(57)【要約】【課題】半導体装置を生産するときに工程数を削減することができる技術を提供する。【解決手段】半導体装置１は、半導体基板２と、半導体基板２の上に形成された絶縁膜３と、絶縁膜３の上に形成され、温度検知部４１と温度検知部４１から分離されて温度検知部４１の周囲に形成された周辺保護部４２とを備え、温度に応じて電気抵抗が変化するＳＩｎＳｉＮ膜４と、温度検知部４１に接続された配線６とを備えている。【選択図】図２
2016021454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成され、温度検知部と前記温度検知部から分離されて前記温度検知部の周囲に形成された周辺保護部とを備え、温度に応じて電気抵抗が変化するＳＩｎＳｉＮ膜と、
前記温度検知部に接続された配線と、を備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２には、半導体装置が開示されている。特許文献１の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上に形成された絶縁膜とを備えている。また、特許文献２の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の上に形成された絶縁膜と、絶縁膜の上に形成された温度センスダイオードとを備えている。特許文献２の温度センスダイオードでは、ポリシリコンにｎ型およびｐ型の半導体領域が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０３４３０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１０８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体装置では、温度センス用の素子として温度センスダイオードを用いている。そのため、温度センス用の素子を形成するために、温度センスダイオードのｎ型およびｐ型の半導体領域を形成する工程が必要になり、多くの工程を要していた。また、温度センスダイオードの周辺における半導体基板の表面を薄膜により覆う場合は、温度センスダイオードと薄膜を別々に形成する必要があり、多くの工程を要していた。そこで本明細書は、半導体装置を生産するときに工程数を削減することが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】
【０００５】
本明細書に開示する半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の上に形成され、温度検知部と前記温度検知部から分離されて前記温度検知部の周囲に形成された周辺保護部とを備え、温度に応じて電気抵抗が変化するＳＩｎＳｉＮ膜と、前記温度検知部に接続された配線を備えている。
【０００６】
ＳＩｎＳｉＮ膜は、Ｓｅｍｉ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｉｌｌｉｃｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅにより構成された膜である。このような半導体装置では、温度検知部と周辺保護部が共にＳＩｎＳｉＮ膜により構成されているため、温度検知部と周辺保護部を同じ工程で形成することができる。したがって、従来技術よりも半導体装置の製造に要する工程を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体装置の平面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】他の実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。図１および図２に示すように、半導体装置１は、半導体基板２と、半導体基板２の上に形成された絶縁膜３と、絶縁膜３の上に形成された抵抗膜４と、抵抗膜４の上に形成された保護膜５とを備えている。
【０００９】
半導体基板２は、シリコン（Ｓｉ）から形成されている。他の例では、半導体基板２は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等から形成されていてもよい。半導体基板２の内部には、半導体素子が形成されている。半導体素子としては、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴが形成されている。半導体素子が例えばＩＧＢＴの場合、半導体基板２の内部には、ゲート領域、エミッタ領域、コレクタ領域などが形成されている（図示省略）。半導体基板２は、半導体素子への通電により発熱する。
【００１０】
半導体基板２の上には、複数の主電極８が形成されている。主電極８は、半導体基板２に形成された半導体素子に電気的に接続されている。主電極８の材質としては、例えばアルミニウムなどの金属を用いることができる。主電極８は、抵抗膜４および絶縁膜５から離間している。
【００１１】
絶縁膜３は、半導体基板２と抵抗膜４の間に形成されており、半導体基板２と抵抗膜４を絶縁する。絶縁膜３としては、例えばＳｉＯ２膜を用いることができる。
【００１２】
抵抗膜４は、ＳＩｎＳｉＮ（Ｓｅｍｉ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｉｌｌｉｃｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）膜により構成されている。抵抗膜４の電気抵抗は、温度に応じて変化する。すなわち、抵抗膜４の電気抵抗は温度に依存し、抵抗膜４の温度が変化すると電気抵抗が変化する。したがって、抵抗膜４の電気抵抗から抵抗膜４の温度を算出することができる。
【００１３】
抵抗膜４は、温度検知部４１と、温度検知部４１から分離された周辺保護部４２とを備えている。温度検知部４１と周辺保護部４２は、同じ材質から形成されている。温度検知部４１の周囲に周辺保護部４２が形成されている。周辺保護部４２は、開口部４３を有している。周辺保護部４２の開口部４３内に温度検知部４１が配置されている。周辺保護部４２は、温度検知部４１を囲んでいる。周辺保護部４２と温度検知部４１は離間している。
【００１４】
抵抗膜４の温度検知部４１は、半導体基板２の中央部と対向する位置に形成されている。半導体基板２の温度が温度検知部４１に伝わり、半導体基板２の温度が変化すると温度検知部４１の温度が変化する。温度検知部４１の温度変化により温度検知部４１の電気抵抗が変化する。また、温度検知部４１の電気抵抗が変化したときに、温度検知部４１の電気抵抗に基づいて温度検知部４１の温度を算出することができ、温度検知部４１の温度から半導体基板２の温度を求めることができる。
【００１５】
抵抗膜４の温度検知部４１には、通電用の一対（２つ）の配線６、６が接続されている。一対（２つ）の配線６、６は、絶縁膜３の上に形成されている。一対の配線６、６および絶縁膜３の上に温度検知部４１が形成されている。温度検知部４１は、配線６の一部を覆っている。温度検知部４１は、一対の配線６、６の間に形成され、一対の配線６、６を繋いでいる。一対の配線６、６は、温度検知部４１を介して通電する。一対の配線６、６を通じて温度検知部４１に電流が流れる。温度検知部４１を流れる電流の大きさは、温度検知部４１の電気抵抗の大きさに対応している。したがって、温度検知部４１を流れる電流の大きさから温度検知部４１の電気抵抗の大きさを算出できる。一対の配線６、６は、抵抗膜４の周辺保護部４２の開口部４３内に配置されている。一対の配線６、６は、周辺保護部４２から離間している。
【００１６】
また、一対の配線６、６は、一対（２つ）の配線用電極７、７に接続されている。一対（２つ）の配線用電極７、７は、絶縁膜３の上に形成されている。配線用電極７の材質としては、例えばアルミニウムなどの金属を用いることができる。配線用電極７は、抵抗膜４から離間している。一対の配線用電極７、７は、後述の制御部１０に接続されている。
【００１７】
保護膜５は、絶縁性を有している。保護膜５は、抵抗膜４を保護している。保護膜５としては、例えば、窒化膜を用いることができる。窒化膜としては、例えば、ＳｉＮ（Ｓｉｌｌｉｃｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）膜を用いることができる。保護膜５は、中央部５１と、中央部５１から分離された周辺部５２とを備えている。中央部５１と周辺部５２は、同じ材質から形成されている。中央部５１の周囲に周辺部５２が形成されている。周辺部５２は、開口部５３を有している。周辺部５２の開口部５３内に中央部５１が配置されている。周辺部５２は、中央部５１を囲んでいる。周辺部５２と中央部５１は離間している。中央部５１は、抵抗膜４の温度検知部４１の上に形成されている。周辺部５２は、抵抗膜４の周辺保護部４２の上に形成されている。
【００１８】
抵抗膜４の温度検知部４１および周辺保護部４２は、同じ工程で形成される。温度検知部４１および周辺保護部４２は、例えば以下のようにして形成される。すなわち、まず、半導体基板２の上に絶縁膜３が形成され、絶縁膜３の上に一対の配線６、６が形成されている状態で、絶縁膜３および一対の配線６、６の上に全体にわたって抵抗膜４を形成する。次に、形成した抵抗膜４の上に全体にわたって保護膜５を形成する。次に、保護膜５の一部をエッチングで除去することによって、保護膜５を中央部５１と周辺部５２に分割する。次に、中央部５１と周辺部５２の間に位置する抵抗膜４をエッチングで除去する。エッチングにより、抵抗膜４が中心部分と周辺部分に分離され、中心部分に温度検知部４１が形成され、周辺部分に周辺保護部４２が形成される。
【００１９】
制御部１０は、電源（図示省略）を有している。制御部１０の電源から配線用電極７および配線６を介して抵抗膜４の温度検知部４１に電流が流れる。制御部１０は、一定の電圧で温度検知部４１に電流を流す。制御部１０は、抵抗膜４の温度検知部４１に流れる電流に基づいて半導体基板２の温度を検知する。制御部１０による制御の詳細については、以下に説明する。
【００２０】
上記の構成を備える半導体装置１では、半導体基板２に形成された半導体素子に電流が流れると半導体基板２が発熱する。半導体基板２で生じた熱は、絶縁膜３を介して抵抗膜４に伝わる。よって、半導体基板２の温度が変化すると、それに応じて抵抗膜４の温度が変化する。抵抗膜４の温度は、半導体基板２の温度とほぼ同じ温度になる。また、抵抗膜４の温度が変化すると、抵抗膜４の電気抵抗が変化する。
【００２１】
一方、制御部１０の電源から配線用電極７および配線６を通じて抵抗膜４の温度検知部４１に一定の電圧で電流を流しておく。この状態で半導体基板２の温度が変化すると、抵抗膜４の温度検知部４１の温度が変化し、温度検知部４１の温度変化により温度検知部４１の電気抵抗が変化する。温度検知部４１の電気抵抗が変化すると、温度検知部４１を流れる電流の大きさが変化する。
【００２２】
制御部１０は、温度検知部４１を流れる電流の変化に基づいて温度検知部４１の温度を検知する。すなわち、制御部１０は、温度検知部４１を流れる電流の大きさを検知し、検知した電流の大きさから温度検知部４１の電気抵抗の大きさを逆算し、算出した電気抵抗の大きさから温度検知部４１の温度を逆算する。抵抗膜４の電流の大きさが抵抗膜４の電気抵抗の大きさに対応しているので、抵抗膜４における温度検知部４１の電流の大きさから温度検知部４１の電気抵抗の大きさを算出することができる。また、抵抗膜４の電気抵抗が抵抗膜４の温度に対応しているので、抵抗膜４における温度検知部４１の電気抵抗から温度検知部４１の温度を算出することができる。抵抗膜４の温度が半導体基板２の温度とほぼ同じ温度なので、温度検知部４１の温度を算出することにより、半導体基板２の温度を求めることができる。このようにして、半導体基板２の温度を検知することができる。本実施形態は、２つの配線６および２つの配線用電極７を有する２端子法により温度を検知している。
【００２３】
上記の説明から明らかなように、実施形態に係る半導体装置１は、温度に対応した電気抵抗を有する抵抗膜４を備え、抵抗膜４は、温度検知部４１と、温度検知部４１から分離されて温度検知部４１の周囲に形成された周辺保護部４２とを備えている。また、温度検知部４１に通電用の配線６が接続されている。この半導体装置１では、抵抗膜４における温度検知部４１と周辺保護部４２を同じ工程で形成することができる。すなわち、従来の半導体装置では、温度センス用の素子として温度センスダイオードを用いているので、温度センスダイオードのｎ型およびｐ型の半導体領域を形成する工程が必要になり、多くの工程を要していた（例えば、上記特許文献２参照）。また、温度センスダイオードの周辺における半導体基板の表面を薄膜により覆う場合は、温度センスダイオードと薄膜を別々に形成する必要があり、多くの工程を要していた。しかしながら、実施形態に係る半導体装置１によれば、温度センス用の素子として抵抗膜４の温度検知部４１を用いることにより、温度検知用の温度検知部４１と周辺保護用の周辺保護部４２とを同じ抵抗膜４により形成することができるので、従来技術よりも工程を少なくすることができる。よって、半導体装置１を生産するときに工程数を削減することができる。
【００２４】
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、抵抗膜４の温度検知部４１に一定の電圧で電流を流しておき、電流の変化に基づいて温度を検知していたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、抵抗膜４の温度検知部４１に一定の電流を流しておき、電圧の変化に基づいて温度を検知してもよい。この構成では、温度検知部４１の温度変化により電気抵抗が変化すると、温度検知部４１における電流が一定なので電圧が変化する。制御部１０は、変化した電圧に基づいて温度検知部４１の温度を逆算する。これにより、半導体基板２の温度を検知することができる。
【００２５】
また、上記実施形態では、２つの配線６および２つの配線用電極７を有する２端子法により温度検知をしていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、図３および図４に示すように、４つの配線６および４つの配線用電極７を有する４端子法により温度検知をしてもよい。図３および図４に示す４端子法の半導体装置１は、一対（２つ）の第１配線６ａおよび一対（２つ）の第２配線６ｂを有している。また、半導体装置１は、一対（２つ）の第１配線用電極７ａおよび一対（２つ）の第２配線用電極７ｂを有している。よって、半導体装置１は、４つの配線６および４つの配線用電極７を有している。各配線６は、抵抗膜４の温度検知部４１に接続されている。第１配線６ａと第２配線６ｂは、間隔をあけて配置されている。第１配線６ａが内側に配置され、第２配線６ｂが外側に配置されている。また、第１配線用電極７ａと第２配線用電極７ｂは、間隔をあけて配置されている。第１配線用電極７ａが内側に配置され、第２配線用電極７ｂが外側に配置されている。第１配線６ａと第１配線用電極７ａが接続されており、第２配線６ｂと第２配線用電極７ｂが接続されている。第１配線６ａおよび第１配線用電極７ａは、一定の電流を流すための配線および電極である。第２配線６ｂと第２配線用電極７ｂは、電圧を測定するための配線および電極である。このような構成によっても、温度検知部４１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。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】
【００２７】
１；半導体装置
２；半導体基板
３；絶縁膜
４；抵抗膜（ＳＩｎＳｉＮ膜）
５；保護膜
６；配線
７；配線用電極
８；主電極
１０；制御部
４１；温度検知部
４２； 周辺保護部
４３；開口部
５１；中心部
５２；周辺部
５３；開口部
【図２】
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【図４】
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【図１】
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【図３】
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