(57)【要約】【課題】  半導体装置内で最も高温になる領域の温度を正確に検知する技術を提供する。【解決手段】  第１導電型の第１半導体領域２０と、第１半導体領域２０の表面に接しており、第２導電型の第２半導体領域１８と、第１半導体領域２０を貫通して第２半導体領域１８に達している複数のトレンチ５，１９を有している。トレンチ５内に、絶縁膜６を介して第１半導体領域２０と第２半導体領域１８の双方に対向する温度検知素子４が充填されており、トレンチ１９内に、絶縁膜６を介して第１半導体領域２０と第２半導体領域１８の双方に対向するゲート電極１４が充填されている。【選択図】  図１
2008235600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物を含む第１半導体領域と、
第１半導体領域の表面に接しており、第２導電型の不純物を含む第２半導体領域と、
第２半導体領域を貫通して第１半導体領域に達している複数のトレンチと、
を有しており、
少なくとも１つのトレンチ内に、絶縁膜を介して第１半導体領域と第２半導体領域の双方に対向する温度検知素子が充填されており、
他のトレンチ内に、絶縁膜を介して第１半導体領域と第２半導体領域の双方に対向するゲート電極が充填されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数個の温度検知素子が分散して配置されていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
隣接する温度検知素子の間に、ゲート電極が充填されているトレンチが１本以上存在していることを特徴とする請求項２の半導体装置。
【請求項４】
第２半導体領域の表面の少なくともゲート電極に対向する位置に第１導電型の第３半導体領域が形成されており、
第３半導体領域の表面で第３半導体領域に電気的に接続している一方の主電極が形成されており、
第１半導体領域の裏面側に第１導電型又は第２導電型の第４半導体領域が形成されており、
第４半導体領域の裏面で第４半導体領域に電気的に接続している他方の主電極が形成されており、
温度検知素子を挟んで隣り合うゲート電極が充填されているトレンチ間の距離が、一対の主電極の間に形成されている半導体領域の厚みの５分の１以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの半導体装置。
【請求項５】
温度検知素子がダイオードであることを特徴とする請求項１から４のいずれかの半導体装置。
【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、半導体装置に温度を検知する素子を付加し、半導体装置が高温に晒されて破壊されるに至ることを防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を動作させると半導体装置が発熱する。発熱により半導体装置が高温に晒されると、半導体装置が破壊してしまう虞がある。そのため、半導体装置に温度を検知する素子（以下、温度検知素子と称する）を付加し、半導体装置の温度が所定温度に到達すると半導体装置に流れる電流値を制限し、半導体装置の発熱量を抑制し、半導体装置が破壊するに至ることを防止する必要がある。
複数の半導体単位構造が作り込まれている半導体装置では、半導体単位構造の温度を検知するために、半導体装置の一部分に温度検知素子を形成する。半導体装置に温度検知素子を形成することによって、半導体装置が過熱されることを防止している。
【０００３】
特許文献１に、ｎ−型半導体領域（ｎ−型ドリフト層）と、ｎ−型半導体領域の表面に接しているｐ−型半導体領域（ｐ−型ベース層）と、ｐ−型半導体領域を貫通してｎ−型半導体領域まで達している複数のトレンチ（第２のトレンチ）を有しており、それらのトレンチ内に、絶縁膜を介してｎ−型半導体領域とｐ−型半導体領域の双方に対向しているゲート電極が充填されている半導体装置が開示されている。温度検知素子（Ｐｏｌｙ−Ｓｉダイオード）を形成するために、温度検知素子を形成する位置にあるトレンチ内にはゲート電極を充填しない。温度検知素子を形成する範囲では、ｐ−型半導体領域の厚みを厚くしたディープウェル領域を形成し、そのディープウェル領域内にトレンチ（第１のトレンチ）を形成し、そのトレンチ内に絶縁膜を介してディープウェル領域に対向する温度検知素子を形成する。従来の技術では、温度検知素子がｐ−型半導体領域のみに対向しており、ｎ−型半導体領域には対向していない。なお、温度検知素子をディープウェル領域内に形成する理由については記載されていない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７０８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体装置の場合、半導体装置内部に形成されたｐ−型半導体領域内に温度検知素子が形成されており、半導体装置内部の温度を検知することができる。しかしながら、ｐ−型半導体領域内に温度検知素子を形成すると、半導体装置内で最も高温になる部分の温度を検知することができない。半導体装置内で最も高温になる部分は、ｎ−型半導体領域とｐ−型半導体領域が接合する部分である。特許文献１の技術では、両者の接合部分の温度を検知することができないため、温度検知素子が所定温度を検知するよりも前に、半導体装置が破壊してしまう虞がある。特許文献１の半導体装置で半導体装置の破壊を防止するためには、温度検知素子が検知した温度に基づいて、ｎ−型半導体領域とｐ−型半導体領域の接合部分の温度を推測する必要がある。ｎ−型半導体領域とｐ−型半導体領域の接合部分と、ｐ−型のディープウェル領域内では構造が異なるため、温度を推測することが極めて困難である。半導体装置内で最も高温になる部分の温度を正確に検知する技術が必要とされている。
本発明では、半導体装置内で最も高温になる部分の温度を正確に検知する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、導電型が異なる半導体領域の接合部分を貫通するトレンチを形成し、そのトレンチ内に温度検知素子を充填する。半導体装置内で最も高温になる部分の温度を正確に検知することができる。
本発明の半導体装置は、第１導電型の不純物を含む第１半導体領域と、第１半導体領域の表面に接しており、第２導電型の不純物を含む第２半導体領域と、第２半導体領域を貫通して第１半導体領域に達している複数のトレンチを有している。複数のトレンチの少なくとも１つのトレンチ内に、絶縁膜を介して第１半導体領域と第２半導体領域の双方に対向する温度検知素子が充填されており、他のトレンチ内に、絶縁膜を介して第１半導体領域と第２半導体領域の双方に対向するゲート電極が充填されている。
【０００７】
上記の半導体装置によると、温度検知素子が絶縁膜を介して第１半導体領域と第２半導体領域の双方に対向している。すなわち、温度検知素子が、異なる導電型の半導体領域の接合部分（半導体装置内で最も高温になる部分）に対向している。半導体装置内で最も高温になる部分の温度を正確に検知することができる。温度検知素子が検知した温度を直接利用して、半導体装置に流す電流を調節することができる。半導体装置が過熱され、破壊されるに至ることを防止できる。
【０００８】
本発明の半導体装置では、複数個の温度検知素子が分散して配置されていることが好ましい。
上記したように、半導体装置内では、異なる導電型の半導体領域の接合部分（以下、ｐｎ接合部分と称すことがある）が最も高温になる。しかしながら、半導体装置を平面視すると、その平面内で温度の不均一が生じることがある。半導体装置内に電流集中が生じたり、半導体装置が搭載される部材の熱抵抗の違いによって、半導体装置を平面視した平面内で温度の不均一が生じてしまうことがあるからである。半導体装置内に温度分布がある場合、半導体装置内に温度検知素子を１つだけ形成しても、温度検知素子が形成されている部分のｐｎ接合部分が最も高温にならないと、半導体装置を過熱から保護できないことがある。
半導体装置内に複数個の温度検知素子を分散して配置することによって、半導体装置内で温度の不均一が生じたとしても、最も高温になる部分の温度を正確に検知することができる。半導体装置が高温に晒されて破壊されるに至ることを、より確実に防止することができる。
【０００９】
本発明の半導体装置では、隣接する温度検知素子の間に、ゲート電極が充填されているトレンチが１本以上存在していることが好ましい。
上記の半導体装置によると、温度検知素子が形成されている部分において、第１半導体領域と第２半導体領域の温度が低下することを抑制できる。温度検知素子が形成されている近傍の半導体領域には電流が流れない。複数個の温度検知素子を互いに隣接して形成すると、その複数個の温度検知素子が形成されている部分において、第１半導体領域と第２半導体領域の温度が低下する。しかしながら、温度検知素子が充填されているトレンチと隣接するトレンチにゲート電極が充填されていると、温度検知素子が形成されている部分の半導体領域の温度が低下することを防止できる。半導体装置内の温度が高い部分の温度を正確に検知することができる。
【００１０】
本発明の半導体装置では、第２半導体領域の表面の少なくともゲート電極に対向する位置に第１導電型の第３半導体領域が形成されており、第３半導体領域の表面で第３半導体領域に電気的に接続している一方の主電極が形成されており、第１半導体領域の裏面側に第１導電型又は第２導電型の第４半導体領域が形成されており、第４半導体領域の裏面で第４半導体領域に電気的に接続している他方の主電極が形成されており、温度検知素子を挟んで隣り合うゲート電極が充填されているトレンチ間の距離が、一対の主電極の間に形成されている半導体領域の厚みの５分の１以下であることが好ましい。
【００１１】
上記の半導体装置によると、ゲート電極にオン電圧を印加すると、ゲート電極に対向する範囲の第２半導体領域の導電型が反転し、第３半導体領域と第１半導体領域を電気的に導通させるためのチャネル領域が形成される。しかしながら、温度検知素子に対向する範囲の第２半導体領域の導電型は反転しない。すなわち、温度検知素子が充填されているトレンチが通過している近傍のｐｎ接合部分には電流が流れない。電流が流れない領域のｐｎ接合部分の温度は、電流が流れる領域のｐｎ接合部分の温度よりも低くなる。
温度検知素子を挟んで隣り合うゲート電極が充填されているトレンチ間の距離が、一対の主電極の間に形成されている半導体領域の厚みに対して大きくなりすぎると、温度検知素子が形成されている部分の半導体領域の温度が低くなり、半導体装置内の最も温度が高い部分の温度を検知することができないことがある。しかしながら、温度検知素子を挟んで隣り合うゲート電極が充填されているトレンチ間の距離が上記の範囲を満足していると、チャネルが形成される半導体領域のｐｎ接合部分と、チャネルが形成されない（温度検知素子が充填されているトレンチが通過している）半導体領域のｐｎ接合部分の温度差が顕著に抑制される。
半導体装置内の最も温度が高い部分の温度を、精度よく検知することができる。
【００１２】
本発明の半導体装置では、温度検知素子がダイオードであることが好ましい。
ダイオードは、温度が変化することによって流れる電流が変化するという特性を有している。そのダイオードの特性を利用して、半導体装置内の温度を精度よく検知することができる。また、ダイオードは、ｐ型半導体とｎ型半導体を接合させることによって形成することができる。両者の接合面積を変化させることによって、温度検知素子の感度を容易に変えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、半導体装置内で最も高温になる部分の温度を正確に検知することができる。半導体装置が過熱されて破壊するに至ることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の特徴を列記する。
（第１形態）  温度検知素子４はダイオードであり、絶縁膜６を介してトレンチ５内に充填されている。トレンチ５内の底部にｎ型の不純物を含む半導体領域４ｂが形成されており、半導体領域４ｂの表面にｐ型の不純物を含む半導体領域４ａが形成されている。
（第２形態）  温度検知素子１０４はダイオードであり、絶縁膜６を介してトレンチ５内に充填されている。トレンチ５内にｎ型の半導体領域１０４ｂが充填されており、半導体領域１０４ｂにトレンチ１１７が形成されている。トレンチ１１７内にｐ型の不純物を含む半導体領域１０４ａが形成されている。
（第３形態）  温度検知素子２０４はダイオードであり、絶縁膜６を介してトレンチ５内に充填されている。トレンチ５内にｎ型の半導体領域２０４ｂが充填されており、半導体領域２０４ｂに２つのトレンチ２１７が形成されている。各々のトレンチ２１７内にｐ型の不純物を含む半導体領域２０４ｂが形成されている。
（第４形態）  温度検知素子３０４は、ダイオード３０４Ｘとダイオード３０４Ｙが直列に接続されており、絶縁膜６を介してトレンチ５内に充填されている。
【実施例】
【００１５】
図面を参照して以下に実施例を詳細に説明する。なお、実施例ではＩＧＢＴについて説明するが、本発明の技術をＭＯＳ等に適用することもできる。
（実施例１）
図１に、本実施例の半導体装置１０の断面図を模式的に示す。なお、図１では、図面の明瞭化のために、一部の構成についてはハッチングを省略している。図２に、図１の破線Ａで囲まれた部分の拡大図を示している。なお、半導体装置１０の各部の構成は、実際のサイズの縮尺を正確に表すものではない。図面の明瞭化のために、図面の縮尺を適宜変更している。
図１に示しているように、半導体装置１０の裏面に、コレクタ電極（高電圧側の主電極）３０が形成されている。コレクタ電極３０の表面に、ｐ＋型のコレクタ領域（第４半導体領域）２８が形成されている。コレクタ領域２８の表面に、ｎ＋型のバッファ領域２４が形成されている。バッファ領域２４の表面に、ｎ型（第１導電型）のドリフト領域（第１半導体領域）２０が形成されている。ドリフト領域２０の表面に、ｐ型（第２導電型）のベース領域（第２半導体領域）１８が形成されている。
【００１６】
図２に示しているように、ベース領域１８の表面に、複数個のｎ＋型のエミッタ領域（第３半導体領域）１２が形成されている。各々のエミッタ領域１２は、ベース領域１８によってドリフト領域２０から分離されている。エミッタ領域１２とベース領域１８を貫通してドリフト領域２０に達するトレンチ１９が形成されている。エミッタ領域１２が形成されていない部分に、ベース領域１８を貫通してドリフト領域２０に達するトレンチ５が形成されている。
トレンチ１９の内壁は絶縁膜（ゲート絶縁膜）１７で被覆されており、トレンチ５の内壁は絶縁膜６で被覆されている。トレンチ１９内に、ゲート絶縁膜１７を介してゲート電極１４が充填されている。ゲート電極１４は、ゲート絶縁膜１７を介して、エミッタ領域１２とドリフト領域２０を分離している範囲のベース領域１８に対向している。ゲート電極１４は、ゲート絶縁膜１７を介してドリフト領域２０にも対向している。すなわち、ゲート電極１４は、ゲート絶縁膜１７を介してドリフト領域２０とベース領域１８の双方に対向している。トレンチ５内に、絶縁膜６を介して温度検知素子４が充填されている。温度検知素子４は、絶縁膜６を介してドリフト領域２０とベース領域１８の双方に対向している。温度検知素子４は、ｎ型の半導体領域４ｂの表面にｐ型の半導体領域４ａが形成されたダイオードである。なお、半導体領域４ｂの端部と半導体領域４ａの端部に配線（図示省略）が接続されており、その配線が電源電圧に接続している。
ボディ領域１８の表面に、ｐ＋型の半導体領域（ベースコンタクト領域）８が形成されている。ベース領域１８とソース領域１２とベースコンタクト領域８の表面に、エミッタ電極（低電圧側の主電極）１６が形成されている。絶縁膜２によって、ゲート電極１４と温度検知素子４は、エミッタ電極１６と絶縁されている。
【００１７】
半導体装置１０の動作について説明する。
図１，２に示すように、ｎ＋型のエミッタ領域１２が、ｐ型のベース領域１８によって、ｎ型のドリフト領域２０から電気的に分離されている。ゲート電極１４に電圧を印加していない状態では、エミッタ領域１２とドリフト領域２０の間の電子の走行が停止されるため、半導体装置１０はオフしている。ゲート電極１４に電圧が印加されると、ゲート電極１４に対向する範囲のベース領域１８の導電型が反転し、ベース領域１８に電子が走行するためのチャネルが形成され、半導体装置１０はオンする。すなわち、半導体装置１０は、ノーマリーオフの動作を行う。半導体装置１０がオンしているときは、エミッタ領域１２からドリフト領域２０に向けて電子が供給され、コレクタ領域２８からドリフト領域２０に向けて正孔（ホール）が供給される。なお、ベースコンタクト領域８が形成されているため、エミッタ電極１６とベース領域１８が導通し、ベース領域１８の電位を安定化させることができる。
温度検知素子４の半導体領域４ｂを電源の一方の極性に接続し、半導体領域４ａを電源の他方の極性に接続することによって、温度検知素子４に電流を流すことができる。半導体装置１０の温度が変化すると、温度検知素子４に流れる電流の値が変化する。すなわち、温度検知素子４に流れる電流の値によって、半導体装置１０の温度を検知することができる。半導体装置１０を動作させ続けると、半導体装置１０が発熱する。温度検知素子４が所定温度を超えたことを検知すると、ゲート電極１４に印加する電圧を小さくして、半導体装置１０に流れる電流を制限する。温度検知素子４はダイオードであり、半導体領域４ｂと半導体領域４ａに常に電圧が印加されている。
【００１８】
半導体装置１０内で最も温度が高くなる部分は、ｐ型のベース領域１８とｎ型のドリフト領域２０が接合する部分（以下、ｐｎ接合部分と称することがある）である。トレンチ５は、ベース領域１８を貫通してドリフト領域２０に達している。すなわち、温度検出素子４は、絶縁膜６を介して半導体装置１０内で最も温度が高くなる部分に対向している。温度検知素子４が所定温度を検知したときに、半導体装置１０を流れる電流を小さくすることによって、半導体装置１０が所定温度以上になることを防止できる。半導体装置１０が高温に晒されて破壊されることを防止できる。
なお、温度検知素子４が形成されている近傍のｐｎ接合部分には電流が流れない。すなわち、温度検知素子４が形成されている近傍のｐｎ接合部分の温度は、ゲート電極１４が形成されている近傍のｐｎ接合部分の温度よりも低くなることがある。しかしながら、チャネルを通過してきた電子や、コレクタ領域２８から供給された正孔は、ドリフト領域２０内を放射状に移動する。温度検知素子４が形成されている近傍のｐｎ接合部分の温度が、ゲート電極１４が形成されている近傍のｐｎ接合部分の温度よりも顕著に低くなることはない。
【００１９】
図１を参照して半導体装置１０の特長を詳細に説明する。本実施例の半導体装置１０では、温度検知素子４を挟んで隣り合うゲート電極１４が充填されているトレンチ１９，１９間の距離Ｘが、エミッタ電極１６とコレクタ電極３０の間（一対の主電極間）に形成されている半導体領域の厚みＹの５分の１以下である。
上述したように、温度検知素子４が形成されている近傍のｐｎ接合部分の温度は、ゲート電極１４が形成されている近傍のｐｎ接合部分の温度よりも低くなることがある。特に、距離Ｘが大きく、厚みＹが小さい場合、温度検知素子４の近傍では電子や正孔の移動が少なくなる。距離Ｘが厚みＹの５分の１以下の場合、温度検知素子４の近傍でも電子や正孔の移動が活発であり、温度検知素子４に対向するｐｎ接合部分と、ゲート電極１４に対向するｐｎ接合部分の温度差をほとんど無視することができる。
図９に、温度検知素子４を挟んで隣り合うトレンチ１９，１９の距離をＸとし、エミッタ電極１６とコレクタ電極３０の間に形成されている半導体領域の厚みをＹとしたときに、温度検知素子４に対向する部分（以下、温度検知部分と称することがある）の温度と、温度検知素子４の隣のゲート電極１４に対向する部分（以下、半導体素子部分と称することがある）の温度の差を表すグラフを示している（図１も参照）。グラフの横軸は、厚みＹに対する距離Ｘの割合（Ｘ／Ｙ）を示しており、グラフの縦軸は、半導体素子部分と温度検知部分の温度差（℃）を示している。
図９から明らかなように、Ｘ／Ｙの値が大きくなるに従って、半導体素子部分と温度検知部分の温度差が大きくなっている。しかしながら、Ｘ／Ｙの値が０．２（５分の１）以下の範囲では、半導体素子部分と温度検知部分の温度差がほとんどみられない。すなわち、Ｘ／Ｙの値が０．２（５分の１）以下の範囲では、温度検知部分の温度を測定することによって、半導体素子部分の温度を精度よく検知することができることを示している。
【００２０】
なお、本実施例では、トレンチ１９，１９間の距離よりもトレンチ５，１９間の距離の方が大きい（図１，２を参照）。しかしながら、トレンチ１９，１９間の距離とトレンチ５，１９間の距離は等しくてもよいし、トレンチ１９，１９間の距離よりもトレンチ５，１９間の距離の方が小さくてもよい。
また、本実施例では、Ｘ／Ｙの値が０．２（５分の１）以下である。しかしながら、Ｘ／Ｙの値が０．２よりも大きくてもよい。図９に示すように、Ｘ／Ｙの値が０．２よりも大きい範囲では、Ｘ／Ｙの値が大きくなるに従って、半導体素子部分と温度検知部分の温度差が直線的に増加している。Ｘ／Ｙの値に応じて、温度検知素子４が検知した温度を、半導体素子部分の温度に補正することもできる。
【００２１】
（実施例２）
図３を参照して本実施例の半導体装置について説明する。本実施例の半導体装置は、半導体装置１０の変形例であり、温度検知素子の構造のみが異なる。ここでは、温度検知素子についてのみ説明し、他の構造については説明を省略する。
図３に、温度検知素子１０４の部分拡大図を示している。温度検知素子１０４は、絶縁膜６を介してトレンチ５内（図１を参照）に充填されている。温度検知素子１０４は、ｎ型半導体領域１０４ｂとｐ型半導体領域１０４ａが接合したダイオードである。ｎ型半導体領域１０４ｂにトレンチ１１７が形成されており、トレンチ１１７内にｐ型半導体領域１０４ａが形成されている。
半導体領域１０４ｂを電源の一方の極性に接続し、半導体領域１０４ａを電源の他方の極性に接続することによって、温度検知素子１０４に電流を流すことができる。温度検知素子１０４は、温度検知素子４よりもｐｎ接合の面積を大きくすることができる。すなわち、温度検知素子１０４は、温度検知素子４よりも大きな電流が流れることができる。温度検知素子１０４にノイズ等が印加されても、そのノイズの影響を相対的に小さくすることができるため、温度検知素子４よりもＳ／Ｎ比（signal to noise ratio）を向上させることができる。また、トレンチ５の幅を大きくすることなく、ｐｎ接合の面積を大きくすることができる。
【００２２】
（実施例３）
図４を参照して本実施例の半導体装置について説明する、本実施例の半導体装置は、半導体装置１０の変形例であり、温度検知素子の構造のみが異なる。ここでは、温度検知素子についてのみ説明し、他の構造については説明を省略する。
図４に、温度検知素子２０４の部分拡大図を示している。温度検知素子２０４は、絶縁膜を介してトレンチ５内（図１を参照）に充填されている。温度検知素子２０４は、ｎ型半導体領域２０４ｂとｐ型半導体領域２０４ａが接合したダイオードである。ｎ型半導体領域２０４ｂに２つのトレンチ２１７が形成されており、各々のトレンチ２１７内にｐ型半導体領域２０４ａが形成されている。なお、２つのｐ型半導体領域２０４ａは、図４に図示しない範囲で接続されている。
半導体領域２０４ｂを電源の一方の極性に接続し、半導体領域２０４ａを電源の他方の極性に接続することによって、温度検知素子２０４に電流を流すことができる。本実施例の方法でも、ｐｎ接合の面積を大きくすることができる。温度検知素子２０４は、温度検知素子４，１０４よりも大きな電流が流れることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２３】
（実施例４）
図５を参照して本実施例の半導体装置について説明する。本実施例の半導体装置は、半導体装置１０の変形例であり、温度検知素子の構造のみが異なる。ここでは、温度検知素子について説明し、他の構造については説明を省略する。
図５に、温度検知素子３０４の部分拡大図を示している。温度検知素子３０４は、絶縁膜を介してトレンチ５内（図１を参照）に充填されている。温度検知素子３０４は、２つのダイオード３０４Ｘ，３０４Ｙが電極３２を介して直列に接続されたものである。ｎ型半導体領域３０４ｄとｐ型半導体領域３０４ｃが接合してダイオード３０４Ｙが形成されている。ｎ型半導体領域３０４ｂとｐ型半導体領域３０４ａが接合してダイオード３０４Ｘが形成されている。ｎ型半導体領域３０４ｄにトレンチ３１７ｃが形成されており、トレンチ３１７ｃ内にｐ型の半導体領域３０４ｃが形成されている。半導体領域３０４ｃにトレンチ３１７ｂが形成されており、トレンチ３１７ｂの内壁に電極３２が形成されている。トレンチ３１７ｂ内に電極３２を介して、ｎ型の半導体領域３０４ｂが形成されている。半導体領域３０４ｂにトレンチ３１７ａが形成されており、トレンチ３１７ａ内にｐ型の半導体領域３０４ａが形成されている。
半導体領域３０４ｄを電源の一方の極性に接続し、半導体領域３０４ａを電源の他方の極性に接続することによって、温度検知素子３０４に電流を流すことができる。ダイオード３０４Ｘ，３０４Ｙは、ｐｎ接合の面積を大きくすることができるため、大きな電流を流すことができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、ダイオード３０４Ｘとダイオード３０４Ｙが直列に接続されているため、大きな電圧を印加することができる。大きな電圧で温度検知素子３０４を動作させることができるため、Ｓ／Ｎ比が極めて高い温度検知素子を実現することができる。
【００２４】
（実施例５）
図６を参照して半導体装置４００について説明する。半導体装置４００は、半導体装置１０の変形例であるため、半導体装置１０と実質的に同じ構成には同じ参照番号を付すことによって説明を省略する。
図６に示しているように、半導体装置４００では、複数個の温度検知素子４が分散して配置されている。図６には、温度検知素子４が２つ示されている。半導体装置４００を平面視したときに、半導体装置内で温度の不均一が生じたとしても、最も高温になる部分の温度をより正確に検知することができる。半導体装置内で最も高温になる部分をより正確に検知することができる。また、図６に示しているように、温度検知素子４がトレンチ内に形成されているため、エミッタ電極１６の構造を複雑にすることなく、温度検知素子４を複数個形成することができる。また、温度検知素子４と電気的に接続する配線を、温度検知素子４の表面の全てに形成する必要がない。例えば、エミッタ電極１６が形成されていない部分にのみ、その配線を形成することができる。すなわち、温度検知素子４の表面を避けるようにエミッタ電極１６を形成する必要がないため、温度検知素子４を複数個形成してもエミッタ電極１６の構造が複雑化することがない。
隣接する温度検知素子４，４の間に、ゲート電極１４が充填されているトレンチ１９が存在している。温度検知素子４の近傍の温度が低下することを防止できる。
なお、本実施例では、温度検知素子４が２つ示されているが、温度検知素子４を３つ以上形成することもできる。特に大型の半導体装置では、半導体装置内の最も高温になる部分の温度を正確に検知するために、複数の温度検知素子を形成することが有効である。
【００２５】
（実施例６）
図７，８を参照して半導体装置５００について説明する。図７は、半導体装置５００の断面図を示し、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図を示している。半導体装置５００は、半導体装置１０の変形例であり、温度検知素子の構造が半導体装置１０と異なるだけである。半導体装置１０と実質的に同じ構成には同じ参照番号を付すことによって説明を省略する。
図８に示しているように、トレンチ５の内部に、絶縁膜６を介して温度検知素子５０４が形成されている。温度検知素子５０４は、ｎ型半導体領域５０４ｂとｐ型半導体領域５０４ａが接合したダイオードである。図７に示しているように、ｐ型半導体領域５０４ａは、トレンチ５内の底部から表面まで充填されている。図示は省略しているが、ｎ型半導体領域５０４ｂも、トレンチ５内の底部から表面まで充填されている。半導体装置５００でも、温度検知素子５０４がｐｎ接合部分を通過しているため、半導体装置５００内で温度が高くなる部分の温度を検知することができる。
【００２６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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、上記実施例では、半導体装置のキャリアが電子の場合について説明した。すなわち第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型の場合について説明した。しかしながら、キャリアが正孔である半導体装置、すなわち、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型の半導体装置でもよい。
上記実施例では、温度検知素子がダイオードの例について説明した。しかしながら、温度検知素子はダイオードに限定されるものではない。温度を検知する機能を有するものであればよく、例えば抵抗を利用することもできる。抵抗に流れる電流値の変化から半導体装置内の温度を検知することができる。
【００２７】
実施例１，５の温度検知素子では、ｎ型半導体領域の表面にｐ型半導体領域が形成されているダイオードについて説明した。ｐ型半導体領域の表面にｎ型半導体領域を形成することもできる。
実施例２から４の温度検知素子では、ｎ型半導遺体領域にトレンチを形成し、そのトレンチ内にｐ型半導体領域が形成されているダイオードについて説明した。ｐ型半導体領域にトレンチを形成し、そのトレンチ内にｎ型半導体領域を形成することもできる。
実施例４では、２つのダイオードが直列に接続された温度検知素子について説明した。３つ以上のダイオードを直列に接続することもできる。また、ｎ型半導体領域の表面にｐ型半導体領域を形成して第１のダイオードを完成し、そのｐ型半導体領域の表面に電極を形成し、その電極の表面に第２のダイオードを形成することもできる。その場合も、２つのダイオードが直列に接続されるため、温度検知素子に印加できる電圧を大きくすることができる。
実施例５では、実施例１のダイオードを分散して複数個形成した半導体装置について説明した。実施例２〜４，６のダイオードを分散して複数個形成することもできる。
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、出願時の請求項に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の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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１の半導体装置の断面図を示す。
【図２】実施例１の半導体装置の破線Ａ部の拡大図を示す。
【図３】実施例２の半導体装置における温度検知素子の拡大図を示す。
【図４】実施例３の半導体装置における温度検知素子の拡大図を示す。
【図５】実施例４の半導体装置における温度検知素子の拡大図を示す。
【図６】実施例５の半導体装置の断面図を示す。
【図７】実施例６の半導体装置の断面図を示す。
【図８】実施例６の半導体装置のVIII−VIII線に沿った断面図を示す。
【図９】半導体領域の厚さに対するトレンチ間距離と、半導体装置内の温度差の関係を表すグラフを示す。
【符号の説明】
【００２９】
４，１０４，２０４，３０４，４０４，５０４：温度検知素子
６：ゲート絶縁膜
１０：半導体装置
１４：ゲート電極
１６：低電圧側電極
１８：第２半導体領域
２０：第１半導体領域
３０：高電圧側電極
【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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