半导体结构及其预热方法与流程

1.本发明涉及存储器领域，尤其涉及一种半导体结构及其预热方法。


背景技术：

2.动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)是计算机中常用的半导体存储器件，其存储阵列区由许多重复的存储单元组成。每个存储单元通常包括电容器和晶体管，晶体管的栅极与字线相连、漏极与位线相连、源极与电容器相连，字线上的电压信号能够控制晶体管的打开或关闭，进而通过位线读取存储在电容器中的数据信息，或者通过位线将数据信息写入到电容器中进行存储。
3.现有在低温环境中，对存储器进行写入时，存在写入时间较长，写入的稳定性仍需要提高的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是怎样减小在低温环境中对存储器进行数据写入时的写入时间，提高写入的稳定性。
5.为此，本发明提供了一种半导体结构，包括：
6.存储芯片；
7.温度检测单元，用于在存储芯片启动之前检测存储芯片的温度；
8.控制芯片，用于在存储芯片启动之前对存储芯片进行加热，并判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动。
9.可选的，所述存储芯片的数量为1个或者大于等于2个，所述存储芯片的数量大于等于2个时，若干存储芯片依次向上堆叠。
10.可选的，所述存储芯片位于控制芯片上，所述存储芯片与所述控制芯片电连接。
11.可选的，还包括线路基板，所述线路基板中具有连接线路，所述存储芯片以及控制芯片均位于线路基板上，所述存储芯片和控制芯片通过线路基板中的连接线路连接。
12.可选的，所述温度检测单元与所述控制芯片电连接，所述温度检测单元的数量为1个或者大于等于2个，所述温度检测单元位于控制芯片中或者位于存储芯片中，或者位于存储芯片和控制芯片之间的线路基板上。
13.可选的，所述温度检测单元数量为1个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元检测的温度达到设定阈值时，则控制所有所述存储芯片启动。
14.可选的，所述温度检测单元数量为1个，且所述存储芯片的数量为大于等于2个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元的温度达到设定阈值时，先控制离所述控制芯片最近的存储芯片启动，然后再控制上面的其他存储芯片依次启动。
15.可选的，所述温度检测单元数量为大于等于2个时，且所述存储芯片的数量大于等于2个时，每一个存储芯片中具有一个温度检测单元，所述控制芯片依次判断所有的所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值时，若某一个温度检测单元检测的温度达到设定
阈值，则控制该温度检测单元对应的存储芯片启动。
16.可选的，所述控制芯片控制所述存储芯片启动后，所述控制芯片还控制所述存储芯片进行写入、读取和擦除操作。
17.可选的，所述控制芯片对所述存储芯片进行加热之前，所述控制芯片先进行启动，所述控制芯片利用启动后自生产生的热量对存储芯片进行加热。
18.可选的，所述控制芯片中具有额外的加热电路，用于对所述存储芯片进行加热。
19.可选的，所述控制芯片在对所述存储芯片进行加热之前或之后，所述控制芯片判断所述温度检测单元检测的存储芯片的温度是否达到设定阈值，若未达到设定阈值，则控制所述加热电路对存储芯片进行加热，如达到设定阈值，则控制所述加热电路停止对存储芯片进行加热。
20.可选的，所述存储芯片为dram存储芯片。
21.本发明还提供了一种对半导体结构进行预热的方法，包括：
22.提供半导体结构，所述半导体结构包括存储芯片，与所述存储芯片电连接的控制芯片，以及温度检测单元；
23.启动控制芯片；
24.通过控制芯片对未启动的存储芯片进行加热；
25.通过温度检测单元检测所述存储芯片的温度；
26.通过控制芯片判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动。
27.可选的，所述温度检测单元的数量为1个或者大于等于2个，所述存储芯片的数量为1个或大于等于2个，所述存储芯片大于等于2个时，若干存储芯片依次向上堆叠。
28.可选的，所述温度检测单元数量为1个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元检测的温度达到设定阈值时，则控制所有所述存储芯片启动。
29.可选的，所述温度检测单元数量为1个，且所述存储芯片的数量为大于等于2个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元的温度达到设定阈值时，先控制离所述控制芯片最近的存储芯片启动，然后再控制上面的其他存储芯片依次启动。
30.可选的，所述温度检测单元数量为大于等于2个时，且所述存储芯片的数量大于等于2个时，每一个存储芯片中具有一个温度检测单元，所述控制芯片依次判断所有的所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值时，若某一个温度检测单元检测的温度达到设定阈值，则控制该温度检测单元对应的存储芯片启动。
31.可选的，所述控制芯片控制所述存储芯片启动后，所述控制芯片还控制所述存储芯片进行写入、读取和擦除操作。
32.与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：
33.本发明的半导体结构，包括：存储芯片；温度检测单元，用于在存储芯片启动之前检测存储芯片的温度；控制芯片，用于在存储芯片启动之前对存储芯片进行加热，并判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动。通过控制芯片和温度检测单元的配合，所述控制芯片在存储芯片启动之前对存储芯片进行加热，所述温度检测单元在存储芯片启动之前检测存储芯片的温度，所述控制芯片判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯
片启动，因而当本发明的半导体结构工作在低温环境时，通过控制芯片可以使得存储芯片升温到设定阈值，从而可以防止存储芯片中的位线、字线、以及金属连线(金属接触部)由于环境温度过低带来的电阻的增大，从而减小了低温环境下的对存储器进行数据写入时的写入时间，提高了存储器写入的稳定性。
34.进一步，所述温度检测单元的数量为1个，具体的，所述1个温度精测单元可以位于控制芯片中，或者所述1个温度检测单元也可以位于存储芯片中，或者所述1个温度检测单元也可以位于存储芯片和控制芯片之间的线路基板上，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元检测的温度达到设定阈值时，则控制所有所述存储芯片启动。对于半导体结构存在多个存储芯片时，前述的这种控制结构和控制方式相对简单，并能减小低温环境下的对存储芯片进行数据写入时的写入时间，提高了存储芯片写入的稳定性。
35.进一步，所述温度检测单元数量为1个，且所述存储芯片的数量为大于等于2个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元的温度达到设定阈值时，先控制离所述控制芯片最近的存储芯片启动，然后再控制上面的其他存储芯片依次启动。对于半导体结构存在多个存储芯片时，前述的这种控制结构和控制方式能使得每一个存储芯片均能在达到设定阈值温度后启动，提高了每一个存储芯片启动时机的精度，并能减小低温环境下的对每一个存储芯片进行数据写入时的写入时间，提高了对每一个存储芯片写入的稳定性。
36.进一步，所述温度检测单元数量为大于等于2个时，且所述存储芯片的数量大于等于2个时，每一个存储芯片中具有一个温度检测单元，所述控制芯片依次判断所有的所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值时，若某一个温度检测单元检测的温度达到设定阈值，则控制该温度检测单元对应的存储芯片启动。对于半导体结构存在多个存储芯片时，前述的这种控制结构和控制方式能使得每一个存储芯片每一个存储芯片启动时机的精度进一步提高，并能进一步减小低温环境下的对每一个存储芯片进行数据写入时的写入时间，进一步提高了对每一个存储芯片写入的稳定性。
37.进一步，所述控制芯片对所述存储芯片进行加热之前，所述控制芯片先进行启动，所述控制芯片利用启动后自生产生的热量对存储芯片进行加热，无需额外的加热电路，从而简化了半导体结构的结构。
38.进一步，所述控制芯片中可以具有额外的加热电路，用于对所述存储芯片进行加热。所述控制芯片在对所述存储芯片进行加热之前或之后，所述控制芯片判断所述温度检测单元检测的存储芯片的温度是否达到设定阈值，若未达到设定阈值，则控制所述加热电路对存储芯片进行加热，如达到设定阈值，则控制所述加热电路停止对存储芯片进行加热。从而实现对加热过程的精确控制，使得存储芯片的温度能保持在设定阈值附近，防止存储芯片的温度过高或过低，从而使得对存储器的写入时间始终能保持较短。
39.本发明对半导体结构进行预热的方法，在存储芯片未启动之前，通过控制芯片对未启动的存储芯片进行加热；通过温度检测单元检测所述存储芯片的温度；通过控制芯片判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动。因而当本发明的半导体结构工作在低温环境时，通过控制芯片可以使得存储芯片升温到设定阈值，从而可以防止存储芯片中的位线、字线、以及金属连线(金属接触部)由于环境温度过低带来的电阻的增大，从而减小了低温环境下的对存储器进行数据写入时的写入时间，提高了存储器写入的稳定性。
附图说明
40.图1-7为本发明实施例中半导体结构的结构示意图；
41.图8为本发明实施例中半导体结构预热方法的流程示意图。
具体实施方式
42.如背景技术所言，现有在低温环境中对存储器进行写入时，存在写入时间较长，写入的稳定性仍需要提高的问题。
43.研究发现，现有的存储器工作在低温环境中时，由于温度下降会使得存储器中的位线、字线、以及金属连线(金属接触部)等的电阻会增大，电阻的增大，会使得向存储器中写入数据时的时间会变化或加长，影响了存储器写入的稳定性。
44.为此，本发明提供了一种半导体结构及其预热方法，其中所述半导体结构包括：存储芯片；温度检测单元，用于在存储芯片启动之前检测存储芯片的温度；控制芯片，用于在存储芯片启动之前对存储芯片进行加热，并判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动。通过控制芯片和温度检测单元的配合，所述控制芯片在存储芯片启动之前对存储芯片进行加热，所述温度检测单元在存储芯片启动之前检测存储芯片的温度，所述控制芯片判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动，因而当本发明的半导体结构工作在低温环境时，通过控制芯片可以使得存储芯片升温到设定阈值，从而可以防止存储芯片中的位线、字线、以及金属连线(金属接触部)由于环境温度过低带来的电阻的增大，从而减小了低温环境下的对存储器进行数据写入时的写入时间，提高了存储器写入的稳定性。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
46.图1-7为本发明实施例中半导体结构的结构示意图；图8为本发明实施例中半导体结构预热方法的流程示意图。
47.参考图1，本发明实施例提供了一种半导体结构，包括：
48.存储芯片201；
49.温度检测单元203，用于在存储芯片201启动之前检测存储芯片201的温度；
50.控制芯片301，用于在存储芯片201启动之前对存储芯片201进行加热，并判断所述温度检测单元203检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片201启动。
51.所述存储芯片201为现有能进行数据写入、数据读取和/或数据删除的的存储器，所述存储芯片201通过半导体集成制作工艺形成，具体的所述存储芯片201可以包括存储阵列和与存储阵列连接的外围电路，所述存储阵列包括若干存储单元和与存储单元连接的位线、字线、以及金属连线(金属接触部)，所述存储单元用于存储数据，所述外围电路为在对存储阵列进行操作时的相关电路。本实施例中，所述存储芯片201为dram存储芯片，所述dram存储芯片中包括若干存储单元，所述存储单元通常包括电容器和晶体管，所述晶体管的栅极与字线相连、漏极与位线相连、源极与电容器相连。在其他实施例中所述存储芯片
201可以为其他类型的存储芯片。
52.所述存储芯片201的数量至少为一个，具体的，所述存储芯片201的数量可以为1个或者大于等于2个。当所述存储芯片的数量大于等于2个时，若干存储芯片依次向上堆叠形成存储芯片堆叠结构。本实施例中，请参考图2，以所述存储芯片201的数量为4个作为示例，所述4个存储芯片201从下向上依次堆叠形成存储芯片堆叠结构，相邻存储芯片201通过键合工艺或者粘合工艺贴合在一起。在一实施例中，所述存储芯片201中形成有硅通孔互连结构(tsv)，通过硅通孔互连结构(tsv)将存储芯片201与控制芯片301进行电连接。当存在多个存储芯片201堆叠时，每一个存储芯片201可以通过不同的硅通孔互连结构(tsv)与控制芯片201连接。在其他实施例中，所述存储芯片201还可以通过金属引线(通过引线键合工艺形成)与所述控制芯片301连接。
53.本实施例中，所述存储芯片201位于控制芯片301上，所述存储芯片201与所述控制芯片301电连接。具体的，当只有一个存储芯片201时，所述控制芯片301与该存储芯片201键合在一起，当有多个存储芯片201形成存储芯片堆叠结构时，所述控制芯片301与堆叠结构中最底层的存储芯片201键合在一起。
54.在其他实施例中，所述存储芯片201和控制芯片301可以采用不同的连接方式，请参考图4(或者参考图4-图7)，所述半导体结构还包括线路基板401，所述线路基板401中具有连接线路，所述存储芯片201以及控制芯片301均位于线路基板104上，所述存储芯片201和控制芯片301通过线路基板104中的连接线路连接，具体的所述线路基本401可以为pcb基板。
55.参考图1或图4，所述控制芯片301通过半导体集成制作工艺形成。所述控制芯片301能用于对所述存储芯片201进行加热，以使得存储芯片201的温度能够达到设定阈值(所述设定阈值可以设定在控制芯片301中，设定阈值的具体大小可以根据实际需要或者经验进行设定)，所述控制芯片301还用于控制存储芯片201的启动(存储芯片的启动包括上电以及自检测)以及对存储芯片201进行相关的操作(所述相关操作包括向存储芯片201中写入数据，从存储芯片201读取数据，以及将存储芯片201中存取的数据删除等)。
56.所述半导体结构还包括温度检测单元203，所述温度检测单元203用于在存储芯片201启动之前测量所述存储芯片201的温度，所述温度检测单元203与控制芯片301电连接，所述温度检测单元203检测的温度传送给控制芯片，所述温度检测单元203测量的温度作为控制芯片301控制所述存储芯片201启动的依据。具体的，通过控制芯片301和温度检测单元203的配合，所述控制芯片301在存储芯片201启动之前对存储芯片201进行加热，所述温度检测单元203在存储芯片201启动之前检测存储芯片201的温度，所述控制芯片30判断所述温度检测单元203检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片201启动，因而当本发明的半导体结构工作在低温环境时，通过控制芯片301可以使得存储芯片201升温到设定阈值，从而可以防止存储芯片中的位线、字线、以及金属连线(金属接触部)由于环境温度过低带来的电阻的增大，从而减小了低温环境下的对存储器进行数据写入时的写入时间，提高了存储器写入的稳定性。
57.所述温度检测单元203中包括温度传感器，所述温度传感器用于感应温度，将感应的温度转化为电信号。在具体的实施例中，所述温度传感器为pn结温度传感器或者电容式温度传感器，所述温度传感器可以通过半导体集成制作工艺形成在存储芯片201中或者控
制芯片301中，或者位于存储芯片201和控制芯片301之间的线路基板104(参考图5)上
58.所述温度检测单元203的数量可以为1个或者大于等于2个，所述温度检测单元203可以位于控制芯片301中或者位于存储芯片201中。
59.在一实施例中，所述温度检测单元203的数量为1个，具体的，所述1个温度精测单元203可以位于控制芯片203中(参考图1或图4)，或者所述1个温度检测单元203也可以位于存储芯片201中(当只有一个存储芯片201中，所述一个温度检测单元203直接位于该存储芯片201中；当多个存储芯片201形成堆叠结构时，所述一个温度检测单元203位于其中一个存储芯片201，优选的位于堆叠结构中最底层的存储芯片201中(参考图2或图6))，或者所述1个温度检测单元203也可以位于存储芯片201和控制芯片301之间的线路基板104(参考图5)上，所述控制芯片301判断所述1个温度检测单元检测的温度达到设定阈值时，则控制所有所述存储芯片201启动。对于半导体结构存在多个存储芯片201时，前述的这种控制结构和控制方式相对简单，并能减小低温环境下的对存储芯片进行数据写入时的写入时间，提高了存储芯片写入的稳定性。
60.在另一实施例中，参考图1(或者图2，或者图4-图6)，所述温度检测单元203数量为1个，且所述存储芯片201的数量为大于等于2个时，所述控制芯片301判断所述1个温度检测单元的温度达到设定阈值时，先控制离所述控制芯片301最近的存储芯片201启动，然后再控制上面的其他存储芯片201依次启动。具体的，参考图2，当存在4个存储芯片201时，所述控制芯片301判断所述1个温度检测单元的温度达到设定阈值时，先控制离所述控制芯片301最近的存储芯片201(堆叠结构中最底层的一个存储芯片)启动，然后再控制上面的其他3个存储芯片201依次启动。对于半导体结构存在多个存储芯片201时，前述的这种控制结构和控制方式能使得每一个存储芯片201均能在达到设定阈值温度后启动，提高了每一个存储芯片201启动时机的精度，并能减小低温环境下的对每一个存储芯片进行数据写入时的写入时间，提高了对每一个存储芯片写入的稳定性。
61.在另一实施例中，参考图3(或者图7)，所述温度检测单元203数量为大于等于2个时，且所述存储芯片201的数量大于等于2个时，每一个存储芯片201中具有一个温度检测单元203，所述控制芯片301依次判断所有的所述温度检测单元203检测的温度是否达到设定阈值时，若某一个温度检测单元203检测的温度达到设定阈值，则控制该温度检测单元203对应的存储芯片启动。具体的图3(或者图7)所示的堆叠结构中有4个存储芯片201，每一个存储芯片201中对应具有一个温度检测单元203，因而每一个温度检测单元203会对对应的存储芯片201的温度进行检测，获得四个温度检测值，所述控制单片301会依次判断4个所述温度检测单元203检测的温度是否达到设定阈值时，若某一个温度检测单元203检测的温度达到设定阈值，则控制该温度检测单元203对应的存储芯片启动，比如堆叠结构中最底层的存储芯片201中的温度检测单元203检测的温度先达到设定阈值时，则控制芯片301先控制所述堆叠结构最底层的那一个存储芯片201启动，接着，堆叠结构中倒数第二层中那个存储芯片201中对应的温度检测单元203检测的温度也达到设定阈值时，则控制单元301接着控制堆叠结构中倒数第二层的那个存储芯片201启动，上面两层的存储芯片201的启动以此类推。对于半导体结构存在多个存储芯片201时，前述的这种控制结构和控制方式能使得每一个存储芯片201每一个存储芯片201启动时机的精度进一步提高，并能进一步减小低温环境下的对每一个存储芯片进行数据写入时的写入时间，进一步提高了对每一个存储芯片写入
的稳定性。
62.在一实施例中，所述控制芯片301对所述存储芯片201进行加热之前，所述控制芯片301需要先进行启动，比如对控制芯片301上电以及自检测，控制芯片301启动时，控制芯片301不会给存储芯片201下达指令，只有当所述温度检测单元检测的温度是达到设定阈值值，所述控制芯片301才会控制所述存储芯片201启动，所述控制芯片301利用启动后自生产生的热量对存储芯片进行加热，因而无需额外的加热电路，从而简化了半导体结构的结构。
63.在一实施例中，所述控制芯片301控制所述存储芯片201启动后，所述控制芯片301还控制所述存储芯片201进行写入、读取和擦除操作。具体的，所述控制芯片301中具有控制电路，所述控制电路用于控制所述存储芯片201启动并控制所述存储芯片201进行写入、读取和擦除操作。
64.在另一实施例中，所述控制芯片301中可以具有额外的加热电路，用于对所述存储芯片201进行加热。所述控制芯片301在对所述存储芯片201进行加热之前或之后，所述控制芯片判断所述温度检测单元检测的存储芯片的温度是否达到设定阈值，若未达到设定阈值，则控制所述加热电路对存储芯片进行加热，如达到设定阈值，则控制所述加热电路停止对存储芯片进行加热。从而实现对加热过程的精确控制，使得存储芯片201的温度能保持在设定阈值附近，防止存储芯片201的温度过高或过低，从而使得对存储器的写入时间始终能保持较短。
65.参考图8，本发明还提供了一种对半导体结构进行预热的方法，包括步骤：
66.步骤s101，提供半导体结构，所述半导体结构包括存储芯片，与所述存储芯片电连接的控制芯片，以及温度检测单元；
67.步骤s102，启动控制芯片；
68.步骤s103，通过控制芯片对未启动的存储芯片进行加热；
69.步骤s104，通过温度检测单元检测所述存储芯片的温度；
70.步骤s105，通过控制芯片判断所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值，若达到设定阈值，则控制所述存储芯片启动。
71.具体的，所述温度检测单元的数量为1个或者大于等于2个，所述存储芯片的数量为1个或大于等于2个，所述存储芯片大于等于2个时，若干存储芯片依次向上堆叠。
72.在一实施例中，所述温度检测单元数量为1个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元检测的温度达到设定阈值时，则控制所有所述存储芯片启动。
73.在一实施例中，所述温度检测单元数量为1个，且所述存储芯片的数量为大于等于2个时，所述控制芯片判断所述1个温度检测单元的温度达到设定阈值时，先控制离所述控制芯片最近的存储芯片启动，然后再控制上面的其他存储芯片依次启动。
74.在一实施例中，所述温度检测单元数量为大于等于2个时，且所述存储芯片的数量大于等于2个时，每一个存储芯片中具有一个温度检测单元，所述控制芯片依次判断所有的所述温度检测单元检测的温度是否达到设定阈值时，若某一个温度检测单元检测的温度达到设定阈值，则控制该温度检测单元对应的存储芯片启动。
75.在一实施例中，所述控制芯片控制所述存储芯片启动后，所述控制芯片还控制所述存储芯片进行写入、读取和擦除操作。
76.需要说明的是，本实施例与前述实施例中相同或者相似部分的限定或描述在本实
施例中不再赘述，具体请参考前述半导体结构实施例中的相应部分的限定或描述。
77.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。