專利名稱：芯片溫度感知裝置及測溫方法
技術領域：
本發(fā)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(fā)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(xiàn)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(jīng)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(shù)下降的趨勢。芯片在出廠前一般都會經(jīng)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(huán)境，將高溫、高壓、高濕度等作 為加速因子，以達到在短時間內(nèi)準確地模擬出芯片使用壽命的目的。例如，在高溫環(huán)境下的老化測試中，測試環(huán)境溫度遠高于芯片的正常工作溫度，在 獲得老化測試結(jié)果的過程中，常會將老化測試時的測試環(huán)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(nèi)部的實際溫度高 于測試環(huán)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(huán)境溫度下工作的。此時，若僅以所述測試環(huán)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(jié)果的準確性。因而，準確地測 量芯片，尤其是芯片內(nèi)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(nèi)部溫度 過高而損壞，要實現(xiàn)對芯片溫度的控制，也需要首先準確獲得芯片的內(nèi)部溫度?，F(xiàn)有技術對芯片內(nèi)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(huán)形振蕩器的輸出，并根據(jù)所述輸出值來計算芯片內(nèi)部溫度。 也有例如中國專利200410045642. χ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(xiàn)有技術的測溫方法，或者需要構造專用的電路結(jié)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(jié)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的是現(xiàn)有技術對準確測量芯片，尤其是芯片內(nèi)部溫度的需求的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種芯片溫度感知裝置，包括位于芯片內(nèi)部的金屬 材質(zhì)的線型結(jié)構，所述線型結(jié)構與芯片內(nèi)部的冗余結(jié)構共同位于芯片內(nèi)部與功能電路相鄰 的冗余區(qū)域，或者所述線型結(jié)構為與所述功能電路相鄰的冗余結(jié)構?？蛇x地，所述金屬材質(zhì)的線型結(jié)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(zhì)的線型結(jié)構為金屬折線，其包括四個引出端，所述引出端與
3芯片引腳相連。。可選地，所述金屬材質(zhì)的線型結(jié)構為多條具有堆棧結(jié)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(fā)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(huán)境下所述芯片溫度感知裝置的電阻值；結(jié)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(nèi)部區(qū)域的溫度。與現(xiàn)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(yōu)點所述芯片溫 度感知裝置為簡單的線型結(jié)構，且處于芯片內(nèi)部與功能電路相鄰的冗余區(qū)域，其既不會對 芯片內(nèi)部的功能電路產(chǎn)生干擾，也無需如現(xiàn)有技術般設計專用的電路結(jié)構，且由于緊靠芯 片內(nèi)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(nèi)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(jié)合所測得的電阻值來獲取芯片 內(nèi)部溫度，因而所獲得的芯片內(nèi)部溫度值也較為準確。


圖1是本發(fā)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(jié)構放大示意圖；圖2b是圖1中虛框101的結(jié)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(jié)構可替代實施例示意圖；圖6是本發(fā)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(fā)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。
具體實施例方式根據(jù)固體物理學的理論，當溫度T大于0. 5 θ D時，金屬的電阻率P與溫度T的關 系可以用下述公式表示
權利要求
1.一種芯片溫度感知裝置，其特征在于，包括位于芯片內(nèi)部的金屬材質(zhì)的線型結(jié)構，所 述線型結(jié)構與芯片內(nèi)部的冗余結(jié)構共同位于芯片內(nèi)部與功能電路相鄰的冗余區(qū)域，或者所 述線型結(jié)構為與所述功能電路相鄰的冗余結(jié)構。
2.如權利要求1所述的芯片溫度感知裝置，其特征在于，所述金屬材質(zhì)的線型結(jié)構為 金屬長線。
3.如權利要求2所述的芯片溫度感知裝置，其特征在于，所述金屬長線包括四個引出 端，所述引出端與芯片引腳相連。
4.如權利要求1所述的芯片溫度感知裝置，其特征在于，所述金屬材質(zhì)的線型結(jié)構為 金屬折線。
5.如權利要求4所述的芯片溫度感知裝置，其特征在于，所述金屬折線包括四個引出 端，所述引出端與芯片引腳相連。
6.如權利要求1所述的芯片溫度感知裝置，其特征在于，所述金屬材質(zhì)的線型結(jié)構為 多條具有堆棧結(jié)構的跨層金屬線，所述跨層金屬線包括多層金屬線條及兩層金屬線條間的 通孑L。
7.如權利要求6所述的芯片溫度感知裝置，其特征在于，所述具有堆棧結(jié)構的跨層金 屬線的頂層金屬線包括四個引出端，所述引出端與芯片引腳相連。
8.一種基于權利要求1至7任一項所述的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(huán)境下所述芯片溫度感知裝置的電阻值；結(jié)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(nèi)部區(qū)域的溫度。
9.如權利要求8所述的芯片測溫方法，其中，獲取芯片溫度感知裝置中電阻隨溫度變 化的關系包括在芯片未加電工作時，測量多個溫度下所述芯片溫度感知裝置對應的電阻值； 以溫度為橫坐標，電阻值為縱坐標，獲得電阻隨溫度變化的關系圖； 擬合關系圖中數(shù)據(jù)獲得表示電阻隨溫度變化關系的一次函數(shù)。
10.如權利要求8所述的芯片測溫方法，其中，所述當前環(huán)境為芯片的正常工作環(huán)境。
11.如權利要求8所述的芯片測溫方法，其中，所述當前環(huán)境為芯片進行測試的測試環(huán)境。
全文摘要
一種芯片溫度感知裝置及測溫方法。所述芯片溫度感知裝置包括位于芯片內(nèi)部的金屬材質(zhì)的線型結(jié)構，所述線型結(jié)構與芯片內(nèi)部的冗余結(jié)構共同位于芯片內(nèi)部與功能電路相鄰的冗余區(qū)域，或者所述線型結(jié)構為與所述功能電路相鄰的冗余結(jié)構。所述芯片溫度感知裝置結(jié)構簡單，其不增加芯片面積，相應的測溫方法也能獲得較為準確的溫度測量值。
文檔編號G01K7/00GK102004005SQ20091019478
公開日2011年4月6日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權日2009年8月28日
發(fā)明者郭強, 龔斌 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司