(57)【要約】【課題】応力に起因する特性変動を低減した抵抗回路、発振回路および車載用センサ装置を提供する。【解決手段】Ｐ型抵抗部とＮ型抵抗部とが互いに電気的に直列に接続された抵抗回路であって、Ｐ型抵抗部は、互いに直角をなすように配置され、電気的に直列に接続されたＰ型拡散層抵抗素子１０１とＰ型拡散層抵抗素子１０２とにより構成され、Ｎ型抵抗部は、互いに直角をなすように配置され、電気的に直列に接続されたＮ型拡散層抵抗素子１０３とＮ型拡散層抵抗素子１０４とにより構成される。そして、Ｐ型拡散層抵抗素子１０１は、半導体基板１００の＜１００＞方向に沿って配置され、Ｎ型拡散層抵抗素子１０３は、半導体基板１００の＜１１０＞方向に沿って配置される。【選択図】図１
2018160523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の主面に形成されたＮ型抵抗部と、
前記半導体基板の主面に形成され、前記Ｎ型抵抗部と互いに電気的に直列に接続されたＰ型抵抗部と、
を備え、
前記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、
前記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、
前記第１Ｎ型拡散層抵抗素子は、ピエゾ抵抗係数に基づいた応力感度が最大となる前記半導体基板の第１結晶方向とは異なる前記半導体基板の第２結晶方向に沿って配置され、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第２結晶方向とは異なる方向に沿って配置されている、抵抗回路。
【請求項２】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子および前記第２Ｐ型拡散層抵抗素子の抵抗値は、前記第１Ｎ型拡散層抵抗素子および前記第２Ｎ型拡散層抵抗素子のいずれの抵抗値よりも大きい、抵抗回路。
【請求項３】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記第２結晶方向は、＜１１０＞方向である、抵抗回路。
【請求項４】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第２結晶方向と４５度の角度を有する方向に沿って配置されている、抵抗回路。
【請求項５】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記半導体基板にＰ型不純物が導入された半導体領域からなり、
前記半導体領域の一方の端部に第１シリサイド領域を介して第１金属配線層が電気的に接続され、
前記半導体領域の他方の端部に第２シリサイド領域を介して第２金属配線層が電気的に接続され、
前記第１シリサイド領域の前記第２シリサイド領域に対向する一辺は、前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子が延伸する方向と直交する方向に沿って設けられ、
前記第２シリサイド領域の前記第１シリサイド領域に対向する一辺は、前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子が延伸する方向と直交する方向に沿って設けられている、抵抗回路。
【請求項６】
請求項５記載の抵抗回路において、
前記第１シリサイド領域と前記第１金属配線層との間に第１絶縁膜が形成され、
前記第２シリサイド領域と前記第２金属配線層との間に第２絶縁膜が形成され、
前記第１シリサイド領域の前記第２シリサイド領域に対向する一辺に並行して、前記第１シリサイド領域と前記第１金属配線層とを電気的に接続する複数の第１コンタクトが前記第１絶縁膜に形成され、
前記第２シリサイド領域の前記第１シリサイド領域に対向する一辺に並行して、前記第２シリサイド領域と前記第２金属配線層とを電気的に接続する複数の第２コンタクトが前記第２絶縁膜に形成されている、抵抗回路。
【請求項７】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記Ｎ型抵抗部と前記Ｐ型抵抗部とは、前記第２結晶方向に交互に配置され、かつ、前記第２結晶方向と直交する方向に交互に配置されている、抵抗回路。
【請求項８】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記Ｎ型抵抗部は、さらに、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３Ｎ型拡散層抵抗素子と第４Ｎ型拡散層抵抗素子とを有し、
前記Ｐ型抵抗部は、さらに、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３Ｐ型拡散層抵抗素子と第４Ｐ型拡散層抵抗素子とを有し、
前記第３Ｎ型拡散層抵抗素子および前記第４Ｎ型拡散層抵抗素子の延伸方向の長さは、前記第１Ｎ型拡散層抵抗素子および前記第２Ｎ拡散層抵抗素子のいずれの延伸方向の長さよりも短く、
前記第３Ｐ型拡散層抵抗素子および前記第４Ｐ型拡散層抵抗素子の延伸方向の長さは、前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子および前記第２Ｐ型拡散層抵抗素子のいずれの延伸方向の長さよりも短い、抵抗回路。
【請求項９】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記半導体基板の主面に形成された第１Ｎ型領域と、
前記半導体基板の主面に、前記第１Ｎ型領域と互いに離間して形成された第２Ｎ型領域と、
を有し、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第１Ｎ型領域内に形成され、
前記第２Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第２Ｎ型領域内に形成され、
前記第１Ｎ型領域は、前記第１Ｎ型拡散層抵抗素子として機能し、
前記第２Ｎ型領域は、前記第２Ｎ型拡散層抵抗素子として機能する、抵抗回路。
【請求項１０】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第２結晶方向に互いに離間して設けられた第１部分と第２部分とから構成され、
前記第１部分および前記第２部分は、前記第２結晶方向とは異なる方向に沿って配置され、
前記第１部分と前記第２部分とは、電気的に並列に接続されている、抵抗回路。
【請求項１１】
請求項１記載の抵抗回路において、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子のアスペクト比は２以上である、抵抗回路。
【請求項１２】
半導体基板と、
前記半導体基板の主面に形成されたキャパシタと、
前記半導体基板の主面に形成された抵抗回路と、
を備え、
前記キャパシタの容量値と前記抵抗回路の抵抗値によって発振周波数が設定される発振回路であって、
前記抵抗回路は、
前記半導体基板の主面に形成されたＮ型抵抗部と、
前記半導体基板の主面に形成され、前記Ｎ型抵抗部と互いに電気的に直列に接続されたＰ型抵抗部と、
を備え、
前記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、
前記Ｐ型抵抗部は、互いに直角となるように配置され、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、
前記第１Ｎ型拡散層抵抗素子は、ピエゾ抵抗係数に基づいた応力感度が最大となる前記半導体基板の第１結晶方向とは異なる前記半導体基板の第２結晶方向に沿って配置され、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第２結晶方向とは異なる方向に沿って配置されている、発振回路。
【請求項１３】
キャパシタの容量値と抵抗回路の抵抗値によって発振周波数が設定される発振回路を備えた半導体チップと、
物理量に応じて電気的特性を検出する検出部を備えたセンサ素子と、
前記検出部が露出した状態となるように、第１樹脂によって前記半導体チップおよび前記センサ素子を封止するチップパッケージと、
前記検出部が露出した状態となるように、第２樹脂によって前記チップパッケージの周囲の一部を封止するハウジングと、
を有する車載用センサ装置であって、
前記発振回路は、
半導体基板と、
前記半導体基板の主面に形成された前記キャパシタと、
前記半導体基板の主面に形成された前記抵抗回路と、
を備え、
前記抵抗回路は、
前記半導体基板の主面に形成されたＮ型抵抗部と、
前記半導体基板の主面に形成され、前記Ｎ型抵抗部と互いに電気的に直列に接続されたＰ型抵抗部と、
を備え、
前記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、
前記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、
前記第１Ｎ型拡散層抵抗素子は、ピエゾ抵抗係数に基づいた応力感度が最大となる前記半導体基板の第１結晶方向とは異なる前記半導体基板の第２結晶方向に沿って配置され、
前記第１Ｐ型拡散層抵抗素子は、前記第２結晶方向とは異なる方向に沿って配置されている、車載用センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗回路、発振回路および車載用センサ装置に関し、特に、実装時の応力に起因する特性変動を軽減した抵抗回路、発振回路および車載用センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平６−４５５２７号公報（特許文献１）がある。この公報には、ｎ型エピタキシャル層上に形成したｐ型拡散領域外にｐ型折れ曲がり抵抗素子を形成し、ｐ型拡散領域上にｎ型折れ曲がり抵抗素子を形成し、ｐ型折れ曲がり抵抗素子とｎ型折れ曲がり抵抗素子とをアルミニウム配線で接続する半導体装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−４５５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体チップに形成された抵抗素子に応力が加わると、ピエゾ抵抗効果により抵抗素子の抵抗値が変動する。このため、半導体チップをパッケージに封止した場合、パッケージ材料が半導体チップに応力を発生させて、実際の抵抗素子の抵抗値が設計値からずれる虞がある。抵抗素子の抵抗値を基準として動作するような回路において抵抗素子の抵抗値が変動すると、回路の特性が変化する。例えば抵抗素子および容量素子を用いたＲＣ発振器では、抵抗素子の抵抗値の変化により発振周波数が変化する。こうした特性変化を防ぐには、抵抗素子に及ぼす応力の影響を低減する必要がある。
【０００５】
しかし、抵抗素子の抵抗値を厳密に制御することは困難である。なぜなら製造プロセスのばらつきが、抵抗素子の抵抗値をばらつかせるためである。前記特許文献１に記載の技術においても、製造プロセスのばらつきによって抵抗素子の抵抗値がばらつくと、ｐ型折れ曲がり抵抗素子とｎ型折れ曲がり抵抗素子との抵抗値の比が変化する虞があり、その結果、応力に対する抵抗値変化の相殺効果が低下する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による抵抗回路は、互いに電気的に直列に接続されたＮ型抵抗部とＰ型抵抗部とを備えている。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する。そして、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。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、応力に起因する特性変動を低減した抵抗回路、発振回路および車載用センサ装置を提供することができる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。
【図２】抵抗素子へ応力を印加したときのせん断応力および垂直応力の変化を示すグラフ図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、Ｐ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数の結晶軸異方性を示す図である。
【図４】抵抗素子へ応力を印加したときの抵抗変化率と応力印加角度との関係を示したグラフ図である。
【図５】抵抗素子へ応力を印加したときの抵抗変化率と応力印加角度との関係を示したグラフ図である。
【図６】（ａ）は、実施例１による基本となるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図、（ｂ）は、実施例１の第１変形例によるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図である。
【図７】実施例１の第２変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。
【図８】実施例１の第３変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。
【図９】（ａ）は、実施例１の第４変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。
【図１０】（ａ）は、実施例１による基本となるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図、（ｂ）は、実施例１の第５変形例によるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図である。
【図１１】抵抗素子へ応力を印加したときの抵抗変化率と抵抗素子のアスペクト比（長さ／幅）との関係を示すグラフ図である。
【図１２】実施例２による発振回路の回路図である。
【図１３】実施例２による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。
【図１４】実施例３による車載用の空気流量測定装置のブロック図である。
【図１５】実施例３による車載用の空気流量測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１１】
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
【００１２】
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
【実施例１】
【００１３】
本実施例１による抵抗回路の特徴およびについて図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施例１による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。図２は、抵抗素子へ応力を印加したときのせん断応力および垂直応力の変化を示すグラフ図であり、図中、σｌｔはせん断応力、σｔおよびσｌは垂直応力を示す。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、Ｐ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数の結晶軸異方性を示す図である。図４はおよび図５は、抵抗素子へ応力を印加したときの抵抗変化率と応力印加角度との関係を示したグラフ図である。
【００１４】
まず、図１を用いて、本実施例１による抵抗回路の構成について説明する。
【００１５】
本実施例１による抵抗回路は、半導体基板１００の主面に形成された２つのＰ型拡散層抵抗素子１０１，１０２と、２つのＮ型拡散層抵抗素子１０３，１０４と、から構成される。Ｐ型拡散層抵抗素子１０１，１０２およびＮ型拡散層抵抗素子１０３，１０４は、必要に応じて半導体基板１００に形成されたウェル内に形成され、ウェルにより半導体基板１００と電気的に分離される。例えば半導体基板１００の導電型がＰ型の場合は、図１に示すように、Ｎ型ウェル１０５内にＰ型拡散層抵抗素子１０１，１０２が配置され、給電端子により、Ｎ型ウェル１０５は適切な電位に保たれる。
【００１６】
Ｐ型拡散層抵抗素子１０１，１０２は、半導体基板１００の＜１００＞方向に沿って延伸するように配置される。一方、Ｎ型拡散層抵抗素子１０３，１０４は半導体基板１００の＜１１０＞方向に沿って延伸するように配置される。さらに、Ｐ型拡散層抵抗素子１０１，１０２およびＮ型拡散層抵抗素子１０３，１０４は直列に接続される。
【００１７】
次に、図２〜図５を用いて、本実施例１による抵抗回路の特徴および応力印加時の作用、効果について説明する。
【００１８】
ピエゾ抵抗効果による抵抗素子の抵抗変化、すなわち抵抗素子の応力感度は、以下の理論式（１）で表わすことができる。
【００１９】
【数１】
2018160523.tif 000003
【００２０】
ここで、πｌ、πｔ、πｚおよびπｓはそれぞれ抵抗素子の長手方向、短手方向、垂直方向およびせん断方向のピエゾ抵抗係数である。また、σｌ、σｔ、σｚおよびσｌｔはそれぞれ抵抗素子の長手方向、短手方向、垂直方向およびせん断方向にかかる応力である。ただし、ピエゾ抵抗係数πｚおよび応力σｚについては、抵抗素子の抵抗変化に及ぼす影響が小さいため、以下の検討では省略する。
【００２１】
ピエゾ抵抗係数πｌ、ピエゾ抵抗係数πｔおよびピエゾ抵抗係数πｓは式（２）〜式（５）により計算することができる。
【００２２】
【数２】
2018160523.tif 000004
【００２３】
【数３】
2018160523.tif 000005
【００２４】
【数４】
2018160523.tif 000006
【００２５】
【数５】
2018160523.tif 000007
【００２６】
ここで、π１１、π１２およびπ４４はシリコンの基本結晶軸に関するピエゾ抵抗係数であり、不純物濃度および温度によって決まる定数である。ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｎ１、ｎ２およびｎ３はシリコンの基本結晶軸に対する座標変換の係数であり、オイラー角φ、オイラー角θおよびオイラー角ψによって式（５）から求めることができる。一般的な（１００）面のシリコンウエハの主面に抵抗素子を形成する場合は、φ＝０度、θ＝９０度であるから、式（５）を用いて、式（２）〜式（４）を簡単化すると、
【００２７】
【数６】
2018160523.tif 000008
【００２８】
【数７】
2018160523.tif 000009
【００２９】
【数８】
2018160523.tif 000010
【００３０】
となる。
【００３１】
ここで、ψはウエハ面内における抵抗素子の配置角度を表わす変数である。
【００３２】
いま、互いに直角をなすように配置された２つの抵抗素子、すなわち抵抗素子Ａおよび抵抗素子Ｂを考える。抵抗素子Ａおよび抵抗素子Ｂは、同一形状、同一種類であり、かつ、それぞれの抵抗値がＲである。抵抗素子Ａの配置角度をψ、抵抗素子Ｂの配置角度をψ＋９０度とすると、式（９）および式（１０）に示すように、抵抗素子Ａのピエゾ抵抗係数πｌＡと抵抗素子Ｂのピエゾ抵抗係数πｌＢとは等しくなる。
【００３３】
【数９】
2018160523.tif 000011
【００３４】
【数１０】
2018160523.tif 000012
【００３５】
同様に、ピエゾ抵抗係数πｔについて簡単化すると、抵抗素子Ａのピエゾ抵抗係数πｔＡと抵抗素子Ｂのピエゾ抵抗係数πｔＢとは等しくなる。
【００３６】
【数１１】
2018160523.tif 000013
【００３７】
同様に、ピエゾ抵抗係数πｓについて簡単化すると、抵抗素子Ａのピエゾ抵抗係数πｓＡと抵抗素子Ｂのピエゾ抵抗係数πｓＢとは等しくなる。
【００３８】
【数１２】
2018160523.tif 000014
【００３９】
従って、式（１）より、応力下での抵抗素子Ａの抵抗値の変動率は、式（１３）で表わされる。
【００４０】
【数１３】
2018160523.tif 000015
【００４１】
また、式（１）より、応力下での抵抗素子Ｂの抵抗値の変動率は、式（１４）で表される。
【００４２】
【数１４】
2018160523.tif 000016
【００４３】
次に、抵抗素子Ａの長手方向を基準として角度αの方向に応力σ０を印加するとすれば、抵抗素子Ａにおいて長手方向の応力（垂直応力）σｌＡ、短手方向の応力（垂直応力）σｔＡおよびせん断方向の応力（せん断応力）σｌｔＡはそれぞれ式（１５）、式（１６）および式（１７）で表わされる。
【００４４】
【数１５】
2018160523.tif 000017
【００４５】
【数１６】
2018160523.tif 000018
【００４６】
【数１７】
2018160523.tif 000019
【００４７】
ここで、νはシリコンのポアソン比であり、およそ０．３である。
【００４８】
抵抗素子Ｂには角度（α＋９０）度の方向に応力σ０が印加されるので、ピエゾ抵抗係数と同様、抵抗素子Ｂにおいて長手方向の応力（垂直応力）σｌＢ、短手方向の応力（垂直応力）σｔＢおよびせん断方向の応力（せん断応力）σｌｔＢを計算して簡単化すると、
【００４９】
【数１８】
2018160523.tif 000020
【００５０】
【数１９】
2018160523.tif 000021
【００５１】
【数２０】
2018160523.tif 000022
【００５２】
となる。
【００５３】
式（１３）および式（１４）から、抵抗素子Ａと抵抗素子Ｂとを直列につないだときの合計の抵抗変化ΔＲＴＯＴは、式（２１）となる。
【００５４】
【数２１】
2018160523.tif 000023
【００５５】
式（２１）に、式（１５）〜式（２０）、式（６）および式（７）を代入して整理すると、合計の抵抗変化ΔＲＴＯＴは、式（２２）となる。
【００５６】
【数２２】
2018160523.tif 000024
【００５７】
式（２２）に示すように、互いに直角をなすように配置された同一形状、同一種類の２つの抵抗素子を組み合わせると、せん断応力に関する成分はキャンセルされて、合計の抵抗変化ΔＲＴＯＴには、最終的に、抵抗素子の配置角度ψと応力印加角度αに関する項を含まない定数が残ることが分かる。
【００５８】
次に、残った抵抗変化分をさらに解消することを考える。Ｐ型拡散層抵抗素子とＮ型拡散層抵抗素子とは一般にゲージ率の極性が逆であるため、これらを適切な抵抗比で組み合わせることにより、応力による抵抗変化量を０（ゼロ）に近くすることが可能である。互いに直角をなし、直列に接続された２つのＰ型拡散層抵抗素子（以下、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアと記す場合もある。）と、互いに直角をなし、直列に接続された２つのＮ型拡散層抵抗素子（以下、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアを記す場合もある。）とを直列に接続すると、合計の抵抗変化ΔＲＴＯＴ＿ＮＰは式（２３）で表される。ＲＰは、Ｐ型拡散層抵抗素子の抵抗値であり、ＲＮは、Ｎ型拡散層抵抗素子のペアの抵抗値である。
【００５９】
【数２３】
2018160523.tif 000025
【００６０】
一般的に、Ｐ型拡散層抵抗素子とＮ型拡散層抵抗素子とは、応力による抵抗変化の極性が逆になる。また、Ｎ型拡散層抵抗素子の抵抗変化量はＰ型拡散層抵抗素子の抵抗変化量よりも大きいが、例えばＰ型拡散層抵抗素子の抵抗値をＮ型拡散層抵抗素子の抵抗値よりも大きくして、Ｐ型拡散層抵抗素子とＮ型拡散層抵抗素子とを組み合わせることにより、効率的に抵抗変化ΔＲＴＯＴ＿ＮＰを削減することができる。より好ましくは、以下の式（２４）に基づいて抵抗値ＲＰと抵抗値ＲＮとの比を選択すると、式（２３）に示される合計の抵抗変化ΔＲＴＯＴ＿ＮＰは０（ゼロ）となり、抵抗値の応力依存性をキャンセルすることができる。
【００６１】
【数２４】
2018160523.tif 000026
【００６２】
次に、これまで説明した抵抗値の応力依存性の解消方法について、実際の物理定数に基づいて得られた計算結果の一例を説明する。
【００６３】
図２は、σ０＝１００ＭＮ／ｍ２の応力を抵抗素子の長手方向を基準として角度αの方向に印加したときのせん断応力σｌｔ、垂直応力σｔおよび垂直応力σｌの計算結果を示している。なお、シリコンのポアソン比は０．３と仮定した。
【００６４】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、Ｐ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数の結晶軸異方性を示しており、基本結晶軸＜１００＞方向を基準としたときの配置角度ψをパラメータとして求めている。図３（ａ）は、Ｐ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｌ＿Ｐおよびピエゾ抵抗係数πｔ＿Ｐの結晶軸異方性を示している。図３（ｂ）は、Ｎ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｌ＿Ｎおよびピエゾ抵抗係数πｔ＿Ｎの結晶軸異方性を示している。図３（ｃ）は、Ｐ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｓ＿Ｐの結晶軸異方性を示している。図３（ｄ）は、Ｎ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｓ＿Ｎの結晶軸異方性を示している。ここでは、非特許文献（Y. Kanda, “A Graphical Representation of the Piezoresistance Coefficients in Silicon” IEEE Trnas. Elec. Dev., Vol. ED-29, No.1, JAN, 1982）をもとに、
π１１＿Ｐ＝６．６×１０−１１ｍ２／Ｎ、
π１２＿Ｐ＝−１．１×１０−１１ｍ２／Ｎ、
π４４＿Ｐ＝１３８．１×１０−１１ｍ２／Ｎ、
π１１＿Ｎ＝−１０２．２×１０−１１ｍ２／Ｎ、
π１２＿Ｎ＝５３．４×１０−１１ｍ２／Ｎ、
π４４＿Ｎ＝−１３．６×１０−１１ｍ２／Ｎ、
とした。
【００６５】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示すように、Ｐ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数には結晶軸方向に対する角度依存性がある。Ｐ型拡散層抵抗素子を＜１００＞方向に沿って配置した場合に、Ｐ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｌおよびピエゾ抵抗係数πｔは最小、すなわち応力感度は最小となり、Ｎ型拡散層抵抗素子を＜１１０＞方向に沿って配置した場合に、Ｎ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｌは最小となる。また、Ｐ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｓの結晶軸方向に対する角度依存性と、Ｎ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｓの結晶軸方向に対する角度依存性とは同じ傾向にある。Ｐ型拡散層抵抗素子を＜１００＞方向に沿って配置した場合も＜１１０＞方向に沿って配置した場合も、Ｐ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｓは０（ゼロ）となり、Ｎ型拡散層抵抗素子を＜１００＞方向に沿って配置した場合も＜１１０＞方向に沿って配置した場合も、Ｎ型拡散層抵抗素子のピエゾ抵抗係数πｓは０（ゼロ）となる。
【００６６】
図４に、図２並びに図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示した計算結果をもとに、種々の抵抗素子に応力を印加したときの抵抗変化率ΔＲ／Ｒを計算した結果を示す。以下では、応力印加角度αに対する抵抗変化率ΔＲ／Ｒのピークｔｏピーク値をΔＲ／Ｒｐ−ｐと表現する。
【００６７】
図４中、符号４００は、単体のＰ型拡散層抵抗素子を、応力感度が最大となる＜１１０＞方向に沿って配置した場合の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示しており、ΔＲ／Ｒｐ−ｐは１８％に及ぶ。一方、図４中、符号４０１は、単体のＰ型拡散層抵抗素子を、応力感度が最小となる＜１００＞方向に沿って配置した場合の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示している。単体のＰ型拡散層抵抗素子を＜１００＞方向に沿って配置した場合、ΔＲ／Ｒｐ−ｐは１％となり、単体のＰ型拡散層抵抗素子を＜１１０＞方向に沿って配置した場合に比べて、抵抗値の応力印加角度依存性が大きく改善される。
【００６８】
図４中、符号４０２は、互いに直角をなし、直列に接続された２つのＰ型拡散層抵抗素子（Ｐ型拡散層抵抗素子ペア）の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示している。ΔＲ／Ｒｐ−ｐは０％となり、抵抗値の応力印加角度依存性は解消されるが、ΔＲ／Ｒ＝０．２％のオフセットが残る。
【００６９】
図４中、符号４０３は、互いに直角をなし、直列に接続された２つのＰ型拡散層抵抗素子（Ｐ型拡散層抵抗素子ペア）と、互いに直角をなし、直列に接続された２つのＮ型拡散層抵抗素子（Ｎ型拡散層抵抗素子ペア）とを直列に接続した場合の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示している。Ｐ型拡散層抵抗素子ペアの抵抗値は、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアの抵抗値の８．８７倍に設定した。これは先の検討に基づき、式（２４）によって求めた値である。図４に示すように、Ｐ型拡散層抵抗素子ペア（符号４０２）に残っていたオフセットも除去され、抵抗値の応力印加角度依存性が完全に解消される。
【００７０】
ここまでの議論は、設計通りの抵抗値を持つ理想抵抗の場合に適用できる。しかし、実際は製造プロセスのばらつきにより、抵抗値が理想的な設計値からずれてしまう。ばらつきの存在下でも、抵抗値の応力印加角度依存性が少ない安定した抵抗素子を実現するには、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアおよびＮ型拡散層抵抗素子ペアのウエハ結晶軸に対する配置方向を規定すればよい。
【００７１】
具体的には、図１に示したように、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最小となる＜１００＞方向に沿って配置し、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最小となる＜１１０＞方向に沿って配置すればよい。
【００７２】
図５に、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアの抵抗値が１％ずれ、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアの抵抗値が１％ずれた場合における応力印加角度αに対する抵抗変化率ΔＲ／Ｒを計算した結果を示す。
【００７３】
図５中、符号５００は、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最大となる＜１１０＞方向に沿って配置し、かつ、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最大となる＜１００＞方向に沿って配置した場合の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示している。ΔＲ／Ｒｐ−ｐは０．８〜０．９％となり、応力印加角度依存性が生じている。
【００７４】
図５中、符号５０１は、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最小となる＜１００＞方向に沿って配置し、かつ、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最大となる＜１００＞方向に沿って配置した場合の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示している。この場合も、ΔＲ／Ｒｐ−ｐは０．８〜０．９％となり、応力印加角度依存性が生じている。
【００７５】
一方、図５中、符号５０２は、図１に示したように、Ｐ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最小となる＜１００＞方向に沿って配置し、かつ、Ｎ型拡散層抵抗素子ペアを、応力感度が最小となる＜１１０＞方向に沿って配置した場合の抵抗変化率ΔＲ／Ｒを示している。ΔＲ／Ｒｐ−ｐは０．０５％と小さくなる。
【００７６】
このように、（１）互いに直角をなす同一形状、同一種類の抵抗素子を組み合わせることにより、応力印加角度に対する抵抗値の依存性が低減する。（２）さらに、互いに直角をなし、直列に接続されたＰ型拡散層抵抗素子ペアと、互いに直角をなし、直列に接続されたＮ型拡散層抵抗素子ペアとを組み合わせることにより、抵抗値の応力印加角度依存性が低減する。（３）さらに、Ｐ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子をそれぞれピエゾ抵抗係数が低くなる所定の結晶軸方向に沿って配置することにより、抵抗値のばらつきに起因して発生する抵抗値の応力印加角度依存性を低減することができる。その結果、応力に起因する特性変動を低減した抵抗回路を提供することができる。
【００７７】
＜実施例１の変形例＞
本実施例１の変形例による抵抗素子および抵抗回路について図６〜図１１を用いて説明する。図６（ａ）は、本実施例１による基本となるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図である。図６（ｂ）は、本実施例１の第１変形例によるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図である。図７は、本実施例１の第２変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。図８は、本実施例１の第３変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。図９（ａ）は、本実施例１の第４変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。図１０（ａ）は、本実施例１による基本となるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図である。図１０（ｂ）は、本実施例１の第５変形例によるＰ型拡散層抵抗素子を示す平面図である。図１１は、抵抗素子へ応力を印加したときの抵抗変化率ΔＲ／Ｒｐ−ｐと抵抗素子のアスペクト比（長さ／幅）との関係を示すグラフ図である。
【００７８】
１．第１変形例
図６（ａ）に、本実施例１による基本となるＰ型拡散層抵抗素子を示し、図６（ｂ）に、本実施例１の第１変形例によるＰ型拡散層抵抗素子を示す。
【００７９】
図６（ａ）に示すように、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３は、＜１００＞方向に沿って配置されている。さらに、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の一方の端部に拡散層６０２Ａが形成され、コンタクト６０１Ａを介して拡散層６０２Ａと金属配線層６００とが電気的に接続されている。また、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の他方の端部に拡散層６０２Ｂが形成され、コンタクト６０１Ｂを介して拡散層６０２Ｂと金属配線層６０４とが電気的に接続されている。拡散層６０２Ａとコンタクト６０１Ａとを低抵抗で接続するため、また、拡散層６０２Ｂとコンタクト６０１Ｂとを低抵抗で接続するため、拡散層６０２Ａ，６０２Ｂはシリサイド化されている。
【００８０】
また、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の一方の端部に形成され、シリサイド化された拡散層（シリサイド領域）６０２Ａの各辺のうち、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の他方の端部に形成された拡散層６０２Ｂと対向する一辺が＜１１０＞方向に沿うように、拡散層６０２Ａは形成されている。同様に、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の他方の端部に形成され、シリサイド化された拡散層（シリサイド領域）６０２Ｂの各辺のうち、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の一方の端部に形成された拡散層６０２Ａと対向する一辺が＜１１０＞方向に沿うように、拡散層６０２Ｂは形成されている。すなわち、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３の両端部にそれぞれ設けられた２つのシリサイド化された拡散層６０２Ａ，６０２Ｂにおいて、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３を挟んで互いに向き合う拡散層６０２Ａの一辺と拡散層６０２Ｂの一辺とは、＜１１０＞方向に沿って並行している。
【００８１】
Ｐ型拡散層抵抗素子６０３に電流が流れると、電流は一方の拡散層６０２Ａと他方の拡散層６０２Ｂとの最短距離となる電流経路６１２をたどる。なぜなら、電流は最も抵抗が低い経路に集中する性質があるためであり、図６（ａ）に示す拡散層６０２Ａ，６０２Ｂの配置では、一方のシリサイド領域である拡散層６０２Ａと他方のシリサイド領域である拡散層６０２Ｂとをつなぐ直線のうち、最短のパスである電流経路６１２に集中する。
【００８２】
このような拡散層６０２Ａ，６０２Ｂの配置では、Ｐ型拡散層抵抗素子６０３が＜１００＞方向に沿って配置してあっても、電流経路６１２は、＜１００＞方向から角度βだけずれた方向に流れることになる。ピエゾ抵抗効果は電流の流れる経路に対して働くため、図６（ａ）に示した拡散層６０２Ａ，６０２Ｂの配置では、電流が流れる方向のずれに起因する応力依存性が生じる可能性がある。
【００８３】
図６（ｂ）に示す第１変形例は、上記課題を対策したものである。第１変形例では、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８は、＜１００＞方向に沿って配置されている。さらに、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の一方の端部に拡散層６０７Ａが形成され、コンタクト６０６Ａを介して拡散層６０７Ａと金属配線層６０５とが電気的に接続されている。また、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の他方の端部に拡散層６０７Ｂが形成され、コンタクト６０６Ｂを介して拡散層６０７Ｂと金属配線層６１０とが電気的に接続されている。拡散層６０７Ａとコンタクト６０６Ａとを低抵抗で接続するため、また、拡散層６０７Ｂとコンタクト６０６Ｂとを低抵抗で接続するため、拡散層６０７Ａ，６０７Ｂはシリサイド化されている。
【００８４】
Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の一方の端部に形成され、シリサイド化された拡散層（シリサイド領域）６０７Ａの各辺のうち、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の他方の端部に形成された拡散層６０７Ｂと対向する一辺が、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８が延伸する方向（＜１００＞方向）と直交している。同様に、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の他方の端部に形成され、シリサイド化された拡散層（シリサイド領域）６０７Ｂの各辺のうち、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の一方の端部に形成された拡散層６０７Ａと対向する一辺が、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８が延伸する方向（＜１００＞方向）と直交している。すなわち、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８の両端部のそれぞれに設けられた２つのシリサイド化された拡散層６０７Ａ，６０７Ｂにおいて、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８を挟んで互いに向き合う拡散層６０７Ａの一辺と拡散層６０７Ｂの一辺とは、＜１００＞方向と直交する方向に沿って並行している。
【００８５】
さらに、拡散層６０７Ａの拡散層６０７Ｂと対向する一辺に並行して、複数のコンタクト６０６Ａが互いに離間して配置されている。同様に、拡散層６０７Ｂの拡散層６０７Ａと対向する一辺に並行して、複数のコンタクト６０６Ｂが互いに離間して配置されている。
【００８６】
このように拡散層６０７Ａ，６０７Ｂを配置することにより、一方の拡散層６０７Ａと他方の拡散層６０７Ｂとをつなぐ直線のうち、最短の電流経路は、電流経路６０９に示すように、＜１００＞方向に沿う。
【００８７】
さらに厳密に電流を＜１００＞方向に流すには、金属配線層６０５の端部であって、コンタクト６０６Ａと接続する部分および金属配線層６１０の端部であって、コンタクト６０６Ｂと接続する部分においても、拡散層６０７Ａ，６０７Ｂと同様の形状で、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８が延伸する方向（＜１００＞方向）と同じ方向に延伸する領域６１１を設けることが好ましい。
【００８８】
このように拡散層６０７Ａ，６０７Ｂおよびコンタクト６０６Ａ，６０６Ｂを配置することにより、Ｐ型拡散層抵抗素子６０８における電流の流れる方向が＜１００＞方向に近づくので、応力依存性の小さい抵抗素子を実現することができる。
【００８９】
２．第２変形例
図７に、本実施例１の第２変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す。
【００９０】
図７に示すように、第２実施例による抵抗回路は、Ｐ型拡散層抵抗素子７００ペアが、＜１１０＞方向に沿って複数配置された領域７０３と、Ｎ型拡散層抵抗素子７０２ペアが、＜１００＞方向に沿って複数配置された領域７０４と、を有する。Ｐ型拡散層抵抗素子７００ペアとは、互いに直角をなし、＜１００＞方向に沿って配置された２つのＰ型拡散層抵抗素子７００からなる１組であり、Ｎ型拡散層抵抗素子７０２ペアとは、互いに直角をなし、＜１１０＞方向に沿って配置された２つのＮ型拡散層抵抗素子７０２からなる１組である。複数のＰ型拡散層抵抗素子７００は、Ｎ型ウェル７０１内に形成されている。さらに、領域７０３と領域７０４とが、＜１１０＞方向に交互に配置され、かつ、＜１１０＞方向と直交する方向に交互に配置されており、市松模様となるように配置されている。
【００９１】
本実施例１による抵抗回路の応力影響の解消効果を発揮させるためには、Ｐ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子がそれぞれ受ける応力の値がなるべく近いことが望ましい。その一方、半導体チップの応力は均一ではなく、ある分布を持つため、Ｐ型拡散層抵抗素子とＮ型拡散層抵抗素子との距離が離れていると、応力影響の解消効果が低減する虞がある。
【００９２】
第２変形例は、上記課題に鑑みてなされたものであり、Ｐ型拡散層抵抗素子７００とＮ型拡散層抵抗素子７０２との距離を物理的に近くすることで、Ｐ型拡散層抵抗素子７００にかかる応力とＮ型拡散層抵抗素子７０２にかかる応力とを近づけることができる。従って、第２変形例によれば、応力に起因する特性変動を低減した抵抗回路を提供することができる。
【００９３】
３．第３変形例
図８に、本実施例１の第３変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す。
【００９４】
図８に示すように、第３実施例による抵抗回路は、Ｐ型拡散層抵抗８００ペアが、＜１１０＞方向に沿って複数配置された領域８０２と、Ｎ型拡散層抵抗素子８０３ペアが、＜１００＞方向に沿って複数配置された領域８０４と、を有する。Ｐ型拡散層抵抗素子８００ペアとは、互いに直角をなし、＜１００＞方向に沿って配置された長さが互いに同じ２つのＰ型拡散層抵抗素子８００からなる１組であり、Ｎ型拡散層抵抗素子８０３ペアとは、互いに直角をなし、＜１１０＞方向に沿って配置された長さが互いに同じ２つのＮ型拡散層抵抗素子８０３からなる１組である。複数のＰ型拡散層抵抗素子８００は、Ｎ型ウェル８０１内に形成されている。さらに、領域８０２には、互いに長さの異なるＰ型拡散層抵抗素子８００ペアが配置されており、領域８０４には、互いに長さの異なるＮ型拡散層抵抗素子８０３ペアが配置されている。
【００９５】
前述した第２変形例による抵抗回路の場合、領域７０３では、Ｐ型拡散層抵抗素子７００が存在しない余白領域７０５が発生し、領域７０４では、Ｎ型拡散層抵抗素子７０２が存在しない余白領域７０５が発生して、抵抗回路の面積効率が悪化する。半導体チップはチップ面積の増加がコスト上昇につながるため、抵抗回路の面積効率は高いことが望ましい。
【００９６】
そこで、第３変形例では、長さの短いＰ型拡散層抵抗素子８００ペアを領域８０２の余白領域に配置し、長さの短いＮ型拡散層抵抗素子８０３ペアを領域８０４の余白領域に配置することにより、面積効率を向上している。従って、第３変形例によれば、前述の実施例１で述べた効果に加えて、抵抗回路の面積効率を高めることで、抵抗回路を低コストで提供することができる。
【００９７】
４．第４変形例
図９（ａ）に、本実施例１の第４変形例による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示し、図９（ｂ）に、図９（ａ）のＡ−Ａ´線に沿った断面を示している。なお、図９（ａ）および（ｂ）では、シリサイド領域は省略している。
【００９８】
図９（ａ）および（ｂ）に示すように、第４変形例による抵抗回路は、Ｐ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６，９０９，９１０，９１１を半導体基板１００から分離するためのＮ型ウェル９０１，９０８を、Ｎ型拡散層抵抗素子として用いることを特徴とする。
【００９９】
第４変形例による抵抗回路では、電流は金属配線層９１３からコンタクト９００を介してＮ型ウェル９０１へと流れた後、コンタクト９０２、金属配線層９１４およびコンタクト９０３を経由して、Ｐ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６を流れる。その後、電流は、コンタクト９０７、金属配線層９１５およびコンタク９１６を経由してＮ型ウェル９０８へと流れた後、コンタクト９１７、金属配線層９１８およびコンタクト９１９を経由して、Ｐ型拡散層抵抗素子９０９，９１０，９１１へ流れ、さらに、コンタクト９１２を介して金属配線層９２０へ流れる。この場合、Ｎ型ウェル９０１，９０８はＮ型拡散層抵抗素子として機能する。
【０１００】
第４変形例によれば、前述の実施例１で述べた効果に加えて、Ｎ型拡散層抵抗素子の形成領域を削減することができるので、抵抗回路の実装効率が向上する。さらに、Ｐ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６とＮ型拡散層抵抗素子（Ｎ型ウェル９０１）との位置およびＰ型拡散層抵抗素子９０９，９１０，９１１とＮ型拡散層抵抗素子（Ｎ型ウェル９０８）との位置を近づけられるので、応力分布の影響も低減する。その結果、応力に起因する特性変動を低減した抵抗回路を低コストで提供することができる。
【０１０１】
なお、図９（ａ）および（ｂ）に示した抵抗回路において、電流は、まずＮ型ウェル９０１に入力した後に、Ｎ型ウェル９０１内に形成されたＰ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６に入力することが好ましい。上記構成によれば、Ｎ型ウェル９０１によって電圧降下が発生するため、Ｐ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６の電位が常にＮ型ウェル９０１よりも低くなる。その結果、Ｐ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６とＮ型ウェル９０１との間にある寄生ダイオードが逆バイアスされ、Ｐ型拡散層抵抗素子９０４，９０５，９０６とＮ型ウェル９０１とを電気的に分離することができる。その結果、抵抗回路として設計値に近い抵抗値を実現することが可能となる。
【０１０２】
５．第５変形例
図１０（ａ）に、本実施例１による基本となるＰ型拡散層抵抗素子を示し、図１０（ｂ）に、本実施例１の第５変形例によるＰ型拡散層抵抗素子を示す。
【０１０３】
図１０（ａ）に示す基本となるＰ型拡散層抵抗素子１０００は、前記図６（ａ）に示したＰ型拡散層抵抗素子６０３とほぼ同じである。すなわち、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００は、＜１００＞方向に沿って配置されている。さらに、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００の一方の端部に拡散層１００３Ａが形成され、コンタクト１００４Ａを介して拡散層１００３Ａと金属配線層１００５とが電気的に接続されている。また、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００の他方の端部に拡散層１００３Ｂが形成され、コンタクト１００４Ｂを介して拡散層１００３Ｂと金属配線層１００６とが電気的に接続されている。拡散層１００３Ａとコンタクト１００４Ａとを低抵抗で接続するため、また、拡散層１００３Ｂとコンタクト１００４Ｂとを低抵抗で接続するため、拡散層１００３Ａ，１００３Ｂはシリサイド化されている。
【０１０４】
図１０（ｂ）に示す第５変形例は、図１０（ａ）に示す基本となるＰ型拡散層抵抗素子１０００を、２つのＰ型拡散層抵抗素子１００１，１００２に分割して配置したことを特徴とする。すなわち、Ｐ型拡散層抵抗素子１００１，１００２の長さは、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００の長さと同じであるが、Ｐ型拡散層抵抗素子１００１，１００２の幅は、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００の幅の１／２程度である。Ｐ型拡散層抵抗素子１００１，１００２は、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００の抵抗値の２倍程度となるが、Ｐ型拡散層抵抗素子１００１，１００２を金属配線層１００５，１００６で並列に接続することによって、Ｐ型拡散層抵抗素子１００１，１００２の抵抗値は、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００の抵抗値と等価的にほぼ同じにすることができる。
【０１０５】
第５変形例によれば、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００における＜１００＞方向に対する電流の最短経路の角度β＿ａが、Ｐ型拡散層抵抗素子１００１，１００２における＜１００＞方向に対する電流の最短経路の角度β＿ｂへ減少し、より＜１００＞方向に近い方向に電流が流れる。すなわち、同じ長さに対して幅が小さいほど、言い換えれば、抵抗素子のアスペクト比（幅を１としたときの長さ）が大きいほど、＜１００＞方向に対する電流方向のずれが低減する。
【０１０６】
図１１に、電流方向のずれ（図４において符号４０２で示した、互いに直角をなし、直列に接続された２つのＰ型拡散層抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ））の影響を加味した場合における、抵抗変化率ΔＲ／Ｒｐ−ｐと抵抗素子のアスペクト比（長さ／幅）との関係を示す。
【０１０７】
図１１に示すように、抵抗素子のアスペクト比が小さいほど、電流が＜１００＞方向からずれた方向に流れるため、抵抗変化率ΔＲ／Ｒｐ−ｐは上昇する。
【０１０８】
しかし、第５変形例によれば、Ｐ型拡散層抵抗素子１０００を複数のＰ型拡散層抵抗素子（例えば２つのＰ型拡散層抵抗素子１００１とＰ型拡散層抵抗素子１００２）に分割することによって、電流の流れる方向が＜１００＞方向に近づくので、応力に起因する特性変動を低減した抵抗回路を提供することができる。
【実施例２】
【０１０９】
本実施例２による発振回路について図１２および図１３を用いて説明する。図１２は、本実施例２による発振回路の回路図である。図１３は、本実施例２による抵抗回路を構成するＰ型拡散層抵抗素子およびＮ型拡散層抵抗素子の配置を示す平面図である。
【０１１０】
本実施例２による発振回路は、抵抗回路１２００と、キャパシタ１２０１と、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ１２０２，１２０３と、を含む。抵抗回路１２００は、例えば前述した実施例１で説明した抵抗回路である。
【０１１１】
図１２に示す発振回路の出力Ｖｏｕｔの発振周波数は、式（２５）で表わされる。
【０１１２】
【数２５】
2018160523.tif 000027
【０１１３】
ここで、Ｒは抵抗回路１２００の抵抗値、Ｃはキャパシタ１２０１の容量値、Ｖｔｈ１はＭＯＳトランジスタ１２０２の閾値、Ｖｔｈ２はＭＯＳトランジスタ１２０３の閾値である。
【０１１４】
式（２５）に示すように、実装時の応力により抵抗回路１２００の抵抗値Ｒが変動すると、発振周波数も変動する。例えば、センサの出力値を周波数に変換して出力するセンサ装置、または発振器の周波数を基準として時間を計測するような装置において、信号の元となる発振器の発振周波数の変動は、これら装置の誤差となる。従って、発振器の発振周波数は安定していることが望ましい。例えばパッケージ組立後に発振器の抵抗値をトリミングするなどして調整することによって、発振器を含む半導体チップをパッケージに実装した際の応力影響を低減することはできる。しかし、この場合、使用時の環境温度の変化および長期間の使用によるパッケージの劣化、などに伴う応力変化によって発生する抵抗回路１２００の抵抗値Ｒの変動については補正できない。
【０１１５】
しかし、実施例２によれば、発振器の発振周波数を決める素子である抵抗回路１２００自体の応力依存性を低減することで、任意の大きさ、任意の方向の応力に対して抵抗回路１２００の抵抗値Ｒがほぼ一定に保持されるので、安定した発振周波数を出力する発振器を提供することができる。
【０１１６】
図１３に、抵抗回路１２００を構成するＰ型拡散層抵抗素子１３０２およびＮ型拡散層抵抗素子１３００の配置の一例を示す。前述の実施例１と同様、Ｐ型拡散層抵抗素子１３０２は＜１００＞方向に沿って配置され、Ｎ型拡散層抵抗素子１３００は＜１１０＞方向に沿って配置されている。また、互いに直角をなし、２つのＰ型拡散層抵抗素子からなる１組（Ｐ型拡散層抵抗素子１３０２ペア）を複数配置し、互いに直角をなし、２つのＮ型拡散層抵抗素子１３００からなる１組（Ｎ型拡散層抵抗素子１３００ペア）を複数配置している。複数のＰ型拡散層抵抗素子１３０２は、Ｎ型ウェル１３０３内に配置する。
【０１１７】
複数のＮ型拡散層抵抗素子１３００を配置した領域の周囲は基板コンタクト１３０１により囲まれており、基板コンタクト１３０１を介して半導体基板１００の電位が固定される。また、Ｎ型ウェル１３０３において、複数のＰ型拡散層抵抗素子１３０２を配置した領域の周囲はウェルコンタクト１３０４により囲まれており、ウェルコンタクト１３０４を介してＮ型ウェル１３０３の電位が固定される。
【０１１８】
本実施例２によれば、半導体基板１００の電位およびＮ型ウェル１３０３の電位が安定化するので、応力依存性の少ない安定した発振周波数を出力することに加えて、ノイズの影響も受けにくい発振器を提供することができる。
【実施例３】
【０１１９】
本実施例３による車載用の空気流量測定装置を図１４および図１５を用いて説明する。図１４は、本実施例３による車載用の空気流量測定装置のブロック図である。図１５は、本実施例３による車載用の空気流量測定装置の構成図である。
【０１２０】
図１４に示すように、本実施例３による空気流量測定装置１４００は、センサ素子１４０１と、半導体チップ１４０２と、を含む。さらに、半導体チップ１４０２は、ＡＤ変換器１４０３と、信号処理部１４０４と、出力回路１４０５と、前述の実施例２で説明した発振回路１４０６と、を含むことを特徴とする。
【０１２１】
センサ素子１４０１は、測定対象の空気を加熱するためのヒータを備え、空気の温度分布を測定する抵抗ブリッジ型の温度センサであり、空気流量に応じた電気信号を出力する。出力された電気信号は、ＡＤ変換器１４０３によりデジタル信号に変換された後、信号処理部１４０４において補正などの演算処理がなされる。補正後の空気流量データは、出力回路１４０５によって周波数変調信号に変換され、出力される。発振回路１４０６は、信号処理部１４０４を駆動するとともに、出力回路における周波数変調信号生成のための基準周波数を供給する。なお、図１４に示す空気流量測定装置１４００では、電源回路、保護回路およびヒータ制御回路などの付随するブロックは省略している。
【０１２２】
図１５に示すように、センサ素子１５０２および半導体チップ１５０３は同一のチップパッケージ１５０４内に一体化して封止されている。チップパッケージ１５０４は、さらに、ハウジング１５００内に封止されている。また、チップパッケージ１５０４には開口部１５０６が形成され、センサ素子１５０２が露出する構造となっている。ハウジング１５００には流路１５０５が形成され、測定対象の空気が経路１５０１を通ってセンサ素子１５０２に到達し、空気の流量を測定することができるようになっている。
【０１２３】
発振回路１４０６を含む半導体チップ１５０３は、チップパッケージ１５０４の封止と、ハウジング１５０５による封止の２段階の実装工程を経る。その結果、実装時の応力を受けて発振回路１４０６の発振周波数が変化する可能性がある。発振回路１４０６の発振周波数が変化すると、出力される流量信号も変化するため、空気流量測定装置１４００の精度が悪化する課題がある。さらに、車載用の空気流量測定装置１４００は、エンジンルームのような温度または湿度が大きく変化する環境下で使用されるため、比較的安定した条件で使用される民生用のセンサに比べると使用中の応力変動が大きいという問題がある。
【０１２４】
しかし、本実施例３によれば、発振器の発振周波数の応力依存性を低減することができるので、空気流量を安定して測定可能な空気流量測定装置１４００を提供することができる。
【０１２５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば前述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。
【符号の説明】
【０１２６】
１００  半導体基板
１０１，１０２  Ｐ型拡散層抵抗素子
１０３，１０４  Ｎ型拡散層抵抗素子
１０５  Ｎ型ウェル
４００，４０１，４０２，４０３  抵抗変化率
５００，５０１，５０２  抵抗変化率
６００  金属配線層
６０１Ａ，６０１Ｂ  コンタクト
６０２Ａ，６０２Ｂ  拡散層
６０３  Ｐ型拡散層抵抗素子
６０４  金属配線層
６０５  金属配線層
６０６Ａ，６０６Ｂ  コンタクト
６０７Ａ，６０７Ｂ  拡散層
６０８  Ｐ型拡散層抵抗素子
６０９  電流経路
６１０  金属配線層
６１１  領域
６１２  電流経路
７００  Ｐ型拡散層抵抗素子
７０１  Ｎ型ウェル
７０２  Ｎ型拡散層抵抗素子
７０３，７０４  領域
７０５  余白領域
８００  Ｐ型拡散層抵抗素子
８０１  Ｎ型ウェル
８０２  領域
８０３  Ｎ型拡散層抵抗素子
８０４  領域
９００  コンタクト
９０１  Ｎ型ウェル
９０２，９０３  コンタクト
９０４，９０５，９０６  Ｐ型拡散層抵抗素子
９０７  コンタクト
９０８  Ｎ型ウェル
９０９，９１０，９１１  Ｐ型拡散層抵抗素子
９１２  コンタクト
９１３，９１４，９１５  金属配線層
９１６，９１７  コンタクト
９１８  金属配線層
９１９  コンタクト
９２０  金属配線層
１０００，１００１，１００２  Ｐ型拡散層抵抗素子
１００３Ａ，１００３Ｂ  拡散層
１００４Ａ，１００４Ｂ  コンタクト
１００５，１００６  金属配線層
１２００  抵抗回路
１２０１  キャパシタ
１２０２，１２０３  ＭＯＳトランジスタ
１３００  Ｎ型拡散層抵抗素子
１３０１  基板コンタクト
１３０２  Ｐ型拡散層抵抗素子
１３０３  Ｎ型ウェル
１３０４  ウェルコンタクト
１４００  空気流量測定装置
１４０１  センサ素子
１４０２  半導体チップ
１４０３  ＡＤ変換器
１４０４  信号処理部
１４０５  出力回路
１４０６  発振回路
１５００  ハウジング
１５０１  経路
１５０２  センサ素子
１５０３  半導体チップ
１５０４  チップパッケージ
１５０５  流路
１５０６  開口部
【図１】
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【図２】
2018160523.tif 000029
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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