(57)【要約】【課題】半導体装置に搭載された温度センサによる測定温度の補正の精度を向上させ、設計変更等に柔軟に対応する。【解決手段】半導体装置（１）は、温度センサ部（３１）で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を示す特性関数を、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数で修正した特性修正関数の逆関数を用いて、温度毎に前記温度データを演算し、当該演算した温度データを温度毎に対応させて保持する補正テーブル（３３）を生成する。温度測定の際には、前記温度センサ部で測定した前記温度データを前記補正テーブルから検索し、検索された温度データに対応される温度のデータ（３４）を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、温度センサ部、温度補正制御部、データ処理部及びメモリ部を備えた半導体装置であって、
前記メモリ部は、前記温度センサ部で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を示す特性関数と、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数とを格納するための記憶領域を有し、
前記データ処理部は、前記特性関数を補正係数で修正した特性修正関数の逆関数を用いて、温度毎に前記温度データを演算し、当該演算した温度データを温度毎に対応させて保持する補正テーブルを生成し、
前記温度補正制御部は、前記補正テーブルから読み出した温度データが前記温度センサ部で測定した温度データと一致する場合に、当該温度データに対応される温度のデータを出力する、半導体装置。
【請求項２】
前記温度補正制御部は、前記補正テーブルから候補のデータによってアドレッシングした温度データを読み出し、当該温度データと前記温度センサ部で測定した前記温度データとが一致するまで候補のデータを更新してアドレッシングを繰り返し、一致したらそのときの候補のデータに対応される温度のデータを出力する、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記補正係数は、所定の温度範囲において前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示すものである、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記データ処理部は、リセット信号により指示される初期化処理において、又は最初の温度測定に際して前記補正テーブルを作成する、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記温度補正制御部は、前記温度のデータに基づいて割り込み信号を出力する、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記データ処理部と前記温度補正制御部からのデータ転送の要求に応じてデータ転送制御を行う転送制御部を更に有し、
前記温度補正制御部は、前記温度のデータを一時的に蓄積し、所定のタイミングで前記転送制御部に対しデータ転送の要求を与え、
前記転送制御部は、当該要求に従い前記制御部に蓄積された前記温度のデータを前記メモリ部に転送する制御を行う、請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
温度を測定するためのダイオードを更に有し、
前記実際の温度は、前記ダイオードに外部から電流を流し込んだときの電圧と、当該電流のｎ倍（ｎは１より大きい数）の電流を流し込んだときの電圧との差分を用いて算出した温度である、請求項４記載の半導体装置。
【請求項８】
抵抗値のばらつきを測定するための抵抗を更に有し、
所定の温度において所定の電流を前記抵抗に流し込んだときの当該抵抗の両端の電圧値から算出される抵抗のばらつき幅に対応する前記特性関数が、前記メモリ部に格納される、請求項４記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体装置内の複数箇所の温度を測定するためのダイオードを複数個さらに有し、
前記温度補正制御部は、前記ダイオードによって測定した夫々の箇所の温度データについて、前記温度センサ部で測定した前記測定温度データに対する相対温度データを算出し、当該相対温度データに基づいて前記ダイオードによって測定した夫々の箇所の温度のデータを出力する、請求項４記載の半導体装置。
【請求項１０】
半導体基板に、温度センサ部、及びデータ処理部を備えた半導体装置であって、
前記データ処理部は、前記温度センサ部で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を示す特性関数と、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数とを入力し、前記特性関数を補正係数で修正した特性修正関数の逆関数を用いて、温度毎に前記温度データを演算し、当該演算した温度データを温度毎に対応させて保持する補正テーブルを生成し、
前記補正テーブルは、候補のデータをインデックスとして検索された補正前の温度データを出力可能にする、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサを内蔵した半導体装置における測定温度の補正技術に関し、例えば、測定温度データを利用するマイクロコンピュータに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車エンジン制御用マイクロコンピュータは、より高温での動作の要求が多くなってきている。また、それにあわせてマイクロコンピュータへの温度センサの搭載の要求も多い。自動車のエンジンは非常に高温となるため、搭載する温度センサについては、特に高温側の温度検知を高精度にする必要がある。
【０００３】
従来のマイクロコンピュータ上に搭載されるオンチップの温度センサによる温度検知の方法としては例えば、正の温度特性又は負の温度特性を持つ電圧と、何らかの方法により生成した温度依存性の無い基準電圧とを用いて、温度センサ内においてアナログまたはディジタル的な方法により、これらの電圧を比較して温度検知を行う方法がある。前述の正の温度特性又は負の温度特性を持つ電圧としては、例えば、以下の電圧が用いられる。
【０００４】
負の温度特性を持つ電圧、すなわち温度の増加に対して減少する特性を持つ電圧としては、ＣＭＯＳプロセスによりシリコン上に形成したウェル間の寄生ダイオードや寄生バイポーラトランジスタ等をダイオードとして利用し、当該ダイオードに流し込む電流により生じる当該ダイオードの両端の電圧が利用される。また、正の温度特性を持つ電圧、すなわち温度の増加に比例して増加する特性を電圧としては、上記の方法と同様にダイオードに電流を流し込むことによって生じた両端の電圧について、流し込む電流の値を変えたときの夫々の電圧の差を取った差電圧が利用される。また、正の温度特性を持つ電圧の他の例としては、前記寄生バイポーラトランジスタのエミッタ面積が異なるものを２つ用いて、２つのバイポーラトランジスタの夫々に同じ値の電流を流し込んだ場合に表れるベース・エミッタ間の電圧の差を取り、その差電圧を利用する場合もある。
【０００５】
これらの電圧は温度に対して比較的線形性の高いものである。しかしながら、実際は２次以上の非線形成分をもっており、これが温度検知の精度を劣化させる要因となっている。また、ＣＭＯＳプロセスによりシリコン上に形成されたデバイス（ＭＯＳトランジスタ、抵抗、容量、バイポーラトランジスタ、ダイオード等）は、プロセスばらつきや電源電圧の変動等によって、素子特性の絶対値及び相対値にばらつきが生ずることが一般に知られているが、これらも温度検知の精度を劣化させる要因となる。そこで、プロセスばらつき等による温度検知の精度の劣化を低減するため、チップ毎にばらつき等を補正するトリミングといった手法が利用されることが多い。また、温度検知の際に、ハードウェアまたはソフトウェア的な手法によって温度を補正する演算を行い、検出精度の向上を図る方法もある。温度を補正する演算に関しての従来の方法としては例えば、下記の特許文献１乃至特許文献３において開示がある。
【０００６】
特許文献１の温度センサ回路を有する半導体装置は、実温度測定回路を更に有し、当該実温度測定回路で測定した温度を真の温度とし、その温度と温度センサ回路の出力値との対応関係に基づいて、温度センサ回路による測定温度を補正して出力するものである。予め経験により求められた温度センサ回路の出力値と温度との対応関係を示す理想計算式から、所定の温度における理論上の温度センサ回路の出力値を求め、その出力値とその温度における実際の温度センサ回路の出力値との差分を求め、その差分を補正データとする。そして、温度測定の際には、前記温度センサ回路の出力値に前記補正データを加減算した値を測定値として出力する。
【０００７】
特許文献２の温度センサ回路を有する半導体装置は、温度センサ回路として使用するダイオードの両端の電圧と温度との関係を表す補正関数を用いて温度センサ回路による測定温度の補正を行うものである。予め、半導体装置とは別に設置された温度測定装置によって温度を測定し、その測定した温度を真の温度として、そのときの前記ダイオードの両端の電圧を測定する。前記電圧値は２点の温度において測定され、それらの測定されたデータから前記電圧値と温度との一次関数を導き出し、それを補正関数とする。そして、温度測定の際には、前記補正関数を用いて前記温度センサ回路の前記電圧値を温度に換算し、その温度を測定値として出力する。
【０００８】
特許文献３の温度センサ回路を有する半導体装置は、温度センサ回路の出力値に対応する補正データをチップ外部で予め作成し、実動作において、前記出力値でアドレッシングした当該補正データを測定温度として出力するものである。すなわち、当該半導体装置とは別に設置された温度測定装置によって温度を測定し、その温度を真の温度として、そのときの温度センサ回路の電源電圧及び出力値のデータを予め取得する。前記補正データは取得されたデータに基づいて作成される。温度測定の際には、温度センサ回路の出力値でアドレッシングされる補正データを測定温度として出力する。なお、温度補正の精度は、補正データ作成時において設定する温度及び電源電圧の設定数に応じたデータの取得数で決まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３４４７２号公報
【特許文献２】特開２００１−２９８１６０号公報
【特許文献３】特開平４−２２５２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の方法では、発明者が考えるところ、以下のような問題がある。
【００１１】
第１に、特許文献１に記載の温度補正の方法では、温度センサ回路と同一シリコン上にある実温度測定回路によって測定した温度を真の温度としているが、シリコンのプロセスばらつき等を考えると、当該測定した温度は、真の温度としての信頼性に欠ける。また、温度の補正方法として温度センサ回路の出力値に補正データを加減算する方法を採用しているが、加減算のみの演算では、温度の補正に関して十分な精度が得られない。
【００１２】
第２に、特許文献２に記載の温度補正の方法では、補正のために温度センサが出力する電圧と温度との関係を一次関数で表しているが、前述のように、実際は二次以上の非線形成分が存在するため、温度の補正に関して十分な精度が得られない。
【００１３】
第３に、特許文献３に記載の温度補正の方法では、温度の補正の精度を上げるため、補正データの作成に際して関数を用いた演算をせずに、テスタを用いて温度及び電源電圧を複数パターン設定し、ＬＳＩ毎に個別にデータを取得しなければならないので現実的ではない。
【００１４】
これらの問題を解決するために、二次以上の補正関数や乗算等による演算によって温度の補正を行う方法が考えられるが、当該方法を半導体装置に搭載する場合には、乗算器等のハードウェアを追加する必要があり、ハードウェアの実装量が増加してしまう。さらに、これらのハードウェアは、前記補正関数等の算出方法の変更、顧客要望に応じた検知する温度の精度の変更、及びプロセスの移行等の際には再設計する必要があり、柔軟に対応することができない。
【００１５】
本発明の目的は、搭載された温度センサによる測定温度の補正の精度を向上させ、設計変更等に柔軟に対応できる半導体装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００１８】
すなわち、半導体装置は、温度センサ部で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を示す特性関数を、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数で修正した特性修正関数の逆関数を用いて、温度毎に前記温度データを演算し、当該演算した温度データを温度毎に対応させて保持する補正テーブルを生成する。温度測定の際には、前記温度センサ部で測定した前記温度データを前記補正テーブルから検索し、検索された温度データに対応される温度のデータを出力する。
【発明の効果】
【００１９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００２０】
すなわち、温度センサによる測定温度の補正の精度を向上させ、設計変更等に柔軟に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る半導体装置１のブロック図である。
【図２】図２は、バンドギャップリファレンス電圧を利用した温度電圧変換回路の一例である。
【図３】図３は、基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２及びＶＲＥＦ３１３の温度特性である。
【図４】図４は、電圧比ＶＲＥＦ／ＶＰＴＡＴとＡＤ変換結果ｔとの関係を表したグラフである。
【図５】図５は、ＡＤ変換結果ｔとチップ温度Ｔとの対応関係を示す理想曲線２００を表したグラフである。
【図６】図６は、理想曲線２００と特性関数２０１を表したグラフである。
【図７】図７は、チップ温度τとＡＤ変換結果ｔとの関数についてのプロセスばらつきの影響を表した説明図である。
【図８】図８は、特性関数２０１のばらつき範囲を表した説明図である。
【図９】図９は、特性修正関数を表したグラフの一例である。
【図１０】図１０は、補正テーブルの概略図である。
【図１１】図１１は、補正テーブルの作成時のフロー図である。
【図１２】図１２は、半導体装置１についての製品出荷前テスト時の回路構成の一例である。
【図１３】図１３は、半導体装置１についての前記補正係数の取得から温度検知までの流れを示すフロー図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る半導体装置２のブロック図である。
【図１５】図１５は、半導体装置２についての製品出荷前テスト時の回路構成の一例である。
【図１６】図１６は、サーマルダイオード６０によるチップ温度の測定時のフロー図である。
【図１７】図１７は、サーマルダイオード６０による測定温度を用いた前記補正係数の算出時のフロー図である。
【図１８】図１８は、バイポーラトランジスタのダイオード接続を表した説明図である。
【図１９】図１９は、温度電圧変換回路３１０内の寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿１及びＴＢ＿ＮＰＮ＿８とサーマルダイオード６０のチップ内のレイアウト図の一例である。
【図２０】図２０は、本発明に係る半導体装置３のブロック図である。
【図２１】図２１は、抵抗７０と温度電圧変換回路３１０内の抵抗のレイアウトの一例である。
【図２２】図２２は、半導体装置３についての製品出荷前テスト時の回路構成の一例である。
【図２３】図２３は、電圧ＶＲ１０のとり得る電圧範囲と温度変換定数ａｎ〜ａ０の対応関係の一例である。
【図２４】図２４は、温度変換定数の選択時のフロー図である。
【図２５】図２５は、半導体装置３における補正係数の算出時のフロー図である。
【図２６】図２６は、本発明に係る半導体装置４のブロック図である。
【図２７】図２７は、センサ部３９とダイオード８０＿１〜８０＿４との接続関係を表した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【００２３】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態に係る半導体装置（１〜４）は、半導体基板に、温度センサ部（３１、３９）、温度補正制御部（３２）、データ処理部（１３）及びメモリ部（２０）を備えた半導体装置であって、前記メモリ部は、前記温度センサ部で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を示す特性関数と、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数とを格納するための記憶領域を有し、前記データ処理部は、前記特性関数を補正係数で修正した特性修正関数の逆関数を用いて、温度毎に前記温度データを演算し、当該演算した温度データを温度毎に対応させて保持する補正テーブル（３３）を生成し、前記温度補正制御部は、前記補正テーブルから読み出した温度データが前記温度センサ部で測定した温度データと一致する場合に、当該温度データに対応される温度のデータを出力する。これによれば、予め前記補正係数のみを算出して格納すれば、ＬＳＩ毎の前記特性修正関数を生成することができ、当該特性修正関数の逆関数を用いることで、前記半導体装置が自ら、容易に前記補正テーブルを作成することができる。また、当該補正テーブルを用いた補正を行うから、より精度の高い測定温度の補正が可能となる。
【００２４】
〔２〕項１の半導体装置において、前記温度補正制御部は、前記補正テーブルから候補のデータによってアドレッシングした温度データを読み出し、当該温度データと前記温度センサ部で測定した前記温度データとが一致するまで候補のデータを更新してアドレッシングを繰り返し、一致したらそのときの候補のデータに対応される温度のデータ（３４）を出力する。
【００２５】
〔３〕項１又は項２の半導体装置において、前記補正係数は、所定の温度範囲において前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示すものである。これによれば、精度よく温度の補正をしたい温度範囲に特化した特性修正関数を得ることができる。
【００２６】
〔４〕項１乃至３の何れか１項の半導体装置において、前記データ処理部は、リセット信号により指示される初期化処理において、又は最初の温度測定に際して前記補正テーブルを作成する。これによれば、リセット信号による初期化処理後に、前記データ処理部が前記補正テーブルを作成する負担を低減することができる。
【００２７】
〔５〕項１乃至４の何れか１項の半導体装置において、前記温度補正制御部は、前記温度のデータに基づいて割り込み信号を出力する。これによれば、前記データ処理部等が熱暴走をしたとしても、前記データ処理部等に対して初期化等を行うことができる。
【００２８】
〔６〕項１乃至５の何れか１項の半導体装置において、前記データ処理部と前記温度補正制御部からのデータ転送の要求に応じてデータ転送制御を行う転送制御部（４０）を更に有し、前記温度補正制御部は、前記温度のデータを一時的に蓄積し、所定のタイミングで前記転送制御部に対しデータ転送の要求（１２）を与え、前記転送制御部は、当該要求に従い前記温度補正制御部に蓄積された前記温度のデータを前記メモリ部に転送する制御を行う。これによれば、測定温度の履歴を記録することができる。
【００２９】
〔７〕項１乃至６の何れか１項の半導体装置において、温度を測定するためのダイオード（６０）を更に有し、前記実際の温度は、前記ダイオードに外部から電流を流し込んだときの電圧と、当該電流のｎ倍（ｎは１より大きい数）の電流を流し込んだときの電圧との差分を用いて算出した温度である。これによれば、半導体装置の周辺温度ではなく、半導体装置内部の温度を実際の温度とするから、測定精度がより高くなる。
【００３０】
〔８〕項１乃至７の何れか１項の半導体装置において、抵抗値のばらつきを測定するための抵抗（７０）を更に有し、所定の温度において所定の電流を前記抵抗に流し込んだときの当該抵抗の両端の電圧値から算出される抵抗のばらつき幅に対応する前記特性関数が、前記メモリ部に格納される。これによれば、抵抗のばらつきに応じた前記特性関数に基づいて前記補正テーブルを作成するから、より精度の高い温度補正が可能となる。
【００３１】
〔９〕項１乃至８の何れか１項の半導体装置において、半導体装置内の複数箇所の温度を測定するためのダイオード（８０＿１〜８０＿４）を複数個さらに有し、前記温度補正制御部は、前記ダイオードによって測定した夫々の箇所の温度データについて、前記温度センサ部で測定した前記測定温度データに対する相対温度データを算出し、当該相対温度データに基づいて前記ダイオードによって測定した夫々の箇所の温度のデータを出力する。これによれば、温度センサ部を複数個内蔵することなくチップ内の複数箇所の温度の測定が可能となり、温度勾配や温度分布を知ることができる。
【００３２】
〔１０〕本発明の代表的な実施の形態に係る半導体装置（１〜４）は、半導体基板に、温度センサ部（３１、３９）、及びデータ処理部（１３）を備えた半導体装置であって、前記データ処理部は、前記温度センサ部で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を示す特性関数と、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数とを入力し、前記特性関数を補正係数で修正した特性修正関数の逆関数を用いて、温度毎に前記温度データを演算し、当該演算した温度データを温度毎に対応させて保持する補正テーブル（３３）を生成し、前記補正テーブルは、候補のデータをインデックスとして検索された補正前の温度データを出力可能にする。これによれば、項１と同様の作用を奏する。
【００３３】
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
【００３４】
≪本発明に係るマイクロコンピュータの概要≫
図１は、本発明に係る半導体装置の一実施の形態として、温度センサを内蔵した、自動車用のデータ処理等を行うマイクロコンピュータの詳細な説明図である。図１における半導体装置１は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成されている。
【００３５】
図１に示される半導体装置１は、ＣＰＵ１３、温度センサ回路３０、及び後述するその他の回路から構成され、温度検知の際に内部の温度センサ回路３０において測定された温度を補正テーブル３３に基づいて補正して出力する。なお、前記補正テーブル３３とは、詳細は後述するが、補正後の温度データをインデックスとして補正前の温度データを検索可能に格納しているものである。すなわち、前記半導体装置１において温度検知を行う際には、前記温度センサ回路３０が、前記ＣＰＵ１３によって予め作成された前記補正テーブル３３から候補となる補正後の温度データによってアドレッシングした補正前の温度データを読み出す。そして、前記温度センサ回路３０は、当該補正前の温度データと当該温度センサ回路３０内のセンサ部３１で測定した温度データとが一致するまで候補の補正後の温度データを更新してアドレッシングを繰り返し、一致したら、そのときの候補の補正後の温度データに対応される温度のデータを出力することで測定温度の補正を行う。
【００３６】
≪本発明に係るマイクロコンピュータの構成≫
前記半導体装置１は、前述した前記ＣＰＵ１３及び前記温度センサ回路３０に加え、割り込みコントローラ部１４、転送制御部４０、メモリ部２０、及びバス５０を有し、更に図示されないその他の周辺回路を有する。
【００３７】
前記ＣＰＵ１３は、自動車のエンジン制御等や当該制御等に利用するデータの処理を行う。さらに前記ＣＰＵ１３は、前述のように前記補正テーブル３３を作成して温度センサ回路３０内のテーブル格納用メモリ３８に格納する。
【００３８】
前記メモリ部２０は、不揮発性メモリ（以下、「ＮＶＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ）」という。）２２と揮発性メモリ（以下、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）という。）２１を有する。
【００３９】
前記ＮＶＭ２２は、前記ＣＰＵ１３にデータ処理等を指示するプログラム等が格納される。また、温度検知において前記補正テーブル３３の作成に必要なパラメータである、特性関数の温度変換定数及び補正係数も書き込まれる。前記ＮＶＭ２２としては、例えば、フラッシュメモリ等である。
【００４０】
前記特性関数とは、前記温度センサ回路３０内のセンサ部３１で測定した温度データと温度との理想的な対応関係を表す近似関数であり、前記温度変換定数とはその近似関数のパラメータの一つである。また、前記補正係数は、前記センサ部３１で測定した温度と実際の温度との誤差を表すパラメータである。これらのパラメータの詳細については後述する。
【００４１】
前記ＲＡＭ２１は、データ処理等においてデータの一時記憶に使用される。前記ＲＡＭ２１としては例えば、ＳＤＲＡＭ等である。
【００４２】
前記割り込みコントローラ１４は他のブロックからの割り込み要求を受けて、前記ＣＰＵ１３に対して割り込みを行う。
【００４３】
前記転送制御部４０は、前記ＣＰＵ１３によって転送条件等が設定され、前記ＣＰＵ１３、前記温度センサ回路３０、又は図示されないその他の周辺回路からの転送要求に従い、前記メモリ部２０に対してデータの転送を行う。前記転送制御部４０は、例えば、ＤＭＡＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｍｏｒｙ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。
【００４４】
前記温度センサ回路３０は、センサ部３１、温度補正制御部３２、バスインターフェイス部３７、及びテーブル格納用メモリ３８を有する。
【００４５】
前記温度センサ回路３０は、前記ＣＰＵ１３等の温度検知の要求により、前記センサ部３１において測定した温度を前記温度補正制御部３２によって前記テーブル格納用メモリ３８に格納されている補正テーブル３３を用いて補正し、前記バスインターフェイス部３７を介して出力する。
【００４６】
前記センサ部３１は、温度電圧変換回路３１０とＡＤ変換回路３１１を有する。
【００４７】
前記温度電圧変換回路３１０は、温度依存性を持った２つの基準電圧を出力する。
【００４８】
前記温度電圧変換回路３１０は、例えば、図２に示される回路によって構成される。
【００４９】
図２はバンドギャップリファレンス電圧を利用した温度電圧変換回路３１０の一例である。
【００５０】
図２に示される温度電圧変換回路３１０は、バイポーラトランジスタを用いて構成され、温度に対し正の温度依存性を持った基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２と、温度依存性が低い基準電圧ＶＲＥＦ３１３とを出力する。なお、前記温度補正制御部３２からの制御信号３１４により、前記温度電圧変換回路３１０のイネーブル・ディセーブルの切替え等の制御や、前記基準電圧３１２及び３１３の温度依存性の調整等が行われる。
【００５１】
前記バイポーラトランジスタは、主にＣＭＯＳプロセスにおける寄生のバイポーラトランジスタが利用される。図２では、縦型ＮＰＮタイプの寄生バイポーラトランジスタ用いている。
【００５２】
図２に示される温度電圧変換回路３１０の動作原理について説明する。
【００５３】
図２において、１個の寄生バイポーラトランジスタ（ＴＢ＿ＮＰＮ＿１）のベース（Ｂ１）とｎ個（ｎは１以上の整数）の寄生バイポーラトランジスタ（ＴＢ＿ＮＰＮ＿ｎ）のベース（Ｂｎ）にＯＰアンプの出力電圧ＶＲＥＦ３１３を与えることで、寄生バイポーラトランジスタ（ＴＢ＿ＮＰＮ＿１）のエミッタ（Ｅ１）と（ＴＢ＿ＮＰＮ＿ｎ）のエミッタ（Ｅｎ）に流れる電流の電流密度に差が生じる。この電流密度の差によって、寄生バイポーラトランジスタ（ＴＢ＿ＮＰＮ＿１）のベース・エミッタ間電圧（ＶＢＥ＿１）と寄生バイポーラトランジスタ（ＴＢ＿ＮＰＮ＿ｎ）のベース・エミッタ間電圧（ＶＢＥ＿ｎ）の差電圧（ΔＶＢＥ＿ｎ）が抵抗Ｒ３の両端に発生し、当該差電圧は正の温度特性を持つことになる。この差電圧ΔＶＢＥ＿ｎを利用して、基準電圧ＶＲＥＦ３１３と、正の温度特性を持つ基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２とが生成され、これらの基準電圧は、式（１）及び式（２）で表される。ただし、ｋはボルツマン定数、ｑは電子の電荷量、Ｔは温度である。なお、（式１）に示されるＶＲＥＦ３１３の値は約１．２Ｖとなる。
【００５４】
これらの関数をグラフに表すと図３のようになる。図３は基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２及びＶＲＥＦ３１３の温度特性を表したものである。
【００５５】
【数１】
2011086742.tif 000003
【００５６】
前記ＡＤ変換回路３１１は、前記温度電圧変換回路３１０が出力するアナログ信号の基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２及びＶＲＥＦ３１３を入力し、所定の温度における前記基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２とＶＲＥＦ３１３の比をｊビット（ｊは１以上の整数）のディジタル信号に変換し、ＡＤ変換結果３１６を出力する。このＡＤ変換結果３１６が、前記センサ部３１による温度の測定データとなる。具体的には図３において、温度τ１、τ２、τ３、τ４を等間隔で取り、夫々の温度に対する基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２とＶＲＥＦ３１３の値をＶ２１〜Ｖ２４及びＶ１１〜Ｖ１４としたとき、例えば温度τ１において、電圧比Ｖ１１／Ｖ２１をディジタル値に変換し、温度τ２において電圧比Ｖ１２／Ｖ２２をディジタル値に変換する。
【００５７】
図４は、前記電圧比ＶＲＥＦ／ＶＰＴＡＴとＡＤ変換結果ｔとの関係、すなわちＡＤ変換回路３１１の入出力関係を表したものである。図４において、前記電圧比ＶＲＥＦ／ＶＰＴＡＴはＡＤ変換結果ｔに対して非線形となる。これは基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２が温度に対して線形な特性であるのに対し、基準電圧ＶＲＥＦ３１３は温度に対して非線形な特性だからである。
【００５８】
なお、前記ＡＤ変換回路３１１は、前記温度補正制御部３２からの制御信号３１５により、前記ＡＤ変換回路３１１のイネーブル・ディセーブルの切替え等の制御や、前記ＡＤ変換回路３１１のオフセットによる誤差の調整等が行われる。
【００５９】
前記テーブル格納用メモリ３８は、例えばＳＤＲＡＭやレジスタ等の記憶装置であり、前述のように前記ＣＰＵ１３によって作成された前記補正テーブル３３が格納される。
【００６０】
前記温度補正制御部３２は、前記ＡＤ変換結果３１６を前記補正テーブル３３に基づいて補正して出力する。
【００６１】
前記温度補正制御部３２は、制御部３２９、比較器３２４、ＡＤ変換結果レジスタ３２０、比較元レジスタ３２１、温度レジスタ３２６、及び選択回路３２７を有する。
【００６２】
前記ＡＤ変換結果レジスタ３２０には、前記ＡＤ変換回路３１１から出力された前記ＡＤ変換結果３１６が格納される。
【００６３】
前記温度レジスタ３２６には、前記ＡＤ変換結果３１６の補正後の温度として候補となる温度のデータが格納される。
【００６４】
前記選択部３２７は、前記温度レジスタ３２６に格納された温度のデータに対応する補正後の温度データをインデックスとして前記補正テーブル３３をアドレッシングし、前記補正後の温度データに対応する補正前の温度データを前記比較元レジスタ３２１に格納する。
【００６５】
前記制御部３２９は、制御ロジック回路３３０と、後述する補正係数と温度変換定数を一時的に格納するレジスタ３３２と、測定した温度に対応する補正後の温度データを格納するレジスタバッファ３３１とを内部に有する。前記制御ロジック回路３３０は、測定温度の補正に関する動作全般を制御する。
【００６６】
≪温度検知における温度補正の具体的な方法≫
ここで、測定温度の補正、すなわち前記制御ロジック回路３３０による前記ＡＤ変換結果３１６の補正について詳細に説明する。
【００６７】
まず、前記半導体装置１の起動後、例えば、前記ＣＰＵ１３は、リセット信号により指示される初期化処理において前記補正テーブル３３を作成し、前記テーブル格納用メモリ３８に格納する。そして、前記ＣＰＵ１３は、前記温度レジスタ３２６に初期値を設定する。当該初期値は、前記補正テーブル３３に格納されている何れかの補正後の温度データが設定される。例えば、前記補正テーブル３３に温度−４０℃から１６０℃までの補正後の温度データが４℃のステップ毎に格納されたものである場合には、温度−４０℃に対応する温度のデータが初期値として設定される。
【００６８】
次に、前記ＣＰＵ１３が温度検知を前記温度センサ回路３０に要求すると、前記制御ロジック回路３３０が、前記温度レジスタ３２６に格納されている補正後の温度データを前記選択部３２７に入力させる。前記選択部３２７は、受け取った補正後の温度データをインデックスとして前記ＲＡＭ２１に格納されている前記補正テーブル３３をアドレッシングし、当該インデックスに対応する補正前の温度データ３１７を選択して、前記比較元レジスタ３２１に格納する。また、この際前記ＡＤ変換結果レジスタ３２０には、前記ＡＤ変換回路３１１から出力された前記ＡＤ変換結果３１６が格納される。そして、前記比較器３２４は、当該ＡＤ変換結果レジスタ３２０に格納された前記ＡＤ変換結果３１６と、前記比較元レジスタ３２１に格納されている前記補正前の温度データ３１７とを比較し、一致したか否かを示す比較結果３２５を前記制御ロジック回路３３０に対して出力する。前記比較結果３２５が不一致を示すものである場合には、前記制御ロジック回路３３０は、前記温度レジスタ３２６に設定されている候補の温度のデータをインクリメントして、候補となる温度のデータを新たに設定し、当該温度のデータに対応する補正後の温度データを新たなインデックスとして前記選択部３２７に与える。例えば、前記制御ロジック回路３３０は、前記温度レジスタ３２６に初期値として設定されている−４０℃を表す温度のデータをインクリメントして、−３６℃を表す温度のデータを前記温度レジスタ３２６に新たに設定する。そして、前記選択部３２７は−３６℃の温度のデータに対応する補正後の温度データをインデックスとして前記補正テーブル３３をアドレッシングし、当該補正後の温度データに対応する補正前の温度データを前記比較元レジスタ３２１に設定する。前記比較元レジスタ３２１の値が設定されると、前記比較器３２４は再度比較動作を行い、当該比較結果３２５を前記制御ロジック回路３３０に対して出力する。ここで、当該比較結果３２５が不一致を表すものである場合には、一致を表す比較結果３２５が出力されるまで、前述した前記温度レジスタ３２６の値の更新から比較動作までの一連の動作が繰り返し行われる。そして、前記比較器３２４から一致を表す比較結果３２５が出力されると、前記制御ロジック回路３３０は前記温度レジスタ３２６に設定された候補となる温度のデータの更新を中止し、前記温度レジスタ３２６に現に設定されている温度のデータ３４を前記レジスタバッファ３３１に格納するとともに、前記バスインターフェイス部３７を介して前記ＣＰＵ１３に出力する。
【００６９】
以上の方法により、前記センサ部３１で測定された結果が補正されて出力される。
【００７０】
なお、前記制御ロジック回路３３０は、上述の温度の補正だけでなく前記レジスタバッファ３３１に格納した温度のデータの値に基づいた割り込み処理も行う。例えば、前記温度のデータが所定の温度を超える温度を表すものであった場合に、前記温度センサ回路３０が前記割り込みコントローラ１４に対して割り込み要求１１を出力し、前記割り込みコントローラ１４が割り込信号１５を出力することで前記ＣＰＵ１３の初期化や動作周波数の調整を行う。更に、前記制御ロジック回路３３０は、所定のタイミングで前記転送制御部４０に対しデータ転送の要求１２を与え、前記レジスタバッファ３３１に蓄積された前記温度のデータを前記メモリ部２０に転送することで測定温度の履歴を記録し、また、前記ＲＡＭ２１に格納したデータを前記ＮＶＭ２２へ退避させる制御も行う。
【００７１】
≪補正テーブルの作成方法≫
次に、前記補正テーブル３３の作成方法について詳細に説明する。
【００７２】
本実施の形態に係る半導体装置１において、前記補正テーブル３３の作成には、前記特性関数の前記温度変換定数と前記補正係数という２つのパラメータに基づく特性修正関数が必要となる。まず、上記パラメータと特性修正関数について説明する。
【００７３】
前述のように、前記温度電圧変換回路３１０における２つの基準電圧の温度特性は図３に示され、当該基準電圧の比の値とそのＡＤ変換結果との関係は図４のように表される。そして、これらの関係から当該ＡＤ変換結果ｔとチップ温度Ｔとの関係は、図５のように表される。
【００７４】
図５は、ＡＤ変換結果ｔとチップ温度Ｔとの対応関係を表した理想曲線２００を表したものである。なお、図５におけるチップ温度Ｔ１〜Ｔ４は図３におけるチップ温度τ１〜τ４と対応した値である。
【００７５】
図６は、前記理想曲線２００と特性関数２０１を表したものである。前記特性関数２０１は、前記理想曲線２００を二次以上の関数で数学的に近似した関数である。
【００７６】
前記特性関数２０１は（式３）で表される。
【００７７】
【数２】
2011086742.tif 000004
【００７８】
ここで、Ｔ’は温度を表し、ｔはＡＤ変換結果を表す。また、ａｎ〜ａ０を前記温度変換定数とし、すべてのチップで共通の値とする。なお、前記温度変換定数ａｎ〜ａ０は、予めメモリ部２０の前記ＮＶＭ２２に書き込んでおく。
【００７９】
図６に示すように、前記特性関数２０１を２次以上の近似関数とすれば、前記特性関数２０１の温度Ｔ’１〜Ｔ’４と理想曲線における温度Ｔ１〜Ｔ４との誤差を小さくすることが可能となる。温度検知の際には、前記特性関数２０１に基づいて前記ＡＤ変換結果３１６を温度に変換すれば、測定温度を精度良く知ることができる。
【００８０】
次に、前記特性関数に関するばらつきについて説明する。
【００８１】
前述のように、（式３）の特性関数を用いれば、前記ＡＤ変換結果を温度に変換することができる。しかし、当該特性関数の基になっている前記理想曲線２００は、チップ製造時におけるプロセスのばらつきを無視しており、実際には、プロセスばらつきの影響を受けることとなる。
【００８２】
図７は、チップ温度τとＡＤ変換結果ｔとの関数についてのプロセスばらつきの影響を表したものである。図７に示されるように、プロセスばらつきの影響により、ＡＤ変換結果ｔとチップ温度τとの理想曲線２０２は参照符号２０３に示される範囲内でばらついた特性となる。これは、プロセスばらつきの影響により、前記基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２とＶＲＥＦ３１３の値がばらつくこと、及び前記ＡＤ変換回路３１１によるＡＤ変換結果がばらつくことが原因である。このため、図７において例えば、チップ温度τ１におけるＡＤ変換結果ｔは、ｔ１を中心値として（ｔ１−δｔ１）から（ｔ１＋δｔ１）の範囲でばらつくこととなる。この結果を踏まえて、縦軸を温度Ｔ’、横軸をＡＤ変換結果ｔとして、前記特性関数２０１のばらつき範囲を表したものが図８である。図８において、前記特性関数２０１は参照符号２０４に示される範囲内でばらついた特性となる。例えば、温度τ１において前記センサ部３１が出力するＡＤ変換結果ｔは、ｔ１を中心値として（ｔ１−δｔ１）から（ｔ１＋δｔ１）の範囲内のいずれかの値となる。これらの値を温度に変換すると、Ｔ’１を中心値として（Ｔ’１−δＴ’１）から（Ｔ’１＋δＴ’１）の範囲の値となり、センサ部３１で測定した温度は当該範囲でばらついた値となる。そこで、当該測定温度のばらつきを低減するために、前記半導体装置１では夫々のチップのプロセスばらつきに応じた関数を用いる。具体的には、前記特性関数を夫々のチップ毎に算出した前記補正係数によって修正し、当該修正した関数を用いる。この修正した関数が特性修正関数である。
【００８３】
前記補正係数は、前述のように、前記センサ部３１で測定した温度と実際の温度との誤差を表すパラメータであり、例えば、所定の温度における当該測定した温度と実際の温度との温度差である。前記補正係数は、製品出荷テスト時において後述する方法によりチップ毎に算出され、前記温度変換定数とともに前記メモリ部２０の前記ＮＶＭ２２に書き込まれる。
【００８４】
前記特性修正関数は、チップ毎の前記補正係数を用いて（式３）で表される理想的な特性関数を修正したものである。具体的には、前記特性修正関数は、補正後の温度データＹ、補正前の温度データをＸ、及び補正係数をＡとして、（式４）で表す。
【００８５】
【数３】
2011086742.tif 000005
【００８６】
なお、ＡＤ変換結果ｔは前記補正前の温度データＸを表す。
【００８７】
図９は、この特性修正関数のグラフの一例であり、同一温度条件下において異なるＡＤ変換結果ｔを出力する２つのチップの夫々の特性修正関数２０５と特性修正関数２０６を表したものである。
【００８８】
製品出荷テスト時に、温度Ｔ２における前記センサ部３１の出力が（ｔ２−δｔ２）であったチップは、温度Ｔ２における前記補正係数に基づいた前記特性修正関数２０５を用い、前記センサ部３１のＡＤ変換結果ｔを補正して測定温度を出力する。また、前記テスト時に温度Ｔ２における前記センサ部３１の出力が（ｔ２＋δｔ２）であったチップは、温度Ｔ２における前記補正係数に基づいた前記特性修正関数２０６を用い、前記センサ部３１のＡＤ変換結果ｔを補正して出力する。これにより、チップ毎の特性修正関数によってＡＤ変換結果を温度に変換すれば、同一の温度条件下において夫々のチップの前記センサ部３１の出力するＡＤ変換結果が異なる場合でも、図９に示すようにチップとしての測定温度のばらつきを抑えることができ、測定精度を上げることができる。なお、図９では、温度Ｔ２において算出した前記補正係数を用いた場合であるが、温度Ｔ１付近の測定精度を特に上げたい場合には、前記テスト時に温度Ｔ１における前記補正係数を算出し、当該補正係数に基づいた前記特性修正関数を用いればよい。
【００８９】
以上のように、チップ毎に前記特性修正関数を用いれば温度の測定精度を上げることができるが、温度測定の都度、前記ＣＰＵ１３が前記特性修正関数を用いた測定温度の補正演算を行うこととすると、前記ＣＰＵ１３の負荷が増大してしまう。また、前記ＣＰＵ１３が熱暴走した場合には、前記補正演算を行うことができず、割り込み処理等を行うことができなくなってしまう。そこで、本発明に係る半導体装置１は、温度の補正演算を温度測定の都度行うのではなく、予め前記特性修正関数に基づいて前記補正テーブル３３を作成しておき、温度測定の際には、当該補正テーブル３３を用いて測定温度を補正して出力する。
【００９０】
図１０に前記補正テーブル３３の概略図を示す。前記補正テーブル３３は、前述のように補正前の温度データＸと補正後の温度データＹとの対応関係を表したものであり、（式４）で示される前記特性修正関数の逆関数を用いて、補正後の温度データＹからそれに対応する補正前の温度データＸを算出する演算により作成される。図１０において補正後の温度Ｙは、Ｙ＝ｙ［ｉ］で表し、補正前の温度データＸは、Ｘ＝ｘ［ｉ］で表す。ただし、ｉ＝０〜ｎである。例えば、−４０℃から１６０℃までの測定温度範囲を４℃単位で測定したい場合には、補正後の温度データＹを−４０℃から１６０℃とし、当該温度範囲を４℃毎に対応する補正前の温度データＸを算出して前記補正テーブル３３を作成する。なお、逆関数を用いない場合には、目的とする刻みの温度毎に補正テーブル３３を正確に作成することが困難となる。また、補正テーブル３３の作成に際し、前述の２つのパラメータを前記メモリ部２０に格納しておけば、実際に温度を測定する必要はない。
【００９１】
前記補正テーブル３３の作成手順について図１１を用いて説明する。
【００９２】
図１１は前記補正テーブル３３の作成時のフロー図である。
【００９３】
図１１において、まず、前記半導体装置１の起動後の初期化処理において、前記制御部３２９内の前記レジスタバッファ３３１及びレジスタ３３２が初期化される（Ｓ１０１）。その後、前記温度変換定数と前記補正係数が前記ＮＶＭ２２から読み出され、前記レジスタ３３２に格納される（Ｓ１０２）。前記ＣＰＵ１３は、前記レジスタ３３２に格納された前記温度変換定数及び前記補正係数に基づいた前記特性修正関数の逆関数を用いて、補正後の温度データＹに対応する補正前の温度データＸを温度毎に算出して、前記テーブル格納用メモリ３８又は前記ＲＡＭ２１に前記補正テーブル３３として格納する（Ｓ１０４）。必要とされる補正後の温度の全範囲において前記演算が完了したら、前記補正テーブル３３の作成を終了する（Ｓ１０５）。
【００９４】
≪補正係数の取得方法≫
前述のように、前記補正係数は、製品出荷テスト時においてチップ毎に算出され、前記ＮＶＭ２２に書き込まれる。前記補正係数の具体的な取得方法について説明する。
【００９５】
図１２は、製品出荷前テスト時の回路構成の一例である。
【００９６】
図１２において、テスタ４００内の測定対象を設置するためのステージ４０１上に前記半導体装置１が設置され、前記テスタ４００が、当該半導体装置１の前記センサ部３１で測定される温度と、前記半導体装置１とは別に設置された高精度温度センサ４０２によって測定される温度から前記補正係数を算出し、前記半導体装置１のＮＶＭ２２に書き込む。
【００９７】
前記半導体装置１は図１に示される半導体装置１と同一であり、説明のために必要な構成要素及び配線等以外は省略している。
【００９８】
前記半導体装置１は、Ｉ／Ｏインタフェース４０７Ａ及び４０７Ｂを介して前記テスタ４００と接続され、前記センサ部３１で測定された測定結果は、前記Ｉ／Ｏインタフェース４０７Ａの一つであるＰＡＤ４０８Ａから出力される。
【００９９】
前記高精度温度センサ４０２は前記ステージ４０１上に設置され、前記ステージ４０１の温度を測定する。
【０１００】
前記テスタ４００は、測定対象である半導体装置１に対し、前記Ｉ／Ｏインタフェース４０７Ａ及び４０７Ｂを介して任意のＤＣ又はＡＣの電圧及び電流を印加するとともに、前記ステージ４０１の温度を調整することで、様々な温度条件下における前記半導体装置１の特性を調べる試験装置である。
【０１０１】
前記テスタ４００は、熱源となる発熱／冷却装置４０６と、記憶部４０４と、システム制御部４０３と、モニタ４０５を備える。
【０１０２】
前記記憶部４０４は、前記センサ部３１の測定結果と前記高精度温度センサ４０２の測定結果等を格納する記憶領域を有し、前記システム制御部４０３によって算出される補正係数や前記温度変換定数等も格納する。
【０１０３】
前記システム制御部４０３は、前記発熱／冷却装置４０６を制御して前記ステージ４０１の温度を調整する。
【０１０４】
更に、前記システム制御部４０３は、前記補正係数の算出、前記記憶部４０４への前記補正係数及び前記測定結果の格納、並びに前記補正係数等の前記ＮＶＭ２２への書き込み等の制御を行う。なお、前記補正係数等の前記ＮＶＭ２２への書き込み制御は、前記半導体装置１が、前記センサ部３１の測定結果と前記高精度温度センサ４０２の測定結果等を用いることで実施することも可能である。
【０１０５】
前記システム制御部４０３は、前記高精度温度センサ４０２で測定した温度を真の温度とし、前記センサ３１で測定したチップの温度と前記真の温度との比を取ることで前記補正係数Ａを算出する。また、前記特性修正関数の具体例として式（４）を示したが、前記特性修正関数の他の例として下記の式（５）に示す関数を使用する場合には、前記高精度温度センサ４０２で測定した温度を真の温度とし、前記センサ３１で測定したチップの温度と前記真の温度との差を取ることで補正係数Ｂを算出する。
【０１０６】
【数４】
2011086742.tif 000006
【０１０７】
なお、前記補正係数Ａ、前記補正係数Ｂ、又はその他適用される前記特性修正関数に適した補正係数は、前記温度センサ部で測定した温度と実際の温度との誤差を示す補正係数と称する。
【０１０８】
前記モニタ４０５は、測定結果やテスタ４００の制御状態等を表示するものである。
【０１０９】
図１２に示される装置による前記補正係数の取得の流れについて図１３を用いて説明する。
【０１１０】
図１３は、前記半導体装置１についての前記補正係数の取得から温度検知までの流れを示すフロー図である。
【０１１１】
初めに、前記テスタ４００内のステージ４０１上に半導体装置１をセットする（Ｓ２０１）。前記システム制御部４０３は、前記発熱／冷却装置４０６を制御して所望の温度に設定する。前記所望の温度は、前記温度センサ回路３０の測定精度を特に向上させたい温度範囲における所定の温度である。そして、ステージ４０１上の前記高精度温度センサ４０２と前記半導体装置１とが均一の温度状態となる時間の経過後、前記テスタ４００は、前記高精度温度センサ４０２により測定した温度の測定結果を前記記憶部４０４に格納するとともに（Ｓ２０２＿１）、前記半導体装置１内のセンサ部３１で測定した温度の測定結果を前記記憶部４０４に格納する（Ｓ２０２＿２）。前記システム制御部４０３は、当該測定結果を基に前記補正係数を演算し、前記半導体装置１内の前記ＮＶＮ２２に書き込み（Ｓ２０３）、テストを終了する（Ｓ２０４）。
【０１１２】
≪温度検知時の動作の流れ≫
次に、温度検知時の動作の流れについて、図１３を用いて説明する。
【０１１３】
図１において前記半導体装置１の動作中に前記ＣＰＵ１３等から温度検知の要求３６があると、前記温度センサ回路３０が温度の測定を開始する（Ｓ２０５）。このとき、前記制御部３２９は、前記補正テーブル３３が作成され、前記テーブル格納用メモリ３８に格納されているか否かを確認する（Ｓ２０６）。前記補正テーブル３３が作成されていない場合には、前記制御部３２９が前記ＣＰＵ１３に対し前記補正テーブルの作成の要求３５を行い、前記ＣＰＵ１３は前記補正テーブル３３を作成して前記テーブル格納用メモリ３８に格納するとともに（Ｓ１００〜Ｓ１０５）、前記温度レジスタ３２６に候補となる温度のデータの初期値を設定する。なお、前記半導体装置１のパワーオンリセット時の初期化処理において、前記ＣＰＵ１３が前記補正テーブル３３を作成している場合には、温度検知を行う際の前記補正テーブル３３の作成は不要である。
【０１１４】
次に、前記センサ部３１が前記基準電圧の比を前記ＡＤ変換回路３１１によってＡＤ変換し、当該ＡＤ変換結果を前記ＡＤ変換結果レジスタ３２０に格納するとともに、前記選択部３２７が前記温度レジスタ３２６に初期設定された温度のデータに対応する補正後の温度データをインデックスとしてアドレッシングし、対応する補正前の温度データを前記比較元レジスタ３２１に格納する（Ｓ２０７）。そして、前記比較器３２４によって前述の比較動作が行われ、前記ＡＤ変換結果３１６と前記補正前の温度データ３１７が一致するまで前記制御ロジック回路３３０は前記温度レジスタ３２６の更新を繰り返す（Ｓ２０８）。前記ＡＤ変換結果３１６と前記補正前の温度データ３１７が一致したら、前記制御ロジック回路３３０は、前記温度レジスタ３２６に格納されている温度のデータを前記レジスタ３３２に格納するとともに、前記ＣＰＵ１３に出力する（Ｓ２０９）。
【０１１５】
以上のように、前記半導体装置１によれば、出荷テスト時に前記補正係数と前記温度変換定数を格納しておけば、前記半導体装置１が、自ら容易に前記補正テーブル３３を作成することができ、当該補正テーブル３３を用いた補正を行うことでより精度の高い測定温度の補正が可能となる。また、前記補正テーブル３３の作成に際し、内蔵されている前記ＣＰＵ１３により２次以上の関数で表現された前記特性修正関数の逆関数を用いた演算を行うから、乗算器等の専用のハードウェアを追加することなく実現することができ、設計変更等にも柔軟に対応することができる。更には、前記補正テーブル３３の作成は起動時における初期化処理において、又は温度検知の開始時において行われるから、前記ＣＰＵ１３の負担を低減することができ、且つ前記ＣＰＵ１３等が熱暴走をしたとしても、前記制御部３２９が補正された測定温度に基づいて、前記ＣＰＵ１３等に対して初期化等を行うことができる。
【０１１６】
≪サーマルダイオードの内蔵≫
図１４は、本発明に係る半導体装置の別の実施の形態として、温度センサを内蔵した、自動車用のデータ処理等を行うマイクロコンピュータの詳細な説明図である。図１４における半導体装置２は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成されている。
【０１１７】
前述の半導体装置１では、出荷前テスト時において前記補正係数を取得する際に、前記半導体装置１の外部に設置した高精度温度センサ４０２により測定したステージ４０１上の温度を真の温度とした。図１４に示す半導体装置２は温度を測定するためのサーマルダイオード６０を更に有し、当該サーマルダイオード６０で測定したチップ内部の温度を真の温度として前記補正係数を算出する。
【０１１８】
前記半導体装置２について、前記半導体装置１と同様の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、図１４においては説明に必要な構成要素のみを表示している。
【０１１９】
前記サーマルダイオード６０は、温度センサ回路４１内の前記温度電圧変換回路３１０の近傍に配置される。前記サーマルダイオード６０には、ダイオード接続した寄生のバイポーラトランジスタを用いる。当該サーマルダイオード６０のベース端子とコレクタ端子は短絡されてＰＡＤ４０９Ａと接続され、エミッタ端子はＰＡＤ４０９Ｂと接続される。
【０１２０】
≪サーマルダイオードによる温度の測定方法≫
前記サーマルダイオード６０による温度の測定の方法について説明する。
【０１２１】
前記半導体装置２では、前記サーマルダイオード６０に電流を流すことで発生するベース・エミッタ間電圧ＶＢＥを利用し、流し込む電流の値を変えたときの夫々の電流に対応する前記ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥの差電圧を利用することで温度を測定する。すなわち、温度Ｔｄ１において、当該サーマルダイオード６０に電流Ｉ０を流し込んだときのベース・エミッタ間電圧をＶＢＥ０とし、電流Ｉ０のｎ倍の電流ｎＩ０を流し込んだときのベース・エミッタ間電圧をＶＢＥｎとしたとき、それらの電圧の差電圧ΔＶＢＥは式（６）で表され、温度Ｔｄ１は式（７）で表される。前記半導体装置２では、前記サーマルダイオード６０に流す電流の比と差電圧ΔＶＢＥを測定することで、（式７）を用いて温度Ｔを算出する。
【０１２２】
【数５】
2011086742.tif 000007
【０１２３】
当該測定の具体的な方法について、図１５を用いて説明する。
【０１２４】
図１５は、前記半導体装置２について製品出荷前テストを行うための回路構成の一例である。
【０１２５】
図１５において、テスタ５００内の測定対象を設置するためのステージ４０１上に前記半導体装置２が設置され、前記テスタ５００が、当該半導体装置２の前記センサ部３１で測定された温度と、前記サーマルダイオード６０で測定された温度から前記補正係数を算出し、前記ＮＶＭ２２に書き込む。
【０１２６】
図１５における前記テスタ５００について前記テスタ４００と同様な構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２７】
前記テスタ５００は、電流源回路５０１と、マルチメータ５０２を更に有する。
【０１２８】
前記電流源回路５０１は、システム制御部５０４によりスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２とが切り替えられ、前記サーマルダイオード６０のベース端子にＰＡＤ４０９Ａを介して電流Ｉ０又は電流ｎＩ０を流し込む。
【０１２９】
前記マルチメータ５０２は、前記電流源回路５０１から流れる電流Ｉ０及び電流ｎＩ０の電流値を測定するとともに、当該電流を流したときのＰＡＤ４０９ＡとＰＡＤ４０９Ｂとの間の電位差、すなわち前記サーマルダイオード６０のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥを測定する。
【０１３０】
記憶部５０３には、前記マルチメータ５０２で測定したサーマルダイオード６０の電流Ｉ０及び電流ｎＩ０と、当該夫々の電流値における前記サーマルダイオードのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０及びＶＢＥｎを格納する。
【０１３１】
前記システム制御部５０４は、前記記憶部５０３に格納された前記電流の値及び前記ベース・エミッタ間電圧の値から、（式７）を用いて温度を算出し、前記記憶部５０３に格納する。なお、その他の機能は前記システム制御部４０３と同様である。
【０１３２】
前記サーマルダイオード６０による温度測定の流れについて、図１６を用いて説明する。
【０１３３】
図１６は、前記サーマルダイオード６０によるチップ温度の測定のフロー図である。
【０１３４】
まず、前記テスタ５００における前記システム制御部５０４は、前記発熱／冷却装置４０６を制御して所望の温度に設定する（Ｓ３０１）。前記所望の温度の設定は、前記テスタ４００の場合と同様である。そして、前記半導体装置１の温度状態が安定するのに十分な時間の経過後、前記システム制御部５０４は前記電流源回路５０１を制御して電流Ｉ０を前記サーマルダイオード６０に流し込み、前記マルチメータ５０２はそのときの前記ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０を測定し、当該ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０及び電流Ｉ０の値が前記記憶部５０３に格納される（Ｓ３０２）。この際、前記テスタ５００は、当該ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０が、プロセスの管理幅に収まっているか否かを判定する（Ｓ３０３）。すなわち、当該半導体装置２におけるバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０が、プロセスに許容されるばらつき幅に収まっているか否かを調べる。前記ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０がプロセス管理幅から外れていた場合には（Ｓ３０４）、当該半導体装置２をサンプルから除外する（Ｓ３０５）。前記プロセス管理幅に収まっている場合には、前記システム制御部５０４は前記電流源回路５０１を制御して電流ｎＩ０を前記サーマルダイオード６０に流し込み、前記マルチメータ５０２はそのときの前記ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥｎを測定し、当該ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥｎと電流ｎＩ０の値が前記記憶部５０３に格納される（Ｓ３０６）。次に、前記システム制御部５０４は、前記記憶部５０３に格納された前記ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０とＶＢＥｎに基づいて差電圧ΔＶＢＥを算出し（Ｓ３０７）、当該差電圧ΔＶＢＥに基づき温度Ｔｄ１を算出するとともに前記記憶部５０３に格納して（Ｓ３０８）、温度測定を終了する（Ｓ３０９）。
【０１３５】
以上の方法により、前記サーマルダイオード６０を用いることで前記半導体装置２のチップの温度を精度良く測定することが可能となる。
【０１３６】
≪サーマルダイオードによる測定温度を用いた補正係数の算出方法≫
前記半導体装置２において、前記サーマルダイオード６０によって測定した温度を利用した前記補正係数の算出方法について図１７を用いて説明する。
【０１３７】
図１７は、前記サーマルダイオード６０による測定温度を用いた前記補正係数の算出時のフロー図である。
【０１３８】
まず、図１６と同様に、前記テスタ５００における前記システム制御部５０４は、前記発熱／冷却装置４０６を制御して所望の温度に設定する（Ｓ３０１）。そして、前述の方法により、前記サーマルダイオード６０を用いて温度を測定し（Ｓ３０２〜Ｓ３０９）、チップ内の温度Ｔｄ１を得る（Ｓ４０１）。併せて、前記システム制御部５０４は、前記記憶部５０３から前記特性関数の前記温度変換定数を読み出す（Ｓ４０２）。ここでは、前記特性関数を２次関数とした場合を例とし、前記温度変換定数ａ２〜ａ０を読み出す。次に前記半導体装置２における前記センサ部３１で測定した温度のＡＤ変換結果ｔが、ＰＡＤ４０８Ａを介して出力され、前記記憶部５０３に格納される（Ｓ４０３）。前記システム制御部５０４は、前記特性修正関数を用いることで当該記憶部５０３に格納された前記ＡＤ変換結果ｔから温度Ｔｄ０を算出して前記記憶部５０３に書き込み（Ｓ４０４）、測定結果Ｔｄ０を得る（Ｓ４０５）。このときの特性修正関数は、前記補正係数Ａを“１”とし、前記温度変換定数ａ２〜ａ０を用いる。
【０１３９】
そして、前記サーマルダイオード６０で測定した温度Ｔｄ１と前記センサ部３１で測定した温度Ｔｄ０が求まると、前記システム制御部５０４は、夫々の値の比較を行う（Ｓ４０６）。当該比較において、温度Ｔｄ１と温度Ｔｄ０が等しいか否かを判定し（Ｓ４０７）、等しい場合には補正が不要と判断され（Ｓ４０８）、補正係数Ａを“１”に決定し（Ｓ４１２）、テストが終了する（Ｓ４１３）。ステップ４０７において、前記比較結果が等しくなかった場合には、温度Ｔｄ１が温度Ｔｄ０よりも大きいか否かを判定する（Ｓ４０９）。温度Ｔｄ１が温度Ｔｄ０よりも大きい場合、前記補正係数Ａには“１”より大きい値が必要と判断され（Ｓ４１０）、前記補正係数Ａは“１”より大きい値に決定され（Ｓ４１２）、テストが終了する（Ｓ４１３）。また、ステップ４０９において、温度Ｔｄ１が温度Ｔｄ０よりも小さい場合には、前記補正係数Ａには“１”より小さい値が必要と判断され（Ｓ４１１）、前記補正係数Ａは“１”より小さい値に決定され（Ｓ４１２）、テストが終了する（Ｓ４１３）。
【０１４０】
なお、図１７のフロー図において前記補正係数Ａの決定に際し、温度Ｔｄ０の算出、及び温度Ｔｄ０と温度Ｔｄ１との比較の作業は１回だけ行う場合を例に説明したが、前記補正係数Ａの精度をより向上させたい場合には、次のような方法を採用してもよい。例えば、ステップ４１０又はステップ４１１の後に、前記補正係数Ａの値を変更して、再度温度Ｔｄ０の値を算出し、当該算出した温度Ｔｄ０と温度Ｔｄ１の比較する作業を複数回行って、前記補正係数Ａの値を決定する方法を採用してもよい。
【０１４１】
≪サーマルダイオードの配置≫
前記半導体装置２における前記サーマルダイオード６０は、前述のように、寄生バイポーラトランジスタを利用している。
【０１４２】
図１８は、バイポーラトランジスタのダイオード接続を表したものである。
【０１４３】
バイポーラトランジスタは一般的に、ＰＮＰタイプ及びＮＰＮタイプという２種類の素子構造を持つ。ＣＭＯＳプロセスにおいて作成される寄生のバイポーラトランジスタには、ＣＭＯＳプロセスのウェル形成の過程により、ＰタイプのウェルとＮタイプのウェルを不純物の拡散又は注入の方向と同じ方向に縦型に形成されるサブストレート型バイポーラトランジスタと、不純物の拡散又は注入の方向に対して直角に形成されるラテラル型バイポーラトランジスタとがある。前記サーマルダイオード６０は、前述の寄生のバイポーラトランジスタのＰＮＰタイプ又はＮＰＮタイプを用いて、当該バイポーラトランジスタのベース端子及びコレクタ端子間を短絡してダイオード接続とすることにより、Ｐ側をアノード、Ｎ側をカソードとして利用する。
【０１４４】
図１９は、図２における前記温度電圧変換回路３１０内の寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿１及びＴＢ＿ＮＰＮ＿ｎと前記サーマルダイオード６０のレイアウト図の一例である。ここでは、寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿ｎの個数ｎを８個としている。
【０１４５】
前記サーマルダイオード６０は、前記センサ部３１による測定結果をできるだけ正確に補正するため、前記温度電圧変換回路３１０内で温度の検出を行う寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿１及びＴＢ＿ＮＰＮ＿８の近傍に配置される。なお、前記サーマルダイオード６０を配置する際には、アノード側、すなわちコレクタ領域５５１は、前記電圧変換回路３１０の寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿１及びＴＢ＿ＮＰＮ＿８と、ウェルを分離するための間隔を開ける必要がある。これは、前記温度電圧変換回路３１０における寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿１及びＴＢ＿ＮＰＮ＿８と、前記ダイオード６０を形成する寄生バイポーラトランジスタは、縦型ＮＰＮタイプの寄生バイポーラトランジスタによって構成されており、当該バイポーラトランジスタのコレクタ領域は、シリコン基板内深くに形成されたＮタイプのウェル領域であることから、プロセスによって規定されるウェル分離のための間隔、すなわち、参照符号５５０で示される間隔を空ける必要があるからである。また、寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿１は、寄生バイポーラトランジスタＴＢ＿ＮＰＮ＿８とコレクタサイズが等しくなるように配置されたダミーの寄生バイポーラトランジスタとともにレイアウトされ、これらのダミーの寄生バイポーラトランジスタは誤って動作しないように、夫々のダミー素子のベース端子が共通に接続され、グランドに接続されている。これにより、前記寄生バイポーラトランジスタのコレクタ領域として用いられるＮウェルとＰ型のシリコン基板との間の寄生容量が小さくなり、前記温度電圧変換回路３１０のＡＣ特性を改善することができる。また、高温時において当該ＮウェルからＰ型のシリコン基板に向かって流れるリーク電流を抑え、前記基準電圧ＶＲＥＦ３１３及びＶＰＴＡＴ３１２の誤差を小さくすることができる。
【０１４６】
以上より前記半導体装置２によれば、前記補正係数の取得時において前記サーマルダイオード６０を用いて前記センサ部３１の近傍の温度を測定することができ、より精度の高い温度の補正を行うことが可能となる。
【０１４７】
≪補正用抵抗の内蔵≫
図２０は、本発明に係る半導体装置の別の実施の形態として、温度センサを内蔵した、自動車用のデータ処理等を行うマイクロコンピュータの詳細な説明図である。図２０における半導体装置３は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成されている。
【０１４８】
前述のようにチップのプロセスばらつきの影響により、前記特性関数もばらつくこととなる。この特性関数のばらつきは、主に前記センサ部３１で使用されている抵抗のばらつきによる影響が大きい。そこで、前記半導体装置３では、前記センサ部３１で使用されている抵抗と同じ種類の抵抗７０を内蔵し、当該抵抗７０のばらつきを知ることで最適な特性関数を選択して、より高精度な温度の補正を行う。すなわち、前述の実施の形態に係る半導体装置１及び２では、全てのチップにおいて共通の前記温度変換定数ａｎ〜ａ０を用いたが、前記半導体装置３では、チップ毎のプロセスばらつきに応じた前記温度変換定数ａｎ〜ａ０を用いる。
【０１４９】
前記半導体装置３について、前記半導体装置２と同様の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、図２０においては説明に必要な構成要素のみを表示している。
【０１５０】
前記半導体装置３は、前記半導体装置２に対し、補正用の抵抗７０を更に有する。
【０１５１】
当該抵抗７０の両端の端子は、ＰＡＤ４１０ＡとＰＡＤ４１０Ｂに夫々接続される。
【０１５２】
図２１は、前記抵抗７０と前記温度電圧変換回路３１０内において用いられる抵抗Ｒａｒｒ７３０のレイアウトの一例である。
【０１５３】
補正用の前記抵抗７０は、温度センサ回路４２内の前記温度電圧変換回路３１０において用いられる抵抗Ｒａｒｒ７３０の近傍に配置される。前記抵抗７０は、前記抵抗７３０と同一種類の抵抗であって、且つ単位抵抗の形状を等しくしたものである。前記抵抗Ｒａｒｒ７３０は、抵抗素子の相対精度の劣化を防止するため、両側に当該抵抗と同一の種類であって、且つ単位抵抗の形状が等しいダミーの抵抗７３１とともに配置され、所定の電位に固定されたウェル等で形成したガードリング７３２内に配置される。前記抵抗７０も同様である。ただし、単位抵抗の総和は前記抵抗Ｒａｒｒ７３０と等しくする必要はない。
【０１５４】
≪補正用抵抗を用いた温度変換定数の選択方法≫
前記抵抗７０を用いた温度変換定数ａｎ〜ａ０の選択について説明する。
【０１５５】
図２２は、半導体装置３についての製品出荷前テスト時の回路構成の一例である。
【０１５６】
図２２に示されるテスタ６００について、前記テスタ５００と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１５７】
図２２において、前記テスタ６００の電流源回路６０１はシステム制御部６０４の制御により、前記ＰＡＤ４１０Ａを介して前記抵抗７０に電流Ｉ１０を流し込む。そして、前記システム制御部６０４は、そのときの前記抵抗７０の両端に現れる電圧ＶＲ１０をマルチメータ６０２によって測定して、記憶部６０３に格納する。
【０１５８】
前記記憶部６０３には、単位抵抗あたりの抵抗値のプロセス管理幅、すなわち抵抗値の許容されるばらつき幅に基づいて、前記抵抗７０の値の許容されるばらつき幅に対応した前記温度変換定数ａｎ〜ａ０を予め格納しておく。例えば、前記抵抗７０のばらつき幅が最小値Ｒｍｉｎから最大値Ｒｍａｘの範囲にある場合において、当該抵抗７０の中心値をＲｔｙｐとし、前記抵抗７０に電流Ｉ１０を流したときの電圧をＶＲ１０とすると、前記電圧ＶＲ１０のとり得る範囲は、ＶＲｍｉｎからＶＲｍａｘとなる。なお、ＶＲｍｉｎ＝Ｒｍｉｎ・Ｉ１０であり、ＶＲｍａｘ＝Ｒｍａｘ・Ｉ１０である。この電圧ＶＲ１０のとり得る範囲を複数の電圧範囲に分割し、当該分割した電圧範囲に対応する前記温度変換定数ａｎ〜ａ０を予め決めておく。例えば、図２３に示すような対応関係を前記記憶部６０３に格納しておく。図２３は、前記電圧ＶＲ１０のとり得る範囲を３つの電圧範囲に分け、夫々の電圧範囲に対応する前記温度変換定数ａｎ〜ａ０を表したものである。
【０１５９】
前記システム制御部６０４は、前記記憶部６０３に格納された電圧範囲と前記温度変換定数との対応関係から、測定した前記電圧ＶＲ１０が、どの電圧範囲の値であるのかを判断し、当該電圧範囲に対応する前記温度変換定数を選択して、前記半導体装置３のＮＶＭ２２に書き込む。
【０１６０】
前記抵抗Ｒ７０を用いた温度変換定数の選択時の流れについて図２４を用いて説明する。
【０１６１】
図２４は、抵抗Ｒ７０を用いた温度変換定数の選択時のフロー図である。ここでは、前記特性関数を２次関数とした場合、すなわち、前記温度変換定数ａ２〜ａ０とした場合を例とする。
【０１６２】
まず、前述と同様に、前記テスタ６００における前記システム制御部６０４は、前記発熱／冷却装置４０６を制御して所望の温度に設定し（Ｓ３０１）、前記サーマルダイオード６０を用いてチップの温度を測定する（Ｓ３０２〜Ｓ３０９）。前記記憶部６０３には、図２３に示すような電圧範囲と温度変換定数の対応関係を格納しておく（Ｓ５０１）。前記システム制御部６０４は、前記電流源回路６０１を制御して前記抵抗７０に電流Ｉ１０を印加し、そのときの前記抵抗７０の両端の電圧ＶＲ１０を測定するとともに（Ｓ５０２）、前記記憶部６０３に格納し、電圧ＶＲ１０の値を得る（Ｓ５０３）。そして、前記システム制御部６０４は、前記電圧ＶＲ１０が、ステップ５０１に示される電圧範囲のうち、どの電圧範囲の値なのかを判断する（Ｓ５０４）。初めに前記システム制御部６０４は、電圧ＶＲ１０がＶＸで示される電圧範囲の値であるか否かを判断し（Ｓ５０５）、当該電圧範囲に示される範囲の値であるならば、その電圧範囲に対応する温度変換定数ａＸ２〜ａＸ０を選択し（Ｓ５０６）、前記温度変換定数を決定する（Ｓ５１３）。また、ステップ５０５において、当該電圧範囲に示される範囲の値ではない場合には、電圧ＶＲ１０がＶＹで示される電圧範囲の値であるか否かを判断し（Ｓ５０７）、当該電圧範囲に示される範囲の値であるならば、その電圧範囲に対応する温度変換定数ａＹ２〜ａＹ０を選択し（Ｓ５０８）、前記温度変換定数を決定する（Ｓ５１３）。さらに、ステップ５０７において、当該電圧範囲に示される範囲の値ではない場合には、電圧ＶＲ１０がＶＺで示される電圧範囲の値であるか否かを判断し（Ｓ５０９）、当該電圧範囲に示される範囲の値であるならば、その電圧範囲に対応する温度変換定数ａＺ２〜ａＺ０を選択し（Ｓ５１０）、前記温度変換定数を決定する（Ｓ５１３）。ステップ５１１において、当該電圧範囲に示される範囲の値でなかった場合には、抵抗がプロセス管理幅から外れていると判断され（Ｓ５１１）、当該サンプルは除外される（Ｓ５１２）。
【０１６３】
≪補正用抵抗を用いた補正係数の算出方法≫
前記半導体装置３における前記補正係数の算出の流れについて、図２５を用いて説明する。
【０１６４】
図２５は、前記半導体装置３における前記補正係数の算出時のフロー図である。
【０１６５】
図２５において、まず、前記テスタ６００の前記システム制御部６０４は、図２４に示される手順により前記温度変換定数を選択する（Ｓ６０１）。そして、前記システム制御部６０４は、前記発熱／冷却装置４０６を制御して所望の温度に設定するとともに（Ｓ３０１）、前記記憶部６０３から当該選択した前記温度変換定数を読み出す（Ｓ４０２）。以降の手順は、図１７のフロー図と同様とすることで、前記補正係数を決定することができる。
【０１６６】
以上より前記半導体装置３によれば、内蔵した前記抵抗７０を用いてチップ毎のプロセスばらつきに応じた前記温度変換定数ａ０〜ａｎを選択するから、より精度の高い測定温度の補正が可能となる。なお、上記の説明では、例として前記半導体装置２に前記抵抗７０を内蔵する場合を示したが、前記半導体装置１に前記抵抗７０を内蔵してもよい。
【０１６７】
≪補正用抵抗７０の発熱体としての利用≫
前述の抵抗７０を発熱体として利用し、高温試験を行う方法について説明する。
【０１６８】
出荷前テスト時において半導体装置を高温の環境に置く場合には、前述のように、テスタによってステージの温度を調整して高温状態にする方法があるが、前記半導体装置３は内蔵する抵抗７０に大電流を流すことにより当該抵抗７０を発熱させて前記センサ部３１の近傍の温度を高温状態にすることができる。この方法によれば、前記半導体装置３の温度を検出する前記温度電圧変換回路３１０に近い位置で発熱させることができるので、効率良く熱伝達を行うことができる。
【０１６９】
なお、前記抵抗７０を発熱体として用いる場合には、前述した温度変換定数の選択を予め完了させておく必要がある。その理由は、前記抵抗７０を発熱体として利用する際に流れる大電流により前記抵抗７０の特性劣化や、前記抵抗７０とＰＡＤ４１０Ａ及びＰＡＤ４１０Ｂとの間の金属配線の劣化が起こり、最悪の場合には断線してしまう可能性があるからである。
【０１７０】
≪チップ内の温度勾配の測定≫
図２６は、本発明に係る半導体装置の別の実施の形態として、温度センサを内蔵した、自動車用のデータ処理等を行うマイクロコンピュータの詳細な説明図である。図２６における半導体装置４は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成されている。
【０１７１】
前記半導体装置４は、チップ内部の温度勾配を高い精度で測定するため、前記温度電圧変換回路３１０に対して相対的な温度測定を可能にする温度測定用のダイオード８０＿１〜８０＿４を複数箇所に有する。
【０１７２】
前記半導体装置４について、前記半導体装置１と同様の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、図２６においては、説明に必要な構成要素のみを表示している。なお、前記半導体装置４内の周辺回路の代表例としてＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）９０を表示している。
【０１７３】
温度測定用のダイオード８０＿１〜８０＿４は、チップ内の特に発熱し易い箇所や、マイクロコンピュータとしてのパフォーマンスに影響を与え易い構成要素の近傍に配置される。
【０１７４】
前記温度センサ回路４３は、前記温度補正制御部３２、前記テーブル格納用メモリ３８、及びセンサ部３９を有する。
【０１７５】
前記センサ部３９は、前記温度電圧変換回路３１０、ＡＤ変換回路３５０、及びバイアス回路３５１を有し、前記ダイオード８０＿１〜８０＿４と接続される。
【０１７６】
図２７は、前記センサ部３９と前記ダイオード８０＿１〜８０＿４との接続関係を表したものである。
【０１７７】
図２７において、前記ダイオード８０＿１〜８０＿４は、前記バイアス回路３５１のスイッチＳＷ１ｂ〜ＳＷ４ｂに夫々接続されている。
【０１７８】
前記バイアス回路３５１は、前記温度補正制御部３２内の前記制御部３２９により制御され、一定のタイミングで電流Ｉ０又は前記電流Ｉ０のｎ倍の電流ｎＩ０を切り替えて出力し、前記ダイオード８０＿１〜８０＿４の何れかを選択して電流を流す。
【０１７９】
前記ＡＤ変換回路３５０は、一般的にＡＤ変換の精度が高い、ΔΣ型のＡＤ変換回路を例としている。
【０１８０】
前記温度測定用のダイオード８０＿１〜８０＿４を用いた温度勾配の測定方法について、詳細に説明する。
【０１８１】
前記半導体装置４の動作時に前記ダイオード８０＿１によって温度を測定する場合を例に説明する。
【０１８２】
まず、前記制御部３２９は、図２７におけるスイッチＳＷ１ｂを制御し、前記ダイオード８０＿１と前記バイアス回路３５１を接続する。そして、前記制御部３２９は、バイアス回路３５１のスイッチＳＷ１ａを制御して電流Ｉ０を前記ダイオード８０＿１に流し込み、当該電流によって発生した前記ダイオード８０＿１のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０を、スイッチＳＷ２を制御することでＡＤ変換回路３５０に取り込む。前記電圧ＶＢＥ０を取り込んだＡＤ変換回路３５０は、当該値をＡＤ変換して出力し、前記制御部３２９は、当該ＡＤ変換したＶＢＥ０の値を前記レジスタバッファ３３１に格納する。次に、前記制御部３２９は、前記バイアス回路３５１のスイッチＳＷ１ａをオフさせるとともに、スイッチＳＷ２ａをオンさせて電流ｎＩ０を前記ダイオード８０＿１に流し込み、スイッチＳＷ２を制御することで当該電流によって発生した前記ダイオード８０＿１のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥｎを前記ＡＤ変換回路３５０に取り込ませる。そして、前述と同様にＡＤ変換を行ったＶＢＥｎの値を前記レジスタバッファ３３１に格納する。前記制御部３２９は、前記レジスタ３１１に格納した電圧ＶＢＥｎとＶＢＥ０の値の差電圧ΔＶＢＥｔｄを算出する。この差電圧ΔＶＢＥｔｄが温度に依存する電圧であり、下記の（式８）で表される。
【０１８３】
【数６】
2011086742.tif 000008
【０１８４】
また、前記ＶＰＴＡＴは、前述の（式２）で表されるので、このΔＶＢＥｔｄと基準電圧ＶＰＴＡＴを比較することで、前記温度電圧変換回路３１０で測定する温度に対する相対的な温度を測定することができる。例えば、前記温度電圧変換回路３１０で測定した温度をＴ２とし、前記ダイオード８０＿１で測定する温度をＴ１とすると、前記基準電圧ＶＰＴＡＴと、前記差電圧ΔＶＢＥｔｄとの関係は（式２）及び（式８）を用いて、下記の（式９）で表される。
【０１８５】
【数７】
2011086742.tif 000009
【０１８６】
したがって、前記温度電圧変換回路３１０で測定した温度Ｔ２に対して、相対的な温度Ｔ１を知ることができ、この測定を各ダイオード８０＿１〜８０＿４について時分割で行うことで、チップ内の温度勾配を測定することができる。
【０１８７】
なお、（式９）は、前記ダイオード８０＿１と前記温度電圧変換回路３１０内の寄生バイポーラトランジスタの間のばらつき等による誤差がない場合の理想式である。そこで、当該誤差がある場合には、出荷前テスト時に同一温度状況下において前記基準電圧ＶＰＴＡＴ３１２と前記差電圧ΔＶＢＥｔｄの差分を測定するとともに、当該差分を前記ＮＶＭ２２書き込んでおき、実動作時に温度勾配を測定する際には、当該差分を加味して前記ダイオード８０＿１による相対的な温度を算出すればよい。また別の方法としては、前記誤差をキャンセルするように夫々の前記ダイオード８０＿１〜８０＿４に流し込む電流Ｉ０又は電流ｎＩ０の値を調整する方法でもよい。
【０１８８】
以上により前記半導体装置４によれば、チップ内に前記ダイオード８０＿１〜８０＿４を分散させて配置することにより、チップ面積を大幅に増大させることなく、チップ内の温度勾配や温度分布を知ることが可能となる。なお、上記の温度勾配等を測定する手段は、前記半導体装置１に適用する場合に限られず、前記半導体装置２及び前記半導体装置３にも適用することができる。
【０１８９】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１９０】
例えば、本発明に係る測定温度の補正手段について自動車用のマイクロコンピュータに適用する場合を例としたが、これに限られず、温度測定機能を有するマイクロコンピュータに適用することができる。前記半導体装置１乃至４の何れかにおけるサーマルダイオード６０及びダイオード８０＿１〜８０＿４等はＣＭＯＳプロセスにおける寄生バイポーラトランジスタを用いているが、これに限られず、例えばＢｉＣＭＯＳプロセスにおけるバイポーラトランジスタやダイオードを用いてもよい。また、前記半導体装置４におけるチップ内の各所の温度を測定するダイオード８０＿１〜８０＿４の個数に特に制限はない。
【０１９１】
前記半導体装置３において、前記温度変換定数の選択方法として前記抵抗７０を利用する方法を説明したが、当該抵抗７０に代えて前記サーマルダイオード６０のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥのばらつき幅を利用する方法を採用することもできる。この場合には、図２４のフロー図において、前記抵抗７０の電圧を測定する代わりに、前記サーマルダイオード６０に電流Ｉ０を流したときのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０を測定する。そして、当該ベース・エミッタ間電圧のばらつき幅を複数分割した電圧範囲に対応する前記温度変換定数を予め決めておき、当該測定したベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ０の値に従って、前記温度変換定数を選択する。これによれば、前記抵抗７０による方法と同様により精度の高い測定温度の補正が可能となる。
【０１９２】
前記半導体装置１乃至４の何れかにおける測定温度の補正についての別の方法として、前記ＣＰＵ１３が作成した前記補正テーブル３３を前記メモリ部２０に格納しておき、温度検知の際に前記ＣＰＵ１３が前記センサ部３１又は前記センサ部３９で測定された温度データを受け取るとともに、当該温度データと前記補正テーブル内の補正前の温度データとの一致を判別し、一致した温度データに対応する温度のデータを出力することで測定温度の補正を行う方法を採用することも可能である。
【符号の説明】
【０１９３】
１〜４  半導体装置
１１  割り込み要求
１２  転送要求
１３  ＣＰＵ
１４  割り込みコントローラ部
１５  割り込み信号
２０  メモリ部
２２  ＮＶＭ
２１  ＲＡＭ
４０  転送制御部
５０  バス
３０、４１、４２、４３  温度センサ回路
３１、３９  センサ部
３２  温度補正制御部
３３  補正テーブル
３４  温度のデータ
３５  補正テーブル作成の要求
３６  温度検知の要求
３７  バスインターフェイス部
３８  テーブル格納用メモリ
３１１、３５０  ＡＤ変換回路
３１０  温度電圧変換回路
３１２  基準電圧ＶＰＴＡＴ
３１３  基準電圧ＶＲＥＦ
３１４、３１５  制御信号
３１６  ＡＤ変換結果
３２０  ＡＤ変換結果レジスタ
３２１  比較元レジスタ
３１７  補正前の温度データ
３２４  比較器
３２５  比較結果
３２６  温度レジスタ
３２７  選択回路
３２９  制御部
３３０  制御ロジック回路
３３１  レジスタバッファ
３３２  レジスタ
２００、２０２  理想曲線
２０１  特性関数
２０３、２０４  ばらつき範囲
２０５、２０６  特性修正関数
４００、５００、６００  テスタ
４０１  ステージ
４０２  高精度温度センサ
４０４、５０３、６０３  記憶部
４０３、５０４、６０４  システム制御部
４０５  モニタ
４０６  発熱／冷却装置
４０７Ａ、４０７Ｂ  Ｉ／Ｏインタフェース
４０８Ａ、４０８Ｂ、４０９Ａ、４０９Ｂ、４１０Ａ、４１０Ｂ  ＰＡＤ
６０  サーマルダイオード
５０１、６０１  電流源回路
５０２、６０２  マルチメータ
５５０  プロセスで規定されるウェル分離のための最小間隔
５５１  サーマルダイオード６０のコレクタ領域
７０  補正用抵抗
７３０  抵抗Ｒａｒｒ
７３１  ダミー抵抗
７３２  ガードリング
８０＿１〜８０＿４  ダイオード
９０  ＰＬＬ
３５１  バイアス回路
【図１】
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【図２】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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