JPH01110745A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に詳細には、温度モニタ
ーをそのチップ上に有する半導体集積回路装置に関する
。

〔従来技術及びその問題点〕

近年、半導体装置の動作速度の高速化が求められ、それ
に伴い、半導体チップ内での発熱により半導体装置の動
作特性が変化することが問題となってきている。そこで
、回路設計上の観点より、動作時の半導体装置のチップ
内の温度の正確な測定が望まれ、又熱放散設計上の観点
からもチップ内の温度の簡便な評価法の開発が望まれて
いる。

従来、このような半導体装置の集積回路表面の温度を調
べる方法としては、半導体装置の外側から放熱温度計を
用いて半導体装置の温度をａｌ定し、その測定値から、
内部の温度を推定したり、また半導体チップ上に比較的
高抵抗で、温度係数の大きい金属を蒸着して、抵抗パタ
ーン体を形成し、この抵抗値を測定することにより行っ
ていた。しかし、このように放熱温度計を用いる場合に
は、特別な装置が必要であり、また、金属層を蒸着する
ことによって抵抗パターンを形成するには、集積回路の
形成のプロセスとは別の独立したプロセスが必要となっ
ていた。従って、従来は集積回路チップ内の温度を簡単
にかつ、正確に知る方法がなかった。

本発明は上記問題点を解決し、集積回路チップ上の温度
をモニターし、精度良く動作時の温度の上昇や、異なる
動作条件に於ける温度変化を知る手段を有する半導体装
置を提供することを目的とする。

更に、本発明は集積回路プロセスに対して大きな変更を
加えずに、・温度モニターを設けた半導体装置を提供す
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本願発明者はＧａＡｓ半絶縁性基板表面上に不純物イオ
ン注入法及び活性化アニール法により適当な形成条件（
不純物の注入エネルギー、ドーズ量、アニール条件等、
これらの条件により抵抗体のシート抵抗値が定まる。）
で形成された抵抗体が比較的大きな温度依存性を示す点
に着目し、この様な抵抗体を半導体装置のチップ内に設
けこの温度依存性を利用して、集積回路動作中のチップ
内の温度をモニターすることとした。本発明の半導体装
置は半導体基板上に形成された集積回路を有し、半導体
基板上に、前記集積回路とは独立に、温度モニター用の
４端子を有する所定導電型抵抗体を設けたことを特徴と
する。

〔作用〕

本発明の半導体装置では、このように構成された抵抗体
の周囲温度に対する抵抗値−温度依存性を予め調べてお
くことによって、回路チップの温度、温度上昇等を容易
に測定可能とする。その測定に従い、集積回路の適切な
放熱及び冷却が可能となる。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ、本発明に従う実施例を説明する
。

第１図は本発明に従う実施例の半導体装置内に設けられ
た抵抗体素子の断面形状を示す。この図においては、集
積回路自身については本発明と直接関係がないので省略
しである。

第１図において、抵抗体素子は、ＧａＡｓ基板１上に形
成された抵抗注入層２と、この抵抗注入層２の両端に設
けられ、定電流源からの微少電流をこの抵抗注入層２へ
供給するための端子電極３Ａ及び３Ｂと、この抵抗注入
層２の中間部に設けられた抵抗検知用端子電極３Ｃ及び
３Ｄと、これらの端子電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄと
抵抗注入層２との間の電気接続状態をオーミックコンタ
クト状態とするために端子電極３Ａ、３Ｂ。

３Ｃ及び３Ｄと抵抗注入層２との接触部に設けられる高
濃度注入層４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄ（Ｎ＋）と、より
構成されている。ここで、この端子型ｔ！１ｉｔ３Ａ及
び３Ｂに定電流源（図示せず）を接続し、抵抗検知用端
子電極３Ｃ及び３Ｂ間の電圧降下を測定する一部とによ
り抵抗注入層２の抵抗値を測定する。

ここで、上記のように４端子を抵抗注入層２に設けて、
抵抗注入層２の抵抗値を測定するのは、測定値に対する
抵抗値測定器の内部抵抗の影響をなくすためである。

また、ここで使用した定電流源は微少電流を流すように
構成されており、これは、この抵抗注入層２を流れる電
流が大きいと抵抗注入層２自身の発熱量が大きくなり、
集積回路の動作状態に影響をおよぼすからである。

次にこの抵抗体素子の形成方法を説明する。まず、抵抗
注入層２は、ＧａＡｓ基板上に例えば不純物であるＳｌ
　　を選択的にイオン注入することにより形成する。こ
の様なイオン注入プロセスはＧａＡｓ集積回路の形成プ
ロセスでは機能素子を形成する際、通常使用されている
。そして、その機能素子作成の際、選択的にイオン注入
する必要があり、機能素子の形成においてイオン注入す
べき部分を形成するためのフォトマスクのパターンを一
部変更するだけで、その他の形成プロセスの変更、追加
をすること無く抵抗注入層２を形成できる。この様に例
えばＳｉをイオン注入することにより形成した抵抗注入
層では、シート抵抗値が１にΩ程度（常温）の抵抗のと
きに、１００℃温度上昇するとそのシート抵抗値が２０
〜３０％程度増大するものが得られた。

次に、この抵抗注入層２の両端及び中間部に抵抗注入層
２と、端子電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄとの間てオー
ミックコンタクトを形成させるだめの高濃度注入層４Ａ
、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄを形成する。この高濃度注入層４
Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄも先に説明した抵抗注入層２の
形成と同様に選択的なイオン注入又は、選択的な不純物
拡散により形成する。従って、この高濃度注入層４Ａ。

４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄも、ＧａＡｓ集積回路の形成プロセ
スを変更、追加すること無く、集積回路の機能素子を形
成するためのフォトマスクのパターンを一部変更するだ
けで形成できる。

最後に、端子電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄを形成する
。これらの端子電極は、集積回路の配線形成と同時に形
成することができる。集積回路の配線は、金属を全面に
蒸着し、レジスト塗布後記線用のフォトマスクを以て、
パターン露光し、エツチングする等の方法により形成す
るが、このフォトマスクのパターンの一部を変更するこ
とにより、これらの端子電極を形成できる。

このように、本発明の抵抗体素子は集積回路の形成プロ
セスを変更、追加すること無く、形成できるのである。

このように構成した抵抗体素子の抵抗率（値）温度依存
特性は、周囲の温度を変化させつつ、定電流源から一定
の電流を端子電極３Ａ及び３Ｂに印加し、その時の抵抗
測定用端子電極３Ｃ及び３Ｂ間の電圧降下を測定するこ
とにより抵抗注入層２の抵抗率を測定する。このように
して得られた温度−抵抗率（値）の関係を用いて、集積
回路の動作時、この端子電極３Ａ及び３Ｂに一定の微少
電流を印加して、抵抗測定用端子電極３Ｃ及び３Ｂ間の
電圧降下を測定することにより回路チップの温度、温度
上昇を評価することができる。

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく種々の変
形例が考えられ得る。

具体的には、この様な抵抗注入層を半導体ペレット内に
複数設けておいてもよいし、又半導体パッケージに収納
したとき、その抵抗注入層端子電極に接続されたポンデ
ィングパッドと外部端子に接続されたポンディングパッ
ドとをワイヤボンディングで電気接続し、パッケージの
外部に抵抗体の接続端子を出すようにしてもよい。

更に、半導体チップ内の集積回路内に定電流源が設けら
れている場合には、この定電流源に端子電極３Ａ又は３
Ｂのいずれかを接続するように配線電極を形成して、抵
抗測定用端子電極３Ｃ及び３Ｂ間の電圧降下を測定して
もよい。

また、上記実施例では、抵抗体素子をＧａＡｓ基板上に
形成しているが、Ｓｉ等の基板上にエピタキシャル成長
法により、ＧａＡｓ層を成長させ、その上に抵抗体素子
を形成してもよい。

更に、この抵抗測定の結果より、集積回路の温度を測定
し、その温度が一定値以上になった時、自動的に集積回
路の機能の一部又は全部を停止するようにして、集積回
路の保護を図るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように構成した半導体装置では、精度良く、集積
回路チップの温度をモニターでき、動作時の温度上昇の
評価が可能である。

又、本発明に従う半導体装置では、特別なプロセスを使
うこと無く、集積回路の形成プロセスを利用することに
より、温度モニターとして機能する抵抗体を容易に形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の温度モニタ一部の構成図
である。 １−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、２・・・抵抗注入層、３Ａ、
３Ｂ。 ・・・端子電極、３Ｃ１３Ｄ・・・抵抗検知用端子電極
、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ，４Ｄ・・・高濃度注入層。 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に形成された集積回路を有する半導体
   装置において、 半導体基板上に、前記集積回路とは独立に、温度モニタ
   ー用の４端子を有する所定導電型抵抗体を設けたことを
   特徴とする半導体装置。 ２、前記半導体基板がＧａＡｓであり前記抵抗体が不純
   物のドープにより形成される特許請求の範囲第１項記載
   の半導体装置。 ３、前記ドープされる不純物がＳｉである特許請求の範
   囲第２項記載の半導体装置。