur.
- 15. Circuit intégré selon la revendication 14, dans lequel le circuit de mesure comprend un autre oscillateur formé exclusivement de composants faiblement sensibles aux contraintes mécaniques, la mesure représentative de contraintes mécaniques étant déterminée à partir d'un écart de fréquence entre les fréquences de sortie des deux oscillateurs.35
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