[發明專利]基于硅通孔的溫度傳感器及溫度測量方法、電子裝置

有效

• 申請號: 201610090910.2
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN107091697B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 甘正浩;馮軍宏
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司;中芯國際集成電路制造（北京）有限公司
• 主分類號: G01K7/34
• 分類號: G01K7/34;G01R31/28
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 高偉;馮永貞

本發明涉及一種基于硅通孔的溫度傳感器及溫度測量方法、電子裝置。所述溫度傳感器包括：硅通孔電容器，所述硅通孔電容器的電容值隨溫度的變化而變化；電容傳感及放大單元，用于基于所述硅通孔電容器的電容值變化輸出放大了的電容差信號；電容溫度轉換單元，用于將上述電容差信號轉換為溫度信號。本發明所述溫度傳感器包括硅通孔電容器、電容傳感及放大單元和電容溫度轉換單元，其中所述硅通孔電容器的電容值隨溫度的變化而變化，所述電容傳感及放大單元基于所述硅通孔電容器的電容值變化輸出放大了的電容差信號，電容溫度轉換單元將上述電容差信號轉化為溫度信號，通過所述方法可以對溫度進行準確的監控。

技術領域

本發明涉及半導體領域，具體地，本發明涉及一種基于硅通孔的溫度傳感器及溫度測量方法、電子裝置。

背景技術

在電子消費領域，多功能設備越來越受到消費者的喜愛，相比于功能簡單的設備，多功能設備制作過程將更加復雜，比如需要在電路版上集成多個不同功能的芯片，因而出現了3D集成電路(integrated circuit，IC)技術，3D集成電路(integrated circuit，IC)被定義為一種系統級集成結構，將多個芯片在垂直平面方向堆疊，從而節省空間。

因此，目前在所述3D IC技術中大都采用硅通孔(Through Silicon Via，TSV)，硅通孔是一種穿透硅晶圓或芯片的垂直互連，TSV可堆棧多片芯片，在芯片鉆出小洞(制程又可分為先鉆孔及后鉆孔兩種，Via Fist,Via Last)，從底部填充入金屬，硅晶圓上以蝕刻或雷射方式鉆孔(via)，再以導電材料如銅、多晶硅、鎢等物質填滿，從而實現不同硅片之間的互聯。

隨著晶體管密度的不斷增加，漏電流和內聯的寄生電容也不斷增加，迫使在實際的IC集成中需要更加的溫度，熱管理成為3D集成電路的一個主要瓶頸。

目前對于硅通孔以及3D集成電路工藝中的溫度監控還存在很多不足，需要進行改進。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本發明提供了一種基于硅通孔的溫度傳感器，所述溫度傳感器包括：

硅通孔電容器，所述硅通孔電容器的電容值隨溫度的變化而變化；

電容傳感及放大單元，用于基于所述硅通孔電容器的電容值變化輸出放大了的電容差信號；

電容溫度轉換單元，用于將上述電容差信號轉換為溫度信號。

可選地，所述硅通孔電容器為耗盡型硅通孔電容器，其電容值隨溫度的升高而變大。

可選地，所述電容傳感及放大單元包括依次連接的電容傳感單元和減法放大器。

可選地，所述電容傳感單元為一差分電容傳感器，所述差分電容傳感器包括一參考電容器和比較器。

可選地，所述參考電容器與所述比較器的反相輸入端相連，所述硅通孔電容器與所述比較器的同相輸入端相連。

可選地，所述硅通孔電容器設置于半導體襯底內，包括：

作為內電極的硅通孔主體；

介電層和耗盡區，由內至外依次設置于所述硅通孔主體的外側；

作為外電極的摻雜區，設置于所述耗盡區的外側，以與所述硅通孔主體、介電層和耗盡區構成所述硅通孔電容器。

可選地，所述參考電容器的電容不會隨溫度的變化而變化，所述參考電容器的電容值設定為所述硅通孔電容器在25℃下的電容值。