JP2005286237A - 集積回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定精度が高い温度センサを備え、その内部及びその製造装置を汚染することなく製造することができる集積回路装置を提供する。
【解決手段】 半導体集積回路装置１において、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面及び多層配線層Ｍ１に論理回路部２を設ける。また、温度センサ部３を設け、多層配線層Ｍ１よりも上層に、酸化バナジウムからなる温度モニタ部材８を設ける。また、多層配線層Ｍ１の最下層にＴｉからなる温度モニタ部材９を設ける。そして、接地電位配線ＧＮＤと電源電位配線Ｖｃｃとの間に、温度モニタ部材８及び９を直列に接続し、両者の接続点に出力端子Ｖｏｕｔ１を接続する。温度モニタ部材８の電気抵抗率の温度係数は負の値であり、温度モニタ部材９のそれは正の値である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モノリシック型の温度センサを内蔵した集積回路装置に関する。

近時、集積回路装置において、熱による素子の破壊を防止すること、及びその特性が温度依存性を持つ素子の動作を安定化することを目的として、集積回路装置の動作温度をモニタする必要性が高まってきている。

このため、例えば、半導体集積回路装置内において、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）と同一の基板上に温度センサを設け、この温度センサによって検出される温度が所定値を超えたときに、異常過熱と判断してＬＳＩを遮断状態とすることにより、ＬＳＩを温度上昇による熱破壊から保護する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、このような温度センサとして、寄生ｐｎ接合ダイオードを使用する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、温度センサとして寄生ｐｎダイオードを使用する技術においては、寄生ｐｎ接合ダイオードの温度係数が０．２（％／Ｋ）程度と低く、十分なＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio：信号対雑音比）を得ることができないという問題点がある。

そこで、特許文献３には、正の温度係数を持つ抵抗と負の温度係数を持つ抵抗とを直列に接続した分圧回路を２組設けることにより温度を測定する技術が開示されている。特許文献３においては、電気抵抗率が正の温度係数を持つ抵抗としてＰ型拡散層の拡散抵抗、負の温度係数を持つ抵抗としてポリシリコン層を使用している。

しかしながら、特許文献３において使用している拡散抵抗及びポリシリコンは、電気抵抗率の温度係数が極めて小さく、これらを直列に接続しても十分に精度よく温度を測定することができない。

一方、本発明者等は、電気抵抗率の温度係数の絶対値が大きい抵抗体として、酸化バナジウム膜を形成する技術を開発し、これを開示した（例えば、特許文献４参照）。

特開平１−３０２８４９号公報 特開平９−２２９７７８号公報 特開２００３−３４４１８１号公報 特開平１１−３３００５１号公報

しかしながら、上述の従来の技術には以下に示す問題点がある。半導体集積回路装置内に、酸化バナジウムのような通常の半導体プロセスでは使用されない特殊な材料を使用して温度センサを形成しようとすると、この特殊な材料が半導体集積回路装置内を汚染してしまい、半導体集積回路装置における温度センサ以外の部分の動作に悪影響を及ぼす可能性がある。また、この特殊な材料が半導体集積回路装置の製造装置をも汚染してしまい、この製造装置において製造される他の半導体集積回路装置も汚染してしまう可能性がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、測定精度が高い温度センサを備え、その内部及びその製造装置を汚染することなく製造することができる集積回路装置を提供することを目的とする。

本発明に係る集積回路装置は、基板と、この基板上に設けられた多層配線層とを備えた集積回路装置において、前記多層配線層よりも上層に設けられその電気抵抗率の温度係数が負でありその一端部に第１の基準電位が印加される第１の温度モニタ部材と、その一端部が前記第１の温度モニタ部材の他端部に接続されその電気抵抗率の温度係数が正でありその他端部に前記第１の基準電位とは異なる第２の基準電位が印加される第２の温度モニタ部材と、を有することを特徴とする。

本発明においては、第１の温度モニタ部材の電気抵抗率の温度係数が負であり、第２の温度モニタ部材のそれが正であるため、第１の温度モニタ部材と第２の温度モニタ部材との接続点の電位が大きな温度依存性を持つ。このため、この接続点の電位を測定することにより、精度よく温度を測定することができる。また、第１の温度モニタ部材に抵抗率の温度係数が大きい特殊な材料を使用する場合においても、この第１の温度モニタ部材を多層配線層よりも上層に形成しているため、基板及び多層配線層を汚染することがなく、基板及び多層配線層を製造する製造装置を汚染することもない。

また、前記第１の温度モニタ部材の電気抵抗率の温度依存性が非線形であり、前記第２の温度モニタ部材の電気抵抗率の温度依存性が線形であってもよい。これにより、第１の温度モニタ部材の温度係数が温度によって変化するため、接続点の電位の温度依存性が測定温度範囲において大きくなるように設定することができる。

更に、前記第１の温度モニタ部材が酸化バナジウムにより形成されていることが好ましい。これにより、第１の温度モニタ部材の材料として、電気抵抗率の温度係数が負であり、且つその絶対値が大きい材料を使用することができる。

更にまた、前記第２の温度モニタ部材が金属又は合金により形成されていることが好ましい。これにより、第２の温度モニタ部材を容易に形成することができる。このとき、前記第２の温度モニタ部材が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ及びＢｅからなる群から選択された１種の金属若しくはその合金又は２種以上の金属を含む合金により形成されていてもよい。又は、ＴｉＮのような金属窒化物により形成されていてもよい。

又は、前記第２の温度モニタ部材がチタン酸バリウムストロンチウム又はチタン酸バリウムにより形成されていることが好ましい。これにより、第２の温度モニタ部材の材料として、電気抵抗率の温度係数が正であり、且つその絶対値が大きい材料を使用することができる。このとき、前記第２の温度モニタ部材が前記多層配線層の最下層の配線層よりも下方に配置されていることが好ましい。これにより、多層配線層を形成する際に、第２の温度モニタ部材を配線層よりも先に形成することができ、配線層の配線が第２の温度モニタ部材を形成する際に印加される熱の影響を受けることを防止できる。

本発明によれば、第１の温度モニタ部材と第２の温度モニタ部材との接続点の電位が大きな温度依存性を持つため、精度よく温度を測定することができ、また、第１の温度モニタ部材を多層配線層よりも上層に形成することにより、この第１の温度モニタ部材を形成する材料により、集積回路装置の内部及びその製造装置を汚染することを防止できる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る集積回路装置を示す断面図であり、図２は、図１に示す集積回路装置の温度センサ部を示す等価回路図であり、図３は、横軸に温度をとり、縦軸に酸化バナジウムの電気抵抗率をとって、酸化バナジウムの電気抵抗率の温度依存性を示すグラフ図である。本実施形態に係る半導体集積回路装置は１個のシリコンチップ上に形成されたものである。

図１に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路装置１は、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂと、このＰ型シリコン基板ＰＳｕｂ上に形成された多層配線層Ｍ１と、この多層配線層Ｍ１上に形成された絶縁層１５と、この絶縁層１５上に形成されたシート層１６とから構成されている。多層配線層Ｍ１は、夫々複数の配線層及び絶縁層が交互に積層されたものである。また、シート層１６は多層配線層Ｍ１内の配線層とは異なり、通常の配線は形成されないものである。そして、この半導体集積回路装置１には、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面及び多層配線層Ｍ１の所定の領域に形成された論理回路部２が設けられている。また、半導体集積回路装置１には、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面、多層配線層Ｍ１における論理回路部２が形成されていない領域、絶縁層１５及びシート層１６に形成された温度センサ部３が設けられている。

論理回路部２においては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）回路４が設けられている。ＣＭＯＳ回路４においては、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面にＮウエルＮＷ１及びＰウエルＰＷ１が相互に隣接するように形成されている。ＮウエルＮＷ１の表面には、ソース・ドレイン領域となる２ヶ所のｐ^＋拡散領域Ｐ１及びＰ２が相互に離隔して形成されており、ＰウエルＰＷ１の表面には、ソース・ドレイン領域となる２ヶ所のｎ^＋拡散領域Ｎ１及びＮ２が相互に離隔して形成されている。ＮウエルＮＷ１におけるｐ^＋拡散領域Ｐ１とＰ２との間はチャネル領域５となっている。また、ＰウエルＰＷ１におけるｎ^＋拡散領域Ｎ１とＮ２との間はチャネル領域６となっている。

多層配線層Ｍ１におけるチャネル領域５及び６の直上域を含む領域にはゲート絶縁膜（図示せず）が設けられており、ゲート絶縁膜上におけるチャネル領域５及び６の直上域には夫々、例えばポリシリコンからなるゲート電極Ｇ１及びＧ２が設けられている。ゲート電極Ｇ１及びＧ２はゲート端子Ｖｇに共通接続されている。そして、チャネル領域５、ソース・ドレイン領域としてのｐ^＋拡散領域Ｐ１及びＰ２、ゲート絶縁膜並びにゲート電極Ｇ１により、Ｐ型ＭＯＳトランジスタが形成されている。また、チャネル領域６、ソース・ドレイン領域としてのｎ^＋拡散領域Ｎ１及びＮ２、ゲート絶縁膜並びにゲート電極Ｇ２により、Ｎ型ＭＯＳトランジスタが形成されている。

多層配線層Ｍ１におけるｐ^＋拡散領域Ｐ１上には、このｐ^＋拡散領域Ｐ１に接続するようにビアＶ１が設けられており、このビアＶ１上には、ビアＶ１に接続するように配線Ｗ１が設けられている。配線Ｗ１上には、この配線Ｗ１に接続するようにビアＶ２が設けられており、ビアＶ２上には、このビアＶ２に接続するように、電源電位配線Ｖｃｃが設けられている。これにより、ｐ^＋拡散領域Ｐ１は、ビアＶ１、配線Ｗ１及びビアＶ２を介して電源電位配線Ｖｃｃに接続されている。

また、多層配線層Ｍ１におけるｐ^＋拡散領域Ｐ２上には、このｐ^＋拡散領域Ｐ２に接続するようにビアＶ３が設けられており、ｎ^＋拡散領域Ｎ１上には、このｎ^＋拡散領域Ｎ１に接続するようにビアＶ４が設けられている。そして、ビアＶ３及びＶ４上には、ビアＶ３及びＶ４の双方に接続するように配線Ｗ２が設けられており、配線Ｗ２上には、この配線Ｗ２に接続するようにビアＶ５が設けられており、ビアＶ５上にはこのビアＶ５に接続するように配線Ｗ３が設けられている。これにより、ｐ^＋拡散領域Ｐ２及びｎ^＋拡散領域Ｎ１は、ビアＶ３及びＶ４、配線Ｗ２並びにビアＶ５を介して配線Ｗ３に接続されている。

更に、多層配線層Ｍ１におけるｎ^＋拡散領域Ｎ２上には、このｎ^＋拡散領域Ｎ２に接続するようにビアＶ６が設けられており、ビアＶ６上には、このビアＶ６に接続するように配線Ｗ４が設けられている。配線Ｗ４上には、この配線Ｗ４に接続するようにビアＶ７が設けられており、ビアＶ７上には、このビアＶ７に接続するように、接地電位配線ＧＮＤが設けられている。これにより、ｎ^＋拡散領域Ｎ２は、ビアＶ６、配線Ｗ４及びビアＶ７を介して接地電位配線ＧＮＤに接続されている。

一方、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面におけるＮウエルＮＷ１及びＰウエルＰＷ１が形成されている領域以外の領域に、ｐ^＋拡散領域Ｐ３が形成されている。多層配線層Ｍ１におけるｐ^＋拡散領域Ｐ３上には、下から順にビアＶ８、配線Ｗ５、ビアＶ９及び接地電位配線ＧＮＤがこの順に設けられており、ｐ^＋拡散領域Ｐ３は、ビアＶ８、配線Ｗ５及びビアＶ９を介して接地電位配線ＧＮＤに接続されている。

論理回路部２は、演算及び記憶等の処理を行うものである。また、論理回路部２には、温度センサ部３の測定結果をデータ処理する回路が含まれていてもよい。なお、論理回路部２にはＣＭＯＳ回路４以外の素子も設けられているが、図１においては図示を省略されている。

温度センサ部３においては、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面の一部にｐ^＋拡散領域Ｐ４が形成されている。そして、多層配線層Ｍ１におけるｐ^＋拡散領域Ｐ４上の部分には、このｐ^＋拡散領域Ｐ４に接続するようにビアＶ１１が設けられており、このビアＶ１１上には、ビアＶ１１に接続するように配線Ｗ１１が設けられている。また、配線Ｗ１１上には、配線Ｗ１１に接続するようにビアＶ１２が設けられており、ビアＶ１２上には、このビアＶ１２に接続するように配線Ｗ１２が設けられている。そして、絶縁層１５における配線Ｗ１２上の部分には、配線Ｗ１２に接続するようにビアＶ１３が設けられている。

更に、シート層１６におけるビアＶ１３上の部分には、温度モニタ部材８が設けられている。即ち、温度モニタ部材８は、多層配線層Ｍ１の上層に設けられている。温度モニタ部材８の形状は、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面に垂直な方向から見て四角形をなすシート形状であり、その１辺の長さが例えば１０乃至１００μｍであり、膜厚は例えば０．１乃至０．２μｍである。温度モニタ部材８の相互に対向する２辺には夫々電極（図示せず）が設けられており、一方の電極はビアＶ１３に接続されている。

温度モニタ部材８は、電気抵抗率の温度係数が負である材料により形成されており、例えば酸化バナジウムにより形成されている。酸化バナジウムの安定な化合物は、例えばＶＯ_２及びＶ_２Ｏ_５等であり、酸化バナジウムを化学式ＶＯ_ｘで表すと、ｘは２前後である。なお、温度が２５℃であるときの酸化バナジウムの体積抵抗率は、シリコンウエハ上で例えば０．０１乃至１０（Ω・ｃｍ）程度であり、その温度係数は、製造方法によっても異なるが、例えば−２．０（％／Ｋ）程度である。また、図３（ａ）に示すように、酸化バナジウムの電気抵抗率の温度依存性は非線形であり、温度が高いほど、電気抵抗率が低くなると共に、電気抵抗率の温度係数の絶対値、即ち、図３（ａ）のグラフの傾きの絶対値は、小さくなっている。温度モニタ部材８の抵抗値は例えば数千乃至数万Ω、例えば２５ｋΩである。

絶縁層１５における温度モニタ部材８の下方に相当する部分には、温度モニタ部材８の他方の電極（図示せず）に接続するようにビアＶ１４が設けられている。また、多層配線層Ｍ１におけるビアＶ１４の下方には、このビアＶ１４に接続するように配線Ｗ１３が設けられている。配線Ｗ１３には、出力端子Ｖｏｕｔ１が接続されている。更に、配線Ｗ１３の下方には配線Ｗ１３に接続するようにビアＶ１５が設けられており、ビアＶ１５の下方には、温度モニタ部材９が設けられている。

温度モニタ部材９は、電気抵抗率の温度係数が正である材料により形成されており、例えばチタン（Ｔｉ）により形成されている。温度モニタ部材９の電気抵抗率の温度依存性は略線形であり、電気抵抗率の温度係数は例えば＋０．３（％／Ｋ）である。また、温度モニタ部材９の抵抗値は、例えば、温度モニタ部材８の抵抗値と略等しく設定されており、例えば数千乃至数万Ω、例えば２５ｋΩである。温度モニタ部材９の形状は、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面に垂直な方向から見て四角形をなすシート形状であり、その１辺の長さが例えば１乃至１００μｍであり、膜厚は例えば０．１乃至０．３μｍである。温度モニタ部材９の相互に対向する２辺には夫々電極（図示せず）が設けられており、一方の電極はビアＶ１５に接続されている。温度モニタ部材９は配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１と同層に設けられている。

更にまた、温度モニタ部材９上には温度モニタ部材９の他方の電極（図示せず）に接続するようにビアＶ１８が設けられており、ビアＶ１８上には、ビアＶ１８に接続するように電源電位配線Ｖｃｃが設けられている。

即ち、ｐ^＋拡散領域Ｐ４から電源電位配線Ｖｃｃに向かって、ビアＶ１１、配線Ｗ１１、ビアＶ１２、配線Ｗ１２、ビアＶ１３、温度モニタ部材８、ビアＶ１４、配線Ｗ１３、ビアＶ１５、温度モニタ部材９、ビアＶ１８がこの順に直列に接続されている。また、ｐ^＋拡散領域Ｐ４は、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂ、ｐ^＋拡散領域Ｐ３、ビアＶ８、配線Ｗ５、ビアＶ９を介して、論理回路部２の接地電位配線ＧＮＤに接続されている。

本実施形態に係る半導体集積回路装置１を上述の如く構成した結果、図２に示すように、温度センサ部３においては、電源電位配線Ｖｃｃから接地電位配線ＧＮＤに向かって、温度モニタ部材９及び温度モニタ部材８がこの順に直列に接続された回路が形成される。これにより、温度モニタ部材８の一端部には接地電位が印加され、他端部は配線Ｗ１３を介して温度モニタ部材９の一端部に接続されている。また、温度モニタ部材９の他端部には電源電位が印加される。そして、温度モニタ部材９と温度モニタ部材８との接続点に、出力端子Ｖｏｕｔ１が接続されている。

なお、多層配線層Ｍ１において、ビアＶ１、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ６、Ｖ８及びＶ１１は第１の絶縁層内に設けられており、この第１の絶縁層内に、ゲート電極Ｇ１及びＧ２が同層に設けられている。また、配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１並びに温度モニタ部材９は、前記第１の絶縁層上に設けられた第１の配線層内に相互に同層に設けられており、ビアＶ２、Ｖ５、Ｖ７、Ｖ９、Ｖ１２、Ｖ１５及びＶ１８は、この第１の配線層上に設けられた第２の絶縁層内に設けられている。更に、各接地電位配線ＧＮＤ、各電源電位配線Ｖｃｃ、配線Ｗ３、Ｗ１２及びＷ１３は、第２の絶縁層上に設けられた第２の配線層内に相互に同層に設けられている。更にまた、ビアＶ１３及びＶ１４は、多層配線層Ｍ１上に設けられた絶縁層１５内に設けられている。更にまた、温度モニタ部材８は、この絶縁層１５上に設けられたシート層１６に設けられている。多層配線層Ｍ１、絶縁層１５及びシート層１６における前記各ビア、各配線、温度モニタ部材８及び９以外の部分、並びに温度モニタ部材８の上層は、絶縁材料７により埋め込まれている。前記各ビアは、例えばタングステン（Ｗ）により形成されており、前記各配線は、例えばアルミニウム（Ａｌ）により形成されている。

上述の如く、半導体集積回路装置１においては、論理回路部２はＰ型シリコン基板ＰＳｕｂ及び多層配線層Ｍ１に設けられており、多層配線層Ｍ１の上層にある絶縁層１５及びシート層１６には設けられていない。一方、温度センサ部３の温度モニタ部材８はシート層１６に設けられている。

次に、図１を参照して半導体集積回路装置１の製造方法について説明する。本実施形態においては、通常の方法により、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂの表面にＮウエルＮＷ１及びＰウエルＰＷ１並びにｎ^＋拡散領域Ｎ１、Ｎ２及びｐ^＋拡散領域Ｐ１乃至Ｐ４を形成した後、多層配線層Ｍ１を下層から上層に向かって形成する。このとき、温度モニタ部材９は、配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１と同層で形成する。その後、多層配線層Ｍ１上に絶縁層１５を形成し、絶縁層１５内にビアＶ１３及びＶ１４を形成する。その後、絶縁層１５上にスパッタリング法により酸化バナジウム層を形成し、これをパターニングして温度モニタ部材８を形成する。次に、絶縁材料７により温度モニタ部材８を埋め込み、シート層１６を形成する。これにより、本実施形態に係る半導体集積回路装置１が製造される。

次に、上述の如く構成された本実施形態に係る半導体集積回路装置１の動作について説明する。接地電位配線ＧＮＤに接地電位を印加し、電源電位配線Ｖｃｃに電源電位を印加すると、出力端子Ｖｏｕｔ１の電位は、温度モニタ部材８の抵抗値及び温度モニタ部材９の抵抗値によって決定される接地電位と電源電位との中間の値、即ち、分圧電位となる。そして、外部の温度が上昇するか、又は論理回路部２が駆動して発熱することにより半導体集積回路装置１の温度が上昇すると、温度モニタ部材８及び９の温度も上昇し、温度モニタ部材８の抵抗値が低下すると共に、温度モニタ部材９の抵抗値が増加する。このとき、温度モニタ部材８を形成する酸化バナジウムの抵抗率の温度係数は例えば−２．０（％／Ｋ）であり、温度モニタ部材９を形成するＴｉの温度係数は例えば＋０．３（％／Ｋ）であるため、温度が１℃上昇すると出力端子Ｖｏｕｔ１の電位は、−２．３（％／Ｋ）の変化率で変化する。そして、この出力端子Ｖｏｕｔ１の電位を検出することにより、半導体集積回路装置１の温度を測定する。

そして、この温度の測定結果に基づいて、論理回路部２を制御する。例えば、温度の測定値が所定の値を超えた場合は、論理回路部２が過熱状態にあると判断し、論理回路部２の駆動を停止する。このように、本実施形態においては、温度モニタ部材８及び９を分割抵抗として使用する。

本実施形態においては、温度モニタ部材８が多層配線層Ｍ１の上層のシート層１６に設けられており、論理回路部２がこのシート層１６には設けられておらず、それよりも下層の配線層に設けられているため、酸化バナジウムにより、論理回路部２を汚染することがなく、Ｐ型シリコン基板ＰＳｕｂ及び多層配線層Ｍ１を製造するための半導体製造装置を汚染することがない。また、論理回路部２には既存のマクロを使用することができる。そして、論理回路部２を形成した後に、温度モニタ部材８を形成することができるため、論理回路部２を従来の製造プロセスにより形成することができる。このため、論理回路部２については、既存のプラットフォームを変更する必要がない。この結果、温度モニタ部材８を設けることによる製造コストの上昇を抑制できる。

また、酸化バナジウムは、抵抗率の温度係数が約−２．０（％／Ｋ）であり、チタンは、抵抗率の温度係数が約＋０．３（％／Ｋ）であるため、温度モニタ部材８及び９の抵抗値を相互に略等しく設定すれば、出力端子Ｖｏｕｔ１の電位の変化率の絶対値は約−２．３（％／Ｋ）となる。この値は、寄生ｐｎ接合ダイオードの抵抗率の温度係数である０．２（％／Ｋ）よりもかなり大きいため、温度測定に際して高いＳＮＲを得ることができる。更に、酸化バナジウムは化学的に安定であるため、温度センサ部３の信頼性を向上させることができ、この結果、半導体集積回路装置１の信頼性を向上させることができる。

更に、温度センサ部３における温度の測定結果に基づいて論理回路部２を制御することにより、論理回路部２を適正に制御することができる。例えば、論理回路部２が過熱により破壊されることを防止することができる。

なお、本実施形態においては、温度モニタ部材９をＴｉにより形成する例を示したが、本発明はこれに限定されない。一般に、金属又は合金であれば、抵抗率の温度係数は正の値となるため、温度モニタ部材９の材料として使用することができる。例えば、Ｔｉの他に、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）及びベリリウム（Ｂｅ）からなる群から選択された１種の金属若しくはその合金、又は２種以上の金属を含む合金が好適である。例えば、配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１をＡｌにより形成する場合、温度モニタ部材９もＡｌにより形成すれば、配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１と同時に形成することができる。又は、前述の如く、ＴｉＮにより形成してもよい。

また、本実施形態においては、温度モニタ部材９を多層配線層Ｍ１の最下層の配線層に設ける例を示したが、本発明はこれに限定されず、多層配線層Ｍ１の内部であれば、どの配線層に形成してもよい。

更に、温度モニタ部材８を形成する酸化バナジウムは、その電気抵抗率の温度依存性が非線形であるため、出力端子Ｖｏｕｔの電位の温度依存性を、温度依存性が測定温度範囲において大きくなるように設定することができる。

更にまた、本実施形態においては、論理回路部２が形成されている領域と異なる領域に温度センサ部３が形成されている例を示したが、本発明においては、論理回路部２の直上域の少なくとも一部に温度モニタ部材８が形成されていてもよい。即ち、温度モニタ部材８の直下域に、論理回路部２の少なくとも一部が配置されていてもよい。これにより、温度モニタ部材８の直下域を有効に利用して省スペース化を図ることができ、半導体集積回路装置１のレイアウト面積を低減して小型化を図ることができる。

更にまた、温度センサ部３は、半導体集積回路装置１が形成されているチップの１ヶ所に形成されていてもよく、複数の箇所に夫々形成されていてもよい。例えば、チップの中央部及び四隅部の合計５ヶ所に形成されていてもよい。温度センサ部３を複数ヶ所に夫々設け、各温度センサ部３の測定値の平均値を算出することにより、温度測定の精度をより向上させることができる。

更にまた、本実施形態においては、各１枚の温度モニタ部材８及び９を設けたが、本発明はこれに限定されず、複数枚の温度モニタ部材８及び９を設けてもよい。この場合、半導体集積回路装置１の最上層に複数枚の温度モニタ部材８を設けることが好ましいが、レイアウト面積を縮小するために、半導体集積回路装置１の最上層及びそれより下層の層に夫々温度モニタ部材８を設けてもよい。但し、この場合においても、温度モニタ部材８は、論理回路部２が設けられた多層配線層Ｍ１よりも上層に設ける必要がある。更にまた、多層配線層Ｍ１における配線層及び絶縁層の数は、特に限定されない。

次に、本第１の実施形態の変形例について説明する。図４は、横軸に温度をとり、縦軸に窒化チタン（ＴｉＮ）の電気抵抗率をとって、窒化チタンの電気抵抗率の温度依存性を示すグラフ図である。本変形例においては、温度モニタ部材９がＴｉＮにより形成されており、図４に示すように、ＴｉＮの電気抵抗率の温度依存性は線形である。即ち、温度が高いほど、ＴｉＮの電気抵抗率は増加するが、その傾き、即ち電気抵抗率の温度係数は温度によらずほぼ一定の正の値をとっている。本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る集積回路装置を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路装置１１においては、前述の第１の実施形態におけるＴｉからなる温度モニタ部材９（図１参照）の替わりに、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ：Barium Strontium Titanate）又はチタン酸バリウムからなる温度モニタ部材１０が設けられている。そして、温度モニタ部材１０は、配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１よりも下層に設けられている。

即ち、ビアＶ１５の下方に、ビアＶ１５に接続するように配線Ｗ１４が設けられており、配線Ｗ１４の下方にはこの配線Ｗ１４に接続するようにビアＶ１６が設けられている。そして、ビアＶ１６の下方には、温度モニタ部材１０が設けられており、温度モニタ部材１０の一端部がビア１６に接続されている。また、温度モニタ部材１０の上方には、ビアＶ１７が設けられており、温度モニタ部材１０の他端部がビアＶ１７に接続されている。そして、ビアＶ１７上には、ビアＶ１７に接続するように配線Ｗ１５が設けられており、配線Ｗ１５上はビアＶ１８に接続されている。本実施形態における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態と同様である。

チタン酸バリウムストロンチウム及びチタン酸バリウムは、化学式Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘＴｉＯ_３により表すことができる。なお、ｘは０以上１未満の数であり、ｘ＝０の場合がチタン酸バリウムである。以下、便宜上、チタン酸バリウムストロンチウム及びチタン酸バリウムを総称してＢＳＴという。ＢＳＴからなる薄膜の電気抵抗値の温度係数は、この薄膜の組成即ち前記ｘの値、及び成膜方法によって異なるが、例えば＋２．０（％／Ｋ）である。

本実施形態に係る半導体集積回路装置１１を製造する際には、Ａｌからなる配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１を形成する前に、ＢＳＴからなる温度モニタ部材１０を形成する。そして、温度モニタ部材１０を形成した後に、この温度モニタ部材１０の両端部に接続されるように、ビアＶ１６及びＶ１７を形成する。その後、配線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４、Ｗ５及びＷ１１を形成するが、この際に、配線Ｗ１４及びＷ１５も形成する。本実施形態における上記以外の製造方法は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、温度モニタ部材１０をＴｉよりも電気抵抗率の温度係数が大きいＢＳＴによって形成することにより、前述の第１の実施形態と比較して、温度測定精度をより一層向上させることができる。また、ＢＳＴ膜の成膜温度は例えば５５０℃と高温であるため、Ａｌからなる配線を形成した後に温度モニタ部材１０を形成すると、配線に対して悪影響を及ぼすことがある。しかしながら、本実施形態においては、温度モニタ部材１０を各配線よりも先に形成しているため、配線に悪影響を及ぼすことがない。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

本発明は、モノリシック型の温度センサを内蔵した集積回路装置に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路装置を示す断面図である。 図１に示す半導体集積回路装置の温度センサ部を示す等価回路図である。 横軸に温度をとり、縦軸に酸化バナジウムの電気抵抗率をとって、酸化バナジウムの電気抵抗率の温度依存性を示すグラフ図である。 横軸に温度をとり、縦軸に窒化チタンの電気抵抗率をとって、窒化チタンの電気抵抗率の温度依存性を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路装置を示す断面図である。

符号の説明

１、１１；半導体集積回路装置
２；論理回路部
３；温度センサ部
４；ＣＭＯＳ回路
５、６；チャネル領域
７；絶縁材料
８、９、１０；温度モニタ部材
Ｇ１、Ｇ２；ゲート電極
Ｍ１；多層配線層
ＰＳｕｂ；Ｐ型シリコン基板
Ｖｇ；ゲート端子
Ｖｏｕｔ１；出力端子
ＰＷ１；Ｐウエル
ＮＷ１；Ｎウエル
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４；ｐ^＋拡散領域
Ｎ１、Ｎ２；ｎ^＋拡散領域
Ｖ１〜Ｖ９、Ｖ１１〜Ｖ１８；ビア
Ｗ１〜Ｗ５、Ｗ１１〜Ｗ１５；配線
Ｖｃｃ；電源電位配線
ＧＮＤ；接地電位配線

Claims (9)

1. 基板と、この基板上に設けられた多層配線層とを備えた集積回路装置において、前記多層配線層よりも上層に設けられその電気抵抗率の温度係数が負でありその一端部に第１の基準電位が印加される第１の温度モニタ部材と、その一端部が前記第１の温度モニタ部材の他端部に接続されその電気抵抗率の温度係数が正でありその他端部に前記第１の基準電位とは異なる第２の基準電位が印加される第２の温度モニタ部材と、を有することを特徴とする集積回路装置。
2. 前記第１の温度モニタ部材の電気抵抗率の温度依存性が非線形であり、前記第２の温度モニタ部材の電気抵抗率の温度依存性が線形であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路装置。
3. 前記第１の温度モニタ部材が酸化バナジウムにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集積回路装置。
4. 前記第２の温度モニタ部材が金属又は合金により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積回路装置。
5. 前記第２の温度モニタ部材が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔａ及びＢｅからなる群から選択された１種の金属若しくはその合金又は２種以上の金属を含む合金により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の集積回路装置。
6. 前記第２の温度モニタ部材が、ＴｉＮにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積回路装置。
7. 前記第２の温度モニタ部材がチタン酸バリウムストロンチウム又はチタン酸バリウムにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積回路装置。
8. 前記第２の温度モニタ部材が前記多層配線層の最下層の配線層よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の集積回路装置。
9. 前記基板及び前記多層配線層に形成された論理回路部を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の集積回路装置。

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