用于集成电路（IC）中有源半导体区域的局部温度感测的工艺中端（MOL）金属电阻器温度传感器制造技术

公开了用于集成电路(IC)中有源半导体区域的局部温度感测的工艺中端(MOL)金属电阻器温度传感器。在IC中与有源半导体区域邻近而制造一个或多个金属电阻器以感测在邻近有源半导体区域中的环境温度。金属电阻器的电压将作为金属电阻器的环境温度的函数而变化，可以金属电阻器的电压以测量与金属电阻器邻近的有源半导体层中器件周围的环境温度。通过在MOL层中制造金属电阻器，金属电阻器可以定位邻接并紧靠半导体器件以更精确地感测半导体器件的环境温度。用于在MOL层中形成接触的相同制造工艺可以用于制造金属电阻器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于集成电路（IC）中有源半导体区域的局部温度感测的工艺中端（MOL）金属电阻器温度传感器优先权申请本申请要求享有2016年8月24日提交且名称为“MIDDLE-OF-LINE(MOL)METALRESISTORTEMPERATURESENSORSFORLOCALIZEDTEMPERATURESENSINGOFACTIVESEMICONDUCTORAREASININTEGRATEDCIRCUITS(IC)”的美国专利申请NO.15/246,006的优先权，该申请在此通过全文引用的方式并入本文。
本公开的技术通常涉及在集成电路(IC)中温度感测，并且更特别地涉及在IC芯片中提供芯片上温度传感器以用于感测IC芯片中半导体器件的温度。
技术介绍
环境温度的精确测量在许多应用诸如仪器、控制器和监控系统中是重要的。温度对于电路的性能也是重要的。例如，提高集成电路(IC)中电路的性能的一种方式是提高电源电压。然而，随着电源电压升高，IC内温度也可以升高。IC中升高温度可以最终引起载流子退化，并且因此实际上减慢了IC的操作，增大了电阻率，和/或引起电路故障。随着电压缩放比例已经减慢且IC中单位面积有源部件数目已经增大，该问题变得尤其关键。因此，希望测量IC中温度以控制散热。因此，作为示例，测得温度可以用作用于控制电源电压的电压缩放比例的因子以提高电源电压从而当希望或可能时提高性能，但是当温度超过所需限制时也降低电源电压。智能温度传感器可以在IC内标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术中在片上制造以测量IC中温度。片上温度传感器可以以低成本和小的形状因子向IC中其他电路提供数字化温度值。例如，感测的温度可以作为输入提供至电压缩放电路，电压缩放电路基于温度控制电源电压缩放比例。以此方式，可以基于温度执行自适应电压缩放以提高电源电压从而当存在温度冗余时提高性能，以及降低电源电压以当温度超过所希望温度值时降低性能。这也可以保护IC中电路和部件免受由于过高温度引起的损伤。常规的片上温度传感器使用垂直形成的寄生双极结型晶体管(BJT)，因为在正向有源区中BJT的基极-发射极电压(Vbe)电势反比于温度。这称作对绝对温度的互补(CTAT)。在BJT温度传感器中存在已经变得越来越成问题的不足。例如，温度与BJT温度传感器的功率水平之间的关系随着IC中功率密度增大而变得越来越非线性。然而与此同时，温度测量的精确度在IC的热管理中变得越来越重要。进一步，BJT温度传感器消耗了大面积，这使其更难以缩减BJT的尺寸。此外，可以重要的是，将BJT温度传感器与IC中其他操作晶体管隔离以避免寄生电容和来自BJT的影响了金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET(MOSFET)操作的噪声。为了这些原因，可以仅可能将BJT温度传感器定位在远离IC中感兴趣区域的5-10微米(μm)内。然而，重要的是，可以将温度感测装置定位更靠近特殊区域和感兴趣器件，以用于温度监控，因为某些局部区域可以已知为与IC中其他区域相比具有不成比例高温度的热点。
技术实现思路
在此所公开的一些方面包括用于集成电路(IC)中有源半导体区域的局部温度感测的工艺中端(MOL)金属电阻器温度传感器。就此而言，在此所公开的某些方面中，在IC的MOL层中制造一个或多个金属电阻器以感测IC中环境温度。MOL层被形成在IC的工艺前端(FEOL)部分中有源半导体区域之上并与其邻近，包括诸如例如MOS场效应晶体管(MOSFET)之类的器件。金属电阻器的电阻根据有源半导体区域中的环境温度而变化，因为由有源半导体区域中器件所产生的热量引起MOL层中原子振动，由此释放了俘获电子变为流过金属电阻器的电流的载流子。因此，金属电阻器的电压将根据金属电阻器的环境温度而变化，可以感测该变化以测量与金属电阻器邻近的有源半导体层中器件周围的环境温度。金属电阻器也可以通过形成在MOL层中的接触而耦合至待耦合至电压源的互连层中互连线以及IC中的被配置为感测取决于跨金属电阻器的电压的温度的片上温度感测电路。无需较高功耗的电流源以例如感测提供在BJT温度传感器中用于感测温度的MOL金属电阻器温度传感器中的温度。所感测的温度可以用于控制IC中由温度影响的操作，诸如电压电源缩放作为示例。因此，通过在IC中MOL层中制造金属电阻器，金属电阻器可以有利地定位与诸如晶体管之类的半导体器件邻近且非常靠近，以更精确地感测半导体器件周围的温度。这与由于BJT的尺寸和面积约束而在IC中更远离(例如远离10倍)互补MOS(CMOS)器件的BJT温度传感器相反。此外，通过在MOL层中提供金属电阻器，用于在MOL层中形成接触的相同制造工艺也可以用于在MOL层中制造金属电阻器。进一步，因为MOL层已经提供在IC中以在有源半导体层中的半导体器件与互连层之间提供接触，可以无需额外的面积以在IC中提供金属电阻器。就此而言，在一个示例性方面中，提供了用于IC的MOL温度传感器。MOL温度传感器包括有源半导体层。MOL温度传感器也包括具有电阻并且包括被布置在MOL层中的第一金属材料，MOL层被布置于有源半导体层之上。MOL温度传感器也包括布置在MOL层中的金属电阻器之上的第一接触，第一接触电耦合至金属电阻器的第一接触区域。MOL温度传感器也包括布置在MOL层中的金属电阻器之上的第二接触，第二接触电耦合至金属电阻器的第二接触区域，其中金属电阻器在第一接触区域和第二接触区域之间具有电阻。MOL温度传感器也包括布置在有源半导体层中MOL层之上的第一互连层中的第一互连，第一互连层电耦合至第一接触以将第一互连电耦合至金属电阻器的第一接触区域。MOL温度传感器也包括布置在有源半导体层中MOL层之上的第二互连层中的第二互连，第二互连层电耦合至第二接触以将第二互连电耦合至金属电阻器的第二接触区域。在另一示例性方面中，提供了MOL金属电阻器温度传感器。MOL金属电阻器温度传感器包括形成有源半导体层的装置。MOL金属电阻器温度传感器也包括用于在用于提供有源半导体层的装置之上形成MOL层的装置。MOL金属电阻器温度传感器也包括用于形成布置在用于形成MOL层的装置中的电阻的装置，用于形成电阻的装置进一步包括用于在用于提供第一接触区域的第一装置和用于提供第二接触区域的第二装置之间提供电阻的装置。MOL金属电阻器温度传感器也包括布置在用于提供电阻的装置之上以用于电耦合至用于提供第一接触区域的第一装置的第一接触装置。MOL金属电阻器温度传感器也包括布置在用于提供电阻的装置之上以用于电耦合至用于提供第二接触区域的第二装置的第二接触装置。MOL金属电阻器温度传感器也包括用于电耦合至第一接触装置的第一装置，用于电耦合的第一装置布置在用于形成MOL层的装置之上的第一互连层中。MOL金属电阻器温度传感器也包括用于电耦合至第二接触装置的第二装置，用于电耦合的第二装置布置在用于形成MOL层的装置之上的第二互连层中。在另一示例性方面中，提供了感测用于IC的半导体管芯中温度的方法。方法包括形成衬底。该方法也包括在衬底之上形成有源半导体层。方法也包括在有源半导体层中形成至少一个半导体器件。方法也包括在有源半导体层之上形成工艺中端(MOL)层。方法也包括在有源半导体层之上形成MOL层，包括形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于集成电路(IC)的工艺中端(MOL)温度传感器，包括：有源半导体层；金属电阻器，具有电阻并且包括被布置在MOL层中的第一金属材料，所述MOL层被布置在所述有源半导体层之上；第一接触，被布置在所述MOL层中在所述金属电阻器之上，所述第一接触电耦合至所述金属电阻器的第一接触区域；第二接触，被布置在所述MOL层中在所述金属电阻器之上，所述第二接触电耦合至所述金属电阻器的第二接触区域，其中所述金属电阻器具有在所述第一接触区域和所述第二接触区域之间的电阻；第一互连，被布置在所述有源半导体层中的所述MOL层之上的第一互连层中，所述第一互连层电耦合至所述第一接触以将所述第一互连电耦合至所述金属电阻器的所述第一接触区域；以及第二互连，被布置在所述有源半导体层中的所述MOL层之上的第二互连层中，所述第二互连层电耦合至所述第二接触以将所述第二互连电耦合至所述金属电阻器的所述第二接触区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.24 US 15/246,0061.一种用于集成电路(IC)的工艺中端(MOL)温度传感器，包括：有源半导体层；金属电阻器，具有电阻并且包括被布置在MOL层中的第一金属材料，所述MOL层被布置在所述有源半导体层之上；第一接触，被布置在所述MOL层中在所述金属电阻器之上，所述第一接触电耦合至所述金属电阻器的第一接触区域；第二接触，被布置在所述MOL层中在所述金属电阻器之上，所述第二接触电耦合至所述金属电阻器的第二接触区域，其中所述金属电阻器具有在所述第一接触区域和所述第二接触区域之间的电阻；第一互连，被布置在所述有源半导体层中的所述MOL层之上的第一互连层中，所述第一互连层电耦合至所述第一接触以将所述第一互连电耦合至所述金属电阻器的所述第一接触区域；以及第二互连，被布置在所述有源半导体层中的所述MOL层之上的第二互连层中，所述第二互连层电耦合至所述第二接触以将所述第二互连电耦合至所述金属电阻器的所述第二接触区域。2.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中，所述金属电阻器的所述电阻取决于所述金属电阻器的环境温度。3.根据权利要求2所述的MOL温度传感器，其中，所述金属电阻器的所述电阻的变化取决于所述金属电阻器的所述环境温度的变化。4.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中，所述MOL层具有近似十八(18)纳米(nm)或更小的厚度。5.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中：所述有源半导体层包括第一半导体器件；以及所述金属电阻器被布置在所述MOL层中邻近所述第一半导体器件以被暴露至所述第一半导体器件的环境温度。6.根据权利要求5所述的MOL温度传感器，其中：所述第一半导体器件包括晶体管，所述晶体管包括源极、漏极以及被插入在所述源极和所述漏极之间的栅极；以及所述金属电阻器被布置在所述MOL层中邻近所述晶体管的所述栅极以被要暴露至所述晶体管的所述栅极的环境温度。7.根据权利要求6所述的MOL温度传感器，其中：所述栅极包括：介电层，所述介电层包括介电材料；导电层，所述导电层包括导电材料；功函数层，所述功函数层包括被布置在所述介电材料和所述导电材料之间的功函数材料；以及所述第一金属材料包括所述功函数材料。8.根据权利要求5所述的MOL温度传感器，其中，所述金属电阻器位于所述MOL层中距所述第一半导体器件近似七(7)纳米(nm)内。9.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中，所述第一互连由第一金属线构成，以及所述第二互连由第二金属线构成。10.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，进一步包括：第一垂直互连接入件(过孔)，被布置在所述第一互连层中，所述第一过孔与所述金属电阻器的所述第一接触区域以及所述第一互连接触，以将所述第一接触区域电耦合至所述第一互连；以及第二过孔，被布置在所述第二互连层中，所述第二过孔与所述金属电阻器的所述第二接触区域以及所述第二互连接触，以将所述第二接触区域电耦合至所述第二互连。11.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中，所述第一金属材料包括钨。12.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中，所述金属电阻器的尺寸为近似0.21μm/0.21μm的W/L。13.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，其中，所述金属电阻器的所述电阻为每1.0μm/1.0μm的W/L比率至少400欧姆。14.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，所述MOL温度传感器被集成至芯片上系统(SoC)中。15.根据权利要求1所述的MOL温度传感器，所述MOL温度传感器被集成至选自由以下项构成的群组的装置中：机顶盒、娱乐单元、导航装置、通信装置、固定位置数据单元、移动位置数据单元、移动电话、蜂窝电话、智能电话、平板电脑、平板手机、计算机、便携式计算机、台式计算机、个人数字助理(PDA)、监视器、计算机监视器、电视机、调谐器、无线电设备、卫星无线电设备、音乐播放器、数字音乐播放器、便携式音乐播放器、数字视频播放器、视频播放器、数字视频盘(DVD)播放器、便携式数字视频播放器以及汽车。16.一种工艺中端(MOL)金属电阻器温度传感器，包括：形成有源半导体层的装置；用于在所述用于提供有源半导体层的装置之上形成MOL层的装置；用于形成电阻的装置，被布置在所述用于形成MOL层的装置中，所述用于形成电阻的装置进一步包括用于提供在用于提供第一接触区域的第一装置和用于提供第二接触区域的第二装置之间的电阻的装置；第一接触装置，被布置在所述用于提供电阻的装置之上以电耦合至所述用于提供第一接触区域的第一装置；第二接触装置，被布置在所述用于提供电阻的装置之上以电耦合至所述用于提供第二接触区域的第二装置；用于电耦合至所述第一接触装置的第一装置，所述用于电耦合的第一装置被布置在所述用于形成MOL层的装置之上的第一互连层中；以及用于电耦合至所述第二接触装置的第二装置，所述用于电耦合的第二装置被布置在所述用于形成MOL层的装置之上的第二互连层中。17.一种感测在用于集成电路(IC)的半导体管芯中的温度的方法，包括：形成衬底；在所述衬底之...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈立新，P·奇达姆巴拉姆，杨斌，J·J·林，G·纳拉帕蒂，余波，邓杰，袁骏，S·S·宋，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US