[发明专利]磁隧道结温度传感器和方法

说明书

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；