ITTO20120553A1 - Dispositivo a resistore calibrabile elettricamente e relativo metodo di calibrazione - Google Patents

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ITTO20120553A1
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Stefania Privitera
Antonello Santangelo
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St Microelectronics Srl
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Description

DESCRIZIONE
“DISPOSITIVO A RESISTORE CALIBRABILE ELETTRICAMENTE E RELATIVO METODO DI CALIBRAZIONEâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad un dispositivo a resistore calibrabile elettricamente e relativo metodo di calibrazione.
Come à ̈ noto, in molti circuiti integrati à ̈ necessario regolare alcune grandezze del circuito integrato stesso poiché, alla fine dei processi realizzativi e a causa delle tolleranze dei suoi componenti, la funzione del dispositivo elettronico integrato risulta essere compromessa o non ottimale. La necessità di regolazione à ̈ ad esempio particolarmente importante in tutte le applicazioni che richiedono un’elevata precisione delle funzioni svolte.
Ad esempio, la necessità di regolazione precisa delle polarizzazione à ̈ particolarmente sentita nei dispositivi di generazione di tensioni di riferimento ad elevata precisione che utilizzano tensioni di alimentazione variabili entro un intervallo abbastanza elevato di valori. In questo tipo di dispositivi, à ̈ richiesto che essi generino, a partire dalla tensione di alimentazione variabile, una tensione molto precisa e stabile nel tempo e che risenta poco delle variazioni di temperatura ambientale o dei processi di fabbricazione.
Sebbene esistano configurazioni circuitali che consentono di compensare più o meno efficacemente le variazioni di temperatura e le variazioni della tensione di ingresso, difficilmente il circuito integrato finale ha, alla fine del ciclo produttivo, il valore di tensione richiesto. Di conseguenza, attualmente à ̈ necessario intervenire su alcuni componenti circuitali, modificandone il valore, mediante un processo in una fase di postproduzione, ossia a livello di fetta di silicio finita o, preferibilmente, alla fine del processo di assemblaggio. Quest’ultimo, infatti, sia per i processi termici coinvolti, sia per le azioni meccaniche indotte sulla piastrina ("die") dalle dilatazioni termiche dei diversi materiali coinvolti, produce variazioni dei parametri elettrici circuitali che possono essere compensati solo dopo l'assemblaggio.
Un altro esempio di dispositivi in cui à ̈ richiesta la possibilità di regolazione sono quelli dotati di offset. Ad esempio, negli amplificatori operazionali di precisione, à ̈ richiesto di poter minimizzare la tensione di offset sempre presente sull’uscita.
La modulazione e la calibrazione della funzione elettrica svolta dal dispositivo integrato può essere ottenuta modificando ad esempio il valore di uno o più resistenze del circuito, scelte in maniera tale che abbiano il maggiore impatto sulla funzione elettrica da svolgere e in modo che si possano così compensare le inevitabili imperfezioni di processo.
In una soluzione nota (si veda ad esempio US 6,326,256), la resistenza di un resistore viene modificata praticando sulla sua superficie, generalmente metallica, un’incisione. A tale scopo, un fascio laser esegue l'incisione ortogonalmente e lungo la direzione del flusso di corrente. Il taglio, che coinvolge l’intero spessore del resistore, à ̈ effettuato controllando il parametro elettrico che si desidera modulare.
Questa procedura può essere eseguita, per ogni singolo dispositivo, nella fase finale di realizzazione della fetta e in particolare nella fase di EWS (Electrical Wafer Sorting). Tuttavia, poiché questa tecnica richiede che il dispositivo disponga di una finestra trasparente alla luce laser, à ̈ di difficile applicabilità a dispositivi chiusi all’interno di un package, dato che quest’ultimo, in generale, à ̈ opaco alla radiazione. Inoltre i costi per l’acquisto e l’utilizzo di una macchina dedicata alla calibrazione mediante laser ("laser trimming") possono essere piuttosto elevati ed il processo di calibrazione può richiedere parecchio tempo.
Altre tecniche (si vedano ad es. US 5,757,264 e US 7,422,972) prevedono ad esempio l’utilizzo di più resistori che vengono selezionati mediante dispositivi "anti-fusibile" o "fusibile". Frequentemente queste tecniche richiedono operazioni eseguibili elettricamente utilizzando opportuni reofori del circuito integrato assemblato ed ha come inconveniente principale che il valore finale della resistenza può assumere solo valori discreti. Inoltre, la resistenza può essere modulata solo attraverso valori discreti ed il miglioramento della precisione comporta l’aggiunta di resistori, con conseguente elevata occupazione di area di silicio.
US 8,009,011 descrive una tecnica sostanzialmente alternativa, sfruttante i cambiamenti di alcune proprietà fisiche di alcuni materiali conduttori, come ad esempio il polisilicio drogato o materiali metallici quando questi sono sottoposti ad un trattamento termico.
Il riscaldamento locale dell’elemento resistivo può essere ad esempio effettuato ponendo vicino ad esso un elemento elettrico riscaldante che induce permanentemente i cambiamenti di resistività voluti (si vedano ad es.
US 5,635,893, US 5,587,097, US 6,960,744, US 5,679,275, US 5,466,484 e US 7,249,409).
Il problema di tale soluzione consiste nella complessità tecnica realizzativa legata alla necessità di disporre un elemento riscaldante isolato elettricamente, ma in intimo contatto termico con l’elemento resistivo da modificare, visto che le temperature richieste durante la fase di calibrazione possono anche superare 500°C.
Alternativamente à ̈ stato proposto di riscaldare il materiale che compone il resistore mediante autoriscaldamento (si veda ad es. US 4,210,996, US 4,870,472 e US 5,808,197). A tale scopo, un opportuno impulso di corrente viene fornito al resistore in modo tale che esso subisca un riscaldamento per effetto joule. Il processo richiede un'opportuna regolazione in modo da introdurre una modifica delle proprietà fisiche del materiale corrispondenti al valore di resistenza desiderato.
Uno dei maggiori inconvenienti di questa soluzione consiste nel fatto che, per fare circolare una corrente all’interno del resistore, à ̈ in generale necessario applicare una differenza di potenziale ai capi di quest’ultimo. Il resistore à ̈ parte però di un circuito integrato, ossia di un circuito includente una pluralità di componenti attivi e passivi che possono essere diversamente connessi, in funzione dell’applicazione. In generale à ̈ difficile prevedere se la differenza di potenziale necessaria alla calibrazione del resistore possa indurre danni permanenti al circuito e ciò può limitare le possibilità di tale soluzione.
E' stato anche proposto (US 4,870,472) di modificare il circuito, aggiungendo ad esempio dei componenti attivi, in modo da proteggere la funzionalità elettrica degli altri componenti durante la fase di calibrazione del resistore, ma ciò in genere non ha validità generale e in alcuni casi non risulta applicabile.
Una soluzione nota (US SN. 13/173214) consiste nel realizzare un resistore di calibrazione disposto trasversalmente al resistore funzionale da tarare e attraversato da una corrente tale da generare un riscaldamento e la modifica di resistività della zona di incrocio.
Tale soluzione consente di evitare l'applicazione di una differenza di potenziale ai due terminali del resistore funzionale, ma, di fatto, consente il riscaldamento solamente di una piccola porzione del resistore funzionale. Nel caso di resistenze di valore elevato, ossia quando la lunghezza del resistore R à ̈ particolarmente estesa, tale soluzione può introdurre solo piccole variazioni del valore finale che possono non essere sufficienti.
Scopo della presente invenzione à ̈ mettere a disposizione un dispositivo a resistore che superi gli inconvenienti della tecnica nota.
Secondo la presente invenzione vengono realizzati un dispositivo a resistore calibrabile elettricamente e il relativo metodo, come definiti nelle rivendicazioni 1 e 10.
In pratica, il resistore che può essere soggetto a calibrazione viene diviso in due parti collegate in corrispondenza di un contatto centrale avente il solo scopo di permettere la calibrazione o trimming del valore di resistenza. Polarizzando opportunamente il contatto centrale e mettendo allo stesso potenziale gli altri due capi del resistore, in modo che la differenza di potenziale fra i capi del resistore calibrabile risulta nulla, le due parti del resistore vengono percorse da correnti che provocano un auto-riscaldamento delle due parti che consente la modifica delle proprietà fisiche, quali la resistività, del resistore calibrabile.
Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 Ã ̈ uno schema circuitale di una forma di realizzazione del presente dispositivo;
- la figura 2 Ã ̈ uno schema circuitale di una diversa forma di realizzazione del presente dispositivo;
- la figura 3 mostra uno schema circuitale di un'altra forma di realizzazione del presente dispositivo;
- la figura 4 mostra uno schema circuitale di una differente forma di realizzazione ancora del presente dispositivo;
- le figure 5-7 mostrano differenti implementazioni di un resistore calibrabile utilizzabile negli schemi delle figg. 1, 2 e 4;
- la figura 8 mostra la sezione traversale attraverso un dispositivo a semiconduttori includente il presente resistore calibrabile; e
- la figura 9 mostra una sezione traversale attraverso un differente dispositivo a semiconduttori includente il presente resistore calibrabile.
La figura 1 mostra un circuito integrato 1 includente un resistore calibrabile 2 ed una parte di circuito 3. Il circuito integrato 1 può essere di tipo qualsiasi, di tipo analogico o digitale, standard o customizzato, per l'esecuzione di qualunque funzione ed à ̈ dotato di piazzole di contatto 4 per la sua connessione esterna in base alla funzionalità prevista per il circuito integrato 1.
Il resistore calibrabile 2 à ̈ dotato di due terminali di connessione 10 e 11 collegati alla parte di circuito 3 e di un contatto centrale 12 tale da dividere il resistore calibrabile 2 in due porzioni 13. Ad esempio, le due porzioni 13 possono avere uguale forma, dimensione (in particolare, uguale lunghezza e sezione), e proprietà elettriche, in particolare uguale resistenza; in alternativa, esse possono differire in lunghezza, resistività, resistenza e altre caratteristiche. In questo ultimo caso le due porzioni 13 del resistore calibrabile 2 sono asimmetriche e subiscono riscaldamenti diversi e diversa calibrazione.
Il resistore calibrabile 2 à ̈ realizzato in modo da avere caratteristiche elettriche, in particolare resistività o coefficiente di temperatura della resistenza (TCR), modificabili termicamente, in modo di per sé noto. Ad esempio, il resistore calibrabile 2 può essere costituito dal materiale comunemente indicato con SiCr e contenente leghe di CrB2, Si e SiC, o da leghe di Ni e Si o TaN, o da un materiale a variazione di fase, ad esempio una lega contenente un elemento del VI gruppo (calcogenuro), oppure ancora da un materiale caratterizzato da due fasi di diversa resistività (ad es. in due fasi cristalline), che possono subire transizioni di fase utilizzando un impulso elettrico.
I terminali di connessione 10, 11 sono collegati ciascuno ad una rispettiva piazzola di contatto di estremità 15, 17 e il contatto centrale 12 à ̈ collegato ad una piazzola di contatto centrale 16 del circuito integrato 1.
In fase di test, sia a livello di fetta (fase di EWS -Electrical Wafer Sorting-), sia a livello di piastrina tagliata ("die") sia a livello di piastrina incapsulata ("packaged die or chip"), le piazzole di contatto 15-17 vengono collegate ad un dispositivo di calibrazione 20 includente, nella sua struttura di base, un generatore di tensione 21 ed un'unità di controllo 26. Il generatore di tensione 21 presenta un primo terminale 22 collegato al contatto centrale 12 ed un secondo terminale 23 collegato ai terminali di connessione 10, 11, che pertanto si trovano allo stesso potenziale.
In dettaglio, in calibrazione, il generatore di tensione 21 genera un impulso di tensione V (preferibilmente avente durata da pochi microsecondi fino a decine di millisecondi), ad esempio positiva sul primo terminale 22 rispetto al secondo terminale 23. In questo modo, i terminali di connessione 10, 11 sono allo stesso potenziale e il contatto centrale 12 à ̈ polarizzato a V rispetto ai terminali di connessione 10, 11. Dato che i terminali di connessione 10, 11 sono allo stesso potenziale, il resistore calibrabile 2 e la parte di circuito 3 vedono ai loro capi una tensione nulla, ma la tensione ai capi di ciascuna porzione 13 del resistore calibrabile 2 dà origine a due correnti I opposte (ovvero, entrambi uscenti dal contatto centrale 12. Ovviamente, il risultato non cambia applicando una tensione V di segno opposto, nel qual caso entrambe le correnti I sarebbero entranti nel contatto centrale 12. Di conseguenza, le due porzioni 13 si scaldano per effetto Joule, e il resistore calibrabile 2 modifica le proprie caratteristiche elettriche, ad esempio la propria resistività o il coefficiente in temperatura o entrambi.
In questo modo, indipendentemente dal fatto che le porzioni 13 abbiano la stessa resistenza iniziale e indipendentemente dalla posizione del contatto centrale 12, durante la calibrazione, i terminali di connessione 10 e 11 sono cortocircuitati e pertanto la differenza di potenziale fra di essi à ̈ nulla, anche se le correnti che circolano nelle due porzioni 13 possono essere diverse. Infatti, al termine della calibratura, quello che conta à ̈ la resistenza totale del resistore calibrabile, pari alla somma della resistenze delle due porzioni 13.
Il dispositivo di calibrazione 20 può inoltre comprendere componenti elettronici destinati alla misura della caratteristica elettrica che si vuole modificare e al comando dell'attivazione del generatore di tensione 21. Ad esempio, in figura 1, il dispositivo di calibrazione 20 comprende una coppia di amperometri 27, 28 collegati ciascuno fra una rispettiva ciascuna piazzola di contatto 15, 17 e il secondo terminale 23 del generatore di tensione 21. Gli amperometri 27, 28 sono inoltre collegati all'unità di controllo 26 per fornire il valore di misura, mentre il generatore di tensione 21 à ̈ comandato dall'unità di controllo 26 in modo da poter generare valori di tensione differenti, come di seguito spiegato.
In questo modo, riducendo la tensione del generatore di tensione 21, in modo da non riscaldare il resistore calibrabile 2, può essere misurata la corrente uscente dalle piazzole di contatto 15 e 17; essendo inoltre nota la tensione applicata su ciascuna porzione 13 (dato che essa à ̈ pari alla tensione generata dal generatore di tensione 21) l'unità di controllo 26 può calcolare le resistenze delle due porzioni 13 e farne la somma, in modo da avere un'indicazione della resistenza totale del resistore calibrabile 2.
In alternativa, in modo non mostrato, invece degli amperometri 27, 28, à ̈ possibile prevedere uno stadio di misura resistenza collegato all'unità di controllo 26 e collegabile tramite interruttori ai terminali di connessione 10, 11 del resistore calibrabile 2. Disponendo analoghi interruttori fra il secondo terminale 23 del generatore di tensione 21 e le piazzole di contatto di estremità 15, 17, l'unità di controllo 26 può calcolare la resistenza del resistore calibrabile 2, anche se in questo caso il risultato potrebbe risultare meno preciso, data la possibile influenza dei componenti nella parte di circuito 3. In questo caso, dopo l'applicazione della tensione V e la modifica della resistenza del resistore calibrabile 2, e dopo aver sconnesso il generatore di tensione 21 dalle piazzole di contatto di estremità 15, 17, l'unità di controllo 26 può acquisire, attraverso lo stadio di misura resistenza non mostrato.
In entrambi i casi, dopo la misura di resistenza, l'unità di controllo 26 può comandare il generatore di tensione 21 in modo da applicare nuovamente la tensione V o una tensione di valore diverso, per una regolazione più fine della resistenza, con un processo a passi.
In questo modo, come indicato, la calibrazione del resistore calibrabile 2 può essere eseguita in diverse fasi di fabbricazione del circuito integrato 1. Nel caso che essa venga eseguita a livello di dispositivo finito (circuito integrato 1 già chiuso all'interno di un involucro "package"), si ottiene un particolare vantaggio in quanto à ̈ possibile compensare il circuito integrato 1 in condizione finale, pronto per la commercializzazione.
In figura 2, un dispositivo di calibrazione 30 comprende un generatore di corrente 31 invece del generatore di tensione 21. In modo non mostrato, il dispositivo di calibrazione 30 può comprendere un'unità di controllo e degli amperometri simili agli elementi 26-28 mostrati in figura 1 o all'alternativa sopra descritta. Anche qui, inoltre, l'unità di controllo non mostrata comanda l'accensione del generatore di corrente 31.
Durante la calibrazione, il generatore di corrente 31 applica al contatto centrale 12 un impulso di corrente I di durata T (come mostrato nel dettaglio di in fig. 2); la corrente I si ripartisce nelle due porzioni 13, che quindi vengono percorse da rispettivi impulsi di corrente correlati ai relativi valori di resistenza, mentre fra i terminali di connessione 10, 11 del resistore calibrabile 2 si ha quindi, anche in questo caso, caduta di tensione ΔV = 0 V.
L’impulso di corrente I può essere modulato in modo da produrre la variazione di resistenza desiderata o, al più, una variazione minore. È allora possibile, tramite il dispositivo di calibrazione 30, dopo la prima calibrazione e la relativa misura di resistenza, applicare uno o più impulsi successivi in modo da affinare il valore per approssimazioni successive ed ottenere un valore finale il più possibile vicino al valore desiderato.
In generale, la durata dell’impulso T e la sua intensità I dipendono dal grado di isolamento termico della struttura del resistore calibrabile 2. Minore à ̈ la dissipazione del resistore calibrabile 2 verso i materiali circostanti, tanto minore può essere la durata o l’ampiezza dell’impulso.
Inoltre, à ̈ possibile studiare inizialmente la variazione di resistenza del resistore calibrabile 2 in funzione della durata e ampiezza dell’impulso, ad esempio su una prima fetta di semiconduttore di uno stesso batch o in una fase separata apposita. Successivamente il risultato dell’operazione di calibrazione può essere predetta a vantaggio di un’iterazione più veloce e priva di errori.
Le forme di realizzazione delle figure 1 e 2 consentono la calibrazione delle caratteristiche del resistore calibrabile 2 in un caso generale, in cui questo non à ̈ collegato alla massa né ad un terminale di alimentazione del circuito integrato 1 e quindi sono presenti tre piazzole di contatto 15-17 apposite per collegare il circuito integrato 2 al dispositivo di calibrazione 20 o 30.
Nel caso in cui la calibrazione venga realizzata a livello di fetta di semiconduttore, i tre terminali sono costituiti da tre piazzole di contatto apposite, come sopra descritto, mentre nel caso di dispositivo assemblato, à ̈ necessario predisporre tre ulteriori reofori attraverso i quali à ̈ possibile polarizzare il solo resistore calibrabile 2.
Viceversa, nel caso in cui uno dei due terminali di connessione 10, 11, ad es. il terminale di connessione 11, à ̈ elettricamente collegato a massa, allora bastano due sole connessioni extra per realizzare l’aggiustamento del resistore calibrabile 2, in quanto il terminale di massa à ̈ normalmente già previsto e può essere adoperato allo scopo. Infatti, se la piazzola di contatto 17 à ̈ collegata ad una piazzola di contatto di massa 33 del circuito integrato 1, come mostrato dalla linea tratteggiata 34, il circuito integrato 1 necessita di sole due piazzole di contatto apposite (piazzole di contatto 15, 16) e la piazzola di contatto 17 può mancare.
Per ridurre il numero di connessioni utilizzabili per l’aggiustamento del resistore calibrabile 2 nel caso generale, à ̈ possibile adoperare componenti attivi, operanti come interruttore e generalmente presenti all’interno del circuito integrato 1.
Ad esempio, la fig. 3 mostra una forma di realizzazione utilizzante due transistori di controllo 35 e 36 di tipo bipolare e precisamente di tipo NPN.
In dettaglio, il circuito integrato 1 ha una piazzola di contatto di calibrazione 40 destinata alle funzioni di calibrazione; inoltre, il circuito integrato 1 ha una piazzola di contatto di controllo 41, una piazzola di contatto di massa 42, e generiche piazzole di contatto 4, previste in modo noto per la connessione esterna del circuito integrato 1 stesso. Le piazzole di contatto di controllo 41 e di massa 42 sono piazzole già progettate per il funzionamento del circuito integrato 3 e sono collegate a rispettivi nodi della parte di circuito 3.
Qui, il primo transistore di controllo 35 ha terminale di collettore collegato al primo terminale di connessione 10 del resistore calibrabile 2, terminale di base collegato a massa (massa del circuito integrato) e terminale di emettitore collegato alla piazzola di contatto di controllo 41. Il secondo transistore di controllo 36 ha terminale di collettore collegato al secondo terminale di connessione 11 del resistore calibrabile 2, terminale di base collegato a massa (massa del circuito integrato) e terminale di emettitore collegato alla piazzola di contatto di controllo 41.
In fig. 3, à ̈ mostrato un dispositivo di calibrazione 45, includente un generatore di corrente indicato ancora con 31 ed un'unità di controllo 26 per analogia con egli omologhi componenti delle figg. 1 e 2. L'unità di controllo 26 à ̈ qui collegata alla piazzola di contatto di controllo 41 e alla piazzola di contatto di massa 42.
In uso, durante il normale funzionamento del circuito integrato 1, il dispositivo di calibrazione 45 non à ̈ collegato, e le piazzole di contatto di controllo 41 e di massa 42 vengono utilizzate per il normale funzionamento del circuito integrato 1. In particolare, la piazzola di contatto di controllo 41 può essere adoperata come ingresso/uscita del circuito. Di conseguenza, la piazzola di contatto di controllo 41 può assumere un potenziale maggiore rispetto alla massa del circuito integrato 1 (ovvero, della piazzola di contatto di massa 42). Di conseguenza, i transistori di controllo 35 e 36 sono spenti ("off") e i terminali 10 e 11 del resistore calibrabile 2 sono isolati dalle piazzole di contatto di controllo 41 e di massa 42. È ovviamente necessario che, nelle condizioni normali di funzionamento del circuito integrato 1, le tensioni di rottura delle giunzioni emettitore base e base collettore dei due transistori 35 e 36 siano maggiori rispettivamente delle tensioni presenti sulla piazzola 41 e sui terminale 10 e 11.
Viceversa, in fase di calibrazione, la parte di circuito 3 viene disattivata e il dispositivo di calibrazione 45 viene collegato alle piazzole di contatto 40-41, secondo quanto mostrato in fig. 3. In questa condizione, l'unità di controllo 26 può portare il potenziale sulla piazzola di contatto di controllo 41 al di sotto del potenziale di massa di una quantità sufficiente a provocare l'accensione dei transistori di controllo 35 e 36. Di conseguenza, i terminali di connessione 10, 11 del resistore calibrabile 2 sono collegati reciprocamente e in corrispondenza di un nodo collegato alla piazzola di contatto di controllo 41. Applicando impulsi di corrente generati dal generatore di corrente 31 attraverso la piazzola di contatto di calibrazione 40, à ̈ quindi possibile fare circolare una corrente nelle due porzioni 13, mantenendo nulla la differenza di potenziale fra i terminali di connessione 10, 11. Anche in questo caso, successivi impulsi di corrente possono essere applicati dopo una fase di misura resistenza che però in questo caso fornisce solo un valore indiretto di resistenza.
Con la soluzione di fig. 3 à ̈ dunque possibile effettuare la taratura del resistore calibrabile 2 utilizzando una sola piazzola di contatto aggiuntiva (la piazzola di contatto di calibrazione 40). Il circuito integrato 1 di fig. 3 ha quindi una minore area occupata dalle piazzole di contatto e l'incapsulamento ("package") può essere dotato di un minore numero di piedini ("pin").
In alternativa a quanto mostrato in fig. 3, i transistori di controllo 35 e 36 possono essere sostituiti da dispositivi MOSFET. Inoltre, invece della piazzola di massa 42, potrebbe essere utilizzata una piazzola di alimentazione posta a Vcc, sostituendo ad esempio i transistori di controllo 35 e 36 con transistori bipolari di tipo PNP aventi terminale di base connesso all'alimentazione Vcc anziché a massa, in maniera tale che essi si accendano quando la piazzola di controllo 41 viene portata ad un potenziale maggiore rispetto alla piazzola di alimentazione Vcc.
Nella fig. 4, i transistori bipolari 35, 36 di fig. 3 sono sostituiti da un primo ed un secondo transistore MOS 55, 56 collegati fra un rispettivo terminale di connessione 10, 11 del resistore calibrabile 2 e una linea di massa 57 collegata alla piazzola di contatto di massa 42. In dettaglio, il primo transistore MOS 55 ha un primo terminale di conduzione collegato al terminale di connessione 10, un secondo terminale di conduzione collegato alla linea di massa 57 ed un terminale di controllo collegato ad un primo morsetto di un resistore di polarizzazione 58. Il secondo transistore MOS 56 ha un primo terminale di conduzione collegato al terminale di connessione 11, un secondo terminale di conduzione collegato alla linea di massa 57 ed un terminale di controllo collegato al primo morsetto del resistore di polarizzazione 58. Il resistore di polarizzazione 58 ha secondo morsetto collegato alla linea di massa 57. Il primo morsetto del resistore di polarizzazione 58 à ̈ inoltre collegato ad un'unità di controllo 51 di un dispositivo di calibrazione 50 includente qui un generatore di impulsi di tensione 52. L'unità di controllo 51 à ̈ inoltre collegata alla piazzola 41. In pratica, il resistore di polarizzazione 58 garantisce lo spegnimento dei transistori MOS 55 e 56 quando il dispositivo di calibrazione 50 viene disconnesso e il circuito integrato 1 opera autonomamente secondo le funzioni previste.
In questa soluzione, la piazzola 41 svolge la duplice funzione di elettrodo di programmazione del resistore calibrabile 2, quando la parte di circuito 3 non à ̈ alimentata e il suo potenziale scende al di sotto del valore di massa, mentre assolve una funzione specifica del circuito integrato 1, quando quest’ultimo opera autonomamente. In questo caso, la piazzola 41 si trova in generale ad un potenziale compreso tra massa e Vcc.
La soluzione di figura 4 consente una calibrazione a passi particolarmente semplice, in quanto in questo caso non viene eseguita una misura diretta del resistore calibrabile 2 ma, piuttosto, viene misurato l’effetto della resistenza del resistore calibrabile 2 sull’intero circuito integrato 1 che, di fatto, costituisce lo scopo finale dell’operazione di calibrazione.
In questo caso, una possibile procedura di calibrazione può avvenire come segue, tramite diversi passi discreti:
1) Inizialmente, il dispositivo di calibrazione 50 à ̈ scollegato e il circuito integrato 1 viene polarizzato secondo una procedura standard della macchina di test. Mediante un un’unità tipo EWS non mostrata, viene misurata la grandezza elettrica che si desidera calibrare (ad esempio, la tensione di offset in un amplificatore operazionale) e viene fatta una previsione per eccesso della resistenza del resistore calibrabile 2 necessaria per ridurre lo scarto del parametro scelto.
2) Quindi, il circuito integrato 1 viene scollegato da qualunque sorgente di alimentazione per evitare che correnti generate nella parte di circuito 3 fluiscano nei terminali 10 e 11. L’unità 20 viene collegata al circuito integrato 1 e viene effettuata una prima operazione di calibrazione, generalmente insufficiente ad ottenere il valore finale desiderato della grandezza da modificare.
3) I passi 1) e 2) vengono ripetuti più volte in modo da modificare la resistenza del resistore calibrabile 2, ogni volta, in misura inferiore e da ridurre sempre più lentamente lo scarto del grandezza da modificare dal valore desiderato. Il ciclo viene quindi interrotto dopo la misura del passo 1) quando l’errore dal valore desiderato risulta inferiore ad un valore prefissato.
Come già descritto sopra, l'unità di controllo 51 del dispositivo di calibrazione 50 controlla il generatore di tensione 52 in modo da provocare il passaggio di impulsi di corrente nelle due porzioni 13. Anche in questo caso à ̈ possibile utilizzare la piazzola di alimentazione Vcc in sostituzione della piazzola di massa 42 come nel caso discusso relativamente alla figura 3.
Per minimizzare la durata e l’ampiezza degli impulsi di calibrazione, à ̈ possibile disegnare il resistore calibrabile 2 in maniera da minimizzare la dispersione di calore con i materiali circondanti il resistore calibrabile 2 stesso verso il substrato di semiconduttore.
Ad esempio, la fig. 5 mostra un resistore calibrabile 2 standard, dotato di una presa centrale corrispondente alo contatto centrale 12.
La fig. 6 mostra invece una forma di realizzazione del resistore calibrabile 2 con forma a "zig-zag"; e la fig. 7 mostra una forma di realizzazione del resistore calibrabile 2 con forma a spirale. Le soluzioni delle figg. 6 e 7 consentono di ridurre la dispersione del calore in quanto minimizzano il perimetro “termico†della struttura (mostrato tratteggiato in fig. 7) e costituiscono alcuni possibili esempi realizzativi.
Per migliorare ulteriormente l’isolamento termico della struttura, in genere realizzata utilizzando un film metallico sottile, à ̈ utile interporre tra il film sottile costituente il resistore calibrabile 2 e uno strato di semiconduttore sottostante (alloggiante la parte di circuito 3), uno strato di elevato spessore, di ossido o di materiali a bassa conducibilità termica, come ad esempio la poliammide. Tale soluzione à ̈ ad esempio mostrata in fig. 8, nella quale il resistore calibrabile 2 à ̈ realizzato come resistore a film sottile e giace al di sopra di uno strato dielettrico 73 a sua volta sovrastante un substrato semiconduttore 74.
Il resistore calibrabile 2 può anche essere realizzato utilizzando materiali a cambiamento di fase. In particolare l'invenzione può essere utilizzata per calibrare la resistenza di un resistore del tipo descritto nella domanda di brevetto europeo EP 2200049) costituito da due porzioni fra loro elettricamente connesse aventi in fasi cristalline diverse e opposti coefficienti di temperatura. Disponendo opportunamente il contatto centrale in modo da ottenere un rapporto desiderato fra le due fasi (una calibrabile nel modo descritto e l'altra no) à ̈ possibile ottenere un coefficiente di temperatura praticamente nullo.
La fig. 9 mostra regioni conduttive 60, 61 realizzate nell'ultimo e, rispettivamente, nel penultimo livello di metallizzazione (MLTn, MLTn-1). Qui, il resistore calibrabile 2 Ã ̈ protetto anche lateralmente da regioni di spaziatura 62, ad es. di nitruro di silicio, e superiormente da un ulteriore strato dielettrico 63. Vie 64 collegano fra loro le regioni conduttive 60, 61 e il resistore calibrabile 2 con le regioni conduttive 65l formate nel penultimo livello di metallizzazione e a loro volta collegate direttamente o indirettamente a componenti non illustrati integrati all'interno del substrato 74. In alternativa, regioni vuote (non mostrate) possono essere realizzate sui lati del resistore calibrabile 2 tramite fasi di processo di attacco dedicate.
Uno strato di passivazione 66 copre l'intera struttura.
Il circuito integrato 1 e il sistema di calibrazione sopra descritti presentano numerosi vantaggi. In particolare, essi consentono una semplice calibrazione di un resistore del circuito integrato, senza richiedere sostanziali modifiche del layout del circuito integrato stesso o la necessità di integrare strutture di riscaldamento adiacenti o finestre. La calibrazione può essere eseguita indipendentemente dalle dimensioni del resistore calibrabile con un processo semplice.
Risulta infine chiaro che al circuito integrato e al sistema qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
Ad esempio, la specifica realizzazione del resistore calibrabile 2 può variare, purché le sue caratteristiche elettriche siano modificabili per effetto di correnti fluenti (effetto Joule).
Il dispositivo di calibrazione può essere a sé stante o costituire una parte di una più complessa macchina di testing, operante a livello di fetta o di dispositivo finito oppure ancora, se le dimensioni del dispositivo integrato lo permettono, essere integrato insieme alla parte di circuito 3 e al resistore calibrabile 2, come rappresentato schematicamente in figura 1 da linea tratteggiata e dal numero 100, ma applicabile anche alle altre forme di realizzazione. Infatti, in alcune condizioni, à ̈ possibile prevedere una forma di "autocalibrazione" purché, ad esempio, la tensione di alimentazione Vcc sia sufficiente a fare scorrere nelle due porzioni 13 una corrente sufficiente all’autoriscaldamento.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito integrato (1), comprendente una parte di circuito (3) ed un resistore calibrabile (2) per effetto Joule, il resistore calibrabile (2) avendo un primo ed un secondo terminale di connessione (10, 11) collegati alla parte di circuito, il resistore calibrabile avendo inoltre un terminale intermedio (12) dividente il resistore calibrabile (2) in due porzioni (13), il primo e il secondo terminale di connessione (10, 11) essendo collegati, in una fase di calibrazione, a piazzole di contatto di connessione (15, 17; 41) e il terminale intermedio (12) essendo collegato, nella fase di calibrazione, ad una rispettiva piazzola di contatto intermedia (16; 41), le piazzole di contatto di connessione (15, 17; 41) essendo configurate per ricevere una caduta di tensione sostanzialmente nulla fra il primo e il secondo terminale di connessione (10, 11) e la piazzola di contatto intermedia (16; 41) essendo configurata per ricevere una grandezza elettrica in grado di provocare, in uso, un rispettivo flusso di corrente di calibrazione in ciascuna porzione (13) modificanti caratteristiche elettriche del resistore calibrabile (2), i flussi di corrente di calibrazione essendo entrambi entranti nel o entrambi uscenti dal terminale intermedio (12).
  2. 2. Circuito integrato (100), comprendente una parte di circuito (3), un resistore calibrabile (2) per effetto Joule ed un circuito di calibrazione (20; 30; 45; 50), il resistore calibrabile (2) avendo un primo ed un secondo terminale di connessione (10, 11) collegati alla parte di circuito (3), il resistore calibrabile (2) avendo inoltre un terminale intermedio (12) dividente il resistore calibrabile in due porzioni (13), il primo terminale di connessione (10), il secondo terminale di connessione (11) e il terminale intermedio (12) essendo collegati, in fase di calibrazione, al circuito di calibrazione (20; 30; 45; 50), il circuito di calibrazione comprendendo un generatore di una grandezza elettrica (21; 31; 52) collegato al terminale intermedio (12) del resistore calibrabile (2) e mezzi di connessione elettrica reciproca (27, 28; 35, 36; 55, 56) del primo e del secondo terminale di connessione (10, 11); il circuito di calibrazione essendo configurato per provocare, in uso, un rispettivo flusso di corrente di calibrazione in ciascuna porzione (13) modificanti caratteristiche elettriche del resistore calibrabile (2), i flussi di corrente di calibrazione essendo entrambi entranti nel o entrambi uscenti dal terminale intermedio (12), e di generare una caduta di tensione sostanzialmente nulla fra il primo e il secondo terminale di connessione (10, 11).
  3. 3. Circuito integrato secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le caratteristiche elettriche sono scelte fra resistenza elettrica e coefficiente di temperatura e i flussi di corrente provocano una modifica di resistenza o di coefficiente di temperatura delle porzioni del resistore calibrabile.
  4. 4. Circuito integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui la grandezza elettrica à ̈ una tensione.
  5. 5. Circuito integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui la grandezza elettrica comprende impulsi di corrente applicati al terminale intermedio (12).
  6. 6. Circuito integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-5, comprendente inoltre un primo ed un secondo interruttore (35, 36; 55, 56) collegati in serie fra il primo e il secondo terminale di connessione (10, 11) del resistore calibrabile (2) e configurati in modo da essere attivabili durante la fase di calibrazione.
  7. 7. Circuito integrato secondo la rivendicazione 6, in cui il primo ed il secondo interruttore sono transistori (35, 36), in particolare di tipo bipolare, ed hanno un rispettivo primo e secondo terminale ed un terminale di controllo, il primo terminale del primo interruttore (35) essendo collegato al primo terminale di connessione (10) del resistore calibrabile (2), il primo terminale del secondo interruttore (36) essendo collegato al secondo terminale di connessione (11) del resistore calibrabile (2), i secondi terminali del primo e del secondo interruttore essendo collegati reciprocamente e ad un nodo di controllo (41) e i terminali di controllo del primo e del secondo interruttore essendo collegati reciprocamente e ad una linea a potenziale di riferimento (42), il nodo di controllo e la linea a potenziale di riferimento essendo configurati per essere polarizzati in modo da chiudere il primo ed il secondo interruttore (35, 36) durante una fase di calibrazione ed aprire il primo ed il secondo interruttore durante una fase di funzionamento del circuito integrato.
  8. 8. Circuito integrato secondo la rivendicazione 6, in cui il primo ed il secondo interruttore sono transistori (55, 56), in particolare di tipo MOS, ed hanno un rispettivo primo e secondo terminale ed un terminale di controllo, il primo terminale del primo interruttore (55) essendo collegato al primo terminale di connessione (10) del resistore calibrabile (2), il primo terminale del secondo interruttore (56) essendo collegato al secondo terminale di connessione (11) del resistore calibrabile, i secondi terminali del primo e del secondo interruttore essendo collegati reciprocamente e ad una linea a potenziale di riferimento (57) e i terminali di controllo del primo e del secondo interruttore essendo collegati reciprocamente e ad un nodo di controllo (41), il nodo di controllo (41) e la linea a potenziale di riferimento (57) essendo configurati per essere polarizzati in modo da accendere il primo ed il secondo transistore (55, 56) durante una fase di calibrazione e spengere il primo ed il secondo interruttore durante una fase di funzionamento del circuito integrato (1).
  9. 9. Circuito integrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-8, in cui il resistore calibrabile (2) ha struttura a scelta fra rettilinea, zig-zag, a spirale.
  10. 10. Circuito integrato secondo la rivendicazione 2, in cui il circuito di calibrazione (20; 30; 45; 50) comprende un circuito di misura di resistenza.
  11. 11. Circuito integrato secondo la rivendicazione 10, in cui il circuito di calibrazione (20) comprende un primo ed un secondo misuratore di corrente (27, 28), collegati fra un rispettivo terminale di connessione (10, 11) ed un secondo terminale di un generatore di tensione (21) avente un primo terminale collegato al terminale intermedio (12) del resistore calibrabile (2). 12. Metodo di calibrazione di un resistore calibrabile (2) avente caratteristiche elettriche calibrabili per effetto Joule avente un primo ed un secondo terminale di connessione (10, 11) collegati ad una parte (3) di un circuito integrato (1), il resistore calibrabile (2) avendo inoltre un terminale intermedio (12) dividente il resistore calibrabile in due porzioni (13), il metodo comprendendo le fasi di: a) applicare una caduta di tensione nulla fra il primo ed il secondo terminale di connessione (10, 11) del resistore calibrabile (2); b) applicare una grandezza elettrica non nulla al terminale intermedio; e c) generare un primo ed un secondo flusso di corrente di calibrazione rispettivamente nella prima e nella seconda porzione, i flussi di corrente essendo entrambi entranti nel terminale intermedio o entrambi uscenti dal terminale intermedio, in modo da provocare una modifica delle caratteristiche elettriche del resistore calibrabile.
  12. 12. Metodo di calibrazione secondo la rivendicazione 11, in cui la grandezza elettrica à ̈ una tensione o comprende almeno un impulso di corrente.
  13. 13. Metodo di calibrazione secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui le caratteristiche elettriche del resistore calibrabile (2) sono scelte fra la resistenza elettrica e il coefficiente di temperatura.
  14. 14. Metodo di calibrazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-13, comprendente inoltre le fasi di interrompere l'applicazione della grandezza elettrica, misurare una variazione delle caratteristiche elettriche del resistore calibrabile (2) e ripetere l'applicazione della grandezza elettrica.
  15. 15. Metodo di calibrazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-13, in cui misurare una variazione delle caratteristiche elettriche del resistore calibrabile (2) comprende: d) prima di eseguire le fasi a) e b) di applicare una caduta di tensione nulla e di applicare una grandezza elettrica non nulla, polarizzare il circuito integrato 100; e) misurare una grandezza elettrica del circuito integrato; f) scollegare il circuito integrato da sorgenti di alimentazione; g) eseguire le fasi a)-c) di applicare una caduta di tensione nulla, di applicare una grandezza elettrica non nulla e generare un primo ed un secondo flusso di corrente di calibrazione; e h) ripetere le fasi d) di polarizzare ed e) di misurare una grandezza elettrica del circuito integrato fino al raggiungimento di un valore desiderato per detta grandezza elettrica del circuito integrato.
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