(57)【要約】【課題】大形化することなく、発熱を迅速に検出することができ、かつ比較的少ない製造工程数で製造することができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】温度センサ４１を、金属材料から成る温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２で構成し、上層絶縁膜３０上であって、ソース電極２０のソース電極出力パッド３５が形成される領域以外の領域上に設ける。これによって、半導体装置１を大形化することなく、温度センサ４１を設けることができる。また比較的少ない製造工程数で、温度センサ４１を備える半導体装置１を製造することができる。また温度センサ４１でソース電極４１の過熱などの異常を迅速に検出することができるので、温度センサ４１で異常が検出されたときに、半導体装置１の動作を止める保護回路を設置することによって、半導体装置１の破壊を防ぐことが可能である。【選択図】図１
2011096699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部と接続される外部出力電極と、前記外部出力電極を覆う絶縁膜とを備える半導体素子と、
前記半導体素子の温度を検出する温度センサとを備え、
前記温度センサは、金属材料から成る配線状の温度センサ配線部と、金属材料から成り、前記温度センサ配線部の両端部に接続され、外部と接続される温度センサ電極部とを備え、
前記温度センサ配線部および前記温度センサ電極部は、前記半導体素子の前記絶縁膜上であって、前記外部出力電極のうち、外部と接続される電極パッドが形成される領域以外の領域上に設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記電極パッドは、前記絶縁膜に形成された複数の開口を通して露出する複数のパッド部分を含み、
前記温度センサ配線部は、前記開口同士の間の前記絶縁膜上に配置される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】
前記温度センサ配線部は、前記開口同士の間の前記絶縁膜のうち、一部分に集中して配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に設けられる半導体素子と、前記半導体素子の温度を検出する温度センサとを備える半導体装置の製造方法であって、
前記半導体基板上に、外部と接続される外部出力電極を含む半導体素子本体を形成する工程と、
前記外部出力電極を覆うように絶縁膜を形成して、前記半導体素子を形成する工程と、
前記絶縁膜上であって、前記外部出力電極のうち、外部と接続される電極パッドが形成される領域以外の領域上に、金属材料から成る金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を部分的に除去することによって、配線状の温度センサ配線部と、前記温度センサ配線部の両端部に接続され、外部と接続される温度センサ電極部とを形成して、前記温度センサを形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、炭化珪素半導体を用いた半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）半導体を用いた半導体装置は、シリコン（Ｓｉ）半導体で形成された半導体装置と比較して、高電圧、大電流および高温での動作に優れているので、次世代の電力用半導体装置として開発が進められている。ＳｉＣ半導体は、Ｓｉ半導体よりも大電流および高温での動作に優れているが、それでも過剰な大電流が流れると、発熱によって素子が破壊される。このような素子の破壊を防ぐ技術が、たとえば特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示される半導体装置では、素子と同一の基板上にＰＮ接合の温度センサが形成されている。半導体装置は、温度センサによって素子の温度を検出し、素子の破壊に至る発熱がある場合は、温度センサに接続される保護回路によって素子の動作を停止するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１に開示される半導体装置では、温度センサを形成するために、以下の製造工程が必要になる。まず、基板の絶縁膜上に多結晶半導体膜を成膜し、部分的にマスクしてイオン注入を行う。次いで、パターニングおよびアニールを行うことによって、多結晶半導体膜のＰＮ接合の温度センサを形成する。そして、温度センサを構成するＰ型およびＮ型の各半導体膜に、外部接続のための金属配線と金属電極パッドとを形成する。このように特許文献１に開示される半導体装置では、製造工程数が多くなるので、歩留まりが低下するとともに、製造コストが上昇するという問題がある。
【０００６】
またＰＮ接合の温度センサは、半導体装置の電流が流れる主要部分以外の領域に形成する必要があるので、ＰＮ接合の温度センサを設けると、チップサイズが大きくなり、製造コストが上昇するという問題が生じる。また、半導体装置は前述の主要部分で発熱するが、ＰＮ接合の温度センサは、前述のように主要部分以外の領域に形成されるので、発熱の検出が遅れ、過熱などの異常の検出が遅れるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、大形化することなく、発熱を迅速に検出することができ、かつ比較的少ない製造工程数で製造することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体装置は、外部と接続される外部出力電極と、前記外部出力電極を覆う絶縁膜とを備える半導体素子と、前記半導体素子の温度を検出する温度センサとを備え、前記温度センサは、金属材料から成る配線状の温度センサ配線部と、金属材料から成り、前記温度センサ配線部の両端部に接続され、外部と接続される温度センサ電極部とを備え、前記温度センサ配線部および前記温度センサ電極部は、前記半導体素子の前記絶縁膜上であって、前記外部出力電極のうち、外部と接続される電極パッドが形成される領域以外の領域上に設けられることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に設けられる半導体素子と、前記半導体素子の温度を検出する温度センサとを備える半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上に、外部と接続される外部出力電極を含む半導体素子本体を形成する工程と、前記外部出力電極を覆うように絶縁膜を形成して、前記半導体素子を形成する工程と、前記絶縁膜上であって、前記外部出力電極のうち、外部と接続される電極パッドが形成される領域以外の領域上に、金属材料から成る金属膜を形成する工程と、前記金属膜を部分的に除去することによって、配線状の温度センサ配線部と、前記温度センサ配線部の両端部に接続され、外部と接続される温度センサ電極部とを形成して、前記温度センサを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置によれば、半導体素子と温度センサとを備えて、半導体装置が構成される。温度センサの温度センサ配線部および温度センサ電極部は、いずれも金属材料から成るので、同時に形成することが可能である。これによって、従来技術のようにＰＮ接合素子で温度センサを構成する場合と比較して、温度センサを形成するための製造工程数を削減することができるので、比較的少ない製造工程数で半導体装置を製造することができる。したがって、量産性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００１１】
また温度センサは、半導体素子の外部出力電極を覆う絶縁膜上であって、外部出力電極の電極パッドが形成される領域以外の領域上に設けられる。これによって、半導体素子の有効面積を減少させることなく、温度センサを設けることができるので、温度センサを設けることによる大形化および製造コストの上昇を抑制することができる。また前述のように外部出力電極の電極パッドが形成される領域以外の領域に温度センサを設けることによって、外部出力電極の発熱を迅速に検出することができるので、従来技術に比べて、外部出力電極の過熱などの異常をより早く検出することができる。外部出力電極は、半導体素子の中でも、発熱による破壊が起こりやすい部分である。この外部出力電極の異常を、前述のように従来技術に比べてより早く検出することができるので、発熱による半導体素子の破壊をより確実に防ぐことができる。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体基板上に半導体素子本体が形成され、この半導体素子本体の外部出力電極を覆うように絶縁膜が形成される。この絶縁膜上であって、外部出力電極のうちの電極パッドが形成される領域以外の領域上に金属膜が形成される。この金属膜が部分的に除去されて、温度センサ配線部と温度センサ電極部とを備える温度センサが形成される。これによって、温度センサ配線部と温度センサ電極部とを同時に形成することができるので、従来技術のようにＰＮ接合素子で温度センサを構成する場合と比較して、温度センサを形成するための製造工程数を削減することができる。したがって、比較的少ない製造工程数で半導体装置を製造することができるので、量産性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００１３】
また温度センサ配線部および温度センサ電極部は、半導体素子の外部出力電極を覆う絶縁膜上であって、外部出力電極の電極パッドが形成される領域以外の領域上に形成されるので、温度センサを設けることによる大形化および製造コストの上昇を抑制することができる。また外部出力電極の発熱を迅速に検出することのできる半導体装置を実現することができるので、従来技術に比べて、外部出力電極の過熱などの異常をより早く検出することができ、発熱による半導体素子の破壊をより確実に防ぐことができる半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である半導体装置１を示す平面図である。
【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た半導体装置１を示す断面図である。
【図３】層間絶縁膜１８の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図４】ドレイン電極１９の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図５】温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図６】保護膜３３および裏面接続電極２１の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である半導体装置１Ａを示す平面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態である半導体装置１Ｂを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態である半導体装置１を示す平面図である。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た半導体装置１を示す断面図である。図１では、理解を容易にするために、図２に示す保護膜３３を取除いた状態の半導体装置１を示す。本実施の形態では、半導体装置１は、炭化珪素（ＳｉＣ）半導体を用いた半導体装置である。半導体装置１は、電力用半導体装置として好適に用いられる。半導体装置１は、半導体基板である炭化珪素（ＳｉＣ）基板１１上に、金属酸化物半導体（Metal Oxide Semiconductor；略称：ＭＯＳ）構造の電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；略称：ＦＥＴ）１０が形成されている。以下、ＭＯＳ構造のＦＥＴを「ＭＯＳＦＥＴ」という。
【００１６】
半導体装置１の外部出力パッドは、図１に示すように、ＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側の表面全体に形成されたドレイン電極１９と、ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側に形成されたソース電極出力パッド３５、ゲート電極出力パッド３６および２つの温度センサ出力パッド３４とを備えて構成される。ドレイン電極１９は、それ自体が外部出力パッドとして機能する。ソース電極出力パッド３５は、ソース電極２０の外部出力パッドである。ゲート電極出力パッド３６は、ゲート電極１７の外部出力パッドである。温度センサ出力パッド３４は、温度センサ４１の外部出力パッドである。
【００１７】
温度センサ４１は、金属の配線抵抗体で形成される温度センサ配線部３１と、温度センサ配線部３１に電気的に接続される温度センサ電極部３２とを備えて構成される。温度センサ電極部３２は、外部出力電極として機能する。温度センサ配線部３１は、ソース電極出力パッド３５を囲繞するように、ソース電極出力パッド３５の外側周囲に配設されている。温度センサ配線部３１は、温度センサ４１の外部出力電極である温度センサ電極部３２と同じ金属、たとえばアルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）およびタングステン（Ｗ）から選ばれる１種または２種以上の金属で形成される。図１では、理解を容易にするために、温度センサ配線部３１を太線の実線で示す。
【００１８】
ＭＯＳＦＥＴ１０は、本実施の形態では、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴ１０は、図２に示すように、ＳｉＣ基板１１と、ドリフト領域１２と、ソース領域１３と、ベース領域１４と、高濃度のｐ型（以下「ｐ＋」という場合がある）の領域であるｐ＋コンタクト領域１５と、ゲート酸化膜１６と、ゲート電極１７と、層間絶縁膜１８と、ドレイン電極１９と、ソース電極２０と、裏面接続電極２１と、厚膜絶縁膜２４と、外部出力ゲート電極２５と、シリサイド膜２８とを備えて構成される。ＳｉＣ基板１１、ドリフト領域１２、ソース領域１３、ベース領域１４、ｐ＋コンタクト領域１５、ゲート酸化膜１６、ゲート電極１７、層間絶縁膜１８、ドレイン電極１９、ソース電極２０、裏面接続電極２１および厚膜絶縁膜２４は、半導体素子本体を構成する。
【００１９】
外部出力ゲート電極２５は、ゲート電極１７に電気的に接続され、ゲート電極１７の外部出力電極として機能する。外部出力ゲート電極２５は、図１に示すように、ソース電極２０を囲繞するように設けられ、ソース電極２０の周囲で、複数のゲート用コンタクトホール２３を介してゲート電極１７と電気的に接続される。外部出力ゲート電極２５は、ゲート電極１７の外部出力パッド３６を構成する。外部出力ゲート電極２５は、たとえばアルミニウムによって形成される。
【００２０】
ソース電極２０は、それ自体が外部出力電極として機能する。以下、ソース電極２０を、「外部出力ソース電極２０」という場合がある。ソース電極２０は、ソース用コンタクトホール２２を介して、ソース領域１３とｐ＋コンタクト領域１５とに電気的に接続される。ソース電極２０は、外部出力ゲート電極２５と同じ金属、たとえばアルミニウムによって形成される。
【００２１】
温度センサ４１の温度センサ配線部３１と温度センサ電極部３２とは、ソース電極２０上に形成される上層絶縁膜３０上に形成される。温度センサ配線部３１上には、たとえばポリイミド膜で構成される保護膜３３が形成される。保護膜３３は、ソース電極出力パッド３５、ゲート電極出力パッド３６、および２つの温度センサ出力パッド３４の部分で開口されている。ソース電極出力パッド３５の部分では、上層絶縁膜３０も開口されている。ソース電極出力パッド３５は、ソース電極２０のうち、上層絶縁膜３０および保護膜３３に形成されるソース開口４３を通して露出する部分で構成される。ゲート電極出力パッド３６は、外部出力ゲート電極２５のうち、保護膜３３に形成されるゲート開口４４を通して露出する部分で構成される。温度センサ出力パッド３４は、温度センサ電極部３２のうち、保護膜３３に形成されるセンサ開口４２を通して露出する部分で構成される。
【００２２】
ＳｉＣ基板１１は、たとえば、高濃度のｎ型（以下「ｎ＋」という場合がある）の半導体基板であり、たとえばウェハによって実現される。ＳｉＣ基板１１は、ＳｉＣから成り、シリコン（Ｓｉ）基板よりもバンドギャップの広いワイドバンドギャップを有する半導体基板である。ＳｉＣ基板１１上には、低濃度のｎ型（以下「ｎ−」という場合がある）の半導体層であるドリフト領域１２が形成されている。ドリフト領域１２は、ＳｉＣ基板１１上にエピタキシャル成長させて形成される。
【００２３】
ドリフト領域１２の表層部の所定の領域に、電流出力領域であるｎ＋型のソース領域１３と、ｐ型のベース領域１４と、ｐ＋型のｐ＋コンタクト領域１５とが形成されている。ベース領域１４は、ソース領域１３を囲繞するドリフト領域１２の表層部に選択的に形成される。ベース領域１４は、その表面からの深さ寸法が、ソース領域１３の表面からの深さ寸法よりも大きく形成される。ソース領域１３は、ベース領域１４の表層部に選択的に形成される。
【００２４】
ソース領域１３の中央には、ｐ＋コンタクト領域１５が形成されている。ｐ＋コンタクト領域１５は、ソース電極２０とベース領域１４との電気的なコンタクトを取るためのものである。以下では、ドリフト領域１２、ソース領域１３、ベース領域１４およびｐ＋コンタクト領域１５を総称して、「第１ＳｉＣ領域１２〜１５」という場合がある。またソース領域１３およびｐ＋コンタクト領域１５を総称して、「第２ＳｉＣ領域１３，１５」という場合がある。
【００２５】
ドリフト領域１２上には、ゲート酸化膜１６を介して、たとえばポリシリコン膜から成るゲート電極１７が形成されている。ゲート電極１７は、図２に示すように、ソース電極２０の周囲に形成された厚膜絶縁膜２４上まで延設されている。厚膜絶縁膜２４は、ゲート酸化膜１６よりも厚く形成される。本実施の形態では、厚膜絶縁膜２４として、酸化膜、たとえば酸化珪素膜が用いられる。厚膜絶縁膜２４は、酸化膜に限定されるものではなく、本発明の他の実施の形態では、酸化膜の代わりに他の絶縁膜を厚膜絶縁膜２４として用いてもよい。
【００２６】
またゲート電極１７を覆うように、層間絶縁膜１８が形成されている。層間絶縁膜１８は、たとえば酸化膜から成る。層間絶縁膜１８およびゲート酸化膜１６には、第２ＳｉＣ領域１３，１５とソース電極２０とのコンタクトを取るために、第１のコンタクトホールであるソース用コンタクトホール２２が開口されている。ソース用コンタクトホール２２は、第２ＳｉＣ領域１３，１５上の層間絶縁膜１８およびゲート酸化膜１６をエッチング除去して形成される。また層間絶縁膜２３には、ドリフト領域１２上に厚膜絶縁膜２４を介して形成されたゲート電極１７と外部出力ゲート電極２５とのコンタクトを取るために、第２のコンタクトホールであるゲート用コンタクトホール２３が開口されている。ゲート用コンタクトホール２３は、当該ゲート電極１７上の層間絶縁膜２３をエッチング除去して形成される。
【００２７】
外部出力ソース電極２０は、ソース用コンタクトホール２２内で、ソース領域１３とｐ＋コンタクト領域１５とに電気的に接続されている。他方、外部出力ソース電極２０の周辺部の層間絶縁膜１８上には、たとえばアルミニウム膜から成る外部出力ゲート電極２５が形成されている。外部出力ゲート電極２５は、ゲート用コンタクトホール２３内で、ゲート電極１７に電気的に接続されている。
【００２８】
ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面上には、ドレイン電極１９が形成されている。本実施の形態では、ドレイン電極１９は、金属膜およびシリサイド膜から成る。ドレイン電極１９を構成するシリサイド膜は、たとえばニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）膜である。ドレイン電極１９上には、裏面接続電極２１が形成される。本実施の形態では、裏面接続電極２１は、第１金属膜２１ａと第２金属膜２１ｂとの積層膜から成る。裏面接続電極２１は、たとえば、第１金属膜２１ａがニッケル（Ｎｉ）膜であり、第２金属膜２１ｂが金（Ａｕ）膜である、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層膜から成る。
【００２９】
外部出力ソース電極２０と裏面接続電極１９との間に高電圧を印加しても、ゲート電極１７に電圧を印加していない場合には、ゲート電極１７の直下に形成されているベース領域１４にはチャネルが形成されないので、電子が流れない。したがってゲート電極１７に電圧を印加していない場合には、半導体装置１はオフ状態となる。ゲート電極１７に正電圧を印加すると、ベース領域１４の上側にチャネルが形成され、ソース領域１３から、チャネル領域であるベース領域１４、ドリフト領域１２、ＳｉＣ基板１１、ドレイン電極１９の経路で電子が流れるようになる。したがってゲート電極１７に電圧を印加した場合には、半導体装置１はオン状態となる。このように、ゲート電極１７に印加する電圧であるゲート電圧によって、半導体装置１において電流が流れるか否か、すなわち半導体装置１のオン、オフを制御することができる。
【００３０】
次に本発明の第１の実施の形態における半導体装置１の製造方法について説明する。図３〜図６は、本発明の第１の実施の形態における半導体装置１の製造方法を説明するための図である。図３は、層間絶縁膜１８の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。まず、ＳｉＣ基板１１上に、エピタキシャル成長によって、炭化珪素から成るｎ型の半導体層であるドリフト領域１２を形成する。
【００３１】
次いで、たとえば写真製版およびイオン注入によって、ドリフト領域１２の表層部である上部に、ｐ型のベース領域１４を選択的に形成するとともに、ベース領域１４の上部に、ｎ＋型のソース領域１３および、ｐ導電型のベースコンタクト領域であるｐ＋コンタクト領域１５を選択的に形成する。具体的に述べると、ベース領域１４、ソース領域１３およびｐ＋コンタクト領域１５は、各領域に不純物イオンを注入した後、１５００℃以上の高温でアニールして活性化することによって形成される。ｎ型の領域であるソース領域１３となる部分には、ｎ型不純物、たとえば窒素（Ｎ）イオンが注入される。ｐ型の領域であるベース領域１４およびｐ＋コンタクト領域１５となる部分には、ｐ型不純物、たとえばアルミニウム（Ａｌ）イオンが注入される。
【００３２】
次に、たとえば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；略称：ＣＶＤ）法によって、ドリフト領域１２上に、厚膜絶縁膜２４となる絶縁膜として、膜厚が１μｍ程度の酸化膜を形成する。その後、写真製版およびエッチングによって、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａに形成された前記酸化膜を除去する。これによって、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの周辺部に厚膜絶縁膜２４が形成される。
【００３３】
その後、酸素および水蒸気を含む雰囲気中で、１０００℃程度の温度下で、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの第１ＳｉＣ領域１２〜１５の上部を酸化することによって、ゲート酸化膜１６として、熱酸化膜を形成する。以下、ゲート酸化膜１６は、熱酸化膜であるものとして説明するが、ゲート酸化膜１６は、これに限ったものではなく、ＣＶＤ法で形成した酸化膜でもよいし、それら酸化膜の組み合わせであってもよい。
【００３４】
次に、たとえばＣＶＤ法によって、ゲート電極１７となるポリシリコン膜である多結晶シリコン膜を形成して、写真製版およびエッチングを行う。これによって、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａにおいて、ドリフト領域１２とソース領域１３とに挟まれたベース領域１４上に、ゲート酸化膜１６を介してゲート電極１７を形成する。また、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの周辺部において、ドリフト領域１２上に、厚膜絶縁膜２４を介してゲート電極１７を形成する。ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａにおいて、ゲート電極１７は、隣り合う２つのソース領域１３間にわたって形成される。
【００３５】
このようにして、図３に示すように、ドリフト領域１２とソース領域１３とに挟まれたベース領域１４上、およびドリフト領域１２上に、ゲート酸化膜１６および厚膜絶縁膜２４から成る第１の絶縁膜４０を介して、多結晶シリコン膜から成るゲート電極１７を形成する。次に、たとえばＣＶＤ法によって、第２の絶縁膜である層間絶縁膜１８として、酸化膜を形成する。以上のような製造工程を経ることによって、図３に示す構造が得られる。
【００３６】
図４は、ドレイン電極１９の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。前述のようにして層間絶縁膜１８を形成した後、写真製版および反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；略称：ＲＩＥ）を行う。これによって、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａのゲート酸化膜１６および層間絶縁膜１８を部分的にエッチングして、ｎ＋型のソース領域１３の表面およびｐ＋コンタクト領域１５の表面を部分的に露出するソース用コンタクトホール２２を形成する。またＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの周辺部の層間絶縁膜１８を部分的にエッチングして、ゲート電極１７の表面を部分的に露出するゲート用コンタクトホール２３を形成する。
【００３７】
次いで、ソース用コンタクトホール２２を通して露出するソース領域１３の表面に、シリサイド膜２８を形成する。シリサイド膜２８としては、たとえばＮｉＳｉ膜を形成する。ＮｉＳｉ膜は、たとえばスパッタ法によってＮｉ膜を堆積させて１０００℃程度の熱処理をして、ソース用コンタクトホール２２で露出したソース領域１３の表面であるＳｉＣ表面とＮｉ膜とを反応させて形成する。次いで、ソース用コンタクトホール２２およびゲート用コンタクトホール２３を充填するように、層間絶縁膜１８上に、たとえばスパッタ法によって、膜厚が３μｍ以上５μｍ以下程度の金属膜を形成する。金属膜は、たとえばアルミニウム膜である。次いで、この金属膜を、写真製版およびエッチングを行うことによって部分的に除去して、外部出力ソース電極２０および外部出力ゲート電極２５を形成する。
【００３８】
次いで、ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面に、シリサイド膜および金属膜を順次形成し、ドレイン電極１９を形成する。シリサイド膜としては、たとえばＮｉＳｉ膜を形成する。ＮｉＳｉ膜は、たとえばスパッタ法によってＮｉ膜を堆積させて１０００℃程度の熱処理をして、ＳｉＣ基板１１の表面とＮｉ膜とを反応させて形成する。このようにして、外部出力ソース電極２０、外部出力ゲート電極２５およびドレイン電極１９を含む半導体素子本体が形成される。以上のような製造工程を経ることによって、図４に示す構造が得られる。
【００３９】
図５は、温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。外部出力ソース電極２０および外部出力ゲート電極２５を形成した後は、まず、外部出力ソース電極２０および外部出力ゲート電極２５の上に上層絶縁膜３０を形成する。上層絶縁膜３０は、外部出力ソース電極２０および外部出力ゲート電極２５、ならびに外部出力ソース電極２０と外部出力ゲート電極２５との間で露出する層間絶縁膜１８を覆うように形成される。上層絶縁膜３０は、たとえば、プラズマＣＶＤ法によって形成した酸化珪素膜または窒化珪素膜である。上層絶縁膜３０は、これに限定されず、シラノールをアルコールなどの溶剤に溶かした溶液または有機シロキサン樹脂などをスピン塗布法によって塗布して形成した無機または有機のＳＯＧ（Spin On Glass）などでもよい。
【００４０】
次いで、上層絶縁膜３０上に金属膜を形成した後、写真製版およびエッチングを行って金属膜を部分的に除去して、温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２を形成する。これによって、温度センサ４１が形成される。温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２となる金属膜は、たとえばアルミニウム、白金、パラジウム、チタンおよびタングステンから選ばれる１種または２種以上から成る金属膜である。以上のような製造工程を経ることによって、図５に示す構造が得られる。
【００４１】
図６は、保護膜３３および裏面接続電極２１の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。前述のようにして形成した温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２の上に、たとえばスピン塗布法によって、保護膜３３として、ポリイミド膜を形成する。次いで、写真製版およびエッチングを行うことによって、温度センサ出力パッド３４およびソース電極出力パッド３５の部分を開口する。
【００４２】
温度センサ出力パッド３４の部分では、温度センサ電極部３２上の保護膜３３がエッチングによって開口される。この保護膜３３に形成されるセンサ開口４２を通して露出する温度センサ電極部３２の部分が、温度センサ出力パッド３４となる。ソース電極出力パッド３５の部分では、外部出力ソース電極２０上の保護膜３３と上層絶縁膜３０とがエッチングによって開口される。この保護膜３３と上層絶縁膜３０とに形成されるソース開口４３を通して露出する外部出力ソース電極２０の部分が、ソース電極出力パッド３５となる。
【００４３】
次いで、ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面に形成されたドレイン電極１９上に、たとえばスパッタ法によって、第１金属膜２１ａとしてＮｉ膜、第２金属膜２１ｂとしてＡｕ膜を順次形成して、ニッケルおよび金の積層膜から成る裏面接続電極２１を形成する。以上のような製造工程を経ることによって、図６に示す構造が得られる。
【００４４】
以上のように図３〜図６に示す製造工程を経ることによって、図１および図２に示す半導体装置１が製造される。半導体装置１の外部への電気的な接続は、ワイヤボンド法によって行われる。具体的には、ワイヤを、温度センサ出力パッド３４、ソース電極出力パッド３５およびゲート電極出力パッド３６にそれぞれ接続することによって行われる。ワイヤとしては、たとえばアルミニウムから成るワイヤが用いられる。
【００４５】
半導体装置１において、電流は、半導体基板１１の厚み方向一方側のソース電極２０から、半導体基板１１の厚み方向他方側のドレイン電極１９に流れるので、ソース電極出力パッド３５に接続されるワイヤには、他のパッド３４，３６に接続されるワイヤに比べて、大電流が流れる。したがって、ソース電極出力パッド３５に接続するワイヤとしては、大電流によるワイヤの溶断を防ぐために、たとえば２００μｍ以上４００μｍ以下程度の比較的太い直径のワイヤを複数本用いて、複数本のワイヤをソース電極出力パッド３５に接続する。ゲート電極出力パッド３６および温度センサ出力パッド３４には、電流は殆ど流れないので、ワイヤとしては、１００μｍ以下の比較的細い直径のワイヤを１本だけ用いてもよいし、ソース電極出力パッド３５に接続するワイヤと同じ直径のワイヤを用いてもよい。
【００４６】
ソース電極出力パッド３５にワイヤを接続することによって、ソース電極２０へのワイヤボンドが行われる。ソース電極２０へのワイヤボンドは、電流を分散させるために、ソース電極２０全体に複数本のワイヤを接続して行うことが望ましいが、ソース電極２０の周辺部およびゲート電極１７の周辺にはワイヤを接続しにくいので、ワイヤは接続しない。したがって、ソース電極出力パッド３５は、図１に示すようにソース電極２０の内側で矩形状に開口していればよい。ソース電極２０のソース電極出力パッド３５以外の領域は、外部との接続に使用されない領域となる。このソース電極２０の接続に使用されない領域である、ソース電極２０のソース電極出力パッド３５以外の領域上に、温度センサ配線部３１および温度センサ電極部３２が形成される。
【００４７】
次に、本発明の温度センサ４１による温度検出方法について説明する。温度センサ４１の温度センサ配線部３１は、たとえば数十Ω以上数ｋΩ以下の金属配線抵抗体である。温度センサ４１は、温度センサ配線部３１の両端に接続される２つの温度センサ電極部３２間の抵抗を測定することによって、温度を検出する。２つの温度センサ電極部３２間の抵抗は、たとえば、２つの温度センサ電極部３２間に微小な定電流を流して、２つの温度センサ電極部３２間の電圧を測定することによって測定される。
【００４８】
温度センサ配線部３１を構成する金属としては、抵抗温度係数（Temperature Coefficient of Resistance；略称：ＴＣＲ）が高く、ＭＯＳＦＥＴ１０上に容易に形成でき、かつ特性が安定している金属を用いる。金属の抵抗は、温度が上がると高くなる。たとえば、白金抵抗体のＴＣＲは、約４０００ｐｐｍ／℃であるので、１００Ωの白金抵抗体を用いた場合は、０．４Ω／℃の感度を有する温度センサ４１になる。
【００４９】
各温度センサ電極部３２の外部出力パッドであるセンサ出力パッド３４は、不図示の温度検出回路に接続される。温度検出回路は、２つの温度センサ電極部３２間に定電流を流して測定される電圧に基づいて温度を検出する。このようにセンサ出力パッド３４を温度検出回路に接続することによって、素子の温度、本実施の形態ではＭＯＳＦＥＴ１０の温度を監視することが可能になる。したがって、温度検出回路から出力される信号を用いて、ＭＯＳＦＥＴ１０の温度が所定の温度以上になったときに、ＭＯＳＦＥＴ１０の動作を停止する保護回路を構成することができる。
【００５０】
次に、温度検出機能を有する保護回路の動作について説明する。ＭＯＳＦＥＴ１０に過電流が流れてＭＯＳＦＥＴ１０の温度が上昇すると、２つの温度センサ電極部３２間の抵抗が上昇する。ＭＯＳＦＥＴ１０の温度が、ＭＯＳＦＥＴ１０の破壊につながる所定の温度以上に上昇したときには、２つの温度センサ電極部３２間の抵抗値は、前記所定の温度に対応する所定の抵抗値まで上昇している。この所定の抵抗値以上に上昇すると、保護回路は、ＭＯＳＦＥＴ１０の動作を停止して、ＭＯＳＦＥＴ１０の温度上昇を抑え、ＭＯＳＦＥＴ１０の破壊を防ぐ。
【００５１】
以上のように本実施の形態の半導体装置１によれば、温度センサ４１は、金属材料から成り、ソース電極２０上の上層絶縁膜３０上に形成された金属配線抵抗体から成る温度センサ配線部３１と、温度センサ電極部３２とで構成された構造になっている。この構造では、従来技術のようにＰＮ接合素子などで温度センサを構成する場合と比較して、イオン注入工程およびマスク工程などが減り、製造工程数が減る。すなわち、温度センサを形成するための製造工程数を削減することができる。これによって、比較的少ない製造工程数で半導体装置１を製造することができる。したがって、量産性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００５２】
また、従来技術のようにポリシリコンを用いたＰＮ接合素子で構成される温度センサの場合、製造工程数を削減するために、ＭＯＳＦＥＴ１０のゲート電極１７を構成するポリシリコン膜と、ＰＮ接合素子のポリシリコン膜とは、１つの工程で形成される。この場合、ＰＮ接合素子は、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａ以外の領域、具体的には、単位セル形成部１０Ａの周囲の領域に形成する必要がある。また温度センサであるＰＮ接合素子の出力電極も、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａ以外の領域、具体的には、単位セル形成部１０Ａの周囲の領域に形成する必要がある。これによって、チップサイズが大きくなってしまい、製造コストが上昇してしまう。ＭＯＳＦＥＴ１０のゲート電極１７と、温度センサであるＰＮ接合素子のポリシリコン膜とを兼ねることもできるが、信号を取り出す配線を形成する必要があり、チップサイズが大きくなってしまい、製造コストが上昇してしまう。
【００５３】
これに対して、本実施の形態の半導体装置１によれば、温度センサ４１は、ソース電極２０のソース電極出力パッド３５Ａが形成される領域以外の領域上に形成されるので、温度センサ４１を内蔵しても、チップサイズは大きくならない。つまり、ＭＯＳＦＥＴ１０の有効面積を減少させることなく、温度センサ４１を設けることができるので、本実施の形態では、大形化することなく、温度センサ４１を設けることができる。したがって、温度センサ４１を設けることによる大形化および製造コストの上昇を抑制することができる。
【００５４】
またＳｉＣ半導体は、Ｓｉに比べると耐熱性が高いので、過電流による発熱では、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの各電極を構成する金属配線が破壊される。前述のように、電流はソース電極２０からドレイン電極１９に流れるので、まず、ソース電極２０を構成する金属配線が破壊される。
【００５５】
従来技術のように、ポリシリコンを用いたＰＮ接合素子で温度センサを構成する場合は、温度センサは、ＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａ以外の領域、具体的には、単位セル形成部１０Ａの周囲の領域に形成する必要がある。したがって、発熱の検出が遅れ、過熱などの異常の検出が遅れてしまう。
【００５６】
これに対して、本実施の形態の半導体装置１によれば、温度センサ４１は、ソース電極２０上の上層絶縁膜３０上に形成されているので、ソース電極２０の発熱を迅速に検出することができる。これによって、従来技術に比べて、ソース電極２０の過熱などの異常をより早く検出することができる。ソース電極２０は、前述のように、ＭＯＳＦＥＴ１０の中でも、発熱による破壊が起こりやすい部分である。本実施の形態では、このソース電極２０の異常を、従来技術に比べて、より早く検出することができるので、発熱によるＭＯＳＦＥＴ１０の破壊をより確実に防ぐことができる。したがって、信頼性を向上させることができる。
【００５７】
＜第２の実施の形態＞
図７は、本発明の第２の実施の形態である半導体装置１Ａを示す平面図である。本実施の形態の半導体装置１Ａは、前述の第１の実施の形態の半導体装置１と構成が類似しているので、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１の実施の形態と共通する説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態の半導体装置１Ａは、前述の第１の実施の形態の半導体装置１と同様に、ＳｉＣ基板１１上にＭＯＳＦＥＴ１０が形成されている。半導体装置１Ａの外部出力パッドは、ＳｉＣ基板１１の厚み方向他方側の表面全体に形成されたドレイン電極と、ＳｉＣ基板１１の厚み方向一方側に形成されたソース電極出力パッド３５Ａ、ゲート電極出力パッド３６および２つの温度センサ出力パッド３４とを備えて構成される。
【００５９】
第１の実施の形態では、ソース電極出力パッド３５を規定するソース開口４３は、ソース電極２０の内側に大きく形成された１個の開口であったが、本実施の形態の半導体装置１Ａでは、ソース電極出力パッド３５Ａを規定するソース開口５１は、３×３の９個に分割されている。換言すれば、ソース電極出力パッド３５Ａは、９個の部分に分割されている。以下、ソース電極出力パッド３５Ａの分割された各部分を、パッド部分５０という。
【００６０】
ソース電極出力パッド３５Ａの各パッド部分５０は、ソース電極２０の一部分であり、各ソース開口５１を通して露出する。パッド部分５０は、行列状に配置される。本実施の形態では、９個のパッド部分５０は、３個ずつ、３列に配置される。ソース電極２０に接続されるワイヤは、各パッド部分５０にそれぞれ接続される。各パッド部分５０には、１本または複数本のワイヤが接続される。
【００６１】
温度センサ４１Ａは、第１の実施の形態における温度センサ４１と同様に、温度センサ配線部３１Ａと温度センサ電極部３２とを備えて構成される。温度センサ配線部３１Ａは、第１の実施の形態における温度センサ配線部３１と同様に、金属の配線抵抗体で形成される。本実施の形態では、温度センサ配線部３１Ａは、ソース電極出力パッド３５Ａのパッド部分５０を規定するソース開口５１同士の間の上層絶縁膜３０上に配置されている。より詳細には、温度センサ配線部３１Ａは、各ソース開口５１を囲繞するように配置されている。ソース開口５１の列が隣り合う部分では、温度センサ配線部３１Ａは、ソース開口５１の隣り合う２つの列間に配置されている。さらに具体的には、温度センサ配線部３１Ａを構成する配線抵抗体は、一方の温度センサ電極部３２から出て、ソース開口５１の各列に沿って屈曲して、他方の温度センサ電極部３２に達する。
【００６２】
本実施の形態における半導体装置１Ａの製造方法および動作は、第１の実施の形態と同一であるので、説明を省略する。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、温度センサ４１Ａは、金属材料から成り、ソース電極２０上の上層絶縁膜３０上に形成された金属配線抵抗体から成る温度センサ配線部３１Ａと、温度センサ電極部３２とで構成された構造になっている。
【００６３】
この構造の温度センサ４１Ａでは、第１の実施の形態における温度センサ４１と同様に、従来技術のようにＰＮ接合素子などで温度センサを構成する場合と比較して、イオン注入工程およびマスク工程などが減り、製造工程数が減る。これによって、比較的少ない製造工程数で半導体装置１Ａを製造することができるので、量産性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００６４】
また本実施の形態の半導体装置１Ａによれば、温度センサ４１Ａは、第１の実施の形態における温度センサ４１と同様に、ソース電極２０のソース電極出力パッド３５Ａが形成される領域以外の領域上に形成されるので、温度センサ４１Ａを内蔵しても、チップサイズは大きくならない。したがって、大形化することなく、温度センサ４１Ａを設けることができるので、温度センサ４１Ａを設けることによる大形化および製造コストの上昇を抑制することができる。
【００６５】
またＳｉＣ半導体は、Ｓｉに比べると耐熱性が高いので、過電流による発熱では、まずＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの各電極を構成する金属配線、特にソース電極２０を構成する金属配線が破壊される。本実施の形態の半導体装置１Ａによれば、前述の第１の実施の形態と同様に、温度センサ４１Ａは、ソース電極２０上の上層絶縁膜３０上に形成されているので、発熱による破壊が起こりやすいソース電極２０の発熱を迅速に検出することができる。これによって、従来技術に比べて、ソース電極２０の過熱などの異常をより早く検出することができる。したがって、従来技術に比べて、発熱によるＭＯＳＦＥＴ１０の破壊をより確実に防ぐことができるので、信頼性を向上させることができる。
【００６６】
また本実施の形態では、分割開口されたソース開口５１同士の間の上層絶縁膜３０上に温度センサ配線部３１Ａが配置されているので、ソース電極２０のいずれの場所が発熱しても、発熱を迅速に検出することができる。したがって、過熱などの異常をより確実に検出することができるので、半導体装置１Ａの破壊をより確実に防ぐことができる。
【００６７】
＜第３の実施の形態＞
図８は、本発明の第３の実施の形態である半導体装置１Ｂを示す平面図である。本実施の形態の半導体装置１Ｂは、前述の第１の実施の形態の半導体装置１および第２の実施の形態の半導体装置１Ａと構成が類似しているので、対応する箇所には同一の参照符を付して、第１および第２の実施の形態と共通する説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の半導体装置１Ｂは、前述の第２の実施の形態の半導体装置１Ａと同様に、ソース電極出力パッド３５Ａを規定するソース開口５１が、３×３の９個に分割されている。ソース電極２０に接続されるワイヤは、９個に分割された各パッド部分５０に接続される。各パッド部分５０には、１本または複数本のワイヤが接続される。
【００６９】
温度センサ４１Ｂは、第１および第２の実施の形態における温度センサ４１，４１Ａと同様に、温度センサ配線部３１Ｂと温度センサ電極部３２とを備えて構成される。温度センサ配線部３１Ｂは、第２の実施の形態における温度センサ配線部３１Ａと同様に、金属の配線抵抗体で形成され、ソース電極出力パッド３５Ａのパッド部分５０を規定するソース開口５１同士の間の上層絶縁膜３０上に配置されている。前述の第２の実施の形態では、ソース開口５１同士の間の上層絶縁膜３０上に温度センサ配線部３１Ａがほぼ均一に配置されているのに対して、本実施の形態では、ある特定の領域に集中して温度センサ配線部３１Ｂが配置されている。図８では、温度センサ配線部３１Ｂが、ソース電極２０の中心部のパッド部分５０を規定するソース開口５１の周囲の上層絶縁膜３０に集中して配置されている場合の配置例を示している。
【００７０】
本実施の形態における半導体装置１Ｂの製造方法および動作は、第１の実施の形態と同一であるので、説明を省略する。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、温度センサ４１Ｂは、金属材料から成り、ソース電極２０上の上層絶縁膜３０上に形成された金属配線抵抗体から成る温度センサ配線部３１Ｂと、温度センサ電極部３２とで構成された構造になっている。
【００７１】
この構造の温度センサ４１Ｂでは、第１および第２の実施の形態における温度センサ４１，４１Ａと同様に、従来技術のようにＰＮ接合素子などで温度センサを構成する場合と比較して、イオン注入工程およびマスク工程などが減り、製造工程数が減る。これによって、比較的少ない製造工程数で半導体装置１Ｂを製造することができるので、量産性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００７２】
また本実施の形態の半導体装置１Ｂによれば、温度センサ４１Ｂは、第１および第２の実施の形態における温度センサ４１，４１Ａと同様に、ソース電極２０のソース電極出力パッド３５Ａが形成される領域以外の領域上に形成されるので、温度センサ４１Ｂを内蔵しても、チップサイズは大きくならない。したがって、大形化することなく、温度センサ４１Ｂを設けることができるので、温度センサ４１Ｂを設けることによる大形化および製造コストの上昇を抑制することができる。
【００７３】
またＳｉＣ半導体は、Ｓｉに比べると耐熱性が高いので、過電流による発熱では、まずＭＯＳＦＥＴ１０の単位セル形成部１０Ａの各電極を構成する金属配線、特にソース電極２０を構成する金属配線が破壊される。本実施の形態の半導体装置１Ｂによれば、前述の第１および第２の実施の形態と同様に、温度センサ４１Ｂは、ソース電極２０上の上層絶縁膜３０上に形成されているので、発熱による破壊が起こりやすいソース電極２０の発熱を迅速に検出することができる。これによって、従来技術に比べて、ソース電極２０の過熱などの異常をより早く検出することができるので、発熱によるＭＯＳＦＥＴ１０の破壊をより確実に防ぐことができる。したがって、信頼性を向上させることができる。
【００７４】
また本実施の形態では、ソース電極２０の中心部のパッド部分５０を規定するソース開口５１の周囲の上層絶縁膜３０に集中して、温度センサ配線部３１Ｂが配置されている。これによって、半導体装置１Ｂが、ソース電極２０の中心部のパッド部分５０の周辺に発熱が起こりやすい構造または動作条件になっている場合に、前述の第２の実施の形態に比べて、発熱を感度良く検出することができ、過熱などの異常を感度良く検出することができる。したがって、半導体装置１Ｂの破壊をより確実に防ぐことができる。
【００７５】
図８では、ソース電極２０の中心部のパッド部分５０を規定するソース開口５１の周囲の上層絶縁膜３０に集中して温度センサ配線部３１Ｂが配置されている例を示したが、温度センサ配線部３１Ｂの配置はこれに限定されない。半導体装置１Ｂの動作条件および構造、ならびにソース電極出力パッド３５Ａへのワイヤの接続本数および接続位置によっては、ソース電極２０の中心部よりも、周辺部、上部または下部などの他の領域で発熱が起こりやすい場合がある。この場合は、発熱が起こりやすい領域上の上層絶縁膜３０に集中して温度センサ配線部３１Ｂを配置することが好ましい。これによって、発熱が起こりやすい領域の異常を感度良く検出することができるので、半導体装置の破壊をより確実に防ぐことができる。
【００７６】
以上に述べた第２および第３の実施の形態では、ソース電極出力パッド３５Ａを規定するソース開口５１が、３×３の９個に分割されている例を示したが、ソース開口５１の分割状態は、これに限定されない。たとえば、２×２の４個または３×５の１５個など、どのような分割でもよい。
【００７７】
また以上に述べた第１〜第３の実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴ１０は、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴであるが、ドーパントの極性を反転させて、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴとしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，１Ａ，１Ｂ  半導体装置、１０  ＭＯＳＦＥＴ、１１  ＳｉＣ基板、１２  ドリフト領域、１３  ソース領域、１４  ベース領域、１５  ｐ＋コンタクト領域、１６  ゲート酸化膜、１７  ゲート電極、１８  層間酸化膜、１９  ドレイン電極、２０  ソース電極、２１  裏面接続電極、２２  ソース用コンタクトホール、２３  ゲート用コンタクトホール、２４  厚膜絶縁膜、２５  外部出力ゲート電極、３０  上層絶縁膜、３１，３１Ａ，３１Ｂ  温度センサ配線部、３２  温度センサ電極部、３３  保護膜、３４  温度センサ出力パッド、３５，３５Ａ  ソース電極出力パッド、３６  ゲート電極出力パッド、４１，４１Ａ，４１Ｂ  温度センサ。
【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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