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JP2011096699A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2011096699A
JP2011096699A JP2009246062A JP2009246062A JP2011096699A JP 2011096699 A JP2011096699 A JP 2011096699A JP 2009246062 A JP2009246062 A JP 2009246062A JP 2009246062 A JP2009246062 A JP 2009246062A JP 2011096699 A JP2011096699 A JP 2011096699A
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JP
Japan
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temperature sensor
electrode
semiconductor device
region
source electrode
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JP2009246062A
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Naoki Yuya
直毅 油谷
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which can detect heat generation rapidly and can be manufactured with a relatively small number of manufacturing processes without increasing size. <P>SOLUTION: A temperature sensor 41 includes a temperature sensor wiring part 31 and a temperature sensor electrode part 32 formed of metal material, and is arranged on an upper layer insulation film 30 and on a region except for a region with a source electrode output pad 35 of a source electrode 20 formed thereon. Thereby, the temperature sensor 41 is arranged without increasing the size of the semiconductor device 1. In addition with the relatively small number of manufacturing processes, the semiconductor device 1 provided with the temperature sensor 41 can be manufactured. Furthermore, as defect such as overheating of the source electrode 41 can be rapidly detected by the temperature sensor 41, breakage of the semiconductor device 1 can be prevented by arranging a protection circuit for stopping operation of the semiconductor device 1 when the defect is detected by the temperature sensor 41. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device using a silicon carbide semiconductor and a manufacturing method thereof.

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。   A semiconductor device using a silicon carbide (SiC) semiconductor is superior in operation at a high voltage, a large current, and a high temperature as compared with a semiconductor device formed of a silicon (Si) semiconductor. Development as a semiconductor device is underway. SiC semiconductors are superior in operation at high currents and high temperatures than Si semiconductors. However, if an excessively large current flows, the element is destroyed by heat generation. A technique for preventing such element destruction is disclosed in Patent Document 1, for example.

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。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, a PN junction temperature sensor is formed on the same substrate as the element. The semiconductor device is configured to detect the temperature of an element by a temperature sensor and to stop the operation of the element by a protection circuit connected to the temperature sensor when there is heat generation leading to destruction of the element.

特開2005−175357号公報JP 2005-175357 A

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。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 described above, the following manufacturing process is required to form a temperature sensor. First, a polycrystalline semiconductor film is formed on the insulating film of the substrate, and ion implantation is performed while partially masking. Next, patterning and annealing are performed to form a PN junction temperature sensor of the polycrystalline semiconductor film. Then, metal wiring and metal electrode pads for external connection are formed on each of the P-type and N-type semiconductor films constituting the temperature sensor. As described above, the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 has a problem in that the number of manufacturing steps increases, so that the yield decreases and the manufacturing cost increases.

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。   In addition, since the PN junction temperature sensor needs to be formed in a region other than the main portion through which the current of the semiconductor device flows, the provision of the PN junction temperature sensor increases the chip size and increases the manufacturing cost. Arise. In addition, the semiconductor device generates heat in the main part described above. However, since the temperature sensor of the PN junction is formed in a region other than the main part as described above, detection of heat generation is delayed and detection of abnormality such as overheating is delayed. There is a problem.

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。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can quickly detect heat generation without increasing its size, and can be manufactured with a relatively small number of manufacturing steps, and a manufacturing method thereof.

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。   A semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element including an external output electrode connected to the outside, an insulating film that covers the external output electrode, and a temperature sensor that detects a temperature of the semiconductor element, and the temperature sensor A temperature sensor wiring portion made of a metal material, and a temperature sensor electrode portion made of a metal material, connected to both ends of the temperature sensor wiring portion and connected to the outside, and the temperature sensor wiring portion and The temperature sensor electrode portion is provided on the insulating film of the semiconductor element and on an area of the external output electrode other than an area where an electrode pad connected to the outside is formed. .

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。   A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor element provided on a semiconductor substrate and a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor element, the semiconductor device being externally provided on the semiconductor substrate. Forming a semiconductor element body including an external output electrode to be connected; forming an insulating film so as to cover the external output electrode; and forming the semiconductor element; and on the insulating film, Of the external output electrodes, a step of forming a metal film made of a metal material on a region other than a region where an electrode pad connected to the outside is formed, and by partially removing the metal film, a wiring shape Forming a temperature sensor wiring portion and a temperature sensor electrode portion connected to both ends of the temperature sensor wiring portion and connected to the outside to form the temperature sensor. .

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。   According to the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device includes the semiconductor element and the temperature sensor. Since both the temperature sensor wiring portion and the temperature sensor electrode portion of the temperature sensor are made of a metal material, they can be formed at the same time. As a result, the number of manufacturing processes for forming the temperature sensor can be reduced as compared with the case where the temperature sensor is configured with a PN junction element as in the prior art, so that the semiconductor device can be manufactured with a relatively small number of manufacturing processes. Can be manufactured. Therefore, mass productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.

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。   The temperature sensor is provided on an insulating film covering the external output electrode of the semiconductor element and on a region other than the region where the electrode pad of the external output electrode is formed. As a result, the temperature sensor can be provided without reducing the effective area of the semiconductor element, so that an increase in size and an increase in manufacturing cost due to the provision of the temperature sensor can be suppressed. In addition, as described above, by providing a temperature sensor in a region other than the region where the electrode pad of the external output electrode is formed, heat generation of the external output electrode can be detected quickly. Abnormalities such as electrode overheating can be detected more quickly. The external output electrode is a portion that is easily damaged by heat generation in the semiconductor element. Since the abnormality of the external output electrode can be detected earlier than the conventional technique as described above, it is possible to more reliably prevent the semiconductor element from being destroyed by heat generation.

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。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor element body is formed on the semiconductor substrate, and the insulating film is formed so as to cover the external output electrode of the semiconductor element body. A metal film is formed on the insulating film on a region other than the region where the electrode pad of the external output electrode is formed. The metal film is partially removed to form a temperature sensor including a temperature sensor wiring portion and a temperature sensor electrode portion. As a result, the temperature sensor wiring part and the temperature sensor electrode part can be formed at the same time, so that the manufacturing for forming the temperature sensor is performed as compared with the case where the temperature sensor is configured with a PN junction element as in the prior art. The number of processes can be reduced. Therefore, a semiconductor device can be manufactured with a relatively small number of manufacturing steps, so that mass productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.

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。   Further, the temperature sensor wiring part and the temperature sensor electrode part are formed on the insulating film covering the external output electrode of the semiconductor element and on the region other than the region where the electrode pad of the external output electrode is formed. Therefore, it is possible to suppress the increase in size and the manufacturing cost due to the provision of. In addition, it is possible to realize a semiconductor device that can quickly detect the heat generation of the external output electrode, so that it is possible to detect abnormalities such as overheating of the external output electrode earlier than in the prior art. A semiconductor device that can more reliably prevent element destruction can be manufactured.

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。1 is a plan view showing a semiconductor device 1 according to a first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing which shows the semiconductor device 1 seen from the cut surface line II-II of FIG. 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。6 is a cross-sectional view showing a state at a stage where the formation of the interlayer insulating film 18 is completed. FIG. 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。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the drain electrode 19 is completed. 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。It is sectional drawing which shows the state in the stage where formation of the temperature sensor wiring part 31 and the temperature sensor electrode part 32 was complete | finished. 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。It is sectional drawing which shows the state of the stage which the formation of the protective film 33 and the back surface connection electrode 21 was complete | finished. 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。It is a top view which shows 1 A of semiconductor devices which are the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a top view which shows the semiconductor device 1B which is the 3rd Embodiment of this invention.

<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。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 as viewed along the section line II-II in FIG. FIG. 1 shows the semiconductor device 1 with the protective film 33 shown in FIG. 2 removed for easy understanding. In the present embodiment, semiconductor device 1 is a semiconductor device using a silicon carbide (SiC) semiconductor. The semiconductor device 1 is suitably used as a power semiconductor device. In a semiconductor device 1, a field effect transistor (abbreviation: FET) 10 having a metal oxide semiconductor (abbreviation: MOS) structure is formed on a silicon carbide (SiC) substrate 11 which is a semiconductor substrate. ing. Hereinafter, the MOSFET having the MOS structure is referred to as “MOSFET”.

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。   As shown in FIG. 1, the external output pad of the semiconductor device 1 includes a drain electrode 19 formed on the entire surface on one side in the thickness direction of the SiC substrate 11 and a source electrode formed on the other side in the thickness direction of the SiC substrate 11. An output pad 35, a gate electrode output pad 36, and two temperature sensor output pads 34 are provided. The drain electrode 19 itself functions as an external output pad. The source electrode output pad 35 is an external output pad of the source electrode 20. The gate electrode output pad 36 is an external output pad of the gate electrode 17. The temperature sensor output pad 34 is an external output pad of the temperature sensor 41.

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。   The temperature sensor 41 includes a temperature sensor wiring part 31 formed of a metal wiring resistor and a temperature sensor electrode part 32 electrically connected to the temperature sensor wiring part 31. The temperature sensor electrode unit 32 functions as an external output electrode. The temperature sensor wiring part 31 is disposed around the outside of the source electrode output pad 35 so as to surround the source electrode output pad 35. The temperature sensor wiring part 31 is the same metal as the temperature sensor electrode part 32 that is an external output electrode of the temperature sensor 41, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), titanium (Ti), and tungsten (W). It is formed of one or more metals selected from In FIG. 1, the temperature sensor wiring portion 31 is indicated by a thick solid line for easy understanding.

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。   MOSFET 10 is an n-channel MOSFET in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the MOSFET 10 includes a SiC substrate 11, a drift region 12, a source region 13, a base region 14, and a high-concentration p-type (hereinafter sometimes referred to as “p +”) region p +. Contact region 15, gate oxide film 16, gate electrode 17, interlayer insulating film 18, drain electrode 19, source electrode 20, back surface connection electrode 21, thick film insulating film 24, and external output gate electrode 25 And a silicide film 28. SiC substrate 11, drift region 12, source region 13, base region 14, p + contact region 15, gate oxide film 16, gate electrode 17, interlayer insulating film 18, drain electrode 19, source electrode 20, back surface connection electrode 21, and thick film The insulating film 24 constitutes a semiconductor element body.

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。   The external output gate electrode 25 is electrically connected to the gate electrode 17 and functions as an external output electrode of the gate electrode 17. As shown in FIG. 1, the external output gate electrode 25 is provided so as to surround the source electrode 20, and is electrically connected to the gate electrode 17 through the plurality of gate contact holes 23 around the source electrode 20. Is done. The external output gate electrode 25 constitutes an external output pad 36 of the gate electrode 17. External output gate electrode 25 is made of, for example, aluminum.

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。   The source electrode 20 itself functions as an external output electrode. Hereinafter, the source electrode 20 may be referred to as “external output source electrode 20”. Source electrode 20 is electrically connected to source region 13 and p + contact region 15 through source contact hole 22. The source electrode 20 is formed of the same metal as the external output gate electrode 25, for example, aluminum.

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。   The temperature sensor wiring part 31 and the temperature sensor electrode part 32 of the temperature sensor 41 are formed on the upper insulating film 30 formed on the source electrode 20. A protective film 33 made of, for example, a polyimide film is formed on the temperature sensor wiring portion 31. The protective film 33 is opened at portions of the source electrode output pad 35, the gate electrode output pad 36, and the two temperature sensor output pads 34. In the portion of the source electrode output pad 35, the upper insulating film 30 is also opened. The source electrode output pad 35 is configured by a portion of the source electrode 20 exposed through the source opening 43 formed in the upper insulating film 30 and the protective film 33. The gate electrode output pad 36 is configured by a portion of the external output gate electrode 25 exposed through the gate opening 44 formed in the protective film 33. The temperature sensor output pad 34 is configured by a portion of the temperature sensor electrode part 32 exposed through the sensor opening 42 formed in the protective film 33.

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。   SiC substrate 11 is, for example, a high-concentration n-type (hereinafter sometimes referred to as “n +”) semiconductor substrate, and is realized by, for example, a wafer. The SiC substrate 11 is a semiconductor substrate made of SiC and having a wide band gap wider than that of a silicon (Si) substrate. A drift region 12, which is a low-concentration n-type (hereinafter sometimes referred to as “n−”) semiconductor layer, is formed on the SiC substrate 11. Drift region 12 is formed by epitaxial growth on SiC substrate 11.

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。   In a predetermined region of the surface layer portion of the drift region 12, an n + type source region 13, a p type base region 14, and a p + type p + contact region 15 that are current output regions are formed. The base region 14 is selectively formed in the surface layer portion of the drift region 12 surrounding the source region 13. The base region 14 is formed such that the depth dimension from the surface thereof is larger than the depth dimension from the surface of the source region 13. The source region 13 is selectively formed in the surface layer portion of the base region 14.

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。   A p + contact region 15 is formed in the center of the source region 13. The p + contact region 15 is for making electrical contact between the source electrode 20 and the base region 14. Hereinafter, the drift region 12, the source region 13, the base region 14, and the p + contact region 15 may be collectively referred to as “first SiC regions 12 to 15”. The source region 13 and the p + contact region 15 may be collectively referred to as “second SiC regions 13 and 15”.

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。   A gate electrode 17 made of, for example, a polysilicon film is formed on drift region 12 with gate oxide film 16 interposed. As shown in FIG. 2, the gate electrode 17 extends to the thickness of the thick insulating film 24 formed around the source electrode 20. The thick insulating film 24 is formed thicker than the gate oxide film 16. In the present embodiment, an oxide film such as a silicon oxide film is used as the thick film insulating film 24. The thick film insulating film 24 is not limited to the oxide film, and in another embodiment of the present invention, another insulating film may be used as the thick film insulating film 24 instead of the oxide film.

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。   An interlayer insulating film 18 is formed so as to cover the gate electrode 17. Interlayer insulating film 18 is made of, for example, an oxide film. In the interlayer insulating film 18 and the gate oxide film 16, a source contact hole 22, which is a first contact hole, is opened in order to make contact between the second SiC regions 13 and 15 and the source electrode 20. Source contact hole 22 is formed by etching away interlayer insulating film 18 and gate oxide film 16 on second SiC regions 13 and 15. In addition, the interlayer insulating film 23 is a second contact hole gate for making contact between the gate electrode 17 formed on the drift region 12 via the thick film insulating film 24 and the external output gate electrode 25. A contact hole 23 is opened. The gate contact hole 23 is formed by etching away the interlayer insulating film 23 on the gate electrode 17.

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。   The external output source electrode 20 is electrically connected to the source region 13 and the p + contact region 15 in the source contact hole 22. On the other hand, an external output gate electrode 25 made of, for example, an aluminum film is formed on the interlayer insulating film 18 around the external output source electrode 20. The external output gate electrode 25 is electrically connected to the gate electrode 17 in the gate contact hole 23.

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。   A drain electrode 19 is formed on the surface on the other side in the thickness direction of SiC substrate 11. In the present embodiment, the drain electrode 19 is made of a metal film and a silicide film. The silicide film constituting the drain electrode 19 is, for example, a nickel silicide (NiSi) film. A back connection electrode 21 is formed on the drain electrode 19. In the present embodiment, the back connection electrode 21 is composed of a laminated film of a first metal film 21a and a second metal film 21b. The back surface connection electrode 21 is made of, for example, a nickel (Ni) / gold (Au) laminated film in which the first metal film 21a is a nickel (Ni) film and the second metal film 21b is a gold (Au) film. .

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。   Even when a high voltage is applied between the external output source electrode 20 and the back surface connection electrode 19, if no voltage is applied to the gate electrode 17, the base region 14 formed immediately below the gate electrode 17 is applied to the base region 14. Since no channel is formed, electrons do not flow. Therefore, when no voltage is applied to the gate electrode 17, the semiconductor device 1 is turned off. When a positive voltage is applied to the gate electrode 17, a channel is formed above the base region 14, and electrons are transferred from the source region 13 to the base region 14, the drift region 12, the SiC substrate 11, and the drain electrode 19 that are channel regions. It begins to flow. Therefore, when a voltage is applied to the gate electrode 17, the semiconductor device 1 is turned on. As described above, whether or not a current flows in the semiconductor device 1, that is, whether the semiconductor device 1 is on or off can be controlled by the gate voltage that is a voltage applied to the gate electrode 17.

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。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. 3 to 6 are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the interlayer insulating film 18 has been completed. First, drift region 12 which is an n-type semiconductor layer made of silicon carbide is formed on SiC substrate 11 by epitaxial growth.

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。   Next, a p-type base region 14 is selectively formed on the upper surface portion of the drift region 12 by, for example, photoengraving and ion implantation, and an n + -type source region 13 and an upper portion of the base region 14 A p + contact region 15 which is a p-type base contact region is selectively formed. Specifically, the base region 14, the source region 13, and the p + contact region 15 are formed by implanting impurity ions into each region and then activating them by annealing at a high temperature of 1500 ° C. or higher. An n-type impurity, for example, nitrogen (N) ions are implanted into a portion that becomes the source region 13 that is an n-type region. A p-type impurity, for example, aluminum (Al) ions are implanted into the base region 14 and the p + contact region 15 which are p-type regions.

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。   Next, an oxide film having a thickness of about 1 μm is formed as an insulating film to be the thick insulating film 24 on the drift region 12 by, for example, a chemical vapor deposition (abbreviation: CVD) method. Thereafter, the oxide film formed in the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10 is removed by photolithography and etching. As a result, the thick insulating film 24 is formed around the unit cell forming portion 10A of the MOSFET 10.

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。   Thereafter, by oxidizing the upper portions of the first SiC regions 12 to 15 of the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10 in an atmosphere containing oxygen and water vapor at a temperature of about 1000 ° C., a thermal oxide film is formed as the gate oxide film 16. Form. Hereinafter, the gate oxide film 16 will be described as a thermal oxide film. However, the gate oxide film 16 is not limited to this, and may be an oxide film formed by a CVD method, or a combination of these oxide films. There may be.

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。   Next, a polycrystalline silicon film that is a polysilicon film to be the gate electrode 17 is formed by, for example, CVD, and photolithography and etching are performed. As a result, in the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10, the gate electrode 17 is formed on the base region 14 sandwiched between the drift region 12 and the source region 13 via the gate oxide film 16. Further, the gate electrode 17 is formed on the drift region 12 via the thick insulating film 24 in the peripheral portion of the unit cell forming portion 10A of the MOSFET 10. In the unit cell formation portion 10 </ b> A of the MOSFET 10, the gate electrode 17 is formed across two adjacent source regions 13.

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。   In this way, as shown in FIG. 3, the first composed of the gate oxide film 16 and the thick film insulating film 24 is formed on the base region 14 sandwiched between the drift region 12 and the source region 13 and on the drift region 12. A gate electrode 17 made of a polycrystalline silicon film is formed through the insulating film 40. Next, an oxide film is formed as the interlayer insulating film 18 which is the second insulating film by, for example, the CVD method. The structure shown in FIG. 3 is obtained through the manufacturing steps as described above.

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。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where the formation of the drain electrode 19 is completed. After the interlayer insulating film 18 is formed as described above, photolithography and reactive ion etching (abbreviation: RIE) are performed. As a result, the gate oxide film 16 and the interlayer insulating film 18 of the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10 are partially etched to expose the surface of the n + type source region 13 and the surface of the p + contact region 15 partially. A contact hole 22 is formed. Further, the interlayer insulating film 18 around the unit cell forming portion 10A of the MOSFET 10 is partially etched to form a gate contact hole 23 that partially exposes the surface of the gate electrode 17.

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。   Next, a silicide film 28 is formed on the surface of the source region 13 exposed through the source contact hole 22. For example, a NiSi film is formed as the silicide film 28. The NiSi film is formed by, for example, depositing a Ni film by sputtering and performing a heat treatment at about 1000 ° C. to react the SiC surface, which is the surface of the source region 13 exposed in the source contact hole 22, with the Ni film. . Next, a metal film having a thickness of about 3 μm to 5 μm is formed on the interlayer insulating film 18 by, for example, sputtering so as to fill the source contact hole 22 and the gate contact hole 23. The metal film is, for example, an aluminum film. Next, the metal film is partially removed by photolithography and etching to form the external output source electrode 20 and the external output gate electrode 25.

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。   Next, a silicide film and a metal film are sequentially formed on the surface on the other side in the thickness direction of the SiC substrate 11 to form the drain electrode 19. As the silicide film, for example, a NiSi film is formed. The NiSi film is formed by, for example, depositing a Ni film by sputtering and performing a heat treatment at about 1000 ° C. to react the surface of the SiC substrate 11 with the Ni film. In this manner, a semiconductor element body including the external output source electrode 20, the external output gate electrode 25, and the drain electrode 19 is formed. The structure shown in FIG. 4 is obtained through the manufacturing steps as described above.

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。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the temperature sensor wiring part 31 and the temperature sensor electrode part 32 has been completed. After the external output source electrode 20 and the external output gate electrode 25 are formed, first, the upper insulating film 30 is formed on the external output source electrode 20 and the external output gate electrode 25. Upper insulating film 30 is formed to cover external output source electrode 20 and external output gate electrode 25 and interlayer insulating film 18 exposed between external output source electrode 20 and external output gate electrode 25. The upper insulating film 30 is, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film formed by a plasma CVD method. The upper insulating film 30 is not limited to this, but may be an inorganic or organic SOG (Spin On Glass) formed by applying a solution obtained by dissolving silanol in a solvent such as alcohol or an organic siloxane resin by a spin coating method. .

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。   Next, after forming a metal film on the upper insulating film 30, photolithography and etching are performed to partially remove the metal film, thereby forming the temperature sensor wiring part 31 and the temperature sensor electrode part 32. Thereby, the temperature sensor 41 is formed. The metal film to be the temperature sensor wiring part 31 and the temperature sensor electrode part 32 is a metal film made of one or more selected from, for example, aluminum, platinum, palladium, titanium, and tungsten. The structure shown in FIG. 5 is obtained through the manufacturing process as described above.

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。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where the formation of the protective film 33 and the back surface connection electrode 21 is completed. A polyimide film is formed as the protective film 33 on the temperature sensor wiring portion 31 and the temperature sensor electrode portion 32 formed as described above, for example, by spin coating. Next, photolithography and etching are performed to open portions of the temperature sensor output pad 34 and the source electrode output pad 35.

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。   In the portion of the temperature sensor output pad 34, the protective film 33 on the temperature sensor electrode portion 32 is opened by etching. A portion of the temperature sensor electrode portion 32 exposed through the sensor opening 42 formed in the protective film 33 becomes a temperature sensor output pad 34. In the portion of the source electrode output pad 35, the protective film 33 and the upper insulating film 30 on the external output source electrode 20 are opened by etching. A portion of the external output source electrode 20 exposed through the source opening 43 formed in the protective film 33 and the upper insulating film 30 becomes a source electrode output pad 35.

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。   Next, an Ni film as the first metal film 21a and an Au film as the second metal film 21b are sequentially formed on the drain electrode 19 formed on the other surface in the thickness direction of the SiC substrate 11, for example, by sputtering, A back connection electrode 21 made of a laminated film of nickel and gold is formed. The structure shown in FIG. 6 is obtained through the manufacturing steps as described above.

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。   The semiconductor device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured through the manufacturing steps shown in FIGS. 3 to 6 as described above. Electrical connection to the outside of the semiconductor device 1 is performed by a wire bond method. Specifically, the wire is connected to the temperature sensor output pad 34, the source electrode output pad 35, and the gate electrode output pad 36, respectively. For example, a wire made of aluminum is used as the wire.

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。   In the semiconductor device 1, current flows from the source electrode 20 on one side in the thickness direction of the semiconductor substrate 11 to the drain electrode 19 on the other side in the thickness direction of the semiconductor substrate 11, so that the wire connected to the source electrode output pad 35 Compared with the wires connected to the other pads 34 and 36, a large current flows. Therefore, as a wire connected to the source electrode output pad 35, in order to prevent the wire from fusing due to a large current, for example, a plurality of wires having a relatively large diameter of about 200 μm to 400 μm are used, and the plurality of wires are used as the source electrode. Connect to output pad 35. Since almost no current flows through the gate electrode output pad 36 and the temperature sensor output pad 34, only one wire having a relatively thin diameter of 100 μm or less may be used as the wire, or the source electrode output pad 35 may be used. You may use the wire of the same diameter as the wire to connect.

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。   By connecting a wire to the source electrode output pad 35, wire bonding to the source electrode 20 is performed. The wire bonding to the source electrode 20 is preferably performed by connecting a plurality of wires to the entire source electrode 20 in order to disperse the current. However, there is a wire around the periphery of the source electrode 20 and the periphery of the gate electrode 17. Because it is difficult to connect the wire, do not connect the wire. Therefore, the source electrode output pad 35 only needs to be opened in a rectangular shape inside the source electrode 20 as shown in FIG. The region other than the source electrode output pad 35 of the source electrode 20 is a region that is not used for connection to the outside. The temperature sensor wiring portion 31 and the temperature sensor electrode portion 32 are formed on a region other than the source electrode output pad 35 of the source electrode 20, which is a region not used for connection of the source electrode 20.

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。   Next, a temperature detection method using the temperature sensor 41 of the present invention will be described. The temperature sensor wiring part 31 of the temperature sensor 41 is, for example, a metal wiring resistor of several tens Ω or more and several kΩ or less. The temperature sensor 41 detects the temperature by measuring the resistance between the two temperature sensor electrode portions 32 connected to both ends of the temperature sensor wiring portion 31. The resistance between the two temperature sensor electrode portions 32 is measured, for example, by passing a small constant current between the two temperature sensor electrode portions 32 and measuring the voltage between the two temperature sensor electrode portions 32.

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。   As a metal constituting the temperature sensor wiring part 31, a metal having a high temperature coefficient of resistance (abbreviation: TCR), which can be easily formed on the MOSFET 10 and whose characteristics are stable is used. Metal resistance increases with increasing temperature. For example, since the TCR of the platinum resistor is about 4000 ppm / ° C., when a 100Ω platinum resistor is used, the temperature sensor 41 has a sensitivity of 0.4Ω / ° C.

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。   A sensor output pad 34 that is an external output pad of each temperature sensor electrode section 32 is connected to a temperature detection circuit (not shown). The temperature detection circuit detects the temperature based on a voltage measured by passing a constant current between the two temperature sensor electrode portions 32. By connecting the sensor output pad 34 to the temperature detection circuit in this way, the temperature of the element, that is, the temperature of the MOSFET 10 in this embodiment can be monitored. Therefore, it is possible to configure a protection circuit that stops the operation of the MOSFET 10 when the temperature of the MOSFET 10 exceeds a predetermined temperature by using a signal output from the temperature detection circuit.

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。   Next, the operation of the protection circuit having a temperature detection function will be described. When an overcurrent flows through the MOSFET 10 and the temperature of the MOSFET 10 rises, the resistance between the two temperature sensor electrode portions 32 rises. When the temperature of the MOSFET 10 rises above a predetermined temperature that leads to destruction of the MOSFET 10, the resistance value between the two temperature sensor electrode portions 32 increases to a predetermined resistance value corresponding to the predetermined temperature. When it rises above this predetermined resistance value, the protection circuit stops the operation of the MOSFET 10, suppresses the temperature rise of the MOSFET 10, and prevents the MOSFET 10 from being destroyed.

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。   As described above, according to the semiconductor device 1 of the present embodiment, the temperature sensor 41 is made of a metal material and is made of a metal wiring resistor formed on the upper insulating film 30 on the source electrode 20. 31 and a temperature sensor electrode portion 32. In this structure, the ion implantation process, the mask process, and the like are reduced and the number of manufacturing processes is reduced as compared with the case where the temperature sensor is configured by a PN junction element or the like as in the prior art. That is, the number of manufacturing steps for forming the temperature sensor can be reduced. Thereby, the semiconductor device 1 can be manufactured with a relatively small number of manufacturing steps. Therefore, mass productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.

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。   Further, in the case of a temperature sensor constituted by a PN junction element using polysilicon as in the prior art, in order to reduce the number of manufacturing steps, a polysilicon film constituting the gate electrode 17 of the MOSFET 10 and a PN junction element The polysilicon film is formed in one process. In this case, the PN junction element needs to be formed in a region other than the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10, specifically, a region around the unit cell formation portion 10A. The output electrode of the PN junction element that is a temperature sensor also needs to be formed in a region other than the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10, specifically, a region around the unit cell formation portion 10A. This increases the chip size and increases the manufacturing cost. Although the gate electrode 17 of the MOSFET 10 can also serve as the polysilicon film of the PN junction element that is a temperature sensor, it is necessary to form a wiring for extracting a signal, which increases the chip size and increases the manufacturing cost. End up.

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。   On the other hand, according to the semiconductor device 1 of the present embodiment, the temperature sensor 41 is formed on a region other than the region where the source electrode output pad 35A of the source electrode 20 is formed. Even if it is built in, the chip size does not increase. That is, since the temperature sensor 41 can be provided without reducing the effective area of the MOSFET 10, the temperature sensor 41 can be provided without increasing the size in the present embodiment. Therefore, an increase in size and an increase in manufacturing cost due to the provision of the temperature sensor 41 can be suppressed.

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。   In addition, since the SiC semiconductor has higher heat resistance than Si, the heat generated by overcurrent destroys the metal wiring that constitutes each electrode of the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10. As described above, since current flows from the source electrode 20 to the drain electrode 19, first, the metal wiring constituting the source electrode 20 is destroyed.

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。   When the temperature sensor is configured with a PN junction element using polysilicon as in the prior art, the temperature sensor is a region other than the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10, specifically, the periphery of the unit cell formation portion 10A. It is necessary to form in the region. Therefore, detection of heat generation is delayed, and detection of abnormality such as overheating is delayed.

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。   On the other hand, according to the semiconductor device 1 of the present embodiment, since the temperature sensor 41 is formed on the upper insulating film 30 on the source electrode 20, it is possible to quickly detect the heat generation of the source electrode 20. Can do. As a result, an abnormality such as overheating of the source electrode 20 can be detected earlier than in the prior art. As described above, the source electrode 20 is a portion in the MOSFET 10 that is easily broken by heat generation. In the present embodiment, the abnormality of the source electrode 20 can be detected earlier than in the prior art, so that the destruction of the MOSFET 10 due to heat generation can be prevented more reliably. Therefore, reliability can be improved.

<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。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a plan view showing a semiconductor device 1A according to the second embodiment of the present invention. Since the semiconductor device 1A of the present embodiment is similar in configuration to the semiconductor device 1 of the first embodiment described above, the same reference numerals are given to corresponding portions, and the first embodiment is described. The description common to the form is omitted.

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。   In the semiconductor device 1A of the present embodiment, the MOSFET 10 is formed on the SiC substrate 11 in the same manner as the semiconductor device 1 of the first embodiment described above. The external output pad of the semiconductor device 1A includes a drain electrode formed on the entire surface on the other side in the thickness direction of the SiC substrate 11, a source electrode output pad 35A formed on the one side in the thickness direction of the SiC substrate 11, and a gate electrode output pad. 36 and two temperature sensor output pads 34.

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。   In the first embodiment, the source opening 43 that defines the source electrode output pad 35 is one opening that is formed large inside the source electrode 20, but in the semiconductor device 1A of the present embodiment, The source opening 51 defining the source electrode output pad 35A is divided into nine 3 × 3. In other words, the source electrode output pad 35A is divided into nine parts. Hereinafter, each divided portion of the source electrode output pad 35A is referred to as a pad portion 50.

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。   Each pad portion 50 of the source electrode output pad 35 </ b> A is a part of the source electrode 20 and is exposed through each source opening 51. The pad portions 50 are arranged in a matrix. In the present embodiment, nine pad portions 50 are arranged in three rows of three. A wire connected to the source electrode 20 is connected to each pad portion 50. Each pad portion 50 is connected to one or more wires.

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。   Similar to the temperature sensor 41 in the first embodiment, the temperature sensor 41A includes a temperature sensor wiring portion 31A and a temperature sensor electrode portion 32. The temperature sensor wiring portion 31A is formed of a metal wiring resistor, similarly to the temperature sensor wiring portion 31 in the first embodiment. In the present embodiment, the temperature sensor wiring portion 31A is disposed on the upper insulating film 30 between the source openings 51 that define the pad portion 50 of the source electrode output pad 35A. More specifically, the temperature sensor wiring portion 31 </ b> A is disposed so as to surround each source opening 51. In a portion where the columns of the source openings 51 are adjacent, the temperature sensor wiring portion 31 </ b> A is disposed between the two adjacent columns of the source openings 51. More specifically, the wiring resistor constituting the temperature sensor wiring portion 31 </ b> A exits from one temperature sensor electrode portion 32, bends along each row of the source openings 51, and the other temperature sensor electrode portion 32. To reach.

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。   Since the manufacturing method and operation of semiconductor device 1A in the present embodiment are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the temperature sensor 41A is made of a metal material and is formed of a metal wiring resistor formed on the upper insulating film 30 on the source electrode 20. It has a structure constituted by the part 31A and the temperature sensor electrode part 32.

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。   In the temperature sensor 41A having this structure, as with the temperature sensor 41 in the first embodiment, compared to the case where the temperature sensor is configured with a PN junction element or the like as in the prior art, an ion implantation process, a mask process, and the like. And the number of manufacturing processes is reduced. As a result, the semiconductor device 1A can be manufactured with a relatively small number of manufacturing steps, so that mass productivity can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

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。   Further, according to the semiconductor device 1A of the present embodiment, the temperature sensor 41A is on a region other than the region where the source electrode output pad 35A of the source electrode 20 is formed, like the temperature sensor 41 in the first embodiment. Therefore, even if the temperature sensor 41A is built in, the chip size does not increase. Therefore, since the temperature sensor 41A can be provided without increasing the size, an increase in size and an increase in manufacturing cost due to the provision of the temperature sensor 41A can be suppressed.

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。   In addition, since the SiC semiconductor has higher heat resistance than Si, the heat generated by overcurrent first destroys the metal wiring constituting each electrode of the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10, particularly the metal wiring constituting the source electrode 20. The According to the semiconductor device 1A of the present embodiment, the temperature sensor 41A is formed on the upper insulating film 30 on the source electrode 20 as in the first embodiment described above, so that the breakdown due to heat generation is prevented. Heat generation of the source electrode 20 that is likely to occur can be detected quickly. As a result, an abnormality such as overheating of the source electrode 20 can be detected earlier than in the prior art. Therefore, as compared with the prior art, destruction of the MOSFET 10 due to heat generation can be prevented more reliably, and the reliability can be improved.

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。   In the present embodiment, the temperature sensor wiring portion 31A is disposed on the upper insulating film 30 between the divided source openings 51, so that heat is generated regardless of where the source electrode 20 generates heat. Can be detected quickly. Therefore, since an abnormality such as overheating can be detected more reliably, the semiconductor device 1A can be more reliably prevented from being destroyed.

<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。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a plan view showing a semiconductor device 1B according to the third embodiment of the present invention. Since the semiconductor device 1B of the present embodiment is similar in configuration to the semiconductor device 1 of the first embodiment and the semiconductor device 1A of the second embodiment, the same reference is made to corresponding portions. The reference numerals are used to omit the description common to the first and second embodiments.

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。   In the semiconductor device 1B of the present embodiment, the source opening 51 that defines the source electrode output pad 35A is divided into 9 × 3 × 3, similarly to the semiconductor device 1A of the second embodiment described above. . A wire connected to the source electrode 20 is connected to each pad portion 50 divided into nine. Each pad portion 50 is connected to one or more wires.

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。   Similar to the temperature sensors 41 and 41A in the first and second embodiments, the temperature sensor 41B includes a temperature sensor wiring part 31B and a temperature sensor electrode part 32. Similar to the temperature sensor wiring portion 31A in the second embodiment, the temperature sensor wiring portion 31B is formed of a metal wiring resistor, and between the source openings 51 that define the pad portion 50 of the source electrode output pad 35A. It is disposed on the upper insulating film 30. In the second embodiment described above, the temperature sensor wiring portion 31A is disposed almost uniformly on the upper insulating film 30 between the source openings 51, whereas in the present embodiment, a certain specific The temperature sensor wiring part 31B is arranged concentrated on the area. FIG. 8 shows an arrangement example in which the temperature sensor wiring portion 31B is concentrated on the upper insulating film 30 around the source opening 51 that defines the pad portion 50 at the center of the source electrode 20. .

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。   Since the manufacturing method and operation of the semiconductor device 1B in the present embodiment are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the temperature sensor 41B is made of a metal material and is made of a metal wiring resistor formed on the upper insulating film 30 on the source electrode 20. The structure is composed of the part 31B and the temperature sensor electrode part 32.

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。   In the temperature sensor 41B having this structure, as in the case of the temperature sensors 41 and 41A in the first and second embodiments, the ion implantation is performed as compared with the case where the temperature sensor is configured by a PN junction element or the like as in the prior art. Processes and mask processes are reduced, and the number of manufacturing processes is reduced. As a result, the semiconductor device 1B can be manufactured with a relatively small number of manufacturing steps, so that mass productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.

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。   Further, according to the semiconductor device 1B of the present embodiment, the temperature sensor 41B is formed with the source electrode output pad 35A of the source electrode 20 in the same manner as the temperature sensors 41 and 41A in the first and second embodiments. Since it is formed on a region other than the region, the chip size does not increase even if the temperature sensor 41B is incorporated. Therefore, since the temperature sensor 41B can be provided without increasing the size, an increase in size and an increase in manufacturing cost due to the provision of the temperature sensor 41B can be suppressed.

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。   In addition, since the SiC semiconductor has higher heat resistance than Si, the heat generated by overcurrent first destroys the metal wiring constituting each electrode of the unit cell formation portion 10A of the MOSFET 10, particularly the metal wiring constituting the source electrode 20. The According to the semiconductor device 1B of the present embodiment, since the temperature sensor 41B is formed on the upper insulating film 30 on the source electrode 20 as in the first and second embodiments described above, heat is generated. It is possible to quickly detect the heat generation of the source electrode 20 that is liable to be destroyed by. As a result, an abnormality such as overheating of the source electrode 20 can be detected earlier than in the prior art, so that the destruction of the MOSFET 10 due to heat generation can be prevented more reliably. Therefore, reliability can be improved.

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。   In the present embodiment, the temperature sensor wiring portion 31 </ b> B is disposed so as to concentrate on the upper insulating film 30 around the source opening 51 that defines the pad portion 50 at the center of the source electrode 20. As a result, when the semiconductor device 1B has a structure or operating condition in which heat is likely to occur around the pad portion 50 at the center of the source electrode 20, it generates heat compared to the second embodiment described above. It can be detected with high sensitivity, and abnormalities such as overheating can be detected with high sensitivity. Therefore, destruction of the semiconductor device 1B can be prevented more reliably.

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。   8 shows an example in which the temperature sensor wiring portion 31B is concentrated on the upper insulating film 30 around the source opening 51 that defines the pad portion 50 at the center of the source electrode 20, but the temperature sensor wiring is shown. The arrangement of the part 31B is not limited to this. Depending on the operating conditions and structure of the semiconductor device 1B, and the number and connection positions of wires connected to the source electrode output pad 35A, heat is generated in other regions such as the peripheral portion, the upper portion or the lower portion than the central portion of the source electrode 20. May occur easily. In this case, it is preferable that the temperature sensor wiring part 31B is arranged in a concentrated manner on the upper insulating film 30 on a region where heat generation is likely to occur. As a result, an abnormality in a region where heat generation is likely to occur can be detected with high sensitivity, so that destruction of the semiconductor device can be prevented more reliably.

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。   In the second and third embodiments described above, an example is shown in which the source opening 51 that defines the source electrode output pad 35A is divided into nine 3 × 3. However, the source opening 51 is divided. The state is not limited to this. For example, any division such as 4 × 2 × 2 or 15 × 3 × 5 may be used.

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。   In the first to third embodiments described above, the MOSFET 10 is an n-channel MOSFET, but may be a p-channel MOSFET by inverting the polarity of the dopant.

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。   1, 1A, 1B Semiconductor device, 10 MOSFET, 11 SiC substrate, 12 drift region, 13 source region, 14 base region, 15 p + contact region, 16 gate oxide film, 17 gate electrode, 18 interlayer oxide film, 19 drain electrode, 20 source electrode, 21 back surface connection electrode, 22 source contact hole, 23 gate contact hole, 24 thick film insulating film, 25 external output gate electrode, 30 upper layer insulating film, 31, 31A, 31B temperature sensor wiring section, 32 temperature Sensor electrode unit, 33 protective film, 34 temperature sensor output pad, 35, 35A source electrode output pad, 36 gate electrode output pad, 41, 41A, 41B temperature sensor.

Claims (4)

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。
A semiconductor element comprising an external output electrode connected to the outside, and an insulating film covering the external output electrode;
A temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor element;
The temperature sensor includes a wiring-like temperature sensor wiring portion made of a metal material, and a temperature sensor electrode portion made of a metal material, connected to both ends of the temperature sensor wiring portion, and connected to the outside.
The temperature sensor wiring portion and the temperature sensor electrode portion are provided on the insulating film of the semiconductor element and on a region of the external output electrode other than a region where an electrode pad connected to the outside is formed. A semiconductor device.
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。
The electrode pad includes a plurality of pad portions exposed through a plurality of openings formed in the insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature sensor wiring portion is disposed on the insulating film between the openings.
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。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the temperature sensor wiring portion is concentrated on a part of the insulating film between the openings. 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。
A method for manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor element provided on a semiconductor substrate and a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor element,
Forming a semiconductor element body including an external output electrode connected to the outside on the semiconductor substrate;
Forming an insulating film so as to cover the external output electrode, and forming the semiconductor element;
Forming a metal film made of a metal material on a region of the external output electrode other than a region of the external output electrode where an electrode pad connected to the outside is formed;
By partially removing the metal film, a temperature sensor wiring portion having a wiring shape and a temperature sensor electrode portion connected to both ends of the temperature sensor wiring portion and connected to the outside are formed, and the temperature And a step of forming a sensor.
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