(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性領域と非活性領域が形成されている半導体基板と、その半導体基板の上方であって前記非活性領域の上方に形成されている温度検知素子と、前記活性領域の表面に形成されている表面電極と、を備える半導体装置であり、
前記温度検知素子は、
前記表面電極の高さ範囲内の少なくとも一部を含む高さ範囲に形成されており、
第１導電型の第１領域と、第２導電型の第２領域と、を有しており、
前記半導体基板を平面視したときに、
前記第１領域は、閉じた環状に形成されており、その内部に前記活性領域の一部が位置しており、
前記第２領域は、前記第１領域の外周に接しており、その第２領域の外周の少なくとも一部が前記活性領域によって囲まれている、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
活性領域と非活性領域が形成されている半導体基板と、その半導体基板の上方であって前記非活性領域の上方に形成されている温度検知素子と、前記活性領域の表面に形成されている表面電極と、を備える半導体装置であり、
前記温度検知素子は、
前記表面電極の高さ範囲内の少なくとも一部を含む高さ範囲に形成されており、
第１導電型の第１領域と、第２導電型の第２領域と、を有しており、
前記半導体基板を平面視したときに、
前記第１領域は、周方向の一部が開放された環状に形成されており、その内部に前記活性領域の一部が位置しており、
前記第２領域は、前記第１領域の外周に接しており、その第２領域の外周の少なくとも一部が前記活性領域によって囲まれている、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記温度検知素子は、一対の前記第１領域と前記第２領域のみを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板を平面視したときに、
前記温度検知素子は周方向の一部が開放された環状に形成されており、
その開放された一端において、前記第１領域と前記第２領域の一方にアノード配線が接続されており、前記第１領域と前記第２領域の他方にカソード配線が接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。特に、半導体基板内に発生する熱を検知するための温度検知素子を備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板内に発生する熱を検知するための温度検知素子が開発されている。通常の温度検知素子は、ｎ型領域と、ｎ型領域に接するｐ型領域と、を有するｐｎ接合ダイオード構造を有している。温度検知素子は半導体基板の上方に形成され、ｐｎ接合ダイオードの順方向電圧に基づいて半導体基板の温度を検知する。
【０００３】
特許文献１に、温度検知素子を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置は、活性領域と非活性領域が形成されている半導体基板と、その半導体基板の上方であって非活性領域の上方に形成されている温度検知素子と、活性領域の表面に形成されている表面電極とを備える。温度検知素子は、ｎ型領域と、４つのｐ型領域を有している。半導体基板を平面視したときに、ｎ型領域は活性領域を囲んでおり、４つのｐ型領域はそれぞれｎ型領域の外周の一部に接している。これによって、ｎ型領域の外周には、４つのｐｎ接合が形成されている。この半導体装置では、ｎ型領域の外周に形成されている４つのｐｎ接合が温度検知素子として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体装置では、半導体基板内の活性領域に発生する熱が、温度検知素子の内周側にのみ伝達される。このため、半導体基板内の活性領域で発生した熱が温度検知素子のｐｎ接合まで伝達されるまでに時間を要する。このため、従来の温度検知素子では、良好な温度追従性を確保することができない。
【０００６】
本明細書で開示される技術は、上記の課題を解決するために創作されたものである。本明細書で開示される技術は、温度検知素子を備える半導体装置において、良好な温度追従性を確保できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示される技術は、活性領域と非活性領域が形成されている半導体基板と、半導体基板の上方であって非活性領域の上方に形成されている温度検知素子と、活性領域の表面に形成されている表面電極と、を備える半導体装置に関する。温度検知素子は、表面電極の高さ範囲内の少なくとも一部を含む高さ範囲に形成されており、第１導電型の第１領域と、第２導電型の第２領域と、を有している。半導体基板を平面視したときに、第１領域は、閉じた環状又は周方向の一部が開放された環状に形成されており、その内部に活性領域の一部が位置しており、第２領域は、第１領域の外周に接しており、第２領域の外周の少なくとも一部が活性領域によって囲まれている。
【０００８】
上記の半導体装置では、半導体基板を平面視したときに第２領域の外側に位置する活性領域の熱が、当該活性領域から表面電極等を介して温度検知素子に伝達される。さらに、半導体基板を平面視したときに第１領域の内側に位置する活性領域の熱が、当該活性領域から表面電極等を介して温度検知素子に伝達される。温度検知素子の外周側と内周側の両方に熱が伝達されるため、従来の温度検知素子に比して、活性領域で発生した熱が温度検知素子のｐｎ接合に伝達されるまでの時間が短い。この結果、従来の温度検知素子に比して、良好な温度追従性を確保することができる。
【０００９】
上記の半導体装置では、温度検知素子が、一対の第１領域と第２領域のみを有することが好ましい。この技術では、第１領域と第２領域にそれぞれ接続する配線を、一対のみ用意すればよい。このため、配線を簡略化することができる。
【００１０】
上記の半導体装置では、半導体基板を平面視したときに、温度検知素子が周方向の一部が開放された環状に形成されており、その開放された一端において、第１領域と第２領域の一方にアノード配線が接続されており、第１領域と前記第２領域の他方にカソード配線が接続されていることが好ましい。この技術によると、ワイヤボンディングをしなくとも、温度検知素子にアノード配線とカソード配線を接続することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書で開示される技術によると、温度検知素子を備える半導体装置において、良好な温度追従性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る半導体装置１２の平面図を示す。
【図２】温度検知ダイオード１０の平面図を示す。
【図３】第２実施例に係る半導体装置３２の平面図を示す。
【図４】温度検知ダイオード３０の平面図を示す。
【図５】半導体装置３２の一部の断面図を示す。
【図６】第３実施例に係る温度検知ダイオード６０の平面図を示す。
【図７】第４実施例に係る温度検知ダイオード７０の平面図を示す。
【図８】第５実施例に係る温度検知ダイオード８０の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
下記に説明する実施例に記載されている技術の一部を列記する。
（形態１）第１領域の外周の全周に第２領域が接している。
（形態２）温度検知素子が、半導体基板内で最も発熱量が大きい領域の表面側に形成されている。
【００１４】
（第１実施例）
図１に、第１実施例に係る半導体装置８の平面図を示す。半導体装置８の半導体基板１３には、活性領域４ａ、４ｂ、４ｃと非活性領域２ａ、２ｂが形成されている。半導体基板１３の上方であって非活性領域２ｂの上方には、温度検知ダイオード１０が形成されている。活性領域４ａ、４ｂ、４ｃの表面にはそれぞれエミッタ電極８ａ、８ｂ、８ｃと、複数の信号パッド１４が形成されている。活性領域４ａ、４ｂ、４ｃ内にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子構造が形成されている。信号パッド１４は、ゲートパッド、アノードパッド、カソードパッド等により構成されており、各パッドには図示しない外部配線が接続されている。図１の参照符号６は、半導体基板１３内で最も発熱量が大きい領域（以下、最大発熱領域と称する）を示している。なお、半導体基板１３の表面には、パッシベーション膜、層間絶縁膜、酸化膜、配線等が形成されているが、図１では明瞭化のため図示を省略している。
【００１５】
図２に、温度検知ダイオード１０の平面図を示す。温度検知ダイオード１０は、エミッタ電極８ｂの高さ範囲内の一部を含む高さ範囲に形成されている。図２に示すように、温度検知ダイオード１０は、ｐ型のアノード領域１８と、ｎ型のカソード領域１６を有している。アノード領域１８とカソード領域１６の境界には、ｐｎ接合１７が形成されている。また、図２に示すように、アノード領域１８は、活性領域４ｂの一部を囲んでいる。カソード領域１６は、アノード領域１８の外周に接しており、カソード領域１６の外周は活性領域４ｂによって囲まれている。なお、アノード領域１８の表面の一部には、図示しないアノードコンタクト孔が形成されている。アノードコンタクト孔を介して図示しないアノード配線の一端がアノード領域１８にワイヤボンディングされている。アノード配線の他端は、信号パッド１４のうちのアノードパッドにワイヤボンディングされている。カソード領域１６の表面の一部には、図示しないカソードコンタクト孔が形成されている。カソードコンタクト孔を介して図示しないカソード配線の一端がカソード領域１６にワイヤボンディングされている。カソード配線の他端は、信号パッド１４のうちのカソードパッドにワイヤボンディングされている。
【００１６】
半導体装置１２では、半導体基板１３内の活性領域４ｂで発生する熱が、エミッタ電極８ｂを介して温度検知ダイオード１０の外周側と内周側の両方に伝達される。このため、従来の温度検知ダイオードに比して、活性領域４ｂで発生した熱がｐｎ接合１７に伝達されるまでの時間が短い。この結果、従来の温度検知ダイオードに比して、良好な温度追従性を確保することができる。
【００１７】
また、半導体装置１２では、温度検知ダイオード１０が、一対のアノード領域１８とカソード領域１６のみを有する。アノード領域１８とカソード領域１６にそれぞれ接続するアノード配線とカソード配線を一対のみ用意すればよいため、配線を簡略化することができる。
【００１８】
また、半導体装置１２では、温度検知ダイオード１０が、最大発熱領域６内に形成されている。このため、温度検知ダイオード１０で検知される温度と半導体基板１３の実際の温度との誤差を小さくすることができる。
【００１９】
また、半導体装置１２では、カソード領域１６がアノード領域１８の外周の全周に接しているため、ｐｎ接合１７におけるアノード領域１８とカソード領域１６の接触面積が大きい。このため、従来の温度検知ダイオードに比して、良好な温度追従性を確保することができる。
【００２０】
また、半導体装置１２では、半導体基板１３を平面視したときに、温度検知ダイオード１０の内側に活性領域４ｂが形成されているため、温度検知ダイオード１０内に無駄な領域を形成することがない。この結果、温度検知ダイオード１０を小型化することができ、温度検知ダイオード１０の製造コストを低減することができる。
【００２１】
（第２実施例）
図３に、第２実施例に係る半導体装置３２の平面図を示す。半導体装置３２と半導体装置１２は同一構造であり、温度検知ダイオード３０の構造のみ異なる。このため、図３において、図１の参照符号に２０を加えた部位は、図１で説明した部位と同一であり、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
図４に、温度検知ダイオード３０の平面図を示す。図４に示すように、温度検知ダイオード３０は、ｐ型のアノード領域３８と、ｎ型のカソード領域３６を有している。アノード領域３８とカソード領域３６の境界には、ｐｎ接合３７が形成されている。アノード領域３８は、活性領域２４ｂの一部を囲んでいる。カソード領域３６は、アノード領域３８の外周に接しており、カソード領域３６の外周は活性領域２４ｂによって囲まれている。また、温度検知ダイオード３０は、周方向の一部が開放された環状に形成されている。開放された一端４２ｂでは、アノード領域３８にアノード配線４６が接続されており、カソード領域３６にカソード配線４８が接続されている。アノード配線４６は、アノード領域３８上を、アノード領域３８に沿って伸びている。アノード配線４６の他端は、信号パッド３４のうちのアノードパッドに接続されている。カソード配線４８は、カソード領域３６上を、カソード領域３６に沿って伸びている。カソード配線４８の他端は、信号パッド３４のうちのカソードパッドに接続されている。アノード領域３８の内側には、アノード領域３８の内周に沿ってゲート配線４４ａが形成されている。カソード領域３６の外側には、カソード領域３６の外側に沿ってゲート配線４４ｂが形成されている。ゲート配線４４ａ、４４ｂは、信号パッド３４のうちのゲートパッドに接続されている。
【００２３】
図５に、図３のV−V断面の断面図を示す。半導体基板３３内の活性領域２４ｂには、ＩＧＢＴ素子構造が形成されている。まず、活性領域２４ｂの構造について説明する。図５に示すように、活性領域２４ｂでは、半導体基板３３内に、ドリフト領域５０と、ボディ領域５３と、トレンチゲート電極群５２ａ、５２ｂ、５２ｃが形成されている。ドリフト領域５０は、ｎ−型であり、半導体基板３３の一部に形成されている。ボディ領域５３は、ｐ型であり、半導体基板３３の他の一部に形成されており、ドリフト領域５０と隣接している。トレンチゲート電極群５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、それぞれ、トレンチゲート構造をしており、電極部とその電極部の壁面を被覆している絶縁膜と、によって構成されている。トレンチゲート電極群５２ａ、５２ｂ、５２ｃの近傍には、図示しないエミッタ領域と、図示しないボディコンタクト領域が形成されている。エミッタ領域は、ｎ＋型であり、半導体基板３３の表面に臨む範囲に形成されているとともにボディ領域５３に接しており、ボディ領域５３によってドリフト領域５０から分離されている。ボディコンタクト領域は、ｐ＋型であり、半導体基板３３の表面とボディ領域５３とエミッタ領域とに接しており、ドリフト領域５０から分離されている。半導体基板３３の裏面に臨む範囲には、図示しないコレクタ領域が形成されている。コレクタ領域は、ｐ＋型であり、ドリフト領域５０によってボディ領域５３から分離されている。
【００２４】
活性領域２４ｂでは、半導体基板３３の表面に、エミッタ電極２８ｂが形成されている。エミッタ電極２８ｂはエミッタ領域と導通している。半導体基板３３の裏面には、図示しないコレクタ電極が形成されている。また、トレンチゲート電極群５２ａ、５２ｂ、５２ｃのうち、両端に位置するトレンチゲート電極では、電極部が半導体基板３３の表面にまで露出している。露出している電極部は、電極部の上方に形成されているゲート配線４４ａ、４４ｂにそれぞれ接続されている。露出している電極部は、層間絶縁膜５４によって被覆されている。また、露出している電極部は、層間絶縁膜５４によって、エミッタ電極２８ｂから絶縁されている。
【００２５】
続いて、非活性領域２２ａ、２２ｂの構造について説明する。非活性領域２２ａでは、半導体基板３３の表面に層間絶縁膜５４のみが形成されている。非活性領域２２ｂの表面には、酸化膜５８が形成されている。酸化膜５８の表面には、温度検知ダイオード３０が形成されている。温度検知ダイオード３０は、エミッタ電極２８ｂの高さ範囲Ｈ１内の一部を含む高さ範囲に形成されている。温度検知ダイオード３０は、酸化膜５８によって、半導体基板３３の表面から絶縁されている。温度検知ダイオード３０上には、アノード配線４６とカソード配線４８が形成されている。温度検知ダイオード３０は、層間絶縁膜５４及びパッシベーション膜５６によって、半導体基板３３の表面に露出している上記の電極部とゲート配線４４ａ、４４ｂとから絶縁されている。パッシベーション膜５６は、例えばポリイミドで形成されており、活性領域２４ｂ内のＩＧＢＴ素子構造を外的な損傷から保護する機能を果たす。
【００２６】
第２実施例の半導体装置３２では、温度検知ダイオード３０の開放された一端４２ｂにおいて、アノード領域３８にアノード配線４６が接続されており、カソード領域３６にカソード配線４８が接続されている。このため、ワイヤボンディングをしなくとも、温度検知ダイオード３０にアノード配線４６とカソード配線４８を接続することができる。
【００２７】
（第３実施例）
図６に、第３実施例に係る温度検知ダイオード６０の平面図を示す。温度検知ダイオード６０と温度検知ダイオード１０は同一構造であり、温度検知ダイオード１０の形状のみ異なる。このため、図６において、図２の参照符号に５０を加えた部位は、図２で説明した部位と同一であり、その詳細な説明を省略する。温度検知ダイオード６０は、円状に形成されている。温度検知ダイオード６０がこのような形状であっても、従来の温度検知ダイオードに比して、良好な温度追従性を確保することができる。
【００２８】
（第４実施例）
図７に、第４実施例に係る温度検知ダイオード７０の平面図を示す。温度検知ダイオード７０と温度検知ダイオード１０は同一構造であり、温度検知ダイオード１０の形状のみ異なる。このため、図７において、図２の参照符号に６０を加えた部位は、図２で説明した部位と同一であり、その詳細な説明を省略する。温度検知ダイオード６０は、多角形状に形成されている。温度検知ダイオード７０がこのような形状であっても、従来の温度検知ダイオードに比して、良好な温度追従性を確保することができる。
【００２９】
（第５実施例）
図８に、第５実施例に係る温度検知ダイオード８０の平面図を示す。温度検知ダイオード８０と温度検知ダイオード１０は同一構造であり、温度検知ダイオード８０の形状のみ異なる。このため、図８において、図２の参照符号に７０を加えた部位は、図２で説明した部位と同一であり、その詳細な説明を省略する。温度検知ダイオード７０は、円状に形成されている。また、アノード領域がカソード領域によって囲まれている。このため、アノード領域の内周に接するカソード領域の界面と、アノード領域の外周に接するカソード領域の界面とにそれぞれｐｎ接合８７が形成されている。さらに、温度検知ダイオード８０は、周方向の一部が開放されている。この場合であっても、温度検知ダイオード８０は、従来の温度検知ダイオードに比して、良好な温度追従性を確保することができる。
【００３０】
上記の実施例の構成と本発明の対応関係を記載しておく。温度検知ダイオード１０、３０、６０、７０、８０が、「温度検知素子」の一例である。エミッタ電極が、「表面電極」の一例である。アノード領域が、「第１領域」の一例である。カソード領域が、「第２領域」の一例である。
【００３１】
上記の実施例の変形例を以下に列挙する。
（１）第１、第２実施例の半導体装置１２、３２では、温度検知ダイオード１０、３０がそれぞれ最大発熱領域６、２６内に形成されている。しかしながら、温度検知ダイオード１０、３０が形成される箇所は限定されない。温度検知ダイオード１０、３０がそれぞれ最大発熱領域６、２６外に形成されていてもよい。例えば、温度検知ダイオード１０、３０が、活性領域４ａ、４ｃ、２４ａ、２４ｃの上方に形成されていてもよい。また、温度検知ダイオード１０、３０が、隣接する２つの活性領域の上方を跨いで形成されていれもよい。
【００３２】
（２）第２、第５実施例の温度検知ダイオード３０、８０は、周方向の一部が開放されている環状に形成されている。しかしながら、開放されている箇所は一部に限定されない。温度検知ダイオード３０、８０の周方向の複数の個所が開放されていてもよい。この場合、温度検知ダイオード３０、８０が、二対以上のアノード領域とカソード領域を有していてもよい。
【００３３】
（３）第１〜第５実施例の温度検知ダイオード１０等では、アノード領域１８等の幅とカソード領域１６等の幅が均等に形成されている。しかしながら、アノード領域１８等の幅とカソード領域１６等の幅は不均等であってもよい。アノード領域１８等の幅とカソード領域１６等の幅が小さいほど、温度検知ダイオード１０等の外周側と内周側の両方に伝達された熱がｐｎ接合１７等に伝達するまでの時間が短い。このため、温度検知ダイオード１０等では、アノード領域１８等の幅とカソード領域１６等の幅が小さいほど、良好な温度追従性を確保することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記の実施例の半導体装置では、半導体基板内の活性領域にＩＧＢＴ素子構造が形成されているが、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）素子構造が形成されていてもよい。
【００３５】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
２ａ、２ｂ：非活性領域
４ａ、４ｂ、４ｃ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：活性領域
６、２６：最大発熱領域
８ａ、８ｂ、８ｃ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ：エミッタ電極
１０、３０、６０、７０、８０：温度検知ダイオード
１２、３２：半導体装置
１４、３４：信号パッド
１６、３６、６６、７６、８６：カソード領域
１７、３７、６７、７７、８７：ｐｎ接合
１８、３８、６８、７８、８８：アノード領域
４２ａ、４２ｂ、８５ａ、８５ｂ：開放された一端
４４ａ、４４ｂ：ゲート配線
４６：アノード配線
４８：カソード配線
【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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