磁隧道结温度传感器和方法.pdf

提供了感测在集成电路(600)的基板中布置的热源的温度的技术。根据一个示范性方法，在热源(604)之上提供磁隧道结(“MTJ”)温度传感器(608)。MTJ温度传感器包括MTJ核心，其配置成在其操作期间输出电流。该电流的值基于特殊MTJ核心的电阻值而变化。MTJ核心的电阻值作为热源的温度的函数而变化。MTJ核心的电流的值于是能够与热源的相应温度相关联。

1.  一种生产集成电路的方法，该方法包括：
提供基板，其具有布置在所述基板中的热源；
提供导电数字线；
在所述热源和所述导电数字线之上提供磁隧道结(“MTJ”)温度传感器，其中所述MTJ温度传感器包括MTJ核心；以及
在所述MTJ温度传感器之上提供导电位线，使得所述MTJ温度传感器布置在所述导电数字线和所述导电位线之间。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，在所述热源之上提供MTJ温度传感器进一步包括：
淀积第一导电MTJ电极层；
在所述第一导电MTJ电极层上淀积自由层、隧道势垒层和钉扎层；
通过使所述自由层、所述隧道势垒层和所述钉扎层形成图案来形成所述MTJ核心；以及
在所述MTJ核心上淀积第二导电MTJ电极层。

3.  根据权利要求2所述的方法，该方法进一步包括：
在所述第二导电MTJ电极层之上淀积层间介电层，以及
在所述层间介电层之上淀积所述导电位线。

4.  一种感测集成电路的基板中布置的热源的温度的方法，该方法包括：
在所述热源之上提供磁隧道结(“MTJ”)温度传感器，所述MTJ温度传感器包括MTJ核心，该MTJ核心配置成在其操作期间输出电流；以及
将由所述MTJ核心输出的所述电流的值与所述热源的相应温度相关联。

5.  根据权利要求4所述的方法，其中，所述电流的所述值基于所述特殊MTJ核心的电阻值而变化。

6.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述MTJ核心的所述电阻值作为所述热源的温度的函数而变化。

7.  根据权利要求4所述的方法，其中，将由所述MTJ核心输出的所述电流的值与所述热源的相应温度相关联包括：
测量由所述MTJ核心输出的所述电流的值；以及
将由所述MTJ核心输出的所述电流的所述值与近似等于所述热源的温度的相应温度相关联。

8.  根据权利要求7所述的方法，其中，将由所述MTJ核心输出的所述电流的值与所述热源的相应温度相关联包括：
测量由所述MTJ核心输出的所述电流的值；
使用所述MTJ核心的电阻对电流特性以将由所述MTJ核心输出的所述电流的所述值与所述MTJ核心的相应电阻值相关联；以及
使用所述MTJ核心的电阻对温度特性以将所述MTJ核心的所述相应电阻值与近似等于所述热源的温度的相应温度相关联。

9.  根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
提供导电数字线，其中在所述热源和所述导电数字线之上提供所述MTJ温度传感器；
在所述MTJ温度传感器之上提供导电位线，使得所述MTJ温度传感器布置在所述导电数字线和所述导电位线之间；以及
使用所述导电数字线和所述导电位线的至少一个来编程所述MTJ核心的所述电阻对温度特性。

10.  根据权利要求4所述的方法，其中，提供磁隧道结(“MTJ”)温度传感器进一步包括：
淀积第一导电MTJ电极层；
在所述第一导电MTJ电极层上连续地淀积自由层、隧道势垒层和钉扎层；
通过使所述自由层、所述隧道势垒层和所述钉扎层形成图案来形成MTJ核心；以及
在所述MTJ核心上淀积第二导电MTJ电极层。

11.  一种制造集成电路的方法，包括：
提供基板；
通过前端制造工序由前端层在所述基板中形成热源，所述热源具有温度；以及
在所述前端制造工序之后通过后端制造工序由后端层形成磁隧道结(“MTJ”)核心，所述MTJ核心具有作为所述温度的函数而变化的电阻值，并且在其操作期间具有基于所述电阻值而变化的电流。

12.  根据权利要求11所述的方法，该方法进一步包括：
淀积导电数字线。

13.  根据权利要求12所述的方法，该方法进一步包括：
在所述第二导电MTJ电极层之上淀积层间介电层，以及
在所述层间介电层之上淀积导电位线，使得所述温度传感器布置在所述导电数字线和所述导电位线之间。

14.  根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
经由所述导电数字线和所述导电位线中的至少一个生成场以设置所述MTJ核心的温度对电阻特性。

15.  一种制造集成电路器件的方法，包括：
提供基板；
在所述基板内形成热源，所述热源具有温度；以及
在所述基板上形成磁随机存取存储器(“MRAM”)架构，所述MRAM架构包括MRAM单元阵列和哑MRAM单元，其中所述哑MRAM单元包括特殊磁隧道结(“MTJ”)核心，该特殊磁隧道结核心具有作为所述温度的函数而变化的电阻值，所述MTJ核心配置成输出基于所述电阻值而变化的电流。

16.  一种感测由热源生成的温度的方法，该方法包括：
在所述热源附近提供哑MRAM单元，所述哑MRAM单元具有作为由所述哑MRAM单元感测的温度的函数而变化的电阻值；
测量所述哑MRAM单元中的电流，该电流取决于所述哑MRAM单元的所述电阻值；以及
使用所述测量的电流的值来确定所述热源的温度。

17.  根据权利要求16所述的方法，其中，所述哑MRAM单元包括：
布置在第一电极和第二电极之间的自由层、隧道势垒层和钉扎层。

18.  根据权利要求16所述的方法，其中确定所述热源的温度包括：
确定对应于所述测量的电流的值的所述MTJ核心的电阻值；以及
基于所述MTJ核心的电阻值确定所述热源的温度。

19.  根据权利要求18所述的方法，其中，确定对应于所述电流的值的所述MTJ核心的电阻值包括：
使用所述MTJ核心的电阻对电流特性来确定对应于所述电流的值的所述MTJ核心的电阻值。

20.  根据权利要求19所述的方法，其中，基于所述MTJ核心的电阻值确定所述热源的温度包括：
使用所述MTJ核心的电阻对温度特性来基于所述MTJ核心的电阻值而确定所述热源的温度。

磁隧道结温度传感器和方法
技术领域
本发明主要涉及电子器件。更加具体地，本发明涉及具有智能功率器件和磁阻随机存取存储器(MRAM)电路的集成电路(IC)器件，其实现磁隧道结(MTJ)作为温度传感器，磁隧道结温度传感器(MTJ-TS)。
背景技术
与使用电子电荷来存储数据的其它RAM技术形成对照，MRAM是一种使用磁极化来存储数据的非易失性存储技术。MRAM的一个主要益处在于它在没有施加系统电源的情况下保持存储的数据，从而它是非易失性存储器。一般地，MRAM包括大量的形成在半导体基板上的磁单元，其中每个单元表示一个数据位。通过改变单元内的磁自由层的磁化方向来向单元写入信息，并且通过测量单元的电阻来读取位(低电阻典型地表示“0”位，而高电阻则典型地表示“1”位，或反之)。
MRAM器件一般包括单元阵列，它们使用导电位线、导电数字线和/或局部互连等等来互连。使用已知的半导体加工技术来制造实际的MRAM器件。例如，位和数字线由不同的金属层形成，其由一个或多个绝缘和/或附加金属层分开。传统的制造工序允许在基板上容易地制造不同的MRAM器件。
智能功率集成电路是能够以受控和智能的方式提供操作功率的单芯片器件。智能功率集成电路典型地包括一个或多个有源电路元件，诸如功率电路元件、模拟控制元件和/或数字逻辑元件。智能功率集成电路还可以包括一个或多个传感器，其能够用于测量或检测物理参数，诸如位置、运动、力、加速度、温度、场、压力等等。这样的传感器例如能够用于响应变化的操作条件来控制输出功率。例如，在蜂窝电话中，智能功率产品被设计用于调节功耗、放大音频信号并向彩屏供电。在喷墨打印机中，智能功率产品能够帮助驱动电机并点火用于送墨的喷嘴。在汽车中，智能功率产品能够帮助控制引擎和制动系统、气囊部署以及座位定位。智能功率产品还能够在各种各样的其它应用中实施。
对于实施智能功率和磁阻随机存取存储器(MRAM)设计的集成电路(IC)，温度感测是功率IC设计用于保护电路、器件或系统的重要要素。
图15是实施用于感测温度的温度传感器1502的传统集成电路器件1500的简化示意截面图示。该器件由温度传感器1502、电源1504、硅基板1506、绝缘基板1508、逻辑1514和MRAM架构1516组成。温度传感器1502和电源1504两者都嵌入在硅基板1506中，而绝缘基板1508则位于温度传感器1502和电源1504之上。用于测量电源1504的温度的现有温度传感器1502遭受各种限制。使用其中结带隙相对于改变的温度而变化的基于结的器件能够实现温度传感器1502。这样的基于p/n结的感测器件1502消耗了宝贵的半导体布线面积或空间。这样的感测器件1502的其它限制例如包括过大的尺寸/重量、测量精度不足、灵敏度和/或动态范围不足、成本高以及可靠性有限等。
许多现代应用的小型化使得有望缩小电子器件的物理尺寸、将多个元件或器件集成到单个芯片中以及/或者改进电路布线效率。理论上，应当以减少传感器消耗的额外布线面积或空间的低成本高效益的方式来制造这样的传感器。所希望的是具有基于半导体的器件，其包括与智能功率架构集成的MRAM架构，所述智能功率架构包括单个基板上的传感器元件，特别地其中使用相同的工艺技术来制造MRAM架构和智能功率架构。这样一来，就持续存在对改进的温度传感器的需要。
因此，希望提供适合于测量温度的改进的温度传感器和方法。进一步希望改进的温度传感器和方法生成能够被转换成热源的温度的电信号。希望提供能够容易地与半导体器件和集成电路集成的温度传感器(例如可与半导体器件和集成电路结构以及制造方法兼容的温度传感器)。例如，非常希望提供这样的温度传感器，其展示出精确测量和改进的测量性能，并且能够以三维的架构集成以节约布线面积并允许以低成本高效益的方式处理。结合附图和前述技术领域与背景技术，从随后的详细描述和所附的权利要求，本发明的其它希望的特征和特性将会变得明显。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考详细的描述和权利要求，可以得出本发明的更加完整的理解，其中，在附图各处相同的参考数字指示类似的元件。
图1是根据示范性实施例配置的MRAM单元的示意性透视图；
图2是简化的智能功率集成电路架构的示意性截面图；
图3是根据示范性实施例配置的集成电路器件的示意性表示；
图4是图3中示出的集成电路器件的示意性截面图示；
图5是根据示范性实施例配置的集成电路器件的示意性截面图示；
图6是根据示范性实施例配置的集成电路器件的简化截面图；
图7是根据示范性实施例配置的集成电路器件的简化截面图；
图8是根据示范性实施例配置的集成电路的简化截面图，其实现了用于感测相关热源或发热器件的温度的MTJ核心温度传感器；
图9是根据示范性实施例配置的MTJ的电极的分解平面图；
图10是根据其它示范性实施例配置的MTJ的电极的分解平面图；
图11是根据还有其它示范性实施例配置的MTJ的电极的布置的平面图；
图12是在热源之上实施磁隧道结(MTJ)温度传感器的集成电路器件的简化俯视图；
图13是示出根据示范性实施例的制造MTJ核心温度传感器的方法的流程图；
图14是图示关于变化的温度的MTJ输出电阻的图表；以及
图15是实施温度传感器的传统集成电路器件的简化示意性截面图示。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅仅是示意性的，并且不打算限制本发明或本发明的应用和用途。如在此使用的那样，措词“示范性”指的是“充当例子、实例或示意”。在此被描述为“示范性”的任何实施例并不必然地被解释为优于或佳于其它实施例。在这个详细描述中描述的全部实施例都是示范性实施例，其被提供以使得本领域技术人员能够利用或使用本发明，而不限制由权利要求限定的本发明的范围。进而，不存在意图受到在先的技术领域、背景技术、简要概括或在后的详细描述中提供的任何明示或暗示的理论的束缚。
为了简洁起见，在此不会详细地描述关于MRAM设计、MRAM操作、半导体器件制造以及集成电路器件其它方面的传统技术和特征。进而，在此包含的各个附图中示出的电路/元件布线和配置旨在表示本发明的示范性实施例。应当注意的是，许多可替换或附加的电路/元件布线可以出现在实际的实施例中。
以下描述可能涉及被“连接”或“耦合”在一起的元件或特征。如在此使用的那样，除非明确声明，否则，“连接”指的是一个元件/特征直接连接到另一个元件/特征(或与其直接连通)，但不必然是机械地连接。同样地，除非明确声明，否则，“耦合”指的是一个元件/特征直接或间接连接到另一个元件/特征(或者与其直接或间接连通)，但不必然是机械地耦合。
为了说明的简单明了起见，附图图示了构造的一般方式，并且公知特征和技术的描述与细节可能被省略，以避免不必要地使本发明模糊。另外，附图中的元件不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件或区域的尺度可以相对于其它元件或区域被放大，以帮助改进对本发明实施例的理解。
说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等，如果有的话，可以用于在类似的元件之间进行区别，而不一定用于描述具体的序列或时间顺序。要理解的是，如此使用的术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的本发明的实施例例如能够以除了在此图示或以其他方式描述的顺序之外的顺序操作。进而，术语“包含”、“包括”、“具有”及其任何变体旨在覆盖非排他性的包括，使得包括一系列元件的过程、方法、物品或设备并不必然地限于那些元件，而是可以包括没有明确列举的或对这样的过程、方法、物品或设备而言所固有的其它元件。
说明书和权利要求书中的术语“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”、“以上”、“以下”等等，如果有的话，是用于描述性的目的，而不一定用于描述持久的相对位置。要理解的是，如此使用的术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的本发明的实施例例如能够以除了在此图示或以另外方式描述的取向之外的取向操作。术语“耦合”，如在此使用的那样，被定义为以电或非电的方式直接或间接地连接。
使用适当的半导体制造工序，能够在基板上形成实际的MRAM架构。在实践中，使用传统的MRAM制造工序，能够形成在此描述的MRAM结构。实际的MRAM器件将会典型地包括上百万的单元。一般地，MRAM架构包括：至少一个数字线，其由一个金属层形成；至少一个位线，其由另一个金属层形成；以及磁隧道结(“MTJ”)核心，其形成在两个金属层之间。MTJ核心包括单元，该单元形成用于MRAM构的存储单元阵列。
图1是根据示范性实施例配置的MRAM单元200的示意性透视图。MRAM架构中的每个单元都可以如图1所示配置。MRAM单元200一般包括或者上铁磁或合成反铁磁(“SAF”)层202，或者下铁磁或SAF层204，以及在所述两个铁磁层之间的隧道势垒层206。在这个例子中，上铁磁或SAF层202构成自由磁层，因为它的磁化方向能够被切换以改变单元200的位状态。然而，下铁磁或SAF层204则为固定磁层，因为它的磁化方向被钉扎在一个方向上，并且在正常操作条件期间并不改变极化方向。当上铁磁或SAF层202中的磁化平行于下铁磁层204中的磁化时，跨单元200的电阻处于其低电阻状态。当上铁磁层202中的磁化反平行于下铁磁层204中的磁化时，跨单元200的电阻处于其高电阻状态。通过测量单元200的电阻来读取给定单元200中的数据(“0”或“1”)。用于对MRAM单元200读写数据的技术对于本领域技术人员而言是已知的，因此将不在此详细地描述。
图1还描绘了对应于单元200的位线208和数字线210(单独地并且集体地在此被称为“程序线”)。自由磁层202中的磁化的取向，对于触发器(toggle)应用响应于来自数字和位线的施加电流脉冲而旋转，而对于单个磁自由层(或传统的)应用则是当数字和位线脉冲两者被同时施加时进行完整的180度翻转。在典型的非触发器MRAM中，通过翻转位线208中电流的极性同时保持数字线210中电流的极性不变，来切换位的取向。在实际的部署中，位线208可以连接到任何数目的类似MRAM单元(例如一列单元)，以向连接单元中的每一个提供公共写电流。类似地，数字线210可以与任何数目的类似MRAM单元(例如一行单元)相关联，以向单元中的每一个提供公共数字电流。
在图1示出的实施例中，磁包覆或屏蔽层214、218能够被提供以改进稳定性并减少由MRAM单元邻近的温度路由所导致的信号噪声/干扰。在这个例子中，数字线210包括导电数字元件212和由软磁材料形成的导磁包覆材料214。在这个例子中，包覆214部分地包围导电元件212。具体地，包覆214围绕导电元件212的三侧形成，使得导电元件212的面朝上的表面保持未包覆。在图1示出的实施例中，线208包括导电位元件216和由导磁材料形成的包覆218。在这个例子中，包覆218部分地包围导电元件216。具体地，包覆218围绕导电元件216的三侧，从而使得导电元件216的面朝下的表面保持未包覆。包覆214/218可以用于使磁通量朝向MTJ集中以提高编程的效率。包覆具有减少向相邻位的写干扰的额外益处。在实际的实施例中，磁包覆是MRAM工艺中使用的铜程序线的制造中使用的势垒层的主要部分。
在实际的实施例中，导电元件212和导电元件216由导电材料如铜形成，并且包覆214/218由软的导磁材料如NiFe、镍铁钴合金、钴铁合金等形成。在一个示例实施例中，包覆214/218为近似200埃厚(包覆214/218的侧壁可以略微薄些)。尽管导电元件和包覆由不同的材料实现，但是导电元件212和包覆214被认为是在一个共同的金属层(例如金属四层)处制造，并且导电元件216和包覆218被认为是在另一个共同的金属层(例如金属五层)处制造。
术语“第一金属层”和“第二金属层”在此可以用于在任何两个不同的金属层之间进行区分，并且“第一金属层”和“第二金属层”不需要分别指示金属一和金属二层。换言之，“第一金属层”指的是描述的集成电路器件内的任何金属层，而不管任何任意的层编号方案，并且“第二金属层”指的是描述的集成电路器件内的任何其它金属层，而不管任何任意的层编号方案。
使用集成了精度模拟、功率器件和逻辑或块的子集的组合CMOS工艺，能够制造智能功率集成电路。智能功率集成电路能够减少各种部件并将所有那些功能组合成单个低成本高效益的IC，该IC包括电压调节、功率MOSFET、输入信号修整、瞬间保护、系统诊断以及控制的功能。使用智能功率集成电路的IC包含各种功能，诸如功率IC、通信、功率管理、安全性和传感器以及许多其它特殊功能。智能功率集成电路是一大组混合信号积木(building block)的特征，该组混合信号积木包括A/D和D/A转换器、轨至轨(rail-to-rail)运算放大器、比较器、电荷泵和选通驱动(gate drive)、电压调节器、精度基准、数字逻辑以及非易失性存储器。对于驱动负载，存在具有感应能量夹、独立热量管理、短路保护和诊断负载感测的功率MOSFET器件。
图2是简化的智能功率集成电路架构250的示意图，作为例子，该智能功率集成电路架构通过使用适当的半导体制造工序而形成在具有n-epi层254的基板252上。使用n型或p型，智能功率集成电路能够形成在具有和/或不具有外延层的各种类型的基板上。实际上，使用任何适当的集成电路制造工序，能够形成智能功率集成电路架构250和在此描述的其它结构。尽管智能功率集成电路架构250被描绘具有功率MOSFET 256、CMOS(n-MOSFET 258和p-MOSFET 260)以及双极器件262，但是实际的智能功率集成电路将会典型地包括各种有源和无源部件，诸如二极管、电阻器、电容器、电感器、熔断器、反熔断器以及存储器件。一般地，智能功率集成电路架构250包括至少一个金属层，并且另外的金属层被添加以增加电路密度并增强电路性能。使用众所周知的半导体加工如植入和扩散，形成各种n型和p型阱。使用氧化和/或沟道工艺，能够实现隔离部件264。
本发明的实施例涉及集成电路器件，该集成电路器件形成在共同的基板上，并且具有与智能功率架构相结合的MRAM架构，其中，通过相同的制造工序同时形成MRAM架构的至少一部分和智能功率架构的至少一部分。如在此使用的那样，智能功率架构包括：功率电路部件，其配置成管理电功率；以及至少一个附加部件，其配置成控制、调节、监视、影响功率电路的操作或对功率电路的操作起反应。实际上，功率电路部件可以包括功率晶体管，并且所述至少一个附加部件可以包括但不限于：传感器(例如环境状况传感器、电磁传感器、机电传感器、电属性传感器、换能器等等)；功率控制部件；模拟部件；数字逻辑部件；或者它们的任何组合。使用智能功率集成电路，设计者能够减少实际应用的模拟部分和数字逻辑的尺寸以实现密集电路。这使得设计者能够将更多特征和性能经济地打包到芯片中，导致减少的晶片面积、减少的尺寸和改进的性能。这种集成帮助汽车系统、工业控制和消费电子产品的设计者简化系统设计、降低系统成本并提高可靠性。
图3是根据示范性实施例配置的集成电路器件300的示意性图示。集成电路器件300一般包括基板302，在该基板302上形成若干功能部件。基板302可以是任何适当的半导体材料如硅基材料。为了易于图示，功能部件在图3中示意性地被描绘为框。在这个例子中，这些功能部件包括功率电路部件304、数字逻辑部件306、传感器架构308、MRAM架构310和模拟功率控制部件312。尽管未在图3中示出，集成电路器件300按照需要可以包括另外的部件以满足具体应用的需要。实际上，这些功能部件中的一些可以耦合在一起以便能够协同操作。例如，功率电路部件304、数字逻辑部件306、传感器架构308和模拟功率控制部件312可以协作以形成用于集成电路器件300的智能功率架构。在这点上，这些部件(单独地或以其任何组合)在此也被称为“智能功率部件”。然而，MRAM架构310不需要耦合到其它部件，并且MRAM架构310可以配置成起到集成电路器件300的独立子系统的作用。以这种方式将MRAM架构310嵌入到智能功率集成电路中导致了物理空间的有效使用，同时使得能够由传统上仅连同MRAM的MTJ核心使用的层制造传感器。
在本发明的一个实际的实施例中，功率电路部件304包括一个或多个高功率MOSFET器件，其配置成以高电压操作以生成高温。替换的实施例可以使用不同的功率生成器件和技术以用于功率电路部件304。数字逻辑部件306可以用CMOS晶体管或任何适当的数字逻辑布置来实现。数字逻辑部件306配置成执行数字操作，该数字操作支持集成电路器件300的智能功率架构。模拟功率控制部件312包括模拟电路部件，其配置成支持集成电路器件300的智能功率架构。模拟功率控制部件312例如可以包括电阻器、电容器、电感器、MOSFET、双极器件和/或其它模拟电路元件。
传感器架构308一般配置成感测集成电路器件300的一个或多个物理、电、磁、环境或其它状况。在这个例子中，集成电路器件300使用由传感器架构308所检测到的量、特性、参数或现象来调节、控制、管理或监视由功率电路部件304生成的输出功率。在这点上，传感器架构308可以使用一个或多个传感器或传感器部件，其包括但不限于：环境状况传感器，诸如温度传感器、湿度传感器、光传感器、辐射传感器等等；电磁传感器；机电传感器，诸如换能器；机械传感器，诸如振动传感器、加速度计、应力/应变传感器等等；磁场传感器；或者电属性传感器，诸如电压传感器、温度传感器、阻抗或电阻传感器、温度传感器、电容传感器、电感传感器等等。
MRAM架构310一般可以配置为如上结合图1和2所述。事实上，集成电路器件300可以使用传统的MRAM设计和技术用于MRAM架构300，并且这样的传统特征将不会在此详细地描述。一般地，MRAM架构310包括MRAM电路部件314和耦合到MRAM电路部件314的MRAM单元阵列316(见图4，图4为集成电路器件300的示意性截面图示)。MRAM电路部件314可以包括支持MRAM架构310的操作的任何数目的元件或特征，其包括但不限于：开关晶体管；输入/输出电路；解码器；比较器；感测放大器等等。图4是一般地描绘集成电路器件300的功能部件的拓扑(topological)布置的简化图。在这点上，图4图示了MRAM架构310形成在基板302上，并且智能功率架构(在这个例子中包括功率电路部件304、数字逻辑部件316、传感器架构308和模拟功率控制部件312)形成在基板302上。图4还图示了MRAM单元阵列316形成在MRAM电路部件314之上。
根据本发明的示例实施例，使用具有前端制造工序和后端制造工序的模块化工艺技术来制造集成电路器件300。在这种环境下，前端制造工序首先被执行，并且在启动后端工艺之前完成。如在此使用的那样，前端制造工序与使用“前端层”的元件或特征的形成相关联，所述“前端层”可以是金属或导电层、介电层或其它层，而后端制造工序与使用“后端层”的元件或特征的形成相关联，所述“后端层”可以是金属或导电层、介电层、MTJ核心层或其它层。这样一来，前端层就位于基板302之上，而后端层则位于前端层之上。实际上，前端和后端制造工序可以使用公知的掩模、反应性离子蚀刻、物理溅射、镶嵌图案形成、物理汽相淀积、电镀、化学汽相和/或等离子增强化学汽相淀积技术。例如，使用能够影响(leverage)CMOS、双极的工艺技术或其它适当的制造技术，可以制造如在此所述的集成电路。
图4是根据示范性实施例配置的集成电路器件300的部件和元件的简化图。集成电路器件300的实际实施例可以包括除了图4中示出的之外的附加层(例如金属层、介电层和/或地平面)。在这个例子中，功率电路部件304、模拟功率控制部件312、数字逻辑部件306和MRAM电路部件314通过前端制造工序由前端层适当地形成。这些前端部件中的一些或全部可以通过前端制造工序同时形成。与此形成对照，传感器架构308(其可以包括一个或多个传感器)和MRAM单元阵列316通过后端制造工序由后端层适当地形成。这些后端部件中的一些或全部可以通过后端制造工序同时形成。实际上，前端和后端制造工序是用于产生MRAM架构310的MRAM制造工序中的模块。这样一来，集成电路器件300的制造就为了智能功率架构的目的而影响了现有MRAM制造工序。用这种方式，智能功率架构的至少一部分和MRAM架构310的至少一部分能够通过选择的MRAM制造工序同时形成。
图5是根据示范性实施例配置的集成电路器件500的示意性截面图示。(图3和4的)集成电路器件300可以使用图5中描绘的一般结构。集成电路器件500表示了以在此描述的方式制造的示例MRAM嵌入智能功率集成电路。集成电路器件500一般包括基板502、形成在基板502之上的前端层504和形成在前端层504之上的后端层506。图5中的虚线508表示了在前端制造工序和后端制造工序之间的虚拟划分线。
在本发明的一个实际实施例中，集成电路器件500的前端层504可以包括金属一层510、金属二层512、金属三层514、居间介电层(在图5中未分开示出)、在层之间路由的传导通孔(conductive via)516等等，而集成电路器件500的后端层506则可以包括金属四层518、金属五层520、MTJ核心“层”522、居间介电层(在图5中未分开示出)、在层之间路由的传导通孔524等等。如上所述，MTJ核心可以通过多于一层的材料实现。然而，为了简单化起见，图5将MTJ核心描绘为单“层”522。在本发明的其它实施例中，集成电路器件500可能包括或多或少的前端层和/或或多或少的后端层。
在图3和4的示例实施例中，使用由(图5的)金属一层510、金属二层512和/或金属三层514产生的元件来形成功率电路部件304、模拟功率控制部件312、数字逻辑部件306和MRAM电路部件314，而使用由(图5的)金属四层518、金属五层520和/或MTJ层522产生的元件来形成(图3和4的)传感器架构308和MRAM单元阵列316。MRAM单元阵列316包括：多个位线，其形成在金属五层520上；多个数字线，其形成在金属四层518上；以及MTJ单元的阵列(MTJ核心层522形成MTJ单元)，其形成在金属四层518和金属五层520之间。在这个例子中，传感器架构308包括传感器部件，其也由MTJ核心层522形成。实际上，以用于产生MRAM单元阵列316的相同后端制造工序来产生这个传感器部件。传感器架构308还可以包括另外的传感器部件(未示出)，其由金属四层518和/或由金属五层520形成。这样的另外的传感器部件可以表示导电轨迹、控制电路、偏置电路等等。
传感器架构308中的传感器适当地配置成(和协作的电路或特征一起，如果需要)以满足特殊应用的需要。设计由MTJ核心层522制造的传感器，使得某些操作状况的变化引起传感器的电、磁、电磁、机电和/或其它特性的相关变化。例如，基于MTJ的传感器可以具有某种温度相关特性，并且能够特殊地设计布线、拓扑和到该传感器的电路连接以形成温度传感器。基于MTJ的传感器还可以具有依赖于物理参数如压力和加速度的某些特性。在参考图6-14的下述实施例中，基于MTJ的器件配置成基于由MTJ核心感测的电流(Isense)及其相关的输出电阻(Rout)来感测附近热源的温度。
MTJ温度传感器实施
对于集成电路(IC)，诸如具有智能功率和磁随机存取存储器(MRAM)电路的IC，温度感测是功率IC设计的关键要素，因为它能够保护电路、器件或系统。许多功率应用IC设计要求高精度温度感测。与用于感测温度的传统实践形成对照，传统实践利用了分离的基于结的传感器，公开的技术使用磁隧道结(MTJ)器件作为温度传感器。MTJ器件或“位单元”的输出电阻(Rout)并从而输出电流(Isense)随着温度可预测地变化。由数字线和/或位线生成的外场能够用于设置或编程或改变MTJ单元的温度对电阻特性。MTJ器件的这种性质允许它用作温度传感器以监视热源的温度。在各种操作状况之下监视热源的温度能够是有用的，例如用于在过载情形下保护热源。MTJ器件能够提供比传统的基于结的器件更加精确的温度测量。将MTJ用作温度传感器相对简单，因为MTJ温度传感器能够与MRAM单元同时形成，从而允许“哑”MTJ MRAM单元与非易失性存储器(NVM)相对地用作温度传感器。MTJ的优越温度特性和性质使得MTJ温度传感器的使用是理想的，因为它展示了高精度的温度感测或监视性能。基于MTJ的MRAM位单元能够为了多种目的用于感测电路温度。例如，MTJ器件的监视性能能够为了各种电路监视目的而用于感测电路温度，这些目的诸如反馈控制、超温保护和电路操作停工等。一般地，这样的MTJ温度传感器能够用于保护MRAM嵌入SMOS IC的部件以及需要温度感测的其它模拟和数字电路。
另外，MTJ温度传感器提供了极好的设计灵活性，因为MTJ温度传感器能够三维地集成。这能够允许传感器周缘地、垂直地或横向地布置在热源或器件如有源电路、功率器件或“智能功率”部件之上。这些热源典型地在集成电路(例如MRAM嵌入SMOS功率IC)的基板中制造。例如，MTJ温度传感器能够放置在有源电路或“智能功率”部件附近或邻近的基板之上的任何地方。这能够允许晶片布线面积的显著节省。这些性质能够允许以低成本高效益的方式加工并且改进温度传感器的总体性能。
图6是根据示范性实施例配置的集成电路器件600的简化截面图。集成电路器件600的实际实施例可以包括除了图6中示出的那些之外的附加层(例如金属层、介电层和/或地平面)。
如图6所示，集成电路器件600包括：哑MRAM单元(TS)608，其生成感测电流(Isense)；热源604，其散发来自电功率的热能；转换电路609，其将感测电流(Isense)转换成感测温度(Tsense)；以及处理器611，其使用感测温度(Tsense)来控制集成电路器件600中的热源604和其它部件(未示出)的操作。热源604能够在基板层602如硅基层中形成或制造，而哑MRAM单元(TS)608则能够在(多个)绝缘层606中形成，该绝缘层606放置在基板层602之上，并且将哑MRAM单元(TS)608与热源604分开。重要地，在这个实施中，哑MRAM单元(TS)608放置在热源604之上，其能够允许3D集成和显著的布线面积节省。术语“哑”在此用于将用于感测应用的MRAM单元与诸如非易失性存储器(NVM)的用于信息存储应用的传统MRAM单元相区别。
在这个例子中，热源604例如可以包括功率电路部件、模拟功率控制部件或数字逻辑部件，其通过前端制造工序由前端层形成。热源604一般能够是任何集成电路，其受益于对其温度的监视，包括但不限于“智能功率”部件。
与此形成对照，哑MRAM单元(TS)608通过后端制造工序由后端层形成。实际上，前端和后端制造工序是用于产生MRAM架构(未示出)的MRAM制造工序中的子工序。这样一来，集成电路器件600的制造就为了智能功率架构的目的影响了现有MRAM制造工序。
尽管为了说明的简单化起见未在图6中示出，哑MRAM单元(TS)608通常包括数字线、位线和布置在所述数字线与所述位线之间的磁隧道结(“MTJ”)核心，如同图1中示出的那样。热源604在操作时生成热能，并且热耦合到哑MRAM单元(TS)608具体地热耦合到其磁隧道结核心。
图14是图示MTJ输出电阻(Rout)相对于变化温度的图表。这个图表图示了MTJ输出电阻(Rout)相对于温度的相关性，其中x轴以摄氏温度指示温度，而y轴则以欧姆指示MTJ的隧道磁阻(TMR)。曲线图上的每条线都表示具有给定尺寸的隧道区域的磁隧道结。不管磁隧道结的尺寸，MTJ器件的输出电阻(Rout)作为MTJ器件所经历的温度的函数而变化(例如随着温度增加而下降)。
哑MRAM单元(TS)608使用这些性质以提供三维集成的温度传感器(TS)，其具有能够与哑MRAM单元(TS)608所经历的温度相关联的输出电流(Isense)，因此该输出电流(Isense)能够用于感测热源604的温度(Tsense)。电流(Isense)的变化或改变能够用于精确地检测和表征热源604附近的温度和/或温度变化。例如，当热源604的温度增加/下降时，MTJ核心608的电阻下降/增加，并且其输出电流(Isense)增加/下降。MTJ核心608的输出电阻(Rout)相对于感测电流(Isense)相反地变化(例如，输出电阻(Rout)与输出电流(Isense)成反比)。
由数字线和/或位线生成的外场能够用于设置或编程或改变哑MRAM单元(TS)608的温度对电阻特性。因此，MTJ器件或“位单元”的输出电阻(Rout)和输出电流(Isense)随着温度可预测地变化。这样一来，当哑MRAM单元(TS)608的输出隧道磁阻(TMR)变化时，电流(Isense)也变化，并且在感测电流(Isense)与由哑MRAM单元(TS)608所经历的温度之间的关系能够被确定并用于感测温度。
在一个实施例中，转换电路609测量输出电流(Isense)，并且使用测量的输出电流(Isense)来确定MTJ器件的相应输出电阻(Rout)。因为在MTJ器件的输出电阻(Rout)和MTJ器件所感测的温度(Tsense)之间的关系能够被编程并且是已知的，所以转换电路能够确定由MTJ器件所感测的温度(Tsense)。通过观察电流(Isense)和基准之间的差能够监视/感测温度。由此，转换电路609就能够精确地使电流(Isense)与相应的“感测”温度(Tsense)相关联，并且将感测温度提供给处理器611，该处理器611能够按照需要对集成电路600的操作进行调整，例如以在过载的情形下保护热源。
图7是根据示范性实施例配置的集成电路器件700的简化截面图。在这个实施例中，能够合“智能功率”IC 704、706、712以及MRAM电路714、716实施许多磁隧道结(MTJ)温度传感器708。集成电路器件700的实际实施例可以包括除了图7中示出的那些之外的附加层(例如金属层、介电层和/或地平面)。此外，集成电路器件700的实施能够包括：转换电路(未示出)，用于将感测电流(Isense)转换成感测温度(Tsense)；以及处理器(未示出)，用于响应于感测温度(Tsense)来控制集成电路器件700的操作。
集成电路器件700包括：基板702；磁随机存取存储器(“MRAM”)架构714、716，其形成在所述基板702上面；传感器架构，其包括形成在所述基板702上面和/或之上的哑MRAM单元708；以及有源电路部件704、706、712，其形成在基板内。MRAM架构可以包括MRAM逻辑电路714和MRAM单元阵列716。
如上面提到的那样，MRAM单元阵列716包括多个MRAM单元。多个MRAM单元中的每一个可以包括许多部件，为了说明的简单化起见这没有在图7中示出。例如，如关于图1在上面描述的那样，每个MRAM单元可以包括：数字线，其由所述第一金属层形成；位线，其由所述第二金属层形成；以及磁隧道结(“MTJ”)核心，其形成在所述第一金属层和所述第二金属层之间。
在该描述中，术语“特殊”用于在用于温度感测应用的哑MRAM单元的部件和用于存储目的的常规MRAM单元如非易失性存储器(NVM)的相应部件之间进行区别。哑MRAM单元708或温度传感器(TS)中的每一个都包括与MRAM单元相同的部件，并且与MRAM单元阵列716的MRAM单元同时制造。再一次，哑MRAM单元的这些部件为了说明的简单化起见而没有在图7中示出，然而，每个特殊的哑MRAM单元可以包括：特殊数字线，其由第一金属层形成；特殊位线，其由第二金属层形成；以及特殊磁隧道结(“MTJ”)核心，其布置在所述第一金属层和所述第二金属层之间。
有源电路部件有时被称为“智能功率”部件，并且例如可以包括功率电路部件704、模拟功率控制部件712和数字逻辑部件706。有源电路部件中的每一个能够形成在基板702内，并且每个特殊磁隧道结核心或温度传感器(TS)708例如能够形成在相应的有源电路部件704、706、712之上或上方以节省布线面积。可替换地，每个特殊磁隧道结核心或温度传感器(TS)708例如能够相邻于相应的有源电路部件704、706、712形成。相应的有源电路部件704、706、712通过散发功率以给定温度生成热能。通过哑MRAM单元708能够感测温度。哑MRAM单元708具有与它们相关联的电阻(Rout)，其作为温度的函数而变化(见图14)。因为MTJ核心或单元的电阻对温度特性能够被编程或另外确定，所以能够将电流(Isense)与MTJ核心/单元的电阻(Rout)相关联，该电阻(Rout)能够与哑MRAM单元708所经历的温度相关。被称为磁隧道结的输出隧道磁阻(TMR)的磁隧道结的固有性质作为其内部温度的函数而变化。通过监视磁隧道结的输出电阻(Rout)，还可以监视温度的波动。这例如能够经由转换电路(未示出)完成，该转换电路配置成观察和表征流过MTJ核心的电流(Isense)的值。转换电路基于电流(Isense)能够确定MTJ核心/单元的电阻值(Rout)。根据电阻值(Rout)，转换电路能够通过将电阻值关联到温度来确定相关或相应的温度值。同样地，MTJ单元/核心能够结合转换电路用作“温度传感器”，以确定功率电路部件704、模拟功率控制部件712和数字逻辑部件706的温度。
在图7示出的示范性实施例中，功率电路部件704、模拟功率控制部件712、数字逻辑部件706和MRAM电路部件714通过前端制造工序由前端层适当地形成。这些前端部件中的一些或全部可以在前端制造工序期间同时形成。前端部件能够部分地或完全地布置在基板702上，或者部分地或完全地嵌入基板702中。
与此形成对照，传感器架构709(其可以包括一个或多个传感器708)和MRAM单元阵列716通过后端制造工序由后端层形成。传感器架构709典型地布置或嵌入在位于基板702之上的绝缘层如层间电介质中。如上所述，“后端”层是在“前端”层之后形成的层。这些后端部件中的一些或全部可以通过后端制造工序同时形成。实际上，前端和后端制造工序是用于产生MRAM架构的MRAM制造工序中的子工序。这样一来，集成电路器件700的制造就为了智能功率架构的目的影响了现有MRAM制造工序。用这种方式，智能功率架构的至少一部分和MRAM架构的至少一部分能够通过选择的MRAM制造工序同时形成。这种方法还允许传感器架构709的三维(3D)集成。例如，图7图示了MTJ电流传感器708能够布置在功率散发器件704之上，允许在硅基板中节省面积。如前面提到的那样，面积节省允许增强产率。
MTJ温度传感器708还提供了显著的设计灵活性。由MTJ单元/核心所经历的温度取决于在MTJ和功率散发热源之间的距离。在制造工序期间能够控制MTJ单元/核心、写电流线(位线和数字线)和温度源704、706、712之间的各个距离。通过修改这些距离，可以调整温度传感器的灵敏度以满足设计需要。
图8是根据示范性实施例配置的集成电路800的简化截面图，其实施了MTJ核心温度传感器830，用于感测相关热源或发热器件1804如有源电路(或“智能功率”)部件的温度。
集成电路800包括基板801、磁隧道结温度传感器830、第一绝缘层803、数字线(DL)810、发热器件1804、第二绝缘层805、第三绝缘层807、位线(BL)808、第四绝缘层809和磁屏蔽层820。
与发热器件1804相关联的磁隧道结温度传感器830热耦合到该发热器件1804。磁隧道结核心830的输出隧道磁阻(TMR)作为其内部温度的函数而可预测地变化。通过监视磁隧道结核心的输出TMR(Rout)，可以监视温度的波动。
为了进一步解释，磁隧道结核心温度传感器830响应于发热器件1804的温度变化。具体地，磁隧道结核心830的电阻(Rout)作为由发热器件1804所生成的温度的函数而变化。同样地，磁隧道结核心温度传感器830能够感测电流(Isense)，其然后能够用于生成感测的温度(Tsense)。
MRAM单元830包括第一磁层802、隧道势垒806、钉扎磁层804和电极层816、817(图8)。“自由”磁层802能够由上铁磁或合成反铁磁(“SAF”)层形成，“钉扎”磁层804能够由下铁磁或SAF层形成，并且隧道势垒层806能够布置在自由层802和钉扎层804之间，使得它处于自由层802和钉扎层804之间。钉扎层804能够由NiFe材料制成，并且能够具有固定的磁化取向(在图8中向右)。自由层802能够由NiFe制成，并且与钉扎层不同，自由层中的磁化取向能够指向图8中的左方或右方。隧道势垒从钉扎层向自由层“隧穿”电流，并且可以包括氧化物。电极816位于钉扎层804之下，而电极817则位于自由层802之上。
图8还描绘了对应于单元830的位线808和数字线810(单独地并且集体地在此被称为“程序线”)。自由磁层802中的磁化的取向，对于触发器应用是响应于来自数字和位线的施加电流脉冲而旋转，而对于单个磁自由层(或传统的)应用则是当数字和位线脉冲两者被同时施加时进行完整的180度翻转。在典型的非触发器MRAM中，通过翻转位线808中电流的极性同时保持数字线810中电流的极性不变，来切换位的取向。磁包覆或屏蔽层814、818能够被随意地提供以改进稳定性并减少由邻近MRAM单元的路由所导致的信号噪声/干扰。在这个例子中，数字线810包括导电数字元件812和由软磁材料形成的导磁包覆材料814。包覆814围绕导电元件812的三侧部分地包围导电元件812，使得导电元件812的面朝上的表面保持未包覆。线808包括导电位元件820和由导磁材料形成的包覆818。包覆818围绕导电元件820的三侧部分地包围导电元件820，使得导电元件820的面朝下的表面保持未包覆。包覆814/818可以用于使磁通量朝向MTJ集中以提高编程的效率。包覆具有减少向相邻位的写干扰的额外益处。在实际的实施例中，磁包覆是MRAM工艺中使用的铜程序线的制造中使用的势垒层的主要部分。
在实际的实施例中，导电元件812和导电元件820由导电材料如铜形成，并且包覆814/818由软的导磁材料如NiFe、镍铁钴合金、钴铁合金等形成。在一个示例实施例中，包覆814/818为近似830埃厚(包覆814/818的侧壁可以略微薄些)。尽管导电元件和包覆能够由不同的材料实现，但是导电元件812和包覆814被认为是在一个共同的金属层(例如金属四层)处制造，并且导电元件820和包覆818被认为是在另一个共同的金属层(例如金属五层)处制造。
另外，能够在MTJ核心温度传感器830之上提供附加的一个或多个厚磁屏蔽层820。厚磁屏蔽层820放置在MTJ温度传感器之上以保护MTJ温度传感器免于外部噪声，以便MTJ温度传感器830感测特殊温度，该特殊温度与将要感测的热源或发热器件1804相关联。附加的厚磁屏蔽层820能够保护电流信号(Isense)免于外源造成的外部噪声。这能够允许更加精确的测量。通过消除由邻近器件的电流路由引起的信号干扰，磁屏蔽层820改善了MTJ输出电阻的信号噪声和稳定性。磁屏蔽层820减少了其中电流信号(Isense)能够易受外部噪声影响的区域中的不想要的磁场的影响。当由于磁屏蔽层820而减少噪声时，MTJ电流传感器能够产生甚至更加精确的测量结果。
发热器件1804热耦合到磁隧道结核心温度传感器830。如下所述，提供在MTJ之下的数字线810和提供在MTJ之上的位线820允许初始设置或编程MTJ器件830的温度对电阻特性。
如关于图9-11并参考图1现在将要描述的那样，当实施MTJ核心温度传感器202、204、206时，通过修改或改变MTJ核心温度传感器202、204、206的电极202、204的几何形状，能够进一步提高温度传感器稳定性。例如，能够改变MTJ核心温度传感器202、204、206的电极202、204的诸如纵横比、相对取向、尺寸和形状的变量。
图9是根据示范性实施例配置的MTJ核心温度传感器202、204、206的电极202、204的分解平面图900，其中电极中的至少一个为方形。电极202、204在图9中被示出为横向放置，以便它们的相对形状和尺寸可以更加容易地看到。然而，当装配以形成MTJ核心温度传感器202、204、206时，它们一个位于另一个之上，亦即电极204位于电极202之上。电极202-1、204-1被示出为基本上方形，亦即具有X和Y尺度Y_202-1＝X_202-1＝Y_204-1＝X_204-1。为了解释方便起见，这是一直到现在用于大部分的表示，但这不是必需的。电极202-2、204-2不同，其中电极202-2为矩形，Y_202-2＞X_202-2并且Y_204-2＝X_204-2。再一次，这仅仅旨在示意电极的各种可能形状而不是穷举或限制。
图10是根据其它示范性实施例配置的MTJ的电极202、204的分解平面图1000，其中电极202、204的任一或两者具有各种示范性非方形的形状。例如，在310-1中，电极202、204中的任一个或两者为矩形并且以尺度X显著大于Y的方式呈细长形，在310-2中，电极202、204中的任一个或两者以X＞＞Y的方式呈细长形并且具有三角末端，而在310-3中，电极202、204中的任一个或两者则以X＞＞Y的方式呈细长形并且具有圆形末端。当将电极一个放置在另一个之上以形成MTJ核心温度传感器202、204、206时，它们的较长尺度可以相对于彼此形成各种角度，如图11中示意性地图示的那样。在某些环境下使用显著不对称的电极形状是有用的，因为薄电极中的平面图不对称影响了电子自旋轴可以被旋转的难易。例如，尽管在有磁场的情况下能够通过热处理来钉扎第一个电极中的电子自旋轴，但是另一种方法是使电极形状高度不对称，例如在平面图中长而且窄，因为远离该非对称形状的纵向而旋转电子自旋轴非常困难。然而，可以使用用于钉扎自旋轴的任一布置。
图11示出了根据还有其它示范性实施例配置的MTJ的电极202、204的布置的平面图1100，其中电极202、204中的至少一个具有相对于另一个电极不同的角度布置。为了说明方便起见，第一电极202-4被示出为单个连续电极，其中不同的分段第二电极204-4-1……204-4-4以不同的角度与其相交。在其它实施例中，电极202-4能够由分开的分段构成，每个位于第二电极204-4-1……204-4-4中的单独一个下面。第二电极204-4-1以其长尺度以角度β-3基本上正交于第一电极202-4的长尺度的方式取向。第二电极204-4-2以其长尺度与第一电极202-4的长尺度基本上平行(或反平行)的方式取向。第二电极204-4-3以其长尺度相对于第一电极202-4的长尺度成角度β-1的方式取向，而第二电极204-4-4则以其长尺度相对于第一电极202-4的长尺度成角度β-2的方式取向。这样一来，广泛多种不同相对角度取向就可以用于第一和第二电极202、204。
图12示出了在热或“功率散发”源1220-1、1220-2和1220-3之上实施磁隧道结(MTJ)温度传感器1201-1217的集成电路器件的简化俯视图。通过优化或改变变量，还能够进一步改进MTJ核心温度传感器的性能，所述变量诸如MTJ核心温度传感器1201-1207相对于要被感测的温度源1220-1的接近度、MTJ核心温度传感器1208-1212相对于要被感测的温度源1220-2的角度/取向、以及MTJ核心温度传感器1213-1217相对于要被感测的温度源1220-3的尺寸。通过优化MTJ温度传感器器件相对于所关心的热源或功率散发源的位置、角度和覆盖(coverage)，能够改进MTJ温度传感器器件1201-1207的性能。
图13是示出根据示范性实施例的制造MTJ核心温度传感器的方法的流程图，将参考图8中图示的横截面来描述。在步骤1302，提供基板801，该基板801具有嵌入其中的有源电路部件或器件804如智能功率或模拟集成电路。然后在步骤1306，使用已知的半导体加工技术，布置具有磁包覆814的数字线(DL)810。例如经由物理汽相淀积和电镀以淀积例如铜材料，这能够发生。在步骤1307，淀积第一绝缘体层803，诸如层间介电(ILD)层。然后在步骤1308，使用已知的半导体加工技术，能够布置导电MTJ电极层816，使得它经由第一绝缘体层与DL 810隔开。底部MTJ电极816然后能够按照需要形成图案。底部MTJ电极816例如可以包括Ta金属。在步骤1309，在底部MTJ电极816上连续淀积最终包括MTJ核心的层804、806、802。在步骤1310，使用已知的光刻技术能够去除层804、806、802的部分，留下MTJ结构，其包括自由层802、隧道势垒806和钉扎层804。在步骤1312，在自由层802之上淀积另一个绝缘层如ILD。在步骤1314，使用已知的半导体加工技术，布置并使顶部MTJ电极817形成图案。在步骤1316，在顶部MTJ电极817之上布置另一个层间介电层。然后在步骤1318，使用已知的半导体加工技术布置导电位线(BL)820，该导电位线(BL)820具有磁包覆层或磁屏蔽层或两者。DL 810和/或BL 820能够用于初始编程或设置MTJ核心830的电阻对温度特性。由数字线和/或位线生成的外场能够用于设置或编程或改变MTJ单元的温度对电阻特性。
总之，根据本发明的示例实施例配置的系统、器件和方法涉及温度感测技术。
根据一个实施例，提供了一种集成电路器件，其包括布置在基板中的热源和布置在所述热源之上的磁隧道结(“MTJ”)温度传感器。
根据另一个实施例，提供了一种集成电路器件，其包括：热源，其生成能够在温度方面变化的热；以及哑MRAM单元，其布置在所述热源附近，所述哑MRAM单元包括特殊磁隧道结(“MTJ”)核心，其配置成生成作为所述温度的函数而变化的电流。
根据还有另一个实施例，提供了一种集成电路器件，其包括：基板；热源，其形成在所述基板内并且具有温度；以及磁随机存取存储器(“MRAM”)架构，其形成在所述基板上。MRAM架构包括MRAM单元阵列和哑MRAM单元。哑MRAM单元包括特殊磁隧道结(“MTJ”)核心，其形成在热源之上并且配置成生成相对于热源的温度而变化的电流。
根据还有另一个实施例，提供了一种集成电路器件，其包括：热源，其具有温度并且配置成生成热能；温度传感器，其布置在所述热源之上；以及温度传感器电路，其配置成使电流的值与所述热源的相应温度相关联。温度传感器包括磁隧道结(“MTJ”)核心，其具有作为热源温度的函数而变化的电阻值，并且配置成生成随着特殊MTJ核心的电阻值而变化的电流。
在一个实施中，提供了一种集成电路器件，其包括：基板；热源，其形成在所述基板内；以及哑MRAM单元，其包括特殊磁隧道结(“MTJ”)核心。热源配置成生成热能并且具有温度。热源能够通过前端制造工序由前端层形成。热源例如可以包括源电路部件、功率电路部件、功率控制部件或逻辑部件中的至少一个。
特殊磁隧道结核心的电阻值随着温度而变化。特殊磁隧道结核心响应于热源温度的变化，并且配置成感测温度并生成响应于温度的电流。特殊磁隧道结核心的电阻值能够响应于热源所生成的热能的变化而变化，使得特殊磁隧道结核心的电阻值作为热源温度的函数而变化。电流基于特殊磁隧道结核心的电阻值而变化。特殊磁隧道结核心的电流用于确定热源的相应温度。
温度传感器电路能够配置成使由特殊磁隧道结核心所生成的电流与指示热源温度的相应温度相关联。
在一个实施例中，哑MRAM单元进一步包括第一导电层和第二导电层，并且特殊MTJ核心布置在第一导电层和第二导电层之间。第一导电层进一步还可以包括布置在特殊磁隧道结核心之下的第一磁屏蔽层，并且第二导电层可以进一步包括布置在特殊磁隧道结核心之上的第二磁屏蔽层。
还能够提供包括多个MRAM单元的MRAM单元阵列。多个MRAM单元中的每一个包括第一导电层、第二导电层和形成在第一导电层与第二导电层之间的磁隧道结(“MTJ”)核心，其中每个MTJ核心基本上等同于哑MRAM单元的特殊MTJ核心。MRAM单元阵列和特殊磁隧道结核心能够通过在前端制造工序之后发生的后端制造工序由后端层形成。在一个实施中，特殊磁隧道结核心能够形成在热源之上并热耦合到热源。
在一个实施中，特殊磁隧道结核心包括第一电极和第二电极，并且特殊磁隧道结核心的电阻对温度特性基于以下中的至少一个而变化：第一电极或第二电极相对于第一导电层或第二导电层的位置、第一电极或第二电极相对于第一导电层或第二导电层的接近度、第一电极或第二电极相对于第一导电层或第二导电层的纵横比、第一电极或第二电极相对于第一导电层或第二导电层的尺寸、或者第一电极或第二电极相对于第一导电层或第二导电层的取向。
根据其它实施例，提供了产生集成电路的方法。
根据一个示范性方法，提供了基板，其具有布置在所述基板中的热源，以及导电数字线。在热源和导电数字线之上提供磁隧道结(“MTJ”)温度传感器，其包括MTJ核心。在MTJ温度传感器之上提供导电位线，使得MTJ温度传感器布置在导电数字线和导电位线之间。能够通过以下制造MTJ温度传感器：淀积第一导电MTJ电极层；在第一导电MTJ电极层上淀积自由层、隧道势垒层和钉扎层；通过使自由层、隧道势垒层和钉扎层形成图案来形成MTJ核心；以及在MTJ核心上淀积第二导电MTJ电极层。能够在第二导电MTJ电极层之上淀积层间介电层，并且能够在层间介电层之上淀积导电位线。
根据一个示范性方法，提供基板，并且通过前端制造工序由前端层在基板中形成热源。热源具有变化的温度。在前端制造工序之后，然后通过后端制造工序由后端层形成磁隧道结(“MTJ”)核心。MTJ核心具有作为温度的函数而变化的电阻值，并且配置成生成基于电阻值而变化的电流。然后能够淀积导电数字线。然后能够在第二导电MTJ电极层之上淀积层间介电层，并且然后能够在层间介电层之上淀积导电位线，使得温度传感器布置在导电数字线和导电位线之间。然后能够经由导电数字线和导电位线中的至少一个生成场来设置MTJ核心的温度对电阻特性。
根据另一个示范性方法，提供基板，并且在基板中形成热源。热源具有温度。在基板上形成磁随机存取存储器(“MRAM”)架构。MRAM架构包括MRAM单元阵列和哑MRAM单元。哑MRAM单元包括特殊磁隧道结(“MTJ”)核心，其具有作为温度的函数而变化的电阻值。MTJ核心生成基于电阻值而变化的电流。
根据其它实施例，提供了感测在集成电路的基板中布置的热源的温度的方法。
根据一个示范性方法，在热源之上提供磁隧道结(“MTJ”)温度传感器。MTJ温度传感器包括MTJ核心，其配置成生成电流。电流的值基于特殊MTJ核心的电阻值而变化。MTJ核心的电阻值作为热源温度的函数而变化。由MTJ核心所生成的电流值于是就能够被与热源的相应温度相关联。这种关联例如能够通过以下来完成：测量由MTJ核心所生成的电流的值，并且将由MTJ核心所生成的电流值与近似等于热源温度的相应温度相关联。通过以下能够将由MTJ核心所生成的电流值与热源的相应温度相关联：测量由MTJ核心所生成的电流值；使用MTJ核心的电阻对电流特性将由MTJ核心所生成的电流值与MTJ核心的相应电阻值相关联；以及使用MTJ核心的电阻对温度特性以将MTJ核心的相应电阻值与近似等于热源温度的相应温度相关联。然后还能够提供导电数字线。在这种情况下，在热源和导电数字线之上提供MTJ温度传感器。能够在MTJ温度传感器之上提供导电位线，使得MTJ温度传感器布置在导电数字线和导电位线之间。其后，例如通过使用导电数字线和导电位线中的至少一个，能够编程MTJ核心的电阻对温度特性。
根据另一个示范性方法，提供了感测由热源所生成的温度的方法，其包括：在热源之上提供哑MRAM单元，该哑MRAM单元具有作为由哑MRAM单元所感测的温度的函数而变化的电阻值；在哑MRAM单元中生成电流，其取决于哑MRAM单元的电阻值；以及使用由哑MRAM单元所生成的电流值来确定热源的温度。在一个实施中，哑MRAM单元包括布置在第一电极和第二电极之间的自由层、隧道势垒层和钉扎层。
根据另一个示范性方法，提供了感测热源温度的方法。这种方法包括：在磁隧道结(“MTJ”)中生成电流；测量由MTJ核心所生成的电流值；以及基于该电流值确定热源的温度。例如通过以下能够基于电流值来确定热源的温度：确定对应于电流值的MTJ核心的电阻值；以及基于MTJ核心的电阻值确定热源的温度。例如通过使用MTJ核心的电阻对电流特性来确定对应于电流值的MTJ核心的电阻值，能够确定MTJ核心的电阻值。通过使用MTJ核心的电阻对温度特性来基于MTJ核心的电阻值而确定热源的温度，从而能够基于MTJ核心的电阻值来确定热源的温度。
虽然在前述详细描述中已展示了至少一个示例实施例，但是应当意识到还存在大量的变体。还应当意识到的是，在此描述的一个或多个示例实施例并不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。而是，前述详细描述将会为本领域技术人员提供方便的指导以实施所描述的一个或多个实施例。应当理解的是，在元件的功能和布置方面能够进行各种改变而不脱离如所附权利要求及其合法等价物中所阐述的本发明的范围。