[發明專利]用于集成電路（IC）中有源半導體區域的局部溫度感測的工藝中端（MOL）金屬電阻器溫度傳感器

有效

• 申請號: 201780051398.3
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN109642828B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 戈立新;P·奇達姆巴拉姆;楊斌;J·J·林;G·納拉帕蒂;余波;鄧杰;袁駿;S·S·宋
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: G01K7/18
• 分類號: G01K7/18;H01L23/522
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張寧

公開了用于集成電路(IC)中有源半導體區域的局部溫度感測的工藝中端(MOL)金屬電阻器溫度傳感器。在IC中與有源半導體區域鄰近而制造一個或多個金屬電阻器以感測在鄰近有源半導體區域中的環境溫度。金屬電阻器的電壓將作為金屬電阻器的環境溫度的函數而變化，可以金屬電阻器的電壓以測量與金屬電阻器鄰近的有源半導體層中器件周圍的環境溫度。通過在MOL層中制造金屬電阻器，金屬電阻器可以定位鄰接并緊靠半導體器件以更精確地感測半導體器件的環境溫度。用于在MOL層中形成接觸的相同制造工藝可以用于制造金屬電阻器。

優先權申請

本申請要求享有2016年8月24日提交且名稱為“MIDDLE-OF-LINE(MOL)METALRESISTOR TEMPERATURE SENSORS FOR LOCALIZED TEMPERATURE SENSING OF ACTIVESEMICONDUCTOR AREAS IN INTEGRATED CIRCUITS(IC)”的美國專利申請NO.15/246,006的優先權，該申請在此通過全文引用的方式并入本文。

技術領域

本公開的技術通常涉及在集成電路(IC)中溫度感測，并且更特別地涉及在IC芯片中提供芯片上溫度傳感器以用于感測IC芯片中半導體器件的溫度。

背景技術

環境溫度的精確測量在許多應用諸如儀器、控制器和監控系統中是重要的。溫度對于電路的性能也是重要的。例如，提高集成電路(IC) 中電路的性能的一種方式是提高電源電壓。然而，隨著電源電壓升高， IC內溫度也可以升高。IC中升高溫度可以最終引起載流子退化，并且因此實際上減慢了IC的操作，增大了電阻率，和/或引起電路故障。隨著電壓縮放比例已經減慢且IC中單位面積有源部件數目已經增大，該問題變得尤其關鍵。因此，希望測量IC中溫度以控制散熱。因此，作為示例，測得溫度可以用作用于控制電源電壓的電壓縮放比例的因子以提高電源電壓從而當希望或可能時提高性能，但是當溫度超過所需限制時也降低電源電壓。

智能溫度傳感器可以在IC內標準互補金屬氧化物半導體 (CMOS)技術中在片上制造以測量IC中溫度。片上溫度傳感器可以以低成本和小的形狀因子向IC中其他電路提供數字化溫度值。例如，感測的溫度可以作為輸入提供至電壓縮放電路，電壓縮放電路基于溫度控制電源電壓縮放比例。以此方式，可以基于溫度執行自適應電壓縮放以提高電源電壓從而當存在溫度冗余時提高性能，以及降低電源電壓以當溫度超過所希望溫度值時降低性能。這也可以保護IC 中電路和部件免受由于過高溫度引起的損傷。

常規的片上溫度傳感器使用垂直形成的寄生雙極結型晶體管 (BJT)，因為在正向有源區中BJT的基極-發射極電壓(Vbe)電勢反比于溫度。這稱作對絕對溫度的互補(CTAT)。在BJT溫度傳感器中存在已經變得越來越成問題的不足。例如，溫度與BJT溫度傳感器的功率水平之間的關系隨著IC中功率密度增大而變得越來越非線性。然而與此同時，溫度測量的精確度在IC的熱管理中變得越來越重要。進一步，BJT溫度傳感器消耗了大面積，這使其更難以縮減BJT的尺寸。此外，可以重要的是，將BJT溫度傳感器與IC中其他操作晶體管隔離以避免寄生電容和來自BJT的影響了金屬氧化物半導體 (MOS)場效應晶體管(FET(MOSFET)操作的噪聲。為了這些原因，可以僅可能將BJT溫度傳感器定位在遠離IC中感興趣區域的5-10 微米(μm)內。然而，重要的是，可以將溫度感測裝置定位更靠近特殊區域和感興趣器件，以用于溫度監控，因為某些局部區域可以已知為與IC中其他區域相比具有不成比例高溫度的熱點。

發明內容