[發(fā)明專利]磁隧道結(jié)溫度傳感器和方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680036312.1
• 申請(qǐng)日: 2006-09-20
• 公開（公告）號(hào): CN101589452A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭永植;羅伯特·W·貝爾德;馬克·A·迪爾拉姆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 愛(ài)沃斯賓技術(shù)公司
• 主分類號(hào): H01L21/00
• 分類號(hào): H01L21/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 黃啟行;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及電子器件。更加具體地，本發(fā)明涉及具有智能功 率器件和磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)電路的集成電路(IC)器件， 其實(shí)現(xiàn)磁隧道結(jié)(MTJ)作為溫度傳感器，磁隧道結(jié)溫度傳感器 (MTJ-TS)。

背景技術(shù)

與使用電子電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的其它RAM技術(shù)形成對(duì)照，MRAM 是一種使用磁極化來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。MRAM的一個(gè)主 要益處在于它在沒(méi)有施加系統(tǒng)電源的情況下保持存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，從而它 是非易失性存儲(chǔ)器。一般地，MRAM包括大量的形成在半導(dǎo)體基板上 的磁單元，其中每個(gè)單元表示一個(gè)數(shù)據(jù)位。通過(guò)改變單元內(nèi)的磁自由 層的磁化方向來(lái)向單元寫入信息，并且通過(guò)測(cè)量單元的電阻來(lái)讀取位 (低電阻典型地表示“0”位，而高電阻則典型地表示“1”位，或反 之)。

MRAM器件一般包括單元陣列，它們使用導(dǎo)電位線、導(dǎo)電數(shù)字線 和/或局部互連等等來(lái)互連。使用已知的半導(dǎo)體加工技術(shù)來(lái)制造實(shí)際的 MRAM器件。例如，位和數(shù)字線由不同的金屬層形成，其由一個(gè)或多 個(gè)絕緣和/或附加金屬層分開。傳統(tǒng)的制造工序允許在基板上容易地制 造不同的MRAM器件。

智能功率集成電路是能夠以受控和智能的方式提供操作功率的單 芯片器件。智能功率集成電路典型地包括一個(gè)或多個(gè)有源電路元件， 諸如功率電路元件、模擬控制元件和/或數(shù)字邏輯元件。智能功率集成 電路還可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，其能夠用于測(cè)量或檢測(cè)物理參數(shù)， 諸如位置、運(yùn)動(dòng)、力、加速度、溫度、場(chǎng)、壓力等等。這樣的傳感器 例如能夠用于響應(yīng)變化的操作條件來(lái)控制輸出功率。例如，在蜂窩電 話中，智能功率產(chǎn)品被設(shè)計(jì)用于調(diào)節(jié)功耗、放大音頻信號(hào)并向彩屏供 電。在噴墨打印機(jī)中，智能功率產(chǎn)品能夠幫助驅(qū)動(dòng)電機(jī)并點(diǎn)火用于送 墨的噴嘴。在汽車中，智能功率產(chǎn)品能夠幫助控制引擎和制動(dòng)系統(tǒng)、 氣囊部署以及座位定位。智能功率產(chǎn)品還能夠在各種各樣的其它應(yīng)用 中實(shí)施。

對(duì)于實(shí)施智能功率和磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)設(shè)計(jì)的集成 電路(IC)，溫度感測(cè)是功率IC設(shè)計(jì)用于保護(hù)電路、器件或系統(tǒng)的重 要要素。

圖15是實(shí)施用于感測(cè)溫度的溫度傳感器1502的傳統(tǒng)集成電路器 件1500的簡(jiǎn)化示意截面圖示。該器件由溫度傳感器1502、電源1504、 硅基板1506、絕緣基板1508、邏輯1514和MRAM架構(gòu)1516組成。 溫度傳感器1502和電源1504兩者都嵌入在硅基板1506中，而絕緣基 板1508則位于溫度傳感器1502和電源1504之上。用于測(cè)量電源1504 的溫度的現(xiàn)有溫度傳感器1502遭受各種限制。使用其中結(jié)帶隙相對(duì)于 改變的溫度而變化的基于結(jié)的器件能夠?qū)崿F(xiàn)溫度傳感器1502。這樣的 基于p/n結(jié)的感測(cè)器件1502消耗了寶貴的半導(dǎo)體布線面積或空間。這 樣的感測(cè)器件1502的其它限制例如包括過(guò)大的尺寸/重量、測(cè)量精度不 足、靈敏度和/或動(dòng)態(tài)范圍不足、成本高以及可靠性有限等。

許多現(xiàn)代應(yīng)用的小型化使得有望縮小電子器件的物理尺寸、將多 個(gè)元件或器件集成到單個(gè)芯片中以及/或者改進(jìn)電路布線效率。理論上， 應(yīng)當(dāng)以減少傳感器消耗的額外布線面積或空間的低成本高效益的方式 來(lái)制造這樣的傳感器。所希望的是具有基于半導(dǎo)體的器件，其包括與 智能功率架構(gòu)集成的MRAM架構(gòu)，所述智能功率架構(gòu)包括單個(gè)基板上 的傳感器元件，特別地其中使用相同的工藝技術(shù)來(lái)制造MRAM架構(gòu)和 智能功率架構(gòu)。這樣一來(lái)，就持續(xù)存在對(duì)改進(jìn)的溫度傳感器的需要。

因此，希望提供適合于測(cè)量溫度的改進(jìn)的溫度傳感器和方法。進(jìn) 一步希望改進(jìn)的溫度傳感器和方法生成能夠被轉(zhuǎn)換成熱源的溫度的電 信號(hào)。希望提供能夠容易地與半導(dǎo)體器件和集成電路集成的溫度傳感 器(例如可與半導(dǎo)體器件和集成電路結(jié)構(gòu)以及制造方法兼容的溫度傳 感器)。例如，非常希望提供這樣的溫度傳感器，其展示出精確測(cè)量 和改進(jìn)的測(cè)量性能，并且能夠以三維的架構(gòu)集成以節(jié)約布線面積并允 許以低成本高效益的方式處理。結(jié)合附圖和前述技術(shù)領(lǐng)域與背景技術(shù)， 從隨后的詳細(xì)描述和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的其它希望的特征和特 性將會(huì)變得明顯。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過(guò)參考詳細(xì)的描述和權(quán)利要求，可以得出 本發(fā)明的更加完整的理解，其中，在附圖各處相同的參考數(shù)字指示類 似的元件。

圖1是根據(jù)示范性實(shí)施例配置的MRAM單元的示意性透視圖；

圖2是簡(jiǎn)化的智能功率集成電路架構(gòu)的示意性截面圖；