CN102788949B - 具有侦测制程边界角与极端温度的电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种具有侦测制程边界角与极端温度的电路。其主要包含一正比于绝对温度(Proportional to Absolute Temperature，PTAT)电流源、一反比于绝对温度(Negative to Absolute Temperature，NTAT)电流源、一绝对温度常数(Constant to Absolute Temperature，CTAT)电流源、一边界角检测器、一多重侦测器、一极端温度检测器。该电路可不需权衡取舍而节省较多功率消耗。在除错阶段，待测样品可以读出样品状态，并可执行快速模拟检查以确认真正问题。在生产阶段，制程侦测器可以在CP机台中读出指数。此外，本发明可容易收集与分析大量的数据。

Description

具有侦测制程边界角与极端温度的电路

技术领域

本发明涉及一种检测电路，尤其涉及一种具有检测制程边界角与极端温度的电路。

背景技术

建置于集成电路(IC)芯片或机板上的电路被称为集成电路。举例来说，集成电路包含了晶体管与电阻。集成电路大量使用了集成电路制程制造而成，例如CMOS晶体管制程。集成电路可用许多种电路参数表示特性，如片电阻、晶体管临界电压、晶体管跨电导参数，族繁不及备载。

IC设计的主要挑战在于控制电路参数，例如延迟、半导体制程考虑、电源电压与温度。上述所有参数与变量在相互之间一般表现出复杂关系。在集成电路中其中最重要的一项是获得均匀的晶体管操作参数，例如临界电压与跨电导，但最困难的目标是精密的模拟电路。在高速低电压数字电路中，晶体管临界电压对于传播速度也是非常关键。

制程改变可能导致不可预测与不良的电路参数改变，进而影响电路性能。换句话说，电路参数通常与制程相依。因此对制造商而言，能够量化或确认电路参数非常重要。对此，有必要将量测与决定制程相依的电路参数结合在IC芯片上。另一个需求是能判断IC芯片的温度与电源供应电压。

参照David William Boerstler提出的美国专利US 5,903,012号，其标题为“集成电路制程改变监控器(Process variation monitor for integrated circuits)”。揭示一电流正比金氧半(Metal Oxide Semiconductor,MOS)晶体管临界电压装置。该电路如图1所示。制程改变将导致临界电压改变。然而，当温度变化时临界电压也随之改变，其包含了温度效应，使得我们无法得知何为主要因素。

参照Jurgen M.Schulz等人所提出的美国专利US 6,668,346号，其标题为“数字制程监控器(Digital process monitor)”。揭示一环型共振器做为制程监控器。该电路如图2所示。然而，随温度变化的振荡频率也将影 响计算结果。用户同时被制程改变与温度改变的因素所困扰。

参照Lawrence M Burns等人所提出的美国专利US 7,449,908号，其标题为“监控集成电路芯片的制程监控器(Process monitor for monitoring an integrated circuit chip)”。揭示通过使用不同的检测器，生成电压信号且通过一ADC产生一数字码。该电路如图3所示。然而，使用了太多复杂结构而花费更多的芯片面积和校准时间。此外，还需要一精准的外部电阻产生固定电流源，如此一来增加了生产物料(Bill-of-material,BOM)。

发明内容

鉴于上述先前技术的缺点，本发明的主要目的即在于提供一种具有侦测制程边界角与极端温度的电路。藉由边界检测器、多晶硅检测器、极端温度检测器，可轻易辨识出制程的最差边界角。该电路相较于传统方法增加操作电流，可节省较多功率消耗而不需权衡取舍。

为达上述目的，本发明提供一种具有侦测制程边界角与极端温度的电路，包括：一正比于绝对温度(PTAT)的电流源；一反比于绝对温度(NTAT)的电流源；一不随绝对温度(CTAT)改变的电流源；一边界角检测器；一多晶硅检测器；以及一极端温度检测器。该正比于绝对温度(PTAT)的电流源，其具有一输出端用以提供第一电流(I_PTAT)。该反比于绝对温度(NTAT)的电流源，其具有一输出端用以提供第二电流(I_NTAT)。该不随绝对温度(CTAT)改变的电流源，其具有一输出端用以提供第三电流(I_CTAT)。该边界角检测器，其具有一输入端与一输出端，其中该输入端电性连结至该不随绝对温度(CTAT)改变的电流源的该输出端，用以显示一被检测电路的边界角状态。该多晶硅检测器，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端与一输出端，其中该第一输入端电性连结至该正比于绝对温度(PTAT)的电流源的该输出端，该第二输入端系电性连结至该反比于绝对温度(NTAT)的电流源的该输出端以及该第三输入端系电性连结至该不随绝对温度(CTAT)改变的电流源的该输出端，用以显示该被检测电路的多晶硅层的状态。该极端温度检测器，其具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中该第一输入端电性连结至该正比于绝对温度(PTAT)的电流源的该输出端，该第二输入端电性连结至该多晶硅检测器的输 出端，用以显示该被检测电路的温度状态。该多晶硅检测器，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端与一输出端，其中该第一输入端系电性连结至该正比于绝对温度(PTAT)的电流源的该输出端，该第二输入端系电性连结至该反比于绝对温度(NTAT)的电流源的该输出端以及该第三输入端系电性连结至该不随绝对温度(CTAT)改变的电流源的该输出端，用以显示该被检测电路的多晶硅层的状态。该极端温度检测器，其具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中该第一输入端系电性连结至该正比于绝对温度(PTAT)的电流源的该输出端以及该第二输入端系电性连结至该多晶硅检测器的该输出端，用以显示该被检测电路的温度状态。

依据本发明之一特征，该具有侦测制程边界角与极端温度的电路可藉由0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.045微米、0.023微米、0.011微米或其他更先进制程中实现。

依据本发明之一特征，该边界角检测器，还包括：一第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第一比较器；一第二比较器；以及一调节器。该第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该源极端系电性连结至一接地端。该第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该源极端系电性连结至该接地端。该第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该源极端系电性连结至该接地端；该第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该源极端系电性连结至该接地端。该第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该源极端系电性连结至该接地端。该第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该源极端系电性连结至 该接地端。该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该栅极端系电性连结至该第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管的该漏极端，以及该漏极端系电性连结至该第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管的该栅极端。该第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该漏极端与该栅极端系电性连结至该接地端。该第一比较器，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端、一第一输出端与一接地端，其中该第一输入端系电性连结至该第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管的该漏极端，该第二输入端系电性连结至该第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管的该漏极端，该第三输入端系电性连结至该不随绝对温度(CTAT)改变的电流源的该输出端，该第一比较器系藉由该第一检测电流(I_DET1)、该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管的临界电压与该第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管的临界电压之关系，用以判断该被检测电路的边界角状态。该第二比较器，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端、一第一输出端与一接地端，其中该第一输入端系电性连结至该第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管的该漏极端、该第二输入端系电性连结至该第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管的该漏极端、该第三输入端系电性连结至该不随绝对温度(CTAT)改变的电流源的该输出端，该第二比较器系藉由一第二检测电流(I_DET2)、该第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管的临界电压与该第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管的临界电压之关系，用以判断该被检测电路的边界角状态。该调节器，其具有一输出端与一接地端，其中该输出端系电性连结至该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管的该源极端，用以提供一预定电压(V_DET)。

依据本发明之一特征，该第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管及该第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管可被取代并选自双载子连接晶体管(Bipolar Junction  Transistor,BJT)、异质接面双极性晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)、高电子迁移率晶体管(High Electronic Mobility Transistor,HEMT)、假型高电子迁移率晶体管(Pseudomorphic High Electronic Mobility Transistor,PHEMT)、互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)场效应晶体管及通道横向扩散金氧半场效应晶体管(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)取代。

依据本发明之一特征，该多晶硅检测器，还包括：一第一多晶电阻；一操作放大器；一第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管；一第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管；以及一第二多晶电阻。该第一多晶电阻，其具有一第一终端与一接地端，用以提供一温度补偿参考电压(V_NBG)。该操作放大器，其具有一输出端、一反向输入端与一正向输入端，其中该反向输入端系电性连结至该第一多晶电阻的该第一终端。该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该漏极端系电性连结至该操作放大器的该正向输入端。该第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端；该第二多晶电阻，其具有一第一终端与一接地端，其中该第一终端系电性连结至该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管的该漏极端。

依据本发明之一特征，该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管、该第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管可选自双载子连接晶体管(BJT)、异质接面双极性晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、假型高电子迁移率晶体管(PHEMT)、互补式金属氧化物半导体(CMOS)及通道横向扩散金氧半场效应晶体管(LDMOS)之一。

依据本发明之一特征，该极端温度检测器，还包括：一减法器；以及一放大器。该减法器，其具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中该第一输入端系电性连结至该极端温度检测器的该第一输入端、该第二输入端系电性连结至该极端温度检测器的该第二输入端。该放大器，其具有一输入端与一输出端，其中该输入端系电性连结至该减法器的该输出端。

为让本发明之上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术集成电路制程变化监控电路示意图；

图2为现有技术数字制程监控电路示意图；

图3为现有技术数字制程监控电路示意图；

图4为本发明检测边界角与极端温度400电路功能区块图；

图5为本发明正比于绝对温度(PTAT)的电流源电路示意图；

图6为本发明反比于绝对温度(NTAT)的电流源电路示意图；

图7为本发明不随绝对温度(CTAT)改变的电流源电路示意图；

图8(a)为本发明边界角检测器部分电路示意图；

图8(b)为本发明边界角检测器的另一部分电路示意图；

图9为本发明多晶硅检测器电路示意图；

图10为本发明极端温度检测器电路示意图。

附图标记说明

400 具有检测边界角与极    410 正比于绝对温度    420 反比于绝对温度端                            (PTAT)                   (NTAT) 

温度电路                          的电流源              的电流源

430 不随绝对温度(CTAT)    440 边界角检测器       450 多晶硅检测器

     改变的电流源

460 极端温度检测器        4101 镜像电流          4102 4201 电阻

4202 头部电压             4301 操作放大器        4302 金属氧化物半导体场

                                                 效应晶体管

4411 4412 4413 4421 4422 4415 第一比较器         4414 4424 4503 4504 p型金

4423 n型金属氧化物半导体                         属氧化物半导体场效应晶体场效应晶体管                                            管

4416 调节器             4425 第二比较器         4501 4303 第一多晶电阻

4502 操作放大器         4505 第二多晶电阻       4601 减法器

4602 放大器

具体实施方式

虽然本发明可表现为不同形式的实施例，但附图所示者及于下文中说明者系为本发明可之较佳实施例，并请了解本文所揭示者系考虑为本发明之一范例，且并非意图用以将本发明限制于图示及/或所描述之特定实施例中。

为了解本发明的精神，请参考图4，本发明检测边界角与极端温度电路400包括：一正比于绝对温度(PTAT)的电流源410；一反比于绝对温度(NTAT)的电流源420；一不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430；一边界角检测器440、一多晶硅检测器450以及一极端温度检测器460。

正比于绝对温度(PTAT)的电流源410，其具有一输出端用以提供一第一电流(I_PTAT)。反比于绝对温度(NTAT)的电流源420，其具有一输出端用以提供一第二电流(I_NTAT)。不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430，其具有一输出端用以提供一第三电流(I_CTAT)。边界角检测器440，其具有一输入端与一输出端，其中输入端电性连结至不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430的输出端。边界角检测器440用以显示被检测电路的边界角状态。

多晶硅检测器450，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端与一输出端，其中第一输入端电性连结至正比于绝对温度(PTAT)的电流源410的输出端，第二输入端电性连结至反比于绝对温度(NTAT)的电流源420的输出端，第三输入端电性连结至不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430的输出端。多晶硅检测器450用以显示被检测的多重状态。极端温度检测器460，其具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中第一输入端电性连结至正比于绝对温度(PTAT)的电流源410的输出端，第二输入端电性连结至多晶硅检测器450的输出端。极端温度检测器460用以显示被检测电路的多晶硅层的状态。

藉由使用三种温度系数电流源做为基本组件，其包含正比于绝对温度 (PTAT)的电流源410、反比于绝对温度(NTAT)的电流源420、不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430，并应用此三种电流源做为参考建置数个检测模块，包含有边界角检测器440、多晶硅检测器450、极端温度检测器460，可很好良好判断在制程中掺杂浓度变化量、多晶硅层变化量与环境温度变化量。

掺杂浓度变化量状态通常表示为(T,T)、(F,F)、(S,S)、(S,F)、(F,S)，其中状态T表示为典型状态、状态F表示快速、状态S表示慢速，小括号中的第一位置与第二位置所对应的分别为n型金属氧化物半导体场效应晶体管与p型金属氧化物半导体场效应晶体管。典型状态表示掺杂浓度等于默认值，快速状态表示掺杂浓度大于默认值，低速状态表示掺杂浓度小于默认值。制程中多晶硅层变化量状态通常表示为POT、POF与POS，其中POT表示典型多晶硅，POF表示快速多晶硅，POS表示慢速多晶硅。典型多晶硅状态表示多晶硅层厚度等于默认值，快速多晶硅表示多晶硅层厚度大于默认值，慢速多晶硅表示多晶硅层厚度小于默认值。环境温度变化量状态通常表示为TM、TH与TL，其中TM表示环境温度为中温，TH表示环境温度为高温，TL表示环境温度为低温。中温等于27℃，高温等于85℃，低温等于-40℃。用以检测边界角与极端温度的电路可以使用0.18微米,0.13微米,0.09微米,0.045微米,0.023微米,0.011微米或其他先进制程制作。

现请参考图5，其为本发明正比于绝对温度(PTAT)的电流源电路410示意图。选择镜像电流4101比(M)与适当的电阻4202，正比于绝对温度(PTAT)的电流源410输出第一电流(I_PTAT)独立于制程与电压变化，可以得到并表示为：

$I_{\mathrm{PTAT}}=\frac{2}{\mathrm{\μ}\·C_{\mathrm{ox}}\left(\frac{W}{L}\right)}\frac{1}{R^2}{(1-\frac{1}{\sqrt{M}})}^2,I_{\mathrm{PTAT}}\∝T$

其中μ为载子迁移率，C_ox为每单位面积下的栅极氧化层电容，W为栅极宽度，L为栅极长度，R为电阻4102的电阻值，M为用以乘以镜像电流4101的比例值。

现请参考图6，其为本发明反比于绝对温度(NTAT)的电流源电路420示意图。其使用简单的镜像电流电路迫使BJT(Bipolar Junction Transistor,双 载子连接晶体管)4202的头部电压和电阻4201的通过电压相等。由于BJT4202V_BE的内在反比温度特性，输出第二电流(I_NTAT)可以得到V_BE/R并表示为：

$\frac{\∂V_{\mathrm{BE}}}{\∂T}=\frac{V_{\mathrm{BE}}-(4+m)V_T-E_g/q}{T},I_{\mathrm{NTAT}}=\frac{V_{\mathrm{BE}}}{R},I_{\mathrm{NTAT}}\∝\frac{1}{T}$

现请参考图7，其为本发明不随绝对温度(CTAT)改变的电流源电路430示意图。其使用V_x1作为参考电压并使操作放大器4301形成回路强迫金属氧化物半导体场效应晶体管4302从漏极到源极的电压具有相同电位如V_x1。通过选择一个非常低的电位，金属氧化物半导体场效应晶体管4302有如电阻般操作在三极管区。因此，输出第三电流(I_CTAT)可以来自V_x1和金属氧化物半导体场效应晶体管。其中电压V_x1可以从正比于绝对温度(PTAT)的电流源410减去反比于绝对温度(NTAT)的电流源420产生，这会造成陡峭的第一电流(I_PTAT)曲线。最后，第一电流(I_PTAT)要乘上第一多晶电阻4501然后得到V_x1，使用相同类型电阻4303可以减少制程中多晶硅层的变化量。

现请参考图8，其为本发明边界角检测器电路440示意图。边界角检测器440，还包括：一第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管4411、一第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管4412、一第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413、一第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管4421、一第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管4422、一第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423、一第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414、一第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424、一第一比较器4415、一第二比较器4425、一调节器4416。第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管4411，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中源极端用以电性连结至接地端。第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管4412，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中源极端用以电性连结至接地端。第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中源极端用以电性连结至接地端。第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管4421，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中源极端用以电性连结至接地端。第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管4422，其具有一栅极端、一源极端与 一漏极端，其中源极端用以电性连结至接地端。第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中源极端用以电性连结至接地端。第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中栅极端电性连结至第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413的漏极端且漏极端电性连结至第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413的栅极端。第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中漏极端与栅极端电性连结至接地端。第一比较器4415，其具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端与一接地端。

其中第一输入端电性连结至第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端4411，第二输入端电性连结至第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端4412，第三输入端电性连结至不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430的输出端，根据第一检测电流(I_DET1)、第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414临界电压与第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413临界电压的关系，第一比较器4415用以判断被检测电路的边界角状态。第二比较器4425，其具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端与一接地端，其中第一输入端电性连结至第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管4421的漏极端，第二输入端电性连结至第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管4422的漏极端，第三输入端电性连结至不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430的输出端，根据第二检测电流(I_DET2)、第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管临界电压与第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管临界电压的关系，第二比较器4425用以判断被检测电路的边界角状态。调节器4416，其具有一输出端与一接地端，其中输出端电性连结至第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414的源极端，调节器4416用以提供预定电压(V_DET)。其中，第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管4411栅极端、第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管4412栅极端、第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413栅极端连接至第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414漏极端，第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管4421栅极端、第五n型金属氧化物 半导体场效应晶体管4422栅极端、第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423栅极端连接至第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424漏极端，第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423漏极端用以接收第二检测电流(I_DET2)，第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424源极端用以接收不随绝对温度(CTAT)改变的电流源430第三电流(I_CTAT)。

应需注意的是，第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管4411、第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管4412、第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413、第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管4421、第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管4422、第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423、第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414、第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424可以选用双载子连接晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)、异质接面双极性晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)、高电子迁移率晶体管(High Electronic Mobility Transistor,HEMT)、假型高电子迁移率晶体管(Pseudomorphic High Electronic Mobility Transistor,PHEMT)、互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)场效应晶体管及通道横向扩散金氧半场效应晶体管(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)取代。

应需注意的是，边界角检测器440可以被切分成两个子电路，如图8(a)、图8(b)所示。图8(a)电路被用以判断(F,F)与(S,S)状态。图8(b)电路被用以判断(S,F)与(F,S)状态。其相应的操作步骤如下所述：

<图8(a)>

步骤1：从调节器4416使用默认电压V_DET作为参考电压；

步骤2：施加V_DET至第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414源极端；

步骤3：产生一检测电流，I_DET1；

步骤4：监控检测电流，I_DET1至第一比较器4415的第一输入端与第二输入端；

步骤5：比较检测电流I_DET1与第三电流(I_CTAT)。

$I_{\mathrm{DET}1}=N_x{\left(\frac{V_{\mathrm{DET}}-V_{\mathrm{thp}}-V_{\mathrm{thn}}}{\sqrt{\frac{N_x}{P_x}}+1}\right)}^2,N_x=\frac{1}{2}{\mathrm{\&mu;}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W_n}{L_n},P_x=\frac{1}{2}{\mathrm{\&mu;}}_p{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W_p}{L_p}$

其中V_thp是第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414的临界电压，V_thn是第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413的临界电压。

藉由形成上述操作步骤与公式，可以清楚的观察到检测电流I_DET1随着第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414临界电压V_thp与第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413临界电压V_thn增加而增加，反之，检测电流I_DET1随着第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414临界电压V_thp与第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413临界电压V_thn减少而减少。然后，检测电流I_DET1被映射与输入至第一比较器4415取决于第一n型金属氧化物半导体场效应晶体管4411与第二n型金属氧化物半导体场效应晶体管4412。最后，比较检测电流I_DET1与第三电流(I_CTAT)。假设检测电流I_DET1增加，则可以确定状态(F,F)。反之，可以确定状态(S,S)。这两种结果被当作I_{OUT_CORNER_1}由第一比较器4415输出端输出。表一显示检测电流I_DET1比较结果。(T,T)、(F,F)、(S,S)、(S,F)、(F,S)为掺杂浓度变化量状态，其中状态T表示为典型状态、状态F表示快速、状态S表示慢速，小括号中的第一位置与第二位置所对应的分别为n型金属氧化物半导体场效应晶体管与p型金属氧化物半导体场效应晶体管。典型状态表示掺杂浓度等于默认值，快速状态表示掺杂浓度大于默认值，低速状态表示掺杂浓度小于默认值。

表一

<图8(b)>

步骤1：藉由默认电流I_CTAT从不随绝对温度(CTAT)改变的电流源通过第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424产生一电压源；

步骤2：施加电流I_CTAT至第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423；

步骤3：产生一检测电流，I_DET2；

步骤4：监控检测电流，I_DET1至第二比较器4425的第一输入端与第二输入端；

步骤5：比较检测电流I_DET2与第三电流(I_CTAT)。

$I_{\mathrm{DET}2}=\frac{1}{2}{N}_x{(\sqrt{\frac{2I_{\mathrm{CTAT}}}{P_x}}+V_{\mathrm{thp}}-V_{\mathrm{thn}})}^2,N_x={\mathrm{\&mu;}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W_n}{L_n},P_x={\mathrm{\&mu;}}_p{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W_p}{L_p}$

其中V_thp是第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424的临界电压，V_thn是第六n型金属氧化物半导体场效应晶体管4423的临界电压。

藉由形成上述操作步骤与公式，可以清楚的观察到检测电流I_DET2随着第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414临界电压V_thp与第三n型金属氧化物半导体场效应晶体管4413临界电压(V_thn)变化而改变。然后，检测电流I_DET2被映射与输入至第二比较器4425取决于第四n型金属氧化物半导体场效应晶体管4421与第五n型金属氧化物半导体场效应晶体管4422。最后，比较检测电流I_DET2与第三电流(I_CTAT)。假设检测电流I_DET2增加，则可以确定状态 (F,S)。反之，可以确定状态(S,F)。这两种结果被当作I_{OUT_CORNER_2}由第二比较器4416输出端输出。表二显示检测电流I_DET2比较结果。(T,T)、(F,F)、(S,S)、(S,F)、(F,S)为掺杂浓度变化量状态，其中状态T表示为典型状态、状态F表示快速、状态S表示慢速，小括号中的第一位置与第二位置所对应的分别为n型金属氧化物半导体场效应晶体管与p型金属氧化物半导体场效应晶体管。典型状态表示掺杂浓度等于默认值，快速状态表示掺杂浓度大于默认值，低速状态表示掺杂浓度小于默认值。

表二

现请参考图9，其为本发明多晶硅检测器450电路示意图。多晶硅检测器更包含有：一第一多晶电阻4501、一操作放大器4502、一第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4503、一第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4504、一第二多晶电阻4505。第一多晶电阻4501，其具有第一终端与一接地端，用以提供温度补偿参考电压(V_NBG)。操作放大器4502，其具有一输出端、一反向输入端与一正向输入端，其中反向输入端电性连结至第一多晶电阻4501的第一终端。第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4503，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端，其中漏极端电性连结至操作放大器4502的正端。第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4504，其具有一栅极端、一源极端与一漏极端。第二多晶电阻4505，其具有第一终端与一接地端，其中第一终端电性连结至第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4504的漏极端。 其中，温度补偿参考电压(V_NBG)由正比于绝对温度(PTAT)的电流源410电流与反比于绝对温度(NTAT)的电流源420电流相加所得的电流(I_POLY)通过至第一多晶电阻4501所产生，第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4503的栅极端与第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4504的栅极端电性连结至操作放大器4503的输出端，第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4504的漏极端用以输出多晶硅检测器450的输出电流(I_{OUT_POLY})。应需注意的是，第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管4414、第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管4424可以选用双载子连接晶体管、异质接面双极性晶体管、高电子迁移率晶体管、假型高电子迁移率晶体管、互补式金氧半场效应晶体管及通道横向扩散金氧半场效应晶体管取代。

应需注意的是，多晶硅检测器450的操作步骤如下所述：

步骤1：藉由使用操作放大器4503强迫V_NBG和第二多晶电阻4505之通过电压相等；

步骤2：产生电流通过第二多晶电阻4505。

$I=\frac{V_{\mathrm{NBG}}}{R}$

其中R是第二多晶电阻4505。

通过形成上述操作步骤，可以清楚的观察到输出电流I_{OUT_POLY}反比于第二多晶电阻4505变化量。多晶硅层变化量可容易由比较输出电流I_POLY来确认。因此，POT、POF、POS状态可以容易被确认。表三显示电流I_{OUT_POLY}比较结果。

POT、POF与POS为制程中多晶硅层变化量状态，POT表示典型多晶硅，POF表示快速多晶硅，POS表示慢速多晶硅。典型多晶硅状态表示多晶硅层厚度等于默认值，快速多晶硅表示多晶硅层厚度大于默认值，慢速多晶硅表示多晶硅层厚度小于默认值。

表三

现请参考图10，其揭示本发明极端温度检测器460电路示意图。极端温度检测器460更包含有：一减法器4601、一放大器4602。减法器4601，其具有第一输入端、第二输入端与一输出端，其中第一输入端电性连接至极端温度检测器460的第一输入端，第二输入端电性连接至极端温度检测器460的第二输入端。放大器4602，其具有一输入端与一输出端，其中输入端电性连结至减法器4601输出端。其中极端温度检测器460藉由放大器4602输出端输出的电流I_{OUT_TEMP}判断温度状态。

应需注意的是，极端温度检测器460的操作步骤如下所述：

步骤1：使用正比于绝对温度(PTAT)的电流源410的电流I_PTAT作为温度感测与电流I_{OUT_POLY}作为参考；

步骤2：将此二电流相减；

步骤3：将减掉后的电流与放大器4602相乘。

藉由形成上述操作步骤，可以清楚的观察到藉由正比于绝对温度(PTAT)的电流源410第一电流(I_PTAT)与多晶硅检测器440输出电流I_{OUT_POLY}相减，环境温度变化量可以容易被确认。因此，TM、TH、TL状态可以容易被确认。表四显示电流I_PTAT与电流I_{OUT_POLY}比较结果。环境温度变化量状态通常表示为TM、TH与TL，其中TM表示环境温度为中温，TH表示环境温度为高温，TL表示环境温度为低温。中温等于27℃，高温等于85℃，低温等于-40℃。

表四

为了减少多晶硅制程的边界角变化量，在多晶硅检测器450中的正比于绝对温度(PTAT)的电流源410、第一多晶电阻4501、第二多晶电阻4505的电阻4102型态应相同。

现请参考表五，其显示具有侦测制程边界角与极端温度的电路400输出结果，每一输出只有两种状态0与1。每当边界角检测器440输出状态或极端温度检测器460输出状态达到极端案例时，根据现在条件下，具有侦测制程边界角与极端温度的电路400输出将被设为1，否则状态将停留在0。

表五

虽然本发明已以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。如上述的解释，都可以作各型式的修正与变化，而不会破坏此创作的精神。因此本发明的保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种具有侦测制程边界角与极端温度的电路，其特征在于，包括：

一正比于绝对温度的电流源，其具有一输出端用以提供第一电流；

一反比于绝对温度的电流源，其具有一输出端用以提供第二电流；

一不随绝对温度改变的电流源，其具有一输出端用以提供第三电流；

一边界角检测器，其具有一输入端与一输出端，其中该输入端电性连结至不随绝对温度改变的电流源的该输出端，用以显示一被检测电路的边界角状态；

一多晶硅检测器，其具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端与一输出端，其中该第一输入端电性连结至正比于绝对温度的电流源的输出端；该第二输入端电性连结至反比于绝对温度的电流源的输出端；以及，该第三输入端电性连结至不随绝对温度改变的电流源的输出端，用以显示被检测电路的多晶硅层的状态；以及

一极端温度检测器，其具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中该第一输入端电性连结至正比于绝对温度的电流源的输出端；以及，该第二输入端电性连结至多晶硅检测器的该输出端，用以显示该被检测电路的温度状态。

2.根据权利要求1所述的具有侦测制程边界角与极端温度的电路，其特征在于，该具有侦测制程边界角与极端温度的电路通过0.18微米、0.13微米、0.09微米、0.045微米、0.023微米或0.011微米制程实现。

3.根据权利要求1所述的具有侦测制程边界角与极端温度的电路，其特征在于，该多晶硅检测器，还包括：

一第一多晶电阻，该第一多晶电阻包括：一第一终端与一接地端，用以提供一温度补偿参考电压；

一操作放大器，该操作放大器包括：一输出端、一反向输入端与一正向输入端，其中该反向输入端电性连结至第一多晶电阻的第一终端；

一第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管，该第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管包括：一栅极端、一源极端与一漏极端，其中该漏极端电性连结至该操作放大器的正向输入端；

一第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管，该第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管包括：一栅极端、一源极端与一漏极端；

一第二多晶电阻，该第二多晶电阻包括：一第一终端与一接地端，其中该第一终端电性连结至第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端；以及

其中，温度补偿参考电压由正比于绝对温度的电流源与反比于绝对温度的电流源电流相加所得之一电流通过第一多晶电阻所产生，第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端与第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端电性连结至操作放大器的该输出端，第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极端用以输出多晶硅检测器的一输出电流。

4.根据权利要求3所述的具有侦测制程边界角与极端温度的电路，其特征在于，第一p型金属氧化物半导体场效应晶体管、第二p型金属氧化物半导体场效应晶体管选自双载子连接晶体管、异质接面双极性晶体管、高电子迁移率晶体管、假型高电子迁移率晶体管、互补式金属氧化物半导体及通道横向扩散金氧半场效应晶体管之一。

5.根据权利要求1所述的具有侦测制程边界角与极端温度的电路，其特征在于，该极端温度检测器，还包括：

一减法器，该减法器包括：一第一输入端、一第二输入端与一输出端，其中该减法器的第一输入端是该极端温度检测器的第一输入端、该减法器的第二输入端是该极端温度检测器的第二输入端；

一放大器，该放大器包括：一输入端与一输出端，其中该输入端电性连结至该减法器的该输出端；以及

其中极端温度检测器根据放大器的输出端所输出之一电流I_{OUT_TEMP}判断被检测电路的温度状态。