JPH0722548A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0722548A
JPH0722548A JP18897393A JP18897393A JPH0722548A JP H0722548 A JPH0722548 A JP H0722548A JP 18897393 A JP18897393 A JP 18897393A JP 18897393 A JP18897393 A JP 18897393A JP H0722548 A JPH0722548 A JP H0722548A
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JP
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silicon substrate
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substrate
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Minoru Ishikawa
実 石川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、半導体基板の一面又は両面に配線層
を介して半導体チツプが実装されてなる半導体装置にお
いて、当該半導体基板の温度を正確に測定し得るように
しようとするものである。 【構成】半導体基板に第1のp型層と第1のn型層とが
接合してなるpn接合部を設け、測定によつて得られる
pn接合部のビルトインポテンシヤルに基づいて半導体
基板の温度を検出するようにしたことにより、当該半導
体基板そのものの温度を測定することができ、かくして
当該半導体基板の温度を正確に測定し得る半導体装置を
実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、例え
ばシリコンを下地基板として用いた多層配線基板に適用
して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】この種の多層配線基板においては、シリ
コン基板の所定面に絶縁膜でなる単数又は複数の配線層
を順次形成すると共に、このとき各配線層ごとに所定の
配線処理を順次施すことにより配線パターンが3次元的
に形成されている。これにより当該多層配線基板におい
ては、配線パターンを高い密度で配線することができ、
かくして当該基板を含む装置全体を小型化し得るように
なされている。
【0003】ところで従来、この種のシリコン基板の温
度プロフアイルを測定する方法として、熱電対を用いる
第1の測定方法と赤外線放射温度計を用いる第2の測定
方法とがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが第1の測定方
法では、熱電対の熱容量や熱電対及びシリコン基板間の
熱抵抗の関係から当該シリコン基板の正確な温度を測定
することが難しく、また熱電対を当該多層配線基板に実
装されたチツプ部品の下等に付けられないなど、物理的
な熱電対の取り付け位置の制約があつた。一方第2の測
定方法では、表面に現れないところの温度を測定するこ
とができず、また赤外線放射温度計が被測定対象物が黒
体でないと正確な温度測定ができない問題があつた。
【0005】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、半導体基板の一面又は両面に配線層を介して半導体
チツプが実装されてなる半導体装置において、当該半導
体基板の温度を正確に測定し得る半導体装置を提案しよ
うとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、半導体基板2の一面又は両面に配
線層3を介して半導体チツプ7が実装され、半導体チツ
プ7が配線層3に形成された配線パターン4を介して信
号を入力し、又は出力する半導体装置1において、半導
体基板2は、第1のp型層10と第1のn型層2とが接
合してなるpn接合部を有し、測定によつて得られるp
n接合部のビルトインポテンシヤルφbiに基づいて半導
体基板2の温度を検出するようにした。
【0007】また本発明においては、半導体基板2はシ
リコンでなり、第1のp型層10及び第1のn型層2
は、それぞれシリコンに高濃度の不純物をドープするこ
とにより形成すると共に、このとき第1のp型層10及
び第1のn型層2間にシリコンに低濃度の不純物をドー
プしてなる第2のp型層又は第2のn型層を形成するよ
うにした。
【0008】さらに本発明においては、配線層3はポリ
イミドでなるようにした。
【0009】
【作用】測定によつて得られるpn接合部のビルトイン
ポテンシヤルφbiに基づいて半導体基板2の温度を検出
するようにしたことにより、当該半導体基板2そのもの
の温度を測定することができる。
【0010】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0011】図1において、1は全体として多層配線基
板を示し、シリコンに高濃度の不純物をドープしてなる
n型シリコン基板2(以下これをn+ シリコン基板2と
呼ぶ)の上面にポリミドでなる絶縁層3が形成されてい
る。絶縁層3の内部には、所定の配線処理によつて配線
パターン4が段階的に形成されており、当該配線パター
ン4は必要に応じて当該絶縁層3上面に配設された所定
の電極5と接続されている。
【0012】この場合絶縁層3の上面には銀エポキシ6
を介してICチツプ7が取り付けられると共に、当該ICチ
ツプ7の各端子(図示せず)はワイアーボンデイング法
によつてワイアー8を介して所定の電極5に接続され、
これにより当該ICチツプ7がワイアー8、電極5及び配
線パターン4を介して信号を入力し、又は出力するよう
になされている。
【0013】かかる構成に加えこの多層配線基板1の場
合、n+ シリコン基板2の上面部の一部にはイオン注入
又は拡散によつて高濃度の不純物をドープすることによ
りp型層10(以下これをp+ 層10と呼ぶ)が形成さ
れている。このp+ 層10は、絶縁層3の内部に形成さ
れた配線パターン11を介して当該絶縁層3の上面に配
設された電極12と接続されている。同様にしてn+
リコン基板2は、絶縁層3の内部に形成された配線パタ
ーン13を介して当該絶縁層3の上面に配設された電極
13と接続され、これによりn+ シリコン基板2及びp
+ 層10で構成されるpn接合の接合容量が測定できる
ようになされている。
【0014】この接合容量は、横軸にp+ 層10及びn
+ シリコン基板2間の印加電圧をとりかつ縦軸に容量
(以下これをCとする)の2乗の逆数をとつた場合、次
【数1】 のような条件のもとで、図2のK1又はK2のような直
線状のグラフとして表される。
【0015】これは、一般的に半導体のpn接合の接合
容量Cが、電子の電荷容量をq、シリコンの比誘電率を
k、真空の誘電率をε0 、アクセプタ濃度をNa 、ドナ
ー濃度をNd 、印加電圧をVR 及びビルトインポテンシ
ヤル(pn接合の温度に応じて変化する物理量)をφbi
としたとき、次式
【数2】 で与えられることによる。
【0016】ここで(2)式では温度によつて変化する
パラメータはビルトインポテンシヤルφbiだけであり、
このφbiは次式
【数3】 となるように印加電圧(VR )を変化させることによつ
て式(2)及び式(3)から次式
【数4】 のように得ることができる。
【0017】この場合図2において直線K1及び直線2
の傾きはアクセプタ濃度Na 、ドナー濃度Nd 及びpn
接合の接合面積によつて変化するが、ビルトインポテン
シヤルφbiは変化しない。従つて当該多層配線基板1お
いては、このようにして得たビルトインポテンシヤルφ
biから温度との対応表を用いることにより、n+ シリコ
ン基板2の温度を検出することができるようになされて
いる。
【0018】この実施例の場合、p+ 層10及びn+
リコン基板2間には、当該n+ シリコン基板2に低濃度
の不純物をドープしてなるp型層(図示せず)(以下こ
れをp+ 層と呼ぶ))が形成され、これによりp+ 層1
0及びn+ シリコン基板2の接合部におけるブレイクダ
ウン電圧を向上させ得るようになされている。かくして
当該多層配線基板1においては、p+ 層10及びn+
リコン基板2間のpn接合部における耐電圧が向上し、
これによりセンサとしての使い勝手を向上させることが
できるようになされている。
【0019】またこの実施例の場合、電極は所定の配線
手段(図示せず)を介して制御回路(図示せず)に接続
されている。制御回路においては、当該電極及び当該配
線手段介して得られるn+ シリコン基板2及びp+ 層1
0間のpn接合容量に基づいて当該n+ シリコン基板2
の温度を判断し、当該温度が所定の値以上になつた場合
には当該多層配線基板1に電圧を供給する電源(図示せ
ず)に対して制御信号を送出することによりこの電源に
当該多層配線基板1に対する駆動電圧の供給を停止させ
ると共に、当該多層配線基板1と隣接するように配設さ
れたフアン(図示せず)を駆動する駆動電源回路(図示
せず)に制御信号を送出することにより当該フアンを駆
動させてこの多層配線基板1を冷却させるようになされ
ている。
【0020】以上の構成において、当該多層配線基板1
ではn+ シリコン基板2の温度を測定する場合、電極1
2及び14を介してn+ シリコン基板2及びp+ 層10
間のpn接合容量が無くなるようなn+ シリコン基板2
及びp+ 層10間の印加電圧VR の値を求める。このと
き得られた印加電圧VR は、当該n+ シリコン基板2及
びp+ 層10間のビルトインポテンシヤルφbiと等し
く、従つてこのようにして求めたビルトインポテンシヤ
ルφbiと温度との対応表とを照らし合わせることにより
当該n+ シリコン基板2の温度を容易に求めることがで
きる。
【0021】この場合、この測定によつて得られるn+
シリコン基板2の温度は、n+ シリコン基板2及びp+
層10間のエネルギーギヤツプという物理量を測定する
ことによつて得られたものであり、従つて例えば熱電対
の熱容量に起因する測定誤差などがなく、正確な測定結
果を得ることができる。
【0022】以上の構成によれば、n+ シリコン基板2
の一部にp+ 層10を設け、当該各n+ シリコン基板2
及びp+ 層10を絶縁層3内に配線された配線パターン
11、13を介して当該絶縁層3の上面に配設された電
極12、14にそれぞれ接続するようにしたことによ
り、n+ シリコン基板2及びp+ 層10間のビルトイン
ポテンシヤルφbiを容易に求めることができ、かくして
正確なn+ シリコン基板2の温度を測定することができ
る。また原理的に測定に必要なデバイスの面積を極めて
小さくでき、かつn+ シリコン基板2そのものの温度を
測定することができる。
【0023】なお上述の実施例においては、多層配線基
板1の下地基板としてn型のシリコン基板2を用い、当
該シリコン基板2にp型層10を形成するようにした場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、下地基板
としてp型のシリコン基板を用い、当該シリコン基板の
一部にn型の層を設けるようにしても同様の効果を得る
ことができる。
【0024】また上述の実施例においては、n+ シリコ
ン基板2にp+ 層10を1箇所だけ形成するようにした
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図3に
示すように、n+ シリコン基板2にp+ 層10を複数箇
所形成するようにしても良い。
【0025】さらに上述の実施例においては、n+ シリ
コン基板2にp+ 層10を形成するようにした場合につ
いて述べたが、本発明はこれに限らず、図4のようにp
n型のダイオード20をシリコン基板21上に張りつけ
るようにしても実施例とほぼ同様の効果を得ることがで
きる。
【0026】さらに上述の実施例においては、絶縁層3
をポリイミドから形成するようにした場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、絶縁層3をこの他の材料
から形成するようにしても良い。
【0027】さらに上述の実施例においては、シリコン
を下地基板として用いた多層配線基板1に適用するよう
にした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
要は下地基板として半導体を用いた基板であるのなら
ば、下地基板の基材としてはシリコンでなくても良く、
また基板としては多層配線基板でなくても良い。
【0028】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、半導体基
板の一面又は両面に配線層を介して半導体チツプが実装
され、半導体チツプが配線層に形成された配線パターン
を介して信号を入力し、又は出力する半導体装置におい
て、半導体基板に第1のp型層と第1のn型層とが接合
してなるpn接合部を設け、測定によつて得られるpn
接合部のビルトインポテンシヤルに基づいて半導体基板
の温度を検出するようにしたことにより、当該半導体基
板そのものの温度を測定することができ、かくして当該
半導体基板の温度を正確に測定し得る半導体装置を実現
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例による多層配線基板の一実施例を示す断
面図である。
【図2】pn接合容量と印加電圧との関係を示すクラフ
である。
【図3】他の実施例を示す断面図である。
【図4】他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1……多層配線基板、2……n+ シリコン基板、3……
絶縁層、4、11、13……配線パターン、5、12、
14……電極、7……ICチツプ、8……ワイアー、10
……p+ 層。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の一面又は両面に配線層を介し
    て半導体チツプが実装され、上記半導体チツプが上記配
    線層に形成された配線パターンを介して信号を入力し、
    又は出力する半導体装置において、 上記半導体基板は、第1のp型層と第1のn型層とが接
    合してなるpn接合部を具え、 測定によつて得られる上記pn接合部のビルトインポテ
    ンシヤルに基づいて上記半導体基板の温度を検出するこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】上記半導体基板はシリコンでなり、 上記第1のp型層及び上記第1のn型層は、それぞれ上
    記シリコンに高濃度の不純物をドープすることにより形
    成すると共に、このとき上記第1のp型層及び上記第1
    のn型層間に上記シリコンに低濃度の不純物をドープし
    てなる第2のp型層又は第2のn型層を形成したことを
    特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】上記配線層はポリイミドでなることを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置。
JP18897393A 1993-06-30 1993-06-30 半導体装置 Pending JPH0722548A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7129557B2 (en) 2004-05-25 2006-10-31 International Business Machines Corporation Autonomic thermal monitor and controller for thin film devices
CN102610539A (zh) * 2012-01-18 2012-07-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 利用集成pn结测量多芯片埋置型封装芯片接面温度的方法

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