(57)【要約】【課題】ショートを抑制しつつ、温度検出精度を向上できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置（１０）は、素子が形成された半導体基板(２０)と、半導体基板の主面（２０ａ）上に形成され、素子と電気的に接続された電極（２１）と、電極とは電気的に独立して、半導体基板の主面側に形成された温度センサ（２３）と、電極と電気的に接続されるはんだ（１２）に対して温度センサが電気的に絶縁されるように、主面上に温度センサを覆って形成された第１絶縁膜（２５）と、を備える。そして、はんだが、温度センサの少なくとも一部を覆うように配置される。この半導体装置は、空気よりも熱伝導率が高く、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制する保護部（２７）を有する。保護部は、はんだと第１絶縁膜との間に介在されるように、第１絶縁膜を覆って配置されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が形成された半導体基板（２０）と、
前記半導体基板の主面（２０ａ）上に形成され、前記素子と電気的に接続された電極（２１）と、
前記電極とは電気的に独立して、前記半導体基板の主面側に形成された温度センサ（２３）と、
前記電極と電気的に接続されるはんだ（１２）に対して前記温度センサが電気的に絶縁されるように、前記主面上に前記温度センサを覆って形成された第１絶縁膜（２５）と、を備え、
前記はんだが、前記温度センサの少なくとも一部を覆うように配置される半導体装置であって、
空気よりも熱伝導率が高く、前記はんだの変位による応力が前記第１絶縁膜に伝達されるのを抑制する保護部（２７）を有し、
前記保護部は、前記はんだと前記第１絶縁膜との間に介在されるように、前記第１絶縁膜を覆って配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記保護部のヤング率が、前記はんだのヤング率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記保護部のヤング率が、前記第１絶縁膜のヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電極が、前記第１絶縁膜を覆うように延設され、
前記電極における前記第１絶縁膜を被覆する部分（２１ａ）が、前記保護部をなしていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１絶縁膜のうち、前記温度センサの直上に位置する部分を覆うように、電気絶縁性の材料からなる絶縁層（２６）が配置され、前記絶縁層の配置されていない部分を覆うように、前記電極が延設され、
前記絶縁層（２６）、及び、前記電極における前記第１絶縁膜を被覆する部分（２１ａ）が、前記保護部をなしていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体基板の前記主面上に形成された第２絶縁膜（２４）を備え、
前記温度センサは前記第２絶縁膜上に形成されており、
前記第１絶縁膜は、前記温度センサとともに、前記第２絶縁膜を覆って形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体基板の前記主面上に形成された第２絶縁膜(２４)を備え、
前記温度センサは前記第２絶縁膜上に形成されており、
前記第１絶縁膜は、前記温度センサを覆うとともに、前記第２絶縁膜の一部のみを覆って形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記保護部における前記主面に接する部分の厚さ（ｔ１）が、前記主面から前記第１絶縁膜における前記温度センサを覆う部分の上面までの長さ(ｔ２)よりも長いことを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記保護部は、前記温度センサの一部のみを覆っており、
前記保護部により被覆されていない前記温度センサの部分には、前記保護部をなす前記電極と同一材料を用いて形成された配線(２９，３２)が接続されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記素子は、パワートランジスタであり、
前記温度センサは、前記半導体基板における前記素子が形成された領域の中心部に形成されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項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、素子が形成された半導体基板の主面側に、素子と電気的に接続された電極と、温度センサとを備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱応力が負荷される環境で使用しても、ショートが生じにくい半導体装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の電力用半導体装置（半導体装置）は、ＩＧＢＴ（素子）が形成された半導体基体（半導体基板）の主面側に、素子と電気的に接続されたエミッタ電極（電極）と、該電極と電気的に独立して形成されたゲート配線とを備える。ゲート配線は絶縁層で覆われている。電極と電気的に接続されるはんだは、絶縁層を介してゲート配線を覆うように配置され、電極と引き出し電極（リード）とを電気的に接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８３５６８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では、ＩＧＢＴからの放熱等の温度サイクルにより、半導体基板とリードとの線膨張係数差に基づく熱応力がはんだに作用しても、はんだの変位が絶縁層に作用し難いように、絶縁層とはんだの間に空隙部を設けている。このように、はんだが絶縁層に接触していないため、はんだの変位により絶縁層に亀裂等が生じ、ひいては電極とゲート配線がショートする、のを抑制することができる。
【０００６】
ところで、素子を過熱から保護するための温度センサを備えた半導体装置が知られている。温度センサは、上記したゲート配線同様、電極と電気的に独立して半導体基板の主面側に配置される。このため、上記した空隙部を設けると、電極と温度センサとの間にショートが生じるのを抑制することができる。しかしながら、空隙部によって、半導体基板から温度センサに伝わった熱が、はんだへ放熱されにくくなり、半導体基板の正確な温度を検出することができない。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑み、ショートを抑制しつつ、温度検出精度を向上できる半導体装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、素子が形成された半導体基板(２０)と、半導体基板の主面（２０ａ）上に形成され、素子と電気的に接続された電極（２１）と、電極とは電気的に独立して、半導体基板の主面側に形成された温度センサ（２３）と、電極と電気的に接続されるはんだ（１２）に対して温度センサが電気的に絶縁されるように、主面上に温度センサを覆って形成された第１絶縁膜（２５）と、を備え、はんだが、温度センサの少なくとも一部を覆うように配置される半導体装置であって、空気よりも熱伝導率が高く、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制する保護部（２７）を有し、保護部は、はんだと第１絶縁膜との間に介在されるように、第１絶縁膜を覆って配置されていることを特徴とする。
【０００９】
これによれば、例えばリードなどの、はんだを介して電極と接続される部材と半導体基板との線膨張係数差による熱応力がはんだに作用し、はんだが変位しても、保護部によって、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制することができる。したがって、第１絶縁膜に亀裂等が生じて、電極と温度センサとの間にショートが生じるのを抑制することができる。また、半導体基板から温度センサに伝わった熱を、第１絶縁膜及び保護部を介して、はんだへ放熱することができる。これにより、温度センサに伝わった熱が放熱されず、過剰に温度が上がって、温度検出精度が低下するのを抑制することができる。すなわち、温度センサによる半導体基板の温度検出精度を向上することができる。
【００１０】
また、本発明のさらなる特徴は、保護部のヤング率が、はんだのヤング率よりも大きいことにある。
【００１１】
これによれば、保護部がはんだよりも弾性変形し難く、はんだが変位しても保護部は殆ど変形しない。したがって、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明のさらなる特徴は、保護部のヤング率が、第１絶縁膜のヤング率よりも小さいことにある。
【００１３】
これによれば、保護部が第１絶縁膜より弾性変形しやすいため、はんだ変位による応力が保護部に作用しても、保護部により応力を緩和することができる。したがって、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明のさらなる特徴は、電極が、第１絶縁膜を覆うように延設され、電極における第１絶縁膜を被覆する部分（２１ａ）が、保護部をなしていることにある。
【００１５】
これによれば、電極の一部分が保護部をなしているため、保護部が電極と個別に設けられる構成に較べて、部品点数を削減することができる。また、製造工程を簡素化することができる。さらには、半導体基板から温度センサに伝わった熱を、第１絶縁膜及び保護部である電極を介して、はんだへ放熱することができるため、温度検出精度をより向上することができる。
【００１６】
本発明のさらなる特徴は、第１絶縁膜のうち、温度センサの直上に位置する部分を覆うように、電気絶縁性の材料からなる絶縁層（２６）が配置され、絶縁層の配置されていない部分を覆うように、電極が延設され、絶縁層（２６）、及び、電極における第１絶縁膜を被覆する部分（２１ａ）が、保護部をなしていることにある。
【００１７】
これによれば、保護部の一部が電極で構成されるため、絶縁層のみによって保護部が構成される場合に較べて、半導体基板から温度センサに伝わった熱が、はんだへ放熱されやすく、これにより温度検出精度を向上することができる。また、温度センサの直上には絶縁層が位置するので、直上に電極が位置する場合に較べて、電極と温度センサとの間の距離が長くなる。したがって、電極と温度センサとの間にショートが生じるのを抑制することができる。
【００１８】
本発明のさらなる特徴は、半導体基板の主面上に形成された第２絶縁膜（２４）を備え、温度センサは第２絶縁膜上に形成されており、第１絶縁膜は、温度センサとともに、第２絶縁膜を覆って形成されていることにある。
【００１９】
これによれば、半導体基板の厚み方向に垂直な方向において、温度センサから第１絶縁膜の端面までの間の距離を長くすることができる。したがって、第１絶縁膜に亀裂が生じても、電極と温度センサとの間にショートが生じにくくなる。
【００２０】
本発明のさらなる特徴は、半導体基板の主面上に形成された第２絶縁膜（２４）を備え、温度センサは第２絶縁膜上に形成されており、第１絶縁膜は、温度センサを覆うとともに、第２絶縁膜の一部のみを覆って形成されていることにある。
【００２１】
これによれば、主面からの第１絶縁膜の上面までを一定高さとすると、第２絶縁膜と第１絶縁膜との段差形状によって、保護部の段差形状が緩やかとなる。したがって、はんだの変位に対する保護部の抵抗が小さくなり、これにより、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制することができる。
【００２２】
本発明のさらなる特徴は、保護部における主面に接する部分の厚さ（ｔ１）が、主面から第１絶縁膜における温度センサを覆う部分の上面までの長さ（ｔ２）よりも長いことにある。
【００２３】
これによれば、保護部上に位置するはんだが、第１絶縁膜よりも上方のみに位置することとなる。したがって、はんだの変位による応力が第１絶縁膜に伝達されるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】半導体装置のうち、半導体チップ周辺の概略構成を示す平面図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】第１実施形態（実線）と参考例（破線）について、熱抵抗の経時変化を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る半導体装置のうち、半導体チップ周辺の概略構成を示す平面図であり、図３に対応している。
【図７】図６のVII-VII線に沿う断面図であり、図４に対応している。
【図８】第３実施形態に係る半導体装置のうち、温度センサ周辺を拡大した断面図であり、図７に対応している。
【図９】第４実施形態に係る半導体装置のうち、温度センサ周辺を拡大した断面図であり、図７に対応している。
【図１０】第５実施形態に係る半導体装置のうち、温度センサ周辺を拡大した平面図である。
【図１１】変形例を示す平面図であり、図１０に対応している。
【図１２】変形例を示す断面図である。
【図１３】その他変形例を示す平面図であり、図１０に対応している。
【図１４】その他変形例を示す断面図であり、図２に対応している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の各図相互において互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。以下においては、半導体基板の厚さ方向を単に厚さ方向と示し、厚さに垂直な方向を単に垂直方向と示す。また、平面形状とは、深さ方向に垂直な面内形状を示すものとする。
【００２６】
（第１実施形態）
先ず、半導体装置の概略構成について説明する。
【００２７】
図１及び図２に示す半導体装置１０は、温度センサ２３を有する半導体チップ１１を有している。この半導体チップ１１には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの素子が形成されている。本実施形態では、後述するように、素子としてＩＧＢＴが形成されている。
【００２８】
半導体チップ１１における温度センサ２３が形成された側と反対側の面には、はんだ１２を介して、放熱部材１３が電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。放熱部材１３は、半導体チップ１１に形成された素子の駆動により生じる熱を、半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たすとともに、素子の外部接続端子（電極）としての機能も果たす。この放熱部材１３は、ＩＧＢＴのコレクタ電極としての機能も果たす。
【００２９】
このような放熱部材１３は、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。具体的には、銅、銅合金、アルミ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。また、放熱部材１３のうち、半導体チップ１１と対向する一面１３ａは、後述するモールド樹脂１７により被覆されている。一方、一面１３ａと反対の面１３ｂは、モールド樹脂１７から露出されており、この露出面１３ｂが所謂放熱面となっている。なお、図１に示す符号１３ｃは、放熱部材１３のうち、モールド樹脂１７の外部に引き出された、外部接続用のリード部である。
【００３０】
一方、半導体チップ１１における温度センサ２３が形成された側の面には、はんだ１２を介して、ターミナル１４が電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。ターミナル１４は、半導体チップ１１におけるゲートパッド等のパッドとリード１６との、ボンディングワイヤ等による接続高さを確保するために、半導体チップ１１と後述する放熱部材１５との間に介在されている。このターミナル１４は、放熱部材１５と半導体チップ１１との熱伝導、電気伝導経路の途中に位置するため、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成されている。具体的には、銅やモリブデンなどの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。また、ターミナル１４は、例えば平面矩形のブロック状をなしており、垂直方向において、半導体チップのエミッタパッドと位置が重なるように配置されている。また、ターミナル１４は、垂直方向における大きさが、半導体チップ１１や放熱部材１５よりも小さいものとなっている。
【００３１】
そして、ターミナル１４における半導体チップ１１と反対の面には、はんだ１２を介して、放熱部材１５が電気的、機械的、且つ熱的に接続されている。放熱部材１５も、放熱部材１３同様、半導体チップ１１に形成された素子の駆動により生じる熱を、半導体装置１０の外部に放熱する機能を果たすとともに、素子の外部接続端子としての機能も果たす。この放熱部材１５は、ＩＧＢＴのエミッタ電極としての機能も果たす。
【００３２】
また、放熱部材１５も、放熱部材１３同様、熱伝導性及び電気伝導性を確保すべく、少なくとも金属材料を用いて形成される。具体的には、銅、銅合金、アルミ合金などの熱伝導性及び電気伝導性に優れた金属材料からなる。また、放熱部材１５のうち、半導体チップ１１と対向する一面１５ａは、後述するモールド樹脂１７により被覆されている。一方、一面１５ａと反対の面１５ｂは、モールド樹脂１７から露出されており、この露出面１５ｂが所謂放熱面となっている。なお、図１に示す符号１５ｃは、放熱部材１５のうち、モールド樹脂１７の外部に引き出された、外部接続用のリード部である。
【００３３】
このように、半導体チップ１１は、厚さ方向において、一対の放熱部材１３，１５により挟まれている。また、放熱部材１３の周辺には、外部接続用端子として複数本のリード１６が設けられている。本実施形態では、半導体チップ１１のゲートパッドと、図示しないボンディングワイヤを介して電気的且つ機械的に接続されている。また、リード１６は、その一部がモールド樹脂１７の外部に突出しており、外部機器との電気的な接続が可能となっている。
【００３４】
そして、各放熱部材１３，１５の一部、放熱部材１３，１５の間に介在された半導体チップ１１、ターミナル１４、各リード１６の一部、及び各はんだ１２が、モールド樹脂１７にて封止されている。このモールド樹脂１７は、エポキシ系樹脂などからなる。また、金型内に樹脂を注入し、成形してなるものである。
【００３５】
このように、本実施形態に係る半導体装置１０は、半導体チップ１１の両面それぞれにて、放熱部材１３，１５を介した放熱を行うことができる両面放熱構造となっている。
【００３６】
次に、図３及び図４を用いて、上記した半導体装置１０のうち、温度センサ２３周辺の構成について説明する。
【００３７】
半導体チップ１１は、素子が形成された半導体基板２０を備える。本実施形態では、単結晶シリコンからなる半導体基板２０に、ＩＧＢＴが形成されている。この半導体基板２０の主面２０ａには、ＩＧＢＴのエミッタ領域に対応してエミッタ電極２１が形成されている。このエミッタ電極２１は、エミッタ領域と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、エミッタ電極２１がアルミニウム系の材料を用いて形成されており、はんだ１２に対する濡れ性を向上するために、エミッタ電極２１の表面に、ニッケルなどからなるメッキ層２２を有している。この、表面にメッキ層２２を有するエミッタ電極２１が、特許請求の範囲に記載の電極に相当する。なお、メッキ層２２を有さない構成としても良い。
【００３８】
また、主面２０ａには、エミッタ電極２１とは電気的に独立して、温度センサ２３が形成されている。温度センサ２３は、素子を過熱から保護するために、半導体基板２０（素子）の温度を検出するものである。本実施形態では、温度センサ２３として、ポリシリコンに不純物がドープされてなるダイオードを採用している。また、温度センサ２３の検出信号は、ＩＧＢＴのゲートのオン／オフの制御に用いられ、詳しくは、ＩＧＢＴが過熱状態となる前に、強制的にＩＧＢＴがオフされる。
【００３９】
本実施形態では、温度センサ２３が、図３に示すように、半導体基板２０における素子が形成された領域の中心部に形成されており、エミッタ電極２１は、この温度センサ２３とオーバーラップしないように形成されている。一方、図３に破線で示すように、エミッタ電極２１と接続されるはんだ１２は、温度センサ２３の少なくとも一部とオーバーラップするように配置される。また、半導体基板２０の主面２０ａには、素子と温度センサ２３とを電気的に分離するため、二酸化シリコンなどからなる電気絶縁性の第２絶縁膜２４が形成されている。そして、第２絶縁膜２４上に、温度センサ２３が形成されている。
【００４０】
上記した温度センサ２３は、主面２０ａ上に形成された第１絶縁膜２５によって被覆されている。この第１絶縁膜２５は、エミッタ電極２１と電気的に接続されるはんだ１２に対して、温度センサ２３が電気的に絶縁されるように、温度センサ２３を覆って形成されている。本実施形態では、二酸化シリコンからなる第１絶縁膜２５を採用している。この第１絶縁膜２５は、温度センサ２３だけでなく、第２絶縁膜２４全体を覆っている。
【００４１】
また、はんだ１２と第１絶縁膜２５との間に介在されるように、第１絶縁膜２５を覆って保護部２７が形成されている。この保護部２７は、空気よりも熱伝導率が高い材料を用いて形成され、はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制する機能を発揮する。本実施形態では、保護部２７が、第１絶縁膜２５よりもヤング率の小さい材料を用いて形成されている。詳しくは、ポリイミドからなる絶縁層２６が、第１絶縁膜２５を覆うように形成され、この絶縁層２６が保護部２７をなしている。また、図４に示すように、保護部２７における主面２０ａに接する部分の厚さｔ１が、主面２０ａから第１絶縁膜２５における温度センサ２３を覆う部分の上面までの長さｔ２よりも長くなっている。
【００４２】
なお、図３に示す符号２８は、温度センサ２３のパッド（アノードパッド、カソードパッド）であり、符号２９は、各パッド２８と温度センサ２３とを電気的に接続する配線である。また、符号３０は、ゲートパッドであり、符号３１は、ゲートパッド３０とゲートとを電気的に接続する配線である。図３では、便宜上、配線３１として、半導体基板２０の外周領域に位置する部分のみを図示している。
【００４３】
次に、本実施形態に係る半導体装置１０の特徴部分の効果について説明する。
【００４４】
本実施形態では、半導体チップ１１が、はんだ１２と第１絶縁膜２５との間に介在されるように、第１絶縁膜２５を覆って形成された保護部２７を有しており、半導体基板２０から第２絶縁膜２４を介して温度センサ２３に伝わった熱は、第１絶縁膜２５及び保護部２７を介して、はんだ１２に放熱される。また、ポリイミドからなる絶縁層２６が保護部２７をなしており、ポリイミドの熱伝導率（０．３Ｗ／ｍ・Ｋ）は、空気の熱伝導率よりも高い。したがって、温度センサ２３に伝わった熱を、従来の空隙部を有する構成に較べて効率良くはんだ１２へ放熱させることができる。これにより、温度センサ２３に伝わった熱が放熱されず、過剰に温度が上がって、温度検出精度が低下するのを抑制することができる。すなわち、温度センサ２３による半導体基板２０の温度検出精度を向上することができる。図５は、本実施形態に示す構成の半導体装置１０と、参考例について、熱抵抗の経時変化の実測結果を示しており、実線が本実施形態、破線が参考例である。なお、保護部２７を有さず、はんだ１２と第１絶縁膜２５との間に空隙部を有する従来構成を参考例とした。図５に示す結果からも、保護部２７を有する構成のほうが、空隙部を有する参考例に較べて、熱抵抗が小さい、すなわちはんだ１２に放熱させやすい、ことが明らかである。
【００４５】
また、本実施形態では、Ｓｎ系のはんだ１２を用いており、ポリイミドのヤング率（３ＧＰａ−５ＧＰａ）は、はんだ１２のヤング率（３０ＧＰａ程度）よりも小さく、はんだ１２の変位により、応力が保護部２７に作用する際には保護部２７が弾性変形する。しかしながら、保護部２７のヤング率は、第１絶縁膜２５のヤング率（７０ＧＰａ程度）よりも小さく、保護部２７は第１絶縁膜２５より弾性変形しやすい。したがって、ターミナル１４と半導体チップ１１（半導体基板２０）との線膨張係数差による熱応力がはんだ１２に作用し、はんだ１２が変位して、はんだ変位による応力が保護部２７に作用しても、保護部２７により応力を緩和することができる。このように、保護部２７によって、はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制することができる。このため、第１絶縁膜２５に亀裂等が生じにくくなる。したがって、エミッタ電極２１と温度センサ２３との間にショートが生じるのを抑制することができる。以上により、本実施形態に係る半導体装置１０によれば、エミッタ電極２１と温度センサ２３のショートを抑制しつつ、温度検出精度を向上することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、温度センサ２３が第２絶縁膜２４上に形成されており、第１絶縁膜２５が、温度センサ２３とともに、第２絶縁膜２４を覆って形成されている。このため、垂直方向において、温度センサ２３と第１絶縁膜２５の端面との間に、長い距離を確保することができる。したがって、第１絶縁膜２５において垂直方向に亀裂が生じても、エミッタ電極２１と温度センサ２３との間にショートが生じにくくなる。
【００４７】
また、本実施形態では、保護部２７における主面２０ａに接する部分の厚さｔ１が、主面２０ａから第１絶縁膜２５における温度センサ２３を覆う部分の上面までの長さｔ２よりも長くなっている。換言すれば、はんだ１２と保護部２７との接触界面全域が、厚さ方向において、第１絶縁膜２５よりも上方に位置している。このため、保護部２７上に位置するはんだ１２は、第１絶縁膜２５よりも上方のみに位置することとなる。したがって、垂直方向においてはんだ１２が変位したとしても、はんだ１２の真横には第１絶縁膜２５が存在しないため、変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、半導体基板２０、素子としてパワートランジスタであるＩＧＢＴが形成されており、温度センサ２３は、図３に示すように、半導体基板２０における素子が形成された領域の中心部に形成されている。素子形成領域の中心部は、垂直方向の応力が素子形成領域の端部よりも低いため、これにより、ショートを抑制することができる。また、素子形成領域の中心部、換言すればエミッタ電極２１の中心ほど、温度が高くなるため、中心部に温度センサ２３を設けることで、素子を適切に保護することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００５０】
本実施形態の第１の特徴は、図６及び図７に示すように、エミッタ電極２１が、第１絶縁膜２５を覆うように延設されている。そして、エミッタ電極２１における第１絶縁膜２５を被覆する部分２１ａ（以下、被覆部２１ａと示す）が、保護部２７をなしていることにある。保護部２７は、はんだ１２と第１絶縁膜２５との間に介在されればよいので、はんだ１２の配置領域が温度センサ２３の一部のみとオーバーラップする場合には、少なくともオーバーラップ領域において第１絶縁膜２５を覆うように、エミッタ電極２１が延設されれば良い。
【００５１】
これによれば、エミッタ電極２１の被覆部２１ａが保護部２７をなしているため、保護部２７がエミッタ電極２１と個別に設けられる構成に較べて、部品点数を削減することができる。また、製造工程を簡素化することができる。さらには、半導体基板２０から第２絶縁膜２４を介して温度センサ２３に伝わった熱を、第１絶縁膜２５及び保護部２７である被覆部２１ａを介して、はんだ１２へ放熱させることができる。被覆部２１ａ（エミッタ電極２１）はアルミニウム系材料を用いて形成されており、アルミニウム系材料の熱伝導率は２３７Ｗ／ｍ・Ｋである。したがって、第１実施形態に較べて温度センサ２３に伝わった熱をはんだ１２に逃がしやすいため、温度検出精度をより向上することができる。
【００５２】
また、本実施形態の第２の特徴は、保護部２７のヤング率が、はんだ１２のヤング率よりも大きいことにある。本実施形態では、第１実施形態同様、被覆部２１ａがアルミニウム系材料からなり、はんだ１２がＳｎ系材料からなり、アルミニウム系材料のヤング率（６８ＧＰａ―７０ＧＰａ）は、Ｓｎ系材料のヤング率（３０ＧＰａ程度）よりも大きい。すなわち、保護部２７がはんだ１２より弾性変形しにくい。したがって、ターミナル１４と半導体チップ１１（半導体基板２０）との線膨張係数差による熱応力がはんだ１２に作用し、はんだ１２が変位しても、はんだ１２に接する保護部２７は殆ど変形しない。このように、保護部２７によって、はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制することができる。このため、第１絶縁膜２５に亀裂等が生じにくくなり、エミッタ電極２１と温度センサ２３との間にショートが生じるのを抑制することができる。なお、本実施形態では、第１実施形態同様、第１絶縁膜２５として、ＣＶＤ法を用いて形成されたに二酸化シリコン膜を採用している。二酸化シリコンのヤング率（７０ＧＰａ−８０ＧＰａ）は、被覆部２１ａを構成するアルミニウム系材料のヤング率（６８ＧＰａ―７０ＧＰａ）よりも若干大きい。このため、保護部２７が第１絶縁膜２５より弾性変形しやすい。したがって、第１実施形態同様、はんだ１２が変位して、はんだ変位による応力が保護部２７に作用しても、保護部２７により応力を緩和することができる。この応力緩和機能によっても、はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制することができる。なお、ヤング率が、はんだ１２＜保護部２７＜第１絶縁膜２５の関係を満たす材料構成は、上記例に限定されるものではない。例えば、第１絶縁膜２５としてシリコン窒化膜（ヤング率３００ＧＰａ程度）を採用することもできる。
【００５３】
また、本実施形態では、保護部２７のヤング率が、第１絶縁膜２５のヤング率よりも小さい例を示したが、保護部２７のヤング率が、第１絶縁膜２５のヤング率よりも大きい構成、換言すると、第１絶縁膜２５のヤング率が保護部２７のヤング率よりも小さい構成としても良い。例えば第１絶縁膜２５としてポリイミドを採用しても良い。この場合、保護部２７のヤング率が、はんだ１２のヤング率よりも大きければ、上記したように、はんだ１２が変位しても、はんだ１２に接する保護部２７は殆ど変形しない。したがって、保護部２７により、はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００５５】
本実施形態の特徴は、図８に示すように、第１絶縁膜２５のうち、温度センサ２３の直上に位置する部分を覆うように絶縁層２６が配置され、絶縁層２６の配置されていない部分を覆うように、エミッタ電極２１が延設されている。そして、絶縁層２６及びエミッタ電極２１における被覆部２１ａが、保護部２７をなしていることにある。すなわち、第１実施形態に示す構成と第２実施形態に示す構成とを組み合わせた構成となっている。
【００５６】
なお、本実施形態においても、上記実施形態同様、絶縁層２６がポリイミド、被覆部２１ａ（エミッタ電極２１）がアルミニウム系材料、はんだ１２がＳｎ系材料、第１絶縁膜２５が二酸化シリコンからなる。
【００５７】
これによれば、保護部２７を構成する絶縁層２６が、第１実施形態同様、緩和機能を発揮する。一方、保護部２７を構成する被覆部２１ａが、はんだ１２の変位に対して殆ど変形しない。これら効果により、エミッタ電極２１と温度センサ２３との間にショートが生じるのを抑制することができる。
【００５８】
また、保護部２７の一部が被覆部２１ａで構成されるため、絶縁層２６のみによって保護部２７が構成される場合に較べて、半導体基板２０から第２絶縁膜２４を介して温度センサ２３に伝わった熱を、はんだ１２に逃がしやすいため、温度検出精度を向上することができる。また、温度センサ２３の直上には絶縁層２６が位置するので、直上に被覆部２１ａ（エミッタ電極２１）が位置する場合に較べて、エミッタ電極２１と温度センサ２３との間の距離を長くすることができる。これにより、ショートが生じるのをさらに抑制することができる。
【００５９】
また、はんだ１２の変位による垂直方向の応力が、保護部２７を構成する被覆部２１ａに作用しても、垂直方向において被覆部２１ａに挟まれるように位置する絶縁層２６の緩和機能により、被覆部２１ａに作用する応力を低減することができる。これにより、ショートをより生じにくくすることもできる。
【００６０】
（第４実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００６１】
本実施形態の特徴は、図９に示すように、第２絶縁膜２４上に温度センサ２３が配置された構成において、第１絶縁膜２５が、温度センサ２３を覆うとともに、第２絶縁膜２４の一部のみを覆って形成されていることにある。すなわち、第２絶縁膜２４の一部上に、保護部２７が接触配置されていることにある。図９に示す例では、第２実施形態同様、エミッタ電極２１における被覆部２１ａが保護部２７をなしており、第２絶縁膜２４のうち、第１絶縁膜２５によって被覆されていない部分に被覆部２１ａが接触している。
【００６２】
これによれば、主面２０ａからの第１絶縁膜２５の上面までを一定高さとすると、第２絶縁膜２４と第１絶縁膜２５との段差形状により、第１絶縁膜２５が第２絶縁膜２４全体を覆う構成よりも、被覆部２１ａ（保護部２７）の段差形状が緩やかとなる。このため、はんだ１２の垂直方向の変位に対して保護部２７の抵抗が小さくなり、これにより、はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制することができる。
【００６３】
（第５実施形態）
本実施形態において、上記実施形態に示した半導体装置１０と共通する部分についての説明は割愛する。
【００６４】
上記実施形態では、温度センサ２３とパッド２８とを繋ぐ配線２９について特に言及しなかった。本実施形態の特徴は、図１０に示すように、保護部２７が温度センサ２３の一部のみを覆っている。そして、保護部２７により被覆されていない温度センサ２３の部分に、保護部２７をなす被覆部２１ａ（エミッタ電極２１）と同一材料を用いて形成された配線２９が接続されていることにある。
【００６５】
図１０に示す例では、第２実施形態同様、アルミニウム系材料からなる被覆部２１ａによって保護部２７が構成されており、被覆部２１ａと同一層として、アルミニウム系材料からなる配線２９が配置されている。したがって、被覆部２１ａ（エミッタ電極２１）と配線２９を同一の工程で形成することができる。なお、図１０に示す符号２３ａは、温度センサ２３としてのダイオードのうち、アノードであり、符号２３ｂはカソードである。
【００６６】
なお、図１１に示すように、複数のダイオードを直列接続して温度センサ２３が構成される場合、ダイオード間を接続する連結配線３２についても、被覆部２１ａや配線２９と同一の工程で形成することができる。しかしながら、連結配線３２については、配線２９に対して上層の配線としても良い。例えば図１２に示すように、連結配線３２が、温度センサ２３を被覆する第３絶縁膜３４の上面から厚さ方向に延びて温度センサ２３に接続されたコンタクト部３３ａと、コンタクト部３３ａ間を連結する繋ぎ部３３ｂを有する構成としても良い。図１２では、第３絶縁膜３４及び連結配線３２を覆うように、第１絶縁膜２５が設けられている。
【００６７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００６８】
はんだ１２，第１絶縁膜２５，及び保護部２７の組み合わせは、上記例に限定されるものではない。はんだ１２の変位による応力が第１絶縁膜２５に伝達されるのを抑制できる組み合わせであれば良い。具体的には、はんだ１２よりもヤング率の大きい保護部２７を採用すると良い。また、第１絶縁膜２５よりもヤング率の小さい保護部２７を採用しても良い。より好ましくは、はんだ１２よりもヤング率の大きく、第１絶縁膜２５よりもヤング率の小さい保護部２７を採用すると良い。
【００６９】
上記実施形態では、半導体基板２０に形成された素子として、ＩＧＢＴの例を示した。しかしながら、温度センサ２３により半導体基板２０（素子）の温度が検出されて、その駆動が制御される素子であれば採用することができる。ＩＧＢＴ以外のパワートランジスタ、例えばパワーＭＯＳＦＥＴを採用することもできる。
【００７０】
上記実施形態では、保護部２７における主面２０ａに接する部分の厚さｔ１が、主面２０ａから第１絶縁膜２５における温度センサ２３を覆う部分の上面までの長さｔ２よりも長い例を示した。しかしながら、厚さｔ１が長さｔ２以下とされた構成を採用することもできる。
【００７１】
上記実施形態では、温度センサ２３として、ポリシリコンを用いて形成されたダイオードの例を示した。しかしながら、半導体基板２０に不純物を導入して形成されたダイオードを温度センサ２３としても良い。この場合、温度センサ２３は、半導体基板２０の主面２０ａ上ではなく、半導体基板２０の主面２０ａ側表層に形成されることとなる。この場合、第２絶縁膜２４を不要とすることができる。
【００７２】
上記実施形態では、温度センサ２３が、保護部２７によって被覆される部分にもｐｎ接合を有する例を示した。しかしながら、図１３に示すように、保護部２７によって被覆される部分２３ｃはドープされていないポリシリコンとし、保護部２７によって被覆されない部分にｐｎ接合を有する、すなわちアノード２３ａとカソード２３ｂを有する温度センサ２３を採用することでもきる。
【００７３】
上記実施形態では、一対の放熱部材１３，１５の間に、１つの半導体チップ１１が配置される例を示した。しかしながら、一対の放熱部材１３，１５の間に複数の半導体チップ１１が配置された構成としても良い。例えばＩＧＢＴが構成された半導体チップ１１とフリーホイールダイオードが構成された半導体チップ１１を、一対の放熱部材１３，１５の間に備える構成としても良い。
【００７４】
また、例えば図１４に示す構成の半導体装置１０を採用することもできる。図１４に示す例では、半導体チップ１１が、はんだ１２を介して絶縁基板１８と接続されている。そして、絶縁基板１８は、はんだ１２を介して放熱部材１３と接続されている。一方、半導体チップ１１における温度センサ２３側の面は、はんだ１２を介してリード１９に接続されている。
【符号の説明】
【００７５】
１０・・・半導体装置、１１・・・半導体チップ、１２・・・はんだ、１３・・・放熱部材、１４・・・ターミナル、１５・・・放熱部材、１６・・・リード、１７・・・モールド樹脂、１８・・・絶縁基板、１９・・・リード、２０・・・半導体基板、２０ａ・・・主面、２１・・・エミッタ電極（電極）、２１ａ・・・被覆部、２２・・・メッキ層、２３・・・温度センサ、２４・・・第２絶縁膜、２５・・・第１絶縁膜、２６・・・絶縁層、２７・・・保護部、２８・・・パッド、２９・・・配線、３０・・・ゲートパッド、３１・・・配線、３２・・・連結配線、３４・・・第３絶縁膜
【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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