CN112687560B 半导体元件以及量测半导体元件的温度的方法 （台湾积体电路制造股份有限公司）

US2015362539A1,2015半导体元件以及量测半导体元件的温度的一种监控半导体元件温度的装置包括多个金属层中的电阻变化而导致的所述多个有源区2复数个有源区域结构，该些有源区域结构在该第一虚拟一第一有源元件，包括在该第一虚拟栅极层与该第一金属层之间的一漏极金属层，该漏极金属层在该些有源区域结构上一第一有源栅极层，该第一有源栅极层覆盖在该漏极金属层一第二有源元件，包括在该第一金属层与该第二虚拟栅极层之间的一源极金属层，该源极金属层在该第一金属层与该第二虚拟栅一第二有源栅极层，该第二有源栅极层覆盖在该第一金属层从一第一元件的一第一栅极结构的一第一位置向该第一元件的该第一栅极结构的一第一多个有源区域结构配置在该第一元件的一漏极金切换该第二元件的一第二栅极结构以控制该第二元件与该第一元件之间的一第二电其中该第二栅极结构覆盖在该些有源区域结构中的一第二多3量测从该第一元件的该第一栅极结构的该第一位置向该第一元件的该第一栅极结构括施加一AC信号到该第二元件的该第二栅极复数个有源区域结构，该些有源区域结构在该第一虚拟一第一有源元件，包括在该第一虚拟栅极层与该第一金属层之间的一第二有源元件，包括在该第一金属层与该第二虚拟栅极层之间的一第二有源栅极层，该第二有源栅极层覆盖在该第一金属元件的该第一有源栅极层用以感测该些有源区域属层，该漏极金属层在该些有源区域结构上并且在该第一虚拟栅极层与该第一金属层之45[0002]一种监控半导体元件温度的方法包括在被测晶体管结构附近的基板的区域中使用二极管或双极结型晶体管(BJT)的结。另一种监控半导体元件温度的方法包括使用晶体于金属层中的电阻变化而导致的有源区域结第一金属层之间。第一有源栅极层覆盖在漏极金属层与第一金属层之间的有源区域结构构的部分。第二有源栅极层覆盖在第一金属层与第二虚拟栅极层之间的有源区域结构上，6联配置中。第一虚拟栅极层及第二虚拟栅极层定位于第一有源元件及第二有源元件之间。层用以量测由于金属层中的电阻变化而导致的有源区域结构[0009]当结合附图阅读时，从以下详细描述可以最好地理解本案的一实施例的各态7以下描述中在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括第一特征和第二特征形成为直8[0065]本揭示的一或多个实施例包括用于三维(3D)有源元件的晶片上温度量测/监控的方法，这些三维有源元件为诸如3D金氧半导体场效晶体管(metaloxidesemiconductor[0066]图1A是根据一实施例的可用于量测有源元件的温度的半导体元件100的示意图。是半导体装置100的等效电路的示意图，图1C是半导体元件100的感测金属电阻器120的温度与电阻之间的关系的曲线图，并且图1D和图1E是半导体元件100沿着图1A的剖面线A-A’[0067]半导体元件100包括以在第一方向(Y轴)上延伸的基本上平行的行中布置的有源[0068]有源区域结构102～106是在例如图1D和图1E中描绘的基板(例如，基板170)之中一或多个浅沟槽隔离(STI)结构)与基板中[0070]S/D结构是用以具有的掺杂类型与有源区域结构102～106的其他部分的掺杂类型度大于否则在整个有源区域结构102～106中存在的一或多个掺杂浓度。在各种实施例中，9[0072]有源区域结构102～106至少在第一虚拟栅极层108与第二虚拟栅极层110之间延伸，并且包括与该多个栅极层中的一些或全部相邻的源极/漏极(S/D)结构(在图1A中未图第一有源栅极层114之间。第一漏极金属层116覆盖并接触有源区域结构102～106的S/D结[0073]感测金属电阻器120覆盖并接触在第三虚拟栅极层118与第四虚拟栅极层122之间[0074]第二源极金属层124覆盖并接触在第四虚拟栅极层122与第二有源栅极层126之间上与第一虚拟栅极层108平行。第二漏极金属层128覆盖并接触在第二有源栅极层126与第二虚拟栅极层110之间的有源区域结构102～106的S/D结构。第二漏极金属层128在第二方的有源区域结构通道130。由于有源区域结构102～106相对于周围的介电层(未图示)具有测金属电阻器120下方的有源区域结构102～106以及感测金属电阻器本身的温度基本上相[0077]通孔144和146将感测金属电阻器120的相对端电连接至上覆金属区段(未图示)，源元件MA1和第二有源元件MA2之间的电性隔离使得能够通过基本上防止来自第一有源元件MA1和第二有源元件MA2的电流影响经由通孔144和146在感测金属电阻器120处量测的结通过找到感测金属电阻器120的电阻来确定在有源区域结构通道130上分布的有源区域结[0083]图1B是根据一实施例的半导体元件100的电路模型150的示意图。电路模型150包[0086]图1C包括感测金属电阻器120的电阻R和温度之间的线性关系的曲线图158。曲线算出的电阻值而仅显示温度的值。在一些实施例中，读出电路156包括模拟数字转换器该FinFET技术中有源区域结构102～106用以由介电层160彼此分离并且从下层基板170向上延伸的鳍结构。有源区域结构102～106包括与感测金属电阻器120接触并电连接到该感测金属电阻器的相应S/D结构102SDGAA技术中S/D结构102SD～106SD是有源区域结构102～106在横截平面中的仅有部分。S/D结构102SD～106SD与感测金属电阻器120接触并电连接，并通过介电层160与基板170的延包括除了图1D和图1E中描绘的那些之外的配置，由此感测金属电阻器120与邻近有源区域[0091]因为感测金属电阻器120与邻近有源区域结构102～106的通道区的S/D结构102SD金属电阻器120的电阻量测值计算出的温度值比经由不是基于感测金属电阻器的电阻量测[0092]图2A是根据一实施例的作为共源共栅晶体管配置的一部分的具有双栅极层布置的半导体元件200的示意图，该双栅极层布置可用于量测3D有源元件的温度。半导体元件并且在基本上垂直于第一方向(Y)的第二方向(X)上延伸。漏极金属层212形成在有源区域方向上延伸并且基本上平行于第一虚拟栅极层208。第一金属层216位于感测栅极层214与延伸并且基本上平行于第一虚拟栅极层208。源极金属层220位于切换栅极层218与第二虚218下方的每个有源区域结构202～206的通道部分，以及有源区域结构202～206中的相邻流在第一有源元件M1的源极与第二有源元件M2的漏极[0095]位于第一有源元件M1的感测栅极层214的相对端的通孔228和230使得能够在量测栅极层214的电阻值，使用本文论述的栅极层的电阻与温度之间的线性关系来判断有源区[0099]切换栅极层218的通孔232用以允许在AC操作下或回应于阶跃函数来触发第二有件M2的栅极一直被接通以在DC操作条件下210在有源区域结构202～206上形成其他有源元件或重复结构。若在有源区域结构202~206上形成了新的有源元件，则第一虚拟栅极层208和第二虚拟栅极层210提供足够的电性AC信号249将第二有源元件M2的切换栅极层218切换为接通和关断以指示开关2些实施例中，第一有源元件M1的尺寸与由半导体元件200模拟的一或多个有源元件的尺寸[0105]第三等效电路246基于半导体元件200的共源共栅布置将半导体元件200建模为电[0107]图3是根据一实施例的可用于在AC或瞬态操作下量测温度的半导体元件300的示平行地布置成行并沿着第一方向(Y)延伸。半导体元件300包括各自设置在有源区域结构控器元件314的第二虚拟栅极层210与有源栅极层320之间的源极金属层318。漏极金属层共栅布置，通过将有源元件M2切换为接通并将相同的AC和/或瞬态信号施加到有源元件M0之外，亦存在一或多个虚拟栅极层(未图示)将附加有源元件与温度监控器元件314电性隔施例中，方法400可用于量测由一或多个有源元件共享的有源区域结构的通道区的温度或[0113]在步骤402中，在一些实施例中，在有源区域结构(诸如有源区域结构102、103、146(图1A)或通孔228和230(图2A))将电加电流包括将DC电流施加至共源共栅布置的第一有源元件的第一栅极层，以及将AC和/或瞬态信号施加至共源共栅布置的第二有源元件的第二栅极层，如以上关于图2A至图3所论[0118]在步骤408中，使用金属层上的量测电压和施加到该金属层的电流来判断该金属[0119]在步骤410中，使用上述金属层的温度与电阻之间的线性关系来计算位于金属层(诸如感测金属电阻器120(图1A)或感测多晶硅栅极层214(图2A))下方的有源区域结构的区域结构上的所有有源元件都关断时计算基板[0120]本说明书的一个态样涉及一种包括多个有源区域结构的监控半导体元件温度的层中的电阻变化而导致的该多个有源区域结环绕式栅极(GAA)场效应晶体管(FE[0130]本说明书的另一态样涉及包括第一虚拟栅极层和第二虚拟栅极层的半导体元[0131]在一些实施例中，半导体元件其中该第一有源元件包括一鳍式场效晶体管[0132]在一些实施例中，半导体元件其中该第一有源元件包括一环绕式栅极(GAA)场效[0134]在一些实施例中，半导体元件其中该第一有源元件由此用以在一饱和区域中操或修改其他制程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施例相同的目的及/或实现与本