JP7260454B2 - 半導体チップのチップ温度センサ、流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の構造に係り、特に、半導体チップのチップ温度を計測するチップ温度センサに適用して有効な技術に関する。

車載用エアフローセンサは、エンジンへの吸入空気の流量を測定することで、エンジンの燃料噴射量を適正化し、燃費の向上とともに、二酸化炭素（ＣＯ_２）や排出ガスの低減に貢献する内燃機関の基幹部品として位置づけられている。

代表的なエアフローセンサとして、シリコン（Ｓｉ）などの半導体チップ上に不純物濃度を変えた抵抗温度係数の異なる２個の抵抗素子を直列接続した形で形成してチップ温度センサを構成し、ヒータ抵抗とその両隣に上流側温度センサと下流側温度センサとして２つのチップ温度センサを配置したものがある。

ヒータ抵抗に電流を供給して一定温度に加熱制御し、空気への熱伝達量が空気流速に依存して両隣のチップ温度センサに分配されることを利用して空気の流量と流れの方向を求める。

異なる抵抗温度係数を有する２個の抵抗素子を直列接続することで半導体チップのチップ温度を検出する例として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。

特許文献１では、正の温度係数を有するＮ型拡散抵抗素子と負の温度係数を有する多結晶シリコン抵抗素子を直列接続して、これらの抵抗素子の接続点の電圧がチップ温度に応じて変化することを利用して半導体チップのチップ温度を計測する。

また、特許文献２には「互いに電気的に直列に接続されたＮ型抵抗部とＰ型抵抗部とを備え、Ｎ型抵抗部は、互いに直角をなすように配置され、かつ、電気的に直列に接続された第１Ｎ型拡散層抵抗素子と第２Ｎ型拡散層抵抗素子とを有し、Ｐ型抵抗部は、互いに直角をなすように配置され、かつ、電気的に直列に接続された第１Ｐ型拡散層抵抗素子と第２Ｐ型拡散層抵抗素子とを有し、第１Ｎ型拡散層抵抗素子は＜１１０＞方向に沿って配置され、第１Ｐ型拡散層抵抗素子は＜１００＞方向に沿って配置される抵抗回路」が開示されている。

特開平５－１２１７３６号公報 特開２０１８－１６０５２３号公報

上記特許文献１の方式では正の温度係数と負の温度係数を有する抵抗素子を使用しているため、温度に対する感度が大きくなる利点がある。

しかしながら、実際の半導体チップでは樹脂モールドによる実装応力や半導体チップをプリント基板に固定することによって生じる実装応力が半導体チップに働く。この実装応力により、正の温度係数を有するＮ型拡散抵抗素子は大きく抵抗値を変化させる。また、負の温度係数を有する多結晶シリコン抵抗素子もＮ型拡散抵抗素子程では無いが、実装応力により抵抗値を変化させる。

また、この実装応力はプリント基板の線膨張係数やモールド樹脂の線膨張係数、半導体チップの線膨張係数の差と周囲温度の変化により変化する。また、プリント基板への取り付け時に与える熱処理やモールド樹脂を成型する温度によっても変化する。更に、モールド樹脂やプリント基板が吸湿することでも変化する。

これらによって生じる実装応力の変化はＮ型拡散抵抗素子や多結晶シリコン抵抗素子の抵抗値を変化させるため、チップ温度の計測に誤差を生じさせる。つまり、上記特許文献１では半導体チップに生じる実装応力に対する配慮が欠けていた。

一方、上記特許文献２は、パッケージ材料などから受ける半導体チップの応力を考慮した回路構成ではあるが、半導体チップが応力を受けた際にＮ型抵抗部とＰ型抵抗部のそれぞれの抵抗値の変化量が必ずしも等しくなるとは限らず、チップ温度の計測に誤差を生じさせる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、実装応力の影響が小さい半導体チップのチップ温度センサを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、同一の半導体チップに、第１の不純物濃度を有する第１の抵抗素子と、前記第１の抵抗素子に直列接続され、前記第１の不純物濃度と異なる第２の不純物濃度を有する第２の抵抗素子と、を備え、前記第１の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップのピエゾ抵抗係数が極小となる前記半導体チップのチップ表面内の角度方向との角度が、前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップのピエゾ抵抗係数が極小となる前記半導体チップのチップ表面内の角度方向との角度よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明は、半導体チップ上に、ヒータ抵抗と、前記ヒータ抵抗の両隣に上流側温度センサと下流側温度センサと、を備える流量測定装置であって、前記上流側温度センサ及び前記下流側温度センサは、上記の半導体チップのチップ温度センサであることを特徴とする。

本発明によれば、実装応力の影響が小さい半導体チップのチップ温度センサを提供することが可能となる。

これにより、半導体チップのチップ温度センサ、及びそれを用いた流量測定装置（エアフローセンサ）の検出精度の向上が図れる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１の半導体チップのチップ温度センサの回路図である。 図１のＮ型拡散抵抗素子１，２の半導体チップ上の配置を示す図である。 不純物濃度と抵抗温度係数の関係を示す図である。 不純物濃度とピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。 Ｎ型拡散抵抗素子の電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θとピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。 本発明の実施例２の半導体チップのチップ温度センサの回路図である。 図６のＰ型拡散抵抗素子５，６の半導体チップ上の配置を示す図である。 Ｐ型拡散抵抗素子の電流の通電方向と＜１００＞方向との角度θとピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。 本発明の実施例３の半導体チップのチップ温度センサの回路図である。 図９のＮ型拡散抵抗素子１，２の半導体チップ上の配置を示す図である。 Ｎ型拡散抵抗素子の電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θとピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。 本発明の実施例４の半導体チップのチップ温度センサの回路図である。 図１２のＮ型拡散抵抗素子９，１０，１１，１２の半導体チップ上の配置を示す図である。 本発明の実施例５の半導体チップのチップ温度センサの回路図である。 図１４のＮ型拡散抵抗素子１，２、１３，１４の半導体チップ上の配置を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

先ず、図１から図５を参照して、本発明の第１の実施例である半導体チップのチップ温度センサについて説明する。なお、図１は本実施例の半導体チップのチップ温度センサの回路図、図２はＮ型拡散抵抗素子１，２の半導体チップ上の配置図、図３は不純物濃度と抵抗温度係数の関係を示す図、図４は不純物濃度とピエゾ抵抗係数の関係を示す図、図５はＮ型拡散抵抗素子の電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θとピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、図１に示すように、不純物濃度の高いＮ型拡散抵抗素子１と、不純物濃度の低いＮ型拡散抵抗素子２と、Ｎ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２の接続点の電圧を増幅する増幅器３により構成される。Ｎ型拡散抵抗素子１は、一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端がＮ型拡散抵抗素子２に接続されている。Ｎ型拡散抵抗素子２は、一端がグランドに接続され、他端がＮ型拡散抵抗素子１に接続されている。

また、図２に示すように、Ｎ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２はシリコン（Ｓｉ）からなる同一の半導体チップ４に配置され、Ｎ型拡散抵抗素子１の長手方向を＜１１０＞の結晶軸方向からθｐの角度だけずらして配置し、Ｎ型拡散抵抗素子２の長手方向は＜１１０＞の結晶軸方向に配置している。

なお、図示していないが、Ｎ型拡散抵抗素子１，２の電流の通電方向は、それぞれＮ型拡散抵抗素子１，２の長手方向になるようにＮ型拡散抵抗素子１，２の長手方向の両端にコンタクトを設けている。また、Ｎ型拡散抵抗素子１，２ではピエゾ抵抗係数が極小となる半導体チップ４のチップ表面内の角度方向は＜１１０＞になる。

また、半導体チップ４を構成するシリコンの結晶構造は単純立方晶なので［１１０］、［１０１］、［０１１］などは等価であるため、これらを＜１１０＞と記載した。

次に、本実施例のチップ温度検出の動作について説明する。図３に示すように、拡散抵抗素子の抵抗温度係数は不純物濃度に応じて変化するので、不純物濃度の高いＮ型拡散抵抗素子１と不純物濃度の低いＮ型拡散抵抗素子２とでは抵抗温度係数が異なり、不純物濃度の高いＮ型拡散抵抗素子１の抵抗温度係数は小さく、不純物濃度の低いＮ型拡散抵抗素子２の抵抗温度係数は大きくなる。

ここで、半導体チップ４のチップ温度が変化すると、Ｎ型拡散抵抗素子１の抵抗値の変化よりも、Ｎ型拡散抵抗素子２の抵抗値の変化の方が大きくなる。この結果、Ｎ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２の接続点の電圧は半導体チップ４のチップ温度に応じて変化するので、この電圧を増幅器３で増幅することで半導体チップ４のチップ温度に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

次に、本実施例の実装応力影響について説明する。図４に示すように、拡散抵抗素子のピエゾ抵抗係数は不純物濃度に応じて変化し、不純物濃度の高いＮ型拡散抵抗素子１と不純物濃度の低いＮ型拡散抵抗素子２とではピエゾ抵抗係数が異なり、不純物濃度の高いＮ型拡散抵抗素子１のピエゾ抵抗係数は小さく、不純物濃度の低いＮ型拡散抵抗素子２のピエゾ抵抗係数は大きくなる。

この結果、半導体チップ４に実装応力が働くと、Ｎ型拡散抵抗素子１の抵抗値の変化よりも、Ｎ型拡散抵抗素子２の抵抗値の方が大きく変化し、Ｎ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２の接続点の電圧が変化する。このことでチップ温度の計測に誤差を生じさせる。

Ｎ型拡散抵抗素子の場合、図５に示すように、ピエゾ抵抗係数は不純物濃度と電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θに応じて変化する。そこで、異なる不純物濃度のＮ型拡散抵抗素子１，２であっても角度θを適切に選択することでＮ型拡散抵抗素子１，２のピエゾ抵抗係数を等しくできる。

本実施例においては、Ｎ型拡散抵抗素子１の電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θをθｐに設定し、Ｎ型拡散抵抗素子２の電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θをゼロに設定することでＮ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２のピエゾ抵抗係数を等しくしている。

こうすることで、半導体チップ４に実装応力が働いたとしてもＮ型拡散抵抗素子１，２の抵抗値は同じだけ変化するので、Ｎ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２の接続点の電圧は変化しない。つまり、半導体チップ４に実装応力が働いたとしてもチップ温度の計測誤差を無くすことができる。

なお、Ｎ型拡散抵抗素子のピエゾ抵抗係数が極小になる電流の通電方向は図５からも明らかなように９０°毎に存在するが、これらは全て＜１１０＞方向なので、Ｎ型拡散抵抗素子１，２の電流の通電方向を９０°、１８０°２７０°回転させても実装応力が一様（全方向に引っ張りあるいは圧縮の応力が掛かった状態）である場合は等価である。

また、本実施例では、Ｎ型拡散抵抗素子１，２には共にＮ型拡散抵抗を用いて説明した。これはＮ型拡散抵抗とＰ型拡散抵抗ではピエゾ抵抗係数の極性が異なるので本実施例のように抵抗素子に流れる電流方向を変える方法ではピエゾ抵抗係数の大きさしか変更できないため、Ｎ型拡散抵抗素子１，２には共にＮ型拡散抵抗を用いている。

次に、図６から図８を参照して、本発明の第２の実施例である半導体チップのチップ温度センサについて説明する。なお、図６は本実施例の半導体チップのチップ温度センサの回路図、図７はＰ型拡散抵抗素子５，６の半導体チップ上の配置図、図８はＰ型拡散抵抗素子の電流の通電方向と＜１００＞方向との角度θとピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、図６に示すように、不純物濃度の高いＰ型拡散抵抗素子５と、不純物濃度の低いＰ型拡散抵抗素子６と、Ｐ型拡散抵抗素子５とＰ型拡散抵抗素子６の接続点の電圧を増幅する増幅器７により構成される。Ｐ型拡散抵抗素子５は、一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端がＰ型拡散抵抗素子６に接続されている。Ｐ型拡散抵抗素子６は、一端がグランドに接続され、他端がＰ型拡散抵抗素子５に接続されている。

また、図７に示すように、Ｐ型拡散抵抗素子５とＰ型拡散抵抗素子６はシリコン（Ｓｉ）からなる同一の半導体チップ８に配置され、Ｐ型拡散抵抗素子５の長手方向を＜１００＞の結晶軸方向からθｐの角度だけずらして配置し、Ｐ型拡散抵抗素子６の長手方向は＜１００＞の結晶軸方向に配置している。

なお、図示していないが、Ｐ型拡散抵抗素子５，６の電流の通電方向は、それぞれＰ型拡散抵抗素子５，６の長手方向になるようにＰ型拡散抵抗素子５，６の長手方向の両端にコンタクトを設けている。また、Ｐ型拡散抵抗素子５，６ではピエゾ抵抗係数が極小となる半導体チップ８のチップ表面内の角度方向は＜１００＞になる。

また、半導体チップ８を構成するシリコンの結晶構造は単純立方晶なので［１００］、［０１０］、［００１］などは等価であるため、これらは＜１００＞と記載した。

次に、本実施例のチップ温度検出の動作について説明する。図３に示すように、Ｐ型拡散抵抗素子でも抵抗温度係数は不純物濃度に応じて変化するので、不純物濃度の高いＰ型拡散抵抗素子５と不純物濃度の低いＰ型拡散抵抗素子６とでは抵抗温度係数が異なり、不純物濃度の高いＰ型拡散抵抗素子５の抵抗温度係数は小さく、不純物濃度の低いＰ型拡散抵抗素子６の抵抗温度係数は大きくなる。

ここで、半導体チップ８のチップ温度が変化すると、Ｐ型拡散抵抗素子５の抵抗値の変化よりも、Ｐ型拡散抵抗素子６の抵抗値の変化の方が大きくなる。この結果、Ｐ型拡散抵抗素子５とＰ型拡散抵抗素子６の接続点の電圧は半導体チップ８のチップ温度に応じて変化するので、この電圧を増幅器７で増幅することで半導体チップ８のチップ温度に応じた出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。

次に、本実施例の実装応力影響について説明する。図４に示すように、Ｐ型拡散抵抗素子でもピエゾ抵抗係数は不純物濃度に応じて変化するので、不純物濃度の高いＰ型拡散抵抗素子５と不純物濃度の低いＰ型拡散抵抗素子６とではピエゾ抵抗係数が異なり、不純物濃度の高いＰ型拡散抵抗素子５のピエゾ抵抗係数は小さく、不純物濃度の低いＰ型拡散抵抗素子６のピエゾ抵抗係数は大きくなる。

この結果、半導体チップ８に実装応力が働くと、Ｐ型拡散抵抗素子５の抵抗値の変化よりも、Ｐ型拡散抵抗素子６の抵抗値の方が大きく変化し、Ｐ型拡散抵抗素子５とＰ型拡散抵抗素子６の接続点の電圧が変化する。このことでチップ温度の計測に誤差を生じさせる。

Ｐ型拡散抵抗素子の場合、図８に示すように、ピエゾ抵抗係数は不純物濃度と電流の通電方向と＜１００＞方向との角度θに応じて変化する。そこで、異なる不純物濃度のＰ型拡散抵抗素子５，６であっても角度θを適切に選択することでＰ型拡散抵抗素子５，６のピエゾ抵抗係数を等しくできる。

本実施例においては、Ｐ型拡散抵抗素子５の電流の通電方向と＜１００＞方向との角度θをθｐに設定し、Ｐ型拡散抵抗素子６の電流の通電方向と＜１００＞方向との角度θをゼロに設定することでＰ型拡散抵抗素子５とＰ型拡散抵抗素子６のピエゾ抵抗係数を等しくしている。

こうすることで、半導体チップ８に実装応力が働いたとしてもＰ型拡散抵抗素子５，６の抵抗値は同じだけ変化するので、Ｐ型拡散抵抗素子５とＰ型拡散抵抗素子６の接続点の電圧は変化しない。つまり、半導体チップ８に実装応力が働いたとしてもチップ温度の計測誤差を無くすことができる。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、言い換えると、第１の抵抗素子（Ｐ型拡散抵抗素子５）および第２の抵抗素子（Ｐ型拡散抵抗素子６）は、共にＰ型拡散抵抗素子であり、第１の抵抗素子（Ｐ型拡散抵抗素子５）の電流の通電方向と半導体チップ８の＜１００＞方向との間に成す角度（θｐ）が、第２の抵抗素子（Ｐ型拡散抵抗素子６）の電流の通電方向と半導体チップ８の＜１００＞方向との間に成す角度よりも大きくなるように構成されている。

また、第２の抵抗素子（Ｐ型拡散抵抗素子６）の電流の通電方向と半導体チップ８のピエゾ抵抗係数が極小となる半導体チップ８のチップ表面内の角度方向との角度が等しくなるように構成されている。

なお、Ｐ型拡散抵抗素子のピエゾ抵抗係数が極小になる電流の通電方向は図８からも明らかなように９０°毎に存在するが、これらは全て＜１００＞方向なので、Ｐ型拡散抵抗素子５，６の電流の通電方向を９０°、１８０°２７０°回転させても実装応力が一様（全方向に引っ張りあるいは圧縮の応力が掛かった状態）である場合は等価である。

また、本実施例では、Ｐ型拡散抵抗素子５，６には共にＰ型拡散抵抗を用いて説明した。これはＮ型拡散抵抗とＰ型拡散抵抗ではピエゾ抵抗係数の極性が異なるので本実施例のように抵抗素子に流れる電流方向を変える方法ではピエゾ抵抗係数の大きさしか変更できないため、Ｐ型拡散抵抗素子５，６には共にＰ型拡散抵抗を用いている。

次に、図９から図１１を参照して、本発明の第３の実施例である半導体チップのチップ温度センサについて説明する。なお、図９は本実施例の半導体チップのチップ温度センサの回路図、図１０はＮ型拡散抵抗素子１，２の半導体チップ上の配置図、図１１はＮ型拡散抵抗素子の電流の通電方向と＜１１０＞方向との角度θとピエゾ抵抗係数の関係を示す図である。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、図１０に示すように、Ｎ型拡散抵抗素子１の長手方向を＜１１０＞の結晶軸方向からθｐ２の角度だけずらして配置し、Ｎ型拡散抵抗素子２の長手方向は＜１１０＞の結晶軸方向からθｐ１の角度だけずらして配置している点において、実施例１の半導体チップのチップ温度センサとは異なる。図９に示すように、Ｎ型拡散抵抗素子１やＮ型拡散抵抗素子２、増幅器３の接続関係など、その他の構成は、基本的に実施例１と同様である。

＜１１０＞の結晶軸方向に対し、Ｎ型拡散抵抗素子１の長手方向及びＮ型拡散抵抗素子２の長手方向を、それぞれθｐ２，θｐ１の角度だけずらして配置することで、図１１に示すように不純物濃度の異なるＮ型拡散抵抗素子１，２のピエゾ抵抗係数を等しくしている。

こうすることで、半導体チップ４に実装応力が働いたとしてもＮ型拡散抵抗素子１，２の抵抗値は同じだけ変化するので、Ｎ型拡散抵抗素子１とＮ型拡散抵抗素子２の接続点の電圧は変化しない。つまり、半導体チップ４に実装応力が働いたとしてもチップ温度の計測誤差を無くすことができる。

なお、不純物濃度の高い方の抵抗素子であるＮ型拡散抵抗素子１の電流の通電方向とピエゾ抵抗係数が極小となる方向である＜１１０＞方向との角度θｐ２を不純物濃度の低い方の抵抗素子であるＮ型拡散抵抗素子２の電流の通電方向とピエゾ抵抗係数が極小となる方向である＜１１０＞方向との角度θｐ１よりも大きくすることで、Ｎ型拡散抵抗素子１，２のピエゾ抵抗係数を近づけることができ、実装応力の影響を確実に低減することができる。（θｐ２＞θｐ１）
以上説明したように、本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、同一の半導体チップ４に、第１の不純物濃度を有する第１の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１）と、第１の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１）に直列接続され、第１の不純物濃度と異なる第２の不純物濃度を有する第２の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子２）と、を備えており、第１の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１）の電流の通電方向と半導体チップ４のピエゾ抵抗係数が極小となる半導体チップ４のチップ表面内の角度方向との角度（θｐ２）が、第２の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子２）の電流の通電方向と半導体チップ４のピエゾ抵抗係数が極小となる半導体チップ４のチップ表面内の角度方向との角度（θｐ１）よりも大きくなるように構成されている。

そして、第１の不純物濃度は、第２の不純物濃度よりも高くなるように形成されている。

また、本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、言い換えると、第１の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１）の電流の通電方向と半導体チップ４の＜１１０＞方向との間に成す角度（θｐ２）が、第２の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子２）の電流の通電方向と半導体チップ４の＜１１０＞方向との間に成す角度（θｐ１）よりも大きくなるように構成されている。

なお、本実施例では、Ｎ型拡散抵抗素子１の電流の通電方向を＜１１０＞の結晶軸方向からθｐ２の角度だけずらして配置し、Ｎ型拡散抵抗素子２の電流の通電方向は＜１１０＞の結晶軸方向からθｐ１の角度だけずらして配置しているが、Ｎ型拡散抵抗素子１，２の各々のピエゾ抵抗係数自体を小さくした方が実装応力の影響を小さくできるので、Ｎ型拡散抵抗素子２の電流の通電方向は＜１１０＞の結晶軸方向にした方がより好適である。

また、実施例２のように、Ｐ型の拡散抵抗素子を用いた場合はＰ型拡散抵抗素子の電流の通電方向は＜１００＞の結晶軸方向にした方が良い。

次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第４の実施例である半導体チップのチップ温度センサについて説明する。なお、図１２は本実施例の半導体チップのチップ温度センサの回路図、図１３はＮ型拡散抵抗素子９，１０，１１，１２の半導体チップ上の配置図である。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、図１２及び図１３に示すように、実施例１（図１及び図２）のＮ型拡散抵抗素子１の代わりにＮ型拡散抵抗素子９，１０を配置し、Ｎ型拡散抵抗素子２の代わりにＮ型拡散抵抗素子１１，１２を配置している点において、実施例１の半導体チップのチップ温度センサとは異なる。

Ｎ型拡散抵抗素子９は、一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端がＮ型拡散抵抗素子１０に接続されている。Ｎ型拡散抵抗素子１０は、一端がＮ型拡散抵抗素子９に接続され、他端がＮ型拡散抵抗素子１１に接続されている。Ｎ型拡散抵抗素子１１は、一端がＮ型拡散抵抗素子１０に接続され、他端がＮ型拡散抵抗素子１２に接続されている。Ｎ型拡散抵抗素子１２は、一端がグランドに接続され、他端がＮ型拡散抵抗素子１１に接続されている。

なお、Ｎ型拡散抵抗素子１０とＮ型拡散抵抗素子１１の接続点に増幅器３が接続されている点など、その他の構成は、基本的に実施例１と同様である。

図１３に示すように、本実施例では、Ｎ型拡散抵抗素子１の代わりにＮ型拡散抵抗素子９，１０を配置し、Ｎ型拡散抵抗素子１０の長手方向を＜１１０＞の結晶軸方向からθｐの角度だけずらして配置し、Ｎ型拡散抵抗素子９の長手方向は９０°ずれた＜１１０＞の結晶軸方向からθｐの角度だけずらして配置し、Ｎ型拡散抵抗素子２の代わりにＮ型拡散抵抗素子１１，１２を配置し、Ｎ型拡散抵抗素子１２の長手方向を＜１１０＞の結晶軸方向に配置し、Ｎ型拡散抵抗素子１１の長手方向を９０°ずれた＜１１０＞の結晶軸方向に配置している。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、言い換えると、第２の抵抗素子は、第３の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１１）と第４の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１２）の直列接続で構成されており、第３の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１１）の電流の通電方向と第４の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１２）の電流の通電方向は、互いに直角となるように構成されている。

また、第１の抵抗素子は、第５の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子９）と第６の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１０）の直列接続で構成されており、第５の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子９）の電流の通電方向と第６の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１０）の電流の通電方向は、互いに直角となるように構成されている。

なお、Ｎ型拡散抵抗素子９，１０，１１，１２の電流の通電方向が、それぞれＮ型拡散抵抗素子９，１０，１１，１２の長手方向になるようにＮ型拡散抵抗素子９，１０，１１，１２の長手方向の両端にコンタクトを設けている。

本実施例では、Ｎ型拡散抵抗素子１の代わりにＮ型拡散抵抗素子９と９０°回転したＮ型拡散抵抗素子１０を配置することで、実装応力が一様でなく、例えば、図１３に示したＸ軸方向に引っ張り応力、Ｙ向に圧縮応力が働いたような状態でもＮ型拡散抵抗素子９，１０の合成抵抗とＮ型拡散抵抗素子１１，１２の合成抵抗の実装応力による影響を等しくすることができる。このことは上記特許文献２に詳しく記載されている。

つまり、実装応力の働き方が如何なる角度方向からの応力であっても、一様に全体的に引っ張り応力の様な状態であったとしても、Ｎ型拡散抵抗素子９，１０の合成抵抗とＮ型拡散抵抗素子１１，１２の合成抵抗の実装応力による影響を等しくできる。

この結果、実装応力の働き方がいかようになっても、実装応力によるチップ温度の計測の誤差を無くすことができる。

つまり、不純物濃度の高い方のＮ型拡散抵抗素子９，１０を直列接続で構成し、Ｎ型拡散抵抗素子９，１０の電流の通電方向は互いに直角になるように配置し、不純物濃度の低い方のＮ型拡散抵抗素子１１，１２を直列接続で構成し、Ｎ型拡散抵抗素子１１，１２の電流の通電方向は互いに直角になるように配置することで、実装応力の働き方がいかようになっても、実装応力によるチップ温度の計測の誤差を無くすことができる。

次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第５の実施例である半導体チップのチップ温度センサについて説明する。なお、図１４は本実施例の半導体チップのチップ温度センサの回路図、図１５はＮ型拡散抵抗素子１，２，１３，１４の半導体チップ上の配置図である。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、図１４及び図１５に示すように、実施例１（図１及び図２）の構成に加えて、Ｎ型拡散抵抗素子１３，１４と切り換え手段１５，１６，１７を配置している点において、実施例１の半導体チップのチップ温度センサとは異なる。

Ｎ型拡散抵抗素子１は、一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が切り換え手段１６を介してＮ型拡散抵抗素子２に接続されている。Ｎ型拡散抵抗素子１３は、一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が切り換え手段１５を介してＮ型拡散抵抗素子２に接続されている。Ｎ型拡散抵抗素子１４は、一端が電源電圧Ｖｃｃに接続され、他端が切り換え手段１７を介してＮ型拡散抵抗素子２に接続されている。

なお、Ｎ型拡散抵抗素子１，１３，１４とＮ型拡散抵抗素子２の接続点に増幅器３が接続されている点など、その他の構成は、基本的に実施例１と同様である。

図１５に示すように、本実施例では、Ｎ型拡散抵抗素子１３の長手方向を＜１１０＞の結晶軸方向からθｐ―αの角度だけずらして配置し、Ｎ型拡散抵抗素子１４の長手方向を＜１１０＞の結晶軸方向からθｐ＋αの角度だけずらして配置している。また、Ｎ型拡散抵抗素子２と接続するＮ型拡散抵抗素子を選択するために切り換え手段１５，１６，１７を配置している。

切り換え手段１５，１６，１７は、スイッチや配線の有無、ヒューズなどの接続の有無を切り換えることができる構成であれば良い。また、Ｎ型拡散抵抗素子１，２，１３，１４の電流の通電方向がＮ型拡散抵抗素子１，２，１３，１４の長手方向になるようにＮ型拡散抵抗素子１，２，１３，１４の長手方向の両端にコンタクトを設けている。

本実施例の半導体チップのチップ温度センサは、言い換えると、第１の抵抗素子は、電流の通電方向の角度が異なる複数の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１，１３，１４）で構成され、複数の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子１，１３，１４）の各々と第２の抵抗素子（Ｎ型拡散抵抗素子２）との接続を切り換える切り換え手段１５，１６，１７を有している。

本実施例では、Ｎ型拡散抵抗素子１３，１４を設けて、Ｎ型拡散抵抗素子１の代わりにＮ型拡散抵抗素子１３，１４を切り換え手段１５，１５，１７を用いてＮ型拡散抵抗素子２に接続できるようにしている。このことによって、Ｎ型拡散抵抗素子１，２，１３，１４の不純物濃度が変化しても適切なＮ型拡散抵抗素子の電流の通電方向とピエゾ抵抗係数が極小となる方向である＜１１０＞方向との角度を選択できるようになる。

なお、以上の各実施例において説明した半導体チップのチップ温度センサを流量測定装置（エアフローセンサ）に搭載することで、空気流量の検出精度の向上を図ることができる。

この場合、流量測定装置（エアフローセンサ）は、半導体チップ上に、ヒータ抵抗と、ヒータ抵抗の両隣に上流側温度センサと下流側温度センサと、を備えて構成され、上流側温度センサ及び下流側温度センサに、実施例１から５のいずれかで説明した半導体チップのチップ温度センサを用いる。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…Ｎ型拡散抵抗素子（高不純物濃度）、２…Ｎ型拡散抵抗素子（低不純物濃度）、３…増幅器、４…半導体チップ、５…Ｐ型拡散抵抗素子（高不純物濃度）、６…Ｐ型拡散抵抗素子（低不純物濃度）、７…増幅器、８…半導体チップ、９…Ｎ型拡散抵抗素子、１０…Ｎ型拡散抵抗素子、１１…Ｎ型拡散抵抗素子、１２…Ｎ型拡散抵抗素子、１３…Ｎ型拡散抵抗素子、１４…Ｎ型拡散抵抗素子、１５…切り換え手段、１６…切り換え手段、１７…切り換え手段。

Claims (12)

1. 同一の半導体チップに、第１の不純物濃度を有する第１の抵抗素子と、
   前記第１の抵抗素子に直列接続され、前記第１の不純物濃度と異なる第２の不純物濃度を有する第２の抵抗素子と、を備え、
   前記第１の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップのピエゾ抵抗係数が極小となる前記半導体チップのチップ表面内の角度方向との角度が、前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップのピエゾ抵抗係数が極小となる前記半導体チップのチップ表面内の角度方向との角度よりも大きい半導体チップのチップ温度センサ。
2. 請求項１に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第１の不純物濃度は、前記第２の不純物濃度よりも高い半導体チップのチップ温度センサ。
3. 請求項１に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第１の抵抗素子および前記第２の抵抗素子は、共にＮ型拡散抵抗素子、或いは、共にＰ型拡散抵抗素子である半導体チップのチップ温度センサ。
4. 請求項２に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第１の抵抗素子および前記第２の抵抗素子は、共にＮ型拡散抵抗素子であり、
   前記第１の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップの＜１１０＞方向との間に成す角度が、前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップの＜１１０＞方向との間に成す角度よりも大きい半導体チップのチップ温度センサ。
5. 請求項２に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第１の抵抗素子および前記第２の抵抗素子は、共にＰ型拡散抵抗素子であり、
   前記第１の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップの＜１００＞方向との間に成す角度が、前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップの＜１００＞方向との間に成す角度よりも大きい半導体チップのチップ温度センサ。
6. 請求項２に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップのピエゾ抵抗係数が極小となる前記半導体チップのチップ表面内の角度方向との角度が等しい半導体チップのチップ温度センサ。
7. 請求項４に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップの＜１１０＞方向が等しい半導体チップのチップ温度センサ。
8. 請求項５に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第２の抵抗素子の電流の通電方向と前記半導体チップの＜１００＞方向が等しい半導体チップのチップ温度センサ。
9. 請求項２に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
   前記第２の抵抗素子は、第３の抵抗素子と第４の抵抗素子の直列接続で構成され、
   前記第３の抵抗素子の電流の通電方向と前記第４の抵抗素子の電流の通電方向は、互いに直角である半導体チップのチップ温度センサ。
10. 請求項２に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
    前記第１の抵抗素子は、第５の抵抗素子と第６の抵抗素子の直列接続で構成され、
    前記第５の抵抗素子の電流の通電方向と前記第６の抵抗素子の電流の通電方向は、互いに直角である半導体チップのチップ温度センサ。
11. 請求項２に記載の半導体チップのチップ温度センサであって、
    前記第１の抵抗素子は、電流の通電方向の角度が異なる複数の抵抗素子で構成され、
    前記複数の抵抗素子の各々と前記第２の抵抗素子との接続を切り換える切り換え手段を有する半導体チップのチップ温度センサ。
12. 半導体チップ上に、ヒータ抵抗と、
    前記ヒータ抵抗の両隣に上流側温度センサと下流側温度センサと、を備える流量測定装置であって、
    前記上流側温度センサ及び前記下流側温度センサは、請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体チップのチップ温度センサである流量測定装置。

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