TWI833911B - 半導體元件以及量測半導體元件溫度的方法 - Google Patents

半導體元件以及量測半導體元件溫度的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI833911B
TWI833911B TW109105767A TW109105767A TWI833911B TW I833911 B TWI833911 B TW I833911B TW 109105767 A TW109105767 A TW 109105767A TW 109105767 A TW109105767 A TW 109105767A TW I833911 B TWI833911 B TW I833911B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
active
metal layer
gate layer
layer
structures
Prior art date
Application number
TW109105767A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202117989A (zh
Inventor
康伯堅
周文昇
彭永州
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202117989A publication Critical patent/TW202117989A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI833911B publication Critical patent/TWI833911B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • G01K7/015—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions using microstructures, e.g. made of silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5226—Via connections in a multilevel interconnection structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/092—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors
    • H01L27/0924—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate complementary MIS field-effect transistors including transistors with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H01L29/42392—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor fully surrounding the channel, e.g. gate-all-around
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/785—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate having a channel with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

一種監控半導體元件溫度的裝置包括複數個有源區域結構。一或多個有源元件包括複數個有源區域結構的各部分。金屬層形成在該複數個有源區域結構上，並且藉由一或多個虛擬閘極層與該一或多個有源元件分開。該金屬層用以量測由於該金屬層中的電阻變化而導致的該些有源區域結構的溫度。

Description

半導體元件以及量測半導體元件溫度的方法
本案是關於一種監控半導體元件的裝置，特別是一種關於監控半導體元件溫度的裝置。
一種監控半導體元件溫度的方法包括在被測電晶體結構附近的基板的區域中使用二極體或雙極結型電晶體(BJT)的結。另一種監控半導體元件溫度的方法包括使用電晶體結構的閘極來感測溫度。
根據本案的一實施例是關於一種半導體元件，包括複數個有源區域結構、一或多個有源元件以及一金屬層。一或多個有源元件包括有源區域結構的多個部分。金屬層覆蓋有源區域結構，並且藉由一或多個虛擬閘極層與一或多個有源元件分開，其中金屬層用以量測由於金屬層中的電阻變化而導致的有源區域結構的溫度。
根據本案的一實施例是關於一種半導體元件，包括第一虛擬閘極層、第二虛擬閘極層、複數個有源區域結構、 第一金屬層、第一有源元件以及第二有源元件。有源區域結構在第一虛擬閘極層與第二虛擬閘極層之間延伸。第一金屬層在有源區域結構上。第一有源元件包括在第一虛擬閘極層與第一金屬層之間的有源區域結構的多個部分。第一有源元件包括汲極金屬層以及第一有源閘極層。汲極金屬層在有源區域結構上並且在第一虛擬閘極層與第一金屬層之間。第一有源閘極層覆蓋在汲極金屬層與第一金屬層之間的有源區域結構上。第二有源元件包括在第一金屬層與第二虛擬閘極層之間的有源區域結構的多個部分。第二有源元件包括源極金屬層以及第二有源閘極層。源極金屬層在第一金屬層與第二虛擬閘極層之間的有源區域結構上。第二有源閘極層覆蓋在第一金屬層與源極金屬層之間的有源區域結構上。其中第一有源元件和第二有源元件串聯耦合，且第一有源元件的第一有源閘極層用以感測有源區域結構的溫度。
根據本案的一實施例是關於量測半導體元件的溫度的方法，包括：從第一元件的第一閘極結構的第一位置向第一元件的第一閘極結構的第二位置施加第一電流，第一元件與第二元件串聯連接；切換第二元件的第二閘極結構以控制第二元件與第一元件之間的第二電流的流動；以及量測從第一元件的第一閘極結構的第一位置向第一元件的第一閘極結構的第二位置的電壓降。
根據本案的一實施例是關於半導體元件，包括第一虛擬閘極層、第二虛擬閘極層、複數個有源區域結構、第 一金屬層、第一有源元件、第二有源元件以及第二有源閘極層。有源區域結構在第一虛擬閘極層與第二虛擬閘極層之間延伸。第一金屬層在有源區域結構上。第一有源元件包括在第一虛擬閘極層與第一金屬層之間的第一有源閘極層及有源區域結構的多個部分。第二有源元件包括在第一金屬層與第二虛擬閘極層之間的有源區域結構的多個部分。第二有源閘極層覆蓋在第一金屬層與第二虛擬閘極層之間的有源區域結構上。其中第一有源元件和第二有源元件串聯耦合，且第一有源元件的第一有源閘極層用以感測有源區域結構的溫度。
100、200、300:半導體元件
102,103,104,105,106,202,203,204,205,206,302,304,306,308,310:有源區域結構
102SD~106SD:S/D極結構
108,110,126:閘極層
112:第一源極金屬層
114:第一有源閘極層
116:第一汲極金屬層
118:第三虛擬閘極層
120:感測金屬電阻器
122:第四虛擬閘極層
124:第二源極金屬層
128:第二汲極金屬層
130:有源區域結構通道
132,134,136,138,140,142,144,146,226,228,230,232,234:通孔
102E~106E:延伸部分
MA1,M1:第一有源元件
MA2,M2:第二有源元件
150:電路模型
152:節點
156:讀出電路
158:曲線圖
Vc:功率電壓源
Vr:電壓
Iref:電流源
I_ac:AC電流
X,Y:方向
A-A’:剖面線
R:電阻器
160:介電層
170:基板
208:第一虛擬閘極層
210:第二虛擬閘極層
212,322:汲極金屬層
214:感測閘極層
216:第一金屬層
218:切換閘極層
220,318:源極金屬層
242,244,246:等效電路
248:AC開關
249:AC信號
314:溫度監控器元件
320:有源閘極層
324:虛擬閘極層
400:方法
402,404,406,408,410:步驟
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述可以最好地理解本案的一實施例的各態樣。應注意，根據行業中的標準實踐，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了論述的清楚性，可以任意地增大或縮小各種特徵的尺寸。
第1A圖是根據一實施例的使用感測金屬電阻器來量測溫度的半導體元件的示意圖；第1B圖是根據一實施例的第1A圖的半導體元件的等效電路的示意圖；第1C圖是根據一實施例的感測金屬電阻器的溫度與電阻之間的關係的曲線圖；第1D圖和第1E圖是根據一實施例的第1A圖的半導體元件的橫截面示意圖； 第2A圖至第2B圖是根據一實施例的使用感測閘極來量測溫度的半導體元件的示意圖；第3圖是根據一實施例的用於量測瞬態溫度變化的半導體元件的示意圖；第4圖是根據一或多個實施例的量測溫度的方法的流程圖。
以下揭露內容提供了用於實施所提供標的不同特徵的許多不同實施例或實例。以下描述了部件、值、步驟、材料、佈置等的特定實例以簡化本案的一實施例內容。當然，該等僅僅是實例，而並且旨在為限制性的。可設想到其他部件、值、操作、材料、佈置等。例如，在以下描述中在第二特徵上方或之上形成第一特徵可以包括第一特徵和第二特徵形成為直接接觸的實施例，並且亦可以包括可以在第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵，使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本案的一實施例可以在各種實例中重複參考數字及/或字母。該重複是為了簡單和清楚的目的，並且本身並不表示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，在此可以使用空間相對術語，諸如「下方」、「以下」、「下部」、「上方」、「上部」等來簡化描述，以描述如圖中所示的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除了圖中所示的取向之外，空間相對術語意欲包括 使用或操作中的裝置/元件的不同取向。設備可以以其他方式取向(旋轉90度或在其他方向上)，並且可以類似地相應解釋在此使用的空間相對描述詞。
本揭示的一或多個實施例包括用於三維(3D)有源元件的晶片上溫度量測/監控的方法，該等三維有源元件為諸如3D金氧半導體場效電晶體(metal oxide semiconductor field effect transistors、MOSFET)、鰭式場效電晶體(fin field-effect transistors、FinFET)、環繞式閘極(gate-all-around、GAA)FET等。一種晶片上溫度量測/監控的方法包括用於偵測3D有源元件溫度的源極金屬電阻器。另一種方法利用雙多晶矽閘極佈置或共源共閘配置來偵測3D有源元件的溫度。
第1A圖是根據一實施例的可用於量測有源元件的溫度的半導體元件100的示意圖。在至少一些實施例中，半導體元件100用於量測3D有源元件的溫度。根據各種實施例，第1B圖是半導體裝置100的等效電路的示意圖，第1C圖是半導體元件100的感測金屬電阻器120的溫度與電阻之間的關係的曲線圖，並且第1D圖和第1E圖是半導體元件100沿著第1A圖的剖面線A-A’的橫截面的示意圖。
半導體元件100包括以在第一方向(Y軸)上延伸的基本上平行的行中佈置的有源區域結構102、103、104、105和106，以及在大致平行的列中佈置並在大致 垂直於第一方向的第二方向(X軸)上延伸的複數個閘極層108、110、114、118、122和126。
有源區域結構102~106是在例如第1D圖和第1E圖中描繪的基板(例如，基板170)之中或之上的連續區段，具有n型或p型摻雜並且包括各種半導體結構，包括源極一汲極(S/D)結構，例如第1D圖和第1E圖中所示的S/D結構102SD~106SD。在一些實施例中，有源區域結構102~106位於基板內的阱(未圖示)(亦即，n阱或p阱)內。
在一些實施例中，有源區域結構102~106藉由一或多個隔離結構(未圖示)(例如，一或多個淺溝槽隔離(STI)結構)與基板中的其他元件電性隔離。
S/D結構是用以具有的摻雜類型與有源區域結構102~106的其他部分的摻雜類型相反的半導體結構。在一些實施例中，S/D結構用以具有比有源區域結構102~106的其他部分更低的電阻率。在一些實施例中，S/D結構包括一或多個部分，該一或多個部分的摻雜濃度大於否則在整個有源區域結構102~106中存在的一或多個摻雜濃度。在各種實施例中，S/D結構包括半導體材料(例如矽，矽鍺(SiGe)和/或碳化矽(SiC))的磊晶區域。
每個閘極層包含導電材料(例如，金屬或多晶矽)，覆蓋在每個有源區域結構102~106上，在一些實施例中至少部分地圍繞每個有源區域結構102~106，並且藉由一或多層介電層而與每個有源區域結構102~106電性隔 離。從而，複數個閘極層用以能夠基於施加的電壓來控制下層有源區域結構102~106中的導電通道的閘極結構部件。複數個閘極層包括虛擬閘極層108、110、118和122，以及有源閘極層114和126。
有源區域結構102~106至少在第一虛擬閘極層108與第二虛擬閘極層110之間延伸，並且包括與該複數個閘極層中的一些或全部相鄰的源極/汲極(S/D)結構(在第1A圖中未圖示)，此將在下面關於第1D圖和第1E圖進一步論述。第一源極金屬層112覆蓋並接觸有源區域結構102~106的S/D結構，並在第二方向上延伸。第一源極金屬層112在第一虛擬閘極層108與第一有源閘極層114之間。第一汲極金屬層116覆蓋並接觸有源區域結構102~106的S/D結構，並且在基本上平行於第一虛擬閘極層108的第二方向上延伸。第一汲極金屬層116在第一有源閘極層114與第三虛擬閘極層118之間。因此，第一源極金屬層112、第一有源閘極層114、第一汲極金屬層116、位於第一有源閘極層114下方的有源區域結構102~106中的每一者的通道部分，以及相鄰的S/D結構用以形成第一有源元件MA1。
感測金屬電阻器120覆蓋並接觸在第三虛擬閘極層118與第四虛擬閘極層122之間的有源區域結構102~106的S/D結構。感測金屬電阻器120在第二方向(X)上延伸，該第二方向(X)與第一虛擬閘極層108基本上平行。
第二源極金屬層124覆蓋並接觸在第四虛擬閘極層122與第二有源閘極層126之間的有源區域結構102~106的S/D結構。第二源極金屬層124在第二方向(X)上延伸，並且基本上與第一虛擬閘極層108平行。第二汲極金屬層128覆蓋並接觸在第二有源閘極層126與第二虛擬閘極層110之間的有源區域結構102~106的S/D結構。第二汲極金屬層128在第二方向(X)上延伸，並且基本上與第一虛擬閘極層108平行。由此，第二源極金屬層124、第二有源閘極層126、第二汲極金屬層128、位於第二有源閘極層126下方的有源區域結構102~106中的每一者的通道部分，以及相鄰的S/D結構用以形成第二有源元件MA2。
從而，有源區域結構102~106被佈置為包括第一有源元件MA1和第二有源元件MA2的有源區域結構通道130。由於有源區域結構102~106相對於周圍的介電層(未圖示)具有較高的導熱率，因此有源閘極層114和126、汲極金屬層116和128、源極金屬層112和124和感測金屬電阻器120下方的有源區域結構102~106以及感測金屬電阻器本身的溫度基本上相同。
通孔132、134和136使第一源極金屬層112、第一有源閘極層114和第一汲極金屬層116電連接到各自相應的上覆金屬區段(未圖示)，例如，第一金屬層區段，從而一個有源元件MA1用以包括在積體電路(IC)中。通孔138、140和142使第二源極金屬層124、第二有源 閘極層126和第二汲極金屬層128電連接到各自相應的上覆金屬區段(未圖示)，例如，第一金屬層區段，從而有源元件MA2用以包括在IC中。
通孔144和146將感測金屬電阻器120的相對端電連接至上覆金屬區段(未圖示)，例如第一金屬層區段，從而感測金屬電阻器120用以被包括在測試電路佈置中，使得如下所述，能夠量測感測金屬電阻器120的電阻值。
在操作中，第三虛擬閘極層118和第四虛擬閘極層122在電阻量測期間將感測金屬電阻器120與第一有源元件MA1和第二有源元件MA2電性隔離。感測金屬電阻器120、第一有源元件MA1和第二有源元件MA2之間的電性隔離使得能夠藉由基本上防止來自第一有源元件MA1和第二有源元件MA2的電流影響經由通孔144和146在感測金屬電阻器120處量測的結果來進行精確的電阻量測。
在量測操作中，通孔144和146電耦合到一或多個量測儀器(未圖示)，基於經由感測金屬電阻器120施加的電流而在感測金屬電阻器120上產生電壓降，並且計算感測金屬電阻器120的電阻值。在一些實施例中，感測金屬電阻器120的電阻與溫度具有線性關係，並且藉由找到感測金屬電阻器120的電阻來確定在有源區域結構通道130上分佈的有源區域結構102~106的溫度。
在一些實施例中，有源區域結構102~106被配 置用於PMOS技術、NMOS技術、CMOS技術、FinFET技術等。
在一些實施例中，感測金屬電阻器120包括諸如鎳鉻合金或碳的電阻金屬材料。在一些實施例中，感測金屬電阻器120是金屬氧化物膜。在一些實施例中，感測金屬電阻器120包含銅(Cu)。
在一些實施例中，通孔132、134、136、138、140、142、144和146對應於在層間電介質中蝕刻的孔，該等孔填充有一或多種金屬。在各種實施例中，通孔132、134、136、138、140、142、144和146是相對於彼此相似或不同形式的通孔結構。
第1B圖是根據一實施例的半導體元件100的電路模型150的示意圖。電路模型150包括與電阻器R串聯的電流源Iref。電流源Iref連接在功率電壓源Vc與節點152之間。電阻器R連接在節點152與接地之間。電壓Vr是電阻R上的電壓降。電流源Iref對應於施加到感測金屬電阻器120的電流。電壓Vr對應於感測金屬電阻器120上的電壓。電阻器R是量測的感測金屬電阻器120的電阻。讀出電路156連接到節點152，並量測節點152處的電壓Vr。等式(1)：R=Vr/Iref 等式(1)
用於計算感測金屬電阻器120的電阻值。
第1C圖包括感測金屬電阻器120的電阻R和溫度之間的線性關係的曲線圖158。曲線圖158包括溫度軸 (X軸)和電阻軸(Y軸)。在使用上面的等式(1)計算電阻R之後，基於感測金屬電阻器的電阻R與溫度之間的關係(例如，曲線圖158所示的線性關係)來判斷感測金屬電阻器120的溫度。不同的材料具有對應於特定電阻值的不同溫度。可以使用標準工具(諸如MATLAB等)計算不同電阻下的溫度。
讀出電路156量測節點152處的電壓Vr。在一些實施例中，讀出電路156顯示量測的電壓。在一些實施例中，讀出電路156僅顯示電阻值R。在一些實施例中，讀出電路156基於計算出的電阻值而僅顯示溫度的值。在一些實施例中，讀出電路156包括類比數位轉換器(analog to digital converter、ADC)，該ADC允許讀出電路156將電壓Vr的類比讀數轉換為數位以便與其他數位系統一起操作。在一些實施例中，讀出電路156包括放大器佈置，諸如運算放大器，以放大電壓Vr以供偵測和量測。
在第1D圖的橫截面中描繪的非限制性示例中，半導體元件100對應於FinFET技術，在該FinFET技術中有源區域結構102~106用以由介電層160彼此分離並且從下層基板170向上延伸的鰭結構。有源區域結構102~106包括與感測金屬電阻器120接觸並電連接到該感測金屬電阻器的相應S/D結構102SD~106SD。
在第1E圖的橫截面中描繪的非限制性示例中，半導體元件100對應於GAA技術，在該GAA技術中S/D 結構102SD~106SD是有源區域結構102~106在橫截平面中的僅有部分。S/D結構102SD~106SD與感測金屬電阻器120接觸並電連接，並藉由介電層160與基板170的延伸部分102E~106E分離。延伸部分102E~106E對應於形成有源區域結構102~106的製造方法，並且不是半導體元件100的有源部件。
在第1D圖和第1E圖的每個非限制性示例中，有源區域結構102~106的通道區(未圖示)鄰近與感測金屬電阻器120接觸的S/D結構102SD~106SD。在各種實施例中，半導體元件100包括除了第1D圖和第1E圖中描繪的那些之外的配置，由此感測金屬電阻器120與鄰近有源區域結構102~106的通道區域的S/D結構接觸。
因為感測金屬電阻器120與鄰近有源區域結構102~106的通道區的S/D結構102SD~106SD接觸，所以感測金屬電阻器120的溫度與通道區的溫度基本上相同。因此，根據感測金屬電阻器120的電阻量測值計算出的溫度值比經由不是基於感測金屬電阻器的電阻量測值的方法(例如，基於基板二極體特性的方法)獲得的溫度值更加準確。
第2A圖是根據一實施例的作為共源共閘電晶體配置的一部分的具有雙閘極層佈置的半導體元件200的示意圖，該雙閘極層佈置可用於量測3D有源元件的溫度。半導體元件200包括有源區域結構202、203、204、205和206，該等有源區域結構基本上平行地佈置成行並沿著 第一方向(Y)延伸。有源區域結構202、203、204、205和206在第一閘極層208與第二虛擬閘極層210之間延伸。第一虛擬閘極層208和第二虛擬閘極層210基本上平行地佈置成列，並且在基本上垂直於第一方向(Y)的第二方向(X)上延伸。汲極金屬層212形成在有源區域結構202、203、204、205和206上，並在第二方向(X)上延伸。汲極金屬層212位於第一虛擬閘極層208與感測閘極層214之間。感測閘極層214在第二方向上延伸，並且基本上平行於第一虛擬閘極層208。第一金屬層216形成在有源區域結構202、203、204、205和206上，並在第二方向上延伸並且基本上平行於第一虛擬閘極層208。第一金屬層216位於感測閘極層214與切換閘極層218之間。切換閘極層218在第二方向上延伸並且基本上平行於第一虛擬閘極層208。因此，第一金屬層216、感測閘極層214、汲極金屬層212、位於感測閘極層214下方的每個有源區域結構202~206的通道部分，以及有源區域結構202~206中的相鄰S/D結構(未圖示)用以形成第一有源元件M1。
源極金屬層220形成在有源區域結構202、203、204、205和206上，並在第二方向上延伸並且基本上平行於第一虛擬閘極層208。源極金屬層220位於切換閘極層218與第二虛擬閘極層210之間。因此，源極金屬層220、切換閘極層218、第一金屬層216、位於切換閘極層218下方的每個有源區域結構202~206的通道部分， 以及有源區域結構202~206中的相鄰S/D結構(未圖示)用以形成第二有源元件M2。第一金屬層216用以用作第一有源元件M1的源極和第二有源元件M2的汲極，由此有源元件M1和M2被佈置在共源共閘配置中。第一金屬層216將第一有源元件M1的源極耦合到第二有源元件M2的汲極。而且，第一金屬層216允許電流在第一有源元件M1的源極與第二有源元件M2的汲極之間流動。
通孔226、228、230、232和234使第一有源元件M1和第二有源元件M2電連接到上覆金屬區段(未圖示)，例如第一金屬層區段，從而有源元件M1和M2用以包括在測試電路佈置中。
位於第一有源元件M1的感測閘極層214的相對端的通孔228和230使得能夠在量測操作中量測切換閘極層218的電阻。由於感測閘極層214接近有源區域結構202、203、204、205和206的通道區，因此感測閘極層214的溫度量測值指示通道區溫度。
在量測操作中，第二有源元件M2用以接收AC信號，從而在AC操作下作為開關操作。第二有源元件M2耦合到AC信號源，該AC信號源用以使得AC操作模擬IC電路的一或多個有源元件的操作。在一些實施例中，第二有源元件M2在AC信號源的AC信號為正時接通，而在AC信號為負時斷開。在上述共源共閘配置中，第一有源元件M1在具有高輸出電阻的飽和區域中操作。第二有源元件M2在具有低輸出電阻的線性區域中操作。如第2A 圖所示，第一有源元件M1和第二有源元件M2經由第一金屬層216串聯連接，其中當第二有源元件接通時，AC電流I_ac流過第一有源元件M1的源極和第二有源元件M2的汲極。由於基於共源共閘配置，第一有源元件M1的通道電阻實質上大於第二有源元件M2的通道電阻，所以在第一有源元件M1中消耗了大部分功率。
感測閘極層214的通道電阻與感測閘極層214下方的有源區域結構202、203、204、205和206的通道區域的溫度成線性比例。一旦計算出感測閘極層214的電阻，就使用線性關係來判斷有源區域結構202、203、204、205和206的通道區域的溫度。
在操作中，在一些實施例中，第一有源元件M1的感測閘極層214的電阻是藉由以下方式量測的：將AC信號施加到切換閘極層218，同時以高於第一有源元件M1的閾值電壓的DC電壓偏置感測閘極層214，從而將第一有源元件M1切換為接通。在電流I_ac由此經由共源共閘配置而感生時，施加測試電流，並經由通孔228和230量測感測閘極層214上的電壓降。使用在感測閘極層214上測得的電壓降和測試電流來計算感測閘極層214的電阻值。使用感測閘極層214的電阻值，使用本文論述的閘極層的電阻與溫度之間的線性關係來判斷有源區域結構202、203、204、205和206的通道區域的溫度。因為第一有源元件M1由此回應於AC信號而在飽和區域中操作，所以所判斷的溫度對應於由AC信號模擬的IC電路的一或多 個有源元件的溫度。
切換閘極層218的通孔232用以允許在AC操作下或回應於階躍函數來觸發第二有源元件M2。在操作中，在一些實施例中，將AC或階躍信號施加到第二有源元件M2的閘極以進行觸發，使得取決於AC或階躍信號的值來接通或斷開第二有源元件M2以進行測試。使用該方法，可以在AC操作下或回應於階躍信號來量測瞬態溫度值。在一些實施例中，第二有源元件M2的閘極一直被接通以在DC操作條件下進行測試。
在一些實施例中，半導體元件200允許基於第一虛擬閘極層208和第二虛擬閘極層210在有源區域結構202~206上形成其他有源元件或重複結構。若在有源區域結構202~206上形成了新的有源元件，則第一虛擬閘極層208和第二虛擬閘極層210提供足夠的電性隔離。
在各種實施例中，第一有源元件M1和第二有源元件M2被配置用於PMOS技術、NMOS技術、CMOS技術、FinFET技術等。
在一些實施例中，通孔226、228、230、232、234和236對應於在層間電介質中蝕刻的孔，該等孔填充有一或多種金屬。在各種實施例中，通孔226、228、230、232、234和236是彼此相似或不同形式的通孔結構。
第2B圖是根據一實施例的半導體元件200的等效電路242、244和246的示意圖。第2B圖包括半導體元件200的第一等效電路242。等效電路242包括耦合到 AC開關248的第一有源元件M1，該AC開關248指示在AC操作下的第二有源元件M2。如本文所論述的，在AC操作下使用AC信號249將第二有源元件M2的切換閘極層218切換為接通和關斷以指示開關248。
當AC開關248接通時，第二等效電路244對何時第一有源元件M1在飽和區域中操作並且第二有源元件M2在線性區域中操作進行建模。第二等效電路244包括電阻器Ron M1，該電阻器Ron M1對應於飽和區域中的第一有源元件M1的輸出通道電阻。電阻器Ron M1耦合在第一有源元件M1的汲極和第二電阻器Ron M2之間，第二電阻器Ron M2對應於線性區域中第二有源元件M2的輸出通道電阻。基於共源共閘佈置，電阻器Ron M1大於電阻器Ron M2。在一些實施例中，第一有源元件M1的尺寸與由半導體元件200模擬的一或多個有源元件的尺寸匹配，由此電阻器Ron M1與一或多個有源元件的輸出通道電阻匹配。
第三等效電路246基於半導體元件200的共源共閘佈置將半導體元件200建模為電阻器Ron M1，因為Ron M1>>Ron M2。
在一些實施例中，讀出電路量測感測閘極層214上的電壓並顯示結果。在一些實施例中，讀出電路是如結合第1B圖所描述的讀出電路。在一些實施例中，讀出電路被編程為基於感測閘極層214的電阻的計算值而僅顯示溫度的值。在一些實施例中，讀出電路包括類比數位轉換器 (ADC)以量測感測閘極層214上的電壓。在一些實施例中，讀出電路包括opAmp佈置以量測跨感測閘極層214上的電壓。
第3圖是根據一實施例的可用於在AC或瞬態操作下量測溫度的半導體元件300的示意圖。半導體元件300包括有源區域結構302、304、306、308和310，該等有源區域結構基本上平行地佈置成行並沿著第一方向(Y)延伸。半導體元件300包括各自設置在有源區域結構302、304、306、308和310上的溫度監控器元件314和有源元件M0。溫度監控器元件314等效於相對於第一方向(Y)倒置的以上關於第2A圖論述的半導體元件200。有源元件M0包括在溫度監控器元件314的第二虛擬閘極層210與有源閘極層320之間的源極金屬層318。汲極金屬層322位於有源閘極層320與第三虛擬閘極層324之間。
如以上關於半導體元件200所論述的，溫度監控器元件314用以可用於量測在瞬態和/或AC操作條件下位於感測閘極層214下方的有源區域結構302、304、306、308和310的通道區的溫度。在操作中，基於溫度監控器元件314和具有匹配配置的有源元件M0和M1的共源共閘佈置，藉由將有源元件M2切換為接通並將相同的AC和/或瞬態信號施加到有源元件M0的有源閘極層320和第二有源元件M1的切換閘極層218，在有源元件M0和M2的每一者中感生出相同的電流I_ac。因此，在與有源 元件M0和M2相對應的有源區域結構302、304、306、308和310的每個通道區域中產生了相同的溫度，並且藉由量測感測閘極層214判斷的溫度對應於有源元件M0的溫度。
在一些實施例中，在操作中，半導體元件300中的所有有源元件都不在操作中，並且使用溫度監控器元件314來量測基板的溫度。
虛擬閘極層208、210和324在溫度監控器元件314與包括有源元件M0的其他有源元件之間提供電性隔離。在一些實施例中，除了有源元件M0之外，亦存在許多有源元件(未圖示)與溫度監控器元件314共享有源區域結構302~310，並且除了虛擬閘極層208、210和324之外，亦存在一或多個虛擬閘極層(未圖示)將附加有源元件與溫度監控器元件314電性隔離。
在不同實施例中，有源元件M0被配置用於PMOS技術、NMOS技術、CMOS技術、GAA FET技術、FinFET技術等。
第4圖是根據一或多個實施例的量測通道區域的溫度的方法400的流程圖。在各種實施例中，方法400可用於量測由一或多個有源元件共享的有源區域結構的通道區的溫度或用以模擬一或多個有源元件的操作。
在步驟402中，在一些實施例中，在有源區域結構(諸如有源區域結構102、103、104、105和106(第1A圖)、有源區域結構202、203、204、205和206(第 2A圖)或有源區域結構302、304、306、308和310)上形成金屬層，諸如感測金屬電阻器120(第1A圖)或感測閘極層214(第2A圖)。在一些實施例中，金屬層是覆蓋金屬層。在一些實施例中，金屬層是多晶矽或金屬閘極層。在一些實施例中，金屬層是汲極金屬層。在一些實施例中，金屬層是源極金屬層。
在步驟404中，將電流施加到金屬層，諸如感測金屬電阻器120(第1A圖)或感測閘極層214(第2A圖)。在一些實施例中，將電流施加到金屬層包括經由一對通孔(諸如，通孔144和146(第1A圖)或通孔228和230(第2A圖))將電流提供給金屬層。
施加電流包括施加DC電流，如上面關於第1A圖至第3圖所論述的。在一些實施例中，施加電流包括將DC電流施加至共源共閘佈置的第一有源元件的第一閘極層，以及將AC和/或瞬態信號施加至共源共閘佈置的第二有源元件的第二閘極層，如以上關於第2A圖至第3圖所論述的。
在步驟406中，諸如藉由讀出電路(第1A圖)量測金屬層(諸如感測金屬電阻器120(第1A圖)或感測閘極層214(第2A圖))上的電壓。在一些實施例中，讀出電路用以量測上述金屬層上的電壓。在一些實施例中，讀出電路是電阻讀出電路。在一些實施例中，讀出電路是具有雙橋配置的4點開爾文(Kelvin)結構，以量測低於1ohm的電阻水平。在一些實施例中，讀出電路包括類比 數位轉換器。在一些實施例中，讀出電路包括運算放大器。
在一些實施例中，量測金屬層上的電壓包括經由一對通孔(諸如通孔144和146(第1A圖)或通孔228和230(第2A圖))來量測電壓。
在步驟408中，使用金屬層上的量測電壓和施加到該金屬層的電流來判斷該金屬層(諸如感測金屬電阻器120(第1A圖)或感測閘極層214(第2A圖))的電阻，如上文關於第1A圖至第3圖所論述的。
在步驟410中，使用上述金屬層的溫度與電阻之間的線性關係來計算位於金屬層(諸如感測金屬電阻器120(第1A圖)或感測多晶矽閘極層214(第2A圖))下方的有源區域結構的通道區的溫度，如上文關於第1A圖至第3圖所論述的。在一些實施例中，計算通道區的溫度包括計算由多個有源元件共享的有源區域結構的通道區。在一些實施例中，計算溫度包括計算在AC或DC操作下有源元件的瞬態溫度變化。在一些實施例中，計算溫度包括當佈置在有源區域結構上的所有有源元件都關斷時計算基板的溫度。
本說明書的一個態樣涉及一種包括複數個有源區域結構的監控半導體元件溫度的裝置。一或多個有源元件包括複數個有源區域結構的各部分。金屬層覆蓋複數個有源區域結構，並且藉由一或多個虛擬閘極層與一或多個有源元件分開，其中該金屬層用以量測由於金屬層中的電阻變化而導致的該複數個有源區域結構的溫度。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該些有源區域結構包括一鰭式場效電晶體(FinFET)的鰭片。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該些有源區域結構包括一環繞式閘極(GAA)場效應電晶體(FET)的通道。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該金屬層包括鎳鉻合金、碳、金屬氧化物，或銅(Cu)。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置亦包括在該金屬層的相對端處的一對通孔，由此該金屬層用以接收一電流。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該金屬層由此用以具有回應於該電流而在該一對通孔之間具有一電壓降。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該金屬層的一電阻與該些有源區域結構的該溫度呈線性比例。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該一或多個有源元件中的至少一個為一三維(3D)有源元件。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中該金屬層包括形成在該些有源區域結構上的一汲極金屬層。
在一些實施例中，監控半導體元件溫度的裝置其中 該一或多個有源元件用以在量測包括該些有源區域結構的一基板的一溫度時被關斷。
本說明書的另一態樣涉及包括第一虛擬閘極層和第二虛擬閘極層的半導體元件。複數個有源區域結構在第一虛擬閘極層與第二虛擬閘極層之間延伸。第一金屬層覆蓋複數個有源區域結構。第一有源元件包括在第一虛擬閘極層與第一金屬層之間的複數個有源區域結構的各部分。第一有源元件包括在複數個有源區域結構上並且在第一虛擬閘極層與第一金屬層之間的汲極金屬層，以及在汲極金屬層與第一金屬層之間覆蓋該複數個有源區域結構的第一有源閘極層。第二有源元件包括在第一金屬層與第二虛擬閘極層之間的複數個有源區域結構的各部分。第二有源元件包括在第一金屬層與第二虛擬閘極層之間的複數個有源區域結構上的源極金屬層；以及覆蓋在第一金屬層與源極金屬層之間的複數個有源區域結構上的第二有源閘極層。第一有源元件和第二有源元件串聯耦合。第一有源元件的第一有源閘極層用以感測該複數個有源區域結構的溫度。
在一些實施例中，半導體元件其中該第一有源元件包括一鰭式場效電晶體(FinFET)。
在一些實施例中，半導體元件其中該第一有源元件包括一環繞式閘極(GAA)場效電晶體(FET)。
在一些實施例中，半導體元件其中基於該串聯耦合佈置，該第一有源元件的操作通道電阻大於該第二有源元件的該操作通道電阻。
在一些實施例中，半導體元件其中該第一有源元件由此用以在一飽和區域中操作。
在一些實施例中，半導體元件其中該第二有源元件由此用以在線性區域中操作。
在一些實施例中，半導體元件其中該第一有源閘極層的一電阻與該些有源區域結構的該溫度呈線性比例。
說明書的另一態樣包括一種量測半導體元件的溫度的方法。該方法包括：向與第二元件串聯連接的第一元件的閘極層施加電流；切換第二元件的閘極結構以控制第二元件與第一元件之間的電流流動；以及量測第一元件的閘極結構上的電壓降。
在一些實施例中，其中該切換該第二元件的該閘極結構包括施加一AC信號到該第二元件的該閘極結構。
在一些實施例中，其中該切換該第二元件的該閘極結構包括施加一階躍函數信號到該第二元件的該閘極結構。
先前概述了若干實施例的特徵，使得本領域技藝人士可以更好地理解本案的一實施例的各態樣。本領域技藝人士應當理解，他們可以容易地使用本案的一實施例作為設計或修改其他製程和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的及/或實現與本文介紹的實施例相同的優點。本領域技藝人士亦應當認識到，此類等同構造不脫離本案的一實施例的精神和範圍，並且在不脫離本案的一實施例的精神和範圍的情況下，他們可以在本文中進行各 種改變、替換和變更。
100:半導體元件
102~106:有源區域結構
108,110,126:閘極層
112:第一源極金屬層
114:第一有源閘極層
116:第一汲極金屬層
118:第三虛擬閘極層
120:感測金屬電阻器
122:第四虛擬閘極層
124:第二源極金屬層
128:第二汲極金屬層
130:有源區域結構通道
132,134,136,138,140,142,144,146:通孔
MA1:第一有源元件
MA2:第二有源元件
X,Y:方向
A-A’:剖面線

Claims (10)

  1. 一種半導體元件，包括：一第一虛擬閘極層；一第二虛擬閘極層；複數個有源區域結構，該些有源區域結構在該第一虛擬閘極層與該第二虛擬閘極層之間延伸；一第一金屬層，該第一金屬層在該些有源區域結構上；一第一有源元件，包括在該第一虛擬閘極層與該第一金屬層之間的該些有源區域結構的多個部分，該第一有源元件包括：一汲極金屬層，該汲極金屬層在該些有源區域結構上並且在該第一虛擬閘極層與該第一金屬層之間；以及一第一有源閘極層，該第一有源閘極層覆蓋在該汲極金屬層與該第一金屬層之間的該些有源區域結構上；以及一第二有源元件，包括在該第一金屬層與該第二虛擬閘極層之間的該些有源區域結構的多個部分，該第二有源元件包括：一源極金屬層，該源極金屬層在該第一金屬層與該第二虛擬閘極層之間的該些有源區域結構上；以及一第二有源閘極層，該第二有源閘極層覆蓋在該第一金屬層與該源極金屬層之間的該些有源區域結構上，其中該第一有源元件和該第二有源元件串聯耦合，且該第一有源元件的該第一有源閘極層用以感測該些有源區域 結構的一溫度。
  2. 如請求項1所述的半導體元件，其中該第一有源閘極層的一電阻與該些有源區域結構的該溫度呈線性比例。
  3. 如請求項1所述的半導體元件，其中該第一有源元件包括一鰭式場效電晶體(FinFET)。
  4. 如請求項1所述的半導體元件，其中基於該第一有源元件和該第二有源元件串聯耦合佈置，該第一有源元件的一操作通道電阻大於該第二有源元件的一操作通道電阻。
  5. 如請求項1所述的半導體元件，其中該第一有源元件用以在一飽和區域中操作。
  6. 一種量測一半導體元件的溫度的方法，包括：從一第一元件的一第一閘極結構的一第一位置向該第一元件的該第一閘極結構的一第二位置施加一第一電流，該第一元件與一第二元件串聯連接，其中該第一閘極結構覆蓋在該第一元件的一汲極金屬層與一金屬層之間的複數個有源區域結構中的一第一多個有源區域結構上； 切換該第二元件的一第二閘極結構以控制該第二元件與該第一元件之間的一第二電流的流動，其中該第二閘極結構覆蓋在該金屬層與該第二元件的一源極金屬層之間的該些有源區域結構中的一第二多個有源區域結構上；以及量測從該第一元件的該第一閘極結構的該第一位置向該第一元件的該第一閘極結構的該第二位置的一電壓降以感測該些有源區域結構的一溫度。
  7. 如請求項6所述的方法，其中該切換該第二元件的該第二閘極結構包括施加一AC信號到該第二元件的該第二閘極結構。
  8. 如請求項6所述的方法，其中該切換該第二元件的該第二閘極結構包括施加一階躍函數信號到該第二元件的該第二閘極結構。
  9. 一種半導體元件，包括：一第一虛擬閘極層；一第二虛擬閘極層；複數個有源區域結構，該些有源區域結構在該第一虛擬閘極層與該第二虛擬閘極層之間延伸；一第一金屬層，該第一金屬層在該些有源區域結構上；一第一有源元件，包括在該第一虛擬閘極層與該第一金 屬層之間的一第一有源閘極層及該些有源區域結構的多個部分；一第二有源元件，包括在該第一金屬層與該第二虛擬閘極層之間的該些有源區域結構的多個部分；以及一第二有源閘極層，該第二有源閘極層覆蓋在該第一金屬層與該第二虛擬閘極層之間的該些有源區域結構上，其中該第一有源元件和該第二有源元件串聯耦合，且該第一有源元件的該第一有源閘極層用以感測該些有源區域結構的一溫度。
  10. 如請求項9所述的半導體元件，其中：基於該第一有源元件和該第二有源元件的串聯耦合，該第一有源元件的一第一操作通道電阻大於該第二有源元件的一第二操作通道電阻；該第一有源元件由此用以在一飽和區域中操作；以及該第二有源元件由此用以在一線性區域中操作。
TW109105767A 2019-10-17 2020-02-21 半導體元件以及量測半導體元件溫度的方法 TWI833911B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/656,446 US11215513B2 (en) 2019-10-17 2019-10-17 Device and method for temperature monitoring of a semiconductor device
US16/656,446 2019-10-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202117989A TW202117989A (zh) 2021-05-01
TWI833911B true TWI833911B (zh) 2024-03-01

Family

ID=75445268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109105767A TWI833911B (zh) 2019-10-17 2020-02-21 半導體元件以及量測半導體元件溫度的方法

Country Status (3)

Country Link
US (3) US11215513B2 (zh)
CN (1) CN112687560A (zh)
TW (1) TWI833911B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11215513B2 (en) * 2019-10-17 2022-01-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Device and method for temperature monitoring of a semiconductor device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200731441A (en) * 2005-09-30 2007-08-16 Onwafer Technologies Inc Methods of and apparatuses for measuring electrical parameters of a plasma process
US20150362539A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Output resistance testing structure and method of using the same
US20190204955A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Tianma Japan, Ltd. Touch panel and touch panel device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9536876B2 (en) * 2013-08-01 2017-01-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Temperature detector and controlling heat
KR102224850B1 (ko) * 2013-10-07 2021-03-08 삼성전자주식회사 온도측정용 전극을 구비하는 반도체 소자
US9620607B2 (en) 2014-12-04 2017-04-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Gate all around device structure and Fin field effect transistor (FinFET) device structure
CN106558507B (zh) * 2015-09-23 2019-04-26 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 测试结构及其形成方法、测试方法
JP6560087B2 (ja) * 2015-09-30 2019-08-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US10749007B2 (en) * 2018-03-14 2020-08-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Gate structure with desired profile for semiconductor devices
US11215513B2 (en) * 2019-10-17 2022-01-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Device and method for temperature monitoring of a semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200731441A (en) * 2005-09-30 2007-08-16 Onwafer Technologies Inc Methods of and apparatuses for measuring electrical parameters of a plasma process
US20150362539A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Output resistance testing structure and method of using the same
US20190204955A1 (en) * 2017-12-28 2019-07-04 Tianma Japan, Ltd. Touch panel and touch panel device

Also Published As

Publication number Publication date
US11215513B2 (en) 2022-01-04
US20220082451A1 (en) 2022-03-17
TW202117989A (zh) 2021-05-01
CN112687560A (zh) 2021-04-20
US11898916B2 (en) 2024-02-13
US20210116308A1 (en) 2021-04-22
US20240159599A1 (en) 2024-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8412487B2 (en) Self heating monitor for SiGe and SOI CMOS devices
JP5028748B2 (ja) パワー半導体デバイスの温度計測装置
US6948847B2 (en) Temperature sensor for a MOS circuit configuration
US20240159599A1 (en) Temperature monitoring device and method
CN112424944B (zh) 功率半导体模块、掩模、测量方法、计算机软件和记录介质
JP2822951B2 (ja) 絶縁ゲート電界効果トランジスタの評価素子とそれを用いた評価回路および評価方法
Huizinga et al. Integrated cryo-CMOS temperature sensors for quantum control ICs
JP3810411B2 (ja) 集積回路装置
JP2005221238A (ja) 温度差の検出方法、温度センサおよびこれを用いた赤外線センサ
Paliwoda et al. Ambient temperature and layout impact on self-heating characterization in FinFET devices
JP2007225398A (ja) 熱型赤外線検出器および熱型赤外線センサ
TWI856920B (zh) 半導體元件
TW202422840A (zh) 半導體元件
CN111044873B (zh) 一种基于共享串联电阻的自热效应测试方法和电路
Khandelwal et al. Scalable thermal resistance model for single and multi-finger silicon-on-insulator MOSFETs
Galy et al. In-situ thermal assist recovery thanks to active silicide source on NMOS transistor in FD-SOI technology
Chen et al. New Measurement Method for Self-Heating in Silicon-on-Insulator MOSFETs Based on Shared Series Resistance
US20230417604A1 (en) Self heating extraction design and methodology with power consumption correction
US8723528B2 (en) Active 2-dimensional array structure for parallel testing
JP2011059085A (ja) 半導体装置及びその検査方法
CN110610871B (zh) 一种金属栅温度测量方法
US11063146B2 (en) Back-to-back power field-effect transistors with associated current sensors
CN118010181A (zh) 温度测试结构、温度测试芯片及温度测试方法
Malits et al. The influence of thermoelectric effects on the self-heating of nanometer CMOS-SOI devices
Liu et al. Hot-Spot Thermal Sensor Design in FinFETs