CN116314061A - 集成电路和电子设备 - Google Patents

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CN116314061A CN202111569617.1A CN202111569617A CN116314061A CN 116314061 A CN116314061 A CN 116314061A CN 202111569617 A CN202111569617 A CN 202111569617A CN 116314061 A CN116314061 A CN 116314061A
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邹天华
李鹏飞
黄敬涵
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Abstract

本申请实施例提供一种集成电路和电子设备，涉及电路技术领域，能够实现对集成电路内部的温度检测。集成电路包括：晶体管，晶体管包括栅极、源极、漏极和沟道；晶体管信号线，晶体管信号线电连接于栅极、源极或漏极；激励电流第一线路、激励电流第二线路、电压采样第一线路和电压采样第二线路；栅极、沟道或晶体管信号线的至少部分作为感温部，激励电流第一线路和电压采样第一线路分别连接于感温部的第一端，激励电流第二线路和电压采样第二线路分别连接于感温部的第二端。

Description

集成电路和电子设备
技术领域
本申请涉及电路技术领域，特别涉及一种集成电路和电子设备。
背景技术
随着集成电路工艺的不断演进，功耗越来越大、功耗密度越来越高、晶体管发热越来越严重，因此，集成电路中的温度也越来越高，而温度会直接影响集成电路的可靠性，过高的温度可能会导致电子迁移(Electron Migration，EM)、热载流子注入(Hot CarrierInjection，HCI)或偏置温度不稳定性(Bias Temperature Instability，BTI)等问题。因此，如何进行集成电路内部温度检测成为了一个待解决的问题。
发明内容
一种集成电路和电子设备，能够实现对集成电路内部的温度检测。
第一方面，提供一种集成电路，包括：晶体管，晶体管包括栅极、源极、漏极和沟道；晶体管信号线，晶体管信号线电连接于栅极、源极或漏极；激励电流第一线路、激励电流第二线路、电压采样第一线路和电压采样第二线路；栅极、沟道或晶体管信号线的至少部分作为感温部，激励电流第一线路和电压采样第一线路分别连接于感温部的第一端，激励电流第二线路和电压采样第二线路分别连接于感温部的第二端。将栅极、沟道或晶体管信号线的至少部分作为感温部，从而无需在集成电路中设置额外的器件来实现对集成电路内部的温度检测功能，提高了集成电路的空间利用率；通过两条线路来向感温部施加电流，通过另外两条单独的线路来检测感温部两端的电压，以便于根据电流和电压的关系来得到感温部的电阻值，并根据电阻值和温度的关系确定感温部的温度，来实现温度检测功能，由于施加电流和采样电压分别采用了独立的线路，从而改善了通过两线法中线路对于检测结果的不良影响，提高了温度检测准确性。
在一种可能的实施方式中，感温部为条状；激励电流第一线路与感温部在第一连接处连接，电压采样第一线路与感温部在第二连接处连接，第一连接处与第二连接处沿垂直于感温部的长度方向排列；激励电流第二线路与感温部在第三连接处连接，电压采样第二线路与感温部在第四连接处连接，第三连接处与第四连接处沿垂直于感温部的长度方向排列。以使通过激励电流第一线路和激励电流第二线路所施加激励电流对应的部分和通过电压采样第一线路和电压采样第二线路所采样电压的部分为相同的部分，从而提高温度检测的准确性。
在一种可能的实施方式中，第一连接处、第二连接处、第三连接处和第四连接处位于感温部远离沟道的一侧，以简化制作工艺。
在一种可能的实施方式中，感温部具有第一对称面，第一对称面垂直于感温部的长度方向；和/或，感温部具有第二对称面，第二对称面平行于感温部的长度方向。
在一种可能的实施方式中，集成电路还包括：封装层；位于封装层远离晶体管一侧的激励电流第一引脚、激励电流第二引脚、电压采样第一引脚和电压采样第二引脚；激励电流第一引脚连接于激励电流第一线路，激励电流第二引脚连接于激励电流第二线路，电压采样第一引脚连接于电压采样第一线路，电压采样第二引脚连接于电压采样第二线路。
在一种可能的实施方式中，集成电路包括多层结构，感温部位于多层结构中的同一层中。
在一种可能的实施方式中，感温部为栅极；集成电路还包括：栅极控制第一线路，栅极控制第一线路连接于感温部的第一端；栅极控制第二线路，栅极控制第二线路连接于感温部的第二端。
在一种可能的实施方式中，激励电流第一线路、激励电流第二线路、电压采样第一线路、电压采样第二线路、栅极控制第一线路和栅极控制第二线路连接于感温部的同一侧表面。
在一种可能的实施方式中，感温部为晶体管信号线的至少部分，感温部位于栅极远离沟道的一侧。相较于栅极和沟道，位于栅极远离沟道的一侧的晶体管信号线周围的可用空间更大，因此制作对应的四条线路的工艺难度较低。
在一种可能的实施方式中，感温部的材料为金属或半导体。
在一种可能的实施方式中，金属为钨。
在一种可能的实施方式中，激励电流第一线路和激励电流第二线路用于在感温部上施加交流电。
在一种可能的实施方式中，交流电的电流值I的范围为：10μA＜I＜300μA。
第二方面，提供一种电子设备，包括：上述的集成电路；电连接于集成电路中激励电流第一线路和激励电流第二线路的电流激励器件，电流激励器件用于通过激励电流第一线路和激励电流第二线路向集成电路中的感温部施加激励电流；电连接于集成电路中电压采样第一线路和电压采样第二线路的电压采样器，电压采样器用于采样感温部的第一端和第二端之间的电压。
在一种可能的实施方式中，激励电流为交流电。
在一种可能的实施方式中，电压采样器为锁相放大器。通过锁相放大器，可以在电流值较小的情况下采样到感温部上的压降，从而降低了由于电流值较大而产生的发热，进而改善了由于自发热而对温度检测的不良影响，提高了温度检测准确性，且降低了温度检测过程中电流对集成电路本身的干扰。
在一种可能的实施方式中，交流电的电流值I的范围为：10μA＜I＜300μA。
附图说明
图1为本申请实施例中一种电子设备的部分结构的等效电路示意图；
图2为本申请实施例中一种集成电路的部分结构示意图；
图3为图2中部分结构的一种剖面示意图；
图4为本申请实施例中另一种集成电路的部分结构的剖面示意图；
图5为本申请实施例中一种电子设备的基本架构图；
图6为图2中部分结构的另一种剖面示意图。
具体实施方式
本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。
在介绍本申请实施例之前，首先对集成电路温度检测的相关技术进行说明，为了对实现集成电路内部温度的检测，一种相关技术是在集成电路内部增加设置二极管，通过二极管来实现温度检测，但是，这样会降低集成电路的空间利用率。为了提高集成电路的空间利用率，另一种相关技术是利用集成电路中的晶体管的栅极来实现温度检测，将晶体管的栅极通过两线法引出，以通过两线法来测量栅极的电阻，进而通过栅极的电阻与温度的关系来确定温度，然而，这种方法在测量电阻时，实际所测量的电阻是包括栅极和线路的电阻的总和，因此由于线路的电阻引入，导致温度测量结果不准确。为了解决上述问题，提供了以下本申请实施例的技术方案，下面对本申请实施例的技术方案进行说明。
如图1、图2、图3和图4所示，本申请实施例提供了一种集成电路，包括：晶体管1，晶体管1包括栅极11、源极12、漏极13和沟道14；晶体管信号线2，晶体管信号线2电连接于栅极11、源极12或漏极13；激励电流第一线路31、激励电流第二线路32、电压采样第一线路41和电压采样第二线路42；栅极11、沟道14或晶体管信号线2的至少部分作为感温部5，激励电流第一线路31和电压采样第一线路41分别连接于感温部5的第一端，激励电流第二线路32和电压采样第二线路42分别连接于感温部5的第二端。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括：上述的集成电路；电连接于集成电路中激励电流第一线路31和激励电流第二线路32的电流激励器件10，电流激励器件10用于通过激励电流第一线路31和激励电流第二线路32向集成电路中的感温部5施加激励电流；电连接于集成电路中电压采样第一线路41和电压采样第二线路42的电压采样器20，电压采样器20用于采样感温部5的第一端和第二端之间的电压。
具体地，晶体管1可以制作于衬底100上，在栅极11和沟道14之间设置有栅极绝缘层15，栅极11可以为金属材料，源极12和漏极13可以为金属材料的电极，也可以是指半导体中的深掺杂区域，只要能够导电即可，沟道14是指在源极12和漏极13之间的半导体层，沟道14可以在栅极11的电压控制下导通或截止，在图1和图2中，沟道14均被栅极11所遮挡而未显示，另外，在图1～图3中省略了晶体管信号线2，实际上，集成电路中包括多条晶体管信号线2，栅极11、源极12和漏极13各自均通过所连接的晶体管信号线2被引出，以通过晶体管信号线2来实现信号的传输，在图1至图3所示的结构中，以栅极11作为感温部5为例进行示意，在图4所示的结构中，以漏极13所连接的晶体管信号线2的一部分作为感温部5为例进行示意。
在电子设备中，电流激励器件10可以串联于激励电流第一线路31和激励电流第二线路32之间，电压采样器20可以串联于电压采样第一线路41和电压采样第二线路42之间，电流激励器件10所施加的激励电流的电流值为已知的电流值，激励电流可以为直流电或者交流电，如果激励电流为直流电，电流值的大小可以为μA或mA级别，如果激励电流为交流电，电流值的大小可以为μA级别。一方面，通过电流激励器件10向感温部5所施加的激励电流的电流值已知，另一方面，通过独立的电压采样第一线路41和电压采样第二线路42对感温部5两端的电压进行采样，可以更加准确地获取到感温部5两端之间的压降，改善了两线法中线路对于采样的不良影响，通过所施加的电流值以及采样到的压降，根据电流和电压的关系可以计算得到感温部5两端之间的电阻值，根据电阻与温度的关系，可以获取到感温部5的温度，从而可以实现集成电路内部的温度检测。
如图5所示，图5为本申请实施例中一种电子设备的基本架构图，电子设备还可以包括：一个或多个处理器901；存储器902；上述各器件可以通过一个或多个通信总线903连接。存储器902可以用于存储计算机可执行程序代码，所述可执行程序代码包括指令。处理器901通过运行存储在存储器902的指令，和/或存储在设置于处理器中的存储器的指令，执行电子设备的各种功能应用以及数据处理。
例如，在电子设备中，存储器902中存储有用于控制电流激励器件10和电压采样器20的程序，在电子设备的工作过程中，处理器901在预设时间或者基于预设事件的触发控制电流激励器件10向感温部5施加激励电流，并控制电压采样器20采样感温部5的第一端和第二端之间的电压，并对所采样的电压进行判断，如果判断电压满足预设条件，例如超过阈值，则可以生成提示音或提示画面提示用户器件温度过高，或者执行保护措施，例如控制电子设备重启等。
本申请实施例中的集成电路和电子设备，将栅极、沟道或晶体管信号线的至少部分作为感温部，从而无需在集成电路中设置额外的器件来实现对集成电路内部的温度检测功能，提高了集成电路的空间利用率；通过两条线路来向感温部施加电流，通过另外两条单独的线路来检测感温部两端的电压，以便于根据电流和电压的关系来得到感温部的电阻值，并根据电阻值和温度的关系确定感温部的温度，来实现温度检测功能，由于施加电流和采样电压分别采用了独立的线路，从而改善了通过两线法中线路对于检测结果的不良影响，提高了温度检测准确性。
在一种可能的实施方式中，感温部5为条状；激励电流第一线路31与感温部5在第一连接处501连接，电压采样第一线路41与感温部5在第二连接处502连接，第一连接处501与第二连接处502沿垂直于感温部5的长度方向排列；激励电流第二线路32与感温部5在第三连接处503连接，电压采样第二线路42与感温部5在第四连接处504连接，第三连接处503与第四连接处504沿垂直于感温部5的长度方向排列。也就是说，在感温部5每一端的两条用于温度检测的线路平齐设置，以使通过激励电流第一线路31和激励电流第二线路32所施加激励电流对应的部分和通过电压采样第一线路41和电压采样第二线路42所采样电压的部分为相同的部分，从而提高温度检测的准确性。
在一种可能的实施方式中，第一连接处501、第二连接处502、第三连接处503和第四连接处504位于感温部5远离沟道14的一侧，以便于激励电流线路和电压采样线路引出，且激励电流线路和电压采样线路可以与晶体管信号线2通过同样的工艺来制作，从而简化制作工艺。
在一种可能的实施方式中，感温部5具有第一对称面，第一对称面垂直于感温部5的长度方向；和/或，感温部5具有第二对称面，第二对称面平行于感温部5的长度方向。对称结构的感温部5可以使温度检测更加准确。
在一种可能的实施方式中，集成电路还包括：封装层200；位于封装层200远离晶体管一侧的激励电流第一引脚301、激励电流第二引脚302、电压采样第一引脚(图中未示出)和电压采样第二引脚(图中未示出)；激励电流第一引脚301连接于激励电流第一线路31，激励电流第二引脚302连接于激励电流第二线路32，电压采样第一引脚连接于电压采样第一线路41，电压采样第二引脚连接于电压采样第二线路42。激励电流第一引脚301和激励电流第二引脚302用于向感温部5输入电流，电压采样第一引脚和电压采样第二引脚用于检测感温部5两端的压降，封装层200之外的引脚，便于通过外部的电流激励器件10向感温部5施加激励电流，以及便于通过外部的电压采样器20采集感温部5两端的压降。
在一种可能的实施方式中，集成电路包括多层结构，感温部5位于多层结构中的同一层中，例如图4所示，源极12通过单独的晶体管信号线2穿过多层结构后引出，漏极13通过单独的晶体管信号线2穿过两层绝缘层300，其中，漏极13所连接的晶体管信号线2位于两层绝缘层300之间的部分作为感温部5，非跨层的感温部5结构更加规整，温度检测的准确性更高。
在一种可能的实施方式中，如图1、图2和图6所示，感温部5为栅极11；集成电路还包括：栅极控制第一线路61，栅极控制第一线路61连接于感温部5的第一端；栅极控制第二线路62，栅极控制第二线路62连接于感温部5的第二端，栅极控制第一线路61和栅极控制第二线路62即为晶体管信号线2，栅极控制第一线路61和栅极控制第二线路62分别作为传输栅极电压的两个电极线路，用于在晶体管1工作时，向栅极11提供导通电压或截止电压，当栅极11上具有导通电压时，会控制沟道14导通，即使源极12和漏极13之间通过沟道14导通，当栅极11上具有截止电压时，会控制沟道14截止，即使源极12和漏极13之间截止。需要说明的是，在图6中，除了示意图2中部分结构的剖面结构，还示意了图2中未示意的晶体管信号线2以及相关膜层。
在一种可能的实施方式中，激励电流第一线路31、激励电流第二线路32、电压采样第一线路41、电压采样第二线路42、栅极控制第一线路61和栅极控制第二线路62连接于感温部5的同一侧表面，这样，可以通过同样的构图工艺来制作上述六条线路，以简化制作工艺。例如，将栅极11作为感温部5，在集成电路的制作工艺过程中，在完成栅极11的沉积之后，在栅极11的两端生长钼Mo金属材料的线路，包括激励电流第一线路31、激励电流第二线路32、电压采样第一线路41、电压采样第二线路42、栅极控制第一线路61和栅极控制第二线路62，各线路之间不会相互连接，防止短路，其中，激励电流第一线路31、激励电流第二线路32、电压采样第一线路41和电压采样第二线路42逐层穿过各层最终连接至集成电路之外，以便于通过外部来施加电流和进行电压采样。
在一种可能的实施方式中，如图4所示，感温部5为晶体管信号线2的至少部分，感温部5位于栅极11远离沟道14的一侧。在集成电路中，栅极11和沟道14的制作属于前道工艺，而晶体管信号线2的制作属于后道工艺，栅极11和沟道14所在位置的可利用空间更加有限，特别是在晶体管沟道长度越来越小的趋势下，对于较小的沟道长度，栅极11的尺寸也更小，不论是在沟道14两端还是在栅极11两端额外增加设置四条线路来实现温度检测，工艺难度都很大，而对于后道工艺中的晶体管信号线2，由于其远离栅极11和沟道14，其周围所能够利用的空间更大，因此，如果将远离栅极11一侧的部分晶体管信号线2来作为感温部5，并在感温部5的两端设置额外用于温度检测的四条线路，则在工艺上的实现难度较小。
在一种可能的实施方式中，感温部5的材料为金属或半导体，例如，栅极11或晶体管信号线2为金属材料，沟道14为半导体材料。感温部5的电阻值可以达到几百或几千欧姆的量级。
在一种可能的实施方式中，金属为钨。
另外需要说明的是，集成电路中可以包括多个感温部5，每个感温部5上均设置有对应的四条线路，以实现温度检测功能，通过多个感温部5，可以实现集成电路中多个位置的温度检测，不同的感温部5可以位于多层结构的同一层中，也可以分别位于多层结构的不同层中，即本申请实施例可以实现集成电路中的任意一个或多个位置的温度检测。
在一种可能的实施方式中，激励电流第一线路31和激励电流第二线路32用于在感温部5上施加交流电，即激励电流为交流电；交流电的电流值I的范围可以为：10μA＜I＜300μA；电压采样器20可以为锁相放大器。如果激励电流为直流电，且电流值较小，则在感温部5上的压降会很小，由于集成电路中各种线路或者其他信号的干扰影响，可能会导致无法检测到较小的压降，而如果使用较大的激励电流，则可能会由于激励电流导致感温部自身发热，从而对温度检测的准确性产生不良影响；本申请实施例中，设置激励电流为交流电，而电压采样器20为锁相放大器，锁相放大器是一种可以从干扰极大的环境中分离出特定载波频率信号的放大器，因此，即便交流电的电流值很小，也可以通过锁相放大器检测到感温部5上对应的压降，并且由于交流电的电流值较小，所引起的自身发热较小，因此温度检测的准确性更高，并且，较小的电流值对于集成电路本身的正常工作干扰较小。
在获取到感温部5两端的电压，并根据电压和电流计算得到感温部5两端之间的电阻值之后，可以根据电阻与温度的关系来确定感温部5的温度，以下对电阻和温度之间关系的一种获取方式进行说明，在集成电路制作完成之后，将集成电路放置入温箱中，将温箱的温度分别调节至多个数值，例如30℃、35℃、40℃、…、140℃，在不同的温度下，控制外部向感温部5输入一个电流，并通过获取对应的感温部5两端的压降，通过电压与电流的关系，获得感温部5在对应温度下的电阻值数据，即可以不同温度与电阻之间的对应关系，当包括集成电路的电子产品制作完成之后，在电子产品的使用过程中，即可以应用预先获取到的温度与电阻之间的对应关系，来确定温度。
本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种集成电路，其特征在于，包括：
晶体管，所述晶体管包括栅极、源极、漏极和沟道；
晶体管信号线，所述晶体管信号线电连接于所述栅极、所述源极或所述漏极；
激励电流第一线路、激励电流第二线路、电压采样第一线路和电压采样第二线路；
所述栅极、所述沟道或所述晶体管信号线的至少部分作为感温部，所述激励电流第一线路和所述电压采样第一线路分别连接于所述感温部的第一端，所述激励电流第二线路和所述电压采样第二线路分别连接于所述感温部的第二端。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
所述感温部为条状；
所述激励电流第一线路与所述感温部在第一连接处连接，所述电压采样第一线路与所述感温部在第二连接处连接，所述第一连接处与所述第二连接处沿垂直于所述感温部的长度方向排列；
所述激励电流第二线路与所述感温部在第三连接处连接，所述电压采样第二线路与所述感温部在第四连接处连接，所述第三连接处与所述第四连接处沿垂直于所述感温部的长度方向排列。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，
所述第一连接处、所述第二连接处、所述第三连接处和所述第四连接处位于所述感温部远离所述沟道的一侧。
4.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，
所述感温部具有第一对称面，所述第一对称面垂直于所述感温部的长度方向；
和/或，所述感温部具有第二对称面，所述第二对称面平行于所述感温部的长度方向。
5.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，还包括：
封装层；
位于所述封装层远离所述晶体管一侧的激励电流第一引脚、激励电流第二引脚、电压采样第一引脚和电压采样第二引脚；
所述激励电流第一引脚连接于所述激励电流第一线路，所述激励电流第二引脚连接于所述激励电流第二线路，所述电压采样第一引脚连接于所述电压采样第一线路，所述电压采样第二引脚连接于所述电压采样第二线路。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
所述集成电路包括多层结构，所述感温部位于所述多层结构中的同一层中。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的集成电路，其特征在于，
所述感温部为所述栅极；
所述集成电路还包括：
栅极控制第一线路，所述栅极控制第一线路连接于所述感温部的第一端；
栅极控制第二线路，所述栅极控制第二线路连接于所述感温部的第二端。
8.根据权利要求7所述的集成电路，其特征在于，
所述激励电流第一线路、所述激励电流第二线路、所述电压采样第一线路、所述电压采样第二线路、所述栅极控制第一线路和所述栅极控制第二线路连接于所述感温部的同一侧表面。
9.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
所述感温部为所述晶体管信号线的至少部分，所述感温部位于所述栅极远离所述沟道的一侧。
10.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
所述感温部的材料为金属或半导体。
11.根据权利要求10所述的集成电路，其特征在于，
所述金属为钨。
12.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
所述激励电流第一线路和所述激励电流第二线路用于在所述感温部上施加交流电。
13.根据权利要求12所述的集成电路，其特征在于，
所述交流电的电流值I的范围为：10μA＜I＜300μA。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至13中任意一项所述的集成电路；
电连接于所述集成电路中激励电流第一线路和激励电流第二线路的电流激励器件，所述电流激励器件用于通过所述激励电流第一线路和所述激励电流第二线路向所述集成电路中的感温部施加激励电流；
电连接于所述集成电路中电压采样第一线路和电压采样第二线路的电压采样器，所述电压采样器用于采样所述感温部的第一端和第二端之间的电压。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，
所述激励电流为交流电。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，
所述电压采样器为锁相放大器。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，
所述交流电的电流值I的范围为：10μA＜I＜300μA。
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