应力传感器和用于求取梯度补偿的机械应力分量的方法

摘要

本文描述的创新方案涉及一种基于晶体管的应力传感器，具有带有第一和第二MOS晶体管装置的半导体衬底。第一MOS晶体管装置可以具有第一和第二MOS晶体管，分别带第一和第二源极漏极沟道区，其中第一和第二MOS晶体管相互取向成使得第一源极漏极沟道区中的电流流动方向与第二源极漏极沟道区中的电流流动方向相反。第二MOS晶体管装置可以具有第三和第四MOS晶体管，分别带第三和第四源极漏极沟道区，其中第三和第四MOS晶体管相互取向成使得第三源极漏极沟道区中的电流流动方向与第四源极漏极沟道区中的电流流动方向相反。基于晶体管的应力传感器提供梯度补偿的输出信号，输出信号用于确定作用在半导体衬底上的机械应力分量。

说明书

技术领域

本文描述的创新方案涉及一种布置在半导体衬底上的基于晶体管的应力传感器。该基于晶体管的应力传感器用于确定作用在半导体衬底上的机械应力分量。由于基于晶体管的应力传感器内的各个晶体管具有本文描述的创新布置，可以完全或至少部分地补偿可能影响确定应力分量的参量梯度。因此，本文描述的基于晶体管的应力传感器能够实现对机械应力分量的梯度补偿的确定。本文描述的创新方案还涉及一种用于借助这种基于晶体管的应力传感器来梯度补偿地求取机械应力分量的方法。

背景技术

应力传感器被设计成求取机械应力分量，例如机械剪应力、机械总应力或机械微分应力。本文描述的应力传感器是具有多个晶体管的基于晶体管的应力传感器。根据基于晶体管的应力传感器的输出信号，可以求取机械应力分量。

该输出信号可以被不期望的效应叠加，所述不期望的效应可能导致在确定应力分量时的不精确性。不随时间变化的静态效果可以用相对简单的手段来补偿。相反，时间上可变的效应(其大小随时间变化)明显更难补偿。因此，在电子电路元件中随着不断老化经常出现所谓的老化效应，所述老化效应可能导致不期望的特性。然而，这种老化效应只能被困难地校准或补偿。

特定参量的时间变化可以用梯度来描述。梯度例如可以说明相应参量的相应时间变化的方向和数值。例如，热源随着电流供应的增加而产生增加的热量。这种增加的热量可以用热梯度表示。

该时间上可变的基于梯度的效应以不期望的方式影响应力传感器的输出信号，也就是说，使应力传感器的输出信号失真。更一般地说，应力传感器的输出信号在存在一个或多个梯度的情况下通过相应的梯度的方向和/或数值不期望地被影响或失真。因此，例如在热梯度存在的情况下随着热量增加获得应力传感器的越来越失真的输出信号。

因此期望提供一种应力传感器，该应力传感器提供梯度补偿的输出信号，使得输出信号基本无梯度。待补偿的梯度优选是一阶梯度。

这种基于梯度的效应可能具有不同的原因。热梯度例如可以根据可变的加热功率改变。但是也存在布局梯度，布局梯度可以根据电路在半导体衬底上的相应布局而改变。可能由于塑料壳体中的变化的全局应力而出现的变化的不均匀应力效应也不期望地影响确定机械应力分量。对此包括例如可变的全局应力，全局应力可能由于封装过程本身、由于潮湿或者由于焊接而引起。

基于晶体管的应力传感器可以优选地是集成到半导体衬底中作为电路装置一部分的电路。集成电路装置或集成电路(IC＝集成电路)通常安装在壳体中，以保护敏感的集成电路装置免受环境影响。然而在此作为不期望的副作用观察到的是，将集成电路装置安置和安装在壳体中已经能将显著的机械应力施加到半导体材料上、并且因此施加到集成电路装置的半导体衬底上。这尤其适用于低成本的、设计为批量产品的壳体形状，例如对于适用于这样的壳体形状：其中集成电路装置由浇注料注塑包封。

通过在半导体材料中的不同的压电效应，例如通过压阻效应、压电MOS效应、压电结效应、压电霍尔效应和压电隧道效应，通过集成电路装置的起作用的机械应力也影响集成电路装置的重要电气参数或电子参数。在此，在进一步说明的上下文中，“压电效应”一般被称为：在半导体材料中的机械应力的影响下，集成在半导体材料中的电路装置的电气参数或者电子参数的改变。

半导体材料中的机械应力导致电荷载流子的性质关于电荷载流子传输方面而改变，该性质诸如是迁移率、碰撞时间、散射因子、霍尔常数等。一般而言，压阻效应表明在机械应力的影响下相应半导体材料的电阻率。此外，由压电结效应引起二极管和双极晶体管的特征曲线变化。压电霍尔效应描述半导体材料的霍尔常数与半导体材料中的机械应力状态的相关性。压电隧道效应发生在反向驱动、高掺杂、平坦的横向pn结处。该电流由带间隧道效应主导并且同样与应力相关。压阻效应和有时在文献中出现的表达“压电MOS效应”可以归类为相同的，因为在压电MOS效应的情况下基本与在压阻效应的情况下完全一样的是：在集成电路芯片的半导体材料中的机械应力的影响下，MOS场效应晶体管的MOS沟道中的电荷载流子的迁移率发生变化。

因此明显的是，由于在集成电路装置的半导体材料中存在机械应力，集成电路装置的电气或电子特性不能以可预测的方式改变或受到影响。在许多情况下，集成电路装置的性能(表现或参数)的降低可以例如以控制范围、分辨率、带宽、电流消耗或精度等减退的形式来观察。

尤其，上面所说明的压阻效应说明了相应的半导体材料的比欧姆电阻在机械应力张量和压阻系数的影响下表现如何。在集成电路装置(IC)中，相应的电流I，例如控制电流、参考电流等，通过半导体芯片上的集成电路装置的电路元件来产生。在此，基本在具有电阻值R的集成电阻上产生限定的电压U，并且将电流I耦联输出。因此，电流I通常可以在每个电阻元件处产生，例如也可以在处于线性运行范围中的MOS场效应晶体管处产生。电压U例如可以通过已知的带隙原理关于半导体材料中的机械应力相对恒定地产生(除了对所产生的带隙电压的相对小的压电结效应外)。然而，电阻值R经受压阻效应。由于半导体材料中的机械应力通过集成电路装置的壳体以很难控制的方式对半导体电路芯片产生作用，所以用于产生电流I的电阻值R以及由此产生的电流I以不期望和不可预测的方式改变。

关于前述的压电效应，应注意，定义在半导体材料中出现的机械应力的系数是所谓的“张量”，这意味着，电阻元件的电阻值R不仅通过在半导体材料中的机械应力的强度、而且也通过在半导体材料中的应力的方向而改变。半导体材料中机械应力的方向相关性适用于大多使用的用于p掺杂和n掺杂的电阻Rp、Rn的{100}硅材料。此外应注意，{100}晶片和{001}晶片出于对称原因在立方晶体中彼此对应。

下面现在简短地阐述，至今为止如何尝试减小上述干扰性的压电影响。例如，在{100}硅材料中，如果可能，可以通过使用p掺杂电阻代替n掺杂电阻来降低集成电阻的机械应力相关性，因为p掺杂集成电阻通常具有较小的压电系数。

此外，两个名义上大小相等的电阻可以在布局中彼此垂直并且以彼此间的小距离布置、并且以串联或并联的方式电连接(所谓的L布局)。由此，总电阻尽可能与半导体材料中的机械应力的方向无关并且因此尽可能可再现。同时，这种布置的压电灵敏度对于机械应力的任意方向也变得最小。

此外，正在努力设计IC壳体，以使得半导体电路芯片上的机械应力变得更可再现。为此，要么可以使用更昂贵的陶瓷壳体，要么将壳体部件、也就是说半导体电路芯片、连接线框架(引线框架)、浇注料、粘合剂材料或焊料材料的机械参数彼此协调成，使得不同壳体部件的影响在最大程度上得到补偿、或者关于集成电路装置在运行期间的无安装和应力负荷至少尽可能恒定。但是应当清楚的是，壳体部件的机械参数的协调是极其耗费成本的，并且此外处理流程的最小改变又导致不同壳体部件的影响改变。

从上述实施方案中清楚的是，由于半导体材料中的机械应力，可能通过不同的压电效应引起对半导体电路芯片上的集成电路装置的半导体结构元件的物理功能参数的不期望的且难以控制的影响。在此，补偿压电效应对半导体结构元件的物理和电子功能参数的影响是有问题的，这是因为半导体材料中出现的应力分量通常既不事先已知也不在使用寿命期间保持恒定，使得在将集成电路装置安置在壳体中、即例如半导体芯片、连接线框架、浇注料、粘合剂或焊料的材料中时，为了适当地控制对半导体材料的上述压电影响并且因此控制对半导体结构元件的电子和物理功能参数的上述压电影响，机械参数仅可以困难地彼此协调或完全不能彼此协调。

发明内容

由此出发，存在对用于补偿对集成电路装置的压电影响的改进的方案的需求。该需求通过根据本发明的装置和方法来满足。在一些情况下，有利的改进方案是以下内容。

根据本文描述的方案，提出了一种基于晶体管的应力传感器。该应力传感器具有半导体衬底，该半导体衬底具有第一MOS晶体管装置和第二MOS晶体管装置。这两个MOS晶体管装置布置在半导体衬底的衬底平面中，并且优选地结构化或集成在半导体衬底中。第一MOS晶体管装置具有带有第一源极漏极沟道区的第一MOS晶体管和带有第二源极漏极沟道区的第二MOS晶体管。第一MOS晶体管和第二MOS晶体管在衬底平面中相互取向成，使得第一源极漏极沟道区中的电流流动方向与第二源极漏极沟道区中的电流流动方向相反。也就是说，两个电流流动方向彼此错开180°。第二MOS晶体管装置具有带有第三源极漏极沟道区的第三MOS晶体管和带有第四源极漏极沟道区的第四MOS晶体管。第三MOS晶体管和第四MOS晶体管在衬底平面中相互取向成，使得第三源极漏极沟道区中的电流流动方向与第四源极漏极沟道区中的电流流动方向相反。由于各个晶体管相对于彼此的这种布置，基于晶体管的应力传感器可以提供梯度补偿的输出信号，该输出信号用于确定作用在半导体衬底上的机械应力分量。

根据本文描述的创新方案，还提出了一种用于梯度补偿地确定作用于半导体衬底的至少一个机械应力分量的方法，其中，根据本文描述的创新方案，可以借助基于晶体管的应力传感器来确定该机械应力分量。该方法还包括将输入信号施加到基于晶体管的应力传感器，以及分接基于晶体管的应力传感器的梯度补偿的输出信号。该方法还包括比较梯度补偿的输出信号与参考信号，其中，相对于所述参考信号的偏差定义了用于待确定的机械应力分量的量度。此外，该方法包括基于梯度补偿输出信号和参考信号之间的差值确定偏差的数值。备选地或附加地，可以基于输出信号和参考信号之间的倍数比(faktoriellen

此外，根据本文描述的创新方案，提出了一种具有至少两个基于晶体管的应力传感器的应力测量装置。该至少两个基于晶体管的应力传感器中的第一基于晶体管的应力传感器提供梯度补偿的第一输出信号，该梯度补偿的第一输出信号用于确定作用在半导体衬底上的第一机械应力分量。该至少两个基于晶体管的应力传感器中的第二基于晶体管的应力传感器提供第二梯度补偿的输出信号，该第二梯度补偿的输出信号用于确定作用在半导体衬底上的第二机械应力分量。第一基于晶体管的应力传感器被布置在半导体衬底的第一衬底区中。第二基于晶体管的应力传感器被布置在半导体衬底的与第一衬底区不同并且在空间上分离的第二衬底区中。该应力测量装置被设计成，基于梯度补偿的第一和第二输出信号来求取作用于半导体衬底上的机械总应力。

附图说明

一些实施例在附图中示例性地示出并且在下面被阐述。示出了：

图1A-1C示出半导体材料的平面(晶片平面)中的结晶方向的一般定义，

图2示出归因于梯度效应的应力分量的可能的源的示意概览，

图3是根据实施例的处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图4是根据实施例的处于0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图5是根据实施例的处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图6是根据实施例的处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图7是根据实施例的处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的等效电路图，

图8是根据实施例的处于0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的等效电路图，

图9A是根据实施例的处于0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图9B是根据实施例的处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图10是根据另外的实施例的基于晶体管的应力传感器的示意图，该应力传感器在0°/90°配置中具有带有共同的漏极端子的分开的(p-MOS)的晶体管，

图11是图10的基于晶体管的应力传感器的等效电路图，

图12是图10的基于晶体管的应力传感器的简化的等效电路图，

图13是根据实施例的基于晶体管的应力传感器的示意图，该应力传感器具有在0°/90°配置中的级联电路，该级联电路具有分开的(p-MOS)晶体管和带有共同的漏极端子的级联，

图14是图13的基于晶体管的应力传感器的等效电路图，

图15是图13的基于晶体管的应力传感器的简化的等效电路图，

图16是根据另外的实施例的具有处于0°/90°配置的级联电路的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图17是根据实施例的具有基于电压的评估电路的在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图18是根据实施例的具有基于电流的评估电路的在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图19是根据实施例的用于确定机械应力分量的在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图20是根据实施例的具有基于电压的评估电路的在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图21是根据实施例的具有基于电流的评估电路的在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图22是根据实施例的用于确定机械应力分量的在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图23是根据实施例的具有共模控制的调节器的在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器的电路图，

图24A是根据实施例的具有星形连接的晶体管的在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，

图24B是根据实施例的具有晶体管的节省位置的备选互连的处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器的示意图，并且

图25是根据实施例的具有至少两个基于晶体管的应力传感器的应力测量装置的示意图。

具体实施方式

下面参考附图更详细描述实施例，其中，具有相同或相似功能的元件设置有相同的附图标记。

以框图示出并且参考框图解释的方法步骤也能够以不同于所示出或描述的顺序来实施。此外，涉及装置的特定特征的方法步骤可以与装置的该相同特征互换，反之亦然。

只要在此谈及特定参量的补偿，例如梯度补偿，那么在此可以理解为该参量(例如梯度)的部分补偿，这基本等同于该参量的减小。但是也可以理解为对该参量的完全补偿，从而该参量变得可以忽略不计得小，直至为零。

在下面的实施例中描述了一种半导体衬底，其中，例如硅或者锗、砷化镓(GaAs)、InSb、InP等可以被用作半导体材料。

此外，以下将描述MOS晶体管装置，其中，这些MOS晶体管装置中的每个MOS晶体管装置都可以各自具有两个或更多个单独的晶体管。仅为了清楚起见，在以下附图中为每个MOS晶体管装置分别示出两个单个晶体管。然而，这仅被视为示例性的，并且当然不排除MOS晶体管装置也可以具有多于在此示出的两个单个晶体管。

为了简化对用于梯度补偿的应力测量的基于晶体管的应力传感器的以下详细描述的理解，现在首先借助图1A至图1C鉴于所用半导体材料和在其上的关于半导体材料的晶体取向的预设方向，说明以下所用定义。

为了制造集成电路，从单晶棒锯切半导体晶片，例如硅晶片或硅盘，使得晶片表面配设该结晶平面。为了在立方晶体中确定各个平面，在此使用所谓的“米勒指数”。例如，图1A示出在(100)平面中切割的半导体晶片的俯视图。

此外，在图1A至图1C中，在晶片平面中标出结晶的主要方向，其中，硅晶片的制造商通常在硅片上设置所谓的“初级平面”。同样地，也可以使用切口或类似物来标识。因此，这种切口在本公开的范围内应当同样地理解为初级平面。通常，电路结构的矩形几何形状的边缘在半导体芯片上平行于或垂直于初级平面延伸。

在图1A中尤其示出在半导体晶片的平面中的结晶方向或轴线，其中，这些在下面用方括号示出。坐标系通常被使用以使[110]方向垂直于或正交于初级平面延伸，而

此外，限定了关于[110]方向的角度Φ，其中，在晶片上侧的俯视图中，角度Φ逆时针地从[110]方向开始计数。通常，各个芯片在晶片上被定位成使得方向Φ＝0°和Φ＝90°分别对应于IC垂直方向或水平方向，其中，这些方向可以根据IC是直立的还是卧式的而互换。此外，下面将方向Φ＝90°表示为x轴

假设x轴与晶体方向

由于在大多数半导体集成电路装置应用情况中使用了{100}硅材料，所以为了便于说明和由于特殊的实际意义，以下实施方案主要参考了{100}硅材料的数值，这些数值对于该材料意义重大。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，相应地也可以使用其他半导体材料也或者其他硅材料。

机械张力也称为机械应力。该机械应力是张量参量，并且表示在机械负荷作用下作用在刚性主体内的单位面积力。该力可以通过切割刚性主体来产生。理论上，该力必须施加在截面上，以便将主体保持在相同的负荷下。

图1C示出从刚性主体切出的小块。如可看到的那样，主体的这种切割可以具有不同的取向，这又影响在截面处的力。也就是说，力(该力是矢量)也取决于切割的取向。因此，这个力(即，机械应力)也具有多于三个的自由度。所示出的块具有分别平行于x轴、y轴和z轴的截面。在每个截面上的力可以分解成单独分量，这些单独分量分别在x、y和z方向上指向。在每个截面上，存在垂直于该面的分量：这是法向应力分量(也或者：法向应力分量)σ

根据正负符号，法向应力可以是压缩应力或拉伸应力。法向应力垂直于坐标面作用，也就是说，法线方向和作用方向一致。剪应力与面相切地作用并且表示剪切负荷。

总共存在九个分量，具体是三个截面，每个截面具有一个法向应力分量和两个剪应力分量。在相对的区(即，具有在负x、y、z方向上的法向矢量的负平面)处的力是相同的，但具有负号。如果将力平衡或力矩平衡应用到在图1C中描绘的块上，则可以看到，如果剪应力的下标调换，剪应力是相同的：σ

通常不必同时观察所有六个应力分量，因为在微电子封装的情况下通常使用所谓的层叠体，所述层叠体在x、y方向上的横向延伸明显大于其在z方向上的厚度(也参见图1B)。

如开头提到的那样，基于梯度的效应引起用于本文所述基于晶体管的应力传感器的时间上可变的干扰参量，这导致不精确的或者说失真的输出信号。图2示出用于显示这样的基于梯度的干扰参量及其可能的原因的示意概览。

图2示例性地示出根据本文描述的创新方案的基于晶体管的应力传感器10的相对于彼此布置成L形的两个晶体管1、2。基于晶体管的应力传感器10布置在半导体衬底上或集成在半导体衬底中，并且响应于作用在半导体衬底上的机械应力来改变其输出信号。在此期望的是，测量实际上从外部作用到半导体衬底上的瞬时机械应力。然而，也出现不期望的应力分量，其不应被一起测量。

在此，不期望的静态应力分量可以相对简单地被补偿，例如通过一次性校准。而时间上可变的不期望的应力分量仅能够困难地被补偿。这些时间上可变的应力分量可以由梯度来描述。梯度尤其可以描述不均匀的应力。例如，热源(例如，电路)100可以存在于半导体衬底上，随着运行持续时间的增加，所述热源输出越来越多的热。这可以由热梯度200表示。该热梯度以不期望的方式影响基于晶体管的应力传感器的输出信号，因为热梯度引起的应力不应被一起测量。

同样，不期望的机械梯度400可能以不期望的方式影响基于晶体管的应力传感器的输出信号。因此，一些衬底具有所谓的“深沟槽”300。在这些“深沟槽”300的紧邻处，存在不期望的机械应力，然而，不应利用基于晶体管的应力传感器来测量该机械应力。随着与这些“深沟槽”300的距离增加，由此生成的机械应力的数值也减小。因此，存在机械梯度400，该机械梯度根据与深沟槽300的距离来改变其数值。

其他可想到的机械梯度500例如可以通过特定的布局效应引起。例如，在沟槽隔离(浅沟槽隔离-STI)的情况下，创建深沟槽会导致机械应力随着距沟槽距离的增加而降低。因此，在此也再次出现机械梯度，所述机械梯度不应被本文描述的基于晶体管的应力传感器一起测量。

因此，本文描述的基于晶体管的应力传感器应当被设计成仅测量实际从外部作用在半导体衬底(应力传感器布置在其上)上的应力。而基于梯度的效应不应被一起测量。基于本文描述的创新性的基于晶体管的应力传感器的各个晶体管的布置，可能获得梯度补偿的输出信号，并且在最佳情况下获得几乎没有梯度的输出信号。在此，尤其可以补偿一阶梯度。属于此的还有热梯度、机械应力梯度、布局梯度以及老化效应。

换言之，本文描述的创新方案创建了基于MOS晶体管的应力传感器，该应力传感器被设计成尤其补偿一阶热应力(非均匀应力)和与布局相关的梯度。在下文中，将参照附图在结构上更详细地描述基于晶体管的应力传感器。

图3示出根据本文描述的创新方案的基于晶体管的应力传感器10的示意图。基于晶体管的应力传感器10具有带有第一MOS晶体管装置11和第二MOS晶体管装置12的半导体衬底20。

第一MOS晶体管装置11具有第一MOS晶体管1。第一MOS晶体管1具有源极区21和漏极区22。栅极区23处于源极区21和漏极区22之间。如果电流被施加在第一MOS晶体管1上，则该电流从源极区21流到漏极区22，使得出现第一电流流动方向24。在源极区21和漏极区22之间的区域(电流沿着该电流流动方向24在该区域中流动)在此也可以被称为源极漏极沟道区。因此，在第一MOS晶体管1的当前情况下，该区域可以是第一源极漏极沟道区23。

第一MOS晶体管装置11还具有第二MOS晶体管2。与前述的第一MOS晶体管1一样，第二MOS晶体管2具有源极区31和漏极区32。第二源极漏极沟道区33处于源极区31和漏极区32之间。如果电流被施加在第二MOS晶体管2上，则该电流从源极区31流到漏极区32，使得在第二源极漏极沟道区33中设置第二电流流动方向34。

根据本文描述的创新方案，第一MOS晶体管1和第二MOS晶体管2相互取向或在半导体衬底20上被布置或定位成，使得在第一MOS晶体管1的第一源极漏极沟道区23中的第一电流流动方向24与在第二MOS晶体管2的第二源极漏极沟道区33中的第二电流流动方向34相反。也就是说，第一MOS晶体管1在衬底平面中相对于第二MOS晶体管2旋转180°。

第二MOS晶体管装置12具有带有第三源极漏极沟道区43的第三MOS晶体管3和带有第四源极漏极沟道区53的第四MOS晶体管4。

也就是说，第三MOS晶体管3具有源极区41和漏极区42。上述第三源极漏极沟道区43处于源极区41和漏极区42之间。如果电流被施加在第三MOS晶体管3上，则该电流从源极区41流到漏极区42，使得在第三源极漏极沟道区43中设置图中所示的第三电流流动方向44。

与前述MOS晶体管1、2、3一样，第四MOS晶体管4具有源极区51和漏极区52。上述第四源极漏极沟道区53处于源极区51和漏极区52之间。如果电流被施加在第四MOS晶体管4上，则该电流从源极区51流到漏极区52，使得在第四源极漏极沟道区53中设置图中所示的第四电流流动方向54。

根据本文描述的创新方案，第三MOS晶体管3和第四MOS晶体管4相互取向或在半导体衬底20上被布置或定位成，使得在第三MOS晶体管3的第三源极漏极沟道区43中的第三电流流动方向44与在第四MOS晶体管4的第四源极漏极沟道区53中的第四电流流动方向54相反。也就是说，第三MOS晶体管3在衬底平面中相对于第四MOS晶体管4旋转180°。

各个晶体管1、2、3、4相对于彼此的这种布置使得基于晶体管的应力传感器10提供梯度补偿的输出信号。该梯度补偿的输出信号可以被用于确定作用于半导体衬底20上的机械应力分量。这可以在为此设置的评估电路中进行，这将在后面更详细地解释。

如在开始时已经阐述的，可能源自不同源的梯度可以作用在半导体衬底上。这些梯度导致可以由各个晶体管1、2、3、4测量的机械应力。然而因为该基于梯度的机械应力在实际的应力测量中并不被注意，所以这样的基于梯度的应力会导致错误的或不精确的测量。

然而，利用各个晶体管1、2、3、4彼此间的本文描述的布置，可以补偿这样的基于梯度的应力。如前所述，各个MOS晶体管1、2、3、4在MOS晶体管装置11、12内彼此相对地布置，也就是说分别在衬底平面内彼此旋转180°。由此，基于梯度的机械应力进入具有正号的晶体管中，同时恰好该基于梯度的机械应力进入另一具有相同的数值但是负号的(分别旋转180°的)晶体管中。因此，如果例如正在考虑第一MOS晶体管装置11的第一MOS晶体管1和第二MOS晶体管2，则第一MOS晶体管1测量具有第一正负符号(例如，正号)的基于梯度的机械应力，并且第二MOS晶体管2测量具有相同数值但是具有与第一正负符号互补的第二正负符号(例如，负号)的同样的基于梯度的机械应力。由此可以说内在地补偿了不期望的基于梯度的机械应力。

当然，这同样也相应地适用于第二MOS晶体管装置12中的第三晶体管3和第四晶体管4。

基于晶体管的应力传感器10关于各个晶体管1、2、3、4彼此间的相对布置还具有另外的特点。更确切地说，各个晶体管1、2、3、4在衬底平面中相对于彼此以特定角度被布置在半导体衬底20上。为了进行说明，在图3的右下方再次描绘了之前描述的米勒指数。

第一MOS晶体管装置11的晶体管1、2在衬底平面中分别以Φ

这些角度说明又涉及初级平面，更准确地说，涉及初级平面的法线。在该示例中，角度说明与[110]方向上的负y轴相关。

晶体管1、2、3、4的取向可以最佳地借助其相应的电流流动方向24、34、44、54来描述。因此，例如第一晶体管1布置在衬底平面中，使得其电流流动方向24在第一源极漏极沟道区23中以相对于半导体衬底20的初级平面的法线的第一角度(Φ

第三晶体管3布置在衬底平面中，使得其在第三源极漏极沟道区43中的电流流动方向44以相对于半导体衬底20的初级平面的法线的第二角度(Φ

因此，与各个晶体管1、2、3、4彼此的之前所描述的取向组合，第一角度Φ

在图3中描绘的基于晶体管的应力传感器10可以基于先前描述的各个晶体管1、2、3、4彼此的布置而被特别地设计成确定作用于半导体衬底20上的机械剪应力分量σ

优选地，在此，第一MOS晶体管装置11的第一MOS晶体管1和第二MOS晶体管2以及第二MOS晶体管装置12的第三MOS晶体管3和第四MOS晶体管4可以分别是n沟道型的。如果MOS晶体管装置11、12应该具有多于在此纯示例性示出的分别两个单个晶体管1、2、3、4，那么所有这些单个晶体管可以是n沟道型的。

图4示出根据本文描述的创新方案的基于晶体管的应力传感器10的备选实施方式。该结构基本与先前参照图3描述的基于晶体管的应力传感器10相同，因此以上所有内容也相应地适用于图4中示出的应力传感器10。

然而，一个区别在于晶体管1、2、3、4在衬底平面中关于初级平面的布置。在图4中示出的应力传感器10中，第一MOS晶体管装置11的晶体管1、2分别以第一角度Φ

这些角度说明在此也再次涉及初级平面，更准确地说，涉及初级平面的法线。在该示例中，角度说明再次与[110]方向上的负y轴相关。

在图4中描绘的基于晶体管的应力传感器10可以由于先前描述的各个晶体管1、2、3、4彼此的布置而特别地被设计成确定作用于半导体衬底20上的机械应力分量差σ

优选地，在此，第一MOS晶体管装置11的第一MOS晶体管1和第二MOS晶体管2以及第二MOS晶体管装置12的第三MOS晶体管3和第四MOS晶体管4可以分别是p沟道型的。如果MOS晶体管装置11、12应该具有多于在此纯示例性示出的分别两个单个晶体管1、2、3、4，那么所有这些单个晶体管可以是p沟道型的。

总体上因此可以确定的是，在图3中描绘的基于晶体管的应力传感器10可以尤其被设计成确定作用于半导体衬底20上的机械剪应力分量σ

在这两种情况下，基于晶体管的应力传感器10可以提供梯度补偿的输出信号，这进而是由于相应MOS晶体管装置11、12的相应单个晶体管1、2、3、4的电流流动方向分别彼此相反地取向，这引起各个基于梯度的应力输入的内在补偿。

在结构上看，因此不仅在图3中而且在图4中示出的实施例中，第一MOS晶体管装置11可以以相对于第二MOS晶体管装置12错开90°的方式布置。各个晶体管1、2、3、4在此可以相互取向成，使得每个晶体管与其相应的直接相邻的晶体管(不仅在顺时针方向上而且在逆时针方向上)错开90°。这也再次参考在相应的晶体管1、2、3、4的相应的源极漏极沟道区23、33、43、53中的电流流动方向24、34、44、54。

图5示出基于晶体管的应力传感器10的另外的示例。如这里所示，与之前参照图3和图4描述的实施例相比，各个晶体管1、2、3、4的相应的漏极区22、32、42、52和相应的源极区21、31、41、51也可以反过来布置，即旋转180°。因此，得到与图3和图4相比相反取向的电流流动方向。然而，基于晶体管的应力传感器10的上述功能原理保持不变。

如在图5中可以看到的，第一MOS晶体管装置11的晶体管1、2的漏极区22、32可以彼此互连。同样，第二MOS晶体管装置12的晶体管3、4的漏极区42、52可以彼此互连。所有晶体管1、2、3、4的源极区21、31、41、51可以处于共同的电位上。

图6示出如先前参考图3所描述的基于晶体管的应力传感器10的电路图，但是以关于衬底平面中的米勒指数的可想到的备选标记说明。在所示出的电路中绘出了各个晶体管1、2、3、4以及其各自的漏极区(drain1、drain2、drain3、drain4)。因此，产生从相应的晶体管1、2、3、4的相应源极区到相应漏极区的相对应的电流流动方向。在该电路中也可以看出，第一晶体管1和第二晶体管2的相对应的电流流动方向分别相反地取向，并且第三晶体管3和第四晶体管4的电流流动方向同样分别相反地取向。

在该示例中，第二晶体管2可以旋转-45°的角度并且第三晶体管3可以相对初级平面的法线(例如，负y轴)旋转+45°的角度。因此，相对第二晶体管2旋转180°的第一晶体管1然后将相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转-45°+180°＝+135°的角度，并且相对第三晶体管3旋转180°的第四晶体管4将相对初级平面的法线(对于例如负y轴)旋转+45°+180°＝+225°的角度。

因此，该标记也同样是可以考虑的。然而，如果保留图3中使用的标记，可以说第一晶体管1相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转-45°，并且第二晶体管2相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转-45°(+180°)，并且第三晶体管3相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转+45°，并且第四晶体管4相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转+45°(+180°)。因此，可以说，第一MOS晶体管装置11相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转第一角度Φ

因此，最终获得图3中所示的基于晶体管的应力传感器10的等效电路图，该应力传感器基于各个晶体管1、2、3、4彼此的布置尤其被设计成确定作用于半导体衬底20上的机械剪应力分量σ

图7示出根据图6的这种基于晶体管的应力传感器10的简化等效电路图。在此，代替各个晶体管1、2、3、4，仅绘出两个MOS晶体管装置11、12。

所示出的第一MOS晶体管装置11具有第一晶体管1和第二晶体管2，所述第一晶体管和第二晶体管分别旋转-45°(或-45°+180°)。因此，第一MOS晶体管装置11在此仅以-45°给出。所示出的第二MOS晶体管装置12具有第三晶体管3和第四晶体管4，所述第三晶体管和第四晶体管分别旋转+45°(或+45°+180°)。因此，第二MOS晶体管装置12在此仅以+45°给出。

图8又示出如先前参考图4所描述的基于晶体管的应力传感器10的简化等效电路图。这里，第一MOS晶体管装置11相对初级平面的法线(例如负y轴)旋转第一角度Φ

在图8中的简化等效电路图中示出的基于晶体管的应力传感器10基于各个晶体管1、2、3、4的布置而尤其被设计成确定作用于半导体衬底20上的机械应力分量差σ

在下文中，描述了可以根据本文描述的创新方案在基于晶体管的应力传感器10中使用的各个晶体管的可想到的设计方案。此外，在此以MOS晶体管装置的+/-45°配置为例所描述的所有内容以相同的方式也相应地适用于具有0°/90°配置的MOS晶体管装置，并且反之亦然。此外，在此以n-MOS晶体管为例所描述的所有内容都同样适用于p-MOS晶体管，并且反之亦然。

例如，图9A示出具有第一MOS晶体管装置11和第二MOS晶体管装置12的基于晶体管的应力传感器10，其中，两个MOS晶体管装置11、12分别具有分开的晶体管1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B。

因此，例如先前描述的第一晶体管1可以被实施为两部分，其中，所述第一晶体管1具有第一晶体管部分1A和第二晶体管部分1B。在此，第一晶体管部分1A和第二晶体管部分1B可以共享漏极区，其中，也就是说，第一晶体管部分1A所属的漏极子区52A可以与第二晶体管部分1B所属的漏极子区52B电连接。

这同样适用于同样可以两部分实施的前述的第二、第三和第四晶体管2、3、4。原则上，第一MOS晶体管装置11的晶体管(或晶体管部分)的所有漏极区(或漏极子区)可以互相连接。同样地，第二MOS晶体管装置12的晶体管(或晶体管部分)的所有漏极区(或漏极子区)可以互相连接。

图9B示出基于晶体管的应力传感器10，其具有两个MOS晶体管装置11、12的类似布置。然而，一个区别在于，各个晶体管(或晶体管部分)替代之前所描述的0°/90°配置而在此以+/-45°配置布置。

图10示出根据本文描述的创新方案的基于晶体管的应力传感器10的另外的可以想到的实施例。在此，每两个晶体管互相连接，其中，每两个晶体管共享共同的漏极区。

例如，第一MOS晶体管装置11可以具有与第一MOS晶体管1共享共同的漏极区22的第五MOS晶体管5(参见“drain15”)。

第一MOS晶体管装置11还可以具有与第二MOS晶体管2共享共同的漏极区32的第六MOS晶体管6(参见“drain26”)。

第二MOS晶体管装置12可以具有与第三MOS晶体管3共享共同的漏极区42的第七MOS晶体管7(参见“drain37”)。

第二MOS晶体管装置12还可以具有与第四MOS晶体管4共享共同的漏极区52的第八MOS晶体管8(参见“drain48”)。

图11示出所属的电路图。第一晶体管装置11具有之前所描述的第一、第二、第五和第六晶体管1、2、5、6。第一晶体管1和第五晶体管5共享共同的漏极区15。第二晶体管2和第六晶体管6共享共同的漏极区26。

第二晶体管装置12具有之前所描述的第三、第四、第七和第八晶体管3、4、7、8。第三晶体管3和第七晶体管7共享共同的漏极区37。第四晶体管4和第八晶体管8共享共同的漏极区48。

第四晶体管4和第八晶体管8布置在衬底平面中，使得其电流流动方向(从源极至漏极)分别以相对于半导体衬底20的初级平面的法线的90°角度延伸。第三晶体管3和第七晶体管7布置在衬底平面中，使得其电流流动方向(从源极至漏极)分别以相对于半导体衬底20的初级平面的法线的270°角度延伸。

第一晶体管1和第五晶体管5布置在衬底平面中，使得其电流流动方向(从源极至漏极)分别以相对于半导体衬底20的初级平面的法线的180°角度延伸。第二晶体管2和第六晶体管6布置在衬底平面中，使得其电流流动方向(从源极至漏极)分别以相对于半导体衬底20的初级平面的法线的0°角度延伸。

图12示出图11的简化等效电路图。在此，再次仅示出MOS晶体管装置11、12，其中其相应的单个晶体管被组合。两个MOS晶体管装置11、12在此以0°/90°的配置来布置。然而，同样可以想到的是，两个MOS晶体管装置11、12将以+/-45°配置来布置。

除了目前讨论的实施例外，也可想到具有多个晶体管的级联电路。图13示出具有0°/90°配置的这种可想到的实施例，其中，在此同样原则上再次可想到+/-45°的配置。

图14示出所属的电路图，并且图15示出图13的第一MOS晶体管装置11和第二MOS晶体管装置12的级联电路的相应简化等效电路图。

根据该实施例，第一MOS晶体管装置11可以具有第一晶体管级联电路N1。该第一晶体管级联电路N1又可以具有作为第一基极晶体管的第一晶体管1以及附加的第一级联晶体管1k(参见图14)。第一晶体管1(基极晶体管)与第一级联电路N1中的第一级联晶体管1k互相连接，其中，所述第一晶体管1和附加的第一级联晶体管1k具有共同的源极漏极端子11k。该第一级联电路N1以相对于半导体衬底20的初级平面法线的270°角度布置在衬底平面中。

第一MOS晶体管装置11还可以具有第二晶体管级联电路N2。该第二晶体管级联电路N2又可以具有作为基极晶体管的第二晶体管2以及附加的第二级联晶体管2k。第二晶体管2(基极晶体管)与第二级联电路N2中的第二级联晶体管2k互相连接，其中，第二晶体管2和附加的第二级联晶体管2k具有共同的源极漏极端子22k。该第二级联电路N2以相对于半导体衬底20的初级平面法线的90°角度布置在衬底平面中。

第二MOS晶体管装置12又可以具有第三晶体管级联电路N3。该第三晶体管级联电路N3可以具有作为基极晶体管的第三晶体管3以及附加的第三级联晶体管3k。第三晶体管3(基极晶体管)与第三级联电路N3中的第三级联晶体管3k互相连接，其中，第三晶体管3和附加的第三级联晶体管3k具有共同的源极漏极端子33k。该第三级联电路N3以相对于半导体衬底20的初级平面法线的180°角度布置在衬底平面中。

第二MOS晶体管装置12还可以具有第四晶体管级联电路N4。该第四晶体管级联电路N4又可以具有作为基极晶体管的第四晶体管4以及附加的第四级联晶体管4k。第四晶体管4(基极晶体管)与第四级联电路N4中的第四级联晶体管4k互相连接，其中，第四晶体管4和附加的第四级联晶体管4k具有共同的源极漏极端子44k。该第四级联电路N4以相对于半导体衬底20的初级平面法线的0°角度布置在衬底平面中。

至此描述的具有四个级联电路N1至N4的装置能够形成基于晶体管的应力传感器10的封闭的实施方式。

在图13中所描绘的实施例可以可选地还具有另外的级联电路N5至N8。

例如，第一MOS晶体管装置11可以可选附加地具有第五晶体管级联电路N5。该第五晶体管级联电路N5又可以具有作为基极晶体管的第五晶体管5以及附加的第五级联晶体管5k(参见图14)。第五晶体管5(基极晶体管)与第五级联电路N5中的第五级联晶体管5k互相连接，其中，第五晶体管5和附加的第五级联晶体管5k具有共同的源极漏极端子55k。该第五级联电路N5以相对于半导体衬底20的初级平面法线的270°角度布置在衬底平面中。

第一MOS晶体管装置11可以可选附加地具有第六晶体管级联电路N6。该第六晶体管级联电路N6又可以具有作为基极晶体管的第六晶体管6以及附加的第六级联晶体管6k(参见图14)。第六晶体管6(基极晶体管)与第六级联电路N6中的第六级联晶体管6k互相连接，其中，第六晶体管6和附加的第六级联晶体管6k具有共同的源极漏极端子66k。该第六级联电路N6以相对于半导体衬底20的初级平面法线的90°角度布置在衬底平面中。

第二MOS晶体管装置12可以可选附加地具有第七晶体管级联电路N7。该第七晶体管级联电路N7又可以具有作为基极晶体管的第七晶体管7以及附加的第七级联晶体管7k(参见图14)。第七晶体管7(基极晶体管)与第七级联电路N7中的第七级联晶体管7k互相连接，其中，第七晶体管7和附加的第七级联晶体管7k具有共同的源极漏极端子77k。该第七级联电路N7以相对于半导体衬底20的初级平面法线的0°角度布置在衬底平面中。

第二MOS晶体管装置12还可以可选附加地具有第八晶体管级联电路N8。该第八晶体管级联电路N8又可以具有作为基极晶体管的第八晶体管8以及附加的第八级联晶体管8k(参见图14)。第八晶体管8(基极晶体管)与第八级联电路N8中的第八级联晶体管8k互相连接，其中，第八晶体管8和附加的第八级联晶体管8k具有共同的源极漏极端子88k。该第八级联电路N8以相对于半导体衬底20的初级平面法线的180°角度布置在衬底平面中。

在第一MOS晶体管装置11中，第一级联电路N1和第五级联电路N5可以共享共同的漏极端子(参见“drain15”)。备选地或附加地，在第一MOS晶体管装置11中，第二级联电路N2和第六级联电路N6可以共享共同的漏极端子(参见“drain26”)。

在第二MOS晶体管装置12中，第三级联电路N3和第八级联电路N8可以共享共同的漏极端子(参见“drain38”)。备选地或附加地，在第二MOS晶体管装置12中，第四级联电路N4和第七级联电路N7可以共享共同的漏极端子(参见“drain47”)。

在第一MOS晶体管装置11中，第一级联电路N1和第五级联电路N5可以分别在相同的方向(关于其电流流动方向I15)上取向。此外，第二级联电路N2和第六级联电路N6可以分别在相同的方向(关于其电流流动方向I26)上取向。然而，第一级联电路N1和第五级联电路N5的电流流动方向I15可以与第二级联电路N2和第六级联电路N6的电流流动方向I26相反地取向。

在第二MOS晶体管装置12中，第三级联电路N3和第八级联电路N8可以分别在相同的方向(关于其电流流动方向I38)上取向。此外，第四级联电路N4和第七级联电路N7可以分别在相同的方向(关于其电流流动方向I47)上取向。然而，第三级联电路N3和第八级联电路N8的电流流动方向I38可以与第四级联电路N4和第七级联电路N7的电流流动方向I47相反地取向。

第一MOS晶体管装置11的电流流动方向I38、I47分别垂直于第二MOS晶体管装置12的电流流动方向I15、I26。

图15示出简化的等效电路图，其中，所有基极晶体管用大写字母‘B’表示，并且其中，所有附加的级联晶体管用大写字母‘K’表示。分别共同的源极漏极区用大写字母‘SD’表示。

图16示出基于晶体管的应力传感器10的另外的实施例，其中，第一MOS晶体管装置11和第二MOS晶体管装置12分别具有带有多个晶体管的级联电路。例如，第一晶体管1与多个级联晶体管1k互相连接，其中，各个晶体管1、1k的漏极端子互相连接。同样地，第二晶体管2可以与多个级联晶体管2k互相连接，其中，同样各个晶体管2、2k的漏极端子也互相连接。

这同样适用于第二MOS晶体管装置12。这里，例如第三晶体管3可以与多个级联晶体管3k互相连接，其中相应晶体管3、3k的漏极端子互相连接。同样地，第四晶体管4可以与多个级联晶体管4k互相连接，其中相应晶体管4、4k的漏极端子互相连接。

与图13中所示的级联电路(其中各个晶体管共享共同的漏极区)相比，图16中所示的级联电路中存在单个漏极端子的多个实例，但是这些单个漏极端子可以互连。

图16所示的示例示出0°/90°的配置。然而，同样可以想到的是，两个MOS晶体管装置11、12能够以+/-45°配置来布置。

如在开始时已经提到的，基于晶体管的应力传感器10提供梯度补偿的输出信号，该输出信号用于确定作用在半导体衬底20上的机械应力分量。图17至图23示出评估电路110的可以想到的实施方式，该评估电路被设计成基于相应的应力传感器10的输出信号来确定对应的机械应力分量。

根据这些非限制性实施例，评估电路110可以被设计成将基于晶体管的应力传感器10的梯度补偿的输出信号111与参考信号112进行比较，其中，相对于所述参考信号112的偏差定义了用于待确定的机械应力分量的量度。

参考信号112的数值可以基本对应于基于晶体管的应力传感器10的输入信号114的数值。也就是说，输入信号114和参考信号(应力传感器110的输出信号111与该参考信号比较)可以是相同的大小。

根据可想到的第一实施例，评估电路110可以被设计成，基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的差值来求取偏差的数值。

根据可想到的第二实施例，评估电路110可以被设计成，基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的倍数比来求取偏差的数值。

图17示出用于在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器10的评估电路110的第一实施例。如已经提到的，第一MOS晶体管装置11以及第二MOS晶体管装置12在衬底平面中以+/-45°的角度的布置尤其适于确定机械剪应力分量σ

具有基本恒定偏置电压的输入信号114被引导到基于晶体管的应力传感器10中。基于晶体管的应力传感器10的输出信号111可以与参考信号112进行比较。在该示例中，参考信号112具有1V的恒定电压。该电路110中的恒定电压可以与具有明确定义的温度相关性的电压在借助带隙原理求取其时适配。这使得能够实现所测量的应力电压(输出信号111)的改变的、但是明确定义的温度系数，这例如可以被用于简化的应力补偿电路、计算或算法。

此外，参考信号112的数值可以基本等于被引导到基于晶体管的应力传感器10中的输入信号114的数值。在该示例中，输出信号111相对于参考信号112的偏差为+/-155mV。该偏差对应于作用在半导体衬底20上的机械应力分量的量度(方向和/或数值)。

根据该实施例，评估电路110因此可以被设计成基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的差值(例如+/-155mV)来求取偏差的数值。

然而，同样可以想到的是，评估电路110基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的倍数比来求取偏差的数值。

图18示出用于在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器10的评估电路110的另外的实施例，尤其是用于确定机械剪应力分量σ

具有基本恒定的电流的输入信号114被引导到基于晶体管的应力传感器10中。基于晶体管的应力传感器10的输出信号111可以与参考信号112进行比较。在该示例中，参考信号112具有恒定电流。用作输入信号114或参考信号的恒定电流相对于电压(图17)更好地适合，因为借助于恒定电流能够更好地调节温度系数，以便例如能够实现应力测量和更高的缩放。

参考信号112的数值可以基本等于被引导到基于晶体管的应力传感器10中的输入信号114的数值。输出信号111相对参考信号112的偏差在该示例中为+/-15.5％。该偏差对应于作用在半导体衬底20上的机械应力分量的量度(方向和/或数值)。

应力传感器10的输出信号111和参考信号112都可以被引导到模数转换器(ADC：模数转换器)113中。ADC 113可以被设计成将输出信号111与参考信号112进行比较，并且生成对应数字化的输出信号115，该输出信号代表了要检测的机械应力。

根据该实施例，评估电路110因此可以被设计成基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的倍数比来求取偏差的数值。也就是说，在该示例中，输出信号111相对参考信号112的偏差可以具有因数1.155的倍数比，这对应于15.5％的百分比值。

然而，同样可以想到的是，评估电路110基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的差值来求取偏差的数值。

图19示出基于晶体管的应力传感器10的示意等效电路图，以及处于+/-45°配置中的各个MOS晶体管装置11、12的相应的应力相关性。例如，在图19的左部中描绘的第一MOS晶体管装置11可以在[010]方向上取向，并且在图19的右部中描绘的第二MOS晶体管装置12可以在[100]方向上取向。

两个MOS晶体管装置11、12具有对机械应力的与方向有关的灵敏度。这些灵敏度例如可以根据各个MOS晶体管装置11、12的电阻变化来求取。

例如，沿[010]方向取向的第一MOS晶体管装置11总共具有下列与方向有关的灵敏度(以电阻变化的％表示)：

δR[010]＝-24.4δ

也就是说，在电流流动方向为[010]方向的情况下，第一MOS晶体管装置11的总电阻经历由机械法向应力分量σ

而沿[100]方向取向的第二MOS晶体管装置12总共具有下列与方向有关的灵敏度(以电阻变化的％表示)：

δR[100]＝-24.4δ

也就是说，在电流流动方向为[100]方向的情况下，第二MOS晶体管装置12的总电阻经历由机械法向应力分量σ

如果现在形成这两个与方向有关的电阻变化的总和δR[010]+δR[100]，则所述法向应力分量σ

δR

也就是说，根据本文描述的创新方案，在+/-45°配置中的这种应力传感器10的有效应力相关性大约为

～1-311，2％/GPa x(σ

图20示出用于基于晶体管的应力传感器10的评估电路110的另外的实施例。该实施例基本对应于之前参考图17讨论的实施例。然而，一个区别是第一MOS晶体管装置11和第二MOS晶体管装置12不是如先前以+/-45°配置、而是以0°/90°配置来布置。如已经提到的，第一MOS晶体管装置11以及第二MOS晶体管装置12在衬底平面中以0°/90°的角度的布置尤其适用于确定机械应力分量差σ

具有基本恒定偏置电压的输入信号114被引导到基于晶体管的应力传感器10中。基于晶体管的应力传感器10的输出信号111可以与参考信号112进行比较。在该示例中，参考信号112具有1V的恒定电压。此外，参考信号112的数值可以基本等于被引导到基于晶体管的应力传感器10中的输入信号114的数值。在该示例中，输出信号111相对参考信号112的偏差为+/-414mV。该偏差对应于作用在半导体衬底20上的机械应力分量的量度(方向和/或数值)。

根据该实施例，评估电路110因此可以被设计成基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的差值(例如+/-414mV)来求取偏差的数值。

然而，同样可以想到的是，评估电路110基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的倍数比来求取偏差的数值。

图21示出用于在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器10的评估电路110的另外的实施例，尤其是用于确定机械应力分量差σ

具有基本恒定的电流的输入信号114被引导到基于晶体管的应力传感器10中。基于晶体管的应力传感器10的输出信号111可以与参考信号112进行比较。在该示例中，参考信号112具有恒定电流。此外，参考信号112的数值可以基本等于被引导到基于晶体管的应力传感器10中的输入信号114的数值。在该示例中，输出信号111相对参考信号112的偏差为+/-41％。该偏差对应于作用在半导体衬底20上的机械应力分量的量度(方向和/或数值)。

应力传感器10的输出信号111和参考信号112都可以被引导到模数转换器(ADC：模数转换器)113中。ADC 113可以被设计成将输出信号111与参考信号112进行比较，并且生成对应数字化的输出信号115，该输出信号代表了要检测的机械应力。

根据该实施例，评估电路110因此可以被设计成基于梯度补偿的输出信号111和参考信号112之间的倍数比来求取偏差的数值。也就是说，在该示例中，输出信号111相对参考信号112的偏差可以具有因数1.41的倍数比，这对应于41％的百分比值。

然而，同样可以想到的是，评估电路110基于梯度补偿的输出信号111与参考信号112之间的差值来求取偏差的数值。

图22示出基于晶体管的应力传感器10的示意等效电路图，以及处于0°/90°配置中的各个MOS晶体管装置11、12的相应的应力相关性。例如，第一MOS晶体管装置11可以在

例如，沿

由此对于第一MOS晶体管装置11得出两个法向应力分量在x和y方向上的所谓的总应力

2.8％/GPa x(δ

在x和y方向上的两个法向应力分量的所谓的差应力在第一MOS晶体管装置11中是

-276％/GPa x(δ

此外还出现沿z方向的法向应力分量。法向应力分量是

1.1％/GPa x(δ

而沿[110]方向取向的第二MOS晶体管装置12总共具有下列与方向有关的灵敏度(以电阻变化的％表示)：

δR[110]＝-66.3δ

由此对于第二MOS晶体管装置12得出两个法向应力分量在x和y方向上的所谓的总应力

2.8％/GPa x(δ

在x和y方向上的两个法向应力分量的所谓的差应力在第二MOS晶体管装置12中是

+276％/GPa x(δ

此外还出现沿z方向的法向应力分量。法向应力分量是

1.1％/GPa x(δ

如果现在形成这两个与方向有关的电阻变化的总和

因此，在0°/90°配置中并联的两个应力传感器10的有效μ

～1+2.8％/GPa x(δ

也就是说，根据本文描述的创新方案，在0°/90°配置中的这种应力传感器10的有效应力相关性大约为

～1-276％/GPa x(δ

图23同样以0°/90°配置为例示出评估电路110的另外的实施例。评估电路110具有共模信号控制的调节器59。在此，又可以测量应力传感器10的差分电压。

借助共模信号控制的调节器59可以调节与温度相关的或恒定的共模信号电压。

根据本文描述的创新方案，第一MOS晶体管装置11可以与第二MOS晶体管装置12点对称地布置在衬底上。对称点例如能够是两个MOS晶体管装置11、12的中央的中点。

图24A再次示出迄今为止所讨论的实施例中的一个实施例，其中，晶体管1、2、3、4始终星形地围绕中点50布置。第一MOS晶体管装置11的晶体管1、2在此对置，使得这些晶体管处于共同的第一对称线56上。第二MOS晶体管装置12的晶体管3、4也对置，使得这些晶体管处于共同的第二对称线57上。第一对称线56和第二对称线57彼此垂直。

图24B示出另外的可以想到的设计方案，该设计方案明显更节省位置，并且该设计方案当然与应力传感器10的所有本文描述的设计方案兼容或可组合。在该设计方案中，晶体管1、2、3、4以一种人字形接合类型相互取向。也就是说，仅各个晶体管1、2、3、4的内角部指向中点50的方向。

第一MOS晶体管装置11的第一晶体管1沿着第一对称轴线56A布置，并且第一MOS晶体管装置11的第二晶体管2沿着第二对称轴线56B布置。第一对称轴线56A与第二对称轴线56B平行地、但是在空间上错开地延伸。

第二MOS晶体管装置12的第三晶体管3沿着第三对称轴线57A布置，并且第二MOS晶体管装置12的第四晶体管4沿着第四对称轴线57B布置。第三对称轴线57A与第四对称轴线57B平行地、但是在空间上错开地延伸。

第一MOS晶体管装置11的对称轴线56A、56B垂直于第二MOS晶体管装置12的对称轴线57A、57B。

本文描述的创新方案还涉及一种具有本文描述的类型的至少两个基于晶体管的应力传感器10(10A、10B)的应力测量装置90。

图25示出这样的应力测量装置90的可想到的实施例的示意图以及两个或更多个基于晶体管的应力传感器10A、10B的可能位置。应力测量装置90具有至少一个第一基于晶体管的应力传感器和一个第二基于晶体管的应力传感器。基于晶体管的应力传感器布置在半导体衬底20上或集成到半导体衬底20中。

如在开始提到的，本方案一方面涉及处于+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器，这些应力传感器尤其适合于测量作用在半导体衬底20上的机械剪应力分量σ

在图25的示意图中，在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器由附图标记10A标识。而在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器由附图标记10B标识。

如在开始提到的，应力测量装置90具有至少两个基于晶体管的应力传感器。例如，应力测量装置90可以具有在0°/90°配置中的至少两个基于晶体管的应力传感器10A。备选地或附加地，应力测量装置90例如可以具有在+/-45°配置的至少两个基于晶体管的应力传感器10B。备选地或附加地，应力测量装置90例如可以具有在至少一个在0°/90°配置中的基于晶体管的应力传感器10A和至少一个在+/-45°配置中的基于晶体管的应力传感器10B。

第一应力传感器可以被布置在半导体衬底20的第一衬底区20A中。在此，例如可以涉及在0°/90°配置中的应力传感器10A，该应力传感器沿着半导体衬底20的外边缘20A布置。

在可想到的实施例中，一个或多个另外的应力传感器10A可以在0°/90°的配置中沿着半导体衬底20的一个或多个另外的外边缘20A布置，如这示例性地在图25中示出的那样。例如，第一应力传感器10A

应力差尤其沿着半导体衬底20的外边缘20A出现。因此，用于测量沿着半导体衬底20的一个或多个外边缘20A的应力分量差σ

第二基于晶体管的应力传感器可以布置在半导体衬底20的第二衬底区20B中，该第二衬底区与第一衬底区20A不同并且在空间上与之分离。在此，例如可以涉及在+/-45°配置中的应力传感器10B，该应力传感器布置在半导体衬底20的角部20B中。

在可想到的实施例中，一个或多个另外的应力传感器10B可以在+/-45°配置中布置在半导体衬底20的一个或多个另外的角部20B中，这如示例性地在图25中示出的那样。例如，第一应力传感器10B

剪应力尤其出现在半导体衬底20的角部20B中。因此，用于测量在半导体衬底20的一个或多个角部20B中的剪应力分量σ

该至少两个基于晶体管的应力传感器10A、10B中的第一基于晶体管的应力传感器提供梯度补偿的第一输出信号，该梯度补偿的第一输出信号用于确定作用在半导体衬底20上的第一机械应力分量。

该至少两个基于晶体管的应力传感器10A、10B中的第二基于晶体管的应力传感器提供第二梯度补偿的输出信号，该第二梯度补偿的输出信号用于确定作用在半导体衬底20上的第二机械应力分量。

该应力测量装置90被设计成，基于梯度补偿的第一和第二输出信号来求取作用于半导体衬底20上的机械总应力。

传统的应力测量装置通常仅具有处于半导体衬底20的中心处的单个应力传感器。而具有至少两个布置在不同的衬底区20A、20B中的应力传感器10A、10B的本文描述的应力测量装置90能够提供明显更准确的结果。

例如可以在半导体衬底20的一个、多个或所有角部20B中布置各一个应力传感器10B，其中，这些应力传感器10B中的每个应力传感器如前所述提供梯度补偿的输出信号。应力测量装置90现在可以将所有这些单个梯度补偿的输出信号彼此组合，以便求取作用于半导体衬底20上的总应力，并且在此尤其是剪应力指示的总应力。

备选地或附加地，可以沿着半导体衬底20的一个、多个或所有外边缘20A布置各一个应力传感器10A，其中，这些应力传感器10A中的每个应力传感器如前所述提供梯度补偿的输出信号。应力测量装置90现在可以将所有这些单个梯度补偿的输出信号彼此组合，以便求取作用于半导体衬底20上的总应力，并且在此尤其是应力差。

尤其在沿着外边缘20A布置的在0°/90°配置中的应力传感器10A的情况下，有利的可以是，这些应力传感器居中地布置在相应的外边缘20A处。也就是说，当考虑外边缘20A的总长度时，应力传感器10A可以被布置在相应外边缘20A的一半长度上。一半长度的±10％至±20％的偏差(即，外边缘的中心)是可容忍的并且在权利要求的范围内。

因此，总而言之，本文描述的方案提出了一个或多个基于晶体管的应力传感器10。这些应力传感器尤其被设计用于求取剪应力引起的应力(具有n-MOS晶体管的0°/90°配置)或应力差(具有p-MOS晶体管的±45°配置)。

这些应力信息允许对相应的应力分量进行外部补偿(例如在微处理器中)，以便在安装在半导体衬底上的部件的整个寿命期间实现更高的精度和改善的稳定性。

例如，借助于应力传感器10确定的剪应力引起的应力尤其可以用于补偿(布置在相同半导体衬底20上的)垂直霍尔板中的正交误差的应力相关性。

而借助应力传感器10确定的应力差尤其可以用于补偿在振荡器和带隙中的应力相关性以及在霍尔电压传感器(其布置在相同的半导体衬底20上)中的剩余应力相关性。

一般地，可借助于应力传感器10求取的应力信息能用于提高下列部件的精度：

·基于霍尔电压的角度传感器

·LinHal传感器扩展

·AMR和基于霍尔电压的功能安全角度传感器

·3D传感器衍生物

·精确的电压测量IC(电池监控)和带隙

·精确的振荡器和高速接口

第一MOS晶体管装置11和第二MOS晶体管装置12的晶体管1、2、3、4的布置可以是镜像对称、旋转对称或点对称的。

上述实施例仅是对本文描述的创新方案的原理的说明。应理解的是，本文描述的布置和细节的修改和变化对于其他本领域技术人员而言将是显而易见的。因此意图是，本文描述的方案仅由所附权利要求的保护范围来限制，并且不是由本文中借助实施例的描述和阐述所呈现的具体细节来限制。

尽管有些方面结合装置被描述，但是应当理解，这些方面也是对相应方法的描述，从而装置的块或结构元件也可以理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。与此类似地，结合方法步骤或者作为方法步骤描述的方面也表示对相应装置的相应的块或细节或特征的描述。

方法步骤中的一些或全部方法步骤可以由硬件设备(或使用硬件设备)来执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的一些或多个方法步骤可以由这样的设备执行。

根据确定的实施要求，实施例能够以硬件或以软件或至少部分地以硬件或至少部分地以软件来实施。所述实现方式可以在使用数字存储介质、例如软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪存、硬盘或其他磁存储器或光存储器的情况下执行，在所述数字存储介质上存储电子可读的控制信号，所述电子可读的控制信号与可编程计算机系统共同作用或可以共同作用，使得相应的方法被执行。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

有些实施例也包括数据载体，所述数据载体具有电子可读的控制信号，所述控制信号能够与可编程的计算机系统共同作用，使得执行本文描述的方法中的一个方法。

一般地，实施例可以作为具有程序代码的计算机程序产品来实现，其中，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，所述程序代码有效地执行所述方法中的一个方法。

程序代码例如也可以存储在机器可读的载体上。

其他实施例包括用于执行本文描述的方法中的一个方法的计算机程序，其中，所述计算机程序存储在机器可读的载体上。换言之，本文描述的方法的实施例因此是计算机程序，该计算机程序具有程序代码，当计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文描述的方法中的一个方法。

因此，本文描述的方法的另一实施例是数据载体(或者数字存储介质或者计算机可读介质)，在数据载体上记录有用于执行本文描述的方法中的一个方法的计算机程序。所述数据载体或数字存储介质或计算机可读介质通常是有形的和/或非暂时性的。

因此，本文描述的方法的另一实施例是数据流或信号序列，其表示用于执行本文描述的方法中的一个方法的计算机程序。数据流或信号序列例如可以被如下配置，即，通过数据通信连接、例如通过因特网被传输。

另一实施例包括处理设备，例如计算机或可编程逻辑组件，处理设备被配置或适配成执行本文描述的方法中的一个方法。

另一实施例包括一种计算机，在该计算机上安装了用于执行本文描述的方法中的一个方法的计算机程序。

另一实施例包括一种装置或系统，其被设计成向接收器传输用于执行本文描述的方法中的至少一个方法的计算机程序。传输例如可以电子地或光学地进行。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储设备或类似装置。该装置或系统例如可以包括用于将计算机程序传输给接收器的文件服务器。

在一些实施例中，可编程逻辑组件(例如现场可编程门阵列、FPGA)可以被用于执行本文描述的方法的一些或所有功能。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器共同作用以执行本文描述的方法中的一个方法。一般地，在一些实施例中，这些方法在任意硬件装置方面被执行。硬件装置可以是通用硬件，如计算机处理器(CPU)，或专用于该方法的硬件，如ASIC。