熱傳感器的制造方法
【專利摘要】一種熱傳感器包括比較器單元和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。比較器單元被配置成接收電壓節(jié)點的第一電壓值、第二電壓值和第三電壓值，并且提供控制信號。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括電壓節(jié)點，并且被配置成基于控制信號在第一條件或第二條件下操作?；诘谝粭l件，電壓節(jié)點被配置成使電壓值增大至第一電壓值。基于第二條件，電壓節(jié)點被配置成使電壓降低至第二電壓。
【專利說明】熱傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]很多熱傳感器都具有缺陷。例如，在一種方法中，雙極型晶體管(BJT)被用作傳感器的一部分。BJT具有施加在BJT的基極和發(fā)射極之間的電壓Vbe降。通過BJT的操作，電壓Vbe隨著溫度改變而改變。另外，傳感器的溫度系數(shù)不是線性的。因此，不能高度準(zhǔn)確地測量關(guān)于Vbe改變的溫度變化。
[0003]在另一種方法中，在傳感器的兩個支路中使用兩個BJT。在一些應(yīng)用中，附加電路結(jié)合傳感器使用。示例性附加電路包括溫度不敏感的電流源和“消波”電路。消波電路被用于抵消噪聲和電流失配。附加電路增大傳感器的復(fù)雜性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電路，包括:比較器單元，被配置成接收第一電壓值、第二電壓值和電壓節(jié)點的第三電壓值，并且提供控制信號；以及開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，具有所述電壓節(jié)點，并且被配置成基于所述控制信號在第一條件或第二條件下操作，其中，基于所述第一條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓值增大至所述第一電壓值，并且基于所述第二條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓降低至所述第二電壓值。
[0005]在所述電路中，進(jìn)一步包括:至少一個電阻器件，被配置成接收第一電流并且提供所述第一電壓值和所述第二電壓值。
[0006]在所述電路中，所述至少一個電阻器件中的至少一個電阻器件形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層中。
[0007]在所述電路中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是FinFET。
[0008]在所述電路中，進(jìn)一步包括:電阻器件；第一雙極結(jié)型晶體管，被配置成在所述電阻器件的第一端提供所述第一電壓值或所述第二電壓值，所述電阻器件的第二端與所述第一雙極結(jié)型晶體管相連接；以及第二雙極結(jié)型晶體管，被配置成在所述第二雙極結(jié)型晶體管的端部提供所述第一電壓值或所述第二電壓值中的另一個值。
[0009]在所述電路中，所述第一電壓值或所述第二電壓值包括雙極結(jié)型晶體管的基極和發(fā)射極之間的壓降。
[0010]在所述電路中，進(jìn)一步包括:電阻器件；第一 MOS晶體管，被配置成在所述電阻器件的第一端提供所述第一電壓值或所述第二電壓值，所述電阻器件的第二端與所述第一MOS晶體管相連接；以及第二 MOS晶體管，被配置成在所述第二 MOS晶體管的端部提供所述第一電壓值或所述第二電壓值中的另一個電壓值。
[0011]在所述電路中，所述第一電壓值或所述第二電壓值包括MOS晶體管的柵極和源極之間的壓降。
[0012]在所述電路中，所述電壓節(jié)點與電容器件電連接；并且所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括:第一開關(guān)，被選擇性地配置成將第一電流提供至所述電容器件，以對所述電壓節(jié)點充電；以及第二開關(guān)，被選擇性地配置成將第二電流提供至所述電容器件，以對所述電壓節(jié)點放電。
[0013]在所述電路中，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括第一開關(guān)和第二開關(guān)；所述電壓節(jié)點與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)相連接；在所述第一條件下，所述第一開關(guān)閉合而所述第二開關(guān)打開；并且在所述第二條件下，所述第一開關(guān)打開而所述第二開關(guān)閉合。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電路，包括:電阻支路，被配置成接收電流并且提供第一電壓值和第二電壓值；比較器單元，被配置成接收所述第一電壓值、所述第二電壓值和電壓節(jié)點的電壓值，并且提供控制信號；以及開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，具有所述電壓節(jié)點，并且被配置成基于所述控制信號在第一條件下或第二條件下操作，其中，基于所述第一條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓值增大至所述第一電壓值，并且基于所述第二條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓降低至所述第二電壓值。
[0015]在所述電路中，所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括第一開關(guān)和第二開關(guān)；所述電壓節(jié)點與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)相連接；在所述第一條件下，所述第一開關(guān)閉合而所述第二開關(guān)打開；并且在所述第二條件下，所述第一開關(guān)打開而所述第二開關(guān)閉合。
[0016]在所述電路中，所述電阻支路的電阻器件形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層中。
[0017]在所述電路中，所述電阻支路的電阻器件形成FinFET半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層中。
[0018]在所述電路中，進(jìn)一步包括:第一電流源，被配置成提供所述電流；第二電流源，被配置成提供充電電流，以對所述電壓節(jié)點充電；以及第三電流源，被配置成提供放電電流，以對所述電壓節(jié)點放電。
[0019]在所述電路中，所述電流的值、所述充電電流的值和所述放電電流的值基本相同。
[0020]在所述電路中，所述電壓節(jié)點與電容器件電連接；并且所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括:第一開關(guān)，被選擇性地配置成將第一電流提供給所述電容器件，以對所述電壓節(jié)點充電；以及第二開關(guān)，被選擇性地配置成將第二電流提供給所述電容器件，以對所述電壓節(jié)點放電。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法，包括:將電壓充電至第一電壓值，并且將所述電壓放電到第二電壓值，以獲得所述電壓的時間周期；建立所述電壓的所述時間周期和溫度之間的關(guān)系；以及基于已知時間周期和所述關(guān)系，獲取對應(yīng)于所述已知時間周期的溫度，或者基于已知溫度和所述關(guān)系，獲取對應(yīng)于所述已知溫度的時間周期。
[0022]在所述方法中，進(jìn)一步包括:基于流過至少一個電阻器件的單個電流提供所述第一電壓值和所述第二電壓值。
[0023]在所述方法中，進(jìn)一步包括:在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中提供所述至少一個電阻器件中的至少一個電阻器件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]在附圖和以下說明書中闡述本發(fā)明的一個或多個實施例的詳情。其他特征和優(yōu)點將從說明書、附圖和權(quán)利要求明顯看出。
[0025]圖1是根據(jù)一些實施例的使用在熱傳感器中的電路的視圖。
[0026]圖2是根據(jù)一些實施例的圖1的電路的輸出電壓的波形圖。
[0027]圖3是根據(jù)一些實施例的具有用于在權(quán)利要求1的電路中使用的多個電阻器的FinFET結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
[0028]圖4A、圖4B、圖5A和圖5B是根據(jù)一些實施例的使用在熱傳感器中的其他電路的視圖。
[0029]圖6是根據(jù)一些實施例的操作圖1中的電路的方法的流程圖。
[0030]多個圖中的類似參考符號指示類似元件。

【具體實施方式】
[0031]以下使用特定語言公開圖中所示的實施例或?qū)嵗?。然而，將理解，實施例和實例不用于限制。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，所公開的實施例中的任何更改和修改、以及在本文檔中公開的原理的任何進(jìn)一步應(yīng)用都視作為為正常出現(xiàn)的。
[0032]一些實施例具有以下特征和/或優(yōu)點中的一個或其組合。在一些實施例中，基于電阻組件和單個電流生成兩個電壓。當(dāng)器件的溫度改變時，例如，基于兩個電壓測量改變后的溫度。因為基于單個電流生成兩個電壓，所以一個電壓的電流的溫度變化將通過另一個電壓的電流的溫度變化來抵消。由此基于兩個電壓的溫度測量來提高準(zhǔn)確度。在一些實施例中，基于兩個電壓，測量多種器件關(guān)于時間的溫度變化。
[0033]溫度傳感器
[0034]圖1是根據(jù)一些實施例的電路100的視圖。在一些實施例中，在溫度傳感器中使用電路100。
[0035]基于提供流過電阻器支路130的電流Il的電流源110生成電壓Vl和V2。為了說明，電阻器支路130包括串聯(lián)連接的四個電阻器Rl、R2、R3和R4。電阻器Rl、R2、R3和R4用作分壓器。在一些實施例中，電阻器Rl、R2、R3和R4中的每個都具有與另一個電阻器相同的電阻值。因此，V1=3*V2。為了說明，電壓Vl與電壓V2的比率被稱為RAT。在圖1的實例中，RAT=V I/V2=3。
[0036]為了說明，使用電阻器支路130。用于電阻器Rl、R2、R3或R4中的每個的其他電阻值和/或電阻器支路130的其他配置處在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。在一些實施例中，首先確定電壓Vl和電壓V2之間的關(guān)系。然后，選擇用于電阻器R1、R2、R3和R4中的每個的值，以滿足電壓Vl和V2之間的關(guān)系。在一些實施例中，根據(jù)比率RAT表示電壓Vl和V2之間的關(guān)系。為了說明，預(yù)先確定基于比率RAT的值(諸如3)的電壓Vl和V2之間的關(guān)系。然后，選擇電阻器R1、R2、R3和R4中的每個電阻器各自的值，以提供具有值3的比率RAT。參考圖3解釋在電阻器支路130中使用的不同類型的電阻器。
[0037]被標(biāo)記為比較器140的比較器單元接收輸入電壓Vl和輸入電壓V2、以及輸出電壓Vo，以生成用于控制包括開關(guān)SI和S2的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)150的控制信號CTRL。例如，在充電模式下，電壓Vo增大，并且比較器140比較電壓Vl和Vo。當(dāng)電壓Vo達(dá)到電壓Vl時，比較器140生成信號CTRL,以打開開關(guān)SI并且閉合S2,從而轉(zhuǎn)換至放電模式。相反,在放電模式下，電壓Vo減小，并且比較器140比較電壓V2和電壓Vo。當(dāng)電壓Vo達(dá)到電壓V2時，比較器140生成信號CTRL，以打開開關(guān)S2并且閉合開關(guān)SI，從而轉(zhuǎn)換至充電模式。有效地，當(dāng)開關(guān)SI閉合并且開關(guān)S2打開時，電容器C被充電,并且電壓Vo增大。在一些實施例中，比較器140將高邏輯值提供給控制信號CTRL，以打開開關(guān)SI并且閉合開關(guān)S2。相反，當(dāng)開關(guān)SI打開并且開關(guān)S2閉合時，電容器C被放電,并且電壓Vo減小。在一些實施例中，比較器140將低邏輯值提供給控制信號CTRL，以閉合開關(guān)SI并且打開開關(guān)S2?？刂崎_關(guān)SI和S2的控制信號CTRL的其他值在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0038]開關(guān)SI和S2形成開關(guān)網(wǎng)絡(luò)150并且作用于電容器C的端部處的電壓No’以對電容器C充電和放電。有效地，響應(yīng)于電容器C的這樣的充電和放電，電壓Vo改變。例如，在一些實施例中，當(dāng)開關(guān)SI閉合并且開關(guān)S2打開時，電壓No通過電容器C和電流源120的電流12充電。相反，當(dāng)開關(guān)SI打開并且開關(guān)S2閉合時，電壓No通過電容器C和電流源130的電流13放電。電流13平行于電容器C流動。在一些實施例中，電流I1、12和13中的每個都具有與其他電流相同的值。為了說明，示出開關(guān)網(wǎng)絡(luò)150的配置。給電壓Vo充電和放電的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)150的其他配置在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。在一些實施例中，電容器C具有基于使用電路100的電路的定時特征確定的電容值。
[0039]麵
[0040]圖2是根據(jù)一些實施例的波形200的圖表。波形200表示隨著時間的圖1中的電壓Vo關(guān)于電壓Vl和V2的動作。
[0041]通過開關(guān)S1、S2的操作，控制信號CTRL、電流12、電容器C和電流13、電壓Vo在電壓Vl和電壓V2之間增大和減小，如圖2中所示。例如，當(dāng)電壓Vo處于充電模式時，電壓Vo增大。當(dāng)電壓Vo達(dá)到電壓Vl時，開關(guān)S2打開并且開關(guān)S2閉合。結(jié)果，電壓Vo改變至放電模式。電壓Vo由此減小。當(dāng)電壓Vo達(dá)到電壓V2時，開關(guān)SI閉合并且開關(guān)S2打開。結(jié)果，電壓Vo改變至充電模式。電壓Vo由此增大。隨著時間，電壓Vo在充電模式下繼續(xù)增大，并且在放電模式下減小，如由波形200所示。
[0042]淵度感應(yīng)
[0043]為了說明，P表示電壓Vo的持續(xù)時間、時間周期、或時間循環(huán)。在一些實施例中，在特定溫度T下，持續(xù)時間P具有特定值。結(jié)果，當(dāng)溫度T改變時，持續(xù)時間P改變至相應(yīng)值。例如，溫度Tl對應(yīng)于持續(xù)時間Pl，并且溫度T2對應(yīng)于持續(xù)時間P2。當(dāng)溫度從Tl改變至T2時，相應(yīng)持續(xù)時間從Pl改變至P2。在一些實施例中，獲得對應(yīng)于多個溫度T的多個時間周期P，以生成溫度T和持續(xù)時間P之間的關(guān)系。當(dāng)已知持續(xù)時間P時，基于所生成的關(guān)系確定相應(yīng)溫度T?；趯?yīng)于多個溫度T的多個時間周期P的關(guān)系被稱為多點校準(zhǔn)系統(tǒng)。
[0044]在一些實施例中，在具有一對數(shù)據(jù)點Tl和Pl的單點校準(zhǔn)中，當(dāng)時間周期P2例如基于波形200實現(xiàn)時，基于SPICE仿真確定相應(yīng)溫度T2。換句話說，感應(yīng)或測量溫度T2。換句話說，溫度從Tl到T2的改變被監(jiān)控和/或測量。
[0045]特征
[0046]為了說明，圖1中的電阻器R1、R2、R3和R4中的每個都具有電阻值R。電壓Vl和電壓V2之間的電壓差被稱為d (V1-V2)。電壓Vo的改變被稱為d (Vo)。對應(yīng)于第一溫度Tl改變至第二溫度T2的時間的改變被稱為dt。有效地，dt是持續(xù)時間Pl到持續(xù)時間P2的改變。在一些實施例中，d(Vl-V2)與當(dāng)溫度改變時改變的電阻器R1、R2、R3和R4的電阻值成比例。換句話說，電阻R1、R2、R3和R4中的每個的多個電阻值是溫度的函數(shù)。
[0047]在數(shù)學(xué)上表示為:
[0048]Vl-V2=Vo 或
[0049]d(Vl-V2)=d (VO)或
[0050]d (V1-V2) / dt=d (Vo) / dt
[0051]而且，
[0052]V1=3R*I
[0053]V2=R*I
[0054]結(jié)果，
[0055]Vl - V2=2R*I 以及
[0056]d(2R*I)/dt=I/C 或
[0057]d(Vl-V2)=d (Vo)=dt/C (I)
[0058]基于以上等式(1)，電壓Vo的改變?nèi)Q于時間和電容器C的電容值的改變，而不取決于由于在生成電壓Vl和V2時使用的電阻器R1、R2、R3和R4的溫度導(dǎo)致的改變。換句話說，電壓Vl或V2中的每個都取決于單個電流II。結(jié)果，由于關(guān)于電壓Vl的溫度導(dǎo)致的電流Il的改變通過由于關(guān)于電壓V2的溫度導(dǎo)致的電流Il的改變抵消。而且，在一些實施例中，由于功率紋波導(dǎo)致的電壓Vl的改變通過由于功率紋波導(dǎo)致的電壓V2的改變抵消。
[0059]FinFET中的應(yīng)用
[0060]圖3是根據(jù)一些實施例的FinFET結(jié)構(gòu)300的橫截面圖。FinFET結(jié)構(gòu)300包括可以代替圖1的電路100中的電阻器R1、R2、R3和R4使用的不同類型的電阻器。
[0061]結(jié)構(gòu)300包括多層。每層包括至少一種類型的電阻器。為了簡單起見，在每層中示出一種類型的一個電阻器。例如，襯底310包括第一類型電阻器NWST1-R和第二類型電阻器NW-R。為了簡單起見，示出一個電阻器NWST1-R和一個電阻器NW-R。在N阱和淺溝槽隔離(STI)之間形成電阻器NWST1-R。在N阱中形成電阻器NW-R。為了說明，襯底310包括三個鰭。具有不同數(shù)量的鰭的襯底310在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0062]淺溝槽隔離層320在襯底310之上。
[0063]不出金屬柵極層330包括金屬柵極電阻器金屬柵極-R。
[0064]介電層340包括介電電阻器。在一些實施例中，介電層340包括氮化鈦(TiN)。在一些實施例中，介電層中的電阻器被稱為電阻器TiN-R。在圖中，因為介電層340太小以致不能在介電層340內(nèi)繪制電阻器TiN-R，在介電層340外部示出電阻器TiN-R。
[0065]氮化硅(SiN)層350在襯底310的鰭之上。
[0066]例如，層間介電層(IDL) 360包括多個金屬層,包括金屬層Ml至Mx (未標(biāo)記)。每個金屬層都包括一種類型的金屬電阻器。例如，金屬層Ml包括多個金屬電阻器M1-R,同時金屬層Mx包括多個金屬電阻器Mx-R。
[0067]在一些實施例中，擴(kuò)散區(qū)在被稱為OD層的擴(kuò)散層上。用于連接擴(kuò)散區(qū)和諸如MO層的金屬層中的觸點的層被稱為MoOD層(未不出)。在一些實施例中，MOOD層包括電阻器MOOD-R (未示出)。
[0068]為了說明，使用FinFET結(jié)構(gòu)300。包括相應(yīng)電阻器的其他結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。例如，平面半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。對于進(jìn)一步實例，平面結(jié)構(gòu)的每層包括相應(yīng)類型的電阻器。
[0069]應(yīng)用
[0070]圖4A是根據(jù)一些實施例的電路400A的視圖。在一些實施例中，以類似于電路100的方式，在溫度傳感器中使用電路400A。
[0071]為了說明，電壓VbeQl是施加在PNP BJT Ql的基極和發(fā)射極之間的電壓降。電壓VbeQ2是施加在PNP BJT Q2的基極和發(fā)射極之間的電壓降。電壓dVbe是電壓VbeQl和VbeQ2之間的電壓差。
[0072]與電路100相比，在電路400A中，電壓Vbg對應(yīng)于電壓Vl，并且電壓VbeQ2對應(yīng)于圖1中的V2。通過晶體管Ql和Q2的特征，電壓VbeQl和VbeQ2中的每個的值根據(jù)相應(yīng)晶體管Ql和Q2的尺寸改變。結(jié)果，電壓dVbe根據(jù)晶體管Ql和Q2的尺寸而改變。在一些實施例中，晶體管Ql的尺寸是晶體管Q2的尺寸的N倍。晶體管Ql和Q2之間的尺寸關(guān)系被稱為比率N:l。晶體管Ql和Q2之間的其他尺寸關(guān)系在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。電流源410提供電流141以生成電壓Vbg。電流源420提供用于晶體管Q2的電流142。
[0073]與圖1中的電路100相比，R42對應(yīng)于2R，并且d(Vo)或d(Vbg_VbeQ2)對應(yīng)于d(Vl-V2)。
[0074]基于等式(I);
[0075]d (Vo) =d (Vbg-VbeQ2) =dt/C (11)
[0076]基于等式(11)，電壓Vo的改變?nèi)Q于時間dt和電容器C的電容值的改變，而不取決于電阻器R42、電流141或電流I42、VbeQl或VbeQ2的溫度的改變。
[0077]圖4B是根據(jù)一些實施例的電路400B的視圖。在一些實施例中，以類似于電路400A的方式，在溫度傳感器中使用電路400B。
[0078]為了說明，施加在晶體管Q3和晶體管Q4的基極和發(fā)射極之間的電壓降分別被稱為VbeQ3和VbeQ4。與電路400A相比，在電路400B中，NPNBJT Q3和Q4分別代替圖4A中的PNP BJT Ql和Q2。電壓VbeQ4對應(yīng)于電壓VbeQ2。電壓Vbg2對應(yīng)于電壓Vbg。電壓VbeQ4和Vbg2之間的電壓差被稱為dVbe2。
[0079]基于等式(11):
[0080]d(Vo)=dVbe2=VbeQ4-Vbg2=dt/C (16)
[0081]基于等式(16)，電壓Vo的改變?nèi)Q于時間dt和電容器C的電容值的改變，而不取決于電阻器R42、電流141或電流I42、VbeQ3或VbeQ4的溫度的改變。
[0082]圖5A是根據(jù)一些實施例的電路500A的視圖。在一些實施例中，以類似于電路100的方式，在溫度傳感器中使用電路500A。
[0083]為了說明，電壓VsgMl和電壓VsgM2分別是施加在PMOS晶體管Ml和PMOS晶體管M2的源極和柵極之間的電壓降。與電路400A相比，在電路500A中，電壓VsgM2對應(yīng)于圖4A中的電壓VbeQ2，并且電壓Vbgm對應(yīng)于電壓Vbg。
[0084]電壓dVsg是電壓VsgMl和VsgM2之間的電壓差。通過晶體管Ml和M2的特征，電壓VsgMl和VsgM2中的每個的值根據(jù)相應(yīng)晶體管Ml和M2的尺寸而改變。結(jié)果，電壓dVsg根據(jù)晶體管Ml和M2的尺寸而改變。在一些實施例中，晶體管Ml的尺寸是晶體管M2的尺寸的L倍。晶體管Ml和M2之間的尺寸關(guān)系被稱為比率L:1。
[0085]與圖4A 中的電路 400A 相比，d (Vo)或 d (Vbgm-Vsgm2)對應(yīng)于 d (Vbg_VbeQ2)。
[0086]基于等式(11):
[0087]d (Vo) =d (Vbgm-Vsgm2) =dt/C (21)
[0088]基于等式(21)，電壓Vo的改變?nèi)Q于時間和電容器C的電容值的改變，而不取決于電阻器R42、電流141或電流142、或者Vsgml或Vsgm2的溫度的改變。
[0089]圖5B是根據(jù)一些實施例的電路500B的視圖。在一些實施例中，以類似于電路500A的方式，在溫度傳感器中使用電路500B。
[0090]為了說明，施加在晶體管M3和晶體管M4的柵極和源極之間的電壓降分別被稱為VgsM3和VgsM4。與電路500A相比，在電路500B中，NMOS晶體管M3和M4分別代替圖5A中的PMOS晶體管Ml和M2。電壓VgsM4對應(yīng)于電壓Vbgm。電壓Vbgm2對應(yīng)于電壓VgsM2。電壓VgsM4和Vbgm2之間的電壓差被稱為dVsg2。
[0091]基于等式(11):
[0092]d(Vo)=dVsg2=VgsM4-Vbgm2=dt/C (26)
[0093]基于等式(26)，電壓Vo的改變?nèi)Q于時間dt和電容器C的電容值的改變，而不取決于電阻器R42、電流141或電流142、VgsM3或VgsM4的溫度的改變。
[0094]關(guān)于電路100的多種實施例比使用MOS晶體管的其他方法更有利。例如，多種實施例不經(jīng)受另外由MOS晶體管中的電流源失配而引生的電流變化。多種實施例不具有例如在其他方法中另外需要由消波技術(shù)抵消的噪聲。而且，在本發(fā)明的多種實施例中，使用單個電阻器支路生成電壓Vl和/或V2，以提供電壓Vo。從而，根據(jù)本發(fā)明的多種實施例獲取溫度的技術(shù)被稱為電阻熱感應(yīng)。
[0095]在一些實施例中，在平面或FinFET半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中使用電路100。換句話說，本發(fā)明的技術(shù)與平面和FinFET工藝兩者兼容。例如，在一些實施例中，電路100由FinFET工藝構(gòu)造。諸如電流源110的電流源通過晶體管實現(xiàn)?；贔inFET技術(shù)，與當(dāng)晶體管由另一種技術(shù)構(gòu)造時的阻抗相比，被用作電流源110的晶體管的阻抗增大。結(jié)果，比較器140的增益帶寬也增大。在一些實施例中，電路400A、400B、500A和/或500B使用FinFET工藝制造，并且從而具有與電路100類似的優(yōu)點。
[0096]由于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的每層包括不同類型的電阻器，由此可將本發(fā)明的多種實施例中的技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控不同層中的溫度變化以及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的不同深度。而且，在相同電阻器支路130中生成電壓Vl和V2。結(jié)果，一個電壓的溫度的變化由另一個電壓的溫度的變化抵消。相反，在其他方法中，在兩個不同支路中生成可與電壓Vl和V2相比的兩個電壓。在那些方法中，在不同支路中可能出現(xiàn)電流失配。結(jié)果，在那些方法中，一個電壓的溫度的變化不由另一個電壓的溫度的變化抵消。而且，在基于BJT的其他方法中，在襯底中形成BJT，并且在其他層中不形成BJT。結(jié)果，那些方法中的感應(yīng)技術(shù)僅適用于襯底，不適用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其他層。在一些實施例中，電路100可用于探測襯底內(nèi)的一層和/或多個互連層處的溫度變化，其也公知為后段工藝(BEOL)層。在一些實施例中，電路400A、400B、500A和500B可用于探測襯底內(nèi)的一層處的溫度變化。
[0097]如圖1中所示，電路100用作單個電阻器支路。結(jié)果，操作VDD中的Ι/f噪聲被抵消，從而避免了用于抵消Ι/f噪聲的消波技術(shù)的電路和管芯區(qū)域。
[0098]而且，本發(fā)明的多種實施例比使用BJT的其他方法更有利。例如，多種實施例的操作電壓VDD不受BJT的正向結(jié)限制。結(jié)果，多種實施例的操作電壓VDD的值低于0.7V。相反，在使用BJT的方法中，相關(guān)電路的操作電壓VDD受BJT的正向結(jié)限制，并且不能低于0.7V。相反，在一些實施例中，電路100、500A和500B不具有該正向結(jié)偏壓限制。
[0099]在一些實施例中，獲取在不同相應(yīng)溫度T下的圖2中的電壓Vo的時間周期P，以生成時間周期P和溫度T之間的關(guān)系。結(jié)果，給出諸如時間周期Pi的時間周期，基于該關(guān)系確定例如相應(yīng)溫度Ti。
[0100]通
[0101]圖6是根據(jù)一些實施例的方法600的流程圖。方法600示出圖1中的電路100的操作。
[0102]在操作605中，確定電壓Vl和V2之間的電壓差d(Vl_V2)。在一些實施例中，電壓差d(Vl-V2)由比率RAT表示。例如，選擇具有預(yù)定數(shù)量3的比率RAT。換句話說，電壓Vl的值是電壓V2的值的三倍。電壓Vl和V2之間的不同關(guān)系在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0103]在操作610中，確定電阻器R1、R2、R3和R4中的每個的值，以基于差d(Vl_V2)和/或比率RAT提供電壓Vl和V2。為了說明，電阻器Rl、R2、R3和R4中的每個被選擇為具有相等電阻值R，以滿足所示的比率RAT為3。
[0104]在操作615中，在多個溫度T下獲取多個電壓Vo。換句話說，獲得用于電壓Vo和溫度T的多個數(shù)據(jù)點。在對應(yīng)于溫度T的特定數(shù)據(jù)點處，電壓Vo如由圖2中的波形200解釋的那樣表現(xiàn)。電壓Vo還具有相應(yīng)時間周期P?；跍囟萒和相應(yīng)時間周期P的多個數(shù)據(jù)點，建立溫度T和時間周期P之間的關(guān)系。為了說明，該關(guān)系被稱為關(guān)系REL。在一些實施例中，基于多個數(shù)據(jù)點建立關(guān)系REL被稱為多點校準(zhǔn)。相反，如果對應(yīng)于一個溫度和一個時間周期的一個數(shù)據(jù)點被用于確定關(guān)系REL，獲得關(guān)系REL則被稱為一點校準(zhǔn)。
[0105]在操作620中，當(dāng)在特定應(yīng)用中使用電路100時，例如，獲得具有應(yīng)用周期PA的電壓Vo?；趹?yīng)用周期PA和關(guān)系REL，獲得例如相應(yīng)溫度。換句話說，感應(yīng)到溫度TA?？商鎿Q地，基于溫度TA和關(guān)系REL，獲取相應(yīng)PA。
[0106]在一些實施例中，電路100在諸如室溫的已知溫度下操作，例如，溫度為25°C。從而，電路100在25°C下提供已知時間周期P。當(dāng)室內(nèi)的溫度改變時，時間周期P改變。基于改變的周期P和關(guān)系REL，確定或感應(yīng)室內(nèi)的改變后的溫度。換句話說，使用電路100來監(jiān)控或感應(yīng)溫度改變或溫度變化。在一些實施例中，在一點校準(zhǔn)系統(tǒng)中，從改變后的周期P和SPICE仿真獲得感應(yīng)溫度變化。
[0107]為了說明，圖6使用電路100。關(guān)于圖4A中的電路400A，操作615和620類似，其中，電壓Vbg和VbeQ2代替圖1中的相應(yīng)電壓Vl和V2。同樣地，關(guān)于圖4B中的電路400B，操作615和620類似，其中，電壓VbeQ4和Vbg2代替相應(yīng)電壓Vl和V2。關(guān)于圖5A中的電路500A，操作615和620類似，其中，電壓Vbgm和VsgM2代替相應(yīng)電壓Vl和V2。關(guān)于圖5B中的電路500B，操作615和620類似，其中，電壓VgsM4和VBgm2代替相應(yīng)電壓Vl和V2。
[0108]在一些實施例中，電路包括比較器單元和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。比較器單元被配置成接收電壓節(jié)點的第一電壓值、第二電壓值、以及第三電壓值，并且提供控制信號。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括電壓節(jié)點，并且被配置成基于控制信號在第一條件或第二條件下操作。基于第一條件，電壓節(jié)點被配置成使電壓值增大至第一電壓值。基于第二條件，電壓節(jié)點被配置成使電壓降低至第二電壓值。
[0109]在一些實施例中，電路包括電阻支路、比較器單元和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。電阻支路被配置成接收電流，并且提供第一電壓值和第二電壓值。比較器單元被配置成接收第一電壓值、第二電壓值、以及電壓節(jié)點的電壓值，并且提供控制信號。開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括電壓節(jié)點，并且被配置成基于控制信號在第一條件或第二條件下操作。基于第一條件，電壓節(jié)點被配置成使電壓值增大至第一電壓值?；诘诙l件，電壓節(jié)點被配置成使電壓值降低至第二電壓值。
[0110]在一些實施例中，公開了一種方法。將電壓充電至第一電壓值，并且放電至第二電壓值，以獲取電壓的時間周期。建立電壓的時間周期和溫度之間的關(guān)系。基于已知時間周期和關(guān)系，獲取對應(yīng)于已知時間周期的溫度?？商鎿Q地，基于已知溫度和關(guān)系，獲取對應(yīng)于已知溫度的時間周期。
[0111]已經(jīng)描述的多個實施例。然而，將理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以做出多種修改。例如，被示出為特定摻雜類型(例如，N型或P型金屬氧化物半導(dǎo)體(NM0S或PMOS))的多種晶體管被用于說明目的。本發(fā)明的實施例不限于特定類型。選擇用于特定晶體管的不同摻雜類型處在多種實施例的范圍內(nèi)。在以上說明中使用的多種信號的低或高邏輯值也被用于說明。當(dāng)信號被激活和/或去激活時，多種實施例不限于特定邏輯值。選擇不同邏輯值在多種實施例的范圍內(nèi)。在多種實施例中，晶體管用作開關(guān)。代替晶體管使用的開關(guān)電路在多種實施例的范圍內(nèi)。在多種實施例中，晶體管的源極可以被配置成漏極，并且漏極可以被配置成源極。
[0112]為了說明，多個圖示出離散的電阻器和電容器?？梢允褂玫刃щ娐?。例如，可以使用電阻器件、電路或網(wǎng)絡(luò)(例如，電阻器、電阻器件、電路等的組合)代替電阻器。類似地，可以使用電容器件、電路或網(wǎng)絡(luò)(例如，電容器、電容器件、電路等的結(jié)合)代替電容器。
[0113]以上說明包括示例性步驟，但是步驟不必以所示順序執(zhí)行。根據(jù)所披露的實施例的精神和范圍，當(dāng)合適時，可以添加、替換、改變順序、和/或刪除步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種電路,包括: 比較器單元，被配置成接收第一電壓值、第二電壓值和電壓節(jié)點的第三電壓值，并且提供控制信號；以及 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，具有所述電壓節(jié)點，并且被配置成基于所述控制信號在第一條件或第二條件下操作，其中，基于所述第一條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓值增大至所述第一電壓值，并且基于所述第二條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓降低至所述第二電壓值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括: 至少一個電阻器件，被配置成接收第一電流并且提供所述第一電壓值和所述第二電壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中， 所述至少一個電阻器件中的至少一個電阻器件形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中， 所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是FinFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括: 電阻器件； 第一雙極結(jié)型晶體管，被配置成在所述電阻器件的第一端提供所述第一電壓值或所述第二電壓值，所述電阻器件的第二端與所述第一雙極結(jié)型晶體管相連接；以及 第二雙極結(jié)型晶體管，被配置成在所述第二雙極結(jié)型晶體管的端部提供所述第一電壓值或所述第二電壓值中的另一個值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中， 所述第一電壓值或所述第二電壓值包括雙極結(jié)型晶體管的基極和發(fā)射極之間的壓降。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括: 電阻器件； 第一 MOS晶體管，被配置成在所述電阻器件的第一端提供所述第一電壓值或所述第二電壓值，所述電阻器件的第二端與所述第一 MOS晶體管相連接；以及 第二 MOS晶體管，被配置成在所述第二 MOS晶體管的端部提供所述第一電壓值或所述第二電壓值中的另一個電壓值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中， 所述第一電壓值或所述第二電壓值包括MOS晶體管的柵極和源極之間的壓降。
9.一種電路,包括: 電阻支路，被配置成接收電流并且提供第一電壓值和第二電壓值； 比較器單元，被配置成接收所述第一電壓值、所述第二電壓值和電壓節(jié)點的電壓值，并且提供控制信號；以及 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，具有所述電壓節(jié)點，并且被配置成基于所述控制信號在第一條件下或第二條件下操作， 其中，基于所述第一條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓值增大至所述第一電壓值，并且基于所述第二條件，所述電壓節(jié)點被配置成將電壓降低至所述第二電壓值。
10.一種方法，包括: 將電壓充電至第一電壓值，并且將所述電壓放電到第二電壓值，以獲得所述電壓的時間周期； 建立所述電壓的所述時間周期和溫度之間的關(guān)系；以及 基于已知時間周期和所述關(guān)系，獲取對應(yīng)于所述已知時間周期的溫度，或者基于已知溫度和所述關(guān)系，獲取對應(yīng)于所述已知溫度的時間周期。
【文檔編號】G01K7/16GK104236735SQ201310367573
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月17日
【發(fā)明者】洪照俊, 劉思麟, 陳重輝 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司