半导体监控装置、晶圆、板级架构及通信设备的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及到一种半导体监控装置、晶圆、板级架构及通信设备。


背景技术：

2.在半导体器件的制造过程中，通常需要对半导体硅片进行氧化、淀积、光刻、扩散、离子注入、刻蚀等加工工序，以制成所需的晶圆。然后，对晶圆进行切割，以形成多个晶片。之后将晶片进行加工，以制成半导体器件。
3.在晶圆的制造过程中，大部分加工工序包括热处理，或者需要在高温环境下进行。在加热或高温的作用下，半导体硅片的内部结构会受到不同的热应力，导致受力不均，容易产生不规则的形变。因此，制造过程中的晶圆会发生翘曲现象，这也被称为“薯片效应”。目前，主要采用光学设备来检测晶圆的翘曲变化。然而，这种方式只能对晶圆成品的翘曲进行检测，并不能监测晶圆制造过程中发生的晶圆翘曲。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种半导体监控装置、晶圆、板级架构及通信设备，以实现对晶圆、板级架构及通信设备的实时监控，从而可以及时发现晶圆、板级架构及通信设备的参数变化，并进行干预，进而可以提高晶圆、板级架构及通信设备的制作良率和使用寿命。
5.第一方面，本技术提供了一种半导体监控装置。半导体监控装置具体包括信号处理单元和至少一个感应栅。具体的，每个感应栅具体包括依次电性连接的传感层、第一金属互连层、第二金属互连层和电路层。另外，感应栅还可以包括输出端口。输出端口的一端通过第二金属互连层与电路层电性连接，另一端与信号处理单元电性连接。
6.上述半导体监控装置可以应用于监控晶圆、半导体器件或板级架构等。在实际应用时，半导体监控装置可以直接设置于半导体衬底。该半导体衬底可以为被监控对象的衬底；或者，该半导体衬底也可以为半导体监控装置的额外半导体衬底，并且该半导体衬底与被监控对象的衬底可以为一体结构。当半导体监控装置工作时，传感层用于获取半导体衬底的参数的瞬时信号，并将瞬时信号发送给电路层。电路层根据接收到的瞬时信号，可以获得输出信号。然后电路层将输出信号发送给信号处理单元。信号处理单元根据接收到的输出信号，可以获得监控数据。之后信号处理单元将监控数据发送给外部设备，向用户提供半导体衬底的参数的实时监控。用户可以根据实时监控，判断半导体衬底的参数是否发生变化，从而确定被监控对象的参数是否发生变化。这样，在被监控对象的制造过程中或使用过程中，当半导体衬底的参数发生不期望的变化时，可以及时对被监控对象进行干预，从而可以提高被监控对象的制作良率以及使用寿命。此外，由于上述半导体监控装置可以通过自身结构来完成监控数据的获取和处理，而不需要依赖其他外部设备对监控数据再进行处理，因此可以降低监控的成本，并且还能够应用于各种复杂的环境。
7.上述传感层和电路层的具体类型不限。例如，在一个技术方案中，传感层可以为微
机电系统传感层，电路层可以为互补金属氧化物半导体电路层。这样，半导体监控装置可以与晶圆或板级架构一起制作，而不需要单独设置制作流程。
8.具体的，半导体监控装置可以用于被监控对象的翘曲变化，其中，传感层获取的参数可以为应力参数。当然，传感层获取的参数也可以为电磁波参数、振动参数或噪声参数等，本技术不作具体限制。
9.在一些技术方案中，半导体监控装置可以包括多个感应栅组。具体的，上述多个感应栅组可以包括至少一个第一感应栅组和多个第二感应栅组。上述多个第二感应栅组可以形成至少一个环形阵列。环形阵列设置于上述至少一个第一感应栅组的周侧，并且环绕第一感应栅组设置。这样，上述多个感应栅组可以分布于整个半导体衬底，从而使得获取的瞬时信号更为准确，提高半导体监控装置的监控准确性。当然，上述多个感应栅组也可以呈矩形阵列分布，或者呈不规则的图形分布。
10.在具体设置环形阵列时，每个环形阵列中的第二感应栅组的具体数量不限。例如，在一个具体的技术方案中，每个环形阵列可以包括8个第二感应栅组。或者，在另一个具体的技术方案中，每个环形阵列可以包括12个第二感应栅组。
11.每个第二感应栅组内的感应栅的具体数量不限，例如可以为1个、2个、4个、7个、10个或11个等。例如，在一个具体的技术方案中，第二感应栅组可以包括第一感应栅、第二感应栅和第三感应栅，第二感应栅设置于第一感应栅和第三感应栅之间。第一感应栅的栅条延伸方向与第三感应栅的栅条延伸方向可以呈90度夹角设置，第一感应栅的栅条延伸方向与第二感应栅的栅条延伸方向呈45度夹角设置，第三感应栅的栅条延伸方向与第二感应栅的栅条延伸方向呈45度夹角设置。这样使第一感应栅、第二感应栅和第三感应栅可以较为均匀地分布，能够更为精确地获取半导体衬底的参数的瞬时信号。
12.具体的，上述第一感应栅、第二感应栅和第三感应栅的类型也不作限制。例如，第一感应栅和第三感应栅可以为p型感应栅，第二感应栅可以为n型感应栅。或者，第一感应栅和第三感应栅可以为n型感应栅，第二感应栅可以为p型感应栅。这样，第二感应栅的感应结果可以与第一感应栅和第三感应栅的感应结果相互补偿，使得获取的瞬时信号更为精确。
13.具体设置信号处理单元时，信号处理单元包括依次电性连接的采样模块、处理模块、寄存器模块和通信模块。其中，采样模块与电路层电性连接，并接收输出信号。处理模块根据输出信号得到监控数据，并将监控数据发送给寄存器模块进行存储。通信模块与外部设备电性连接，通信模块从寄存器模块获取监控数据，并将监控数据发送给外部设备。
14.此外，上述半导体监控装置还可以通过外部设备控制来进行监控。例如，通信模块从外部设备接收指示信号，并根据指示信号，激励传感层获取瞬时信号。因此，用户可以根据具体要求来启动半导体监控装置进行实时监控，实现半导体监控装置的可控性。
15.具体的，上述信号处理单元还可以包括电性连接的驱动模块和激励模块。驱动模块与通信模块电性连接，激励模块与感应栅电性连接。通信模块根据指示信号得到激励信号，并将激励信号发送给驱动模块。驱动模块根据激励信号，激励传感层获取瞬时信号。
16.此外，当半导体监控装置设置于半导体衬底时，传感层和电路层的相对位置不作具体限制，传感层与电路层可以设置于半导体衬底的相对两侧，或者传感层与电路层也可以设置于半导体衬底的同一侧。
17.例如，在一些技术方案中，传感层和第一金属互连层可以设置于半导体衬底的第
一侧，电路层、第二金属互连层和输出端口设置于半导体衬底的第二侧，其中第一侧与第二侧相对设置。半导体衬底设置有接触孔，接触孔贯穿半导体衬底，第一金属互连层与第二金属互连层通过接触孔电性连接。传感层和电路层设置于半导体衬底的相对两侧，可以提高半导体衬底的空间利用率，从而可以减小半导体衬底的尺寸，并且提高半导体监控装置的集成度。
18.具体设置上述半导体监控装置时，传感层可以设置于半导体衬底的第一侧的表面。第一侧的表面设置有凹槽。第一金属互连层设置于凹槽，并与传感层接触。电路层可以设置于半导体衬底的第二侧的表面。第二金属互连层设置于电路层背离半导体衬底的一侧。输出端口设置于第二金属互连层背离电路层的一侧。这样，传感层可以从半导体衬底的表面获取应力参数的变化，能够及时检测到半导体衬底的翘曲变化。
19.当然，传感层和电路层也可以设置于半导体衬底的同一侧。也就是说，传感层、第一金属互连层、第二金属互连层、电路层和输出端口均可以设置于半导体衬底的同一侧。这样，第一金属互连层与第二金属互连层可以直接连接，而不需要通过接触孔电性连接，从而可以缩短传感层与电路层之间的信号通路，减少信号干扰和延迟，进而提高感应栅的灵敏性和精度。
20.具体设置上述半导体监控装置时，传感层和电路层可以分别设置于半导体衬底的一侧表面并间隔设置。第一金属互连层设置于传感层背离半导体衬底的一侧，第二金属互连层设置于电路层背离半导体衬底的一侧。输出端口设置于第二金属互连层背离电路层的一侧。同样，这种结构也适于传感层获取应力参数的变化，能够及时检测到半导体衬底的翘曲变化。
21.在上述技术方案中，半导体监控装置还可以包括氧化层结构。氧化层结构填充感应栅，将传感层和电路层间隔，并且还可以将半导体监控装置和被监控对象间隔开，这样可以避免传感层与电路层彼此干扰，且避免半导体监控装置与被监控对象彼此干扰。
22.第二方面，本技术提供了一种晶圆。晶圆包括第一半导体功能层以及第一方面的半导体监控装置。第一半导体功能层设置于第一半导体衬底。在晶圆的制造过程中，当晶圆的状态发生变化，例如晶圆发生振动、翘曲、异常振动或电磁干扰时，第一半导体衬底的参数会改变。半导体监控装置可以获取第一半导体衬底的参数的瞬时信号，并向外部设备发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断晶圆的状态是否发生改变，从而可以及时干预晶圆制造，阻止晶圆的异常变化，并且还可以根据晶圆的实际情况对制造环境进行调节，进而可以提高晶圆的制作良率。
23.半导体监控装置设置于晶圆时，信号处理单元和感应栅可以直接设置于第一半导体衬底。具体的，感应栅的传感层与电路层可以设置于第一半导体衬底的相对两侧，或者传感层与电路层也可以设置于第一半导体衬底的同一侧。
24.例如，在一些技术方案中，传感层和第一金属互连层可以设置于第一半导体衬底的第一侧，电路层、第二金属互连层和输出端口设置于第一半导体衬底的第二侧，其中第一侧与第二侧相对设置。第一半导体衬底设置有接触孔，接触孔贯穿第一半导体衬底，第一金属互连层与第二金属互连层通过接触孔电性连接。传感层和电路层设置于第一半导体衬底的相对两侧，可以提高第一半导体衬底的空间利用率，从而可以减小第一半导体衬底的尺寸，并且提高半导体监控装置的集成度。
25.具体设置上述半导体监控装置时，传感层可以设置于第一半导体衬底的第一侧的表面。第一侧的表面设置有凹槽。第一金属互连层设置于凹槽，并与传感层接触。电路层可以设置于第一半导体衬底的第二侧的表面。第二金属互连层设置于电路层背离第一半导体衬底的一侧。输出端口设置于第二金属互连层背离电路层的一侧。这样，传感层可以从第一半导体衬底的表面获取应力参数的变化，能够及时检测到第一半导体衬底的翘曲变化。
26.当然，传感层和电路层也可以设置于第一半导体衬底的同一侧。也就是说，传感层、第一金属互连层、第二金属互连层、电路层和输出端口均可以设置于第一半导体衬底的同一侧。这样，第一金属互连层与第二金属互连层可以直接连接，而不需要通过接触孔电性连接，从而可以缩短传感层与电路层之间的信号通路，减少信号干扰和延迟，进而提高感应栅的灵敏性和精度。
27.具体设置上述半导体监控装置时，传感层和电路层可以分别设置于第一半导体衬底的一侧表面并间隔设置。第一金属互连层设置于传感层背离第一半导体衬底的一侧，第二金属互连层设置于电路层背离第一半导体衬底的一侧。输出端口设置于第二金属互连层背离电路层的一侧。同样，这种结构也适于传感层获取应力参数的变化，能够及时检测到第一半导体衬底的翘曲变化。
28.此外，半导体监控装置也可以包括半导体衬底，信号处理单元和感应栅设置于半导体衬底。半导体衬底与第一半导体衬底可以为一体结构。因此，当第一半导体衬底的参数变化时，半导体衬底的参数也随之变化。这样，感应栅获取的瞬时信号可以反应第一半导体衬底的参数的变化。
29.第三方面，本技术提供了一种半导体器件。半导体器件包括第二半导体衬底以及第一方面的半导体监控装置。在半导体器件工作时，当半导体器件的状态发生变化，例如半导体器件发生振动、异常振动或电磁干扰，或者半导体器件的第二半导体衬底翘曲时，第二半导体衬底的参数会改变。半导体监控装置可以获取第二半导体衬底的参数的瞬时信号，并向外部设备发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断半导体器件的状态是否发生改变，从而可以及时干预半导体器件的工作状态，阻止半导体器件的异常变化，进而可以提高半导体器件的使用寿命。
30.半导体监控装置设置于半导体器件时，信号处理单元和感应栅可以直接设置于第二半导体衬底。因此，感应栅可以直接获取第二半导体衬底的参数的瞬时信号。或者，半导体监控装置也可以包括半导体衬底，信号处理单元和感应栅设置于半导体衬底。半导体衬底与第二半导体衬底可以为一体结构。因此，当第二半导体衬底的参数变化时，半导体衬底的参数也随之变化。这样，感应栅获取的瞬时信号可以反应第二半导体衬底的参数的变化。
31.第四方面，本技术提供了一种板级架构。板级架构包括第三半导体衬底以及第一方面的半导体监控装置，半导体监控装置设置于第三半导体衬底。在板级架构工作时，第三半导体衬底的状态可能发生变化。半导体监控装置可以获取第三半导体衬底的参数的瞬时信号，并向外部设备发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断第三半导体衬底的状态是否发生改变，从而可以及时干预板级架构的工作状态，阻止板级架构的异常变化，进而可以提高板级架构的使用寿命。
32.半导体监控装置设置于板级架构时，信号处理单元和感应栅可以直接设置于第三半导体衬底。因此，感应栅可以直接获取第三半导体衬底的参数的瞬时信号。或者，半导体
监控装置也可以包括半导体衬底，信号处理单元和感应栅设置于半导体衬底。半导体衬底与第三半导体衬底可以为一体结构。因此，当第三半导体衬底的参数变化时，半导体衬底的参数也随之变化。这样，感应栅获取的瞬时信号可以反应第三半导体衬底的参数的变化。
33.第五方面，本技术提供了一种通信设备。上述通信设置可以包括壳体以及第四方面的板级架构。板级架构设置于壳体内。通信设备可以包括移动终端、服务器或无线通信装置等设备，具体类型不作限制。当通信设备工作时，由于通信设备内的各器件的工作状态不同，使板级架构的工作环境较为复杂，可能导致板级架构的第三半导体衬底的参数发生，例如发生翘曲、振动或电路串扰等现象。半导体监控装置可以获取第三半导体衬底的参数的瞬时信号，并向外部设备发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断第三半导体衬底的状态是否发生改变，从而可以及时干预板级架构的工作状态，阻止第三半导体衬底的异常变化，进而可以提高通信设备的使用寿命。
附图说明
34.图1为本技术实施例中晶圆的一种结构示意图；
35.图2为图1中晶圆沿a-a方向的剖面示意图；
36.图3为本技术实施例中半导体监控装置的一种结构示意图；
37.图4为本技术实施例中感应栅组的一种结构示意图；
38.图5为本技术实施例中半导体监控装置的另一种结构示意图；
39.图6为本技术实施例中半导体监控装置监控晶圆的翘曲状态图；
40.图7为本技术实施例中半导体监控装置的另一种结构示意图；
41.图8为本技术实施例中半导体监控装置的另一种结构示意图。
42.附图标记：
43.10-晶圆；11-第一半导体衬底；
44.12-第一半导体功能层；20-半导体监控装置；
45.21-半导体衬底；22-感应栅组；
46.23-信号处理单元；24-感应栅；
47.25-氧化层结构；30-外部设备；
48.22a-第一感应栅组；22b-第二感应栅组；
49.24a-第一感应栅；24b-第二感应栅；
50.24c-第三感应栅；211-接触孔；
51.231-采样模块；232-信号放大模块；
52.233-模数转换模块；234-寄存器模块；
53.235-通信模块；236-驱动模块；
54.237-激励模块；241-传感层；
55.242-第一金属互连层；243-第二金属互连层；
56.244-电路层；245-输出端口。
具体实施方式
57.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。
58.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在另一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
59.目前，针对晶圆制造过程中所出现的翘曲现象，主要采用光学设备进行离线检测。也就是说，光学设备只能监测晶圆成品的翘曲程度，而不能对制造过程中的晶圆翘曲进行监控。另外，受限于其自身结构，光学设备的应用环境要求较高，不能在复杂的高温环境中使用，否则有可能损坏光学设备内的精密仪器。
60.除了上述在晶圆制造过程中会出现晶圆翘曲之外，在后续的应用中，采用晶圆制成的半导体器件也可能会出现翘曲。例如，在高温环境下工作的电子设备，电子设备内的半导体器件受到高温影响，半导体器件的晶片会受到热应力，也可能产生翘曲，从而影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备的损坏。
61.因此，本技术提供了一种半导体监控装置、晶圆、板级架构及通信设备，以实现对晶圆、板级架构及通信设备的实时监控，从而可以及时发现晶圆、板级架构及通信设备的参数变化，并进行干预，进而可以提高晶圆、板级架构及通信设备的制作良率和使用寿命。
62.图1为本技术实施例中晶圆的一种结构示意图，图2为图1中晶圆沿a-a方向的剖面示意图。如图1和图2所示，晶圆10包括第一半导体衬底11、第一半导体功能层12和半导体监控装置20。第一半导体功能层12设置于第一半导体衬底11。半导体监控装置20可以用于监控第一半导体衬底11的状态变化。
63.本技术实施例中的半导体监控装置20可以应用于晶圆10、晶片、半导体器件、半导体封装件或板级架构等。需要说明的是，晶片是指晶圆10被切割形成的裸片(die)。
64.下面针对半导体监控装置20进行详细说明。
65.请继续参考图1和图2。半导体监控装置20包括信号处理单元23和至少一个感应栅24。需要说明的是，本技术中描述的“至少一个”是指一个或多个，例如可以是1个、2个、3个、5个或9个等，具体数量不作限制。每个感应栅24包括传感层241、第一金属互连层242、第二金属互连层243、电路层244和输出端口245。传感层241用于获取第一半导体衬底11的参数的瞬时信号。第一金属互连层242与传感层241电性连接，并与第二金属互连层243电性连接。电路层244与第二金属互连层243电性连接，并且电路层244通过第二金属互连层243与输出端口245电性连接。也就是说，按照传感层241、第一金属互连层242、第二金属互连层243和电路层244的顺序依次电性连接。信号处理单元23与输出端口245电性连接。
66.上述半导体监控装置20设置于晶圆10时，半导体监控装置20还可以包括半导体衬底21，信号处理单元23和感应栅24设置于半导体衬底21。该半导体衬底21可以与第一半导体衬底11为一体结构。换句话说，半导体衬底21与第一半导体衬底11可以为一整张半导体衬底的相邻两个部分。当然，也可以在半导体衬底21制作完成后与第一半导体衬底11接合
在一起。当第一半导体衬底11的参数发生变化时，半导体衬底21的参数也随着改变，设置于半导体衬底21的感应栅24可以获取到参数变化的信号。传感层241获取半导体衬底21的参数的瞬时信号，并将获取到的瞬时信号发送给电路层244。电路层244对接收到的瞬时信号进行处理，获得输出信号，然后将得到的输出信号发送给信号处理单元23。信号处理单元23对接收到的输出信号进行处理，获得监控数据，之后将监控数据发送给外部设备，提供晶圆10参数变化的实时数据，实现晶圆10的实时监控。用户可以根据监控数据，及时发现晶圆10制造过程中的异常状态并进行干预，从而提高产品良率。
67.当然，在其他一些实施例中，半导体监控装置20的信号处理单元23和感应栅24也可以直接设置于晶圆10的第一半导体衬底11。这样，传感层241可以直接获取第一半导体衬底11的参数的瞬时信号。
68.在上述实施例中，无论半导体监控装置20是直接设置于晶圆10的第一半导体衬底11，还是通过半导体衬底21与第一半导体衬底11形成一体结构，半导体监控装置20都可以通过自身结构来完成监控数据的获取和处理，而不需要依赖其他外部设备对监控数据再进行处理，因此可以降低监控的成本，并且还能够应用于各种复杂的环境。
69.下面以传感层241获取半导体衬底21的参数的瞬时信号为示例，对半导体监控装置20的结构进行详细说明。
70.在本技术的实施例中，半导体衬底21的参数可以为应力参数。当半导体衬底21的应力参数变化时，会使传感层241检测到电流或电压变化信号，从而获取应力参数的瞬时信号。上述半导体监控装置20可以获取并收集半导体衬底21的应力变化的数据，并发送给外部设备。用户可以根据该数据来监控晶圆10内部的应力变化，进而可以判断晶圆10是否发生翘曲。当然，半导体衬底21的参数也可以为电磁波参数、振动参数或噪声参数。例如，在一个具体的实施例中，半导体衬底21的参数也可以为电磁波参数。上述半导体监控装置20可以获取并收集半导体衬底21的电磁波参数，并发送给外部设备。用户可以根据该数据来监控晶圆10的电磁波变化，进而可以判断晶圆10的第一半导体功能层12或其他电路层是否发生异常或串扰。在另一个具体的实施例中，半导体衬底21的参数也可以为振动参数。上述半导体监控装置20可以获取并收集半导体衬底21的振动参数，并发送给外部设备。用户可以根据该数据来监控晶圆10的振动变化，进而可以判断晶圆10是否发生异常振动。
71.请继续参考图2。传感层241和电路层244可以设置于半导体衬底21的同一侧，或者，传感层241和电路层244也可以设置于半导体衬底21的相对两侧。
72.在一些实施例中，上述传感层241和电路层244可以设置于半导体衬底21的同一侧。也就是说，传感层241、第一金属互连层242、第二金属互连层243、电路层244和输出端口245均可以设置于半导体衬底21的同一侧。这样，第一金属互连层242与第二金属互连层243可以直接连接，而不需要通过其他结构(例如接触孔)电性连接，从而可以缩短传感层241与电路层244之间的信号通路，减少信号干扰和延迟，进而提高感应栅24的灵敏性和精度。
73.具体的，传感层241和电路层244可以分别设置于半导体衬底21的一侧表面，并且间隔设置。第一金属互连层242设置于传感层241背离半导体衬底21的一侧。第二金属互连层243设置于电路层244背离半导体衬底21的一侧，并与第一金属互连层242直接连接。输出端口245设置于第二金属互连层243背离电路层244的一侧。这样，传感层241可以从半导体衬底21的表面获取应力参数的变化，能够及时检测到半导体衬底21的翘曲变化。
74.图3为本技术实施例中半导体监控装置的一种结构示意图。如图3所示，在其他一些实施例中，传感层241和电路层244也可以设置于半导体衬底21的相对两侧，这样可以提高半导体衬底21的空间利用率，减小半导体衬底21的尺寸，从而可以提高半导体监控装置20的集成度。具体的，半导体衬底21包括相对设置的第一侧(如图3中半导体衬底21的下侧)和第二侧(如图3中半导体衬底21的上侧)。传感层241和第一金属互连层242设置于半导体衬底21的第一侧，电路层244、第二金属互连层243以及输出端口245设置于半导体衬底21的第二侧。半导体衬底21设置有接触孔211，接触孔211贯穿半导体衬底21。因此，第一金属互连层242与第二金属互连层243可以通过接触孔211电性连接。
75.需要说明的是，半导体衬底21的第一侧，即第一半导体衬底11的第一侧，可以是第一半导体衬底11生长第一半导体功能层12的一侧，或者也可以是第一半导体衬底11背离第一半导体功能层12的一侧，本技术不作具体限制。
76.上述传感层241可以直接设置于半导体衬底21的第一侧表面，电路层244可以直接设置于半导体衬底21的第二侧表面。因此，当半导体衬底21的参数变化时，传感层241可以更灵敏地获取瞬时信号，从而可以提高感应栅24的精度。第一侧表面还可以设置有凹槽，第一金属互连层242设置于凹槽内，并且与传感层241接触，从而实现传感层241与第一金属互连层242的电性连接。第二金属互连层243可以设置于电路层244背离半导体衬底21的一侧。在本技术实施例中，第一金属互连层242可以是单层结构，或者也可以是多层结构。类似的，第二金属互连层243可以是单层结构，或者也可以是多层结构。输出端口245可以设置于第二金属互连层243背离电路层244的一侧。例如，在一个具体的实施例中，输出端口245可以设置在晶圆10的表面。信号处理单元23可以通过晶圆10表面的金属走线与输出端口245电性连接。当然，输出端口245也可以设置在晶圆10内部，本技术不作具体限制。
77.另外，半导体监控装置20还可以包括氧化层结构25。氧化层结构25可以填充感应栅组22，也就是说，氧化层结构25可以将传感层241与电路层244相互间隔，避免相互干扰。
78.在本技术的实施例中，传感层241和电路层244的具体类型不限。例如，在一个具体的实施例中，传感层241可以为微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)传感层，电路层244为互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)电路层。目前，大规模板级架构的制造通常采用cmos工艺。感应栅24采用上述cmos-mems的复合结构，可以将感应栅24的制造嵌入cmos工艺中，而不需要在板级架构制造完成后再进行感应栅24的制造，从而可以减少工艺流程，降低制造成本并提高生产效率。
79.图4为本技术实施例中感应栅组的一种结构示意图。如图4所示，半导体监控装置20可以包括多个感应栅组22。每个感应栅组22可以包括至少一个上述感应栅24。例如，在一个具体的实施例中，感应栅组22可以包括第一感应栅24a、第二感应栅24b和第三感应栅24c。需要说明的是，图4所示的平面平行于半导体衬底21表面所在的平面。为了提高感应栅24的精度，上述三个感应栅24的布局可以为：沿感应栅24的栅条延伸方向，第一感应栅24a与第三感应栅24c呈90度夹角设置，第二感应栅24b位于第一感应栅24a和第三感应栅24c之间，并且第一感应栅24a和第三感应栅24c分别与第二感应栅24b呈45度夹角设置。换句话说，这三个感应栅24呈散射状分布，其输出端口245设置在外围。当半导体监控装置20工作时，感应栅组22的第一感应栅24a、第二感应栅24b和第三感应栅24c分别获取半导体衬底21的参数的瞬时信号，并经过处理后发送给信号处理单元23。也就是说，第一感应栅24a、第二
感应栅24b和第三感应栅24c分别发送的输出信号共同反映该感应栅组22所在的区域内，半导体衬底21的参数变化，使得感应结果更加精确。
80.在本技术的实施例中，半导体监控装置20的感应栅组22的具体数量和分布位置不限，例如，半导体监控装置20可以包括1个、2个、4个、5个、8个或9个感应栅组22。当半导体监控装置20包括2个或2个以上的感应栅组22时，这些感应栅组22可以随机分布在半导体衬底21，或者也可以呈矩形阵列或环形阵列分布在半导体衬底21。
81.图5为本技术实施例中半导体监控装置的另一种结构示意图。如图5所示，在一个具体的实施例中，半导体监控装置20可以包括多个感应栅组22。具体的，上述多个感应栅组22可以包括至少一个第一感应栅组22a和多个第二感应栅组22b。上述多个第二感应栅组22b可以形成至少一个环形阵列，并且环绕第一感应栅组22a设置。在该实施例中，环形阵列的具体数量不限，例如上述多个第二感应栅组22b可以形成两个环形阵列，该两个环形阵列呈同心圆环设置。在另一个具体的实施例中，上述多个第二感应栅组22b可以形成一个环形阵列。在上述实施例中，第二感应栅组22b的具体数量不限，例如可以包括3个、5个、6个、8个、9个、10个或12个。在一个具体的实施例中，环形阵列由8个第二感应栅组22b形成。相邻两个第二感应栅组22b之间的圆心夹角可以设置为45度。图6为本技术实施例中半导体监控装置监控晶圆的翘曲状态图。如图6所示，当上述半导体监控装置20用于监控晶圆10的翘曲状态时，多个感应栅组22可以获取整个晶圆10的参数，从而实现半导体监控装置20对整个晶圆10翘曲状态的监控覆盖。
82.上述第一感应栅24a和第三感应栅24c可以为p型感应栅，第二感应栅24b可以为n型感应栅。或者，第一感应栅24a和第三感应栅24c可以为n型感应栅，第二感应栅24b可以为p型感应栅。第二感应栅与第一感应栅和第三感应栅的类型不同，可以使第二感应栅的感应结果对第一感应栅和第三感应栅的感应结果进行补偿，从而使监控数据更为精确。
83.在本技术的实施例中，信号处理单元23用于对感应栅组22的输出信号进行信号处理，以获得监控数据。下面以感应栅24获取半导体衬底21的应力参数为示例进行说明。
84.图7为本技术实施例中半导体监控装置的另一种结构示意图。如图7所示，信号处理单元23可以包括采样模块231、处理模块、寄存器模块234和通信模块235。具体的，处理模块可以包括信号放大模块232、模数转换模块233。信号处理单元23的各模块可以按照采样模块231、信号放大模块232、模数转换模块233、寄存器模块234和通信模块235的顺序依次连接。采样模块231与感应栅24的电路层244电性连接，并且接收由电路层244发送的输出信号。采样模块231可以对输出信号进行采样，并发送给处理模块。处理模块根据输出信号得到监控数据，并将监控数据发送给寄存器模块234进行存储。其中，信号放大模块232可以将采样模块231采用的信号进行放大调制，并对该信号进行温度校准、去除噪声干扰等处理，处理后的信号将被发送给模数转换模块233。模数转换模块233可以将处理后的模拟信号进行数字信号转换，数字信号将模拟电流信息转为寄存器可存储的信号形式。之后，模数转换模块233将转换后的数字信号数据将发送给指定的寄存器模块234。寄存器模块234接收到的数字信号数据后，根据通信模块235传递的地址对应存储。通信模块235与外部设备30电性连接。当通信模块235接收到外部设备30发送的信号后，可以将信号进行解码处理，然后根据信号指令来读取寄存器模块234中存储的相应数据，并通过ii2协议或spi协议将数字信号数据发送给外部设备30，从而提供监控数据。
85.此外，信号处理单元23还可以接收外部设备30发送的指示信号。根据指示信号，信号处理单元23可以激励感应栅24的传感层241获取半导体衬底21的参数的瞬时信号。
86.图8为本技术实施例中半导体监控装置的另一种结构示意图。如图8所示，上述信号处理单元23还可以包括驱动模块236和激励模块237。其中，驱动模块236与通信模块235电性连接，激励模块237与感应栅24电性连接。通信模块235对指示信号进行处理后发送给驱动模块236。驱动模块236接收到信号后，首先选择待激励的io输出端，并且切换到指定的激励模式，然后将激励信号发送到激励模块237。激励模块237将激励信号发送给感应栅24中，通过激励信号使感应栅24进入工作状态，同时激励信号也会驱动采样模块231同步进入工作状态。
87.在半导体器件制造过程中，当晶圆10制造完成后，需要将晶圆10切割成所需的晶片。在切割过程中，半导体监控装置20可以与晶圆10分割，使晶片成品不再保留半导体监控装置20。这种情况下，半导体监控装置20仅用于晶圆10制造过程中的实时监控。
88.当然，为了监控半导体器件的工作状态，切割晶圆10时也可以保留半导体监控装置20。这样，半导体监控装置20可以与半导体器件一起进行封装，并装配到集成电路或板级架构。
89.基于相同的发明构思，本技术还提供了一种半导体器件。该半导体器件包括第二半导体衬底以及半导体监控装置20。具体的，半导体器件还包括设置于第二半导体衬底的第二半导体功能层。半导体监控装置20也可以包括半导体衬底21，信号处理单元23和感应栅24设置于半导体衬底21。半导体衬底21可以与第二半导体衬底为一体结构。换句话说，半导体衬底21与第二半导体衬底可以为一整张半导体衬底的相邻两个部分。或者，也可以在半导体衬底21制作完成后与第二半导体衬底接合在一起。因此，当第二半导体衬底的参数发生变化时，半导体衬底21的参数也随着改变，设置于半导体衬底21的感应栅24可以获取到参数变化的信号。在半导体器件工作时，当半导体器件的状态发生变化，例如半导体器件发生振动、异常振动或电磁干扰，或者半导体器件的晶片翘曲时，第二半导体衬底的参数会改变，半导体衬底21的参数也随之改变。半导体监控装置20可以获取半导体衬底21的参数的瞬时信号，并向外部设备30发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断半导体器件的状态是否发生改变，从而可以及时干预半导体器件的工作状态，阻止半导体器件的异常变化，进而可以提高半导体器件的使用寿命。当然，半导体监控装置20的信号处理单元23和感应栅24也可以直接设置于第二半导体衬底。这样，半导体监控装置20可以直接获取第二半导体衬底的参数的瞬时信号。
90.基于相同的发明构思，本技术还提供了一种板级架构。该板级架构包括第三半导体衬底和上述半导体监控装置20。半导体监控装置20设置于第三半导体衬底。具体的，半导体监控装置20的信号处理单元23和感应栅24可以直接设置于第三半导体衬底。或者，半导体监控装置20也可以包括半导体衬底21，信号处理单元23和感应栅24设置于半导体衬底21。半导体衬底21与第三半导体衬底为一体结构。换句话说，半导体衬底21与第三半导体衬底可以为一整张半导体衬底的相邻两个部分。或者，也可以在半导体衬底21制作完成后与第三半导体衬底接合在一起。
91.在本技术的实施例中，板级架构可以是大尺寸的集成电路，或者也可以是系统单晶圆(system-on-wafer，sow)。以信号处理单元23和感应栅24设置于半导体衬底21为示例，
在板级架构工作时，由于板级架构的器件或电路的状态可能发生变化，导致第三半导体衬底的状态也可能发生变化。半导体监控装置20可以获取半导体衬底21的参数的瞬时信号，并向外部设备30发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断半导体器件的状态是否发生改变，从而可以及时干预板级架构的工作状态，阻止半导体器件的异常变化，进而可以提高板级架构的使用寿命。另外，可以利用板级架构的cmos工艺进行制作半导体监控装置20，而不需要在板级架构制作完成后设置额外的制作流程，从而可以提高制造效率，降低制造成本。
92.基于相同的发明构思，本技术还提供了一种通信设备。通信设置可以包括壳体以及上述实施例的板级架构。板级架构设置于壳体内。在本技术的实施例中，通信设备可以包括移动终端、服务器或无线通信装置等设备，本技术不作具体限制。
93.当通信设备工作时，由于通信设备内的各器件的工作状态不同，使板级架构的工作环境较为复杂，可能导致板级架构的第三半导体衬底的参数发生，例如发生翘曲、振动或电路串扰等现象。半导体监控装置20可以获取第三半导体衬底的参数的瞬时信号，并向外部设备发送监控数据。用户通过观察一段时间内的参数变化，或者比较两个时间点的参数差异，可以判断第三半导体衬底的状态是否发生改变，从而可以及时干预板级架构的工作状态，阻止第三半导体衬底的异常变化，进而可以提高通信设备的使用寿命。
94.以上实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
95.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。