力学量測定装置
【課題】 温度変化によって発生する応力、半導体基板上の熱分布、不純物のドーズ量勾配によって、ひずみ検出に用いるホイートストンブリッジにオフセット出力が発生する。
【解決手段】 拡散抵抗をマトリックス状に配置し、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２は奇数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２は偶数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続する。
【解決手段】 拡散抵抗をマトリックス状に配置し、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２は奇数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２は偶数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は力学量測定装置に関し、特に、半導体基板表面に形成されたひずみ検出部により力学量を測定するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体単結晶基板に局所的に不純物層を設け、この不純物層の抵抗値のひずみ依存性から、半導体単結晶基板を貼り付けたまたは埋め込んだ被測定物のひずみを計測する半導体チップが特許文献１に開示されている。不純物抵抗のひずみ感度には結晶異方性があることから、特定の方向に電流を流せるようにした不純物層４つを用いてホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジまたはブリッジ回路と呼ぶ）を形成し、特定方位のひずみの計測を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１はセンサに用いられるブリッジの回路構成である。ブリッジは４つのＰ型拡散抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２からなる。直列接続された抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２及び直列接続された抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２とが並列接続されたブリッジに対して、電源電圧ＶＤＤが印加される。抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２の接続点が出力Ｖｐ、抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２の接続点が出力Ｖｎとされ、力学量測定装置が応力を受けることで、抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２に生じる抵抗値の変化を出力Ｖｐ，Ｖｎの電位差として検出する。
【０００５】
ひずみの計測を行うために電源電圧ＶＤＤをブリッジに印加することにより、ブリッジを通じて電流が流れることになる。そのため、このようなひずみセンサを搭載する半導体チップの消費電力の増大を抑制するため、電源電圧ＶＤＤを３Ｖ、ブリッジに流れる電流を２０μＡ以下とすると、抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２の抵抗値は少なくとも７５ＫΩにする必要がある。Ｐ型拡散抵抗のシート抵抗値を１５０Ω／□前後とすると、幅２μｍの拡散抵抗で抵抗を形成すると、抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２それぞれに必要な拡散抵抗の面積は２０００μｍ２になる。
【０００６】
図２に、図１のブリッジを搭載する力学量測定装置２０１を被測定物２０２に貼り付けた状態を示す。図２（ａ）が基準状態であって抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２の抵抗値は互いに等しい。したがって、出力Ｖｐ，Ｖｎの電位差が０Ｖとなっている。ところが、このような力学量測定装置が実使用される環境はさまざまである。図２（ａ）の状態から温度変化が生じ、力学量測定装置２０１、被測定物２０２がそれぞれ熱膨張により変形した状態を示したのが図２（ｂ）である。力学量測定装置２０１と被測定物２０２はその材質や形状が異なることから熱膨張係数に差がある。このため熱膨張が起こると、拡散抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２に応力が発生し、各抵抗にひずみＳｖ１，Ｓｖ２，Ｓｈ１，Ｓｈ２が発生する。ここで、ひずみ値をＳ、拡散抵抗の値をｒ、拡散抵抗のもつゲージ率をαとすると、抵抗値の変化Δｒは、
Δｒ＝α×Ｓ×Ｒ
と表せる。
【０００７】
ここで、拡散抵抗が受けるひずみは配置位置に依存するため、
Ｓｖ１ ≠ Ｓｖ２ ≠ Ｓｈ１ ≠ Ｓｈ２
となる。したがって、各拡散抵抗に生じる抵抗変化Δｒｖ１，Δｒｖ２，Δｒｈ１，Δｒｈ２は、
Δｒｖ１＝α×Ｓｖ１×ｒｖ１、Δｒｖ２＝α×Ｓｖ２×ｒｖ２、
Δｒｈ１＝α×Ｓｈ１×ｒｈ１、Δｒｈ２＝α×Ｓｈ２×ｒｈ２
（ｒｖ１，ｒｖ２，ｒｈ１，ｒｈ２はそれぞれ基準状態での拡散抵抗の抵抗値とする）
と表される結果、
Δｒｖ１ ≠ Δｒｖ２ ≠ Δｒｈ１ ≠ Δｒｈ２
となる。先に試算したように拡散抵抗の面積が２０００μｍ２程度になってしまうと、各拡散抵抗が半導体チップ上で互いに離れた位置に配置されざるを得ず、温度変化による拡散抵抗の変化量の相違は無視できない大きさになる。この結果、出力Ｖｐ，Ｖｎの間に有意な電位差が発生し、いわゆる出力オフセット電圧が発生する。
【０００８】
このように本来、力学量測定装置２０１は被測定物２０２のひずみを検知するものであるが、被測定物２０２にひずみが生じなくても単なる環境温度の変動によって電位差が出力されることになる。さらに、このような温度変化による応力の発生のみならず、半導体基板上の熱分布、不純物のドーズ量勾配がある場合においても出力オフセット電圧が発生することがわかった。
【０００９】
本発明の目的は、上記のような原因で生じる出力オフセット電圧を低減し、力学量測定装置の性能向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の代表的なものの一例を示せば、以下のとおりである。小さな拡散抵抗をマトリックス状に配置し、ブリッジ抵抗をこのマトリックスから選択的に直列接続することで構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、力学量測定装置が被測定物に貼り付けられたまたは埋め込まれた状態において温度変化が生じた場合に、ホイーストンブリッジの各抵抗が受ける歪を一定にでき、温度変化による出力オフセットの発生を防ぐことができる。また、半導体基板上の熱分布や不純物拡散のドーズ量勾配によるオフセット出力の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】力学量測定装置に用いられるブリッジの回路構成である。
【図２】力学量測定装置が非測定物に貼り付けられた状態を示し、図２（ａ）は基準状態、図２（ｂ）は基準状態とは異なる環境温度におかれた状態を示している。
【図３】力学量測定装置に用いられるブリッジの回路構成である。
【図４】要素抵抗（拡散抵抗）の第１の配置例を示す模式図である。
【図５】要素抵抗（拡散抵抗）の第２の配置例を示す模式図である。
【図６】第２の配置例によって配置した拡散抵抗を用いて形成したブリッジのレイアウトである。
【図７】図７（ａ）はＰ型拡散抵抗（接続部を含む）の平面図、図７（ｂ）はその断面図である。
【図８】ブリッジとアンプの回路構成例である。
【図９】ブリッジとアンプとを一チップに集積するレイアウトである。
【図１０】要素抵抗（拡散抵抗）の第３の配置例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図３はブリッジの回路構成の一実施例を示したものである。図１と同様に、直列接続された抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２及び直列接続された抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２とが並列接続されたブリッジに対して電源電圧ＶＤＤが印加され、抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２の接続点が出力Ｖｐ、抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２の接続点が出力Ｖｎとされている。ここで、各抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２（以下、ブリッジ抵抗と呼ぶ）はそれぞれｋ×ｍ（ｋ、ｍは整数）個の拡散抵抗（以下、要素抵抗とも呼ぶ）を直列接続して構成される。ここでブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２をそれぞれ構成するｋ×ｍ個の要素抵抗の値は、基準状態でのブリッジ抵抗の抵抗値（設計値）をｒｖ１，ｒｖ２，ｒｈ１，ｒｈ２（一般的にはｒｖ１＝ｒｖ２＝ｒｈ１＝ｒｈ２）とすると、ｒｖ１／（ｋ×ｍ），ｒｖ２／（ｋ×ｍ）、ｒｈ１／（ｋ×ｍ），ｒｈ２／（ｋ×ｍ）となる。
【００１５】
ブリッジ抵抗Ｒｖ１はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｖ１＿ａｂの直列接続により、ブリッジ抵抗Ｒｖ２はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｖ２＿ａｂの直列接続により、ブリッジ抵抗Ｒｈ１はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｈ１＿ａｂの直列接続により、ブリッジ抵抗Ｒｈ２はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｈ２＿ａｂの直列接続により形成される（ａ、ｂは整数であり、１≦ａ≦ｋ，１≦ｂ≦ｍ。以下同じ。）。この直列接続は、後述するように拡散抵抗を接続するコンタクトスルーホールと配線層とにより実現される。これらは一般的に金属層で実現され低抵抗で実現可能であるが、抵抗値を無視できるように、要素抵抗間の接続のためのコンタクトスルーホール及び配線層による抵抗（以下、接続抵抗と呼ぶ）の抵抗値が、例えば、要素抵抗の抵抗値の１％以下になる範囲でｋ、ｍをなるべく大きくすることが望ましい。
【００１６】
図４、図５を用いて、本実施例における力学量測定装置のブリッジに用いる要素抵抗（拡散抵抗）の配置例について説明する。図では拡散抵抗を実線で模式的に示している。本実施例では、要素抵抗は２種のＰ型拡散抵抗を含み、第１はその長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１１０＞に平行とされる拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂ、第２はその長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１１０＞に直交する拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂである（なお、ｊ＝１，２）。
【００１７】
図４の配置例では、要素抵抗となる拡散抵抗が２ｍ行・２ｋ列のマトリックス状に配置されている。奇数列には拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂが、偶数列には拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂが配置されている。また、奇数列に形成されている拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂは互いに平行かつ等間隔に形成され、同様に偶数列に形成されている拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂは互いに平行かつ等間隔に形成される。これにより拡散抵抗を形成する際のリソグラフィ工程、インプランテーション工程等に起因して生じる形状ばらつきが抑制される。
【００１８】
前述したような出力オフセット電圧発生の原因となる環境温度の変動、半導体基板上の熱分布による応力の影響、不純物のドーズ量勾配の影響に起因する拡散抵抗の抵抗変化のばらつきは拡散抵抗同士が近接しているほど小さくなる。そのため、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２を形成する要素抵抗となる拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂを互いに隣接する拡散抵抗群ＲＭ＿ａｂから選択する。また、図４に示すように、２ｍ行・２ｋ列のマトリックス状に配置されている拡散抵抗は、ｋ×ｍ個の拡散抵抗群ＲＭに区分けしておく。拡散抵抗の一つ一つの抵抗値は小さいため、ブリッジ抵抗に必要な抵抗値を得るため、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｖ１を形成し、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｖ２＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｖ２を形成し、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｈ１＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｈ１を形成し、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｈ２＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｈ２を形成する。
【００１９】
このように拡散抵抗を配置してブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２を構成することにより、同じ拡散抵抗群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂは出力オフセット電圧発生の原因に対して抵抗変化のばらつきを少なくすることができるよになり、その結果ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２についてもばらつきが小さくなり、ブリッジの出力オフセット電圧を小さくすることができる。
【００２０】
図５は第２の配置例である。要素抵抗となる拡散抵抗がマトリックス状に配置されており、拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂが配置される奇数列の拡散抵抗は互いに平行かつ等間隔に形成され、同様に拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂが配置される偶数列の拡散抵抗は互いに平行かつ等間隔に形成されている点で図４の配置例と共通している。一方、この配置例では、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２を形成する要素抵抗となる拡散抵抗からなる拡散抵抗群ＲＭがマトリックス状に配置された拡散抵抗のうちから選択的に分散配置されている。
【００２１】
ブリッジの抵抗値を力学量測定装置によって異ならせる場合、拡散抵抗を図５のような配置とすることにより、接続する拡散抵抗の数や位置を配線層を変えることで実現でき、力学量測定装置の低コスト化を実現できる。
【００２２】
さらに、半導体基板のより広い領域に配置された拡散抵抗を接続してブリッジ抵抗が構成できるため、局所的なばらつきが生じてもその影響をうける拡散抵抗が図４の配置よりも少なく、その結果、ブリッジ抵抗の抵抗値に与える影響を小さくすることができる。同じ理由から、拡散抵抗群ＲＭが拡散抵抗が形成される領域に対して均等な密度で配置されるようにされることが望ましい。
【００２３】
なお、図５の配置例では図４の配置例と同様に隣接する４つの拡散抵抗からなる拡散抵抗群ＲＭをブリッジ抵抗を構成する要素抵抗の一単位としているが、出力オフセット電圧発生の原因による影響を均等化するために近接している必要があるが、配置例のように隣接していなければならないわけではない。また、要素抵抗となる拡散抵抗であるか、それ以外の拡散抵抗であるかにかかわらず、同じ列に配置される拡散抵抗は互いに平行かつ等間隔に形成される。これは拡散抵抗の形成工程において生じる形状ばらつきを抑制するためである。要素抵抗として用いられない拡散抵抗（図中、ｄｎ、ｅｎ、ｆｎ、ｇｎ（ｎは任意の整数）として表記される）は、他の回路要素と接続されないダミーとするか、または、後述するように他の回路要素の抵抗として用いてもよい。
【００２４】
また、図４、５の例では、拡散抵抗群ＲＭを要素抵抗となる拡散抵抗を２行２列で選択しているが、１行４列で選択することも可能である。
【００２５】
図４、図５に示される配置の特徴点を以下にまとめる。なお、分かりやすさのため、特定の拡散抵抗を例示として用いる。
【００２６】
（１）ブリッジ抵抗Ｒｖ１を構成する拡散抵抗Ｒｖ１＿１１と拡散抵抗Ｒｖ１＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｖ２を構成する拡散抵抗Ｒｖ２＿１１が配置されている。これは他のブリッジ抵抗についても同様である。すなわち、ブリッジ抵抗Ｒｖ２を構成する拡散抵抗Ｒｖ２＿１１と拡散抵抗Ｒｖ２＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｖ１を構成する拡散抵抗Ｒｖ１＿１２が配置されている。ブリッジ抵抗Ｒｈ１を構成する拡散抵抗Ｒｈ１＿１１と拡散抵抗Ｒｈ１＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｈ２を構成する拡散抵抗Ｒｈ２＿１２が配置されている。ブリッジ抵抗Ｒｈ２を構成する拡散抵抗Ｒｈ２＿１１と拡散抵抗Ｒｈ２＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｈ１を構成する拡散抵抗Ｒｈ１＿１１が配置されている。
【００２７】
これは、特許文献１では複数本の隣接する不純物層を接続して抵抗値を増加させる実施例が開示されているが、このような実施例の接続に比べて異なるブリッジ抵抗を構成する要素抵抗同士を近接させることができる。
【００２８】
（２）拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂからなる複数の不純物層群ＲＭ＿ａｂを配置し、ブリッジ抵抗Ｒｖ１は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂを互いに接続し、ブリッジ抵抗Ｒｖ２は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｖ２＿ａｂを互いに接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｈ１＿ａｂを互いに接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ２は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｈ２＿ａｂを互いに接続して構成する。
【００２９】
なお、不純物層群ＲＭにおいては、拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂが近接して配置されており、互いに隣接配置されていることが最も望ましいが、それには限定されない。
【００３０】
拡散抵抗が形成される領域に対して、４つのブリッジ抵抗を形成する要素抵抗が１セットとされて分散配置されることにより、局所的なばらつきの影響を受けにくいブリッジが構成できる。
【００３１】
（３）拡散抵抗をマトリックス状に配置し、奇数列に配置される拡散抵抗と偶数列に配置される拡散抵抗とは互いに電流方向が直交しており、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２は奇数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２は偶数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続する。
【００３２】
拡散抵抗同士は配線層を用いて接続するが、接続抵抗を各ブリッジ抵抗で一定にするために、拡散抵抗をマトリックス状に配置しておくと、一定にしやすくすることが容易になる。
【００３３】
図６は、図５の配置例によって配置した拡散抵抗ＲＳを用いて形成したブリッジのレイアウトである。図６の例では説明の簡単化のためにk=３、m=３とした例を示している。Ｐ型拡散抵抗は、図に示されるように、主にｘ方向またはｙ方向に延在する金属配線ＭＷによって接続され、ブリッジ抵抗を形成している。なお、この例では２層の金属配線ＭＷを用いている。拡散抵抗ＲＳを金属配線ＭＷは図３のブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２の抵抗値が配線の抵抗を含めた上で等しくなるように、配線長が等しくなるように配置する。
【００３４】
図７にＰ型拡散抵抗（接続部を含む）の平面図（図７（ａ））と断面図（図７（ｂ））を示す。Ｐ型拡散抵抗は、シリコン基板７０１の表面にBFガスを用いたイオン注入により、ボロン原子を１０１５程度ドープした不純物層７０３を形成し、この部分に対してコンタクトスルーホール７０４、金属配線７０５を形成する。Ｐ型の不純物層７０３の表面が抵抗素子として機能する。コンタクトスルーホールと配線は層間絶縁膜７０２に埋め込まれている。また、不純物層７０３は互いに素子分離領域７０６により電気的に分離されている。
【実施例２】
【００３５】
力学量測定装置としてブリッジのみを半導体チップに集積して、出力Ｖｐ、出力Ｖｎの電位を外部に出力するようにしてもよいが、ブリッジ及びアンプ、その他周辺回路を内蔵し、出力Ｖｐ、出力Ｖｎの電位差を増幅して外部出力するような構成にすることも可能である。
【００３６】
図８に同じ半導体基板に集積するブリッジＢＲＧとインスツルメンテーションアンプＡＭＰ（以下、アンプと呼ぶ）の回路例を示す。アンプＡＭＰの動作を図８を用いて説明する。アンプＡＭＰ内部は、フィードバック回路中を流れる電流が等しくなるため、I1＝I2＝I3の関係が成立する。
一方、アンプＡＭＰ前段の増幅回路はソースホロア接続となっているため、
I1＝(Vp_out−Vp)／R2
I3＝(Vn−Vn_out)／R2
と表される。また、I2＝(Vp-Vn)／R1の関係がある。よって、
(Vp_out−Vp)／R2＝(Vp−Vn)／R1＝(Vn−Vnout)／R2
となる。
【００３７】
また、アンプＡＭＰ後段の増幅回路は、Ｖout＝(R4／R3)×(Vp_out−Vn_out)と表すことができる。
【００３８】
これをまとめると、ブリッジＢＲＧの出力する電位差（Vp−Vn）は、アンプＡＭＰの抵抗比によって、
Ｖout＝(１＋２×R2／R1)×(R4／R3)×(Vp−Vn)
に増幅して出力させることができる。
【００３９】
図９に図８に示した回路を半導体チップに集積するレイアウトを示す。半導体チップ９０１の中央部にブリッジＢＲＧを配置する。ブリッジＢＲＧのレイアウトは、実施例１、後述する実施例３によるものである。このようにチップの中央部にブリッジを集積することで、ブリッジを構成する拡散抵抗を半導体チップ９０１の辺や角部からできるだけ離すことが可能になり、半導体チップ９０１を被測定対象に貼り付ける場合に生じる応力などの影響を少なくすることができる。また、アンプＡＭＰを含む周辺回路はブリッジＢＲＧの周りの領域に配置する。
【００４０】
ここでアンプＡＭＰに用いる抵抗やその他周辺回路に用いるカレントミラーなどの電流源の抵抗として、ブリッジＢＲＧに配置したダミーの拡散抵抗を用いることができる。これにより、アンプや周辺回路で使う抵抗について、プロセスによる抵抗値の変動や、温度変化に伴う抵抗値の変動をブリッジに使う拡散抵抗と等しくすることができる。
【００４１】
変形例について述べる。
【００４２】
図１０は要素抵抗（拡散抵抗）の第３の配置例を示す模式図である。図１０においては、実施例１と同様に、回路上対向するブリッジ抵抗Ｒｖ１及びＲｖ２を構成する要素抵抗Ｒｖ１＿ａｂ及びＲｖ２＿ａｂを隣接して配置し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２についても同様に要素抵抗Ｒｈ１＿ａｂとＲｖ２＿ａｂを互いに隣接して配置し、要素抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂと要素抵抗Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂとを互いに隣接して配置したうえで、配置する４×ｋ×ｍの全要素抵抗をより近接させるために千鳥状に配置した例である。この実施例３の配置方法によれば、拡散抵抗が密に配置されることにより、チップの小面積化を図ることができる。
【００４３】
このとき、図１０に示したａ１、ａ２、ｂ1、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２はブリッジに電気的に接続されていない拡散抵抗であり、実施例２に関連して述べたように、これらの拡散抵抗はブリッジ以外の回路に接続しても、ダミーとして配置するだけでもよい。
【００４４】
また、拡散抵抗としてＰ型不純物層を用いる例を示したが、Ｎ型不純物層を用いることも可能である。この場合は、その長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１００＞に平行とされる拡散抵抗と、その長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１００＞に直交する拡散抵抗の２種類の拡散抵抗を形成すればよい。
【符号の説明】
【００４５】
Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２：ブリッジ抵抗、ＢＲＧ：ブリッジ、ＡＭＰ：アンプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は力学量測定装置に関し、特に、半導体基板表面に形成されたひずみ検出部により力学量を測定するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体単結晶基板に局所的に不純物層を設け、この不純物層の抵抗値のひずみ依存性から、半導体単結晶基板を貼り付けたまたは埋め込んだ被測定物のひずみを計測する半導体チップが特許文献１に開示されている。不純物抵抗のひずみ感度には結晶異方性があることから、特定の方向に電流を流せるようにした不純物層４つを用いてホイートストンブリッジ回路（以下、ブリッジまたはブリッジ回路と呼ぶ）を形成し、特定方位のひずみの計測を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−８２９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１はセンサに用いられるブリッジの回路構成である。ブリッジは４つのＰ型拡散抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２からなる。直列接続された抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２及び直列接続された抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２とが並列接続されたブリッジに対して、電源電圧ＶＤＤが印加される。抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２の接続点が出力Ｖｐ、抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２の接続点が出力Ｖｎとされ、力学量測定装置が応力を受けることで、抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２に生じる抵抗値の変化を出力Ｖｐ，Ｖｎの電位差として検出する。
【０００５】
ひずみの計測を行うために電源電圧ＶＤＤをブリッジに印加することにより、ブリッジを通じて電流が流れることになる。そのため、このようなひずみセンサを搭載する半導体チップの消費電力の増大を抑制するため、電源電圧ＶＤＤを３Ｖ、ブリッジに流れる電流を２０μＡ以下とすると、抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２の抵抗値は少なくとも７５ＫΩにする必要がある。Ｐ型拡散抵抗のシート抵抗値を１５０Ω／□前後とすると、幅２μｍの拡散抵抗で抵抗を形成すると、抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２それぞれに必要な拡散抵抗の面積は２０００μｍ２になる。
【０００６】
図２に、図１のブリッジを搭載する力学量測定装置２０１を被測定物２０２に貼り付けた状態を示す。図２（ａ）が基準状態であって抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２の抵抗値は互いに等しい。したがって、出力Ｖｐ，Ｖｎの電位差が０Ｖとなっている。ところが、このような力学量測定装置が実使用される環境はさまざまである。図２（ａ）の状態から温度変化が生じ、力学量測定装置２０１、被測定物２０２がそれぞれ熱膨張により変形した状態を示したのが図２（ｂ）である。力学量測定装置２０１と被測定物２０２はその材質や形状が異なることから熱膨張係数に差がある。このため熱膨張が起こると、拡散抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２に応力が発生し、各抵抗にひずみＳｖ１，Ｓｖ２，Ｓｈ１，Ｓｈ２が発生する。ここで、ひずみ値をＳ、拡散抵抗の値をｒ、拡散抵抗のもつゲージ率をαとすると、抵抗値の変化Δｒは、
Δｒ＝α×Ｓ×Ｒ
と表せる。
【０００７】
ここで、拡散抵抗が受けるひずみは配置位置に依存するため、
Ｓｖ１ ≠ Ｓｖ２ ≠ Ｓｈ１ ≠ Ｓｈ２
となる。したがって、各拡散抵抗に生じる抵抗変化Δｒｖ１，Δｒｖ２，Δｒｈ１，Δｒｈ２は、
Δｒｖ１＝α×Ｓｖ１×ｒｖ１、Δｒｖ２＝α×Ｓｖ２×ｒｖ２、
Δｒｈ１＝α×Ｓｈ１×ｒｈ１、Δｒｈ２＝α×Ｓｈ２×ｒｈ２
（ｒｖ１，ｒｖ２，ｒｈ１，ｒｈ２はそれぞれ基準状態での拡散抵抗の抵抗値とする）
と表される結果、
Δｒｖ１ ≠ Δｒｖ２ ≠ Δｒｈ１ ≠ Δｒｈ２
となる。先に試算したように拡散抵抗の面積が２０００μｍ２程度になってしまうと、各拡散抵抗が半導体チップ上で互いに離れた位置に配置されざるを得ず、温度変化による拡散抵抗の変化量の相違は無視できない大きさになる。この結果、出力Ｖｐ，Ｖｎの間に有意な電位差が発生し、いわゆる出力オフセット電圧が発生する。
【０００８】
このように本来、力学量測定装置２０１は被測定物２０２のひずみを検知するものであるが、被測定物２０２にひずみが生じなくても単なる環境温度の変動によって電位差が出力されることになる。さらに、このような温度変化による応力の発生のみならず、半導体基板上の熱分布、不純物のドーズ量勾配がある場合においても出力オフセット電圧が発生することがわかった。
【０００９】
本発明の目的は、上記のような原因で生じる出力オフセット電圧を低減し、力学量測定装置の性能向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の代表的なものの一例を示せば、以下のとおりである。小さな拡散抵抗をマトリックス状に配置し、ブリッジ抵抗をこのマトリックスから選択的に直列接続することで構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、力学量測定装置が被測定物に貼り付けられたまたは埋め込まれた状態において温度変化が生じた場合に、ホイーストンブリッジの各抵抗が受ける歪を一定にでき、温度変化による出力オフセットの発生を防ぐことができる。また、半導体基板上の熱分布や不純物拡散のドーズ量勾配によるオフセット出力の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】力学量測定装置に用いられるブリッジの回路構成である。
【図２】力学量測定装置が非測定物に貼り付けられた状態を示し、図２（ａ）は基準状態、図２（ｂ）は基準状態とは異なる環境温度におかれた状態を示している。
【図３】力学量測定装置に用いられるブリッジの回路構成である。
【図４】要素抵抗（拡散抵抗）の第１の配置例を示す模式図である。
【図５】要素抵抗（拡散抵抗）の第２の配置例を示す模式図である。
【図６】第２の配置例によって配置した拡散抵抗を用いて形成したブリッジのレイアウトである。
【図７】図７（ａ）はＰ型拡散抵抗（接続部を含む）の平面図、図７（ｂ）はその断面図である。
【図８】ブリッジとアンプの回路構成例である。
【図９】ブリッジとアンプとを一チップに集積するレイアウトである。
【図１０】要素抵抗（拡散抵抗）の第３の配置例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図３はブリッジの回路構成の一実施例を示したものである。図１と同様に、直列接続された抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２及び直列接続された抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２とが並列接続されたブリッジに対して電源電圧ＶＤＤが印加され、抵抗Ｒｖ１と抵抗Ｒｈ２の接続点が出力Ｖｐ、抵抗Ｒｈ１と抵抗Ｒｖ２の接続点が出力Ｖｎとされている。ここで、各抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２（以下、ブリッジ抵抗と呼ぶ）はそれぞれｋ×ｍ（ｋ、ｍは整数）個の拡散抵抗（以下、要素抵抗とも呼ぶ）を直列接続して構成される。ここでブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２をそれぞれ構成するｋ×ｍ個の要素抵抗の値は、基準状態でのブリッジ抵抗の抵抗値（設計値）をｒｖ１，ｒｖ２，ｒｈ１，ｒｈ２（一般的にはｒｖ１＝ｒｖ２＝ｒｈ１＝ｒｈ２）とすると、ｒｖ１／（ｋ×ｍ），ｒｖ２／（ｋ×ｍ）、ｒｈ１／（ｋ×ｍ），ｒｈ２／（ｋ×ｍ）となる。
【００１５】
ブリッジ抵抗Ｒｖ１はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｖ１＿ａｂの直列接続により、ブリッジ抵抗Ｒｖ２はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｖ２＿ａｂの直列接続により、ブリッジ抵抗Ｒｈ１はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｈ１＿ａｂの直列接続により、ブリッジ抵抗Ｒｈ２はｋ×ｍ個の要素抵抗Ｒｈ２＿ａｂの直列接続により形成される（ａ、ｂは整数であり、１≦ａ≦ｋ，１≦ｂ≦ｍ。以下同じ。）。この直列接続は、後述するように拡散抵抗を接続するコンタクトスルーホールと配線層とにより実現される。これらは一般的に金属層で実現され低抵抗で実現可能であるが、抵抗値を無視できるように、要素抵抗間の接続のためのコンタクトスルーホール及び配線層による抵抗（以下、接続抵抗と呼ぶ）の抵抗値が、例えば、要素抵抗の抵抗値の１％以下になる範囲でｋ、ｍをなるべく大きくすることが望ましい。
【００１６】
図４、図５を用いて、本実施例における力学量測定装置のブリッジに用いる要素抵抗（拡散抵抗）の配置例について説明する。図では拡散抵抗を実線で模式的に示している。本実施例では、要素抵抗は２種のＰ型拡散抵抗を含み、第１はその長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１１０＞に平行とされる拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂ、第２はその長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１１０＞に直交する拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂである（なお、ｊ＝１，２）。
【００１７】
図４の配置例では、要素抵抗となる拡散抵抗が２ｍ行・２ｋ列のマトリックス状に配置されている。奇数列には拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂが、偶数列には拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂが配置されている。また、奇数列に形成されている拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂは互いに平行かつ等間隔に形成され、同様に偶数列に形成されている拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂは互いに平行かつ等間隔に形成される。これにより拡散抵抗を形成する際のリソグラフィ工程、インプランテーション工程等に起因して生じる形状ばらつきが抑制される。
【００１８】
前述したような出力オフセット電圧発生の原因となる環境温度の変動、半導体基板上の熱分布による応力の影響、不純物のドーズ量勾配の影響に起因する拡散抵抗の抵抗変化のばらつきは拡散抵抗同士が近接しているほど小さくなる。そのため、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２を形成する要素抵抗となる拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂを互いに隣接する拡散抵抗群ＲＭ＿ａｂから選択する。また、図４に示すように、２ｍ行・２ｋ列のマトリックス状に配置されている拡散抵抗は、ｋ×ｍ個の拡散抵抗群ＲＭに区分けしておく。拡散抵抗の一つ一つの抵抗値は小さいため、ブリッジ抵抗に必要な抵抗値を得るため、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｖ１を形成し、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｖ２＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｖ２を形成し、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｈ１＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｈ１を形成し、ｋ×ｍ個の拡散抵抗Ｒｈ２＿ａｂを直列接続してブリッジ抵抗Ｒｈ２を形成する。
【００１９】
このように拡散抵抗を配置してブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２を構成することにより、同じ拡散抵抗群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂは出力オフセット電圧発生の原因に対して抵抗変化のばらつきを少なくすることができるよになり、その結果ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２についてもばらつきが小さくなり、ブリッジの出力オフセット電圧を小さくすることができる。
【００２０】
図５は第２の配置例である。要素抵抗となる拡散抵抗がマトリックス状に配置されており、拡散抵抗ＲＶｊ＿ａｂが配置される奇数列の拡散抵抗は互いに平行かつ等間隔に形成され、同様に拡散抵抗Ｒｈｊ＿ａｂが配置される偶数列の拡散抵抗は互いに平行かつ等間隔に形成されている点で図４の配置例と共通している。一方、この配置例では、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２を形成する要素抵抗となる拡散抵抗からなる拡散抵抗群ＲＭがマトリックス状に配置された拡散抵抗のうちから選択的に分散配置されている。
【００２１】
ブリッジの抵抗値を力学量測定装置によって異ならせる場合、拡散抵抗を図５のような配置とすることにより、接続する拡散抵抗の数や位置を配線層を変えることで実現でき、力学量測定装置の低コスト化を実現できる。
【００２２】
さらに、半導体基板のより広い領域に配置された拡散抵抗を接続してブリッジ抵抗が構成できるため、局所的なばらつきが生じてもその影響をうける拡散抵抗が図４の配置よりも少なく、その結果、ブリッジ抵抗の抵抗値に与える影響を小さくすることができる。同じ理由から、拡散抵抗群ＲＭが拡散抵抗が形成される領域に対して均等な密度で配置されるようにされることが望ましい。
【００２３】
なお、図５の配置例では図４の配置例と同様に隣接する４つの拡散抵抗からなる拡散抵抗群ＲＭをブリッジ抵抗を構成する要素抵抗の一単位としているが、出力オフセット電圧発生の原因による影響を均等化するために近接している必要があるが、配置例のように隣接していなければならないわけではない。また、要素抵抗となる拡散抵抗であるか、それ以外の拡散抵抗であるかにかかわらず、同じ列に配置される拡散抵抗は互いに平行かつ等間隔に形成される。これは拡散抵抗の形成工程において生じる形状ばらつきを抑制するためである。要素抵抗として用いられない拡散抵抗（図中、ｄｎ、ｅｎ、ｆｎ、ｇｎ（ｎは任意の整数）として表記される）は、他の回路要素と接続されないダミーとするか、または、後述するように他の回路要素の抵抗として用いてもよい。
【００２４】
また、図４、５の例では、拡散抵抗群ＲＭを要素抵抗となる拡散抵抗を２行２列で選択しているが、１行４列で選択することも可能である。
【００２５】
図４、図５に示される配置の特徴点を以下にまとめる。なお、分かりやすさのため、特定の拡散抵抗を例示として用いる。
【００２６】
（１）ブリッジ抵抗Ｒｖ１を構成する拡散抵抗Ｒｖ１＿１１と拡散抵抗Ｒｖ１＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｖ２を構成する拡散抵抗Ｒｖ２＿１１が配置されている。これは他のブリッジ抵抗についても同様である。すなわち、ブリッジ抵抗Ｒｖ２を構成する拡散抵抗Ｒｖ２＿１１と拡散抵抗Ｒｖ２＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｖ１を構成する拡散抵抗Ｒｖ１＿１２が配置されている。ブリッジ抵抗Ｒｈ１を構成する拡散抵抗Ｒｈ１＿１１と拡散抵抗Ｒｈ１＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｈ２を構成する拡散抵抗Ｒｈ２＿１２が配置されている。ブリッジ抵抗Ｒｈ２を構成する拡散抵抗Ｒｈ２＿１１と拡散抵抗Ｒｈ２＿１２との間にブリッジ抵抗Ｒｈ１を構成する拡散抵抗Ｒｈ１＿１１が配置されている。
【００２７】
これは、特許文献１では複数本の隣接する不純物層を接続して抵抗値を増加させる実施例が開示されているが、このような実施例の接続に比べて異なるブリッジ抵抗を構成する要素抵抗同士を近接させることができる。
【００２８】
（２）拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂからなる複数の不純物層群ＲＭ＿ａｂを配置し、ブリッジ抵抗Ｒｖ１は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂを互いに接続し、ブリッジ抵抗Ｒｖ２は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｖ２＿ａｂを互いに接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｈ１＿ａｂを互いに接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ２は不純物層群ＲＭ＿ａｂの拡散抵抗Ｒｈ２＿ａｂを互いに接続して構成する。
【００２９】
なお、不純物層群ＲＭにおいては、拡散抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂ，Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂが近接して配置されており、互いに隣接配置されていることが最も望ましいが、それには限定されない。
【００３０】
拡散抵抗が形成される領域に対して、４つのブリッジ抵抗を形成する要素抵抗が１セットとされて分散配置されることにより、局所的なばらつきの影響を受けにくいブリッジが構成できる。
【００３１】
（３）拡散抵抗をマトリックス状に配置し、奇数列に配置される拡散抵抗と偶数列に配置される拡散抵抗とは互いに電流方向が直交しており、ブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２は奇数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２は偶数列に配置される拡散抵抗を選択的に直列接続する。
【００３２】
拡散抵抗同士は配線層を用いて接続するが、接続抵抗を各ブリッジ抵抗で一定にするために、拡散抵抗をマトリックス状に配置しておくと、一定にしやすくすることが容易になる。
【００３３】
図６は、図５の配置例によって配置した拡散抵抗ＲＳを用いて形成したブリッジのレイアウトである。図６の例では説明の簡単化のためにk=３、m=３とした例を示している。Ｐ型拡散抵抗は、図に示されるように、主にｘ方向またはｙ方向に延在する金属配線ＭＷによって接続され、ブリッジ抵抗を形成している。なお、この例では２層の金属配線ＭＷを用いている。拡散抵抗ＲＳを金属配線ＭＷは図３のブリッジ抵抗Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２の抵抗値が配線の抵抗を含めた上で等しくなるように、配線長が等しくなるように配置する。
【００３４】
図７にＰ型拡散抵抗（接続部を含む）の平面図（図７（ａ））と断面図（図７（ｂ））を示す。Ｐ型拡散抵抗は、シリコン基板７０１の表面にBFガスを用いたイオン注入により、ボロン原子を１０１５程度ドープした不純物層７０３を形成し、この部分に対してコンタクトスルーホール７０４、金属配線７０５を形成する。Ｐ型の不純物層７０３の表面が抵抗素子として機能する。コンタクトスルーホールと配線は層間絶縁膜７０２に埋め込まれている。また、不純物層７０３は互いに素子分離領域７０６により電気的に分離されている。
【実施例２】
【００３５】
力学量測定装置としてブリッジのみを半導体チップに集積して、出力Ｖｐ、出力Ｖｎの電位を外部に出力するようにしてもよいが、ブリッジ及びアンプ、その他周辺回路を内蔵し、出力Ｖｐ、出力Ｖｎの電位差を増幅して外部出力するような構成にすることも可能である。
【００３６】
図８に同じ半導体基板に集積するブリッジＢＲＧとインスツルメンテーションアンプＡＭＰ（以下、アンプと呼ぶ）の回路例を示す。アンプＡＭＰの動作を図８を用いて説明する。アンプＡＭＰ内部は、フィードバック回路中を流れる電流が等しくなるため、I1＝I2＝I3の関係が成立する。
一方、アンプＡＭＰ前段の増幅回路はソースホロア接続となっているため、
I1＝(Vp_out−Vp)／R2
I3＝(Vn−Vn_out)／R2
と表される。また、I2＝(Vp-Vn)／R1の関係がある。よって、
(Vp_out−Vp)／R2＝(Vp−Vn)／R1＝(Vn−Vnout)／R2
となる。
【００３７】
また、アンプＡＭＰ後段の増幅回路は、Ｖout＝(R4／R3)×(Vp_out−Vn_out)と表すことができる。
【００３８】
これをまとめると、ブリッジＢＲＧの出力する電位差（Vp−Vn）は、アンプＡＭＰの抵抗比によって、
Ｖout＝(１＋２×R2／R1)×(R4／R3)×(Vp−Vn)
に増幅して出力させることができる。
【００３９】
図９に図８に示した回路を半導体チップに集積するレイアウトを示す。半導体チップ９０１の中央部にブリッジＢＲＧを配置する。ブリッジＢＲＧのレイアウトは、実施例１、後述する実施例３によるものである。このようにチップの中央部にブリッジを集積することで、ブリッジを構成する拡散抵抗を半導体チップ９０１の辺や角部からできるだけ離すことが可能になり、半導体チップ９０１を被測定対象に貼り付ける場合に生じる応力などの影響を少なくすることができる。また、アンプＡＭＰを含む周辺回路はブリッジＢＲＧの周りの領域に配置する。
【００４０】
ここでアンプＡＭＰに用いる抵抗やその他周辺回路に用いるカレントミラーなどの電流源の抵抗として、ブリッジＢＲＧに配置したダミーの拡散抵抗を用いることができる。これにより、アンプや周辺回路で使う抵抗について、プロセスによる抵抗値の変動や、温度変化に伴う抵抗値の変動をブリッジに使う拡散抵抗と等しくすることができる。
【００４１】
変形例について述べる。
【００４２】
図１０は要素抵抗（拡散抵抗）の第３の配置例を示す模式図である。図１０においては、実施例１と同様に、回路上対向するブリッジ抵抗Ｒｖ１及びＲｖ２を構成する要素抵抗Ｒｖ１＿ａｂ及びＲｖ２＿ａｂを隣接して配置し、ブリッジ抵抗Ｒｈ１，Ｒｈ２についても同様に要素抵抗Ｒｈ１＿ａｂとＲｖ２＿ａｂを互いに隣接して配置し、要素抵抗Ｒｖ１＿ａｂ，Ｒｖ２＿ａｂと要素抵抗Ｒｈ１＿ａｂ，Ｒｈ２＿ａｂとを互いに隣接して配置したうえで、配置する４×ｋ×ｍの全要素抵抗をより近接させるために千鳥状に配置した例である。この実施例３の配置方法によれば、拡散抵抗が密に配置されることにより、チップの小面積化を図ることができる。
【００４３】
このとき、図１０に示したａ１、ａ２、ｂ1、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｄ１、ｄ２はブリッジに電気的に接続されていない拡散抵抗であり、実施例２に関連して述べたように、これらの拡散抵抗はブリッジ以外の回路に接続しても、ダミーとして配置するだけでもよい。
【００４４】
また、拡散抵抗としてＰ型不純物層を用いる例を示したが、Ｎ型不純物層を用いることも可能である。この場合は、その長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１００＞に平行とされる拡散抵抗と、その長手方向（電流方向）が半導体基板の＜１００＞に直交する拡散抵抗の２種類の拡散抵抗を形成すればよい。
【符号の説明】
【００４５】
Ｒｖ１，Ｒｖ２，Ｒｈ１，Ｒｈ２：ブリッジ抵抗、ＢＲＧ：ブリッジ、ＡＭＰ：アンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ回路を用いた力学量測定装置であって、
半導体基板と、
上記半導体基板に形成され、第１の方向に延在する複数の第１導電型の第１不純物層と、
上記半導体基板に形成され、上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第１導電型の第２不純物層とを有し、
上記ブリッジ回路は、第１の基準電位点と第１の出力点との間の第１抵抗と第２の基準電位点と上記第１の出力点との間の第２抵抗と上記第１の基準電位点と第２の出力点との間の第３抵抗と上記第２の基準電位点と上記第２の出力点との間の第４抵抗を有し、
上記第１抵抗及び上記第４抵抗は、それぞれ複数の上記第１不純物層を配線層を介して直列接続して構成され、
上記第２抵抗及び上記第３抵抗は、それぞれ複数の上記第２不純物層を配線層を介して直列接続して構成され、
上記第１抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第１不純物層の間に、上記第４抵抗を構成する上記第１不純物層が配置され、
上記第４抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第１不純物層の間に、上記第１抵抗を構成する上記第１不純物層が配置され、
上記第２抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第２不純物層の間に、上記第３抵抗を構成する上記第２不純物層が配置され、
上記第３抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第２不純物層の間に、上記第２抵抗を構成する上記第２不純物層が配置される力学量測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１及び第２不純物層はＰ型不純物層であり、
上記第１の方向は半導体基板の＜１１０＞である力学量測定装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記力学量測定装置は、被測定物に貼り付けまたは埋め込まれて、上記被測定物のひずみの計測を行う力学量測定装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記複数の第１導電型の第１不純物層は、互いに平行かつ等間隔に形成され、
上記複数の第１導電型の第２不純物層は、互いに平行かつ等間隔に形成される力学量測定装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記複数の第１導電型の第１不純物層には、第１抵抗または第４抵抗のいずれをも構成しない第１不純物層を含み、該第１不純物層は他の回路と電気的に接続されないダミー抵抗とされ、
上記複数の第１導電型の第２不純物層には、第２抵抗または第３抵抗のいずれをも構成しない第２不純物層を含み、該第２不純物層は他の回路と電気的に接続されないダミー抵抗とされる力学量測定装置。
【請求項６】
請求項１において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記複数の第１導電型の第１不純物層には、第１抵抗または第４抵抗のいずれをも構成しない第１不純物層を含み、上記複数の第１導電型の第２不純物層には、第２抵抗または第３抵抗のいずれをも構成しない第２不純物層を含み、該第１不純物層または該第２不純物層は上記周辺回路の抵抗として用いられる力学量測定装置。
【請求項７】
請求項１において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記第１不純物層及び第２不純物層が半導体チップの中央部に形成され、
上記周辺回路は上記中央部の周囲に形成される力学量測定装置。
【請求項８】
ブリッジ回路を用いた力学量測定装置であって、
半導体基板と、
上記半導体基板に形成される複数の不純物層群を有し、
上記複数の不純物層群のそれぞれは、第１の方向に延在する複数の第１導電型の第１不純物層と上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第１導電型の第２不純物層とを有し、
上記ブリッジ回路は、第１の基準電位点と第１の出力点との間の第１抵抗と第２の基準電位点と上記第１の出力点との間の第２抵抗と上記第１の基準電位点と第２の出力点との間の第３抵抗と上記第２の基準電位点と上記第２の出力点との間の第４抵抗を有し、
上記第１抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第１不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成し、
上記第２抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第２不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成し、
上記第３抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第２不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成し、
上記第４抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第１不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成する力学量測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
上記複数の不純物層群のそれぞれにおいて、
上記第１抵抗を構成する上記第１不純物層は他の上記第１不純物層に配線層を介して直列接続されておらず、
上記第２抵抗を構成する上記第２不純物層は他の上記第２不純物層に配線層を介して直列接続されておらず、
上記第３抵抗を構成する上記第２不純物層は他の上記第２不純物層に配線層を介して直列接続されておらず、
上記第４抵抗を構成する上記第１不純物層は他の上記第１不純物層に配線層を介して直列接続されていない力学量測定装置。
【請求項１０】
請求項８において、
上記第１及び第２不純物層はＰ型不純物層であり、
上記第１の方向は半導体基板の＜１１０＞である力学量測定装置。
【請求項１１】
請求項８において、
上記力学量測定装置は、被測定物に貼り付けまたは埋め込まれて、上記被測定物のひずみの計測を行う力学量測定装置。
【請求項１２】
請求項８において、
上記複数の不純物層群に第１の不純物層群と第２の不純物層群を含み、
上記第１の不純物層群の上記第１不純物層と上記第２の不純物層群の上記第１不純物層との間に複数の第１導電型の第３不純物層が形成されており、かつ該第１不純物層及び上記第３不純物層とは互いに平行かつ等間隔に形成されており、
上記第１の不純物層群の上記第２不純物層と上記第２の不純物層群の上記第２不純物層との間に複数の第１導電型の第４不純物層が形成されており、かつ該第２不純物層及び上記第４不純物層とは互いに平行かつ等間隔に形成されている力学量測定装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
上記第３不純物層または上記第４不純物層は他の回路と電気的に接続されないダミー抵抗とされる力学量測定装置。
【請求項１４】
請求項１２において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記第３不純物層または上記第４不純物層は上記周辺回路の抵抗として用いられる力学量測定装置。
【請求項１５】
請求項８において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記第１不純物層及び第２不純物層が半導体チップの中央部に形成され、
上記周辺回路は上記中央部の周囲に形成される力学量測定装置。
【請求項１６】
ブリッジ回路を用いた力学量測定装置であって、
半導体基板と、
上記半導体基板に形成され、マトリックス状に配置された複数の第１導電型の不純物層とを有し、
上記複数の第１導電型の不純物層は、奇数列に配置されて第１の方向に延在する複数の第１不純物層と、偶数列に配置されて上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第２不純物層とを含み、
上記ブリッジ回路は、第１の基準電位点と第１の出力点との間の第１抵抗と第２の基準電位点と上記第１の出力点との間の第２抵抗と上記第１の基準電位点と第２の出力点との間の第３抵抗と上記第２の基準電位点と上記第２の出力点との間の第４抵抗を有し、
上記第１抵抗及び第４抵抗は、上記奇数列に配置される複数の第１不純物層を選択的に直列接続して構成され、
上記第２抵抗及び第３抵抗は、上記偶数列に配置される複数の第２不純物層を選択的に直列接続して構成される力学量測定装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
上記奇数列に配置される複数の第１不純物層のうち隣接する第１不純物層をそれぞれ第１抵抗を構成する第１不純物層及び上記第４抵抗を構成する第１不純物層として選択し、
上記偶数列に配置される複数の第２不純物層のうち隣接する第２不純物層をそれぞれ第２抵抗を構成する第２不純物層及び上記第３抵抗を構成する第２不純物層として選択する力学量測定装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
上記隣接する第１不純物層は上記隣接する第２不純物層とは隣接して配置される力学量測定装置。
【請求項１９】
請求項１６において、
上記不純物層はＰ型不純物層であり、
上記第１の方向は半導体基板の＜１１０＞である力学量測定装置。
【請求項２０】
請求項１６において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記不純物層及び不純物層が半導体チップの中央部に形成され、
上記周辺回路は上記中央部の周囲に形成される力学量測定装置。
【請求項１】
ブリッジ回路を用いた力学量測定装置であって、
半導体基板と、
上記半導体基板に形成され、第１の方向に延在する複数の第１導電型の第１不純物層と、
上記半導体基板に形成され、上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第１導電型の第２不純物層とを有し、
上記ブリッジ回路は、第１の基準電位点と第１の出力点との間の第１抵抗と第２の基準電位点と上記第１の出力点との間の第２抵抗と上記第１の基準電位点と第２の出力点との間の第３抵抗と上記第２の基準電位点と上記第２の出力点との間の第４抵抗を有し、
上記第１抵抗及び上記第４抵抗は、それぞれ複数の上記第１不純物層を配線層を介して直列接続して構成され、
上記第２抵抗及び上記第３抵抗は、それぞれ複数の上記第２不純物層を配線層を介して直列接続して構成され、
上記第１抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第１不純物層の間に、上記第４抵抗を構成する上記第１不純物層が配置され、
上記第４抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第１不純物層の間に、上記第１抵抗を構成する上記第１不純物層が配置され、
上記第２抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第２不純物層の間に、上記第３抵抗を構成する上記第２不純物層が配置され、
上記第３抵抗を構成し互いに配線層を介して接続される２つの上記第２不純物層の間に、上記第２抵抗を構成する上記第２不純物層が配置される力学量測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記第１及び第２不純物層はＰ型不純物層であり、
上記第１の方向は半導体基板の＜１１０＞である力学量測定装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記力学量測定装置は、被測定物に貼り付けまたは埋め込まれて、上記被測定物のひずみの計測を行う力学量測定装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記複数の第１導電型の第１不純物層は、互いに平行かつ等間隔に形成され、
上記複数の第１導電型の第２不純物層は、互いに平行かつ等間隔に形成される力学量測定装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記複数の第１導電型の第１不純物層には、第１抵抗または第４抵抗のいずれをも構成しない第１不純物層を含み、該第１不純物層は他の回路と電気的に接続されないダミー抵抗とされ、
上記複数の第１導電型の第２不純物層には、第２抵抗または第３抵抗のいずれをも構成しない第２不純物層を含み、該第２不純物層は他の回路と電気的に接続されないダミー抵抗とされる力学量測定装置。
【請求項６】
請求項１において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記複数の第１導電型の第１不純物層には、第１抵抗または第４抵抗のいずれをも構成しない第１不純物層を含み、上記複数の第１導電型の第２不純物層には、第２抵抗または第３抵抗のいずれをも構成しない第２不純物層を含み、該第１不純物層または該第２不純物層は上記周辺回路の抵抗として用いられる力学量測定装置。
【請求項７】
請求項１において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記第１不純物層及び第２不純物層が半導体チップの中央部に形成され、
上記周辺回路は上記中央部の周囲に形成される力学量測定装置。
【請求項８】
ブリッジ回路を用いた力学量測定装置であって、
半導体基板と、
上記半導体基板に形成される複数の不純物層群を有し、
上記複数の不純物層群のそれぞれは、第１の方向に延在する複数の第１導電型の第１不純物層と上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第１導電型の第２不純物層とを有し、
上記ブリッジ回路は、第１の基準電位点と第１の出力点との間の第１抵抗と第２の基準電位点と上記第１の出力点との間の第２抵抗と上記第１の基準電位点と第２の出力点との間の第３抵抗と上記第２の基準電位点と上記第２の出力点との間の第４抵抗を有し、
上記第１抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第１不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成し、
上記第２抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第２不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成し、
上記第３抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第２不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成し、
上記第４抵抗は、上記複数の不純物層群のいずれか一つの第１不純物層を互いに配線層を介して直列接続することにより構成する力学量測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
上記複数の不純物層群のそれぞれにおいて、
上記第１抵抗を構成する上記第１不純物層は他の上記第１不純物層に配線層を介して直列接続されておらず、
上記第２抵抗を構成する上記第２不純物層は他の上記第２不純物層に配線層を介して直列接続されておらず、
上記第３抵抗を構成する上記第２不純物層は他の上記第２不純物層に配線層を介して直列接続されておらず、
上記第４抵抗を構成する上記第１不純物層は他の上記第１不純物層に配線層を介して直列接続されていない力学量測定装置。
【請求項１０】
請求項８において、
上記第１及び第２不純物層はＰ型不純物層であり、
上記第１の方向は半導体基板の＜１１０＞である力学量測定装置。
【請求項１１】
請求項８において、
上記力学量測定装置は、被測定物に貼り付けまたは埋め込まれて、上記被測定物のひずみの計測を行う力学量測定装置。
【請求項１２】
請求項８において、
上記複数の不純物層群に第１の不純物層群と第２の不純物層群を含み、
上記第１の不純物層群の上記第１不純物層と上記第２の不純物層群の上記第１不純物層との間に複数の第１導電型の第３不純物層が形成されており、かつ該第１不純物層及び上記第３不純物層とは互いに平行かつ等間隔に形成されており、
上記第１の不純物層群の上記第２不純物層と上記第２の不純物層群の上記第２不純物層との間に複数の第１導電型の第４不純物層が形成されており、かつ該第２不純物層及び上記第４不純物層とは互いに平行かつ等間隔に形成されている力学量測定装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
上記第３不純物層または上記第４不純物層は他の回路と電気的に接続されないダミー抵抗とされる力学量測定装置。
【請求項１４】
請求項１２において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記第３不純物層または上記第４不純物層は上記周辺回路の抵抗として用いられる力学量測定装置。
【請求項１５】
請求項８において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記第１不純物層及び第２不純物層が半導体チップの中央部に形成され、
上記周辺回路は上記中央部の周囲に形成される力学量測定装置。
【請求項１６】
ブリッジ回路を用いた力学量測定装置であって、
半導体基板と、
上記半導体基板に形成され、マトリックス状に配置された複数の第１導電型の不純物層とを有し、
上記複数の第１導電型の不純物層は、奇数列に配置されて第１の方向に延在する複数の第１不純物層と、偶数列に配置されて上記第１の方向と直交する第２の方向に延在する複数の第２不純物層とを含み、
上記ブリッジ回路は、第１の基準電位点と第１の出力点との間の第１抵抗と第２の基準電位点と上記第１の出力点との間の第２抵抗と上記第１の基準電位点と第２の出力点との間の第３抵抗と上記第２の基準電位点と上記第２の出力点との間の第４抵抗を有し、
上記第１抵抗及び第４抵抗は、上記奇数列に配置される複数の第１不純物層を選択的に直列接続して構成され、
上記第２抵抗及び第３抵抗は、上記偶数列に配置される複数の第２不純物層を選択的に直列接続して構成される力学量測定装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
上記奇数列に配置される複数の第１不純物層のうち隣接する第１不純物層をそれぞれ第１抵抗を構成する第１不純物層及び上記第４抵抗を構成する第１不純物層として選択し、
上記偶数列に配置される複数の第２不純物層のうち隣接する第２不純物層をそれぞれ第２抵抗を構成する第２不純物層及び上記第３抵抗を構成する第２不純物層として選択する力学量測定装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
上記隣接する第１不純物層は上記隣接する第２不純物層とは隣接して配置される力学量測定装置。
【請求項１９】
請求項１６において、
上記不純物層はＰ型不純物層であり、
上記第１の方向は半導体基板の＜１１０＞である力学量測定装置。
【請求項２０】
請求項１６において、
上記ブリッジ回路の上記第１及び第２の出力点の電位差を増幅する増幅回路を含む周辺回路を有し、
上記不純物層及び不純物層が半導体チップの中央部に形成され、
上記周辺回路は上記中央部の周囲に形成される力学量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４７６０８（Ｐ２０１２−４７６０８Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０２５５（Ｐ２０１０−１９０２５５）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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