WO2015198715A1 - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L29/8613—Mesa PN junction diodes
Definitions
- the technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.
- Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-066642 discloses a semiconductor device including a semiconductor substrate and an element for detecting temperature.
- the temperature when the temperature rises due to heat generation, the temperature may vary depending on the position in the semiconductor substrate. For example, some regions of the semiconductor device may have a higher temperature than other regions. Such a semiconductor device is required to accurately detect the temperature.
- the semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor substrate in which IGBT regions and diode regions are alternately arranged adjacent to each other, and a temperature sensing diode element formed on the surface of the semiconductor substrate.
- An IGBT element is formed on the semiconductor substrate in the IGBT region, and a diode element is formed on the semiconductor substrate in the diode region.
- the temperature sensing diode element is disposed on the surface of a region where an element that generates a large amount of heat is larger than one of the IGBT element and the diode element.
- a region where an element having a large calorific value is formed has a higher temperature than the other region. Since the temperature sensing diode element is disposed in the high temperature region, the temperature of the semiconductor substrate in the high temperature region can be detected. Thereby, when the temperature of the semiconductor substrate rises, the temperature change in the region where the temperature is higher is detected, so that the temperature can be detected with high accuracy.
- FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 2.
- FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. It is a figure for demonstrating energization time. It is an enlarged view of the principal part of the semiconductor device which concerns on other embodiment. It is sectional drawing of the principal part of the semiconductor device which concerns on other embodiment.
- FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. It is an enlarged view of the principal part of the semiconductor device which concerns on other embodiment.
- FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 8 of a semiconductor device according to another embodiment.
- the semiconductor device may include a gate wiring that extends in a straight line at the center of the semiconductor substrate when the semiconductor substrate is viewed from above.
- the temperature sense diode elements are alternately arranged along the gate wiring, and may include a plurality of sense anode regions and sense cathode regions connected in series.
- the gate wiring may extend along a direction in which the IGBT regions and the diode regions are alternately arranged.
- the plurality of sense anode regions and sense cathode regions may be arranged alternately along the direction.
- the temperature sense diode elements may be alternately arranged along the direction in which the IGBT region and the diode region extend, and may include a plurality of sense anode regions and sense cathode regions connected in series.
- the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 10 and a temperature sensing diode element 50.
- the semiconductor substrate 10 includes a plurality of IGBT regions 2 and a plurality of diode regions 3.
- the temperature sensing diode element 50 is formed at the center of the surface of the semiconductor substrate 10.
- the x direction horizontal direction: longitudinal direction
- the y direction vertical direction: short direction
- the semiconductor device 1 is an RC-IGBT (Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor) and has a function as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a function as an FWD (Free Wheeling Diode).
- the IGBT and FWD are arranged in an antiparallel state, and the reverse conducting semiconductor device 1 is formed.
- the semiconductor substrate 10 is formed to have a substantially rectangular shape when viewed from above.
- the semiconductor substrate 10 is made of silicon (Si).
- the semiconductor substrate 10 may be formed of silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or the like.
- a temperature sensing diode element 50 is disposed on the surface of the central portion of the semiconductor substrate 10.
- a plurality of signal electrodes 71 are formed on the outer peripheral surface of the semiconductor substrate 10.
- the IGBT region 2 and the diode region 3 extend long in the x direction (lateral direction: longitudinal direction).
- the plurality of IGBT regions 2 and the plurality of diode regions 3 are alternately arranged in the y direction (longitudinal direction: short direction).
- the IGBT region 2 and the diode region 3 are arranged in a stripe shape in a top view. In the y direction, the width w2 of the IGBT region 2 is wider than the width w3 of the diode region 3.
- a semiconductor element is formed inside the semiconductor substrate 10. As shown in FIG. 3, an IGBT element 20 is formed on the semiconductor substrate 10 in the IGBT region 2. A diode element 30 is formed on the semiconductor substrate 10 in the diode region 3. The IGBT element 20 and the diode element 30 are formed adjacent to each other in the y direction.
- the semiconductor substrate 10 is formed on the p-type collector region 21, the n-type drift region 22 (IGBT drift region 22 a) formed on the collector region 21, and the drift region 22.
- a plurality of trenches 61 are formed in the semiconductor substrate 10.
- the plurality of trench gates 60 are formed side by side in the y direction.
- the trench 61 extends in the z direction (depth direction) from the surface of the semiconductor substrate 10.
- the trench 61 extends through the emitter region 24 and the body region 23 to the inside of the drift region 22.
- a gate insulating film 62 is formed on the inner surface of the trench 61.
- a gate electrode 63 is formed inside the trench 61 (inside the gate insulating film 62).
- the gate insulating film 62 covers the inner surface of the trench 61.
- the gate insulating film 62 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2).
- the gate electrode 63 is insulated from the semiconductor substrate 10 by the gate insulating film 62.
- the gate electrode 63 is exposed on the surface of the semiconductor substrate 10.
- the gate electrode 63 is made of, for example, aluminum or polysilicon.
- An insulating interlayer film 64 is disposed on the gate electrode 63.
- the interlayer film 64 insulates the gate electrode 63 from the surface side common electrode 41.
- the gate electrode 63 is connected to the gate wiring 65 (not shown in FIG. 3).
- the IGBT element 20 is formed by the collector region 21, the drift region 22, the body region 23, the emitter region 24, the contact region 25, the gate insulating film 62, and the gate electrode.
- the semiconductor substrate 10 includes an n-type cathode region 31, an n-type drift region 22 (diode drift region 22 b) formed on the cathode region 31, and the drift region 22 in the diode region 3. And a p-type anode region 32 formed. Thereby, the diode element 30 is formed.
- the collector region 21 and the cathode region 31 are formed adjacent to each other.
- the collector region 21 and the cathode region 31 are formed side by side in the y direction.
- a boundary 33 between the collector region 21 and the cathode region 31 corresponds to a boundary between the IGBT region 2 and the diode region 3.
- the region where the cathode region 31 is exposed on the back surface is the diode region 3
- the region where the collector region 21 is exposed on the back surface is the IGBT region 2.
- the drift region 22 is formed from the IGBT region 2 to the diode region 3.
- the drift region 22 is divided into an IGBT drift region 22a and a diode drift region 22b.
- the IGBT drift region 22 a is located in the IGBT region 2
- the diode drift region 22 b is located in the diode region 3.
- the IGBT drift region 22a and the diode drift region 22b are integrated.
- a surface side common electrode 41 is disposed on the surface of the semiconductor substrate 10.
- a back side common electrode 42 is disposed on the back side of the semiconductor substrate 10.
- the surface-side common electrode 41 has a function as an emitter electrode for the emitter region 24 and a function as an anode electrode for the anode region 32.
- the back side common electrode 42 has a function as a collector electrode for the collector region 21 and a function as a cathode electrode for the cathode region 31.
- a gate wiring 65 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10.
- the gate wiring 65 extends linearly in the y direction (vertical direction) at the center in the x direction (horizontal direction).
- the gate wiring 65 extends along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged.
- the gate wiring 65 extends across the IGBT region 2 and the diode region 3 on the surface of the semiconductor substrate 10.
- an interlayer insulating film is formed between the gate wiring 65 and the semiconductor substrate 10.
- the gate wiring 65 is insulated from the semiconductor substrate 10 by an interlayer insulating film.
- an insulating film 55 is formed on the semiconductor substrate 10 in the region where the temperature sensing diode element 50 is formed.
- a material of the insulating film 55 for example, silicon dioxide (SiO 2 ) can be used.
- a temperature sensing semiconductor substrate 150 is disposed on the insulating film 55.
- polysilicon can be used as a material of the temperature sensing semiconductor substrate 150.
- a temperature sensing diode element 50 is formed on the temperature sensing semiconductor substrate 150. The temperature sensing diode element 50 can be formed by injecting impurities into the polysilicon. As shown in FIG. 2, the temperature sensing diode 50 is formed in the vicinity of the gate wiring 65 and separated from the gate wiring 65.
- the temperature sense diode element 50 includes a p-type sense anode region 51 and an n-type sense cathode region 52.
- one sense anode region 51 and one sense cathode region 52 are formed.
- the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 are formed side by side in the y direction (vertical direction).
- the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 are adjacent to each other.
- the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 are arranged along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged.
- sense anode region 51 and sense cathode region 52 can be formed, respectively.
- the temperature sensing diode element 50 is formed by the sense anode region 51 and the sense cathode region 52.
- the temperature sensing diode element 50 detects the temperature using a characteristic that the forward voltage changes when the temperature changes.
- the temperature sensing diode element 50 is disposed in the IGBT region 2. The entire temperature sensing diode element 50 is accommodated in the IGBT region 2. The width w2 of the IGBT region 2 is wider than the width w50 of the temperature sensing diode element 50. The temperature sensing diode element 50 is in contact with the semiconductor substrate 10 through the insulating film 55. The temperature sense diode element 50 detects the temperature of the semiconductor substrate 10.
- An interlayer film 56 is formed on temperature sensing diode element 50 (sense anode region 51 and sense cathode region 52).
- the interlayer film 56 has an insulating property.
- silicon dioxide (SiO 2 ) can be used as a material of the interlayer film 56.
- the interlayer film 56 has an opening 156. The opening 156 is formed on the sense anode region 51 and the sense cathode region 52, respectively.
- a sense anode electrode 53 is formed on the sense anode region 51 of the temperature sense diode element 50.
- a sense cathode electrode 54 is formed on the sense cathode region 52.
- Each of the sense anode electrode 53 and the sense cathode electrode 54 is filled in the opening 156.
- the sense anode electrode 53 and the sense cathode electrode 54 cover a part of the interlayer film 56.
- the sense anode electrode 53 and the sense cathode electrode 54 are made of a conductive metal such as aluminum (Al) or nickel (Ni).
- the temperature sensing diode element 50 is disposed in the vicinity of the gate wiring 65.
- the sense anode electrode 53 and the sense cathode electrode 54 are each connected to a wiring 58.
- the wiring 58 extends in the y direction along the surface of the semiconductor substrate 10.
- the wiring 58 is connected to an external control device (not shown). The control device can measure the temperature based on the detection by the temperature sensing diode
- a protective film 57 is formed on the sense anode electrode 53, the sense cathode electrode 54 and the interlayer film 56.
- the protective film 57 has an insulating property.
- As a material of the protective film 57 for example, polyimide can be used.
- the protective film 57 covers the sense anode electrode 53, the sense cathode electrode 54, and the interlayer film 56.
- the protective film 57 covers the temperature sensing diode element 50.
- the forward voltage between the sense anode electrode 53 and the sense cathode electrode 54 changes.
- a change in temperature can be detected by this change in voltage.
- a control device (not shown) measures the temperature of the semiconductor substrate 10.
- a voltage that is positive on the back surface side (collector region 21 side) (that is, a forward voltage with respect to the IGBT) is applied between the front surface side common electrode 41 and the back surface side common electrode 42.
- an on potential is applied to the gate electrode 63, the IGBT is turned on.
- Carriers (electrons) flow to the common electrode 42.
- a voltage that is positive on the front surface side (that is, a forward voltage with respect to the diode (FWD)).
- FWD forward voltage with respect to the diode
- the diode (FWD) is turned on.
- carriers (electrons) flow from the back side common electrode 42 to the front side common electrode 41 via the cathode region 31, the drift region 22, and the anode region 32.
- the front side common electrode 41, the back side common electrode 42, and the gate electrode 63 are connected to an external circuit (not shown).
- the voltages of the front surface side common electrode 41, the back surface side common electrode 42, and the gate electrode 63 are changed by the operation of the external circuit, and the IGBT and the diode of the semiconductor device 1 operate according to these voltages.
- the energization time for the IGBT element 20 is used to be longer than the energization time for the diode element 30. That is, the IGBT is used so that the time during which the IGBT is on is longer than the time during which the diode (FWD) is on.
- the length of the energization time can be compared by the duty ratio.
- the duty ratio is expressed by the following equation (1). When the duty ratio is large, the energization time becomes long. When the duty ratio is small, the energization time is shortened.
- the energization time can be controlled by an external control device (not shown).
- the energization time for the IGBT element 20 becomes longer, and the portion of the semiconductor substrate 10 where the IGBT element 20 is formed is likely to be hotter than the portion where the diode element 30 is formed. That is, the semiconductor substrate 10 in the IGBT region 2 is likely to have a higher temperature than the semiconductor substrate 10 in the diode region 3.
- the temperature sensing diode element 50 formed in the IGBT region 2 detects a change in the temperature of the semiconductor substrate 10 in the IGBT region 2.
- the heat generation amount in the IGBT element 20 is used so as to be larger than the heat generation amount in the diode element 30.
- the amount of heat generation can be compared by, for example, the maximum temperature when the element generates heat or the average temperature per unit time.
- the amount of heat generated can also be compared by the length of the energization time for the element. For example, when the energization time for the element is long, the average temperature per unit time becomes high and the heat generation amount becomes large.
- the energization time for the IGBT element 20 is longer than the energization time for the diode element 30, so that the amount of heat generated in the IGBT element 20 is greater than the amount of heat generated in the diode element 30. Therefore, the semiconductor substrate 10 in the IGBT region 2 tends to be hotter than the semiconductor substrate 10 in the diode region 3.
- the energization time for the IGBT element 20 is longer than the energization time for the diode element 30, so that the amount of heat generated in the IGBT element 20 is less than the diode element 30. It becomes larger than the calorific value at.
- the temperature of the semiconductor substrate 10 is higher in the IGBT region 2 than in the diode region 3. Since temperature sensing diode element 50 is formed in IGBT region 2, it is possible to detect the temperature of semiconductor substrate 10 in a region (IGBT region 2) that is at a high temperature among IGBT region 2 and diode region 3. In the control of the RC-IGBT, it is important to detect the temperature of the higher temperature region in the semiconductor substrate 10. According to the semiconductor device 1, the temperature of the IGBT region 2 that is at a higher temperature can be detected with high accuracy, so that the semiconductor device 1 can be more suitably controlled.
- the temperature sensing diode element 50 is included in the IGBT region 2 and is not disposed in the diode region 3, but is not limited to this configuration.
- the temperature sensing diode element 50 may be disposed in the diode region 3 as shown in FIG. In this case, the temperature sensing diode element 50 is not arranged in the IGBT region 2.
- the semiconductor device 1 is used so that the energization time for the diode element 30 is longer than the energization time for the IGBT element 20. That is, the semiconductor device 1 is used so that the heat generation amount in the diode element 30 is larger than the heat generation amount in the IGBT element 20.
- the part in which the diode element 30 is formed in the semiconductor substrate 10 becomes higher in temperature than the part in which the IGBT element 20 is formed. That is, the semiconductor substrate 10 in the diode region 3 has a higher temperature than the semiconductor substrate 10 in the IGBT region 2.
- the temperature sense diode element 50 detects a temperature change of the semiconductor substrate 10 in the diode region 3. According to such a configuration, since the temperature change in the region where the temperature is higher is detected in the same manner as described above, the temperature can be detected with high accuracy.
- one sense anode region 51 and one sense cathode region 52 are formed in the temperature sense diode element 50.
- the number of the sense anode regions 51 and the sense cathode regions 52 is not limited. Absent.
- a plurality of sense anode regions 51 and a plurality of sense cathode regions 52 may be formed in the temperature sense diode element 50.
- the plurality of sense anode regions 51 and the plurality of sense cathode regions 52 are alternately arranged along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged.
- the plurality of sense anode regions 51 and the plurality of sense cathode regions 52 are alternately arranged along the gate wiring 65. That is, the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 are arranged along the direction in which the gate wiring 65 extends.
- One sense anode region 51 and one sense cathode region 52 form a set 250 (that is, one diode), and a plurality of sets 250 are formed side by side at intervals.
- the plurality of sets 250 are arranged along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged.
- a connection wiring 59 is formed on the temperature sensing semiconductor substrate 150.
- the connection wiring 59 electrically connects the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 of the adjacent set 250.
- the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 of the adjacent set 250 are electrically connected. That is, a plurality of sets 250 (that is, a plurality of diodes) are connected in series.
- the temperature sensing diode element 50 is formed on the surface of the central portion of the semiconductor substrate 10.
- the temperature sense diode element 50 detects the temperature of the central portion of the semiconductor substrate 10.
- the temperature sensing diode element 50 is formed at a position avoiding the gate wiring 65.
- the temperature sensing diode element 50 is formed away from the gate wiring 65.
- the temperature sensing diode element 50 is disposed in the vicinity of the gate wiring 65.
- the gate wiring 65 extends along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged.
- the temperature of the central portion of the semiconductor substrate 10 can be detected without overlapping the gate wiring 65 even when the plurality of sense anode regions 51 and sense cathode regions 52 are formed. Thereby, the accuracy of temperature detection can be improved.
- the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 are arranged along the gate wiring 65 in this way, the longitudinal direction of the temperature sensing diode element 50 is substantially parallel to the longitudinal direction of the gate wiring 65. According to such an arrangement, the entire temperature sensing diode element 50 can be disposed in the vicinity of the gate wiring 65, and therefore the entire temperature sensing diode element 50 can be disposed in the central portion of the semiconductor substrate 10. For this reason, the temperature sense diode element 50 can detect the temperature of the higher temperature region of the semiconductor substrate 10, and the semiconductor device 1 can be more suitably controlled.
- the temperature sensing diode element 50 is formed on the semiconductor substrate 10 with the insulating film 55 interposed therebetween.
- the present invention is not limited to this configuration. In other embodiments, the temperature sensing diode element 50 may be formed inside the semiconductor substrate 10 (not shown).
- region 2 was a structure wider than the width
- the width w3 of the diode region 3 may be wider than the width w2 of the IGBT region 2 in the y direction.
- the width of the region where the temperature sensing diode element 50 is disposed may be wider than the width of the other region.
- the width w2 of the IGBT region 2 in which the temperature sensing diode element 50 is disposed is wider than the width w2 ′ of the other IGBT region 2 and the width w3 of the diode region 3.
- the emitter electrode of the IGBT and the anode electrode of the diode are shared by the surface side common electrode 41.
- the emitter electrode of the IGBT and the anode electrode of the diode may be formed independently. That is, the emitter electrode of the IGBT may be separated from the anode electrode of the diode.
- the magnitude of the emitted-heat amount of an element originated in the length of the electricity supply time with respect to an element, it is not limited to this structure.
- the amount of heat generated by the element may be due to the amount of loss in the element.
- the loss in the IGBT element 20 is larger than the loss in the diode element 30
- the heat generation amount in the IGBT element 20 is larger than the heat generation amount in the diode element 30.
- the magnitude of the loss in the element is attributed to the magnitude of the electrical resistance.
- the loss in the IGBT element 20 is larger than the loss in the diode element 30.
- the magnitude of the heat generation amount in the IGBT element 20 and the diode element 30 may be attributed to the structure of the IGBT element 20 and the diode element 30 and the ratio of the sizes of the IGBT region 2 and the diode region 3.
- the emitted-heat amount in the IGBT element 20 was a structure larger than the emitted-heat amount in the diode element 30, it is not limited to this structure. In another embodiment, the heat generation amount in the diode element 30 may be larger than the heat generation amount in the IGBT element 20.
- the gate wiring 65 extends along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged.
- the direction of the gate wiring 65 is not limited to this configuration.
- the gate wiring 65 may extend along the direction in which the IGBT region 2 and the diode region 3 extend.
- the sense anode region 51 and the sense cathode region 52 of the temperature sense diode element 50 are arranged along the direction in which the IGBT regions 2 and the diode regions 3 are alternately arranged. It is not limited to. In another embodiment, as shown in FIG. 10, the plurality of sense anode regions 51 and sense cathode regions 52 of the temperature sense diode element 50 may be arranged along the direction in which the IGBT region 2 and the diode region 3 extend. .
- the plurality of sense anode regions 51 and the plurality of sense cathode regions 52 are alternately arranged in a direction (x direction: lateral direction) orthogonal to a direction (y direction: vertical direction) in which the IGBT regions 2 and diode regions 3 are alternately arranged. Yes.
- the temperature sensing diode element 50 extends along the direction in which the IGBT region 2 and the diode region 3 extend.
- the temperature sense diode element 50 is formed in parallel with the IGBT region 2 and the diode region 3. In the example shown in FIG. 10, the temperature sensing diode element 50 is formed in the IGBT region 2.
- the width w50 of the temperature sensing diode element 50 is wider than the width w2 of the IGBT region 2.
- the width w50 of the temperature sensing diode element 50 is wider than the width w3 of the diode region 3. According to such a configuration, even if the width w50 of the temperature sensing diode element 50 is wider than the width w2 of the IGBT region 2 or the width w3 of the diode region 3, the temperature sensing diode element 50 is placed in the IGBT region 2 or the diode region. 3 can fit in.
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Abstract
半導体装置1は、IGBT領域2およびダイオード領域3が隣接して交互に並んでいる半導体基板10と、半導体基板10の表面に形成されている温度センスダイオード素子50と、を備えている。IGBT領域2内の半導体基板10にはIGBT素子20が形成されており、ダイオード領域3内の半導体基板10にはダイオード素子30が形成されている。IGBT素子20およびダイオード素子30の一方の発熱量が他方の発熱量より大きく、発熱量が大きい素子が形成されている領域の表面に温度センスダイオード素子50が配置されている。
Description
本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
半導体装置は通電により発熱し、その温度が上昇する。そこで、半導体装置には温度を検知するための素子が設けられている。特許文献1(特開平7-066402号公報)には、半導体基板と、温度を検知するための素子とを備える半導体装置が開示されている。
従来の半導体装置では、発熱して温度が上昇したときに、半導体基板内の位置によってその温度に差が生じることがある。例えば、半導体装置の一部の領域が他の領域より高温になることがある。このような半導体装置では、その温度を精度良く検知することが求められる。
本明細書に開示する半導体装置は、IGBT領域およびダイオード領域が隣接して交互に並んでいる半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成されている温度センスダイオード素子と、を備えている。前記IGBT領域内の前記半導体基板にはIGBT素子が形成されており、前記ダイオード領域内の前記半導体基板にはダイオード素子が形成されている。前記IGBT素子および前記ダイオード素子の一方の発熱量が他方の発熱量より大きく、発熱量が大きい素子が形成されている領域の表面に前記温度センスダイオード素子が配置されている。
このような構成によれば、発熱量が大きい素子が形成されている領域が他方の領域よりも高温になる。そして、高温になる領域内に温度センスダイオード素子が配置されているので、高温になる領域内の半導体基板の温度を検知することができる。これにより、半導体基板の温度が上昇したときに、より高温になっている領域の温度変化を検知するので、精度良く温度を検知することができる。
以下に説明する実施形態の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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る。
(特徴1)半導体装置は、半導体基板を上面視したときに半導体基板の中心部において直線状に延びるゲート配線を備えていてもよい。温度センスダイオード素子は、ゲート配線に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えていてもよい。
(特徴2)ゲート配線は、IGBT領域およびダイオード領域が交互に並ぶ方向に沿って延びていてもよい。複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域は、前記方向に沿って交互に並んでいてもよい。
(特徴3)温度センスダイオード素子は、IGBT領域およびダイオード領域が延びる方向に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えていてもよい。
[第1実施形態]
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。実施形態に係る半導体装置1は、図1および図2に示すように、半導体基板10と、温度センスダイオード素子50とを備えている。半導体基板10は、複数のIGBT領域2および複数のダイオード領域3を備えている。温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の表面の中心部に形成されている。なお、本明細書では、図1および図2に示すようにx方向(横方向:長手方向)およびy方向(縦方向:短手方向)を規定する。
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。実施形態に係る半導体装置1は、図1および図2に示すように、半導体基板10と、温度センスダイオード素子50とを備えている。半導体基板10は、複数のIGBT領域2および複数のダイオード領域3を備えている。温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の表面の中心部に形成されている。なお、本明細書では、図1および図2に示すようにx方向(横方向:長手方向)およびy方向(縦方向:短手方向)を規定する。
半導体装置1は、RC-IGBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)としての機能と、FWD(Free Wheeling Diode)としての機能とを有している。IGBTおよびFWDは逆並列の状態で配置されており、逆導通型の半導体装置1が形成されている。
半導体基板10は、上面視すると略矩形状となるように形成されている。半導体基板10は、シリコン(Si)によって形成されている。他の例では、半導体基板10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10の中心部の表面に温度センスダイオード素子50が配置されている。半導体基板10の外周部の表面には複数の信号電極71が形成されている。
半導体装置1を上面視したときに、IGBT領域2およびダイオード領域3は、x方向(横方向:長手方向)に長く延びている。上面視において、複数のIGBT領域2および複数のダイオード領域3は、y方向(縦方向:短手方向)に交互に並んで形成されている。IGBT領域2とダイオード領域3は、上面視においてストライプ状に配置されている。y方向において、IGBT領域2の幅w2は、ダイオード領域3の幅w3より広い。
半導体基板10の内部には半導体素子が形成されている。図3に示すように、IGBT領域2内の半導体基板10にはIGBT素子20が形成されている。ダイオード領域3内の半導体基板10にはダイオード素子30が形成されている。IGBT素子20およびダイオード素子30は、y方向に隣り合って形成されている。
半導体基板10は、IGBT領域2内において、p型のコレクタ領域21と、コレクタ領域21の上に形成されたn型のドリフト領域22(IGBTドリフト領域22a)と、ドリフト領域22の上に形成されたp型のボディ領域23と、ボディ領域23の上に形成されたn型のエミッタ領域24と、ボディ領域23の上に形成されたp型のコンタクト領域25とを備えている。また、半導体基板10には複数のトレンチ61が形成されている。複数のトレンチゲート60は、y方向に間隔をあけて並んで形成されている。トレンチ61は、半導体基板10の表面からz方向(深さ方向)に延びている。トレンチ61は、エミッタ領域24およびボディ領域23を貫通してドリフト領域22の内部まで延びている。トレンチ61の内面には、ゲート絶縁膜62が形成されている。トレンチ61の内部(ゲート絶縁膜62の内側)には、ゲート電極63が形成されている。ゲート絶縁膜62はトレンチ61の内面を被覆している。ゲート絶縁膜62は、例えば二酸化ケイ素(SiO2)から形成されている。ゲート絶縁膜62によってゲート電極63が半導体基板10から絶縁されている。ゲート電極63は、半導体基板10の表面に露出している。ゲート電極63は、例えばアルミニウムやポリシリコンから形成されている。ゲート電極63の上には絶縁性の層間膜64が配置されている。層間膜64は、ゲート電極63と表面側共通電極41を絶縁している。ゲート電極63は、ゲート配線65に接続されている(図3では図示省略)。コレクタ領域21と、ドリフト領域22、ボディ領域23と、エミッタ領域24、コンタクト領域25、ゲート絶縁膜62及びゲート電極により、IGBT素子20が形成されている。
また、半導体基板10は、ダイオード領域3内において、n型のカソード領域31と、カソード領域31の上に形成されたn型のドリフト領域22(ダイオードドリフト領域22b)と、ドリフト領域22の上に形成されたp型のアノード領域32とを備えている。これにより、ダイオード素子30が形成されている。
コレクタ領域21とカソード領域31は、隣接して形成されている。コレクタ領域21とカソード領域31は、y方向に並んで形成されている。コレクタ領域21とカソード領域31の境界33は、IGBT領域2とダイオード領域3の境界に対応している。言い換えると、裏面にカソード領域31が露出している領域がダイオード領域3であり、裏面にコレクタ領域21が露出している領域がIGBT領域2である。ドリフト領域22は、IGBT領域2からダイオード領域3にわたって形成されている。ドリフト領域22は、IGBTドリフト領域22aとダイオードドリフト領域22bに区分される。IGBTドリフト領域22aはIGBT領域2に位置しており、ダイオードドリフト領域22bはダイオード領域3に位置している。IGBTドリフト領域22aとダイオードドリフト領域22bは一体になっている。
半導体基板10の表面には表面側共通電極41が配置されている。半導体基板10の裏面には裏面側共通電極42が配置されている。表面側共通電極41は、エミッタ領域24に対するエミッタ電極としての機能と、アノード領域32に対するアノード電極としての機能とを有している。また、裏面側共通電極42は、コレクタ領域21に対するコレクタ電極としての機能と、カソード領域31に対するカソード電極としての機能とを有している。
図2に示すように、半導体基板10の表面にゲート配線65が形成されている。半導体装置1を上面視したときに、ゲート配線65は、x方向(横方向)の中心部において、y方向(縦方向)に直線状に延びている。ゲート配線65は、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って延びている。ゲート配線65は、半導体基板10の表面上において、IGBT領域2およびダイオード領域3を横切るように伸びている。図示していないが、ゲート配線65と半導体基板10の間には層間絶縁膜が形成されている。ゲート配線65は、層間絶縁膜によって半導体基板10から絶縁されている。
図4に示すように、温度センスダイオード素子50が形成されている領域では、半導体基板10の上に絶縁膜55が形成されている。絶縁膜55の材料としては、例えば二酸化ケイ素(SiO2)を用いることができる。絶縁膜55の上に、温度センス半導体基板150が配置されている。温度センス半導体基板150の材料としては、例えばポリシリコンを用いることができる。温度センス半導体基板150には、温度センスダイオード素子50が形成されている。ポリシリコンに不純物を注入することにより温度センスダイオード素子50を形成することができる。図2に示すように、温度センスダイオード50は、ゲート配線65の近傍に、ゲート配線65から離間して形成されている。
温度センスダイオード素子50は、p型のセンスアノード領域51とn型のセンスカソード領域52とを備えている。本実施形態では、1つのセンスアノード領域51と1つのセンスカソード領域52が形成されている。センスアノード領域51とセンスカソード領域52は、y方向(縦方向)に並んで形成されている。センスアノード領域51とセンスカソード領域52は、隣接している。センスアノード領域51とセンスカソード領域52は、IGBT領域2とダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って並んでいる。温度センス半導体基板150にp型およびn型の不純物をそれぞれ注入することにより、センスアノード領域51およびセンスカソード領域52をそれぞれ形成することができる。センスアノード領域51およびセンスカソード領域52により温度センスダイオード素子50が形成される。温度センスダイオード素子50は、温度が変化すると順方向の電圧が変化する特性を用いて温度を検知するものである。
温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2内に配置されている。温度センスダイオード素子50の全体がIGBT領域2内に収まっている。IGBT領域2の幅w2は、温度センスダイオード素子50の幅w50より広い。温度センスダイオード素子50は、絶縁膜55を介して半導体基板10に接している。温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の温度を検知する。
温度センスダイオード素子50(センスアノード領域51およびセンスカソード領域52)の上には、層間膜56が形成されている。層間膜56は、絶縁性を有している。層間膜56の材料としては、例えば二酸化ケイ素(SiO2)を用いることができる。層間膜56は、開口部156を有している。開口部156は、センスアノード領域51およびセンスカソード領域52の上にそれぞれ形成されている。
温度センスダイオード素子50のセンスアノード領域51の上には、センスアノード電極53が形成されている。センスカソード領域52の上には、センスカソード電極54が形成されている。センスアノード電極53およびセンスカソード電極54は、それぞれ開口部156に充填されている。センスアノード電極53およびセンスカソード電極54は、層間膜56の一部を覆っている。センスアノード電極53およびセンスカソード電極54は、アルミニウム(Al)やニッケル(Ni)等の導電性を有する金属から形成されている。図2に示すように、温度センスダイオード素子50は、温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65の近傍に配置されている。センスアノード電極53およびセンスカソード電極54は、それぞれ配線58に接続されている。配線58は、半導体基板10の表面に沿ってy方向に延びている。配線58は、外部の制御装置(図示省略)に接続されている。制御装置は、温度センスダイオード素子50による検知に基づいて、温度を測定することができる。
センスアノード電極53、センスカソード電極54および層間膜56の上には、保護膜57が形成されている。保護膜57は、絶縁性を有している。保護膜57の材料としては、例えば、ポリイミドを用いることができる。保護膜57は、センスアノード電極53、センスカソード電極54および層間膜56を覆っている。保護膜57は、温度センスダイオード素子50を覆っている。
上述した構成を備える半導体装置1では、センスアノード電極53とセンスカソード電極54の間に、センスアノード領域51側がプラスとなる電圧(温度センスダイオード素子50に対する順方向の電圧)を印加すると、温度センスダイオード素子50がターンオンする。これによって、センスカソード電極54からセンスアノード電極53へキャリア(電子)が流れる(すなわち、センスアノード電極53からセンスカソード電極54へ電流が流れる。)。温度センスダイオード素子50により温度を検知するときは、センスアノード電極53からセンスカソード電極54へ一定の電流を流しておく。そして、温度センスダイオード素子50の下の半導体基板10の温度が変化すると、センスアノード電極53とセンスカソード電極54の間の順方向の電圧が変化する。この電圧の変化により温度の変化を検知することができる。温度の変化に基づいて、図示しない制御装置が、半導体基板10の温度を測定する。
また、半導体装置1では、表面側共通電極41と裏面側共通電極42の間に、裏面側(コレクタ領域21側)がプラスとなる電圧(すなわち、IGBTに対する順方向の電圧)を印加すると共に、ゲート電極63にオン電位を印加すると、IGBTがターンオンする。これによって、ボディ領域23にキャリアが通過するチャネルが形成され、表面側共通電極41から、エミッタ領域24、ボディ領域23に形成されたチャネル、ドリフト領域22、及びコレクタ領域21を介して、裏面側共通電極42へキャリア(電子)が流れる。また、これとは逆に、表面側共通電極41と裏面側共通電極42の間に、表面側(アノード領域32側)がプラスとなる電圧(すなわち、ダイオード(FWD)に対する順方向の電圧)を印加すると、ダイオード(FWD)がターンオンする。これによって、裏面側共通電極42から、カソード領域31、ドリフト領域22、及びアノード領域32を介して表面側共通電極41へキャリア(電子)が流れる。表面側共通電極41、裏面側共通電極42及びゲート電極63は、図示しない外部回路に接続されている。外部回路の動作によって、表面側共通電極41、裏面側共通電極42及びゲート電極63の電圧が変化し、これらの電圧に応じて半導体装置1のIGBT及びダイオードが動作する。
本実施形態に係る半導体装置1では、IGBT素子20に対する通電時間が、ダイオード素子30に対する通電時間より長くなるように使用される。すなわち、IGBTがオン状態になっている時間が、ダイオード(FWD)がオン状態になっている時間より長くなるように使用される。通電時間の長短は、デューティー比により比較することができる。デューティー比は、下記の式(1)により表される。デューティー比が大きい場合は、通電時間が長くなる。デューティー比が小さい場合は、通電時間が短くなる。通電時間は、外部の制御装置(図示省略)により制御することができる。外部の制御装置(図示省略)により、IGBT素子20およびダイオード素子30に対する通電時間の長短を調整可能である。また、通電時間の長短は、配線の引き回しや半導体素子の配置によっても調整可能である。
(デューティー比:D)=(通電時間:t)/(通電周期:T) 式(1)
(デューティー比:D)=(通電時間:t)/(通電周期:T) 式(1)
本実施形態に係る半導体装置1では、図5に示すように、IGBT素子20に対する通電おけるデューティー比(D20=t20/T20)が、ダイオード素子30に対する通電おけるデューティー比(D30=t30/T30)より大きい。これにより、IGBT素子20に対する通電時間が長くなり、半導体基板10のうちIGBT素子20が形成されている部分が、ダイオード素子30が形成されている部分より高温になり易い。すなわち、IGBT領域2における半導体基板10が、ダイオード領域3における半導体基板10より高温になり易い。IGBT領域2内に形成されている温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2における半導体基板10の温度の変化を検知する。
また、本実施形態に係る半導体装置1では、IGBT素子20における発熱量が、ダイオード素子30における発熱量より大きくなるように使用される。発熱量の大小は、例えば、素子が発熱したときの最高温度や単位時間あたりの平均温度などにより比較することができる。また、発熱量の大小は、素子に対する通電時間の長短によっても比較することができる。例えば、素子に対する通電時間が長い場合は、単位時間あたりの平均温度が高くなり、発熱量が大きくなる。本実施形態では、IGBT素子20に対する通電時間が、ダイオード素子30に対する通電時間より長いので、IGBT素子20における発熱量が、ダイオード素子30における発熱量より大きくなる。したがって、IGBT領域2における半導体基板10が、ダイオード領域3における半導体基板10より高温になり易い。 上記の説明から明らかなように、上記の構成を備える半導体装置1によれば、IGBT素子20に対する通電時間が、ダイオード素子30に対する通電時間より長いので、IGBT素子20における発熱量が、ダイオード素子30における発熱量より大きくなる。これにより、ダイオード領域3よりもIGBT領域2で半導体基板10が高温になる。温度センスダイオード素子50がIGBT領域2内に形成されているので、IGBT領域2とダイオード領域3のうち、高温になる領域(IGBT領域2)内の半導体基板10の温度を検知することができる。RC-IGBTの制御においては、半導体基板10の中のより高温になっている領域の温度を検知することが重要である。半導体装置1によれば、より高温になっているIGBT領域2の温度を精度良く検知することができるので、より好適に半導体装置1を制御することができる。
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。以下の説明において、上述の説明における構成と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[第2実施形態]
上記実施形態では、温度センスダイオード素子50がIGBT領域2内に包含されており、ダイオード領域3内に配置されていなかったが、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6に示すように、温度センスダイオード素子50がダイオード領域3内に配置されていてもよい。この場合、温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2内には配置されていない。また、この場合、ダイオード素子30に対する通電時間が、IGBT素子20に対する通電時間より長くなるように半導体装置1が使用される。すなわち、ダイオード素子30における発熱量が、IGBT素子20における発熱量より大きくなるように半導体装置1が使用される。これにより、半導体基板10のうちダイオード素子30が形成されている部分が、IGBT素子20が形成されている部分より高温になる。すなわち、ダイオード領域3における半導体基板10が、IGBT領域2における半導体基板10より高温になる。温度センスダイオード素子50は、ダイオード領域3における半導体基板10の温度変化を検知する。このような構成によれば、上記と同様により高温になっている領域の温度変化を検知するので、精度良く温度を検知することができる。
上記実施形態では、温度センスダイオード素子50がIGBT領域2内に包含されており、ダイオード領域3内に配置されていなかったが、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6に示すように、温度センスダイオード素子50がダイオード領域3内に配置されていてもよい。この場合、温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2内には配置されていない。また、この場合、ダイオード素子30に対する通電時間が、IGBT素子20に対する通電時間より長くなるように半導体装置1が使用される。すなわち、ダイオード素子30における発熱量が、IGBT素子20における発熱量より大きくなるように半導体装置1が使用される。これにより、半導体基板10のうちダイオード素子30が形成されている部分が、IGBT素子20が形成されている部分より高温になる。すなわち、ダイオード領域3における半導体基板10が、IGBT領域2における半導体基板10より高温になる。温度センスダイオード素子50は、ダイオード領域3における半導体基板10の温度変化を検知する。このような構成によれば、上記と同様により高温になっている領域の温度変化を検知するので、精度良く温度を検知することができる。
[第3実施形態]
また、上記実施形態では、温度センスダイオード素子50に1つのセンスアノード領域51と1つのセンスカソード領域52が形成されていたが、センスアノード領域51およびセンスカソード領域52の数は限定されるものではない。他の実施形態では、図7および図8に示すように、温度センスダイオード素子50に複数のセンスアノード領域51と複数のセンスカソード領域52が形成されていてもよい。複数のセンスアノード領域51と複数のセンスカソード領域52は、IGBT領域2とダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って、交互に並んでいる。また、複数のセンスアノード領域51と複数のセンスカソード領域52は、ゲート配線65に沿って交互に並んでいる。すなわち、センスアノード領域51とセンスカソード領域52は、ゲート配線65が延びる方向に沿って配置されている。1つのセンスアノード領域51と1つのセンスカソード領域52により組250(すなわち、1つのダイオード)が形成され、複数の組250が間隔をあけて並んで形成されている。複数の組250は、IGBT領域2とダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って並んでいる。温度センス半導体基板150の上には、接続配線59が形成されている。接続配線59は、隣り合う組250のセンスアノード領域51とセンスカソード領域52を電気的に接続している。隣り合う組250のセンスアノード領域51とセンスカソード領域52は電気的に接続されている。すなわち、複数の組250(すなわち、複数のダイオード)は直列に接続されている。また、温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の中心部の表面上に形成されている。温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の中心部の温度を検知する。温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65を避けた位置に形成されている。温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65から離間して形成されている。温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65の近傍に配置されている。ゲート配線65は、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って延びている。
また、上記実施形態では、温度センスダイオード素子50に1つのセンスアノード領域51と1つのセンスカソード領域52が形成されていたが、センスアノード領域51およびセンスカソード領域52の数は限定されるものではない。他の実施形態では、図7および図8に示すように、温度センスダイオード素子50に複数のセンスアノード領域51と複数のセンスカソード領域52が形成されていてもよい。複数のセンスアノード領域51と複数のセンスカソード領域52は、IGBT領域2とダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って、交互に並んでいる。また、複数のセンスアノード領域51と複数のセンスカソード領域52は、ゲート配線65に沿って交互に並んでいる。すなわち、センスアノード領域51とセンスカソード領域52は、ゲート配線65が延びる方向に沿って配置されている。1つのセンスアノード領域51と1つのセンスカソード領域52により組250(すなわち、1つのダイオード)が形成され、複数の組250が間隔をあけて並んで形成されている。複数の組250は、IGBT領域2とダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って並んでいる。温度センス半導体基板150の上には、接続配線59が形成されている。接続配線59は、隣り合う組250のセンスアノード領域51とセンスカソード領域52を電気的に接続している。隣り合う組250のセンスアノード領域51とセンスカソード領域52は電気的に接続されている。すなわち、複数の組250(すなわち、複数のダイオード)は直列に接続されている。また、温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の中心部の表面上に形成されている。温度センスダイオード素子50は、半導体基板10の中心部の温度を検知する。温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65を避けた位置に形成されている。温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65から離間して形成されている。温度センスダイオード素子50は、ゲート配線65の近傍に配置されている。ゲート配線65は、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って延びている。
このような構成によれば、複数のセンスアノード領域51およびセンスカソード領域52が形成されていても、ゲート配線65と重なることなく、半導体基板10の中心部の温度を検知することができる。これにより、温度検知の精度を向上させることができる。また、このようにセンスアノード領域51とセンスカソード領域52がゲート配線65に沿って配列されていると、温度センスダイオード素子50の長手方向がゲート配線65の長手方向とが略平行となる。このような配置によれば、温度センスダイオード素子50の全体をゲート配線65の近傍に配置することができるため、温度センスダイオード素子50の全体を半導体基板10の中央部に配置することができる。このため、温度センスダイオード素子50によって半導体基板10のより高温の領域の温度を検出することができ、半導体装置1をより好適に制御することができる。
[第4実施形態]
また、上記実施形態では、半導体基板10の上に絶縁膜55を介して温度センスダイオード素子50が形成されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、半導体基板10の内部に温度センスダイオード素子50が形成されていてもよい(図示省略)。
また、上記実施形態では、半導体基板10の上に絶縁膜55を介して温度センスダイオード素子50が形成されていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、半導体基板10の内部に温度センスダイオード素子50が形成されていてもよい(図示省略)。
[第5実施形態]
また、上記実施形態では、IGBT領域2の幅w2がダイオード領域3の幅w3より広い構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、y方向において、ダイオード領域3の幅w3がIGBT領域2の幅w2より広い構成であってもよい。また、更に他の実施形態では、図9に示すように、温度センスダイオード素子50が配置される領域の幅が、他の領域の幅より広い構成であってもよい。図9に示す例では、温度センスダイオード素子50が配置されるIGBT領域2の幅w2が、他のIGBT領域2の幅w2´およびダイオード領域3の幅w3の幅より広い。
また、上記実施形態では、IGBT領域2の幅w2がダイオード領域3の幅w3より広い構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、y方向において、ダイオード領域3の幅w3がIGBT領域2の幅w2より広い構成であってもよい。また、更に他の実施形態では、図9に示すように、温度センスダイオード素子50が配置される領域の幅が、他の領域の幅より広い構成であってもよい。図9に示す例では、温度センスダイオード素子50が配置されるIGBT領域2の幅w2が、他のIGBT領域2の幅w2´およびダイオード領域3の幅w3の幅より広い。
[第6実施形態]
上記実施形態では、IGBTのエミッタ電極とダイオードのアノード電極が、表面側共通電極41によって共通化されていた。しかしながら、IGBTのエミッタ電極とダイオードのアノード電極がそれぞれ独立して形成されていてもよい。すなわち、IGBTのエミッタ電極がダイオードのアノード電極から分離されていてもよい。
上記実施形態では、IGBTのエミッタ電極とダイオードのアノード電極が、表面側共通電極41によって共通化されていた。しかしながら、IGBTのエミッタ電極とダイオードのアノード電極がそれぞれ独立して形成されていてもよい。すなわち、IGBTのエミッタ電極がダイオードのアノード電極から分離されていてもよい。
[第7実施形態]
また、上記実施形態では、素子の発熱量の大小が、素子に対する通電時間の長短に起因していたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、素子の発熱量の大小は、素子における損失の大小に起因していてもよい。例えば、IGBT素子20における損失が、ダイオード素子30における損失より大きい場合、IGBT素子20における発熱量が、ダイオード素子30における発熱量より大きくなる。素子における損失の大小は、電気抵抗の大小に起因している。例えば、IGBTがオン状態になるときの電気抵抗が、ダイオード(FWD)がオン状態になるときの電気抵抗より大きいと、IGBT素子20における損失が、ダイオード素子30における損失より大きくなる。また、IGBT素子20およびダイオード素子30における発熱量の大小は、IGBT素子20およびダイオード素子30の構造や、IGBT領域2およびダイオード領域3の大きさの比率に起因していてもよい。
また、上記実施形態では、素子の発熱量の大小が、素子に対する通電時間の長短に起因していたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、素子の発熱量の大小は、素子における損失の大小に起因していてもよい。例えば、IGBT素子20における損失が、ダイオード素子30における損失より大きい場合、IGBT素子20における発熱量が、ダイオード素子30における発熱量より大きくなる。素子における損失の大小は、電気抵抗の大小に起因している。例えば、IGBTがオン状態になるときの電気抵抗が、ダイオード(FWD)がオン状態になるときの電気抵抗より大きいと、IGBT素子20における損失が、ダイオード素子30における損失より大きくなる。また、IGBT素子20およびダイオード素子30における発熱量の大小は、IGBT素子20およびダイオード素子30の構造や、IGBT領域2およびダイオード領域3の大きさの比率に起因していてもよい。
[第8実施形態]
また、上記実施形態では、IGBT素子20における発熱量がダイオード素子30における発熱量より大きい構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ダイオード素子30における発熱量がIGBT素子20における発熱量より大きくてもよい。
また、上記実施形態では、IGBT素子20における発熱量がダイオード素子30における発熱量より大きい構成であったが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ダイオード素子30における発熱量がIGBT素子20における発熱量より大きくてもよい。
[第9実施形態]
また、上記実施形態では、ゲート配線65が、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って延びていたが、ゲート配線65の方向は、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ゲート配線65が、IGBT領域2およびダイオード領域3が延びる方向に沿って延びていてもよい。
また、上記実施形態では、ゲート配線65が、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って延びていたが、ゲート配線65の方向は、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、ゲート配線65が、IGBT領域2およびダイオード領域3が延びる方向に沿って延びていてもよい。
[第10実施形態]
また、上記実施形態では、温度センスダイオード素子50のセンスアノード領域51およびセンスカソード領域52が、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って並んでいたが、並び方向は、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10に示すように、温度センスダイオード素子50の複数のセンスアノード領域51およびセンスカソード領域52が、IGBT領域2およびダイオード領域3が延びる方向に沿って並んでいてもよい。複数のセンスアノード領域51および複数のセンスカソード領域52は、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向(y方向:縦方向)と直交する方向(x方向:横方向)において交互に並んでいる。温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2およびダイオード領域3が延びる方向に沿って延びている。温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2およびダイオード領域3と並行するように形成されている。図10に示す例では、温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2の中に形成されている。温度センスダイオード素子50の幅w50がIGBT領域2の幅w2より広い。温度センスダイオード素子50がダイオード領域3の中に形成されているときは、温度センスダイオード素子50の幅w50がダイオード領域3の幅w3より広い。このような構成によれば、温度センスダイオード素子50の幅w50がIGBT領域2の幅w2あるいはダイオード領域3の幅w3より広い場合であっても、温度センスダイオード素子50をIGBT領域2あるいはダイオード領域3の中に収めることができる。
また、上記実施形態では、温度センスダイオード素子50のセンスアノード領域51およびセンスカソード領域52が、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向に沿って並んでいたが、並び方向は、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10に示すように、温度センスダイオード素子50の複数のセンスアノード領域51およびセンスカソード領域52が、IGBT領域2およびダイオード領域3が延びる方向に沿って並んでいてもよい。複数のセンスアノード領域51および複数のセンスカソード領域52は、IGBT領域2およびダイオード領域3が交互に並ぶ方向(y方向:縦方向)と直交する方向(x方向:横方向)において交互に並んでいる。温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2およびダイオード領域3が延びる方向に沿って延びている。温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2およびダイオード領域3と並行するように形成されている。図10に示す例では、温度センスダイオード素子50は、IGBT領域2の中に形成されている。温度センスダイオード素子50の幅w50がIGBT領域2の幅w2より広い。温度センスダイオード素子50がダイオード領域3の中に形成されているときは、温度センスダイオード素子50の幅w50がダイオード領域3の幅w3より広い。このような構成によれば、温度センスダイオード素子50の幅w50がIGBT領域2の幅w2あるいはダイオード領域3の幅w3より広い場合であっても、温度センスダイオード素子50をIGBT領域2あるいはダイオード領域3の中に収めることができる。
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。
1;半導体装置
2;IGBT領域
3;ダイオード領域
10;半導体基板
20;IGBT素子
21;コレクタ領域
22;ドリフト領域
22a;IGBTドリフト領域
22b;ダイオードドリフト領域
23;ボディ領域
24;エミッタ領域
25;コンタクト領域
30;ダイオード素子
31;カソード領域
32;アノード領域
33;境界
41;表面側共通電極
42;裏面側共通電極
50;温度センスダイオード素子
51;センスアノード領域
52;センスカソード領域
53;センスアノード電極
54;センスカソード電極
55;絶縁膜
56;層間膜
57;保護膜
58;配線
59;接続配線
60;トレンチゲート
61;トレンチ
62;ゲート絶縁膜
63;ゲート電極
64;層間膜
65;ゲート配線
71;信号電極
150;温度センス半導体基板
156;開口部
2;IGBT領域
3;ダイオード領域
10;半導体基板
20;IGBT素子
21;コレクタ領域
22;ドリフト領域
22a;IGBTドリフト領域
22b;ダイオードドリフト領域
23;ボディ領域
24;エミッタ領域
25;コンタクト領域
30;ダイオード素子
31;カソード領域
32;アノード領域
33;境界
41;表面側共通電極
42;裏面側共通電極
50;温度センスダイオード素子
51;センスアノード領域
52;センスカソード領域
53;センスアノード電極
54;センスカソード電極
55;絶縁膜
56;層間膜
57;保護膜
58;配線
59;接続配線
60;トレンチゲート
61;トレンチ
62;ゲート絶縁膜
63;ゲート電極
64;層間膜
65;ゲート配線
71;信号電極
150;温度センス半導体基板
156;開口部
Claims (4)
- IGBT領域およびダイオード領域が隣接して交互に並んでいる半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成されている温度センスダイオード素子と、を備え、
前記IGBT領域内の前記半導体基板にはIGBT素子が形成されており、
前記ダイオード領域内の前記半導体基板にはダイオード素子が形成されており、
前記IGBT素子および前記ダイオード素子の一方の発熱量が他方の発熱量より大きく、発熱量が大きい素子が形成されている領域の表面に前記温度センスダイオード素子が配置されている、半導体装置。 - 前記半導体基板を上面視したときに前記半導体基板の中心部において直線状に延びるゲート配線を更に備え、
前記温度センスダイオード素子は、前記ゲート配線に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えている、請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲート配線は、前記IGBT領域および前記ダイオード領域が交互に並ぶ方向に沿って延びており、
複数の前記センスアノード領域および前記センスカソード領域は、前記方向に沿って交互に並んでいる、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記温度センスダイオード素子は、前記IGBT領域および前記ダイオード領域が延びる方向に沿って交互に並んでおり、直列に接続された複数のセンスアノード領域およびセンスカソード領域を備えている、請求項1に記載の半導体装置。
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