CN109189116B - 集成电路芯片的温度保持装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成电路芯片的温度保持装置，包括：片上加热电阻，由芯片的金属线路组成；片上温度检测电路，用于检测芯片内部的温度；加热控制电路，根据片上温度检测电路检测的温度值控制片上加热电阻的加热电流的开关，通过在片方式实现对芯片的温度控制。本发明还公开了一种集成电路芯片的温度保持方法。本发明能实现芯片的温度保持，特别能使芯片在低温环境工作时使芯片的温度保持在芯片正常工作的温度，防止芯片上的集成电路出现短暂失效或永久失效；同时还能降低成本和功耗；还能大大降低器件精度要求，降低可靠性风险，提升制造工艺窗口，帮助延长芯片寿命、降低出错率。

Description

集成电路芯片的温度保持装置和方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种集成电路芯片的温度保持装置。本发明还涉及一种集成电路芯片的温度保持方法。

背景技术

由于集成电路芯片应用环境多变，当出现低温环境时，芯片的集成电路特性将发生偏移。在极端情况下甚至出现短暂失效或经过内部误触发的不可逆操作导致永久失效，造成用户损失。

目前已知的保持芯片的集成电路温度的方法有若干，例如芯片外加装加热器的方法、对电路板整体覆盖保温层或液体循环系统加热的方法等等，协助芯片维持工作温度不致过低。上述方法都会增加成本和功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成电路芯片的温度保持装置，能实现芯片的温度保持，特别能使芯片在低温环境工作时使芯片的温度保持在芯片正常工作的温度，防止芯片上的集成电路出现短暂失效或永久失效；同时还能降低成本和功耗。

为解决上述技术问题，本发明提供的集成电路芯片的温度保持装置包括：

片上加热电阻，由芯片的金属线路组成。

片上温度检测电路，用于检测所述芯片内部的温度。

加热控制电路，根据所述片上温度检测电路检测的温度值控制所述片上加热电阻的加热电流的开关，通过在片方式实现对所述芯片的温度控制。

进一步的改进是，所述片上加热电阻为通过对所述芯片的金属层进行金属线布局形成的结构。

进一步的改进是，所述片上加热电阻采用专门的一层金属层布局形成；或者，所述片上加热电阻利用所述芯片本身所具有的金属层的富余空间布局形成。

进一步的改进是，所述芯片包括受保护电路，所述片上温度检测电路设置在所述受保护电路处，用以检测所述受保护电路处的温度。

进一步的改进是，所述受保护电路为温度敏感电路。

进一步的改进是，所述片上加热电阻布置在整个所述芯片范围内。

或者，所述片上加热电阻设置在所述受保护电路所对应的位置范围内。

进一步的改进是，所述片上加热电阻分为一套以上，每一套所述片上加热电阻控制所述芯片的对应区域内的温度，各套所述片上加热电阻的加热电流单独控制。

进一步的改进是，通过对各所述片上加热电阻的控制，使各所述芯片的各区域的温度范围相同或使各所述芯片的各区域的温度范围具有差别。

进一步的改进是，所述加热控制电路为内置于所述芯片内的片上结构；或者，所述加热控制电路为外置于所述芯片外的片外结构。

进一步的改进是，在所述芯片启动之前，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片预热。

或者，在所述芯片启动后突发降温时，所述温度检测电路实时检测到降温对应的温度值，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片进行温度保持。

为解决上述技术问题，本发明提供的集成电路芯片的温度保持方法包括如下步骤：

步骤一、在芯片的版图设计中增加片上加热电阻和片上温度检测电路的版图设计，所述片上电阻由所述芯片的金属层布局的金属线路组成。

所述片上温度检测电路用于检测所述芯片内部的温度。

步骤二、设置加热控制电路，所述加热控制电路根据所述片上温度检测电路检测的温度值控制所述片上加热电阻的加热电流的开关，通过在片方式实现对所述芯片的温度控制。

进一步的改进是，步骤一中，所述片上加热电阻采用专门的一层金属层布局形成；或者，所述片上加热电阻利用所述芯片本身所具有的金属层的富余空间布局形成。

进一步的改进是，所述芯片包括受保护电路，所述片上温度检测电路设置在所述受保护电路处，用以检测所述受保护电路处的温度。

进一步的改进是，所述片上加热电阻布置在整个所述芯片范围内。

或者，所述片上加热电阻设置在所述受保护电路所对应的位置范围内。

进一步的改进是，步骤二中，对所述芯片的温度控制方式包括：

在所述芯片启动之前，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片预热。

或者，在所述芯片启动后突发降温时，所述温度检测电路实时检测到降温对应的温度值，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片进行温度保持。

本发明根据芯片上的集成电路的温度保持需要特地设置了片上加热电阻，这种片上加热电阻由芯片上的金属线路直接组成，为片上结构，能直接通过对片上加热电阻进行加热电流的开关控制实现对芯片的工作温度的控制，使芯片的温度保持在集成电路正常工作的温度，防止芯片上的集成电路出现短暂失效或永久失效。

由于本发明不需要额外再设置外置的加热器或保温层或液体循环系统加热来实现芯片的保温，而是直接采用片上结构即可实现，故本发明的成本更低。

另外，本发明还结合设置了片上温度检测电路以及加热控制电路，本发明能通过片上温度检测电路检测芯片上的温度，并根据检测的温度通过加热控制电路来控制片上加热电阻的加热电流的开关，使得对芯片的温度实现精确控制，且这种控制能实现仅在需要加热时导通加热电流，从而能最大限度的节约能耗。

另外，本发明不论对于设计公司还是对晶圆厂均尤其重要，使用本发明实施例之后，能大大降低器件精度要求，降低可靠性风险，提升制造工艺窗口，帮助延长芯片寿命、降低出错率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例集成电路芯片的温度保持装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的片上加热电阻的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例集成电路芯片的温度保持装置的结构示意图；图2是本发明实施例的片上加热电阻2的结构示意图。本发明实施例集成电路芯片的温度保持装置包括：

片上加热电阻2，由芯片1的金属线路组成。

片上温度检测电路3，用于检测所述芯片1内部的温度。

加热控制电路4，根据所述片上温度检测电路3检测的温度值控制所述片上加热电阻2的加热电流的开关，通过在片方式实现对所述芯片1的温度控制。

本发明实施例中，如图2所示，所述片上加热电阻2为通过对所述芯片1的金属层进行金属线布局形成的结构。所述片上加热电阻2采用专门的一层金属层布局形成。在其它实施例中，也能为：所述片上加热电阻2利用所述芯片1本身所具有的金属层的富余空间布局形成；这种情形下，所述片上加热电阻2会和所述芯片1的本身原有的电路的金属层中的某一层共用，但是需要将所述片上加热电阻2设置即布局在对应的金属层的富余空间，富余空间也即为布局所述芯片的原有电路的区域。

通常，所述芯片1包括受保护电路；通常，所述芯片1中包括有多个集成电路，其中有一些集成电路对工作环境的温度要求比较高，这些集成电路需要受到保护，即对应于所述受保护电路。所述片上温度检测电路3设置在所述受保护电路处，用以检测所述受保护电路处的温度。本发明实施例中，所述受保护电路为温度敏感电路，即所述受保护电路的工作状态对的温度很敏感，如当温度较低时，所述温度敏感电路有可能暂时失效或永久失效，故需要对所述温度敏感电路的温度进行保持，以避免出现暂时失效或永久失效的情形。

本发明实施例中，所述片上加热电阻2布置在整个所述芯片1范围内。在其它实施例中也能为：所述片上加热电阻2设置在所述受保护电路所对应的位置范围内。

所述片上加热电阻2分为一套以上，每一套所述片上加热电阻2控制所述芯片1的对应区域内的温度，各套所述片上加热电阻2的加热电流单独控制，也即能够在同一所述芯片1上多设几套加热电流单独控制的所述片上加热电阻2。这样，通过对各所述片上加热电阻2的控制，使各所述芯片1的各区域的温度范围相同或使各所述芯片1的各区域的温度范围具有差别。

本发明实施例中能为：

所述加热控制电路4为内置于所述芯片1内的片上结构；采用片上结构时，需要在版图设计中就对所述加热控制电路4做提前设置。或者，所述加热控制电路4为外置于所述芯片1外的片外结构；这种情形下，不需要对所述芯片的设计做相应的改进。

本发明实施例中，在所述芯片1启动之前，所述加热控制电路4使所述片上加热电阻2的加热电流导通实现对所述芯片1预热；这种情形适用于环境温度本来就比较低，不适合所述芯片1的电路直接工作的情形，在采用本发明实施例结构进行预热后，能使所述芯片1正常启动。

或者，在所述芯片1启动后突发降温时，所述温度检测电路实时检测到降温对应的温度值，所述加热控制电路4使所述片上加热电阻2的加热电流导通实现对所述芯片1进行温度保持。

本发明实施例根据芯片1上的集成电路的温度保持需要特地设置了片上加热电阻2，这种片上加热电阻2由芯片1上的金属线路直接组成，为片上结构，能直接通过对片上加热电阻2进行加热电流的开关控制实现对芯片1的工作温度的控制，使芯片1的温度保持在集成电路正常工作的温度，防止芯片1上的集成电路出现短暂失效或永久失效。

由于本发明实施例不需要额外再设置外置的加热器或保温层或液体循环系统加热来实现芯片1的保温，而是直接采用片上结构即可实现，故本发明实施例的成本更低。

另外，本发明实施例还结合设置了片上温度检测电路3以及加热控制电路4，本发明能通过片上温度检测电路3检测芯片1上的温度，并根据检测的温度通过加热控制电路4来控制片上加热电阻2的加热电流的开关，使得对芯片1的温度实现精确控制，且这种控制能实现仅在需要加热时导通加热电流，从而能最大限度的节约能耗。

由上可知，本发明实施例在片上温度检测电路3判定需要的情况下，对片上加热电阻2施加加热电流为集成电路加热，避免集成电路在过度低温工况下出现异常，导致客户损失。本发明实施例的片上加热电阻2利用现有集成电路制造工艺的金属层工艺制作，成本和功耗远低于板级加热和整机保温、加温方法。

本发明实施例不论对于设计公司还是对晶圆厂均尤其重要，使用本发明实施例之后，能大大降低器件精度要求，降低可靠性风险，提升制造工艺窗口，帮助延长芯片寿命、降低出错率。也即，采用本发明实施例之后，由于集成电路的温度得到很好的保持，故能降低器件对温度的敏感性的要求，故能避免为了适应温度的需要而对集成电路的器件的性能做相应的改变，从而能制作出性能更佳的器件并能大大降低器件精度要求，从而能降低可靠性风险，提升制造工艺窗口，帮助延长芯片寿命、降低出错率，提升客户段位。

本发明实施例集成电路芯片的温度保持方法包括如下步骤：

步骤一、在芯片1的版图设计中增加片上加热电阻2和片上温度检测电路3的版图设计，所述片上电阻由所述芯片1的金属层布局的金属线路组成。

所述片上温度检测电路3用于检测所述芯片1内部的温度。

也即本发明实施例方法中，在进行所述芯片1的版图设计阶段就预先设计所述加热电阻2和所述片上温度检测电路3的版图，这样，能够将所述片上加热电阻2和所述片上温度检测电路3直接集成在所述芯片1上，避免采用片外的加热装置。所述片上加热电阻2采用专门的一层金属层布局形成；或者，所述片上加热电阻2利用所述芯片1本身所具有的金属层的富余空间布局形成。

所述芯片1包括受保护电路，所述片上温度检测电路3设置在所述受保护电路处，用以检测所述受保护电路处的温度。

所述片上加热电阻2布置在整个所述芯片1范围内。或者，所述片上加热电阻2设置在所述受保护电路所对应的位置范围内。

步骤二、设置加热控制电路4，所述加热控制电路4根据所述片上温度检测电路3检测的温度值控制所述片上加热电阻2的加热电流的开关，通过在片方式实现对所述芯片1的温度控制。

对所述芯片1的温度控制方式包括：

在所述芯片1启动之前，所述加热控制电路4使所述片上加热电阻2的加热电流导通实现对所述芯片1预热。

或者，在所述芯片1启动后突发降温时，所述温度检测电路实时检测到降温对应的温度值，所述加热控制电路4使所述片上加热电阻2的加热电流导通实现对所述芯片1进行温度保持。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种集成电路芯片的温度保持装置，其特征在于，包括：

片上加热电阻，由芯片的金属线路组成，所述芯片上具有集成电路；所述片上加热电阻为通过对所述芯片的金属层进行金属线布局形成的结构；

片上温度检测电路，用于检测所述芯片内部的温度；

所述芯片包括受保护电路，所述片上温度检测电路设置在所述受保护电路处，用以检测所述受保护电路处的温度；

所述片上加热电阻布置在整个所述芯片范围内；或者，所述片上加热电阻设置在所述受保护电路所对应的位置范围内；

加热控制电路，根据所述片上温度检测电路检测的温度值控制所述片上加热电阻的加热电流的开关，通过在片方式实现对所述芯片的温度控制；

所述加热控制电路为内置于所述芯片内的片上结构；或者，所述加热控制电路为外置于所述芯片外的片外结构；

所述片上加热电阻采用专门的一层金属层布局形成；或者，所述片上加热电阻利用所述芯片本身所具有的金属层的富余空间布局形成；

在所述芯片启动之前，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片预热；

或者，在所述芯片启动后突发降温时，所述温度检测电路实时检测到降温对应的温度值，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片进行温度保持。

2.如权利要求1所述的集成电路芯片的温度保持装置，其特征在于：所述受保护电路为温度敏感电路。

3.如权利要求1所述的集成电路芯片的温度保持装置，其特征在于：所述片上加热电阻分为一套以上，每一套所述片上加热电阻控制所述芯片的对应区域内的温度，各套所述片上加热电阻的加热电流单独控制。

4.如权利要求3所述的集成电路芯片的温度保持装置，其特征在于：通过对各所述片上加热电阻的控制，使各所述芯片的各区域的温度范围相同或使各所述芯片的各区域的温度范围具有差别。

5.一种集成电路芯片的温度保持方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、芯片上具有集成电路，在所述芯片的版图设计中增加片上加热电阻和片上温度检测电路的版图设计，所述片上加热电阻由所述芯片的金属层布局的金属线路组成；

所述片上温度检测电路用于检测所述芯片内部的温度；

所述芯片包括受保护电路，所述片上温度检测电路设置在所述受保护电路处，用以检测所述受保护电路处的温度；

所述片上加热电阻布置在整个所述芯片范围内；或者，所述片上加热电阻设置在所述受保护电路所对应的位置范围内；

步骤一中，所述片上加热电阻采用专门的一层金属层布局形成；或者，所述片上加热电阻利用所述芯片本身所具有的金属层的富余空间布局形成；

步骤二、设置加热控制电路，所述加热控制电路为内置于所述芯片内的片上结构；或者，所述加热控制电路为外置于所述芯片外的片外结构；

所述加热控制电路根据所述片上温度检测电路检测的温度值控制所述片上加热电阻的加热电流的开关，通过在片方式实现对所述芯片的温度控制；

步骤二中，对所述芯片的温度控制方式包括：

在所述芯片启动之前，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片预热；

或者，在所述芯片启动后突发降温时，所述温度检测电路实时检测到降温对应的温度值，所述加热控制电路使所述片上加热电阻的加热电流导通实现对所述芯片进行温度保持。

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