专利名称：芯片温度感知装置及测温方法
技术领域：
本发明涉及可靠性测试领域，特别涉及芯片温度感知装置及测温方法。
背景技术：
半导体制造技术的发展使得芯片尺寸进一步减小，而芯片上的器件密度进一步增 大，从而可以在一块面积很小的芯片中实现更多功能。但随之带来的问题是，芯片的工作温 度也越来越高。相应地，芯片使用寿命就成为了关注的重点，经研究表明，芯片的使用寿命 随芯片上器件的温度升高成指数下降的趋势。芯片在出厂前一般都会经过一系列的测试来确保其可靠性，而通过其中的老化测 试，或称为加速测试(accelerated test)，能够检测芯片的使用寿命是否符合设计要求。老 化测试中往往会选取高温、高压、高湿度等芯片的模拟工作环境，将高温、高压、高湿度等作 为加速因子，以达到在短时间内准确地模拟出芯片使用寿命的目的。例如，在高温环境下的老化测试中，测试环境温度远高于芯片的正常工作温度，在 获得老化测试结果的过程中，常会将老化测试时的测试环境温度作为测试时芯片的实际温 度。但事实上，测试时，随着芯片上器件密度增加，功耗会增加，导致芯片内部的实际温度高 于测试环境温度。另外，高温高压测试中，较高的测试电压会进一步提高芯片的实际温度， 也就是说此时芯片上器件是在高于测试环境温度下工作的。此时，若仅以所述测试环境温 度来模拟芯片在正常工作温度下的使用寿命，就会影响测试结果的准确性。因而，准确地测 量芯片，尤其是芯片内部的温度就显得尤为重要。不仅如此，在芯片正常工作时，需要对芯片温度进行控制，以防止芯片因内部温度 过高而损坏，要实现对芯片温度的控制，也需要首先准确获得芯片的内部温度。现有技术对芯片内温度的测量方法有例如中国专利申请200480034708. 3中提到 的，通过测量嵌入于芯片中的环形振荡器的输出，并根据所述输出值来计算芯片内部温度。 也有例如中国专利200410045642. χ中提到的，利用了二极管正向电压与芯片温度的关系。然而，例如上述举例的现有技术的测温方法，或者需要构造专用的电路结构及相 应的测量装置，或者在测温时需要精细的人为控制，如何能够以较为简单的装置或结构就 能获得较为准确的温度测量值就成为了目前研究的一个关注点。
发明内容
本发明解决的是现有技术对准确测量芯片，尤其是芯片内部温度的需求的问题。为解决上述问题，本发明提供一种芯片温度感知装置，包括位于芯片内部的金属 材质的线型结构，所述线型结构与芯片内部的冗余结构共同位于芯片内部与功能电路相邻 的冗余区域，或者所述线型结构为与所述功能电路相邻的冗余结构。可选地，所述金属材质的线型结构为金属长线，其包括四个引出端，所述引出端与 芯片引脚相连。可选地，所述金属材质的线型结构为金属折线，其包括四个引出端，所述引出端与
3芯片引脚相连。。可选地，所述金属材质的线型结构为多条具有堆栈结构的跨层金属线，包括多层 金属线条及两层金属线条间的通孔。相应地，本发明还提供一种基于上述芯片温度感知装置的芯片测温方法，包括获取芯片温度感知装置中电阻随温度变化的关系；测量当前环境下所述芯片温度感知装置的电阻值；结合所述电阻随温度变化的关系，以及所测量的电阻值，获得当前芯片温度感知 装置的温度，作为其相邻芯片内部区域的温度。与现有技术相比，上述芯片温度感知装置及测温方法具有以下优点所述芯片温 度感知装置为简单的线型结构，且处于芯片内部与功能电路相邻的冗余区域，其既不会对 芯片内部的功能电路产生干扰，也无需如现有技术般设计专用的电路结构，且由于紧靠芯 片内部的功能电路，因而可以在不增加芯片面积的情况下准确感知芯片内部温度变化。所述基于芯片温度感知装置的测温方法，利用了金属电阻会随温度变化的特性， 通过获取芯片温度感知装置的电阻随温度变化的关系，并结合所测得的电阻值来获取芯片 内部温度，因而所获得的芯片内部温度值也较为准确。
图1是本发明芯片温度感知装置的一种实施例在芯片中的位置示意图；图2a是图1中虚框100的结构放大示意图；图2b是图1中虚框101的结构放大示意图；图3至图5为图1中芯片温度感知装置的结构可替代实施例示意图；图6是本发明基于芯片温度感知装置的测温方法的一种实施方式流程图；图7是本发明基于芯片温度感知装置的测温方法的一种实施例中芯片温度感知 装置中电阻随温度变化的关系示意图。
具体实施例方式根据固体物理学的理论，当温度T大于0. 5 θ D时，金属的电阻率P与温度T的关 系可以用下述公式表示
权利要求
1.一种芯片温度感知装置，其特征在于，包括位于芯片内部的金属材质的线型结构，所 述线型结构与芯片内部的冗余结构共同位于芯片内部与功能电路相邻的冗余区域，或者所 述线型结构为与所述功能电路相邻的冗余结构。
2.如权利要求1所述的芯片温度感知装置，其特征在于，所述金属材质的线型结构为 金属长线。
3.如权利要求2所述的芯片温度感知装置，其特征在于，所述金属长线包括四个引出 端，所述引出端与芯片引脚相连。
4.如权利要求1所述的芯片温度感知装置，其特征在于，所述金属材质的线型结构为 金属折线。
5.如权利要求4所述的芯片温度感知装置，其特征在于，所述金属折线包括四个引出 端，所述引出端与芯片引脚相连。
6.如权利要求1所述的芯片温度感知装置，其特征在于，所述金属材质的线型结构为 多条具有堆栈结构的跨层金属线，所述跨层金属线包括多层金属线条及两层金属线条间的 通孑L。
7.如权利要求6所述的芯片温度感知装置，其特征在于，所述具有堆栈结构的跨层金 属线的顶层金属线包括四个引出端，所述引出端与芯片引脚相连。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的芯片温度感知装置的芯片测温方法，包括 获取芯片温度感知装置中电阻随温度变化的关系；测量当前环境下所述芯片温度感知装置的电阻值；结合所述电阻随温度变化的关系，以及所测量的电阻值，获得当前芯片温度感知装置 的温度，作为其相邻芯片内部区域的温度。
9.如权利要求8所述的芯片测温方法，其中，获取芯片温度感知装置中电阻随温度变 化的关系包括在芯片未加电工作时，测量多个温度下所述芯片温度感知装置对应的电阻值； 以温度为横坐标，电阻值为纵坐标，获得电阻随温度变化的关系图； 拟合关系图中数据获得表示电阻随温度变化关系的一次函数。
10.如权利要求8所述的芯片测温方法，其中，所述当前环境为芯片的正常工作环境。
11.如权利要求8所述的芯片测温方法，其中，所述当前环境为芯片进行测试的测试环境。
全文摘要
一种芯片温度感知装置及测温方法。所述芯片温度感知装置包括位于芯片内部的金属材质的线型结构，所述线型结构与芯片内部的冗余结构共同位于芯片内部与功能电路相邻的冗余区域，或者所述线型结构为与所述功能电路相邻的冗余结构。所述芯片温度感知装置结构简单，其不增加芯片面积，相应的测温方法也能获得较为准确的温度测量值。
文档编号G01K7/00GK102004005SQ20091019478
公开日2011年4月6日 申请日期2009年8月28日 优先权日2009年8月28日
发明者郭强, 龚斌 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司