JP4536408B2

JP4536408B2 - 集積回路装置

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Publication number: JP4536408B2
Application number: JP2004101098A
Authority: JP
Inventors: 宏明大窪; 康隆中柴; 尚由川原; 寛村瀬; 直樹小田; 得人佐々木; 信和伊藤
Original assignee: NEC Corp; Renesas Electronics Corp
Current assignee: NEC Corp; Renesas Electronics Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: US7391092B2; US20050218471A1; JP2005286238A; CN100385666C; CN1677668A

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、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３参照）。

特開平１−３０２８４９号公報特開平９−２２９７７８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、以下に示すような問題点がある。集積回路内に、例えば酸化バナジウム膜等からなる抵抗体を形成し、この抵抗体の抵抗値を測定することによって集積回路装置の温度を測定する場合、集積回路装置の内部又は外部の環境の影響により、抵抗体の周囲の温度が不均一になることがある。例えば、抵抗体の周囲に配置された配線等に電流が流れることにより、局所的に温度が上昇し、抵抗体の周囲の温度が不均一になる。この場合、抵抗体内部の温度も不均一となり、従って、抵抗体内部の抵抗率も不均一となるため、温度を精度よく且つ安定に測定することができなくなる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、温度センサとして温度に応じて電気抵抗値が変化する抵抗体を備えた集積回路装置において、温度を精度よく且つ安定に測定することができる温度センサを備えた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、２本の配線間に接続され温度に応じて電気抵抗値が変化する温度モニタ部材と、金属又は合金からなり前記温度モニタ部材の上方及び下方のうち少なくとも一方に配置され前記温度モニタ部材の表面に垂直な方向から見て前記温度モニタ部材の半分以上の領域と重なる均熱部材と、を有し、
前記温度モニタ部材及び前記均熱部材が基板の上方に配置されたものであり、前記均熱部材が前記温度モニタ部材にビアにより電気的に接続されるとともに、前記均熱部材がビアにより前記基板に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明においては、温度モニタ部材の上方及び下方のうち少なくとも一方に均熱部材が設けられているため、集積回路装置の外部からの熱の伝導が不均一であったり、温度モニタ部材の周囲で局所的な発熱が生じたりしても、均熱部材中を熱が伝導することにより、温度モニタ部材の周囲の温度を均一化することができる。これにより、温度モニタ部材内の温度が均一化され、高精度に且つ安定して温度を測定することができる。

また、前記均熱部材が、前記温度モニタ部材の下方に配置されていてもよく、前記温度モニタ部材の上方に配置されていてもよく、前記均熱部材が２つ設けられており、夫々前記温度モニタ部材の上方及び下方に配置されていてもよい。

更に、前記均熱部材が前記温度モニタ部材の直上域又は直下域に位置する第１部分及び前記第１部分に連結され前記直上域及び直下域から外れた第２部分からなることが好ましい。このとき、前記第２部分の少なくとも一部が、前記温度モニタ部材の側方に配置されていることが好ましい。これにより、均熱部材が温度モニタ部材の側方も覆うことになり、均熱効果、即ち、温度モニタ部材の周囲の温度を均一化する効果がより一層大きくなる。また、前記均熱部材が集積回路装置の全面に配置されていてもよい。これにより、均熱部材に蓄積された熱を速やかに集積回路装置外に放熱することができ、温度測定の応答性が向上する。

更にまた、前記均熱部材がアルミニウム、銅及びチタン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が好ましい。これにより、均熱部材の熱伝導性が向上し、均熱効果がより一層増大する。

更にまた、前記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、電気抵抗率の温度係数の絶対値が大きい温度モニタ部材を得ることができ、温度を精度よく測定することができる。

更にまた、前記均熱部材が前記温度モニタ部材に電気的に接続されている。これにより、温度モニタ部材に蓄積した熱を、均熱部材を介して速やかに放熱することができ、温度測定の応答性が向上する。

更にまた、前記温度モニタ部材及び前記均熱部材が基板上に設けられたものであり、前記均熱部材が前記基板に電気的に接続されている。これにより、均熱部材に蓄積した熱を速やかに基板に逃がすことができ、温度測定の応答性が向上する。

更にまた、基板と、この基板上に設けられ前記温度モニタ部材及び前記均熱部材が設けられた多層配線層と、前記基板の表面及び前記多層配線層における最上層より下方の配線層に設けられた論理回路部と、を有し、前記温度モニタ部材が前記多層配線層の最上層に配置されていることが好ましい。これにより、温度モニタ部材を形成する材料により、論理回路部が汚染されることを防止できる。

本発明によれば、温度モニタ部材の上方及び下方のうち少なくとも一方に均熱部材が設けられているため、温度モニタ部材の周囲の温度が均一化され、この温度モニタ部材の抵抗値を測定することにより、温度を精度よく且つ安定に測定することができる。

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Ａ−Ａ’線による断面図であり、図３は、図１及び図２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及び図２に示すように、本実施形態に係る半導体集積回路装置１においては、例えばＰ型のシリコン基板２が設けられており、このシリコン基板２上に多層配線層３が設けられている。多層配線層３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り、例えば、第１乃至第３の３層の配線層が絶縁層を介して積層されたものである。そして、この半導体集積回路装置１には、温度センサ部４が設けられている。また、シリコン基板２の表面及び多層配線層３における最上層以外の配線層には、論理回路部１０（図４参照）が設けられている。論理回路部１０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１０には、温度センサ部４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。

温度センサ部４においては、シリコン基板２の表面の一部にｐ^＋拡散領域Ｐ１が形成されている。ｐ^＋拡散領域Ｐ１には、シリコン基板２を介して、接地電位（ＧＮＤ）が印加されるようになっている。そして、多層配線層３におけるｐ_＋拡散領域Ｐ１上の部分には、このｐ_＋拡散領域Ｐ１に接続するように、３個のビアＶ１が１列に配設されている。なお、図１において、ビアＶ１の配列方向をＹ方向とし、このＹ方向に直交し且つシリコン基板２の表面に平行な方向をＸ方向とする。

ビアＶ１上には、ビアＶ１に接続するように第１配線Ｗ１が設けられている。第１配線Ｗ１はシリコン基板２から数えて１層目の配線層、即ち第１配線層に形成されている。また、第１配線Ｗ１上には、第１配線Ｗ１に接続するように３個のビアＶ２が設けられている。シリコン基板２の表面に垂直な方向から見て（以下、平面視でという）、ビアＶ２はビアＶ１に重なっている。ビアＶ２上には、このビアＶ２に接続するように、均熱部材５が設けられている。

均熱部材５は第２配線層に設けられており、例えばアルミニウムにより形成されている。平面視で、均熱部材５の形状は矩形状であり、均熱部材５の長手方向はビアＶ２の配列方向に直交する方向、即ちＸ方向である。均熱部材５の長手方向（Ｘ方向）の長さは例えば８０μｍであり、短手方向（Ｙ方向）の長さは例えば６０μｍであり、厚さは例えば０．５μｍである。

均熱部材５上には、均熱部材５の一端に接続するように、３個のビアＶ３が設けられている。ビアＶ３は、ビアＶ２及びＶ１の直上、即ち、平面視でビアＶ２及びＶ１と重なる位置に配置されている。即ち、均熱部材５の一端にはビアＶ２及びＶ３が接続されており、他端には何も接続されていない。

また、ビアＶ３上には、ビアＶ３に接続するように、温度モニタ部材６が設けられている。温度モニタ部材６は、多層配線層３の最上層である第３配線層に設けられている。温度モニタ部材６の形状は平面視で矩形状のシート形状であり、その長手方向は均熱部材５の長手方向と同じ方向、即ち図１に示すＸ方向である。温度モニタ部材６の長手方向（Ｘ方向）の長さは例えば１００μｍであり、短手方向（Ｙ方向）の長さは例えば５０μｍであり、厚さは例えば０．２μｍである。温度モニタ部材６における短手方向に延びる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Ｖ３に接続されている。均熱部材５は温度モニタ部材６の直下域から図１に示すＹ方向の両側に延出しており、温度モニタ部材６は均熱部材５の直上域からビアＶ１乃至Ｖ３から遠ざかる方向（Ｘ方向）に延出している。

温度モニタ部材６は、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。温度モニタ部材６の抵抗値は例えば数千乃至数万Ω、例えば２５ｋΩである。

多層配線層３における温度モニタ部材６の下方には、温度モニタ部材６の他方の電極（図示せず）に接続するように３個のビアＶ４が設けられている。ビアＶ４の配列方向はＹ方向である。また、ビアＶ４の下方には、このビアＶ４に接続するように第２配線Ｗ２が設けられている。第２配線Ｗ２は均熱部材５と同様に第２配線層に設けられている。第２配線Ｗ２には、出力端子Ｖｏｕｔ（図３参照）が接続されている。更に、第２配線Ｗ２の下方には、この第２配線Ｗ２に接続するように３個のビアＶ５が設けられている。ビアＶ５はビアＶ４の直下域に設けられており、その配列方向はＹ方向である。ビアＶ５の下方には、このビアＶ５に接続されるように、第１配線Ｗ３が設けられている。平面視で、第１配線Ｗ３の形状は矩形状であり、その長手方向は温度モニタ部材６の長手方向に直交する方向、即ち、Ｙ方向となっている。ビアＶ５は第１配線Ｗ３の一端に接続されている。

第１配線Ｗ３の下方には、第１配線Ｗ３の他端に接続されるように１個のビアＶ６が設けられており、ビアＶ６の下方にはこのビアＶ６に接続されるように、温度モニタ部材７が設けられている。温度モニタ部材７の形状は平面視で矩形状のシート形状であり、その長手方向は第１配線Ｗ３の長手方向と同じＹ方向である。温度モニタ部材７の長手方向（Ｙ方向）の長さは例えば１００μｍであり、短手方向（Ｘ方向）の長さは例えば２μｍであり、厚さは例えば０．２μｍである。温度モニタ部材７の短手方向に延びる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Ｖ６に接続されている。温度モニタ部材７は、例えばポリシリコンにより形成されている。また、温度モニタ部材７の抵抗値は例えば温度モニタ部材６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７の上方には、温度モニタ部材７の他方の電極（図示せず）に接続するように１個のビアＶ７が設けられており、ビアＶ７上には、ビアＶ７に接続するように第１配線Ｗ４が設けられている。第１配線Ｗ４は、第１配線Ｗ１及びＷ３と同層の第１配線層に設けられている。そして、第１配線Ｗ４には電源電位（Ｖｃｃ）が印加されるようになっている。

これにより、接地電位（ＧＮＤ）が印加されるｐ^＋拡散領域Ｐ１から電源電位（Ｖｃｃ）が印加される第１配線Ｗ４に向かって、ビアＶ１、第１配線Ｗ１、ビアＶ２、均熱部材５、ビアＶ３、温度モニタ部材６、ビアＶ４、第２配線Ｗ２、ビアＶ５、第１配線Ｗ３、ビアＶ６、温度モニタ部材７、ビアＶ７がこの順に直列に接続されている。

また、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。更に、多層配線層３における前記各ビア、各配線及び各温度モニタ部材以外の部分は、絶縁材料８により埋め込まれている。なお、図１においては、絶縁材料８は図示を省略されている。

このように構成された半導体集積回路装置１において、均熱部材５は、温度モニタ部材６の下方に配置されており、ビアＶ３を介して温度モニタ部材６に接続されると共に、ビアＶ２、第１配線Ｗ１、ビアＶ１を介してシリコン基板２に接続されている。また、均熱部材５と温度モニタ部材６との間には、これらの間に接続されたビアＶ３以外には、配線及びビア等は配置されていない。そして、平面視で、均熱部材５は温度モニタ部材６の約８０％の領域と重なっている。

この結果、図３に示すように、温度センサ部４においては、電源電位Ｖｃｃが印加されるノードから接地電位ＧＮＤが印加されるノードに向かって、温度モニタ部材７及び温度モニタ部材６がこの順に直列に接続された回路が形成される。そして、温度モニタ部材７と温度モニタ部材６との間に出力端子Ｖｏｕｔが接続されている。

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。ｐ^＋拡散領域Ｐ１に接地電位ＧＮＤを印加し、第１配線Ｗ４に電源電位Ｖｃｃを印加すると、出力端子Ｖｏｕｔの電位は、温度モニタ部材６の抵抗値及び温度モニタ部材７の抵抗値によって決定される接地電位ＧＮＤと電源電位Ｖｃｃとの中間の値となる。そして、外部の温度が上昇するか、又は論理回路部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６及び７の温度も上昇し、温度モニタ部材６の抵抗値が低下する。このとき、温度モニタ部材７はポリシリコンにより形成されているため、その抵抗値はほとんど変化しない。このため、温度が上昇すると出力端子Ｖｏｕｔの電位は低下する。従って、出力端子Ｖｏｕｔの電位を検出することにより、半導体集積回路装置１の温度を測定することができる。そして、この温度の測定結果に基づいて、論理回路部を制御する。例えば、温度の測定値が所定の値を超えた場合は、論理回路部が過熱状態にあると判断し、論理回路部の駆動を停止する。

また、温度モニタ部材６の下方に配置された配線（図示せず）に電流が流れる等の理由により、局所的な発熱が発生しても、この熱が温度モニタ部材６に伝達される前に均熱部材５に伝達し、均熱部材５を加熱する。そして、均熱部材５内における相対的に温度が高い部分から温度が低い部分に熱が流れることにより、均熱部材５内の温度分布が均一化される。そしてその後、均熱部材５から絶縁材料８を介して温度モニタ部材６に熱が伝達される。これにより、温度モニタ部材６に均一に熱が伝わり、温度モニタ部材６内の温度分布が均一になる。この結果、温度モニタ部材６内の電気抵抗率が均一になる。これにより、温度モニタ部材６の下方において局所的な発熱が発生しても、温度を精度よく安定して測定することができる。なお、温度モニタ部材７の電気抵抗値は温度が変化してもほとんど変化しないため、温度モニタ部材７の周囲には均熱部材を設ける必要がない。

更に、半導体集積回路装置１の温度が低下していく過程において、温度モニタ部材６及び均熱部材５に蓄積された熱が、ビアＶ３、ビアＶ２、第１配線Ｗ１及びビアＶ１を介してシリコン基板２に効率よく伝達するため、温度モニタ部材６及び均熱部材５を速やかに冷却することができる。このため、温度測定の応答性が高い。

このように、本実施形態においては、温度モニタ部材６の下方に均熱部材５が設けられているため、温度モニタ部材６の周辺の環境における局所的な温度分布の影響を排除することができ、温度モニタ部材６内の温度分布を均一化することができる。これにより、温度測定の精度を向上させることができる。

また、温度モニタ部材６を形成する酸化バナジウムは、抵抗率の温度係数の絶対値が約２．０（％／Ｋ）と比較的大きいため、温度測定に際して高いＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio：信号対雑音比）を得ることができる。また、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４における温度の測定結果に基づいて論理回路部を制御することにより、論理回路部を適正に制御することができる。例えば、論理回路部が過熱により破壊されることを防止することができる。

更にまた、温度モニタ部材６が多層配線層３の最上層、即ち第３配線層に設けられており、論理回路部がこの最上層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。このため、酸化バナジウムにより論理回路部を汚染することがなく、論理回路部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、論理回路部には既存のマクロを使用することができる。更に、論理回路部を形成した後に、温度モニタ部材６を形成することができるため、論理回路部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６を設けることによる製造コストの上昇を抑制できる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本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４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の実施形態に係る半導体集積回路装置１（図１及び図２参照）と比較して、温度モニタ部材６の下方に配置された均熱部材５の他に、温度モニタ部材６の上方に配置された均熱部材１５が設けられている点が異なっている。均熱部材１５の形状は、平面視で矩形状のシート形状である。均熱部材１５の長手方向の長さは例えば１１０μｍであり、短手方向の長さは例えば６０μｍであり、厚さは例えば０．５μｍである。均熱部材１５は、多層配線層１３内における温度モニタ部材６の直上域及びその周辺の領域に配置されており、平面視で、温度モニタ部材６の全ての領域と重なっている。そして、均熱部材１５は例えばアルミニウムにより形成されている。また、均熱部材１５はビアＶ８により均熱部材５に接続されている。

また、第１配線Ｗ３におけるビアＶ５が接続された端部からビアＶ６が接続された端部に向かう方向は、温度モニタ部材６におけるビアＶ４が接続された端部からビアＶ３が接続された端部に向かう方向と等しくなっている。これにより、温度モニタ部材６の直下域の一部に、温度モニタ部材７が配置されている。

更に、第１配線Ｗ４上には、この第１配線Ｗ４に接続されるようにビアＶ９が設けられており、ビアＶ９上には、ビアＶ９に接続されるように第２配線Ｗ５が設けられている。第２配線Ｗ５は電源電位Ｖｃｃが印加される電源電位配線である。これにより、第１配線Ｗ４には、第２配線Ｗ５及びビアＶ９を介して、電源電位Ｖｃｃが印加されるようになっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態に係る半導体集積回路装置１１の構成要素のうち、前述の第１の実施形態に係る半導体集積回路装置１（図１参照）の構成要素の同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

一方、図４には論理回路部１０の構成を示している。図４に示すように、論理回路部１０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１２が設けられている。ＣＭＯＳ回路１２においては、シリコン基板２の表面にＮウエルＮＷ及びＰウエルＰＷが相互に隣接するように形成されている。ＮウエルＮＷ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Ｐ２及びＰ３が相互に離隔して形成されており、ＰウエルＰＷ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ＮＷにおけるｐ^＋拡散領域Ｐ２とｐ^＋拡散領域Ｐ３との間の領域はチャネル領域１６となっている。また、ＰウエルＰＷにおけるｎ^＋拡散領域Ｎ１とｎ^＋拡散領域Ｎ２との間の領域はチャネル領域１７となっている。

多層配線層１３におけるチャネル領域１６及び１７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１６及び１７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は温度モニタ部材７と同層に形成されており、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１６、ソース・ドレイン領域としてのｐ^＋拡散領域Ｐ２及びＰ３、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１７、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１３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に接続するように第１配線Ｗ１１が設けられている。第１配線Ｗ１１上には、この第１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、第２配線Ｗ１２が設けられている。第２配線Ｗ１２は電源電位Ｖｃｃが印加される電源電位配線である。これにより、ｐ^＋拡散領域Ｐ２は、ビアＶ１１、配線Ｗ１１及びビアＶ１２を介して、電源電位配線である第２配線Ｗ１２に接続されている。

また、多層配線層１３におけるｐ^＋拡散領域Ｐ３上には、このｐ^＋拡散領域Ｐ３に接続するようにビアＶ１３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Ｖ１４が設けられている。そして、ビアＶ１３及びＶ１４上には、ビアＶ１３及びＶ１４の双方に接続するように第１配線Ｗ１３が設けられており、第１配線Ｗ１３上には、この第１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上にはこのビアＶ１５に接続するように第２配線Ｗ１５が設けられている。これにより、ｐ^＋拡散領域Ｐ３及びｎ^＋拡散領域Ｎ１は、ビアＶ１３及びＶ１４、第１配線Ｗ１３並びにビアＶ１５を介して、第２配線Ｗ１５に接続されている。

更に、多層配線層１３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Ｖ１６が設けられており、ビアＶ１６上には、このビアＶ１６に接続するように第１配線Ｗ１６が設けられている。第１配線Ｗ１６には接地電位ＧＮＤが印加されるようになっている。これにより、ｎ^＋拡散領域Ｎ２には、配線Ｗ１６及びビアＶ１６を介して接地電位ＧＮＤが印加されるようになっている。

一方、シリコン基板２の表面におけるＮウエルＮＷ及びＰウエルＰＷが形成されている領域以外の領域に、ｐ^＋拡散領域Ｐ４が形成されている。多層配線層１３におけるｐ^＋拡散領域Ｐ４上には、下から順にビアＶ１７、第１配線Ｗ１７、ビアＶ１８及び第２配線Ｗ１８がこの順に設けられている。第２配線Ｗ１８は接地電位ＧＮＤが印加される接地電位配線である。これにより、ｐ^＋拡散領域Ｐ４は、ビアＶ１７、配線Ｗ１７及びビアＶ１８を介して、接地電位配線である第２配線Ｗ１８に接続されている。なお、論理回路部１０にはＣＭＯＳ回路１２以外の素子も設けられているが、図４においては図示を省略されている。

本実施形態においては、温度モニタ部材６の下方に均熱部材５が設けられており、温度モニタ部材６の上方に均熱部材１５が設けられているため、均熱部材６の下方の環境だけでなく、上方の環境における局所的な温度分布の影響も排除することができる。例えば、半導体集積回路１１の外部の温度が不均一である場合も、外部から半導体集積回路１１内に伝達される熱を、均熱部材１５が均一化した上で、温度モニタ部材６に伝達することができる。これにより、温度測定の精度及び安定性をより一層向上させることができる。また、温度モニタ部材６に蓄積された熱を、均熱部材１５を介して半導体集積回路装置１１の外部に放出することができる。均熱部材１５は温度モニタ部材６の直上域の他に、この直上域の周囲の領域にも配置されているため、温度モニタ部材６に対する均熱効果及び放熱効果が高い。

また、温度モニタ部材７を温度モニタ部材６の直下域の一部に配置しているため、温度センサ部４の面積を低減することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、本第２の実施形態の変形例について説明する。図５は本変形例に係る半導体集積回路装置における温度モニタ部材及び均熱部材を示す断面図である。図５に示すように、本変形例においては、半導体集積回路１１の多層配線層１３における第１の配線層及び第２の絶縁層に充填される層間絶縁膜２１内に、ビアＶ２が形成されている。また、第２の配線層には均熱部材５が形成されており、この均熱部材５を埋め込むように層間絶縁膜２２が設けられており、第２の配線層及び第３の絶縁層が形成されている。層間絶縁膜２２にはビアＶ３が形成されている。

そして、層間絶縁膜２２上には温度モニタ部材６が配置されており、この温度モニタ部材６を覆うように、層間絶縁膜２３が設けられている。層間絶縁膜２３の形状は温度モニタ部材６の形状を反映しており、温度モニタ部材６の直上域及びその周辺の部分は、それ以外の部分と比較して盛り上がっている。また、層間絶縁膜２３上に均熱部材１５が配置されている。均熱部材１５は、温度モニタ部材６の直上域に位置する部分１５ａ及び温度モニタ部材６の直上域を除く領域に位置する部分１５ｂからなる。均熱部材１５の形状も層間絶縁膜２３の形状を反映しており、従って、温度モニタ部材６の形状を反映しており、温度モニタ部材６の直上域及びその周辺の部分は、それ以外の部分と比較して盛り上がっている。これにより、部分１５ｂの一部は部分１５ａよりも低い位置に配置され、温度モニタ部材６の側方に配置されている。また、層間絶縁膜２２及び２３を貫通して、均熱部材１５を均熱部材５に接続するビアＶ８が設けられている。層間絶縁膜２１乃至２３は、絶縁材料８（図４参照）により形成されている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。

本変形例においては、均熱部材５が温度モニタ部材６の下方に配置され、均熱部材１５の部分１５ａが温度モニタ部材６の上方に配置され、均熱部材１５の部分１５ｂが温度モニタ部材６の側方に配置されるため、前述の第２の実施形態と比較して、均熱部材により温度モニタ部材６の周囲をより効果的に覆うことができる。これにより、均熱効果がより一層顕著になり、温度をより正確に測定することができる。なお、ビアＶ８は複数個設けられていてもよい。これにより、ビアＶ８を均熱部材５及び１５と一体化させ、全体として温度モニタ部材６を囲む均熱部材として機能させることができる。この結果、均熱効果が更に向上する。本変形例における上記以外の動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態においては、前述の第２の実施形態と比較して、均熱部材５（図４参照）が設けられておらず、均熱部材１５のみが設けられている。即ち、温度モニタ部材６の上方のみ又は上方及び側方のみに、均熱部材が配置されている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２の実施形態と同様である。

なお、上述の第２の実施形態及びその変形例並びに第３の実施形態において、均熱部材１５を半導体集積回路装置１１の全面に設けてもよい。これにより、均熱部材５及び１５並びに温度モニタ部材６の放熱性が向上し、温度測定の応答性をより向上させることができる。

また、上述の第１及び第２の実施形態においては、平面視で、均熱部材５が温度モニタ部材６に重なる領域の面積が温度モニタ部材６の約８０％を占め、均熱部材１５が温度モニタ部材６に重なる領域の面積は温度モニタ部材６の全体（１００％）である例を示したが、本発明はこれに限定されない。平面視で、温度モニタ部材６における均熱部材と重なる領域の面積率が高いほど、均熱効果及び放熱効果が高まり、温度測定の精度が向上するが、前記面積率が５０％以上であれば、一定の効果が認められる。

更に、上述の各実施形態においては、均熱部材をアルミニウムにより形成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、均熱部材は金属又は合金により形成されていればよい。但し、熱伝導性及び半導体プロセスにおける扱い易さの観点から、均熱部材は、アルミニウム、銅及びチタン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が好ましい。

更にまた、上述の各実施形態においては、均熱部材５及び／又は１５が、温度モニタ部材６及びシリコン基板２に接続されている例を示したが、均熱部材５及び／又は１５は電気的に浮遊状態としてもよい。

更にまた、上述の各実施形態において、温度モニタ部材７を電気抵抗率の温度係数の絶対値が大きい材料で形成する場合は、温度モニタ部材７の上方及び／又は下方にも均熱部材を設けることが好ましい。

更にまた、温度センサ部４は、半導体集積回路装置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４を複数ヶ所に夫々設け、各温度センサ部４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。

本発明は、温度センサを備えた集積回路装置に適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る集積回路装置を示す断面図である。図１に示すＡ−Ａ’線による断面図である。図１及び図２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。第２の実施形態の変形例に係る半導体集積回路装置における温度モニタ部材及び均熱部材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；シリコン基板
３、１３；多層配線層
４；温度センサ部
５、１５；均熱部材
６、７；温度モニタ部材
８；絶縁材料
１０；論理回路部
１２；ＣＭＯＳ回路
１５ａ、１５ｂ；部分
１６、１７；チャネル領域
２１、２２、２３；層間絶縁膜
Ｎ１、Ｎ２；ｎ^＋拡散領域
ＮＷ；Ｎウエル
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４；ｐ^＋拡散領域
ＰＷ；Ｐウエル
Ｖｏｕｔ；出力端子
Ｖ１〜Ｖ９、Ｖ１１〜Ｖ１８；ビア
Ｗ１、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ１１、Ｗ１３、Ｗ１６、Ｗ１７；第１配線
Ｗ２、Ｗ５、Ｗ１２、Ｗ１５、Ｗ１８；第２配線

Claims

２本の配線間に接続され温度に応じて電気抵抗値が変化する温度モニタ部材と、金属又は合金からなり前記温度モニタ部材の上方及び下方のうち少なくとも一方に配置され前記温度モニタ部材の表面に垂直な方向から見て前記温度モニタ部材の半分以上の領域と重なる均熱部材と、を有し、
前記温度モニタ部材及び前記均熱部材が基板の上方に配置されたものであり、前記均熱部材が前記温度モニタ部材にビアにより電気的に接続されるとともに、前記均熱部材がビアにより前記基板に電気的に接続されていることを特徴とする集積回路装置。
前記温度モニタ部材と前記均熱部材との間に、前記温度モニタ部材及び前記均熱部材のいずれにも接続されていない配線が配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の集積回路装置。
前記均熱部材が前記温度モニタ部材の下方に配置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。
前記均熱部材が前記温度モニタ部材の上方に配置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。
前記均熱部材が２つ設けられており、夫々前記温度モニタ部材の上方及び下方に配置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。
前記均熱部材が前記温度モニタ部材の直上域又は直下域に位置する第１部分及び前記第１部分に連結され前記直上域及び直下域から外れた第２部分からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の集積回路装置。
前記第２部分の少なくとも一部が、前記温度モニタ部材の側方に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の集積回路装置。
前記均熱部材が集積回路装置の全面に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の集積回路装置。
前記均熱部材がアルミニウム、銅及びチタン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１乃至８のいずれか１項に記載の集積回路装置。
前記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乃至９のいずれか１項に記載の集積回路装置。
基板と、この基板上に設けられ、前記温度モニタ部材及び前記均熱部材が設けられた多層配線層と、前記基板の表面及び前記多層配線層における最上層より下方の配線層に設けられた論理回路部と、を有し、前記温度モニタ部材が前記多層配線層の最上層に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の集積回路装置。