[發明專利]芯片溫度感知裝置及測溫方法

無效

• 申請號: 200910194786.4
• 申請日: 2009-08-28
• 公開（公告）號: CN102004005A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 郭強;龔斌
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: G01K7/00
• 分類號: G01K7/00;G01R27/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及可靠性測試領域，特別涉及芯片溫度感知裝置及測溫方法。

背景技術

半導體制造技術的發展使得芯片尺寸進一步減小，而芯片上的器件密度進一步增大，從而可以在一塊面積很小的芯片中實現更多功能。但隨之帶來的問題是，芯片的工作溫度也越來越高。相應地，芯片使用壽命就成為了關注的重點，經研究表明，芯片的使用壽命隨芯片上器件的溫度升高成指數下降的趨勢。

芯片在出廠前一般都會經過一系列的測試來確保其可靠性，而通過其中的老化測試，或稱為加速測試(accelerated?test)，能夠檢測芯片的使用壽命是否符合設計要求。老化測試中往往會選取高溫、高壓、高濕度等芯片的模擬工作環境，將高溫、高壓、高濕度等作為加速因子，以達到在短時間內準確地模擬出芯片使用壽命的目的。

例如，在高溫環境下的老化測試中，測試環境溫度遠高于芯片的正常工作溫度，在獲得老化測試結果的過程中，常會將老化測試時的測試環境溫度作為測試時芯片的實際溫度。但事實上，測試時，隨著芯片上器件密度增加，功耗會增加，導致芯片內部的實際溫度高于測試環境溫度。另外，高溫高壓測試中，較高的測試電壓會進一步提高芯片的實際溫度，也就是說此時芯片上器件是在高于測試環境溫度下工作的。此時，若僅以所述測試環境溫度來模擬芯片在正常工作溫度下的使用壽命，就會影響測試結果的準確性。因而，準確地測量芯片，尤其是芯片內部的溫度就顯得尤為重要。

不僅如此，在芯片正常工作時，需要對芯片溫度進行控制，以防止芯片因內部溫度過高而損壞，要實現對芯片溫度的控制，也需要首先準確獲得芯片的內部溫度。

現有技術對芯片內溫度的測量方法有例如中國專利申請200480034708.3中提到的，通過測量嵌入于芯片中的環形振蕩器的輸出，并根據所述輸出值來計算芯片內部溫度。也有例如中國專利200410045642.x中提到的，利用了二極管正向電壓與芯片溫度的關系。

然而，例如上述舉例的現有技術的測溫方法，或者需要構造專用的電路結構及相應的測量裝置，或者在測溫時需要精細的人為控制，如何能夠以較為簡單的裝置或結構就能獲得較為準確的溫度測量值就成為了目前研究的一個關注點。

發明內容

本發明解決的是現有技術對準確測量芯片，尤其是芯片內部溫度的需求的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種芯片溫度感知裝置，包括位于芯片內部的金屬材質的線型結構，所述線型結構與芯片內部的冗余結構共同位于芯片內部與功能電路相鄰的冗余區域，或者所述線型結構為與所述功能電路相鄰的冗余結構。

可選地，所述金屬材質的線型結構為金屬長線，其包括四個引出端，所述引出端與芯片引腳相連。

可選地，所述金屬材質的線型結構為金屬折線，其包括四個引出端，所述引出端與芯片引腳相連。。

可選地，所述金屬材質的線型結構為多條具有堆棧結構的跨層金屬線，包括多層金屬線條及兩層金屬線條間的通孔。

相應地，本發明還提供一種基于上述芯片溫度感知裝置的芯片測溫方法，包括：

獲取芯片溫度感知裝置中電阻隨溫度變化的關系；

測量當前環境下所述芯片溫度感知裝置的電阻值；

結合所述電阻隨溫度變化的關系，以及所測量的電阻值，獲得當前芯片溫度感知裝置的溫度，作為其相鄰芯片內部區域的溫度。

與現有技術相比，上述芯片溫度感知裝置及測溫方法具有以下優點：所述芯片溫度感知裝置為簡單的線型結構，且處于芯片內部與功能電路相鄰的冗余區域，其既不會對芯片內部的功能電路產生干擾，也無需如現有技術般設計專用的電路結構，且由于緊靠芯片內部的功能電路，因而可以在不增加芯片面積的情況下準確感知芯片內部溫度變化。

所述基于芯片溫度感知裝置的測溫方法，利用了金屬電阻會隨溫度變化的特性，通過獲取芯片溫度感知裝置的電阻隨溫度變化的關系，并結合所測得的電阻值來獲取芯片內部溫度，因而所獲得的芯片內部溫度值也較為準確。

附圖說明

圖1是本發明芯片溫度感知裝置的一種實施例在芯片中的位置示意圖；

圖2a是圖1中虛框100的結構放大示意圖；

圖2b是圖1中虛框101的結構放大示意圖；

圖3至圖5為圖1中芯片溫度感知裝置的結構可替代實施例示意圖；

圖6是本發明基于芯片溫度感知裝置的測溫方法的一種實施方式流程圖；

圖7是本發明基于芯片溫度感知裝置的測溫方法的一種實施例中芯片溫度感知裝置中電阻隨溫度變化的關系示意圖。

具體實施方式