CN101278338B - 磁性隧道结温度传感器 - Google Patents

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Abstract

提供一种集成电路器件(600)，包括置于衬底(602)中的热源(604)，以及置于热源上的磁性隧道结(“MTJ”)温度传感器(608)。

Description

磁性隧道结温度传感器
技术领域
本发明一般地涉及电子器件。更特别地，本发明涉及具有智能型电源器件和磁阻随机存取存储器(MRAM)电路系统的集成电路(IC)器件，其将磁性隧道结(MTJ)实现为温度传感器或磁性隧道结温度传感器(MTJ-TS)。
背景技术
MRAM是使用磁性极化存储数据的非易失性存储技术，与使用电子电荷存储数据的其他RAM技术相对比。MRAM的一个主要益处在于它在外加系统电源不存在的情况下保存存储的数据，因此它是一种非易失性存储器。通常，MRAM包括在半导体衬底上形成的大量磁性单元，其中每个单元代表一个数据位。通过改变单元内磁性自由层的磁化方向将信息写入单元，并且通过测量单元的电阻读出位(低电阻典型地代表“0”位而高电阻典型地代表“1”位，或者反之亦然)。
MRAM器件通常包括使用传导位线、传导数字线和/或局部互连等互连的单元阵列。实际的MRAM器件使用已知的半导体加工技术制造。例如，位线和数字线由不同金属层形成，它们由一个或多个绝缘和/或另外的金属层分离。常规制造工艺允许不同的MRAM器件容易地制造在衬底上。
智能型电源集成电路是能够以受控和智能方式提供工作功率的单片器件。智能型电源集成电路典型地包括一个或多个有源电路部件，例如电源电路部件、模拟控制部件和/或数字逻辑部件。智能型电源集成电路也可以包括可以用来测量或检测物理参数例如位置、运动、力、加速度、温度、场、压力等的一个或多个传感器。这种传感器可以用来例如响应变化的操作条件控制输出功率。例如，在蜂窝式电话中，可以设计智能型电源产品以调节功耗、放大音频信号以及提供电源到彩色屏幕。在喷墨式打印机中，智能型电源产品可以帮助驱动电机并且为油墨输送放开喷嘴。在汽车中，智能型电源产品可以帮助控制引擎和制动系统、安全气囊展开以及座位定位。智能型电源产品也可以在大量其他应用中实现。
对于实现智能型电源和磁阻随机存取存储器(MRAM)设计的集成电路(IC)，温度感测是保护电路、器件或系统的电源IC设计的重要元素。
图15是实现用于感测温度的温度传感器1502的常规集成电路器件1500的简化示意横截面表示。该器件包括温度传感器1502、电源1504、硅衬底1506、绝缘衬底1508、逻辑1514和MRAM体系结构1516。温度传感器1502和电源1504都嵌入在硅衬底1506中而绝缘衬底1508位于温度传感器1502和电源1504上方。用于测量电源1504的温度的现有温度传感器1502遭受各种限制。温度传感器102可以使用基于结的器件实现，其中结带隙相对于变化的温度而改变。这种基于p/n结的感测器件1502消耗珍贵的半导体布局面积或空间。这种感测器件1502的其他限制包括尤其例如过度的尺寸/重量、不足的测量精度、不足的灵敏度和/或动态范围、高成本以及有限的可靠性。
许多现代应用的小型化使得缩小电子器件的物理尺寸，将多个部件或器件集成到单个芯片中，和/或提高电路布局效率是期望的。理想地，这种传感器应当以节省成本的方式制造，这减小传感器消耗的另外布局面积或空间。使得包括MRAM体系结构的基于半导体的器件与在单个衬底上包括传感器部件的智能型电源体系结构集成在一起将是期望的，特别地，其中MRAM体系结构和智能型电源体系结构使用相同加工技术制造。因此，继续存在对于改进温度传感器的需求。
因此，提供一种适合于测量温度的改进温度传感器和方法是期望的。改进的温度传感器和方法产生可以转换成热源温度的电气信号是进一步期望的。提供可以与半导体器件和集成电路容易地集成在一起的温度传感器(例如，与半导体器件和集成电路结构以及制造方法兼容的温度传感器)将是期望的。例如，提供表现出精确测量和改进测量性能并且可以集成在三维体系结构中以节省布局面积并且允许以节省成本的方式处理的温度传感器将是非常期望的。本发明的其他期望特征和特性将从随后结合附随附图以及前述技术领域和背景进行的详细描述和附加权利要求书中变得明白。
附图说明
可以通过在结合下面附图考虑时参考详细描述和权利要求书获得本发明的更完整理解，其中类似的参考数字遍及附图指向类似的元件。
图1是根据一种示范性实施方案配置的MRAM单元的示意透视图；
图2是简化智能型电源集成电路体系结构的示意截面图；
图3是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件的示意表示；
图4是图3中显示的集成电路器件的示意横截面表示；
图5是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件的示意横截面表示；
图6是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件的简化横截面图；
图7是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件的简化横截面图；
图8是根据一种示范性实施方案配置的集成电路的简化横截面图，其实现用于感测相关联热源或发热器件的温度的MTJ核芯温度传感器；
图9是根据示范性实施方案配置的MTJ的电极的分解平面图；
图10是根据其他示范性实施方案配置的MTJ的电极的分解平面图；
图11是根据再其他示范性实施方案配置的MTJ的电极排列的平面图；
图12是在热源上实现磁性隧道结(MTJ)温度传感器的集成电路器件的简化顶视图；
图13是显示根据一种示范性实施方案制造MTJ核芯温度传感器的方法的流程图；
图14是说明MTJ输出电阻相对于变化温度的曲线图；以及
图15是实现温度传感器的常规集成电路器件的简化示意横截面表示。
具体实施方式
下面的详细描述实际上仅是说明性的而不打算限制本发明或者本发明的应用和使用。如这里使用的，单词“示范性”意思是“用作实例、用例或说明”。这里描述为“示范性”的任何实施方案不一定解释为优于其他实施方案优选或有利。该详述中描述的所有实施方案是为了使得本领域技术人员能够创造或使用本发明，而不是为了限制权利要求书定义的本发明的范围而提供的示范性实施方案。此外，不存在由前述技术领域、背景、概述或下面详细描述中展示的任何显式或隐式理论限制的打算。
为了简洁，与MRAM设计、MRAM操作、半导体器件制造以及集成电路器件的其他方面相关的常规技术和特征可能不在这里详述描述。此外，在这里包含的各种附图中显示的电路/部件布局和配置打算代表本发明的实例实施方案。应当注意，许多备选或另外的电路/部件布局可以在实际的实施方案中存在。
下面的描述可以涉及“连接”或“耦连”在一起的元件或特征。如这里使用的，除非另外明确地陈述，“连接”意思是一个元件/特征直接连接到(或与其间接地通信)另一个元件/特征，并且不一定是机械地。类似地，除非另外明确地陈述，“耦连”意思是一个元件/特征直接或间接地连接到(或者与其直接或间接地通信)另一个元件/特征，并且不一定是机械地。
为了说明简单且清晰，附图说明构造的一般方式，并且可以省略众所周知的特征和技术的描述和细节以避免不必要地混淆本发明。另外，附图中的元件不一定按比例绘制。例如，图中元件或区域的一些的尺寸可能相对于其他元件或区域而夸大，以帮助促进本发明的实施方案的理解。
说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等，如果存在的话，可以用来区分类似的元件，而不一定用于描述特定顺序或年代次序。应当理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，使得这里描述的本发明的实施方案例如能够以除说明或另外在这里描述的那些之外的顺序操作。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体打算覆盖非排他性包括，使得包括一系列元素的过程、方法、物品或装置并不一定局限于那些元素，而是可以包括没有明确列出或者这种过程、方法、物品或装置固有的其他元素。
说明书和权利要求书中的术语“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上面”、“下面”等，如果存在的话，用于描述目的而不一定用于描述永久的相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，使得这里描述的本发明的实施方案例如能够在除说明或另外在这里描述的那些之外的其他定向中操作。如这里使用的术语“耦连”定义为以电气或非电气方式直接或间接连接。
实际的MRAM体系结构可以使用适当的半导体制造工艺形成在衬底上。实际上，这里描述的MRAM结构可以使用常规MRAM制造工艺形成。实际的MRAM器件将典型地包括上百万的单元。通常，MRAM体系结构包括由一个金属层形成的至少一个数字线，由另一个金属层形成的至少一个位线，以及在两个金属层之间形成的磁性隧道结(“MTJ”)核芯。MTJ核芯包括形成MRAM体系结构的存储位置阵列的单元。
图1是根据一种示范性实施方案配置的MRAM单元200的示意透视图。MRAM体系结构中的每一个单元可能如图1中所示配置。MRAM单元200通常包括上部铁磁或合成反铁磁(“SAF”)层202，或下部铁磁或SAF层204，以及两个铁磁层之间的隧道势垒层206。在该实例中，上部铁磁或SAF层202构成自由磁性层，因为它的磁化方向可以切换从而改变单元200的位状态。但是，下部铁磁或SAF层204是固定磁性层，因为它的磁化方向被钉扎在一个方向上并且在正常操作条件期间不改变极化方向。当上部铁磁或SAF层202中的磁化与下部铁磁层204中的磁化平行时，跨越单元200的电阻处于低阻态中。当上部铁磁层202中的磁化与下部铁磁层204中的磁化反平行时，跨越单元200的电阻处于高阻态中。给定单元200中的数据(“0”或“1”)通过测量单元200的电阻而读出。用来读出和写入数据到MRAM单元200的技术对本领域技术人员已知，因此将不在这里详细描述。
图1也描绘与单元200相对应的位线208和数字线210(单独地和集体地在这里称作“程序线”)。对于切换应用，自由磁性层202中的磁化方向响应来自数字和位线的外加电流脉冲而旋转，并且对于单个磁性自由层(或常规)应用，当数字和位线脉冲同时施加时，进行完整的180度反转。在典型的非切换MRAM中，位的方向通过反转位线208中电流的极性同时保持数字线210中电流的恒定极性而反转。在实际使用中，位线208可以连接到任意数目的类似MRAM单元(例如一列单元)以提供公共写入电流到连接单元的每一个。类似地，数字线210可以与任意数目的类似MRAM单元(例如一行单元)相关联以提供公共数字电流到单元的每一个。
在图1中显示的实施方案中，可以提供磁性覆盖层或屏蔽层214，218以提高稳定性和减小因邻近MRAM单元的温度路线引起的信号噪声/干扰。在该实例中，数字线210包括传导数字元件212和由软磁性材料形成的可渗透覆盖材料214。在该实例中，覆盖层214部分地围绕传导元件212。特别地，覆盖层214围绕传导元件212的三个侧面而形成，使得传导元件212的面向上的表面保持未覆盖。在图1中显示的实施方案中，线208包括传导位元件216和由可渗透磁性材料形成的覆盖层218。在该实例中，覆盖层218部分地围绕传导元件216。特别地，覆盖层218围绕传导元件216的三个侧面形成，使得传导元件216的面向下的表面保持未覆盖。覆盖层214/218可以用来朝向MTJ聚焦磁通量以提高编程效率。覆盖层具有减小对相邻位的写入干扰的另外优点。在实际的实施方案中，磁性覆盖层是在MRAM工艺中使用的铜程序线的制造中使用的势垒层的组成部分。
在实际的实施方案中，传导元件212和传导元件216由导电材料例如铜形成，并且覆盖层214/218由软的可渗透磁性材料例如NiFe、镍-铁-钴合金、钴-铁合金等形成。在一种实例实施方案中，覆盖层214/218大约200埃厚(覆盖层214/218的侧壁可能稍微薄)。虽然传导元件和覆盖层由不同材料实现，传导元件212和覆盖层214认为制造在一个公共金属层(例如金属四层)处，并且传导元件216和覆盖层218认为制造在另一个公共金属层(例如金属五层)处。
术语“第一金属层”和“第二金属层”可以在这里使用以区分任意两个不同的金属层，并且“第一金属层”和“第二金属层”不需要分别指示金属一和金属二层。换句话说，“第一金属层”意思是描述的集成电路器件中的任何金属层，而不管任何任意层编号方案，并且“第二金属层”意思是描述的集成电路器件中的任何其他金属层，而不管任何任意层编号方案。
智能型电源集成电路可以使用集成精密模拟、电源器件以及块的逻辑或子集的组合CMOS工艺制造。智能型电源集成电路可以减少各种部件并且将所有那些功能组合到单个节省成本的IC中，包括电压调节、功率MOSFET、输入信号调节、瞬间保护、系统诊断以及控制的功能。使用智能型电源集成电路的IC包含各种功能，例如电源IC、通信、电源管理、安全和传感器，以及许多其他特殊功能。智能型电源集成电路特征是一组丰富的混合信号构件块，包括A/D和D/A转换器、轨至轨运算放大器、比较器、电荷泵和栅极驱动器、电压调节器、精密参考、数字逻辑和非易失性存储器。为了驱动负载，存在具有电感能量钳位、独立热学管理、短路保护和诊断负载感测的功率MOSFET器件。
图2是简化智能型电源集成电路体系结构250的示意图，其作为实例使用适当半导体制造工艺形成在具有n外延层254的衬底252上。智能型电源集成电路可以形成在具有和/或不具有外延层、使用n型或p型的各种类型的衬底上。实际上，智能型电源集成电路体系结构250和在这里描述的其他结构可以使用任何适当的集成电路制造工艺形成。虽然智能型电源集成电路体系结构250描绘具有功率MOSFET 256，CMOS(n-MOSFET 258和p-MOSFET 260)以及双极型器件262，实际的智能型电源集成电路将典型地包括各种有源和无源部件，例如二极管、电阻器、电容器、电感器、熔丝、反熔丝和存储器件。通常，智能型电源集成电路体系结构250包括至少一个金属层，并且添加另外的金属层以增加电路密度和增强电路性能。各种n型和p型井使用众所周知的半导体处理，例如注入和扩散形成。隔离部件264可以使用氧化和或沟槽工艺实现。
本发明的一种实施方案涉及在公共衬底上形成并且具有与智能型电源体系结构组合的MRAM体系结构的集成电路器件，其中MRAM体系结构的至少一部分和智能型电源体系结构的至少一部分同时由相同的制造工艺形成。如这里使用的，智能型电源体系结构包括配置以管理电源的电源电路部件和配置以控制、调节、监控、影响或响应电源电路操作的至少一个另外的部件。实际上，电源电路部件可以包括功率晶体管，该至少一个另外的部件可以包括，而不局限于：传感器(例如环境条件传感器、电磁传感器、电动机械传感器、电气属性传感器、换能器等)；电源控制部件；模拟部件；数字逻辑部件；或其任何组合。使用智能型电源集成电路，设计者可以减小实际应用的模拟部分和数字逻辑的尺寸从而实现紧密电路系统。这使得设计者能够将更多特征和能力经济地封装到芯片中，实现减小的晶片面积、减小的成本和改进的性能。该集成帮助汽车系统、工业控制和消费电子设备的设计者简化系统涉及、降低系统成本和提高稳定性。
图3是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件300的示意表示。集成电路器件300通常包括许多功能部件形成于其上的衬底302。衬底302可以是任何适当的半导体材料，例如基于硅的材料。为了容易说明，功能部件在图3中示意地描绘为块。在该实例中，这些功能部件包括电源电路部件304、数字逻辑部件306、传感器体系结构308、MRAM体系结构310和模拟电源控制部件312。虽然图3中没有显示，集成电路器件300可以包括满足特定应用需求所必需的另外部件。实际上，这些功能部件的一些可以连接在一起以能够协作操作。例如，电源电路部件304、数字逻辑部件306、传感器体系结构308和模拟电源控制部件312可以协作以形成集成电路器件300的智能型电源体系结构。在这点上，这些部件(独立地或者以任何组合)在这里也称作“智能型电源部件”。但是，MRAM体系结构310不需要连接到其他部件并且MRAM体系结构310可以配置以用作集成电路器件300的独立子系统。MRAM体系结构310以这种方式到智能型电源集成电路中的嵌入实现物理空间的有效使用，同时能够由传统仅连同MRAM的MTJ核芯一起使用的层制造传感器。
在本发明的一种实际实施方案中，电源电路部件304包括一个或多个高功率MOSFET器件，其配置以高电压操作从而产生高温。备选实施方案可以将不同发电器件和技术用于电源电路部件304。数字逻辑部件306可以使用CMOS晶体管或任何适当数字逻辑方案实现。数字逻辑部件306配置以执行支持集成电路器件300的智能型电源体系结构的数字操作。模拟电源控制部件312包括配置以支持集成电路器件300的智能型电源体系结构的模拟电路部件。模拟电源控制部件312可以包括例如电阻器、电容器、电感器、MOSFET、双极型器件和/或其他模拟电路元件。
传感器体系结构308通常配置以感测集成电路器件300的一个或多个物理、电气、磁性、环境或其他条件。在该实例中，集成电路器件300使用由传感器体系结构308检测的数量、特性、参数或现象来调节、控制、管理或监控电源电路部件304产生的输出功率。在这点上，传感器体系结构308可以使用一个或多个传感器或传感器部件，包括但不局限于：环境条件传感器，例如温度传感器、湿度传感器、光传感器、辐射传感器等；电磁传感器；电动机械传感器，例如换能器；机械传感器，例如振动传感器、加速度计、应力/应变传感器等；磁场传感器；或者电气属性传感器，例如电压传感器、温度传感器、阻抗或电阻传感器、温度传感器、电容传感器、电感传感器等。
MRAM体系结构310可以通常如结合图1和2在上面描述地配置。实际上，集成电路器件300可以将常规MRAM设计和技术用于MRAM体系结构310，并且这种常规特征将不在这里详细描述。通常，MRAM体系结构310包括MRAM电路部件314以及连接到MRAM电路部件314的MRAM单元阵列316(参看图4，其是集成电路器件300的示意横截面表示)。MRAM电路部件314可以包括支持MRAM体系结构310的操作的任意数目的元件或特征，包括但不局限于：开关晶体管；输入/输出电路系统；解码器；比较器；读出放大器等。图4是一般地描绘集成电路器件300的功能部件的拓朴排列的简化图。在这点上，图4说明MRAM体系结构310形成在衬底302上，并且智能型电源体系结构(在该实例中包括电源电路部件304、数字逻辑部件316、传感器体系结构308和模拟电源控制部件312)形成在衬底302上。图4也说明MRAM单元阵列316形成在MRAM电路部件314上面。
根据本发明的实例实施方案，集成电路器件300使用具有前端制造工艺和后端制造工艺的模块加工技术制造。关于这一点，前端制造工艺在时间上首先执行并且在后端工艺开始之前完成。如这里使用的，前端制造工艺与使用“前端层”的元件或特征的形成相关联，其可能是金属或传导层、电介质层或其他层，而后端制造工艺与使用“后端层”的元件或特征的形成相关联，其可能是金属或传导层、电介质层、MTJ核芯层或其他层。因此，前端层位于衬底302上，并且后端层位于前端层上。实际上，前端和后端制造工艺可以利用众所周知的掩蔽、反应离子刻蚀、物理溅射、镶嵌图案形成、物理汽相沉积、电镀、化学汽相、和/或等离子增强化学汽相沉积技术。例如，如这里描述的集成电路可以使用可以影响CMOS、双极型或其他适当制造工艺的加工技术制造。
图4是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件300的部件和元件的简化图。集成电路器件300的实际实施方案可以包括除了图4中显示的之外的另外层(例如金属层、电介质层和/或接地平面)。在该实例中，电源电路部件304、模拟电源控制部件312、数字逻辑部件306和MRAM电路部件314通过前端制造工艺由前端层适当地形成。这些前端部件的一些或全部可以通过前端制造工艺同时形成。相反地，传感器体系结构308(其可能包括一个或多个传感器)和MRAM单元阵列316通过后端制造工艺由后端层适当地形成。这些后端部件的一些或全部可能由后端制造工艺同时形成。实际上，前端和后端制造工艺是用来形成MRAM体系结构310的MRAM制造工艺中的模块。因此，集成电路器件300的制造影响对于智能型电源体系结构的现有MRAM制造工艺。如此，智能型电源体系结构的至少一部分和MRAM体系结构310的至少一部分可以由所选MRAM制造工艺同时形成。
图5是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件500的示意横截面表示。集成电路器件300(图3和4)可以使用图5中描绘的一般结构。集成电路器件500代表以这里描述的方式制造的实例MRAM嵌入式智能型电源集成电路。集成电路器件500通常包括衬底502、在衬底502上形成的前端层504，以及在前端层504上形成的后端层506。图5中的虚线508代表前端制造工艺和后端制造工艺之间的假想分界线。
在本发明的一种实际实施方案中，集成电路器件500的前端层504可以包括金属一层510、金属二层512、金属三层514、插入电介质层(图5中没有单独显示)、在层之间路由的传导通孔516等，而集成电路器件500的后端层506可以包括金属四层518、金属五层520、MTJ核芯“层”522、插入电介质层(图5中没有单独显示)、在层之间路由的传导通孔524等。如上所述，MTJ核芯可以由多于一层材料实现。但是，为了简化，图5描绘MTJ核芯为单“层”522。在本发明的其他实施方案中，集成电路器件500可以包括或多或少的前端层和/或或多或少的后端层。
在图3和4的示范性实施方案中，电源电路部件304、模拟电源控制部件312、数字逻辑部件306和MRAM电路部件314使用由金属一层510、金属二层512和/或金属三层514(图5)形成的元件形成，而传感器体系结构308和MRAM单元阵列316(图3和4)使用由金属四层518、金属五层520和/或MTJ层522(图5)形成的元件形成。MRAM单元阵列316包括在金属五层520上形成的多个位线，在金属四层518上形成的多个数字线，以及在金属四层518与金属五层520之间形成的MTJ单元阵列(MTJ核芯层522形成MTJ单元)。在该实例中，传感器体系结构308包括也由MTJ核芯层522形成的传感器部件。实际上，该传感器部件使用用于形成MRAM单元阵列316的相同后端制造工艺形成。传感器体系结构308也可以包括由金属四层518和/或金属五层520形成的另外传感器部件(没有显示)。这种另外的传感器部件可能代表传导迹线、控制电路系统、偏置电路系统等。
适当地配置传感器体系结构308中的传感器(如果必要的话，连同协作的电路系统或特征一起)以满足特定应用的需求。设计由MTJ核芯层522制造的传感器，使得某些操作条件的变化引起传感器的电气、磁性、电磁、电动机械和/或其他特性的相关变化。例如，基于MTJ的传感器可以具有某些温度相关的特性，并且可以具体地设计到该传感器的布局、拓朴和电路连接以形成温度传感器。基于MTJ的传感器也可以具有与物理参数例如压力和加速度相关的某些特性。在下面参考图6-14描述的实施方案中，配置基于MTJ的器件以基于由MTJ核芯感测的电流(Isense)及其相关输出电阻(Rout)感测附近热源的温度。
MTJ温度传感器实现
对于集成电路(IC)，例如具有智能型电源和磁性随机存取存储器(MRAM)电路系统的那些，温度感测是电源IC设计的重要元素，因为它可以保护电路、器件或系统。许多电源应用IC设计需要高精度温度感测。与利用离散的基于结的传感器的感测温度的常规实际相反，公开的技术使用磁性隧道结(MTJ)器件作为温度传感器。MTJ器件或“位单元”的输出电阻(Rout)，从而输出电流(Isense)随着温度可预测地变化。由数字线和/或位线产生的外场可以用来设置或编程或改变MTJ单元的温度对比电阻特性。MTJ器件的该性质允许它用作温度传感器以监控热源的温度。在各种操作条件下监控热源的温度可以是有用的，例如在过功率情况下保护热源。MTJ器件可以提供比常规基于结的器件更精确的温度测量。与非易失性存储器(NVM)相对比，MTJ作为温度传感器的使用相对简单，因为MTJ温度传感器可以与MRAM单元同时形成从而允许“伪”MTJ MRAM单元用作温度传感器。MTJ的优越温度特性和性质使得它用作MTJ温度传感器是理想的，因为它表现出高精度温度感测或监控能力。基于MTJ的MRAM位单元可以用来为许多目的感测电路温度。例如，MTJ器件的监控能力可以用来为各种电路监控目的感测电路温度，尤其例如反馈控制、过温度保护和电路操作停止。通常，这种MTJ温度传感器可以用来保护MRAM嵌入式SMOS IC以及需要温度感测的其他模拟和数字电路的部件。
另外，MTJ温度传感器提供极好的设计灵活性，因为MTJ温度传感器可以三维地集成。这可以允许传感器外围地、垂直地或横向地定位在热源或器件例如有源电路、电源器件或“智能型电源”部件上。这些热源典型地制造在集成电路(例如MRAM嵌入式SMOS电源IC)的衬底中。例如，MTJ温度传感器可以位于衬底上接近或靠近有源电路或“智能型电源”部件的任何位置。这可以允许晶片布局面积的显著节省。这些性质可以允许以节省成本的方式处理并且提高温度传感器的总体性能。
图6是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件600的简化横截面图。集成电路器件600的实际实施方案可以包括除了图6中显示的那些之外的另外层(例如金属层、电介质层和/或接地平面)。
如图6中所示，集成电路器件600包括产生感测电流(Isense)的伪MRAM单元(TS)608、耗散来自电源的热能的热源604、将感测电流(Isense)转换成感测温度(Tsense)的转换电路609，以及使用感测温度(Tsense)控制集成电路器件600中的热源604和其他部件(没有显示)的操作的处理器611。热源604可以形成或制造在衬底层602例如基于硅的层中，而伪MRAM单元(TS)608可以形成在置于衬底层602上并且将伪MRAM单元(TS)608与热源604分离的一个或多个绝缘层606中。重要地，在该实现中，伪MRAM单元(TS)608置于热源604上，这可以允许3D集成和显著布局面积节省。术语“伪”在这里使用以区分用于感测应用的MRAM单元和用于信息存储应用例如非易失性存储器(NVM)的常规MRAM单元。
在该实例中，热源604可以包括例如通过前端制造工艺由前端层形成的电源电路部件、模拟电源控制部件或数字逻辑部件。热源604通常可以是受益于温度监控的任何集成器件，包括但不局限于“智能型电源”部件。
相反地，伪MRAM单元(TS)608通过后端制造工艺由后端层形成。实际上，前端和后端制造工艺是用来形成MRAM体系结构(没有显示)的MRAM制造工艺的子工艺。因此，集成电路器件600的制造影响对于智能型电源体系结构的现有MRAM制造工艺。
虽然为了说明简单图6中没有显示，伪MRAM单元(TS)608通常包括例如图1中所示的数字线、位线以及置于所述数字线与所述位线之间的磁性隧道结(“MTJ”)核芯。当操作并且热连接到伪MRAM单元(TS)608特别是它的磁性隧道结核芯时，热源604产生热能。
图14是说明MTJ输出电阻(Rout)相对于变化温度的曲线图。该曲线图说明MTJ输出电阻(Rout)相对于温度的依赖性，其中x轴表示以摄氏度为单位的温度而y轴表示以欧姆为单位的MTJ的隧道磁阻(TMR)。图上的每条线表示具有给定尺寸的隧道面积的磁性隧道结。不管磁性隧道结的尺寸，MTJ器件的输出电阻(Rout)作为由MTJ器件经历的温度的函数而变化(例如随着温度升高而减小)。
伪MRAM单元(TS)608使用这些性质提供具有可以与由伪MRAM单元(TS)608经历的温度相关的输出电流(Isense)的三维集成温度传感器(TS)，其因此可以用来感测热源604的温度(Tsense)。电流(Isense)的改变或变化可以用来精确地检测和表征热源604附近的温度和/或温度变化。例如，当热源604的温度升高/降低时，MTJ核芯608的电阻减小/增加并且它的输出电流(Isense)增加/减小。MTJ核芯608的输出电阻(Rout)相对于感测电流(Isense)相反地改变(例如输出电阻(Rout)与输出电流(Isense)成反比)。
由数字线和/或位线产生的外场可以用来设置或编程或改变伪MRAM单元(TS)608的温度对比电阻特性。因此，MTJ器件或“位单元”的输出电阻(Rout)和输出电流(Isense)随着温度可预测地变化。因此，当伪MRAM单元(TS)608的输出隧道磁阻(TMR)变化时，电流(Isense)也变化，并且感测电流(Isense)与伪MRAM单元(TS)608经历的温度之间的关系可以确定并且用来感测温度。
在一种实施方案，转换电路609测量输出电流(Isense)并且使用测量的输出电流(Isense)确定MTJ器件的相应输出电阻(Rout)。因为MTJ器件的输出电阻(Rout)与由MTJ器件感测的温度(Tsense)之间的关系可以编程并已知，转换电路可以确定由MTJ器件感测的温度(Tsense)。温度可以通过观察电流(Isense)和参考之间的差来监控/感测。因此，转换电路609可以将电流(Isense)与相应“感测”温度(Tsense)精确地关联，并且将感测温度提供到处理器611，其可以对集成电路600的操作进行调节，如果必要的话，例如为了在过功率情况下保护热源。
图7是根据一种示范性实施方案配置的集成电路器件700的简化横截面图。在该实施方案中，许多磁性隧道结(MTJ)温度传感器708可以结合“智能型电源”IC 704，706，712和MRAM电路系统714，716实现。集成电路器件700的实际实施方案可以包括除了图7所示的那些之外的另外层(例如金属层、电介质层和/或接地平面)。而且，集成电路器件700的实现可以包括将感测电流(Isense)转换成感测温度(Tsense)的转换电路(没有显示)，以及响应感测温度(Tsense)控制集成电路器件700的操作的处理器(没有显示)。
集成电路器件700包括衬底702，在所述衬底702上形成的磁性随机存取存储器(“MRAM”)体系结构714，716，包括在所述衬底上和/或上方形成的伪MRAM单元708的传感器体系结构，以及在衬底内形成的有源电路部件704，706，712。MRAM体系结构可以包括MRAM逻辑电路系统714和MRAM单元阵列716。
如上所述，MRAM单元阵列716包括多个MRAM单元。多个MRAM单元的每一个可以包括为了说明简单图7中没有显示的许多部件。例如，如上面关于图1描述的，每个MRAM单元可以包括由所述第一金属层形成的数字线；由所述第二金属层形成的位线；以及在所述第一金属层与所述第二金属层之间形成的磁性隧道结(“MTJ”)核芯。
在该说明书中，术语“特殊的”用来区分用于温度感测应用的伪MRAM单元的部件和用于存储目的例如非易失性存储器(NVM)的常规MRAM单元的相应部件。伪MRAM单元708或温度传感器(TS)的每一个包括与MRAM单元相同的部件并且与MRAM单元阵列716的MRAM单元同时制造。再次，伪MRAM单元的这些部件为了说明简单没有在图7中显示，但是，每个特殊的伪MRAM单元可以包括由第一金属层形成的特殊数字线，由第二金属层形成的特殊位线，以及置于所述第一金属层与所述第二金属层之间的特殊磁性隧道结(“MTJ”)核芯。
有源电路部件有时称作“智能型电源”部件，并且可以包括例如电源电路部件704、模拟电源控制部件712和数字逻辑部件706。有源电路部件的每一个可以形成在衬底702中，并且每个特殊磁性隧道结核芯或温度传感器(TS)708可以形成例如在相应有源电路部件704，706，712上或上面以节省布局面积。作为选择，每个特殊磁性隧道结核芯或温度传感器(TS)708可以例如邻近相应有源电路部件704，706，712而形成。相应有源电路部件704，706，712通过消耗功率在给定温度产生热能。温度可以由伪MRAM单元708感测。伪MRAM单元708具有与它们相关联的作为温度函数变化的电阻(Rout)(参看图14)。因为MTJ核芯或单元的电阻对比温度特性可以编程或另外确定，电流(Isense)可以与MTJ核芯/单元的电阻(Rout)相关联，其可以与伪MRAM单元708经历的温度相关。磁性隧道结的固有性质，已知为磁性隧道结的输出隧道磁阻(TMR)，作为它的内部温度的函数而变化。通过监控磁性隧道结的输出电阻(Rout)，也可以监控温度波动。这可以例如经由配置以观察或表征流过MTJ核芯的电流(Isense)的值的转换电路(没有显示)实现。转换电路可以基于电流(Isense)确定MTJ核芯/单元的电阻值(Rout)。从电阻值(Rout)中，转换电路可以通过将电阻值与温度相关而确定相关或相应温度值。如此，MTJ单元/核芯可以结合转换电路一起用作“温度传感器”，以确定电源电路部件704、模拟电源控制部件712和数字逻辑部件706的温度。
在图7中显示的示范性实施方案中，电源电路部件704、模拟电源控制部件712、数字逻辑部件706和MRAM电路部件714通过前端制造工艺由前端层适当地形成。这些前端部件的一些或全部可以在前端制造工艺期间同时形成。前端部件可以部分或完全位于衬底702上或者部分或完全嵌入衬底702中。
相反地，传感器体系结构709(其可以包括一个或多个传感器708)和MRAM单元阵列716通过后端制造工艺由后端层形成。传感器体系结构709典型地置于或嵌入位于衬底702上的绝缘层例如层间电介质中。如上所述，“后端”层是在“前端”层之后形成的层。这些后端部件的一些或全部可以由后端制造工艺同时形成。实际上，前端和后端制造工艺是用来形成MRAM体系结构的MRAM制造工艺中的子工艺。因此，集成电路器件700的制造影响对于智能型电源体系结构的现有MRAM制造工艺。如此，智能型电源体系结构的至少一部分和MRAM体系结构的至少一部分可以由所选MRAM制造工艺同时形成。该方法也允许传感器体系结构709的三维(3D)集成。例如，图7说明MTJ电流传感器708可以位于功率消耗器件704上，允许硅衬底中的面积节省。如前所述，面积节省允许生产率的增强。
MTJ温度传感器708也提供显著的设计灵活性。由MTJ单元/核芯经历的温度取决于MTJ与功率消耗热源之间的距离。MTJ单元/核芯、写入电流线(位线和数字线)以及温度源704，706，712之间的各自距离可以在制造工艺期间控制。通过修改这些距离，可以调节温度传感器的灵敏度以适应设计需求。
图8是根据一种示范性实施方案配置的集成电路800的简化横截面图，其实现用于感测相关联热源或发热器件1804例如有源电路(或“智能型电源”)部件的温度的MTJ核芯温度传感器830。
集成电路800包括衬底801、磁性隧道结温度传感器830、第一绝缘层803、数字线(DL)810、发热器件1804、第二绝缘层805、第三绝缘层807、位线(BL)808、第四绝缘层809和磁性屏蔽层820。
与发热器件1804相关联的磁性隧道结温度传感器830热连接到发热器件1804。磁性隧道结核芯830的输出隧道磁阻(TMR)作为它的内部温度的函数可预测地变化。通过监控磁性隧道结核芯的输出TMR(Rout)，可以监控温度的波动。
为了进一步说明，磁性隧道结核芯温度传感器830响应发热器件1804的温度变化。特别地，磁性隧道结核芯830的电阻(Rout)作为由发热器件1804产生的温度的函数而变化。因而，磁性隧道结核芯温度传感器830可以感测电流(Isense)，其然后可以用来产生感测温度(Tsense)。
MRAM单元830包括自由磁性层802、隧道势垒806、被钉扎磁性层804和电极层816，817(图8)。“自由”磁性层802可以由上部铁磁或合成反铁磁(“SAF”)层形成，“被钉扎”磁性层804可以由下部铁磁或SAF层形成，并且隧道势垒层806可以置于自由层802与被钉扎层804之间，使得它位于自由层802与被钉扎层804之间。被钉扎层804可以由NiFe材料制成并且可以具有固定的磁化方向(图8中向右)。自由层802可以由NiFe制成，并且不像被钉扎层一样，自由层中的磁化方向可以在图8中的左向或右向上指向。隧道势垒“隧道通过”从被钉扎层到自由层的电流并且可以包括氧化物。电极816位于被钉扎层804下面，而电极817位于自由层802上面。
图8也描绘与单元830相对应的位线808和数字线810(单独地和集体地在这里称作“程序线”)。对于切换应用，自由磁性层802中的磁化方向响应来自数字和位线的外加电流脉冲而旋转，并且对于单个磁性自由层(或常规)应用，当数字和位线脉冲同时施加时，进行完整的180度反转。在典型的非切换MRAM中，位的方向通过反转位线808中电流的极性同时保持数字线810中电流的恒定极性而切换。可以可选地提供磁性覆盖层或屏蔽层814，818以提高稳定性和减小因邻近MRAM单元的温度路线引起的信号噪声/干扰。在该实例中，数字线810包括传导数字元件812和由软磁性材料形成的可渗透覆盖材料814。覆盖层814部分地围绕传导元件812，围绕传导元件812的三个侧面，使得传导元件812的面向上的表面保持未覆盖。线808包括传导位元件820和由可渗透磁性材料形成的覆盖层818。覆盖层818部分地围绕传导元件820，围绕传导元件820的三个侧面，使得传导元件820的面向下的表面保持未覆盖。覆盖层814/818可以用来朝向MTJ聚焦磁通量以提高编程效率。覆盖层具有减小对相邻位的写入干扰的另外优点。在实际的实施方案中，磁性覆盖层是在MRAM工艺中使用的铜程序线的制造中使用的势垒层的组成部分。
在实际的实施方案中，传导元件812和传导元件820由导电材料例如铜形成，并且覆盖层814/818由软的可渗透磁性材料例如NiFe、镍-铁-钴合金、钴-铁合金等形成。在一种实例实施方案中，覆盖层814/818大约830埃厚(覆盖层814/818的侧壁可能稍微薄)。虽然传导元件和覆盖层可以由不同材料实现，传导元件812和覆盖层814认为制造在一个公共金属层(例如金属四层)处，并且传导元件820和覆盖层818认为制造在另一个公共金属层(例如金属五层)处。
另外，一个或多个另外的厚磁性屏蔽层820可以提供在MTJ核芯温度传感器830上。厚磁性屏蔽层820位于MTJ温度传感器上以保护MTJ温度传感器830免受外部噪声，使得MTJ温度传感器830感测与待感测热源或发热器件1804相关联的特定温度。另外的厚磁性屏蔽层820可以保护电流信号(Isense)免受由外部源引起的外部噪声。这可以允许更精确的测量。磁性屏蔽层820通过消除因器件附近的电流路线引起的信号干扰而改进MTJ输出电阻的信号噪声和稳定性。磁性屏蔽层820减小电流信号(Isense)可以易受外部噪声影响的区域中多余磁场的作用。当噪声因磁性屏蔽层820减小时，MTJ电流传感器可以产生精确得多的测量。
发热器件1804热连接到磁性隧道结核芯温度传感器830。如下所述，提供在MTJ下面的位线810和提供在MTJ上面的位线820允许MTJ器件830的温度对比电阻特性的初始设置或编程。
如现在将关于图9-11和参考图1描述的，当实现MTJ核芯温度传感器202，204，206时，可以通过修改或改变MTJ核芯温度传感器202，204，206的电极202，204的几何形状而进一步提高温度传感器稳定性。例如，可以改变MTJ核芯温度传感器202，204，206的电极202，204的变量例如纵横比、相对定向、尺寸和形状。
图9是根据一种示范性实施方案配置的MTJ核芯温度传感器202，204，206的电极202，204的分解平面图900，其中电极中至少一个是正方的。电极202，204显示在图9中横向布置，使得可以更容易看到它们的相对形状和尺寸。但是，当装配以形成MTJ核芯温度传感器202，204，206时，它们一个位于另一个上面，也就是电极204位于电极202上面。电极202-1，204-1显示为基本上正方的，也就是具有X和Y尺寸Y202-1＝X202-1＝Y204-1＝X204-1。为了说明方便，这是到目前为止用于最大部分的表示，但并不是必需的。电极202-2、204-2不同，电极202-2是矩形，具有Y202-2＞X202-2和Y204-2＝X204-2。再次，这仅打算说明电极的各种可能形状，而不是穷举或限制。
图10是根据其他示范性实施方案配置的MTJ的电极202，204的展开平面图1000，其中任何一个或两个电极202，204都具有各种实例、非正方形状。例如，在310-1中，电极202，204的任何一个或两个都是矩形且细长的，并且尺寸X显著大于Y，在310-2中，电极202，204的任何一个或两个都是细长的，并且X＞＞Y且具有三角形末端，以及在310-3中，电极202，204的任何一个或两个都是细长的，并且X＞＞Y且具有圆形末端。当电极一个位于另一个上面以形成MTJ核芯温度传感器202，204，206时，它们的较长尺寸可以相对于彼此成各种角度，如图11中示意说明的。这在使用显著不对称的电极形状的某些情况下是有用的，因为薄电极中平面图不对称性影响电子自旋轴可以旋转的易度或难度。例如，虽然在磁场存在的情况下通过热处理可以钉扎第一电极中的电子自旋轴，另一种方法是使得电极形状高度不对称，例如在平面图中长而窄，因为使得电子自旋轴旋转远离这种不对称形状的长方向是非常困难的。但是，可以使用钉扎自旋轴的任何方案。
图11显示根据再其他示范性实施方案配置的MTJ的电极202，204的排列的平面视图1100，其中电极202，204中至少一个相对于另一个电极具有各种角度排列。为了说明方便，第一电极202-4显示为单个连续电极，各种分段的第二电极204-4-1…204-4-4以不同角度与它相交。在其他实施方案中，电极202-4可以由每一个位于第二电极204-4-1…204-4-4的单个下面的单独段构成。定向第二电极204-4-1，其长尺寸以角度β-3与第一电极202-4的长尺寸基本上正交。定向第二电极204-4-2，其长尺寸与第一电极202-4的长尺寸基本上平行(或反平行)。定向第二电极204-4-3，其长尺寸相对于第一电极202-4的长尺寸成角度β-1，并且定向第二电极204-4-4，其长尺寸成角度β-2。因此，多种不同的相对角定向可以用于第一和第二电极202，204。
图12显示在热或“功耗”源1220-1、1220-2和1220-3上实现磁性隧道结(MTJ)温度传感器1201-1217的集成电路器件的简化顶视图。MTJ核芯温度传感器的性能也可以通过优化或改变变量，例如MTJ核芯温度传感器1201-1207相对于待感测温度源1220-1的接近性，MTJ核芯温度传感器1208-1212相对于待感测温度源1220-2的角度/定向，以及MTJ核芯温度传感器1213-1217相对于待感测温度源1220-3的尺寸进一步提高。MTJ温度传感器件1201-1217的性能可以通过优化MTJ温度传感器件相对于关注的热源或功耗源的位置、角度和覆盖范围而改进。
图13是显示根据一种示范性实施方案并且将参考图8中说明的横截面制造MTJ核芯温度传感器的方法的流程图。在步骤1302，提供衬底801，其具有嵌入其中的有源电路部件或器件804，例如智能型电源或模拟集成电路。在步骤1306，然后使用已知半导体处理技术布置具有磁性覆盖层814的数字线(DL)810。这可以例如经由物理汽相沉积和电镀以沉积例如铜材料而发生。在步骤1307，沉积第一绝缘体层803，例如级间电介质(ILD)层。在步骤1308，然后可以使用已知半导体处理技术布置传导MTJ电极层816，使得它由第一绝缘体层与DL 810相隔。底部MTJ电极816然后可以根据需要形成图案。底部MTJ电极816可以包括例如Ta金属。在步骤1309，最终包括MTJ核芯的层804，806，802接连地沉积在底部MTJ电极816上。在步骤1310，可以使用已知光刻技术去除层804，806，802的部分，留下包括自由层802、隧道势垒806和被钉扎层804的MTJ结构。在步骤1312，另一个绝缘体层例如ILD沉积在自由层802上。在步骤1314，使用已知半导体处理技术布置顶部MTJ电极817并形成图案。在步骤1316，另一个级间电介质层置于顶部MTJ电极817上。在步骤1318，然后使用已知半导体处理技术布置传导位线(BL)820，具有磁性覆盖层或磁性屏蔽层或者两者。DL 810和/或BL 820可以用来初始地编程或设置MTJ核芯830的电阻对比温度特性。由数字线和/或位线产生的外场可以用来设置或编程或改变MTJ单元的温度对比电阻特性。
简而言之，根据本发明的实例实施方案配置的系统、器件和方法涉及温度感测技术。
根据一种实施方案，提供一种集成电路器件，其包括置于衬底中的热源，以及置于热源上的磁性隧道结(“MTJ”)温度传感器。
根据另一种实施方案，提供一种集成电路器件，其包括温度可以变化的产生热量的热源，以及置于热源附近的伪MRAM单元，伪MRAM单元包括配置以产生作为温度函数变化的电流的特殊磁性隧道结(“MTJ”)核芯。
根据再一种实施方案，提供一种集成电路器件，其包括衬底，形成在衬底内并具有温度的热源，以及形成在衬底上的磁性随机存取存储器(“MRAM”)体系结构。MRAM体系结构包括MRAM单元阵列和伪MRAM单元。伪MRAM单元包括形成在热源上并且配置以产生相对于热源温度而变化的电流的特殊磁性隧道结(“MTJ”)核芯。
根据另一种实施方案，提供一种集成电路器件，其包括具有温度并且配置以产生热能的热源，置于热源上的温度传感器，以及配置以将电流值与热源的相应温度相关联的温度传感器电路。温度传感器包括磁性隧道结(“MTJ”)核芯，其具有作为热源温度的函数变化的电阻值，并且配置以产生随着特殊MTJ核芯的电阻值而变化的电流。
在一种实现中，提供一种集成电路器件，其包括衬底，在衬底内形成的热源，以及包括特殊磁性隧道结(“MTJ”)核芯的伪MRAM单元。配置热源以产生热能并具有温度。热源可以通过前端制造工艺由前端层形成。热源可以包括例如有源电路部件、电源电路部件、电源控制部件或逻辑部件的至少一个。
特殊磁性隧道结核芯的电阻值随着温度变化。特殊磁性隧道结核芯响应热源温度的变化，并且配置以感测温度并产生响应温度的电流。特殊磁性隧道结核芯的电阻值可以响应由热源产生的热能的变化而变化，使得特殊磁性隧道结核芯的电阻值作为热源温度的函数而变化。电流基于特殊磁性隧道结核芯的电阻值而变化。特殊磁性隧道结核芯的电流用来确定热源的相应温度。
可以配置温度传感器电路以将由特殊磁性隧道结核芯产生的电流与指示热源温度的相应温度相关联。
在一种实施方案中，伪MRAM单元还包括第一传导层和第二传导层，并且特殊MTJ核芯置于第一传导层与第二传导层之间。第一传导层进一步还可以包括置于特殊磁性隧道结核芯下面的第一磁性屏蔽层，并且第二传导层还可以包括置于特殊磁性隧道结核芯上面的第二磁性屏蔽层。
也可以提供包括多个MRAM单元的MRAM单元阵列。多个MRAM单元的每一个包括第一传导层、第二传导层以及在第一传导层与第二传导层之间形成的磁性隧道结(“MTJ”)核芯，其中每个MTJ核芯与伪MRAM单元的特殊MTJ核芯基本上完全相同。MRAM单元阵列和特殊磁性隧道结核芯可以由在前端制造工艺之后发生的后端制造工艺由后端层形成。在一种实现中，特殊磁性隧道结核芯可以形成在热源上并且热连接到热源。
在一种实现中，特殊磁性隧道结核芯包括第一电极和第二电极，并且特殊磁性隧道结核芯的电阻对比温度特性基于第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的位置，第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的接近性，第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的纵横比，第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的尺寸，或者第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的定向中的至少一个而变化。
根据其他实施方案，提供生产集成电路的方法。
根据一种示范性方法，提供衬底，具有置于衬底中的热源和传导数字线。包括MTJ核芯的磁性隧道结(“MTJ”)温度传感器提供在热源和传导数字线上。传导位线提供在MTJ温度传感器上使得MTJ温度传感器置于传导数字线与传导位线之间。MTJ温度传感器可以通过沉积第一传导MTJ电极层，在第一传导MTJ电极层上沉积自由层、隧道势垒层和被钉扎层，通过对自由层、隧道势垒层和被钉扎层形成图案而形成MTJ核芯，以及在MTJ核芯上沉积第二传导MTJ电极层来制造。级间电介质层可以沉积在第二传导MTJ电极层上，并且传导位线可以沉积在级间电介质层上。
根据一种示范性方法，提供衬底并且通过前端制造工艺由前端层在衬底中形成热源。热源具有变化的温度。在前端制造工艺之后，磁性隧道结(“MTJ”)核芯然后通过后端制造工艺由后端层形成。MTJ核芯具有作为温度函数变化的电阻值并且配置以产生基于电阻值变化的电流。然后可以沉积传导数字线。级间电介质层然后可以沉积在第二传导MTJ电极层上，并且传导位线然后可以沉积在级间电介质层上使得温度传感器置于传导数字线与传导位线之间。场然后可以经由传导数字线和传导位线的至少一个产生以设置MTJ核芯的温度对比电阻特性。
根据另一种示范性方法，提供衬底并且在衬底中形成热源。热源具有温度。磁性随机存取存储器(“MRAM”)体系结构形成在衬底上。MRAM体系结构包括MRAM单元阵列和伪MRAM单元。伪MRAM单元包括具有作为温度函数变化的电阻值的特殊磁性隧道结(“MTJ”)核芯。MTJ核芯产生基于电阻值变化的电流。
根据其他实施方案，提供感测置于集成电路衬底中的热源的温度的方法。
根据一种示范性方法，磁性隧道结(“MTJ”)温度传感器提供在热源上。MTJ温度传感器包括配置以产生电流的MTJ核芯。电流值基于特殊MTJ核芯的电阻值而变化。MTJ核芯的电阻值作为热源温度的函数而变化。由MTJ核芯产生的电流值然后可以与热源的相应温度相关联。该关联可以例如通过测量由MTJ核芯产生的电流值，并且将由MTJ核芯产生的电流值与近似等于热源温度的相应温度相关联而实现。可以通过测量由MTJ核芯产生的电流值，使用MTJ核芯的电阻对比电流特性将由MTJ核芯产生的电流值与MTJ核芯的相应电阻值相关联，以及使用MTJ核芯的电阻对比温度特性将MTJ核芯的相应电阻值与近似等于热源温度的相应温度相关联，来将由MTJ核芯产生的电流值与热源的相应温度相关联。然后也可以提供传导数字线。在该情况下，MTJ温度传感器提供在热源和传导数字线上。传导位线可以提供在MTJ温度传感器上使得MTJ温度传感器置于传导数字线与传导位线之间。此后，可以例如通过使用至少一个传导数字线和传导位线编程MTJ核芯的电阻对比温度特性。
根据另一种示范性方法，提供一种感测由热源产生的温度的方法，包括在热源上提供伪MRAM单元，伪MRAM单元具有作为由伪MRAM单元感测的温度的函数变化的电阻值；在伪MRAM单元中产生取决于伪MRAM单元的电阻值的电流；以及使用由伪MRAM单元产生的电流值确定热源的温度。在一种实现中，伪MRAM单元包括置于第一电极与第二电极之间的自由层、隧道势垒层和被钉扎层。
根据另一种示范性方法，提供一种感测热源温度的方法。该方法包括在磁性隧道结(“MTJ”)核芯中产生电流，测量由MTJ核芯产生的电流值；以及基于电流值确定热源的温度。热源的温度可以基于电流值确定，例如，通过确定与电流值相对应的MTJ核芯的电阻值；以及基于MTJ核芯的电阻值确定热源的温度。可以确定MTJ核芯的电阻值，例如，通过使用MTJ核芯的电阻对比电流特性确定与电流值相对应的MTJ核芯的电阻值。热源的温度可以基于MTJ核芯的电阻值确定，通过使用MTJ核芯的电阻对比温度特性以基于MTJ核芯的电阻值确定热源的温度。
虽然已经在前面详细描述中展示至少一个实例实施方案，但是应当理解存在许多变化。同样应当理解，在这里描述的一个或多个实例实施方案并不打算以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反地，前面详细描述将向本领域技术人员提供实现描述的一种或多种实施方案的方便路线图。应当理解，可以在元件的功能和排列方面进行各种变化而不背离如附加权利要求书及其法律等价物中陈述的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种集成电路器件，包括：
衬底；
在衬底内形成的热源，其中所述热源产生具有温度的热能；以及
置于所述热源附近的伪磁阻随机存取存储器单元，其中所述伪磁阻随机存取存储器单元包括特殊磁性隧道结核芯，所述特殊磁性隧道结核芯的电阻值响应由热源施加到所述特殊磁性隧道结核芯的热能的变化而变化，使得所述特殊磁性隧道结核芯的电阻值作为热源温度的函数变化，并且所述特殊磁性隧道结核芯被配置为通过产生与热源温度相关的电流来感测所述热源的温度。
2.根据权利要求1的集成电路器件，其中所述电流基于特殊磁性隧道结核芯的电阻值而变化。
3.根据权利要求1的集成电路器件，还包括：
温度传感器电路，被配置为将由特殊磁性隧道结核芯产生的电流与指示热源温度的相应温度相关联。
4.根据权利要求1的集成电路器件，还包括：
包括多个磁阻随机存取存储器单元的磁阻随机存取存储器单元阵列，其中所述磁阻随机存取存储器单元的每一个包括：由第一传导层形成的第一传导元件、由第二传导层形成的第二传导元件、以及在所述第一传导元件与所述第二传导元件之间形成的磁性隧道结核芯，其中所述伪磁阻随机存取存储器单元还包括由所述第一传导层形成的第三传导元件和由所述第二传导层形成的第四传导元件，并且其中所述特殊磁性隧道结核芯被设置在所述第三传导元件与所述第四传导元件之间，使得每个磁性隧道结核芯与所述伪磁阻随机存取存储器单元的特殊磁性隧道结核芯相同；
其中所述热源通过前端制造工艺由前端层形成，其中所述磁阻随机存取存储器单元阵列和所述特殊磁性隧道结核芯通过在前端制造工艺之后发生的后端制造工艺由后端层形成，并且其中特殊磁性隧道结核芯形成在所述热源之上并且热耦连到所述热源。
5.根据权利要求1的集成电路器件，其中所述热源包括：
有源电路部件。
6.根据权利要求5的集成电路器件，所述有源电路部件包括电源电路部件。
7.根据权利要求5的集成电路器件，所述有源电路部件包括电源控制部件。
8.根据权利要求5的集成电路器件，所述有源电路部件包括逻辑部件。
9.根据权利要求4的集成电路器件，其中所述特殊磁性隧道结核芯包括：
第一电极；以及
第二电极，并且
其中所述特殊磁性隧道结核芯的电阻对温度的特性基于第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的位置、第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的接近性、第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的纵横比、第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的尺寸、或者第一电极或第二电极相对于第一传导层或第二传导层的定向中的至少一个而变化。
10.根据权利要求9的集成电路器件，其中第一传导层还包括：
置于特殊磁性隧道结核芯之下的第一磁性屏蔽层；以及
其中第二传导层还包括：
置于特殊磁性隧道结核芯之上的第二磁性屏蔽层。
11.一种集成电路器件，包括：
衬底；
在衬底内形成并且具有温度的热源，所述温度基于所述热源产生的热能而变化；
在所述衬底上形成的磁性随机存取存储器体系结构，所述磁性随机存取存储器体系结构包括磁性随机存取存储器单元阵列和用于感测所述热源的温度的伪磁性随机存取存储器单元，伪磁性随机存取存储器单元包括特殊磁性隧道结核芯，所述特殊磁性隧道结核芯形成在所述热源之上并且被配置为所述特殊磁性隧道结核芯的电阻值响应由热源施加到所述特殊磁性隧道结核芯的热能的变化而变化使得所述特殊磁性隧道结核芯的电阻值作为热源温度的函数变化，并且所述特殊磁性隧道结核芯被配置为通过产生与热源温度相关的电流来感测热源的温度。
12.根据权利要求11的集成电路器件，还包括：
温度传感器电路，被配置为将电流值与热源的相应温度相关联。
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